JPH06281788A - 核燃料ペレットの焼結方法および焼結装置 - Google Patents
核燃料ペレットの焼結方法および焼結装置Info
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- JPH06281788A JPH06281788A JP5071361A JP7136193A JPH06281788A JP H06281788 A JPH06281788 A JP H06281788A JP 5071361 A JP5071361 A JP 5071361A JP 7136193 A JP7136193 A JP 7136193A JP H06281788 A JPH06281788 A JP H06281788A
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- sintering
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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
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- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】グリーンペレットを焼結して核燃料ペレットを
製造する場合、結晶粒径が大きく、クラックがないペレ
ットを製造でき、しかも焼結炉のヒーターの材料金属を
酸化劣化することのない方法と装置を提供する。 【構成】金属とその金属の酸化物との粉状または顆粒状
混合物を装荷した雰囲気調整ボート３を耐熱ボート４の
間に適当な間隔をおいて設置し、上記金属がその金属−
金属酸化物平衡酸素分圧がヒーター材である金属の金属
−金属酸化物平衡酸素分圧と等しいかまたはそれ以下で
あるような金属であるようにする。かくして、焼結ガス
は雰囲気調整ボート３を通過することによって、ヒータ
ーの材料金属の金属−金属酸化物平衡酸素分圧に調整さ
れることになり、ヒーターが酸化劣化せずに焼結温度領
域で高い酸素分圧を得ることができ、結晶粒径や結晶密
度の大きなペレットが得られる。また焼結ガスは均一に
なるので、クラックがないペレットが得られる。
製造する場合、結晶粒径が大きく、クラックがないペレ
ットを製造でき、しかも焼結炉のヒーターの材料金属を
酸化劣化することのない方法と装置を提供する。 【構成】金属とその金属の酸化物との粉状または顆粒状
混合物を装荷した雰囲気調整ボート３を耐熱ボート４の
間に適当な間隔をおいて設置し、上記金属がその金属−
金属酸化物平衡酸素分圧がヒーター材である金属の金属
−金属酸化物平衡酸素分圧と等しいかまたはそれ以下で
あるような金属であるようにする。かくして、焼結ガス
は雰囲気調整ボート３を通過することによって、ヒータ
ーの材料金属の金属−金属酸化物平衡酸素分圧に調整さ
れることになり、ヒーターが酸化劣化せずに焼結温度領
域で高い酸素分圧を得ることができ、結晶粒径や結晶密
度の大きなペレットが得られる。また焼結ガスは均一に
なるので、クラックがないペレットが得られる。
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
法およびその焼結方法に使用される焼結装置に関する。
法およびその焼結方法に使用される焼結装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】核燃料ペレットは、二酸化ウラン等の核
燃料を含有する酸化物粉末を成形してグリーンペレット
とし、これを１５００℃以上の高温で焼結して得られ
る。核燃料ペレットの通常の量産工程では、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性ボートに
