JPH06265670A - 核燃料ペレットの焼結方法及び焼結炉 - Google Patents
核燃料ペレットの焼結方法及び焼結炉Info
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- JPH06265670A JPH06265670A JP5053503A JP5350393A JPH06265670A JP H06265670 A JPH06265670 A JP H06265670A JP 5053503 A JP5053503 A JP 5053503A JP 5350393 A JP5350393 A JP 5350393A JP H06265670 A JPH06265670 A JP H06265670A
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- JP
- Japan
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- sintering furnace
- gas
- nuclear fuel
- sintering
- furnace
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 核燃料ペレットの量産工程中において、核燃
料ペレットにクラックが発生するのを防止する。 【構成】 焼結炉１は、幅より高さを大きくしてあり、
焼結炉１の中を上下に複数に分割した構造とし、それぞ
れ独立に温度制御できるようにしてある。複数個のグリ
ーンペレット３は、タングステン製のグリーンペレット
収納ボート２に多段に積み上げられ、駆動装置６により
焼結炉１の下部から上部へと移動される。ガスは、焼結
炉１の上部に設けてあるガス入口４から流入され、焼結
炉１の下部に設けてあるガス出口５から放出される。焼
結炉１の内側には、タングステン製管７を設けて上下温
度の均一化を図り、ガスの滞留を防いでいる。
料ペレットにクラックが発生するのを防止する。 【構成】 焼結炉１は、幅より高さを大きくしてあり、
焼結炉１の中を上下に複数に分割した構造とし、それぞ
れ独立に温度制御できるようにしてある。複数個のグリ
ーンペレット３は、タングステン製のグリーンペレット
収納ボート２に多段に積み上げられ、駆動装置６により
焼結炉１の下部から上部へと移動される。ガスは、焼結
炉１の上部に設けてあるガス入口４から流入され、焼結
炉１の下部に設けてあるガス出口５から放出される。焼
結炉１の内側には、タングステン製管７を設けて上下温
度の均一化を図り、ガスの滞留を防いでいる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は核燃料ペレットの焼結方
法及び焼結炉に係り、特にクラックがなく均質な組識を
有する核燃料ペレットの製造方法及び焼結炉に関する。
法及び焼結炉に係り、特にクラックがなく均質な組識を
有する核燃料ペレットの製造方法及び焼結炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在実用化されている発電用原子炉の多
くは、ウラニウム、トリウム及びプルトニウムのうちの
少なくとも一つの酸化物、又はこれらの混合酸化物を主
成分とする核燃料ペレットを金属製被覆管内に密封した
構造の核燃料要素を使用している。このような核燃料要
素のうち、軽水炉に使用される核燃料要素の縦断面図を
図２に示す。
くは、ウラニウム、トリウム及びプルトニウムのうちの
少なくとも一つの酸化物、又はこれらの混合酸化物を主
成分とする核燃料ペレットを金属製被覆管内に密封した
構造の核燃料要素を使用している。このような核燃料要
素のうち、軽水炉に使用される核燃料要素の縦断面図を
図２に示す。
【０００３】核燃料要素は、図２に示すように、ジルコ
ニウム又はジルコニウム合金からなる被覆管８の中に、
ウラニウム、トリウム及びプルトニウムのうちの少なく
とも一つの酸化物を焼結成形した核燃料ペレット９を積
