JPS63246698A - 核燃料酸化物焼結体の製造方法 - Google Patents
核燃料酸化物焼結体の製造方法Info
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- JPS63246698A JPS63246698A JP62077557A JP7755787A JPS63246698A JP S63246698 A JPS63246698 A JP S63246698A JP 62077557 A JP62077557 A JP 62077557A JP 7755787 A JP7755787 A JP 7755787A JP S63246698 A JPS63246698 A JP S63246698A
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Glass Compositions (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は、核燃料に関し、特に、焼結特性にすぐれた核
燃料焼結体の製造方法に関する。
燃料焼結体の製造方法に関する。
原子炉に使用されている核燃料は、二酸化ウラン（ＵＯ
っ）、酸化プルトニウム等の成分から構成され、通常は
これら酸化物原料粉末を成形、焼結して得られる焼結ペ
レットとして用いられる。
っ）、酸化プルトニウム等の成分から構成され、通常は
これら酸化物原料粉末を成形、焼結して得られる焼結ペ
レットとして用いられる。
また、上記核燃料構成成分としては、通常、中性子吸収
物質として酸化ガドリニウム（Ｇｄ２０３）が添加され
る。
物質として酸化ガドリニウム（Ｇｄ２０３）が添加され
る。
従来、Ｇ ｄ ２０３入りＵＯっからなる核燃料焼結体
は、原料粉末を混合後、成形し、次いで還元雰囲気（主
にＨ２ガス）中で焼結を行って製造される。このような
方法で製造される焼結ペレットは、結晶粒径が通常２〜
３μｍの微細構造を有している。この値は、ＵＯっのみ
の焼結ペレットの値（１０〜２０μｍ）と比較すると、
非常に小さな値である。これはＧｄ２Ｏ３が、焼結時の
結晶粒成長を抑制していることに起因すると考えられる
。
は、原料粉末を混合後、成形し、次いで還元雰囲気（主
にＨ２ガス）中で焼結を行って製造される。このような
方法で製造される焼結ペレットは、結晶粒径が通常２〜
３μｍの微細構造を有している。この値は、ＵＯっのみ
の焼結ペレットの値（１０〜２０μｍ）と比較すると、
非常に小さな値である。これはＧｄ２Ｏ３が、焼結時の
結晶粒成長を抑制していることに起因すると考えられる
。
ところで、一般に核燃料の高燃度化に伴うペレット自体
の問題として、次の２点がある。１つは、ＦＰガス放出
率の増加による熱伝導率の低下であり、他の１つはスエ
リングの増加によるＰＣＩの増大である。この点ペレッ
トの平均結晶粒径が小さい程、クリープ速度は大きくな
るので、スエリングの増加によるＰＣＩの増大を軽減す
ることができる。しかし、−この場合、ＦＰガスの放出
に関しては、増加促進の方向へ働くため、これら双方を
同時に低減するのは極めて困難である。
の問題として、次の２点がある。１つは、ＦＰガス放出
率の増加による熱伝導率の低下であり、他の１つはスエ
リングの増加によるＰＣＩの増大である。この点ペレッ
トの平均結晶粒径が小さい程、クリープ速度は大きくな
るので、スエリングの増加によるＰＣＩの増大を軽減す
ることができる。しかし、−この場合、ＦＰガスの放出
に関しては、増加促進の方向へ働くため、これら双方を
同時に低減するのは極めて困難である。
本発明者らは、上記の点に管口して鋭意研究を行なった
結果、焼結を、特定の２種類の雰囲気中で２段階に分け
て行なうことによって、微細構造をもつＧｄ２Ｏ３入り
ＵＯ２ベレットの内部のみを選択的に結晶粒成長させる
ことができ、総合的には、外部は微細である為ＰＣＩ軽
減の方向へ働き、一方、内部はＦＰガスの放出率を低減
する方向に働くすぐれたペレットが得られることを見出
した。
結果、焼結を、特定の２種類の雰囲気中で２段階に分け
て行なうことによって、微細構造をもつＧｄ２Ｏ３入り
ＵＯ２ベレットの内部のみを選択的に結晶粒成長させる
ことができ、総合的には、外部は微細である為ＰＣＩ軽
減の方向へ働き、一方、内部はＦＰガスの放出率を低減
する方向に働くすぐれたペレットが得られることを見出
した。
本発明に係る核燃料焼結体の製造方法は上記知見に基づ
いてなされたものであり、より詳しくは、Ｕ０２粉末に
Ｇｄ２Ｏ３粉末を混合し、該混合物を成形したのちこれ
を焼結するに際して、まず第１段階としてＣＯ２ガス雰
囲気中で焼結し、次いで第２段階としてＨ２ガス中で焼
結することにより、外周部の平均結晶粒径が内部の平均
結晶粒径よりも小さい焼結体を得ることを特徴としてい
る。
いてなされたものであり、より詳しくは、Ｕ０２粉末に
Ｇｄ２Ｏ３粉末を混合し、該混合物を成形したのちこれ
を焼結するに際して、まず第１段階としてＣＯ２ガス雰
囲気中で焼結し、次いで第２段階としてＨ２ガス中で焼
結することにより、外周部の平均結晶粒径が内部の平均
結晶粒径よりも小さい焼結体を得ることを特徴としてい
る。
以下、本発明をさらに詳細に説明する。以下の記載にお
いて、量を表わす「％」は、特に断らない限り重量基鵡
である。
いて、量を表わす「％」は、特に断らない限り重量基鵡
である。
本発明の特徴は、Ｇｄ２Ｏ３人りＵＯっペレットの焼結
時にベレフトの内部のみ結晶粒成長を促進させることで
ある。結晶粒成長を促進する方法として、本発明におい
ては、Ｏ／Ｍ （Ｍ−Ｕ＋Ｇｄ）を２．１０以上で焼結
することを採用した。
時にベレフトの内部のみ結晶粒成長を促進させることで
ある。結晶粒成長を促進する方法として、本発明におい
ては、Ｏ／Ｍ （Ｍ−Ｕ＋Ｇｄ）を２．１０以上で焼結
することを採用した。
したがって、使用するＵＯっ粉末のＯ／Ｕ比は２．１０
〜２．２０の範囲が好ましい。
〜２．２０の範囲が好ましい。
上記ＵＯっ粉末を、最高１５％のＧｄ２Ｏ３粉末と混合
し、成形、焼結を行う。Ｏ／Ｍを２．１０以上に維持す
るためには、酸化性雰囲気が必要であるが、最初から最
後まで酸化性雰囲気を使用するとペレットの表面まで粒
成長を起こし、当トｎの内部のみ粒成長を起こすという
目的は達し得ない。
し、成形、焼結を行う。Ｏ／Ｍを２．１０以上に維持す
るためには、酸化性雰囲気が必要であるが、最初から最
後まで酸化性雰囲気を使用するとペレットの表面まで粒
成長を起こし、当トｎの内部のみ粒成長を起こすという
目的は達し得ない。
したがって、本発明では焼結を２段階に分けて行うこと
を特徴としている。第１段階では、空気を混合したＣＯ
２ガスを使用し、５００〜１０００℃の粒成長を起こさ
ない温度で１〜２時間保持し、ベレット表面から２〜３
ＩＩ１１程度の深さまで焼結を進行させる。その後、Ｈ
２雰囲気に切り換えて、１７００℃以上の温度まで、ク
ラックが発生しない程度の昇温速度で急上昇させる。
を特徴としている。第１段階では、空気を混合したＣＯ
２ガスを使用し、５００〜１０００℃の粒成長を起こさ
ない温度で１〜２時間保持し、ベレット表面から２〜３
ＩＩ１１程度の深さまで焼結を進行させる。その後、Ｈ
２雰囲気に切り換えて、１７００℃以上の温度まで、ク
ラックが発生しない程度の昇温速度で急上昇させる。
Ｈ２雰囲気に切り換えると同時に還元は開始されるが、
ペレット内部は外部の緻密質に保護されて還元が遅れる
。したがって内部は０／Ｍが高い状態で焼結が進行し、
粒成長が促進されるものと推定される。尚、最終的には
、還元と焼結が終了し、０／Ｍ−２，０の状態になる。
ペレット内部は外部の緻密質に保護されて還元が遅れる
。したがって内部は０／Ｍが高い状態で焼結が進行し、
粒成長が促進されるものと推定される。尚、最終的には
、還元と焼結が終了し、０／Ｍ−２，０の状態になる。
なお、Ｇｄ２Ｏ３の含有量が、１５９６を超えると、Ｃ
； ｄ ２０３の粒子成長抑制作用が大きくなり、ペレ
ット内部の粒成長効果が薄れるので好ましくない。
； ｄ ２０３の粒子成長抑制作用が大きくなり、ペレ
ット内部の粒成長効果が薄れるので好ましくない。
また、使用するＣＯ，倉荷ガス中の空気ｌ農度は０〜５
％の範囲であることが、混合ガス中の過剰酸素によるベ
レット表面の酸化またはベレット表面のＵＯっの蒸発を
防Ｉ卜する上で好ましい。
％の範囲であることが、混合ガス中の過剰酸素によるベ
