JPH0636065B2 - 酸化物核燃料体の焼結炉 - Google Patents
酸化物核燃料体の焼結炉Info
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- JPH0636065B2 JPH0636065B2 JP62248798A JP24879887A JPH0636065B2 JP H0636065 B2 JPH0636065 B2 JP H0636065B2 JP 62248798 A JP62248798 A JP 62248798A JP 24879887 A JP24879887 A JP 24879887A JP H0636065 B2 JPH0636065 B2 JP H0636065B2
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- JP
- Japan
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- zone
- sintering
- gas
- heating
- sintering furnace
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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
- Tunnel Furnaces (AREA)
- Furnace Details (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は酸化物核燃料体の焼結炉に係り、詳しくはアン
モニウム・ジウラネイト(AUD)を前駆物質とした二酸化
ラウン(UO2)からFPガスの放出量の少ない大粒径ペレッ
トを低温焼結で製造するのに好適に上記焼結炉に関する
ものである。
モニウム・ジウラネイト(AUD)を前駆物質とした二酸化
ラウン(UO2)からFPガスの放出量の少ない大粒径ペレッ
トを低温焼結で製造するのに好適に上記焼結炉に関する
ものである。
（従来の技術） この種の焼結に関し、従来、西独 KWU社のNIKUSI法が知
られており、第２図に示すような焼結炉が用いられてい
る。
られており、第２図に示すような焼結炉が用いられてい
る。
即ち、この焼結炉は、炉の両端が入口側酸化雰囲気の加
熱焼結ゾーン(1)、出口側還元雰囲気ゾーン(2)で、中間
にN2ガスをカーテン状に流す領域(3)を介在せしめ、前
記両雰囲気ゾーン(1)(2)を分断する構成となっていて、
酸化雰囲気ゾーン(1)は CO2， CO2／CO， CO2／O2が流
れるように設定され、一方、還元ゾーン(2)は H2O／
H2， H2O／H2／N2が流れるようになっており、温度は共
に1000〜1400℃に設定されている。
熱焼結ゾーン(1)、出口側還元雰囲気ゾーン(2)で、中間
にN2ガスをカーテン状に流す領域(3)を介在せしめ、前
記両雰囲気ゾーン(1)(2)を分断する構成となっていて、
酸化雰囲気ゾーン(1)は CO2， CO2／CO， CO2／O2が流
れるように設定され、一方、還元ゾーン(2)は H2O／
H2， H2O／H2／N2が流れるようになっており、温度は共
に1000〜1400℃に設定されている。
この方法は二酸化ラウン(UO2)ペルットの低温焼結に関
するものであり、通常ペレットの焼結は1600〜1750℃で
あるのに対し、この方法は1000〜1400℃でも可能である
ことが知られている。
するものであり、通常ペレットの焼結は1600〜1750℃で
あるのに対し、この方法は1000〜1400℃でも可能である
ことが知られている。
この方法はAUC(アンモニアウラニルカーボネート)を前
駆物質とした UO2粉末に適用すると雰囲気中に酸素濃度
や、送り速度を変えることにより自在に結晶粒径を変化
させることが可能である。
駆物質とした UO2粉末に適用すると雰囲気中に酸素濃度
や、送り速度を変えることにより自在に結晶粒径を変化
させることが可能である。
しかし、一方、この方式はこのままではADU を前駆物質
とする UO2粉末には適用できないこが判っている。
