JPH02216090A - Nuclear fuel material and manufacture thereof - Google Patents

Nuclear fuel material and manufacture thereof

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JPH02216090A
JPH02216090A JP1036494A JP3649489A JPH02216090A JP H02216090 A JPH02216090 A JP H02216090A JP 1036494 A JP1036494 A JP 1036494A JP 3649489 A JP3649489 A JP 3649489A JP H02216090 A JPH02216090 A JP H02216090A
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coated
nuclear fuel
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graphite
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Noboru Furuhata
降旗 昇
Hideji Yoshimuta
吉牟田 秀治
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Abstract

PURPOSE:To make it possible to hold soundness without damage of a coated layer of coated particles by providing a marking forming layer composed of a graphite matrix material at the end part of a columnar compact containing the coated fuel particles in the matrix material. CONSTITUTION:A binding agent composed of graphite powder and thermosetting resin is hot-press-molded into a plate by a die 10 to obtain a graphite matrix member 5. Next, the member 5 is charged on the side of the upper punch 21 to charge overcoated particles 6 allowed to adhere to the matrix material on the surface of coated fuel particles in a space formed by the member 5 and a lower punch 22 to perform hot press so as to obtain a solid cylindrical nuclear fuel compact provided with a marking forming layer composed of the member 5. Thereby, if marking is performed in the range of thickness of the member 5, the touch of the edge of marking and the particles 6 can be prevented and the soundness of the nuclear fuel material can be held surely without damage of a coated layer.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は核燃料体およびその製造方法に関し、さらに詳
しく言うと、高温ガス炉における誤装荷防止のために必
要な濃縮度、製造履歴等の刻印を形成しても刻印の先端
か被覆燃料粒子と接触することかなくて、被覆燃料粒子
の被覆層の破損を招かずに健全性を確実に保持する核燃
料体と、この核燃料体を効率良く得ることのてきる製造
方法とに関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a nuclear fuel assembly and a method for manufacturing the same, and more specifically, the present invention relates to a nuclear fuel assembly and a method for manufacturing the same, and more specifically, the present invention relates to a nuclear fuel assembly and a method for manufacturing the same. To efficiently obtain a nuclear fuel body in which the tip of the stamp does not come into contact with the coated fuel particles even when a stamp is formed, and the integrity is reliably maintained without causing damage to the coating layer of the coated fuel particles, and this nuclear fuel body is efficiently obtained. Regarding the possible manufacturing method.

[従来技術および発明が解決しようとする課題]高温ガ
ス炉で使用される核燃料体は、一般に被覆燃料粒子を黒
鉛粉末中に分散してなる混合物の成形体からなる。
[Prior Art and Problems to be Solved by the Invention] Nuclear fuel bodies used in high-temperature gas reactors are generally formed from a mixture of coated fuel particles dispersed in graphite powder.

ここで、被覆燃料粒子は、たとえばウラン、トリウム、
プルトニウム等の核燃料物質からなる直径数百ル程度の
燃料核を、炭化ケイ素、炭化ジルコニウム、熱分解炭素
などからなる層て被覆したものてあり、たとえば燃料核
のまわりを低密度(1,0〜1.2 g/cm3)の熱
分解炭素層(緩衝層)と高密度(1,8g/am3)の
等方性熱分解炭素層とて2重に被覆したBISO型、お
よびこのBISO型の2重被覆のまわりに炭化ケイ素層
と高密度等方性熱分解炭素層とを加えて4重に被覆した
TRl5O型等が知られている。
Here, the coated fuel particles include, for example, uranium, thorium,
A fuel core made of nuclear fuel material such as plutonium and having a diameter of several hundred liters is coated with a layer of silicon carbide, zirconium carbide, pyrolytic carbon, etc. 1.2 g/cm3) pyrolytic carbon layer (buffer layer) and a high density (1.8 g/am3) isotropic pyrolytic carbon layer. A TRl5O type is known, in which a silicon carbide layer and a high-density isotropic pyrolytic carbon layer are added around the heavy coating to form a quadruple coating.

そして、これらの各被覆層は、たとえば■核分裂片損傷
の吸収、■気体状の核分裂生成物(以下、FPと略称す
る。)のガスため、■核燃料スエリンクの吸収、■気体
状FP閉じ込め耐圧容器、■燃料核やFPと炭化ケイ素
層等との反応防止、■粒子の機械的保護、■粒子の構造
強度および寸法安定性の保持、■固体状FPの閉じ込め
、■内層の保護などの役割を有していて、燃料の健全性
を保持するために極めて重要な構成要素である。
Each of these coating layers can, for example, 1) absorb fission fragment damage, 2) absorb gaseous fission products (hereinafter abbreviated as FP), 2) absorb nuclear fuel swelling, and 2) contain gaseous FP in a pressure vessel. , ■ Preventing reactions between fuel nuclei and FP and silicon carbide layers, ■ Mechanical protection of particles, ■ Maintaining structural strength and dimensional stability of particles, ■ Confining solid FP, ■ Protecting inner layers, etc. It is an extremely important component for maintaining the integrity of the fuel.

このような作用乃至機能を有する被覆層を設けてなる被
覆燃料粒子を用いてなる従来の核燃料体は、たとえば第
6図に示すように、被覆燃料粒子aを黒鉛マトリックス
材す中に分散して円柱状等の成形体Aとしたものである
A conventional nuclear fuel assembly using coated fuel particles provided with a coating layer having such an action or function is, for example, as shown in FIG. 6, in which coated fuel particles a are dispersed in a graphite matrix material. The molded body A is shaped like a column.

