JPS61193096A - 核燃料棒の自動製造装置 - 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、一般に、原子炉で用いられる核燃料棒の製造
に係わり、特に、放射性ガスの粉末への転換から出発し
て、粉末からペレットの製造を経て、燃料棒の組立ての
完了に到るまでの核燃料棒の製造のための独特な自動化
された装置（システム）に関する。

Ｌｌｌ」Δ１１ 慣用の原子炉は、一般に、燃料棒と称される燃料要素を
備えている。燃料棒は核分裂性物質を含有しており、そ
して高速度での核分裂を支持し、それにより、熱の形態
で大量のエネルギーを放出するのに充分な中性子束を炉
心内に発生するように組織化された配列で群別化されて
配列されている。熱を有用な仕事の発生のために取出す
目的で、炉心内の燃料棒の配列を介して水のような冷却
材が上向きにポンプ輸送される。典型例においては、燃
料棒は、円筒状の燃料ベレットを積重ねた形態の核燃料
物質を収容している細長い中空の金属製の管から構成さ
れている。管の両端は、上部および下部端栓により閉さ
れており、該端栓は、ガース溶接により管の端部に堅固
に固着されて管を気密に密閉する。炉心の運転中、燃料
棒は炉心内で高い温度および圧力を受け、管およびペレ
ットは、熱膨張ならびに冷却材の流れに起因する燃料棒
の振動が原因で伸長せしめられる。したがって、ペレッ
トは、熱膨張および燃料の体積の膨張に起因するベレッ
トの成長を許容するように、ベレットと管の内面との間
に制御された直径方向の隙間を生ずるよう非常に正確な
寸法で製造されている。

さらに、ペレットは脆く、衝撃を受けると容易に砕けて
しまうことに鑑みて、棒の振動に起因するペレット間に
おける損傷性の衝撃を抑止する目的で、管内には、通常
、上部端栓（プラグ）と積重ねたベレットの頂部との間
にコイルばねが配置される。

燃料棒の製造は、従来一般に粉末形態にある放射性物質
から出発して、該放射性粉末物質を所望の化学組成物に
ブレンド（混合）する０次いで、適切にブレンドされた
粉末は、先ずスラップに成形し、次いでスラップを粒状
化して該粒状物を潤滑剤と混合し、最後に潤滑された粒
状物をプレス加工することによりグリーンベレットに形
成される。

グリーンベレットは焼結炉内に送り込まれ、ペレットは
水素雰囲気中で高温で焼結されて所望の密度およびミク
ロ構造を与えられる。焼結炉を出た後、焼結されたベレ
ットは、正確な寸法に研摩するために湿式研摩プロセス
に送られる。燃料棒の管内に挿入する前に、仕上げられ
たベレットは視覚的に検査される。ペレットを管内に配
置した後に、完成した燃料棒は幾つかの異なった検査を
受ける。

核分裂性物質が取扱われると言う事実がら、現在まで、
燃料棒の製造は、放射性物質の燃料ペレットへの転換後
の幾何学的因子の制御に関する法的規制要件に従って実
施されている。幾何学的因子に関する制御は、組立てら
れる放射性物質の量を、核分裂に必要とされる臨界質量
よりも相当小さい量に制限することにより連鎖反応の生
起の可能性を排除する保障措置に関する。この保障措置
は、謂ゆるバッチモードの操業と称されている種々な製
造段階中における放射性物質および燃料棒要素の高度の
性能を要求する手作業により実現されていた。

例えば、所定の濃縮度の放射性物質のバッチは、製造プ
ロセスの所定の段階で完全に処理しなければならず、異
なった濃縮度を有する異なったバッチからの物質を処理
するためには、その前に、上記所定の濃縮度の総ての残
留物質を設備から除去しなければならなかった。したが
って、各バッチ毎に、典型的には、最初の段階で、各作
業者はバッチから少量の粉末形態にある放射性物質が充
填された個別の容器を混合装置に運び、物質を適切に混
合したならば、作業者はそこで手作業により混合された
粉末をペレット化ステーションに移送し、そこでこの量
の物質をペレットに製造する。製造されたグリーンベレ
ットは次いで作業者により手作業で焼結用ボートに装入
され、焼結炉の送り込み端に運ばれ、手作業でボートか
ら下ろされる。

炉を通って搬送された後、焼結されたベレットは手作業
で拾い上げられて、湿式研摩ステーションに供給される
。しかる後に、研摩されたペレットは手作業で検査トレ
ー上に置かれ、視覚検査後にベレットは管内に手作業で
挿入される。管は、ベレットの上記のような処理の間に
、管の検査および正常ならびに端栓の取付けを含む種々
な段階を通し手作業で取扱われている。

製造作業の種々な段階で放射性物質および燃料棒要素の
高度の熟練を要する手作業での取扱いにより非常に効果
的に実現されていた別の法的規制上の要件は、放射性物
質をその初期の粉末形態から完成した燃料棒内のベレッ
トとしての最終形態に到るまで追跡することが可能であ
ることを必要とすることである。既知の特定のバッチか
らの放射性物質で出発して放射性物質を、製造作業の相
続く段階を順次移送した作業者は、大きい困難を伴うこ
となく、上記特定のバッチからの放射性物質を含有して
いる完成した燃料棒を識別することができる。

現在まで燃料棒の製造（こおける高度の手作業は、原子
力産業分野において、幾何学的因子の制御ならびに追跡
可能性に関する法的規制要件を満たすのに有効であって
、数十年間に渡りこの産業分野に寄与していた。しかし
ながら、このような手作業には、製造の生産性ならびに
製品の品質の改善を抑止する傾向がある。したがって、
高い製造効率および生産性ならびに改善された製品の品
質および信頼性を約束すると同時に全ての規制上の要件
を満たす燃料棒製造に対する別の試みの必要性が生じて
いる。

