JPH0548874B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、ウラン化合物及びアルニミウム粉末
からなる燃料帯域内にウラン化合物が26容量％よ
り多く充填された、実験及び材料試験原子炉用板
状燃料要素を製造する方法に関する。

従来の技術 いわゆる額縁技術（Bildchen−Rahmen−
Techinik）に基づき実験及び材料試験炉用の板
状燃料要素を製造することは公知である。この場
合には、まずこの燃料要素の元来の燃料コアが適
当な燃料粉末とアルミニウム粉末との混合物から
扁平な板片の形で製造され、これは一般に“額”
と称される。この額は相当する厚さのの縁に嵌合
されかつ２枚の薄板で上下でカバーされる。縁及
び蓋薄板はアルミニウム又はアルミニウム合金か
ら製作されている。生じたサンドウイチ構造の
“パケツト”は側方で局所的に溶接されかつ次い
で多数のパス内で１つの板に圧延される。従つ
て、出来上つた燃料要素はアルミニウムないしは
アルミニウム合金板から成り、その内部にアルミ
ニウムマトリツクス内のウラン化合物から成る燃
料含有帯域を封入する。この場合には、この燃料
帯域の構造に相応して、分散形核燃料について言
及する。このためには燃料としてウラン化合物、
例えば酸化物、珪化物、アルミニウム化合物又は
第二鉄化合物が使用される。

このような板状燃料要素の設計は、その都度装
填すべき実験又は材料試験炉の要求に基づいて行
なわれる。その都度の炉の出力に基づいて、燃料
要素の燃料帯域内のウラン含量は上下すべきであ
る。高濃縮ウランを使用して製造される常用の標
準燃料要素では、燃料要素中のウラン化合物割合
は７〜26容量％の値である。

しかし、炉及び相応する燃料要素は、低濃縮ウ
ランを使用するために改装することもできる。高
濃縮ウランは分離可能な同位体²³⁵U80〜93重量％
を含有しているが、低濃縮ウランにおける²³⁵Uの
割合は最高20重量％に制限されている。

高濃縮ウランから低濃縮ウランを有する燃料要
素に変換して炉出力を維持するためには、燃料内
のウラン密度を相応して高めねばならない。この
ことは低出力を有する炉の場合には例えばU0.5
ｇ／cm³から2.4ｇ／cm³、高出力の炉の場合には例
えばU1.3ｇ／cm³から7.0ｇ／cm³への燃料帯域内の
ウラン密度の上昇を惹起する。

分散形燃料のウラン化合物割合が製造条件に基
づき26容量％に制限される場合には、燃料帯域内
で高密度ウラン燃料、例えばU₃Si（密度15.6ｇ／
cm³）を使用しても最高U3.9ｇ／cm³のウラン密度
を達成することができる。燃料として一般に使用
されるU₃O₈は最高U1.9ｇ／cm³をもたらす。従つ
て、中及び高出力の実験炉用として、低濃縮ウラ
ンを用いて分散形核燃料要素を製造することは、
公知の製造技術では不可能である、それというの
もアルミニウムマトリツクス内でより高い容量割
合のウラン化合物が必要となるからである。

もう１つの、燃料帯域内のウラン密度を高める
手段は、ウラン化合物の高い容量装填を介しての
み達成することができる。相応する実験におい
て、圧延工程における額の変形可能性及び完成し
た板に適当なマトリツクス特性を維持する見地か
ら燃料帯域内でウラン化合物を約45容量％に高め
ることが可能であることが立証された。しかしな
がら、このような額から公知技術に基づき、すな
わちプレス加工した燃料／アルミニウム成形体を
アルミニウム縁に嵌合させ、薄板で蓋をし、側方
で溶接して圧延パケツトにしかつ圧延することに
より製造した燃料要素は、炉運転者によつてそこ
に課せられる厳しい品質要求を重要な点で満足す
ることができない。