装荷し、このボートを所定温度に加熱した大型焼結炉内
の一側面から対面に向けて水平方向に通過させ、焼結ガ
スはそれと逆方向に流される。
燃料を含有する酸化物粉末を成形してグリーンペレット
とし、これを１５００℃以上の高温で焼結して得られ
る。核燃料ペレットの通常の量産工程では、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性ボートに
装荷し、このボートを所定温度に加熱した大型焼結炉内
の一側面から対面に向けて水平方向に通過させ、焼結ガ
スはそれと逆方向に流される。
【０００３】ところで核燃料ペレットの重要な特性であ
る焼結密度、結晶粒径および酸素金属比（Ｏ／Ｍ比）
は、この焼結時における温度および焼結ガス中の酸素ポ
テンシャルすなわち酸素分圧に大きく依存する。核燃料
ペレットは、燃料の健全性の観点から、核燃料の核分裂
生成ガス（ＦＰガス）放出率およびＦＰガスによる気泡
スエリングを小さくする必要があるが、そのためには焼
結密度と結晶粒径は大きく、Ｏ／Ｍ比は小さいほうが望
ましい。ＵＯ2 等の酸化物を焼結する場合、焼結雰囲気
の酸素分圧が大きいほどイオンの拡散が促進され、焼結
密度および結晶粒径が大きくなることが知られている。
そこで従来は焼結ガス中の酸素分圧をＣＯとＣＯ2 の混
合ガス、Ｈ2 とＨ2 Ｏの混合ガスあるいはＮ2 等の不活
性ガスと空気との混合ガス等で調整し、核燃料ペレット
を焼結している。
る焼結密度、結晶粒径および酸素金属比（Ｏ／Ｍ比）
は、この焼結時における温度および焼結ガス中の酸素ポ
テンシャルすなわち酸素分圧に大きく依存する。核燃料
ペレットは、燃料の健全性の観点から、核燃料の核分裂
生成ガス（ＦＰガス）放出率およびＦＰガスによる気泡
スエリングを小さくする必要があるが、そのためには焼
結密度と結晶粒径は大きく、Ｏ／Ｍ比は小さいほうが望
ましい。ＵＯ2 等の酸化物を焼結する場合、焼結雰囲気
の酸素分圧が大きいほどイオンの拡散が促進され、焼結
密度および結晶粒径が大きくなることが知られている。
そこで従来は焼結ガス中の酸素分圧をＣＯとＣＯ2 の混
合ガス、Ｈ2 とＨ2 Ｏの混合ガスあるいはＮ2 等の不活
性ガスと空気との混合ガス等で調整し、核燃料ペレット
を焼結している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、一般に焼結
炉のヒーターには、Ｍｏ等の高融点金属が使用されてお
り、これらの金属は熱効率の点から炉内にむき出しとな
っている。そこで、焼結ガスに安価なＨ2 とＨ2 Ｏの混
合ガス、あるいはそれと不活性ガスとの混合ガスを用い
て焼結する場合には、ペレットを焼結させる高温領域で
あまり酸素分圧を高くすると上記金属が酸化劣化するこ
とになる。これを図３を用いて説明する。
炉のヒーターには、Ｍｏ等の高融点金属が使用されてお
り、これらの金属は熱効率の点から炉内にむき出しとな
っている。そこで、焼結ガスに安価なＨ2 とＨ2 Ｏの混
合ガス、あるいはそれと不活性ガスとの混合ガスを用い
て焼結する場合には、ペレットを焼結させる高温領域で
あまり酸素分圧を高くすると上記金属が酸化劣化するこ
とになる。これを図３を用いて説明する。
【０００５】図３は２種のＨ2 とＨ2 Ｏの混合ガスそれ
ぞれの平衡酸素ポテンシャルおよびＭｏとＭｏＯ2 の平
衡酸素ポテンシャルの温度依存性を示す図である。Ｈ2
とＨ2 Ｏの混合ガスの平衡酸素ポテンシャルは２ａ（露
点１００℃のＨ2 とＨ2 Ｏの混合ガス）および２ｂ（露
点０℃のＨ2 とＨ2 Ｏの混合ガス）で示されており、Ｍ
ｏとＭｏＯ2 の平衡酸素ポテンシャルは１で示されてい
る。混合ガス２ａの場合には高温領域で酸素ポテンシャ
ルが大きくなる、すなわち酸素分圧が大きくなるので、
ペレットの焼結の点では好ましいが、低温領域ではＭｏ