光訓ＬＩＬ盟一 本発明は、上記の必要性を満たすように設計された各燃
料棒の製造のための独特な自動化装置を提供するもので
ある。放射性ガスの粉末への転換から出発して粉末のベ
レットへの製造を経て燃料棒の組立の完了に到る過程で
、本発明は、従来バッチモードの操業と関連して用いら
れているものを含め、それ自体慣用のプロセスステップ
であるステップを、専用の連続もしくは調時された流れ
操業モードに完全に統合するものである０本発明の自動
装置は、年当り４０ＱＭＴＵ（メートル・トン・ウラン
）の燃料棒の生産能力を有するように設計される。この
生産能力は、年当り約２００ＭＴＵを製造することがで
きる現存のバッチシステムの能力とは著しい差を表す。

自動化装置における生産性および品質の改良に貢献する
主たる因子は次の通りである。先ず、ＵＦ、ガスのＵＯ
□粉末への転換のために、アモニウム・ジ・ウリネート
（＾ｍｏｎｉｕｍ　ｄｉ　Ｕｒｉｎａｔｅ）（Ａ　Ｄ　
Ｕ法）の代わりにインチグレイテッド・ドライ・ルート
（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｄｒｙ　ｒｏｕｔｅ）（Ｉ　
Ｄ　Ｒ法）の使用である。ブリティッシュ・ニュクリア
・ヒュールズ・リミテッド（Ｂｒｉｔｉｓｈ　Ｎｕｃｌ
ｅａｒ　ＦｕｅｌｓＬｉｍｉｔｅｄ）社からライセンス
を受けているこの方法は、ＡＤＵ転換方法を用いて生産
されるものよりもさらに高い焼結可能性を有し製造が一
層容易な粉末を一貫して製造する方法である。第２に、
バルク混合方法の採用が、改良された製品の均質性に貢
献することである。空圧式の搬送と組合わせてこれらの
方法を用いれば、材料の取扱いに必要な設備、作業員の
放射線への照射ならびに空気連行汚染物レベルは著しく
軽減される。第３に高度の技術を利用する製品検査作業
ならびに物質取扱いおよび処理制御の自動化を本発明の
自動化装置に統合的に組入れることにより作業者に対す
る依存性は軽減され、製品の品質は改善される。第４に
、全製造ラインにおける作業員の配置ならびに（Ｕ　Ｆ
　、から完成燃料棒までの）全装置の操業は、チーム単
位で行うことができる。これにより、作業員の志気は高
揚されチームもしくはグループ毎の生産性は改善されて
、人的資源に関する要件は軽減されることが期待できる
。第５に、製造ラインの自動化でラインに実際に就業す
る作業員の数は少なくなる。また改善された閉じ込めお
よび処理方法ならびに高度の換気装置を使用することに
より、作業員の被曝は最小限度に抑えられ、作業制限に
起因する時間の損失も最小になる。最後に、自動化され
たデータ入力を用いる完全に統合された管理情報システ
ム（ＭＩＳ）を実現することにより、管理の透視性なら
びに生産企画および管制のための中央情報網が与えられ
る。このＭＩＳは物質の数値的管理、品質制御および製
品の追跡可能性を保証し、顧客および法的規制上の要件
双方を満足するものである。

したがって、本発明は、複数の相互関連段階の装置を含
む各燃料製造自動化装置を提供するものである。第１に
、本発明によれば、放射性粉末調合および処理段階装置
は、（、）ガスの形態にある放射性物質を受けて該放射
性粉末物質を粉末の形態に転換する複数個のキルン装置
と、（ｂ）該キルン装置から上記粉末を受けるようにキ
ルン装置の各々と流れ連通関係で接続されている複数個
の検査ホッパ装置であって該複数個の検査ホッパ装置は
、少なくとも１つの検査ホッパ装置が関連の１つのキル
ン装置から充填されている間、少なくとも他の１つの検
査ホッパ装置が粉末を排出しそれにより、少なくとも１
つの検査ホッパ装置から粉末が連続的に排出されるよう
に、上記粉末を標本化および検査のために保持し且つ該
粉末を排出するように構成された検査ホッパ装置と、（
Ｃ）上記検査ホッパ装置と流れ連通関係で接続されて、
該複数検査ホッパ装置から上記粉末を受けて、核燃料の
製造に適した放射性組成物に混合するための複数個の上
記検査ホッパ装置より少ない数の混合装置とを備え、（
ｄ）上記混合装置の１つが充填されつつある間、混合さ
れた粉末が他の混合装置から排出され、それにより混合
された粉末が上記混合装置から連続的に排出されて、次
いで核燃料として使用するのに適した形態に製造される
ように、上記複数の混合装置のうちの１つを上記複数検
査ホッパ装置からの粉末で一度に充填する弁手段とを備
えてなる核燃料棒の自動製造装置が提案される。また、
本発明の好ましい実施態様においては、上記の複数個の
混合装置は、そのうちの１つの混合装置が粉末を充填さ
れつつありそして他の混合装置からは混合された粉末が
排出されつつある間に、分析するための混合された粉末
を収容しているさらに別の混合装置を備えることができ
る。

第２に、核燃料棒製造自動化装置は、核燃料として使用
するのに適した放射性組成物の混合された粉末を受ける
ための複数のペレット製造装置を含む放射性ベレット製
造段階装置を備えている。

ベレット製造装置は、粉末をスラップにプレス加工し、
次いでスラップを粒状に破砕し、次に粒状化された粉末
を潤滑剤と混合し、最後に混合物を放射性組成物からな
る一連のグリーンペレットに成形する。これら製造装置
は、そのうちの１つが一時的に稼動から外された場合で
も連続したグリーンベレットの流れを供給することがで
きる。

第３に、自動化装置は、ペレット処理段階装置を備えて
おり、このベレット処理段階装置は、（ａ）それぞれ送
り込み端でグリーンベレットを受けて該ベレットの移動
中焼結し、焼結の完了後にベレットを排出するように適
応された複数個の焼結炉と、ここで、該焼結炉の数は、
グリーンベレット製造装置の数よりも多く、それにより
、炉の１つが一時的に稼動から外された場合でも連続し
た焼結ペレットの流れを供給することが可能であり、（
ｂ）さらに、焼結炉から排出後の焼結されたベレットを
周期的にランダムに標本抽出するために連続した仕方で
焼結ベレットを受ける手段との組合わせからなる。さら
に詳しく述べると、ベレット処理段階装置は、さらに、
（ｅ）多数の焼結用ボートと、（ｄ）焼結用ボートを搬
送し、寄せ集めて貯蔵するための手段と、（ｅ）ベレッ
ト製造装置から、グリーンベレットを搬送手段上の焼結
用ボート内に装入するための手段を有する。この搬送手
段はベレットが挿入されたボートの各々が焼結炉のうち
の１つの焼結炉の送込み端に差し向けられ、該１つの焼
結炉中を移動してボート内に装入されているベレットを
焼結し、焼結の完了時点で該１つの焼結炉の排出端から
送り出されるように複数の焼結炉装置と動作上関連して
設けられている。ベレット処理段階装置はさらに、（ｆ
）焼結されたベレットを正確に予め定められた寸法に研
摩するための複数個のベレット研摩装置と、（ｇ）コン
ベア手段上のボートから焼結ベレットを１列に並べて研
摩装置に送り込むための手段と、（ｈ）研摩されたベレ
ットを検査するための複数個の検査装置と、（１）検査
されたベレットを受けて該ベレットを貯蔵するなめのペ
レット貯蔵／取出し装置と、（ｊ）ベレットを１列に並
べて、研摩装置がら検査装置を経て貯蔵／取出し装置に
搬送するための手段を備えている。

最後に、燃料棒製造自動化装置は、 （、）貯蔵されているベレットを受けるための燃料棒の
管を製作する手段と （ｂ）管とペレットとを完成した燃料棒に組立てるため
の手段と （ｃ）完成した燃料棒を検査する手段 とを備えた管の製造および燃料棒製造／検査手段とを備
える。

本発明の上に述べた利点や作用効果ならびに他の利点や
作用効果は、本発明の実施例を示す図面を参照しての以
下の詳細な説明を読むことにより当該技術分野の専門家
には一層明瞭になろう。

ｔ　　　の＝日 以下の詳細な説明においては、図面を参照する。

また以下の説明において、図面中、類似または同じ参照
文字は類似または対応の部分を指すものとする。さらに
、以下の説明において用いられる「前方向もしくは前向
き」、「後方向もしくは後ろ向き」、「左方」、「右方
」、「上向きもしくは上方」、「下向きもしくは下方」
その他類似の術語は、単に説明の便宜上の言葉であって
限定的な意味に解釈されてはならない。

概１０α１」１ さて図面、特に第１図を参照するに、この図には、ブロ
ックダイヤグラムで、本発明による自動化核燃料棒製造
装置の連続された相互に関連のある基本的段階装置が、
参照数字１０で総括して示されている。これら段階装置
の各々については、第２図ないし第５図に示した処理段
階および第６図ないし第８図に暗示した装置もしくは設
備と関連し追って詳細に説明する。しかしながら、自動
化装置１０の種々な段階装置について詳細に論述する前
に、この自動化装置１０の全体像を簡略に述べておく。

゛第１図において自動化装置１０の「粉末調合および処
理」と記入されているブロック１２で表されている第１
の段階においては、六フッ化ウラン（ＵＦ４＞のような
適当な放射性ガスが二酸化ウラン（ＵＯ２）のような粉
末形態の他の放射性物質に転換され、そして該粉末は混
合されてペレットを製造するための適当な組成物に変換
される。次いで、混合された粉末は、第１図の「ペレッ
ト製造」と記入しであるブロック１４で示す自動化装置
１０の第２の段階でグリーンペレットに成形される。ペ
レット製造後、グリーンペレットは焼結され、標本採取
され、研摩され、検査されそして貯蔵される。これら全
ての段階は、第１図にブロック１６で示す「ペレットの
処理」に含まれる。ペレットの製造および処理と同時に
、核燃料棒の他の重要な部分である中空の管が、ペレッ
トと組立てられて燃料棒を形成するために、製作”され
る。第１図の「管の製作」と記入されているブロック１
８がこの段階もしくは作業を表す。最後に、製作された
管と貯蔵されているペレットとを組合わせて、それによ
り形成された燃料棒の検査が行われる段階が第１図の、
「燃料棒の製造および検査」と記入されているブロック
２０で表されている。

の：ムお　　几 次に第２図、第６図および第７図を参照するに、これら
図には、自動化燃料棒製造装置１０の第１番目の段階お
よび第２番目の段階、即ち粉末調合および処理段階１２
とペレット製造段階１４で採用される処理段階および装
置が示しである。適当な放射性化合物の粉末形態での調
合および処理についてはこの項で説明し、そして粉末の
ペレットへの成形に関しては次の項で説明する。