板状燃料要素においては、ウラン含有帯域の形
状は正確に規定されている。この矩形の帯域の外
部、すなわち該帯域を包囲するアルミニウム又は
アルミニウム合金帯域内の燃料粒子は、Ｘ線透過
で識別されかつ当該板の不合格品をもたらす。

ウラン化合物最高26容量％の容量負荷を有する
燃料要素において燃料帯域形状を維持することは
問題点を生じないが、より高い容量負荷を有する
額は、特定された燃料帯域の外部に小さな燃料粒
子が埋込まれた燃料要素を生成する。このことは
高負荷した額の材料特性が比較的に脆弱であるこ
とに起因し、このことは加工工程において小さな
燃料含有粒子の摩耗又は剥離を惹起し、該粒子は
額を包囲する縁と蓋薄板との間に入り込みかつ引
続きそこに封入される。これらの粒子は通常“白
点”と称される、それというのもこれらはＸ線試
験の透過光像にそのように現われるからである。

英国特許第1071363号明細書には、圧延パケツ
ト内で額を位置決めする方法が開示され、該方法
は額を付加的な挿入体を用いて縁内に取付けかつ
圧延前に該薄板を溶接することにより縁区分で取
囲むように封入する。しかし、高い容量負荷の核
燃料を有する燃料要素を製造するためには、この
技術は不適当である、それというのもこれは極め
て高くつきかつめんどうだからである。更に、額
の前記溶接は、圧延の際に逃散できない封入され
た空気による多すぎる廃品、及び出来上つた燃料
要素内の結合欠陥、例えば気泡を形成する。その
他に、この技術では燃料不在領域内に“白点”が
生じることも確実に阻止することはできない、そ
れというのもこれらは既に額と縁の組立ての際に
起因するからである。前記の溶接された圧延パケ
ツトの少なくとも溶接継目にウランが登場するこ
とは同様に阻止不可能である、それというのもこ
れらの板の圧延の際にまた溶接継目も延伸され、
ひいてはウラン不在であるべき領域内に“白点”
が入り込むからである。しかし、このような板は
炉挿入体のためには不適当である。

発明が解決しようとする問題点 従つて、本発明の課題は、燃料帯域の正確に規
定された形状を維持することができかつ特に該領
域の外部に“白点”が生じることのない、ウラン
化合物26容量％より多くを装填した、実験及び材
料試験炉用の板状燃料要素の製法を提供すること
である。

問題点を解決するための手段 前記課題は、冒頭に記載した方法において、本
発明により、粉末状ウラン化合物をアルニミウム
粉末と混合し、板片状成形体にプレスし、該成形
体を厚さ0.01〜0.3mmの直接施されたアルニミウ
ム層内に封じ込め、該成形体に相当する切欠きを
有するアルニミウム板内に嵌合し、該成形体及び
アルニミウム板の両面を２枚のアルニミウム薄板
でカバーし、そうして得たパケツトを圧延するこ
とにより解決される。

作 用 薄いアルミニウム層は溶射又は蒸着により板片
状成形体に施すのが有利である。

アルミニウム被覆した燃料額を製造するには、
まずアルミニウム粉末と燃料粉末の混合物を公知
方法で板片状額にプレス加工する。場合による滑
材添加物は上記額から温度処理によつて除去す
る。こうして製造した額を回転可能な保持装置
に、全ての面及び縁の被覆が可能であるように取
付ける。次いで、真空化した装置内で熱吹付け又
は蒸着により回りに薄いアルミニウム層を施す。
この際、厚厚さは吹付け又は蒸気源の調量ないし
は特に面当りにかかる被覆時間によつて簡単に調
整することができる。層は0.01〜0.3mm厚さであ
るべきであり、0.05〜0.1mm厚さの層を選択する
のが有利である。

驚異的にも、既に0.01〜0.3mmの薄いアルミニ
ウム層が額に完全に別の作動有効性を付与するこ
とが判明した。高いウラン負荷、例えばアルミニ
ウムマトリツクス内に分散されたウラン化合物例
えば45容量％を有するアルミニウム被覆されてい
ない額は、チヨークと同様に筆記のために利用で
きるほどに脆弱であるが、このようなことはアル
ミニウム被覆した額では起り得ない。薄いアルミ
ニウム層は、圧延の際に空気の逃散を阻止せずに
脆弱な基体の効果をカバーするために、明らかに
十分に弾性である。