とＭｏＯ2 の平衡酸素ポテンシャルよりも高くなるので
Ｍｏを酸化劣化させ、使用できない。そのために、Ｍｏ
が酸化しない混合ガス２ｂを使用すると、２ｂは高温領
域で十分な酸素分圧が得られず、ペレットの焼結密度お
よび結晶粒径が大きくならないことがある。
ぞれの平衡酸素ポテンシャルおよびＭｏとＭｏＯ2 の平
衡酸素ポテンシャルの温度依存性を示す図である。Ｈ2
とＨ2 Ｏの混合ガスの平衡酸素ポテンシャルは２ａ（露
点１００℃のＨ2 とＨ2 Ｏの混合ガス）および２ｂ（露
点０℃のＨ2 とＨ2 Ｏの混合ガス）で示されており、Ｍ
ｏとＭｏＯ2 の平衡酸素ポテンシャルは１で示されてい
る。混合ガス２ａの場合には高温領域で酸素ポテンシャ
ルが大きくなる、すなわち酸素分圧が大きくなるので、
ペレットの焼結の点では好ましいが、低温領域ではＭｏ
とＭｏＯ2 の平衡酸素ポテンシャルよりも高くなるので
Ｍｏを酸化劣化させ、使用できない。そのために、Ｍｏ
が酸化しない混合ガス２ｂを使用すると、２ｂは高温領
域で十分な酸素分圧が得られず、ペレットの焼結密度お
よび結晶粒径が大きくならないことがある。
【０００６】そこで、特開平１−２５０９３号、特開平
１−９１０９４号、特開平２−５５９９１号および特開
平４−１６６８００号では、焼結炉内にガスカーテンで
区切られた酸素分圧の異なるガスを流す領域を２ないし
３設けて、焼結炉内の酸素分圧を領域ごとに調整してい
る。しかし、これらの方法では、焼結炉が複雑になる上
に、使用ガス量の増大により経済性が悪くなる。また、
連続炉を用いて多量のペレットを焼結する場合、焼結初
期においてペレットから水蒸気や焼結ガスとの反応によ
る酸素が放出されるが、これらの水素より重いガスがペ
レット周辺を漂うことで、焼結初期における還元が不十
分でペレット内部にＯ／Ｍ比の分布が生じたままペレッ
トが焼結され、クラックが発生することがある。
１−９１０９４号、特開平２−５５９９１号および特開
平４−１６６８００号では、焼結炉内にガスカーテンで
区切られた酸素分圧の異なるガスを流す領域を２ないし
３設けて、焼結炉内の酸素分圧を領域ごとに調整してい
る。しかし、これらの方法では、焼結炉が複雑になる上
に、使用ガス量の増大により経済性が悪くなる。また、
連続炉を用いて多量のペレットを焼結する場合、焼結初
期においてペレットから水蒸気や焼結ガスとの反応によ
る酸素が放出されるが、これらの水素より重いガスがペ
レット周辺を漂うことで、焼結初期における還元が不十
分でペレット内部にＯ／Ｍ比の分布が生じたままペレッ
トが焼結され、クラックが発生することがある。
【０００７】本発明はかかる問題に対処してなされたも
ので、核燃料ペレットの焼結において、ペレットの特性
の点でもまたヒーターの健全性の点でも好ましい酸素分
圧を維持しながら核燃料ペレットを焼結することができ
る方法および装置を提供することを目的とするものであ
る。
ので、核燃料ペレットの焼結において、ペレットの特性
の点でもまたヒーターの健全性の点でも好ましい酸素分
圧を維持しながら核燃料ペレットを焼結することができ
る方法および装置を提供することを目的とするものであ
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的は、ヒーターが
設置された焼結炉内で焼結ガスを用いて核燃料ペレット
を焼結する核燃料ペレットの焼結方法において、焼結ガ
スは金属とその酸化物との粉状または顆粒状混合物中を
通過させて用いられ、上記金属はその金属−金属酸化物
平衡酸素分圧がヒーター材である金属の金属−金属酸化
物平衡酸素分圧と等しいかまたはそれ以下であるような
金属であることによって達成される。
設置された焼結炉内で焼結ガスを用いて核燃料ペレット
を焼結する核燃料ペレットの焼結方法において、焼結ガ
スは金属とその酸化物との粉状または顆粒状混合物中を
通過させて用いられ、上記金属はその金属−金属酸化物
平衡酸素分圧がヒーター材である金属の金属−金属酸化
物平衡酸素分圧と等しいかまたはそれ以下であるような
金属であることによって達成される。
【０００９】また、上記核燃料ペレットの焼結方法に使
用される装置は、ヒーターが設置された炉内をグリーン
ペレットを装荷した複数個の耐熱ボートが焼結ガスの流
れと逆方向に通過するように構成されている核燃料ペレ
ットの焼結装置において、金属とその金属の酸化物との
粉状または顆粒状混合物を装荷した雰囲気調整ボートが
適当な間隔をおいて上記耐熱ボートの間に設置されてお
り、上記金属はその金属−金属酸化物平衡酸素分圧がヒ
ーター材である金属の金属−金属酸化物平衡酸素分圧と
等しいかまたはそれ以下であるような金属であることを
特徴とする。
用される装置は、ヒーターが設置された炉内をグリーン
ペレットを装荷した複数個の耐熱ボートが焼結ガスの流
れと逆方向に通過するように構成されている核燃料ペレ
ットの焼結装置において、金属とその金属の酸化物との
粉状または顆粒状混合物を装荷した雰囲気調整ボートが
適当な間隔をおいて上記耐熱ボートの間に設置されてお
り、上記金属はその金属−金属酸化物平衡酸素分圧がヒ
ーター材である金属の金属−金属酸化物平衡酸素分圧と
等しいかまたはそれ以下であるような金属であることを
特徴とする。
【００１０】
【作用】本発明にしたがってペレットを焼結すると、粉
末または顆粒状の金属およびその金属酸化物の混合物中
を焼結ガスが流れることによって、その焼結ガス中の酸
素分圧が上記金属と金属酸化物との平衡酸素分圧に保た
れ、かつ均一となるので、焼結初期における還元不足に
よるクラックの発生を防止することができ、かつ結晶粒
径や結晶密度が大きいペレットを製造することができ
る。
末または顆粒状の金属およびその金属酸化物の混合物中
を焼結ガスが流れることによって、その焼結ガス中の酸
素分圧が上記金属と金属酸化物との平衡酸素分圧に保た
れ、かつ均一となるので、焼結初期における還元不足に
よるクラックの発生を防止することができ、かつ結晶粒
径や結晶密度が大きいペレットを製造することができ
る。
【００１１】さらに上記金属および金属酸化物として、
ヒーターに用いた金属とその金属酸化物の平衡酸素分圧
と等しいかあるいはそれより小さい平衡酸素分圧を有す
る金属とその金属酸化物を用いることによって、ヒータ
ーの酸化による劣化を防ぐことができる。
ヒーターに用いた金属とその金属酸化物の平衡酸素分圧
と等しいかあるいはそれより小さい平衡酸素分圧を有す
る金属とその金属酸化物を用いることによって、ヒータ
ーの酸化による劣化を防ぐことができる。
【００１２】
【実施例】本発明の実施例を図面を参照して説明する。
図１および図２は本発明の核燃料ペレットの焼結方法お
よび装置の一実施例を説明するための図であり、図１は
縦断面図、図２は横断面図である。図に示すように、焼
結炉は耐火物５の内部にＭｏヒーター６が設置されて構
成されている。このＭｏヒーター６で加熱された焼結炉
内を、核燃料が装荷された耐熱ボート４および顆粒状の
ＭｏとＭｏＯ2 の混合物が装荷されたガス雰囲気調整ボ
ート３を矢印の方向に通過させ、それと逆方向に焼結ガ
スとしてＨ2 とＨ2 Ｏ混合ガスを流す。ガス雰囲気調整
ボート３に装荷された顆粒状のＭｏとＭｏＯ2 の混合物
は、焼結ガスの酸素分圧をＭｏとＭｏＯ2 との平衡酸素
分圧に調整するのに充分な量でなければならない。
図１および図２は本発明の核燃料ペレットの焼結方法お
よび装置の一実施例を説明するための図であり、図１は
縦断面図、図２は横断面図である。図に示すように、焼
結炉は耐火物５の内部にＭｏヒーター６が設置されて構
成されている。このＭｏヒーター６で加熱された焼結炉
内を、核燃料が装荷された耐熱ボート４および顆粒状の
