(57)【要約】  本発明の主な主題は、粉末（Ｐ）の低温粉砕のための装置（１）であって、粉砕される粉末（Ｐ）の充填物、固化した低温ガスの形態の粉砕媒体（Ｂｏ）、及び、液化ガス（ＧＬ）を含む、加圧断熱粉砕容器（２）と、前記粉砕容器（２）を回転させるためのドライブシャフト（３０）と、バックライト装置（４）に関連付けられたレーザー粒径分析装置（３）と、粉末／液化ガスの懸濁液を生成及び供給するためのシステム（５）と、データを処理し、粉砕装置（１）を制御するためのシステム（６）であって、レーザー粒径分析装置（３）が、処理及び制御システム（６）に接続されている、システム（６）と、低温ガスから固化した低温ガスの形態の粉砕媒体を生成するための装置（８）と、を備えることを特徴とする、粉末（Ｐ）の低温粉砕のための装置（１）である。
2021508285.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉末（Ｐ）を低温粉砕するための装置（１）であって、
粉砕される粉末（Ｐ）の充填物、固化した低温ガスの形態の粉砕媒体（Ｂｏ）、及び、液化ガス（ＧＬ）を含む、加圧断熱粉砕容器（２）と、
前記粉砕容器（２）を回転させるためのドライブシャフト（３０）と、
バックライト装置（４）に関連付けられたレーザー粒径分析装置（３）と、
粉末／液化ガスの懸濁液を生成及び供給するためのシステム（５）と、
データを処理し、前記粉砕装置（１）を制御するためのシステム（６）であって、前記レーザー粒径分析装置（３）が、前記処理及び制御システム（６）に接続されている、システム（６）と、
固化した低温ガスから粉砕媒体を製造するための装置（８）と、
液化ガス及び炭酸ガスを取り込むための装置と、
を含む、粉末（Ｐ）を低温粉砕するための装置（１）。
【請求項２】
前記粉砕容器（２）が、スクリーンからなることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記粉砕媒体（Ｂｏ）が、固化した低温ガス及び粉砕される前記充填物からなることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
安全弁（１０）をさらに含むことを特徴とする、請求項１から３の何れか一項に記載の装置。
【請求項５】
粉末／液化ガスの懸濁液を生成及び供給するための前記システム（５）が、
粉末（Ｐ）及び液化ガス（ＧＬ）の計量装置（２０）と、
前記粉砕容器（２）に前記懸濁液を再注入することを可能にする再循環バルブ（１１）及びポンプ（２６）によって、前記粉砕容器（２）に導入した後に懸濁液を再循環させるループ（２４）と、
を含む、請求項１から４の何れか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記低温ガスの形態の粉砕媒体（Ｂｏ）が、ドライアイスのボールであることを特徴とする、請求項１から５の何れか一項に記載の装置。
【請求項７】
粉砕媒体を製造するための前記装置（８）が、液体又は気体の二酸化炭素の膨張、及び、前記望ましい形態の粉砕媒体（Ｂｏ）を与える圧縮システム（３２）内での二酸化炭素雪の圧縮による二酸化炭素雪発生器（３１）を含むことを特徴とする、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記圧縮システム（３２）が、ローラープレス装置からなることを特徴とする、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記粉砕容器（２）が、前記粉砕容器（２）の内壁にドライアイスの層を形成するための二酸化炭素取り入れ口（ＡＤ）を含むことを特徴とする、請求項１から８の何れか一項に記載の装置。
【請求項１０】
請求項１から９の何れか一項に記載の装置によって実施されることを特徴とする、粉末（Ｐ）の低温粉砕方法。
【請求項１１】
粉砕される前記粉末の床の細孔容積、特に前記粉末のバルク容積の４０から５０％程度の粉末の細孔容積と、前記粉末床のバルク容積との間にある、ある量の液化ガス（ＧＬ）を使用することを特徴とする、請求項９に記載の粉砕方法。
【請求項１２】
アクチニド粉末に適用されることを特徴とする、請求項９に記載の粉砕方法。
【請求項１３】
請求項５から８の何れか一項に記載の装置によって実施され、
任意に、ドライアイスの層を形成するために、加圧又は液化された二酸化炭素を前記粉砕容器（２）に導入する段階と、
ドライアイスのボールの形態の粉砕媒体（Ｂｏ）を前記粉砕容器（２）に導入する段階と、
粉砕される粉末（Ｐ）の前記充填物を計量する段階と、
粉砕される粉末（Ｐ）の計量された前記充填物を前記粉砕容器（２）に導入する段階と、
指定量の液化ガス（ＧＬ）を前記粉砕容器（２）に導入する段階と、
前記粉砕容器（２）を回転させ、任意に所定のサイクルに従って前記粉砕容器（２）を傾ける段階と、
前記粉砕装置（１）のパラメータを監視し、監視及び制御モジュールを使用してこれらのパラメータを制御する段階と、