一方、核燃料体において、誤装荷を防止するためには、
核燃料体毎に濃縮度、製造履歴等を個別に知ることか不
可欠であるが、それぞれの核燃料体は同一形状、同一寸
法である上に、濃縮度、製造履歴等を非破壊検査により
知ることか困難であるのて、通常、核燃料体毎に刻印を
形成して濃縮度、製造履歴等を個別に表示している。
On the other hand, in order to prevent incorrect loading in nuclear fuel assemblies,
It is essential to know the enrichment level, manufacturing history, etc. of each nuclear fuel assembly individually, but since each nuclear fuel assembly has the same shape and dimensions, it is necessary to know the enrichment level, manufacturing history, etc. through non-destructive testing. Since it is difficult to do so, usually a stamp is formed on each nuclear fuel assembly to individually display the enrichment level, manufacturing history, etc.

しかしながら、たとえば第6図に示した従来の核燃料体
において、前記の刻印を形成すると、たとえば第7図に
示すように、刻印部Cの先端が被覆粒子aに接触して、
前述の種々の作用乃至機能を有する被覆層を破損してし
まうことかあるという問題かある。
However, when the above-mentioned markings are formed in the conventional nuclear fuel assembly shown in FIG. 6, for example, as shown in FIG. 7, the tip of the marking portion C contacts the coated particle a,
There is a problem in that the coating layer, which has the various actions and functions described above, may be damaged.

そして、この問題は核燃料体の健全性を損ねるというさ
らに深刻な問題を招く。
This problem leads to an even more serious problem of impairing the integrity of the nuclear fuel assembly.

本発明は前記の事情に基いてなされたものである。The present invention has been made based on the above circumstances.

本発明の目的は、高温ガス炉への誤装荷を防止するため
に極めて重要な濃縮度、製造履歴等の情報を刻印により
表示しても、被覆粒子の被覆層を破損することがなくて
、健全性を保持することのできる核燃料体と、このよう
な利点を有する核燃料体を効率良く得ることのできる製
造方法とを提供することにある。
The purpose of the present invention is to display information such as concentration and manufacturing history, which is extremely important in order to prevent incorrect loading into a high-temperature gas furnace, by stamping, without damaging the coating layer of the coated particles. The object of the present invention is to provide a nuclear fuel assembly that can maintain its integrity, and a manufacturing method that can efficiently produce a nuclear fuel assembly that has such advantages.

[課題を解決するための手段〕 前記課題を解決するために、鋭意検討を重ねた結果、成
形体の端部に黒鉛マトリックス材からなる特定の層を設
けてなる核燃料体は、濃縮度、製造履歴等の情報を刻印
により表示しても、刻印の先端が被覆粒子と接触するこ
とかないので、被覆粒子の被覆層を破損することかなく
て健全性を確実に保持することかてきること、およびこ
のような利点を有する核燃料体は特定の製造方法により
効率良く得ることかてきることを見い出して1本発明に
到達した。
[Means for Solving the Problems] In order to solve the above problems, as a result of intensive studies, we have found that a nuclear fuel assembly consisting of a specific layer of graphite matrix material provided at the end of a molded body has a Even if information such as history is displayed by stamping, the tip of the stamp does not come into contact with the coated particles, so the coating layer of the coated particles is not damaged and the integrity can be maintained reliably; The present invention was achieved by discovering that a nuclear fuel assembly having such advantages can be efficiently obtained by a specific manufacturing method.

請求項1の発明の構成は、被覆燃料粒子をマトリックス
材中に含有する柱状成形体の端部に黒鉛マトリックス材
からなる刻印形成層を備えることを特徴とする核燃料体
てあり、 請求項2の発明の構成は、結合剤を含有する黒鉛マトリ
ックス材を未硬化状態て板状にプレス成形してなる黒鉛
マトリックス部材を、ダイス内の端部に装填した後、被
覆燃料粒子の表面にマトリックス材を付着させてなるオ
ーバーコート粒子を前記ダイス内に充填して温間プレス
成形することを特徴とする請求項lに記載の核燃料体の
製造方法である。
The structure of the invention according to claim 1 is a nuclear fuel assembly characterized in that a stamp forming layer made of graphite matrix material is provided at the end of a columnar molded body containing coated fuel particles in the matrix material, The structure of the invention is to load a graphite matrix member, which is formed by press-molding a graphite matrix material containing a binder into an uncured plate shape, into an end in a die, and then apply the matrix material to the surface of the coated fuel particles. 2. The method of manufacturing a nuclear fuel assembly according to claim 1, wherein the overcoat particles are filled into the die and warm press-molded.

請求項1に記載の核燃料体は、たとえば第1図に示すよ
うに、被覆燃料粒子1をマトリックス材2中に分散した
柱状成形体3の端部に黒鉛マトリックス材2′からなる
刻印形成層4を備える。
As shown in FIG. 1, for example, the nuclear fuel assembly according to claim 1 is provided with a stamp forming layer 4 made of a graphite matrix material 2' at the end of a columnar molded body 3 in which coated fuel particles 1 are dispersed in a matrix material 2. Equipped with

前記被覆燃料粒子には特に制限はなく、たとえばBIS
O型、TRl5O型などの従来より公知の被覆燃料粒子
をいずれも好適例として挙げることかてきるし、本出願
人か前に提案した硬化オーバーコート被覆燃料粒子を好
適例として挙げることもできる。
There is no particular restriction on the coated fuel particles, for example, BIS
Any conventionally known coated fuel particles such as O-type and TRl5O type may be cited as suitable examples, and cured overcoat coated fuel particles previously proposed by the present applicant may also be cited as suitable examples.

