JPH07218674A - 被覆核燃料粒子 - Google Patents
被覆核燃料粒子Info
- Publication number
- JPH07218674A JPH07218674A JP6009700A JP970094A JPH07218674A JP H07218674 A JPH07218674 A JP H07218674A JP 6009700 A JP6009700 A JP 6009700A JP 970094 A JP970094 A JP 970094A JP H07218674 A JPH07218674 A JP H07218674A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel
- carbide
- nuclear fuel
- coated
- particles
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- 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
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】核燃料物質の酸化物からなる燃料核の外側を、
被覆層で覆ってなる被覆燃料粒子において、燃料核移動
等に起因する化学的破損や、被覆層自体の物理的破損の
起きにくい、新規かつ改良された被覆燃料粒子を提供す
る。 【構成】核燃料物質の炭化物からなる燃料核の外側を多
重の籠状炭素クラスターで被覆してなる被覆燃料粒子。
従来のような酸化物の燃料核と炭化物の被覆層との化学
反応は起こらないから、燃料核移動等に起因する化学的
破損が少なくなる。多重籠状炭素クラスターは一種の分
子カプセルであるため、被覆層自体の破損も起きにく
く、核分裂生成ガスの閉じ込めも確実に行うことができ
る。
被覆層で覆ってなる被覆燃料粒子において、燃料核移動
等に起因する化学的破損や、被覆層自体の物理的破損の
起きにくい、新規かつ改良された被覆燃料粒子を提供す
る。 【構成】核燃料物質の炭化物からなる燃料核の外側を多
重の籠状炭素クラスターで被覆してなる被覆燃料粒子。
従来のような酸化物の燃料核と炭化物の被覆層との化学
反応は起こらないから、燃料核移動等に起因する化学的
破損が少なくなる。多重籠状炭素クラスターは一種の分
子カプセルであるため、被覆層自体の破損も起きにく
く、核分裂生成ガスの閉じ込めも確実に行うことができ
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、高温ガス炉等の燃料
となる燃料コンパクトの製造等に用いられる被覆核燃料
粒子に関するものである。
となる燃料コンパクトの製造等に用いられる被覆核燃料
粒子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】現在使用されている被覆燃料粒子は、核
分裂性物質や親物質（本明細書においてはこれらを総称
して“核燃料物質”という）の酸化物からなる直径２０
０〜６００μｍの燃料核を、熱分解炭素や炭化ケイ素で
多重に被覆した微小粒子からなるものであり、燃料コン
パクトは、これらの被覆燃料粒子を黒鉛粉末およびバイ
ンダーと混合してプレス成形して炉に装荷しやすくした
ものである。
分裂性物質や親物質（本明細書においてはこれらを総称
して“核燃料物質”という）の酸化物からなる直径２０
０〜６００μｍの燃料核を、熱分解炭素や炭化ケイ素で
多重に被覆した微小粒子からなるものであり、燃料コン
パクトは、これらの被覆燃料粒子を黒鉛粉末およびバイ
ンダーと混合してプレス成形して炉に装荷しやすくした
ものである。
【０００３】現在最も多く使用されているＴＲＩＳＯ型
と呼ばれる被覆燃料粒子は、ＵまたはＴｈの酸化物から
なる直径２００〜６００μｍの燃料核を、厚さ６０μｍ
の低密度熱分解炭素からなるバッファー層で包み、その
外側を厚さ３０μｍの高密度熱分解炭素層で被覆し、さ
らにその外側を厚さ２５μｍのＳｉＣ層で被覆し、さら
にその外側を厚さ４５μｍの高密度熱分解炭素層で被覆
した三重被覆構造となっている。
と呼ばれる被覆燃料粒子は、ＵまたはＴｈの酸化物から
なる直径２００〜６００μｍの燃料核を、厚さ６０μｍ
の低密度熱分解炭素からなるバッファー層で包み、その
外側を厚さ３０μｍの高密度熱分解炭素層で被覆し、さ
らにその外側を厚さ２５μｍのＳｉＣ層で被覆し、さら
にその外側を厚さ４５μｍの高密度熱分解炭素層で被覆
した三重被覆構造となっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】こうした多重被覆構造
を有する被覆燃料粒子は、個々の粒子内に核分裂生成ガ
スを保持できることが最大の利点であるが、照射中の化
