JPH02159597A - Coated fuel particle coated with hardened over-coat and manufacturing of nuclear fuel using it - Google Patents
Coated fuel particle coated with hardened over-coat and manufacturing of nuclear fuel using itInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は硬化オーバーコート被覆燃料粒子およびそれを
使用した核燃料体の製造方法に関し、さらに詳しく言う
と、核燃料体中における被覆燃料粒子の被覆層の破損率
の低い核燃料体を製造することのできる核燃料体の製造
方法に関する。Detailed Description of the Invention [Field of Industrial Application] The present invention relates to a cured overcoat coated fuel particle and a method for producing a nuclear fuel assembly using the same, and more specifically, to a coating layer of coated fuel particles in a nuclear fuel assembly. The present invention relates to a method for producing a nuclear fuel assembly that can produce a nuclear fuel assembly with a low failure rate.
[従来技術および発明が解決しようとする課題]一般に
、高温ガス炉等で使用される核燃料体には、被覆燃料粒
子が用いられている。[Prior Art and Problems to be Solved by the Invention] Coated fuel particles are generally used in nuclear fuel bodies used in high-temperature gas reactors and the like.
前記被覆燃料粒子は、通常、ウラン、トリウム、プルト
ニウム等の核燃料物質からなる燃料核に、炭化ケイ素、
炭化ジルコニウム等のセラミックスや炭素(たとえば熱
分解炭素)などを被覆したものであり、たとえばBIS
O型、TRl5O型のように多層の被覆層を有するもの
がある。The coated fuel particles usually include a fuel core made of a nuclear fuel material such as uranium, thorium, or plutonium, and silicon carbide,
It is coated with ceramics such as zirconium carbide, carbon (e.g. pyrolytic carbon), etc.
Some have multiple coating layers, such as O type and TRl5O type.
前記被覆燃料粒子の被覆層は、原子炉運転中に生じる核
分裂生成物の放出を防止するための障壁層になるなどの
機能を有し、高温ガス炉等で使用される核燃料体におい
ては、核燃料の健全性を保持する重要な構成要素である
。The coating layer of the coated fuel particles has a function such as becoming a barrier layer to prevent the release of fission products generated during reactor operation, and in nuclear fuel bodies used in high-temperature gas reactors etc. It is an important component for maintaining the health of the system.
このような核燃料体は5通常、前記被覆燃料粒子が、黒
鉛を含有する黒鉛マトリクス中に分散した構造に形成さ
れている。Such a nuclear fuel body is usually formed in a structure in which the coated fuel particles are dispersed in a graphite matrix containing graphite.
従来、前記のような核燃料体は以下のようにして製造さ
れる。Conventionally, nuclear fuel bodies as described above are manufactured as follows.
たとえば、先ず、被覆燃料粒子に黒鉛粉末および熱硬化
性樹脂等の結合剤からなるマトリクス材をオーバーコー
トする。この段階では、被覆燃料粒子ヲオーバーコート
するマトリクス材中の結合剤は、未硬化状態である0次
いで、このマトリクス材をオーバーコートしてなる被覆
燃料粒子の集合体を、加圧成形?を置等に充填して加圧
成形(プレス成形)シ、成形の際の加熱により熱硬化性
樹脂を硬化せしめる。そして得られる成形体を不活性雰
囲気中で高温加熱して焼成する。For example, first, coated fuel particles are overcoated with a matrix material consisting of graphite powder and a binder such as a thermosetting resin. At this stage, the binder in the matrix material overcoating the coated fuel particles is in an uncured state.Next, the aggregate of coated fuel particles overcoated with this matrix material is pressure-molded. The thermosetting resin is filled in a molded area and subjected to pressure molding (press molding), and the thermosetting resin is cured by heating during molding. Then, the obtained molded body is heated and fired at a high temperature in an inert atmosphere.
前記の方法においては、加圧成形時に、被覆燃料粒子に
オーバーコートされているマトリクス材が、軟化流動し
て被覆燃料粒子の隙間を埋める。In the above method, during pressure molding, the matrix material overcoating the coated fuel particles softens and flows to fill the gaps between the coated fuel particles.
そして、マトリクス材中の結合剤は、焼成段階において
炭化され、被覆燃料粒子と黒鉛マトリクスとからなる核
燃料体が得られる。Then, the binder in the matrix material is carbonized in the firing step, and a nuclear fuel body consisting of coated fuel particles and a graphite matrix is obtained.
しかしながら、このような方法においては、以下のよう
な問題点がある。However, such a method has the following problems.
すなわち、加圧成形時にマトリクス材全域が軟化流動す
るので1局部的に被覆燃料粒子同志が相互に接触したり
、被覆燃料粒子がプレス表面に直接に接触することによ
り、被覆燃料粒子自体の破損あるいは被覆層の破損を引
き起したりする。また、前記加圧成形時に前記破損を起
さなかったとしても、焼成工程において、結合剤の炭化
によりマトリクス材が収縮する一方、被覆燃料粒子は熱
膨張するので、被覆燃料粒子同志が接触している場合に
は、被覆燃料粒子の被覆層に顕著な応力が負荷されて、
遂には被覆層の破損が引き起こされる。In other words, as the entire matrix material softens and flows during pressure molding, the coated fuel particles may locally come into contact with each other, or the coated fuel particles may come into direct contact with the press surface, resulting in damage to the coated fuel particles themselves or This may cause damage to the coating layer. Furthermore, even if the breakage does not occur during the pressure forming, the matrix material shrinks due to carbonization of the binder in the firing process, while the coated fuel particles expand thermally, so the coated fuel particles may come into contact with each other. When the coating layer of the coated fuel particles is subjected to significant stress,
Eventually, damage to the coating layer is caused.
