JPS63252291A - 核燃料焼結体の製造方法 - Google Patents
核燃料焼結体の製造方法Info
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- JPS63252291A JPS63252291A JP62086579A JP8657987A JPS63252291A JP S63252291 A JPS63252291 A JP S63252291A JP 62086579 A JP62086579 A JP 62086579A JP 8657987 A JP8657987 A JP 8657987A JP S63252291 A JPS63252291 A JP S63252291A
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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
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Ceramic Products (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、燃料特性にすぐれた核燃料焼結体の製造方法
に関する。
に関する。
一般に原子炉に使用される核燃料は二酸化ウラン（ＵＯ
２）等の金属酸化物を構成成分として、この粉末を粉砕
、造粒あるいは混合後、成形し、更に、還元性雰囲気で
焼結し焼結体ペレットとして使用される。また、従来、
気孔形成剤として炭素、酸素、水素、窒素のうちいずれ
かを構成元素として含む何機化合物や、あるいは混合す
るＵＯっ粉末と同じ濃縮度を宜する八三酸化ウラン（Ｕ
３Ｏ ｇ ）をＵＯっ粉末に混合してから成形ならび
に焼結を行う方法も知られている。ところで、一般にこ
の気孔形成剤によって生成されたペレット中の気孔は、
ペレットが原子炉中で燃焼する際に発生する気体状核分
裂生成物（ＦＰガス）をその部分に溜めペレット外に放
出しないようにする為に用いられるものである。
２）等の金属酸化物を構成成分として、この粉末を粉砕
、造粒あるいは混合後、成形し、更に、還元性雰囲気で
焼結し焼結体ペレットとして使用される。また、従来、
気孔形成剤として炭素、酸素、水素、窒素のうちいずれ
かを構成元素として含む何機化合物や、あるいは混合す
るＵＯっ粉末と同じ濃縮度を宜する八三酸化ウラン（Ｕ
３Ｏ ｇ ）をＵＯっ粉末に混合してから成形ならび
に焼結を行う方法も知られている。ところで、一般にこ
の気孔形成剤によって生成されたペレット中の気孔は、
ペレットが原子炉中で燃焼する際に発生する気体状核分
裂生成物（ＦＰガス）をその部分に溜めペレット外に放
出しないようにする為に用いられるものである。
しかしながら、従来の焼結体ペレットにおいては、これ
ら気孔のペレット内分布は、単にペレット内で空間的に
均一な分布をする様に製造されるものでしかないもので
あり、ＦＰガスの放出量の低減効果の点では必ずしも充
分満足のいくものではないという聞届点がある。
ら気孔のペレット内分布は、単にペレット内で空間的に
均一な分布をする様に製造されるものでしかないもので
あり、ＦＰガスの放出量の低減効果の点では必ずしも充
分満足のいくものではないという聞届点がある。
本発明は、ＦＰガスのペレット内気孔中への捕捉性を高
めてペレット外へのＦＰガスの放出量の更なる低減化を
図ることによって燃焼特性にすぐれた核燃料焼結体を製
造する方法を提供することを目的としている。
めてペレット外へのＦＰガスの放出量の更なる低減化を
図ることによって燃焼特性にすぐれた核燃料焼結体を製
造する方法を提供することを目的としている。
上記目的を達成するため本発明に係る核燃料焼結体の製