１つ以上の目標パラメータの閾値を超えたときに前記粉砕を停止する段階と、
前記液化ガス（ＧＬ）相を蒸発させるために、前記粉砕容器（２）を周囲温度にする段階と、
前記粉砕ボール（Ｂｏ）及び前記粉砕された充填物を分離又は昇華させる段階と、
を含むことを特徴とする、請求項９に記載の粉砕方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉砕及び／乾式混合によって得られた顆粒状媒体と比較して向上した均一性を有して、制御された粒径分布を有する粉末、及び／又は、制御された粒径分布の混合物を得るために、特に酸化ウラン（ＵＯ２）粉末及び／又は酸化プルトニウム（ＰｕＯ２）粉末を含む、特にアクチニド粉末の低温粉砕の分野に関する。
【０００２】
本発明は、好ましくは、セラミック核部品の製造、すなわち核燃料、特に核燃料ペレットの製造に適用される。
【０００３】
本発明はまた、固化した低温ガスの形態の粉砕媒体を含む、粉末の低温粉砕のための装置、並びに、関連する粉砕方法を提案する。
【背景技術】
【０００４】
粉砕作業は、業界や多くの分野で比較的一般的である。用途に応じて、例えば、カッティングミル、フレイルミル、ハンマーミル、ローラーミル、ボールミル、及び、ジェットミルなど、粉砕する充填物とそれらの粉砕能力に応じて、非常に多様なミルを使用することができる。
【０００５】
これらの様々な装置は、粉砕される充填物を構成する粒子のサイズを小さくするために充填物の粉砕を誘発する４つの主要なメカニズム、すなわち、衝突、剪断、圧縮及び摩滅を利用する。
【０００６】
核燃料などのセラミック部品を製造する場合、従来、ボールミルは、ウラン及びプルトニウムの酸化物の粉末を共粉砕するために工業的に使用される。モノグラフ“Ｐｒｏｃｅｓｓ  ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  ｏｆ  ｓｉｚｅ  ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ：  ｂａｌｌ  ｍｉｌｌｉｎｇ”，  Ａｕｓｔｉｎ  Ｌ．Ｇ．  ｅｔ  ａｌ．，  ＡＩＭＥ，  １９８４、英国特許出願公開第１８９６２６５０１号明細書、米国特許第６４７３３３６号明細書、米国特許第２２３５９８５号明細書、及び、米国特許第２０４１２８７号明細書等の文献には、このタイプの用途に使用することができるこれらのボールミルの複数のバージョンが記載されている。
【０００７】
それにもかかわらず、これらの装置には多くの欠点があり、特に以下のような欠点がある：
ボール及び粉砕容器によって引き起こされる摩耗による充填物の汚染（ウランボールは、この効果を最小化するために、アクチニド粉末を使用する用途のために原子力産業で任意に使用される）；
過粉砕又は再凝集などの現象を回避するために、粉砕プロセスを連続的に制御することの困難さ；
粉砕された充填物が、十分に均質で、及び／又は、粉砕されないかもしれない制限付きの操作時間（核燃料での操作の場合、数百グラムから数十キログラムの処理に数時間の粉砕が必要）の使用につながる比較的長い粉砕速度；
特に流動性が悪い場合に、固体充填物の蓄積及び詰まりのリスクなしに連続運転することの困難さであり、これは、ウラン及びプルトニウム酸化物粉末の場合によく見られる。
【０００８】
従って、液相粉砕を実施する、特に米国特許第４７１５５４７号明細書を含む開発が提案されている。想定される液体が、危険性（臨界、放射線分解など）を生成する水相又は有機相であり、粉砕される特定の充填物のための非常に制限された流出物（水又は特定の有機化合物等と反応する核分裂性物質の粉末）であるため、このタイプの装置は、提示された問題に対応しないことに留意頂きたい。
【０００９】
粉砕中に使用されるエネルギーを最小限に抑えるために、材料を比較的低い温度（具体的には−５０℃未満）に冷却することによって材料を脆くすることも可能であることを知って、国際公開第２００８／１１０５１７号に記載されているように、特定の既知の粉砕装置は、充填物を処理するために、粉砕される充填物の低温冷却を使用する。しかしながら、このタイプの低温ミルは、液体アプローチによって得られるような迅速な粉砕を可能にしないことに留意すべきである。米国特許第３７３４４１２号明細書、欧州特許第２５３５１１４号明細書、英国特許第１５０８９４１号明細書、又は、欧州特許第１４０５９２７号明細書に記載されているような他の装置は、液化ガスと粉砕される充填物とからなる懸濁液を使用し、粉砕及び混合の効率を高める。それにもかかわらず、これらの装置は、増大した汚染のリスクを引き起こす粉砕媒体を使用し、又は、それらの制御の最適化を可能にし、真に連続した動作を保証する要素が組み込まれていない粉砕媒体を使用する。最後に、粉砕される充填物の単位あたりに使用される液体窒素の量は大量に見えるため、コスト及びリスクのレベルが上昇する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】英国特許出願公開第１８９６２６５０１号明細書