したがって、このような方法により製造される核燃料体
は、被覆燃料粒子の被覆層の機能を充分に発揮すること
ができないので、高温ガス炉等で使用される核燃料体と
して、充分に有効でないという問題点がある。Therefore, the nuclear fuel assembly produced by such a method cannot fully demonstrate the function of the coating layer of the coated fuel particles, so there is a problem that it is not sufficiently effective as a nuclear fuel assembly used in high-temperature gas reactors, etc. There is a point.
本発明は前記の事情に基いてなされたものである。The present invention has been made based on the above circumstances.
すなわち1本発明の目的は、前記課題を解決し、製造時
において被覆燃料粒子の被覆層に亀裂などの破損が生じ
にくくて、核燃料体中における被覆燃料粒子の被覆層の
破損率が低い核燃料体に製造することのできる硬化オー
バーコート被覆燃料粒子およびそれを用いた核燃料体の
製造方法を提供することにある。That is, one object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and to provide a nuclear fuel assembly in which damage such as cracks does not easily occur in the coating layer of coated fuel particles during manufacturing, and the rate of damage to the coating layer of coated fuel particles in the nuclear fuel assembly is low. An object of the present invention is to provide a cured overcoat coated fuel particle that can be produced in a manner similar to that of the present invention, and a method for producing a nuclear fuel assembly using the cured overcoat coated fuel particle.
[課題を解決するための手段]
前記課題を達成するために、鋭意検討を重ねた結果、特
定の構造を有する被覆燃料粒子を採用し、その被覆燃料
粒子を使用すると、製造時において被覆燃料粒子の被覆
層に亀裂などの破損あるいは被覆燃料粒子自体の破損等
が生じにくくて。[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above problems, as a result of intensive studies, coated fuel particles having a specific structure are adopted, and when the coated fuel particles are used, the coated fuel particles are It is difficult for damage such as cracks to occur in the coating layer or damage to the coated fuel particles themselves.
核燃料体中における被覆燃料粒子の被覆層の破損率が低
い核燃料体を製造することができることを見い出して、
本発明に到達した。It has been discovered that it is possible to produce a nuclear fuel assembly in which the coating layer of coated fuel particles in the nuclear fuel assembly has a low failure rate,
We have arrived at the present invention.
前記課題を解決するための本発明は、被覆燃料粒子の表
面を、黒鉛粉末を含有すると共に、熱硬化性樹脂からな
るマトリックス材を硬化してなる硬化オーバーコート層
で被覆してなることを特徴とする硬化オーバーコート被
覆燃料粒子であり(請求項1)。The present invention for solving the above problems is characterized in that the surface of coated fuel particles is coated with a cured overcoat layer containing graphite powder and made by curing a matrix material made of a thermosetting resin. (Claim 1)
被覆燃料粒子と黒鉛粉末および結合剤からなるマトリク
ス材とを加圧成形することによる核燃料体の製造方法に
おいて、前記被覆燃料粒子として、被覆燃料粒子の表面
を、黒鉛粉末を含有すると共に、熱硬化性樹脂からなる
マトリックス材を硬化してなる硬化オーバーコート層で
被覆してなる硬化オーバーコート被覆燃料粒子を使用す
ることを特徴とする核燃料体の製造方法であり(請求項
2)、
被覆燃料粒子と黒鉛粉末および結合剤からなるマトリク
ス材とを加圧成形することによる核燃料体の製造方法に
おいて、前記被覆燃料粒子として、被覆燃料粒子の表面
を、黒鉛粉末を含有すると共に、熱硬化性樹脂からなる
マトリックス材を硬化してなる硬化オーバーコート層で
被覆してなる硬化オーバーコート被覆燃料粒子の表面に
、黒鉛粉末および結合剤からなる黒鉛マトリクス層を形
成してなる二層コート被覆燃料粒子を使用することを特
徴とする核燃料体の製造方法であり(請求項3)、
被覆燃料粒子を加圧成形することによる核燃料体の製造
方法において、前記被覆燃料粒子として、被覆燃料粒子
の表面を、黒鉛粉末を含有すると共に、熱硬化性樹脂か
らなるマトリックス材を硬化してなる硬化オーバーコー
ト層で被覆してなる硬化オーバーコート被覆燃料粒子の
表面に、黒鉛粉末および結合剤からなる黒鉛マトリクス
層を形成してなる二層コート被覆燃料粒子を使用するこ
とを特徴とする核燃料体の製造方法である(請求項4)
。In a method for producing a nuclear fuel assembly by press-molding coated fuel particles and a matrix material consisting of graphite powder and a binder, the coated fuel particles contain graphite powder and are thermoset on the surface of the coated fuel particles. 2. A method for producing a nuclear fuel assembly, characterized in that the method uses hardened overcoat coated fuel particles which are coated with a hardened overcoat layer formed by hardening a matrix material made of a synthetic resin (claim 2), the coated fuel particles In the method for producing a nuclear fuel assembly by pressure molding a matrix material comprising graphite powder and a binder, the coated fuel particles contain graphite powder and are made of a thermosetting resin. Two-layer coat-covered fuel particles are used in which a graphite matrix layer made of graphite powder and a binder is formed on the surface of the cured overcoat-covered fuel particles, which are coated with a cured overcoat layer made by curing a matrix material. (Claim 3) A method for producing a nuclear fuel assembly by press-molding coated fuel particles, wherein the coated fuel particles have a surface coated with graphite. A graphite matrix layer made of graphite powder and a binder is formed on the surface of cured overcoat-coated fuel particles containing powder and coated with a cured overcoat layer made by curing a matrix material made of a thermosetting resin. (Claim 4)
.
