JPH01239385A

JPH01239385A - 溶融槽

Info

Publication number: JPH01239385A
Application number: JP6334488A
Authority: JP
Inventors: Eiichi Nishimura; 榮一西村; Ietsugu Sekine; 関根　家継; Kazumichi Suzuki; 鈴木　一道
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1988-03-18
Filing date: 1988-03-18
Publication date: 1989-09-25
Anticipated expiration: 2012-02-26
Also published as: JP2585352B2

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〕本発明は溶融槽に係り、例えばレーザーウラン濃縮装置
に好適な溶融槽に関する。

〔従来の技術〕

第５図にレーザーウラン濃縮の概要を示す。

レーザーによるウラン濃縮では、ルツボ溶融槽１１に天
然金属ウラン１を装荷し、電子銃１０からの電子ビーム
９により金属ウラン蒸気８を発生させる。発生したウラ
ン蒸気８にレーザー照射域２１においてレーザー照射す
ることによりウラン２３５のみイオン化する。こうして
イオン化されたウラン２３５は電極により回収される。

工業規模のレーザーウラン濃縮装置では、金属ウラン（
Ｕ）は約３０００　Ｋに加熱溶融される。

このため、ルツボ材料は、耐高温性だけでなく化学的に
活性な溶融ウランに対する耐久性が要求される。

第６図に従来の溶融槽を示す。第６図（ａ）は、耐溶融
ウラン性の優れたイツトリア（Ｙ２Ｏ，＋）焼結体で製
作されたルツボ１２を示す。また、第６図（ｂ）は、タ
ングステン（Ｗ）ルツボ〕−３の内面にイツトリア１４
をコーティングしたルツボを示す。

（ｂ）のルツボでは、高温強度をタングステンルツボ】
−３で確保し、ウランと直接接する部分のみイツトリア
１４を配する事により耐溶融ウラン性を確保するもので
ある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、（ａ）のルツボを構成するイツトリア焼
結体は優れた耐溶融ウラン性を示すが、脆いためイツト
リア焼結体ルツボは加熱または冷却時の熱応力によりク
ラックが発生するおそれがあった。一方、（ｂ）のルツ
ボの場合にもタングステンが脆いため急加熱、急冷却時
にクラックが発生する問題があった。また、イツトリア
コーティング層の厚さが現状では５００μｍ以下に限ら
れるため溶融ウランによるイツトリアの減肉がルツボの
使用寿命を決定するという問題点があった。

本発明の目的は、加熱、冷却時に発生する熱応力を緩和
する事が可能な溶融槽を提供することに有る。

〔課題を解決するための手段〕

下記の目的は、金属製または金属に断熱材料をコーティ
ングした複合材料製の容器に断熱性粉末を充填し、断熱
性粉末中に被溶融物質を装荷するようにすることにより
達成される。

また、断熱性粉末と被溶融物質との間に断熱性焼結体層
を配することが望ましい。

また、金属製容器として銅製容器を用いるのが好ましい
。

また、断熱性粉末として、Ｙ２０ａ＋ｃｅｓ。

ＴｉＮおよびＤ　’／　ｚ　Ｏ：ｌのなかから選択され
る少なくとも１種の材料で構成される断熱性粉末を用い
ることが望ましい。

また、断熱体焼結体層として、Ｙ２Ｏ３、ＣｅＳ。

ＴｉＮおよびＤ　ｙ２０３のなかから選択される少なく
とも１種の材料で構成される焼結体を用いることが好ま
しい。

〔作用〕

被溶融物質（例えば溶融ウラン）を保持する物質に断熱
性粉末（例えばイツトリア）を用いる事により急加熱、
急冷却時に発生する熱応力を粉末粒子相互の移動により
緩和する事ができる。

また、断熱性粉末の減肉速度は実質的に焼結体に等しい
ため、粉末層の厚みを厚くする事により焼結体ルツボの
肉厚を厚くするのと同じ効果が得られる。実際には、焼
結体ルツボでは耐熱衝撃性の観点から肉厚は制限される
が、本発明の粉末を用いたルツボでは熱衝撃性の問題は
無く粉末層の厚みを任意にする事ができる。

ここで、断熱性粉末とは、粉末を充填している容器より
も熱伝導度の悪い粉末のことと定義する。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。本発
明のルツボは銅製容器３に、イツトリア粉末２を充填し
イツトリア粉末２中に金属ウラン１を装荷した構造にな
っている。

」二足構成にする事により加熱および冷却時に発生する
熱応力をイツトリア粉末２Ｍにより緩和すると同時に後
で述べるイツトリアのウラン形状保持現象により溶融ウ
ランを恒温保持する。

第２図に、本発明の原理であるウラン形状保持現象を示
す。第２図（ａ）に示すように、イツトリア粉末２中に
金属ウラン１のブロックを埋め込みウランの融点以上（
１８００°Ｃ）に加熱した後、取り出して見ると、イツ
トリア粉末から突出した部分１５は丸くなり液滴化した
形態が見られるが、イツトリア粉末中の部分１６は形態
には変化が無い。

これは、イツトリア粉末と溶融ウランの界面に強固な被
膜が形成されるため装荷時の金属ウラン形状がそのまま
保持されると考えられる。第２図（ｂ）にウラン形状保
持機構の詳細を示す。

イツトリア粒子１７（数ミクロン）の間隙部の空間に接
する溶融ウラン１８の自由表面１９は強力な表面張力（
１５００ｄｙｎ／ａｎ）で保持される。

他方、イツトリア粒子と７ｓ融ウランの接触部は安定な
反応生成物２０でピンニングされる。

このようにして、溶融後も元の皿体の形状が保たれる。

ここで、イツトリア粉末層の溶融ウランによる減肉速度
は各イツトリア粒子のウランと接している部分の減肉速
度で律速される。各イツトリア粒子は材質的にイツトリ
ア焼結体と同一であるため減肉速度は同一である。これ
らの事から、粉末イツトリア層の減肉速度はイツトリア
焼結体と減肉速度は同一である。なお、イツトリア粒子
間隙が数ｍ以下であれば、溶融ウランの自由表面は保持
されるため、粒径および粒径分布は粒子間隙が数ｍ以下
であれば任意に選ぶことができる。

第３図は、本発明の他の実施例を示す。溶融槽は、銅製
容器３に粉末イツトリアを充填し、さらにイツトリア焼
結体タイルをその上に敷きつめた構造になっている。先
述した粉末イソ１−リアのみを重点したルツボの場合、
溶融ウランとの界面で形成される被膜の強度に限度があ
るため、装荷するウラン重量が増加するとウランの自重
によりウランが落下する可能性がある。このためイツト
リア焼結体タイルを用いる事により強度を増加させた構
造になっており熱応力が発生した場合、タイル相互の移
動により応力が緩和できる。この際、タイル間を溶融ウ
ランが漏れ出してもイツトリア粉末層２で先述した機構
により阻止できる。本方式のルツボでは、大型の焼結体
を用いる必要がなく小型焼結体しか製作できない断熱性
材料でも用いる事ができる利点がある。このため、断熱
性材料としてイツトリア以外にもＳｅＳ、Ｔｊ、Ｎ。

ＤＹｚ○３など、適応可能である。

第４図に焼結タイル槽の一実施例を示す。各タイル６は
上下に緩慢にはめ込む構造になっており、ガイド７によ
り相互に移動可能で、かつタイル槽の形状が保持できる
構造になっている。

〔発明の効果〕

本発明によれば、加熱または冷却時の熱応力が緩和でき
る効果がある。

また、断熱性粉末と被溶融物質との間に断熱性焼結体層
を設ければ、装荷する溶融金属の重量を増加させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の溶融槽の一実施例の断面図、第２図は
本発明の原理説明図、第３図は本発明の溶融槽の他の一
実施例の断面図、第４図は本発明の焼結体タイルの一実
施例の説明図、第５図は従来の溶融槽の説明図、第６図
は従来の溶融槽の断面図である。］・・金属ウラン、２・・・イツトリア（Ｙ２Ｏ，）粉
末。３・・銅製用器、４・・・Ｙ２Ｏ３焼結体、５・・熱電
対。６・・Ｙ２Ｏ３焼結体、７・・・Ｙ２Ｏ，焼結体ガイド
、８・・ウラン蒸気、９・・・電子ビーム、１０・・・
電子流。１トルツボ、１２・・・Ｙ２Ｏ３焼結体１３　・タング
ステン（Ｗ）基盤材、１４・・・Ｙ２Ｏ３コーティング
層。

Claims

【特許請求の範囲】１、金属製または金属に断熱材料をコーティングした複
合材料製の容器に断熱性粉末を充填し、断熱性粉末中に
被溶融物質を装荷するようにした事を特徴とする溶融槽
。２、請求項１記載の溶融槽において、断熱性粉末と被溶
融物質との間に断熱性焼結体層を有する事を特徴とする
溶融槽。３、請求項１記載の溶融槽において、銅製容器を用いた
事を特徴とする溶融槽。４、請求項１記載の溶融槽において、断熱性粉末として
、Ｙ＿２Ｏ＿３、ＣｅＳ、ＴｉＮおよびＤｙ＿２Ｏ＿３
のなかから選択される少なくとも１種の材料で構成され
る断熱性粉末を用いた事を特徴とする溶融槽。５、請求項２記載の溶融槽において、断熱体焼結体層と
して、Ｙ＿２Ｏ＿３、ＣｅＳ、ＴｉＮおよびＤｙ＿２Ｏ
＿３のなかから選択される少なくとも１種の材料で構成
される焼結体を用いた事を特徴とする溶融槽。