(57)【要約】【課題】  ペブルベッド型燃料要素（ペブル）に対するコア中心のずれを矯正してコアの同心度の良好なペブルベッド型燃料要素を製造する。【解決手段】  ペブル中心とコア中心とのずれの方向と大きさとを測定し、このずれの方向と大きさとに相応してペブルに対する切削位置を相対的に変位してペブルを切削してコアの同心度を矯正してコア同心度の良好なペブルベッド型燃料要素を製造する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペブルベッド型燃料要素（以下ペブルと称する）中心とコア中心とのずれの方向と大きさとを測定する工程と、前記ペブル中心とコア中心とのずれの方向と大きさとに相応して前記ペブルに対する切削位置を相対的に変位して前記ペブルの表面を切削して前記コアの同心度を矯正する工程とを備えたことを特徴とするペブルベッド型燃料要素の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のペブルベッド型燃料要素の製造方法であって、前記ペブルは、真空チャックによって把持されて回転しながら切削されることを特徴とするペブルベッド型燃料要素の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のペブルベッド型燃料要素の製造方法であって、前記ペブルは、前記ペブル中心とコア中心とのずれの方向と大きさとに基づいて位置調整された切削刃によって切削されることを特徴とするペブルベッド型燃料要素の製造方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載のペブルベッド型燃料要素の製造方法であって、ペブル中心とコア中心とのずれの方向と大きさとを測定する工程は、放射線透過法によって行われることを特徴とするペブルベッド型燃料要素の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載のペブルベッド型燃料要素の製造方法であって、前記放射線透過法によって得られた画像から画像処理装置によって前記ペブル中心とコア中心とのずれの方向及び大きさを算出することを特徴とするペブルベッド型燃料要素の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載のペブルベッド型燃料要素の製造方法であって、前記画像処理装置からの数値に基づいて前記ペブルに対する切削位置を自動変位するように切削手段又はペブルの取付け位置を制御することを特徴とするペブルベッド型燃料要素の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温ガス炉に用いられるペブルベッド型燃料要素の製造方法に関し、更に詳細に述べると、ペブルベッド型燃料要素の無燃料領域の厚さを均一にしたペブルベッド型燃料要素を製造する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高温ガス炉の燃料は、一般に、直径が０．５〜１ｍｍの燃料被覆粒子(以下単に「被覆粒子」と称する)の集団である燃料要素から成っている。被覆粒子は、直径が０．２〜０．６ｍｍの燃料核に低密度炭素、高密度等方性炭素及び炭化珪素を多重に被覆して形成された粒子であり、燃料要素は、これらの被覆粒子の集団を黒鉛粉末及び焼結材によって固めて形成されている。ペブルベッド型燃料要素(以下単にペブルと称する)は、黒鉛マトリックスに被覆粒子を分散させて形成されているが、外周には被覆粒子が充填されていない無燃料領域がある。従って、ペブルは、燃料を有する領域が燃料体として機能し、無燃料領域が減速材として機能すると共に燃料要素を保護する機能を有する。通常、ペブルは、燃料体が５０ｍｍの直径を有し、無燃料領域は５ｍｍの厚みを有して全体としては６０ｍｍの直径を有している。
【０００３】
このペブルは、通常、下記の工程を経て製造されている。
（ａ）燃料核に低密度炭素層、高密度等方性炭素層、炭化珪素層等の被覆を施して被覆粒子を形成し、これに黒鉛粉末を付着させてオーバーコート粒子とする。
（ｂ）黒鉛粉末に多数のオーバーコート粒子を混合し、この混合物をシリコンゴム製のモールドの内部に充填し圧縮成形してコアを形成する。
（ｃ）このコアの表面に黒鉛粉末を付着し、これらをシリコンゴム製のモールドの内部に充填し圧縮成形して表面に無燃料領域を有するペブル基材を形成する。
（ｄ）このペブル基材の表面を研削した後、熱処理してペブルを完成する。
【０００４】
高温ガス炉にペブルを装荷して燃焼する際に、無燃料領域に厚さの偏りがあると、減速材である無燃料領域の黒鉛の量が周面位置によって異なることになるので、減速作用に偏重が生じて所定の性能を満足することができないし、燃料要素自体の機械的強度が低下する問題がある。
【０００５】
従って、コアはペブルの中心に位置してペブルとコアとが高い同心度を確保することが望ましい。ペブル基材を作る従来技術では、この同心度を確保する目的で、コアをゴム製のモールドにセットする際に、コアの台座として機能する所定量の黒鉛粉末を予めゴムモールドに充填し、手作業又はロボットによってコアをこの黒鉛粉末台座の上に置き、この状態で更に黒鉛粉末を充填し、圧縮成形していた。
【０００６】
ペブル基材を形成する際に、ペブルとコアとの同心度は、ゴムモールドにコアをセットしたときの位置精度に依存するが、この位置精度を向上することは下記の理由から難しく、コアの同心度を確保することができなかった。
【０００７】
即ち、黒鉛粉末の圧縮性等の特性が黒鉛粉末のロットによって異なるため、同量の黒鉛粉末を台座として充填しても、ロットが異なると、コアのセット位置が異なることがある。図６は、圧縮性がよい黒鉛粉末をゴムモールド２０内の台座２２として使用してコア２の表面に黒鉛粉末の無燃料領域を形成してペブル１を製造する例を示し、この例では、圧縮成形時に、コア２が台座２２の圧縮によって沈み、従ってコア２はペブル１の中心１Ｃから下方に偏心し、同心度が悪くなる。従って、このペブルをそのまま表面研削してもコアの同心度を確保することができない。
【０００８】
また、黒鉛粉末の台座の表面形状を一定にすることが難しく、例えば、図７に示すように、黒鉛粉末の台座２２の表面が斜めに形成されていると、コア２は、当初からゴムモ−ルド２０内に偏心して位置され、従ってこの状態で圧縮成形すると、同様にしてコア２の同心度が悪くなり、このペブルをそのまま表面研削してもコアの同心度を確保することができない。
【０００９】
黒鉛粉末の台座の上にコアを載せると、ゴムモールドに僅かな振動が加わってもコアの位置が変化し、従ってこの状態で圧縮成形すると、同様にしてコアの同心度が悪くなり、このペブルをそのまま表面研削してもコアの同心度を確保することができない。
【００１０】
通常、ペブル基材を表面研削し、熱処理した後、最終検査の目的でＸ線透過試験を行うが、この試験で不合格となったペブルは、再生することができないため、廃棄物として処理されており、不経済であった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明が解決しようとする課題は、コアの同心度が悪いペブル基材を研削によって矯正することができ、これによってコア同心度の良好なペブルベッド型燃料要素を製造することができる方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の課題解決手段は、ペブルベッド型燃料要素（以下ペブルと称する）中心とコア中心とのずれの方向と大きさとを測定する工程と、ペブル中心とコア中心とのずれの方向と大きさとに相応してペブルに対する切削位置を相対的に変位してペブルを切削してコアの同心度を矯正する工程とを備えたことを特徴とするペブルベッド型燃料要素の製造方法を提供することにある。
【００１３】
本発明の課題解決手段において、ペブルは、真空チャックによって把持されて回転しながら切削されるのが望ましく、またペブルは、ペブル中心とコア中心とのずれの方向と大きさとに基づいて位置調整された切削刃から成る切削手段によって切削されるのが望ましい。
【００１４】
また、本発明の課題解決手段において、ペブル中心とコア中心とのずれの方向と大きさとを測定する工程は、放射線透過法によって行われるのが好ましく、これは、それによって得られた画像から画像処理装置によってペブル中心とコア中心とのずれの方向及び大きさを電気的に算出するのに有利に利用することができる。
【００１５】
特に、本発明は、上記の画像処理装置からの数値（電気信号）に基づいてペブルに対する切削位置を自動変位するように切削手段又はペブルの取付け位置を制御すると、コア同心度の矯正を自動的に行うことができるので有利である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、上記のように、ペブル中心とコア中心とのずれの方向と大きさとを測定し、この測定値に相応してペブルに対する切削位置を相対的に変位してコアの同心度を矯正するようにペブルを切削するので、コアが圧縮成形工程で偏心することがあっても、コアの同心度のよい燃料要素を得ることができ、ペブルベッド型燃料要素の減速作用と機械的強度とを良好に維持することができる。
【００１７】
特に、ペブル中心とコア中心とのずれの方向と大きさとを放射線透過法によって測定し、その測定結果から画像処理装置によってペブル中心とコア中心とのずれの方向及び大きさを電気的に算出し、この算出値を利用してペブルに対する切削位置を自動調節するように切削手段又はペブルの取付け位置を制御すると、良好なコアの同心度を有する燃料を効率よく製造することができる。
【００１８】
このように、コア中心のずれが矯正されると、不良品の発生がなく、廃棄物がなくなり、経済的である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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、本発明に係わるペブルベッド型燃料要素の製造方法を工程順に示し、この製造方法は、ペブル基材を形成するまでは従来と同様の工程を有し、その後研削する工程が従来技術と異なるが、以下工程順に本発明の製造方法を説明する。
【００２０】
・  第１工程（オーバーコート被覆）
燃料核に低密度炭素層、高密度等方性炭素層、炭化珪素層などの被覆を施して被覆粒子を形成し、これに黒鉛粉末を付着させてオーバーコート粒子を形成する。
・  第２工程（コアの形成）
黒鉛粉末に多数のオーバーコート粒子を混合し、この混合物をシリコンゴム製のモールドの内部に充填し圧縮成形してコアを形成する。
（３）第３工程（ペブル基材の形成）
このコアの表面に黒鉛粉末の無燃料領域を形成するために、シリコンゴム製のモールドの内部にコアと共に黒鉛粉末を充填しこれらを圧縮成形してペブル基材を形成する。
この（１）乃至（３）の工程は、従来と同様である。
【００２１】
（４）第４工程（コアのずれ測定）
ペブル（基材）中心とコア中心とのずれの方向と大きさとを適宜の手段で測定する。このずれの方向と大きさとは、ペブル基材を適宜の手段で保持し回転しながらＸ線等の放射線透過法によって直接画像を得て測定することができる。この画像の一例が図２に示されており、この画像の最外周面がペブル基材１の表面１Ｓであるので、この表面からペブル中心１Ｃを求めることができ、またペブル基材１の無燃料領域（被覆層部分）３に内接している円がコア２の表面２Ｓであり、この表面２Ｓからコア中心２Ｃが求められる。このペブル中心１Ｃとコア中心２Ｃとから両者のずれの方向と大きさとが図２の矢印の方向と大きさで示されるように測定される。この測定は、図５に示すように、画像処理装置１０によって電気的に検出するのが好ましい。
【００２２】
（５）第５工程（ずれの矯正切削）
ペブル中心とコア中心とのずれの方向と大きさとの測定値に相応してペブルに対する切削位置を相対的に変位してコアの同心度を矯正するようにペブル基材１を表面切削する。この切削は、図３に示すように、ペブル基材１を適宜の支持手段１２で回転自在に支持し、切削刃１４から成る切削手段１６によって行うことができる。ペブル基材１を支持する手段は、複数の爪チャックを有して機械的に支持する接触式支持手段であってもよいが、接触傷の発生を防止するために真空チャックから成る非接触式支持手段１２Ｎであるのが好ましい。この切削工程は、後に図３及び図４を参照して更に詳細に述べる。
【００２３】
（６）第６工程（熱処理）
表面切削されてコアの同心度が矯正されたペブル基材１を熱処理してペブル（ペブルベッド型燃料要素）を完成する。この熱処理は、従来から用いられている電気炉内に入れて行うことができる。
【００２４】