本発明の硬化オーバーコート被覆燃料粒子につき説明す
る。The cured overcoat coated fuel particles of the present invention will be explained.
硬化オーバーコート の
本発明において重要な点の一つは、被覆燃料粒子の表面
に、黒鉛粉末および熱硬化性樹脂からなるマトリクス材
をオーバーコートし、前記マトリクス材(以下、マトリ
クス材Aと言うことがある。)を熱硬化することにより
、前記被覆燃料粒子に硬化オーバーコート層を形成する
ことにある。One of the important points in the present invention regarding the cured overcoat is that the surface of the coated fuel particles is overcoated with a matrix material made of graphite powder and a thermosetting resin, and the matrix material (hereinafter referred to as matrix material A) is ) is thermally cured to form a cured overcoat layer on the coated fuel particles.
使用に供される被覆燃料粒子としては、通常。The coated fuel particles used are usually.
高温ガス炉等で使用する核燃料体に用いられている公知
の被覆燃料粒子を挙げることができる。Known coated fuel particles used in nuclear fuel bodies used in high-temperature gas reactors and the like can be mentioned.
前記被覆燃料粒子は、核燃料物質からなる燃料核に、炭
化ケイ素、炭化ジルコニウム等のセラミックスや炭素(
熱分解炭素)などを被覆して被覆層を形成したものであ
り、たとえばBISO型、TRl5O型のように多層の
被覆層を有するものがある。The coated fuel particles include a fuel core made of nuclear fuel material, ceramics such as silicon carbide and zirconium carbide, and carbon (
A coating layer is formed by coating with pyrolytic carbon (pyrolytic carbon), etc., and some have a multilayer coating layer, such as the BISO type and the TRl5O type.
前記燃料核は、ウラン、トリウム、プルトニウム等を含
有する核燃料物質からなり1通常、平均粒径400〜6
00μmのウラン、トリウム、プルトニウム等の酸化物
粒子が挙げられる。The fuel core is made of nuclear fuel material containing uranium, thorium, plutonium, etc. 1 Usually has an average particle size of 400 to 6
Examples include oxide particles such as uranium, thorium, and plutonium with a diameter of 00 μm.
前記被覆燃料粒子の平均粒径は、通常、800〜900
ルmである。The average particle size of the coated fuel particles is usually 800 to 900.
It is le m.
前記被覆層の層厚としては、通常、 150〜250終
mである。The thickness of the coating layer is usually 150 to 250 m.
前記被覆燃料粒子の被覆層は、原子炉運転中に生じる核
分裂生成物の放出を防止するための障壁層になるなどの
機能を有する。The coating layer of the coated fuel particles has a function such as serving as a barrier layer for preventing the release of fission products generated during nuclear reactor operation.
したがって、高温ガス炉等で使用される核燃料体におい
ては、前記被覆層は核燃料の健全性を保持する上で重要
である。Therefore, in nuclear fuel bodies used in high-temperature gas reactors and the like, the coating layer is important for maintaining the integrity of the nuclear fuel.
使用に供されるマトリクス材Aは、黒鉛粉末および熱硬
化性樹脂を含有する。The matrix material A used contains graphite powder and thermosetting resin.
前記黒鉛粉末としては、公知のものを使用することがで
き、特に制限がない。As the graphite powder, any known graphite powder can be used, and there are no particular limitations.
前記黒鉛粉末の平均粒径は、通常、20〜30ILmで
ある。The average particle size of the graphite powder is usually 20 to 30 ILm.
前記熱硬化性樹脂としては、たとえば、フェノール樹脂
、ユリア樹脂、メラミン樹脂、キシレン樹脂、ポリエス
テル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂等を挙げること
ができ1通常、フェノール樹脂が採用され、特にノボラ
ック形フェノール樹脂が採用される。Examples of the thermosetting resin include phenol resins, urea resins, melamine resins, xylene resins, polyester resins, epoxy resins, urethane resins, etc. 1 Usually, phenolic resins are employed, and in particular, novolac type phenolic resins. will be adopted.
本発明においては、前記熱硬化性樹脂としては、アセト
ン煮沸加熱でのゲル残存物が70重量%以上であるのが
好ましい、アセトン煮沸加熱でのゲル残存物が70重量
%以上であると、プレス時の変形が少なく、十分な効果
が得られる。ただし。In the present invention, the thermosetting resin preferably has a gel residue of 70% by weight or more when heated to acetone boiling. There is little deformation over time, and sufficient effects can be obtained. however.
アセトン煮沸加熱でのゲル残存物が70重量%未満であ
っても1本発明の目的を達成することができる。Even if the gel residue after boiling and heating acetone is less than 70% by weight, the object of the present invention can be achieved.
