JPH0470594A - ニオビア添加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〕 本発明は発電用の原子炉に用いられる酸化物核燃料ペレ
ット、特にニオビア添加酸化物核燃料ペレットの製造方
法に関する。

〔従来の技術〕

二酸化ウラン（１０２）粉末にニオブ酸化物を微量添加
すると、焼結したペレットは結晶粒径が大きく、核分裂
生成（以下、ＦＰと呼ぶ）ガスの拡散距離が大きくなる
ことによるＦＰガス放出の低減と、ペレットがクリープ
しやすくなることによる耐Ｐ　Ｃ　Ｉ　　（Ｐｅｌｌｅ
ｔ　Ｃｌａｄ　Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ）性の向上に有
効であるといわれている。

特公平１〜２０３９９号公報によれば、ニオビア（　Ｎ
ｂ２０ｓ）を二酸化ウランに添加することによって１２
〜８０μｍ程度の大粒径のペレットが得られ、焼結条件
を１５５０℃以上の焼結温度で、１０００体積ｐｐｍと
２０，０００体積ｐｐｍの間の微量の水蒸気又は二酸化
炭素を含む水素の焼結雰囲気にコントロールすることに
よって不純物の少ない所定のペレットを製造できるとし
ている。

〔発明が解決しようとする課題〕

発電用の原子炉に用いられる酸化物核燃料ペレットは、
炭素、弗素、窒素等について不純物規制があり、不純物
はできるだけ少なく、また化学組成としては酸素と金Ｊ
ｉｇ　（ＩＪ　、　Ｐｕ）の比を化学量論的組成である
約２．０に保持されていることが必要である。

このため、前記公報では、焼結温度は１５５０℃以上、
焼成雰囲気は１０００体積ｐｐｍと２０．　０００体積
ｐｐｍの間の微量の水蒸気又は二酸化炭素を含む水素と
いう制約を設けており、焼結炉及びヒータの寿命や所要
電力等の観点から製造コスト低減を図る上で検討の余地
があった。

本発明は上記技術水準に鑑み、より広範囲な焼成条件で
経済的に所用の、すなわち、大粒径で不純物が少なく、
化学量論的組成を有するニオブ酸化物添加の酸化物核燃
料ペレットの製造方法を提供しようとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は （１）　　ウランの酸化物またはウランの酸化物とプル
トニウムの酸化物との混合物を原料粉末として成形して
焼結する酸化物核燃料ペレットの製造方法において、焼
結促進剤であるニオブ酸化物を水素または水素と窒素の
混合ガスの気流中で８００℃の適当な時間の還元熱処理
を施して、５価のＮｂ２０ｓを４価のＮｂ０２の粉末と
し、該Ｎｂ０２粉末０．　２〜１．０重量％を上記の原
料粉末に添加・混合、成形してグリーン・ペレットとし
、該グリーン・ペレットを水素または水素と窒素の混合
ガスの気流中で８００〜１０００℃の適当な時間の還元
熱処理を施して、酸素と金属の原子比が約２．０の処理
ペレットとし、更に焼結温度範囲１０００〜２０００℃
に対応した焼結雰囲気をそれぞれ二酸化炭素と一酸化炭
素の流量比の対数の上限および下限を焼結温度１０００
℃の場合２、４〜−０．６２、ならびに焼結温度２００
０℃の場合−０．２５〜−３．２として、二酸化炭素と
一酸化炭素の流量比の対数と焼結温度の絶対温度の逆数
の関係においてほぼ直線で包絡される二酸化炭素と一酸
化炭素の流量比の範囲の気流中で焼結することを特徴と
する高密度、大粒径、化学量論的組成を有し、不純物の
少ない酸化物核燃料ペレットの製造方法。

（２）　　焼結温度範囲１０００〜２０００℃に対応し
た焼結雰囲気をそれぞれ二酸化炭素と水素の流量比の対
数の上限および下限を焼結温度１０００℃の場合２．３
〜−０．５０、ならびに焼結温度２０００℃の場合０．
１５〜−２．５として、二酸化炭素と水素の流量比の対
数と焼結温度の絶対温度の逆数の関係においてほぼ直線
で包絡される二酸化炭素と水素の流量比の範囲の気流中
で焼結することを特徴とする上記（１）項記載の酸化物
核燃料ペレットの製造方法。