こうして製造したアルミニウム被覆した分散形
燃料額は、実験及び材料試験炉用の板状燃料要素
を製造するための公知方法を用いて問題なく加工
することができる。該額は微細な燃料粒の砕解の
危険を伴うことなく、アルミニウム又はアルミニ
ウム合金縁及び蓋薄板から成る圧延パケツトに嵌
込むことができる。側方で溶接した後、この圧延
パケツトを多数のパス内で約６倍の長さに圧延す
る。この工程又はその後の工程のいずれにおいて
も、アルミニウム保護層の不利な作用は認められ
ない。まして、アルミニウム中間層により、アル
ミニウム合金から成る構造材料を使用すると額と
縁の間の結合を明らかに改良することができる。
燃料帯域の外部の“白点”の発生は有効に阻止さ
れる。燃料含有帯域の外部には、ウラン含有粒子
はもはやＸ線では検出できない。従つて、形状が
厳密に特定された燃料帯域内に保持することが問
題なく可能である。実験により、アルミニウム被
覆の好ましい作用は使用燃料の種類及び濃度並び
に構造材料の選択とは無関係であることが判明し
た。また、アルミニウム又はアルミニウム合金が
特に適当であると見なされるので、該被覆の技術
は別の構造材料又は額マトリツクスにも適用可能
である。

実施例 次に実施例により、本発明を詳細に説明する。

例 １ 重量比0.3で均等に混合したアルミニウム粉末
とU₃O₈粉末から、約600MPaのプレス圧で寸法
100×61×３mmを有する板片状額をプレス成形し
た。常法で灼熱した額を回転可能な装置に固定し
かつ酸水素炎及び連続的Al粉末調量装置を有す
る火炎噴射ピストルを用いて全面にアルミニウム
から成る厚さ0.1mmの層を被覆した。こうして製
造したAl被覆した分散形燃料額を寸法の合つた
切欠き（100mm×61mm）を有するアルミニウム合
金から成る縁に嵌合しかつ同じ合金から成る蓋薄
板を取付けた。こうして生じた圧延パケツトを側
方で部分的に溶接しかつ多数圧延パス内で熱ない
しは冷間で初期の圧延パケツトの６倍の長さに圧
延した。出来上つた燃料板は全ての点でそれに課
せられた仕様要求に相応した。

例 ２ 重量比0.27で均質に混合したアルミニウム粉末
とU₃Si₂粉末を、例１と同様にして寸法18×44×
３mmを有する額に加工した。こうして製造した額
を回転可能な装置に取付けかつ蒸着装置の蒸着室
に入れた。そこで真空下にアルミニウム源の蒸気
で全面を厚さ0.04mmのアルミニウム層で被覆し
た。それ以後のAl被覆した額の加工は例１と同
様に行なつた。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ウラン化合物及びアルニミウム粉末からなる
   燃料帯域内にウラン化合物が26容量％より多く充
   填された、実験及び材料試験原子炉用板状燃料要
   素を製造する方法において、粉末状ウラン化合物
   をアルニミウム粉末と混合し、板片状成形体にプ
   レスし、該成形体を厚さ0.01〜0.3mmの直接施さ
   れたアルニミウム層内に封じ込め、該成形体に相
   当する切欠きを有するアルニミウム板内に嵌合
   し、該成形体及びアルニミウム板の両面を２枚の
   アルミニウム薄板でカバーし、そうして得たパケ
   ツトを圧延することを特徴とする、実験炉用板状
   燃料要素の製法。 ２ アルニミウム層を溶射及び蒸着により施す特
   許請求の範囲第１項記載の製法。 ３ アルミニウム層を0.05〜0.1mmの厚さで施す
   特許請求の範囲第１項又は第２項記載の製法。