JPS62133352A - 核燃料酸化物の酸素対金属原子数比の測定方法 - 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】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、核燃料酸化物の酸素対金属原子数比（以下
０／Ｍ比と略記する）を精度よく測定するための方法に
関するものである。

〈従来の技術〉 ウラン酸化物、プルトニウム酸化物、トリウム酸化物等
における核燃料酸化物のＯ／Ｍ比は熱伝導度、クリープ
速度、核分裂生成物の拡散。

電気伝導度、自己拡散等に影響を及ぼす重要な物性であ
り、核燃料酸化物の価値を決定するといっても過言では
ない。

例えばＭがＵ（ウラン）の場合で説明すると、クリープ
速度はＯ／Ｕ比によって異なり、０／Ｕ比が大きい程そ
の値は大きい。モしてＯ／ｌＪ比が大きい程電気伝導度
は大きく、またその活性エネル廖−は小さくなることが
知られている。

またＯ／Ｕ比が大きい程、溶融あるいは■結晶ｄＴは熱
伝導積分といわれているものであって、ｋ　（Ｔ）は温
度Ｔにおける熱伝導度、Ｔ、は燃料要素の表面温度、Ｔ
ｏは燃料要素の中心温度である。

核燃料酸化物のＯ／Ｍ比の測定方法としては、格子定数
より酸化物中の酸素量を求めるＸ線回折法や、酸化還元
反応による酸素の増減を天秤を用いて測定する重は法等
が従来から採用されている。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら、上述したごとき従来の方法はいずれも核
燃料酸化物の物性から間接的に酸素量を測定するもので
あるため、測定誤差が大きいだけでなく、解析、測定に
多くの時間が必要となるという欠点があった。

そこでこの発明は、核燃料酸化物中の酸素を直接定量で
きるために測定精度が高く、しかも測定時間が短縮でき
て能率よく行なうことができる核燃料酸化物のＯ／Ｍ比
を測定する方法を提供することを目的としてなされたも
のである。

〈問題点を解決するための手段〉 すなわちこの発明によれば、先ず核燃料酸化物を金属フ
ラックスとともに黒鉛るつぼに入れ、アルゴンまたはヘ
リウム等の不活性ガスの還元雰囲気で加熱溶融上しめる
。このときの還元反応により酸化物から酸素が生成する
が、この酸素は黒鉛るつぼの炭素と直ちに反応して一酸
化炭素となる。従って、発生してくる一酸化炭素を正確
に定量することによって酸素量を綿出し、ざらにこの酸
素量から核燃料酸化物のＯ／Ｍ比を算出することができ
る。

核燃１３１　Ｍ化物に混合する金属フラックスとしては
鉄あるいはスズ等の金属粉末が使用される。

かような金属フラックスの使用によって核燃料酸化物の
溶融温度を低下させるとともに溶融を均一にすることが
できる。

また−酸化炭素の定量には、−酸化炭素の赤外吸収を利
用した非分散赤外線ガス分析計、あるいは不活性ガスか
らなるキャリアガスと一酸化炭素との熱伝導度の差を利
用した熱伝導度検出器等が好ましく使用できる。

〈実施例〉 添付図面はこの発明の方法を実施するだめの装置の好ま
しい例を示すものでおる。参照番号１は、内部に黒鉛る
つぼ２を配置したガス抽出炉でおり、加熱装置（図示せ
ず）によって黒鉛るつぼ２の内容物を溶融できるように
なっている。加熱装置としては、高周波加熱装置あるい
は黒鉛るつぼを抵抗とする抵抗加熱型定電圧電源等が使
用できる。

核燃料酸化物例えば二酸化ウランと金属フラックス例え
ば鉄粉末の混合物を黒鉛るつぼ２内に入れたのち、不活
性ガス例えばアルゴンをガス抽出炉内に導入し、アルゴ
ン雰囲気でるつぼ２内の混合物を加熱溶融する。このと
きの核燃料酸化物溶融温度は、前述したように金属フラ
ックスを添加することにより低下させることができる。

例えば二酸化ウラン単独の場合には約２８５０’Ｃに加
熱しないと溶融しないのに対し、これに金属フラックス
を混合することにより約２５００’Ｃ位から溶融し始め
る。

酸化物と金属フラックスの溶融に伴う還元反応により、
酸化物から酸素が生成するが、アルゴンの還元雰囲気の
ため、生成した酸素は黒鉛るつぼ２の炭素と直ちに反応
して一酸化炭素となる。このときの反応は下記反応式に
より表わすことができる： ＭＯ２＋フラックス＋２Ｃ（黒鉛るつぼの炭素〕還元反
応 Ｍ・フラックス＋２ＣＯ ここでＭＯ２は核燃料酸化物、フラツクスは鉄。