（３）焼結温度範囲１０００〜２０００℃に対応した焼
結雰囲気をそれぞれ水蒸気と水素の流量比の対数の上限
および下限を焼結温度１０００℃の場合２．６〜−０．
４２、ならびに焼結゛温度２０００℃の場合０．４５〜
−２．５として、水蒸気と水素の流量比の対数と焼結温
度の絶対温度の逆数の関係においてほぼ直線で包絡され
る水蒸気と水素の流量比の範囲の気流中で焼結すること
を特徴とする上記（１）項記載の酸化物核燃料ペレット
の製造方法。

第１図に本発明のニオビア添加酸化物核燃料ペレットの
製造工程を示す。

原料となる酸化物核燃料粉末は従来から用いられている
異なる粉末特性すなわち成形性ならびに焼結性の異なる
Ｕ０２４Ｘ粉末を用いる。

一方の原料の焼結促進剤として作用する微量の添加物で
あるニオブ酸化物は一般的に最も高次の酸化物である５
価のＮｂ２Ｏ５として人手が容易であるので、このもの
を原料とするが、本発明では５価のＮｂ２Ｏ５粉末を水
素ガスまたは水素と窒素の混合ガス（以下安全ガスと言
う）気流中において８００℃で適当な時間加熱して還元
熱処理を施し、蒸発性の不純物を低減するとともに４価
のＮｂＯ２粉末として焼結促進剤として使用する。

次に、上記のＵＯ２，、粉末に焼結を促進させるに十分
な量である０、２〜１．０重量％のＮｂＯ２粉末を添加
し、ボールミル等により機械混合する。

上記の混合粉末を通常の冷間圧縮法により下記の成形条
件で粗成形、造粒、潤滑剤添加、成形して、所望のグリ
ーン・ペレットを作る。

粗成形条件は約３０±１０ｇの上記混合粉を比較的低い
圧力で押して、スラグ状の粗成形体を作る。次に、これ
らの粗成形体を例えば０．１〜０．０１　ｍｍの大きさ
の造粒粉に加工する。これらの造粒粉に、成形を容易に
するために潤滑剤として少量の低沸点物質であるステア
リン酸亜鉛やポリビニール・アルコールなどを添加・混
合し、これら少量の潤滑剤を含む混合粉の所定量を金型
のダイスに投入し、比較的高い圧力で上・下のパンチで
押して、一般的には約１０ａ＋ｍ直径、１０！ＤＩＤ高
さの円柱体のグリーン・ペレットを作製する。

なお、焼結体密度を設計仕様の観点から所定の密度とす
るためには、気孔形成剤として上記の混合粉末に前処理
を施したシュウ酸アンモニウム、酒石酸アンモニウム、
澱粉、ショ糖などを添加、混合すればよい。気孔形成剤
の使用に際しては、気孔形成剤を使用しないでグリーン
・ペレットを製造した場合、一般的な酸化物核燃料焼結
体の密度を９５％ＴＤ　（理論密度）としているが、こ
の密度仕様よりも高密度となり、燃料設計の観点から作
為的に密度を抑制する必要が生じた場合に気孔形成剤を
使用する。気孔成形剤の前処理とは、添加混合に際して
凝集を防ぐために乾燥ならびに篩通過、また焼結体にお
ける気孔の大きさを確保するた約に粉砕などによる整粒
をいう。

次に、上記の混合粉末のグリーン・ペレットを水素ガス
または安全ガス気流中において８００℃で適当な時間加
熱して還元熱処理を施し、微量のＮｂＯ２を含有した圓
、の処理ペレットとするとともに蒸発性の不純物を低減
する。

上記処理後、第２図、第３図および第４図にそれぞれ示
すように微量のＮｂＯ２を含有したＩＪＯ２の処理ペレ
ットを焼結温度１０００〜２０００℃に対応したＣｏ、
／ＣＤ　、　ＣＯ２／Ｈ２およびＨ，０／Ｈ，の流量比
を有する焼結雰囲気において適当な時間加熱して焼結す
る。

本発明の製造方法によって得られるニオビア添加酸化物
核燃料ベレットは所定の高密度を有し、化学量論的組成
であり、不純物の含有量も十分少なく、良好な熱的寸法
安定性を有している。また、所望の大きさの結晶粒径と
するためには適当な焼結時間でもって焼結温度と焼結雰
囲気の酸素分圧を確保する上記の混合ガスの流量比の組
合わせで制御できる。

〔作用〕

第１図に本発明のニオビア添加酸化物核燃料ペレットの
製造工程を示したが、以下に工程の順序に従って本発明
の個々の工程の作用について説明する。

■　５価のＮｂ、０５粉末を還元熱処理して４価のＮｂ
Ｏ２粉末とすることによって下記の作用が奏せられる。

（ａ）　　本発明の焼結温度範囲ならびに焼結雰囲気の
酸素分圧範囲におけるニオブ酸化物は４価のＮｂＯ２で
あることから予め過剰な酸素を遊離させることができる
。

Ｃｂ）本発明のグリーン・ペレットの還元熱処理の際に
ＮｂＪｓと１０．、、の場合には両者の還元に伴う寸法
変化によって処理ペレットにクラックを生じたが、Ｎｂ
Ｏ２とｕＯ□□の場合には還元に伴う寸法変化は１０２
＋Ｘのみであり、クラックを生じないようにすることが
できる。

（Ｃ）　　ニオブ酸化物の粉末に含まれる不純物を低減
することができる。

なお、水素ガスまたは安全ガス気流中における８００℃
で適当な時間の還元熱処理によって５価のＮｂＪｓ粉末
が４価のＮｂＯ７粉末となるのは当該熱処理前後の重量
変化ならびにＸ線回折試験結果から確認されている。

（２）　　Ｎ　ｂ　０２と圓２＋Ｘからなるグリーン・
ペレットを還元熱処理してＮｂＯ２と［１０２からなる
処理ペレットとすることによって下記の作用が奏せられ
・る。

（ａ）　　本発明の焼結温度範囲ならびに焼結雰囲気の
酸素分圧範囲におけるニオビア添加酸化物核燃料ペレッ
トの０／Ｕ比は２．００の化学量論的組成を保持するの
で、予め過剰酸素を遊離することができる。

（ｂ）　　ニオビア添加酸化物核燃料のグリーン・ペレ
ットに含まれる不純物を低減する。これは本発明の焼結
温度範囲ならびに焼結雰囲気の酸素分圧範囲において比
較的高い酸素分圧となる混合ガスの流量比を選択した場
合、焼結温度へ到達するまでの昇温過程ならびに焼結過
程の初期段階において閉気孔の形成が早くなるので、処
理ペレットからの不純物の放出の阻害が生じる可能性が
あるため予めグリーン・ペレットに含まれる不純物を焼
結が開始しない温度以下で放出させることができる。

よって、当該ペレットに含まれる不純物のレベルは許容
値以下となり、また熱的寸法安定性も確保される。

セラミックである焼結体の閉気孔とは、焼結が終期の段
階に入ると形成され、焼結体内部に互に孤立して閉じ込
められた空隙部をいう。なお、閉気孔の形成が早まる理
由は本発明のニオビア添加酸化物核燃料ペレットの製造
方法における１段焼結の焼結雰囲気の酸素分圧を比較的
高くすることができるので、例えば処理ペレットを昇温
する過程においても焼結は進行し、その結果比較的低い
密度の焼結体において閉気孔の形成が開始するのである
。

なお、水素ガスまたは安全ガス気流中における８００℃
で適当な時間の還元熱処理によってＮｂＯ２とＵＯ３，
、からなるグリーン・ペレットがＮｂＯ２と００２から
なる処理ペレットとなるのは、還元熱処理前後の重量変
化ならびにＸ線回折試験結果から確認されている。

０．２〜１．０重量％のＮｂＯ２とＵＬからなる処理ペ
レットを本発明の焼結温度範囲ならびにこれらの焼結温
度に対応した焼結雰囲気の酸素分圧とするための各混合
ガスの流量比範囲の１段焼結で、所定の高密度、所望の
大きさの結晶粒径を有し、Ｏ／１１比が２．００の化学
量論的組成の不純物の少ない熱的寸法安定性の良好なニ
オビア添加酸化物核燃料ペレットとなるのは下記の作用
により達成される。

（ａ）　　ウラン酸化物はＯ／Ｕ比が２．００となる平
衡酸素分圧の温度依存式はＳ、　ＡｒｏｎｓｏｎとＪ、
Ｂｅ１ｌｅ（Ｊ、Ｃｈｅｍ、Ｐｈｙｓ、２９　［１〕１
５１〜５８　（１９５８））によって下式で与えられて
いる。

ＬｏｇＰｏ２−１．８８１−１４３３２／Ｔｋここで、
Ｐｏ２（ａｔｍ）　：酸素分圧Ｔｋ（Ｋ）：絶対温度 本発明の焼結雰囲気の酸素分圧の上限は、上記の温度に
対応した００２．。。の平衡酸素分圧とすることにより
焼結の促進作用が得られた。

一方、本発明の焼結雰囲気の酸素分圧の下限については
上記の温度に対応した口０２．。。の平衡酸素分圧の１
０６分の１低下したレベルとしても、十分に焼結の促進
作用があることを確轟忍した。

（ｂ）　　ウラン酸化物の０／［１比が２．００となる
平衡酸素分圧を上限とし、またその酸素分圧の１０６分
の１低下したレベルを下限とするような焼結雰囲気の酸
素分圧を提供する混合ガスは下記の三種類として、焼結
の促進作用を有する焼結雰囲気を形成できる。

（ｉ　）　［ｌ’０２／ＣＤの混合ガスの場合の平衡酸
素分圧の温度依存式は、Ｊ、　Ｐ、（：ｏｕｇｈｌｉｎ
　（Ｌｌ、　Ｓ。

Ｍｉｎｅｓ　Ｂｕｌｌ、Ｎｏ、５４２　（１９５４））
によって下式％式％ ここで、ＣＯ２／Ｃｏ　：両者のガスの流量比（ｉｉ　
）　Ｃｏ２／Ｎ２の混合ガスの場合の平衡酸素分圧は、
ＣＯ２、ＣＯ、Ｎ２０　、　Ｎ２．０２の平衡を標準生
成自由エネルギーを用いて計算した。

上記のＣｏ２／ＣＯおよびＣｏ２／Ｈ２の流量比は、予
め所定の組成比で供給ボンベに充填するか、またはそれ
ぞれの単体のガス供給ボンベから浮き子式流量計または
マスフローコントローラを用いて流量を制御し、ガス混
合器を介してペレットの処理流れの下流側または上流側
から焼結炉に供給すればよい。

（ｉｉｉ　）　　Ｎ２０／ｌ１２の混合ガスの場合の平
衡酸素分圧の温度依存式は、Ｔ、　Ｌ、　Ｍａｒｋｉｎ
ら（Ｊ。

＋ｎｏｒｇ、ｎｕｃｌ、ｃｈｅｍ、、　　３０　　（１
９６８）　　８０７　〜８１７　　）によって下式で与
えられる。

ＬｏｇＰｏ２＝　−２５０２６／Ｔｋ＋１．９６Ｌｏｇ
Ｔｋ−０，９６６＋２Ｌｏｇ　（Ｎ２０／Ｈ２） ここで、Ｎ２０／Ｈ２：両者の流量比 なお、この８．０／Ｈ２の混合ガスの焼結の場合、特開
昭６２−１８０２９２に口承されている核燃料ペレット
の焼結炉の加湿水素雰囲気制御装置を用いることにより
正確に焼結雰囲気の酸素分圧を確保でき、上記と同様に
焼結雰囲気の混合ガスはペレットの処理流れの下流側ま
たは上流側から供給する。

また、上記の混合ガスに酸素分圧を考慮して、キャリア
・ガスとしてＡｒ、ＨｅまたはＮ２ガスを使用してもよ
い。

第２図、第３図および第４図に本発明のそれぞれ３種類
の混合ガスの流量比の範囲と焼結温度の関係を示した。

第１表に本発明の焼結温度範囲１０００〜２０００℃に
おける各温度に対応する焼結雰囲気の酸素分圧の上限な
らびに下限、およびこれらの焼結雰囲気の酸素分圧を提
供する３種類の混合ガスの流量比を示す。

（Ｃ）　　第５図にウラン酸化物のＯ／Ｕ比が２．００
となる平衡酸素分圧と温度の関係と合せて、３種類の混
合ガスがＣＤ２／ＣＤ＝　１　、　ＣＯ２／Ｈ２−１お
よび）１２０／Ｈ２＝　１の場合の平衡酸素分圧を示す
が、焼結温度における本発明の流量比範囲では焼結の際
の昇温過程および降温過程においても処理ペレットのＤ
／Ｕ比が２．　ＯＯのまま確保されるのがわかり、十分
に焼結が進行して取出し後の焼結体ペレットは化学量論
的組成を有しており、この焼結過程において［１／Ｕ比
が２．００に確保される作用があることがわかる。

（ｄ）　　更に、焼結前の工程において還元熱処理によ
りＮｂＯ，粉末、またＮｂＯ２と口０２とからなる処理
ペレットとしたので、処理ペレット中の不純物ならびに
過剰酸素の含有量は少なく、焼結雰囲気は所定のレベル
に保たれ、これらの作用により焼結雰囲気の形成ならび
に低不純物焼結体の製造が可能であることがわかる。

（ｅ）　　本発明の焼結温度に対応した酸素分圧範囲の
焼結雰囲気で製造されたニオビア添加酸化物核燃料ペレ
ットは、所定のＯ／ｌｌ比が例えば１．９９〜２，０２
の範囲内であり、かつ焼結雰囲気の酸素分圧を本発明範
囲の上限まで高めることにより結晶粒の成長が促進され
るのを本発明者らの実験により見出だした。

そこで、焼結雰囲気の酸素分圧を制御する手段により所
望の大きさの結晶粒径を有するニオビア添加酸化物核燃
料ペレットを比較的低温の焼結温度で製造が可能である
。

（ｆ）　　約３０重量％のＰｕＯ２を含む酸化物核燃料
ペレットについてはＰＬＩ０２とＵＯ３は全率固溶体で
あるこまからその焼結挙動は固溶反応を含むが、１．Ｉ
０２単体の場合と比較して大きな差異はないので、本発
明のこれらの作用は同業他者によって確認されるであろ
う。

〔実施例１〕 ＵＯ２，，２原料粉末は、通常の粗成形、造粒、潤滑剤
添加、成形圧を４　（Ｔｏｎ／ｃｍ２）でグリーン・ペ
レットを作り、約１％体積の水分を含む水素ガス気流中
で１７５０℃の５時間加熱して焼結した１０２単体の酸
化物核燃料ペレットは、密度９６％ＴＤ、結晶粒径８μ
ｍである。

この実施例で使用したウラン酸化物の粉末は商業ベース
のものであり、Ａ　Ｄ　Ｕ　（Ａｍｍｏｎｉｕｍｐｉ　
ｕｒａｎａｔｅ）法により転換されたものである。

こ＼での粗成形圧力は約１トン／ｃｍ２であり、造粒工
程は−１３〜＋１００メツシユ間の造粒粉とし、これら
に０．２重量％のステアリン酸亜鉛を添加・混合し、こ
のステアリン酸亜鉛を含む造粒粉を約７ｇ金型に充填し
て、冷間・圧縮して約１０ｍｍ直径の円柱状のグリーン
・ペレットを作製した。

以下の本発明によって得られたニオビア添加酸化物核燃
料ベレットは、上記のＵＯ□、＋２粉末と同一の粉末で
ある。

船釣に使用されている高純度のＮｂ２Ｏ５粉末を安全ガ
ス気流中において８００℃の５時間の還元熱処理を施し
てＮｂＯ２粉末を作った。こＸで使用した安全ガスは、
水素ガスを１とし、窒素ガスを２とする還元性ガスであ
り、爆発の危険性はないものである。

上記の１Ｑｂ０２粉末と［１０２，，２粉末の両者を秤
量して、約０．３重量％のＮｂＤ２添加量となるように
してボール・ミルを用いて機械混合した。

上記で得られた混合粉末を、上記と同様の通常の粗成形
、造粒、潤滑剤添加、成形圧を４（トン／Ｃｍ２）でグ
リーン・ペレットを作った。

上記で得られたグリーン・ペレットを安全ガス気流中に
おいて８００℃の５時間の還元熱処理を施してＮｂＯ２
と圓。からなる処理ベレットを作った。

上記のニオビア添加処理ペレットを下記の本発明の焼結
温度範囲でこれらの温度に対応した酸素分圧範囲内であ
るＣｏ２／Ｃｏの混合ガスで焼結した場合の焼結体デー
タを示す。

なお、焼結の加熱条件は１４００℃の５時間とした。

〔実施例２〕 上記の実施例１と同じ方法で作ったニオビア添加処理ペ
レットを下記の本発明の酸素分圧範囲内で００２とＨ２
の混合ガスにおいてその流量比を変えて焼結した場合の
焼結体データを示す。

なお、焼結の加熱条件はｌ１１００ｔの５時間とした。

〔実施例３〕 上記の実施例１と同じ方法で作ったニオビア添加処理ペ
レットを下記の本発明の焼結温度範囲でこれらの温度に
対応した酸素分圧範囲内であるＣｏ２／Ｃｏの流量比−
１で焼結した場合の焼結体データを示す。

〔実施例４〕 上記の実施例１と同じ方法で作ったニオビア添加処理ペ
レットを下記の本発明の焼結温度範囲でこれらの温度に
対応した酸素分圧範囲内であるＨ、０／Ｈ２の混合ガス
で焼結した場合の焼結体データを示す。

なお、焼結の加熱条件は１７５０℃の５時間とした。

上記の実施例かられかるように比較的焼結の進行の容易
でないウラン酸化物の粉末を原料とした場合においても
微量のニオブ酸化物の添加と焼結雰囲気の酸素分圧の組
合わせにより比較的低温の焼結温度によってＦＰガスの
放出を十分低減できる大きさの結晶粒径を有する酸化物
核燃料ペレットの製造が可能である。

〔発明の効果〕

（ａ）　　本発明のニオビア添加酸化物核燃料ペレット
の製造における焼結温度を、焼結雰囲気の酸素分圧を所
望のレベルに保つことにより比較的低温でも十分にＦＰ
ガスの放出を低減させる大きさの結晶粒径とするのが可
能である。

この焼結温度の低温化は、焼結炉の設備費、運転費なら
びに保守費を低減するので、酸化物核燃料ペレットの成
形・加工費のコスト低減に寄与する。

ω）本発明のニオビア添加酸化物核燃料ペレットの製造
における焼結促進剤であるニオブ酸化物を５価のＮｂＪ
ｓから４価のＮｂＯ□へ還元熱処理することにより、微
量のニオビア添加に伴うペレットへの不純物混入を低減
するとともに下流工程であるニオビア添加グリーン・ペ
レットの還元熱処理の際の処理ペレットのクラックの発
生を回避できる。

（Ｃ）　　本発明のニオビア添加酸化物核燃料ペレット
の製造におけるＮｂＯ２と１０２．、とからなるニオビ
ア添加グリーン・ペレットを還元熱処理することにより
、焼結の際の過剰酸素の遊離を低減して焼結雰囲気の酸
素分圧を一定に確保できるとともに焼結以前の開気孔が
支配的である処理ペレット段階で潤滑剤等の熱分解によ
って生じる不純物ガス等を速やかに放出するので、熱的
寸法安定性の良好な不純物の少ない酸化物核燃料ペレッ
トの製造が可能である。

（ｃｌ）　　本発明のニオビア添加酸化物核燃料ペレッ
トの製造における焼結雰囲気の酸素分圧は焼結温度に対
応して０／Ｕ比が２．００となる平衡酸素分圧を上限と
し、かつこれらの酸素分圧を提供するＣＯ□とＣＤ、Ｃ
Ｄ、とＨ２またはＨ２ＯとＨ２の混合ガスの気流中では
焼結温度への昇温過程、および焼結温度からの降温過程
においてもＯ／ＩＩ比が２，００以上となることはない
ので、所定の０／［１比である２、０Ω〜２．０１を有
する酸化物核燃料ペレットの製造が可能である。

（ｅ）　　本発明のニオビア添加酸化物核燃料ペレット
は、ＦＰガスのペレットからの放出を低減するので、原
子炉の負荷追従運転を含む高燃焼度の核燃料の利用を容
易にするので、経済性の向上を可能とする。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のニオビア添加酸化物核燃料ペレットの
製造方法の工程図。第２図は本発明のニオビア添加酸化
物核燃料ペレットの焼結雰囲気を提供する二酸化炭素と
一酸化炭素の流量比の対数範囲と焼結温度の絶対温度の
逆数の相関図。第３図は本発明のニオビア添加酸化物核
燃料ペレットの焼結雰囲気を提供する二酸化炭素と一酸
化炭素と水素の流量比の対数範囲と焼結温度の絶対温度
の逆数の相関図。第４図は本発明のニオビア添加酸化物
核燃料ペレットの焼結雰囲気を提供する水蒸気と水素の
流量比の対数範囲と焼結温度の絶対温度の逆数の相関図
。 第５図は本発明のニオビア添加酸化物核燃料ペレットの
焼結温度と焼結雰囲気の酸素分圧相当の各種混合ガス流
量比の相関図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ウランの酸化物またはウランの酸化物とプルトニ
   ウムの酸化物との混合物を原料粉末として成形して焼結
   する酸化物核燃料ペレットの製造方法において、焼結促
   進剤であるニオブ酸化物を水素または水素と窒素の混合
   ガスの気流中で８００℃の適当な時間の還元熱処理を施
   して、５価のＮｂ＿２Ｏ＿５を４価のＮｂＯ＿２の粉末
   とし、該ＮｂＯ＿２粉末０．２〜１．０重量％を上記の
   原料粉末に添加・混合、成形してグリーン・ペレットと
   し、該グリーン・ペレットを水素または水素と窒素の混
   合ガスの気流中で ８００〜１０００℃の適当な時間の還元熱処理を施して
   、酸素と金属の原子比が約２．０の処理ペレットとし、
   更に焼結温度範囲１０００〜２０００℃に対応した焼結
   雰囲気をそれぞれ二酸化炭素と一酸化炭素の流量比の対
   数の上限および下限を焼結温度１０００℃の場合２．４
   〜−０．６２、ならびに焼結温度２０００℃の場合−０
   ．２５〜−３．２として、二酸化炭素と一酸化炭素の流
   量比の対数と焼結温度の絶対温度の逆数の関係において
   ほぼ直線で包絡される二酸化炭素と一酸化炭素の流量比
   の範囲の気流中で焼結することを特徴とする高密度、大
   粒径、化学量論的組成を有し、不純物の少ない酸化物核
   燃料ペレットの製造方法。
2. （２）焼結温度範囲１０００〜２０００℃に対応した焼
   結雰囲気をそれぞれ二酸化炭素と水素の流量比の対数の
   上限および下限を焼結温度１０００℃の場合２．３〜−
   ０．５０、ならびに焼結温度２０００℃の場合０．１５
   〜−２．５として、二酸化炭素と水素の流量比の対数と
   焼結温度の絶対温度の逆数の関係においてほぼ直線で包
   絡される二酸化炭素と水素の流量比の範囲の気流中で焼
   結することを特徴とする上記請求項（１）項記載の酸化
   物核燃料ペレットの製造方法。
3. （３）焼結温度範囲１０００〜２０００℃に対応した焼
   結雰囲気をそれぞれ水蒸気と水素の流量比の対数の上限
   および下限を焼結温度１０００℃の場合２．６〜−０．
   ４２、ならびに焼結温度２０００℃の場合０．４５〜−
   ２．５として、水蒸気と水素の流量比の対数と焼結温度
   の絶対温度の逆数の関係においてほぼ直線で包絡される
   水蒸気と水素の流量比の範囲の気流中で焼結することを
   特徴とする上記請求項（１）項記載の酸化物核燃料ペレ
   ットの製造方法。