ここで、前記硬化オーバーコート被覆燃料粒子は、たと
えばBISO型、TRl5O型などの被覆燃料粒子の表
面を、黒鉛粉末とフェノール樹脂等の熱硬化性樹脂とを
含有するマトリックス材を硬化してなる硬化オーバーコ
ート層て被覆してなり、被覆層の破損率か一段と低下し
た被覆燃料粒子である。
Here, the cured overcoat coated fuel particles are obtained by curing the surface of coated fuel particles such as BISO type and TRl5O type with a matrix material containing graphite powder and a thermosetting resin such as a phenol resin. These coated fuel particles are coated with an overcoat layer, and the failure rate of the coating layer is further reduced.

前記71〜リツクス材は、少なくとも黒鉛粉末と結合剤
とを含有する。
The above-mentioned materials 71 to 6 contain at least graphite powder and a binder.

前記黒鉛粉末の平均粒径は、通常、20〜3Jtmであ
る。
The average particle size of the graphite powder is usually 20 to 3 Jtm.

前記結合剤としては、たとえば、フェノール樹脂、ユリ
ア樹脂、メラミン樹脂、キシレン樹脂、ポリエステル樹
脂、エポキシ極脂、ウレタン樹脂などの熱硬化性樹脂か
挙げられる。
Examples of the binder include thermosetting resins such as phenol resin, urea resin, melamine resin, xylene resin, polyester resin, epoxy resin, and urethane resin.

これらの中ても、好ましいのはフェノール樹脂てあり、
特に好ましいのはノボラック型フェノール樹脂である。
Among these, phenolic resin is preferred,
Particularly preferred are novolac type phenolic resins.

前記熱硬化性樹脂はアセトン煮沸加熱てのゲル残存物の
残存率が70重量%以上であることか好ましい。アセ1
〜ン煮沸加熱でのゲル残存物の残存率が70重量%以」
二であると、プレス時の変形か少ないからである。
It is preferable that the thermosetting resin has a residual rate of gel residue of 70% by weight or more when heated by boiling in acetone. Ace1
The residual rate of gel residue after boiling and heating is 70% by weight or more.
If it is 2, there will be less deformation during pressing.

前記マ)〜リックス材における前記黒鉛粉末と前記結合
剤との配合割合は、(黒鉛粉末):(結合剤)の重量比
て、通常、9:1〜6:4の範囲てあり、好ましくは8
.5 : 1.5〜7:3である。
The blending ratio of the graphite powder and the binder in the matrix (graphite powder):(binder) is usually in the range of 9:1 to 6:4, preferably 8
.. 5:1.5 to 7:3.

前記マトリックス材は、前記黒鉛粉末および前記結合剤
の他に、粉体成形に一般に用いられる、たとえばステア
リン酸、ステアリン酸亜鉛等の潤滑剤などの添加剤を含
有していてもよい。
In addition to the graphite powder and the binder, the matrix material may contain additives commonly used in powder molding, such as lubricants such as stearic acid and zinc stearate.

請求項1に記載の核燃料体は、前記被覆燃料粒子を前記
マトリックス材中に分散して柱状成形体にしてなる。
The nuclear fuel body according to the first aspect is formed by dispersing the coated fuel particles in the matrix material and forming a columnar molded body.

前記柱状成形体の形状としては、たとえば中実角柱状、
中空角柱状、中実円柱状、中空円柱状などが挙げられる
The shape of the columnar molded body may be, for example, a solid prismatic shape,
Examples include a hollow prismatic shape, a solid cylindrical shape, and a hollow cylindrical shape.

これらの中ても、好ましい形状は中実円柱状、および第
3図(イ)および同図(ロ)に示したような中空円柱状
工ある。
Among these, preferred shapes are solid cylinders and hollow cylinders as shown in FIGS. 3(a) and 3(b).

請求項1に記載の核燃料体においては、前記柱状成形体
の端部に、黒鉛マトリックス材からなる刻印形成層を備
える。
In the nuclear fuel assembly according to claim 1, an stamp forming layer made of a graphite matrix material is provided at an end of the columnar molded body.

前記刻印形成層は、たとえば濃縮度や製造履歴等の情報
を刻印により表示する層てあり、前記被覆燃料粒子を含
有しないのて、刻印の先端部と前記被覆粒子との接触を
防止して、刻印により前記被覆燃料粒子における被覆層
が破損するのを防止する作用乃至機能を有する。
The stamp forming layer is a layer that displays information such as enrichment level and manufacturing history by stamping, and since it does not contain the coated fuel particles, it prevents the tip of the stamp from contacting the coated particles. It has an action or function of preventing the coating layer of the coated fuel particles from being damaged by the stamping.

このような作用乃至機能を有する前記黒鉛形成層は、前
記黒鉛マトリックス材により形成することかできる。
The graphite forming layer having such an action or function can be formed from the graphite matrix material.

前記黒鉛マトリックス材は、少なくとも黒鉛粉末と結合
剤とを含有するものであればよく、通常は前記柱状成形
体を構成する前記マトリックス材と同一の組成を有する
混合物を好適に用いることかてきる。また、前記黒鉛マ
トリックス材は、前記マトリックス材と異なる組成を有
する混合物であってもよい。
The graphite matrix material may contain at least graphite powder and a binder, and usually a mixture having the same composition as the matrix material constituting the columnar molded body can be suitably used. Further, the graphite matrix material may be a mixture having a composition different from that of the matrix material.