使用に供されるマトリクス材Aにおける前記黒鉛粉末と
前記熱硬化性樹脂との配合比(黒鉛粉末:熱硬化性樹脂
)は、通常、9:1〜6:4であり、好ましくは8.5
: 1.5〜7:3である。The blending ratio of the graphite powder and the thermosetting resin (graphite powder:thermosetting resin) in the matrix material A to be used is usually 9:1 to 6:4, preferably 8.5.
: 1.5 to 7:3.
なお、前記マトリクス材Aは、前記黒鉛粉末および前記
熱硬化性樹脂の他に、添加剤を含有していても良い。Note that the matrix material A may contain additives in addition to the graphite powder and the thermosetting resin.
前記添加剤としては、たとえば、ステアリン酸、ステア
リン酸亜鉛等の粉体成型に一般に用いられる潤滑剤など
を挙げることができる。Examples of the additive include lubricants commonly used in powder molding, such as stearic acid and zinc stearate.
前記被覆燃料粒子の表面に、前記マトリクス材Aをオー
バーコートするには、通常、前記被覆燃料粒子を前記マ
トリクス材A上で転勤しながら。To overcoat the surface of the coated fuel particles with the matrix material A, the coated fuel particles are generally transferred over the matrix material A.
溶媒を噴霧したり、または、熱を加えたりして、前記被
覆燃料粒子と前記マトリクス材Aとの間に粘着性を付与
して、オーバーコートする方法を採用することができる
。It is possible to adopt a method of overcoating by spraying a solvent or applying heat to impart adhesion between the coated fuel particles and the matrix material A.
前記被覆燃料粒子の表面に、前記マトリクス材Aをオー
バーコートして形成される前記マトリックス材Aからな
る層の厚さとしては、通常。The thickness of the layer made of the matrix material A formed by overcoating the matrix material A on the surface of the coated fuel particles is normal.
50〜200 膳mであり、75〜100 ルmとなる
ようにしておこなうのが好ましい。50 to 200 m, preferably 75 to 100 m.
前記被覆燃料粒子の表面に、オーバーコートされた前記
マトリクス材Aを熱硬化するには、前記熱硬化性樹脂が
充分に硬化するように加熱すればよい、前記マトリクス
材Aを熱硬化する際の加熱条件は、使用に供される前記
熱硬化性樹脂の種類および量によって異なるが1通常、
加熱温度130〜220℃、加熱時間5分〜1時間、好
ましくは、加熱温度130〜170℃、加熱時間20分
〜40時間である。In order to heat cure the matrix material A overcoated on the surface of the coated fuel particles, it is sufficient to heat the thermosetting resin to sufficiently cure the matrix material A. Heating conditions vary depending on the type and amount of the thermosetting resin used, but usually:
The heating temperature is 130 to 220°C and the heating time is 5 minutes to 1 hour, preferably the heating temperature is 130 to 170°C and the heating time is 20 minutes to 40 hours.
このようにして、たとえば、第1図に示すような被覆燃
料粒子lの表面に硬化オーバーコート層2を形成してな
る硬化オーバーコート被覆燃料粒子3を得ることができ
る。In this way, it is possible to obtain, for example, cured overcoat-covered fuel particles 3 in which a cured overcoat layer 2 is formed on the surface of coated fuel particles 1 as shown in FIG. 1.
次に核燃料体の製造方法について説明する。Next, a method for manufacturing a nuclear fuel body will be explained.
東星工1
本発明において重要な点の一つは、前記硬化オーバーコ
ート被覆燃料粒子と、黒鉛粉末および結合剤からなるマ
トリクス材(以下、マトリクス材Bと言うことがある。Tosei Kou 1 One of the important points in the present invention is a matrix material (hereinafter sometimes referred to as matrix material B) consisting of the cured overcoat-covered fuel particles, graphite powder, and a binder.
)とを使用して核燃料体を製造する。) to manufacture nuclear fuel bodies.
使用に供されるマトリクス材Bは、黒鉛粉末および結合
剤からなる。The matrix material B used consists of graphite powder and a binder.
マトリクス材Bに含まれる黒鉛粉末の平均粒径は、通常
、20〜30gmであり、前記のマトリクス材Aに含ま
れる黒鉛粉末と同じ平均粒径のものであるのが好ましい
。The average particle size of the graphite powder contained in matrix material B is usually 20 to 30 gm, and preferably the same average particle size as the graphite powder contained in matrix material A described above.
前記結合剤としては、熱硬化性樹脂、熱軟化性樹脂など
を採用することができるが、焼成段階での成形体の変形
を防止するために熱硬化性樹脂を採用するのが好ましい
。As the binder, a thermosetting resin, a thermosoftening resin, etc. can be used, but it is preferable to use a thermosetting resin in order to prevent deformation of the molded body during the firing step.
マトリクス材Bに含有できる熱硬化性樹脂としては、マ
トリクス材Aに含有でさる熱硬化性樹脂と同様のものを
挙げることができる。As the thermosetting resin that can be contained in matrix material B, the same thermosetting resin as that contained in matrix material A can be mentioned.
本発明において、前記のマトリクス材Bに含まれる熱硬
化性樹脂は、前記のマトリクス材Aに含まれる熱硬化性
樹脂と同様の熱硬化性樹脂であるのが好ましい。In the present invention, the thermosetting resin contained in the matrix material B is preferably the same thermosetting resin as the thermosetting resin contained in the matrix material A.