造方法は、（イ）核燃料用金属酸化物粉末と、（ロ）前
記（イ）より酸化状態が高く、かつ、濃縮度の高い核燃
料用金属酸化物粉末との混合物からなる核燃料原料粉末
を成形し、さらにこの成形体を還元性雰囲気中で焼結す
ることを特徴としている。
造方法は、（イ）核燃料用金属酸化物粉末と、（ロ）前
記（イ）より酸化状態が高く、かつ、濃縮度の高い核燃
料用金属酸化物粉末との混合物からなる核燃料原料粉末
を成形し、さらにこの成形体を還元性雰囲気中で焼結す
ることを特徴としている。
核燃料酸化物粉末、特にＵＯっ粉末にこれと同一の濃縮
度を有するＵ３Ｏ８を添加混合して成形し、還元性雰囲
気で焼結すると成形体中に空間的に実用上均一に分布し
たＵ３Ｏ８が焼結中にＵＯ２に還元されると共にその体
積を減じて微小な気孔が生ずることは既に知られている
（たとえば、Ｈ，Ｈ，Ｄａｖｉｓ ａｎｄ Ｌ、Ｊ、Ｐ
ｅｒｒｃｌｌ：ＭＩＣＲＯ３ＴＲＵＣＴＬＩＲ−ＥＳ
ＯＦ Ａｓ−ＰＡＢＲＩＣＡＴＥＤ ＵＯ２ＦＵＥＬ
ＰＥＬＬＥＴＳ；Ｃａｒａａ＋ｉｃＭｉｃｒｏｓｔｒｕ
ｃｔｕｒｅｓ ’ ７Ｂ（１９７８年））。そして、二
′ のようにして生成した気孔によって、ペレットが原
子炉中で燃焼する際に発生するＦＰガスがペレット内を
拡散して捕捉され、これによってペレット外へのＦＰガ
スの放出が防止されるということも知られている。
度を有するＵ３Ｏ８を添加混合して成形し、還元性雰囲
気で焼結すると成形体中に空間的に実用上均一に分布し
たＵ３Ｏ８が焼結中にＵＯ２に還元されると共にその体
積を減じて微小な気孔が生ずることは既に知られている
（たとえば、Ｈ，Ｈ，Ｄａｖｉｓ ａｎｄ Ｌ、Ｊ、Ｐ
ｅｒｒｃｌｌ：ＭＩＣＲＯ３ＴＲＵＣＴＬＩＲ−ＥＳ
ＯＦ Ａｓ−ＰＡＢＲＩＣＡＴＥＤ ＵＯ２ＦＵＥＬ
ＰＥＬＬＥＴＳ；Ｃａｒａａ＋ｉｃＭｉｃｒｏｓｔｒｕ
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′ のようにして生成した気孔によって、ペレットが原
子炉中で燃焼する際に発生するＦＰガスがペレット内を
拡散して捕捉され、これによってペレット外へのＦＰガ
スの放出が防止されるということも知られている。
しかしながら、本発明者の知見によれば、上記のような
方法で得られる焼結体はＦＰガスの放出防止効果の点で
は必ずしも満足のいくものではない。本発明者は、焼結
体原料として、ＵＯ２粉末に、更にこれよりも高い濃縮
度を有するＵ３Ｏ８粉末を混合したものを用いることに
より、焼結体の気孔形成状態を、ＦＰガスの放出を防止
する上で最適な状態にできることを見い出したものであ
る。
方法で得られる焼結体はＦＰガスの放出防止効果の点で
は必ずしも満足のいくものではない。本発明者は、焼結
体原料として、ＵＯ２粉末に、更にこれよりも高い濃縮
度を有するＵ３Ｏ８粉末を混合したものを用いることに
より、焼結体の気孔形成状態を、ＦＰガスの放出を防止
する上で最適な状態にできることを見い出したものであ
る。
以下、本発明を更に詳細に説明する。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準であ
る。
て、量を表わす「％」は特に断らない限り重量基準であ
る。
本発明で用いられる核燃料用粉末としては、二酸化ウラ
ン粉末（ＵＯ２）があげられ、この粉末の粒径は混合前
において約１０〜８００μｍ程度の範囲が好ましい。
ン粉末（ＵＯ２）があげられ、この粉末の粒径は混合前
において約１０〜８００μｍ程度の範囲が好ましい。
本発明で好ましく用いられる、酸化状態の高い核燃料用
粉末としては、へ三酸化ウラン粉末（Ｕ３Ｏ８）があげ
られ、この粉末の濃縮度は、混合するＵｏ２粉末の濃縮
度より高いものとすることが肝要である。またこの粉末
の粒径は、混合前において少くとも１５０μｍ以下、で
きれば４４μｍ以下であることが好ましく、またこの粉
末の添加量は、通常０％を超え２０％以下の範囲が好ま
しい。添加率が低い分についてはペレット製造技術上の
問題は無いが、本発明の効果をより発現させるためには
添加率は上記範囲において高い方がより好ましい。
粉末としては、へ三酸化ウラン粉末（Ｕ３Ｏ８）があげ
られ、この粉末の濃縮度は、混合するＵｏ２粉末の濃縮
度より高いものとすることが肝要である。またこの粉末
の粒径は、混合前において少くとも１５０μｍ以下、で
きれば４４μｍ以下であることが好ましく、またこの粉
末の添加量は、通常０％を超え２０％以下の範囲が好ま
しい。添加率が低い分についてはペレット製造技術上の
問題は無いが、本発明の効果をより発現させるためには
添加率は上記範囲において高い方がより好ましい。
ただし、２０％を超えると、焼結後研削したペレットの
表面に荒れが生じ、表面粗さ並びに外観上不良となるの
で好ましくない。
表面に荒れが生じ、表面粗さ並びに外観上不良となるの
で好ましくない。
また、本発明において「濃縮度」とは、 Ｕと Ｕ
のｆｆ１Ｒに対する２３５Ｕの重量割合、即ち、を意味
する。
のｆｆ１Ｒに対する２３５Ｕの重量割合、即ち、を意味
する。
本発明においては、上記Ｕ３Ｏ８の濃縮度とがＵＯ２の
濃縮度の差が大きい程その効果は大であるが、前者が後
者よりも０．１〜４％高いことが濃縮度公差並びに濃縮
ウラン調達の点で好ましい。
濃縮度の差が大きい程その効果は大であるが、前者が後
者よりも０．１〜４％高いことが濃縮度公差並びに濃縮
ウラン調達の点で好ましい。
Ｕ３Ｏ８添加量と混合粉末の濃縮度との関係は、ＵＯ２
粉末の濃縮度をＡ％、混合比率を０％、Ｕ含有率をＥ％
としＵ３Ｏ８の濃縮度をＢ％、混合比率をＤ％、Ｕ含有
率をＦ％とすると、（Ｃ＋Ｄ−１００）、混合粉末の濃
縮度に％は、Ｋ−（ＡφＣ・Ｅ十Ｂ書Ｄ−Ｆ） ／ （
Ｃ−Ｅ＋Ｄ−Ｆ）％となる。
粉末の濃縮度をＡ％、混合比率を０％、Ｕ含有率をＥ％
としＵ３Ｏ８の濃縮度をＢ％、混合比率をＤ％、Ｕ含有
率をＦ％とすると、（Ｃ＋Ｄ−１００）、混合粉末の濃
縮度に％は、Ｋ−（ＡφＣ・Ｅ十Ｂ書Ｄ−Ｆ） ／ （
Ｃ−Ｅ＋Ｄ−Ｆ）％となる。
具体的には、通常、ＵＯっ粉末のＵ含有率は約８７．８
％であり、Ｕ３Ｏ８粉末のＵ含有率は約８４．８９６で
ある。また、Ｕ３Ｏ８粉末の添加量、即ち混合比率を１
０％とし、その濃縮度を４．００％とすると、これと濃
縮度３．００％のＵＯ２粉末（混合比率９０％）とを従
来公知のボールミル、ブレンダー等の乾式混合装置で混
合を行った場合、混合粉末の濃縮度は結局３．１０％と
なる。
％であり、Ｕ３Ｏ８粉末のＵ含有率は約８４．８９６で
ある。また、Ｕ３Ｏ８粉末の添加量、即ち混合比率を１
０％とし、その濃縮度を４．００％とすると、これと濃
縮度３．００％のＵＯ２粉末（混合比率９０％）とを従
来公知のボールミル、ブレンダー等の乾式混合装置で混
合を行った場合、混合粉末の濃縮度は結局３．１０％と
なる。
次いで、このようにして得られた混合粉末（核燃料原料
粉末）を、常法に従い、所望形状の成形機の金型中に装
入し、例えば１〜４Ｌｏｎ／ｃ＋ｎ２程度の圧力で成形
して、二酸化ウランの理論密度である１０．９５ｇ／ｃ
ｃの４０〜６０％ＴＤの成形体を得る。次いで、この成
形体を水素または分解アンモニアガス等の還元性ガス雰
囲気中において、例えば約１６００〜１８００℃で約１
〜１０時間焼結する。
粉末）を、常法に従い、所望形状の成形機の金型中に装
入し、例えば１〜４Ｌｏｎ／ｃ＋ｎ２程度の圧力で成形
して、二酸化ウランの理論密度である１０．９５ｇ／ｃ
ｃの４０〜６０％ＴＤの成形体を得る。次いで、この成
形体を水素または分解アンモニアガス等の還元性ガス雰
囲気中において、例えば約１６００〜１８００℃で約１
〜１０時間焼結する。
得られた焼結体は、例えば所望の直径に研削し、これを
燃焼被覆中に充填し、不活性ガスに置換して封入し、燃
料棒として原子炉の運転に供する。
燃焼被覆中に充填し、不活性ガスに置換して封入し、燃
料棒として原子炉の運転に供する。
上記のような方法で製造された燃料ペレットは、ペレッ
ト中の気孔並びに２３５Ｕの濃度の空間的な分布が実質
的に均一であるばかりでなく、微視的には２３５Ｕ原子
濃度が高い部分に気孔が偏在して存在する為に、ＦＰガ
スが気孔に捕捉されやすくなり、彼覆管とペレットとの
間のギャップ熱伝達の低下を効果的に防（卜することが
でき、これによって燃料特性の向上を図ることができる
。
ト中の気孔並びに２３５Ｕの濃度の空間的な分布が実質
的に均一であるばかりでなく、微視的には２３５Ｕ原子
濃度が高い部分に気孔が偏在して存在する為に、ＦＰガ
スが気孔に捕捉されやすくなり、彼覆管とペレットとの
間のギャップ熱伝達の低下を効果的に防（卜することが
でき、これによって燃料特性の向上を図ることができる
。
上記の様なすぐれた効果が発現する理由は必ずしも明ら
かではないが、次の様に考えることができる。
かではないが、次の様に考えることができる。
すなわち、ＵＯ２粉末よりも高い濃縮度のＵ３Ｏ８粉末
をＵＯっ粉末に添加混合し、成形したのち還元雰囲気で
焼結すると、粉末混合時にＵ３Ｏ８はＵＯ２中に均一に
分布し、焼結後生底する気孔は空間的に実用上均一に分
布し、また濃縮度も空間的に実用上均一となると共に気
孔はＵ３Ｏ８が存在していた部分に形成されるわけだか
ら、局所的に濃縮度の高い、即ち、 Ｕ濃度の高い部
分に気孔が形成されることになる。一方、同−中性子束
分布中にペレットがさらされた場合、ＦＰガス発生量は
その濃度に比例して高くなるわけだから、ＦＰガスの発
生量の多い部位に気孔が形成されていることになる。す
なわち、ペレット全体として考えると、上記方法で製造
した場合と、従来公知の方法、即ち、ＵＯ粉末とＵ３Ｏ
８粉末の濃縮度を同じくして製造した場合とを比較する
と、ペレット内に形成される気孔の数や体積は同一で、
また空間的分布は同一であっても、上記本発明の方法で
得られたペレットは比較的にＦＰガスの発生量が多い局
所に気孔が配置しているため、ＦＰガスの気孔への捕捉
性が極めて良好になるものと考えられる。
をＵＯっ粉末に添加混合し、成形したのち還元雰囲気で
焼結すると、粉末混合時にＵ３Ｏ８はＵＯ２中に均一に
分布し、焼結後生底する気孔は空間的に実用上均一に分
布し、また濃縮度も空間的に実用上均一となると共に気
孔はＵ３Ｏ８が存在していた部分に形成されるわけだか
ら、局所的に濃縮度の高い、即ち、 Ｕ濃度の高い部
分に気孔が形成されることになる。一方、同−中性子束
分布中にペレットがさらされた場合、ＦＰガス発生量は
その濃度に比例して高くなるわけだから、ＦＰガスの発
生量の多い部位に気孔が形成されていることになる。す
なわち、ペレット全体として考えると、上記方法で製造
した場合と、従来公知の方法、即ち、ＵＯ粉末とＵ３Ｏ
８粉末の濃縮度を同じくして製造した場合とを比較する
と、ペレット内に形成される気孔の数や体積は同一で、
また空間的分布は同一であっても、上記本発明の方法で
得られたペレットは比較的にＦＰガスの発生量が多い局
所に気孔が配置しているため、ＦＰガスの気孔への捕捉
性が極めて良好になるものと考えられる。
実施例１
原料となるＵＯ２粉末は濃縮度２．００％でＵ％が８７
．７％のもの４５０ｇをあらかじめふるいがげにより粒
径を７２０μｍ以下に揃えておく。
．７％のもの４５０ｇをあらかじめふるいがげにより粒
径を７２０μｍ以下に揃えておく。
一方、Ｕ３Ｏ８粉末は焼結体を大気中５００℃１時間で
酸化させ、ふるいかけにより粒径を４４μｍ以下に揃え
た濃縮度３．９０％でＵ％が８４．８％のもの２５ ｇ
を用いる。
酸化させ、ふるいかけにより粒径を４４μｍ以下に揃え
た濃縮度３．９０％でＵ％が８４．８％のもの２５ ｇ
を用いる。
両粉末を回転式混合器で均一に混合した後、成形圧力２
Ｔｏｎ／ｃｊで成形後、水素雰囲気中１７５０℃で３時
間焼結し研削を行う。
Ｔｏｎ／ｃｊで成形後、水素雰囲気中１７５０℃で３時
間焼結し研削を行う。
得られたペレットは濃縮度２．１０％であり、内部に１
０〜４０μｍ程度の大きさをもつ気孔が均一に形成され
た。
０〜４０μｍ程度の大きさをもつ気孔が均一に形成され
た。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、（イ）核燃料用金属酸化物粉末と、（ロ）前記（イ
）より酸化状態が高く、かつ、濃縮度の高い核燃料用金
属酸化物粉末との混合物からなる核燃料原料粉末を成形
し、さらにこの成形体を還元性雰囲気中で焼結すること
を特徴とする、核燃料焼結体の製造方法。 ２、前記（イ）の核燃料用金属酸化物粉末が、２酸化ウ
ラン（ＵＯ＿２）である、特許請求の範囲第１項の製造
方法。 ３、前記（ロ）の核燃料用金属酸化物が ＵＯ＿２より濃縮度の高い八三酸化ウラン （Ｕ＿３Ｏ＿８）からなる、特許請求の範囲第２項の製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62086579A JPH0634056B2 (ja) | 1987-04-08 | 1987-04-08 | 核燃料焼結体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62086579A JPH0634056B2 (ja) | 1987-04-08 | 1987-04-08 | 核燃料焼結体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63252291A true JPS63252291A (ja) | 1988-10-19 |
| JPH0634056B2 JPH0634056B2 (ja) | 1994-05-02 |
Family
ID=13890916
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62086579A Expired - Fee Related JPH0634056B2 (ja) | 1987-04-08 | 1987-04-08 | 核燃料焼結体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0634056B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014529738A (ja) * | 2011-08-22 | 2014-11-13 | コミッサリアア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ | 多孔性核燃料の製造方法 |
-
1987
- 1987-04-08 JP JP62086579A patent/JPH0634056B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014529738A (ja) * | 2011-08-22 | 2014-11-13 | コミッサリアア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ | 多孔性核燃料の製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0634056B2 (ja) | 1994-05-02 |
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