前記刻印形成層の厚みは、刻印を形成する溝の深さ以上
であることか重要ではあるが、刻印を形成する溝の深さ
により相違するので一概に決定することばてきない。通
常は、1〜2 m m程度て充分である。前記刻印形成
層の厚みか、刻印を形成する溝の深さに満たないと、刻
印の先端と前記成形体を構成する前記被覆燃料粒子とが
接触することになるのて、本発明の目的を達成すること
がてきない。
Although it is important that the thickness of the stamp forming layer be equal to or greater than the depth of the groove in which the stamp is formed, it cannot be determined unconditionally because it varies depending on the depth of the groove in which the stamp is formed. Usually, about 1 to 2 mm is sufficient. If the thickness of the stamp forming layer is less than the depth of the groove forming the stamp, the tip of the stamp will come into contact with the coated fuel particles constituting the molded body. I can't achieve it.

前記柱状成形体と前記刻印形成層とは、一体に形成され
、前記成形体における前記マトリックス材中の結合剤お
よび前記刻印形成層を構成する前記黒鉛マトリックス材
中の結合剤の作用により互いに固着する。
The columnar molded body and the stamp forming layer are integrally formed, and are fixed to each other by the action of a binder in the matrix material in the molded body and a binder in the graphite matrix material constituting the stamp forming layer. .

なお、前記刻印形成層は前記柱状成形体の一方の端面に
のみ設けてもよいし、前記柱状成形体の両端面に設けて
もよい。
Note that the stamp forming layer may be provided only on one end surface of the columnar molded object, or may be provided on both end surfaces of the columnar molded object.

かかる構成からなる請求項1に記載の核燃料体は、誤装
荷を防止するために不可欠の情報である濃縮度、製造履
歴等を刻印により表示しても、刻印の先端と被覆燃料粒
子とか直接に接触することがなくて、健全性を確実に保
持することのてきる核燃料体であり、高温ガス炉て好適
に使用することかてきる。
In the nuclear fuel assembly according to claim 1 having such a configuration, even if the enrichment level, manufacturing history, etc., which are essential information to prevent erroneous loading, are displayed by stamping, there is no direct contact between the tip of the stamp and the coated fuel particles. It is a nuclear fuel assembly that can reliably maintain its integrity without contact, and can be suitably used in high-temperature gas reactors.

そして、このような利点を有する請求項1に記載の核燃
料体は、たとえば温間ブレス成形法、押出成形法、射出
成形法などの成形法により成形することか可能であるか
、特に、次に詳述する請求項2に記載の方法を好適に採
用して、効率良く製造することかできる。
Is it possible to mold the nuclear fuel assembly according to claim 1 having such advantages by a molding method such as a warm press molding method, an extrusion molding method, or an injection molding method? By suitably employing the method described in claim 2, it is possible to efficiently manufacture.

請求項2に記載の方法において、使用に供される前記黒
鉛マトリックス材は、請求項1に記載の核燃料体におけ
る前述の黒鉛マトリックス材を板状にプレス成形して得
ることかてきる。
In the method according to claim 2, the graphite matrix material to be used can be obtained by press-molding the graphite matrix material in the nuclear fuel assembly according to claim 1 into a plate shape.

前記黒鉛マトリックス部材をプレス成形するに際し、重
要な点は前記黒鉛マトリックス材を硬化させないことに
ある。
When press-molding the graphite matrix member, an important point is not to harden the graphite matrix material.

前記黒鉛マトリックス材を硬化させると、後に詳述する
温間プレス成形によっては前記黒鉛マトリックス部材を
核燃料体の端部に固着することか困難になる。
When the graphite matrix material is hardened, it becomes difficult to fix the graphite matrix member to the end of the nuclear fuel assembly by warm press forming, which will be described in detail later.

前記黒鉛マトリックス材を未硬化状態て板状に成形する
前記プレス成形は、前記黒鉛マトリックス材中の前記結
合剤を硬化させない温度での温間プレス成形法を好適に
採用して達成することかてきる。
The press molding of forming the graphite matrix material into a plate shape in an uncured state can be achieved by suitably employing a warm press molding method at a temperature that does not harden the binder in the graphite matrix material. Ru.

ここて、「未硬化状態」とは、硬化か未だ完了していな
い状態の意てあり、硬化か開始している場合も含む。
Here, the term "uncured state" refers to a state where curing has not yet been completed, and includes a state where curing has already begun.

たとえば前記黒鉛マトリックス材か前記黒鉛粉末とフェ
ノール樹脂とからなる場合には、温度100°C程度の
条件て温間プレス成形すればよい。
For example, if the graphite matrix material is made of the graphite powder and phenol resin, warm press molding may be performed at a temperature of about 100°C.

なお、前記黒鉛マトリックス部材の成形に冷間プレス成
形法を採用すると、前記黒鉛マトリックス材間の結合が
充分てはなく、所望の形状の黒鉛71−リックス部材か
得られないことかある。
Note that if a cold press molding method is adopted for forming the graphite matrix member, the bond between the graphite matrix materials may not be sufficient, and a graphite 71-lix member having a desired shape may not be obtained.