自動化装置１０の第１段階、即ち粉末調合処理段階１２
は、第２図のブロック２２で示すように、原料としての
六フッ化ウラン（ＵＦｓ）を収容している円筒体を必要
に応じ貯蔵部から取出して、第６図および第７−に示し
た蒸気化容器２４のような幾つかの蒸気化装置のうちの
１つに設置した時に始まる。ブロック２６で示すように
ＵＦ、−ガスを蒸気化するために、円筒体は、容器２４
（第６図）内で噴霧状高温水を循環することにより、容
器２４内で約８２℃（約１８０下）に加熱される。

その結果得られるＵＦ、蒸気は、圧力下で、容器２４内
の円筒体から、一対のガス管路２８を経てロータリーキ
ルン３０のような一対のキルンに圧力下で供給される。

第７図に示した好ましい実施例においては、１つの容器
内の円筒体のうち、空になった円筒体を新しい円筒体と
交換する時にもキルンに対する蒸気の連続した供給を保
証するべく十分な余剰容量を実現するように、一対の蒸
気化容器２４がキルン３０の各々と流れ連通関係に接続
されている。

キルン３０においては、先ず、ガスとキルンの自由端に
おける過熱された蒸気との反応により、次いでキルンの
生成物排出端側における中間生成物とスチームおよび水
素の向流接触反応により、気体のＵＦ６をＵ○２粉末に
転換することにより、第２図のブロック３２で示すＩＤ
Ｒプロセスを実施する１次いで、ＵＯ，粉末は、キルン
３０の生成物排出端側から重力による流れとして、第２
図のブロック３４で示すように、複数個の検査ホッパ装
置３６の形態にある一時的貯蔵装置に排出される。

キルン３０の下部から連続的に二酸化ウラン粉末を受け
る検査ホッパ装置３６はそれぞれ、ＵＯ２粉末の幾何学
的因子の制御を行うような寸法をもつ、検査ホッパ装置
３６に入る粉末は、時間比例標本取出装置により連続的
に標本が取出されて、第２図のブロック３８で示すよう
に、フッ化物および水分含量に関し許容し得る品質であ
るか否かに関して分析される。この場合、この水分検査
は、次に行われる粉末の混合中に粉末に対し減速制御を
行うために実施されるものである。第７図に示した好ま
しい実施例においては、一対の検査ホッパ装置３６がキ
ルン３０の各々と、次のような仕方で流れ連通関係に接
続されている。即ち、１つの対をなす検査ホッパ装置の
うちの少なくとも１つが関連のキルンから粉末を充填さ
れつきある間、他の検査ホッパ装置のうちの少なくとも
１つがその粉末を排出し、そして前記他のチェックホッ
パ装置の粉末は標本採取されるような仕方で流れ連通関
係に接続されている。この構成によれば、他の検査ホッ
パ装置で粉末のオンライン標本採取を実施しり一、検査
ホッパ装置３６のうちの少なくとも１つの装置から粉末
を連続的に排出するようにして一連の作業を実施するこ
とができる。

許容できる品質の粉末は、空気圧移送管路４０を介して
少なくとも１つの検査ホッパ装置３６から連続的に、第
６図および第７図に示すようなバルクブレンダ混合装置
４２のような複数の混合装置へと排出される。フッ化物
および（または）水分に関して許容し得ないことが判明
した粉末は、安全な幾何学的配置の移送コンテナー（図
示せず）を介して、フッ化物および（または）水分含量
を減少するための付加的な処理を行うために粉末再処理
ステーション（図示せず）に送られる。仕様を満たすよ
うに再処理された粉末は、そこで、混合装置４２でプロ
セスの流れに戻される。

好ましい実施例においては、バルクブレンダく混合装置
）４２の各々は、５０００ｋｇの容量を有しており、生
成物の仕様を満たす均質な混合物を製造するのに用いら
れている。この生成物仕様が満たされているか否かは、
第２図のブロック４４で示す化学分析を行うことにより
確かめられる。好ましくは３台設けられている円錐形の
混合装置４２の各々は、第２図のブロック４６で示すよ
うに、完全な混合を確保するために内部回転スクリュー
を有している。大きな混合装置４２を使用することによ
り、行わなければならない個々の混合の回数が減少され
、混合物間のばらつきは最小限度に抑ええられる。さら
に、混合装置４２を大きな容量のものにすれば、成る濃
度の１つのバッチからの粉末を混合装置に導入する前に
、キルンおよび混合装置から別の濃度の異なったバッチ
からの全ての粉末を完全に除去する必要性はなくなる。

混合装置４２の各々と関連して設けられている移送管路
偏向弁４８が作動されて、サイクロン（遠心分離装置）
５０を介して粉末を混合装置の１つに指し向ける。その
間他の混合装置内の混合粉末は第２図のブロック５２で
示すように検査されて、残りの混合装置からの混合粉末
は、その直ぐ下流側で行われているベレット製造加工へ
と給付される。このようにして、中断のないベレット製
造を可能にするように連続して混合粉末が供給される。

また、第２図のブロック５４．５６で示すように、汚れ
たスクラップ処理およびきれいなスクラップ処理から得
られた粉末は、ブロック５８で示すような適当な水分検
査後、混合のためにブレンダ即ち混合装置４２に移送す
ることができる。

±とムＥへ１１ 混合装置４２からの混合粉末は、空気圧移送管路６０を
介してペレット製造装置６２へ移送される。このベレッ
ト製造装置６２は２台設けるのが好ましい、ここで自動
化方式１０の第２段階１４に対応するペレット製造が開
始される。グリーンペレット製造過程全体は、自動化さ
れ統合された系として制御され作動される。装置６２の
ベレット製造装置は、物質の重力下での移送を可能にし
、床スペース要件を最小限度にするように垂直方向に配
設されている。この装置は、エンクロージャ内に包入さ
れていて、空気で連行される粒子の拡散を阻止するため
に通気に関して制御される。

第２図のブロック６４に示すように、当該時点において
排出を行っている混合装置４２の１つから排出される混
合Ｕｏ２粉末は、需要に応じ、移送管路６０を介して第
６図に示すベレット製造装置６２の各々に設けられてい
る粉末圧縮成形装置６６に供給される。この圧縮成形装
置６６において、粉末はスラッグプレス（Ｓｌｕｇｇｉ
ｎｇＰｒｅｓｓ）により小さいウェーハもしくはスラッ
グに圧縮成形され、該ウェーハもしくはスラッグは、各
ベレット製造装置６２の次の下位レベルにあるグラニユ
レータ６８へと下向きに流れる。このグラニユレータ６
８の入口は、圧縮成形装置６６の排出口に密に結合され
ており、したがって２つの装置は同時に動作する。第２
図のブロック７０に示しであるように、ウェーハもしく
はスラッグは、グラニユレータ６８において粒体に造粒
されて、凍結乾燥されたコーヒーに類似した組成物にな
る０次に第２図のブロック７２に示すように、粒体物は
、ステアリン酸亜鉛のような適当な潤滑剤とある割合で
結合されて圧延され、改善された流動性を有するプレス
装入材料となる（ステアリン酸亜鉛は、後続のペレット
プレス加工中グイ潤滑剤としての―きをなす〉。最後に
、粒体物と潤滑剤との混合物は、第２図のブロック７４
で示すように、各ベレット製造装置６２の最下位レベル
にあるベレットプレス７６によりグリーンペレットに成
形されるにれらペレットは、典型的には、１０．３ｇｒ
／ｃｍ）に等しい６０％理論密度を有し、直径が９．５
ｍｍ（３／８インチ）で長さが１５．９ｍｍ（５／８イ
ンチ）の円筒状体に圧縮成形される。

通常、総合容量の約２分の１程度の出力で動作するベレ
ット製造装置６２は、下流側に設けられている処理装置
に対し供給するのに十分な連続したグリーンペレット流
れを発生する。′したがって、何等かの理由で製造装置
６２のうちの一方が一時的に停止した場合には、他方の
製造装置が停止分を引受け、少なくともその能力の近傍
の出力で動作することにより、自動化装置１０の次のペ
レット処理段階１６のグリーンペレット全需要を賄うこ
とができる。

±とＬヒ夏１ 自動化装置の第３段階、即ちペレット処理段階１６の開
始に当っては、グリーンペレットを装填されたボート８
０がコンベヤ８２によりペレットプレス７６の排出口か
ら離れ去るのに伴い、空きのボート７８がベレットプレ
ス７６の排出口に向けて逐次前進せしめられる。第６図
および第７図に示すように、コンベヤ８２の一端側だけ
がベレット製造装置６２と連係している。コンベヤ８２
の大部分は第８図に示しである。第８図から明らかなよ
うに、コンベヤ８２は、複数個の焼結炉８８“の各装入
端８４にボートを配送したり排出端８６からボートを取
出すように構成されている。後述する他の処理装置゛に
対してもコンベヤ８２は同様の働きをする。ボートの搬
送に加えて、コンベヤ８２は、空のボートおよびペレッ
トが装填されたボートの搬送に加えて、コンベヤ８２は
、空のボートおよびペレットが装填されたボートの双方
をプロセス中一時的に貯蔵する働きをなす。

ベレット製造装置６２の排出側で、グリーンペレットは
モリブデン製の焼結ボー）−７８，８０内に規則的な配
列で静かに装入されて、次いでコンベヤ８２によりその
分岐コンベヤ９０へと移転され、そこで往復動カー９２
は、個々のペレットが装入されているボート８０を焼結
炉８８の装入端８４に給付する。１つの焼結炉８８の装
入端８４におけるグリーンペレットの装入されているボ
ート８０は、各焼結炉において用いられているウオーキ
ングビーム装置により、焼結炉を通して搬送されて、焼
結されたペレットが装填されているボート９４として該
炉から出る。

各焼結炉８８において、第３図のブロック９６に示すよ
うに、ペレットは、所要の密度およびミクロ構造を達成
するために、はぼ１７５０℃で水素雰囲気中で規定の９
５％理論密度に焼結される。

ボート取扱い動作および炉の運転は全体的に機械化され
ていて、単一の制御ステーションから、統合された系と
して監視され制御される０例えば３台のような複数の焼
結炉８８を用いて余剰の容量を付与し、それにより、炉
のうちの１つが一時的に稼動から外された場合でも処理
設備の残余の部分に対して連続した焼結ペレットの流れ
を供給できるようにすることができる。

焼結ベレットが装填されているボート９４が焼結炉８８
の排出端を出た後に、該ボートは自動的にコンベヤ８２
により標本採取ステーション９７へと移送される。該ス
テーション９７においては第３図のブロック９８で示す
ように、各ボート内の焼結されたペレットのうちの代表
的なペレットの標本を無選択的に採取してその密度を検
査する。

低密度のペレットは、コンベヤ８２の分岐コンベヤ（図
示せず）により、再焼結を行うために焼結炉８８に通さ
れる。高密度（過密度）のペレットは、第２図のブロッ
ク５６に示すように、きれいなスクラップの回収部に向
けられる。第３図のブロック１００および１０２に示す
ように、ペレットの標本について他の測定や検査が行わ
れ、これら測定や検査の中にはペレットが最終的に許容
し得るものと判明するまでに数日を要するものがある。

