(57)【要約】　　　（修正有）【課題】使用済核廃棄物燃料核の貯蔵または廃棄に備えて、燃料核をガラス固化する時に、放射性材料から放出される熱を除去可能なガラス固化方法、燃料核に貯まる過剰の熱応力を回避できるガラス固化方法、ガラス溶融体中に燃料核を均一分散させるガラス固化方法を提供する。【解決手段】燃料核から炭素／黒鉛マトリックスを除去し２６、露出された燃料核の炭化ケイ素層をガラス層で被覆し３２、これをガラス溶融体中に分散させガラス固化させて、ペブルを作成する。可変の熱膨張係数をもつガラス層の熱膨張係数は、この層と接する炭化ケイ素層およびガラス溶融体の熱膨張係数と一致させられる３４、３６。燃料核を被覆するガラス層は、ガラス溶融体の軟化温度より高い軟化温度を有し、熱が放散されてもガラス層はその状態を維持できる。燃料核の比重とガラス溶融体の比重を一致させて５０、燃料核がガラス溶融体に均一に分散される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の核廃棄物燃料核をガラス固化する方法であって、
該燃料核を、ガラス層を横断して可変の熱膨張係数を有しかつ軟化温度を有するガラス層で被覆するステップと、
該複数のガラス被覆燃料核とガラス溶融体とを混合して混合物を形成するステップであって、該ガラス溶融体と該燃料核が実質的に同じ比重をもち、該ガラス被覆燃料核を該ガラス溶融体全体に亘り実質的に均一に分布させ、さらに該ガラス溶融体が該ガラス層の軟化温度より低い軟化温度を有するステップと、
該混合物を冷却して該ガラス溶融体を固化させ、かつその中に該燃料核をガラス固化するステップとを含む方法。
【請求項２】
被覆ステップが、流動床処理装置中で化学蒸着によって行われ、流動床処理装置がチャンバーを含み、さらに、チャンバーがガラス層を形成するためのケイ素ガス混合物を含有する請求項１に記載の方法。
【請求項３】
燃料核上にガラス層を蒸着させる時、ガラス層の熱膨張係数を変化させるためにケイ素ガス混合物に混合ガスを選択的に添加するステップをさらに含む請求項２に記載の方法。
【請求項４】
混合ガスが、シラン、ボラン、ホスゲン、トリイソブチルアルミニウムおよびアルシンからなる群から選ばれる請求項３に記載の方法。
【請求項５】
該複数の燃料核が、核廃棄物を含むコアを有し、そしてコアを囲む炭化ケイ素層を有し、ガラス層の可変の熱膨張係数が、約０．５×１０−６／℃と約９×１０−６／℃の間であり、炭化ケイ素層に最も近いガラス層の熱膨張係数が、炭化ケイ素層の熱膨張係数に実質的に等しく、さらに、ガラス溶融体に最も近いガラス層の熱膨張係数が、ガラス溶融体の熱膨張係数に実質的に等しい請求項１に記載の方法。
【請求項６】
炭化ケイ素層の熱膨張係数が約４．５×１０−６／℃である請求項５に記載の方法。
【請求項７】
ガラス被覆した燃料核の比重に実質的に等しくなるようガラス溶融体の比重を変化させるために、ガラス溶融体に元素を選択的に添加するステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項８】
冷却された混合物が実質的に球形である請求項１に記載の方法。
【請求項９】
冷却された混合物が実質的に円筒形である請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
それぞれの燃料核が、炭化ケイ素層を囲む炭素層を有し、かつ黒鉛中に埋め込まれており、かつ被覆ステップの前に黒鉛と炭素層を除去するステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
複数の核廃棄物燃料核をガラス固化する方法であって、該燃料核が核廃棄物を含むコアと、コアを囲む炭化ケイ素層と、炭化ケイ素層を囲む炭素層とを有し、かつ該燃料核が黒鉛中に埋め込まれていて、
該複数の燃料核から黒鉛と炭素層を除去するステップと、
それぞれの燃料核の炭化ケイ素層を、熱膨張係数を有しかつ軟化温度を有するガラス層で被覆するステップと、
被覆ステップの間に、ガラス層を横断して熱膨張係数を変化させるステップと、