前記黒鉛マトリックス部材は、所期の核燃料体の端面の
形状と合同形に形成する。すなわち、核燃料体の所期の
形状か中実円柱形であれば、その端面の形状は円形にな
るから、前記黒鉛マトリックス部材を円板状に形成する
必要かあるし、核燃料体の所期の形状か中空円柱形てあ
れば、その端面の形状はトーナッツ状になるから、前記
黒鉛71〜リックス部材をトーナッツ状に形成する必要
かある。
The graphite matrix member is formed in a shape that is congruent with the shape of the intended end face of the nuclear fuel assembly. That is, if the intended shape of the nuclear fuel assembly is a solid cylindrical shape, the shape of the end face will be circular, so it is necessary to form the graphite matrix member into a disc shape. If the shape is a hollow cylinder, the shape of the end face will be tornut-shaped, so it is necessary to form the graphite 71 to the lix member into a tornut-shape.

前記黒鉛マトリックス部材の厚みは、請求項1に記載し
た核燃料体における前記刻印形成層の厚みに対して温間
プレスによる縮みしろを見込んてあり、1.5〜2.5
mm程度て充分である。
The thickness of the graphite matrix member is 1.5 to 2.5, considering the shrinkage margin due to warm pressing with respect to the thickness of the stamp forming layer in the nuclear fuel assembly according to claim 1.
About mm is sufficient.

また、前記黒鉛マトリックス部材の密度は、核燃料体に
おける被覆燃料粒子の所定の充填率およびマトリックス
材の所定の密度に応じて、たとえばプレス圧、前記黒鉛
マトリックス材の充填量等を選定して適宜に調整すれば
よい。
Further, the density of the graphite matrix member can be determined as appropriate by selecting the press pressure, the filling amount of the graphite matrix material, etc., depending on the predetermined filling rate of the coated fuel particles in the nuclear fuel body and the predetermined density of the matrix material. Just adjust it.

本発明の方法においては、たとえば第2図に示すように
、黒鉛マトリックス部材5を筒状のダイス10内の端部
、すなわち上バンチ21側および下パンチ22側のいず
れか一方またはその双方に装填し、次いて、このダイス
10内における黒鉛マトリックス部材5と下パンチ22
とか形成する空間もしくは上パンチ21側および下バン
チ22側のそれぞれ装填された黒鉛マトリックス部材5
間に、被覆燃料粒子1の表面にマトリックス材2を付着
させてなるオーバーコート粒子6を充填する。
In the method of the present invention, for example, as shown in FIG. Then, the graphite matrix member 5 and the lower punch 22 in this die 10
Graphite matrix members 5 loaded on the upper punch 21 side and the lower bunch 22 side respectively.
In between, overcoat particles 6 formed by adhering matrix material 2 to the surfaces of coated fuel particles 1 are filled.

前記オーバーコート粒子は、たとえば回転ドラム中で被
覆燃料粒子の表面にマトリックス材を均一に伺着させる
ことにより得ることかできる。
The overcoat particles can be obtained, for example, by uniformly depositing a matrix material on the surface of coated fuel particles in a rotating drum.

使用に供することのてきる前記被覆燃料粒子およびマト
リックス材は、それぞれ請求項1に記載した核燃料体に
おける前記被覆燃料粒子および前記マトリックス材と同
様である。
The coated fuel particles and the matrix material that can be used are the same as the coated fuel particles and the matrix material in the nuclear fuel assembly according to claim 1, respectively.

前記オーバーコート粒子において、前記被覆燃料粒子の
表面に形成されるマトリックス材層の厚みは、所望の充
填率により相違するのて一概に決定することはてきない
か、通常、200 ヘ一400 ルm、好ましくは25
0〜300 川mである。
In the overcoat particles, the thickness of the matrix material layer formed on the surface of the coated fuel particles varies depending on the desired filling rate and cannot be determined unconditionally, but is usually between 200 and 400 lumens. , preferably 25
0 to 300 river m.

本発明の方法においては、前記黒鉛マトリックス部材と
前記オーバーコート粒子とを一体に温間プレス成形して
、請求項1に記載の核燃料体を形成する。
In the method of the present invention, the graphite matrix member and the overcoat particles are integrally warm press-molded to form the nuclear fuel assembly according to claim 1.

ここて、前記黒鉛マトリックス部材を予め成形しないで
、前記黒鉛マトリックス部材を形成すべき前記黒鉛マト
リックス材を粉体のままて前記ダイス内に充填すると、
均一な厚みに充填することか困難であるとともに、上下
パンチの移動によって前記黒鉛マトリックス材の粉体と
前記オーバーコート粒子とか混ざりあうのでプレス成形
により均一な厚みを有する黒鉛マトリックス層を形成す
ることかてきない。
Here, if the graphite matrix material to form the graphite matrix member is filled in the die as a powder without forming the graphite matrix member in advance,
It is difficult to fill the graphite matrix layer to a uniform thickness, and the graphite matrix material powder and the overcoat particles are mixed by the movement of the upper and lower punches, so it is difficult to form a graphite matrix layer with a uniform thickness by press molding. I can't come.

前記温間プレス成形における温度は、通常、100〜2
00℃、好ましくは130〜190°Cである。
The temperature in the warm press forming is usually 100 to 2
00°C, preferably 130-190°C.

この温度か100°Cよりも低いと、前記黒鉛マトリッ
クス部材の固着が充分てはなかったり、所望形状の成形
体が得られなかったりする。一方200°Cを超えても
それに相当する効果は奏されず、かえってエネルギー効
率の点て不利になる。
If this temperature is lower than 100° C., the adhesion of the graphite matrix member may not be sufficient or a molded product having a desired shape may not be obtained. On the other hand, even if the temperature exceeds 200°C, no corresponding effect will be achieved, and the energy efficiency will be disadvantageous.

また、前記温間ブレス成形における成形圧は、通常、2
0〜50kg/co+2、好ましくは20〜30kg/
Cl112である。
Further, the molding pressure in the warm press molding is usually 2
0-50kg/co+2, preferably 20-30kg/
It is Cl112.

この成形圧か20kg/c+n2よりも低いと、所望形
状の成形体か得られないことかある。一方、50kg/
c1g2を超えると、前記被覆粒子における被覆層の破
損を招くことがある。
If the molding pressure is lower than 20 kg/c+n2, it may not be possible to obtain a molded article of the desired shape. On the other hand, 50kg/
If it exceeds c1g2, the coating layer of the coated particles may be damaged.

この温間ブレス成形により、前記黒鉛マトリックス部材
と前記オーバーコート粒子を構成するマトリック材とか
流動、硬化して端部に前記黒鉛マトリックス部材からな
る層を有する成形体を得ることかてきる。
This warm press molding allows the graphite matrix member and the matrix material constituting the overcoat particles to flow and harden to obtain a molded body having a layer made of the graphite matrix member at the end.

こりようにして得られる成形体は、その後、常法にした
かって焼結処理を行なうことにより核燃料体とされる。
The molded body thus obtained is then sintered in a conventional manner to form a nuclear fuel body.

すなわち、前記焼結処理は、通常、温度1700〜18
00°Cて1〜2時間保持することにより達成可能であ
る。
That is, the sintering process is usually performed at a temperature of 1700 to 18
This can be achieved by holding the temperature at 00°C for 1 to 2 hours.

前記焼結処理により、前記黒鉛マトリック材および前記
マトリックス材中の有機物が炭化して、黒鉛マトリック
スとなり、被覆燃料粒子および黒鉛マトリックスからな
る核燃料体を得ることかてきる。
Through the sintering process, the graphite matrix material and the organic matter in the matrix material are carbonized to become a graphite matrix, and a nuclear fuel body consisting of coated fuel particles and a graphite matrix can be obtained.

本発明の方法により製造される核燃料体は、黒鉛マトリ
ックス材よりなる前記黒鉛マトリックス部材を用いてな
る刻印形成層を備えるものてあり、この刻印形成層の層
厚の範囲で、たとえば濃縮度、製造履歴等の刻印を形成
することにより、刻印の先端と被覆燃料粒子との接触を
防止して、被覆燃料粒子の被覆層の破損を防止すること
か可能である。
The nuclear fuel assembly manufactured by the method of the present invention is equipped with a stamp forming layer using the graphite matrix member made of a graphite matrix material, and the thickness of the stamp forming layer is within a range of, for example, enrichment, manufacturing By forming a stamp such as a history, it is possible to prevent the tip of the stamp from coming into contact with the coated fuel particles, thereby preventing damage to the coating layer of the coated fuel particles.

前記の刻印を形成する手段には、特に制限はなく、たと
えば前記温間ブレス成形において刻印用の凹凸を設けた
パンチを使用したり、前記温間プレス成形後に、刻字機
、振動ペンなどを使用したり、あるいはレーザー法を採
用したりして刻印を形成することかてきる。いずれの方
法によるにせよ、刻印の深さは前記刻印形成層を超えな
いことか重要である。刻印の深さか前記刻印形成層を超
えると、刻印の先端か前記被覆燃料粒子と接触して前記
被覆燃料粒子における被覆層の破損を招くことかある。
There are no particular restrictions on the means for forming the markings, for example, a punch with unevenness for markings may be used during the warm press molding, or a marking machine, a vibrating pen, etc. may be used after the warm press molding. Alternatively, the marking can be formed by using a laser method. Regardless of the method used, it is important that the depth of the marking does not exceed the marking formation layer. If the depth of the stamp exceeds the stamp forming layer, the tip of the stamp may come into contact with the coated fuel particles, causing damage to the coating layer of the coated fuel particles.

未発明の方法により製造される核燃料体は、たとえば高
温ガス炉て健全性を確実に保持しつつ好適に使用するこ
とがてきる。
A nuclear fuel assembly produced by the method yet to be invented can be suitably used, for example, in a high-temperature gas reactor while reliably maintaining its integrity.

[実施例] 次に1本発明の実施例および比較例を示し、本発明につ
いてさらに具体的に説明する。
[Example] Next, an example of the present invention and a comparative example will be shown to further specifically explain the present invention.

(実施例1) 黒鉛粉末とフェノール樹脂とからなり、その含有割合か
黒鉛粉末80重量%、フェノール樹脂20重量%である
黒鉛マトリックス材2′を、第4図に示したようにダイ
ス10内の上バンチ21および下パンチ22て形成され
る空間に充填し、成形圧20kg/cm2、温度100
°Cの条件の温間ブレス成形を行なって、厚み1.51
1m 、密度1.72g/cm3の黒鉛マトリックス部
材5を製造した。
(Example 1) A graphite matrix material 2' consisting of graphite powder and phenolic resin, the content of which is 80% by weight of graphite powder and 20% by weight of phenolic resin, was placed in a die 10 as shown in FIG. The space formed by the upper bunch 21 and the lower punch 22 is filled, and the molding pressure is 20 kg/cm2 and the temperature is 100 ml.
Warm press molding was carried out under the conditions of °C, and the thickness was 1.51 mm.
A graphite matrix member 5 having a diameter of 1 m and a density of 1.72 g/cm3 was manufactured.