スズ等の粉末金属フラックス、Ｃは炭素、ＣＯは一酸化
炭素を表わす。

かくして生成した一酸化炭素をアルゴンとともにガス抽
出炉１からダストフィルター７を通したのち例えば非分
散赤外線ガス分析計のごとき一酸化炭素定量装置３へ導
き、ここでアルゴン中の一酸化炭素を正確に定量測定し
、必要ならば記録訓４にて測定値を記録する。−酸化炭
素定量装置３から排出された一酸化炭素とアルゴンとの
混合気体はガス流ｉ計５を通って外部へ放出される。

ここでガス流伍計５はキャリアガス（不活性ガス）流星
が一定に保たれているかどうかを藷視するための一助と
して設けられたものである。

なお、前記混合気体の外部への放出に際しては、照射前
の試料（例えば照射前のＵＯ２試利）の分析の場合には
、酸素は放射化されていないため、ダストフィルター７
を設けておく程度でよい。しかし、照射流試料の分析の
場合は、ＦＰガス（核分裂生成物ガス）を含んでいたり
、含有酸素が放射化されている可能性があるので十分な
フィルタ一対策（例えばＨＥＰＡフィルターや活性炭フ
ィルターの使用）が必要である。

そして、Ｐ　ｕ　０２−　ＬＩ０２の混合酸化物の試料
のＯ／Ｍ比測定を行なう場合は、図中点線で示したグロ
ーブボックス、オープンポートボックス内にガス抽出炉
１および一酸化炭素量ＣＣｏ３等を設置するようにする
。

なお、参照番号６は一酸化炭素量ＣＣｏ３の校正を行な
う際に用いる標準ガス発生器を示す。

すなわち、−酸化炭素濃度が既知の一酸化炭素／不活性
ガス混合気体を標準ガスとして発生器６から一酸化炭素
定ｉ装置３へ予め流し、このときの定量装置３の応答指
針データをグラフ化してその直線性を調べて校正に供す
る。

−酸化炭素定量装置３で測定された一酸化炭素量ＣＣｏ
（重量％）に基づき、下記（１）式によって酸素化Ｃ８
（型組％）が算出できる：ここでＷ。は酸素の原子量、
Ｗｏは炭素の原子量を表わす。

（１）式で得られた酸素ｆｆ１ｃ。から、下記（′２Ｊ
式によってＯ／Ｍ比Ｒを求めることができる：１ｏｏ−
ｃＷ。

ここでＷＨは酸化物ＭＯ２における金属原子Ｍの平均原
子量を表わす。

なお、上記（１）および（２）式をデータ処理装置（図
示せず）にプログラム化してあき、−１化炭素定量装置
３での定ｉ値をデータ処理装置に入力することによって
、自動的にＯ／Ｍ比を算出することも可能である。

さらには、多数の黒鉛るつぼに各々測定すべき種々の核
燃料酸化物試料と金属フラックスとの混合物を予め入れ
ておき、これらのるつぼをターンテーブルに載置して一
試験ごとにターンテーブルが回転して順次るつぼがガス
抽出炉に供給されるようにすれば、測定の連続化、自動
化が可能となる。

〈発明の効果〉 以上説明したようにこの発明によれば、核燃料酸化物中
の酸素全量を抽出して直接測定することができ、その結
果、従来のＯ／Ｍ比測比法定法べて測定精度を向上させ
ることができる。

また、核燃料酸化物試料の溶融−一酸化炭素のの生成一
定量までの操作を約１０分間／１試利で行なうことがで
き、従来の約７時間〜１日／１試料に比べて測定時間が
飛躍的に短縮できる。

ざらに核燃料酸化物試料の採取ｍｌも約０．１〜０．５
ｇ程度でよく、従来の１／１０〜１／２に低減できる。

測定時間の短縮と試料採取量の低減により、核燃料取扱
いに伴う被曝線但を減少できるという効果もおる。

なお、この発明の方法は核燃料酸化物の酸素ｉやＯ／Ｍ
比を測定するに際して特に効果的に適用することができ
るが、各種酸化物中の酸素けやＯ／Ｍ比を測定する場合
にも応用することができるものである。

【図面の簡単な説明】

添付図面はこの発明の方法を実施するための装置の溝成
例を示す説明図である。 １・・・ガス抽出炉、２・・・黒鉛るつぼ、３・・・−
開化炭素定量装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、核燃料酸化物と金属フラックスとを黒鉛るつぼに入
   れ、不活性ガス還元雰囲気で加熱して溶融せしめ、発生
   してくる一酸化炭素を定量することにより酸素量を算出
   し、この酸素量から核燃料酸化物の酸素対金属原子数比
   を算出することを特徴とする核燃料酸化物の酸素対金属
   原子数比の測定方法。