該複数のガラス被覆燃料核とガラス溶融体とを混合して混合物を形成するステップであって、ガラス溶融体と燃料核が実質的に同じ比重をもち、ガラス被覆燃料核をガラス溶融体全体に亘り実質的に均一に分布させ、さらに、ガラス溶融体がガラス層の軟化温度より低い軟化温度を有するステップと
混合物を冷却してガラス溶融体を固化させ、かつその中に燃料核をガラス固化するステップとを含む方法。
【請求項１２】
被覆ステップが、流動床処理装置中で化学蒸着によって行われ、流動床処理装置がチャンバーを含み、さらに、チャンバーがガラス層を作成するためのケイ素ガス混合物を含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記変化させるステップが、燃料核の炭化ケイ素層上にガラス層を蒸着させる時、流動床処理装置のチャンバー内でケイ素ガス混合物に混合ガスを選択的に添加することによって行われる請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
ガラス層の可変の熱膨張係数が、約０．５×１０−６／℃と約９×１０−６／℃の間であり、炭化ケイ素層に最も近いガラス層の部分の熱膨張係数が、炭化ケイ素の熱膨張係数に実質的に等しく、さらに、ガラス溶融体に最も近いガラス層の部分の熱膨張係数が、ガラス溶融体の熱膨張係数に実質的に等しい請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
ガラス被覆した燃料核の比重に実質的に等しくなるようガラス溶融体の比重を変化させるために、ガラス溶融体に元素を選択的に添加するステップをさらに含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
冷却された混合物が実質的に球形である請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
軟化温度を有するガラス容器と、
前記ガラス容器内に埋め込まれた複数の燃料核とを含む核廃棄物を貯蔵する装置であって、
前記複数の燃料核が、前記核廃棄物を含むコアと、前記コアを囲むガラス層を有し、前記ガラス層が、ガラス層を横断して可変の熱膨張係数を有し、かつ前記ガラス容器の前記軟化温度より高い軟化温度を有し、しかも、前記燃料核と前記ガラス容器が、実質的に同じ比重を有し、前記燃料核を前記ガラス容器全体に亘って実質的に均一に分布させる装置。
【請求項１８】
前記ガラス容器が実質的に球形である請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記ガラス容器が実質的に円筒形である請求項１７に記載の装置。
【請求項２０】
前記燃料核が前記コアと前記ガラス層の間に炭化ケイ素層を有し、かつ前記ガラス層の可変の熱膨張係数が、約０．５×１０−６／℃と約９×１０−６／℃の間であり、前記炭化ケイ素層に最も近い前記ガラス層の熱膨張係数が、炭化ケイ素の熱膨張係数に実質的に等しく、さらに前記ガラス容器に最も近い前記ガラス層の熱膨張係数が、ガラス容器の熱膨張係数に実質的に等しい請求項１７に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、概して、非循環型原子炉から出る使用済核廃棄物燃料の保管装置および方法に関するものである。より詳細には、本発明は、炭化ケイ素保護層を有する使用済核燃料の燃料核（ｋｅｒｎｅｌ）をガラス固化させる装置および方法に関する。本発明は、特に、燃料核をカプセル封入するガラスを通って熱が放散されるのを抑制する点で燃料核をガラス固化する方法として有効であるが、これに限定するものではない。
【０００２】
【従来の技術】
高温度ガス冷却原子炉（ＨＴＧＲ）の運転時に、典型的には多くの小サイズの多層燃料核を含む使用済核廃棄物燃料が生成する。構造的には、それぞれの燃料核は、放射性コアを囲む軟質炭素層およびこの軟質炭素層を囲む熱分解炭素層を有する。さらに、拡散障壁として作用する熱分解炭素層を囲む炭化ケイ素層が存在し、また炭化ケイ素層を囲むさらなる熱分解炭素層も存在する。さらに、これらの多層燃料核は、黒鉛マトリックス中に埋め込まれていて、燃料と核分裂生成物が黒鉛マトリックスから漏洩することを実質的に抑制する。燃料が使用済みになると、これらの燃料核は適切に廃棄されるか、または再生されなければならない。
【０００３】
使用済燃料の再生、再処理が可能である場合、通常は使用済燃料の燃料核のケイ素層を破砕して放射性ウランコアを露出させる。その後、この放射性材料を再利用する。しかし、米国などの一部の国では、ＨＴＧＲから出た使用済燃料は再処理できない。したがって、ＨＴＧＲ使用済燃料は安全に廃棄されなければならない。
【０００４】
種々の核廃棄物の廃棄に関するよく知られた特に有効な方法は、ガラス固化（ｖｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｏｒ　ｇｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）として知られる方法である。このような方法では、燃料廃棄物はガラス溶融体と混合され、続いて冷却されて固体になる。その結果、核廃棄物は、塊状のガラス固化ガラス体（即ち、固化したガラス溶融体）中にカプセル封入される。しかし、このようなガラス固化方法の関心事は、放射性材料から放散される熱が、何らかの方法で抑制されなければならないと言うことである。驚くことではないが、放射性崩壊によって過剰な熱が放散された場合、核廃棄物をカプセル封入したガラスは、固化しないかも知れず、または一度固化しても溶融するかもしれない。明白な根拠があって、この結果は、きわめて危険であり、回避されなければならない。
【０００５】
ＨＴＧＲから出る使用済燃料が放散する熱量、およびガラス固化後には抑制される必要がある熱量を測定するために、それぞれの燃料核を熱源として見なすことができる。したがって、塊状のガラス固化ガラス体に埋め込まれたそれぞれの燃料核により引起される温度上昇が推定可能であり、かつそれらの集合的影響が評価される。先ず、燃料核の燃料コアは、典型的には約２５０μｍの直径を有する酸化ウラン球体である。酸化ウランの比重は１１であり、燃料コア中のウラン核数Ｎは、１．３×１０１９である。濃縮係数をεとし、燃焼係数をｂとするならば、核分裂事象数Ｎｆは、
Ｎｆ＝εｂＮ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　［１］
として表すことができる。それ故、例えば、ε＝０．２、ｂ＝０．２であるならば、核分裂事象数Ｎｆは、５．２×１０１７である。
【０００６】
しかし、使用済ＨＴＧＲ燃料が数種の異なる核分裂生成物を含んでいるであろうと考えられる。これを考慮に入れると、短寿命の放射性核分裂生成物は、ガラス固化するまでに、最も崩壊しやすいであろう。一方、非常に長寿命な核分裂生成物は、熱発生に顕著に寄与しないであろう。しかし、使用済核燃料中には、問題になる中間の崩壊時間をもつ２種類の重要な核分裂生成物が存在する。これらの２種類の核分裂生成物は、主な熱源であって、ストロンチウム９０（Ｓｒ９０）およびセシウム１３７（Ｃｓ１３７）である。
【０００７】
放射性崩壊で、β崩壊の平均電子エネルギーは崩壊エネルギーの約１／３である。材料ストロンチウム９０（Ｓｒ９０）とセシウム１３７（Ｃｓ１３７）の場合、熱出力は、それぞれ０．６９マイクロワットと３．１マイクロワットである。電子が核分裂生成物から発せられるので、ガラス体中の電子の範囲が凡そ１ｍｍであり、γの範囲が１０ｃｍのオーダである故、熱源が半径ａの球体であるとすれば、温度分布は、
Ｔ＝［Ｐ／４πＫｒ］＋Ｔ∝　　　　　　　　　　　　　［２］
で表すことができる。この演算で、Ｐは発熱力、Ｋは熱伝導率、Ｔ∝は熱源から離れた温度である。したがって、半径ａにおける温度上昇は、
Ｔａ−Ｔ∝＝Ｐ／［４πＫａ］　　　　　　　　　　　　　［３］
