JPH11174185A - 燃料球分散型原子燃料ペレットの製造方法 - Google Patents
燃料球分散型原子燃料ペレットの製造方法Info
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- JPH11174185A JPH11174185A JP9362094A JP36209497A JPH11174185A JP H11174185 A JPH11174185 A JP H11174185A JP 9362094 A JP9362094 A JP 9362094A JP 36209497 A JP36209497 A JP 36209497A JP H11174185 A JPH11174185 A JP H11174185A
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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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- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 燃料球分散型原子燃料ペレットにおいて、マ
トリックスの焼結収縮によるひび割れと照射時のスエリ
ングとを抑制する。 【解決手段】 核燃料物質またはこれを含む微小粒の多
数の燃料球１をマトリックス材３に分散させ、このマト
リックス材３を成型後、焼結することにより燃料ペレッ
トとなす燃料球分散型原子燃料ペレットの製造方法にお
いて、上記燃料球１の表面にＺｒＯ2 をコーティングし
て未焼結状態のＺｒＯ2 層２を形成する一方、これら燃
料球１を上記マトリックス材３の粉末と混合して、この
マトリックス材３を成型し、焼結することを特徴として
いる。
トリックスの焼結収縮によるひび割れと照射時のスエリ
ングとを抑制する。 【解決手段】 核燃料物質またはこれを含む微小粒の多
数の燃料球１をマトリックス材３に分散させ、このマト
リックス材３を成型後、焼結することにより燃料ペレッ
トとなす燃料球分散型原子燃料ペレットの製造方法にお
いて、上記燃料球１の表面にＺｒＯ2 をコーティングし
て未焼結状態のＺｒＯ2 層２を形成する一方、これら燃
料球１を上記マトリックス材３の粉末と混合して、この
マトリックス材３を成型し、焼結することを特徴として
いる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は原子力発電所におい
て使用される燃料球分散型原子燃料ペレットの製造方法
に関するものである。
て使用される燃料球分散型原子燃料ペレットの製造方法
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】燃料球分散型原子燃料ペレットは、Ｔｈ
Ｏ2 、ＵＯ2 、ＰｕＯ2 等の核燃料物質をＺｒＯ2 に固
溶させて直径数１００μｍの燃料球を形成し、この燃料
球をＡｌ2 Ｏ3 やＡｌ2 ＭｇＯ4 等のスピネルからなる
マトリックス材に均質に分散させて焼結しペレット化し
たものである。
Ｏ2 、ＵＯ2 、ＰｕＯ2 等の核燃料物質をＺｒＯ2 に固
溶させて直径数１００μｍの燃料球を形成し、この燃料
球をＡｌ2 Ｏ3 やＡｌ2 ＭｇＯ4 等のスピネルからなる
マトリックス材に均質に分散させて焼結しペレット化し
たものである。
【０００３】この燃料ペレットの製造方法は、焼結済み
の多数の燃料球と、マトリックスの粉末と、潤滑材とを
混合し、これをプレス形成して成型体としたものを還元
雰囲気中、１７００℃前後にて焼結してペレット化す
る。ペレットの焼結は、マトリックス部が焼結すること
によってなされるが、燃料球が大きくなるとマトリック
ス部の収縮量が大きくなり、特に燃料球１の周りでの応
力が大きくなるため、図３に示す如くマトリックス部３
にクラックＫが生じ、健全な燃料ペレットを製造するこ
とが困難になる。
の多数の燃料球と、マトリックスの粉末と、潤滑材とを