【特許文献２】米国特許第６４７３３３６号明細書
【特許文献３】米国特許第２２３５９８５号明細書
【特許文献４】米国特許第２０４１２８７号明細書
【特許文献５】米国特許第４７１５５４７号明細書
【特許文献６】国際公開第２００８／１１０５１７号
【特許文献７】米国特許第３７３４４１２号明細書
【特許文献８】欧州特許第２５３５１１４号明細書
【特許文献９】英国特許第１５０８９４１号明細書
【特許文献１０】欧州特許第１４０５９２７号明細書
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】“Ｐｒｏｃｅｓｓ  ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  ｏｆ  ｓｉｚｅ  ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ：  ｂａｌｌ  ｍｉｌｌｉｎｇ”，  Ａｕｓｔｉｎ  Ｌ．Ｇ．  ｅｔ  ａｌ．，  ＡＩＭＥ，  １９８４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
結果的に、従って、粉末、特にアクチニド粉末を低温粉砕するための新しいタイプの装置及び方法を提案する必要がある。特に、粉砕される、又は、粉砕及び混合される粒状充填物の懸濁、又は、少なくとも（乾式アプローチで達成可能なものと比較して）増加した撹拌又は流動化を可能にする液化ガス相を含む粉砕装置を提供する必要がある。
【００１３】
充填物の粒径の減少に加えて、付随的に次のことができるようにする必要もある：
−この操作に適用される粉砕エネルギーを最小限に抑え、
−粉砕される粉末の混合物の均一性を向上させ、
−使用される液化ガスの量を最小限に抑え、
−粉砕される粉末の汚染を制限し、
−粉末の加熱を制限し、
−液体排出物（水性又は有機性）の発生を避け、
−核分裂性物質の使用中の臨界のリスクを制限し、
−粉砕速度を上げ、
−充填物の粉砕の継続的かつ制御された操作を保証する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の目的は、少なくとも部分的に、上記の必要性及び先行技術の実施形態、特に上記に引用されたものに関連する欠点を改善することである。
【００１５】
本発明の目的は、その態様の１つによれば、粉末、特にアクチニド粉末を低温粉砕するための装置であって、
−粉砕される粉末の充填物、固化した低温ガスの形態の粉砕媒体及び液化ガスを含む、特に１から４０バールの絶対圧力で加圧された断熱粉砕容器と、
−粉砕容器を回転させるためのドライブシャフトと、
−バックライト装置に関連付けられたレーザー粒径分析装置と、
−粉末／液化ガスの懸濁液を生成及び供給するためのシステムと、
−データを処理し、粉砕装置を制御するためのシステムであって、レーザー粒径分析装置が、処理及び制御システムに接続されている、システムと、
−固化した低温ガスから粉砕媒体を生成するための装置と、
−液化ガス及び炭酸ガスを取り込むための装置と、
を含むことを特徴とする装置である。
【００１６】
有利には、本発明は、粉砕装置のいくつかの要素に依存することができる。すなわち、以下のものである：
加圧された断熱粉砕容器、圧力の上昇を制限するための装置；
粉砕される充填物の汚染を回避するために、粉砕される充填物の一部を含むか含まないドライアイスで任意に作られた粉砕媒体（ビーズ、ボール、ローラーなど）；
容器に導入される液化ガス及び固体充填物を計量するための装置；
液化ガス／固体懸濁液のレベルセンサーの測定；
ミルを制御するシステム及びミルに接続された供給及び排出のための装置；
加圧された二酸化炭素（ＣＯ２）の供給に接続された粉砕容器のペレット化ノズル；
粉砕される粉末で満たされたボールを生成するための装置。
【００１７】
本発明で有利に利用される技術的効果には、それ自体が粉砕される前に粉末を含むか含まない固化した低温ガスで形成されたボール、ビーズ又は関連形状の形態の粉砕媒体を用いた粉砕構成を使用することによる粉末の汚染なしの粉砕が含まれる。ドライアイスなどの固化ガスを使用しても、その後の固化ガス、例えばＣＯ２の昇華は、通常の温度及び圧力の条件下では急速かつ完全であるため、有害な汚染効果はない。このドライアイスに粉砕される粉末を組み込むことは、任意に、必要に応じて粉砕媒体の密度を高めるために主に使用され、必要に応じて、より大きな効率を粉砕に与える。
【００１８】
粉砕媒体を構成する液化ガスの固相は、懸濁液を形成する液相よりも密度が高くなるように選択される。これは、例えば、ＣＯ２であり、その固相は、密度が約０．８である液体窒素よりも約２倍高く、密度が約１．５である固体ＣＯ２よりもかなり密度が高い。ドライアイス媒体に充填物を組み込むと、さらに、以下に説明する図９に示すように、この差を大きくすることができる。