で与えられる。Ｐ＝３．８×１０−６ｗ、Ｋ＝１ｗ／ｍ°Ｋ、ａ＝１ｍｍとすれば、半径ａにおける温度上昇は、Ｔａ−Ｔ∝＝３．０×１０−４°Ｋである。したがって、それぞれの燃料核の局所的発熱は比較的小さい。
【０００８】
次に、各燃料核の局所的加熱の概算値を用いて、ガラス体の全温度上昇を計算できる。全体的な発熱を計算するために、例えば、燃料核をカプセル封入するガラス体を半径Ｒの球状ペブル（ｐｅｂｂｌｅ）とすることができる。このような球状ペブルのガラス体中に分散された燃料核の数を、ガラス体の単位体積当りν燃料核とする。したがって、温度分布は、
Ｔ＝［νＰ／６Ｋ］［Ｒ２−ｒ２］＋ＴＲ　　　　　　　　　［４］
で与えられ、ＴＲは表面温度であり、かつ最高温度上昇Ｔ０−ＴＲは、
Ｔ０−ＴＲ＝νＰＲ２／［６Ｋ］　　　　　　　　　　　　［５］
で与えられる。温度上昇が１００°Ｋに限定され、かつＰ＝３．８×１０−６ｗ、Ｒ＝０．１ｍ、Ｋ＝１ｗ／ｍ°Ｋとすれば、ν値は１．６×１０１０ｍ−３になる。燃料核間の平均距離はν−１／３で与えられる。この例では、その距離は０．４ｍｍである。したがって、２個の燃料核間の距離は、燃料核の半径（２５０μｍ）に匹敵する。さらに、これは、燃料核が、過度の温度上昇を伴うことなく、実質上緻密に充填され得ることを示唆する。
【０００９】
燃料核をガラス固化する場合の別の配慮は、燃料核をカプセル封入する塊状のガラス固化ガラス体の最適サイズと形状（即ち、球状ペブル）である。特に、塊状のガラス固化ガラス体の最適サイズは、温度上昇により制約を受け、かつ
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［式中、ｒは燃料核の半径である］を設定することで得られであろう。緻密に充填された燃料核は、体積の約７０％を占め、ガラス体の体積当りの燃料核数値ν（前の測定でν＝１．６×１０１０ｍ−３）は、燃料核が互いに接触することなくガラス体の体積中で許容される燃料核の最大数に接近する。しかし、避けられない燃料核の不均質分布を根拠に、νに対して僅かに小さい数値を選択してもよい。これを考慮に入れて、式［５］と式［６］の組み合わせから、
Ｒ２＝［１６π］［Ｔ０−ＴＲ］ｒ３Ｋ／Ｐ　　　　　　　　　［７］
が得られる。Ｔ０−ＴＲ＝１００℃、Ｋ＝１ｗ／ｍ２℃、Ｐ＝３．６×１０−６ｗ、ｒ＝３．５×１０−４ｍとすれば、球状ガラスペブル（即ち、塊状のガラス固化ガラス体）の半径は、Ｒ＝０．２４ｍであり、球体当りの全発熱力は０．５８ｋｗである。
【００１０】
球状ガラスペブルのサイズは、ガラスペブルの表面から除去しなければならない熱量により決まる。表面熱除去速度が設計標準であるならば、ガラスペブルのサイズは、
Ｒ＝３Ｑ／［νＰ］　　　　　　　　　　　　　　　　　［８］
［式中、Ｑは表面冷却速度である］により選択される。Ｒ＝０．２４ｍとするならば、冷却速度は０．８ｋｗ／ｍ２である。低冷却速度が好ましい場合、より小さい半径を選択しなければならない。
【００１１】
ガラスペブルに関係する限り、使用済燃料の燃料核をガラス固化する時、熱は燃料核の放射性材料から放散されるので、他の配慮は、塊状のガラス固化ガラス体の熱膨張に起因する熱応力である。この熱はガラスペブルを通して放散し、ガラスペブルの表面から除かれるので、ガラスペブルを膨張させ軟化させるかもしれない。特に、望ましくない燃料核の高濃度集中がある場合、熱の集中が起きるかもしれない。したがって、ガラスペブルの状態を維持し、かつ望ましくはガラスペブルの起こり得るメルトダウンを回避するために、ガラスペブル全体に亘る燃料核の実質的な均一分布を達成しなければならない。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記に照らして、本発明の目的は、ガラスの状態を傷つけることなく、予測可能なかつ合理的な速度で熱をガラスから除去可能な、核廃棄物をガラス固化する方法を提供することである。本発明の他の目的は、燃料核がガラス体中に埋め込まれているので、燃料核に貯まる過剰の熱応力を避ける、ガラス体中の核廃棄物燃料核をガラス固化する方法を提供することである。