JPH03243890A - 核燃料ペレット - Google Patents
核燃料ペレットInfo
- Publication number
- JPH03243890A JPH03243890A JP2041829A JP4182990A JPH03243890A JP H03243890 A JPH03243890 A JP H03243890A JP 2041829 A JP2041829 A JP 2041829A JP 4182990 A JP4182990 A JP 4182990A JP H03243890 A JPH03243890 A JP H03243890A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- grain size
- nuclear fuel
- crystal grain
- pellet
- gas
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
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
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (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】
「産業上の利用分野ｊ
本発明は、核分裂生成ガスの保持力に優れた核燃料ペレ
ットに係わり、特に、照射時の被覆管との相互作用を低
減するための改良に関する。
ットに係わり、特に、照射時の被覆管との相互作用を低
減するための改良に関する。
「従来の技術」
最近、原子炉燃料をより長期間使用する、いわゆる高燃
焼度化計画が検討されているが、その実現に際しては、
核燃料が発生する核分裂生成ガス（ＦＰガス）を核燃料
ペレットの外にできるだけ放出しないようにすることが
肝要である。
焼度化計画が検討されているが、その実現に際しては、
核燃料が発生する核分裂生成ガス（ＦＰガス）を核燃料
ペレットの外にできるだけ放出しないようにすることが
肝要である。
ＦＰガスがペレット外に放出される機構は一般に次のよ
うに考えられている。まず、ペレットの結晶粒内でＦＰ
ガスが発生し、このガスが結晶粒内あるいは結晶粒界で
気泡を形成する。このうち、粒界において生成した気泡
がある程度の量に達すると、ついには粒界に沿ってトン
ネルが形成され、このトンネルを通って粒界に存在する
ＦＰガスがペレット外に放出される。
うに考えられている。まず、ペレットの結晶粒内でＦＰ
ガスが発生し、このガスが結晶粒内あるいは結晶粒界で
気泡を形成する。このうち、粒界において生成した気泡
がある程度の量に達すると、ついには粒界に沿ってトン
ネルが形成され、このトンネルを通って粒界に存在する
ＦＰガスがペレット外に放出される。
このことから、ＦＰガスの発生そのものを抑えることは
できないとしても、焼結体ペレット中の結晶粒径を大き
くし、結晶粒内で生成したＦＰガスの粒界への到達距離
を長くすることにより、ペレット内にガスを閉じ込めて
、結果的にＦＰガスの放出量が低減できると考えられる
。このため高燃焼度用核燃料として、結晶粒径の大きい
ペレットを使用する考えが一般的になりつつある。最適
な結晶粒径については未だ明らかでないが、本出願者が
行なった燃焼度お上びＦＰガス放出率等の検討によれば
、２０１１ｙ以上が好適であると考えられる。
できないとしても、焼結体ペレット中の結晶粒径を大き
くし、結晶粒内で生成したＦＰガスの粒界への到達距離
を長くすることにより、ペレット内にガスを閉じ込めて
、結果的にＦＰガスの放出量が低減できると考えられる
。このため高燃焼度用核燃料として、結晶粒径の大きい
ペレットを使用する考えが一般的になりつつある。最適
な結晶粒径については未だ明らかでないが、本出願者が
行なった燃焼度お上びＦＰガス放出率等の検討によれば
、２０１１ｙ以上が好適であると考えられる。
「発明が解決すべき課題」
ところで、この種の大粒径ペレットにおいては、以下の
ような新たむ問題の生しる可能性を有することが本発明
者らの検討から明らかになった。
ような新たむ問題の生しる可能性を有することが本発明
者らの検討から明らかになった。
すなわち、核燃料ペレットはジルカロイ等の被覆管に封
入して燃料棒として使用されるが、これＳペレットは燃
焼度が大きくなると気体および固体ＦＰの内部蓄積によ
って次第に体積が増しくスエリングという）、ペレット
と被覆管の接触面に応力が生しる。この相互作用をＰｅ