【００１９】
ここで、通常の方法では、低温流体は、低温において液体状態で貯蔵される液化ガスを指すことに留意されたい。この液化ガスは、混合される粉末に対して、本発明の実施条件下で化学的に不活性である。
【００２０】
本発明による粉砕装置はまた、単独で又は任意の技術的に可能な組み合わせで、以下の特徴のうちの１つ以上を含み得る。
【００２１】
粉砕容器は、それが配置される水平面に対して垂直に向けることができ、又は、粉砕される媒体に与えられるエネルギーに応じて、例えば、ロッカーによって傾けることができる。
【００２２】
粉砕容器は、有利にはスクリーンからなることができる。
【００２３】
粉砕媒体は、固化した低温ガス及び粉砕される充填物で構成されることができる。
【００２４】
特に、粉砕媒体は、特に、ボール、ビーズ及び／又はローラーからなることができる。
【００２５】
ドライブシャフトの回転速度は、毎分数十回転から毎分数百回転の間で変動する可能性がある。
【００２６】
粉砕装置のデータ処理及び制御のためのシステムは、特に以下に由来するデータを処理することができる：
粉砕容器内に優勢な圧力の測定；
固体充填物及び液化ガスの計量装置によって導入された材料の量の測定；
懸濁液に配され、動作中に粉砕される充填物の粒径分布の測定。
【００２７】
粉砕装置のデータ処理及び制御のためのシステムは、特に、監視及び制御アクションによって、
液体ガスの量と固体充填物との間の比率の不変性；
上記の指示及び観察された測定値の関数として、回転速度及び研削時間、又は、傾斜などの粉砕パラメータの調整；
を確保することができる。
【００２８】
低温ガスの形態の粉砕媒体は、有利には、粉末に汚染を導入することなくボールの密度を任意に増加させるために、粉砕される材料が装填されているか、又は装填されていないドライアイスのボールである。
【００２９】
粉砕媒体を生成するための装置は、液体又は気体の二酸化炭素（ＣＯ２）の膨張、及び、圧縮システム内での二酸化炭素雪の圧縮による二酸化炭素雪発生器を含み、粉砕媒体の所望の形態を与える。
【００３０】
圧縮システムは、特に、圧縮圧力を加えることができるローラープレス装置からなることができる。さらに、固体充填物の一部をボール内に組み込むために、粉砕される粉末は、膨張される前に、液体二酸化炭素（ＣＯ２）を含む懸濁液中に置かれなければならない。
【００３１】
粉砕容器は、以下に記載される図４Ｂによって示されるように、容器の内壁にドライアイスの層を形成するために、二酸化炭素（ＣＯ２）の取り込みを含むことができる。これは、液体及び／又は気体であり、ドライアイスを生成するか、又は操作の最後にそれを昇華させるために、異なる温度で導入することができる。
【００３２】
以下に説明する図２に示すように、例えば、液体窒素よりも低温の液化ガスを導入して冷却した後、壁に付着しているドライアイスの層を形成し、それによって容器の保護層を形成するために粉砕前に導入できる液体二酸化炭素ＣＯ２及び充填物の濡れを増加させるために、容器の摩耗によって粉砕される充填物の汚染を回避するために、また、微細粒子の粉末がスクリーンのメッシュを通るのを避けるために、粉砕容器は、スクリーンバスケットを備えることができる。スクリーンバスケットのメッシュを遮蔽する固相の低温ガスの昇華／蒸発後、目的の粒径分率を排出することができる。その後、別のサイクルを実行することができる。
【００３３】
粉砕装置はまた、粉砕容器内の圧力を制限するための安全弁を含み得る。
【００３４】
さらに、粉末／液化ガスの懸濁液を生成及び供給するためのシステムは、以下を含み得る：
−粉末及び液化ガスの計量装置、
−懸濁液を粉砕容器に再注入することを可能にする再循環バルブ及びポンプによって、粉砕容器に導入した後に懸濁液を再循環させるためのループ。
【００３５】
粉砕装置はまた、粉砕される粉末の帯電装置を含み得る。
【００３６】
粉砕装置はまた、必要に応じて、機械的及び／又は音響的振動を加えるための圧電装置及び／又はソノトロードを含んでもよい。
【００３７】
さらに、本発明は、別の態様によれば、上記で定義された装置によって実施されることを特徴とする、粉末の低温粉砕の方法を提案する問題にも対処する。
【００３８】
この方法は、特に粉末のバルク容積の４０〜５０％程度の、粉砕される粉末床の細孔容積と、粉末床のバルク容積との間の液化ガスの容積を使用することができる。
【００３９】
この方法は、アクチニド粉末に適用することができる。
【００４０】
この方法には、以下の段階が含まれる場合がある：
−任意に、容器の摩耗による、粉砕される充填物の汚染を制限するために（これにはペレット化と同様の段階が含まれる）、ドライアイスの層を形成するために粉砕容器に加圧又は液化された二酸化炭素を導入する段階、
−粉砕容器にドライアイスのボールの形態の粉砕媒体を導入する段階、
−粉砕される粉末の充填物を計量する段階、
−粉砕され、計量された粉末の充填物を粉砕容器に導入する段階、
−攪拌の増加（乾式粉砕と比較して）又は粉砕される固体充填物の流動化さえも保証するために、特定量の液化ガスを粉砕容器に導入する段階、
−粉砕容器を回転させ、任意に所定のサイクルに従って粉砕容器を傾ける段階、
−粉砕パラメータ、特に回転速度、傾斜の度合い、液体及び固体の量の調整、懸濁液中の充填物の粒径分布、並びに、監視及び制御モジュールによるこれらのパラメータの制御を監視する段階、
−１つ以上の目的パラメータの閾値、特に懸濁液中の固体充填物の粒径分布を超えると、粉砕を停止する段階、
−液化ガス相を蒸発させるために、粉砕容器を周囲温度にする段階、
−例えば、選別又は昇華により、粉砕ボール及び粉砕された充填物を分離する段階。
【００４１】
粉砕ボールの密度を増加させる必要がある場合、粉砕媒体をドライアイスのボールの形態で粉砕容器に導入する段階は、以下の段階を含み得る：
−粉砕される充填物の特定の部分を計量する段階、
−計量した充填物を所定量の液体二酸化炭素と混合する段階、
−特定の固形分が充填された二酸化炭素雪を形成するために、充填物／二酸化炭素懸濁液を膨張チャンバーに導入する段階、
−このようにして装填された二酸化炭素雪を、ローラープレスを使用して球状のインプリント又は金型に押し付ける段階、
−このようにして得られたドライアイスの装填されたボールを粉砕容器に導入する段階。
【００４２】
本発明による粉砕装置及び方法は、詳細な説明に開示された特徴の何れかを、単独で、又は他の特徴との技術的に可能な全ての組み合わせで含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
本発明は、非限定的で例示的な実施形態の以下の詳細な説明を読むことによって、並びに、添付の図面の概略図及び部分図を調べることによって、よりよく理解することができる。
【００４４】
【図１】本発明による粉砕装置の例を概略的に示す。
【図２】図１等の、本発明による粉砕装置のための粉砕容器の例を概略的に示す。
【図３】粉砕容器においてＵ＜１、Ｕ＝１、及び、Ｕ＞１の場合のパラメータＵの変化、つまり、粉砕される充填物のバルク容積と、粉砕媒体のバルク容積との間の比を示す。
【図４Ａ】スクリーンを備えた容器の場合及び中実の容器の場合に、本発明による方法によって得ることができるドライアイスを用いた２つのタイプのペレット化を示す。
【図４Ｂ】スクリーンを備えた容器の場合及び中実の容器の場合に、本発明による方法によって得ることができるドライアイスを用いた２つのタイプのペレット化を示す。
【図５】本発明による装置及び方法のための粉砕容器の回転軸の向きによる粉砕装置の様々な構成を概略的に示す。
【図６】本発明による装置及び方法のための粉砕容器の回転軸の向きによる粉砕装置の様々な構成を概略的に示す。
【図７】粉砕される粉末のサイズ／粒径分布の関数としてのエネルギープロファイルを示す。
【図８】粉砕操作中にボールに加えられる遠心力及び重力を表す。
【図９】ボール内の固体（酸化プルトニウムの場合）の体積分率の関数として、ドライアイスのボールの密度の変化を表す。
【図１０】ボールミルでの粉砕時間の関数としての粉末の粒径分布の典型的な変化、つまり、検討される粉末の粒子のサイズに対する体積百分率の変化を正確に表す。
【図１１Ａ】本発明の実施例の１つで使用されるＵＯ２粉末の視覚化の２つのスケールで走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって撮られた２つの写真を示す。
【図１１Ｂ】本発明の実施例の１つで使用されるＵＯ２粉末の視覚化の２つのスケールで走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって撮られた２つの写真を示す。
【図１２Ａ】本発明の実施例の１つにおいて使用される第２のＰｕＯ２粉末の視覚化の２つのスケールでＳＥＭによって撮られた２つの写真を示す。
【図１２Ｂ】本発明の実施例の１つにおいて使用される第２のＰｕＯ２粉末の視覚化の２つのスケールでＳＥＭによって撮られた２つの写真を示す。
【図１３】最小の粉砕エネルギー（ほとんど単純な混合）で、熱緻密化段階を実行した後（図１５を参照）の本発明による製造方法によって製造されたＵＰｕＯ２燃料の微細構造を示す。
【図１４】最小の粉砕エネルギー（ほとんど単純な混合）で、熱緻密化段階を実行した後（図１５を参照）の本発明による製造方法によって製造されたＵＰｕＯ２燃料の微細構造を示す。
【図１５】本発明による方法によって生成されたＵＰｕＯ２のペレットに適用された焼結サイクルを表す。
【図１６】粉砕アプローチ（タービュレーターにおける単純な混合の参照アプローチ）、乾式ボールミル、及び、本発明によるＬＮ２ミルの比較を可能にする図である。
【図１７】粉砕される充填物の比表面積及びその粒径分布に対する、上記のような他の参照アプローチと比較した本発明の粉砕の影響を示す。
【００４５】