レット表面の酸化またはベレット表面のＵＯっの蒸発を
防Ｉ卜する上で好ましい。
本発明の実施例に係る製造工程フローチャートを第１図
に示す。
に示す。
まず、Ｇ ｄ ２０３濃度が１０％となるようにＵＯ２
粉末と機械混合し、予備成長後造拉し、成形を行う。使
用するＵＯっ粉末のＯ／Ｕは、２６１０〜２，２０の範
囲である。これらの成形体をボートに入れ、ＣＯっと空
気の混合雰囲気内で２時間６００℃で保持する。その後
、Ｈ２に切り換え、９００℃／時間で昇温し、１７００
℃で４時間焼結を行う。
粉末と機械混合し、予備成長後造拉し、成形を行う。使
用するＵＯっ粉末のＯ／Ｕは、２６１０〜２，２０の範
囲である。これらの成形体をボートに入れ、ＣＯっと空
気の混合雰囲気内で２時間６００℃で保持する。その後
、Ｈ２に切り換え、９００℃／時間で昇温し、１７００
℃で４時間焼結を行う。
上記工程で焼結したベレットは、ペレット内部のみに粒
成長が見られ、結晶粒径は、第２図に示すように、ベレ
ットの表面付近１は通常の大きさく２〜３μｍ）であっ
たが、内部２は粒成長が見られ大きさは１０〜２０μｍ
であった。
成長が見られ、結晶粒径は、第２図に示すように、ベレ
ットの表面付近１は通常の大きさく２〜３μｍ）であっ
たが、内部２は粒成長が見られ大きさは１０〜２０μｍ
であった。
本発明の方法によれば、従来のＧｄ２Ｏ３入りＵ Ｏ２
焼結体の結晶粒径（２〜３μｍ）がＵＯ２のみの焼結体
の結晶粒径（１０〜２０μｍ）より小さいことによるク
リープ速度も増大に伴うＰＣＩの軽減という長所を積極
的に生かし、しかもペレット内部のみを選択的に粒成長
させることができるので、ＦＰガス放出率も大幅に減少
させることができる。
焼結体の結晶粒径（２〜３μｍ）がＵＯ２のみの焼結体
の結晶粒径（１０〜２０μｍ）より小さいことによるク
リープ速度も増大に伴うＰＣＩの軽減という長所を積極
的に生かし、しかもペレット内部のみを選択的に粒成長
させることができるので、ＦＰガス放出率も大幅に減少
させることができる。
第１図は製造工程を示すフローチャート、第２図は焼結
体ペレット断面組織の模式図である。 出願人代理人 佐 藤 −雄 第１図 第２図
体ペレット断面組織の模式図である。 出願人代理人 佐 藤 −雄 第１図 第２図
Claims (1)
- ＵＯ＿２粉末にＧｄ＿２Ｏ＿３粉末を混合し、該混合物
を成形したのちこれを焼結するに際して、まず第１段階
としてＣＯ＿２含有ガス雰囲気中で焼結し、次いで第２
段階としてＨ＿２ガス中で焼結することにより、外周部
の平均結晶粒径が内部の平均結晶粒径よりも小さい焼結
体を得ることを特徴とする核燃料酸化物焼結体の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62077557A JPS63246698A (ja) | 1987-04-01 | 1987-04-01 | 核燃料酸化物焼結体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62077557A JPS63246698A (ja) | 1987-04-01 | 1987-04-01 | 核燃料酸化物焼結体の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63246698A true JPS63246698A (ja) | 1988-10-13 |
Family
ID=13637315
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62077557A Pending JPS63246698A (ja) | 1987-04-01 | 1987-04-01 | 核燃料酸化物焼結体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63246698A (ja) |
-
1987
- 1987-04-01 JP JP62077557A patent/JPS63246698A/ja active Pending
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