１ｌｅｔ ＣｌａｄｄｉｎｇＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ（
Ｐ ＣＩと略す）と呼ぶが、このＰＣＩは、ペレットと
被覆管の間に予め高精度で形成されている僅かな間隙、
ならびに被覆管内でのペレットのクリープ変形によって
一部緩和されるようになっている。
入して燃料棒として使用されるが、これＳペレットは燃
焼度が大きくなると気体および固体ＦＰの内部蓄積によ
って次第に体積が増しくスエリングという）、ペレット
と被覆管の接触面に応力が生しる。この相互作用をＰｅ
１ｌｅｔ ＣｌａｄｄｉｎｇＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ（
Ｐ ＣＩと略す）と呼ぶが、このＰＣＩは、ペレットと
被覆管の間に予め高精度で形成されている僅かな間隙、
ならびに被覆管内でのペレットのクリープ変形によって
一部緩和されるようになっている。
ところが、本発明者らの実験によると、結晶粒径が２０
μｍ以上の核燃料ペレットでは、通常の小粒径ペレット
に比してクリープ速度か小さいことが判明した。このｆ
二め、クリープ変形によりＰＣＩを緩和する作用に乏し
く、小粒径ベレ・ソトに比してＰＣＩが増加する可能性
を有するのである。
μｍ以上の核燃料ペレットでは、通常の小粒径ペレット
に比してクリープ速度か小さいことが判明した。このｆ
二め、クリープ変形によりＰＣＩを緩和する作用に乏し
く、小粒径ベレ・ソトに比してＰＣＩが増加する可能性
を有するのである。
本発明は上記事情に鑑みてなされたしのて、ＰＣＩを増
大することなしに、ＦＰガス放出率を低減することので
きる核燃料ペレットの提供を課題としている。
大することなしに、ＦＰガス放出率を低減することので
きる核燃料ペレットの提供を課題としている。
「課題を解決する手段」
以下、本発明に係わる核燃料ペレットを具体的に説明す
る。
る。
第１図および第２図は本発明に係わる核燃料ペレットの
一例を示す。この核燃料ペレットは、ＵＯ２やその他の
酸化ウラン、酸化プルトニウム等の酸化物系核燃料物質
粉末の一種あるいは複数種を混合し、必要に応じてボア
フォーマ−や酸化ガドリニウム等の中性子減速剤等を添
加して一体に圧粉成形および焼結したもので、原料組成
を調整することにより、径方向中央部ｌは結晶粒径が相
対的に大きい組織とされる一方、外周部２は結晶粒径が
相対的に小さい組織とされている。
一例を示す。この核燃料ペレットは、ＵＯ２やその他の
酸化ウラン、酸化プルトニウム等の酸化物系核燃料物質
粉末の一種あるいは複数種を混合し、必要に応じてボア
フォーマ−や酸化ガドリニウム等の中性子減速剤等を添
加して一体に圧粉成形および焼結したもので、原料組成
を調整することにより、径方向中央部ｌは結晶粒径が相
対的に大きい組織とされる一方、外周部２は結晶粒径が
相対的に小さい組織とされている。
中央部１の結晶粒径は２０μｍ以上、好ましくは３０〜
１００μｎとされる。２０μｍ未満では燃焼時にＦＰガ
スを保持する効果が小さくなり、従来品に対してのメリ
ットを失う。また１００μ麗より大では結晶粒径が大き
すぎてペレットの機械的強度低下を招くおそれがある。
１００μｎとされる。２０μｍ未満では燃焼時にＦＰガ
スを保持する効果が小さくなり、従来品に対してのメリ
ットを失う。また１００μ麗より大では結晶粒径が大き
すぎてペレットの機械的強度低下を招くおそれがある。
外周部２の結晶粒径は１０μｍ以下、好ましくは５〜８
μ夏にされている。ＩＯμＭ以上であるとクリープ速度
が小さく、前述したＰＣＩの問題が解決できない。また
５μ度未満の粒径の組織を形成することは通常の方法で
は困難である。
μ夏にされている。ＩＯμＭ以上であるとクリープ速度
が小さく、前述したＰＣＩの問題が解決できない。また
５μ度未満の粒径の組織を形成することは通常の方法で
は困難である。
外周部２の径方向厚さＴは、ペレットの直径りの１−１
０％程度、望ましくは２〜５％とされている。１％未満
では十分なりリープ変形量を確保することが困難で、ま
た１０％より大では中央部ｌの体積占有率が低下してＦ
Ｐガス保持効果が低下する。
０％程度、望ましくは２〜５％とされている。１％未満
では十分なりリープ変形量を確保することが困難で、ま
た１０％より大では中央部ｌの体積占有率が低下してＦ
Ｐガス保持効果が低下する。
次に、上記のような核燃料ペレットの製造方法の一例を
説明する。この例では、比表面積の大きい高活性なＵＯ
，粉末を用いてペレットの中央部Ｉを形成するとともに
