(57)【要約】      （修正有）【課題】核燃料体作製方法において、マトリクス材料内の燃料粒子を含む充填材料の充填を改善し充填密度を増加する。【解決手段】燃料粒子および／または該燃料粒子をその中に分散させるマトリクス材料１６を、本体１２内で画定される少なくとも１つの孔１４に入れるステップと、前記孔に入れる燃料粒子および／またはマトリクス材料の体積を、前記燃料粒子、前記マトリクス材料および前記本体のうちの少なくとも１つを超音波振動させることによって減少させるステップとを含み、核燃料体にまで及ぶ。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料粒子および／または該燃料粒子をその中に分散させるマトリクス材料を、本体内で画定される少なくとも１つの孔に入れるステップと、
前記孔に入れる燃料粒子および／またはマトリクス材料の体積を、前記燃料粒子、前記マトリクス材料および前記本体のうちの少なくとも１つを超音波振動させることによって減少させるステップとを含む核燃料体作製方法。
【請求項２】
前記超音波振動させることが超音波によるものである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記孔に入れる燃料粒子および／またはマトリクス材料の体積を減少させるステップが、前記燃料粒子、前記マトリクス材料および前記本体のうちの少なくとも１つを機械的力によって振動させることを含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記燃料粒子および／またはマトリクス材料を、前記本体内で画定される少なくとも１つの孔に、脈動流によって入れる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記少なくとも１つの孔が前記本体を貫いて延びており、前記本体から開く両端を有している場合に、前記少なくとも１つの孔の一方の開放端を少なくとも部分的に閉じて、前記少なくとも１つの孔からの燃料粒子および／またはマトリクス材料の流出を阻止する、先立つステップを含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記少なくとも１つの孔の前記一方の開放端を少なくとも部分的に閉じることが、前記開放端を覆う繊維材料を配置することを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記繊維材料は、前記燃料粒子および／またはマトリクス材料が前記繊維材料を通過できないようなゲージを有している、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
燃料粒子およびマトリクス材料を、前記本体内で画定される前記少なくとも１つの孔に、同時に少なくとも２方向から入れることを含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記燃料粒子およびマトリクス材料を、別々に、前記少なくとも１つの孔に入れる、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記燃料粒子およびマトリクス材料を、相対する方向から、前記少なくとも１つの孔に入れる、請求項８または９に記載の方法。
【請求項１１】
前記燃料粒子およびマトリクス材料を、異なる流速で、前記少なくとも１つの孔に入れる、請求項８〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記燃料粒子の流速が、前記マトリクス材料の流速よりも大きい、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
燃料粒子およびマトリクス材料を、同時に少なくとも２方向から、本体内で画定される少なくとも１つの孔に入れることを含む、核燃料体作製方法。
【請求項１４】
前記燃料粒子およびマトリクス材料を、別々に、前記少なくとも１つの孔に入れる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記燃料粒子およびマトリクス材料を、相対する方向から、前記少なくとも１つの孔に入れる、請求項１３または１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記燃料粒子およびマトリクス材料を、異なる流速で、前記少なくとも１つの孔に入れる、請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
前記燃料粒子の流速が、前記マトリクス材料の流速よりも大きい、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記燃料粒子および／またはマトリクス材料を、連続流によって、前記少なくとも１つの孔に入れる、請求項１３〜１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
前記燃料粒子および／またはマトリクス材料を、脈動流によって、前記少なくとも１つの孔に入れる、請求項１３〜１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
前記少なくとも１つの孔に入れる燃料粒子および／またはマトリクス材料の体積を減少させるステップを含む、請求項１３〜１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２１】
前記少なくとも１つの孔に入れる燃料粒子および／またはマトリクス材料の体積を、前記燃料粒子および前記本体のうちの少なくとも一方を振動させることにより減少させる、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記振動させることが超音波によるものである、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記振動させることが機械的力によるものである、請求項２１または２２に記載の方法。
【請求項２４】
請求項１〜２３のいずれか１項に記載の方法に従って作製された核燃料体。
【請求項２５】
前記燃料粒子が、それぞれ、核分裂生成物保持被覆によって取り囲まれた核分裂性材料の核を含んでいる、請求項２４に記載の核燃料体。
【請求項２６】
前記マトリクス材料が、フェノール樹脂と黒鉛粉末との混合物を含んでいる、請求項２４または２５に記載の核燃料体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、核燃料に関する。より詳細には、本発明は、核燃料を作製する方法および核燃料体に関する。
【発明の概要】
【０００２】
本発明の一態様によれば、
燃料粒子および／または該燃料粒子をその中に分散させるマトリクス材料を、本体内で画定される少なくとも１つの孔に入れるステップと、
前記孔に入れる燃料粒子および／またはマトリクス材料の体積を、前記燃料粒子、前記マトリクス材料および前記本体のうちの少なくとも１つを超音波振動させることによって減少させるステップとを含む核燃料体作製方法が提供される。
【０００３】
前記超音波振動させることが超音波によるものであってもよい。
【０００４】
前記孔に入れる燃料粒子および／またはマトリクス材料の体積を減少させるステップが、前記燃料粒子、前記マトリクス材料および前記本体のうちの少なくとも１つを機械的力によって振動させることを含んでもよい。
【０００５】
前記燃料粒子および／またはマトリクス材料を、前記本体内で画定される少なくとも１つの孔に、脈動流によって入れてもよい。
【０００６】
「脈動流」は、粒子および／またはマトリクス材料の流れの規則的な噴出であると解釈されるべきである。
【０００７】
前記少なくとも１つの孔が前記本体を貫いて延びており、前記本体から開く両端を有している場合に、前記方法は、前記少なくとも１つの孔の１つの開放端を少なくとも部分的に閉じて、前記少なくとも１つの孔からの燃料粒子および／またはマトリクス材料の流出を阻止する、先立つステップを含んでもよい。前記少なくとも１つの孔の前記一方の開放端を少なくとも部分的に閉じることが、前記開放端を覆う繊維材料を配置することを含んでもよい。前記繊維材料のゲージは、通常、前記燃料粒子および／またはマトリクス材料が前記繊維材料を通過できないようなものである。
【０００８】
本発明の他の態様によれば、燃料粒子およびマトリクス材料を、本体内で画定される少なくとも１つの孔に、同時に少なくとも２方向から入れることを含む核燃料体作成方法が提供される。
【０００９】
前記本体は、燃料体のものであってもよい。そうではなく、前記本体は、燃料体内に挿入するための燃料コンパクトを成型するためのものであってもよい。
【００１０】
前記燃料粒子およびマトリクス材料を、別々に、前記少なくとも１つの孔に入れてもよい。好ましくは、前記燃料粒子およびマトリクス材料を、相対する方向から、前記少なくとも１つの孔に入れる。前記燃料粒子およびマトリクス材料を、異なる流速で、前記少なくとも１つの孔に入れてもよい。より詳細には、前記燃料粒子の流速が、前記マトリクス材料の流速よりも大きくてもよい。
【００１１】
前記燃料粒子および／またはマトリクス材料を、連続流によって、前記少なくとも１つの孔に入れてもよい。そうではなく、前記燃料粒子および／またはマトリクス材料を、脈動流によって、前記少なくとも１つの孔に入れてもよい。
【００１２】
前記方法は、前記少なくとも１つの孔に入れる燃料粒子および／またはマトリクス材料の体積を減少させるステップを含んでもよい。より詳細には、前記少なくとも１つの孔に入れる燃料粒子および／またはマトリクス材料の体積を、前記燃料粒子および前記本体のうちの少なくとも一方を振動させることにより減少させてもよい。前記振動させることが超音波によるものであってもよい。そうではなく、またはそれに加えて、前記振動させることが機械的力によるものであってもよい。
【００１３】
本発明のさらに他の態様によれば、上記のような方法に従って作製された核燃料体が提供される。
【００１４】
前記燃料粒子が、それぞれ、核分裂生成物保持被覆によって取り囲まれた核分裂性材料の核を含んでいてもよい。前記マトリクス材料が、フェノール樹脂と黒鉛粉末との混合物を含んでいてもよい。
【００１５】
次に、以下の実施形態、および本発明による核燃料体の部分断面斜視図を示す添付の概略図を参照して、一例として、本発明を説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
［実施形態１］
例えば熱分解炭素層および炭化ケイ素層を含む核分裂生成物保持被覆によって取り囲まれた、二酸化ウランの核を有する燃料粒子を、ブロック形状本体の中で画定される孔を与える複数の管状通路内に入れた。それぞれの通路／孔は、本体を貫いて延びており、その両端から開いている。フェノール樹脂と黒鉛との混合物を含むマトリクス材料を、燃料粒子と一緒に管状通路内に入れた。一実施形態においては、マトリクス材料内に分散された燃料粒子でその孔が満たされたブロック形状本体が、原子炉の炉心部分を形成する核燃料体を与える。他の実施形態においては、本体は、燃料体内に挿入するための円柱状の燃料コンパクトを成型するための型を提供する。
【００１７】
燃料粒子と本体とは、燃料粒子とマトリクス材料とを入れる間、超音波によって振動させた。これによって、マトリクス材料内の燃料粒子の可能な限りの最密充填が与えられ、本体の孔の中に入れられる燃料粒子／マトリクス材料の体積が減らされた。
【００１８】
燃料粒子とマトリクス材料との規則的な噴出の間に、燃料粒子とマトリクス材料とを入れない期間を差し入れた脈動流によって、被覆燃料粒子とマトリクス材料とを入れた。
【００１９】
一実施形態においては、燃料粒子とマトリクス材料とを、管状通路内に入れる間、機械的力によって振動させる。
【００２０】
燃料粒子と本体との両方を振動させるのではなく、核燃料体の燃料粒子と本体とのうちの一方または他方を振動させてもよいということが理解されるべきである。
【００２１】
本発明の一実施形態においては、燃料粒子とマトリクス材料とを、それぞれ、通路の相対する開放端で相対する方向から管状通路内に入れ、被覆粒子を、マトリクス材料よりも速い流速で孔の中に入れた。
【００２２】
燃料粒子とマトリクス材料とを通路の一端のみから管状通路内に入れる、本発明の他の実施形態においては、各通路の反対側の開放端は、燃料粒子とマトリクス材料とがそこを通り抜けて流れることを阻止するように、十分細かいゲージを有する繊維材料の網によって部分的に閉じられている。
【００２３】
図１において、符号１０は、概して、本発明による核燃料体を指している。核燃料体１０は、本体１２を貫通して延びてその相対する端から開いている、複数の実質的に平行に間隔を空けられた管状通路１４を有するブロック形状黒鉛本体１２を含んでいる。各通路は、概して符号１４で示す、マトリクス材料内に支持された複数の燃料粒子で満たされており、燃料粒子とマトリクス材料とは、実施形態１の方法に従って、通路１４内に入れられている。
【００２４】
［考察］
【００２５】
所要の充填密度および低い位置エネルギーの充填をもたらすのに適当な期間、無秩序な運動を生み出すように、燃料粒子とマトリクス材料１６とに、それらをぎっしり詰める振動ならびに脈動流および／または双方向流によって十分な運動エネルギーを与えることが望ましい。
【００２６】
本発明の核燃料体１０を作製する方法は、核燃料体の孔に適した、マトリクス材料内の燃料粒子を含む充填材料の、充填を改善し、充填密度を増加させる。
【００２７】
燃料体１０を作製する本方法は、単一の通路／孔のみを、または複数の通路を含む核燃料体の作製に適用できるということが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明による核燃料体の斜視図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０…核燃料体、１２…本体、１４…通路（孔）、１６…マトリクス材料。
【図１】
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【外国語明細書】
2005283573000001.pdf