JPS60204621A - 核燃料ペレツトの製造法 - Google Patents

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、核燃料ペレット、特に二酸化ウランを含む懐
燃料ベレットの製造に関す◇。

二酸化ウラン粉末粒子の構造は該粉末の製造に用いられ
るルートによって異なり、この構造は、最終焼結前に損
傷することなく次の躯扱い操作に耐えるに足る一体性と
強さとをもつ未焼結体を形成するため該粉末をプレスす
ることができる容易さに直接関係がある。六弗化ウラン
を乾燥水蒸気と反応させ、次にさらに高い温度で水蒸気
および（または）水素と反応させる気相法によって大規
模で製造される二酸化ウラン粉末の構造は、その均一性
とその極めて高い密度に焼結され能力とその徹底的な極
度の化学的純度とのために評価される二酸化ウランを生
成することができる。得られた粉末を、次に有機結合剤
を添加して、あるいは添加せずに処理することができる
。結合剤無しのルートにおいては、気相反応から得た二
酸化ウラン粉末を予備プレスしてブリケットとし、次に
このブリケットをこわして篩にかげかつコンディショニ
ングして、次のにレット化操作および焼結操２作のため
のｕｏ２顆粒を製造する。結合剤無しルートで製造され
た未焼結ペレットは、一体性および強さは幾分低いが、
結合剤を取り除くための処理を必要としないという利点
がある。

有４１合剤〔例えば固体としての４リメタクリル酸メチ
ルで、例えばクランコ（Ｃｒａｎｋｏ）　という専売病
で発売されている〕を気相反応で製造された二酸化ウラ
ン粉末と配合する場合には、高い一体性と強さとをもつ
未焼結ペレットを生成するこ゛　とができるために少な
くともΩ電歇％の量の結合剤を用いる必要があることが
一般に知られている。

かかる多喰の結合剤が存在すると、最終焼成前に結合剤
を実質的に除去するために未焼結ペレットの予備的炉処
理が必要である。

例えば英国特許第１左グ３７り７号には、より少ない量
の結合剤の添加では結合剤の除去のための別個の炉での
処理をなくすることができることが認められている。該
特許中には、７重量％未満の結合剤量で（結合剤無しル
ートで製造された未焼結ペレットと比べたとき）改良さ
れた未焼結ペレットの一体性が得られることが示唆され
ている。

本発明によれば、六弗化ウランを乾燥水蒸気と反応させ
た後、より高い温度で水蒸気および（または）水素と反
応させる気相法で製造された二酸化ウラン粉末を強力な
機械的アトリション（ａｔｔｒｌ−ｔ＋ｏｎ）処理にか
げてその充填密度を増加させ、該処理粉末を限定量の結
合剤と混合して自由流動性粒子を生成させ、随意にタン
プリングによる球状化を行った後、二酸化ウランを含む
ベレットに形成し、最後に該ベレットを焼結する。

気相反応から誘導される初期二酸化ウラン中の粒子の構
造は、結合した一次微結晶の３次元格子からなることが
知られている。この粉末をプレスするとき、粒子はプレ
ス圧力の増加と共に次第にインターロックしく　Ｉｎｔ
ｅｒｌｏｃｋ）、次に圧力がさらに増加するにつれて潰
れ始める。それ故、プレス物体の一体性は、初めはプレ
ス圧力の増ｊＪ口と共に向上するが、次に劣化し始め、
プレス物体の一体性を顕著に改良するためには、一般に
比較的多量（すなわちλ重量％以上）の結合剤が所要で
ある。

プレス前の例えばボールミル粉砕による粉末の強力な機
械的アトリション（ａｔｔｒｌｔｌｏｎ）により、粒子
の３次元格子はより小さい甲位に破壊され、−緒にイン
ターロッキング（Ｉｎｔｅｒ　ｌｏｃｋｉｎｇ）　する
可能性が減少するので、この粉末を直接プレスしてペレ
ットにすると、ペレットは一体性が低くなる。

しかし、粉砕によって製造された小単位は元の二酸化ウ
ラン粉末粒子より密に充填する。それによって、例えば
プレス物体中の粉末の重量に対して０５重量−未満の乾
燥結合剤というずっと少量の結合剤がプレス物体１０ｔ
一体性ｊおＬよび強さの改良に有効である程度まで接触
点（ｐｏｉｎｔ　ｏｆ　ｃｏｎｔａｃｔ）の数を増加さ
せる。次に結合剤を除去するための炉処理を必要としな
いでよい。