学的破損が大きな問題となっている。その原因は、高温
における酸化物（燃料核）と炭化物（被覆層）との化学
反応であり、とりわけ燃料核移動と呼ばれる燃料核中の
酸素イオンがバッファー層の炭素と反応してＣＯガスと
なって粒子の高温側（内側）から低温側（外側）へと移
動するためであると考えられている。
を有する被覆燃料粒子は、個々の粒子内に核分裂生成ガ
スを保持できることが最大の利点であるが、照射中の化
学的破損が大きな問題となっている。その原因は、高温
における酸化物（燃料核）と炭化物（被覆層）との化学
反応であり、とりわけ燃料核移動と呼ばれる燃料核中の
酸素イオンがバッファー層の炭素と反応してＣＯガスと
なって粒子の高温側（内側）から低温側（外側）へと移
動するためであると考えられている。
【０００５】また被覆層は、流動床中での蒸着ガスの熱
分解による機械的蒸着で形成されるため、微視的観点か
らの被覆層自体の化学結合等についてはほとんど考慮さ
れておらず、被覆層自体の物理的破損も起こりやすい。
分解による機械的蒸着で形成されるため、微視的観点か
らの被覆層自体の化学結合等についてはほとんど考慮さ
れておらず、被覆層自体の物理的破損も起こりやすい。
【０００６】そこでこの発明は、燃料核の酸化物と被覆
層の炭化物との化学反応をなくし、その結果、燃料核移
動等に起因する化学的破損を少なくできるとともに、被
覆層の形成に際しても機械的蒸着を使用しないためさら
に破損しにくい、新規かつ改良された被覆燃料粒子を提
供することを目的としてなされたものである。
層の炭化物との化学反応をなくし、その結果、燃料核移
動等に起因する化学的破損を少なくできるとともに、被
覆層の形成に際しても機械的蒸着を使用しないためさら
に破損しにくい、新規かつ改良された被覆燃料粒子を提
供することを目的としてなされたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】すなわちこの発明による
被覆燃料粒子は、核燃料物質の炭化物からなる燃料核の
外側を、多重の籠状炭素クラスターで被覆してなるもの
である。籠状炭素クラスターは、炭素原子が網目状に結
合した多面体型の一種の分子カプセルであり、このカプ
セル内に核燃料物質の炭化物からなる燃料核が包み込ま
れた構造となっている。
被覆燃料粒子は、核燃料物質の炭化物からなる燃料核の
外側を、多重の籠状炭素クラスターで被覆してなるもの
である。籠状炭素クラスターは、炭素原子が網目状に結
合した多面体型の一種の分子カプセルであり、このカプ
セル内に核燃料物質の炭化物からなる燃料核が包み込ま
れた構造となっている。
【０００８】この発明の被覆燃料粒子を製造するに際し
ては、核燃料物質を充填したグラファイト棒を電極とし
て不活性雰囲気中でアーク加熱する方法が採用できる。
これによって、核燃料物質炭化物の燃料核が籠状炭素ク
ラスターで多重に包まれた構造の被覆粒子を陰極部に生
成させることができる。
ては、核燃料物質を充填したグラファイト棒を電極とし
て不活性雰囲気中でアーク加熱する方法が採用できる。
これによって、核燃料物質炭化物の燃料核が籠状炭素ク
ラスターで多重に包まれた構造の被覆粒子を陰極部に生
成させることができる。
【０００９】かような多重籠状炭素クラスターで微粒子
を被覆して被覆粒子を製造する方法自体は既に知られて
いるが、核燃料物質の炭化物からなる燃料核を多重籠状
炭素クラスターで被覆して被覆燃料粒子を製造しようと
する提案は従来なされていない。
を被覆して被覆粒子を製造する方法自体は既に知られて
いるが、核燃料物質の炭化物からなる燃料核を多重籠状
炭素クラスターで被覆して被覆燃料粒子を製造しようと
する提案は従来なされていない。
【００１０】
【作用】この発明による被覆燃料粒子は、核燃料物質の
炭化物である燃料核の外側が、籠状炭素クラスターで多
重に被覆されたものであるから、従来の被覆燃料粒子の
ような核燃料物質の酸化物と被覆層の炭化物との化学反
応が起こることがなく、その結果、燃料核移動等による
化学破損が少なくなる。
炭化物である燃料核の外側が、籠状炭素クラスターで多
重に被覆されたものであるから、従来の被覆燃料粒子の
ような核燃料物質の酸化物と被覆層の炭化物との化学反
応が起こることがなく、その結果、燃料核移動等による
化学破損が少なくなる。
【００１１】また、従来の被覆燃料粒子のように被覆層
を機械的蒸着によって形成せず、燃料核を一種の分子カ
プセルである多重籠状炭素クラスター内に包み込む構造
であるので、物理的破損も少なくまた核分裂生成ガスの
閉じ込めも効果的かつ確実になされる。
を機械的蒸着によって形成せず、燃料核を一種の分子カ
プセルである多重籠状炭素クラスター内に包み込む構造
であるので、物理的破損も少なくまた核分裂生成ガスの
閉じ込めも効果的かつ確実になされる。
【００１２】
【実施例】以下にこの発明の被覆燃料粒子の製造例を説
