JPH02257093A - Production of nuclear fuel body and overcoated and coated fuel particle - Google Patents

Production of nuclear fuel body and overcoated and coated fuel particle

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JPH02257093A
JPH02257093A JP1079081A JP7908189A JPH02257093A JP H02257093 A JPH02257093 A JP H02257093A JP 1079081 A JP1079081 A JP 1079081A JP 7908189 A JP7908189 A JP 7908189A JP H02257093 A JPH02257093 A JP H02257093A
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JP
Japan
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matrix material
layer
fuel particles
coated fuel
coated
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JP1079081A
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Japanese (ja)
Inventor
Akira Kitamura
北村 昶
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Nuclear Fuel Industries Ltd
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Nuclear Fuel Industries Ltd
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Abstract

PURPOSE:To lower the failure rate of a coating layer by constituting an overcoat layer into two layers and forming the inside layer of a matrix material having the shrinkage rate smaller than the shrinkage rate of the matrix material forming the outside layer thereof at the time of calcination of this material. CONSTITUTION:The inner overcoat layer 3b is formed of the matrix material B on the surface of the coated fuel particle 2 and the outer overcoat layer 3a is formed of the matrix material A thereon to form the overcoated and coated fuel particle 1. The compounding ratio of a novolak type phenolic resin is preferably in an 85:15 to 70:30 range at the time of adopting this resin as the binder of the matrix material A. The shrinkage of the matrix material by moldability and calcination and the mechanical characteristics after the calcination are optimized by maintaining the compounding ratio within the above-mentioned range.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野1 本発明は核燃料体の製造方法およびオーバーコート被覆
燃料粒子に関する。さらに詳しく言うと、被覆燃料粒子
の被覆層の破損率の低い核燃料体の製造方法およびその
核燃料体を製造することのできるオーバーコート被覆燃
料粒子に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Field of Application 1] The present invention relates to a method for producing a nuclear fuel body and an overcoat coated fuel particle. More specifically, the present invention relates to a method for producing a nuclear fuel assembly in which the coating layer of coated fuel particles has a low failure rate, and overcoated fuel particles that can produce the nuclear fuel assembly.

[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および熱分解炭素を
、三層以上の多層に被覆した被覆層を有する。
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 has a multilayer coating of three or more layers of ceramics such as zirconium carbide and pyrolytic carbon.

前記核燃料体は、通常、このような被覆燃料粒子を、黒
鉛を主成分とする黒鉛マトリックス中に分散した構造で
ある。
The nuclear fuel body usually has a structure in which such coated fuel particles are dispersed in a graphite matrix containing graphite as a main component.

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となっており、
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 serves as a barrier to prevent the release of fission products generated during reactor operation,
In nuclear fuel assemblies used in high-temperature gas reactors and the like, it is an important component for maintaining the integrity of the nuclear fuel.

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、可能な限り、前記被覆燃料粒子の被覆層の欠陥(
破損等)を減することが重要である。
Therefore, in nuclear fuel assemblies used in high-temperature gas reactors etc., defects in the coating layer of the coated fuel particles (
It is important to reduce the amount of damage (damage, etc.).

また、核燃料体の黒鉛マトリックスは、被覆燃料粒子を
分散させて、核燃料体の熱出力を均一化すると共に、高
温ガス炉の運転温度によっても機械的特性が低下しない
ので、被覆燃料粒子の分散状態を一定に保持する。
In addition, the graphite matrix of the nuclear fuel assembly disperses the clad fuel particles to equalize the thermal output of the nuclear fuel assembly, and the mechanical properties do not deteriorate even with the operating temperature of the high temperature gas reactor, so the dispersion state of the clad fuel particles is maintained. is held constant.

従来、前記のような核燃料体は以下のような方法で製造
される。
Conventionally, nuclear fuel bodies as described above are manufactured by the following method.

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ックス材をオーバーコ
ートする。次いで、このマトリックス材をオーバーコー
トしてなる被覆燃料粒子の一定量の集合体を、加圧成形
装置等に充填して加圧成形(プレス成形)し、成形の際
の加熱により結合剤を硬化させ、焼成時においても形状
が保持されるように成形体を得る。そして得られた成形
体を不活性雰囲気下または真空下で高温加熱して焼成す
る。なお、成形前に、予め被覆燃料粒子にマトリックス
材をオーバーコートするのは、被覆燃料粒子同士が直接
に接触することを可能な限り防止し、被覆燃料粒子の被
覆層の欠陥を減するためである。
For example, first, coated fuel particles are overcoated with a matrix material consisting of graphite powder and a binder such as a thermosetting resin. Next, a certain amount of aggregates of coated fuel particles overcoated with this matrix material are filled into a pressure molding device, etc., and pressure molded (press molded), and the binder is hardened by heating during molding. A molded body is obtained so that the shape is maintained even during firing. Then, the obtained molded body is heated and fired at a high temperature in an inert atmosphere or under vacuum. The purpose of overcoating the coated fuel particles with a matrix material before molding is to prevent the coated fuel particles from coming into direct contact with each other as much as possible and reduce defects in the coating layer of the coated fuel particles. be.

