(57)【要約】【課題】添加物の相状態や比表面積を制御することにより、核分裂性物質を含む粉末との混合状態や添加物の添加濃度を最適にした核燃料ペレット製造用添加物およびその製造方法を提供する。【解決手段】核分裂性物質を含む燃料ペレットの製造に際して核分裂性物質を含む粉末に添加される物質であって、その添加物質中にガラス相となっている物質が存在していることを特徴とする核燃料ペレット製造用添加物、および溶液中でアルミニウムと珪素とを接触させてこれらの元素を含む共沈物を生成させ、次いでこの共沈物を脱水した後、これを５００ないし１７４０℃の範囲で加熱して、ガラス相となっている物質が存在する粉末とすることを特徴とする核燃料ペレット製造用添加物の製造方法。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
核分裂性物質を含む燃料ペレットの製造に際して核分裂性物質を含む粉末に添加される物質であって、その添加物質中にガラス相となっている物質が存在していることを特徴とする、核燃料ペレット製造用添加物。
【請求項２】
前記添加物に含まれるガラス相の重量割合が、０ｗｔ％より大きく１００ｗｔ％より小さいことを特徴とする、請求項１記載の核燃料ペレット製造用添加物。
【請求項３】
前記添加物の比表面積が、０．５ないし５０ｍ２／ｇの範囲にあることを特徴とする、請求項１または２に記載の核燃料ペレット製造用添加物。
【請求項４】
前記添加物が、アルミニウム、珪素、アルミニウム酸化物、珪素酸化物、アルミニウムと珪素の混合酸化物またはこれらを含む物質からなることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の核燃料ペレット製造用添加物。
【請求項５】
前記添加物中に含まれる各酸化物の組成をそれぞれ二酸化珪素および三酸化二アルミニウムに換算した場合、二酸化珪素の重量比率が０ないし１００％の範囲にあることを特徴とする、請求項４記載の核燃料ペレット製造用添加物。
【請求項６】
前記添加物中にガラス相、Ａｌ６Ｓｉ２Ｏ１３、Ａｌ２ＳｉＯ５またはこれらの混合物が含まれていることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれか１項の記載の核燃料ペレット製造用添加物。
【請求項７】
溶液中でアルミニウムと珪素とを接触させてこれらの元素を含む共沈物を生成させ、次いでこの共沈物を脱水した後、これを５００ないし１７４０℃の範囲で加熱して、ガラス相となっている物質が存在する粉末とすることを特徴とする、請求項１の核燃料ペレット製造用添加物の製造方法。
【請求項８】
前記共沈物の生成を、アルミニウムを含む溶液と珪素を含む溶液とを混合することにより行うことを特徴とする、請求項７に記載の核燃料ペレット製造用添加物の製造方法。
【請求項９】
前記共沈物の生成を、０ないし１００℃の温度の溶液中で行うことを特徴とする、請求項７または８に記載の核燃料ペレット製造用添加物の製造方法。
【請求項１０】
脱水後の共沈物の加熱を、酸素ポテンシャルが−６００ないし０ｋＪ／ｍｏｌの酸素ポテンシャルを有する雰囲気中において行うことを特徴とする、請求項７ないし９のいずれか１項に記載の核燃料ペレット製造用添加物の製造方法。
【請求項１１】
アルミニウムを含む溶液が、金属アルミニウム溶液または硝酸アルミニウム溶液であることを特徴とする、請求項７ないし１０のいずれか１項に記載の核燃料ペレット製造用添加物の製造方法。
【請求項１２】
珪素を含む溶液が、アルコキシシラン化合物溶液であることを特徴とする、請求項７ないし１１のいずれか１項に記載の核燃料ペレット製造用添加物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、核分裂性物質を含む燃料ペレットの製造に際して、核分裂性物質を含む粉末に添加される物質およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、軽水炉や高速増殖炉に装荷される核燃料ペレットは、発電炉において経験された最も高い燃焼度までその健全性が確認されている。一般に、燃料健全性は、燃料の燃焼に伴う燃料ペレットからの核物質生成ガス（以下、「ＦＰガス」という）の放出やペレット−被覆管相互作用（いわゆるＰＣＩ）に関係していることが知られている。
【０００３】
最近進められている燃料の高燃焼度化に伴い、高燃焼度下における燃料健全性をさらに向上させるために、燃料ペレットからのＦＰガス放出率低減や燃料ペレットの耐ＰＣＩ性能向上に関する検討が行われている。まず、ＦＰガス放出率低減のためには、ペレットの結晶粒径を大きくすることが有効である。しかしながら、ペレットのクリープ速度は結晶粒径の２乗に反比例するため、結晶粒径を大きくするとペレットのクリープ速度が低下し、ＰＣＩ性能にマイナスの影響が現れる。この影響を改善するために、燃料ペレットに添加物を加えてそれらを結晶粒界近傍で析出させ、結晶粒界を滑りやすくする方法が取られており、その添加物としてアルミナシリケート（アルミニウム酸化物と珪素酸化物の混合または化合物）が有望視されている。
【０００４】
さて、一般的な核燃料ペレットの製造には、核分裂性物質を含む粉末、例えば二酸化ウラン（ＵＯ２）粉末を圧粉・成形してグリーンペレットとし、このグリーンペレットを約１７００℃で還元性雰囲気中、例えば水素を含むガス中で焼結する方法が採られている。一方、アルミナシリケ−トに含まれる二酸化珪素は、ペレットの焼結中に一部が蒸発（揮発）すると言われている（例えば、特開平５−２７０６９号公報および特開平６−２８１７７４号公報）。この原因は、熱力学的な考察によれば、二酸化珪素が水素を含む還元性雰囲気にさらされた場合、珪素の二酸化物が一酸化物に還元され気化・蒸発するためと考えられている。また、ペレットから蒸発した珪素酸化物がペレット焼結炉内の低温部分に付着し、場合によっては製品ペレットに付着してペレット製造効率に影響を与える可能性を指摘する文献もある。
【０００５】
これまでに燃料ペレットに添加すると良いと考えられたアルミナシリケートは、アルミニウム酸化物粉末と珪素酸化物粉末を混合したものを２０００℃以上の高温で溶融させて均一な混合物・化合物としたもの（例えば、特開平５−１１０８８号公報および特開平５−２７０６９号公報）や、単にアルミニウム酸化物粉末と珪素酸化物粉末を混合したもの（例えば、特開平３−１４６８９５号公報）あるいは天然に産出される鉱物（例えば、特開平１−１９３６９１公報および特開平６−２８１７７３号公報）などである。珪素酸化物の蒸発挙動については珪素酸化物の結晶状態やその比表面積に大きく左右されるため、珪素酸化物の結晶状態（ガラス相か結晶か）や比表面積を精密に制御する必要がある。
【０００６】
しかしながら、従来の技術では、添加されるアルミナシリケートの相状態が非晶質（ガラス状）もしくは結晶性のものに限定されており（特開平５−２７０６９号公報）、また添加物の比表面積についても制御されておらず、還元性雰囲気を使用したペレット焼結における珪素酸化物の蒸発量を充分抑制・制御できているとは言い難い。このことは、現状の核燃料ペレット製造において、ＵＯ２粉末に過剰な珪素酸化物やアルミニウム酸化物等の添加物が添加されていることを意味している。言いかえれば、還元性雰囲気を使用したペレット焼結における珪素酸化物の量を制御することができれば、燃料ペレット内に含まれるこれらの不純物の量を最適に保つことが可能となり、原子炉内での中性子経済性も向上する。しかしながら、核燃料ペレットの製造時に珪素酸化物の蒸発を抑制・制御できるアルミナシリケート添加物およびその条件を有する添加物を得る方法については、現在までに得られていない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる課題を解決するためになされたもので、従来の核燃料ペレット製造用添加物に比べて添加効果を高めた核燃料ペレット製造用添加物およびその製造方法を提供することにある。
【０００８】
すなわち、本発明は、添加物の相状態や比表面積を制御することにより、核分裂性物質を含む粉末との混合状態や添加物の濃度を最適にできる核燃料ペレット製造用添加物およびその製造方法を提供することにある。さらに詳しくは、本発明は、添加物としてアルミナシリケートを使用し、添加物中に存在するガラス相の割合および添加物の比表面積を制御することにより、還元性雰囲気を使用した核燃料ペレットの焼結中に蒸発する珪素酸化物の割合を制御し、従来の非晶質もしくは結晶質のアルミナシリケート系添加物に比べて核燃料ペレットの焼結に伴う珪素酸化物の蒸発量を低減させたアルミナシリケート添加物およびその添加物の製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、核分裂性物質を含む燃料ペレットの製造に際して核分裂性物質を含む粉末に添加される物質において、その添加物質中にガラス相となっている物質が存在していることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、核分裂性物質を含む燃料ペレットの製造に際して核分裂性物質を含む粉末に添加される物質にガラス相となっている物質が存在することによって、核分裂性物質を含む燃料ペレットの結晶粒径を従来の添加物に比べて少量で増大させることが可能である。この効果によって、ペレットに含まれる核分裂性物質の量が従来の添加物を使用した場合に比べて多くなり、従来の方法で製造された燃料ペレットに比べ、燃料ペレットの燃焼期間が長くなる。また、添加物は核分裂性物質以外の不純物であり、本発明によって従来に比べてペレットに含まれる添加物の量を減らすことにより、原子炉内での中性子経済性が向上する。これらの効果は、燃料の高燃焼度化に寄与する。
【００１１】
請求項２の発明は、前記添加物に含まれるガラス相の重量割合が、０ｗｔ％より大きく１００ｗｔ％より小さいことを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、核分裂性物質を含む燃料ペレットの製造に際して核分裂性物質を含む粉末に添加される物質にガラス相となっている物質が含まれることによって、核分裂性物質を含む燃料ペレットの結晶粒径を従来の添加物に比べて少量で増大させることが可能である。この効果によって、ペレットに含まれる核分裂性物質の量が従来の添加物を使用した場合に比べて多くなり、従来の方法で製造された燃料ペレットに比べ、燃料ペレットの燃焼期間が長くなる。また、添加物は核分裂性物質以外の不純物であり、本発明によって従来に比べてペレットに含まれる添加物の量を減らすことにより、原子炉内での中性子経済性が向上する。これらの効果は、燃料の高燃焼度化に寄与する。
【００１３】
請求項３の発明は、前記添加物の比表面積が０．５ないし５０ｍ２／ｇの範囲にあることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、添加物の比表面積がこの範囲にあることによって、核分裂性物質を含む粉末と添加物とがよく混合され、核分裂性物質を含む燃料ペレットの結晶粒径を従来の添加物に比べて少量で増大させることが可能である。言いかえれば、比表面積が０．５ｍ２／ｇ未満であると添加物同士が凝集し、比表面積による添加物混合状態への効果はない。また、比表面積が５０ｍ２／ｇを超えると、添加物が焼結ペレット内で気孔を形成して焼結ペレットの密度を低下させる。本発明の効果によって、ペレットに含まれる核分裂性物質の量が従来の添加物を使用した場合に比べて多くなり、従来の方法で製造された燃料ペレットに比べ、燃料ペレットの燃焼期間が長くなる。また、添加物は核分裂性物質以外の不純物であり、本発明によって従来に比べてペレットに含まれる添加物の量を減らすことにより、原子炉内での中性子経済性が向上する。これらの効果は、燃料の高燃焼度化に寄与する。
【００１５】
請求項４の発明は、前記添加物がアルミニウム、珪素、アルミニウム酸化物、珪素酸化物、アルミニウムと珪素の混合酸化物またはこれらを含む物質からなることを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、核分裂性物質を含む燃料ペレットの製造に際して核分裂性物質を含む粉末に添加される物質がアルミニウム、珪素、アルミニウム酸化物、珪素酸化物、アルミニウムと珪素の混合酸化物またはこれらを含む物質からなることによって、核分裂性物質を含む燃料ペレットの結晶粒径を従来の添加物に比べて少量で増大させることが可能である。この効果によって、ペレットに含まれる核分裂性物質の量が従来の添加物を使用した場合に比べて多くなり、従来の方法で製造された燃料ペレットに比べ、燃料ペレットの燃焼期間が長くなる。また、添加物は核分裂性物質以外の不純物であり、本発明によって従来に比べてペレットに含まれる添加物の量を減らすことにより、原子炉内での中性子経済性が向上する。これらの効果は、燃料の高燃焼度化に寄与する。
【００１７】
また、アルミニウム、珪素、アルミニウム酸化物、珪素酸化物、アルミニウムと珪素の混合酸化物またはこれらを含む物質はガラス相を容易に形成しやすく、添加物に含まれるガラス相と結晶相の形成割合を制御することや添加物粉末の比表面積を制御することが容易である。添加物がガラス相を含むことにより、ペレットの焼結中に添加物の一部が液相を形成し易くなり、この液相形成によって還元性雰囲気を使用した焼結中に蒸発しやすい珪素酸化物の保持が可能になるため、ペレット内での珪素残存量が増加する。この効果により、ペレット焼結炉内における珪素酸化物の蒸発・凝縮の程度を制御または抑制することが出来る。また、ペレット内に残存する珪素酸化物の量が従来の添加物を使用した場合よりも多くなることにより、燃焼中のペレット内の結晶粒界滑りを従来の添加物を使用したペレットに比べて促進させることが可能である。この効果により、本発明による添加物を使用したペレットのクリープ速度は、添加物の添加量が等しい場合、従来の添加物を使用したペレットに比べて大きくなる。すなわち、ペレットのクリープ速度に対する添加物の効果が、従来の添加物を使用した場合よりも高くなり、従来に比べ高燃焼度における燃料ペレットおよび燃料の健全性が向上する。
【００１８】
請求項５の発明は、前記添加物中に含まれる各酸化物の組成をそれぞれ二酸化珪素および三酸化二アルミニウムに換算した場合、二酸化珪素の重量比率が０ないし１００％の範囲にあることを特徴とする。
【００１９】
この発明によれば、各酸化物の組成をそれぞれ二酸化珪素および三酸化二アルミニウムに換算した場合、二酸化珪素の重量比率を０ないし１００％の範囲とすることにより、この添加物にはガラス相を容易に含ませることができ、添加物に含まれるガラス相と結晶相の形成割合を制御することや添加物粉末の比表面積を制御することも容易である。添加物がガラス相を含むことにより、ペレットの焼結中に添加物の一部が液相を形成し易くなり、この液相形成によって還元性雰囲気を使用した焼結中に蒸発しやすい珪素酸化物の保持が可能になるため、ペレット内での珪素残存量が増加する。この効果により、ペレット焼結炉内における珪素酸化物の蒸発・凝縮の程度を制御または抑制することが出来る。また、ペレット内に残存する珪素酸化物の量が従来の添加物を使用した場合よりも多くなることにより、燃焼中のペレット内の結晶粒界滑りを従来の添加物を使用したペレットに比べて促進させることが可能である。この効果により、本発明による添加物を使用したペレットのクリープ速度は、添加物の添加量が等しい場合、従来の添加物を使用したペレットに比べて大きくなる。すなわち、ペレットのクリープ速度に対する添加物の効果が、従来の添加物を使用した場合よりも高くなり、従来に比べ高燃焼度における燃料ペレットおよび燃料の健全性が向上する。
【００２０】
請求項６の発明は、前記添加物中にガラス相、Ａｌ６Ｓｉ２Ｏ１３（ムライト）、Ａｌ２ＳｉＯ５またはこれらの混合物が含まれていることを特徴とする。
【００２１】
この発明によれば、核燃料ペレット製造用添加物中にガラス相、Ａｌ６Ｓｉ２Ｏ１３（ムライト）、Ａｌ２ＳｉＯ５またはこれらの混合物が含まれていることにより、ペレットの焼結中に添加物の一部が液相を形成し易くなり、この液相形成によって還元性雰囲気を使用した焼結中に蒸発しやすい珪素酸化物の保持が可能になるため、ペレット内での珪素残存量が増加する。この効果により、ペレット焼結炉内における珪素酸化物の蒸発・凝縮の程度を制御または抑制することが出来る。また、ペレット内に残存する珪素酸化物の量が従来の添加物を使用した場合よりも多くなることにより、燃焼中のペレット内の結晶粒界滑りを従来の添加物を使用したペレットに比べて促進させることが可能である。この効果により、本発明による添加物を使用したペレットのクリープ速度は、添加物の添加量が等しい場合、従来の添加物を使用したペレットに比べて大きくなる。すなわち、ペレットのクリープ速度に対する添加物の効果が、従来の添加物を使用した場合よりも高くなり、従来に比べ高燃焼度における燃料ペレットおよび燃料の健全性が向上する。
【００２２】
請求項７の発明は、溶液中でアルミニウムと珪素とを接触させてこれらの元素を含む共沈物を生成させ、次いでこの共沈物を脱水した後、これを５００ないし１７４０℃の範囲で加熱して、ガラス相となっている物質が存在する粉末とすることを特徴とする核燃料ペレット製造用添加物の製造方法に関するものである。
【００２３】
この発明によれば、アルミニウムを含む溶液、珪素を含む溶液またはこれらの溶液を混合した溶液を使用することにより、核燃料ペレット製造用添加物中にガラス相と結晶相とを共存させることができ、かつその混合割合を制御することが可能となる。この効果により、ガラス相を含む添加物の一部がペレットの焼結中に液相を形成し易く、この液相形成によって還元性雰囲気を使用した焼結中においても従来の添加物を使用したペレットに比べて珪素残存量が増加したペレットを提供できる。また、ペレット内に残存する珪素酸化物の量を従来の添加物を使用した場合よりも多くすることにより、燃焼中のペレット内の結晶粒界滑りを従来の添加物を使用したペレットに比べて促進させたペレットを提供できる。すなわち、従来に比べ健全性を向上させた燃料を提供できる。さらに、溶液を使用してアルミニウム、珪素またはこれらの元素を含む酸化物粉末を作製すれば、粉末の粒度、すなわち比表面積を容易に制御することが可能である。添加物に含まれるガラス相と結晶相の形成割合を制御することや添加物粉末の比表面積を制御することにより、核分裂性物質を含む粉末と添加物とがよく混合され、核分裂性物質を含む燃料ペレットの結晶粒径を従来の添加物に比べて少量で増大させた燃料ペレットを提供できる。すなわち、従来に比べ健全性を向上させた燃料を提供できる。
【００２４】
請求項８の発明は、核分裂性物質を含む燃料ペレットの製造に際し添加される物質の製造方法において、アルミニウムを含む溶液と珪素を含む溶液とを混合して、これらの元素を含む共沈物を溶液中で作製することを特徴とする。
【００２５】
この発明によれば、アルミニウムを含む溶液と珪素を含む溶液とを混合して、これらの元素を含む共沈物を溶液中で作製することにより、アルミニウムと珪素が均一に混合された核燃料ペレット製造用添加物を得ることができる。また、これらの溶液を混合した溶液を使用することにより、核燃料ペレット製造用添加物中にガラス相と結晶相とを共存させることができ、かつその混合割合を制御することが可能となる。この効果により、ガラス相を含む添加物の一部がペレットの焼結中に液相を形成し易く、この液相形成によって還元性雰囲気を使用した焼結中においても従来の添加物を使用したペレットに比べて珪素残存量が増加したペレットを提供できる。また、ペレット内に残存する珪素酸化物の量を従来の添加物を使用した場合よりも多くすることにより、燃焼中のペレット内の結晶粒界滑りを従来の添加物を使用したペレットに比べて促進させたペレットを提供できる。すなわち、従来に比べ健全性を向上させた燃料を提供できる。さらに、溶液を使用してアルミニウム、珪素またはこれらの元素を含む酸化物粉末を作製すれば、粉末の粒度、すなわち比表面積を容易に制御することが可能である。添加物に含まれるガラス相と結晶相の形成割合を制御することや添加物粉末の比表面積を制御することにより、核分裂性物質を含む粉末と添加物とがよく混合され、核分裂性物質を含む燃料ペレットの結晶粒径を従来の添加物に比べて少量で増大させた燃料ペレットを提供できる。すなわち、従来に比べ健全性を向上させた燃料を提供できる。
【００２６】
請求項９の発明は、前記の核燃料ペレット製造用添加物の製造方法において、共沈物の作製を０ないし１００℃の溶液中で行うことを特徴とする。
【００２７】
この発明によれば、共沈物を作製する溶液の温度が０ないし１００℃の範囲にあることにより、アルミニウムと珪素が均一に混合された核燃料ペレット製造用添加物を得ることができる。また、これらの溶液を混合した溶液を使用することにより、核燃料ペレット製造用添加物中にガラス相と結晶相とを共存させることができ、かつその混合割合を制御することが可能となる。この効果により、ガラス相を含む添加物の一部がペレットの焼結中に液相を形成し易く、この液相形成によって還元性雰囲気を使用した焼結中においても従来の添加物を使用したペレットに比べて珪素残存量が増加したペレットを提供できる。また、ペレット内に残存する珪素酸化物の量を従来の添加物を使用した場合よりも多くすることにより、燃焼中のペレット内の結晶粒界滑りを従来の添加物を使用したペレットに比べて促進させたペレットを提供できる。すなわち、従来に比べ健全性を向上させた燃料を提供できる。さらに、溶液を使用してアルミニウム、珪素またはこれらの元素を含む酸化物粉末を作製すれば、粉末の粒度、すなわち比表面積を容易に制御することが可能である。添加物に含まれるガラス相と結晶相の形成割合を制御することや添加物粉末の比表面積を制御することにより、核分裂性物質を含む粉末と添加物とがよく混合され、核分裂性物質を含む燃料ペレットの結晶粒径を従来の添加物に比べて少量で増大させた燃料ペレットを提供できる。すなわち、従来に比べ健全性を向上させた燃料を提供できる。
【００２８】
請求項１０の発明は、前記の核燃料ペレット製造用添加物の製造方法において、脱水後の共沈物の加熱を酸素ポテンシャルが−６００ないし０ｋＪ／ｍｏｌの酸素ポテンシャルの雰囲気中において行うことを特徴とする。
【００２９】
この発明によれば、核燃料ペレット製造用添加物中にガラス相と結晶相とを共存させることができ、かつその混合割合を制御することが可能となる。この効果により、ガラス相を含む添加物の一部がペレットの焼結中に液相を形成し易く、この液相形成によって還元性雰囲気を使用した焼結中においても従来の添加物を使用したペレットに比べて珪素残存量が増加したペレットを提供できる。また、ペレット内に残存する珪素酸化物の量を従来の添加物を使用した場合よりも多くすることにより、燃焼中のペレット内の結晶粒界滑りを従来の添加物を使用したペレットに比べて促進させたペレットを提供できる。すなわち、従来に比べ健全性を向上させた燃料を提供できる。さらに、溶液を使用してアルミニウム、珪素またはこれらの元素を含む酸化物粉末を作製すれば、粉末の粒度、すなわち比表面積を容易に制御することが可能である。添加物に含まれるガラス相と結晶相の形成割合を制御することや添加物粉末の比表面積を制御することにより、核分裂性物質を含む粉末と添加物とがよく混合され、核分裂性物質を含む燃料ペレットの結晶粒径を従来の添加物に比べて少量で増大させた燃料ペレットを提供できる。すなわち、従来に比べ健全性を向上させた燃料を提供できる。
【００３０】
請求項１１の発明は、前記の核燃料ペレット製造用添加物の製造方法において、アルミニウムを含む溶液が金属アルミニウムまたは硝酸アルミニウムであることを特徴とする。
【００３１】
この発明によれば、アルミニウムを含む溶液を金属アルミニウムまたは硝酸アルミニウムから作製することにより、核燃料ペレット製造用添加物を作製する際に必要な、アルミニウム分布が均一で不純物を含まない溶液を得ることができる。加えて、この溶液から核燃料ペレット製造用添加物を作製することにより、この添加物中にガラス相と結晶相とを共存させることができ、かつその混合割合を制御することが可能となる。この効果により、ガラス相を含む添加物の一部がペレットの焼結中に液相を形成し易く、この液相形成によって還元性雰囲気を使用した焼結中においても従来の添加物を使用したペレットに比べて珪素残存量が増加したペレットを提供できる。また、ペレット内に残存する珪素酸化物の量を従来の添加物を使用した場合よりも多くすることにより、燃焼中のペレット内の結晶粒界滑りを従来の添加物を使用したペレットに比べて促進させたペレットを提供できる。すなわち、従来に比べ健全性を向上させた燃料を提供できる。さらに、溶液を使用してアルミニウム、珪素またはこれらの元素を含む酸化物粉末を作製すれば、粉末の粒度、すなわち比表面積を容易に制御することが可能である。添加物に含まれるガラス相と結晶相の形成割合を制御することや添加物粉末の比表面積を制御することにより、核分裂性物質を含む粉末と添加物とがよく混合され、核分裂性物質を含む燃料ペレットの結晶粒径を従来の添加物に比べて少量で増大させた燃料ペレットを提供できる。すなわち、従来に比べ健全性を向上させた燃料を提供できる。
【００３２】
請求項１２の発明は、前記の核燃料ペレット製造用添加物の製造方法において、珪素を含む溶液がシラン化合物からなっていることを特徴とする。
【００３３】
この発明によれば、珪素を含む溶液をシラン化合物から作製することにより、核燃料ペレット製造用添加物を作製する際に必要な、珪素分布が均一で不純物を含まない溶液を得ることができる。加えて、この溶液から核燃料ペレット製造用添加物を作製することにより、この添加物中にガラス相と結晶相とを共存させることができ、かつその混合割合を制御することが可能となる。この効果により、ガラス相を含む添加物の一部がペレットの焼結中に液相を形成し易く、この液相形成によって還元性雰囲気を使用した焼結中においても従来の添加物を使用したペレットに比べて珪素残存量が増加したペレットを提供できる。また、ペレット内に残存する珪素酸化物の量を従来の添加物を使用した場合よりも多くすることにより、燃焼中のペレット内の結晶粒界滑りを従来の添加物を使用したペレットに比べて促進させたペレットを提供できる。すなわち、従来に比べ健全性を向上させた燃料を提供できる。さらに、溶液を使用してアルミニウム、珪素またはこれらの元素を含む酸化物粉末を作製すれば、粉末の粒度、すなわち比表面積を容易に制御することが可能である。添加物に含まれるガラス相と結晶相の形成割合を制御することや添加物粉末の比表面積を制御することにより、核分裂性物質を含む粉末と添加物とがよく混合され、核分裂性物質を含む燃料ペレットの結晶粒径を従来の添加物に比べて少量で増大させた燃料ペレットを提供できる。すなわち、従来に比べ健全性を向上させた燃料を提供できる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
＜核燃料ペレット製造用添加物＞
本発明による核燃料ペレット製造用添加物は、核分裂性物質を含む燃料ペレットの製造に際して核分裂性物質を含む粉末に添加される物質であって、その添加物質中にガラス相となっている物質が存在していること、を特徴とするものである。ここで、核分裂性物質とは、二酸化ウラン（ＵＯ２）、二酸化プルトニウム（ＰｕＯ２）、二酸化トリウム（ＴｈＯ２）およびそれらの混合粉末を例示することができる。これらの中では特に二酸化ウランが望ましい。また、これらの核分裂物質は、核的毒物、例えばガドリウム（Ｇｄ）やエルビウム（Ｅｒ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）等を含むことができる。核燃料ペレット製造用添加物の中でも、アルミニウム−珪素−酸化物系添加物（アルミナシリケート添加物）は、ＵＯ２マトリックスへの核的毒物の固溶を促進させる効果をも有している。
【００３５】
本発明による核燃料ペレット製造用添加物中にガラス相となっている物質が存在するか否かは、一般にＸ線回折パターンから確認することができる。すなわち、Ｘ線回折法を用いて核燃料ペレット製造用添加物を回折パターンを測定し、得られたＸ線回折プロファイルが低角度側に広がったピークであるかどうかを調べることによって、ガラス相が存在しているかどうかを確認することができる。本発明による核燃料ペレット製造用添加物に含まれるガラス相の重量割合は任意である。すなわち、ガラス相の重量割合は、核燃料ペレット製造用添加物の全量の０重量％より大きく１００重量％より小さい。
【００３６】
また、本発明による核燃料ペレット製造用添加物は、比表面積が０．５〜５０ｍ２／ｇの範囲にあるものが好ましい。比表面積が０．５ｍ２／ｇ未満であると粉末の活性度が低下するため焼結後のペレット内部で添加物の分布が不均一になりやすい。一方、５０ｍ２／ｇを超える場合には活性度が大きいために粉末の潮解性が増加し核燃料粉末との混合が不均一になりやすい。特に好ましい比表面積は、１ないし５ｍ２／ｇである。なお、粉末の比表面積はＢＥＴ法により測定することができる。
【００３７】
そして、本発明による核燃料ペレット製造用添加物は、好ましくはアルミニウム、珪素、アルミニウム酸化物、珪素酸化物、アルミニウムと珪素の混合酸化物、またはこれらを含む物質からなる。本発明による核燃料ペレット製造用添加物は、実質的にアルミニウムのみからなるもの、珪素のみからなるもの、アルミニウム酸化物のみからなるもの、珪素酸化物のみからなるものの何れでも良く、またアルミニウムと珪素の混合酸化物からなるものであっても良い。この中での本発明において特に好ましいものは、ガラス相の状態を含むアルミニウムと珪素の混合酸化物である。アルミニウムと珪素とからなるアルミナシリケート添加物は、ＵＯ２マトリクスへの前記核的毒物の固溶を促進させる効果も有する。
【００３８】
本発明による核燃料ペレット製造用添加物は、各酸化物の組成をそれぞれ二酸化珪素および三酸化二アルミニウムに換算した場合、二酸化珪素の重量比率が０ないし１００％の範囲にあるもの、特に高温（１０００℃以上）における核燃料ペレットの機械的特性を考慮すると、４０ないし８０％にあるものが好ましい。ここで、酸化物は主として二酸化珪素、Ａｌ６Ｓｉ２Ｏ１３およびＡｌ２ＳｉＯ５から構成されている。
【００３９】
このような本発明の核燃料ペレット製造用添加物は、核分裂性物質を含む燃料ペレットの製造に際して、核分裂性物質を含む粉末に添加される物質にガラス相となっている物質が存在することによって、ペレット製造時に蒸発する珪素の割合を従来の添加物を使用した場合に比べて低減させることが可能である。
【００４０】
＜核燃料ペレット製造用添加物の製造方法＞
本発明による核燃料ペレット製造用添加物は、溶液中でアルミニウムと珪素を接触させてこれらの元素を含む共沈物を生成させ、次いでこの共沈物を脱水した後、これを５００ないし１７４０℃の範囲で加熱して、ガラス相となっている物質が存在する粉末とすることによって製造することができる。
【００４１】
アルミニウムと珪素との接触は、両元素が溶液中で接触してこれらの元素を含む共沈物を生成させることが可能ならば、任意の方法ないし手段によって行うことができる。例えば、アルミニウムを含む溶液と珪素を含む溶液とを混合することにより、またはアルミニウムを含む溶液中に珪素を添加し混合することにより、あるいは珪素を含む溶液にアルミニウムを添加し混合することにより、行うことができる。また、アルミニウムと珪素の両者を混合した後、一度に全量を液中に添加し混合することにより、あるいは両元素のいずれか片方あるいは双方を何回かに分割して液中に添加し混合することによって、行うこともできる。生成した共沈物は、一般にゲル状のものである。本発明では、このゲル状の共沈物を溶液中で一定時間保持することからなる熟成工程を経た後、この共沈物を溶液から分離することが望ましい。熟成工程の時間は長い方が有利であるが、ある程度の時間（例えば５時間）を超えると効果が小さくなる。また、熟成時の溶液温度は０ないし１００℃あれば良いが、６０℃前後に保つのが望ましい。
【００４２】
アルミニウムを含む溶液は、金属アルミニウムまたはアルミニウム化合物（好ましくはアルミニウム硝酸塩）を適当な溶媒に常温または加熱下に導入し攪拌することによって得ることができる。この適当な溶媒は、具体的に用いられるアルミニウムあるいはアルミニウム化合物の種類ないし状態等に応じて適宜決定することができる。また、金属アルミニウムまたはアルミニウム化合物は、溶媒に添加する前あるいは溶媒中において溶解可能なアルミニウム化合物とすることができる。例えば、金属アルミニウムを使用する場合には、溶媒として硝酸を使用し、金属アルミニウムをアルミニウム硝酸塩とする。その後、純水中に溶解すれば硝酸アルミニウム溶液として、アルミニウムを含む溶液とすることができる。上記の硝酸の代わりに他の塩、例えば塩酸を使用してアルミニウム塩化物とし、アルミニウムを含む溶液を作製することも可能である。酸を使用しない溶液として、γ‐Ａｌ２Ｏ３の加水分解溶液（ベーマイト水溶液）を使用してもよい。また、他のアルミニウムを含む有機溶液、例えばアルミニウムイソプロポキシドのベンゼン溶液やアルミニウムのアルコキシド（Ａｌ（ＯＲ）ｘ、Ｒはアルキル基））を含む溶液も使用可能である。
【００４３】
アルミニウムを含む溶液におけるアルミニウム濃度は、加えるアルミニウム化合物の溶液中での溶解度を超えなければ良い。溶解度を超えるとアルミニウム化合物が溶解しきらないため、共沈物を作製してもその内部にアルミニウム化合物が残留し、本発明の効果が得られない。一方、溶解度を大幅に下回る濃度では、使用する溶媒の量が増えるだけであり、共沈物の作製効率が悪化するため好ましくない。なお、溶媒の種類によってアルミニウム化合物の溶解度が変化するため、溶液中の適当なアルミニウム濃度を一概に表せないが、例えばアルミニウム硝酸塩を使用した場合、溶解のしやすさ等を考慮すると１ｍｏｌ／リットル程度が好ましい。
【００４４】
一方、珪素を含む溶液は、珪素化合物を適当な溶媒に常温または加熱下に導入し攪拌することによって得ることができるが、珪素化合物には常温で液体状態にあるものがあり、溶液中に存在する珪素量を考慮すると、固体を溶媒に溶解するよりは液体状の珪素化合物を利用する方が好ましい。このような液体状の珪素化合物としては、メチルトリメトキシシラン、メチルシリケート、エトキシジメチルビニルシラン、シリコンテトラエトキシドを挙げることができる。
【００４５】
なお、本発明は、溶液中でのアルミニウムと珪素とを接触させてこれらの元素を含む共沈物を生成させて、この共沈物から目的とする核燃料ペレット製造用添加物を製造するものであることから、上記のアルミニウム化合物、珪素化合物、溶媒等、並びに上記化合物の具体的接触条件は、良好な共沈物が生成可能でありかつ目的とする核燃料ペレット製造用添加物に出来るだけ有害物質ないし不純物が残存しないように各化合物、溶媒およびそれらの組み合わせ、接触条件等を選択することが望ましい。
【００４６】
溶液の接触（混合）温度は、水分の蒸発や凝固を防ぐ観点から、０ないし１００℃の範囲がよく、溶液の取り扱いやすさを考慮すると室温ないし共沈物の熟成温度である６０℃以下が好ましい。
【００４７】
共沈物を生成に用いられる化合物、およびそれらの組み合わせ、接触条件等は、後述の＜第１の実施の形態＞および実施例から比較例に記載されている通りである。
【００４８】
得られた共沈物は、溶媒を分離した後、５００ないし１７４０℃の範囲で加熱して、ガラス相となっている物質が存在する粉末とすることができる。溶媒の分離方法としては、遠心分離やろ過などの方法によって行うことができる。共沈物を分離した後１２０℃で乾燥させたが、この状態では粉末に潮解性があった。しかし、この潮解性は乾燥後５００℃以上で乾燥した後の共沈物では顕著ではなかた。すなわち、加熱温度が５００℃より低い場合には、試料の潮解性が除去できず、核燃料粉末と添加物との混合状態が不均一となる可能性が高い。一方、ペレットの焼結温度である１７４０℃を超える温度で加熱すると、添加物が緻密に焼結または溶融する可能性があり、加熱後の粉末取り扱いが困難となるため好ましくない。従って、好ましい温度は５００ないしペレット焼結温度（１７４０℃）の範囲であり、粉末取り扱いの観点からは特に５００ないし１６００℃が好ましい。加熱の際の雰囲気は、珪素酸化物の蒸発を抑えればよく、従って酸化性雰囲気（空気、純酸素ガス、不活性ガス（窒素、アルゴンやヘリウム）と酸素との混合ガス）中で加熱を行う必要があるが、酸化性の程度を考慮すると、空気中の加熱で十分である。なお、還元性雰囲気ガス、例えば水素べースの雰囲気ガス中では加熱処置中に珪素が蒸発するので好ましくない。
【００４９】
このようにして得られた本発明による核燃料ペレット製造用添加物は、そのままあるいは適当な後処理（例えば粉砕や造粒処理等）を行うことができる。このような本発明によれば、珪素含有量が特に５０重量％以上という高含有量の核燃料ペレット製造用添加物を容易に得ることができる。
【００５０】
＜核燃料ペレット＞
上記の本発明による核燃料ペレット製造用添加物は、核分裂性物質に添加し混合した後、所定の焼結条件に付すことによって核燃料ペレットとすることができる。
【００５１】
ここで、核分裂性物質としては、前記の通りに、二酸化ウラン（ＵＯ２）、二酸化プルトニウム（ＰｕＯ２）、二酸化トリウム（ＴｈＯ２）、およびそれらの混合粉末を例示することができる。これらの核分裂物質に対する本発明による核燃料ペレット製造用添加物の添加量は、１０ないし１００００ｐｐｍ、好ましくは１０ないし２５００ｐｐｍである。添加量が１０ｐｐｍ未満であるとペレットの結晶粒径や機械的特性に対して何ら影響を及ぼさない。一方、１００００ｐｐｍ超える場合は、ペレット中に存在する添加物の量が多くなりペレット中に存在する核分裂性物質の量が減少するため、ペレットから得られる熱エネルギー効率が低下する場合があるので好ましくない。
【００５２】
核燃料ペレット製造用添加物と核分裂性物質との混合物は、所定の形状および密度に成形してグリーンペレットとした後、焼結条件に付して核燃料ペレットとすることができる。この際の焼結条件は任意であるが、焼結温度は１０００ないし１８００℃の範囲とされ、１７００℃前後が好ましいことが知られている。また、焼結時間は長ければ長いほど良いが、１ないし６時間が好ましいことが知られている。焼成雰囲気は、Ｈ２Ｏを含んだＨ２とＮ２の混合ガスを使用したが、焼結中における珪素酸化物の蒸発は、珪素酸化物固相と平衡になる雰囲気ガスの酸素ポテンシャルに影響されるので、同様な酸素ポテンシャルを有する他の雰囲気ガス、例えばＣＯ−ＣＯ２混合ガスやＣＯ２−Ｈ２混合ガス、ＣＯ２−ＮＨ３混合ガス等を使用することもできる。珪素酸化物の蒸発を抑える観点からは、できるだけ高い酸素ポテンシャルを有するガスを利用するのがよいが、焼結中に核燃料ペレットが酸化されるのを防止ぐ観点からは、雰囲気ガスの酸素ポテンシャルを−１００ｋＪ／ｍｏｌ以下、特に−２５０ｋＪ／ｍｏｌ以下にすることが好ましい。
【００５３】
例えば、燃料ペレット焼結時の雰囲気ガスとしてＨ２Ｏを含んだＨ２とＮ２の混合ガスを使用することが多いが、焼結中における珪素酸化物の蒸発は珪素酸化物固相と平衡になる雰囲気ガスの酸素ポテンシャルに影響されるので、同様な酸素ポテンシャルを有する他の雰囲気ガス、例えばＣＯ−ＣＯ２混合ガスやＣＯ２−ＮＨ３混合ガス、ＣＯ２−Ｈ２混合ガス等を使用しても良い。珪素酸化物の蒸発を抑える観点からは、できるだけ高い酸素ポテンシャルを有するガスを利用するのがよいが、焼結中に核燃料ペレットが酸化するのを防止する観点では、雰囲気ガスの酸素ポテンシャルを−１００ｋＪ／ｍｏｌ以下にすることが好ましい。
【００５４】
核燃料ペレット焼結時の温度は、一般に１０００ないし１８００℃と言われている。珪素酸化物の蒸発を抑える観点からは、できるだけ焼結温度が低い方が良いが、焼結温度が低すぎると結晶粒径の成長が阻害され、また密度低下が引き起こされる場合がある。これを防止するためには１６００℃以上、好ましくは１７００℃前後の焼結温度が必要である。
【００５５】
【実施例】
＜第１の実施の形態＞
本発明に係る核燃料ペレット製造用添加物と、その製造方法の実施の形態を図１および図２を参照しながら更に詳細に説明する。
【００５６】
図１は、本発明に係る核燃料ペレット製造用添加物の製造方法の第１の実施の形態における添加物製造工程およびペレット製造工程を示す流れ図である。
【００５７】
図１において、金属アルミニウム（１）を硝酸（２）に加熱溶解した。得られた溶液（３）を蒸発乾固し、硝酸アルミニウムの粉末（４）を得た。
【００５８】
この硝酸アルミニウムの粉末（４）に純水（５）を加えて硝酸アルミニウム水溶液（６）（アルミニウム濃度にして１ｍｏｌ／リットル）とし、この水溶液（６）を一定温度に保持した。この水溶液（６）を攪拌しながら、その中へ珪素を含む液体状シラン化合物であるメチルトリメトキシシラン（７）を添加し、三酸化二アルミニウムと二酸化珪素の重量比に換算して４対６の割合でアルミニウムと珪素を含むゾル状共沈物（８）を作製した。得られたゾル状共沈物を約５時間放置して熟成させ、ゲル状共沈物（９）とした。なお、水溶液（６）の温度としては、水分の蒸発や凝固を防ぐ観点から、０ないし１００℃の範囲、特に６０℃程度が適していた。
【００５９】
熟成したゲル（９）を１２０℃に加熱し乾燥させた。乾燥させた添加物粉末（１０）を、空気中において種々の温度で加熱処理（１１）した後、得られた粉末をメノウ乳鉢内で粉砕し、アルミニウムと珪素を含む核燃料ペレット製造用添加物（１２）を得た。
【００６０】
この添加物（１２）を二酸化ウラン（ＵＯ２）粉末（１３）に２４４０ｐｐｍの割合となるよう、乳鉢内で添加混合した。添加物を含むこのＵＯ２粉末を約５０％ＴＤ（％ＴＤは、理論密度に対するペレット密度の比）となるように圧粉成形してグリーンペレット（１４）とした。このグリーンペレットを、加湿１３％Ｈ２−Ｎ２ガス中、１７４０℃で４時間にわたり焼結し、密度約９６％ＴＤの焼結ペレット（１５）を得た。
【００６１】
図２は、得られた焼結ペレット（１５）の金相を模式的に図示したものである。得られた焼結ペレットの結晶粒径は、約４０μｍであり、従来の添加物を使用したペレットのそれと大差なかった。
【００６２】
表１は、加熱処理（１１）における温度と比表面積との関係を調べた結果である。加熱温度の上昇に伴い添加物の比表面積が減少するが、加熱温度が１２５０℃以上では得られた添加物粉末の比表面積は大きく変化しなかった。
【００６３】
表２は、加熱処理（１１）における温度と得られた添加物のＸ線回折パターンとの関係を示したものである。得られたＸ線回折プロファイルはいずれも低角度側に広がったピークを示し、ガラス相が形成されていたことがわかったが、ガラス相の濃度については定量できなかった。加熱温度が７５０℃以下では、得られた添加物の結晶状態はほとんどがガラス相であり、７５０℃加熱の場合にわずかにＡｌ２ＳｉＯ５による回折ピークが検出された。加熱温度の上昇に伴い、添加物はガラス相から結晶相に移行し、加熱温度が１６００℃になると、わずかにガラス相らしきものを含むが、ほとんどが結晶相の二酸化珪素（クリストバライト）とＡｌ６Ｓｉ２Ｏ１３（ムライト）となった。
【００６４】
表３は、加熱処理（１１）における温度と焼結ペレット内に残存した珪素の量との関係を調べた結果である。表中には、比較のために特開平５−１１０８８号および特開平５−２７０６９号で使用された溶融アルミナシリケート添加物を使用した結果を合わせて示す。ほとんどがガラス相となっていた５００℃加熱の場合よりも、ガラス相中にわずかにＡｌ２ＳｉＯ５を含む１０００℃加熱の場合の方が、焼結ペレット内珪素残存量が多かった。また、１０００℃加熱の場合は、結晶化の進んだ１６００℃加熱の場合よりも焼結ペレット内珪素残存量が多かった。ちなみに、１０００℃加熱の添加物を利用した場合は、従来の技術である共融アルミナシリケートを利用した場合と同等の焼結ペレット内珪素残存量、またはそれよりも多い残存量を示した。すなわち、燃料ペレット焼結中の珪素酸化物の蒸発を抑制するためには、１０００℃近傍の加熱処理（１１）で得られた添加物が最適であった。
【００６５】
１０００℃加熱の場合に焼結ペレット内珪素残存量が多かった理由については、添加物の比表面積の影響が考えられる。二酸化ウランは、アルミナシリケート添加物と反応して添加物の共融点を低下させる効果があり、珪素酸化物が蒸発し始める温度以下で添加物が充分液相を形成すれば、珪素酸化物の蒸発量を抑えることが可能である。加熱処理（１１）の温度を高くしてアルミナシリケート添加物の比表面積を小さくすると、添加物の粒度が大きくなり二酸化ウランと添加物とが充分液相を形成せず（これは、原子間結合の安定性は結晶相の方がガラス相よりも安定であることから、結晶相の添加物はガラス相を多量に含む添加物よりも二酸化ウランとの反応に乏しいと考えられるためである）、固体のままで存在する添加物中の珪素酸化物が蒸発しやすくなると考えられる。一方、加熱処理（１１）の温度が低すぎてアルミナシリケート添加物の比表面積が大きいと、二酸化ウランと液相を形成する温度に到達する前に、添加物の表面から珪素酸化物が蒸発してしまうと考えられる。
【００６６】
次に、本実施の形態における応用例１−８と参考例を説明する。
［応用例１］
第１の実施の形態では、核分裂性物質を含む粉末として二酸化ウランを使用しているが、二酸化ウラン粉末以外の核分裂性物質の粉末、例えば二酸化プルトニウム（ＰｕＯ２）や二酸化トリウム（ＴｈＯ２）、それらの混合粉末を用いても本発明と同様の効果が得られる。
【００６７】
［応用例２］
第１の実施の形態では、核分裂性物質を含む粉末として二酸化ウランを使用しているが、核的毒物、例えばＧｄやＥｒ、Ｄｙ等を含む二酸化ウラン粉末を使用してもよい。アルミナシリケート添加物は、ＵＯ２マトリクスへの核的毒物の固溶を促進させる効果も有する。
【００６８】
［応用例３］
第１の実施の形態では、加熱処理（１１）で空気を使用したが、加熱処理（１１）では加熱処理中の珪素酸化物の蒸発を抑えれば良く、空気以外の雰囲気ガス、例えば純酸素ガスや不活性ガス（窒素やアルゴン、ヘリウム等）と酸素との混合ガスを使用してもよい。ただし、還元性の強い雰囲気ガスは加熱処理（１１）中に珪素が蒸発するので好ましくない。
【００６９】
［応用例４］
第１の実施の形態では、核燃料ペレット焼結時の雰囲気ガスとして、Ｈ２Ｏを含んだＨ２とＮ２の混合ガスを使用したが、焼結中における珪素酸化物の蒸発は、珪素酸化物固相と平衡になる雰囲気ガスの酸素ポテンシャルに影響されるので、同様な酸素ポテンシャルを有する他の雰囲気ガス、例えばＣＯ−ＣＯ２混合ガスやＣＯ２−ＮＨ３混合ガス、ＣＯ２−Ｈ２混合ガス等を使用してもよい。珪素酸化物の蒸発を抑える観点からは、できるだけ高い酸素ポテンシャルを有するガスを利用するのがよいが、焼結中に核燃料ペレットが酸化するのを防止する観点では、雰囲気ガスの酸素ポテンシャルを−１００ｋＪ／ｍｏｌ以下にすることが好ましい。
【００７０】
［応用例５］
第１の実施の形態では、核燃料ペレット焼結時の温度を１７４０℃としているが、珪素酸化物の蒸発を抑える観点からはできるだけ低い方がよい。なお、焼結温度が低すぎると結晶粒径の成長が阻害され、また密度低下が引き起こされた。これを防止するためには、１６００℃以上の焼結温度が必要であった。
【００７１】
［応用例６］
第１の実施の形態では、アルミニウムを含む溶液として硝酸アルミニウム水溶液を使用したが、他のアルミニウムを含む溶液、例えばアルミニウムイソプロポキシドのベンゼン溶液やアルミニウムのアルコキシド（Ａｌ（ＯＲ）Ｘ、Ｒはアルキル基）を含む溶液、γ−Ａｌ２Ｏ３の加水分解溶液（ベーマイト水溶液）を使用してもよい。
【００７２】
［応用例７］
第１の実施の形態では、珪素を含む溶液としてメチルトリメトキシシランを使用したが、珪素を含む他のシラン化合物、例えばメチルシリケート、エトキシジメチルビニルシランやシリコンテトラエトキシドのベンゼン溶液を使用しても良い。また、シラン化合物以外ではコロイダルシリカを含む溶液を使用してもよい。
【００７３】
［応用例８］
第１の実施の形態では、三酸化二アルミニウムと二酸化珪素の重量比に換算して４対６の割合でアルミニウムと珪素を含むゾル状共沈物を作製しているが、三酸化二アルミニウムと二酸化珪素の重量比はこの比率でなくてもよい。ただし、アルミニウム酸化物の含有率が増加すると、ペレット内結晶粒径増大効果は認められるものの、珪素酸化物の含有率が多いペレットに比べてペレットのクリープ速度向上効果は小さくなる。
【００７４】
［参考例１］
第１の実施の形態では、アルミニウムを含む溶液として硝酸アルミニウム水溶液を使用したが、文献（宗宮重行編、「ムライト」、内田老鶴圃（１９８５））に示されている一部の方法、すなわちアルミニウムイソプロポキシドをエチルアルコールに溶解させる方法は、アルミニウムイソプロポキシドがエチルアルコールに溶解せず、アルミニウムを含む均一溶液を作製することが出来なかった。エチルアルコールに代えてイソプロピルアルコールを使用したが、結果は同様でありアルミニウムを含む均一溶液を作製することが出来なかった。
【００７５】
［参考例２］
第１の実施の形態では、共沈物を利用してガラス相を含むアルミナシリケート添加物を調製した。一般に試薬として販売されているガラス相のＳｉＯ２粉末とＡｌ２Ｏ３結晶粉末とを混合した添加物粉末は、ガラス相と結晶相とが混在している点では本発明のアルミナシリケート添加物と類似している。ガラス相のＳｉＯ２粉末とＡｌ２Ｏ３結晶粉末とを混合した添加物粉末をＵＯ２粉末に添加して焼結し、得られた焼結ペレット内の珪素残存量を分析した結果、その珪素残存量は本発明によるアルミナシリケート添加物を利用した場合の約半分であった。この点で、ガラス相ＳｉＯ２粉末とＡｌ２Ｏ３結晶粉末とを混合してアルミナシリケート添加物を製造する方法よりも本発明による製造法による方が焼結ペレット内珪素残存の観点から有利である。
【００７６】
【表１】
2004333435.tif 000002
【００７７】
【表２】
2004333435.tif 000003
【００７８】
【表３】
2004333435.tif 000004
【００７９】
【発明の効果】
本発明の核燃料ペレット製造用添加物によれば、核分裂性物質を含む燃料ペレットの製造に際して核分裂性物質を含む粉末に添加される物質にガラス相となっている物質が存在することによって、核分裂性物質を含む燃料ペレットの結晶粒径を従来の添加物に比べて少量で増大させることが可能である。この効果によって、ペレットに含まれる核分裂性物質の量が従来の添加物を使用した場合に比べて多くなり、従来の方法で製造された燃料ペレットに比べ燃料ペレットの燃焼期間が長くなる。加えて、添加物は核分裂性物質以外の不純物であり、本発明によって従来に比べてペレットに含まれる添加物の量を減らすことにより、原子炉内での中性子経済性が向上する。これらは、燃料の高燃焼度化に寄与する。
【００８０】
また、本発明の核燃料ペレット製造用添加物の製造方法によれば、アルミニウムを含む溶液と珪素を含む溶液とを混合し、これらの元素を含む共沈物を溶液中で作製することにより、アルミニウムと珪素が均一に混合された核燃料ペレット製造用添加物を提供することができる。この方法で製造された核燃料ペレット製造用添加物は、ガラス相と結晶相とを含み、かつその混合割合が制御されているため、従来の添加物に比べてペレットの焼結中に液相を形成し易い。この液相形成の容易さによって還元性雰囲気を使用した焼結中においても従来の添加物を使用したペレットに比べて珪素残存量の増加したペレットを提供することができる。また、ペレット内に残存する珪素酸化物の量を従来の添加物を使用した場合よりも多くすることにより、燃焼中のペレット内の結晶粒界滑りを従来の添加物を使用したペレットに比べて促進させたペレットを提供することができる。すなわち、従来に比べ健全性を向上させた燃料を提供できる副次的な効果がある。さらに、溶液を使用してアルミニウム、珪素またはこれらの元素を含む酸化物粉末を作製すれば、粉末の粒度、すなわち比表面積を容易に制御することが可能であり、核分裂性物質を含む粉末と添加物とがよく混合され、核分裂性物質を含む燃料ペレットの結晶粒径を従来の添加物に比べて少量で増大させた燃料ペレットを提供できる。すなわち、従来に比べ健全性を向上させた燃料を提供できる効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る核燃料ペレット製造用添加物の製造方法の第１の実施の形態における添加物製造工程およびペレット製造工程を示す流れ図。
【図２】本発明に係る燃料ペレットの金属の結晶構造を示す写真。
【符号の説明】
１  ＵＯ２ペレット
２  結晶粒
３  気孔
４  結晶粒界
【図１】
2004333435.tif 000005
【図２】
2004333435.tif 000006