明する。図１は被覆燃料粒子の製造装置の概略図であ
り、通常のグラファイト棒を陽極とし、核燃料物質を充
填したグラファイト棒を陰極としてチャンバー内に取り
付ける。
明する。図１は被覆燃料粒子の製造装置の概略図であ
り、通常のグラファイト棒を陽極とし、核燃料物質を充
填したグラファイト棒を陰極としてチャンバー内に取り
付ける。
【００１３】核燃料物質を充填したグラファイト棒は次
のようにして製造する。直径１０ｍｍ、長さ１００ｍｍ
のグラファイト棒の長手方向に直径４ｍｍ、深さ４０ｍ
ｍの孔をドリルで穿孔し、孔の中にＴｈＯ２を充填す
る。ＴｈＯ２の試料としては、実験上の取扱いが容易で
入手しやすいＴｈＯ２（２％）＋Ｗ（９８％）の混合物
を使用した。グラファイト棒に充填する核燃料物質は炭
化物でもよいが、酸化物の方が取扱いが容易で入手もし
やすい。グラファイト棒に核燃料物質を充填した後、こ
れを窒素雰囲気下で４００℃１時間仮焼し、さらに１０
００℃で２時間程度の熱処理を行う。
のようにして製造する。直径１０ｍｍ、長さ１００ｍｍ
のグラファイト棒の長手方向に直径４ｍｍ、深さ４０ｍ
ｍの孔をドリルで穿孔し、孔の中にＴｈＯ２を充填す
る。ＴｈＯ２の試料としては、実験上の取扱いが容易で
入手しやすいＴｈＯ２（２％）＋Ｗ（９８％）の混合物
を使用した。グラファイト棒に充填する核燃料物質は炭
化物でもよいが、酸化物の方が取扱いが容易で入手もし
やすい。グラファイト棒に核燃料物質を充填した後、こ
れを窒素雰囲気下で４００℃１時間仮焼し、さらに１０
００℃で２時間程度の熱処理を行う。
【００１４】上記した陽極と陰極をチャンバー内にセッ
トした後、真空ポンプによりチャンバー内を１０−４ T
orr 以下まで排気し、この時のリーク量を１０−６ at
m.cc/sec （Ｈｅ換算）以下とする。これは、被覆燃料
粒子の製造に際してその収率を向上させるためには、水
や酸素を取り除くことが必要であるからである。次い
で、ヘリウムガスを導入口より４００〜５００ Torr 程
度チャンバー内に導入する。次いで、電極間隔が２ｍｍ
となるように陽極を移動させながら電極間に１５０〜２
００Ａ、２５Ｖの電圧を直流電源により印加して約１０
分間アーク放電させる。この間、電極のチャック部やチ
ャンバーのシール面を熱から保護するために、これらの
部分に冷却水を流して冷却する。
トした後、真空ポンプによりチャンバー内を１０−４ T
orr 以下まで排気し、この時のリーク量を１０−６ at
m.cc/sec （Ｈｅ換算）以下とする。これは、被覆燃料
粒子の製造に際してその収率を向上させるためには、水
や酸素を取り除くことが必要であるからである。次い
で、ヘリウムガスを導入口より４００〜５００ Torr 程
度チャンバー内に導入する。次いで、電極間隔が２ｍｍ
となるように陽極を移動させながら電極間に１５０〜２
００Ａ、２５Ｖの電圧を直流電源により印加して約１０
分間アーク放電させる。この間、電極のチャック部やチ
ャンバーのシール面を熱から保護するために、これらの
部分に冷却水を流して冷却する。
【００１５】アーク放電により陽極の炭素がＣ＋となっ
てガス化し、陰極に引き寄せられてその先端表面に降り
積もったように堆積する。また陽極のグラファイト棒内
に充填したＴｈＯ２は下記式によりＴｈＣ２となって陰
極へ移行、堆積する。 ＴｈＯ２ ＋ ３Ｃ → ＴｈＣ２ ＋ ＣＯ２ 陰極先端部に堆積しない超微粒子は、超微粒子捕集系に
より捕集される。
てガス化し、陰極に引き寄せられてその先端表面に降り
積もったように堆積する。また陽極のグラファイト棒内
に充填したＴｈＯ２は下記式によりＴｈＣ２となって陰
極へ移行、堆積する。 ＴｈＯ２ ＋ ３Ｃ → ＴｈＣ２ ＋ ＣＯ２ 陰極先端部に堆積しない超微粒子は、超微粒子捕集系に
より捕集される。
【００１６】放電終了後、陰極先端部の堆積部分を回収
し、その内部のコア部分を粉砕し、エタノール等の溶媒
中で超音波を用いて凝集させ、粒子径約１００〜５００
オングストロームの被覆燃料粒子を分離回収する。陰極
先端部の堆積部分からの被覆燃料粒子の分離回収は、上
記の方法以外に、粒径による選別方法や重量による選別
方法も採用することができる。
し、その内部のコア部分を粉砕し、エタノール等の溶媒
中で超音波を用いて凝集させ、粒子径約１００〜５００
オングストロームの被覆燃料粒子を分離回収する。陰極
先端部の堆積部分からの被覆燃料粒子の分離回収は、上
記の方法以外に、粒径による選別方法や重量による選別
方法も採用することができる。
【００１７】得られた被覆燃料粒子の高分解能透過電子
顕微鏡写真を図２に示す。この写真から、燃料核（Ｘ）
が多重籠状炭素クラスター（Ｙ）内に内包されているこ
とが観察される。またこの被覆燃料粒子のＥＤＸ分析
（エネルギー分散型Ｘ線微小分析）結果を図３に示す。
この分析結果から、燃料核（Ｘ）がＴｈ−Ｗ炭化物であ
ることがわかる。
顕微鏡写真を図２に示す。この写真から、燃料核（Ｘ）
が多重籠状炭素クラスター（Ｙ）内に内包されているこ
とが観察される。またこの被覆燃料粒子のＥＤＸ分析
（エネルギー分散型Ｘ線微小分析）結果を図３に示す。
この分析結果から、燃料核（Ｘ）がＴｈ−Ｗ炭化物であ
ることがわかる。
【００１８】この発明の被覆燃料粒子は、従来のＴＲＩ
ＳＯ型被覆燃料粒子と同様に、例えば黒鉛粉末およびバ
インダーを混合しプレス成形することによって、燃料コ
ンパクトに成形することができる。また、燃料コンパク
トを中空ペレット状とした被覆燃料粒子成形体を、スリ
ーブ内に振動充填もしくは、冷間等方性加圧（ＣＩＰ）
や熱間等方性加圧（ＨＩＰ）処理を施して、一体型燃料
棒とすることができる。
ＳＯ型被覆燃料粒子と同様に、例えば黒鉛粉末およびバ
インダーを混合しプレス成形することによって、燃料コ
ンパクトに成形することができる。また、燃料コンパク
トを中空ペレット状とした被覆燃料粒子成形体を、スリ
ーブ内に振動充填もしくは、冷間等方性加圧（ＣＩＰ）
や熱間等方性加圧（ＨＩＰ）処理を施して、一体型燃料
棒とすることができる。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したところからわかるようにこ
の発明の被覆燃料粒子は、燃料核が炭化物であり、その
外側を覆うのが多重籠状炭素クラスターであるため、従
来の例えばＴＲＩＳＯ型被覆燃料粒子でみられたような
燃料核の酸化物と被覆層の炭化物との化学反応は起こら
ず、その結果、燃料核移動等による化学的破損が少なく
なる。
の発明の被覆燃料粒子は、燃料核が炭化物であり、その
外側を覆うのが多重籠状炭素クラスターであるため、従
来の例えばＴＲＩＳＯ型被覆燃料粒子でみられたような
燃料核の酸化物と被覆層の炭化物との化学反応は起こら
ず、その結果、燃料核移動等による化学的破損が少なく
なる。
【００２０】また、多重籠状炭素クラスターは一種の分
子カプセルであるため、蒸着により形成していた従来の
被覆層でみられたような物理的破損等の問題も解消でき
るとともに、核分裂生成ガスもその内部に確実に閉じ込
めることができる。
子カプセルであるため、蒸着により形成していた従来の
被覆層でみられたような物理的破損等の問題も解消でき
るとともに、核分裂生成ガスもその内部に確実に閉じ込
めることができる。
【００２１】さらにこの発明の被覆燃料粒子の物性値は
グラファイトに類似しているため、従来の核燃料に比べ
て熱伝導率の向上が期待でき、さらには耐熱温度も約２
０００℃でグラファイトに類似しているため、核燃料の
高燃焼度化や安全性の向上も期待できる。
グラファイトに類似しているため、従来の核燃料に比べ
て熱伝導率の向上が期待でき、さらには耐熱温度も約２
０００℃でグラファイトに類似しているため、核燃料の
高燃焼度化や安全性の向上も期待できる。
【図１】この発明の被覆燃料粒子の製造装置の概略説明
図。
図。
【図２】被覆燃料粒子の高分解能透過電子顕微鏡写真。
【図３】被覆燃料粒子のＥＤＸ分析結果を示すグラフ。
Claims (1)
- 【請求項１】 核燃料物質の炭化物からなる燃料核の外
側を多重の籠状炭素クラスターで被覆してなることを特
徴とする被覆核燃料粒子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6009700A JP3051289B2 (ja) | 1994-01-31 | 1994-01-31 | 被覆核燃料粒子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6009700A JP3051289B2 (ja) | 1994-01-31 | 1994-01-31 | 被覆核燃料粒子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07218674A true JPH07218674A (ja) | 1995-08-18 |
| JP3051289B2 JP3051289B2 (ja) | 2000-06-12 |
Family
ID=11727515
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6009700A Expired - Fee Related JP3051289B2 (ja) | 1994-01-31 | 1994-01-31 | 被覆核燃料粒子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3051289B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008100852A (ja) * | 2006-10-17 | 2008-05-01 | Nagoya Institute Of Technology | 炭化物内包カーボンナノカプセル及びその製造方法 |