使用に供されるマトリクス材Bにおける前記黒鉛粉末と
前記結合剤との配合比(黒鉛粉末:結合剤)は1通常、
9:l〜6:4であり、好ましくは8.5:1.5〜7
:3である。The blending ratio of the graphite powder and the binder in the matrix material B to be used (graphite powder: binder) is usually 1,
9:1 to 6:4, preferably 8.5:1.5 to 7
:3.
本発明においては、マトリクス材Bは、前記マトリクス
材Aと同じM1成であるのが好ましい。In the present invention, it is preferable that the matrix material B has the same M1 composition as the matrix material A.
マトリクス材Bと前記マトリクス材Aとが同じ組成であ
ると、成形体を焼成後、前記マトリックス材Bの結合剤
が炭化されてなる黒鉛マトリクスと、前記マトリクス材
Aの熱硬化性樹脂が炭化されてなる黒鉛マトリクスとが
均一になるので、得られる核燃料体中の黒鉛マトリクス
を均一化することができる。また、マトリクス材Bと前
記マトリクス材Aとが同じ組成であると、マトリクス材
の調製を簡略化することができる。When the matrix material B and the matrix material A have the same composition, after the molded body is fired, the graphite matrix formed by carbonizing the binder of the matrix material B and the thermosetting resin of the matrix material A are carbonized. Since the graphite matrix in the resulting nuclear fuel body becomes uniform, the graphite matrix in the obtained nuclear fuel body can be made uniform. Furthermore, when the matrix material B and the matrix material A have the same composition, the preparation of the matrix material can be simplified.
核燃料体を製造するに際し、■たとえば第3図に示すよ
うに、硬化オーバーコート被覆燃料粒子3と黒鉛粉末お
よび結合剤からなるマトリクス材4との集合体を加圧成
形する方法、■たとえば第2図に示すように、前記硬化
オーバーコート被覆燃料粒子3の表面に、さらに黒鉛粉
末および結合剤からなる黒鉛マトリクス層5を形成し、
得られる二層コート被覆燃料粒子6の集合体を加圧成形
する方法、および■たとえば第4図に示すように、前記
二層コート被覆燃料粒子6と黒鉛および結合剤からなる
マトリクス材4との混合物を加圧成形する方法を採用す
ることができる
ここで、前記マトリクス材4は、公知の黒鉛および結合
剤からなるマトリクス材(前記マトリクス材B)であり
、前記二層コート被覆燃料粒子における黒鉛マトリクス
層は、前記マトリクス材4(前記マトリクス材B)を使
用して形成することができる。ただし、黒鉛マトリクス
層の厚みとしては、通常150〜350gmであり、好
ましくは250〜300 ルmである。When manufacturing a nuclear fuel assembly, for example, as shown in FIG. As shown in the figure, a graphite matrix layer 5 made of graphite powder and a binder is further formed on the surface of the cured overcoat coated fuel particles 3,
A method of press-molding the resulting aggregate of the two-layer coated fuel particles 6, and (1) a method of forming the two-layer coated fuel particles 6 with a matrix material 4 made of graphite and a binder, as shown in FIG. Here, the matrix material 4 is a known matrix material (matrix material B) made of graphite and a binder, and the graphite in the two-layer coated fuel particles The matrix layer can be formed using the matrix material 4 (the matrix material B). However, the thickness of the graphite matrix layer is usually 150 to 350 gm, preferably 250 to 300 gm.
前記の加圧成形を行なうための手段としては。As a means for carrying out the above-mentioned pressure molding.
たとえば、ダイス内に、硬化オーバーコート被覆燃料粒
子とマトリクス材Bとの混合物、あるいは前記二層コー
ト被覆燃料粒子の集合体、あるいは前記二層コート被覆
燃料粒子とマトリクス材Bとの混合物を充填し、上下か
らパンチすることによりおこなう手段、ラバープレス法
などの等方圧成形法による手段を挙げることができ、こ
れらのプレス法においては、温間プレスおよび冷間プレ
スのいずれであっても良い、さらに、前記加圧成形を行
なう手段として、押出成形法による手段を採用すること
もできる。For example, a die may be filled with a mixture of cured overcoated fuel particles and matrix material B, an aggregate of the two-layer coated fuel particles, or a mixture of the two-layer coated fuel particles and matrix material B. , means by punching from above and below, and means by isostatic pressing such as a rubber press method, and these pressing methods may be either warm press or cold press. Furthermore, as a means for carrying out the pressure molding, an extrusion molding method can also be employed.
これらの加圧成形を行なうための手段により、中実円笥
状、中空円筒状、球状、その他の任意の形状の成形体を
得ることができる。By means of these pressure-forming methods, it is possible to obtain a molded article in any shape, such as a solid cylinder, a hollow cylinder, a sphere, or any other shape.
なお、加圧成形の際の成形圧は、通常、20〜50kg
/cs2の範囲内であり、30〜40t/cm2の範囲
内に設定するのが好ましい。In addition, the molding pressure during pressure molding is usually 20 to 50 kg.
/cs2, and is preferably set within a range of 30 to 40 t/cm2.
