JPH11287884A - 核燃料ペレットおよびその製造方法 - Google Patents
核燃料ペレットおよびその製造方法Info
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- JPH11287884A JPH11287884A JP10091112A JP9111298A JPH11287884A JP H11287884 A JPH11287884 A JP H11287884A JP 10091112 A JP10091112 A JP 10091112A JP 9111298 A JP9111298 A JP 9111298A JP H11287884 A JPH11287884 A JP H11287884A
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- Japan
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- nuclear fuel
- sio
- pellet
- pellets
- fuel
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- Pending
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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
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】核分裂生成ガスの核燃料ペレットの結晶粒内拡
散係数を小さくして、核分裂生成ガスの放出率を抑え
る。 【解決手段】ＵＯ2 粉末１にＳｉＯ2 粉末２を混合３し
たのち、圧粉成形４してグリーンペレット５とする。こ
のグリーンペレット５を水素雰囲気中で1750℃、２時間
焼結６して核燃料ペレット７を得る。この核燃料ペレッ
トは母材中にＳｉが固溶し、ＳｉＯ2 が0.05から 0.001
ｗｔ％の割合で固溶しており、そのため、核分裂生成ガ
スの析出率を抑えることができる。
散係数を小さくして、核分裂生成ガスの放出率を抑え
る。 【解決手段】ＵＯ2 粉末１にＳｉＯ2 粉末２を混合３し
たのち、圧粉成形４してグリーンペレット５とする。こ
のグリーンペレット５を水素雰囲気中で1750℃、２時間
焼結６して核燃料ペレット７を得る。この核燃料ペレッ
トは母材中にＳｉが固溶し、ＳｉＯ2 が0.05から 0.001
ｗｔ％の割合で固溶しており、そのため、核分裂生成ガ
スの析出率を抑えることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高燃焼度化に対応
して改良された核燃料ペレットおよびその製造方法に関
する。
して改良された核燃料ペレットおよびその製造方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】軽水炉あるいは高速増殖炉に挿荷される
核燃料集合体は発電炉において経験された最も高い燃焼
度までその健全性が確認されている。しかし、現在計画
されている燃料の高燃焼度化に伴って、核燃料ペレット
からの核分裂生成ガス放出による燃料棒内の圧力上昇，
結晶粒界に析出した核分裂生成ガスによる気泡スエリン
グの増加に伴う核燃料ペレットと被覆管の機械的相互作
用（以下、ＰＣＩと記す）の増大が起こり、燃料棒の健
全性が失われる可能性があり、現在使用されている核燃
料ペレットを改良する必要がある。
核燃料集合体は発電炉において経験された最も高い燃焼
度までその健全性が確認されている。しかし、現在計画
されている燃料の高燃焼度化に伴って、核燃料ペレット
からの核分裂生成ガス放出による燃料棒内の圧力上昇，
結晶粒界に析出した核分裂生成ガスによる気泡スエリン
グの増加に伴う核燃料ペレットと被覆管の機械的相互作
用（以下、ＰＣＩと記す）の増大が起こり、燃料棒の健
全性が失われる可能性があり、現在使用されている核燃
料ペレットを改良する必要がある。
【０００３】そこで、従来では、核燃料ペレットからの
核分裂生成ガス放出率が核分裂生成ガスの核燃料ペレッ
ト結晶粒内の拡散に律速されると考え、核燃料ペレット
の結晶粒径を大きくすること、すなわち拡散距離を長く
することによって、核分裂生成ガスの放出率を抑える方
法が試みられている。
核分裂生成ガス放出率が核分裂生成ガスの核燃料ペレッ
ト結晶粒内の拡散に律速されると考え、核燃料ペレット
の結晶粒径を大きくすること、すなわち拡散距離を長く
することによって、核分裂生成ガスの放出率を抑える方
法が試みられている。
【０００４】結晶粒径を大きくする方法には(1) ＵＯ2
粉末製造方法およびペレットの焼結条件を制御する方法
（特開平４−48296 号公報）、(2) 単独の添加物を入れ
る方法（特開平３−68898 号公報）、(3) 複数の添加物
を入れる方法（特開平２−232593号公報、特開平２−24
2195号公報、特開平５−11088 号公報）が知られてい
る。
粉末製造方法およびペレットの焼結条件を制御する方法
（特開平４−48296 号公報）、(2) 単独の添加物を入れ
る方法（特開平３−68898 号公報）、(3) 複数の添加物
を入れる方法（特開平２−232593号公報、特開平２−24
2195号公報、特開平５−11088 号公報）が知られてい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、(1) の
方法では、結晶粒径を大きくすることにより核燃料ペレ
ットのクリープ速度が低下し、ＰＣＩに悪影響を生ぜし
める。上記(2) の方法では、ＵＯ2 燃料へＮｂ2 Ｏ5 あ
るいはＴｉＯ2 等を単独添加したものは結晶粒径が大き
くかつクリープ速度の大きい核燃料ペレットとなるが、
添加物が結晶粒内に固溶し、核分裂生成ガスの結晶粒内
拡散係数が大きくなるために核分裂生成ガスの放出率を
増加させる難点がある。
方法では、結晶粒径を大きくすることにより核燃料ペレ
ットのクリープ速度が低下し、ＰＣＩに悪影響を生ぜし
める。上記(2) の方法では、ＵＯ2 燃料へＮｂ2 Ｏ5 あ
るいはＴｉＯ2 等を単独添加したものは結晶粒径が大き
くかつクリープ速度の大きい核燃料ペレットとなるが、
添加物が結晶粒内に固溶し、核分裂生成ガスの結晶粒内
拡散係数が大きくなるために核分裂生成ガスの放出率を
増加させる難点がある。
【０００６】また、ＵＯ2 燃料へＳｉＯ2 を単独で添加
して特性の改良を試みた例もあるが、ＳｉＯ2 が結晶粒
界に析出することによりペレットのクリープ速度が低下
し好ましくない。
して特性の改良を試みた例もあるが、ＳｉＯ2 が結晶粒
界に析出することによりペレットのクリープ速度が低下
し好ましくない。
【０００７】上記(3) の方法では、ＵＯ2 燃料へＡｌ2
Ｏ3 およびＳｉＯ2 を添加することにより結晶粒径が大
きくかつクリープ速度の大きい燃料ペレットを作成する
方法が試みられているが、その方法は複雑で好ましくな
い。さらに、ＵＯ2 中に異種原子を固溶させることによ
り核分裂生成ガスのペレット結晶粒内拡散係数を低下さ
せることに言及しているものは見当たらない。
Ｏ3 およびＳｉＯ2 を添加することにより結晶粒径が大
きくかつクリープ速度の大きい燃料ペレットを作成する
方法が試みられているが、その方法は複雑で好ましくな
い。さらに、ＵＯ2 中に異種原子を固溶させることによ
り核分裂生成ガスのペレット結晶粒内拡散係数を低下さ
せることに言及しているものは見当たらない。
【０００８】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたもので、核分裂生成ガスの核燃料のペレットの結晶
粒内拡散係数を小さくすることにより、核分裂生成ガス
