JPH07117593B2 - 核燃料焼結体の製造方法 - Google Patents
核燃料焼結体の製造方法Info
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- JPH07117593B2 JPH07117593B2 JP62175882A JP17588287A JPH07117593B2 JP H07117593 B2 JPH07117593 B2 JP H07117593B2 JP 62175882 A JP62175882 A JP 62175882A JP 17588287 A JP17588287 A JP 17588287A JP H07117593 B2 JPH07117593 B2 JP H07117593B2
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- container
- sintering
- nuclear fuel
- sintered body
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- 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
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- Powder Metallurgy (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、原子炉用燃料として用いられる核燃料焼結体
の製造方法に関する。
の製造方法に関する。
従来、核燃料ペレットを焼結する方法としては、UO2あ
るいはUO2とU3O8との混合物などからなる核燃料酸化物
を粉末処理後、成形し、さらにH2あるいはH2とN2との混
合ガス雰囲気中で焼結する方法が知られている。また、
この場合に使用される焼結炉のヒータとしては、通常タ
ングステンやモリブデンが発熱体として用いられてい
る。上記のような還元雰囲気中での焼結方法において
は、焼結温度としては少なくとも1700℃以上を必要とす
る。
るいはUO2とU3O8との混合物などからなる核燃料酸化物
を粉末処理後、成形し、さらにH2あるいはH2とN2との混
合ガス雰囲気中で焼結する方法が知られている。また、
この場合に使用される焼結炉のヒータとしては、通常タ
ングステンやモリブデンが発熱体として用いられてい
る。上記のような還元雰囲気中での焼結方法において
は、焼結温度としては少なくとも1700℃以上を必要とす
る。
また、上記の方法の他にも、たとえば酸化雰囲気中にお
いて、1000〜1400℃の温度で焼結を行う方法も知られて
いる。この場合の酸化雰囲気としては、一般に安価であ
って取扱いが容易なCO2が使用される。このような焼結
方法においては、比較的低温度で焼結が行われ得るとい
う点で製造コスト面からの利点がある。しかし、この方
法は酸化雰囲気中で焼結を行うので、焼結後のO/U比が
2.0以上になるため、焼結工程後に焼結体のO/U比を2.0
近傍にまで戻すための還元処理工程が不可避的に必要と
なる。したがって、比較的低温度での焼結が可能な酸化
雰囲気焼結を行う場合にあっては、焼結工程と還元工程
の２工程が必ず必要になるため、製造工程が繁雑化する
という問題を避けて通るわけにはいかない。さらに上記
のような酸化雰囲気焼結を行う従来の方法においても、
やはり焼結炉に使用可能な材料・材質の充分な検討は必
要であり、たとえば焼結温度が1200℃を超える場合は通
常の金属は使用できなくなる。さらに、上記のような従
来の焼結温度条件下においては、タングステンやモリブ
デンのヒータの用いることが困難となる。
いて、1000〜1400℃の温度で焼結を行う方法も知られて
いる。この場合の酸化雰囲気としては、一般に安価であ
って取扱いが容易なCO2が使用される。このような焼結
方法においては、比較的低温度で焼結が行われ得るとい
う点で製造コスト面からの利点がある。しかし、この方
法は酸化雰囲気中で焼結を行うので、焼結後のO/U比が
2.0以上になるため、焼結工程後に焼結体のO/U比を2.0
近傍にまで戻すための還元処理工程が不可避的に必要と
なる。したがって、比較的低温度での焼結が可能な酸化
雰囲気焼結を行う場合にあっては、焼結工程と還元工程
の２工程が必ず必要になるため、製造工程が繁雑化する
という問題を避けて通るわけにはいかない。さらに上記
のような酸化雰囲気焼結を行う従来の方法においても、
やはり焼結炉に使用可能な材料・材質の充分な検討は必
要であり、たとえば焼結温度が1200℃を超える場合は通
常の金属は使用できなくなる。さらに、上記のような従
来の焼結温度条件下においては、タングステンやモリブ
デンのヒータの用いることが困難となる。
ところで、通常、核燃料の焼結に使用されるトンネル式
の連続雰囲気炉で酸化雰囲気焼結を行う場合には２つの
方法がある。その一つは、１台の焼結炉を酸化雰囲気部
分と還元雰囲気部分に分離し、２種類の熱処理工程を連
続的に行う方法である。しかしながら、この方法は２つ
の雰囲気を分離するための機構を必要とし、装置の構造
を複雑かつ特殊なものにする必要があり、したがって装
置コストの点からして必ずしも有効な方法とは言えな
い。他の方法は、熱処理に際して２台の焼結炉を用い
て、１台を酸化雰囲気として、他の１台を還元処理用と
して使用する方法である。しかし、この方法において
も、酸化雰囲気専用（もしくは還元雰囲気専用）の焼結
炉を別個に設置しなければならないという問題があり、
やはりこの点で製造コストの増大をもたらす。
の連続雰囲気炉で酸化雰囲気焼結を行う場合には２つの
方法がある。その一つは、１台の焼結炉を酸化雰囲気部
分と還元雰囲気部分に分離し、２種類の熱処理工程を連
続的に行う方法である。しかしながら、この方法は２つ
の雰囲気を分離するための機構を必要とし、装置の構造
を複雑かつ特殊なものにする必要があり、したがって装
置コストの点からして必ずしも有効な方法とは言えな
い。他の方法は、熱処理に際して２台の焼結炉を用い
て、１台を酸化雰囲気として、他の１台を還元処理用と
して使用する方法である。しかし、この方法において
も、酸化雰囲気専用（もしくは還元雰囲気専用）の焼結
炉を別個に設置しなければならないという問題があり、
やはりこの点で製造コストの増大をもたらす。
本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたも
のであり、焼結時の熱負荷を大幅に軽減し製造工程を容
易化するとともに、単一の焼結炉によって経済的かつ効
率的な焼結処理を可能ならしめる核燃料焼結体の製造方
法を提供することを目的としている。
のであり、焼結時の熱負荷を大幅に軽減し製造工程を容
易化するとともに、単一の焼結炉によって経済的かつ効
率的な焼結処理を可能ならしめる核燃料焼結体の製造方
法を提供することを目的としている。
上記の目的を達成するため、本発明に係る核燃料焼結体
の製造方法は、核燃料原料粉末を成形し、次いでこの成
形体を焼結することによって核燃料焼結体を得るための
方法であって、下記の工程を含むことを特徴としてい
る。
の製造方法は、核燃料原料粉末を成形し、次いでこの成
形体を焼結することによって核燃料焼結体を得るための
方法であって、下記の工程を含むことを特徴としてい
る。
（イ） 核燃料原料粉末を成形して得られる成形体を容
器内に装填し密封した後、該容器内のみを酸化性雰囲気
にした状態で該容器を非酸化性雰囲気中で加熱すること
によって、容器内の成形体を焼結する工程、 （ロ） 上記焼結後、冷却する工程、 （ハ） 容器を開放状態にしたままで更に還元性雰囲気
中で加熱することによって、該容器内の成形体に還元処
理を施す工程。
器内に装填し密封した後、該容器内のみを酸化性雰囲気
にした状態で該容器を非酸化性雰囲気中で加熱すること
によって、容器内の成形体を焼結する工程、 （ロ） 上記焼結後、冷却する工程、 （ハ） 容器を開放状態にしたままで更に還元性雰囲気
中で加熱することによって、該容器内の成形体に還元処
理を施す工程。
以下、本発明の方法をさらに具体的に説明する。
本発明に係る方法においては、熱処理工程に主たる特徴
がある。したがって、核燃料原料粉末の調製ならびに成
形工程については、本発明に特有な事を除いては従来知
られている方法および材料がすべて用いられ得る。第１
図は製造工程を示すフローチャートであり、通常の場
合、この図に示すように、まず所望の核燃料原料をボー
ルミルやジェットミル等で粉砕し、さらに造粒して所望
形状の成形機の金型中に装入し、たとえば0.5〜5ton/cm
2程度の圧力で成形して、核燃料原料の成形体を得る。
がある。したがって、核燃料原料粉末の調製ならびに成
形工程については、本発明に特有な事を除いては従来知
られている方法および材料がすべて用いられ得る。第１
図は製造工程を示すフローチャートであり、通常の場
合、この図に示すように、まず所望の核燃料原料をボー
ルミルやジェットミル等で粉砕し、さらに造粒して所望
形状の成形機の金型中に装入し、たとえば0.5〜5ton/cm
2程度の圧力で成形して、核燃料原料の成形体を得る。
本発明の方法においては、上記のようにして得られた成
形体の焼結は従来公知の焼結炉をそのまま何等の改変を
加えることなく用いることができる。たとえば、焼結炉
としてはトンネル式焼結炉を用いることができる。本発
明においては、上記成形体を焼結するにあたり、先ず該
成形体を一定の容器内に装填する。
形体の焼結は従来公知の焼結炉をそのまま何等の改変を
加えることなく用いることができる。たとえば、焼結炉
としてはトンネル式焼結炉を用いることができる。本発
明においては、上記成形体を焼結するにあたり、先ず該
成形体を一定の容器内に装填する。
第２図はこのような容器の一例を示す斜視図であり、こ