しかしながら、前記のような方法では、マトリックス材
中の結合剤が熱分解してマトリックス材が収縮する一方
、被覆燃料粒子は熱膨張するので、被覆燃料粒子の被覆
層に顕著な応力が負荷されて、遂には被覆燃料粒子の被
覆層に亀裂などの破損が生ずるという問題点がある。
However, in the above method, the binder in the matrix material is thermally decomposed and the matrix material contracts, while the coated fuel particles thermally expand, so significant stress is applied to the coating layer of the coated fuel particles. Finally, there is a problem in that damage such as cracks occurs in the coating layer of the coated fuel particles.

なお、破損した被覆燃料粒子を包含する核燃料体は、原
子炉運転時に生ずる核分裂物質を封じ込むことができず
、原子炉雰囲気を汚染することがある。
Note that a nuclear fuel assembly containing damaged coated fuel particles may not be able to contain fissile material generated during nuclear reactor operation, and may contaminate the reactor atmosphere.

したがって、破損した被覆燃料粒子を包含する核燃料体
の使用を避けなければならず、このような核燃料体を製
造する方法の改良が望まれている。
Therefore, the use of nuclear fuel assemblies containing damaged clad fuel particles must be avoided, and improvements in methods of manufacturing such nuclear fuel assemblies are desired.

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、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〈〈て、被覆燃料粒子の被覆層の破損率が小さい核燃
料体の製造方法およびその核燃料体を製造することので
きるオーバーコート被覆燃料粒子を提供することにある
That is, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to manufacture a nuclear fuel assembly in which damage such as cracks occurs in the coating layer of the coated fuel particles during production, and the rate of damage to the coating layer of the coated fuel particles is small. An object of the present invention is to provide a method and an overcoated fuel particle by which a nuclear fuel body thereof can be manufactured.

[課題を解決するための手段] 前記課題を解決するための請求項1に記載の発明は、被
覆燃料粒子の表面に、黒鉛粉末および結合剤からなるマ
トリックス材でオーバーコート層を形成して、オーバー
コート被覆燃料粒子を得た後、前記オーバーコート被覆
燃料粒子をプレス成形および焼成する核燃料体の製造方
法において、前記オーバーコート層を二層構成にし、そ
の外層を形成するマトリックス材の焼成時の収縮率より
も小さい収縮率のマトリックス材で内層を形成すること
を特徴とする核燃料体の製造方法であり、 請求項2に記載の発明は、被覆燃料粒子の表面に、黒鉛
粉末および結合剤からなるマトリックス材でオーバーコ
ート層を形成してなるオーバーコート被覆燃料粒子にお
いて、前記オーバーコート層が、二層構成であり、その
外層を形成するマトリックス材の焼成時の収縮率よりも
小さい収縮率のマトリックス材で内層を形成してなるこ
とを特徴とするオーバーコート被覆燃料粒子である。
[Means for Solving the Problems] The invention according to claim 1 for solving the above problems includes forming an overcoat layer on the surface of coated fuel particles with a matrix material made of graphite powder and a binder, After obtaining the overcoat coated fuel particles, in the method for producing a nuclear fuel assembly, the overcoat coated fuel particles are press-molded and fired. A method for producing a nuclear fuel assembly, characterized in that the inner layer is formed with a matrix material having a shrinkage rate smaller than the shrinkage rate, and the invention according to claim 2 provides a method for producing a nuclear fuel body, characterized in that the inner layer is formed with a matrix material having a shrinkage rate smaller than the shrinkage rate, In the overcoat coated fuel particles, the overcoat layer has a two-layer structure, and has a shrinkage rate smaller than that of the matrix material forming the outer layer during firing. The present invention is an overcoated fuel particle characterized in that an inner layer is formed of a matrix material.

一被覆燃料粒子 本発明の使用に供される被覆燃料粒子としては、通常、
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。
Coated Fuel Particles The coated fuel particles used in the present invention usually include:
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、通常、平均粒径400〜E
i00gmのウラン、トリウム、ブ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., and usually has an average particle size of 400 to E.
Examples include oxide particles of i00gm of uranium, thorium, brutonium, etc.

