JPH06186369A - 核燃料ペレットおよびその製造方法 - Google Patents

核燃料ペレットおよびその製造方法

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JPH06186369A
JPH06186369A JP43A JP33606392A JPH06186369A JP H06186369 A JPH06186369 A JP H06186369A JP 43 A JP43 A JP 43A JP 33606392 A JP33606392 A JP 33606392A JP H06186369 A JPH06186369 A JP H06186369A
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JP
Japan
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molybdenum
nuclear fuel
oxide powder
oxide
fuel pellet
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JP43A
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English (en)
Inventor
Shinji Ishimoto
慎二 石本
Mutsumi Hirai
睦 平井
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Nippon Nuclear Fuel Development Co Ltd
Original Assignee
Nippon Nuclear Fuel Development Co Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】核燃料の高燃焼度化に対応して、核燃料ペレッ
トの熱伝導率を向上させ、それによって核燃料ペレット
の中心温度を低下させ、FPガスの放出量を低減させ、
ペレットと被覆管の相互作用(PCI)を軽減させる。 【構成】酸化物粉末にモリブデン化合物を付着させたの
ち還元し、これを成形および焼結する。モリブデンを酸
化物粉末に付着させる方法としては、例えば酸化モリブ
デンあるいは硫化モリブデンを酸化物粉末に昇華・蒸着
させるか、酸化モリブデン、硫化モリブデンまたは塩化
モリブデンのような低融点モリブデン化合物を混合し、
これを該モリブデン化合物の融点以上の温度に加熱して
酸化物粉末にモリブデン化合物を付着させるか、あるい
はフッ化モリブデン、モリブデンカルボニルまたは塩化
モリブデン等の化学蒸着によって酸化物粉末にモリブデ
ン化合物を付着させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は熱伝導率を向上させた核
燃料ペレットおよび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、FP
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、熱伝導率が低く脆性を有する酸化物
に延性に富み熱伝導率の高い金属を添加して焼結体中に
析出させ、延性を付加しかつ熱伝導率を高くしたものが
サーメット材料として用いられている。核燃料ペレット
においてはこれに類似するものとして、核燃料ペレット
を構成するセラミックス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あるが(特開
昭53−16198号公報)、二酸化ウラン粉末と繊維
状粒子では成形性・焼結性が異なるため、通常の混合・
成形・焼結過程では、二酸化ウランと繊維状粒子の間に
空隙が生じやすく、熱伝導率の有効な向上が期待できな
い。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】二酸化ウラン粉末に熱
伝導率の高い金属粉末あるいは酸化物粉末を添加し、通
常の製造条件下で混合・成形・焼結した場合、添加粉末
の粒子径によっては二酸化ウラン粉末と同様の成形性・
焼結性を示し熱伝導率の有効な向上を期待できるが、反
面、析出した粒子が二酸化ウランの粒成長を抑制してF
Pガス放出量を増加させる要因となったり、析出硬化に
より燃料ペレットの変形を抑制してPCIを増加させる
要因となる。
【0005】また、熱伝導率の高い金属の酸化物粉末と
二酸化ウラン粉末を混合・成形し、二酸化ウランペレッ
トの通常の製造条件下で焼結することで、熱伝導率の高
い金属の酸化物粉末を還元し、二酸化ウランペレット中
に熱伝導率の高い金属を析出させる方法も考えられる
が、通常の混合・成形・焼結過程では、熱伝導率の高い
金属の酸化物粉末の昇華、蒸発、還元時の体積減少によ
り、熱伝導率の高い金属粉末が消失するか、あるいは還
元後の析出金属のまわりに気孔が形成され、熱伝導率の
有効な向上が期待できない。
【0006】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、熱
伝導率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。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、モリブデンを核燃料ペレット内に連続的に
析出させるようにしたものである。すなわち本発明は核
燃料ペレットに関するもので、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、モリブデンが核分
裂性物質を含む酸化物の結晶粒界に沿って連続的に析出
していることを特徴とする。