第５工程であるずれの矯正切削を図３及び図４を参照して更に詳細に述べると、図３に示すように、図２のずれの方向と大きさの測定値（図の矢印参照）に基づいて切削手段１６の切削刃１４の位置を調節する。図２の測定結果によると、ペブル中心１Ｃとコア中心２Ｃとを真空チャック式の支持手段１２の回転軸線１２Ｃに合わせて支持し、この状態で両中心１Ｃ、２Ｃのずれの方向と大きさとに相応して切削刃の位置を調節する。なお、後述するように、ペブル基材１の切削は、右半球部分と左半球部分とで交互に行われる。
【００２５】
図３の例では、ペブル基材１の右半球部分を切削する状態を示しており、コア中心２Ｃとペブル中心１Ｃとを支持手段１２の回転軸線１２Ｃに合わせてペブル基材１の左半球部分を支持すると、コア中心２Ｃは、ペブル中心１Ｃに対して左方に変位しているので、切削刃１４は、常にコア中心２Ｃに指向するように左方に位置調節される。この状態で、真空チャック式の支持手段１２を回転しながら、切削手段１６の切削刃１４をペブル基材１の右半球の表面に沿って図３の時計方向に移動してペブル基材１の表面を切削する。このようにすると、ペブル基材１の無燃料領域（被覆層部分）３の右半球部分は、図４に示すように、ペブル中心１Ｃがコア中心２Ｃに一致するように切削される。
【００２６】
次に、図４に示すように、真空チャック式支持手段１２は、ペブル基材１の左半球部分から右半球部分に持ち替えて、ペブル基材１の左半球部分を表面切削するが、既に右半球部分の切削でコア中心２Ｃがペブル中心１Ｃに一致した状態に矯正されているので、この左半球部分の切削は、表面を均一に切削するだけである。なお、真空チャック式支持手段１２は、右半球部分から左半球部分に持ち替える際に、ペブル基材１の回転軸線が変位しないようにしなければならない。このようにして無燃料領域（被覆層部分）３の肉厚が均一であるペブル（ペブルベッド型燃料要素）を得ることができる。
【００２７】
本発明の最も好ましい形態では、図５に示すように、放射線透過装置１９で得られた画像を画像処理装置１０で解析してずれの方向と大きさとを電気信号として算出し、この電気信号（測定結果）を切削手段１６の切削刃自動位置調節機構１８に送り、この切削刃自動位置調節機構１８は、この電気信号に基づいて切削刃１４をコア中心のずれを矯正するように位置調節する。このようにすると、切削刃１４は、切削前にコア中心矯正位置に自動的に変位するので、作業を自動化することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明によれば、コアの同心度が悪いペブル基材の同心度を研削によって矯正することができるので、コア同心度の良好なペブルベッド型燃料要素を製造することができ、従ってペブルベッド型燃料要素の減速作用と機械的強度とを良好に維持することができ、また不良品である廃棄物を発生することがなく、経済的であり、産業上の利用性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係わるペブルベッド型燃料要素の製造方法の工程順序を示す概略ブロック図である。
【図２】コア中心のずれがあるペブル基材の断面図である。
【図３】本発明の方法によってコア中心のずれを矯正する工程の一部を示す概略説明図である。
【図４】図３の工程部分に続く工程部分を示す概略説明図である。
【図５】本発明の方法を自動化する装置の概略系統図である。
【図６】コア中心のずれを生ずる１つの例を示す断面図である。
【図７】コア中心のずれを生ずる他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  ペブル基材
１Ｃ  ペブル中心
１Ｓ  ペブル表面
２  コア
２Ｓ  コアの外円
２Ｃ  コア中心
３  無燃料領域（被覆層部分）
１０  画像処理装置
１２  ペブル支持手段
１２Ｃ  回転軸線
１４  切削刃
１６  切削手段
１８  切削刃自動位置調節機構
１９  放射線透過装置
２０  ゴムモールド
２２  台座
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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