-
1994
- 1994-01-31 JP JP6009700A patent/JP3051289B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008100852A (ja) * | 2006-10-17 | 2008-05-01 | Nagoya Institute Of Technology | 炭化物内包カーボンナノカプセル及びその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3051289B2 (ja) | 2000-06-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Terrani et al. | Progress on matrix SiC processing and properties for fully ceramic microencapsulated fuel form | |
| CN107123455A (zh) | 一种多孔燃料核心惰性基弥散燃料芯块的制备方法 | |
| CN105706177B (zh) | 一种热导率增强型核燃料芯块及其制备方法 | |
| US20080123793A1 (en) | Thermal power production device utilizing nanoscale confinement | |
| US20130044847A1 (en) | Apparatus and Method for Low Energy Nuclear Reactions | |
| CN103797142B (zh) | 储氢用镍合金和通过该合金的热能产生 | |
| US3325363A (en) | Carbon coated nuclear fuel and poison particles | |
| US3641227A (en) | Manufacture of ceramic artefacts having pores | |
| US3232717A (en) | Uranium monocarbide thermionic emitters | |
| JPH07218674A (ja) | 被覆核燃料粒子 | |
| US3249509A (en) | Nuclear fuel particles coated with mixture of pyrolytic carbon and silicon carbide | |
| JP4602237B2 (ja) | 高性能ＭｇＢ２超電導線及び製造方法 | |
| KR20210116677A (ko) | 가연성 흡수제를 갖거나 갖지 않는 sps/fast 우라늄 연료를 사용한 소결 | |
| CN1254306C (zh) | 填充磁性金属纳米碳球的制造方法 | |
| JP2960721B1 (ja) | ガドリニウム含有被覆核燃料粒子およびその製造方法 | |
| CN115662658A (zh) | 基于三层包覆结构的燃料芯块、棒状燃料元件及其应用 | |
| US3321646A (en) | Thermoelectric cell and reactor | |
| JPS63162884A (ja) | 水素吸蔵合金構造体及びその製造方法 | |
| US3346676A (en) | Method for the production of ceramic nuclear fuel elements | |
| JP2614790B2 (ja) | 炭素クラスターの製造方法 | |
| CN115938614A (zh) | 一种棒状燃料元件及其应用 | |
| CN115612892A (zh) | 一种制备硅锑合金纳米管的方法 | |
| Goeddel | The Development and Evaluation of Graphite-Matrix Fuel Compacts for the HTGR | |
| Gontar’ et al. | Analysis of physicochemical processes in multicomponent electricity generating channels with communicating fuel-element and interelectrode gaps | |
| Srivastava | Nanosized material preparation in ultrathin film form using dense plasma focus |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |