JPH0458192A - 酸化物核燃料ペレットの製造方法 - Google Patents

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、Ｕ０２ペレットの大粒径化により核分裂性生
成ガス（ＦＰガス）の保持力を高めるとともに、燃料ペ
レットと被覆管との機械的相互作用（ＰＣＭＩ）による
影響を緩和するよう改良した主として軽水炉用の酸化物
核燃料ペレットの製造方法に関するものである。

［従来の技術］ 従来から軽水炉用として使用されている酸化物核燃料ペ
レットは、第２図の製造工程から明らかなように、ＵＯ
２粉末を造粒し、潤滑剤添加・混合して直径及び高さを
約１ｃｍの円柱状に圧縮成形した後、水素雰囲気中て焼
結し、これら焼結体の外周研削を行い、検査をして製造
された結晶粒径か５〜１０ｇｍの範囲で均一な焼結体ペ
レットである。

さらに燃料の高燃焼度利用においで問題となるＦＰガス
放出の低減化を狙うため、結晶粒径を粗大化した酸化物
核燃料ペレットを製造することが知られている。また、
特開昭５５−８７０８９号公報によれば、同様の圧縮成
形体を酸化性雰囲気化て１０００〜１４００°Ｃて焼結
することにより、同様の焼結体ペレットか得られること
が知られており、また原料粉末にＵ３Ｏ８粉末を添加す
ることにより約２ｇ層のマトリックス粒子の間に２０〜
５０Ｂｙａの粒子フラクションか埋め込まれる２モ一ド
粒子構造の焼結ペレットか得られることが知られている
。このような２モ一ト粒子構造ては微粒子区域か焼結体
の骨格を構成して機械的負荷を引き受けるとともに、粗
大化した結晶粒領域てＦＰガス放出を低減化する２つの
改良効果を有するペレットであることか知られている。

［発明か解決しようとする課題］ ところて、上記のような方法で作られる酸化物核燃料ペ
レットは、高燃焼度時の核分裂生成ガス放出低減化及び
ペレットと被覆管との間の機械的相互作用（ＰＣＭＩ）
の緩和を改良効果として狙ったものであるか、２モ一ト
粒子構造を得るために、製造工程てリサイクルした酸化
ウラン粉末あるいはＵＯ２ペレットをばい焼したＵ３０
．粉末を使用しているため、常に一定量のＵ３０６粉末
を必要とするとともに、広範囲の微細結晶粒構造領域の
組織を制御することには限界かある。また、結晶粒径粗
大化に伴い、高密度化するのて、所定の密度並びにその
、熱的寸法安定性の制御か困難となる。

本発明は、かかる状況に鑑みてなされたもので、高燃焼
度下でのＦＰガス放出低減化ならびにＰＣＭＩの緩和の
改良効果をそこなうことなく、前述のふたつの問題点を
解決する酸化物核燃料ペレットの製造方法を提供するこ
とを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するために、この発明の酸化物核燃料
ペレットの製造方法は、２種類の異なる活性度を有する
酸化ウラン粉末をそれぞれ造粒した後、これらを混合し
所要の大きさの円柱体に成形し、還元性または酸化性雰
囲気下て１０００〜２０００℃の温度範囲て、５分以上
の加熱条件て焼結することにより、大粒径及び小粒径の
各領域か重量比で９：１から１・９の範囲割合で混在す
る酸化物核燃料ペレットを製造するものである。

［作用］ 本発明の製造工程によれば、焼結ペレット内においで高
活性化酸化ウラン粉末を造粒した領域は、２０〜１００
ｇｍの大粒径の結晶を構成し、ＦＰガス放出低減化の改
良効果を担うことかできる。一方、低活性化酸化ウラン
粉末を造粒した領域は、１〜２０ｇｍの範囲の結晶粒径
を有し、従来ペレットと同等の緻密化量ならびに機械的
特性を担う領域を構成する。本方法では、２種類の活性
度を有する酸化ウラン粉末の混合割合を任意に変えるこ
とにより、焼結ペレットの密度、粒径分布、熱的寸法安
定性ならびに機械的特性などの程度を自在に変えること
ができる。また、各原料粉末の造粒工程においで、造粒
粉体の密度ならびに大きさを制御することにより、２モ
一ト粒子構造における２つの結晶粒径領域の分布状態を
広範囲に制御することができる。

［実施例］ 第１図は本発明による酸化物核燃料ペレットの製造工程
を示すフロック図である、第２図に示す従来の製造工程
に比較して第１図の製造工程では、まず、原料の六フッ
化ウランを粉末活性度を制御可能な転換方法により、活
性度の異なる酸化ウラン粉末に転換する。これらの転換
方法についでは、例えばＡ　Ｄ　Ｕ　（Ａｍｍｏｎｉｕ
ｍ　ｄｉｕｒａｎａｔｅ）法。