混合し、これをプレス形成して成型体としたものを還元
雰囲気中、１７００℃前後にて焼結してペレット化す
る。ペレットの焼結は、マトリックス部が焼結すること
によってなされるが、燃料球が大きくなるとマトリック
ス部の収縮量が大きくなり、特に燃料球１の周りでの応
力が大きくなるため、図３に示す如くマトリックス部３
にクラックＫが生じ、健全な燃料ペレットを製造するこ
とが困難になる。
【０００４】一方、上記燃料球分散型原子燃料ペレット
においては、燃料原子の核分裂フラグメント（Ｆｉｓｓ
ｉｏｎ Ｆｒａｇｍｅｎｔ）の作用による上記マトリッ
クス部のスエリングに対し、上記燃料部を球にすること
によってフラグメントを封じ込め、上記スエリングにか
かわるマトリックス部を少なくしているが、上記燃料球
のまわりにおける１０μｍ程度の部分のマトリックス材
のスエリングは防ぐことができない。また、燃料球の比
表面積を小さくすることにより、スエリングにかかわる
マトリックス部の体積を小さくすることは可能である
が、燃料球の直径が大きくなると、燃料体としての均質
性が損なわれると共に、前述の如くマトリックス部に焼
結時の収縮によりクラックが生じやすくなる。
においては、燃料原子の核分裂フラグメント（Ｆｉｓｓ
ｉｏｎ Ｆｒａｇｍｅｎｔ）の作用による上記マトリッ
クス部のスエリングに対し、上記燃料部を球にすること
によってフラグメントを封じ込め、上記スエリングにか
かわるマトリックス部を少なくしているが、上記燃料球
のまわりにおける１０μｍ程度の部分のマトリックス材
のスエリングは防ぐことができない。また、燃料球の比
表面積を小さくすることにより、スエリングにかかわる
マトリックス部の体積を小さくすることは可能である
が、燃料球の直径が大きくなると、燃料体としての均質
性が損なわれると共に、前述の如くマトリックス部に焼
結時の収縮によりクラックが生じやすくなる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は叙上の如き実
状に対処し、燃料球の表面を未焼結状態のＺｒＯ2 層で
コーティングした上で、上記マトリックス材を焼結する
ことにより、この被覆層にてスエリングの原因となる前
記核分裂フラグメントを吸収し、マトリックス中のスエ
リングを最小限に抑制すると共に、焼結時のマトリック
スのクラックの発生を防止することを目的とするもので
ある。
状に対処し、燃料球の表面を未焼結状態のＺｒＯ2 層で
コーティングした上で、上記マトリックス材を焼結する
ことにより、この被覆層にてスエリングの原因となる前
記核分裂フラグメントを吸収し、マトリックス中のスエ
リングを最小限に抑制すると共に、焼結時のマトリック
スのクラックの発生を防止することを目的とするもので
ある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】すなわち、上記目的に適
合する本発明の燃料球分散型原子燃料ペレットの製造方
法は、核燃料物質またはこれを含む微小粒の多数の燃料
球をマトリックス材に分散させ、このマトリックス材を
成型後、焼結することにより燃料ペレットとなす燃料球
分散型原子燃料ペレットの製造方法において、上記燃料
球の表面にＺｒＯ2 をコーティングして未焼結状態のＺ
ｒＯ2 層を形成する一方、これら燃料球を上記マトリッ
クス材の粉末と混合して、このマトリックス材を成型
し、焼結することを特徴とする。また、上記本発明の製
造方法において、上記ＺｒＯ2 層の密度と厚みを、燃料
球の直径およびマトリックス材の焼結時の収縮率により
設定して、マトリックス材焼結時の収縮による燃料球か
らの応力を抑制することも好適である。さらに、上記Ｚ
ｒＯ2 層のジルコニアを安定化または部分安定化ジルコ
ニアで構成することも可能である。
合する本発明の燃料球分散型原子燃料ペレットの製造方
法は、核燃料物質またはこれを含む微小粒の多数の燃料
球をマトリックス材に分散させ、このマトリックス材を
成型後、焼結することにより燃料ペレットとなす燃料球
分散型原子燃料ペレットの製造方法において、上記燃料
