JPH0694869A - 核燃料ペレット及び製造方法 - Google Patents
核燃料ペレット及び製造方法Info
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- JPH0694869A JPH0694869A JP4247668A JP24766892A JPH0694869A JP H0694869 A JPH0694869 A JP H0694869A JP 4247668 A JP4247668 A JP 4247668A JP 24766892 A JP24766892 A JP 24766892A JP H0694869 A JPH0694869 A JP H0694869A
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
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- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 高燃焼度まで燃焼させても、外周部領域にお
いて製造時結晶粒の細粒化を伴うリム組織が形成される
のを抑制できる軽水炉用核燃料ペレットを提供する。 【構成】 軽水炉用核燃料ペレットにおいて、核燃料ペ
レットの中心部領域、すなわち大結晶粒径領域２の平均
結晶粒径を４０μｍとし、その周りを、平均結晶粒径が
３μｍ、径方向長さが１０００μｍである核燃料ペレッ
トの外周部領域、すなわち小結晶粒径領域１で覆ってい
る。
いて製造時結晶粒の細粒化を伴うリム組織が形成される
のを抑制できる軽水炉用核燃料ペレットを提供する。 【構成】 軽水炉用核燃料ペレットにおいて、核燃料ペ
レットの中心部領域、すなわち大結晶粒径領域２の平均
結晶粒径を４０μｍとし、その周りを、平均結晶粒径が
３μｍ、径方向長さが１０００μｍである核燃料ペレッ
トの外周部領域、すなわち小結晶粒径領域１で覆ってい
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、核燃料ペレットに係わ
り、特に軽水炉用核燃料ペレット及び製造方法に関す
る。
り、特に軽水炉用核燃料ペレット及び製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】軽水炉で使用されている核燃料要素は、
通常、中空状のジルコニウム合金製の被覆管内に核燃料
ペレットを多数装填し、上下両端を端栓で密封して構成
されている。
通常、中空状のジルコニウム合金製の被覆管内に核燃料
ペレットを多数装填し、上下両端を端栓で密封して構成
されている。
【０００３】核燃料要素を原子炉内に装荷し原子炉を稼
働させた場合、核燃料ペレット内には種々の核分裂生成
物（ＦＰ）が生成する。このうち、クリプトン（Ｋｒ）
及びキセノン（Ｘｅ）の希ガスからなるＦＰガスは、一
部が核燃料ペレットから核燃料要素内の自由空間へ放出
され、核燃料要素の内圧を増加させる。そして、内圧が
限界値に達した場合は、核燃料要素を原子炉から取り出
すことが必要となる。また、核燃料ペレット内に蓄積し
たＦＰにより、核燃料ペレットの体積が膨張してスエリ
ングが発生し、遂には核燃料ペレットと被覆管とが接触
して、被覆管が変形する恐れが生じる。
働させた場合、核燃料ペレット内には種々の核分裂生成
物（ＦＰ）が生成する。このうち、クリプトン（Ｋｒ）
及びキセノン（Ｘｅ）の希ガスからなるＦＰガスは、一
部が核燃料ペレットから核燃料要素内の自由空間へ放出
され、核燃料要素の内圧を増加させる。そして、内圧が
限界値に達した場合は、核燃料要素を原子炉から取り出
すことが必要となる。また、核燃料ペレット内に蓄積し
たＦＰにより、核燃料ペレットの体積が膨張してスエリ
ングが発生し、遂には核燃料ペレットと被覆管とが接触
して、被覆管が変形する恐れが生じる。
【０００４】また、核燃料ペレットを高燃焼度まで燃焼
させるほど、生成されるＦＰ量が増加し、ＦＰガス放出
及びスエリングの増大により、高燃焼度における核燃料
要素の健全性に悪影響を及ぼすことが懸念される事態と
なる。
