JPH06103352B2 - 中性子吸収ペレットの製造方法 - Google Patents

中性子吸収ペレットの製造方法

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JPH06103352B2
JPH06103352B2 JP1239752A JP23975289A JPH06103352B2 JP H06103352 B2 JPH06103352 B2 JP H06103352B2 JP 1239752 A JP1239752 A JP 1239752A JP 23975289 A JP23975289 A JP 23975289A JP H06103352 B2 JPH06103352 B2 JP H06103352B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、中性子吸収ペレットの製造方法と、この方法
で製造したペレットと、例えばBWRのような水型原子炉
(racteurs nuclaires eau)の制御棒における
該ペレットの使用とに係わる。
日本国特許出願JP−A−60046486には、ハフニウム(H
f)からなる金属製吸収材と炭化ホウ素(B4C)からなる
吸収材とを含む十字形制御棒が開示されている。これら
の吸収材は、制御棒全体を通して同一の減損時間(dur
e puisement)が得られるように配置され、そのた
め高価で思いHf及びEuが少なくてすむ。
また、日本国特許出願JP−A−8460286には、セラミッ
ク(B4C、HfO2、Eu2O3)の粉末と金属(Hf、Eu、Ni、C
u)との混合物を鋳造又は焼結することによって形成し
た中性子吸収材が開示されている。これは、原子炉で核
毒物として使用されるものである。
吸収すべき中性子束及びこれら中性子のエネルギーは制
御棒内の吸収材の位置によって変化する。前出の特許明
細書では、吸収材の寿命と制御棒の吸収能力とを変える
方法が追及されている。
本出願人は、より簡単に調節でき且つより経済的に製造
できる吸収手段を研究した。本出願人はまた、中性子の
状況に更に正確に適合できるように、同一の中性子吸収
材の全体を通して吸収能力を変化させる方法も探求し
た。
発明の概要 本発明は第1に、例えばBWRの十字形制御棒のような原
子炉の制御装置で使用するための中性子吸収ペレットの
製造方法に係わる。この方法は下記のステップを含むこ
とを特徴とする: a)Hfの電解結晶又はチップと任意的な炭化ホウ素粉末
とを、総質量(Hf+B4C)=40〜100質量%、その比Hf/
(Hf+B4C)=0.20〜1で含み、更に400℃以上で溶融
する別の金属元素も任意に含む圧縮成形可能な物質を生
成し。
b)これらの物質を混合し、金型中で1回以上の充填及
び圧縮操作で圧縮成形し、固体状態(l'tat massif)
での平均密度の80%以上、通常は85〜95%に相当する見
掛け密度を有するペレットを形成し、 c)このペレットを任意に焼結処理し、 d)このペレントを型から取り出し、 e)金属製シースもしくは制御棒の盲穴内への滑り込み
を容易にするためにペレットの直径を±0.02mmもしくは
それ以下の公差に調整すべく、ペレットを任意に研削す
る。この研削を行わない場合には、直径の公差が通常±
0.03mmになる。
本発明のペレントはこのように、Hf及び任意のBを要求
に応じて選択した含量で含み、通常は原子炉制御装置内
で、実験及び/又は中性子吸収効率の計算値に基づいて
選択したペレットの組成Hf/B4Cより最適の減損速度(vi
tesse d'puisement)が得られるような位置に配置さ
れる。
本発明で使用する圧縮成形可能なHf生成物は、少なくと
も20質量%の電解結晶を含むのが好ましい。本発明では
この結晶を新規且つ驚くべき方法で使用する。これらの
結晶は極めて有利な性質を有するため、より好ましくは
Hfの総質量の0.5〜1倍、更に好ましくは0.8〜1倍の
量、特にHf全体を占めるような量で使用する。
実際、本出願人は、Hf電解結晶が圧縮成形に特に適して
おり、例えばKrollスポンジから得た微粉砕Hfに通常見
られる発火性を示さないことを発見した。
これらの結晶は一般的に2〜6g/cm3の見掛け密度を有
し、個々の大きさが0.1mm〜3もしくは4mmであり、電解
条件に応じて塊状又は針状の様相を示す。これらの結晶
はしばしば集合体にまとまることがある。これらの集合
体は、複数の結晶軸に沿って樹枝状又は針状結晶が同時
に成長した時に生じ、通常は3mm〜2cmの大きさを有す
る。最大の集合体は、前記使用のためには除去するか、
又は例えば粉砕によって細かくし、通常は製造すべき圧
縮成形製品の直径又は厚みの0.5〜0.3倍以下の大きさに
戻す。
電解は通常溶融塩化物浴中で行い、この処理によって得
られたHf電解結晶は洗浄し、乾燥するのが普通である。
これらの結晶のH及びCl含量はこの段階では通常夫々40
ppm以下及び50ppm以下であるが、電解条件を注意深く調
整し、また任意に乾燥を室温より効果的な条件、例えば
1.3Pa以下の真空下又は不活性ガス下150〜300℃の温度
で行えば、25〜30ppm以下に減らすことができる。
H及びClの含量は、電解結晶を前述のごとく150〜300℃
で処理するのではなく、1mPa以下の真空下1000〜1250℃
で8〜48時間、通常は1050〜1150℃で16〜32時間処理す
れば、更に減らすことができる。その結果、H及びClの
残量は夫々20ppm以下及び10ppm以下になる。
Hf電解結晶を直接使用することは、工業的にも経済的に
も有利なことである。この結晶は廉価且つ高純度のHfで
あり、圧縮成形に極めて適している。この適性は、これ
らの結晶の密度(2〜6g/cm3)がHf塊の密度(13.29g/c
m3)より大幅に小さいことから明らかなように、これら
の結晶が大きな空隙率を有することに関連していると考
えられる。
本発明は、電解結晶形態のハフニウムを含むペレットの
製造だけでなく、Hf及びB4Cの両方を選択した割合で含
むペレットの製造にも係わる。この場合、Hf/(Hf+B
4C)の比は0.20〜0.80にするのが好ましい。圧縮成形製
品の中性子吸収能力及び機械的強度は、特に焼結処理を
行わない場合には、圧縮成形すべき混合物に400℃以上
で溶融する下記のような別の金属元素を下記の用量(全
体に対する質量%)で導入することによっても調整する
ことができる: Zr及び/又はZr合金 :0〜60% Ti及び/又はTi合金 :0〜60%、 Zr含量<55%のHf−Zr合金 :0〜60%、 Ti含量<55%のHf−Ti合金 :0〜60%、 400℃以上で溶融する中性子吸収金属元素 :<0.2%、 400℃以上で溶融する別の金属元素 :<3% これらの金属物質は、調整した出発混合物中で圧縮成形
し得るものでなければならず、本質的に電解結晶及び/
又はチップ及び/又はスポンジの形態を有する。「チッ
プ」という用語は施削、フライス削り、穿孔のような処
理によって生じる金属片並びに、場合によっては、通常
1cm3以下の単位体積の小さい切屑部分を意味し、「ス
ポンジ」とHf、Zr及びTiの場合にはMgによる還元又はKr
oll還元によって得られる物質を意味する。これらの物
質は、Hf電解結晶以外に、H及びCl含量が夫々40ppm以
下、50ppm以下のZr及び/又はTi電解結晶も含み得る。
これらの電解結晶も、Hf電解結晶と同様の精製用熱処理
にかけることができる。
ペレットは通常、前述のごとき充填及び圧縮処理を何回
か連続的に繰り返すことによって形成する。その場合は
焼結処理を行うのが望ましい。この焼結は通常は、研磨
砥石による研磨のような研削処理を行う前に、圧力下、
還元雰囲気中、通常1970〜2030℃の温度で行う。
本発明は、このようにして製造したペレットにも係わ
る。これらのペレットは通常下記の組成(質量%)を有
する: Hf 20〜100% (Hf総質量の少なくとも20%は電解結晶である) B4C :0〜80% Hf+B4C :40〜100% Zr+Ti :0〜60% 400℃以上で溶融する別の金属元素 :<6%。
これらのペレットは、高温熱処理にかけなかった場合に
容易に検出できる特性を有する。これらのペレット中で
Hf電解結晶が検出され得るからである。通常は、Hfの質
量の少なくとも半分をHf電解結晶にする。
これらのペレットはしばしば、Hf及び炭化ホウ素の両方
を、Hf/(Hf+B4C)=0.20〜0.80で且つ総質量の全部又
は少なくとも40%を占めるように含む。
本発明は更に、Hf及び任意的なBの含量を連続的に調整
し得る本発明の方法で製造したペレットの、水型原子炉
の制御棒における種々の形態の使用にも係わる。即ち、
これらのペレットは、 −制御棒の収容部、例えば充填後に閉鎖される盲孔の中
に直接導入して使用するか、又は −制御棒に固定されることになるシース(鞘)で被覆さ
た中性子吸収剤の形態で使用することができる。
前者の場合は、ペレットのHf及びB4C含量がペレットの
個々の位置に応じて異なるようにする。後者の場合は、
例えば一端が閉鎖された金属管の中にペレットを導入
し、この管を密封する。この場合は、吸収材全体を通し
てペレットのHf及び任意的B4Cの含量が同じになるよう
にするか(これらの含量は制御棒内での吸収材の位置に
依存し得る)、あるいは個々のペレットのHf及び任意的
B4Cの含量が吸収材中でペレットの位置によって異なる
ようにする。
発明の利点 本発明は経済的観点から重要な利点を多く有する。
−電解結晶形態の純粋なHfを使用するため、複雑でコス
トのかかる変換処理が不要である; −金属及び合金の源又は形態に関して柔軟性がある; −凸形又は部分的凹形の非円形輪郭をもつ断面を有する
圧縮ペレットを製造することができる; −Hf及びB4C含量の調整が容易であり、これらの含量を
シースで被覆された吸収材中で変化させるか又は直接制
御ロッド内で変化させることができる; −製造方法が簡単である。
実施例1 同量のHf電解チップと平均粒度16μmの炭化ホウ素粉末
との混合物を調整する。部分的充填及び圧縮操作を3回
行って、直径5.95mm、高さ100mmの円筒形圧縮体を5つ
製造する。得られる見掛け密度は0.88〜0.91である。次
いでこれらの圧縮体をセンタレスマシーンで研削処理し
て、望ましい研削面を得る。
実施例2 直径5.95mm、高さ15mmの4つのペレットからなるバッチ
を、Hf及びB4C含量を下記のように変えて5組製造す
る: 含量(質量%) Hf B4C バッチNo.1 70 30 バッチNo.2 60 40 バッチNo.3 50 50 バッチNo.4 40 60 バッチNo.5 30 70 直径6.1mmの圧縮ペレットを、研削によって直径5.95±
0.01mmにする。5組のバッチから1つずつ選択した5つ
のペレットを内径6.0mm、厚さ0.8mm、長さ100mmのステ
ンレス鋼管内に導入し、一端に高さ12.5mmのプラグを溶
接して密封する。Hf含量が漸減するような順序で前記管
内に5つのペレットを導入したら、管内部を真空にして
第2のプラグを配置し、管の端部を横断する方向の側方
溶接により溶接する。
この充填及び密封操作を2回繰り返す。操作は容易に実
施できる。尚、ペレットは管(シース)に入れずに、Hf
及びB4C含量が漸減するような順序で制御棒の収容部内
に直接導入してもよい。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ギユンナー・ベステルン スウエーデン国、バステラス、シユマル ト・フエルクストガータン・139 (56)参考文献 特開 昭58−214882(JP,A) 特開 昭59−60286(JP,A) 特開 昭59−50150(JP,A)

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】原子炉の制御装置で使用するための中性子
    吸収ペレットの製造方法であって、 a)Hf総質量の少なくとも20%が電解結晶であるHfと任
    意的な炭化ホウ素粉末とを、総質量(Hf+B4C)=40〜1
    00質量%、その比Hf/(Hf+B4C)=0.20〜1で含み、更
    に400℃以上で溶融する別の金属元素も任意に含む圧縮
    成形可能な物質を生成し、 b)これらの物質を混合し、金型中で1回以上の充填及
    び圧縮操作により圧縮成形し、固体状態での平均密度の
    80%以上に相当する見掛け密度を有するペレットを形成
    し、 c)このペレットを任意に焼結処理し、 d)このペレットを型から取り出し、 e)このペレットを任意に研削する ステップを含むことを特徴とする製造方法。
  2. 【請求項2】Hf電解結晶の質量がHfの総質量の0.5〜1
    倍である請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】ハフニウムが総て電解結晶形態を有する請
    求項1に記載の方法。
  4. 【請求項4】使用する電解結晶のH及びClの平均含量が
    夫々25ppm以下及び30ppm以下である請求項1から3のい
    ずれか一項に記載の方法。
  5. 【請求項5】使用する電解結晶を、真空下又は不活性ガ
    ス中、150〜300℃で予め処理しておく請求項4に記載の
    方法。
  6. 【請求項6】使用する電解結晶を予め1000〜1250℃で8
    時間〜48時間、好ましくは1050〜1150℃で16時間〜32時
    間処理し、これらの結晶のH及びClの平均含量を夫々20
    ppm以下及び10ppm以下としたものを用いる請求項4に記
    載の方法。
  7. 【請求項7】Hf/(Hf+B4C)の比が0.20〜0.80である請
    求項1から2のいずれか一項に記載の方法。
  8. 【請求項8】圧縮成形可能な物質がHf以外の金属物質を
    60%まで含み、これらの金属物質が(全体に対する質量
    %で)、 Zr及び/又はZr合金:0〜60%、 Ti及び/又はTi合金:0〜60%、 Zr含量<55%のHf−Zr合金:0〜60%、 Ti含量<55%のHf−Ti合金:0〜60%、 400℃以上で溶融する中性子吸収金属元素:<0.2%、 400℃以上で溶融する別の金属元素:<3% を含む請求項1から7のいずれか一項に記載の方法。
JP1239752A 1988-09-15 1989-09-14 中性子吸収ペレットの製造方法 Expired - Lifetime JPH06103352B2 (ja)

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