層収納するとともに、被覆管８の上下両端部を上部端栓
１０ａ及び下部端栓１０ｂで、それぞれ密封してある。
なお、被覆管８の上部には、ガス溜め用としてプレナム
１１及びスプリング１２を有している。
ニウム又はジルコニウム合金からなる被覆管８の中に、
ウラニウム、トリウム及びプルトニウムのうちの少なく
とも一つの酸化物を焼結成形した核燃料ペレット９を積
層収納するとともに、被覆管８の上下両端部を上部端栓
１０ａ及び下部端栓１０ｂで、それぞれ密封してある。
なお、被覆管８の上部には、ガス溜め用としてプレナム
１１及びスプリング１２を有している。
【０００４】核燃料ペレット９は、上記の酸化物の粉末
に結合剤を加え、２ｔｏｎ/ｃｍ2前後の圧力を加えて円
柱形のグリーンペレットに成形した後、１６００℃以上
の高温で焼結して得られる。
に結合剤を加え、２ｔｏｎ/ｃｍ2前後の圧力を加えて円
柱形のグリーンペレットに成形した後、１６００℃以上
の高温で焼結して得られる。
【０００５】通常の核燃料ペレット９の量産工程では、
焼結に際して、複数個のグリーンペレットを、複数個の
耐熱製ボートに装荷し、これらの耐熱製ボートを所定温
度に加熱された大型焼結炉内の一側面から対面に向けて
水平方向に通過させている。また、結焼炉内に所定流量
の所定ガスを流し、焼結時の雰囲気を所定条件に保持す
ることにより、核燃料ペレット９のミクロ組織を調節し
ている。
焼結に際して、複数個のグリーンペレットを、複数個の
耐熱製ボートに装荷し、これらの耐熱製ボートを所定温
度に加熱された大型焼結炉内の一側面から対面に向けて
水平方向に通過させている。また、結焼炉内に所定流量
の所定ガスを流し、焼結時の雰囲気を所定条件に保持す
ることにより、核燃料ペレット９のミクロ組織を調節し
ている。
【０００６】しかし、上記の量産工程で製造された核燃
料ペレット９には、クラック等の製造時欠陥が形成され
ることがある。特に、ガドリニアを数％以上添加した二
酸化ウランを主成分とする核燃料ペレット９では、クラ
ックを発生することが多い。クラックは、核燃料ペレッ
ト９の熱伝導度を低下させ、核燃料ペレット９の温度を
上昇させ、核分裂生成ガス放出や、核燃料ペレット９と
被覆管８との間の機械的相互作用などを増加させるな
ど、燃料性能に悪影響を及ぼす原因となっている。
料ペレット９には、クラック等の製造時欠陥が形成され
ることがある。特に、ガドリニアを数％以上添加した二
酸化ウランを主成分とする核燃料ペレット９では、クラ
ックを発生することが多い。クラックは、核燃料ペレッ
ト９の熱伝導度を低下させ、核燃料ペレット９の温度を
上昇させ、核分裂生成ガス放出や、核燃料ペレット９と
被覆管８との間の機械的相互作用などを増加させるな
ど、燃料性能に悪影響を及ぼす原因となっている。
【０００７】この対策として、焼結雰囲気を最適化し、
クラック発生の低減を図る関連技術が、特開平３−１０
２２９１号公報に開示されている。
クラック発生の低減を図る関連技術が、特開平３−１０
２２９１号公報に開示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】核燃料ペレットへのク
ラックの発生を低減するため、従来では、ガス組成や流
量の最適化を図り、焼結炉内の雰囲気の調節を行ってき
た。しかし、量産工程では製造効率を高めるため、多数
のグリーンペレットをボートに装荷し、かつボートを上
下に多段に積み上げて焼結炉内を通過させているので、
ガスの流れが阻害され、焼結炉内の一部にガス供給量が
不足する領域を生じ、このような領域でのクラックの発
生が多くみられた。
ラックの発生を低減するため、従来では、ガス組成や流
量の最適化を図り、焼結炉内の雰囲気の調節を行ってき
た。しかし、量産工程では製造効率を高めるため、多数
のグリーンペレットをボートに装荷し、かつボートを上
下に多段に積み上げて焼結炉内を通過させているので、
ガスの流れが阻害され、焼結炉内の一部にガス供給量が
不足する領域を生じ、このような領域でのクラックの発
生が多くみられた。
【０００９】また、グリーンペレットとガスとの反応に
より発生する水蒸気など重いガスが、焼結炉の下部に充
満しやすいため、上部と下部にそれぞれ位置するボート
の間の雰囲気に差が生じ、これが核燃料ペレットの品質
のバラツキの原因にもなっていた。
より発生する水蒸気など重いガスが、焼結炉の下部に充
満しやすいため、上部と下部にそれぞれ位置するボート
の間の雰囲気に差が生じ、これが核燃料ペレットの品質
のバラツキの原因にもなっていた。
【００１０】上記の問題点は、焼結炉内へのグリーンペ
レットの装荷量を少なくすることで解消できるが、その
場合は、製造効率が下がり、コスト高を招くことにな
る。
レットの装荷量を少なくすることで解消できるが、その
場合は、製造効率が下がり、コスト高を招くことにな
る。
【００１１】本発明は、このような事情に鑑みなされた
ものであり、核燃料ペレットの量産工程中において、核
燃料ペレットへのクラックの発生を防止することを目的
としている。
ものであり、核燃料ペレットの量産工程中において、核
燃料ペレットへのクラックの発生を防止することを目的
としている。
【００１２】
（１）ウラニウム、トリウム及びプルトニウムのうちの
少なくとも一つの酸化物粉末を圧粉成形してなる円柱体
を、水素ガス若しくは水素ガスと不活性ガスとの混合ガ
ス、又は一酸化炭素と二酸化炭素との混合ガス等を主成
分とするガス雰囲気中で高温で加熱する核燃料ペレット
の焼結方法において、複数個の円柱体を焼結炉の内部に
焼結炉の下部から入れ、焼結炉の内部を移動させて焼結
炉の上部から取り出し、かつ混合ガスを焼結炉の上部か
ら焼結炉の内部に流入させ、焼結炉の内部を流通させて
焼結炉の下部から流出させること。
少なくとも一つの酸化物粉末を圧粉成形してなる円柱体
を、水素ガス若しくは水素ガスと不活性ガスとの混合ガ
ス、又は一酸化炭素と二酸化炭素との混合ガス等を主成
分とするガス雰囲気中で高温で加熱する核燃料ペレット
の焼結方法において、複数個の円柱体を焼結炉の内部に
焼結炉の下部から入れ、焼結炉の内部を移動させて焼結
炉の上部から取り出し、かつ混合ガスを焼結炉の上部か
ら焼結炉の内部に流入させ、焼結炉の内部を流通させて
焼結炉の下部から流出させること。
【００１３】（２）ウラニウム、トリウム及びプルトニ
ウムのうちの少なくとも一つの酸化物粉末を圧粉成形し
てなる円柱体を、水素ガス若しくは水素ガスと不活性ガ
スとの混合ガス、又は一酸化炭素と二酸化炭素との混合
ガス等を主成分とするガス雰囲気中で高温で加熱する核
燃料ペレットの焼結炉において、焼結炉が水平方向幅よ
り垂直方向高さのほうが大きく、複数の円柱体を焼結炉
の下部から入れ、焼結炉の内部を移動させて焼結炉の上
部から取り出すことができ、かつ混合ガスを焼結炉の上
部から焼結炉の内部に流入させ、焼結炉の内部を流通さ
せて焼結炉の下部から流出させる構造としてあること。
ウムのうちの少なくとも一つの酸化物粉末を圧粉成形し
てなる円柱体を、水素ガス若しくは水素ガスと不活性ガ
スとの混合ガス、又は一酸化炭素と二酸化炭素との混合
ガス等を主成分とするガス雰囲気中で高温で加熱する核
燃料ペレットの焼結炉において、焼結炉が水平方向幅よ
り垂直方向高さのほうが大きく、複数の円柱体を焼結炉
の下部から入れ、焼結炉の内部を移動させて焼結炉の上
部から取り出すことができ、かつ混合ガスを焼結炉の上
部から焼結炉の内部に流入させ、焼結炉の内部を流通さ
せて焼結炉の下部から流出させる構造としてあること。
【００１４】（３）（２）において、焼結炉を上下に複
数個に分割し、それぞれ独立に温度制御を可能にしてあ
ること。
数個に分割し、それぞれ独立に温度制御を可能にしてあ
ること。
【００１５】（４）（２）において、焼結炉の炉壁内側
に金属製管を設けてあること。
に金属製管を設けてあること。
【００１６】（５）（４）において、金属製管の構成材
料がタングステンであること。
料がタングステンであること。
【００１７】
【作用】発明者らが行ったクラック発生とガス流量の関
係の試験結果について説明する。図３は、ガドリニアを
添加した核燃料ペレット材料について試験した場合の説
明図である。
係の試験結果について説明する。図３は、ガドリニアを
添加した核燃料ペレット材料について試験した場合の説
明図である。
【００１８】この試験は、焼結炉に流入させるガスとし
て、水素ガス又は水素ガスと不活性ガスとの混合ガスな
どを用い、かつ、ガスに所定分圧の水蒸気を混入し、焼
結時の酸素分圧を調節して、核燃料ペレット中のガドリ
ニウムイオンの拡散を加速させることにより、核燃料ペ
レット中のガドリニア濃度分布の均一化を促進させた場
合である。
て、水素ガス又は水素ガスと不活性ガスとの混合ガスな
どを用い、かつ、ガスに所定分圧の水蒸気を混入し、焼
結時の酸素分圧を調節して、核燃料ペレット中のガドリ
ニウムイオンの拡散を加速させることにより、核燃料ペ
レット中のガドリニア濃度分布の均一化を促進させた場
合である。
【００１９】図３に示すように、低流量時にクラック発
生頻度が増加している。この理由として、ガス供給量が
不足した結果、雰囲気中の酸素が不足して核燃料ペレッ
ト中のガドリニア濃度にムラを生じ、不均一に焼結が進
んだことが考えられる。
生頻度が増加している。この理由として、ガス供給量が
不足した結果、雰囲気中の酸素が不足して核燃料ペレッ
ト中のガドリニア濃度にムラを生じ、不均一に焼結が進
んだことが考えられる。
【００２０】すなわち、図３は、ガス供給量を確保する
こと、換言すると焼結炉内のガスの流れを均一化し、ガ
ス供給不足領域をなくすことによって、クラック発生を
防止し得ることを示している。
こと、換言すると焼結炉内のガスの流れを均一化し、ガ
ス供給不足領域をなくすことによって、クラック発生を
防止し得ることを示している。
【００２１】前述のように、従来技術では、横に長い焼
結炉内を、一度に多数のグリーンペレットを水平に移動
させるため、焼結炉内のガスの流れが阻害され、局所的
にガス不足領域が生じることがあった。
結炉内を、一度に多数のグリーンペレットを水平に移動
させるため、焼結炉内のガスの流れが阻害され、局所的
にガス不足領域が生じることがあった。
【００２２】本発明では、縦に長い焼結炉を使用し、グ
リーンペレットを焼結炉の下部から上部へ垂直に移動さ
せ、またそれと同時にガスは上部から下部へ流してい
る。
リーンペレットを焼結炉の下部から上部へ垂直に移動さ
せ、またそれと同時にガスは上部から下部へ流してい
る。
【００２３】すなわち、焼結炉の中央部の温度と比較し
て低温度のガスを、焼結炉の上部から流入することによ
り、この低温度のガスと焼結炉の中央部における高温度
ガスとの間に乱流が発生し、焼結炉内のガスが撹拌され
るので、ガスの流れの均一化が促進され、焼結炉内の雰
囲気が均等に保たれ、ペレット間の雰囲気のムラが減少
する。したがって、焼結時におけるクラックの発生を防
止することができ、また、品質のバラツキを低減するこ
とができる。
て低温度のガスを、焼結炉の上部から流入することによ
り、この低温度のガスと焼結炉の中央部における高温度
ガスとの間に乱流が発生し、焼結炉内のガスが撹拌され
るので、ガスの流れの均一化が促進され、焼結炉内の雰
囲気が均等に保たれ、ペレット間の雰囲気のムラが減少
する。したがって、焼結時におけるクラックの発生を防
止することができ、また、品質のバラツキを低減するこ
とができる。
【００２４】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１を用いて説明
する。図１は本発明の実施例の縦型焼結炉の構成模式図
である。
する。図１は本発明の実施例の縦型焼結炉の構成模式図
である。
【００２５】焼結炉１は、幅より高さを大きくし、焼結
炉１の中の上下の温度差を最小限に保つため、焼結炉１
を上下に複数に分割した構造とし、それぞれ独立に温度
制御できるようにしてある。
炉１の中の上下の温度差を最小限に保つため、焼結炉１
を上下に複数に分割した構造とし、それぞれ独立に温度
制御できるようにしてある。
【００２６】複数個のグリーンペレット３は、タングス
テン製のグリーンペレット収納ボート２に多段に積み上
げ、駆動装置６により焼結炉１の下部から上部へと移動
させている。
テン製のグリーンペレット収納ボート２に多段に積み上
げ、駆動装置６により焼結炉１の下部から上部へと移動
させている。
【００２７】ガスは、焼結炉１の上部に設けてあるガス
入口４から流入させ、焼結炉１の下部に設けてあるガス
出口５から放出させており、焼結炉１の中のガス流れを
均等化するため、ガス入口４及びガス出口５はそれぞれ
４か所以上に設けてある。
入口４から流入させ、焼結炉１の下部に設けてあるガス
出口５から放出させており、焼結炉１の中のガス流れを
均等化するため、ガス入口４及びガス出口５はそれぞれ
４か所以上に設けてある。
【００２８】また、ガスは、水素ガス若しくは水素と不
活性ガスの混合ガス、又は一酸化炭素ガスと二酸化炭素
ガスとの混合ガスを用い、必要に応じて所定分圧の水蒸
気を混合させている。
活性ガスの混合ガス、又は一酸化炭素ガスと二酸化炭素
ガスとの混合ガスを用い、必要に応じて所定分圧の水蒸
気を混合させている。
【００２９】また、焼結炉１の内側にはタングステン製
管７を設け、焼結炉１内の上下温度の均一化を図るとと
もに、ガスの滞留を防いでおり、グリーンペレット３の
焼結炉１内の通過時間が数時間〜数十時間となるよう
に、駆動装置６の速度を調節している。
管７を設け、焼結炉１内の上下温度の均一化を図るとと
もに、ガスの滞留を防いでおり、グリーンペレット３の
焼結炉１内の通過時間が数時間〜数十時間となるよう
に、駆動装置６の速度を調節している。
【００３０】すなわち、本実施例では、焼結炉１の中央
部の温度と比較して低温度のガスを、焼結炉１の上部の
ガス入口４から流入させて、この低温度のガスと焼結炉
１の中央部の高温度ガスとの間に乱流を生じさせ、ガス
の流れの均一化を促進させている。
部の温度と比較して低温度のガスを、焼結炉１の上部の
ガス入口４から流入させて、この低温度のガスと焼結炉
１の中央部の高温度ガスとの間に乱流を生じさせ、ガス
の流れの均一化を促進させている。
【００３１】また、ガスとグリーンペレット３との反応
の際に発生する水蒸気及び酸素などの比較的重いガス
を、焼結炉１の下部のガス出口５から速やかに流出させ
ており、従来例の場合と比較して、焼結炉１内の雰囲気
の均等化が促進され、焼結時のクラックの発生が防止さ
れる。
の際に発生する水蒸気及び酸素などの比較的重いガス
を、焼結炉１の下部のガス出口５から速やかに流出させ
ており、従来例の場合と比較して、焼結炉１内の雰囲気
の均等化が促進され、焼結時のクラックの発生が防止さ
れる。
【００３２】
【発明の効果】本発明によれば、焼結雰囲気の均等化が
促進され、クラックが少なく、かつ品質のバラツキが少
ない良質の核燃料ペレットが、適切な製造コストにより
量産される。
促進され、クラックが少なく、かつ品質のバラツキが少
ない良質の核燃料ペレットが、適切な製造コストにより
量産される。
【図１】本発明の実施例の縦型焼結炉の構成模式図であ
る。
る。
【図２】核燃料要素の縦断面図である。
【図３】クラック発生とガス流量との関係線図である。
１…焼結炉、２…グリーンペレット収納ボート、３…グ
リーンペレット、４…ガス入口、５…ガス出口、６…駆
動装置、７…タングステン製管、８…被覆管、９…核燃
料ペレット、１０ａ…上部端栓、１０ｂ…下部端栓、１
１…プレナム、１２…スプリング。
リーンペレット、４…ガス入口、５…ガス出口、６…駆
動装置、７…タングステン製管、８…被覆管、９…核燃
料ペレット、１０ａ…上部端栓、１０ｂ…下部端栓、１
１…プレナム、１２…スプリング。
Claims (5)
- 【請求項１】 ウラニウム、トリウム及びプルトニウム
のうちの少なくとも一つの酸化物粉末を圧粉成形してな
る円柱体を、水素ガス若しくは水素ガスと不活性ガスと
の混合ガス、又は一酸化炭素と二酸化炭素との混合ガス
等を主成分とするガス雰囲気中で高温で加熱する核燃料
ペレットの焼結方法において、複数個の前記円柱体を焼
結炉の内部に前記焼結炉の下部から入れ、前記焼結炉の
内部を移動させて前記焼結炉の上部から取り出し、かつ
前記混合ガスを前記焼結炉の上部から前記焼結炉の内部
に流入させ、前記焼結炉の内部を流通させて前記焼結炉
の下部から流出させることを特徴とする核燃料ペレット
の焼結方法。 - 【請求項２】 ウラニウム、トリウム及びプルトニウム
のうちの少なくとも一つの酸化物粉末を圧粉成形してな
る円柱体を、水素ガス若しくは水素ガスと不活性ガスと
の混合ガス、又は一酸化炭素と二酸化炭素との混合ガス
等を主成分とするガス雰囲気中で高温で加熱する核燃料
ペレットの焼結炉において、前記焼結炉が水平方向幅よ
り垂直方向高さのほうが大きく、複数の前記円柱体を前
記焼結炉の下部から入れ、前記焼結炉の内部を移動させ
て前記焼結炉の上部から取り出すことができ、かつ前記
混合ガスを前記焼結炉の上部から前記焼結炉の内部に流
入させ、前記焼結炉の内部を流通させて前記焼結炉の下
部から流出させる構造としてあることを特徴とする核燃
料ペレットの焼結炉。 - 【請求項３】 前記焼結炉を上下に複数個に分割し、そ
れぞれ独立に温度制御を可能にしてある請求項２記載の
核燃料ペレットの焼結炉。 - 【請求項４】 前記焼結炉の炉壁内側に金属製管を設け
てある請求項２記載の核燃料ペレットの焼結炉。 - 【請求項５】 前記金属製管の構成材料がタングステン
である請求項４記載の核燃料ペレットの焼結炉。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5053503A JPH06265670A (ja) | 1993-03-15 | 1993-03-15 | 核燃料ペレットの焼結方法及び焼結炉 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5053503A JPH06265670A (ja) | 1993-03-15 | 1993-03-15 | 核燃料ペレットの焼結方法及び焼結炉 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06265670A true JPH06265670A (ja) | 1994-09-22 |
Family
ID=12944635
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5053503A Pending JPH06265670A (ja) | 1993-03-15 | 1993-03-15 | 核燃料ペレットの焼結方法及び焼結炉 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06265670A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007309871A (ja) * | 2006-05-22 | 2007-11-29 | Nuclear Fuel Ind Ltd | 燃料コンパクトの予備焼成装置及び燃料コンパクトの予備焼成方法 |
-
1993
- 1993-03-15 JP JP5053503A patent/JPH06265670A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007309871A (ja) * | 2006-05-22 | 2007-11-29 | Nuclear Fuel Ind Ltd | 燃料コンパクトの予備焼成装置及び燃料コンパクトの予備焼成方法 |
| JP4685707B2 (ja) * | 2006-05-22 | 2011-05-18 | 原子燃料工業株式会社 | 燃料コンパクトの予備焼成装置及び燃料コンパクトの予備焼成方法 |
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