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

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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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衣笠 学
金子 洋光
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Doryokuro Kakunenryo Kaihatsu Jigyodan
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    • G21CNUCLEAR REACTORS
    • G21C3/00Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
    • G21C3/42Selection of substances for use as reactor fuel
    • G21C3/58Solid reactor fuel Pellets made of fissile material
    • G21C3/62Ceramic fuel
    • G21C3/623Oxide fuels
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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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。

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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
D、  (9,3(] /C11’) 、マンガン含有
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。
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
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。
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。
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。
なお、マンガン無添加の場合の焼結密度は94%T、D
、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。
八 トl/l−1−100x   (1−口  −1−
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。
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。
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。
【図面の簡単な説明】
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

Claims (1)

  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。
JP57160045A 1982-09-14 1982-09-14 低密度酸化物燃料ペレツトの製造方法 Granted JPS5948686A (ja)

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