これらの図の全てにおいて、同一の参照符号は、同じ又は同等の要素を指定することができる。
【００４６】
さらに、図をより読みやすくするために、図に示されている様々な部分は、必ずしも一定の縮尺ではない。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
以下に説明する例示的な実施形態では、考慮される粉末は、核燃料ペレットの製造を可能にするアクチニド粉末であることに留意されたい。さらに、ここで考慮される低温流体は、液体窒素である。しかしながら、本発明は、これらの選択に限定されない。
【００４８】
図１は、本発明による粉砕装置１の例を示し、図２は、この装置１の粉砕容器２の拡大図を示す。
【００４９】
従って、粉砕装置１は、図２のような単純な容器２’からなる粉砕容器２、又は、任意に４Ａのようなスクリーンバスケット２’を含み、これは、加圧され、断熱され、粉砕される粉末充填物Ｐ、ドライアイスのボールの形態の粉砕媒体Ｂｏ及び液化ガスＧＬを含む。ボールの床Ｂｏ／粉末充填物Ｐもまた、液化ガスＧＬで形成される。
【００５０】
さらに、装置１は、粉砕容器２’を回転させるためのドライブシャフト３０と、バックライト装置４に関連するレーザー粒径分析装置３とを含む。ドライブシャフト３０は、バックライト装置４の通過を可能にするために、ここではレーザー粒径分析装置３に接続された光ファイバーの形態でくり抜かれている。
【００５１】
さらに、粉砕装置１は、粉末／液化ガスの懸濁液を生成及び供給するためのシステム５と、データを処理し、粉砕装置１を制御するためのシステム６とを含み、レーザー粒径分析装置３は、この処理及び制御システム６に接続される。
【００５２】
より具体的には、粉末／液化ガスの懸濁液を生成及び供給するためのシステム５は、粉末Ｐ及び液化ガスＧＬの計量装置２０、及び、再循環バルブ１１及びポンプ２６、又はサーキュレータによって粉砕容器２に導入した後の懸濁液を再循環させて、懸濁液を粉砕容器２に再注入することができるようにするループ２４を含む。
【００５３】
さらに、図１では、参照符号ＣＰは、圧力センサを示し、参照符号１０は、安全弁を示す。
【００５４】
さらに、装置１は、固化した低温ガスの形態の粉砕媒体８を生成するための装置を含む。粉砕媒体８を生成するためのこの装置は、好ましくは液体の二酸化炭素の膨張、及び、圧縮システム３２内での二酸化炭素雪の圧縮による二酸化炭素雪発生器３１を含み、粉砕媒体Ｂｏの所望の形態を与える。これは、粉末Ｐと液体二酸化炭素ＬＣＯ２との混合器３５によって行われ、その後、好ましくはローラープレス装置からなる、分配ノズル３４及び圧縮システム３２に送られる。次に、ボールＢｏは、ボールＩＢＯの入口を用いて容器２に導入される。
【００５５】
さらに、粉砕容器２は、必要に応じて、粉砕容器２の内壁にドライアイスの層を形成するための二酸化炭素取り入れ口（ＡＤ）を含む。
【００５６】
さらに、図２において、参照符号４０がローラーを示し、参照符号４１が断熱材を示し、参照符号４２がバルブ１１に接続された再循環ラインを示すことに留意されたい。
【００５７】
さらに、その体積の粉砕媒体Ｂｏを組み込むことにより、粉砕容器２内に存在する液化ガスＧＬは、粉砕される充填物の床の出現をちょうど超える体積に制限された量で有利に存在することができる。従って、粉砕される充填物のバルク体積と粉砕媒体のバルク体積との間の比率は、パラメータＵによって与えられ得る。図３は、パラメータＵの変化、つまり、粉砕容器においてＵ＜１、Ｕ＝１、及び、Ｕ＞１の場合の、粉砕される充填物のバルク体積と粉砕媒体のバルク体積との比率を示す。最適化された操作では、このパラメータＵの値は、０．６から１．２の間で変動する可能性がある。
【００５８】
図４Ａおよび図４Ｂはそれぞれ、スクリーンを備えた容器の場合及び中実の容器の場合において、本発明による方法によって得ることができるドライアイスを用いた２つのタイプのペレット化を示す。
【００５９】
従って、図４Ａでは、左側部分の拡大部分に見える容器２の壁で、二酸化炭素の液膜ＦＬＣＯ２がスクリーン部分Ｔａｍの間に現れ、それは、サイクルの整数Ｎｃの終わりに二酸化炭素ＣＣＯ２の層に変換される（ＣＯ２及び液化ガスの交互の取り込み）。
【００６０】
図４Ｂでは、ペレット化後に容器２の壁に形成された二酸化炭素ＣＣＯ２の層も見ることができる。
【００６１】
図５及び図６は、本発明による２つのタイプの粉砕装置１を示す。従って、粉砕装置１は、垂直回転面を有する図５に示されるようなボールミルの形態、又は、水平面回転を有する図６に示されるような遊星ミルの形態であり得、これらは、それにもかかわらず、液化ガスを含むことができるように設計されている。
【００６２】
これを行うために、それらは、有利には、断熱されており、場合によっては、作動圧力を調整するための安全弁１０を備えている。さらに、任意に、粉砕される粉末Ｐの汚染を制限するために、粉砕媒体Ｂｏは、固化ガスＧＳ、例えば二酸化炭素ＣＯ２からなり、その密度は、ミルに使用される液化ガスＧＬの密度よりも大きい。