とする UO2粉末には適用できないこが判っている。
何故ならば酸化雰囲気時の焼結における結晶粒の成長は
粉末中のU4O9の形成の有無にかかっているが、ADU を前
駆物質とする上記 UO2粉末の場合、酸化雰囲気での O/U
の増加は雰囲気中の酸素濃度に敏感であり、U4O9に設定
する方法が難しく、つまるところU3O8になるか、 UO2+X
のままに存在し、目的とする大粒径結晶の製品が得られ
ないためである。とは云え、ADU を前駆物質とした UO2
粉末を用いて低温焼結によりペレットを作ることは斯界
の要求するところであり、そのため、これに適した焼結
方式の検討が望まれている。
粉末中のU4O9の形成の有無にかかっているが、ADU を前
駆物質とする上記 UO2粉末の場合、酸化雰囲気での O/U
の増加は雰囲気中の酸素濃度に敏感であり、U4O9に設定
する方法が難しく、つまるところU3O8になるか、 UO2+X
のままに存在し、目的とする大粒径結晶の製品が得られ
ないためである。とは云え、ADU を前駆物質とした UO2
粉末を用いて低温焼結によりペレットを作ることは斯界
の要求するところであり、そのため、これに適した焼結
方式の検討が望まれている。
（発明が解決しようとする問題点） 本発明者らも上述の如き斯界の要求に対応し、その焼結
手段について種々の検討を試み、成型体を空気中低温で
加熱することにより比較的容易にADU を前駆物質とする
UO2粉末の場合、U4O9を形成できることを確認した。ま
た、この時の加熱時間，加熱温度，雰囲気中の酸素濃度
をコントロールすることにより、成型体中に形成される
U4O9の量を調整でき最終焼結時に結晶粒径の調整が可能
であることが判った。
手段について種々の検討を試み、成型体を空気中低温で
加熱することにより比較的容易にADU を前駆物質とする
UO2粉末の場合、U4O9を形成できることを確認した。ま
た、この時の加熱時間，加熱温度，雰囲気中の酸素濃度
をコントロールすることにより、成型体中に形成される
U4O9の量を調整でき最終焼結時に結晶粒径の調整が可能
であることが判った。
即ち本発明は上記結晶粒径の分布を調整することを課題
とし、前記NIKUSI法の焼結に先立ち、低温酸化条件の予
備的加熱を行うことによりADU を前駆物質とした UO2粉
末から大粒径ペレットを含む結晶粒径を調整したペレッ
トを低温焼結で製造することを目的とするものである。
とし、前記NIKUSI法の焼結に先立ち、低温酸化条件の予
備的加熱を行うことによりADU を前駆物質とした UO2粉
末から大粒径ペレットを含む結晶粒径を調整したペレッ
トを低温焼結で製造することを目的とするものである。
（問題点を解決するための手段） 従って、上記目的に適合する本発明の特徴とするところ
は前部が酸化雰囲気の加熱焼結ゾーン，後部が還元ゾー
ンからなり、中間に両ゾーンを分断するN2ガス領域を介
在せしめた前記NIKUSI法焼結炉において、更に前方にN2
ガス又は CO2ガスをパージガスとするガスカーテン部を
介して低温酸化条件の予備加熱ゾーンを付設せしめた点
にある。
は前部が酸化雰囲気の加熱焼結ゾーン，後部が還元ゾー
ンからなり、中間に両ゾーンを分断するN2ガス領域を介
在せしめた前記NIKUSI法焼結炉において、更に前方にN2
ガス又は CO2ガスをパージガスとするガスカーテン部を
介して低温酸化条件の予備加熱ゾーンを付設せしめた点
にある。
ここで、上記低温酸化条件の予備加熱ゾーンとは、具体
的にはその後の加熱焼結ゾーン，還元ゾーンが通常1000
〜1400℃の加熱ゾーンであるのに対し、O2/N2有利には
空気流中にて 150〜340 ℃に加熱するゾーンである。
的にはその後の加熱焼結ゾーン，還元ゾーンが通常1000
〜1400℃の加熱ゾーンであるのに対し、O2/N2有利には
空気流中にて 150〜340 ℃に加熱するゾーンである。
なお、酸化雰囲気の加熱焼結ゾーンは CO2，CO2／CO，
CO2／O2が流れるように設定されること、また還元ゾー
ンは H2O／ H2 ， H2O／ H2 ／N2が流れることは従前の
NIKUSI法における焼結炉と同様である。
CO2／O2が流れるように設定されること、また還元ゾー
ンは H2O／ H2 ， H2O／ H2 ／N2が流れることは従前の
NIKUSI法における焼結炉と同様である。
（作用） 上記の如き焼結炉を用い、ADU を前駆物質とした UO2粉
末よりペレットを作るときは従来の加熱焼結に先立ち低
温，酸化条件の予備加熱ゾーンを通ることにより酸素濃
度が適切に分散され、酸化雰囲気のO/U の増加を緩やか
として U4O9 に設定することを容易ならしめ、成型体中
のU4O9の存在割合を比較的容易に調整することを可能と
し、これによって焼結体中の結晶粒分布の調整をはか
り、FPガス放出率が小さい大粒径ペレット等を得ること
ができる。
末よりペレットを作るときは従来の加熱焼結に先立ち低
温，酸化条件の予備加熱ゾーンを通ることにより酸素濃
度が適切に分散され、酸化雰囲気のO/U の増加を緩やか
として U4O9 に設定することを容易ならしめ、成型体中
のU4O9の存在割合を比較的容易に調整することを可能と
し、これによって焼結体中の結晶粒分布の調整をはか
り、FPガス放出率が小さい大粒径ペレット等を得ること
ができる。
（実施例） 以下、更に本発明の具体的な実施例を添付図面に従って
説明する。
説明する。
第１図は本発明にかかる焼結炉の１例であり、酸化雰囲
気の加熱焼結ゾーン(1)，還元ゾーン(2)を中間にN2ガス
をカーテン状に流す領域(3)を介在せしめて具備してい
ることは前記従来技術における焼結炉と同様であるが、
更に前記酸化雰囲気の加熱焼結ゾーン(1)の前方にN2又
は CO2ガスをパージガスとして流すガスカーテン部(5)
を介して低温，酸化条件の予備加熱ゾーン(4)を設けて
いる。
気の加熱焼結ゾーン(1)，還元ゾーン(2)を中間にN2ガス
をカーテン状に流す領域(3)を介在せしめて具備してい
ることは前記従来技術における焼結炉と同様であるが、
更に前記酸化雰囲気の加熱焼結ゾーン(1)の前方にN2又
は CO2ガスをパージガスとして流すガスカーテン部(5)
を介して低温，酸化条件の予備加熱ゾーン(4)を設けて
いる。
ここで前記酸化雰囲気の加熱焼結ゾーンは通常 CO2， C
O2／ CO ， CO2／O2が流れるように、又還元ゾーン(2)
は H2O／ H2 ， H2O／ H2 ／N2が流れるように夫々設定
されており、温度は共に1000〜1400℃に設定されてい
る。
O2／ CO ， CO2／O2が流れるように、又還元ゾーン(2)
は H2O／ H2 ， H2O／ H2 ／N2が流れるように夫々設定
されており、温度は共に1000〜1400℃に設定されてい
る。
一方、予備加熱ゾーンは O2/N2，有利には空気が流れる
ように設定されており、150 〜 340℃に加熱されてい
る。
ように設定されており、150 〜 340℃に加熱されてい
る。
そこで、今、上記炉を使用し、ペレットを焼結するに際
しては、先ず、予備加熱として150 〜340 ℃の空気中に
て１時間〜６時間加熱することにより成型体内の酸素濃
度を適切に分散させた後、 CO2中、1000〜1400℃，１時
間〜３時間加熱し、更に同温度で水蒸気を含む水素ガス
又はアンモニア分解ガス（ H2 ，N2）中で加熱する。
しては、先ず、予備加熱として150 〜340 ℃の空気中に
て１時間〜６時間加熱することにより成型体内の酸素濃
度を適切に分散させた後、 CO2中、1000〜1400℃，１時
間〜３時間加熱し、更に同温度で水蒸気を含む水素ガス
又はアンモニア分解ガス（ H2 ，N2）中で加熱する。
かくして、上記の方法により成型体中のU4O9の存在割合
を調整することにより焼結体中の結晶粒分布を調整す
る。
を調整することにより焼結体中の結晶粒分布を調整す
る。
なお、上記焼結炉による焼結に際し、各加熱の間には夫
々パージガス，例えばN2又は CO2ガスを流し前段階のガ
スを除去する。
々パージガス，例えばN2又は CO2ガスを流し前段階のガ
スを除去する。
次に上記焼結炉を使用し燃料ペレットを焼結した実例を
示す。
示す。
（例） ADU は前駆物質とした UO2粉末を原材料とし、 300℃，
空気流量０．１〜0.2m／分の環境下における第１段の予
備加熱酸化過程，300 ℃〜1270℃， CO2流量０．４〜0.