、比表面積の小さい比較的不活性なＵ Ｏ２粉末を用い
て外周部２を形成する。
説明する。この例では、比表面積の大きい高活性なＵＯ
，粉末を用いてペレットの中央部Ｉを形成するとともに
、比表面積の小さい比較的不活性なＵ Ｏ２粉末を用い
て外周部２を形成する。
活性度の大きいＵＯ２粉末としては、比表面積が３ｍ”
７ｇ以上、好ましくは５〜１５ｚ”／ｙのものを使用す
る。一方、活性度の小さい粉末としては、比表面積が３
１／９以下、好ましくは１〜２ｘ２７ｇのものを使用す
る。このような２種類の活性度の粉末は、ＵＯ，粉末の
製造条件を調整することにより容易に製造できる。この
製造技術に関しては、本出願人らは既に特願昭６１−１
４２５０６号、特願昭６１−１９００７９号、特願昭６
３−１２７９３４号、特願昭６３−１２７９３５号およ
び米国特許出願第１３９４４７号において開示している
。
７ｇ以上、好ましくは５〜１５ｚ”／ｙのものを使用す
る。一方、活性度の小さい粉末としては、比表面積が３
１／９以下、好ましくは１〜２ｘ２７ｇのものを使用す
る。このような２種類の活性度の粉末は、ＵＯ，粉末の
製造条件を調整することにより容易に製造できる。この
製造技術に関しては、本出願人らは既に特願昭６１−１
４２５０６号、特願昭６１−１９００７９号、特願昭６
３−１２７９３４号、特願昭６３−１２７９３５号およ
び米国特許出願第１３９４４７号において開示している
。
なお、活性度の大きいＵＯ，粉末は、原料粉末を粉砕処
理して比表面積を増大させる方法や、原料粉末に酸化還
元処理等を行なう方法でも得ることができる。さらに、
従来行なわれている大粒径組織の形成方法としては、Ｕ
Ｏｔ原料粉末にニオビア（Ｎ ｂｔ Ｏ５）等を添加す
る方法もある。ただし、このように添加物を使用する方
法では燃料の融点等に対する影響が必ずしも明らかでな
いため、活仕度の異なる２種のＵＯ２粉末を原料として
ベレットを形成する方法が最も問題が少ないといえる。
理して比表面積を増大させる方法や、原料粉末に酸化還
元処理等を行なう方法でも得ることができる。さらに、
従来行なわれている大粒径組織の形成方法としては、Ｕ
Ｏｔ原料粉末にニオビア（Ｎ ｂｔ Ｏ５）等を添加す
る方法もある。ただし、このように添加物を使用する方
法では燃料の融点等に対する影響が必ずしも明らかでな
いため、活仕度の異なる２種のＵＯ２粉末を原料として
ベレットを形成する方法が最も問題が少ないといえる。
次に、プレス型の径方向中央部に活性度の大きいＵ○２
粉末を、外周側に活性度の小さい粉末をそれぞれ充填し
、１〜６ｔ／ｃｍ２の成形圧で一体成形する。そして得
られた圧粉体を、水素あるいは加湿した水素気流中で１
６００〜１８００℃で焼結する。すると、圧粉体の中央
部（１）を構成する高活性粉末は、焼結性に優れて結晶
粒成長速度が大きいため結晶粒径の大きい組織となる一
方、圧粉体の外周部（２）を構成する活性度の小さい粉
末は結晶粒成長速度が小さく、結晶粒径の小さい組織と
なる。
粉末を、外周側に活性度の小さい粉末をそれぞれ充填し
、１〜６ｔ／ｃｍ２の成形圧で一体成形する。そして得
られた圧粉体を、水素あるいは加湿した水素気流中で１
６００〜１８００℃で焼結する。すると、圧粉体の中央
部（１）を構成する高活性粉末は、焼結性に優れて結晶
粒成長速度が大きいため結晶粒径の大きい組織となる一
方、圧粉体の外周部（２）を構成する活性度の小さい粉
末は結晶粒成長速度が小さく、結晶粒径の小さい組織と
なる。
なお、本発明のベレットは上側に限らず、第３図に示す
ようにペレットの一端部も結晶粒径の小さい組織として
、ペレット同士の当接面におけるクリープ速度を増した
り、あるいは粉末充填の方法を変更することにより大粒
径組織と小粒径組織との境界を無段階あるいは多段階に
粒径変化させてもよい。
ようにペレットの一端部も結晶粒径の小さい組織として
、ペレット同士の当接面におけるクリープ速度を増した
り、あるいは粉末充填の方法を変更することにより大粒
径組織と小粒径組織との境界を無段階あるいは多段階に
粒径変化させてもよい。
１実施例」
次に、本発明の実施例を挙げて効果を実証する。
まず、ＵＯ２Ｆ２を水に溶解して作製したＵＯ２Ｆ２溶
液とアンモニア水を反応させてＡＤＵを生成し、このＡ
ＤＵを濾過および乾燥した後、焙焼・還元してＵＯ２粉
末に変換した。その過程でＡＤＵ沈澱の生成条件を調整
することにより、活性度の大きいＵＯ７粉末と活性度の
小さいＵＯ２粉末をそれぞれ作製した。高活性粉末の比
表面積は約１０ｉ”／９、低活性粉末の比表面積は約２
がであった。
液とアンモニア水を反応させてＡＤＵを生成し、このＡ