このようにして得られる成形体の状態は、たとえば、第
5図に示すように、硬化オーバーコート層2を形成して
なる被覆燃料粒子1とマトリクス材4とからなり、被覆
燃料粒子lと被覆燃料粒子lとの間には、最小でも硬化
オーバーコート!2の層厚の2倍に相当する間隔aがあ
り、被覆燃料粒子1とプレス面7との間には、最小でも
硬化オーバーコート層2の層厚に相当する間隔すがある
。For example, as shown in FIG. 5, the molded body obtained in this way is composed of coated fuel particles 1 with a cured overcoat layer 2 formed thereon and matrix material 4, coated fuel particles l and coated fuel particles 1. There is at least a hardened overcoat between the fuel particles! There is a distance a corresponding to twice the layer thickness of the cured overcoat layer 2, and there is a distance a corresponding to at least the layer thickness of the cured overcoat layer 2 between the coated fuel particles 1 and the pressing surface 7.
この硬化オーバーコート層の存在により、被覆燃料粒子
は保護されることになり、加圧成形の際の応力に対して
この硬化オーバーコート層が緩衝材になる。また、加圧
成形の際に加熱をするのであれば、この硬化オーバーコ
ート層は熱衝撃、熱収縮、照射衝撃等に対して、緩衝作
用を示す。The presence of this cured overcoat layer protects the coated fuel particles, and the cured overcoat layer acts as a buffer against stress during pressure molding. Furthermore, if heating is applied during pressure molding, this cured overcoat layer exhibits a buffering effect against thermal shock, thermal shrinkage, radiation impact, and the like.
ミニ1 次いで、前記成形体の焼結処理を行なう。mini 1 Next, the molded body is subjected to a sintering treatment.
前記焼結処理における焼結温度は、通常、 1600〜
1900℃の範囲内に設定する。The sintering temperature in the sintering process is usually 1600~
Set within the range of 1900°C.
焼結に要する時間は2通常、1〜5時間である。The time required for sintering is usually 1 to 5 hours.
このような焼結処理を行なうことにより、成形体中の前
記マトリクス材(マトリクス材Aおよびマトリクス材B
)は、そのマトリクス材中の有機物が炭化されて、黒鉛
マトリクスとなる。By performing such a sintering process, the matrix materials (matrix material A and matrix material B) in the molded body are
), the organic matter in the matrix material is carbonized and becomes a graphite matrix.
このようにして、被覆燃料粒子および黒鉛マトリクスか
らなる核燃料体が得られる。In this way, a nuclear fuel body consisting of coated fuel particles and a graphite matrix is obtained.
本発明の方法により製造される核燃料体は、被覆燃料粒
子の被覆層の破損率を低くめることができる。The nuclear fuel assembly produced by the method of the present invention can reduce the failure rate of the coating layer of coated fuel particles.
また、本発明の方法により製造される核燃料体は、核燃
料体中に被覆燃料粒子が適度に分散されているので1局
部的に核燃料体における黒鉛マトリクスの密度が低くな
り過ぎることがなくて、黒鉛マトリクスが有する機箋(
熱伝導性向上、被覆燃料粒子の被mMの保護)を充分に
発揮させることができる。In addition, in the nuclear fuel assembly produced by the method of the present invention, since the coated fuel particles are appropriately dispersed in the nuclear fuel assembly, the density of the graphite matrix in the nuclear fuel assembly does not become too low locally, and the graphite matrix does not become too low. The notepad that the matrix has (
(Improvement in thermal conductivity, protection of mM of coated fuel particles) can be fully exhibited.
したがって、この方法により製造されるような核燃料体
は、たとえば高温ガス炉等で使用される核燃料体として
、好適に用いることができる。Therefore, a nuclear fuel assembly manufactured by this method can be suitably used as a nuclear fuel assembly used in, for example, a high-temperature gas reactor.
[実施例]
次いで、本発明の実施例を示し、本発明についてさらに
具体的に説明する。[Example] Next, Examples of the present invention will be shown to further specifically explain the present invention.
(実施例1)
二酸化ウランの核に、常法により、炭素、および、炭化
ケイ素あるいは炭化ジルコニウムを含有するセラミック
スを被覆熱分解蒸着した直径900gmの被覆燃料粒子
に、黒鉛粉末80重量%、フェノール樹脂20重量%か
らなる粉体を、75pmの厚さになるまで、エタノール
を噴霧しながら付着させてオーバーコートして後、 1
70℃の加熱炉で30分間加熱し、フェノール樹脂を硬
化させ、硬化オーバーコート層を形成してなる被覆燃料
粒子を得た。(Example 1) A core of uranium dioxide is coated with ceramics containing carbon and silicon carbide or zirconium carbide by pyrolytic vapor deposition using a conventional method. Coated fuel particles with a diameter of 900 gm are coated with 80% by weight of graphite powder and phenol resin. After applying and overcoating a powder consisting of 20% by weight to a thickness of 75 pm while spraying ethanol, 1
The coated fuel particles were heated in a heating furnace at 70° C. for 30 minutes to cure the phenol resin and form a cured overcoat layer.
次に、得られた硬化オーバーコート層を形成してなる被
覆燃料粒子に、前述した黒鉛粉末80重量%、フェノー
ル樹脂20重量%からなる粉体と同じ粉体を、前述と同
様にして300gmの厚さになるまで付着させてオーバ
ーコートした。ただし、このオーバーコート量は、仕様
によって定められた核燃料体中の被覆燃料粒子と黒鉛マ
トリックス層の密度によって変わる。Next, the same powder as the above-mentioned powder consisting of 80% by weight of graphite powder and 20% by weight of phenolic resin was added to the coated fuel particles formed by forming the cured overcoat layer in the same manner as described above. It was applied to a thick layer and overcoated. However, the amount of overcoat varies depending on the density of the coated fuel particles and graphite matrix layer in the nuclear fuel assembly determined by the specifications.