ＭｏとＭｏＯ2 の混合物が装荷されたガス雰囲気調整ボ
ート３を矢印の方向に通過させ、それと逆方向に焼結ガ
スとしてＨ2 とＨ2 Ｏ混合ガスを流す。ガス雰囲気調整
ボート３に装荷された顆粒状のＭｏとＭｏＯ2 の混合物
は、焼結ガスの酸素分圧をＭｏとＭｏＯ2 との平衡酸素
分圧に調整するのに充分な量でなければならない。
【００１３】このようにして焼結ガスがガス雰囲気調整
ボート３を通過すると、焼結ガスの酸素分圧はＭｏとＭ
ｏＯ2 との平衡酸素分圧に調整されて下流側に流れ、耐
熱ボート４内の核燃料と反応する。焼結ガスと反応した
核燃料は酸素を吸収あるいは放出し、焼結ガス中の酸素
分圧を変化させることになるが、その後さらに焼結ガス
がガス雰囲気調整ボート３を通過することで、酸素分圧
は再びＭｏおよびＭｏＯ2 との平衡酸素分圧に調整され
て下流側に流れることになる。
ボート３を通過すると、焼結ガスの酸素分圧はＭｏとＭ
ｏＯ2 との平衡酸素分圧に調整されて下流側に流れ、耐
熱ボート４内の核燃料と反応する。焼結ガスと反応した
核燃料は酸素を吸収あるいは放出し、焼結ガス中の酸素
分圧を変化させることになるが、その後さらに焼結ガス
がガス雰囲気調整ボート３を通過することで、酸素分圧
は再びＭｏおよびＭｏＯ2 との平衡酸素分圧に調整され
て下流側に流れることになる。
【００１４】また、ＭｏおよびＭｏＯ2 と焼結ガスが容
易に反応する温度領域で焼結ガスの酸素分圧は上記平衡
酸素分圧に調整されるために、Ｈ2 とＨ2 Ｏ混合ガスを
使用した場合でも、Ｍｏヒーターが酸化されない最も高
い酸素分圧下で核燃料は焼結されることになり、結晶粒
径や結晶密度が大きいペレットを製造することができ
る。さらに、焼結ガスがガス雰囲気調整ボート３を通過
することで均一になるため、焼結初期における還元不足
によるクラックの発生を防止することができる。
易に反応する温度領域で焼結ガスの酸素分圧は上記平衡
酸素分圧に調整されるために、Ｈ2 とＨ2 Ｏ混合ガスを
使用した場合でも、Ｍｏヒーターが酸化されない最も高
い酸素分圧下で核燃料は焼結されることになり、結晶粒
径や結晶密度が大きいペレットを製造することができ
る。さらに、焼結ガスがガス雰囲気調整ボート３を通過
することで均一になるため、焼結初期における還元不足
によるクラックの発生を防止することができる。
【００１５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
焼結雰囲気ガスは焼結炉のヒーター材料金属を酸化劣化
することなく高い酸素分圧を維持することができ、かつ
均一になるので、結晶粒径や結晶密度の大きなかつクラ
ックのない核燃料ペレットを得ることができる。
焼結雰囲気ガスは焼結炉のヒーター材料金属を酸化劣化
することなく高い酸素分圧を維持することができ、かつ
均一になるので、結晶粒径や結晶密度の大きなかつクラ
ックのない核燃料ペレットを得ることができる。
【図１】本発明の一実施例を説明する連続焼結炉の縦断
面図。
面図。
【図２】図１の装置の横断面図。
【図３】ＭｏとＭｏＯ2 との平衡酸素分圧とＨ2 とＨ2
Ｏ混合ガスの平衡酸素分圧の温度依存性を示す図。
Ｏ混合ガスの平衡酸素分圧の温度依存性を示す図。
１…ＭｏとＭｏＯ2 との平衡酸素分圧、２ａ…露点１０
０℃のＨ2 とＨ2 Ｏの混合ガスの平衡酸素分圧、２ｂ…
露点０℃のＨ2 とＨ2 Ｏの混合ガスの平衡酸素分圧、３
…ガス雰囲気調整ボート、４…核燃料を装荷した耐熱ボ
ート、５…耐火物、６…Ｍｏヒーター。
０℃のＨ2 とＨ2 Ｏの混合ガスの平衡酸素分圧、２ｂ…
露点０℃のＨ2 とＨ2 Ｏの混合ガスの平衡酸素分圧、３
…ガス雰囲気調整ボート、４…核燃料を装荷した耐熱ボ
ート、５…耐火物、６…Ｍｏヒーター。
Claims (3)
- 【請求項１】 ヒーターが設置された焼結炉内で焼結ガ
スを用いて核燃料ペレットを焼結する核燃料ペレットの