6m／分の酸素分圧調整下における第２段の酸化雰囲気加
熱焼結過程，及びこれに引き続く還元雰囲気での焼結過
程からなる焼結を行い、25〜80μｍの結晶を50％（平均
粒径２０μ）を有する焼結体ペレットを得た。一方、比
較のため通常の還元雰囲気での焼結を行った結果、得ら
れた焼結体の平均結晶粒は7 〜8 μｍで粒径は遥かに小
さいものであった。
空気流量０．１〜0.2m／分の環境下における第１段の予
備加熱酸化過程，300 ℃〜1270℃， CO2流量０．４〜0.
6m／分の酸素分圧調整下における第２段の酸化雰囲気加
熱焼結過程，及びこれに引き続く還元雰囲気での焼結過
程からなる焼結を行い、25〜80μｍの結晶を50％（平均
粒径２０μ）を有する焼結体ペレットを得た。一方、比
較のため通常の還元雰囲気での焼結を行った結果、得ら
れた焼結体の平均結晶粒は7 〜8 μｍで粒径は遥かに小
さいものであった。
（発明の効果） 本発明は以上のように前部が酸化雰囲気の加熱焼結ゾー
ン，後部が還元ゾーンであって中間に両ゾーンを分断す
るN2ガス領域を介設せしめた焼結炉において、加熱焼結
ゾーンの前方にガスカーテン部を介して更に低温酸化条
件の予備加熱ゾーンを設けたものであり、予め低温の酸
化雰囲気で予備的加熱を行うことによりADU と前駆物質
とする UO2粉末の酸化雰囲気時の焼結における結晶粒の
成長に大きく影響するU4O9の形成を良好となし、従来、
その利用が困難視されていたADU を前駆物質とする UO2
粉末の酸化雰囲気での焼結を可能ならしめ、結晶粒を調
整してFPガスの放出率の小さいのみならず、大粒径と小
粒径を適切に分散させたFPガス保持性およびクリープ特
性の良好なペレットをADU を前駆物質とした UO2粉末か
ら低温焼結で容易に製造することが出来る顕著な効果を
有する。
ン，後部が還元ゾーンであって中間に両ゾーンを分断す
るN2ガス領域を介設せしめた焼結炉において、加熱焼結
ゾーンの前方にガスカーテン部を介して更に低温酸化条
件の予備加熱ゾーンを設けたものであり、予め低温の酸
化雰囲気で予備的加熱を行うことによりADU と前駆物質
とする UO2粉末の酸化雰囲気時の焼結における結晶粒の
成長に大きく影響するU4O9の形成を良好となし、従来、
その利用が困難視されていたADU を前駆物質とする UO2
粉末の酸化雰囲気での焼結を可能ならしめ、結晶粒を調
整してFPガスの放出率の小さいのみならず、大粒径と小
粒径を適切に分散させたFPガス保持性およびクリープ特
性の良好なペレットをADU を前駆物質とした UO2粉末か
ら低温焼結で容易に製造することが出来る顕著な効果を
有する。
しかも、本発明焼結炉は従前のNIKUSI炉に対し前部に予
備加熱ゾーンを付設するために工業的利用に適し、実用
性は頗る大きく、酸化物核燃料体の焼結炉とうして今後
の利用に極めて期待がかけられる。
備加熱ゾーンを付設するために工業的利用に適し、実用
性は頗る大きく、酸化物核燃料体の焼結炉とうして今後
の利用に極めて期待がかけられる。
第１図は本発明に係る焼結炉の１例を示す概要図、第２
図は従来の酸化雰囲気低温焼結炉（NIKUSI炉）の構成を
示す概要図である。 (1)……加熱焼結ゾーン， (2)……還元ゾーン， (3)……N2ガス領域， (4)……予備加熱ゾーン， (5)……ガスカーテン，
図は従来の酸化雰囲気低温焼結炉（NIKUSI炉）の構成を
示す概要図である。 (1)……加熱焼結ゾーン， (2)……還元ゾーン， (3)……N2ガス領域， (4)……予備加熱ゾーン， (5)……ガスカーテン，
Claims (2)
- 【請求項１】前部が酸化雰囲気の加熱焼結ゾーン，後部
が還元ゾーンであって、中間に両ゾーンを分断するN2ガ
ス領域を介在せしめた酸化物核燃料体の焼結炉におい
て、前記加熱焼結ゾーンの前方にN2ガス又は CO2ガスを
パージガスとするガスカーテン部を介して低温酸化条件
の予備加熱ゾーンを付設せしめたことを特徴とする酸化
物核燃料体の焼結炉。 - 【請求項２】加熱焼結ゾーンが CO2を主ガスとする1000