の放出率を抑えることを特徴とする核燃料ペレットおよ
びその製造方法を提供することにある。
れたもので、核分裂生成ガスの核燃料のペレットの結晶
粒内拡散係数を小さくすることにより、核分裂生成ガス
の放出率を抑えることを特徴とする核燃料ペレットおよ
びその製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、核燃
料物質を含む酸化物燃料粉末を圧縮成形し焼結してなる
核燃料ペレットにおいて、前記核燃料ペレットの母材中
にＳｉが固溶してなることを特徴とする。
料物質を含む酸化物燃料粉末を圧縮成形し焼結してなる
核燃料ペレットにおいて、前記核燃料ペレットの母材中
にＳｉが固溶してなることを特徴とする。
【００１０】請求項２の発明は、核燃料物質を含む酸化
物核燃料ペレットにおいて、前記核燃料ペレットの母材
中にＳｉＯ2 が0.05から 0.001ｗｔ％以下の割合で固溶
してなることを特徴とする。
物核燃料ペレットにおいて、前記核燃料ペレットの母材
中にＳｉＯ2 が0.05から 0.001ｗｔ％以下の割合で固溶
してなることを特徴とする。
【００１１】請求項３の発明は、ＳｉＯ2 が結晶粒内に
固溶し結晶粒界にあまり析出しない上記構成の核燃料ペ
レットの製造方法に関するものであって、核燃料物質を
含む酸化物燃料粉末を圧縮成形した後焼結する核燃料ペ
レットの製造方法において、酸化物燃料に約 0.1ｗｔ％
以下のＳｉＯ2 を含有する混合物を調製し、これを成形
して圧縮体とし、前記圧縮体をＭｏとＭｏＯ2 との平衡
酸素分圧以下の酸素分圧を有する雰囲気中において、Ｓ
ｉＯ2 が酸化物燃料中に固溶する温度以上で前記圧縮体
を焼結することによりＳｉＯ2 が酸化物燃料中に固溶し
た核燃料焼結体が得られることを特徴とする。
固溶し結晶粒界にあまり析出しない上記構成の核燃料ペ
レットの製造方法に関するものであって、核燃料物質を
含む酸化物燃料粉末を圧縮成形した後焼結する核燃料ペ
レットの製造方法において、酸化物燃料に約 0.1ｗｔ％
以下のＳｉＯ2 を含有する混合物を調製し、これを成形
して圧縮体とし、前記圧縮体をＭｏとＭｏＯ2 との平衡
酸素分圧以下の酸素分圧を有する雰囲気中において、Ｓ
ｉＯ2 が酸化物燃料中に固溶する温度以上で前記圧縮体
を焼結することによりＳｉＯ2 が酸化物燃料中に固溶し
た核燃料焼結体が得られることを特徴とする。
【００１２】本発明の製造方法に従って核燃料ペレット
を製造すると、ＳｉＯ2 の一部は、焼結中に蒸発しペレ
ット外に放出されるが、大部分はペレット内に留まる。
この内、一部は結晶粒内に固溶し、残部は結晶粒界に析
出物として析出する。このようなＵＯ2 燃料を用いるこ
とによりクリープ速度を低下させずに核分裂生成ガスの
ペレット結晶粒内拡散係数を小さく抑えることができ
る。
を製造すると、ＳｉＯ2 の一部は、焼結中に蒸発しペレ
ット外に放出されるが、大部分はペレット内に留まる。
この内、一部は結晶粒内に固溶し、残部は結晶粒界に析
出物として析出する。このようなＵＯ2 燃料を用いるこ
とによりクリープ速度を低下させずに核分裂生成ガスの
ペレット結晶粒内拡散係数を小さく抑えることができ
る。
【００１３】ＳｉＯ2 の固溶量が0.05ｗｔ％より多くな
ると、粒界析出量が多くなり、クリープ特性を悪化させ
るので、好ましくない。一方、下限のＳｉＯ2 の固溶量
が 0.001ｗｔ％以下では本発明の効果は期待できない。
ると、粒界析出量が多くなり、クリープ特性を悪化させ
るので、好ましくない。一方、下限のＳｉＯ2 の固溶量
が 0.001ｗｔ％以下では本発明の効果は期待できない。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明に係るＳｉＯ2 添加ＵＯ2
核燃料ペレットの製造方法の一実施の形態を図１により
説明する。図１において、ＵＯ2 粉末１にＳｉＯ2 粉末
２を混合３した後、圧粉成形４してグリーンペレット５
とした。ＳｉＯ2 粉末２の添加量は核燃料体の全重量を
基準として 0.085ｗｔ％とした。つぎに、このグリーン
ペレット５を水素雰囲気中で1750℃、２時間焼結６して
ＵＯ2 核燃料ペレット７を得た。
核燃料ペレットの製造方法の一実施の形態を図１により
説明する。図１において、ＵＯ2 粉末１にＳｉＯ2 粉末
２を混合３した後、圧粉成形４してグリーンペレット５
とした。ＳｉＯ2 粉末２の添加量は核燃料体の全重量を
基準として 0.085ｗｔ％とした。つぎに、このグリーン
ペレット５を水素雰囲気中で1750℃、２時間焼結６して
ＵＯ2 核燃料ペレット７を得た。
【００１５】以上の方法により製造した 0.085ｗｔ％の
ＳｉＯ2 を添加し焼結したＵＯ2 核燃料ペレット７のＳ
ｉＯ2 固溶量および析出量はそれぞれ約 0.045ｗｔ％お
よび約 0.025ｗｔ％であった。また、添加量を増加させ
て同じ条件で焼結した時の固溶量は増加しなかった。一
方、析出量は添加量とともに増加した。析出量が増加す
ることにより核燃料ペレットのクリープ速度は低下し好
ましくない。このことからＳｉＯ2 の添加量は約 0.1ｗ
ｔ％が好ましい。
ＳｉＯ2 を添加し焼結したＵＯ2 核燃料ペレット７のＳ
ｉＯ2 固溶量および析出量はそれぞれ約 0.045ｗｔ％お
よび約 0.025ｗｔ％であった。また、添加量を増加させ
て同じ条件で焼結した時の固溶量は増加しなかった。一
方、析出量は添加量とともに増加した。析出量が増加す
ることにより核燃料ペレットのクリープ速度は低下し好
ましくない。このことからＳｉＯ2 の添加量は約 0.1ｗ
ｔ％が好ましい。
【００１６】上記 0.085ｗｔ％のＳｉＯ2 を添加したＵ
Ｏ2 核燃料ペレットと、従来のＵＯ2 核燃料ペレットを
用いて核分裂生成ガスのペレット結晶粒内拡散係数を、
1200〜1600℃の温度範囲で照射後焼鈍試験により測定し
た。
Ｏ2 核燃料ペレットと、従来のＵＯ2 核燃料ペレットを
用いて核分裂生成ガスのペレット結晶粒内拡散係数を、
1200〜1600℃の温度範囲で照射後焼鈍試験により測定し
た。
【００１７】図２は 0.085ｗｔ％のＳｉＯ2 を添加した
ＵＯ2 核燃料ペレット８と従来のＵＯ2 核燃料ペレット
９の拡散係数の温度依存性を比較して示した特性図であ
る。図２から明らかなように本発明に係る核燃料ペレッ
ト８の拡散係数の値は1200〜1600℃の温度範囲で、従来
のＵＯ2 核燃料ペレット９のそれと比較して約１桁小さ
いことが認められる。
ＵＯ2 核燃料ペレット８と従来のＵＯ2 核燃料ペレット
９の拡散係数の温度依存性を比較して示した特性図であ
る。図２から明らかなように本発明に係る核燃料ペレッ
ト８の拡散係数の値は1200〜1600℃の温度範囲で、従来
のＵＯ2 核燃料ペレット９のそれと比較して約１桁小さ
いことが認められる。
【００１８】
【発明の効果】本発明によれば、核分裂生成ガスの核燃
料ペレット結晶粒内拡散係数が小さいことから、結晶粒
径が従来のＵＯ2 核燃料ペレットと同じ大きさであって
も核分裂生成ガスの放出率を抑えることができる。
料ペレット結晶粒内拡散係数が小さいことから、結晶粒
径が従来のＵＯ2 核燃料ペレットと同じ大きさであって
も核分裂生成ガスの放出率を抑えることができる。
【図１】本発明に係る核燃料ペレットの製造方法の一実
施の形態を示す工程図。
施の形態を示す工程図。
【図２】本発明に係る一実施の形態から得られた核燃料
ペレットと従来のＵＯ2 核燃料ペレットとの拡散係数を
比較して示す特性図。
ペレットと従来のＵＯ2 核燃料ペレットとの拡散係数を
比較して示す特性図。
１…ＵＯ2 粉末、２…ＳｉＯ2 粉末、３…混合、４…成
形、５…グリーンペレット、６…焼結、７…核燃料ペレ
ット。
形、５…グリーンペレット、６…焼結、７…核燃料ペレ
ット。
