JPS5939719B2 - 核燃料体とその製法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はセラミック粉末の成形及び焼結技術に概して係
わるが、特に一時的な結合剤を有する二酸化ウラン核燃
料体の焼結方法に係わる。

原子炉用の核燃料としては、ウラン、プルトニウム及び
トリウムのセラミック化合物類を含めた種々の材料が使
われているが、特に好ましい化合物は酸化ウラン、酸化
プルトニウム、酸化トリウム及びこれ等の混合物であり
、そして原子炉内に使うのにとりわけ好ましい核燃料は
二酸化ウランである。

二酸化ウランは商業上は微細で、かなり多孔質の粉末と
して生産されているが、これを直接核燃料として使うこ
とはできない。

というのも、この粉末は自由流動性の粉末ではなく塊状
物や凝集物であり、しかして原子炉管中に所望密度まで
充填するのが難しい。

商業的に与えられている二酸化ウラン粉末の特定な組成
も核燃料さして直接使うことも妨げることもある。

ＵＣ２は実際には組成がＵＯ□、７〜ＵＯ２，２５まで
変動していることのある単一な安定相を示すから、二酸
化ウランは一定比を成す法則に対する例外である。

熱伝導性が０／Ｕ比の増大に伴って減少するので、でき
るだけ０／Ｕ比の低い二酸化ウランが好ましい。

しかし、二酸化ウラン粉末は空気中で容易に酸化されそ
して容易に湿気を吸うので、この粉末の０／Ｕ比は燃料
として受は入れうる比をかなり越えている。

いくつかの方法を使って核燃料に適する二酸化ウラン粉
末がつくられている。

現在量も一般的な方法は粉末を一時的な結合剤の補助を
受けずにダイス型でプレスし円柱形体をした特定寸法の
未焼結体としているが、その理由はこうした結合剤及び
その分解生成物を焼結前に完全に除去するのが難しいこ
とにある。

結合剤残留物が同伴されることは焼結核燃料に於いて受
は入れ難い。

焼結温度は約１０００°Ｃ〜約２４００℃の範囲でよい
が、特定の焼結温度は焼結雰囲気によって太いに左右さ
れる。

例えは、湿った水素ガスを焼結雰囲気として使うときに
は、その水蒸気が焼結速度を加速させるため約１７００
℃といった如き水蒸気に応じたより低い焼結温度が使用
できる。

焼結工程は燃料体の密度を高めそして所望の０／Ｕ比に
下げ又は近づけるよう設計されている。

核燃料として適した二酸化ウランの０７Ｕ比は１．７か
ら２．０１５に及びうるが、実際には、２．００適当に
は２．０１５といった高い比が商業的焼結工程で一様に
生産可能なため使われている。

場合によっては、二酸化ウランの０／Ｕ比を焼結温度で
２００より高い水準に維持することが望ましいこともあ
る。

例えば特定の製造工程下にあっては、２．１９５といっ
た高い０／Ｕ比を持った核燃料を製造し、後にこの焼結
製品を還元性雰囲気中にて処理して所望の０／Ｕ比を得
ることが一層適していることがある。

原子炉に使われる二酸化ウラン焼結体に対する主な規格
の一つはその密度である。

しかし、一般の二酸化ウラン焼結体では実際の値は変動
することがあり、その密度は理論密度の９０％〜９５％
程度によっては理論値の８５係といった低い密度が規格
されている。

しかし、殆んどの二酸化ウラン粉末プレス体は理論値の
約９６％〜９８％の最終密度まで焼結してしまう。

それ故、より低い密度の焼結体を得るには、プレス体の
収縮が所望値までしか進ませないよう時間と温度を注意
深く制御しなければならない。

この制御は焼結を完結するまで進行させてよい方法を使
うよりも自づと難しい。

特に、粉末化学、粒子の大きさ及び団塊化といったいく
つかの因子によっては、焼結時の小さな変化が焼結した
圧縮粉末体に大きな変化を起したりあるいは気に留める
程の変化を起さなかったりすることがある。

しかし、一般に焼結時間の変化は例えば１時間だろうと
２時間だろうと最終焼結製品の密度を然程変えることは
ない。

又、望みの低い密度をした焼結体を焼結時間と温度を注
意深く制御して得たときには、こうした焼結体は原子炉
内に置かれたときにこの原子炉内でさらに焼結を受ける
ことが多くこのために原子炉の適当な動作に支障が起き
る。

従来、焼結体の密度を下げるために時間と温度を変える
以外の技術がいくつか使われてきた。

例えば、一つの技術では二酸化ウラン粉末をプレスし、
次いで破壊してから再度プレスするというものであった
。

この技術に伴なう問題は得られる焼結体には全体にわた
って互いに連った大きな孔があり、この孔が表面まで出
て来て露出表面積が大きくなり、しかして焼結体中に無
視できぬ量の気体類特に水蒸気形態の水が吸収される恐
れがある。

原子炉動作中には、こうした気体類が放出される結果燃
料被覆材に対して腐食をもたらす恐れある腐食源が提供
されることとなる。

別の方法では二酸化ウラン粉末に粒度を選定されたプラ
スチックを加えている。

こうして混ぜ合わされた粉末は次いでプレスされ焼結さ
れるが、焼結時にプラスチックが分解することから通常
炭素残渣が生じこれが核燃料を汚染する。

既述したように、従来からの有機又はプラスチック系結
合剤は焼結体の内部を水素化物の如き不純物で汚染しが
ちなため粉末造形に使うには不適である。

これ等の結合剤は焼結工程の間に通常は気体類に転化さ
れ、これ等の気体類を除去しなければならないため特別
な装置又は手段が必要となる。

加うるに、こうした従来技術に於ける結合剤材料は分解
すると物品を焼結するために使われた装置内に有機物質
の堆積物を残留させることが多く、このために核装置の
維持方法が複雑になっている。

焼結工程に於いては、物体の相互連結多孔度を無視でき
ぬ根城することなしに個々の粒子間に強い拡散結合を発
現することが望ましい。

通常の圧縮圧力及び焼結温度と共に有機結合剤を使うと
こうした強い結合の形成が抑制される。

こうした結合を発展させるのに要するより高い圧縮圧力
及び焼結温度は望まれる多孔度を急激に低下させる。

その為、粉末セラミック技術によって原子炉用の焼結体
を調製する技術界にあっては、こうした焼結体の内部を
汚染せずに未焼結体に十分な強度を付与ししかも焼結に
よって多孔度に悪い影響を与えることなく粒子間の強い
結合の形成を可能にする結合いが特に必要とされている
。

本発明によって提供される改善点は、焼結後の最終物品
内に於いて成る程度の多孔度、孔の大きさの均一性、孔
間の相互連結の欠乏及び基礎材料粒子の形体又は形状を
維持することが望まれるところの種々の粒度を持ち特定
の形体又は形状をした核燃料粉末から冷間プレス成形さ
れた物品に未焼結強度を付与する粉末セラミック法に於
いて、アンモニウム陽イオンと炭酸陰イオン、重炭酸陰
イオン、カルバミン酸陰イオン及びこれ等陰イオン類の
混合物類から選ばれた陰イオンを含んだ化合物又はその
水利生成物の結合剤、好ましくは重炭酸アンモニウム、
炭酸アンモニウム、重炭酸カルバミン酸アンモニウム、
セスキ炭酸アンモニウム、カルバミン酸アンモニウム及
びこれ等の混合物から選ばれた結合剤を使うことである
。

本発明に開示される結合剤は核燃料中に使うのに効果の
ある結合剤であって、更に、核燃料物質の欠陥のないプ
レス成形体をもたらすことができると共に該物体内に長
鎖炭化水素結合剤によ゛つて達せられる強度に匹敵しう
る引張強度をもたらしうる。

その上、本発明の結合剤は３０℃低程の低い温度で加熱
時に分解してアンモニア（ＮＨ３）、二酸化炭素（Ｃ０
２）及び水（Ｈ２Ｏ）（あるいは水蒸気）に分解するの
で核燃料物質中には実質上不純物を残さない。

本発明に於いて提供されるように、核燃料材料に結合剤
を加えることによって、粒状形体の核燃料材料を該結合
剤と混合し、得られた混合物を成形して核燃料物質の理
論密度の約３０係〜約７０％の範囲の密度をした未焼結
体とし、前記未焼結体を加熱して結合剤のほぼ全部を気
体類に分解し、該物体を更に加熱して焼結体をもたらし
それからこの焼結体を制御された雰囲気中で冷却する諸
工程を含んだ、核燃料体を成形し焼結するための方法の
実施が可能となる。

本発明は又、核燃料物質と、アンモニウム陽イオン及び
炭酸陰イオン、重炭酸陰イオン、カルバミン酸陰イオン
及びこれ等陰イオンの混合物から成る群より選ばれた陰
イオンを含んだ化合物又は該化合物の水利生成物である
結合剤、好ましくは、重炭酸アンモニウム、炭酸アンモ
ニウム及びこれ等の混合物から成る群より選ばれた結合
剤との混合物から成って圧縮成形構造物の形をした焼結
に適する物質組成物も提供する。

さて鼓に、高い信頼性を持った核燃料物質の未焼結体を
焼結する方法が、アンモニウム陽イオンと、炭酸陰イオ
し、重炭酸陰イオン、カルバミン酸陰イオン及びかかる
陰イオン類の混合物から成る群から選ばれた陰イオンと
を含んだ化合物又はその水利生成物である一時的結合剤
を核燃料物質と粉末形体で混ぜ合わせて達することがで
きることが判った。

もつと詳しく言うと、前記本発明方法は、核燃料物質の
粉末を用意し、この核燃料物質をアンモニウム陽イオン
と、炭酸陰イオン、重炭酸陰イオン、カルバミン酸陰イ
オン及びかかる陰イオン類の混合物質から成る群より選
はれた陰イオンとを含んだ化合物又は該化合物の水利生
成物である結合剤と混合し、得られた混合物を成形して
理論密度の約３０％から７０％の範囲の密度を持つ未焼
結体とし、この未焼結体を前記結合剤を気体類へ分解す
るのに十分なだけ加熱し、その後、該物体を加熱して制
御された多孔度と制御された密度を持った焼結体を生産
する、諸工程を実施することによって成しうる。

前述した方法を実施すると、焼結に適した圧縮成形構造
物の形体をしていて、該燃料物質と、アンモニウム陽イ
オンと炭酸陰イオン、重炭酸陰イオン、カルバミン酸陰
イオン及びかか、る陰イオン類の混合物類から成る群か
ら選はれた陰イオンとを含んだ化合物又は該化合物の水
利生成物である結合剤との混合物から成っている物質組
成物が製造される。

ここで使われる該燃料物質にはウラン、プルトニウム及
びトリウムの竣化物類の如きセラミック化合物を含めた
原子炉用核燃料として使われる各種物質類が包含される
のだが、特に好ましい化合物は酸化ウラン、酸化プルト
ニウム、酸化トリウム及びこれ等の混合物類である。

本発明に使用するのに特に好ましい核燃料は酸化ウラン
、特に二酸化ウランである。

更に、用語「核燃料」はプルトニウムとウランの酸化物
類の混合物更には核燃料物質に例えば酸化ガドリニウム
（Ｇｄ ２０３）の如き１種又はそれ以上の添加剤を加
えたものも含むものである。

二酸化ウランの好ましい用例について後述される本発明
方法を実施するに際しては、使用する二酸化ウラン粉末
（又は粒子）の酸素対ウラン原子比は一般に２．００よ
り太きく２．２５にまで及ぶことがある。

二酸化ウラン粉末又は粒子の大きさは約１０ミクロンま
で及ぶか、これより小さい粒度については制限はない。

こうした粒度によって、焼結は合理的な長さの時間内に
商業的用途に適つ実用的な温度にて行うことカー可能と
なる。

殆んどの用途に対しては急速な焼結を得るだの二酸化ウ
ラン粉末の大きさの範囲は約１ミクロンまでである。

市販の二酸化ウラン粉末か好ましくこれ等粉末は粒度が
小さく普通ミクロン以下で一般には約００２ミクロンか
ら０．５ミクロンまでの範囲にある。

単独にしろあるいは混合物としてにしろ本発明の実施に
結合剤として使うのに適する組成物には重炭酸アンモニ
ウム、炭酸アンモニウム、重炭酸カルバミン酸アンモニ
ウム、セスキ炭酸アンモニウム、カルバミン酸アンモニ
ウム及びこれ等の混合物が含まれる。

これ等の結合剤と核燃料物質とを混ぜ合わせると、付着
現象を受は例えば、（ＮＨ４）４ （ＵＯ２（ＣＯ３）
３ 〕、（ＮＨ４）ｃｔ Ｃ（ＵＯ２）２ （ＣＯ３）
５ （Ｈ２Ｏ）２ Ｊ・Ｈ２Ｏ、（ＮＨ４）２〔ＵＯ２
（Ｃ０３）２（Ｈ２Ｏ）２〕、（ＮＨ４）３Ｃ（ＴＪＯ
２）２（ＣＯ３）３（ＯＨ）（Ｈ２Ｏ）５）、ＮＨ４（
ＵＯ２（ＣＯ３）（ＯＨ）（Ｈ２Ｏ）３Ｊ及びＵＯ２Ｃ
０３・Ｈ２Ｏ又はこれ等の混合物の如き炭酸塩系のアン
モニウム誘導体を形成するものと信ぜられる。

本発明に於ける結合剤は成る種の特性を持つべきである
。

結合剤はアンモニウム陽イオンと、炭酸陰イオン、重炭
酸陰イオン、カルバミン酸陰イオンおよびかかる陰イオ
ン類の混合物から選ばれた陰イオンとを含みしかも二酸
化ウラン粉末と混ぜ合わせても加熱後に何等望ましくな
い不純物を残さずにプレス成形及び焼結ができるよう不
純物を含んでいない化合物又は該化合物の水圧１生成物
から実質的に成っていなけれはならない。

そして特に好ましい結合剤；ま重炭酸アンモニウム、炭
酸アンモニウム及びこれ等の混合物である。

前記に掲げた如き他のアンモニウム化合物は別として、
市販ノ重炭酸アンモニウムには実際上不純物は含まれて
おらず又市販の炭酸アンモニウムも又実際上不純物を含
んでいないことが判っている。

熱重量分析によれば、還元性雰囲気でのＵＯ２焼結に対
して代表的に使われている加熱速度で重炭酸アンモニウ
ムさ炭酸アンモニウムが完全に揮発されることが確認さ
れる。

重炭酸アンモニウムと炭酸アンモニウムは分解する温度
範囲まで加熱すると、かなりの速度で分解してアンモニ
ア、二酸化炭素及び水を形成し燃料中には殆んど汚染物
（不純物）を残さす又焼結炉内に望ましくない残渣を残
さない。

更に、重炭酸アンモニウムと炭酸アンモニウムは４００
メツシユ又はそれ以下の小さな粒度で使われその為、結
合剤の核燃料物質空隙内へ可塑的流人が最大限に達せら
れる。

核燃料中に結合と、密度を低下させる孔とが組み合わさ
って望まれるときには、結合剤として炭酸アンモニウム
か使われる。

核燃料物質中に密度を下げる孔が形成されるのを避ける
のが望まれるときには結合剤として重炭酸アンモニウム
か使われる。

９重炭酸アンモニウムと炭酸アンモニウムの可塑性は、
これ等化合物が適度のプレス成形圧で理論密度の９０％
の高い未焼結密度にダイス型プレン成形できるという事
実によって実証できる。

核燃料物質に添加される結合剤の量は一般には核燃料物
質の成形性に依って約０５〜約７．０重量％の範囲であ
る。

例えは、成形性の二酸化ウラン粉末はより少ない結合剤
の添加しか必要としないが成形容易性の劣る粉末はより
多量の結合剤を要する。

選定された結合剤が炭酸アンモニウムのときには、この
結合剤の添加量は核燃料物質に望まれる焼結密度に依る
。

核燃料物質に及ぼす結合剤の結合作用を完全に発現させ
るため結合剤と核燃料物質との配合は均質になされる。

多孔度又は低い密度が望まれない場合には、結合剤の団
塊が形成されるとこの団塊が焼結時に揮発して焼結核燃
料物質中に孔を残してこの孔により焼結体中の核燃料物
質の密度を低下させるので、結合剤と核燃料物質とを均
質に配合してかかる団塊の生成を回逼する。

結合剤の団塊が混合後の核燃料物質中に存在すると思わ
れるときにはジェットミリング又はハンマミリングの如
きミＩＪング法を実施して団塊を破壊する。

配合されミルにかけられた粉末は次いで低圧ダイス型プ
レス成形によって予じめ密度化しそれから粒度別に区分
けするためスクリーンを通して粒状化して混合物の流動
性を促進することができる。

核燃料物質の焼結体の密度を制御するため、シュウ酸ア
ンモニウムやウラン先駆体の如き孔形成剤を本発明の結
合剤と共に核燃料物質に添加することができる。

孔形成形は本発明に開示される結合剤と同時に混ぜても
後の混合工程の間に混ぜてもいずれでもよい。

核燃料物質、結合剤及び孔形成剤が混ぜ合わされ次いで
ミルにかけられて均質を促進される場合には、ミル後に
受は入れうる粒度をもたらして焼結時の孔の形成を確実
にするよう処理が行われる。

核燃料物質と本発明の結合剤（場合により孔形成剤）と
の得られた混合物はプレス成形（特にダイス型プレス成
形）の如きいくつかの技術によって未焼結体、一般には
円柱状ペレットに成形することができる。

特に、混合物は取扱いに要する機械的強度を持ち焼結後
は原子炉の規格を満足する大きさである形体に圧縮成形
する。

核燃料物質中に本発明の結合剤が存在するため得られる
未焼結体の強度と完全一体性とが共に著しく増大する。

未焼結体は理論値の約３０％から７０係の範囲の密度を
持つことができるが、普通その密度は理論値の約４０％
から６０％の範囲であり好ましくは約５０％である。

未焼結体は特定の製造法に依存した雰囲気中にて焼結さ
れる。

特にその雰囲気は二酸化ウラン核燃料の製造にあって二
酸化ウランのみを焼結するのに使用でき又、重炭酸アン
モニウムの分解から生ずる気体類と共存できなければな
らない。

例えば、不活性雰囲気、還元性雰囲気（例えば、乾燥水
素）、又は混合気体類から成る制御された雰囲気（例え
ば、米国類許第３８７２０２２号に開示されている如き
水素と二酸化炭素の混合物）で平衡下にあって二酸化ウ
ランを所望の酸素対ウラン比に維持するに十分な酸素分
圧をもたらす雰囲気の如き多くの雰囲気が使用できる。

焼結温度への加熱速度は焼結温度に達する前に副生物気
体類が除かれる速度如何によって太いに限定されるが、
一般にはこの加熱速度は炉中を流れる気体の流速、その
炉中に於ける均−性並びに炉中に於ける材料の量に依る
。

特に、焼結雰囲気に使われる気体流と通常殆んど同じで
ある炉中を流れる気体の流速は焼結温度に達する前に重
炭酸アンモニウムが分解して生じた気体類を除去するの
に十分であるべきである。

一般に、結合剤を分解するための加熱速度が毎時約５０
℃から毎時約３００°Ｃの範囲にあるとき最良の結果が
得られる。

結合剤の分解が完了し副生気体類が炉内から実質上除か
れた後、加熱速度を望まれる場合には毎時約３００℃か
ら５００℃そして高くは８００℃までの範囲まで増大で
きるが、物体にひび割れを起す程急くはできない。

焼結が完了したら、焼結体は通常室温まで冷却される。

本発明の方法に於いては焼結体の冷却速度を臨界的でな
いが、しかし焼結体が割れるような速さであってはなら
ない。

特に、冷却速度は商用焼結炉内で通常又は普通に使われ
ている冷却速度と同じでよい。

こうした冷却速度は毎時１００°Ｃ〜約８００℃の範囲
にあってよく、一般には毎時約４００℃から６００℃で
ある。

二酸化ウラン焼結体は焼結したときと同じ雰囲気中で冷
却するのが好ましい。

本発明によれば、核燃料物質の焼結とそれから得られる
焼結ペレットにいくつかの利点がもたらされる。

本発明の結合剤、特に重炭酸アンモニウム、炭酸アンモ
ニウム又はこれ等の混合物を添加； しても焼結ペレッ
ト中には望ましくない残渣は何等残らない。

熱重量分析によると、重炭酸アンモニウムと炭酸アンモ
ニウムはアンモニア（ＮＨ３）、二酸化炭素（ＣＯ２）
及び水蒸気（Ｈ２Ｏ）に完全に分解している。

重炭酸アンモニウムと炭酸アンモニウムが早期に分解す
るのに焼結工程の間に核燃料物質のミクロ組織中に望ま
しくない気体類が捕捉されるのを防いでいる。

重炭酸アンモニウム又は炭酸アンモニウムを本発明の教
示に従って混入したペレットは焼結用気体として慣用の
湿った水素を使うか、又は水素と二酸化炭素との混合物
より成る雰囲気下での制御雰囲気による焼結によって焼
結できる。

本方法の実施は、重炭酸アンモニウム又は炭酸アンモニ
ウムの分解によって生じた気体類が例えば焼結炉内に焼
結雰囲気を向流に流すことで焼結雰囲気から除かれるよ
うにされる。

次に実施例を挙げて本発明を更に例証する。

実施例 １ 重炭酸アンモニウムをハンマミルにかけて平均粒度約２
０ミクロンにした。

酸素対ウラン比が約２．０５で平均粒度が０７ミクロン
の二酸化ウランを重炭酸アンモニウムと、重炭酸アンモ
ニウム１３ｇ対二酸化ウラン９８．７ｇの比率で、配合
した。

こうして、配合粉末３０００ｇを調製した。この配合粉
末をハンマミルにかけて二酸化ウラン団塊物をすべて破
壊し、重炭酸アンモニウムを二酸化ウラン粉末中に確実
に均質分布させた。

ハンマミルにかけた粉末を６７−００ｐｓｉでダイス型
によりプレス成形して嵩密度を増大し、得られた構造物
を粉砕して１２メツシユスクリーンを通し流動性と団塊
寸法の制御を促進する。

得られた粉末を２６，０００〜５４，０００ ｐｓｉの
範囲の圧力を使ってダイス型成形して円柱状ペレットと
した。

参考として、二酸化ウラン粉末のもとのバッチ分より同
じ圧力でダイス型成形して２群の燃料ペレットを作った
。

一方の参考群（以後群ｌ）は結合剤を含まずプレス成形
前に他の処理は受けていない。

他方の参考群（以後群２）も又結合剤を含んでいないが
ダイス型成形前にハンマミルにかけられ、ダイス型成形
されそれから粉砕されて粒度別に区分けするためスクリ
ーンを通されている。

結合剤含有ペレットと２種の参考群に対して直径圧縮試
験を行って引張強さを測った。

群２の結合剤非含有参考ペレットは弱すきて引張強さを
測れなかった。

残りのペレットに対する引張強さ対ダイス型プレス成形
圧曲線を第１図に示す。

結合剤を含んだペレットはあらゆるプレス成形圧に対し
て勝れた引張強さを有しているのがはつきりと判る。

実施例 ２ 実施例１の手法に従って、０／Ｕ比２．０４で平均粒度
０６ミクロンの二酸化ウラン粉末３６０ｋｇを重炭酸ア
ンモニウム結合剤と混合した。

０．５３６ ″直径押型工具設定によって粉末をダイス
型プレス成形して未焼結密度４９〜５．１ｇ／ｉの円柱
状燃料ペレットとした。

未焼結燃料ペレットはモリブデン製焼結用ボート中に３
−！−“の深さでランダムに装荷された。

押し速度４５インチ／時及び温度上昇８℃／分にて解離
アンモニア雰囲気を有する連続炉中焼結用ボートを入れ
込んだ。

炉の長さはペレットに対する１７２０°Ｃのピーク焼結
温度での滞留時間４時間を解保するのに十分であった。

雰囲気は露点６７℃の解離アンモニアから成っていた。

不純物除去のため毎時１９０立方フイートの解離アンモ
ニアをペレット入口端から炉長の子離れた箇所で導入し
、そして更に２２５立方フイ一ト／時の解離アンモニア
を炉のペレット取出し端で流入して清浄な焼結雰囲気を
与えた。

気体流は炉中のボートの通過とは向流関係にあって気体
流は炉のペレット入口端で除去された。

焼結ペレットに対し、酸素対ウランの平均比は２００３
、炭素平均含有分７．５０ ｐＩ］Ｉ［ｌ、水素平均含
有分０．１３１ｐＨ１１１１、窒素平均含有分１２．８
９ｐｐｍ及び吸蔵ガスの全平均放出量３．４１Ｘ１０
”ｌ７ｇだった。

薄片化したペレットの２５倍及び１００倍の典型的な顕
微鏡写真を第２図及び第３図にそれぞれ示す。

この構造は二酸化ウラン母体中に微細な孔が均一に分布
していることを示している。

孔の大きさは結合剤の援助なしに製造した二酸化ウラン
ペレットに観察される孔の大きさと類似している。

本実施例で使った量の重炭酸アンモニウム結合剤によっ
て孔の形成が追加されることは認められなかった。

結合剤を含有した二酸化ウランから製造したペレットを
センタ研削して所望の直径にしたところ、性質の良好な
ペレットが９６．６％の収量で得られた。

これとは対照的に、同じ方法によるが結合剤を含まずに
製造された別のバッチの二酸化ウランペレットは性質良
好なペレットとしての収率が７７％にすきなった。

実施例 ３ ゴムで裏打ちされ半分まで旦“ステンレス鋼ボールに充
された２−！−ガロンの紮−ルミル内に、酸素対ウラン
比２．０４の二酸化ウラン粉末５０００ｇを入れた。

この粉末を６時間乾燥状態でミルにかけた。

試薬級の炭酸アンモニウム結合剤をハンマミルにかけて
粒度約２０ミクロンにした。

この結合剤をボールミル中のニー酸化ウランに加えて１
５分間ミルにかけた。

ボールミルを空にしてかりふるいにかけてボールミルを
結合剤含有粉末から分けた。

この粉末から１５，０００−２９．０００ ｐｓｉの範
囲の圧力で円柱状燃料ペレットをプレス成形した。

粉末ダイス型でプレス成形して嵩密度を増大し得られた
構造物を粉砕してからスクリーンにかけて粒度別に区分
けするといった工程を経てないから、得られた粉末の流
動性は乏しくダイス型プレス成形を難しくしたが、ダイ
ス型プレス成形の間に良好な燃料ペレットが得られた。

同じバッチの二酸化ウラン粉末の別の部分を結合剤を加
えずに６時間ボールミルにかけて処理してからダイス型
でプレス成形しペレットとした。

このバッチの粉末も又流動性に乏しかった。

炭酸アルミニウム含有ペレットと参考ペレットに対し直
径圧縮試験を行って引張強さを測った。

得られた結果は炭酸アルミニウムを結合剤として使うと
あらゆるプレス成形圧に於いて引張強さが顕著に増大さ
れるこさが実証されでいた。

両群のぺ１／ツトの残りを実施例２に記載した方法に従
って炉内で焼結した。

炭酸アンモニウム結合剤を使って製造された焼結べＬ・
ツトは炭酸アンモニウム結合剤なしに製造された参考ペ
レットより略２６％低い焼結理論密度曲線をもたらした
。

それ故、炭酸アンモニウムを使って焼結ペレ゛シトに対
し結合作用と孔形成作用とを組み合わせて提供すること
かできる。

炭酸アンモニウムの援助を受けて製造されたペレットに
対しての炭素分析値、全吸蔵ガス放出量及び０／’［Ｊ
測定値はそれぞれ５ ｐｐｍ、３Ｘ１０ ”１／９及
び２．００３だった。

炭酸アンモニウム結合剤を使っていない参考群のベレツ
１〜は炭素含有量６１１ｐｍ、全吸蔵ガス放出量３×１
０ ”ｌ／９及び０ ／ Ｕ比２００４だった。

すべての分析は両群のペレットに対し同じに行った。

【図面の簡単な説明】

第１図は結合剤を含まない未焼結ペレットの１群及び本
発明に開示された結合剤を伴った未焼結ペレットの１群
に対しての引張強さ対ダイス型プレス成形圧のグラスを
示し、第２図及び第３図は実施例２の教示に従って製造
した二酸化ウランペレットの顕做鏡写真（それぞれ２５
倍及び１００倍）を示し、そして第４図は結合剤を含ま
ぬ未焼結ペレットの１群と本発明に開示した結合剤を含
んだ未焼結ペレツｌ〜の１群に対しての引張強さ対ダイ
スプレス成形圧のグラフを示している。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 核燃料物質と約０．５乃至約７６０重量％の結合剤
   との混合物を含み、焼結に適した圧縮成形された構造形
   体の物質組成物において、前記結合剤は前記核燃料物質
   中を実質的に均一に分散して前記結合剤と前記核燃料物
   質は付着していて、前記結合剤が重炭酸アンモニウム、
   重炭酸カルバミン酸アンモニウム、セスキ炭酸アンモニ
   ウム、カルバミン酸アンモニウムまたはこれらの混合物
   である組成物。 ２ 核燃料物質が酸化ウラン、二酸化ウラン、二酸化ウ
   ランと二酸化プルトニウムとの混合物、又は二酸化ウラ
   ンと酸化がトリニウムとの混合物から成っている特許請
   求の範囲第１項記載の組成物。 ３ 前記核燃料物質が約０．０２乃至約０．５ミクロン
   の粒度を有する二酸化ウランを含む特許請求の範囲第１
   項または第２項記載の組成物。 ４ ’（ａ）重炭酸アンモニウム、重炭酸カルバミン
   酸アンモニウム、セスキ炭酸アンモニウム、カルバミン
   酸アンモニウムまたはこれらの混合物から選択され、核
   燃料物質中に均一に分散するように４００メツシユ以下
   の粒度を有する結合剤と、粒状の核燃料物質とを混合し
   、前記結合剤と前記核燃料物質とを付着させ、（ｂ）得
   られた混合物を理論密度の約３０％〜約７０％の密度を
   有する未焼結体に圧縮成形し、（ｃ）実質上すべての前
   記結合剤を気体類に分解してこの気体類が前記未焼結体
   の周囲に維持されている雰囲気に加わるに十分な温度に
   おいて前記未焼結体を加熱し、（ａ）焼結体を製造する
   のに十分な温度で加熱して、結合剤残渣のすべてを更に
   分解し周囲に維持される雰囲気に加わえしめ、そして（
   ｅ）焼結体の周囲に維持される雰囲気中で焼結体を冷却
   する諸工程より成る、核燃料物質体の焼結方法。 ５ 前記核燃料物質との混合物中に約０６５乃至約７．
   ０重量％の結合剤を与えるように混合工程を実施する特
   許請求の範囲第４項記載の方法。 ６ 核燃料物質が酸化ウラン、二酸化ウラン、二酸化ウ
   ランと二酸化プルトニウムとの混合物、又は二酸化ウラ
   ンと酸化ガドリニウムとの混合物である特許請求の範囲
   第４項又は第５項記載の方法。