させるほど、生成されるＦＰ量が増加し、ＦＰガス放出
及びスエリングの増大により、高燃焼度における核燃料
要素の健全性に悪影響を及ぼすことが懸念される事態と
なる。
【０００５】したがって、ＦＰガスをできるだけ核燃料
ペレット内に保持し、過度のスエリングを起こさないよ
うにできれば、核燃料要素の寿命が伸び、経済的利益が
大幅に増すことになる。
ペレット内に保持し、過度のスエリングを起こさないよ
うにできれば、核燃料要素の寿命が伸び、経済的利益が
大幅に増すことになる。
【０００６】ＦＰガスを、より多く核燃料ペレット内に
保持する技術としては、核燃料ペレットの結晶粒径を、
より大きくする方法が知られている。
保持する技術としては、核燃料ペレットの結晶粒径を、
より大きくする方法が知られている。
【０００７】例えば、特開平３−２４３８９０号公報に
は、核燃料物質を一体焼結した核燃料ペレットの径方向
中央部の結晶粒径を２０μｍ以上、好ましくは３０〜１
００μｍ、外周部の結晶粒径を１０μｍ以下、好ましく
は５〜８μｍとすることにより、照射時における核燃料
ペレットと被覆管との相互作用を増大させることなし
に、ＦＰガス放出率を低減できることが開示されてい
る。
は、核燃料物質を一体焼結した核燃料ペレットの径方向
中央部の結晶粒径を２０μｍ以上、好ましくは３０〜１
００μｍ、外周部の結晶粒径を１０μｍ以下、好ましく
は５〜８μｍとすることにより、照射時における核燃料
ペレットと被覆管との相互作用を増大させることなし
に、ＦＰガス放出率を低減できることが開示されてい
る。
【０００８】また、特開昭５９−２２０６７７号公報に
は、二重核燃料ペレットの中心部領域にＮｂ２Ｏ5やＴ
ｉＯ2などの金属酸化物を添加して、結晶粒径を増加さ
せる方法が開示されている。更に、特開昭６３−１７９
２８８号公報には、Ａｌ等の結晶密度上昇材を添加し、
核燃料ペレットの中心部領域における結晶粒径を核燃料
ペレットの外周部領域より大きくする方法が開示されて
いる。
は、二重核燃料ペレットの中心部領域にＮｂ２Ｏ5やＴ
ｉＯ2などの金属酸化物を添加して、結晶粒径を増加さ
せる方法が開示されている。更に、特開昭６３−１７９
２８８号公報には、Ａｌ等の結晶密度上昇材を添加し、
核燃料ペレットの中心部領域における結晶粒径を核燃料
ペレットの外周部領域より大きくする方法が開示されて
いる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した従来
技術では以下のような問題が依然として残されている。
すなわち、最近、核燃料ペレットの平均燃焼度が３５〜
４０ＧＷｄ／ｔまで照射された核燃料ペレットの外周部
領域に、製造時の結晶粒が分割して生じた、いわゆる細
粒化を伴ったリム組織が観察されている。
技術では以下のような問題が依然として残されている。
すなわち、最近、核燃料ペレットの平均燃焼度が３５〜
４０ＧＷｄ／ｔまで照射された核燃料ペレットの外周部
領域に、製造時の結晶粒が分割して生じた、いわゆる細
粒化を伴ったリム組織が観察されている。
【００１０】このリム組織の形成は、主に核燃料ペレッ
トの外周部領域で顕著に生成する239Ｐｕの燃焼によ
り、核燃料ペレットの外周部領域の燃焼度が局所的に高
くなることに起因していると考えられる。
トの外周部領域で顕著に生成する239Ｐｕの燃焼によ
り、核燃料ペレットの外周部領域の燃焼度が局所的に高
くなることに起因していると考えられる。
【００１１】また、このリム組織が形成される局所燃焼
度は、約７０ＧＷｄ／ｔであることが、「American Nuc
lear Society Topical Meeting on LWR Fuel Performan
nce,1991」に提出された論文「T.Kameyama，T.Matsumur
a，M．Kinosita“ Analysisof Rim Structure Formatio
n in Battelle High Burnup Effects Program"」によ
り、開示されている。
度は、約７０ＧＷｄ／ｔであることが、「American Nuc
lear Society Topical Meeting on LWR Fuel Performan
