JPH0245839B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 原子炉からの放射性排気物質の長期的な処理を
管理するための提案されている方法では、原子炉
からの使用済み核燃料棒は該燃料を再処理しない
で耐食性物質で構成した気密容器により囲繞され
る。知られている一つの方法によれば、使用済み
の燃料棒は銅製の容器の中に配置されかつ溶融し
た鉛を容器中に供給することにより鉛の中に埋め
こまれる。その溶融した鉛は容器の中で凝固せし
められる。その後、容器には銅製の蓋が配置され
る。この蓋は容器とともに溶接されて気密の接合
部を形成する。

本発明は使用済みの燃料棒を埋めこむために鉛
の代りに銅粉末を使用しかつ容器および蓋のシー
ルを均衡プレスにより行えばかなりの利点が得ら
れるという認識に立つて考案されたものである。
一つの利点は、銅粉末、容器および蓋により形成
された銅の中身の本体が銅製容器および前記銅製
容器の中に配置された銅の本体よりも耐食性の点
でより優れているという事実のために耐食性が高
められることである。これは一方において銅自体
が鉛よりも耐食性が高いことに起因しており、他
方において均質な材料からなる保護装置に起因し
ている。別の利点は、容器の内部を凹所がないよ
うに構成できることであり、これは鉛を容器の中
に鋳込み、容器を蓋に溶接する場合にはほとんど
不可能である。さらに一つの利点は、本発明によ
る方法においては、容器と蓋との接合部が完全に
気密でありまた完全な信頼性があることである。
この場合には、容器中の物質と蓋がそれらの間に
異なる組成の物質からなる接合部または遷移領域
を形成しないで相互に結合する。既知の場合のよ
うに溶接により大きい肉厚を有する銅製部分を共
に接合することはかなりの困難を伴ない。また隣
接物質とは異なる構成を有する接合部が形成され
ることになる。それ故に、この接合部は密封され
た容器の弱点になる。

さらに特定的に述べると、本発明は原子炉から
の使用済みの核燃料棒を銅製容器で囲繞し、前記
核燃料棒を該容器中の耐食性物質の中に埋めこむ
方法において、該燃料棒の容器の中の銅粉末の中
に埋めこみ、かつ該容器を銅製の蓋で遮蔽し、か
つ密封された気密カプセルにより囲繞したその内
容物および蓋とともにまたは該容器に気密に接合
された蓋とともに該容器を該容器、粉末および蓋
の密着したち密なユニツトを形成するために必要
な圧力および温度で均衡プレスすることを特徴と
する前記方法に関する。

通常、この気密カプセルは容器が保管されると
きに長期間貯臓される。このカプセルは容器と同
じ性質の材料、すなわち、銅の薄板金で構成する
ことができる。銅は銅材料の密着した材料の欠陥
が生ずる可能性を減少させる。この外側のカプセ
ルは不銹鋼またはチタンのような銅による腐食の
保護を補うことができるその他の材料で構成する
こともできる。

容器、蓋および銅粉末は（小量のAgを含む）
少くとも99.95％Cuを含む酸素含有量の少い高純
度の品質の銅、所謂OFHC（酸素を含有しない高
い伝導性を有する）型式の銅から有利に製造され
る。このような品質は仕上げられた製品に良好な
耐食性を与えるものと考えられる。また、別の態
様として、小量のリン（最高0.015％のＰ）で脱
酸素した高純度の銅を使用することができる。

銅粉末の粒子は球形であるかまたは少くとも大
部分が球形であることが好ましい。このような形
状を有する粒子は良好な自由流動性を有してお
り、それ故に充填率が高くなる。この充填率は少
くとも二種類の異なる粒子サイズのボールを用い
ることにより改善することができる。二種類のフ
ラクシヨンの一方に対する好適な粒子サイズは
0.5−1.5mmであり、またフラクシヨンの他方の好
適な粒子サイズは0.1−0.2mmである。別の態様と
して、後者のフラクシヨンが最大0.2mmの粒子サ
イズの格付けされたフラクシヨンを構成すること
もできる。容器および／または燃料素子に軽い衝
撃または振動を与えることにより、充填される銅
粉末の充填率をさらに改良することができる。同
じ目的のために、充填された銅粉末の上にまたは
その中に振動する充填装置を一時的に配置して適
用することも可能である。容器、蓋および粉末の
密着したち密なユニツトを形成するための均衡プ
レスは少くとも10MPaの圧力ならびに600−800
℃の温度、またはどちらかといえば500−800℃の
温度で行うと好適である。