本発明のさらに他の目的は、ガラス体中に燃料核を均一分散させる、核廃棄物をガラス固化する方法を提供することである。本発明のもう１つ別の目的は、実施が比較的に容易で、使用簡単で、比較的にコスト効果がある核廃棄物を改善する方法を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、後に続く貯蔵と廃棄に備えて、複数のＨＴＧＲ核廃棄物燃料核をガラス固化する装置および方法に関する。この目的を考慮に入れて、ＨＴＧＲ核廃棄物の各燃料核が、炭化ケイ素層で囲まれた放射性核材料のコアを本質的に含んでいることを認識する必要がある。ＨＴＧＲ用燃料として、複数のこれらの燃料核は炭素／黒鉛マトリックスに埋め込まれている。本発明の概要として、この方法はまず炭素／黒鉛マトリックスの除去を含む。次に、露出された燃料核がガラス層で被覆される。最後に、ガラス被覆燃料核がガラス溶融体と混合され、次に冷却されて、塊状のガラス固化ガラス体中に燃料核をガラス固化させる。
【００１４】
上で示唆したように、本発明に関するガラス固化用のＨＴＧＲ廃棄物の燃料核を作成するために、各燃料核を囲む炭素／黒鉛マトリックスが、燃焼などの、適切な技術の中で知られる任意の手段により先ず除去されて、炭化ケイ素層を露出させる。次に、燃料核は、炭化ケイ素層の表面に堅固に結合するガラス層で前被覆される。この前被覆が、ガラス層を横断して可変の熱膨張係数（ＴＥＣ）をもつことは重要である。特に、炭化ケイ素層に最も近いガラス層の部分のＴＥＣが、炭化ケイ素のＴＥＣに実質的に等しいことが必要である。他方、ガラス層の外表面に近いガラス層の部分のＴＥＣが、被覆された燃料核がガラス固化されるガラス溶融体のＴＥＣに実質的に等しい必要がある。燃料核を被覆するガラス層が、ガラス溶融体の軟化温度より高い軟化温度もつ必要があることが同様に重要である。これが重要である理由は、熱が燃料核のコアから放散する時、塊状のガラス固化ガラス体が軟化し始めるかもしれないが、ガラス層がその状態を維持するであろうと言うことである。
【００１５】
本発明によれば、可変のＴＥＣを有するガラス層による燃料核の被覆が、化学蒸着（ＣＶＤ）により達成されることが好ましい。このためには、先ず、燃料核が流動床処理装置のチャンバー内に配置される。その作業のために、チャンバーが窒素ガスまたはアルゴンガス、または任意の他の適切な不活性ガスを含有することが好ましい。また、チャンバーは、ＣＶＤにより燃料核上に被覆されるべきガラス用のガス混合物を含有するであろう。特に、このガス混合物が、ケイ素ガス、酸素および、ガラス層用の特種なガラスを作成する必要がある、任意の他の適切な元素ガスを含有することが好ましい。例えば、元素ガスは、ホウケイ酸塩ガラスを形成するためにボランであってもよい。加えて、混合ガスは、燃料核上に蒸着されているガラス層のＴＥＣを調節するための所定の手段で、チャンバー中のガス混合物に添加されてもよい。本発明のために意図されるように、この目的のための適切な混合ガスは、例えば、シラン、ボラン、ホスゲン、トリイソブチルアルミニウムとアルシンを含有する。
【００１６】
ガラス層で燃料核を被覆した後、ガラス被覆燃料核をガラス溶融体と混合して混合物を形成する。本発明のために意図されるように、ガラス溶融体の比重は、燃料核の比重と実質的に同一になるように選択される。この比重の一致は重要であり、燃料核がガラス溶融体中に沈澱することを防ぎ、かつ、それによって、ガラス溶融体が冷却されかつ固化された時に、塊状のガラス固化ガラス体の全体に亘り燃料核をより均一に分布させる。ガラス被覆燃料核の比重に実質的に一致するようにガラス溶融体の比重を変更するためには、軽量の元素または重量の元素のいずれかを、必要に応じてガラス溶融体に添加できる。
【００１７】
ガラス溶融体の比重を変更した後、混合物を冷却してガラス溶融体を固化し、塊状のガラス固化ガラス体中でガラス被覆燃料核をガラス固化する。混合物を冷却して実質的に球形の形状にすることが好ましい。代わって、冷却された混合物が円筒形であってもよい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
最初に図１を参照すれば、本発明に関するＨＴＧＲに用いたペブルが示されており、一般に１０と呼ばれる。示されるように、ペブル１０は、複数の核廃棄物燃料核１２の形態中に核廃棄物１１を含有している。また、図１に示されるように、黒鉛殻１４は核廃棄物１１をカプセル封入している。
【００１９】
本発明に従ってガラス固化されるべき代表的燃料核１２の構造の詳細は、多分図２において最もよく理解することができ、燃料核１２が多層であることが判る。特に、燃料核１２は、放射性核物質のコア１６、コア１６を囲む軟質炭素層１８と、軟質炭素層１８を囲む熱分解炭素層１９を有する。また、図２に示されるように、熱分解炭素層１９を囲む炭化ケイ素層２０と、炭化ケイ素層２０を囲む外側の熱分解炭素層２２が存在する。最後に、多層燃料核１２は、図１に示されるように黒鉛２４中に埋め込まれている。
【００２０】
本発明の作業の詳細は、相互参照図３および４によって最もよく評価されるであろう。第一に、図３のアクションブロック２６によって表されるように、それぞれの燃料核１２の黒鉛２４と外側の熱分解炭素層２２が先ず除去される。これは、図４に示されるように、核廃棄物１１をヒータ２８に通過させるなどの、適切な技術の中で知られた任意の手段によって行うことができ、燃料核１２から黒鉛２４と炭素層２２を焼却し除去できる。黒鉛２４と熱分解炭素層２２を除去した結果として、それぞれの燃料核１２の炭化ケイ素層２０が露出されることが重要である。
【００２１】
次に、図３のアクションブロック３２によって表されるように、燃料核１２はガラス層３０で被覆される。このガラス層３０が、ガラス層３０を横断して可変の熱膨張係数（ＴＥＣ）を有することは、本発明の重要な観点である。図５において、この変化は、層３０ａと３０ｂによって表される。特に、図５に示されるように、炭化ケイ素層２０に最も近いガラス層の部分３０ａのＴＥＣは、図３のデシジョンブロック３４によって表されるように、炭化ケイ素のＴＥＣに実質的に等しい必要がある。他方、図３のデシジョンブロック３６によって表されるように、ガラス層の最も外側の部分３０ｂ（図５に示される）のＴＥＣは、ガラス溶融体３５のＴＥＣに実質的に等しい必要がある。燃料核１２を被覆するガラス層３０が、ガラス溶融体３５の軟化温度より高い軟化温度をもつ必要があることは、同様に重要である。これは、熱が燃料核のコア１６から放散される時、塊状のガラス固化ガラス体が軟化し始めるかもしれないが、その場合でも、ガラス層３０がその状態を維持しなければならない故に重要である。
【００２２】
可変のＴＥＣを有するガラス層３０による燃料核１２の被覆は、化学蒸着（ＣＶＤ）で行うことが好ましい。これを達成するために、燃料核１２が、先ず、図４に示されるように、流動床処理装置３８のチャンバー内に載置される。好ましくは、チャンバーは、その作業のために、窒素ガス４０またはアルゴンガス４１、または任意の他の適切な不活性ガスを含有するであろう。さらに、図４を参照すれば、ＣＶＤにより燃料核１２上に被覆されるべきガラス用のガス混合物を含有するであろう。好ましくは、ガス混合物４２が、ケイ素ガス、酸素と、ガラス層３０のための特種なガラスを形成する必要がある任意の他の適切な元素ガスを含有する。例えば、元素ガスは、ホスホケイ酸塩ガラスを作成するためにホスゲンであってもよい。図３のアクションブロック４４および４６によって表されるように、混合ガス４７（図４に示される）が、所定の手段でチャンバー内のガス混合物４２に添加されてもよく、それが燃料核１２上に蒸着される時、ガラス層３０のＴＥＣを変化させることが重要である。この目的のために適切な混合ガス４７は、例えば、シラン、ボラン、ホスゲン、トリイソブチルアルミニウムおよびアルシンを含んでいる。代わって、ガラス層３０のＴＥＣを変化させるために、チャンバー内のガス混合物４２の一部分が除去されてもよい。この被覆ステップの最終生成物、ガラス被覆燃料核１２が、図５に示されている。
【００２３】
燃料核１２がガラス層３０で被覆された後、ガラス被覆燃料核１２が混合装置５５（図４に示される）内に載置され、図３のアクションブロック４８によって表されるように、ガラス溶融体３５と混合される。本発明によれば、図３のデシジョンブロック５０によって指示されるように、ガラス溶融体３５の比重は、燃料核１２の比重と実質的に同一になるように選択される。これは、本発明の重要な観点であって、その理由は、比重の一致がガラス溶融体３５中への燃料核の沈澱を防ぎ、かつそのために、塊状のガラス固化ガラス体（即ち、固化したガラス溶融体３５）全体に亘って燃料核１２のより均一な分布を達成できるからである。図３のアクションブロック５２によって表されるように、ガラス溶融体３５の比重を変更してガラス被覆燃料核１２の比重に実質的に一致させるために、図４に示されるように、必要に応じて、軽量元素または重量元素のいずれかの、元素５４がガラス溶融体３５に添加されてもよい。本発明で意図されるように、例えば、重量元素は鉛および亜鉛を含有してもよく、軽量元素はリチウムまたはボロンを含んでもよい。
【００２４】
ガラス溶融体の比重を変更した後、ガラス被覆燃料核１２とガラス溶融体３５との混合物は、図３のアクションブロック５６によって表されるように、適切な技術の中でよく知られる任意の冷却装置５８（図４に示されるように）中で冷却される。その結果、図４に示されるように、ガラス溶融体３５は、固化されて塊状のガラス固化ガラス体になり、かつガラス被覆燃料核１２は、ガラスペブル６０中でガラス固化される。
【００２５】
好ましくは、ガラスペブル６０は、図４に示されるように、実質的に球形の形態であってもよい。ガラス溶融体３５の体積当り燃料核１２の数、および球形の塊状ガラス固化ガラス体の表面から除去されねばならない熱量に基づいて、球形ガラスペブル６０のサイズ（即ち、半径Ｒ）を決めることができる。しかし、それに代わり、本発明で意図されるように、ガラスペブル６０は円筒形であってもよい。
【００２６】
本明細書に詳細に示し、かつ説明したような、使用済セラミック核燃料の特殊なカプセル封入は、本目的を十分に達成でき、かつ明細書に述べた利点を十分に達成できるが、それは、現状で好ましい発明の実施形態の例証にすぎないこと、および付属の特許請求の範囲に記載される以外に示される明細書の構文または設計の詳細に限定するものではないことを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＨＴＧＲに使用されるペブルの斜視図であって、ペブルの一部を切り欠きペブル内にある複数の使用済核燃料の燃料核を示す図である。
【図２】本発明の燃料核の斜視図であって、一部を切り欠き明瞭化した図である。
【図３】本発明のガラス固化ステップの作業フローチャートである
【図４】本発明のガラス固化方法に用いられる加工要素の略図である。
【図５】図４のライン５−５に沿って観察されるような、本発明のガラス被覆燃料核の断面図である。
【符号の説明】
１０　ペブル
１１　核廃棄物
１２　核廃棄物燃料核
１４　黒鉛殻
１６　コア
１８　軟質炭素層
１９　熱分解炭素層
２０　炭化ケイ素層
２２　熱分解炭素層
２４　黒鉛
２６　アクションブロック
２８　ヒータ
３０　ガラス層
３２　アクションブロック
３４　デシジョンブロック
３５　ガラス溶融体
３６　デシジョンブロック
３８　流動床処理装置
４０　窒素ガス
４１　アルゴンガス
４２　ガス混合物
４４　アクションブロック
４６　アクションブロック
４７　混合ガス
４８　アクションブロック
５０　デシジョンブロック
５２　アクションブロック
５４　元素
５５　混合装置
５６　アクションブロック
５８　冷却装置
６０　ガラスペブル
【図１】
2004053591.tif 000004
【図２】
2004053591.tif 000005
【図３】
2004053591.tif 000006
【図４】
2004053591.tif 000007
【図５】
2004053591.tif 000008