の焼結用容器は金属製の容器本体１とこの容器本体１の
内部を密閉状態にするための蓋体２によって構成され、
本体ならびに蓋体は、熱伝導を良好なものとするために
中空構造となっている。また、容器本体１の内部には、
空孔3aが設けられた上げ底板３が備えられており、上げ
底板３の下方には一定の空間が形成されるようになって
いる。さらに、金属製の容器の内面は酸化防止のために
セラミックがコーティングされていてもよい。
の焼結用容器は金属製の容器本体１とこの容器本体１の
内部を密閉状態にするための蓋体２によって構成され、
本体ならびに蓋体は、熱伝導を良好なものとするために
中空構造となっている。また、容器本体１の内部には、
空孔3aが設けられた上げ底板３が備えられており、上げ
底板３の下方には一定の空間が形成されるようになって
いる。さらに、金属製の容器の内面は酸化防止のために
セラミックがコーティングされていてもよい。
本発明の方法においては、上記のような容器内に成形体
を装填して密封したのち、該容器内のみを酸化性雰囲気
にした状態で該容器を炉中において非酸化性雰囲気で10
00〜1200℃に加熱することによって、容器内の成形体を
焼結する。本発明において、「酸化性雰囲気」とは、O2
などの他にCO2やH2Oをも含み、特に本発明の方法におい
てはCO2または（および）H2Oが好ましく用いられ得る。
を装填して密封したのち、該容器内のみを酸化性雰囲気
にした状態で該容器を炉中において非酸化性雰囲気で10
00〜1200℃に加熱することによって、容器内の成形体を
焼結する。本発明において、「酸化性雰囲気」とは、O2
などの他にCO2やH2Oをも含み、特に本発明の方法におい
てはCO2または（および）H2Oが好ましく用いられ得る。
この加熱工程において上記容器内部のみを酸化性雰囲気
に維持するためには、たとえば、高温加熱下においてCO
2やH2Oを発生する物質、たとえばエチルマロン酸、アン
トラセンカルボン酸、ヒドロキシトルイル酸などの高温
度で分解してH2OやCO2を発生するＣ、Ｈ、Ｏを構成元素
とする有機化合物が好ましく用いられ得る。また、水を
用いてもよい。焼結に際しては、上記のような有機化合
物を前記容器の上げ底板３の下部の空間に装填してお
く。
に維持するためには、たとえば、高温加熱下においてCO
2やH2Oを発生する物質、たとえばエチルマロン酸、アン
トラセンカルボン酸、ヒドロキシトルイル酸などの高温
度で分解してH2OやCO2を発生するＣ、Ｈ、Ｏを構成元素
とする有機化合物が好ましく用いられ得る。また、水を
用いてもよい。焼結に際しては、上記のような有機化合
物を前記容器の上げ底板３の下部の空間に装填してお
く。
上記のように、本発明の方法においては、成形体の焼結
は、炉の雰囲気を非酸化性雰囲気（還元性雰囲気ないし
中性雰囲気をも含む）中で比較的低い温度で行うことが
できるので。従来の装置で使用されているモリブデンや
タングステンヒータを何等の損傷を与えることなく使用
することができ、さらに上記成形体を装填する容器とし
ては製造が容易であってしかも寿命が比較的長い金属製
のものを自由に使用することが可能となる。
は、炉の雰囲気を非酸化性雰囲気（還元性雰囲気ないし
中性雰囲気をも含む）中で比較的低い温度で行うことが
できるので。従来の装置で使用されているモリブデンや
タングステンヒータを何等の損傷を与えることなく使用
することができ、さらに上記成形体を装填する容器とし
ては製造が容易であってしかも寿命が比較的長い金属製
のものを自由に使用することが可能となる。
上記のようにして成形体を焼結した後、室温まで冷却し
て、次いで同じ炉を用いて今度は炉を還元性雰囲気にし
て容器の蓋体２をとって開放状態にしたままでさらに加
熱することによって焼結成形体に還元処理を施す。この
ようにして焼結体のO/U比を調整することによって最終
的に2.0±0.02のO/U比を有する核燃料焼結体を得る。
て、次いで同じ炉を用いて今度は炉を還元性雰囲気にし
て容器の蓋体２をとって開放状態にしたままでさらに加
熱することによって焼結成形体に還元処理を施す。この
ようにして焼結体のO/U比を調整することによって最終
的に2.0±0.02のO/U比を有する核燃料焼結体を得る。
製造例１ UO2粉末をボールミル（振動機付き）で粉砕し、さらに
造粒した後、成形する。
造粒した後、成形する。
得られた成形体を、第２図に示されたような焼結用のモ
リブデン製容器に装填した。この容器は内面壁にセラン
ミックコーティングが施されている。また、この容器の
上げ底板の下方の空間には少量の水を入れた。
リブデン製容器に装填した。この容器は内面壁にセラン
ミックコーティングが施されている。また、この容器の
上げ底板の下方の空間には少量の水を入れた。
次いで、容器に蓋をして密封し、この容器を焼結炉に移
送して炉の雰囲気を水素雰囲気にして、温度1000℃で１
時間焼結した。
送して炉の雰囲気を水素雰囲気にして、温度1000℃で１
時間焼結した。
焼結後、容器を室温まで冷却して、一度容器を焼結炉の
外に出して容器の蓋を取り除いた。
外に出して容器の蓋を取り除いた。
次に、この焼結体の容器の蓋を開放した状態のままで再
び同じ焼結炉の中で水素雰囲気中で温度1000℃にて１時
間加熱することによって、該焼結体に完全処理を施し
た。
び同じ焼結炉の中で水素雰囲気中で温度1000℃にて１時
間加熱することによって、該焼結体に完全処理を施し
た。
上記還元後の焼結体の密度は、幾何学的測定法で95.2％
TDであり、O/U比は、2.02であった。
TDであり、O/U比は、2.02であった。
本発明の核燃料焼結体の製造方法は、核燃料原料粉末の
成形体を一旦容器内に装填し、この容器内のみを酸化性
雰囲気にした状態で非酸化性雰囲気中で焼結し、さらに
容器を開放状態にして還元処理をするようにしたので、
従来の焼結炉をそのまま使用することができ、しかも比
較的低温度で焼結することができ、これにより加熱処理
に際しての熱負荷を著しく軽減し製造コストの低減化と
製造工程の簡略化を図ることができる。
成形体を一旦容器内に装填し、この容器内のみを酸化性
雰囲気にした状態で非酸化性雰囲気中で焼結し、さらに
容器を開放状態にして還元処理をするようにしたので、
従来の焼結炉をそのまま使用することができ、しかも比
較的低温度で焼結することができ、これにより加熱処理
に際しての熱負荷を著しく軽減し製造コストの低減化と
製造工程の簡略化を図ることができる。
第１図は本発明の方法に係る製造方法の工程を示すフロ
ーチャート、第２図は本発明の方法で用いる焼結用の容
器の斜視図である。 １……容器本体、２……蓋体、３……上げ底板。
ーチャート、第２図は本発明の方法で用いる焼結用の容
器の斜視図である。 １……容器本体、２……蓋体、３……上げ底板。
Claims (3)
- 【請求項１】核燃料原料粉末を成形し、次いでこの成形
体を焼結することによって核燃料焼結体を得るための方
法であって、下記の工程を含むことを特徴とする、O/U
比が2.0±0.02の核燃料焼結体の製造方法。 （イ） 核燃料原料粉末を成形して得られる成形体を容
器内に装填し密封した後、該容器内のみを酸化性雰囲気
にした状態で該容器を非酸化性雰囲気中で加熱すること
によって、容器内の成形体を焼結する工程、 （ロ） 上記焼結後、冷却する工程、 （ハ） 容器を開放状態にしたままで更に還元性雰囲気
中で加熱することによって、該容器内の成形体に還元処
理を施す工程。 - 【請求項２】前記工程（イ）における加熱温度が、1000
〜1200℃の範囲である、特許請求の範囲第１項に記載の
方法。 - 【請求項３】加熱下においてH2Oおよび／またはCO2を発
生する化合物を、前記工程（イ）において成形体と共に
装填する、特許請求の範囲第１項に記載の方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62175882A JPH07117593B2 (ja) | 1987-07-16 | 1987-07-16 | 核燃料焼結体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62175882A JPH07117593B2 (ja) | 1987-07-16 | 1987-07-16 | 核燃料焼結体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6420492A JPS6420492A (en) | 1989-01-24 |
| JPH07117593B2 true JPH07117593B2 (ja) | 1995-12-18 |
Family
ID=16003860
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62175882A Expired - Fee Related JPH07117593B2 (ja) | 1987-07-16 | 1987-07-16 | 核燃料焼結体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07117593B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102094034B1 (ko) * | 2018-06-27 | 2020-03-26 | 한국원자력연구원 | 염 유동식 사용후핵연료 환원 방법 및 환원 시스템 |
-
1987
- 1987-07-16 JP JP62175882A patent/JPH07117593B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6420492A (en) | 1989-01-24 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |