JPS5948686A - 低密度酸化物燃料ペレツトの製造方法 - Google Patents
低密度酸化物燃料ペレツトの製造方法Info
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- JPS5948686A JPS5948686A JP57160045A JP16004582A JPS5948686A JP S5948686 A JPS5948686 A JP S5948686A JP 57160045 A JP57160045 A JP 57160045A JP 16004582 A JP16004582 A JP 16004582A JP S5948686 A JPS5948686 A JP S5948686A
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- Japan
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- manganese
- powder
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-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
- G21C3/42—Selection of substances for use as reactor fuel
- G21C3/58—Solid reactor fuel Pellets made of fissile material
- G21C3/62—Ceramic fuel
- G21C3/623—Oxide fuels
-
- 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
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、軽水炉あるいは高速炉等で有用な低密度酸化
物燃料ペレットを製造する方法に関するものである。
物燃料ペレットを製造する方法に関するものである。
低密度ペレットは、照射に基づくスウェリングを軽減で
き、被覆管との機械的相互作用を小ざくできるので、高
燃焼度が要求される炉の燃わ1として非常にm要である
どされている。ところが、低密度ペレットを製造する方
法は、未だ確立されてd5らず、一般には、原料粉末に
ポリエチレンや澱粉のような熱分解性の有機物を添加J
ることにより、ペレット中の気孔を増加させ、苦瓜を降
下させる方法が採られているにすぎない。
き、被覆管との機械的相互作用を小ざくできるので、高
燃焼度が要求される炉の燃わ1として非常にm要である
どされている。ところが、低密度ペレットを製造する方
法は、未だ確立されてd5らず、一般には、原料粉末に
ポリエチレンや澱粉のような熱分解性の有機物を添加J
ることにより、ペレット中の気孔を増加させ、苦瓜を降
下させる方法が採られているにすぎない。
このような方法では、有機物の添加量の調整によって密
瓜をある程度コントロールすることはできるが、気孔中
に閉塞される蒸発性不純物量が増加し、また添加物によ
っては気孔のまわりにマイクロクラックを発生させたり
、ペレット自体を変形させるなどの欠点があることが観
察されている。
瓜をある程度コントロールすることはできるが、気孔中
に閉塞される蒸発性不純物量が増加し、また添加物によ
っては気孔のまわりにマイクロクラックを発生させたり
、ペレット自体を変形させるなどの欠点があることが観
察されている。
本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解消し、
使用時に形状変化が少ない安定な低密度酸化物燃料ペレ
ットの製造方法を提供することにある。
使用時に形状変化が少ない安定な低密度酸化物燃料ペレ
ットの製造方法を提供することにある。
種々の特性をもつ粉末を焼成して@度を再現性よくコン
1ヘロールすることは非常に困難である。原Y1母塩の
違い、仮焼条件、プルトニウム富化度、成形条件、それ
に焼成条件などペレットの焼結特性に影響を及ぼす因子
は非常に多いからである。本発明者等は、二酸化ウラン
粉末、もしくはそれと二酸化プル1〜ニウムとの混合粉
末に種々の添加剤を加えてペレットの焼結特性を調べた
結果、添加剤としてマンガン化合物を用いた場合に、無
添加のもの、あるいは他の添加剤を用いたものとは全く
異なる極めて特異な現象を呈することを見出した。つま
り、原料粉末の所定の条件下での焼結度、すなわちペレ
ットどじでの焼結密度(あるいは収縮率)が既知であれ
ば、その原料粉末にマンガン化合物を適量添加し成形焼
結することによって再現性よく低密度で安定な酸化物燃
料ペレットを製造できることが知得されたのである。本
発明は、かかる知得に基づき完成されたものである。
1ヘロールすることは非常に困難である。原Y1母塩の
違い、仮焼条件、プルトニウム富化度、成形条件、それ
に焼成条件などペレットの焼結特性に影響を及ぼす因子
は非常に多いからである。本発明者等は、二酸化ウラン
粉末、もしくはそれと二酸化プル1〜ニウムとの混合粉
末に種々の添加剤を加えてペレットの焼結特性を調べた
結果、添加剤としてマンガン化合物を用いた場合に、無
添加のもの、あるいは他の添加剤を用いたものとは全く
異なる極めて特異な現象を呈することを見出した。つま
り、原料粉末の所定の条件下での焼結度、すなわちペレ
ットどじでの焼結密度(あるいは収縮率)が既知であれ
ば、その原料粉末にマンガン化合物を適量添加し成形焼
結することによって再現性よく低密度で安定な酸化物燃
料ペレットを製造できることが知得されたのである。本
発明は、かかる知得に基づき完成されたものである。
以下、本発明について更に詳しく説明する。
本発明は、二酸化ウラン粉末、又は二酸化ウランと二酸
化プルトニウムの混合粉末に、マンガン化合物を0.0
1〜2.0重量%添加し、ぺ1ノツト状に成形し、12
00〜1700℃で焼結することを特徴と覆る低密度酸
化物燃料ペレットの製造方法である。ここでマンガン化
合物は、二酸化マンガンや炭酸マンガンのような無機マ
ンガン化合物であってもよいし、酢酸マンガン、マンガ
ンベンゾエート、マンガンアセチルアレ1〜ナー1へ、
マンガンアルコキシドのような有機マンガン化合物であ
ってもJ:い。また、マンガン化合物の添加量を0.0
1〜2.0重量%としたのは、0.01重量%未満では
添加した効果が生じないし、逆に2.0重量%を超える
とそれ以上の添加効宋がみられないばかりでなく、ペレ
ツ1〜の強度が低下し、ペレットに変形が生じやすいか
らである。更に、焼結温度を1200〜1700℃とし
たのは、1200℃以−Fでペレットの密度や収縮率が
ほぼ一定値となるためである。この焼結温度については
後述する第2図、第3図及びそれらについての説明で一
層明らかとなるであろう。
化プルトニウムの混合粉末に、マンガン化合物を0.0
1〜2.0重量%添加し、ぺ1ノツト状に成形し、12
00〜1700℃で焼結することを特徴と覆る低密度酸
化物燃料ペレットの製造方法である。ここでマンガン化
合物は、二酸化マンガンや炭酸マンガンのような無機マ
ンガン化合物であってもよいし、酢酸マンガン、マンガ
ンベンゾエート、マンガンアセチルアレ1〜ナー1へ、
マンガンアルコキシドのような有機マンガン化合物であ
ってもJ:い。また、マンガン化合物の添加量を0.0
1〜2.0重量%としたのは、0.01重量%未満では
添加した効果が生じないし、逆に2.0重量%を超える
とそれ以上の添加効宋がみられないばかりでなく、ペレ
ツ1〜の強度が低下し、ペレットに変形が生じやすいか
らである。更に、焼結温度を1200〜1700℃とし
たのは、1200℃以−Fでペレットの密度や収縮率が
ほぼ一定値となるためである。この焼結温度については
後述する第2図、第3図及びそれらについての説明で一
層明らかとなるであろう。
混合酸化物ペレツ1−の場合を例にとってその製造並び
に検査のフローの一例を示したのが第1図である。pu
Q2扮末とUO2粉末を混合粉砕し、それにMn化合物
を0.01〜2.0重量%添加し、バインダー(粘結剤
)を加えて混合し、4t/cm’の成形圧でプレス成形
する。その後、800℃で2時間脱脂予焼し、焼結する
。焼結温度は前)ホの如< 1200〜1700℃、焼
成雰囲気は不活性ガスと水素の混合ガス中である。かく
して得られた燃料ペレットは再焼結試験に供される。
に検査のフローの一例を示したのが第1図である。pu
Q2扮末とUO2粉末を混合粉砕し、それにMn化合物
を0.01〜2.0重量%添加し、バインダー(粘結剤
)を加えて混合し、4t/cm’の成形圧でプレス成形
する。その後、800℃で2時間脱脂予焼し、焼結する
。焼結温度は前)ホの如< 1200〜1700℃、焼
成雰囲気は不活性ガスと水素の混合ガス中である。かく
して得られた燃料ペレットは再焼結試験に供される。
再焼結温度は1700℃、焼成雰囲気は不活性ガスと水
素ガスどの混合ガス中である。この再焼結試験は、ペレ
ットの炉外評価の一つの方法として、ペレツl〜の焼し
まりの程度、ペレットの変形の(9度、及び金相状の変
化(組成変化)などを調べるため行なうものである。か
かる再焼結試験の結果、本発明方法によるペレットは、
1200℃で焼結したものであっても1700℃の再焼
結試験でほとんど形状変化せず安定であり、かつ低密度
(70〜92%T、D、 )であること5− が確認された。
素ガスどの混合ガス中である。この再焼結試験は、ペレ
ットの炉外評価の一つの方法として、ペレツl〜の焼し
まりの程度、ペレットの変形の(9度、及び金相状の変
化(組成変化)などを調べるため行なうものである。か
かる再焼結試験の結果、本発明方法によるペレットは、
1200℃で焼結したものであっても1700℃の再焼
結試験でほとんど形状変化せず安定であり、かつ低密度
(70〜92%T、D、 )であること5− が確認された。
以下、実施例について説明づる。
実施例1゜
P LI OJ’y> 末技U LJ Oz粉末をpt
+Q2含有吊が28.5重量%になる様に、ボールミル
で粉砕混合した混合粉末に二酸化マンガン(MnO,)
を0.5重量%の割合で添加しペレットに成形し、不活
性ガス/水素混合雰囲気下、1650℃で焼結した。得
られたペレットは、焼結密度84%T。
+Q2含有吊が28.5重量%になる様に、ボールミル
で粉砕混合した混合粉末に二酸化マンガン(MnO,)
を0.5重量%の割合で添加しペレットに成形し、不活
性ガス/水素混合雰囲気下、1650℃で焼結した。得
られたペレットは、焼結密度84%T。
D、 (9,3(] /C11’) 、マンガン含有
率は20ppm以下であった。
率は20ppm以下であった。
なお、マンガン無添加の場合の焼結密度は90%T、D
、である。
、である。
実施例2゜
puo2粉末及U U O2,粉末ヲP t+ 02含
有■が28.5重邑%になる様にボールミルで粉砕混合
した混合粉末に、マンガン(T[)アセチルアレトナー
トをMn0iに換算して0.5重量%による様、添加し
、ペレットに成形し、不活性ガス/水素混合雰囲気下1
200℃で焼結した。得られたベレ6− ットは、焼結密度82%T、 D、 (9,1o /
cm’)、マンガン含有率は/Ioppm以下であった
。
有■が28.5重邑%になる様にボールミルで粉砕混合
した混合粉末に、マンガン(T[)アセチルアレトナー
トをMn0iに換算して0.5重量%による様、添加し
、ペレットに成形し、不活性ガス/水素混合雰囲気下1
200℃で焼結した。得られたベレ6− ットは、焼結密度82%T、 D、 (9,1o /
cm’)、マンガン含有率は/Ioppm以下であった
。
実施例3゜
PLIO2粉末及びUO2粉末をpuQ、含有量が30
重量%になる様に、混合粉砕した混合粉末に蟻酸マンガ
ンを0.5重量%の割合で添加し、ペレットに成形し、
不活性ガス/水素混合雰囲気下、1300℃で焼結した
。得られたペレットは、焼結密度91%T、 D、
(10,1(1/cm’) 、マンガン含有率は/10
1111111以下であった。
重量%になる様に、混合粉砕した混合粉末に蟻酸マンガ
ンを0.5重量%の割合で添加し、ペレットに成形し、
不活性ガス/水素混合雰囲気下、1300℃で焼結した
。得られたペレットは、焼結密度91%T、 D、
(10,1(1/cm’) 、マンガン含有率は/10
1111111以下であった。
なお、マンガン無添加の場合の焼結密度は、95%T、
D、(但し、焼結温度は1650℃)である。
D、(但し、焼結温度は1650℃)である。
実施例4゜
IJ OJ末に二酸化マンガンを1.0重量%の割合で
添加混合し、ペレットに成形し、不活性ガス/水素混合
雰囲気下1650℃で焼結した。得られたペレットは、
焼結密度89%T、D、(”、”’J / cm’ )
、マンガン含有率は’1. OI)11111以下で
あった。
添加混合し、ペレットに成形し、不活性ガス/水素混合
雰囲気下1650℃で焼結した。得られたペレットは、
焼結密度89%T、D、(”、”’J / cm’ )
、マンガン含有率は’1. OI)11111以下で
あった。
なお、マンガン無添加の場合の焼結密度は94%T、D
、である。
、である。
次に、pH○2とUO2の混合粉末に、種々のマンガン
化合物を添加した際の焼結温度と相対密度の関係を第2
図に、また焼結温度と収縮率の関係を第3図にそれぞれ
示す。第2図及び第3図にお(するマンガン化合物の添
加割合は二酸化マンガンに換算して0.5重量%である
。また焼結雰囲気は5%l−1□−95%N2 の混合
ガスである。各温度での保持時間は1時間とし、ペレッ
トの密度及び収縮率は、所定温度を保持した後、室温ま
で冷入口し、寸法及び重量を測定して求めた。ここで、
収縮率(Δl−1/ )−1、%)は次式で算出した。
化合物を添加した際の焼結温度と相対密度の関係を第2
図に、また焼結温度と収縮率の関係を第3図にそれぞれ
示す。第2図及び第3図にお(するマンガン化合物の添
加割合は二酸化マンガンに換算して0.5重量%である
。また焼結雰囲気は5%l−1□−95%N2 の混合
ガスである。各温度での保持時間は1時間とし、ペレッ
トの密度及び収縮率は、所定温度を保持した後、室温ま
で冷入口し、寸法及び重量を測定して求めた。ここで、
収縮率(Δl−1/ )−1、%)は次式で算出した。
八 トl/l−1−100x (1−口 −1−
1o)/l−l。
1o)/l−l。
化1ノ、t−l oはグリーンペレットの高さ、11t
はT″Cでのペレットの高さである。なお、これら試別
でのpuQ□−U O,混合粉末中のpu’Q2の含有
量は28.5重量%である。第2図及び第3図から、マ
ンガン化合物を添加したものは全て略同様の傾向を示し
、焼結温度1200℃以上で相対密度及び収縮率とも略
一定の値となる。これは、マンガン化合物無添加のもの
と比べて著しく異なる点である。また、第3図において
二酸化マンガンとその他のマンガン化合物とで収縮率に
相違がみられるが、これは炭素の有無や分解温度、密度
の違い等が影響を及ぼしたものと推察される。
はT″Cでのペレットの高さである。なお、これら試別
でのpuQ□−U O,混合粉末中のpu’Q2の含有
量は28.5重量%である。第2図及び第3図から、マ
ンガン化合物を添加したものは全て略同様の傾向を示し
、焼結温度1200℃以上で相対密度及び収縮率とも略
一定の値となる。これは、マンガン化合物無添加のもの
と比べて著しく異なる点である。また、第3図において
二酸化マンガンとその他のマンガン化合物とで収縮率に
相違がみられるが、これは炭素の有無や分解温度、密度
の違い等が影響を及ぼしたものと推察される。
なお、第2図、第3図に示した以外のマンガン化合物で
も、無機化合物、有機化合物を問わず、製造測定した全
てのものは、これと略同様の結果を呈することが確認さ
れている。また、実施例どじで詳)ホしていないが、マ
ンガン化合物は0.01重量%以上の添加でその効果が
生じる。なお、他の添加物として酸化マグネシウムや酸
化ジルコニウム、酸化第二鉄等も試みたが、これらを添
加した試別の相対密度は無添加のものと同様の傾向を示
し、マンガン化合物添加のものとは著しい相違がみられ
た。
も、無機化合物、有機化合物を問わず、製造測定した全
てのものは、これと略同様の結果を呈することが確認さ
れている。また、実施例どじで詳)ホしていないが、マ
ンガン化合物は0.01重量%以上の添加でその効果が
生じる。なお、他の添加物として酸化マグネシウムや酸
化ジルコニウム、酸化第二鉄等も試みたが、これらを添
加した試別の相対密度は無添加のものと同様の傾向を示
し、マンガン化合物添加のものとは著しい相違がみられ
た。
以上詳記したことから明らかなように、水弁9−
明は二酸化ウラン粉末、又はこれと二酸化プル1〜ニウ
ムどの混合粉末に、マンガン化合物を0.01〜2.0
重II%添加し、ペレット状に成形し、1200〜17
00′Cで焼結する燃お1ペレツトの製造方法であるh
日ら、70〜92%T、D、T’i!度の低密度の酸化
物基¥3]ペレッ1〜を再現性よく製造でき、しかも得
られたペレットは1200°Cで焼結したものでも17
00℃の再焼結試験でほとんど形状変化しない安定な特
性を呈するなどすぐれた効果があり、特に高燃焼度が要
求される炉の燃料として極めて有用である。
ムどの混合粉末に、マンガン化合物を0.01〜2.0
重II%添加し、ペレット状に成形し、1200〜17
00′Cで焼結する燃お1ペレツトの製造方法であるh
日ら、70〜92%T、D、T’i!度の低密度の酸化
物基¥3]ペレッ1〜を再現性よく製造でき、しかも得
られたペレットは1200°Cで焼結したものでも17
00℃の再焼結試験でほとんど形状変化しない安定な特
性を呈するなどすぐれた効果があり、特に高燃焼度が要
求される炉の燃料として極めて有用である。
第1図は本発明方法の一実施例を示すフローシー1−1
第2図は焼成温度と相対密度との関係を示すグラフ、第
3図は焼成温度と収縮率との関係を示すグラフである。 10− 特許出願人 動力炉・核燃11開発事業団−11− 第1図
第2図は焼成温度と相対密度との関係を示すグラフ、第
3図は焼成温度と収縮率との関係を示すグラフである。 10− 特許出願人 動力炉・核燃11開発事業団−11− 第1図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、二酸化ウラン粉末、又は二酸化ウランと二酸化プル
トニウムの混合粉末に、マンガン化合物を0.01〜2
.0重量%添加し、ペレット状に成形し、1200〜1
700℃で焼結することを特徴とする低密度酸化物燃料
ペレットの製造方法。 2、マンガン化合物が無機マンガン化合物である特許請
求の範囲第1項記載の方法。 3、マンガン化合物が有機マンガン化合物である特許請
求の範囲第1項記載の方法。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57160045A JPS5948686A (ja) | 1982-09-14 | 1982-09-14 | 低密度酸化物燃料ペレツトの製造方法 |
US06/474,351 US4460522A (en) | 1982-09-14 | 1983-03-11 | Method of producing low density oxide fuel pellet |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57160045A JPS5948686A (ja) | 1982-09-14 | 1982-09-14 | 低密度酸化物燃料ペレツトの製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5948686A true JPS5948686A (ja) | 1984-03-19 |
JPS6348032B2 JPS6348032B2 (ja) | 1988-09-27 |
Family
ID=15706727
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP57160045A Granted JPS5948686A (ja) | 1982-09-14 | 1982-09-14 | 低密度酸化物燃料ペレツトの製造方法 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4460522A (ja) |
JP (1) | JPS5948686A (ja) |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6221286B1 (en) * | 1996-08-09 | 2001-04-24 | Framatome | Nuclear fuel having improved fission product retention properties |
JP3717403B2 (ja) * | 1998-02-19 | 2005-11-16 | フラマトム アンプ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 核燃料のマイクロ波焼結方法及び装置 |
SE515903C2 (sv) * | 1999-02-19 | 2001-10-29 | Westinghouse Atom Ab | Förfarande för framställning av och material ägnat att sintras till ett oxidbaserat kärnbränsleelement |
DE10249355B4 (de) * | 2002-10-23 | 2005-08-04 | Framatome Anp Gmbh | Brennstoffpellet für einen Kernreaktor und Verfahren zu seiner Herstellung |
KR100558323B1 (ko) * | 2004-05-19 | 2006-03-10 | 한국원자력연구소 | 이중구조 핵연료 소결체 제조방법 |
FR2949598B1 (fr) * | 2009-09-02 | 2013-03-29 | Commissariat Energie Atomique | Procede de preparation d'un combustible nucleaire poreux a base d'au moins un actinide mineur |
KR101302695B1 (ko) * | 2012-02-28 | 2013-09-10 | 한국원자력연구원 | 가연성 흡수 핵연료 소결체의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 가연성 흡수 핵연료 소결체 |
CN103466568B (zh) * | 2013-09-09 | 2015-07-29 | 中国原子能科学研究院 | 氮化铀燃料粉末和芯块的制备方法 |
US10847271B1 (en) * | 2017-08-11 | 2020-11-24 | Triad National Security, Llc | Mn-doped oxide nuclear fuel |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2290107A (en) * | 1938-12-06 | 1942-07-14 | Frenchtown Porcelain Company | Vitreous high alumina porcelain |
US3355393A (en) * | 1965-09-14 | 1967-11-28 | Minnesota Mining & Mfg | Small spherical nuclear fuel particles and processes of making same |
FR1520531A (fr) * | 1967-02-13 | 1968-04-12 | Commissariat Energie Atomique | Procédé de fabrication de pièces frittées en oxyde d'uranium ou d'élément transuranien |
US3625680A (en) * | 1968-10-29 | 1971-12-07 | Atomic Energy Commission | Method for producing porous uranium |
US3751538A (en) * | 1970-02-25 | 1973-08-07 | Belgonucleaire Sa | Fabrication of nuclear fuel pellets |
GB1461263A (en) * | 1973-01-12 | 1977-01-13 | British Nuclear Fuels Ltd | Ceramic nuclear fuel pellets |
-
1982
- 1982-09-14 JP JP57160045A patent/JPS5948686A/ja active Granted
-
1983
- 1983-03-11 US US06/474,351 patent/US4460522A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US4460522A (en) | 1984-07-17 |
JPS6348032B2 (ja) | 1988-09-27 |
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