球の表面にＺｒＯ2 をコーティングして未焼結状態のＺ
ｒＯ2 層を形成する一方、これら燃料球を上記マトリッ
クス材の粉末と混合して、このマトリックス材を成型
し、焼結することを特徴とする。また、上記本発明の製
造方法において、上記ＺｒＯ2 層の密度と厚みを、燃料
球の直径およびマトリックス材の焼結時の収縮率により
設定して、マトリックス材焼結時の収縮による燃料球か
らの応力を抑制することも好適である。さらに、上記Ｚ
ｒＯ2 層のジルコニアを安定化または部分安定化ジルコ
ニアで構成することも可能である。
【０００７】
【作用】上記本発明の燃料球分散型原子燃料ペレットの
製造方法においては、燃料球表面を被覆するＺｒＯ2 層
が燃料球表面の核分裂フラグメントを吸収することがで
き、これによりマトリックス部のスエリングを最小限に
抑えることが可能となる。そして、かかる効果によって
燃料球の比表面積を大きくしうることから、燃料球の直
径を小さくすることが可能となり、これにより、より均
質の燃料ペレットを形成すると共に、前記マトリックス
部の焼結収縮によるクラック発生を抑制し、かつ燃料球
の温度を低くしてＦＰガスの放出特性を良好にすること
が可能となる。
製造方法においては、燃料球表面を被覆するＺｒＯ2 層
が燃料球表面の核分裂フラグメントを吸収することがで
き、これによりマトリックス部のスエリングを最小限に
抑えることが可能となる。そして、かかる効果によって
燃料球の比表面積を大きくしうることから、燃料球の直
径を小さくすることが可能となり、これにより、より均
質の燃料ペレットを形成すると共に、前記マトリックス
部の焼結収縮によるクラック発生を抑制し、かつ燃料球
の温度を低くしてＦＰガスの放出特性を良好にすること
が可能となる。
【０００８】また、上記マトリックス材を構成する前記
Ａｌ2 Ｏ3 やＡｌ2 ＭｇＯ4 の焼結温度は１５００〜１
７００℃であるのに対し、燃料球を被覆するＺｒＯ2 層
を完全に焼成するには１８００℃以上の高温が必要であ
るため、上記マトリックス材が焼結により収縮する際に
はこのＺｒＯ2 層の焼結は大きく進んでおらず、上記収
縮によるマトリックスの応力をこのＺｒＯ2 層で吸収す
ることが可能となり、その結果マトリックス材の焼結時
におけるクラック発生を防止することが可能となる。
Ａｌ2 Ｏ3 やＡｌ2 ＭｇＯ4 の焼結温度は１５００〜１
７００℃であるのに対し、燃料球を被覆するＺｒＯ2 層
を完全に焼成するには１８００℃以上の高温が必要であ
るため、上記マトリックス材が焼結により収縮する際に
はこのＺｒＯ2 層の焼結は大きく進んでおらず、上記収
縮によるマトリックスの応力をこのＺｒＯ2 層で吸収す
ることが可能となり、その結果マトリックス材の焼結時
におけるクラック発生を防止することが可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、さらに添付図面を参照し
て、本発明の実施の形態を説明する。
て、本発明の実施の形態を説明する。
【００１０】図１は本発明実施形態の方法により製造し
た燃料球分散型原子燃料ペレットを示す部分断面図であ
り、この燃料ペレットは、燃料棒の被覆管に装填される
円柱状のセラミックス燃料であり、ＵＯ2 、ＰｕＯ2 、
ＴｈＯ2 等の核燃料物質をＺｒＯ2 に固溶させて直径約
１００μｍの燃料球１（焼結体）を多数形成すると共
に、これらの燃料球１の表面全体に約１０μｍの厚みを
有するＺｒＯ2 層２を形成し、このＺｒＯ2 層２がコー
ティングされた燃料球をアルミナやアルミナ・マグネシ
ウム等のマトリックス３中に均質的に分散させて、上記
マトリックス３を焼結することにより形成されている。
た燃料球分散型原子燃料ペレットを示す部分断面図であ
り、この燃料ペレットは、燃料棒の被覆管に装填される
円柱状のセラミックス燃料であり、ＵＯ2 、ＰｕＯ2 、
ＴｈＯ2 等の核燃料物質をＺｒＯ2 に固溶させて直径約
１００μｍの燃料球１（焼結体）を多数形成すると共
に、これらの燃料球１の表面全体に約１０μｍの厚みを