フロントページの続き (72)発明者 宇根 勝己 茨城県東茨城郡大洗町成田町2163番地 日 本核燃料開発株式会社内 (72)発明者 平井 睦 茨城県東茨城郡大洗町成田町2163番地 日 本核燃料開発株式会社内
Claims (3)
- 【請求項１】 核燃料物質を含む酸化物燃料粉末を圧縮
成形し焼結してなる核燃料ペレットにおいて、前記核燃
料ペレットの母材中にＳｉが固溶してなることを特徴と
する核燃料ペレット。 - 【請求項２】 核燃料物質を含む酸化物核燃料ペレット
において、前記核燃料ペレットの母材中にＳｉＯ2 が0.
05から 0.001ｗｔ％以下の割合で固溶してなることを特
徴とする核燃料ペレット。 - 【請求項３】 核燃料物質を含む酸化物燃料粉末を圧縮
成形した後焼結する核燃料ペレットの製造方法におい
て、前記酸化物燃料粉末に 0.1ｗｔ％以下の割合でＳｉ
Ｏ2 を混合しＳｉＯ2 を含有する混合物を調整し、これ
を成形して圧縮体とし、この圧縮体をＭｏとＭｏＯ2 と
の平衡酸素分圧以下の酸素分圧を有する雰囲気中でＳｉ
Ｏ2 が酸化物燃料中に固溶する温度以上で前記圧縮体を
焼結することによりＳｉＯ2 が酸化物燃料中に固溶した
核燃料焼結体が得られることを特徴とする核燃料ペレッ
トの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10091112A JPH11287884A (ja) | 1998-04-03 | 1998-04-03 | 核燃料ペレットおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10091112A JPH11287884A (ja) | 1998-04-03 | 1998-04-03 | 核燃料ペレットおよびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11287884A true JPH11287884A (ja) | 1999-10-19 |
Family
ID=14017443
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10091112A Pending JPH11287884A (ja) | 1998-04-03 | 1998-04-03 | 核燃料ペレットおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11287884A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100521638B1 (ko) * | 2002-10-02 | 2005-10-13 | 한국원자력연구소 | ＳｉＯ2-ＣａＯ-Ｃｒ2Ｏ3 첨가제를 함유한 이산화우라늄계핵연료 소결체 및 그 제조방법 |
| CN109300560A (zh) * | 2018-11-01 | 2019-02-01 | 中国原子能科学研究院 | 一种混合氧化物芯块烧结气氛氧势控制装置 |
-
1998
- 1998-04-03 JP JP10091112A patent/JPH11287884A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100521638B1 (ko) * | 2002-10-02 | 2005-10-13 | 한국원자력연구소 | ＳｉＯ2-ＣａＯ-Ｃｒ2Ｏ3 첨가제를 함유한 이산화우라늄계핵연료 소결체 및 그 제조방법 |
| CN109300560A (zh) * | 2018-11-01 | 2019-02-01 | 中国原子能科学研究院 | 一种混合氧化物芯块烧结气氛氧势控制装置 |
| CN109300560B (zh) * | 2018-11-01 | 2024-05-14 | 中国原子能科学研究院 | 一种混合氧化物芯块烧结气氛氧势控制装置 |
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