JPS6227144B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、使用済み核燃料棒の貯蔵ラツク用放
射能遮へい材の製造方法に関する。 近年、使用ずみ核燃料棒の貯蔵ラツクにおける
放射能遮へい材に用いる優れた中性子吸収材料が
望まれている。この材料に要求される性質として
は第一に高い中性子吸収能であり、第二にラツク
が水中に浸漬されるため耐食性がある。さらに第
三として強さがあげられる。 従来の貯蔵ラツクにはオーステナイトステンレ
ス鋼製の間仕切りを使用しているが、その中性子
吸収能は3.2cm²／100ｇ程度であり、能力としては
全く不十分である。一方、B₄CとAlの複合板は
775cm²／100ｇという高い吸収能を持つが、材質が
もろく、曲げ加工が困難である（米国ブルツクス
パーキンス，ボラール（商品名））。そこでステン
レス鋼にＢを添加して中性子吸収能を増加させる
試みも見られるが、7.1原子量％（以下、at％と
いう）以上のＢ添加（中性子吸収能66cm²／100
ｇ）では圧延などの加工性が悪くなり、実用化が
困難である。これを解決しようとする観点からＢ
を含むステンレス鋼を粉末化し、それを焼結する
試みも見られるが、やはり加工性の問題から
19.4at％のＢ量が限度である（特開昭54―
96696）。また、これと同様な方法で、Ｂを含むス
テンレス鋼粉と含まないステンレス鋼粉を混合焼
結することにより、Ｂを含まないステンレス鋼部
分が加工性に有効に働き、総合量としてＢ量を
34at％まで高めることができる（同）。しかし、
この材料の組織はＢを含む部分と含まない部分が
はつきり分かれており、中性子吸収能が不均一で
あることが大きな問題となつている。また局部電
池が形成され、耐食性が低下するという問題も生
ずる。 このように粉末焼結法によつて製造された複合
材には均一性が欠ける他に、薄板化しにくいとい
う問題もある。 粉末焼結法以外の複合材の焼結法として、溶湯
に固体粉末を混合、分散した後、冷却させるもの
があるが、薄板化は困難である。また、粒子が冷
却過程において沈降又は浮上によつて分離する、
あるいは、凝固金属に偏析が生じやすいという問
題もある。 本発明の目的は上記従来の問題点を解決し、製
造された材料の均一性に優れ、かつ薄板製造も容
易な使用済み核燃料棒の貯蔵ラツク用放射能遮へ
い材の製造方法を提供することにある。 この目的を達成するために本発明は、ホウ素を
含む母相合金の溶湯中に、B₄C又はBNの少なく
とも一種よりなる中性子吸収能の高い粒子を混合
し分散させ、当該合金溶湯をノズル内に配置し、
当該ノズルより前記溶湯を回転ロール上に噴出し
急冷凝固させて、非晶質の母相中にB₄C又はBN
が分散した薄帯を製造することを特徴とする使用
済み核燃料棒の貯蔵ラツク用放射能遮へい材の製
造方法である。 急冷凝固する方法としては各種の方法が採用可
能であるが、その一つに回転体に溶湯を接触させ
る方法があり、本発明ではこれを使用する。この
方法は回転する円板や円筒の外側又は内側に溶融
金属を接触冷却凝固させるもので、冷却速度は約
10³〜10⁶K／Ｓと非常に速い。この方法は一般に
溶湯急冷法などと呼ばれ、得られる合金には従来
法によつて製造される合金における固溶限以上の
多量の元素を固溶させることができ、さらには靭
性と強度を兼ね備えた非晶質相にすることも可能
である。 本発明においては、母相金属として中性子吸収
能の高いもの（Ｂ濃度の高いもの）を用い、さら
に溶湯に分散させる粉末として中性子吸収能が母
相金属よりも高い物質（B₄C又はBNよりなる）
を用いて、中性子吸収用複合材を製造できる。こ
の方法によれば、母相に偏析等がないとともに、
固体粒子の分散性の高く、全体として極めて均一
で、かつ中性子吸収能も著しく高い複合材が得ら
れる。また、急冷凝固させるところから前述のよ
うに母相を非晶質にすることも可能である。特に
非晶質相のできる合金組成は、Ｂ，Ｃ，Siのよう
な半金属を約20at％含む共晶組成付近が多いた
め、融点が低く溶湯の濡れ性が良い。従つて、Ｂ
化合物のような粉末を固体状態で混合することが
容易であり、凝固後の分散組織においても分散粒
子と母相との界面が非常に密である。そのため、
引張強さは分散粒子の複合強化が働いて上昇する
という利点がある。また、母相が非晶質相の場
合、耐食性の面でも非晶質特有の高耐食性を示
す。すなわち、本発明によれば従来の非晶質合金
の利点を生かしながら、総量で非晶質合金以上の
Ｂ量を含む複合材料を作ることができる。 以下、本発明の実施例を第１表及び第１図によ
り説明する。本実施例に示した複合急冷合金は一
般に知られている単ロール急冷装置により作製し
た。すなわち、溶湯を高速に回転するロール上に
ノズルを通して高圧ガスにより噴出して薄板状に
急冷凝固させる方法である。本実施例では200mm
径の鋼製ロールを3000rpmで回転させた条件で急
冷し、ノズルには石英管を加工したものを用い
た。試料としてはあらかじめ母相組成の合金を溶
解後、粉砕したものと、300メツシユ以下の中性
子吸収能の高い高融点粉末物質を混合したものを
用意した。中性子吸収能の高い高融点粉末物質と
してはB₄C及びBNを用いた。これらをノズル内
に挿入し、高周波誘導加熱によつて加熱溶解し
た。ノズル内部には撹拌用のセラミツクス
（Al₂O₃）棒を取り付け、試料が溶解後撹拌し、で
きるだけ迅速に高圧Arガスにより噴出した。高
融点粉末物質は高周波誘導撹拌と撹拌棒により溶
湯中に混合されるため、急冷合金中には均一に分
散した。これら合金についての熱中性子吸収能、
引張強さ及び腐食を第１表に示す。これらの急冷
複合合金の母相はいずれも非晶質相であつた。腐
食試験は80℃純水中に2400時間浸漬した試料表面
での銹の発生有無を調べる方法により行つた。な
お粉末物質添加量は母相に対する重量％である。
No.１及び７合金は粉末物質を添加してない非晶質
相で中性子吸収能及び腐食に優れた合金である。
その合金にB₄CあるいはBNを複合させたNo.２〜
６及びNo.８〜９合金の中性子吸収能はB₄Cあるい
はBNの添加量と共に増大し、引張強さも同様に
増加する傾向が見られる。特にNo.５合金は中性子
吸収能で従来材の10倍近く、複合しない母相合金
に比べ２倍以上という非常に優れた効果を示し
た。 第１図は複合物質B₄Cの添加量による
Ni₆₀Cr₇.₅P₂.₅B₃₀合金の引張強さの変化を示した
ものである。第１表からも判るように複合合金の
引張強さは添加した粉末物質の量の増加に伴い増
大し、複合の効果が引張強さにおいても有効であ
ることが分かる。しかし、添加量を増加しすぎる
と複合物質の凝集が見られ分散粒子が粗大化し、
分散の均一度も低下する。それにより引張強さも
低下するので複合物質の添加量は25％以下とする
のが好ましい。

【表】 以上説明した通り本発明によれば、中性子吸収
能に優れ、均一性に優れた使用済み核燃料棒の貯
蔵ラツク用放射能遮へい材を製造することができ
る。また薄板製造も容易であるとともに、母相金
属の非晶質化も可能であり耐食性を向上できる。
さらに、母相金属の組織を微細なものとし、高強
度とすることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図はB₄C含有量と引張強度との関係を表わ
すグラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ホウ素を含む母相合金の溶湯中に、B₄C又は
   BNの少なくとも一種よりなる中性子吸収能の高
   い粒子を混合し分散させ、当該合金溶湯をノズル
   内に配置し、当該ノズルより前記合金溶湯を回転
   ロール上に噴出し急冷凝固させて、非晶質の母相
   中にB₄C又はBNが分散した薄帯を製造すること
   を特徴とする使用済み核燃料棒の貯蔵ラツク用放
   射能遮へい材の製造方法。 ２ 前記B₄C又はBNの少なくとも一種よりなる
   中性子吸収能の高い粒子の混合量は、重量比にお
   いて、25％以下であることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の使用済み核燃料棒の貯蔵ラツ
   ク用放射能遮へい材の製造方法。