均衡プレス中に高い温度を使用しかつ長時間処
理する必要なく容器に対する蓋の恒久的な気密接
合を迅速でしかも信頼できる方法で実施するため
には、相互に接合する前にある好適な処理、例え
ば、きさげ仕上げ、サンドブラスト、金属ブラシ
かけ、洗浄または食刻により接合面から異物を除
去することが肝要である。接合面から酸化物等の
付着物を除去することが特に肝要である。この酸
化物の除去は酸洗いによるかまたは酸化物コーチ
ングを高い温度での水素ガスによる還元により行
うことができる。

接合面をみぞ、かき傷または浮出し模様のよう
なある表面加工を施すことにより、接触面の部分
は圧力を加えている間に強い塑性変形を起し、そ
れと同時に新鮮なしかも清浄な金属面が得られ
る。それにより、接合領域が相互に作用し易くな
り、その結果均衡プレス中の蓋および容器の気密
な接合部の形成が容易になる。さらに、接合面に
上記の表面加工を施すことによりまた蓋および容
器の接触部分の少くとも一方を段形または円錐形
に形成するかまたは容器の中に延びて容器と嵌合
する中央スタツド容器に形成することにより、接
合部の実際の長さを平坦でありかつ平滑な蓋の場
合に得られる接合部の長さの２倍ないし３倍に増
大させることができ、それによりその後の熱間均
衡プレス中に蓋および容器の密着したち密なユニ
ツトを形成することを付加的に保証する。それに
加えて、カプセルへの蓋の装着は接触部分を段形
に設計するかまたは中央スタツドにより構成した
機械的なガイドにより容易になり、また同時に加
圧ならびに締固め中の諸部分の位置の変位を阻止
することができる。

燃料棒を容器の中に別個にかつ所定位置に埋め
こむために、銅粉末の供給ならびに容器の密封中
に燃料棒を離隔要素により相互に隔置することが
できる。本発明の有利な実施態様によれば、離隔
要素は通常不銹鋼で構成されたスペーサからなつ
ており、また燃料棒を束にした形態の燃料棒が作
動中原子炉の中に配置されている。燃料棒が原子
炉の中で使用された後、燃料棒の束を組み立てな
いで銅製の容器の中に配置しかつ本発明の方法に
より密封しかつ長期的に貯蔵するように処理する
ことができる。本発明の別の有利な実施態様によ
れば、スペーサは銅で構成されている。この実施
態様は燃料棒が撤去され、すなわち、スペーサ中
の束の形態で維持されない場合に特に好適であ
る。プレス後、銅製のスペーサ要素は囲繞する銅
粉末とともに異なる構造の遷移領域を形成しない
で均質なユニツトを構成する。

銅の構成部分の密着したち密なユニツトを形成
するために蓋および内容物とともに容器の均衡ブ
レスを行う前に、蓋、内容物および容器は本発明
の特に有利な実施態様により最終プレス中に使用
される温度よりも低い温度において均衡プレスに
よりクリープ変形せしめられる。次いで、これら
の構成部分は最終プレスに使用される密封された
気密カプセルの中に配置されるか、または特定の
カプセルが使用されない場合には、蓋が容器に気
密に接合される。クリープ変形を起すために、少
くとも10MPaの圧力および300−500℃の温度を
使用することが好ましい。このように銅製の諸部
分を該諸部分を最終的に接合する間に使用される
温度よりも低い温度で均衡プレスすることによ
り、連続して加熱する間に燃料棒の被覆チユーブ
に効果的な支持圧力を作用させることができる。
このようにすることにより、前記チユーブを銅の
粉末、容器および蓋の密着したユニツトを形成す
るために必要な温度に加熱するときに前記チユー
ブの中に存在するガスが該チユーブのクリープ破
壊を惹き起す圧力を発生するおそれをなくすかま
たはともかくもかなり減少させることができる。
燃料棒はガスも含んでいるが、そのうちヘリウム
および核分裂ガスは室温においてすらも50−80バ
ールの圧力を発生する。