次いて、第2図に示すように、この黒鉛マトリックス部
材5をダイス10内の上パンチ21側に装填するととと
もに、ダイス10内の黒鉛マトリックス部材5と下バン
チ22とて形成される空間にオーバーコート粒子6を充
填し、成形圧:10kg/cm2、温度190°Cの条
件の温間ブレス成形を行なって黒鉛マトリックス部材5
よりなる刻印形成層4を端部に備える中実円筒状の成形
体を得た。
Next, as shown in FIG. 2, this graphite matrix member 5 is loaded into the upper punch 21 side in the die 10, and the graphite matrix member 5 is loaded into the space formed by the graphite matrix member 5 and the lower bunch 22 in the die 10. The graphite matrix member 5 is filled with coated particles 6 and subjected to warm press molding at a molding pressure of 10 kg/cm2 and a temperature of 190°C.
A solid cylindrical molded body having a stamp forming layer 4 at the end thereof was obtained.

なお、オーバーコート粒子は次のようにして調製した。Note that the overcoat particles were prepared as follows.

すなわち、二酸化ウランの核に、常法にしたかって炭素
および炭化ケイ素を含有するセラミックスを熱分解蒸着
により被覆してなる直径900μmの被覆燃料粒子に、
黒鉛粉末80重量%、フェノール樹脂20重量%の組成
からなるマトリック材を、エタノールを噴霧しながら厚
み30OpLmになるまで均一に付着させて、オーバー
コート粒子とした。
That is, coated fuel particles with a diameter of 900 μm are obtained by coating a uranium dioxide core with ceramics containing carbon and silicon carbide by pyrolytic vapor deposition using a conventional method.
A matrix material having a composition of 80% by weight of graphite powder and 20% by weight of phenolic resin was uniformly adhered to a thickness of 30 OpLm while spraying ethanol to obtain overcoat particles.

その後、前記成形体を、真空中て1.800°Cまて昇
温し、1時間保持する焼結処理を行なった。
Thereafter, the molded body was subjected to a sintering treatment in which the temperature was raised to 1.800°C in a vacuum and maintained for 1 hour.

次いて、レーザー法により前記刻印形成層4に濃縮度お
よび製造履歴の刻印を深さ(]、33m1て形成して刻
印を形成しでなる核燃料体を得た。
Next, an engraving indicating the enrichment level and production history was formed on the engraving layer 4 by a laser method to a depth of 33 m1 to obtain a nuclear fuel assembly.

得られた核燃料体を温度800°Cの条件て焙焼し、得
られた被覆燃料粒子を硝酸に浸漬して溶出したウランを
分析し、破損率を調べた。ここて、破損率とは、被覆燃
料粒子における炭化ケイ素層(セラミックス層)の破損
率である。
The obtained nuclear fuel body was roasted at a temperature of 800°C, and the obtained coated fuel particles were immersed in nitric acid to analyze the eluted uranium and examine the failure rate. Here, the breakage rate is the breakage rate of the silicon carbide layer (ceramic layer) in the coated fuel particles.

その結果、核燃料体における被覆粒子の被覆層の破損率
は2.I X 10−6てあった。
As a result, the failure rate of the coating layer of coated particles in a nuclear fuel body is 2. There was an IX 10-6.

(比較例1) 記実施例1におけるのと同様のオーバーコート粒子6を
、第5図に示すように、ライス10内の」下パンチ21
および下パンチ22て形成される空間に充填し、成形圧
30kg/cm2、温度1908Cの条件の温間プレス
成形を行なって中実円筒状の成形体を得た。
(Comparative Example 1) The same overcoat particles 6 as in Example 1 were applied to the lower punch 21 in the rice 10 as shown in FIG.
Then, the space formed by the lower punch 22 was filled, and warm press molding was performed at a molding pressure of 30 kg/cm 2 and a temperature of 1908 C to obtain a solid cylindrical molded product.

その後、前記成形体を、真空中て1.800°CまてA
温し、1時間保持する焼結処理を行なって焼結体を得た
Thereafter, the molded body was heated to 1.800°C in a vacuum.
A sintered body was obtained by heating and holding for 1 hour.

次いて、レーザー法によりこの焼結体の端部に濃縮度お
よび製造履歴の刻印゛を深さ0.3mmて形成して刻印
を形成してなる核燃料体を得た。
Next, a stamp indicating the enrichment level and production history was formed at a depth of 0.3 mm on the end of this sintered body by a laser method to obtain a nuclear fuel assembly having the stamp.

得られた核燃料体につき、前記実施例1と同様にして破
損率を調べた。
The damage rate of the obtained nuclear fuel assembly was examined in the same manner as in Example 1 above.

その結果、核燃料体における被覆粒子の被覆層の破損率
は7.7 Xl0−5てあった。
As a result, the failure rate of the coating layer of the coated particles in the nuclear fuel assembly was 7.7 Xl0-5.

(比較例2) 前記比較例1において、刻印を形成しなかったほかは前
記比較例1と同様にして核燃料体を製造し、得られた核
燃料体につき、前記実施例1と同様にして破損率を調べ
た。
(Comparative Example 2) A nuclear fuel assembly was manufactured in the same manner as in Comparative Example 1 except that no markings were formed, and the failure rate of the obtained nuclear fuel assembly was determined in the same manner as in Example 1. I looked into it.