前記被覆燃料粒子の平均粒径は、通常、800〜900
JLmである。
The average particle size of the coated fuel particles is usually 800 to 900.
It is JLm.

前記被覆層の層厚としては、通常、 150〜250p
Lmである。
The thickness of the coating layer is usually 150 to 250 p.
It is Lm.

オーバーコート層 本発明においては、被覆燃料粒子の表面に、内側オーバ
ーコート層(内層)および外側オーバーコート層(外層
)からなる二層構成のオーバーコート層を形成する。
Overcoat Layer In the present invention, a two-layer overcoat layer consisting of an inner overcoat layer (inner layer) and an outer overcoat layer (outer layer) is formed on the surface of the coated fuel particles.

内側オーバーコート層および外側オーバーコート層のい
ずれのオーバーコート層においても、黒鉛粉末および結
合剤からなるマトリックス材で形成される。
Both the inner overcoat layer and the outer overcoat layer are formed of a matrix material consisting of graphite powder and a binder.

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、20〜3Jtmであ
る。
The average particle size of the graphite powder is usually 20 to 3 Jtm.

なお、外側オーバーコート層を形成するマトリックス材
(以下、マトリックス材Aと言うことがある。)におけ
る黒鉛粉末と、内側オーバーコート層を形成するマトリ
ックス材(以下、マトリックス材Bと言うことがある。
The graphite powder in the matrix material forming the outer overcoat layer (hereinafter sometimes referred to as matrix material A) and the matrix material forming the inner overcoat layer (hereinafter sometimes referred to as matrix material B).

)における黒鉛粉末とは、同一の材質および平均粒径で
あるのが好ましい。
) is preferably the same material and average particle size as the graphite powder.

前記結合剤としては、各種のセラミックス等の成形に、
結合剤として使用されている公知の樹脂を使用すること
ができ、通常は、焼成時の寸法安定性を考慮し、熱硬化
性樹脂を使用する。
The binder may be used for molding various ceramics, etc.
Known resins used as binders can be used, and thermosetting resins are usually used in consideration of dimensional stability during firing.

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、シリコーン樹
脂等を挙げることができ、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好適に採用さ
れる。
Examples of the thermosetting resin include phenol resin, urea resin, melamine resin, xylene resin, polyester resin, epoxy resin, urethane resin, silicone resin, etc. Phenol resin is usually used, and novolak resin is particularly used. A type phenolic resin is suitably employed.

マトリックス材Aにおいては、黒鉛粉末と結合剤との配
合比(重量比、黒鉛粉末:結合剤)は、通常、90:1
0〜60:40の範囲内である。
In matrix material A, the blending ratio (weight ratio, graphite powder:binder) of graphite powder and binder is usually 90:1.
It is within the range of 0 to 60:40.

マトリックス材Aの結合剤として、ノボラック型フェノ
ール樹脂を採用する場合、前記配合比(重量比、黒鉛粉
末:結合剤)は、85:15〜70:30の範囲内であ
るのが好ましい。配合比が前記範囲内であることにより
、成形性、焼成によるマトリックス材の収縮、および焼
成後の機械特性を適正なものにすることができる。
When a novolac type phenolic resin is employed as the binder for the matrix material A, the blending ratio (weight ratio, graphite powder:binder) is preferably within the range of 85:15 to 70:30. When the blending ratio is within the above range, moldability, shrinkage of the matrix material upon firing, and mechanical properties after firing can be made appropriate.

本発明において重要な点の一つは、マトリックス材Bの
焼成時の収縮率[(焼成前の体積−焼成後の体積)/(
焼成前の体積)]が、マトリックス材Aの焼成時の収縮
率よりも小さいことである。
One of the important points in the present invention is the shrinkage rate of matrix material B during firing [(volume before firing - volume after firing)/(
volume before firing)] is smaller than the shrinkage rate of matrix material A during firing.

前記マトリックス材Bの焼成時の収縮率は、通常2.5
%以下であり、 1.5%以下であるのが好ましい。
The shrinkage rate of the matrix material B during firing is usually 2.5.
% or less, preferably 1.5% or less.

マトリックス材Bの焼成時の収縮率を、マトリックス材
Aの焼成時の収縮率よりも小さくするには、たとえば、
マトリックス材B中の結合剤の配合量を、マトリックス
材A中の結合剤の配合量よりも少なくする態様により行
なうことができる。
In order to make the shrinkage rate of matrix material B smaller than the shrinkage rate of matrix material A during firing, for example,
This can be done in such a manner that the amount of binder blended in matrix material B is smaller than the blended amount of binder in matrix material A.

