(57)【要約】【課題】  燃料コンパクトの如き高温ガス炉用の成型燃料にその種類や性能の如きマーキング表示を被覆燃料粒子の品質になんらの影響を与えることがなく施すことができるようにする。【解決手段】  高温ガス炉用の燃料コンパクトをプレス成型した直後にインクを用いてマーキング表示を印刷し、プレス温度を利用してインクを急速乾燥し、その後燃料コンパクトの予備焼成工程及び焼成工程でインク中の不純物成分を除去し、またインクの成分を炭素化する。【選択図】        図１
2006200935.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温ガス炉用の成型燃料のプレス成型直後に前記成形燃料の表面にインクを用いて印刷し前記プレス温度を利用し前記インクを急速乾燥してマーキング表示を施すことを特徴とする高温ガス炉用成型燃料のマーキング方法。
【請求項２】
請求項１に記載の高温ガス炉用成型燃料のマーキング方法であって、前記成型燃料の予備焼成工程で前記インク中の不純物成分を揮発することを特徴とする高温ガス炉用成型燃料のマーキング方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の高温ガス炉用成型燃料のマーキング方法であって、前記成型燃料の焼成工程で前記インクの成分を炭素化することを特徴とする高温ガス炉用成型燃料のマーキング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温ガス炉用成型燃料（例えば燃料コンパクト）にマーキング表示を施す方法に関し、更に詳細に述べると、成型燃料のウラン濃縮度や被覆粒子充填率、成型燃料固体毎のウラン量の如き成型燃料の物性や性能を表示するマーキング表示を施す方法の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高温ガス炉は、燃料を含む炉心構造を熱容量が大きく高温で健全性を維持する黒鉛で構成し、炉心を冷却するために、高温下でも化学反応が起こることがないヘリウムガスを冷却ガスとして用いているので、固有の安全性が高く、約９００℃の高い出口温度のヘリウムガスを回収して、この高温熱を発電、水素製造、化学プラント等の広い分野で利用することができる。
【０００３】
この高温ガス炉の燃料は、二酸化ウランをセラミックス状に焼結した直径が約３５０−６５０ミクロンの燃料核の周囲に４層の被覆を施して形成されている。第一層は、密度が約１ｇ／ｃｍ３の低密度熱分解炭素の被覆であり、これは、ガス状の核分裂生成物（ＦＰ）のガス溜めとしての機能と燃料核のスウェリングを吸収するバッファとしての機能とを併せ持っている。第二層は、密度が約１．８ｇ／ｃｍ３の高密度熱分解炭素の被覆であり、これは、ガス状ＦＰの保持機能を有する。第三層は、密度が約３．２ｇ／ｃｍ３の炭化珪素（ＳｉＣ）の被覆であり、これは、固体ＦＰの保持機能を有すると共に、被覆の主要な補強部材としての機能を有する。最後に、第四層は、第二層と同様に、密度が約１．８ｇ／ｃｍ３の高密度熱分解炭素の被覆であり、これは、ガス状ＦＰの保持機能と第三層の保護層としての機能を有する。
【０００４】
一般的な被覆燃料粒子は、約５００−１０００ミクロンの直径を有する。この被覆燃料粒子は、黒鉛マトリックス中に分散させた後、一定形状の燃料コンパクトの形態に成型加工され、この燃料コンパクトの一定数量を黒鉛筒に入れ、上下を栓で密封して燃料棒とされる。この燃料棒は、六角柱型黒鉛ブロックの複数の挿入口に差し込まれて高温ガス炉の燃料となる。多数個の六角柱型黒鉛ブロックをハニカム配列に多段に重ねて炉心を構成している。
【０００５】
高温ガス炉の燃料は、一般的には、次のようにして製造される。まず、酸化ウラン粉末を硝酸に溶かして硝酸ウラニル原液とし、この硝酸ウラニル原液に純水、増粘剤を添加し攪拌して滴下原液を作る。増粘剤は、滴下された硝酸ウラニル原液の滴液が落下中にそれ自体の表面張力で真球状になるように作用する。このような増粘剤としては、アルカリ条件下で凝固する性質を有する樹脂、例えば、ポリビニールアルコール樹脂、ポリエチレングリコール、メトローズ等を使用することができる。このように調製された滴下原液は、所定の温度に冷却されて粘度が調整された後、細径の滴下ノズルを振動させる等の方法を用いてアンモニア水中に滴下される。
【０００６】