この粒子(硬化オーバーコート層を形成してなる被覆燃
料粒子に、さらに黒鉛粉末等をオーバーコートした被覆
燃料粒子)を、 18(1℃のダイス内に充填し、プレ
ス成形し成形体を得た。These particles (coated fuel particles formed by forming a hardened overcoat layer and further overcoated with graphite powder, etc.) were filled into a die at 18°C (1°C) and press-molded to obtain a compact. .
この成形体を、真空中で1800℃まで昇温し、1時間
保持して焼結することにより、核燃料体を得た。The temperature of this molded body was raised to 1800° C. in a vacuum, and the temperature was held for 1 hour to sinter it, thereby obtaining a nuclear fuel body.
得られた核燃料体を800℃で焙焼し、焙焼して得られ
た被覆燃料粒子を硝酸で浸漬後、溶出したウランを分析
し破損率を調べた。ここで、破損率とは、被覆燃料粒子
被覆層における炭化ケイ素層(セラミックス層)の破損
率である。核燃料体中における被覆層の破損率は、
1.4X 10−6%であり、従来製造方法における破
損率5 X 10−4%に比べて、充分に低い破損率で
あった。The obtained nuclear fuel body was roasted at 800°C, and the coated fuel particles obtained by roasting were immersed in nitric acid, and the eluted uranium was analyzed to examine the failure rate. Here, the breakage rate is the breakage rate of the silicon carbide layer (ceramic layer) in the coated fuel particle coating layer. The failure rate of the coating layer in the nuclear fuel body is
The breakage rate was 1.4 x 10-6%, which was sufficiently lower than the breakage rate of 5 x 10-4% in the conventional manufacturing method.
(実施例2)
硬化オーバーコート層を形成してなる被覆燃料粒子に、
さらに黒鉛粉末等をオーバーコートした被覆燃料粒子を
得るまでは、実施例1と同様にして行なった。(Example 2) Coated fuel particles formed with a cured overcoat layer,
The same procedure as in Example 1 was carried out until obtaining coated fuel particles overcoated with graphite powder and the like.
この粉体(硬化オーバーコート層を形成してなる被覆燃
料粒子に、さらに黒鉛粉末等をオーバーコートした被覆
燃料粒子)を9ゴム状型材に充填し、静水圧で等方加圧
して、直径60mmの球形に加圧成形した後、加熱炉で
180℃で5分間保持して、フェノール樹脂を硬化させ
て成形体を得た。This powder (coated fuel particles formed by forming a hardened overcoat layer and coated fuel particles further overcoated with graphite powder, etc.) is filled into 9 rubber-like shapes, and isostatically pressurized with hydrostatic pressure to form a diameter of 60 mm. After being pressure-molded into a spherical shape, the phenol resin was cured by holding it in a heating furnace at 180°C for 5 minutes to obtain a molded body.
この成形体を、真空中で1800℃まで昇温し、1時間
保持して焼結することにより、核燃料体を得た。The temperature of this molded body was raised to 1800° C. in a vacuum, and the temperature was held for 1 hour to sinter it, thereby obtaining a nuclear fuel body.
得られた核燃料体を、実施例1と同様にして破損率を調
べたところ、核燃料体中における被覆燃料粒子の被覆層
の破81率は、 1.8X 10−6%であり、充分に
低い破損率であった。When the failure rate of the obtained nuclear fuel assembly was examined in the same manner as in Example 1, the failure rate of the coating layer of the coated fuel particles in the nuclear fuel assembly was 1.8X 10-6%, which is sufficiently low. The damage rate was
[発明の効果] 本発明によると。[Effect of the invention] According to the invention.
(1) 製造時において被覆燃料粒子の被着層に亀裂
などの破損が生じにくく、
(2) 核燃料体中における被覆燃料粒子の被覆層の
破損率を低めることができ。(1) Damage such as cracks is less likely to occur in the adhering layer of the coated fuel particles during manufacturing, and (2) the rate of damage to the coating layer of the coated fuel particles in the nuclear fuel assembly can be reduced.
(3) さらに、核燃料体中に被覆燃料粒子が適度に
分散されている核燃料体を製造することができるので、
核燃料体における黒鉛マトリクスの密度が低くなり過ぎ
ることがなくて、黒鉛マトリックスが有する機能(熱伝
導性向上、被覆燃料粒子の被覆層の保護)を充分に発揮
させることができる
等の利点を有する、硬化オーバーコート被覆燃料粒子及
びそれを使用した核燃料体の製造方法を提供することが
できる。(3) Furthermore, since it is possible to manufacture a nuclear fuel assembly in which coated fuel particles are appropriately dispersed,
It has the advantage that the density of the graphite matrix in the nuclear fuel body does not become too low, and the functions of the graphite matrix (improving thermal conductivity, protecting the coating layer of coated fuel particles) can be fully demonstrated. A cured overcoat coated fuel particle and a method for producing a nuclear fuel assembly using the same can be provided.
第1図は、硬化オーバーコート層を形成してなる被覆燃
料粒子の一例を示す説明図である。第2図乃至第4図は
、硬化オーバーコート層を形成してなる被覆燃料粒子を
マトリクス材Bと共に加圧成形する態様の一例を示す説
明図である。第5図は1本発明の方法における成形体の
状態の一例を示す説明図である。
l・・・被覆燃料粒子、2や・・硬化オーバーコート層
、3・・・硬化オーバーコート被覆燃料粒子、4・・・
黒鉛粉末および結合剤からなるマトリクス材、5会・・
黒鉛粉末および結合剤からなるマトリクス層、6・・・
二層コート被覆燃料粒子、7・・・プレス面。
第
図
第2図
第3図
第4図
第5図FIG. 1 is an explanatory diagram showing an example of coated fuel particles formed with a cured overcoat layer. FIGS. 2 to 4 are explanatory diagrams showing an example of a mode in which coated fuel particles formed with a cured overcoat layer are pressure-molded together with matrix material B. FIG. 5 is an explanatory view showing an example of the state of a molded body in the method of the present invention. l...Covered fuel particles, 2...Cured overcoat layer, 3...Cured overcoat coated fuel particles, 4...
Matrix material consisting of graphite powder and binder, 5 groups...
Matrix layer consisting of graphite powder and binder, 6...
Double-layer coat coated fuel particles, 7...Press surface. Figure 2 Figure 3 Figure 4 Figure 5
Claims (4)
に、熱硬化性樹脂からなるマトリックス材を硬化してな
る硬化オーバーコート層で被覆してなることを特徴とす
る硬化オーバーコート被覆燃料粒子。(1) A cured overcoat coated fuel particle characterized in that the surface of the coated fuel particle is coated with a cured overcoat layer containing graphite powder and made by curing a matrix material made of a thermosetting resin. .
トリクス材とを加圧成形することによる核燃料体の製造
方法において、前記被覆燃料粒子として請求項1に記載
の硬化オーバーコート被覆燃料粒子を使用することを特
徴とする核燃料体の製造方法。(2) In a method for producing a nuclear fuel body by press-molding coated fuel particles and a matrix material consisting of graphite powder and a binder, the cured overcoat coated fuel particles according to claim 1 are used as the coated fuel particles. A method for manufacturing a nuclear fuel body, characterized by:
トリクス材とを加圧成形することによる核燃料体の製造
方法において、前記被覆燃料粒子として、請求項1に記
載の硬化オーバーコート被覆燃料粒子の表面に、黒鉛粉
末および結合剤からなる黒鉛マトリクス層を形成してな
る二層コート被覆燃料粒子を使用することを特徴とする
核燃料体の製造方法。(3) In a method for producing a nuclear fuel assembly by press-molding coated fuel particles and a matrix material comprising graphite powder and a binder, the coated fuel particles include the cured overcoat coated fuel particles according to claim 1. 1. A method for producing a nuclear fuel assembly, comprising using two-layer coated fuel particles having a graphite matrix layer formed on the surface thereof made of graphite powder and a binder.
の製造方法において、前記被覆燃料粒子として、請求項
1に記載の硬化オーバーコート被覆燃料粒子の表面に、
黒鉛粉末および結合剤からなる黒鉛マトリクス層を形成
してなる二層コート被覆燃料粒子を使用することを特徴
とする核燃料体の製造方法。(4) In a method for producing a nuclear fuel assembly by pressure molding coated fuel particles, the coated fuel particles include: on the surface of the cured overcoat coated fuel particles according to claim 1;
1. A method for producing a nuclear fuel body, comprising using double-layer coated fuel particles formed by forming a graphite matrix layer consisting of graphite powder and a binder.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63313588A JPH0636052B2 (en) | 1988-12-12 | 1988-12-12 | Cured overcoat coated fuel particles and method for producing nuclear fuel body using the same |
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---|---|---|---|
JP63313588A JPH0636052B2 (en) | 1988-12-12 | 1988-12-12 | Cured overcoat coated fuel particles and method for producing nuclear fuel body using the same |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH02159597A true JPH02159597A (en) | 1990-06-19 |
JPH0636052B2 JPH0636052B2 (en) | 1994-05-11 |
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ID=18043122
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Country Status (1)
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JP (1) | JPH0636052B2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1994005012A1 (en) * | 1992-08-21 | 1994-03-03 | Siemens Aktiengesellschaft | Fuel pellet for liquid cooled nuclear reactors |
JP2007183150A (en) * | 2006-01-06 | 2007-07-19 | Nuclear Fuel Ind Ltd | Fuel manufacturing method and fuel for high-temperature gas-cooled reactor |
CN107180654A (en) * | 2017-05-27 | 2017-09-19 | 中国工程物理研究院材料研究所 | A kind of MAX phase ceramics matrix disperse pellet nuclear fuel and its preparation method and purposes |
-
1988
- 1988-12-12 JP JP63313588A patent/JPH0636052B2/en not_active Expired - Fee Related
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CN107180654A (en) * | 2017-05-27 | 2017-09-19 | 中国工程物理研究院材料研究所 | A kind of MAX phase ceramics matrix disperse pellet nuclear fuel and its preparation method and purposes |
CN107180654B (en) * | 2017-05-27 | 2020-05-01 | 中国工程物理研究院材料研究所 | MAX phase ceramic matrix dispersion pellet nuclear fuel and preparation method and application thereof |
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JPH0636052B2 (en) | 1994-05-11 |
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