焼結方法において、焼結ガスは金属とその酸化物との粉
状または顆粒状混合物中を通過させて用いられ、上記金
属はその金属−金属酸化物平衡酸素分圧がヒーター材で
ある金属の金属−金属酸化物平衡酸素分圧と等しいかま
たはそれ以下であるような金属であ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】 金属とその酸化物との混合物がＭｏとＭ
ｏＯ2 との混合物である請求項１記載の核燃料ペレット
の焼結方法。 - 【請求項３】 ヒーターが設置された炉内をグリーンペ
レットを装荷した複数個の耐熱ボートが通過するように
構成されている核燃料ペレットの焼結装置において、金
属とその金属の酸化物との粉状または顆粒状混合物を装
荷した雰囲気調整ボートが適当な間隔をおいて上記耐熱
ボートの間に設置されており、上記金属はその金属−金
属酸化物平衡酸素分圧がヒーター材である金属の金属−
金属酸化物平衡酸素分圧と等しいかまたはそれ以下であ
るような金属であることを特徴とする核燃料ペレットの
焼結装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5071361A JPH06281788A (ja) | 1993-03-30 | 1993-03-30 | 核燃料ペレットの焼結方法および焼結装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5071361A JPH06281788A (ja) | 1993-03-30 | 1993-03-30 | 核燃料ペレットの焼結方法および焼結装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06281788A true JPH06281788A (ja) | 1994-10-07 |
Family
ID=13458288
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5071361A Pending JPH06281788A (ja) | 1993-03-30 | 1993-03-30 | 核燃料ペレットの焼結方法および焼結装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06281788A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006013220A (ja) * | 2004-06-28 | 2006-01-12 | Murata Mfg Co Ltd | 積層型セラミック電子部品の製造方法 |
| JP2006145103A (ja) * | 2004-11-19 | 2006-06-08 | Nuclear Fuel Ind Ltd | 高温ガス炉の燃料コンパクト製造用熱処理炉 |
-
1993
- 1993-03-30 JP JP5071361A patent/JPH06281788A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006013220A (ja) * | 2004-06-28 | 2006-01-12 | Murata Mfg Co Ltd | 積層型セラミック電子部品の製造方法 |
| JP4654620B2 (ja) * | 2004-06-28 | 2011-03-23 | 株式会社村田製作所 | 積層型セラミック電子部品の製造方法 |
| JP2006145103A (ja) * | 2004-11-19 | 2006-06-08 | Nuclear Fuel Ind Ltd | 高温ガス炉の燃料コンパクト製造用熱処理炉 |
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