滴液は、アンモニア水溶液表面に着水するまでの空間でアンモニアガスを吹き付けて表面をゲル化させることによって着水時の変形が防止される。硝酸ウラニルは、アンモニア水中でアンモニアと充分に反応させ、重ウラン酸アンモニウムの粒子となる。この粒子は、大気中で焙焼され三酸化ウラン粒子となり、更に還元焼結されて高密度のセラミック二酸化ウランの燃料核となる。
【０００７】
この燃料核の粒径や真球度は、被覆燃料粒子の製造条件に大きく影響するため、燃料核は、粒径選別及び真球度選別を行った後、被覆工程にリリースされる。
【０００８】
被覆工程では、燃料核は、流動床に装荷され、この流動床内で反応ガス（被覆ガス）が供給されて熱分解されて被覆が施される。第一層の低密度熱分解炭素は、約１４００℃でアセチレン（Ｃ２Ｈ２）を熱分解して被覆される。第二層及び第四層の高密度熱分解炭素は、約１４００℃でプロピレン（Ｃ３Ｈ６）を熱分解して被覆される。第三層のＳｉＣは、約１６００℃でメチルトリクロロシラン（ＣＨ３ＳｉＣｌ３）を熱分解して被覆される。
【０００９】
被覆燃料粒子の粒径や真球度は、オーバーコート粒子の製造条件に大きく影響するため、被覆燃料粒子は、粒径選別及び真球度選別を行った後、オーバーコート工程にリリースされる。
【００１０】
オーバーコート粒子は、被覆燃料粒子に黒鉛粉末と粘結剤とから成る黒鉛マトリックス材をコーティングして形成される。オーバーコート粒子の粒径は、燃料コンパクトの製造条件に大きく影響するため、オーバーコート粒子は、粒径選別を行った後、コンパクトプレス成型工程にリリースされる。
【００１１】
燃料コンパクトは、オーバーコート粒子を中空円筒形又は円筒形に温間プレス成型して形成される。燃料コンパクトは、オーバーコート粒子のマトリックス材中に含まれる粘結剤を除去したり、マトリックス材を炭素化したりするために、焼成される。
【００１２】
一方、この燃料コンパクトにはウラン濃縮度や被覆燃料粒子充填率等を異にする複数の種類が存在し、また燃料コンパクト固体毎のウラン量は性能を示す指標として重要であるので、燃料コンパクトの全数検査を行う上で、燃料コンパクトは、その種類や固体の識別が必要となる。
【００１３】
しかし、高温ガス炉用燃料コンパクトは、軽水炉用燃料ペレットとは異なり、ガス状の核分裂生成物（ＦＰ）を閉じ込める機能を有する被覆燃料粒子を含んでいるため、ケガキ針や振動式刻印機による刻印や刻字の如き機械的なマーキング表示を施すと、燃料コンパクトの品質に悪影響を与える可能性が高いため、このような機械的なマーキング方法は、燃料コンパクトにマーキング表示を施すのには使用することができない。
【００１４】
また、軽水炉用燃料ペレット等で従来から使用されているプレス金型の凹凸面を利用してマーキング表示を施す方法が知られているが（特許文献１参照）、この方法は、文字を頻繁に変更することが難しく情報量が制限されるため、多数の異なるマーキング表示を施すことが要求される燃料コンパクトに使用することが難しい。
【００１５】
【特許文献１】特開平１０−０９０４５８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明が解決しようとする課題は、被覆燃料粒子の品質になんらの影響を与えることがなく、成型燃料に適正にマーキング表示を施すことができる高温ガス炉用成型燃料のマーキング方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の課題解決手段は、高温ガス炉用の成型燃料のプレス成型直後にこの成型燃料の表面にインクを用いて印刷しプレス温度を利用しインクを急速乾燥してマーキング表示を施すことを特徴とする高温ガス炉用成型燃料のマーキング方法を提供することにある。
【００１８】
本発明の課題解決手段において、成型燃料の予備焼成工程でインク内の不純物成分を揮発し、また成型燃料の焼成でインク成分を炭素化するのが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、マーキング表示はインクを用いた印刷によって施されるので、被覆燃料粒子に機械的な影響を与えることがなく、またプレス金型の凹凸面による識別では不可能であった情報量の不足を生ずることがなく、成型燃料に適正なマーキング表示を施すことができる。
【００２０】