なお、マトリックス材中の黒鉛粉末は、焼成しても実質
的に収縮しないので、マトリックス材中の結合剤の配合
量を少なくすれば、マトリックス材の焼成時の収縮率を
小さくすることができる。
Note that since the graphite powder in the matrix material does not substantially shrink even when fired, the shrinkage rate of the matrix material during firing can be reduced by reducing the amount of binder blended in the matrix material.

前記の態様においては、例えば結合剤としてノボラック
型フェノール樹脂を用いる場合、■マトリックス材B中
の結合剤の配合量は、焼成時の収縮率を小さくするため
に、通常、15重量%未満にし、10重量%以下にする
のがより好ましく、■マトリックス材A中の結合剤の配
合量は、通常、15重量%以上にする。
In the above embodiment, for example, when a novolac type phenolic resin is used as the binder, (1) the amount of the binder in the matrix material B is usually less than 15% by weight in order to reduce the shrinkage rate during firing; More preferably, the amount is 10% by weight or less, and (2) the amount of the binder in matrix material A is usually 15% by weight or more.

マトリックス材A中の前記結合剤の配合量が15重量%
以上であると、マトリックス材Aがプレス成形時に充分
な流動性を有し、プレス成形により良好な成形体を得る
ことができる。
The blending amount of the binder in matrix material A is 15% by weight.
In this case, the matrix material A has sufficient fluidity during press molding, and a good molded product can be obtained by press molding.

なお、マトリックス材A中の結合剤の配合量が少な過ぎ
ると、プレス成形時の流動性が不充分になり、プレス成
形前のオーバーコート被覆燃料粒子同士の隙間を充分に
埋めることができず、プレス成形後の成形体は、開孔部
が多い品質の劣るものになることがある。
In addition, if the blending amount of the binder in the matrix material A is too small, the fluidity during press molding will be insufficient, and the gaps between the overcoat coated fuel particles before press molding cannot be sufficiently filled. The molded product after press molding may have many openings and be of poor quality.

本発明においては、マトリックス材B中の結合剤として
、焼結時の収縮が小さい樹脂を選択するのが好ましい。
In the present invention, as the binder in the matrix material B, it is preferable to select a resin that exhibits small shrinkage during sintering.

焼成時の収縮が小さい樹脂としては、焼成時に分解物が
部分融解を起こすことの少ない分子構成からなるものが
よく、芳香族環またはへテロ環を有する樹脂、シリコー
ン樹脂等の無機成分を含有する樹脂などを挙げることが
できる。これらの中でも、例えば、ビスマレイミド系熱
硬化性樹脂のコンパウンドを好適に用いることができる
。また、マトリックス材Bにおいて、焼成時の収縮が小
さい樹脂として、アミン系硬化剤を硬化剤とするノボラ
ック型フェノール樹脂を結合剤に用いる場合、ヘキサメ
チレンテトラミンをノボラック型フェノール樹脂の硬化
剤として用いるときは、焼成時のホルムアルデヒドの発
生量を少なくするために、ノボラック型フェノール樹脂
中のへキサメチレンテトラミンの添加量が、6重量%未
満になるようにして用いるのが好ましい。
Resins with low shrinkage during firing are preferably those with a molecular structure that does not cause partial melting of decomposed products during firing, and those containing inorganic components such as resins with aromatic rings or heterocycles and silicone resins. Examples include resin. Among these, for example, a compound of a bismaleimide thermosetting resin can be suitably used. In addition, in matrix material B, when a novolak type phenolic resin with an amine type curing agent as a curing agent is used as a binder as a resin with small shrinkage during firing, when hexamethylenetetramine is used as a curing agent of a novolac type phenol resin. In order to reduce the amount of formaldehyde generated during firing, it is preferable that the amount of hexamethylenetetramine added to the novolac type phenol resin is less than 6% by weight.

一方、マトリックス材Aにおいても、結合剤としてノボ
ラック型フェノール樹脂を用いる場合、アミン系硬化剤
をノボラック型フェノール樹脂の硬化剤として用いるの
が好ましいが、ヘキサメチレンテトラミンをノボラック
型フェノール樹脂の硬化剤として用いるときは、ヘキサ
メチレンテトラミンの添加量が6重量%未満であると、
プレス成形時の熱硬化速度が極端に遅くなり実用に耐え
ないことがあるので、通常、ヘキサメチレンテトラミン
の添加量を6重量%以上にして用いる。
On the other hand, in matrix material A, when a novolak type phenolic resin is used as a binder, it is preferable to use an amine curing agent as a curing agent for the novolak type phenolic resin, but hexamethylenetetramine is used as a curing agent for the novolak type phenolic resin. When used, the amount of hexamethylenetetramine added is less than 6% by weight,
Since the heat curing rate during press molding may become extremely slow and impractical, the amount of hexamethylenetetramine added is usually 6% by weight or more.

なお、マトリックス材Aとマトリックス材Bの結合剤と
して、同種のノボラック型フェノール樹脂を用いる場合
、硬化剤として用いるアミン系硬化剤の量を変えること
により、マトリックス材Bの焼成時の収縮率を、マトリ
ックス材Aの焼成時の収縮率よりも小さくするともでき
る。
In addition, when using the same type of novolac type phenolic resin as the binder for matrix material A and matrix material B, the shrinkage rate of matrix material B during firing can be adjusted by changing the amount of amine curing agent used as a curing agent. It can also be made smaller than the shrinkage rate of matrix material A during firing.

オーバーコート被覆燃料粒子の製造 本発明においては、被覆燃料粒子の表面に、前記マトリ
ックス材Bで内側オーバーコート層(内層)を形成し、
前記マトリックス材Aで外側オーバーコート層(外層)
を形成し、オーバーコート被覆燃料粒子を得る。
Production of overcoat coated fuel particles In the present invention, an inner overcoat layer (inner layer) is formed on the surface of the coated fuel particles using the matrix material B,
Outer overcoat layer (outer layer) with the matrix material A
to obtain overcoated fuel particles.

前記被覆燃料粒子の表面に、前記マトリックス材Bで内
側オーバーコート層を形成するには、通常、前記被覆燃
料粒子を前記マトリックス材Blで転勤しながら、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ックス材Bとの間に付着性を付与し
て、オーバーコートする方法を採用することができる。
In order to form an inner overcoat layer with the matrix material B on the surface of the coated fuel particles, usually a solvent is sprayed or heat is applied while the coated fuel particles are transferred with the matrix material Bl. It is possible to employ a method of imparting adhesion between the coated fuel particles and the matrix material B to overcoat them.

前記被覆燃料粒子に前記マトリックス材Bで内側オーバ
ーコート層を形成したものに、前記マトリックス材Aで
外側オーバーコート層を形成するには、前記被覆燃料粒
子の表面に、前記マトリックス材Bをオーバーコートす
るのと同様にして行なうことができる。
In order to form an outer overcoat layer with the matrix material A on the coated fuel particles on which an inner overcoat layer is formed with the matrix material B, the surface of the coated fuel particles is overcoated with the matrix material B. You can do it in the same way as

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2の表面に、マトリックス材Bで内側オーバー
コート層3bを形成し、マトリックス材Aで外側オーバ
ーコート層3aを形成してなるオーバーコート被覆燃料
粒子lが得られる。
In this way, for example, as shown in FIG. 1, an inner overcoat layer 3b is formed using matrix material B, and an outer overcoat layer 3a is formed using matrix material A, on the surface of coated fuel particles 2. Overcoat coated fuel particles l are obtained.

オーバーコート被覆燃料粒子における前記内側オーバー
コート層の厚さと前記外側オーバーコート層の厚さとは
、製造しようとする核燃料体の寸法、被覆燃料粒子の充
填量、マトリックス材の組成により異なり一慨に規定で
きないが、各々のケースにより、成形性および本発明の
効果を考慮しながら、決定することができる。
The thickness of the inner overcoat layer and the outer overcoat layer in the overcoat coated fuel particles vary depending on the dimensions of the nuclear fuel assembly to be manufactured, the filling amount of the coated fuel particles, and the composition of the matrix material, and are generally defined. However, it can be determined depending on each case, taking into consideration moldability and the effects of the present invention.

たとえば、結合剤としてノボラック型フェノール樹脂を
用いる場合、内側オーバーコート層の厚さは、通常50
〜200pmであり、好ましくは75〜100p、mで
あり、内側オーバーコート層と前記外側オーバーコート
層とからなるオーバーコート層全体の厚さは、通常15
0〜350JLmである。
For example, when using a novolac-type phenolic resin as the binder, the inner overcoat layer thickness is typically 50 mm.
~200pm, preferably 75~100pm, and the total thickness of the overcoat layer consisting of the inner overcoat layer and the outer overcoat layer is usually 15
It is 0 to 350 JLm.

プレス成形工程 次いで、このようにして得られるオーバーコート被覆燃
料粒子を、加圧成形機などにより、所望の形状にプレス
成形する。
Press Molding Step Next, the overcoat coated fuel particles thus obtained are press molded into a desired shape using a pressure molding machine or the like.

前記のプレス成形を行なうための手段としては、たとえ
ば、ダイス内に、第2図に示すように複数のオーバーコ
ート被覆燃料粒子1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、前記プレス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。
Examples of the means for carrying out the above-mentioned press forming include a method of filling a die with a plurality of overcoated fuel particles 1 as shown in FIG. 2 and punching them from above and below, a rubber press method, etc. The isostatic pressing method may be used, and these pressing methods may be either warm pressing or cold pressing. Furthermore, as a means for performing the press molding, extrusion molding can also be employed.

これらのプレス成形を行なうだめの手段により、中実円
筒状、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 press-forming methods, it is possible to obtain a molded article in a solid cylindrical shape, a hollow cylindrical shape, a spherical shape, or any other arbitrary shape.

なお、プレス成形の際の成形圧は、通常、20〜50k
g/c+m2の範囲内であり、30〜40kg/cm2
の範囲内に設定するのが好ましい。
In addition, the molding pressure during press molding is usually 20 to 50 k
g/c+m2, within the range of 30-40kg/cm2
It is preferable to set it within the range of .

このようにして得られる成形体の状態は、第3図に示す
ように、被覆燃料粒子2の周囲は焼成時の収縮が低い材
質[マトリックス材B(■)]で取り囲まれており、被
覆燃料粒子粒子同士の隙間は、マトリックス材A(イ)
およびマトリックス材B (a)で充填された状態にな
っている。
As shown in FIG. 3, the state of the molded body obtained in this way is that the coated fuel particles 2 are surrounded by a material [matrix material B (■)] that has low shrinkage during firing, and the coated fuel The gaps between particles are filled with matrix material A (a)
and matrix material B (a).

−焼結工程− 焼結処理は、通常、得られた成形体を、窒素ガス等の不
活性雰囲気中で、昇温しながら、成形体中の熱分解生成
物の大部分を除去した後、最終的に真空中で、1600
〜1800℃の範囲内の温度で加熱し、焼成された核燃
料体を得る。
- Sintering process - The sintering process usually involves removing most of the thermal decomposition products in the compact while heating the obtained compact in an inert atmosphere such as nitrogen gas, and then Finally in vacuum, 1600
A fired nuclear fuel body is obtained by heating at a temperature within the range of ~1800°C.

この時、マトリックス材Bは収縮が小さく、被覆燃料粒
子に作用するマトリックス材Aの収縮応力に対し緩衝材
として作用し、被覆層に破損等は生じない。
At this time, the matrix material B has a small shrinkage and acts as a buffer against the shrinkage stress of the matrix material A acting on the coated fuel particles, so that no damage occurs to the coating layer.

このように、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が小さいので、高温ガ
ス炉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。
As described above, the nuclear fuel assembly produced by the method of the present invention has a low failure rate of the coating layer of the coated fuel particles, and therefore can be suitably used as a nuclear fuel assembly used in 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) 平均径BOOJLmの二酸化ウランよりなる球状の燃料
核に、第−層として低密度炭素(層厚60ルm、密度1
.1 g/c肩?)、第二層として高密度炭素(層厚3
3ルm、密度1.82g/c腸2)、第三層として炭化
ケイ素(層厚33川m、密度3.2 g/c履2)、さ
らに第四層として高密度炭素(層厚481Lm、密度1
.83g/c層?)を被覆し、全体として直径9387
Lmである被覆燃料粒子を用いた。
(Example 1) Low-density carbon (layer thickness 60 lm, density 1
.. 1 g/c shoulder? ), high-density carbon as the second layer (layer thickness 3
3 m, density 1.82 g/c2), silicon carbide as the third layer (layer thickness 33 m, density 3.2 g/c2), and high-density carbon as the fourth layer (layer thickness 481 Lm). , density 1
.. 83g/c layer? ), with an overall diameter of 9387
Coated fuel particles of Lm were used.

この被覆燃料粒子に、黒鉛粉末82.5重量%、フェノ
ール樹脂7.5重量%(ヘキサミン添加量12重量%)
からなる粉末を厚さが807℃mとなるまで、エタノー
ルを噴霧しながら付着させて内側オーバーコート層を形
成し、次に、黒鉛粉末80重量%、フェーノール樹脂2
0重量%(ヘキサミン添加量12重量%)からなる粉末
を厚さ(内側オーバーコート層および外側オーバーコー
ト層の厚さ)が2BOgmとなるまで、同様に付着させ
て外側オーバーコート層を形成し、オーバーコート被覆
燃料粒子を得た。
To these coated fuel particles, 82.5% by weight of graphite powder, 7.5% by weight of phenolic resin (added amount of hexamine: 12% by weight)
An inner overcoat layer was formed by adhering a powder consisting of 807°C m in thickness while spraying ethanol, and then 80% by weight of graphite powder and 2% phenolic resin.
Form an outer overcoat layer by depositing powder consisting of 0% by weight (hexamine addition amount: 12% by weight) in the same manner until the thickness (thickness of the inner overcoat layer and the outer overcoat layer) becomes 2BOgm, Overcoat coated fuel particles were obtained.

このようにして得られたオーバーコート被覆燃料粒子を
130℃に設定された外径2BOmmのダイスに充填し
、30kg/cm2で加圧した後、 180℃まで昇温
し、10分間熱硬化せしめた後、取り出し、円筒状の成
形体を得た。
The thus obtained overcoated fuel particles were filled into a die with an outer diameter of 2BOmm set at 130°C, and after pressurized at 30kg/cm2, the temperature was raised to 180°C and heat-cured for 10 minutes. Thereafter, it was taken out to obtain a cylindrical molded body.

得られた成形体を、1800℃まで昇温し、真空中で1
時間保持して焼成し、核燃料体を製造した。
The temperature of the obtained molded body was raised to 1800°C, and the temperature was increased to 1800°C, and
A nuclear fuel body was produced by holding and firing for a certain period of time.

製造された核燃料体を、800℃で空気中で焙焼し、粒
子(被覆燃料粒子)得た。次いで、得られた粒子を酸浸
漬し、溶出したウランを分析し、全体のウラン量に対す
る溶出したウランの量の比率をこの核燃料体中における
被覆燃料粒子の破損率・とじた。このようにして測定し
た破損率は1.8×10−6であり、原子炉の核燃料体
として使用するに充分に良好なものであった。
The produced nuclear fuel assembly was roasted in air at 800°C to obtain particles (coated fuel particles). Next, the obtained particles were immersed in acid, the eluted uranium was analyzed, and the ratio of the amount of eluted uranium to the total amount of uranium was calculated as the failure rate of coated fuel particles in this nuclear fuel body. The failure rate measured in this way was 1.8 x 10-6, which was good enough to be used as a nuclear fuel body for a nuclear reactor.

(実施例2) 実施例1と同様にして調整したオーバーコート被覆燃料
粒子を、ゴム状型材に充填し、1.000kg/c11
2の静水圧で等方加圧し、直径80mmの球形にプレス
成形した後、 180℃、5分間加熱炉中で保持し成形
体を得た。
(Example 2) Overcoat coated fuel particles prepared in the same manner as in Example 1 were filled into a rubber shaped material, and
The mixture was press-molded into a spherical shape with a diameter of 80 mm by isostatic pressurization with a hydrostatic pressure of 2, and then held 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
持し焼成することにより、核燃料体を製造した。
The temperature of this molded body was raised to 1800° C. in a vacuum, and the temperature was held for 1 hour and fired to produce a nuclear fuel body.

製造された核燃料体を、実施例1と同様の方法で、核燃
料体中における被覆燃料粒子の破損率を測定したところ
、 1.6X 10−6であり、充分に低い破損率であ
った。
The fracture rate of coated fuel particles in the produced nuclear fuel assembly was measured in the same manner as in Example 1, and was found to be 1.6×10 −6 , which was a sufficiently low failure rate.

(比較例1) 実施例1で用いた被覆燃料粒子を用い、黒鉛粉末80重
量%、ツーノール樹脂20重量%からなる粉末を厚さ3
40℃mとなるまで付着せしめ一層構成のオーバーコー
ト層を形成し、オーバーコート被覆燃料粒子を得た。
(Comparative Example 1) Using the coated fuel particles used in Example 1, powder consisting of 80% by weight of graphite powder and 20% by weight of Tunor resin was coated to a thickness of 3.
The mixture was allowed to adhere until the temperature reached 40°C to form a single-layer overcoat layer, thereby obtaining overcoat-coated fuel particles.

このオーバーコート被覆燃料粒子を実施例1と同様に成
形、焼成し、最終的に核燃料体を製造した。
The overcoat coated fuel particles were shaped and fired in the same manner as in Example 1 to finally produce a nuclear fuel assembly.

製造された核燃料体を、実施例1と同様の方法で核燃料
体中における被覆燃料粒子の破損率を測定したところ、
 4.2X 10−4であった。
When the fracture rate of coated fuel particles in the produced nuclear fuel assembly was measured in the same manner as in Example 1, it was found that:
It was 4.2X 10-4.