かくして、英国特許第１１１左７１１−７号中に記載さ
れている提案とは違って、本発明の方法は、粉末充填密
度を増加して、接触点（ｐｏｌｎｔ　ｏｆ　ｃｏｎ　−
ｔａｃｔ）、従って結合剤のために有効な粒子−粒子界
面都立の実質的増加によって限定量の結合剤がより有効
になるようにするための強力な機械的アトリション（ｅ
ｔｔｒ　Ｉｔ　Ｉｏｎ）を包含している。英国特許第１
左グ３７り７号は、　ｕｏ２粉末を、予備のプレコンパ
クション（ｐｒｅ−ｃｏｍｐａｃｔ　ｔｏｎ）　および
コン１４クト（ｃｏｍｐａｃｔ）のクラツシング（ｃｒ
ｕｓｈｌｎｇ）　の後、そのま〜または顆粒として流動
化させることを記載しているが、これらの処理〔すなわ
ち流動化、コンパクション（ｃｏｍｐａｃｔ　Ｉｏｎ）
　及ヒクラッシング（ｃｒｕｓｈｌｎｇ））は粉末粒子
の顕著な構造変化を生じない。英国特許第１！；’Ｉｊ
？７’７７号および本発明で意図している限定量の結合
剤によって未焼結ペレットの一体性の大きな改良が達成
されるのは粒子構造が根本的に変化された後だけである
。

例えばボールミル粉砕による機械的アトリション（ａｔ
ｔｒｌｔｌｏｎ）工程は、好ましくは粉末粒子の３次元
格子の個々の微結晶への完全な破壊を含む。

これを達成する゛ために所要な機械的アトリション（ａ
ｔｔｒｌｔｌｏｎ）の程度は、特別な粉末に対して、該
粉末の一部分を次々の時間間隔の間、機械的アトリショ
ン（ａｔｔｒ　１ｔｌｏｎ）処理忙かげて、例えば各時
間間隔中に起こる粉末のタッグ密度（ｔａｐ　ｄｅｎｓ
ｌｔｙ）の上昇を測定して確かめることができる。この
場合、それを超えると、もはやタップ密度の明らかな上
昇が起こらなくなるのが所要な機械的アトリション（ａ
ｔｔｒｌｔｌｏｎ）の程度である。

本発明の方法においては、結合剤添加後、粉砕粉末がタ
ンプリングによって容易に球状化して非常に自由流動性
（ｆｒｅｅ　ｆｌｏｗｌｎｇ）　で、大部分が球形の、
典型的にはθ／−０３朋の直径を有する生成物を与え、
均一でかつ極めて適切なプレス供給材料となることも利
点である。

球状化生成物は密度および充填７ラクシヨン（ｐａｃｋ
ｉｎｇ　ｆｒａｃｔｌｏｎ）　が高いので、プレスされ
た未焼結ペレットはかなり高い密度を有し、又プレス中
のＡンチ行程（ｐｕｎｃｈ　ｔｒａｖｅｌ）　が小さい
。このため全体にわたってより一定の密度を有するプレ
スされたペレットが得られ、次に焼結してほぼ一定の直
径のペレットとなる。従って、焼結済み燃料ペレットの
サイズへの直径研摩（ｄｌａｍｅｔ６ｒｇｒｌｎｄｌｎ
ｇ）を減少することができ、あるいは省くことさえでき
る。

結合剤は、高い引張強さと剥離抵抗とを有し、天然また
は合成ゴムを合成樹脂とブレンドした型式の接着剤であ
るのが好ましい。

本発明によるプレスされたペレットの一体性がインター
ロッキング（Ｉｎｔｅ　ｒ　１ｏｃｋ　ｌｎｇ）　機構
よりはむしろ粒子−粒子結合から誘導されかつ一体性お
よび強さがかかる結合剤の添加によって増加するので、
かかる結合剤が実際に使用できる。その上、この型式の
結合はプレス圧力の増加によって劣化することがないの
で、高い一体性のペレット製造のためのプレス圧力範囲
は広くなる。

接着性結合剤は１例えば市販されている適当な溶媒で希
釈することができ、かつこれを細孔生成性添加剤（ｐｏ
ｒｅ−ｆｏｒｍｌｎｇａｄｄｌｔｌｖｅ）と−諸に、機
械的に処理された粉末に添加してスラリーとし、このス
ラリーは次に連続攪拌下に乾°操して、プレスのための
乾燥、非粘着性顆粒状生成物となる。

最少量よりも多くの結合剤を用いるならばダイＴ１滑剤
の使用を避けることができる。比佼的低温で溶融する接
着性結合剤を用いると、ブレス操作中Ｊａ捺の結果とし
て一時的溶融が起こるので結合剤はプレス中、内部潤滑
剤およびダイ潤滑剤の両方として作用すると考えられる
。

本発明の方法全体にわたって、二酸化ウラン粉末は、他
のウラン酸化物および（または）トリウムまたはプルト
ニウム酸化物と混合することができ、焼結助剤または粒
成長促進剤として作用する添加剤と混合することもでき
る。

実施列 上記気相反応によって製造された典型的な二酸化ウラン
粉末からの二酸化ウランペレットの製造において、出発
粉末の特性は下記の通りである。

比表面積　２．’１ｍ／ｇ 注入（Ｐｏｕｒ）密度　ｌ　Ｏｇ　（ｊ／ｄｌタップ（
Ｔａｐ）密度　２．０ｇ　Ｑｌｃｒ１７ゆの粉末装入物
を３７．’Ｋｆ１０）鋼製ボールが入っている直径３θ
ｌ１ｇｃｍ（／、２１ｎ）のドラム中へ供給する。ドラ
ムを閉じ、５時間回転する。次に、ドラムの内容物を篩
にかけて、下記特性を有する粉砕二酸化ウラン粉末を分
離する。

比表面積　３．３ｒｒ？／ｇ 注入（Ｐｏｕｒ　）密度　λ、乙／りＡ１ｄタップ（Ｔ
ａｐ）密度　３．９　！；　９庵この粉砕粉末を、次に
、ｇ２　＋Ｊｉ”　９の専売接着剤ｘｙｙ−ド（Ｅｖｏ
ｄｅ）　Ａ　左、２　ｇ　（英国、スタッフオード（Ｓ
ｔａずｆｏｒｄ）、エボード・リミテッド社（Ｅｖｏｄ
ｅＬｌｍｌ　ｔｅｄ）　製造販売〕が前以てその中に分
散されている１７左１のトリクロロエチレン中に攪拌混
入する。得られたスラリーを浅いトレーに入れ、包囲温
度の空気流中に、すべてのトリクロロエチレンが蒸発し
てしまうまで置く。

得られた砕けやすいビスケットをトレーから取り出し、
／ｌＩメツシュ（英国標準篩サイズ／２θ０ミクロンに
該当）の篩をおだやかに刷毛でこすりながら通す。得ら
れたθ３重ｆ＆％の接着性結合剤含有の顆粒を４ｔｔｅ
／ｃｒＩ−でプレスして、水素雰囲気中での焼結前の高
い一体性および強さの未焼結ペレットを得る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　六弗化ウランを、壷初に乾燥水蒸気と、次によ
   り高い、・品度において水蒸気および（または）水素と
   反応させることによって気相法で生成させた二酸化ウラ
   ン粉末を強力な機械的アトリション（ａｔｔｒｌｔｌｏ
   ｎ）処理にかげてその充填密度を増加し、該処理粉末を
   限定量の結合剤と混合して自由流ｉ（（＋性粒子を製造
   し、該粒子を二酸化ウランを含む波レフトに形成し、該
   ペレットを焼結する穣燃料ペレットの製造法。 （２）　ａ合剤と混合した処理粉末をペレットに形成す
   る前にタンプリングによって球状化する特許請求の範囲
   第（１）項記載の製造法。 （３）　ダイｉｊｌ　ｒＲ剤なしでプレスすることによ
   ってペレットを形成する特許請求の範囲第（１）項また
   は第（２）項記載の製造法。 （４）　二酸化ウラン粉末を粉砕によって機ト成的アト
   リション（ａｔｔｒｌｔｌｏｎ）処理にかげる前記特許
   請求の範囲のいずれか７項に記載の製造法。 （５）限定量の結合剤がペレット中の粉末の重量に対し
   て０３重量％未満の乾燥結合剤である前記特許請求の範
   囲のいずれか７項に記載の製造法。 （６ン　結合剤がゴム／合成街脂型Ｏ高強度接着剤であ
   る前記特許請求の範囲のいずれか７項に記載の製造法。 （７）　ペレットが細孔生成性添加剤を含む前記特許請
   求の範囲のいずれか７項に記載の製造法。 （８）　二酸化プルトニウムをｉ／Ｉ期の二酸化ウラン
   粉末と混合する前記特許請求の範囲のいずれか７項に記
   載の製造法。 （９）　−２レツトを同らの介在デポンデイング（Ｉｎ
   ｔｅｒｖｅｎｌｎｇ　ｄｅｂｏｎｄｌｎｇ）炉処理を行
   うことなく焼結する特許請求の範囲の第（１）〜（８）
   項のいずれか１項記載の製造法。 ｎｏｔ　アトリション（ａｔｔｒｌｔｌｏｎ）後、粉末
   粒子を結合剤と混合してスラリーを形成した後、該スラ
   リーを乾燥しかつ造粒してペレットにプレスするための
   顆粒状粒子を生成させる特許請求の範間第（１）〜（９
   ）項のいずれか７項に記載の製造法。 θ１）顆粒状粒子をベレットにプレスする前にタンプリ
   ングによって球状化する特許請求の範囲第（１０項記載
   の製造法。 （１２１粉末粒子の構造をその成分微結晶に破壊するの
   に十分な時間間隔の間、粉末を該強力な機械的アトリシ
   ョン（ａｔｔｒｌｔｌｏｎ）処理にがげる特許請求の範
   囲第（１）〜（ｌＬ１項のいずれか７項に記載の製造法
   。