【００６３】
図５及び図６で、Ｒは、回転方向を表し、Ｂｏは、ドライアイスのボールであり、粉砕／凝集される粉末Ｐの一部を含むことができ、ＧＳは、固化ガスを表し、ＧＬは、液化ガスを表し、ＧＬ＋Ｐは、液化ガス浴ＧＬ及び粉末の層Ｐを含む懸濁液又は低温スラリーを表し、ｇＰは、粉末の粒子を表す。
【００６４】
（例示的な実施形態）
一般的に、液化ガスＧＬの蒸発を制限するために、この装置、例えば粉砕装置１は、断熱性（デュワーフラスコ、特定の断熱材など）を考慮して設計され、粉砕される粉末Ｐは、液体窒素と接触させる前に有利に冷却することができる。さらに、膜沸騰現象を回避するために、これを行うこともできる。これを行うには、“Ｇｏｕｔｔｅｓ  ｉｎｅｒｔｉｅｌｌｅｓ：  ｄｅ  ｌａ  ｃａｌｅｆａｃｔｉｏｎ  ａ  ｌ’ｅｔａｌｅｍｅｎｔ”  ［Ｉｎｅｒｔｉａｌ  ｄｒｏｐｓ：  ｆｒｏｍ  ｆｉｌｍ  ｂｏｉｌｉｎｇ  ｔｏ  ｓｐｒｅａｄｉｎｇ］，  Ａ．Ｌ．  ＨＩＭＢＥＲＴ  ＢＩＡＮＣＥ，  Ｄｏｃｔｏｒａｌ  ｔｈｅｓｉｓ  ｏｆ  Ｐａｒｉｓ  ＶＩ，  ２００４で説明されるように、粉末Ｐの温度を理想的には、使用する液化ガスのライデンフロスト温度未満、つまり液体窒素では−７３℃程度に下げる。
【００６５】
さらに、粉砕容器２の容積の大きさを決定するために、粉砕媒体Ｂｏを表す容積と、粉砕される粉末Ｐの容積と、粉末床Ｐの細孔容積との間の等分配を有利に求めることができる。次のパラメータ：ローラーの充填率（Ｊ）、粉末の充填率（ｆｃ）、及び、粉末ボールの充填係数（Ｕ）を導入することにより、以下の範囲を実現することができる：Ｊは、１０％から６０％、ｆｃは、１０％から５０％、及び、Ｕは、０．６から１．４である。
【００６６】
ボールミルのサイズを決定するために、平均直径Ｄ１から平均直径Ｄ２に移動するために、粉砕される充填物に適用される力を表すボンドの法則を使用することができる：
Ｗ＝Ｗ１（√（１００／Ｄ２）−√（１００／Ｄ１）、
ここで、
Ｗ１は、仕事指数（ｋＷｈ／ｔ）を表し、
Ｄ１は、粉砕前の直径を表し、
Ｄ２は、粉砕後の直径を表す。
【００６７】
従来、Ｗ１は、４から４０の範囲で変化し（粉砕される材料によって異なるが、多少砕けやすい／硬い場合がある）。
【００６８】
より一般的には、粉砕エネルギー及び粉砕される材料のサイズ縮小を繋げるために使用される法則は、材料の性質だけでなく、粉砕される粒子の範囲（粉砕操作の開始及び終了の平均直径）にも依存する。
【００６９】
図７は、μｍ単位のサイズの粉砕される粒子の大きさの関数としてｋＷｈ／ｔ単位のエネルギーＥのプロファイルを示し、特定の法則を関連付けるたびに、その一般的な形状は、ｄＥ＝−Ｋ・ｄｘ／ｘｎであり、指数ｎは、それぞれキック（ＩＩＩ）、ボンド（ＩＩ）及びフォンリッティンガー（Ｉ）の法則の値１、３／２、２を取る。
【００７０】
ボールミル１の動作パラメータを制御するために、ミルの回転速度は、従来、臨界速度（Ｖｃ）の６０から８０％の間で、この速度の９０％未満に制御された。この速度Ｖｃは、遠心力ＦｃとボールＢに加えられる重力を示す図８に示すように、粉砕ボールに加えられる遠心力と重力の平衡に対応する。
【００７１】
具体的には、この速度は、次の式で与えられる。
【００７２】
【数１】
2021508285.tif 000003
【００７３】
ここで、
Ｄｉ：ミル１の内径。
【００７４】
粉砕媒体として使用される液化ガスと比較して相対密度を高めるために、粉砕される固体を含むドライアイスを含む媒体を組み込んだミルの場合、ボールの密度ρＢは、固体εの含有程度に直接関連づけられる：
【００７５】
【数２】
2021508285.tif 000004
【００７６】
図９は、ボール内の固体ε（酸化プルトニウムの場合）の体積分率の関数として、ドライアイスのボールＢの密度プロファイルρＢを表す。
【００７７】
一般的に、液相での粉砕は、粉末Ｐの解凝集を促進し、微粒子を懸濁状態に保つことができるため、乾式粉砕よりも効率的であると見なすことができ、大きな粒子の目的と粉砕をもたらす。さらに、本発明の場合、液化ガスＧＬを使用すると、（強い冷却が課せられるため）粉砕される材料が機械的にもろくなり、粉砕作業がさらに効率的になる。
【００７８】
実際に、懸濁液が乱流を生成し、ミルに伝達された特定のエネルギーに対して乾式相で得られるものよりも大きな混合エントロピーを生成することを知っているため、液相で必要な粉砕時間は、乾式相で適用する必要があるものより短い。
【００７９】
ボールミル又は遊星ミルを使用した粉砕の文脈では、ボールミルを使用して粉砕する場合、粒径分布の変化の曲線は、ボールミルでの粉砕時間の関数としての粉末の粒径分布の変化、つまり、サイズＴａに対する体積百分率（％ｖｏｌ）の変化を正確に示す図１０で与えることができ、曲線ｔ１、ｔ２及びｔ３は、それぞれ時間ｔ＝１０・ｘｈ、時間ｔ＝ｘｈ、及び、時間ｔ＝０を表す。
【００８０】
液相では、粉砕される充填物に伝達されるエネルギーは、乾燥相で伝達されるエネルギーよりも大きいことに注意すべきである。省エネは、ほぼ３０％である場合もある。
【００８１】
（実施例１）
これら全ての考慮事項を考慮して、表１に示す以下の粉砕条件をＵＯ２／ＣｅＯ２粉末の粉砕に使用した。
【００８２】
【表１】
2021508285.tif 000005
【００８３】
最初と粉砕後の粉末の特性を図１６に示し、これにより、粉砕アプローチ（参照として単純な混合、乾式相ボールミル、及び、本発明によるＬＮ２ミル）をそれぞれ比較でき、図１７において、比表面積及び粒径分布における変化を示し、他の参照アプローチと比較した、粉砕される充填物の比表面積及びその粒径分布に対する、本発明の粉砕の影響を示す。
【００８４】
粉砕は、３０分間行われ、これは、固相で行われる粉砕段階又はタービュレーターによる単純な混合と比較された。
【００８５】
（実施例２）
別の実施形態は、ＵＯ２及びＰｕＯ２粉末を用いて行われた。この用途では、準単純混合の効果を推定するために、適用される粉砕エネルギーは、０に近くなる。
【００８６】
図１３及び図１４は、本発明による製造方法によって製造されたＵＰｕＯ２燃料の微細構造、すなわち、本発明による方法である、核燃料の製造に使用されるＰｕＯ２及びＵＯ２の粉末に加えられる最小エネルギーに対して５０％の質量による充填物含有量で１分間の穏やかな粉砕による低温アプローチから製造された最終材料の微細構造を示す。
【００８７】
焼結は、本発明による方法によって生成されたＵＰｕＯ２のペレットに適用される焼結サイクルを表す図１５に関連する以下の条件下で実施され、Ｔは、温度を℃で示し、ｔは、時刻を時間で示す。
【００８８】
適用される圧力は、加圧鋳造／成形ではなく、一軸プレスによって保証されている。加えられた圧力は、２００から３００ＭＰａの間であった。粉末に対する液体窒素の質量比率は、約５０質量％であった。
【００８９】
この製造には、次の粉末が使用された：
ウラン源：乾式法と呼ばれる合成法によるＵＯ２粉末と８質量％の粗製Ｕ３Ｏ８（比表面積１．８ｍ２ｇ−１）。図１１Ａ及び図１１Ｂは、この粉末の視覚化の２つのスケールで走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって撮られた２つの写真を示す。
プルトニウム源：酸化プルトニウム粉末、特性：比表面積５．７ｍ２／ｇ。図１１Ａ及び図１２Ｂは、この粉末の２つのスケールの視覚化でＳＥＭによって撮影された２つの写真を示す。
【００９０】
勿論、本発明は、たった今説明された実施形態に限定されない。当業者は様々な変更を加えることができる。
【符号の説明】
【００９１】
１  低温粉砕装置
２  加圧断熱粉砕容器
２’  容器
３  レーザー粒径分析装置
４  バックライト装置
５  生成供給システム
６  制御システム
８  粉砕媒体生成装置
１０  安全弁
１１  バルブ
２０  計量装置
２４  ループ
２６  ポンプ
３０  ドライブシャフト
３１  二酸化炭素雪発生器
３２  圧縮システム
３４  分配ノズル
３５  混合器
４０  ローラー
４１  断熱材
４２  再循環ライン
ＡＤ  二酸化炭素取り入れ口
Ｂ  ボール
Ｂｏ  粉砕媒体
ＣＰ  圧力センサ
ＧＬ  液化ガス
ＧＳ  固化ガス
ｇＰ  粉末粒子
ＩＢｏ  ボール
Ｐ  粉末
Ｒ  回転
【図１】
2021508285.tif 000006
【図２】
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【図３】
2021508285.tif 000008
【図４Ａ】
2021508285.tif 000009
【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2021508285.tif 000016
【図１１Ａ】
2021508285.tif 000017
【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
2021508285.tif 000020
【図１３】
2021508285.tif 000021
【図１４】
2021508285.tif 000022
【図１５】
2021508285.tif 000023
【図１６】
2021508285.tif 000024
【図１７】
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【国際調査報告】
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2021508285.tif 000027
2021508285.tif 000028
2021508285.tif 000029
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