(評価) 実施例1および実施例2から明らかなように本発明の製
造方法による核燃料体は、核燃料体中における被覆燃料
粒子の破損率が低いので、本発明は、製造時に被覆燃料
粒子の被覆層の破損が生じず、原子炉燃料として好適な
核燃料体を得ることができ、工業上の意義は大きいもの
でのが確認できる。
(Evaluation) As is clear from Examples 1 and 2, the nuclear fuel assembly manufactured by the manufacturing method of the present invention has a low breakage rate of coated fuel particles in the nuclear fuel assembly. It can be confirmed that a nuclear fuel body suitable for use as a nuclear reactor fuel can be obtained without layer damage and is of great industrial significance.

[発明の効果] 本発明によると、 (1)  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、 (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る、 等の利点を奏する核燃料体の製造方法およびオーバーコ
ード被覆燃料粒子を提供することができる。
[Effects of the Invention] According to the present invention, (1) Damage such as cracks is less likely to occur in the coating layer of the coated fuel particles during manufacturing, and (2) the rate of breakage of the coating layer of the coated fuel particles in the nuclear fuel assembly is reduced. It is possible to provide a method for producing a nuclear fuel body and overcord-coated fuel particles that have the following advantages.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、本発明のオーバーコート被覆燃料粒子の一例
を示す説明図である。第2図は、本発明の方法における
プレス成形前のオーバーコート被覆燃料粒子の状態の一
例を示す説明図である。 第3図は、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。 1・・・オーバーコート被覆燃料粒子、2・・・被覆燃
料粒子オーバーコート被覆燃料粒子、3a・・・外側オ
ーバーコート層、3b・・内側オーバーコート層、(イ
)・・・マトリックス材A、(0) ・・・マトリック
ス材B。 第1 第2図 第3図 2  (ロ) j−
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an example of overcoat-coated fuel particles of the present invention. FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of the state of overcoat-covered fuel particles before press forming in the method of the present invention. FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of the state of a molded article in the method of the present invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Overcoat coated fuel particles, 2... Coated fuel particles, Overcoat coated fuel particles, 3a... Outer overcoat layer, 3b... Inner overcoat layer, (a)... Matrix material A, (0) ...Matrix material B. 1 Figure 2 Figure 3 2 (b) j-

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)被覆燃料粒子の表面に、黒鉛粉末および結合剤か
らなるマトリックス材でオーバーコート層を形成して、
オーバーコート被覆燃料粒子を得た後、前記オーバーコ
ート被覆燃料粒子をプレス成形および焼成する核燃料体
の製造方法において、前記オーバーコート層を二層構成
にし、その外層を形成するマトリックス材の焼成時の収
縮率よりも小さな収縮率のマトリックス材で内層を形成
することを特徴とする核燃料体の製造方法。
(1) Forming an overcoat layer on the surface of the coated fuel particles with a matrix material consisting of graphite powder and a binder,
After obtaining the overcoat coated fuel particles, in the method for producing a nuclear fuel assembly, the overcoat coated fuel particles are press-molded and fired. A method for producing a nuclear fuel assembly, comprising forming an inner layer with a matrix material having a shrinkage rate smaller than the shrinkage rate.
(2)被覆燃料粒子の表面に、黒鉛粉末および結合剤か
らなるマトリックス材でオーバーコート層を形成してな
るオーバーコート被覆燃料粒子において、前記オーバー
コート層が、二層構成であり、その外層を形成するマト
リックス材の焼成時の収縮率よりも小さい収縮率のマト
リックス材で内層を形成してなることを特徴とするオー
バーコート被覆燃料粒子。
(2) In the overcoat coated fuel particles in which an overcoat layer is formed on the surface of the coated fuel particles using a matrix material consisting of graphite powder and a binder, the overcoat layer has a two-layer structure, and the outer layer is An overcoat-covered fuel particle characterized in that an inner layer is formed of a matrix material having a shrinkage rate smaller than that of the matrix material to be formed during firing.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003533683A (en) * 2000-05-16 2003-11-11 コミツサリア タ レネルジー アトミーク Monolithic fuel element and fast spectral boiling water reactor using said element
JP2006112838A (en) * 2004-10-13 2006-04-27 Nuclear Fuel Ind Ltd Method for manufacturing fuel compact for high-temperature gas-cooled reactor
JP2006145508A (en) * 2004-11-25 2006-06-08 Nuclear Fuel Ind Ltd Method for manufacturing molded fuel for high-temperature gas furnace
JP2007183150A (en) * 2006-01-06 2007-07-19 Nuclear Fuel Ind Ltd Fuel manufacturing method and fuel for high-temperature gas-cooled reactor

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