JPH0519084A - 核燃料ペレツトおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】核燃料ペレットにおいては、ペレットの中心温
度の上昇は、ＦＰガス放出量の増加や、核燃料ペレット
の熱膨張の増加によるペレット−被覆管相互作用の発生
の原因となる。本発明は、ペレットの中心温度を低下さ
せるために、熱伝導性が高くかつ高密度の核燃料ペレッ
トを提供することを目的とする。 【構成】本発明は、核分裂性物質１を含む焼結体よりな
る核燃料ペレットにおいて、その核燃料ペレット内にモ
リブデン２が分散析出し、その核燃料ペレットの気孔率
が１〜５％であることを特徴とし、さらに上記核燃料ペ
レットの製造方法において、焼結温度付近またはそれ以
下の温度において少なくとも一部が液体となる物質３と
モリブデン２粉末とを核分裂性粉末に添加して焼結する
ことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は原子炉において使用され
る核燃料ペレットならびにその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】軽水炉では、経済性向上のため、核燃料
の高燃焼度化が進められている。高燃焼時の燃料におい
ては、核燃料ペレット中心温度の上昇，核燃料棒内の核
分裂生成ガス（ＦＰガス）放出量の増加，および核燃料
ペレットと被覆管の相互作用（ＰＣＩ）が主要な問題と
なってくる。このうち、ペレット中心温度の上昇は、Ｆ
Ｐガス拡散係数の増加によるＦＰガス放出量の増加，核
燃料ペレットの熱膨張の増加によるＰＣＩの増加など、
燃料挙動に影響を及ぼす。

【０００３】従来、熱伝導度が低く脆性を有する酸化物
に延性を付加し熱伝導度を高くするために、延性に富み
熱伝導度の高い金属を添加し、焼結体中に析出させるこ
とが行なわれている。核燃料ペレットにおいては、核燃
料ペレットを構成するセラミック中に金属繊維や酸化ベ
リリウム繊維およびウィスカーを析出させたものが知ら
れている（特開昭５３−１６１９８号公報参照）。しか
し、二酸化ウラン粉末と繊維状物質のような形状の異な
るものを焼結してペレットを製作した場合、ペレットの
密度を高くすることは困難であると考えられ、また、両
者の熱膨張率の差に起因してクラックが形成される可能
性がある。ペレット密度の低下は、核分裂性物質密度の
低下を招くため、高燃焼度化には好ましくなく、また、
クラックの形成は熱伝導度の低下を招くため、ペレット
中心温度の低下が期待できない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の状況
に対処してなされたもので、核燃料ペレットの中心温度
を低下させ、ＦＰガスの放出量を低減させ、ＰＣＩを軽
減させるために、高密度で熱伝導度の高い核燃料ペレッ
トならびにその製造方法を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、モリブデンを
核燃料ペレット内に分散析出させ、かつ高密度性を保持
することにより、上記目的を達成したものであって、す
なわち、核分裂性物質を含有する焼結体よりなる核燃料
ペレットにおいて、核燃料ペレット内にモリブデンが分
散析出し、その核燃料ペレットの気孔率が１〜５％であ
ることを特徴とする核燃料ペレットに関する。また、そ
の製造方法として、焼結温度付近またはそれ以下の温度
において少なくとも一部が液体となる物質とモリブデン
粉末とを核分裂性物質に添加して焼結することを特徴と
する核燃料ペレットの製造方法に関する。

【０００６】

【作用】高熱伝導度を有するモリブデンを核燃料ペレッ
ト中に析出させることにより、核燃料ペレットの熱伝導
度は向上する。その結果、従来の線出力と同一線出力に
おいて、核燃料ペレットの中心温度は低下し、ペレット
内の温度分布が従来の核燃料ペレットに比べ小さくな
る。しかしながらモリブデンを添加すると核分裂性物質
密度が減少し、高燃焼度化に適合しないという弊害が生
ずる。そこで本発明においては、核燃料ペレットの製造
において、焼結温度付近またはそれ以下の温度において
少なくとも一部が液体となる物質と、モリブデン粉末と
を、核分裂性物質に添加して焼結することにより、核分
裂性物質密度の減少を防止するか、あるいは核分裂性物
質の密度を増加させて、気孔率１〜５％の高密度を保持
することができる。

【０００７】すなわち、本発明においては、核燃料ペレ
ットの製造方法において、焼結温度付近またはそれ以下
の温度において少なくとも一部が液体となる物質をモリ
ブデン粉末とともに添加することにより、上記物質が焼
結時に溶融して液体となり、ウラン酸化物あるいは混合
酸化物の結晶粒界を濡らして粒界上の気孔を消滅させ、
その結果高密度が達成される。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１は、本発明の一実施例である核燃料ペレット
の微細構造を示す図である。図中、母相が核分裂性物質
１、点在する斜線で示した部分がモリブデン２、線状の
黒く示した部分が焼結時に焼結温度付近またはそれ以下
において少なくとも一部が液体となる物質３である。本
実施例では、核燃料ペレットの重量分率で0.25wt％の酸
化アルミニウム−酸化珪素化合物粉末と５wt％のモリブ
デン粉末を添加して焼結することにより、気孔率１〜５
％の高密度ペレットが得られた。酸化アルミニウムと酸
化珪素が反応すると、約1600℃以上において一部または
全部が液相となる共晶点を有する。したがって、この粉
末と燃料粉末とを混合し焼結を行うと、通常焼結が行わ
れる温度において、酸化アルミニウム−酸化珪素化合物
の少なくとも一部が液体となりウラン酸化物あるいは混
合酸化物の結晶粒界を漏らし気孔を消滅させるため、高
密度が達成させる。軽水炉に用いられている通常の核燃
料ペレットの気孔率は４〜５％であるから、本実施例の
核燃料ペレットにおいては、モリブデンの添加による核
分裂性物質密度の低下を抑えるか、防止するか、あるい
は逆に核分裂性物質密度を増加させることができる。

【０００９】図２は、従来の核燃料ペレットに球状のモ
リブデンが析出した時の1000Ｋにおける熱伝導度を示し
た図で、同一密度で比較した図である。図でλ／λ₀ は
モリブデンが析出したペレットの熱伝導度λと従来の核
燃料ペレットの熱伝導λ₀ の比である。本発明の核燃料
ペレットでは、高密度が達成されるため、図２で示した
ものよりさらに熱伝導度が上昇する。

【００１０】また、上記した実施例とは別に、５wt％の
微細モリブデン粉末（平均粒径 0.7μｍ〜 1.5μｍ）と
微量（0.01wt％以下）の酸化アルミニウム−酸化珪素化
合物を核分裂性物質に添加して焼結した場合において
も、気孔率１〜５％の核燃料ペレットが得られた。

【００１１】さらに、上記実施例以外にも、焼結時に焼
結温度付近またはそれ以下において少なくとも一部が液
体となるような他の物質を用いることにより、上記と同
様の効果を有する核燃料ペレットが得られる。

【００１２】また核的毒物としてガドリニウムを含む核
燃料ペレットにおいても、焼結時に焼結温度付近または
それ以下において少なくとも一部が液体となる物質とモ
リブデン粉末を燃料粉末に添加し焼結した場合、気孔率
が１〜５％である核燃料ペレットが得られる。

【００１３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
核燃料ペレットの熱伝導度を向上させることができるの
で、核燃料ペレットの中心温度を低下させ、ＦＰガスの
放出量を低減させ、ＰＣＩを軽減させることができる。
さらに、核燃料ペレットの密度を高くすることができる
ので、モリブデンの添加による核分裂性物質密度の減少
を補うことができ、さらにはそれ以上に核分裂性物質密
度を高くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である核燃料ペレットの微細
構造を示す図。

【図２】核燃料ペレットに球状のモリブデンが析出した
時の1000Ｋにおける熱伝導度とモリブデン濃度との関係
を示す図。

【符号の説明】

１…核分裂性物質、２…モリブデン、３…焼結時に焼結
温度付近またはそれ以下において少なくとも一部が液体
となる物質。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 核分裂性物質を含む焼結体よりなる核燃
   料ペレットにおいて、その核燃料ペレット内にモリブデ
   ンが分散析出し、その核燃料ペレットの気孔率が１〜５
   ％であることを特徴とする核燃料ペレット。
2. 【請求項２】 焼結温度付近またはそれ以下の温度にお
   いて少なくとも一部が液体となる物質とモリブデン粉末
   とを核分裂性物質に添加して焼結することを特徴とする
   核燃料ペレットの製造方法。