ＤＵを濾過および乾燥した後、焙焼・還元してＵＯ２粉
末に変換した。その過程でＡＤＵ沈澱の生成条件を調整
することにより、活性度の大きいＵＯ７粉末と活性度の
小さいＵＯ２粉末をそれぞれ作製した。高活性粉末の比
表面積は約１０ｉ”／９、低活性粉末の比表面積は約２
がであった。
次に、プレス型内の径方向中央部に高活性粉末を円柱形
に充填する一方、外周部には低活性粉末を円筒形に充填
した。プレス型の内径は１０ｍｍ、深さは１３■、低活
性粉末層の径方向厚さは１ｍｍとした。これを３ｔ／ｃ
ｍ２で一体成形し、水素気流中で１７５０℃で４時間焼
結を行ない、ＩＯπｎφ×８ｍｍのベレットを得ｆこ。
に充填する一方、外周部には低活性粉末を円筒形に充填
した。プレス型の内径は１０ｍｍ、深さは１３■、低活
性粉末層の径方向厚さは１ｍｍとした。これを３ｔ／ｃ
ｍ２で一体成形し、水素気流中で１７５０℃で４時間焼
結を行ない、ＩＯπｎφ×８ｍｍのベレットを得ｆこ。
このペレットの断面を切断した後、研摩およびエツチン
グして光学顕微鏡で組織を観察したところ、中央部の結
晶粒径は５０μｍ、外周部の結晶粒径は８μｍたった。
グして光学顕微鏡で組織を観察したところ、中央部の結
晶粒径は５０μｍ、外周部の結晶粒径は８μｍたった。
また、前記の低活性粉末および高活性粉末をそれぞれ単
独で用いて均一組織のペレットを２種作成し、これ占ペ
レットに対して荷重２５０＆ｇｆ、１５００℃でクリー
プ試験を行なった。その結果、小粒径ペレットのクリー
プ速度は２ Ｘ １０−３ｈｒ−’、大粒径ペレットで
はｌＸｌ０−’ｈｒ−’だった。
独で用いて均一組織のペレットを２種作成し、これ占ペ
レットに対して荷重２５０＆ｇｆ、１５００℃でクリー
プ試験を行なった。その結果、小粒径ペレットのクリー
プ速度は２ Ｘ １０−３ｈｒ−’、大粒径ペレットで
はｌＸｌ０−’ｈｒ−’だった。
「発明の効果」
以上説明したように、本発明に係わる核燃料ペレットは
、径方向中央部がＦＰガスの保持性に優れた結晶粒径が
大きい組織で構成される一方、外周部はクリープ速度の
相対的に大きい結晶粒径が小さい組織で構成されている
ので、照射時における被覆管との相互作用を増大するこ
となしに、ＦＰガス放出率を低減することが可能である
。
、径方向中央部がＦＰガスの保持性に優れた結晶粒径が
大きい組織で構成される一方、外周部はクリープ速度の
相対的に大きい結晶粒径が小さい組織で構成されている
ので、照射時における被覆管との相互作用を増大するこ
となしに、ＦＰガス放出率を低減することが可能である
。
第１図および第２図は本発明に係わる核燃料ペレットの
一例を示す平面図および縦断面図、第３図はその変形例
を示す縦断面図である。 ■・・結晶粒径が大きい中央部、 ２・結晶粒径か小さい外周部。
一例を示す平面図および縦断面図、第３図はその変形例
を示す縦断面図である。 ■・・結晶粒径が大きい中央部、 ２・結晶粒径か小さい外周部。
Claims (1)
- 核燃料物質を一体焼結してなる円柱状の核燃料ペレッ
トであって、径方向中央部の結晶粒径が２０μｍ以上、
外周部の結晶粒径が１０μｍ以下とされていることを特
徴とする核燃料ペレット。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2041829A JPH03243890A (ja) | 1990-02-22 | 1990-02-22 | 核燃料ペレット |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2041829A JPH03243890A (ja) | 1990-02-22 | 1990-02-22 | 核燃料ペレット |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03243890A true JPH03243890A (ja) | 1991-10-30 |
Family
ID=12619163
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2041829A Pending JPH03243890A (ja) | 1990-02-22 | 1990-02-22 | 核燃料ペレット |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03243890A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1909294A1 (en) * | 2006-10-03 | 2008-04-09 | The European Atomic Energy Community (EURATOM), represented by the European Commission | High burn-up nuclear fuel pellets |