改良ＡＤＯ法、Ａ　Ｕ　Ｃ（＝Ａｍｓ＋ｏｎｉｕｍ　Ｉ
Ｊｒａｎｙｌ　Ｃａｒｂｏｎａｔｅ）法、改良ＡＵＧ法
などの方法が知られている。これらの転換方法ては、得
られる酸化ウラン粉末の活性度を広い範囲で変えられる
のて、その焼結ペレットの焼結粒径な従来の１０倍以上
に達することか回旋である。このような方法で得られた
比表面積が３−２７ｇ以上を有する高活性化酸化ウラン
粉末と、３　ｍ２７ｇ未満の低活性化酸化ウラン粉末を
、各々造粒した後に潤滑材を添加して混合する。但し、
この場合製造工程におけるスクラップ回収ウランの再利
用等の目的てＵ３０．粉を１０％以下の範囲で添加する
場合がある。その後の成形・焼結の工程は従来の技術と
同しである。

次に、本発明を第１図の実施例に基すいで具体的に説明
する。原料穴フッ化ウランを通常のいわゆるＡＤＵ法て
転換することにより得られる低活性化酸化ウラン粉末（
ＵＯ２゜８）の場合、通常の冷間・圧縮による成形体を
還元性雰囲気で１７００℃以上て加熱して焼結すると、
約５〜ｌＯμ層の結晶粒径を有するペレットが製造され
る。

高活性化酸化ウラン（ＵＯ，やＸ）粉末は、原料穴フッ
化ウランを改良転換法により転換することにより作製さ
れ、これらの焼結が容易に進行する高活性化粉末の場合
上記と同様に加熱して焼結すると、２０〜１００１の結
晶粒径のペレットが製造される。

これらの事実にもとすいでこの発明の酸化物核燃料ペレ
ットは次のようにして作られる。

すなわち、造粒工程においで、高活性化酸化ウラン粉末
を、例えば約１００ｇｍ以上の粒子に造粒し、低活性化
酸化ウラン粉末を約１００ｇｍ以下に造粒する。あるい
は後者の粉末についでは造粒しないで使用する。このよ
うな造粒粉を高活性化Ｕ　Ｏ２粉末の割合を１０〜９０
重量％の範囲で混合する。

以上の方法により得られた混合粉末に潤滑剤（例えばス
テアリン酸亜鉛０．２重量％）を添加した後、従来の公
知粉末成形プレス技術により成形体（グリーンペレット
）とし、還元性雰囲気中て１７５０°Ｃて５時間の加熱
条件で焼結した。

第３図（ａ）は、この実施例により得られた酸化物核燃
料ペレットの微細構造を示す光学顕微鏡写真てあり、第
３図（ｂ）は、第３図（ａ）の説明図である。第３図か
ら明らかなように、本発明の酸化物核燃料ペレットは、
小気孔領域２を有する大結晶粒領域ｌと、多気孔領域３
を有する小結晶粒領域３とか、互いに混在している状態
かわかる。

上記の活性度の異なる造粒粉からなる成形体を酸化性雰
囲気の焼結に供しても、同様の微細構造を有する酸化物
核燃料レベットが製造される。

［発明の効果］ 以上、説明したとおり、本発明の方法により得られた酸
化物核燃料ペレットは低活性化酸化ウラン粉末により調
整された約５〜１０ｇｇ＋の微細結晶構造を連続的に有
する領域中に、高活性化酸化ウラン粉末により調整され
た大粒径（約２０〜１１００Ｉｔの結晶粒径）の結晶構
造を有する島状の孤立した領域か存在する２モ一ド粒子
構造（第３図参照）を有するので燃料の高燃焼度下にお
けるＦＰガス放出量を制御し、燃料被覆管との機械的相
互作用を緩和できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の酸化物核燃料ペレットの製造方法の
工程を示すブロック図、第２図は、従来の酸化物核燃料
ペレットの製造方法の工程を示すブロック図、第３図（
ａ）は、本発明の原子燃料ペレットの粒子の構造を示す
顕微鏡写真、第３図（ｂ）は同図（ａ）の顕微鏡写真の
説明図である。 図中。 ｌ二大結品粒領域 ３：小結晶粒領域 ４：多気孔領域 代理人　弁理士　１）北　嵩　晴 ２：少気孔領域 第 図 第 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）２種類の異なる活性度を有する酸化ウラン粉末を
   それぞれ造粒した後、これらを混合して、所要の大きさ
   に成形し、還元性または酸化性雰囲気下で、１０００〜
   ２０００℃の温度範囲で、５分以上の加熱条件で焼結す
   ることにより、大粒径及び小粒径の各領域が重量比で、
   １：９から９：１の範囲の割合いで混在する酸化物核燃
   料ペレットを製造することを特徴とする、酸化物核燃料
   ペレットの製造方法。
2. （２）２種類の異なる活性化酸化ウラン粉末は、比表面
   積が３ｍ＾２／ｇ以上で高い焼結活性度を有する高活性
   化酸化ウラン粉末と、それ以外の低活性化酸化ウラン粉
   末とからなることを特徴とする請求項（１）に記載の酸
   化物核燃料ペレットの製造方法。