有するＺｒＯ2 層２を形成し、このＺｒＯ2 層２がコー
ティングされた燃料球をアルミナやアルミナ・マグネシ
ウム等のマトリックス３中に均質的に分散させて、上記
マトリックス３を焼結することにより形成されている。
【００１１】上記核燃料物質は上記の如くＺｒＯ2 に固
溶した状態で燃料球１を形成しているが、これらＵＯ2
等の核燃料物質を単体として燃料球１を形成することも
可能であり、その場合はＰｕとＵとを混合するＭＯＸ燃
料のような形態もありうる。
溶した状態で燃料球１を形成しているが、これらＵＯ2
等の核燃料物質を単体として燃料球１を形成することも
可能であり、その場合はＰｕとＵとを混合するＭＯＸ燃
料のような形態もありうる。
【００１２】また、上記ＺｒＯ2 層２はマトリックス３
の焼結時の加熱により結合された膜状の固体層であり、
その厚みは、核分裂フラグメントによるマトリックス３
の損傷が上記の如きセラミックスの場合は１０μｍ以下
と考えられるので、１０μｍ以上あればよい。一方、燃
料の燃焼に伴い、ＺｒＯ2 相と燃料相との間で原子の相
互拡散が生じる可能性があるので、これを考慮してある
程度厚くする必要があるが、余り厚すぎるとＺｒＯ2 の
熱伝導度が低いことによって問題が生じる。このため、
上記ＺｒＯ2 層２の厚みの上限は２０μｍ程度と考えら
れる。さらに、このＺｒＯ2 層２のジルコニアを、安定
化ジルコニアまたは部分安定化ジルコニアとすることも
可能である。
の焼結時の加熱により結合された膜状の固体層であり、
その厚みは、核分裂フラグメントによるマトリックス３
の損傷が上記の如きセラミックスの場合は１０μｍ以下
と考えられるので、１０μｍ以上あればよい。一方、燃
料の燃焼に伴い、ＺｒＯ2 相と燃料相との間で原子の相
互拡散が生じる可能性があるので、これを考慮してある
程度厚くする必要があるが、余り厚すぎるとＺｒＯ2 の
熱伝導度が低いことによって問題が生じる。このため、
上記ＺｒＯ2 層２の厚みの上限は２０μｍ程度と考えら
れる。さらに、このＺｒＯ2 層２のジルコニアを、安定
化ジルコニアまたは部分安定化ジルコニアとすることも
可能である。
【００１３】一方、本発明実施形態の製造方法は、上記
燃料球１とマトリックス材３との混合に先立ち、燃料球
の表面にＺｒＯ2 のコーティングを施す。このコーティ
ングは、例えばＺｒＯ2 の微粉末をバインダー溶液に混
ぜたスラリーを用いて行うことが可能であり、このスラ
リーコーティングを施した燃料球を乾燥させると、例え
ば密度３０％Ｔ．Ｄ前後のＺｒＯ2 層（未焼結）を有す
る燃料球が形成される。そして、この燃料球をマトリッ
クス材の粉末と均質に混合し、このマトリックス材を成
型した後、マトリックス材の焼成温度で焼結を行う。
燃料球１とマトリックス材３との混合に先立ち、燃料球
の表面にＺｒＯ2 のコーティングを施す。このコーティ
ングは、例えばＺｒＯ2 の微粉末をバインダー溶液に混
ぜたスラリーを用いて行うことが可能であり、このスラ
リーコーティングを施した燃料球を乾燥させると、例え
ば密度３０％Ｔ．Ｄ前後のＺｒＯ2 層（未焼結）を有す
る燃料球が形成される。そして、この燃料球をマトリッ
クス材の粉末と均質に混合し、このマトリックス材を成
型した後、マトリックス材の焼成温度で焼結を行う。
【００１４】マトリックス材がＡｌ2 Ｏ3 やＡｌ2 Ｍｇ
Ｏ4 の場合は、通常焼結温度は１５００℃〜１７００℃
で充分であるが、ＺｒＯ2 を完全に焼成するには１８０
０℃以上の高温が必要であるため、上記マトリックス材
の焼結温度ではＺｒＯ2 層の焼結は大きく進まない。
Ｏ4 の場合は、通常焼結温度は１５００℃〜１７００℃
で充分であるが、ＺｒＯ2 を完全に焼成するには１８０
０℃以上の高温が必要であるため、上記マトリックス材
の焼結温度ではＺｒＯ2 層の焼結は大きく進まない。
【００１５】これに対し、マトリックス部の焼結時の収
縮は通常２０％前後（線焼結収縮率）であり、例えば成
型時の４００μｍは３２０μｍへと縮むが、図２に示す
ように、この差８０μｍを上記ＺｒＯ2 層２の変化で吸