〜1400℃の加熱ゾーンであり、還元ゾーンが水素ガスを
主ガスとする同じく1000〜1400℃のゾーンであると共
に、予備加熱ゾーンはO2，N2又は空気流中にて150 〜34
0 ℃に加熱する加熱ゾーンである特許請求の範囲第１項
記載の酸化物核燃料体の焼結炉。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62248798A JPH0636065B2 (ja) | 1987-10-01 | 1987-10-01 | 酸化物核燃料体の焼結炉 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62248798A JPH0636065B2 (ja) | 1987-10-01 | 1987-10-01 | 酸化物核燃料体の焼結炉 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6491094A JPS6491094A (en) | 1989-04-10 |
| JPH0636065B2 true JPH0636065B2 (ja) | 1994-05-11 |
Family
ID=17183555
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62248798A Expired - Lifetime JPH0636065B2 (ja) | 1987-10-01 | 1987-10-01 | 酸化物核燃料体の焼結炉 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0636065B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0449015U (ja) * | 1990-06-23 | 1992-04-24 | ||
| JPH0449016U (ja) * | 1990-06-23 | 1992-04-24 | ||
| JP2696268B2 (ja) * | 1990-10-29 | 1998-01-14 | 原子燃料工業株式会社 | 核燃料焼結体の製造法及びその焼結炉 |
| KR101165452B1 (ko) * | 2010-10-20 | 2012-07-12 | 한국수력원자력 주식회사 | 이종 첨가 원소의 결정립계 및 결정립계 주변의 고용 농도 조절 방법 및 이를 이용한 결정립이 큰 핵연료 소결체의 제조방법. |
| FR2997786B1 (fr) * | 2012-11-08 | 2018-12-07 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Combustible nucleaire oxyde regulateur des produits de fissions corrosifs additive par au moins un systeme oxydo-reducteur |
| US9646729B2 (en) * | 2013-01-18 | 2017-05-09 | Westinghouse Electric Company Llc | Laser sintering systems and methods for remote manufacture of high density pellets containing highly radioactive elements |
-
1987
- 1987-10-01 JP JP62248798A patent/JPH0636065B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6491094A (en) | 1989-04-10 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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