本発明の一実施例を添付図面について以下詳細
に説明する。

第１図について説明すると、原子炉からの複数
個の使用済み核燃料棒１１が銅の容器１０の中に
配置されている。二酸化ウランのペレツトを含む
ジルカロイチユーブからなる核燃料棒はスペーサ
１２に取りつけられたままになつている。スペー
サ１２は原子炉の中で燃料棒の各々の束の中に燃
料棒を保持する。第１図および第２図では、４個
の燃料棒の束１３，１４，１５および１６を示し
てある。これらの燃料棒の束はおそらくは容器の
底部または銅の粉末のベツドの上のサポート（図
示せず）上に配置することができよう。次いで、
この容器１０には、振動せしめている間に、0.5
mmないし1.5mmの直径の球形粒子からなる粉末70
重量部と0.1mmないし0.2mmの直径の球形粒子から
なる粉末30重量部との混合物１７が完全に充填さ
れる。次いで、銅製の蓋１８が容器１０の上に配
置される。容器１０、蓋１８および粉末は（小量
のAgを含む）99.95％のCuを含む前述した銅の性
質を有するものである。容器１０と接触する蓋１
８の部分１９は段の形に形成されている。蓋１８
は容器１０の中に突出する中央下側部分２０を有
している。容器１０および蓋１８の対向面１０ａ
および１８ａはそれぞれ第３図から明らかである
ように表面加工されている。これらの対向面１０
ａおよび１８ａは蓋１８を容器１０の上に配置す
る前に十分に清掃されかつその酸化物は酸による
処理により除去される。蓋１８を配置した容器１
０およびその内容物は銅薄板または鋼薄板で構成
されたカプセル２１の中に配置される。このカプ
セル２１には銅薄板または鋼薄板製の蓋２２が溶
接されて気密接合部２３を形成する。この蓋２２
は銅または鋼製のチユーブ２４を備えている。チ
ユーブ２４はカプセル２１からその内容物を排出
するために真空ポンプに接続することができる。
内容物の排出後、カプセル２１は蓋２２の上面の
情報でチユーブを溶接することにより密封され
る。

カプセル２１はその内容物とともに米国特許第
4172807号明細書に開示された型式の均衡プレス
用の炉の中で圧力媒体としてガス、例えば、アル
ゴンにより２段階で熱間均衡プレスされる。第１
段階では、カプセル２１は２時間ないし10時間の
間80MPaの圧力および450−500℃の温度をうけ
る。その作業中、容器１０、蓋１８および粉末の
銅はクリープ変形を起し、その結果燃料棒を効果
的に支持する圧力を生ずる銅粉末の充填が起り、
それにより連続加熱する間にジルカロイチユーブ
の中に存在するガスの圧力が増大してジルカロイ
チユーブのクリープ破壊を防止する。しかしなが
ら、この処理では粉末粒子、および蓋が十分に結
合した一体のユニツトを形成するには至らない。
このような十分な結合は、炉の中の温度を約700
℃に上昇させ、同時にガスを付加的に供給しない
で圧力を約100MPaに上昇させかつこれらの状態
を１時間ないし４時間維持することにより達成さ
れる。カプセル２１が内容物とともにこのように
第２段階の均衡プレスされたとき、カプセル２１
をその中に収納された物質とともに冷却し、その
後圧力を大気圧まで低下してカプセル２１を炉か
ら取り出す。通常、カプセル２１は長時間保管さ
れる場合には圧縮された製品の上に配置される。

別の一実施様態においては、0.8−1.0mmの直径
の球形粒子からなる粉末55重量部と、0.2mmおよ
びそれ以下の直径の球形粒子からなる粉末45重量
部とからなる混合物１７が使用される。この場合
には、理論的密度の81％の充填密度が得られる。
カプセル２１から内容物を排出した後、カプセル
２１を350℃に加熱し、その後カプセル２１に
0.1MPaの圧力の水素ガスを充填する。この温度
を1/2時間維持した後、カプセル２１の中の水素
ガスを排出しかつ再び水素ガスを充填する。この
350℃での水素ガスによる処理は複数回、例えば、
７回繰り返して行うが、その処理時間を例えば10
時間まで増やして連続して行うと好適である。こ
の水素ガスによる処理によりおそらく存在してい
る銅の酸化物が還元される。水素ガスによる処理
が完了した後、カプセルから水素ガスを排出しか
つ前述した場合と同様にカプセルを密封する。均
衡プレス中、第１段階で400−450℃の温度が用い
られ、また第２段階で525℃の温度が用いられる。
この別の実施例は前述した場合と同一条件の下で
別の方法で実施される。