収することにより、焼結時の収縮におけるマトリックス
部３の応力は生じないことになる。そして、同図に示す
ようにマトリックス部３の収縮が及ぼす上記ＺｒＯ2 層
２への圧縮応力は、いわゆるホットプレスと同じ条件を
生じてＺｒＯ2 層２を燃料球１の周りで圧密化し、これ
により燃料ペレットとして良い結果が得られることにな
る。
縮は通常２０％前後（線焼結収縮率）であり、例えば成
型時の４００μｍは３２０μｍへと縮むが、図２に示す
ように、この差８０μｍを上記ＺｒＯ2 層２の変化で吸
収することにより、焼結時の収縮におけるマトリックス
部３の応力は生じないことになる。そして、同図に示す
ようにマトリックス部３の収縮が及ぼす上記ＺｒＯ2 層
２への圧縮応力は、いわゆるホットプレスと同じ条件を
生じてＺｒＯ2 層２を燃料球１の周りで圧密化し、これ
により燃料ペレットとして良い結果が得られることにな
る。
【００１６】他方、上記実施形態の方法により製造した
燃料球分散型原子燃料ペレットにおいては、燃料球１の
表面を被覆するＺｒＯ2 層２が燃料球１表面の核分裂フ
ラグメントを吸収することができ、これによりマトリッ
クス部３のスエリングを最小限に抑えることが可能とな
る。そして、かかる作用によって燃料球１の比表面積を
大きくしうることから、燃料球１の直径を従来の数１０
０μｍから数１０μｍ〜１００μｍと小さくすることが
可能となり、これにより、より均質な燃料ペレットを形
成すると共に、燃料球１の温度も低くしてＦＰガスの放
出特性を良好にすることが可能となる。上記燃料球の均
質性について更に説明すると、燃料球の直径を例えば従
来のような４００μｍとした場合に対し、本発明実施形
態のように１００μｍとすると、燃料球数は４3 ＝６４
倍となり、ペレットにおける燃料球の均質性はそれだけ
向上する。なお、上記燃料球に対するＺｒＯ2 のコーテ
ィング法としては、上記スラリーを利用する以外に、回
転造粒法を用いて、燃料球の表面にＺｒＯ2 粉末をアル
コールやＰＶＡ溶液をバインダーとしてまぶしてゆく方
法もある。また、上記ＺｒＯ2 層の焼結前の密度や厚さ
は、マトリックス材焼結時の収縮による応力を抑制する
ために、マトリックス部の焼結時の収縮量と燃料球の大
きさによって決定することが望ましい。
燃料球分散型原子燃料ペレットにおいては、燃料球１の
表面を被覆するＺｒＯ2 層２が燃料球１表面の核分裂フ
ラグメントを吸収することができ、これによりマトリッ
クス部３のスエリングを最小限に抑えることが可能とな
る。そして、かかる作用によって燃料球１の比表面積を
大きくしうることから、燃料球１の直径を従来の数１０
０μｍから数１０μｍ〜１００μｍと小さくすることが
可能となり、これにより、より均質な燃料ペレットを形
成すると共に、燃料球１の温度も低くしてＦＰガスの放
出特性を良好にすることが可能となる。上記燃料球の均
質性について更に説明すると、燃料球の直径を例えば従
来のような４００μｍとした場合に対し、本発明実施形
態のように１００μｍとすると、燃料球数は４3 ＝６４
倍となり、ペレットにおける燃料球の均質性はそれだけ
向上する。なお、上記燃料球に対するＺｒＯ2 のコーテ
ィング法としては、上記スラリーを利用する以外に、回
転造粒法を用いて、燃料球の表面にＺｒＯ2 粉末をアル
コールやＰＶＡ溶液をバインダーとしてまぶしてゆく方
法もある。また、上記ＺｒＯ2 層の焼結前の密度や厚さ
は、マトリックス材焼結時の収縮による応力を抑制する
ために、マトリックス部の焼結時の収縮量と燃料球の大
きさによって決定することが望ましい。
【００１７】
【実施例】（１）本発明の実施例 粒径１〜５μｍのＺｒＯ2 粉末５０ｇを１０ｗｔ％のポ
リビルニアルコール（ＰＶＡ）の水溶液２００ｃｃに混
合してＺｒＯ2 のスラリーを作成し、この中に直径３０
０μｍのＵＯ2 燃料球（焼結体）を浸しては乾燥させる
ことを繰り返し、乾燥後のＺｒＯ2 の膜厚が約４０μｍ
となるようにした。コーティング前後の重量からＰＶＡ
量を無視すると、このＺｒＯ2 層の密度は３４％ＴＤで
あった。これからすると、ＺｒＯ2 コーティング燃料球
の計り取り量の内、ＵＯ2 は８７％、ＺｒＯ2 は１３％
と推定された。
リビルニアルコール（ＰＶＡ）の水溶液２００ｃｃに混
合してＺｒＯ2 のスラリーを作成し、この中に直径３０
０μｍのＵＯ2 燃料球（焼結体）を浸しては乾燥させる
ことを繰り返し、乾燥後のＺｒＯ2 の膜厚が約４０μｍ
となるようにした。コーティング前後の重量からＰＶＡ
量を無視すると、このＺｒＯ2 層の密度は３４％ＴＤで
あった。これからすると、ＺｒＯ2 コーティング燃料球
の計り取り量の内、ＵＯ2 は８７％、ＺｒＯ2 は１３％
と推定された。
【００１８】これに対し、上記ＵＯ2 部の体積率が焼結
後に５０％となるように、上記ＺｒＯ2 コーティングを
施したＵＯ2 燃料球と高純度のＡｌ2 Ｏ3 粉末とを重量
比で７６：２４の割合で混合した。また、さらに潤滑剤
としてステアリン酸亜鉛０．３ｗｔ％を混合し均質化し
て原料とした。これを粉末成型用プレスにて成型し、密
度が夫々４０％ＴＤ、４５％ＴＤ、５０％ＴＤの各成型
体を得た。但し、上記理論密度はＵＯ2 とＡｌ2 Ｏ3 の
混合率に応じて算出した値であり、ＺｒＯ2 分は無視し
ている。そして、この成型体を１６５０℃の温度で、ア
ンモニア分解ガス中にて４時間の焼結を行った。焼結体
の外観は健全であり、クラックは発生していなかった。
また、金相検査でも、内部にクラックは発生しておら
ず、さらにＵＯ2 燃料球の周囲にはち密なＺｒＯ2 の層
が存在し、その厚みは平均で約１４．２μｍであった。
これにより、ＺｒＯ2 層の密度は約９６％ＴＤであると
推算され、この値を用いてこのペレットの理論密度を算
出すると、それぞれ９４．５％ＴＤ、９５．６％ＴＤ、
９５．８％ＴＤであった。
後に５０％となるように、上記ＺｒＯ2 コーティングを
施したＵＯ2 燃料球と高純度のＡｌ2 Ｏ3 粉末とを重量
比で７６：２４の割合で混合した。また、さらに潤滑剤
としてステアリン酸亜鉛０．３ｗｔ％を混合し均質化し
て原料とした。これを粉末成型用プレスにて成型し、密
度が夫々４０％ＴＤ、４５％ＴＤ、５０％ＴＤの各成型
体を得た。但し、上記理論密度はＵＯ2 とＡｌ2 Ｏ3 の
混合率に応じて算出した値であり、ＺｒＯ2 分は無視し
ている。そして、この成型体を１６５０℃の温度で、ア
ンモニア分解ガス中にて４時間の焼結を行った。焼結体
の外観は健全であり、クラックは発生していなかった。
また、金相検査でも、内部にクラックは発生しておら
ず、さらにＵＯ2 燃料球の周囲にはち密なＺｒＯ2 の層
が存在し、その厚みは平均で約１４．２μｍであった。
これにより、ＺｒＯ2 層の密度は約９６％ＴＤであると
推算され、この値を用いてこのペレットの理論密度を算
出すると、それぞれ９４．５％ＴＤ、９５．６％ＴＤ、
９５．８％ＴＤであった。
【００１９】（２）比較例 直径３００μｍ、密度９８％ＴＤのＵＯ2 燃料球（焼結
体）をＵＯ2 部の体積率が焼結後に４０％となるよう
に、上記ＵＯ2 燃料球と高純度のＡｌ2 Ｏ3 粉末とを重
量比６５：３５の割合で混合し、さらに潤滑剤としてス
テアリン酸亜鉛０．３ｗｔ％を混合し均質化して原料と
した。これを粉末成型用プレスにて成型し、密度が夫々
４０％ＴＤ、４５％ＴＤ、５０％ＴＤの各成型体を得
た。但し、理論密度はＵＯ2 とＡｌ2 Ｏ3 の混合率に応
じて算出した値である。
体）をＵＯ2 部の体積率が焼結後に４０％となるよう
に、上記ＵＯ2 燃料球と高純度のＡｌ2 Ｏ3 粉末とを重
量比６５：３５の割合で混合し、さらに潤滑剤としてス
テアリン酸亜鉛０．３ｗｔ％を混合し均質化して原料と
した。これを粉末成型用プレスにて成型し、密度が夫々
４０％ＴＤ、４５％ＴＤ、５０％ＴＤの各成型体を得
た。但し、理論密度はＵＯ2 とＡｌ2 Ｏ3 の混合率に応
じて算出した値である。
【００２０】この成形体を１６５０℃の温度で、アンモ
ニア分解ガス（３Ｈ2 ／Ｎ2 ）中にて４時間の焼結を行
った。焼結後の寸法密度はそれぞれ７９〜８５％ＴＤで
あり、ペレット表面には多数のクラックが発生してい
た。液浸密度は９７％〜９９％ＴＤであり、ほとんどが
開気孔であった。
ニア分解ガス（３Ｈ2 ／Ｎ2 ）中にて４時間の焼結を行
った。焼結後の寸法密度はそれぞれ７９〜８５％ＴＤで
あり、ペレット表面には多数のクラックが発生してい
た。液浸密度は９７％〜９９％ＴＤであり、ほとんどが
開気孔であった。
【００２１】このように、本発明の燃料分散型の燃料の
製造方法においては、容易にクラックの発生しない燃料
ペレットを得ることができ、しかも同時にマトリックス
部の照射スエリングを抑制することが可能となる。な
お、本発明では、燃料部の担体としてＺｒＯ2 が一般的
なこと、ＺｒＯ2 が照射スエリングにつよいこと、およ
びＺｒＯ2 がマトリックス材よりも焼結しにくいことに
よりＺｒＯ2 を用いたが、単に焼結時のマトリックスの
クラックを避けるためだけであれば、マトリックス材よ
り焼結しにくいもの、極端にいえばＵＯ2 の粉末を用い
ても同様な効果が得られると考えられる。
製造方法においては、容易にクラックの発生しない燃料
ペレットを得ることができ、しかも同時にマトリックス
部の照射スエリングを抑制することが可能となる。な
お、本発明では、燃料部の担体としてＺｒＯ2 が一般的
なこと、ＺｒＯ2 が照射スエリングにつよいこと、およ
びＺｒＯ2 がマトリックス材よりも焼結しにくいことに
よりＺｒＯ2 を用いたが、単に焼結時のマトリックスの
クラックを避けるためだけであれば、マトリックス材よ
り焼結しにくいもの、極端にいえばＵＯ2 の粉末を用い
ても同様な効果が得られると考えられる。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の燃料球分
散型原子燃料ペレットの製造方法は、燃料球の表面に未
焼結状態のＺｒＯ2 層を形成して、この燃料球をマトリ
ックス材に混入しマトリックス材を焼結するものであ
り、上記燃料球を被覆するＺｒＯ2 層を焼成するには上
記マトリックス材より高い温度が必要であることから、
上記マトリックス材が焼結により収縮する際にはこのＺ
ｒＯ2 層の焼結は大きく進んでおらず、これにより上記
収縮によるマトリックスの応力をこのＺｒＯ2 層で吸収
することが可能となり、その結果マトリックス材の焼結
時におけるクラックの発生を防止することが可能であ
る。そして、上記本発明の方法により製造した燃料球分
散型原子燃料ペレットは、燃料球表面を被覆するＺｒＯ
2 層が燃料球表面の核分裂フラグメントを吸収しうるこ
とから、マトリックス部のスエリングを最小限に抑える
一方、燃料球の比表面積を大きくしうることから、燃料
球の直径を数１０〜数１００μｍと従来より小さくする
ことが可能となり、これにより従来より均質な燃料ペレ
ットを形成すると共に、前記クラックの発生を更に抑制
し、かつ燃料球の温度も低くしてＦＰガスの放出特性を
良好にするとの顕著な効果を奏するものである。
散型原子燃料ペレットの製造方法は、燃料球の表面に未
焼結状態のＺｒＯ2 層を形成して、この燃料球をマトリ
ックス材に混入しマトリックス材を焼結するものであ
り、上記燃料球を被覆するＺｒＯ2 層を焼成するには上
記マトリックス材より高い温度が必要であることから、
上記マトリックス材が焼結により収縮する際にはこのＺ
ｒＯ2 層の焼結は大きく進んでおらず、これにより上記
収縮によるマトリックスの応力をこのＺｒＯ2 層で吸収
することが可能となり、その結果マトリックス材の焼結
時におけるクラックの発生を防止することが可能であ
る。そして、上記本発明の方法により製造した燃料球分
散型原子燃料ペレットは、燃料球表面を被覆するＺｒＯ
2 層が燃料球表面の核分裂フラグメントを吸収しうるこ
とから、マトリックス部のスエリングを最小限に抑える
一方、燃料球の比表面積を大きくしうることから、燃料
球の直径を数１０〜数１００μｍと従来より小さくする
ことが可能となり、これにより従来より均質な燃料ペレ
ットを形成すると共に、前記クラックの発生を更に抑制
し、かつ燃料球の温度も低くしてＦＰガスの放出特性を
良好にするとの顕著な効果を奏するものである。
【図１】本発明実施形態の方法により製造した燃料球分
散型原子燃料ペレットを示す部分断面図である。
散型原子燃料ペレットを示す部分断面図である。
【図２】同方法によるマトリックス焼結時のＺｒＯ2 層
の作用を示す拡大断面図である。
の作用を示す拡大断面図である。
【図３】従来のマトリックス焼結時における収縮による
マトリックスのクラックの発生を示す拡大断面図であ
る。
マトリックスのクラックの発生を示す拡大断面図であ
る。
１ 燃料球 ２ ＺｒＯ2 被覆層 ３ マトリックス
Claims (3)
- 【請求項１】 核燃料物質またはこれを含む微小粒の多
数の燃料球をマトリックス材に分散させ、このマトリッ
クス材を成型後、焼結することにより燃料ペレットとな
す燃料球分散型原子燃料ペレットの製造方法において、
上記燃料球の表面にＺｒＯ2 をコーティングして未焼結
状態のＺｒＯ2 層を形成する一方、これら燃料球を上記
マトリックス材の粉末と混合して、このマトリックス材
を成型し、焼結することを特徴とする燃料球分散型原子
燃料ペレットの製造方法。 - 【請求項２】 上記ＺｒＯ2 層の密度と厚みを、燃料球
の直径およびマトリックス材の焼結時の収縮率により設
定して、マトリックス材焼結時の収縮による燃料球から
の応力を抑制する請求項１記載の燃料球分散型原子燃料
ペレットの製造方法。 - 【請求項３】 上記ＺｒＯ2 層のジルコニアが安定化ま
たは部分安定化ジルコニアである請求項１または２記載
の燃料球分散型原子燃料ペレットの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9362094A JPH11174185A (ja) | 1997-12-10 | 1997-12-10 | 燃料球分散型原子燃料ペレットの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9362094A JPH11174185A (ja) | 1997-12-10 | 1997-12-10 | 燃料球分散型原子燃料ペレットの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11174185A true JPH11174185A (ja) | 1999-07-02 |
Family
ID=18475887
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9362094A Withdrawn JPH11174185A (ja) | 1997-12-10 | 1997-12-10 | 燃料球分散型原子燃料ペレットの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11174185A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004286606A (ja) * | 2003-03-24 | 2004-10-14 | Toshihisa Shirakawa | 沸騰水型原子炉の冷却水出口温度高温化用高温燃料集合体および制御棒上部案内管および高温制御棒 |
-
1997
- 1997-12-10 JP JP9362094A patent/JPH11174185A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004286606A (ja) * | 2003-03-24 | 2004-10-14 | Toshihisa Shirakawa | 沸騰水型原子炉の冷却水出口温度高温化用高温燃料集合体および制御棒上部案内管および高温制御棒 |
| JP4625239B2 (ja) * | 2003-03-24 | 2011-02-02 | 白川 利久 | 沸騰水型原子炉の冷却水出口温度高温化用高温燃料集合体 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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