その結果、核燃料体における被覆粒子の被覆層の破損率
は2.I Xl0−6てあった。
As a result, the failure rate of the coating layer of coated particles in a nuclear fuel body is 2. I Xl0-6 was there.

(評価) 実施例1、比較例1および比較例2の結果から明らかな
ように、請求項2に記載の製造方法を採用して得られた
請求項1に記載の核燃料体は、刻印を形成しても被覆粒
子における被覆層の破損かなくて、健全性が確実に保持
されていることを確認した。
(Evaluation) As is clear from the results of Example 1, Comparative Example 1, and Comparative Example 2, the nuclear fuel assembly according to claim 1 obtained by employing the manufacturing method according to claim 2 has no markings. It was confirmed that there was no damage to the coating layer on the coated particles, and that the integrity of the coated particles was maintained.

[発明の効果コ (1)  請求項1の発明によると、端部に黒鉛マトリ
ックス材からなる刻印形成層を備えるのて、この刻印形
成層の厚みの範囲て刻印を形成すれば、刻印の先端と被
覆燃料粒子との接触を防止することか可能であり、刻印
により被覆燃料粒子の被覆層に破損を招くことかなくて
健全性を確実に保持することのてきる核燃料体を提供す
ることかてきる。
[Effects of the Invention (1) According to the invention of claim 1, by providing a stamp forming layer made of a graphite matrix material at the end, and forming a stamp within the thickness of this stamp forming layer, the tip of the stamp To provide a nuclear fuel assembly in which it is possible to prevent contact between the fuel particles and the coated fuel particles, and the integrity of the coated fuel particles can be reliably maintained without causing damage to the coating layer of the coated fuel particles due to stamping. I'll come.

(2)  請求項2の発明によると、予め均一な厚みに
成形してなる黒鉛マトリックス部材と特定のオーバーコ
ート粒子とを温間プレス成形により一体に成形するのて
、前述のような利点を有する工業的に有用な請求項1に
記載の核燃料体を優れた再現性の下に効率良く得ること
のてきる核燃料体の製造方法を提供することができる。
(2) According to the invention of claim 2, the graphite matrix member formed in advance to have a uniform thickness and the specific overcoat particles are integrally molded by warm press molding, thereby achieving the above-mentioned advantages. It is possible to provide a method for manufacturing a nuclear fuel assembly that can efficiently obtain the industrially useful nuclear fuel assembly according to claim 1 with excellent reproducibility.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は請求項1に記載の核燃料体の一例を示す説明図
、第2図は請求項2に記載の製造方法における黒鉛マト
リックス部材およびオーバーコート粒子のダイス内ての
充填状態を示す説明図、第3図(イ)は請求項1に記載
の核燃料体の他の一例を示す正面図、同図(ロ)はその
平面図、第4図は請求項2に記載の製造方法における黒
鉛マトリックス部材のプレス成形を示す説明図、第5図
は従来の核燃料体のプレス成形を示す説明図、第6図は
従来の核燃料体の一例を示す説明図、第7図は同しくそ
の核燃料体における刻印と被覆燃料粒子との関係を示す
説明図である。 1・・・被覆燃料粒子、2・・・マトリックス材、2′
・・・黒鉛マトリックス材、3・・・柱状成形体、4・
・・刻印形成層、5・・・黒鉛マトリックス部材、 1O・ ・ダイス ・オーバーコート粒子、 (N ○ O
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an example of a nuclear fuel assembly according to claim 1, and FIG. 2 is an explanatory diagram showing a filling state of graphite matrix members and overcoat particles in a die in the manufacturing method according to claim 2. , FIG. 3(a) is a front view showing another example of the nuclear fuel assembly according to claim 1, FIG. 3(b) is a plan view thereof, and FIG. 4 is a graphite matrix in the manufacturing method according to claim 2. FIG. 5 is an explanatory diagram showing press forming of a conventional nuclear fuel assembly, FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of a conventional nuclear fuel assembly, and FIG. 7 is an explanatory diagram showing an example of a conventional nuclear fuel assembly. FIG. 3 is an explanatory diagram showing the relationship between markings and coated fuel particles. 1... Coated fuel particles, 2... Matrix material, 2'
... graphite matrix material, 3 ... columnar molded body, 4.
... Stamp forming layer, 5... Graphite matrix member, 1O... Dice overcoat particles, (N ○ O

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)被覆燃料粒子をマトリックス材中に含有する柱状
成形体の端部に黒鉛マトリックス材からなる刻印形成層
を備えることを特徴とする核燃料体。
(1) A nuclear fuel assembly comprising a stamp forming layer made of a graphite matrix material at the end of a columnar molded body containing coated fuel particles in the matrix material.
(2)結合剤を含有する黒鉛マトリックス材を未硬化状
態で板状にプレス成形してなる黒鉛マトリックス部材を
、ダイス内の端部に装填した後、被覆燃料粒子の表面に
マトリックス材を付着させてなるオーバーコート粒子を
前記ダイス内に充填して温間プレス成形することを特徴
とする請求項1に記載の核燃料体の製造方法。
(2) After loading a graphite matrix member made by press-molding a graphite matrix material containing a binder into a plate shape in an uncured state into the end of the die, the matrix material is attached to the surface of the coated fuel particles. 2. The method of manufacturing a nuclear fuel assembly according to claim 1, wherein the die is filled with overcoat particles consisting of the above-mentioned overcoat particles, and warm press molding is carried out.
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