第２図に例示した実施態様においては、容器中
の物質を気密に囲繞するために特殊のカプセルを
使用していない。その代りに、容器１０および蓋
１８はそれぞれフランジ２５および２６を備えて
いる。燃料棒１１を容器１０の中に配置しかつ容
器１０の中に銅粉末を充填した後、フランジ２５
および２６は溶接または冷間プレスにより共に接
合されて気密接合部２７を形成する。蓋１８は銅
製のチユーブ２８を備えている。チユーブ２８は
蓋を気密に取りつけた容器から排出した後に密封
される。密封後、閉ざされた容器は第１図に示し
た密封されたカプセルについて記載した方法で２
段階で均衡プレスされる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は均衡プレスを行う前の燃
料棒および蓋を配置しかつ粉末を充填した容器の
二つの実施態様を例示した図、かつ第３図は拡大
した縮尺で第１図の細部を示した図である。 １０……容器、１１……核燃料棒、１２……ス
ペーサ、１３，１４，１５，１６……燃料棒の
束、１７……銅粉末、１８……蓋、１９……接触
部分、２０……容器中に延びる蓋の部分、２１…
…カプセル、２２……カプセルの蓋、１８ａ，１
０ａ……接合面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 原子炉からの使用済みの核燃料棒１１を銅製
   容器で囲繞し、前記核燃料棒を容器１０中の耐食
   性物質の中に埋めこむ方法において、核燃料棒１
   １を容器１０の中の銅粉末１７の中に埋めこみか
   つ容器１０を銅製の蓋１８で密封し、かつ密封さ
   れた気密カプセル２１，２２により囲繞したその
   内容物および蓋１８とともにまたは該容器に気密
   に接合された蓋１８とともに容器１０を容器１
   ０、粉末１７および蓋１８の密着したち密なユニ
   ツトを形成するために必要な圧力および温度にお
   いて均衡プレスすることを特徴とする、原子炉か
   らの使用済みの核燃料棒を銅製容器で囲繞し、前
   記核燃料棒を容器中の耐食性物質の中に埋めこむ
   方法。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の方法におい
   て、前記カプセルを銅で構成したことを特徴とす
   る方法。 ３ 特許請求の範囲第１項または第２項に記載の
   方法において、密着したち密なユニツトを形成す
   るための均衡プレスを少くとも10MPaの圧力お
   よび500−800℃の温度で実施することを特徴とす
   る方法。 ４ 特許請求の範囲第１項から第３項までのいず
   れか１項に記載の方法において、燃料棒１１を容
   器１０の中で離隔要素１２により相互に離隔して
   保持することを特徴とする方法。 ５ 特許請求の範囲第４項に記載の方法におい
   て、離隔要素１２が原子炉の核燃料棒の束のため
   のスペーサからなることを特徴とする方法。 ６ 特許請求の範囲第４項に記載の方法におい
   て、離隔要素１２を銅で構成したことを特徴とす
   る方法。 ７ 特許請求の範囲第１項から第６項までのいず
   れか１項に記載の方法において、蓋１８または容
   器１０の少くとも一方において、蓋１８と容器１
   ０との接触部分１９を段形に形成したことを特徴
   とする方法。 ８ 特許請求の範囲第１項から第７項までのいず
   れか１項に記載の方法において、蓋１８が予期１
   ０の中に延びて嵌合する部分２０を備えているこ
   とを特徴とする方法。 ９ 特許請求の範囲第１項から第８項までのいず
   れか１項に記載の方法において、蓋１８と容器１
   ０との接触部分１９の面１８ａ，１０ａにみぞ、
   かき傷またはその他の表面模様を形成したことを
   特徴とする方法。 １０ 特許請求の範囲第１項から第９項までのい
   ずれか１項に記載の方法において、容器１０、粉
   末１７および蓋１８を密着したち密なユニツトを
   形成するために必要な圧力および温度において均
   衡プレスする前に、密封された気密カプセル２
   １，２２により囲繞されたその内容物および蓋１
   ８とともにまたは該容器に気密に接合された蓋１
   ８とともに容器１０をより低い温度で均衡プレス
   して容器１０、粉末１７および蓋１８のクリープ
   変形を達成することを特徴とする方法。 １１ 特許請求の範囲第１０項に記載の方法にお
   いて、クリープ変形を達成するための均衡プレス
   を少くとも10MPaの圧力および300−500℃の温
   度で実施することを特徴とする方法。