【0008】さらに本発明は、上記核燃料ペレットの製
造方法に関するもので、核分裂性物質を含む酸化物粉末
を成形したのち焼結する核燃料ペレットの製造方法にお
いて、上記酸化物粉末にモリブデン化合物を付着させた
のち還元し、これを成形および焼結することを特徴とす
る。上記酸化物粉末にモリブデン化合物を付着させる方
法としては、例えば、上記酸化物粉末に酸化モリブデン
あるいは硫化モリブデンを昇華・蒸着させるか、上記酸
化物粉末に低融点モリブデン化合物を混合し、これを該
モリブデン化合物の融点以上の温度に加熱して上記酸化
物粉末をモリブデン化合物でコーティングするか、もし
くはフッ化モリブデン、モリブデンカルボニルまたは塩
化モリブデン等の化学蒸着によって酸化物粉末にモリブ
デン化合物を付着させる等の方法がある。
【0009】
【作用】モリブデンは熱中性子吸収断面積が小さく、融
点が高く、しかも核分裂性物質を含む酸化物との共存性
に優れているので、核燃料ペレットの熱伝導率を向上さ
せるための添加物として適している。本発明の核燃料ペ
レットでは、モリブデンが核分裂性物質の酸化物、例え
ば酸化ウランの結晶粒界に連続的に析出しているので、
熱伝導率が向上する。その結果、従来の線出力と同一線
出力で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。また、
結晶粒界に連続的に析出したモリブデンにより核燃料ペ
レットの変形が容易になり、PCIが軽減する。かかる
核燃料ペレットは前記した方法により製造すれば得るこ
とができる。
【0010】
【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
の製造方法を示す工程図である。個別の容器に入れた核
分裂性物質を含む酸化物粉末と酸化モリブデン粉末ある
いは硫化モリブデン粉末を電気炉中で加熱する。この
時、酸化モリブデン粉末あるいは硫化モリブデン粉末の
加熱温度は昇華あるいは蒸発の起こる450℃以上で融
点以下(酸化モリブデン:約780℃、硫化モリブデ
ン:1180℃)の温度とし、核分裂性物質を含む酸化
物粉末の加熱温度はそれ以下とする。加熱中は空気ある
いはその他のガスを、酸化モリブデン粉末あるいは硫化
モリブデン粉末から核分裂性物質を含む酸化物粉末の方
向へフローさせる。フローガスの種類・流量および電気
炉の加熱温度は、目的とする酸化モリブデン粉末あるい
は硫化モリブデン粉末の昇華(蒸発)量により任意に選
ぶことができる。各粉末の加熱とガスフローにより、酸
化モリブデン粉末あるいは硫化モリブデン粉末は昇華
(蒸発)し、核分裂性物質を含む酸化物粉末へ蒸着す
る。この時、核分裂性物質を含む酸化物粉末を攪拌しな
がら蒸着することが好適である。
【0011】次に、酸化モリブデンあるいは硫化モリブ
デンが蒸着した核分裂性物質を含む酸化物粉末を還元す
る。還元は水素ガスその他の還元ガスを用いて500℃
以上の温度で行う。還元後の粉末を成形し通常の焼結条
件下で焼結する。これによりモリブデンが核分裂性物質
を含む酸化物の結晶粒界に沿って連続的に析出した核燃
料ペレットを得る。
【0012】図2は、本発明の他の実施例である核燃料
ペレットの製造方法を示す工程図である。酸化モリブデ
ン粉末あるいは硫化モリブデン粉末あるいは塩化モリブ
デン粉末と核分裂性物質を含む酸化物粉末を混合し、混
合粉末を酸化モリブデン粉末あるいは硫化モリブデン粉
末あるいは塩化モリブデン粉末の融点(それぞれ約78
0℃、約1180℃、約190℃)以上の温度に加熱す
る。この加熱により、モリブデン化合物が核分裂性物質
を含む酸化物粉末を被覆する。この加熱時の雰囲気とし
ては、空気中等、モリブデン化合物が還元・昇華・蒸発
しない雰囲気を任意に選ぶことができる。冷却後、モリ
ブデンが析出する雰囲気・温度、たとえば500℃の水
素雰囲気等で加熱し核分裂性物質を含む酸化物の表面に
モリブデンを析出させる。これを成形し、通常の焼結条
件下で焼結することにより、モリブデンが核分裂性物質
を含む酸化物の結晶粒界に沿って連続的に析出した核燃
料ペレットを得る。
【0013】図3は、本発明の他の実施例である核燃料
ペレットの製造方法を示す図である。フッ化モリブデン
あるいはモリブデンカルボニルあるいは塩化モリブデン
を電気炉中に入れ0〜250℃に加熱しモリブデン化合
物の蒸気を発生させる。この蒸気をガスフローによっ
て、別個の電気炉で400〜800℃に加熱した核分裂
性物質を含む酸化物粉末に導入し、化学蒸着させる。こ
の時、核分裂性物質を含む酸化物粉末を攪拌しながら蒸
着することが好適である。それぞれの加熱時の雰囲気・
温度はモリブデン化合物の種類および目的とする蒸着量
によって任意に選ぶことができる。次に、モリブデンが
析出する雰囲気・温度、たとえば500℃の水素雰囲気
等で加熱し核分裂性物質を含む酸化物の表面にモリブデ
ンを析出させる。これを成形し、通常の焼結条件下で焼
結することにより、モリブデンが核分裂性物質を含む酸
化物の結晶粒界に沿って連続的に析出した核燃料ペレッ
トを得る。
【0014】いずれの場合においても、核分裂性物質を
含む酸化物粉末として、造粒した酸化物を用いてもよ
い。また、いずれも場合においても、通常の成形・焼結
過程の代わりにホットプレスを用いてもよい。
【0015】
【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率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。
【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製造
方法の工程図。
【図2】本発明の一実施例である核燃料ペレットの製造
方法の工程図。
【図3】本発明の一実施例である核燃料ペレットの製造
方法の工程図。