また、インクは、燃料コンパクトのプレス成型後に行ってプレス温度を利用して急速乾燥するので、製品取り扱い時のこすれや接触によるマーキング表示の薄れを生ずることがなく、燃料コンパクトにマーキング表示を鮮明に施すことができる。
【００２１】
更に、燃料コンパクトの予備焼成工程、焼成工程を利用してインクに含まれる不純物が除去され、インクが炭素化されるので、原子炉内で使用する際に予期しない放射化生成物を生ずることがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に述べると、図１は、本発明に係る高温ガス炉用燃料コンパクトのマーキング方法を系統的に示し、燃料コンパクトは、既に述べたように、オーバーコート粒子をプレス金型内に投入して温間プレスして燃料コンパクトを製造する（図１のステップＳ１参照）。
【００２３】
このようにして燃料コンパクトをプレス成型し、金型より取り出した直後、図２に示すように、インクジェット式印刷機の如き無接触式印刷機１６を用いて燃料コンパクト１２の端面にインクを用いてマーキング表示１４を印刷する（図１のステップ２参照）。このマーキング表示１４の印刷は、プレス金型より取り出した直後で未だ冷却される前に行われるので、マーキング表示１４のインクは、プレス温度を利用して急速乾燥される。
【００２４】
印字された燃料コンパクト１２が冷却された後、この燃料コンパクト１２を予備焼成工程に送る（図１のステップ３参照）。この予備焼成工程は、既に述べたように、オーバーコート粒子のマトリックス材中に含まれる粘結剤を除去するが、この処理と共に、マーキング表示１４のインク内の染料の如き不純物成分を炭素成分を残して揮発させ除去する。
【００２５】
最後に、燃料コンパクト１２は焼成工程に送られ（図１のステップ４参照）、この焼成工程は、既に述べたように、オーバーコート粒子中のマトリックス材を炭素化するが、この際、マーキング表示１４のインクの成分も炭素化する。従って、マーキング表示１４内には炭素成分のみが残るので、燃料コンパクト１２が高温ガス炉で燃料として使用される際に、インク成分中から放射化生成物が生ずることがない。
【００２６】
本発明のマーキング方法に用いられるインクは、燃料コンパクトとして用いられるのに不都合な成分を含まないものであることが要求され、従って事前に不純物分析や放射化分析を行い、ホウ素や鉛に代表される中性子阻害能力を持つ元素やハロゲン元素を含まないインクを選択して使用することが要求される。
【００２７】
上記実施の形態では、燃料コンパクトにマーキング表示を印刷する場合について説明したが、プレス成型後の工程が同じであれば、円筒形又は中空円筒形の燃料コンパクトに限定されることはなく、例えば高温ガス炉用の球形燃料その他の成型燃料にも本発明を適用することができる。
【実施例】
【００２８】
本発明の具体例において、プレス金型によって成型された燃料コンパクト１２は、外径が約２６ｍｍ、高さが約３９ｍｍであり、この金型内で燃料コンパクト１２の一方の端面の奥行き約５ｍｍ、幅約２０ｍｍの領域に４文字以上、例えば５−６文字の英数字をインクジェット方式で印刷し、予備焼成、焼成処理を経て不純物がなく炭素化されたインクによるマーキング表示を施した。この燃料コンパクトの品質確認のための各種検査その他の処理を行ってもその間にマーキング表示が消えることがなく、確実に個体識別することができた。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明によれば、マーキング表示はインクを用いた印刷によって行われるので、被覆燃料粒子に機械的な影響を与えたり、情報量の不足を生じたりすることがなく、燃料コンパクト等の成型燃料に適正にマーキング表示を施すことができ、またインクは、不純物が除去されて炭素化されるので、原子炉内で使用する際に予期しない放射化生成物を生ずることがなく、産業上の利用性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る高温ガス炉用成型燃料（燃料コンパクト）のマーキング方法を工程順に示す概略系統図である。
【図２】燃料コンパクトにマーキング表示が印刷されている状態の斜視図である。
【符号の説明】
【００３１】
１２  燃料コンパクト
１４  マーキング表示
１６  無接触式印刷機
【図１】
2006200935.tif 000003
【図２】
2006200935.tif 000004