nce,1991」に提出された論文「T.Kameyama，T.Matsumur
a，M．Kinosita“ Analysisof Rim Structure Formatio
n in Battelle High Burnup Effects Program"」によ
り、開示されている。
【００１２】そして、高燃焼度の核燃料ペレットの外周
部領域でリム組織が形成されることにより、照射挙動上
好ましくない、次のような新たな現象が発生する。
部領域でリム組織が形成されることにより、照射挙動上
好ましくない、次のような新たな現象が発生する。
【００１３】すなわち、第１に、リム組織における製造
時結晶粒が０．１μｍ以下の微細粒に細粒化することに
より、核燃料ペレットの外周部領域からＦＰガスが一
部、核燃料ペレット外へ放出される。
時結晶粒が０．１μｍ以下の微細粒に細粒化することに
より、核燃料ペレットの外周部領域からＦＰガスが一
部、核燃料ペレット外へ放出される。
【００１４】第２に、リム組織領域では、細粒化ととも
に大きなＦＰガス気泡が多数析出し核燃料ペレットのス
エリングが増加するばかりでなく、気孔率の増加により
核燃料ペレットの熱伝導度が低下し、その結果、燃料温
度が上昇する。
に大きなＦＰガス気泡が多数析出し核燃料ペレットのス
エリングが増加するばかりでなく、気孔率の増加により
核燃料ペレットの熱伝導度が低下し、その結果、燃料温
度が上昇する。
【００１５】したがって、核燃料ペレットからのＦＰガ
ス放出を低減させる目的で、あらかじめ核燃料ペレット
製造時にその結晶粒径を大きくしておいても、上述した
リム組織が形成する燃焼度を超えた核燃料ペレットの外
周部領域で、０．１μｍ以下の微細結晶粒に細分化し、
目的とした改良効果が消失し、核燃料ペレットの外周部
領域からのＦＰガス放出及びスエリングを低減すること
ができない。
ス放出を低減させる目的で、あらかじめ核燃料ペレット
製造時にその結晶粒径を大きくしておいても、上述した
リム組織が形成する燃焼度を超えた核燃料ペレットの外
周部領域で、０．１μｍ以下の微細結晶粒に細分化し、
目的とした改良効果が消失し、核燃料ペレットの外周部
領域からのＦＰガス放出及びスエリングを低減すること
ができない。
【００１６】本発明の目的は、上記状況に鑑みてなされ
たもので、軽水炉用核燃料ペレットを高燃焼度まで燃焼
させても、核燃料ペレットの外周部領域で製造時結晶粒
の細粒化を伴ったリム組織の形成を抑制できる核燃料ペ
レットを提供することにある。
たもので、軽水炉用核燃料ペレットを高燃焼度まで燃焼
させても、核燃料ペレットの外周部領域で製造時結晶粒
の細粒化を伴ったリム組織の形成を抑制できる核燃料ペ
レットを提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】上記目的は、次のように
して達成することができる。
して達成することができる。
【００１８】（１）二酸化ウラン、又は二酸化ウランと
二酸化プルトニウムとの混合酸化物の核燃料物質を主成
分として形成される核燃料ペレットにおいて、核燃料ペ
レットは、中心部領域と外周部領域とからなり、中心部
領域の平均結晶粒径が３０μｍ以上であり、外周部領域
の平均結晶粒径が１〜３μｍであること。
二酸化プルトニウムとの混合酸化物の核燃料物質を主成
分として形成される核燃料ペレットにおいて、核燃料ペ
レットは、中心部領域と外周部領域とからなり、中心部
領域の平均結晶粒径が３０μｍ以上であり、外周部領域
の平均結晶粒径が１〜３μｍであること。
【００１９】（２）（１）において、外周部領域を、核
燃料ペレットの外表面から半径方向５００〜１０００μ
ｍとしてなること。
燃料ペレットの外表面から半径方向５００〜１０００μ
ｍとしてなること。
【００２０】（３）二酸化ウランの核燃料物質を主成分
として形成される核燃料ペレットの製造方法において、
結晶粒径を大きくすることが可能であり、活性で、かつ
比表面積の大きな（＞１０ｍ2／ｇ）二酸化ウラン粉末
を冷間プレス装置によりプレスして、２層構造核燃料ペ
レットの中心部領域成型品をつくり、次に、中心部領域
成型品を冷間プレス装置より大きなダイスの中心部に入
れ、その周りの外周部領域に、結晶粒径を大きくするこ
とが不可能であり、不活性で、かつ比表面積の小さな
（＜１〜２ｍ2／ｇ）二酸化ウラン粉末を装填して、円
筒状パンチにより冷間プレスして２層構造核燃料ペレッ
トの成型品を製造し、２層構造核燃料ペレットの成型品
を窒素と水素との混合ガス中で、１７５０℃で２時間焼
結して、２層構造核燃料ペレットを製造すること。
として形成される核燃料ペレットの製造方法において、
結晶粒径を大きくすることが可能であり、活性で、かつ
比表面積の大きな（＞１０ｍ2／ｇ）二酸化ウラン粉末
を冷間プレス装置によりプレスして、２層構造核燃料ペ
レットの中心部領域成型品をつくり、次に、中心部領域
成型品を冷間プレス装置より大きなダイスの中心部に入
れ、その周りの外周部領域に、結晶粒径を大きくするこ
とが不可能であり、不活性で、かつ比表面積の小さな
（＜１〜２ｍ2／ｇ）二酸化ウラン粉末を装填して、円
筒状パンチにより冷間プレスして２層構造核燃料ペレッ
トの成型品を製造し、２層構造核燃料ペレットの成型品
を窒素と水素との混合ガス中で、１７５０℃で２時間焼
結して、２層構造核燃料ペレットを製造すること。
【００２１】（４）二酸化ウランと二酸化プルトニウム
との混合酸化物の核燃料物質を主成分として形成される
核燃料ペレットの製造方法において、結晶粒径を大きく
することが可能であり、活性で、かつ比表面積の大きな
（＞１０ｍ2／ｇ）二酸化ウラン粉末に二酸化プルトニ
ウム粉末の５ｗｔ％以下を混合した混合酸化物粉末を冷
間プレス装置によりプレスして、２層構造核燃料ペレッ
トの中心部領域成型品をつくり、次に、中心部領域成型
品を冷間プレス装置より大きなダイスの中心部に入れ、
その周りの外周部領域に、結晶粒径を大きくすることが
不可能であり、不活性で、かつ比表面積の小さな（＜１
〜２ｍ2／ｇ）二酸化ウラン粉末に二酸化プルトニウム
粉末の５ｗｔ％以下を混合した混合酸化物粉末を装填し
て、円筒状パンチにより冷間プレスして２層構造核燃料
ペレットの成型品を製造し、２層構造核燃料ペレットの
成型品を窒素と水素との混合ガス中で、１７５０℃で２
時間焼結して、２層構造核燃料ペレットを製造するこ
と。
との混合酸化物の核燃料物質を主成分として形成される
核燃料ペレットの製造方法において、結晶粒径を大きく
することが可能であり、活性で、かつ比表面積の大きな
（＞１０ｍ2／ｇ）二酸化ウラン粉末に二酸化プルトニ
ウム粉末の５ｗｔ％以下を混合した混合酸化物粉末を冷
間プレス装置によりプレスして、２層構造核燃料ペレッ
トの中心部領域成型品をつくり、次に、中心部領域成型
品を冷間プレス装置より大きなダイスの中心部に入れ、
その周りの外周部領域に、結晶粒径を大きくすることが
不可能であり、不活性で、かつ比表面積の小さな（＜１
〜２ｍ2／ｇ）二酸化ウラン粉末に二酸化プルトニウム
粉末の５ｗｔ％以下を混合した混合酸化物粉末を装填し
て、円筒状パンチにより冷間プレスして２層構造核燃料
ペレットの成型品を製造し、２層構造核燃料ペレットの
成型品を窒素と水素との混合ガス中で、１７５０℃で２
時間焼結して、２層構造核燃料ペレットを製造するこ
と。
【００２２】
【作用】本発明は、高燃焼度燃料ペレットの外周部領域
に形成されるリム組織が、核分裂片による照射欠陥の結
晶粒内での蓄積に起因していることを究明できたことに
基づくものである。
に形成されるリム組織が、核分裂片による照射欠陥の結
晶粒内での蓄積に起因していることを究明できたことに
基づくものである。
【００２３】すなわち、高エネルギーを持つ核分裂片
は、核燃料ペレットの構成原子と衝突し、格子間に多量
の格子間原子を生成させ、生成した格子間原子は次第に
集合し、転位ループとなり、最終的に転位となる。そし
て、転位密度が増加し、最終的に相互にからみ合い亜粒
界を形成し、製造時結晶粒が細粒化する。
は、核燃料ペレットの構成原子と衝突し、格子間に多量
の格子間原子を生成させ、生成した格子間原子は次第に
集合し、転位ループとなり、最終的に転位となる。そし
て、転位密度が増加し、最終的に相互にからみ合い亜粒
界を形成し、製造時結晶粒が細粒化する。
【００２４】したがって、核分裂片によって生成された
格子欠陥が結晶粒内に多量に蓄積しなければ、細粒化は
起こることがなく、核燃料ペレットの中心部領域で細粒
化が生じないのは、照射温度が高く、生成された欠陥の
移動度が高いので、容易に結晶粒界に到達し消滅するた
めと考えられる。
格子欠陥が結晶粒内に多量に蓄積しなければ、細粒化は
起こることがなく、核燃料ペレットの中心部領域で細粒
化が生じないのは、照射温度が高く、生成された欠陥の
移動度が高いので、容易に結晶粒界に到達し消滅するた
めと考えられる。
【００２５】格子欠陥を粒内に多量に蓄積させないよう
にするには、結晶粒径を小さくすれば達成することがで
きる。すなわち、結晶粒界は、格子欠陥に対して強力な
吸収源として働き、結晶粒内の欠陥濃度を低下させる。
にするには、結晶粒径を小さくすれば達成することがで
きる。すなわち、結晶粒界は、格子欠陥に対して強力な
吸収源として働き、結晶粒内の欠陥濃度を低下させる。
【００２６】図３は、二酸化ウラン核燃料ペレットを試
験炉で同一条件で照射した時の転位密度と製造時結晶粒
径との相関図である。転位密度は結晶粒径が３μｍ以下
で急激に低下しており、細粒化は発生しない。一方、結
晶粒径が１μｍ以下では細粒化は見られないが、長時間
の低温における照射により、ＦＰガスが粒界に達し、Ｆ
Ｐガスが一部放出される。
験炉で同一条件で照射した時の転位密度と製造時結晶粒
径との相関図である。転位密度は結晶粒径が３μｍ以下
で急激に低下しており、細粒化は発生しない。一方、結
晶粒径が１μｍ以下では細粒化は見られないが、長時間
の低温における照射により、ＦＰガスが粒界に達し、Ｆ
Ｐガスが一部放出される。
【００２７】また、照射温度が高い核燃料ペレット中心
部では、リム組織が形成しないことから、従来技術と同
様に結晶粒径を２０μｍ以上にすることにより、粒内に
生成したＦＰガスの粒界までの拡散距離を長くし、ＦＰ
ガスを結晶粒内に閉じ込めることが可能となる。
部では、リム組織が形成しないことから、従来技術と同
様に結晶粒径を２０μｍ以上にすることにより、粒内に
生成したＦＰガスの粒界までの拡散距離を長くし、ＦＰ
ガスを結晶粒内に閉じ込めることが可能となる。
【００２８】以上のように、本発明の核燃料ペレット
は、高燃焼度まで燃焼させても、核燃料ペレットの外周
部領域で製造時結晶粒の細粒化を伴ったリム組織が形成
されず、核燃料ペレットの外周部領域からのＦＰガスの
増大やＦＰガス気泡の生成に基づくスエリングの増大を
防ぐことが可能であるので、高燃焼度における核燃料要
素の寿命が短縮する問題を解決することができる。
は、高燃焼度まで燃焼させても、核燃料ペレットの外周
部領域で製造時結晶粒の細粒化を伴ったリム組織が形成
されず、核燃料ペレットの外周部領域からのＦＰガスの
増大やＦＰガス気泡の生成に基づくスエリングの増大を
防ぐことが可能であるので、高燃焼度における核燃料要
素の寿命が短縮する問題を解決することができる。
【００２９】
【実施例】以下、添付図面を参照して、本発明の一実施
例を説明する。
例を説明する。
【００３０】図１は、本発明の核燃料ペレットにおける
説明図であって、図１の（ａ）は上面図、図１の（ｂ）
は縦断面図である。
説明図であって、図１の（ａ）は上面図、図１の（ｂ）
は縦断面図である。
【００３１】この核燃料ペレットは、平均結晶粒径が４
０μｍである核燃料ペレットの中心部領域、すなわち大
結晶粒径領域２の周りを、平均結晶粒径が３μｍ、径方
向厚さが１０００μｍである核燃料ペレットの外周部領
域、すなわち小結晶粒径領域１で覆っており、２層構造
からなっている。
０μｍである核燃料ペレットの中心部領域、すなわち大
結晶粒径領域２の周りを、平均結晶粒径が３μｍ、径方
向厚さが１０００μｍである核燃料ペレットの外周部領
域、すなわち小結晶粒径領域１で覆っており、２層構造
からなっている。
【００３２】図２は本発明の実施例の核燃料ペレット製
造工程を示す流れ作業図である。すなわち、この核燃料
ペレットの製造に際しては、まず、製造工程（１）にお
いて、結晶粒径を大きくすることが可能であり、活性
で、かつ比表面積の大きな（＞１０ｍ2／ｇ）二酸化ウ
ラン粉末を、冷間プレス装置によりプレスし、２層構造
の核燃料ペレットの中心部領域を成型しておく。
造工程を示す流れ作業図である。すなわち、この核燃料
ペレットの製造に際しては、まず、製造工程（１）にお
いて、結晶粒径を大きくすることが可能であり、活性
で、かつ比表面積の大きな（＞１０ｍ2／ｇ）二酸化ウ
ラン粉末を、冷間プレス装置によりプレスし、２層構造
の核燃料ペレットの中心部領域を成型しておく。
【００３３】次に、製造工程（２）において、この核燃
料ペレットの中心部領域の成型品を上記の冷間プレス装
置よりも大きなダイスの中心部に入れ、その周りの外周
部領域に結晶粒径の大きくすることが不可能であり、不
活性で、かつ比表面積の小さな（＜１〜２ｍ2／ｇ）二
酸化ウラン粉末を装填して、円筒状パンチにより冷間プ
レスを行い、２層構造核燃料ペレットの成型品を製造す
る。
料ペレットの中心部領域の成型品を上記の冷間プレス装
置よりも大きなダイスの中心部に入れ、その周りの外周
部領域に結晶粒径の大きくすることが不可能であり、不
活性で、かつ比表面積の小さな（＜１〜２ｍ2／ｇ）二
酸化ウラン粉末を装填して、円筒状パンチにより冷間プ
レスを行い、２層構造核燃料ペレットの成型品を製造す
る。
【００３４】その後、製造工程（３）において、この２
層構造核燃料ペレットの成型品を窒素と水素との混合ガ
ス中で、１７５０℃で２時間焼結して、２層構造核燃料
ペレットの製造工程が完了する。
層構造核燃料ペレットの成型品を窒素と水素との混合ガ
ス中で、１７５０℃で２時間焼結して、２層構造核燃料
ペレットの製造工程が完了する。
【００３５】本実施例では、２度の冷間プレス作業を行
い、２層構造核燃料ペレットを得ているが、活性度の異
なる２種類の粉末を仕切り円筒板を介して、同時にプレ
ス型に装填し加圧成形することにより、１段プレス作業
のみでも、２層構造核燃料ペレットの製造が可能であ
る。
い、２層構造核燃料ペレットを得ているが、活性度の異
なる２種類の粉末を仕切り円筒板を介して、同時にプレ
ス型に装填し加圧成形することにより、１段プレス作業
のみでも、２層構造核燃料ペレットの製造が可能であ
る。
【００３６】また、本実施例では、核燃料ペレットの中
心部領域の結晶粒径を大きくするために、この領域では
比表面積が大きく（＞１０ｍ2／ｇ）、活性な二酸化ウ
ラン粉末を用いたが、その他の方法として二酸化ウラン
粉末に、０．１〜０．７ｗｔ％のＮｂ2Ｏ5、ＴｉＯ2、
Ｃｒ2Ｏ3、又はＭｇＯ2を微量添加した混合粉末を用い
ることにより、核燃料ペレットの中心部領域の結晶粒径
を容易に５０μｍ以上にすることが可能である。
心部領域の結晶粒径を大きくするために、この領域では
比表面積が大きく（＞１０ｍ2／ｇ）、活性な二酸化ウ
ラン粉末を用いたが、その他の方法として二酸化ウラン
粉末に、０．１〜０．７ｗｔ％のＮｂ2Ｏ5、ＴｉＯ2、
Ｃｒ2Ｏ3、又はＭｇＯ2を微量添加した混合粉末を用い
ることにより、核燃料ペレットの中心部領域の結晶粒径
を容易に５０μｍ以上にすることが可能である。
【００３７】また、本実施例では、核燃料ペレットの外
周部領域の平均結晶粒径を３μｍとしたが、リム組織形
成に対する抑制効果は１〜３μｍで有効である。また、
核燃料ペレットの中心部領域の平均結晶粒径は４０μｍ
としたが、３０μｍ以上であれば、高燃焼度まで核燃料
ペレットを燃焼させても、核燃料ペレットの中心部領域
からのＦＰガス放出を低減することが可能である。
周部領域の平均結晶粒径を３μｍとしたが、リム組織形
成に対する抑制効果は１〜３μｍで有効である。また、
核燃料ペレットの中心部領域の平均結晶粒径は４０μｍ
としたが、３０μｍ以上であれば、高燃焼度まで核燃料
ペレットを燃焼させても、核燃料ペレットの中心部領域
からのＦＰガス放出を低減することが可能である。
【００３８】なお、上記実施例は二酸化ウランを主成分
としたときの説明であるが、上記実施例の製造方法を適
用することにより、二酸化ウランに二酸化プルトニウム
の５ｗｔ％以下を混合させた本発明に係わる核燃料ペレ
ットを容易に製造することができる。
としたときの説明であるが、上記実施例の製造方法を適
用することにより、二酸化ウランに二酸化プルトニウム
の５ｗｔ％以下を混合させた本発明に係わる核燃料ペレ
ットを容易に製造することができる。
【００３９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高燃焼度で顕在化する核燃料ペレットの外周部領域で発
生する製造時結晶粒の細粒化を伴ったリム組織形成を抑
制することができ、リム組織形成によるＦＰガス放出及
びスエリングの増大を防止することが可能であり、核燃
料要素の寿命を大幅に伸長させて、原子力発電コストを
下げることができる。
高燃焼度で顕在化する核燃料ペレットの外周部領域で発
生する製造時結晶粒の細粒化を伴ったリム組織形成を抑
制することができ、リム組織形成によるＦＰガス放出及
びスエリングの増大を防止することが可能であり、核燃
料要素の寿命を大幅に伸長させて、原子力発電コストを
下げることができる。
【図１】本発明の実施例における核燃料ペレットの説明
図である。
図である。
【図２】本発明の実施例の核燃料ペレット製造工程を示
す流れ作業図である。
す流れ作業図である。
【図３】ＵＯ2照射時の結晶粒内の転位密度と製造時結
晶粒径との相関図である。
晶粒径との相関図である。
１…小結晶粒径領域、２…大結晶粒径領域。
Claims (4)
- 【請求項１】 二酸化ウラン、又は二酸化ウランと二酸
化プルトニウムとの混合酸化物の核燃料物質を主成分と
して形成される核燃料ペレットにおいて、前記核燃料ペ
レットは、中心部領域と外周部領域とからなり、前記中
心部領域の平均結晶粒径が３０μｍ以上であり、前記外
周部領域の平均結晶粒径が１〜３μｍであることを特徴
とする核燃料ペレット。 - 【請求項２】 前記外周部領域を、前記核燃料ペレット
の外表面から半径方向５００〜１０００μｍとしてなる
請求項１記載の核燃料ペレット。 - 【請求項３】 二酸化ウランの核燃料物質を主成分とし
て形成される核燃料ペレットの製造方法において、結晶
粒径を大きくすることが可能であり、活性で、かつ比表
面積の大きな（＞１０ｍ2／ｇ）二酸化ウラン粉末を冷
間プレス装置によりプレスして、２層構造核燃料ペレッ
トの中心部領域成型品をつくり、次に、前記中心部領域
成型品を前記冷間プレス装置より大きなダイスの中心部
に入れ、その周りの外周部領域に、前記結晶粒径を大き
くすることが不可能であり、不活性で、かつ前記比表面
積の小さな（＜１〜２ｍ2／ｇ）二酸化ウラン粉末を装
填して、円筒状パンチにより冷間プレスして前記２層構
造核燃料ペレットの成型品を製造し、前記２層構造核燃
料ペレットの成型品を窒素と水素との混合ガス中で、１
７５０℃で２時間焼結して、前記２層構造核燃料ペレッ
トを製造することを特徴とする核燃料ペレットの製造方
法。 - 【請求項４】 二酸化ウランと二酸化プルトニウムとの
混合酸化物の核燃料物質を主成分として形成される核燃
料ペレットの製造方法において、結晶粒径を大きくする
ことが可能であり、活性で、かつ比表面積の大きな(＞
１０ｍ2／ｇ)二酸化ウラン粉末に二酸化プルトニウム粉
末の５ｗｔ％以下を混合した混合酸化物粉末を冷間プレ
ス装置によりプレスして、２層構造核燃料ペレットの中
心部領域成型品をつくり、次に、前記中心部領域成型品
を前記冷間プレス装置より大きなダイスの中心部に入
れ、その周りの外周部領域に、前記結晶粒径を大きくす
ることが不可能であり、不活性で、かつ前記比表面積の
小さな(＜１〜２ｍ2／ｇ）二酸化ウラン粉末に二酸化プ
ルトニウム粉末の５ｗｔ％以下を混合した混合酸化物粉
末を装填して、円筒状パンチにより冷間プレスして前記
２層構造核燃料ペレットの成型品を製造し、前記２層構
造核燃料ペレットの成型品を窒素と水素との混合ガス中
で、１７５０℃で２時間焼結して、前記２層構造核燃料
ペレットを製造することを特徴とする核燃料ペレットの
製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4247668A JPH0694869A (ja) | 1992-09-17 | 1992-09-17 | 核燃料ペレット及び製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4247668A JPH0694869A (ja) | 1992-09-17 | 1992-09-17 | 核燃料ペレット及び製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0694869A true JPH0694869A (ja) | 1994-04-08 |