したがって、未だ許容されていない焼結ベレットは、ベ
レット処理段階１６の次の段階に通され、然る後貯蔵さ
れて、燃料棒に組入れる前にその可否の判断を待つこと
になる。

未だ許容されていない焼結ベレットのボート９４は、第
８図に示すように一対のペレット取出し装置１０４のう
ちの１つの装置１０４に搬送され、そこで、ボートから
ペレットは取出されて、１列に並べて配位されたペレッ
トは、一対の研摩装置１０６のうちの１つに供給される
。そこでペレットは、第３図のブロック１０８で示すよ
うに、許容し得る表面仕上げおよび適切な直径を有する
ようにするために、ダイヤモンド砥石車を用いて乾式法
で心なし研摩が行われる。この研摩中に除去される材料
は塵埃集成装置により集取され、そして切り屑は、第３
図のブロック１１０で示すように集められて、第２図の
ブロック５６に示すようにきれいなスクラップ回収部に
戻される。

研摩されたペレットは次いで、１列に並べた形態で、一
対の検査ステーション１１２のうちの１つに供給され、
そこで、研摩装置１０６の動作に調時された適当な装置
を用いて第３図のブロック１１４に示すように、オンラ
インでの直径および表面品質の検査を実施する。また、
第３図のブロック１１６，１１８に示すように、付加的
な試験がペレットに対して行われる一許容できないペレ
ットは貯蔵されて、ペレットに関連の特定の汚染および
（または）欠陥程度に応じて、第２図のブロック５４で
示すように汚れたスクラップの処理部またはきれいなス
クラップの処理部の何れかに送られる。

許容し得るペレットは、清浄なペレットトレー上に幾列
にも並べられて、該トレーはそこでトレー移送装置１２
０により第８図に示す自動貯蔵／取出し装置１２２の識
別された貯蔵位置へと送られる（第３図のブロック１２
４参照）、ペレットは、先行の標本が品質管理試験で許
容判断を受けている間、並びに許容判断を浮けた後に燃
料棒の管への装入が要求されるまで、装置１２２内に留
まる。

装置１２２の貯蔵面積は、ペレットを３日ないし４日間
貯蔵できる要件を満たすように設計されている。このよ
うな余剰容量により、ペレットの標本に対する実験室試
験の結果を得るのに２日間まで待機しながら、管とペレ
ットの連続的な組立が許容されるのである。さらにまた
、貯蔵／取出し装置１２２内へのトレーの移動、該装置
１２２からのトレーの移動および該装置１２２内におけ
るトレーの移動は、該貯蔵／取出し装置にて個々のトレ
ーまたはトレ一群の位置を追跡する能力を有するような
仕方で指令され制御される。

ｉへ１１ 既述の最初から３つの段階と同時に、自動燃料棒製造装
置１０の残りの２つの段階、即ち密接に配列された管の
製造段階１８と燃料棒の製造および検査段階２０が実施
される。このようにすることにより、ペレットの処理が
完了する時点までに、管が製造され核燃料ペレットを挿
入することができる状態になり、それにより、燃料棒の
連続的な（調時された）組立ライン型式の製造を達成す
ることができる。燃料棒の管の製造に関係のあるステッ
プについてはこの項で説明し、他方、燃料棒の組立およ
び検査に関しては最後の項で説明することにする。

さて第４図および第８図を参照するに、管製造段階１８
は、ブロック１２６で示すように、管を貯蔵部から取出
して第８図に示す管位置割出し装置１２８に給付する時
に始まる。管位置割出し装置１２８は、この段階におけ
る種々な製造および検査に関する操作に管を移送する同
期移送装置である。この装置１２８においては、多数の
位置割出しユニットがこれらユニットを分離する移転／
送り装置と共に用いられる。移転／送り装置は、装置１
２８に休止期間を与え、それにより装置の利用可能性は
高められる。

先ず、正しいラベル（識別符号）を検証する自動画像識
別装置（図示せず）を用いて多管の連続番号を読取り、
管の全ての情報を追跡系に入力する。

そこで、装置１２８により管を第８図に示す検査ステー
ション１３０へと位置出しする。このステーション１３
０においては、第４図のブロック１３２に示すように、
管は、その内部が清浄であるか否かに関して検査される
。管が清浄でない場合には、動作が変更されて管は位置
割出しされない。その場合、管は、ステーション１３０
から清浄化ステーション１３４へと進み、このステーシ
ョンでは、第４図のブロック１３６で示すように、管清
浄装置が管の端（通常は下端部）と係合し、鎖管を掴み
、そして回転作用で、清浄化材料により端部を清浄にす
る。然る後、この清浄化材料もしくは媒体を集取用の缶
（こ廃棄し、清浄化装置のヘッドを引戻し、次のサイク
ルに備える。

斯くして管の下端部は、第８図に示す次の管栓塞ステー
ション１３８で端栓を受入れ得る状態になる。ステーシ
ョン１３８に移動した後に、管は、クランプにより把持
され、第４図のブロック１４０に示すように栓を管の端
部内に押し入れる。

次いで、栓塞された管を溶接ステーション１４２へと前
進させ溶接室内に挿入して第４図のブロック１４４に示
すように、管と栓との継ぎ目にガース溶接を行う、この
ガース溶接が完了すると、管は移転装置（図示せず）に
送られる。

溶接ステーション１４２とその次に来る下流側の検査場
所との間で、管は集められて、位置割出し装置１２８の
２つの移送ユニット間に途切れを形成する０次いで、移
転装置により、管は第８図に示す溶接の物理的性状検査
ステーション１４６へと進められ、そこで、第４図のブ
ロック１４８で示すように管の溶接ビームの直径および
表面変色に関して検査される。溶接の物理的性状検査後
、多管は、重量測定ステーション１５０に転送され、そ
こで管は、第４図のブロック１５２で示すように計量さ
れる。最後に、管溶接部は、第４図のブロック１５６で
示すように第８図のステーション１５４で超音波検査を
受ける。溶接が許容される場合には、管は、管務送手段
（図示せず）へと下流側に移送され、そこで軸方向に移
送されて燃料ペレットの装入を可能にする準備状態とな
る。

上端部溶接が許容されなかった管は、プロセスの流れか
ら取出されて、第４図のブロック１５８で示すように、
修理ステーション（図示せず）へと送られ、そこで管の
下端部は取外され、管は、上述の管製造操作サイクルを
再び受ける。

の１゛口お 自動化装置１０の第５番目である最終段階、即ち燃料棒
製造および検査段階２０においては、先行の段階１８で
製造された燃料棒の管と貯蔵／取出し装置１２２内に貯
蔵されていたペレットとを組合される。即ちＵＯ２燃料
ペレットを管内に装入し、次いでばねを挿入し、上部端
栓を挿入し、該上部端栓を管に溶接し、然る後に管の内
部を加圧し密閉する。これらは基本的な組立ステップで
ある。然る後に、複数の検査が行われる。尤も組立ステ
ップ間においても２，３の検査が介在的に行われる。管
位置決め割出し装置１６０において、同期移送装置は、
管を、種々な製造および検査動作を受けるように移送す
る。これら一連の動作は、装置１６０の移転装置により
分離されている。燃料棒は、異なった時間間隔で製造お
よび検査段階に集められて、それにより、位置割出し移
送装置間には途切れが生ずる。

先ず、製造された燃料棒の管は、アキシャルコンベヤ（
軸流コンベヤ）から、燃料棒製造位置割出し装置１６０
のサージコンベヤに送られる。２５本の管のような複数
本の管が累積されて、第８図のペレット装入テーブル１
６２上に移送され、そこで、第５図のブロック１６４に
示すように、振動性装入装置が作動されて、許容された
ペレットは管内に移動せしめられる。この場合、ペレッ
トは、貯蔵／取出し装置１２２から自動的にトレーによ
って装入テーブルへと送られて来る。ペレットはそこで
、トレーから装入テーブル上へと移されて管内に振動で
送り込まれる。

この装入動作に続いて、管（この段階では棒と称するこ
とができる）は移転部へと送られ、そこで順序正しく、
位置割出し装置１６０の棒位置割出し移送手段へと移送
される。この時点で、各棒番号が走査により読取られて
、追跡用ファイルに格納される。

第８図においてペレット装入に続く第１番目のステーシ
ョンは、プレナム測定ステーション１６６である。この
ステーション１６６においては、第５図のブロック１６
８で示すように、棒のプレナムが測定され、次いでプレ
ナムの測定結果に基づいてペレットを付は加えたり或い
は除去する。このプレナム調整後に、棒は、ブロック１
７２で示すようにステーション１７０でその重量を測定
されて、第５図のブロック１７６で示すようにステーシ
ョン１７４で棒の上端部を清浄化する。これは、棒の下
端部の清浄化動作と全く同様に行われる。然る後に、第
５図のブロック１８０で示すようにステーション１７８
でプレナムばねを各棒内に挿入し、然る後に第５図のブ
ロック１８４で示すように、第８図の栓塞ステーション
１８２において栓を棒の上端部に圧入し、棒内のばねを
圧縮する。

第５図のブロック１８８で示すように、ガース溶接ステ
ーション１８６で、プラグと棒の継ぎ目をガース溶接し
、次いで第５図のブロック１９２で示すように、ステー
ション１９０で棒内にヘリウムを加圧装填した後に、プ
ラグの端を密封溶接する。

ガース溶接前に、棒は寄集めちれて、同期動作には第２
の中断が介入する。再度、燃料棒の製造の完了後で検査
が開始される前に棒が寄集められて、同期動作には第３
の中断が介入する。然る後に、棒は、位置割出し装置１
６０の位置割出し移送手段に送られ、第５図のブロック
１９６で示すように、第８図の第１番目のステーション
１９４で溶接の物理的性状の検査が行われる。基本的に
、溶接ビードは、溶接領域の直径および変色に関して検
査される。第８図に示すようにシーケンスの次の段階で
、棒はブロック２０２および２０４でそれぞれ示すよう
に、各ステーション１９８および２００で超音波検査な
らびにＸ線蛍光検査を受ける。然る後に、第５図のブロ
ック２０８で示すようにステーション２０６において整
直性および長さに関し検査され、次いで第５図のブロッ
ク２１２で示すように、ステーション２１０で引っ掻き
傷やマークに関し管の表面の検査が行われる。

表面検査後、燃料棒は、位置割出し装置１６０の移送コ
ンベヤへと下流側に送られて、次いでガンマ走査ステー
ション２１４に送られる。第５図のブロック２１６で示
すように、燃料棒は自動的に、内部要素の存在、ペレッ
トスタックの連続性、濃縮度の確認およびプレナムの長
さに間して自動的に走査される。その結果は、追跡系に
入力される。第５図のブロック２２０で示すようにステ
ーション２１８におけるヘリウムの漏れ試験後、許容で
きる燃料棒は、ブロック２２２で示すように貯蔵部に送
られる。

何れかの検査作業で拒絶された棒は、識別されて、第５
図のブロック２２４で示すように処理領域に移送され、
そこで矯正がなされ、然る後に棒は燃料製造プロセスに
戻されるか或いはまた第５図のブロック２２６に示すよ
うに燃料棒サルベージ場所に送られる。

以上の説明から明らかなように、本発明の自動化装置１
０は、装置の重要な段階に余剰の容量もしくは能力を付
与することにより、専用連続（調時された）流れモード
作業で高い生産性もしくは生産率を達成することができ
る。この装置は、プロセスもしくは処理作業、品質管理
検査、改善された材料の流れならびに高い信頼性を統合
的に具備しており、その結果製造サイクル時間が減少さ
れる。また、本装置は、特定の核燃料物質の閉込めに関
し、改良された諸特徴を備えており、さらに、空気で連
行される物質の量を最小にすると共に職業上の被曝レベ
ルを減少する改善された通気を実現し、しかもこれらの
有利な特徴はルーチーン作業中に実現されるばかりでは
なく、保守作業中における閉込めをも容易にする。

本発明の特徴ならびにそれに伴う数多の利点は、上の説
明から理解されるであろう、なお、本発明の範囲から逸
脱することなくまたその実質的な利点を犠牲にすること
なく本発明の装置の形態、構造および配列に関し種々な
変更を加えることが可能であることは明らかである。し
たがって、ここに開示した実施例は単に好ましい例示的
な実施例と解釈すべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の自動化された燃料棒製造装置の主要
段階を示すと共に、本装置の各段階で用いられる処理ス
テップおよび設備を詳細に示す図面に関する情報を与え
る総合的ブロックダイヤグラム、第２図は自動燃料棒製
造装置の粉末調合および処理ならびにベレット製造段階
に含まれる処理ステップを詳細に示すフローチャート、
第３図は自動燃料棒製造装置のベレット処理段階に含ま
れる処理ステップを詳細に示すフローチャート、第４図
は自動燃料製造装置の管製湾段階に含まれる処理ステッ
プを詳細に示すフローチャート、第５図は自動燃料棒製
造装置の燃料棒製造および検査段階に含まれる処理ステ
ップを詳細に示すフローチャート、第６図は自動燃料棒
製造装置の粉末調合および処理ならびにベレット製造段
階で用いられる設備を若干簡略な形態で示す立面図、第
７図は図示を明瞭にするために支持構造を省略して第６
図の設備を示す頂面図、そして第８図は自動燃料棒製造
装置のベレット処理、管の製造および燃料棒製造ならび
に検査段階で用いられる装置もしくは設備を若干簡略な
形態で示す頂面図である。 １０・・・自動化装置、１２・・・粉末調合処理段階、
１４・・・ベレット製造段階、２４・・・蒸気化容器、
２８・・・ガス管路、３０・・・ロータリーキルン、３
６・・・検査ホッパ装置、４０．６０・・・空気圧移送
管路、４２・・・バルクブレンダ（混合装置）、４８・
・・移送管路偏向弁、５０・・・サイクロン（遠心分離
装置）、６２・・・ベレット製造装置、６６・・・圧縮
成形装置、６８・・・グラニユレータ、７６・・・ベレ
ットプレス、７８．８０・・・焼結ボート、８２・・・
コンベヤ、８４・・・装入端、８６・・・排出端、８８
・・・焼結炉、９ｏ・・・分岐コンベヤ、９２・・・往
復動カー、９４・・・ボート、９７・・・標本採取ステ
ーション、１０４・・・ベレット取出し装置、１０６・
・・研串装置、１１２・・・検査ステーション、１２０
・・・トレー移送装置、１２２・・・自動貯蔵／取出し
装置、１２８・・・管位置割出し装置、１３０・・・検
査ステーション、１３４・・・清浄化ステーション、１
３８・・・管栓塞ステーション、１４２・・・溶接ステ
ーション、１４６・・・溶接の物性検査ステーション、
１５０・・・重量測定ステーション、１６０・・・管位
置割出し装置、 １６２・・・ベレット装入テーブル、１６６・・・ブレ
ナム測定ステーション、１８２・・・栓塞ステーション
、１８６・・・ガース溶接ステーション、２１４・・・
ガンマ走査ステーション。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、核燃料棒自動製造装置において、放射性粉末調合お
   よび処理段が、 ａ）ガスの形態にある放射性物質を受けて該放射性物質
   を粉末の形態に転換する複数個のキルン装置と、 ｂ）該キルン装置から前記粉末を受けるように該キルン
   装置の各々と流れ連通関係で接続されている複数個の検
   査ホッパ装置であって、該複数個の検査ホッパ装置は、
   少なくとも１つの検査ホッパ装置が関連の１つのキルン
   装置から充填されている間、少なくとも他の１つの検査
   ホッパ装置が粉末を排出し、それにより、少なくとも１
   つの検査ホッパ装置から粉末が連続的に排出されるよう
   に、前記粉末を標本採取および検査のために保持し且つ
   該粉末を排出するように構成された複数個の検査ホッパ
   装置と、 ｃ）前記検査ホッパ装置と流れ連通関係で接続されて、
   該検査ホッパ装置から前記粉末を受けて該粉末を、核燃
   料の製造に適した放射性組成物に混合するための複数個
   の前記検査ホッパ装置よりも少ない数の混合装置と、 ｄ）前記混合装置の１つが充填されつつある間、他の混
   合装置から混合された粉末が排出され、それにより混合
   された粉末が前記混合装置から連続的に排出されて、次
   いで核燃料として使用するのに適した形態に製造される
   ように、前記複数の混合装置のうちの１つを一度に、前
   記検査ホッパ装置からの粉末で充填する弁手段とを備え
   てなる核燃料棒の自動製造装置。