Claims (5)

    【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、モリブデンが核分裂性物質を含む
    酸化物の結晶粒界に沿って連続的に析出していることを
    特徴とする核燃料ペレット。
  2. 【請求項2】 核分裂性物質を含む酸化物粉末を成形し
    たのち焼結する核燃料ペレットの製造方法において、上
    記酸化物粉末にモリブデン化合物を付着させたのち還元
    し、これを成形および焼結することを特徴とする核燃料
    ペレットの製造方法。
  3. 【請求項3】 酸化モリブデンあるいは硫化モリブデン
    を昇華・蒸着させることによって酸化物粉末にモリブデ
    ン化合物を付着させる請求項2記載の核燃料ペレットの
    製造方法。
  4. 【請求項4】 酸化モリブデン、硫化モリブデンまたは
    塩化モリブデンのような低融点モリブデン化合物を混合
    し、これを該モリブデン化合物の融点以上の温度に加熱
    して酸化物粉末にモリブデン化合物を付着させる請求項
    2記載の核燃料ペレットの製造方法。
  5. 【請求項5】 フッ化モリブデン、モリブデンカルボニ
    ルまたは塩化モリブデン等の化学蒸着によって酸化物粉
    末にモリブデン化合物を付着させる請求項2記載の核燃
    料ペレットの製造方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005088646A1 (en) * 2004-03-01 2005-09-22 Pebble Bed Modular Reactor (Proprietary) Limited Nuclear fuel provided with a coating
US9679666B2 (en) 2012-12-31 2017-06-13 Korea Atomic Energy Research Institute Uranium dioxide nuclear fuel pellet having metallic microcells and fabricating method thereof
US10043595B2 (en) 2012-12-31 2018-08-07 Korea Hydro & Nuclear Power Co., Ltd Uranium dioxide nuclear fuel pellet having ceramic microcells

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