-
1990
- 1990-02-22 JP JP2041829A patent/JPH03243890A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1909294A1 (en) * | 2006-10-03 | 2008-04-09 | The European Atomic Energy Community (EURATOM), represented by the European Commission | High burn-up nuclear fuel pellets |
| WO2008040768A1 (en) * | 2006-10-03 | 2008-04-10 | The European Atomic Energy Community (Euratom), Represented By The European Commission | High burn-up nuclear fuel pellets |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3437107B1 (en) | Fully ceramic microencapsulated fuel fabricated with burnable poison as sintering aid | |
| KR20180121788A (ko) | SiC 및 흑연 매트릭스 TRISO-포함 페블 연료의 신속한 처리를 위한 공정 | |
| JP2013520642A (ja) | 核燃料、核燃料要素、核燃料アセンブリ、および核燃料製造方法 | |
| CN107533868A (zh) | 核燃料小球及其制造方法 | |
| US5978431A (en) | Nuclear fuel pellets | |
| CN106448749B (zh) | 燃料芯块及其制备方法 | |
| US20050195933A1 (en) | Fuel pellet for a nuclear reactor and method for producing the fuel pellet | |
| JP4700806B2 (ja) | 核燃料ペレット | |
| JPH03243890A (ja) | 核燃料ペレット | |
| RU2467411C1 (ru) | Таблетка наноструктурированного ядерного топлива (варианты) и тепловыделяющий элемент ядерного реактора (варианты) | |
| JPH03249596A (ja) | 核燃料ペレットの製造方法 | |
| JPH0694869A (ja) | 核燃料ペレット及び製造方法 | |
| KR101474153B1 (ko) | 금속 미소셀이 배치된 핵분열생성물 포획 소결체 및 이의 제조방법 | |
| JP2737350B2 (ja) | 核燃料ペレット | |
| US20240021332A1 (en) | Overmolded fuel pellets and methods of manufacture thereof | |
| JP2701049B2 (ja) | 酸化物核燃料体の空気焼結による製造方法 | |
| JP2907694B2 (ja) | 核燃料ペレットの製造方法 | |
| JPH01253694A (ja) | 核燃料ペレットの製造方法 | |
| CN120784014A (zh) | 用于重水堆辐照生产钚-238的镎铀混合靶件及其制备方法 | |
| JPH09127279A (ja) | 核燃料ペレットおよびその製造方法 | |
| JP2655908B2 (ja) | 大結晶粒径を有する酸化ガトリニウム入り核燃料ペレットの製造方法 | |
| JPH02296189A (ja) | 核燃料ペレットおよびその製造方法 | |
| JPH0448296A (ja) | 核燃料ペレットの製造方法 | |
| JPH03183993A (ja) | 核燃料ペレットとその製造方法 | |
| JPH0761820A (ja) | 核燃料ペレットの製造方法 |