Family
ID=17166889
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4247668A Pending JPH0694869A (ja) | 1992-09-17 | 1992-09-17 | 核燃料ペレット及び製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0694869A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4811805A (en) * | 1985-11-08 | 1989-03-14 | Mitsubishi Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha | Rear-wheel steering apparatus |
| JP2016224068A (ja) * | 2010-05-11 | 2016-12-28 | トリウム・パワー、インクＴｈｏｒｉｕｍ Ｐｏｗｅｒ，Ｉｎｃ． | 燃料アッセンブリ |
| JP2017533406A (ja) * | 2014-09-08 | 2017-11-09 | ウェスティングハウス エレクトリック スウェーデン アーベー | 核動力炉のための核燃料ペレットを製作する方法 |
| US10170207B2 (en) | 2013-05-10 | 2019-01-01 | Thorium Power, Inc. | Fuel assembly |
| US10192644B2 (en) | 2010-05-11 | 2019-01-29 | Lightbridge Corporation | Fuel assembly |
| CN112334991A (zh) * | 2018-06-21 | 2021-02-05 | 西屋电气公司瑞典分公司 | 燃料芯块 |
-
1992
- 1992-09-17 JP JP4247668A patent/JPH0694869A/ja active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4811805A (en) * | 1985-11-08 | 1989-03-14 | Mitsubishi Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha | Rear-wheel steering apparatus |
| US11195629B2 (en) | 2010-05-11 | 2021-12-07 | Thorium Power, Inc. | Fuel assembly |
| US10037823B2 (en) | 2010-05-11 | 2018-07-31 | Thorium Power, Inc. | Fuel assembly |
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| US11862353B2 (en) | 2010-05-11 | 2024-01-02 | Thorium Power, Inc. | Fuel assembly |
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| CN112334991A (zh) * | 2018-06-21 | 2021-02-05 | 西屋电气公司瑞典分公司 | 燃料芯块 |
| CN112334991B (zh) * | 2018-06-21 | 2024-05-07 | 西屋电气公司瑞典分公司 | 燃料芯块 |
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