(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
最終の所望値よりも過剰のＰｕ含量を有するＵ−Ｐｕ酸化物ブレンド粉末を調製し；酸化ウラン粉末を調製し；所望のプルトニウム含量を達成するために、適量の両粉末を混合し；ペレットを得るため、混合物を圧縮し、焼結する工程からなるＭＯＸ（混合プルトニウム及びウラン酸化物）タイプの核燃料ペレットを製造する方法において、前記酸化ウラン粉末の調製工程が、ａ）硝酸ウラニルの水溶液を調製し、該溶液に、メトセル、デキストラン及びポリビニルアルコールから選ばれる有機シックナー０.５−２重量％を添加して、溶液の粘度を２０−100センチポイズに調整し、ｂ）溶液を液滴に分散させ、ｃ）この液滴を水酸化物浴に導入し、ｄ）得られたビーズを洗浄し、ｅ）非混和性有機溶媒を使用する共沸蒸留によって、前記ビーズを乾燥させ、ｆ）酸化雰囲気においてビーズを熱処理し、ｇ）還元雰囲気において熱処理し、ｈ）直径２０−５０μmをもつビーズのみを選別する一連のサブ工程からなることを特徴とする、ＭＯＸタイプの核燃料ペレットの製法。
【請求項２】
Ｕ−Ｐｕ酸化物ブレンド粉末を調製する工程が、適量の酸化プルトニウム及び酸化ウランを摩砕し、混合することからなることを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
Ｕ−Ｐｕ酸化物ブレンド粉末の調製工程が、ａ）ウラニル−プルトニウム硝酸塩の水溶液を調製し、該溶液に、少量の有機シックナーを添加して、溶液の粘度を２０−100センチポイズに調整し、ｂ）溶液を液滴に分散させ、ｃ）この液滴を水酸化物浴に導入し、ｄ）得られたビーズを洗浄し、ｅ）ビーズを、非混和性有機溶媒を使用する共沸蒸留に供し、ｆ）酸化雰囲気においてビーズを熱処理し、ｇ）還元雰囲気において熱処理する一連のサブ工程からなることを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項４】
サブ工程ｃ）において、水酸化物浴がアンモニアからなるものであることを特徴とする、請求項１−３のいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
サブ工程ｆ）において、酸化雰囲気での熱処理を、約400℃において、空気中で行なうことを特徴とする、請求項１−４のいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
サブ工程ｇ）において、還元雰囲気での熱処理を約800℃において行い、還元雰囲気が、不活性ガスを含有し、水素含量１−６％を有することを特徴とする、請求項１−５のいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
粉末混合物のペレットへの圧縮を、200−600MPaの圧力をかけることによって行なうことを特徴とする、請求項１−６のいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
ペレットの焼結を、1200℃以上の温度において、水素含量が１−６％であり、水素及び水蒸気の分圧間の比が２０−６０である加湿Ａｒ／Ｈ２雰囲気で行うことを特徴とする、請求項１−７のいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
温度が1600−1700℃である、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
適量の両粉末を混合する前に、ＵＯ２粉末を篩通しして、直径２０−５０μmをもつビーズのみとすることを特徴とする、請求項１−９のいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、最終の所望値よりも過剰のＰｕ含量を有するＵ−Ｐｕ酸化物ブレンド粉末を調製し；酸化ウラン粉末を調製し；所望のプルトニウム含量を達成するために、適量の両粉末を混合し；ペレットを得るために、混合物を圧縮し、焼結する工程からなるＭＯＸ（混合酸化物）タイプの核燃料ペレットを製造する方法に係る。
【０００２】
このような方法は、MIMAS（「ミクロ化マスターブレンド」；例えば、D. Haas, M. Lippens "MOX FUEL FABRICATION AND IN-REACTOR PERFORMANCE", Proc. of the Internat. Conference on Future Nuclear Systems, GLOBAL 97, p.489 a 494参照）として知られている。プルトニウムフリーの粉末を別に調製することは、摩砕されなければならないプルトニウム含有粉末の容量を低減させ、混合するウラン粉末の割合のみを変更することによるユニークなプルトニウム処理で、各種のプルトニウム含量の燃料ペレットを製造することを可能にする。
【０００３】
しかしながら、現在使用されている市販の粉末は、不均質、すなわち、粒径が１０μm以下の酸化ウランマトリックス内に分散された酸化プルトニウムを富有する大きい粒子を含有する最終生成物である。このような不均質性は、下記の２つの重大な欠点をもたらす。
【０００４】
すなわち、核分裂生成物の濃度が局部的に高いことにより、照射の間に、大きい局部的バーンアップ、核分裂のダメージ、及びガスの放出を生ずる。このガスの放出を制限するためには、照射の間において有害な燃料挙動をもたらし、再処理において問題をもたらすような添加剤を使用することなく製造されたものであれば、大きいＵＯ２粒が推奨される。
【０００５】
再処理において、燃焼済み燃料の硝酸中への溶解は、不溶性であるプルトニウムを富有する部分によって阻害される。
【０００６】
本発明は、これらの欠点を解消し、上述のように、ペレットの全体にわたってプルトニウムの分散が実質的により均質であるＭＯＸタイプの核燃料ペレットを製造する方法を提起することを目的とする。
【０００７】
この目的は、請求項１に記載の方法によって達成される。この方法の好適な具体例に関しては、他の請求項を参照する。
【０００８】
次に、好適な具体例によって、本発明を詳述する。
【０００９】
上記の公知のMIMAS法と同様に、本発明による方法は、Ｐｕ−Ｕ酸化物粉末及びプルトニウムフリーの酸化ウラン粉末を別個に調製する工程を包含する。
【００１０】
第１の具体例によれば、Ｐｕ−Ｕ酸化物粉末は、ＰｕＯ２及びＵＯ２材料を機械的に摩砕することによって調製され、一方、ＵＯ２粉末は下記の如くして調製される。
【００１１】
すなわち、硝酸ウラニルの水溶液に、少量、すなわち、０.５−２重量％の有機シックナー（例えば、メトセル（methocel）、デキストラン、ポリビニルアルコール）を添加して、溶液の粘度を２０−100センチポイズの値に調整する。その後、この溶液を液滴に分散させ、液滴をアンモニア浴に導入する。この浴では、長鎖の有機重合体によって形成されたネットワークのため、元の液滴内において沈殿が生じ、ほぼ球状のビーズが形成される。これらのビーズのサイズは、分散の間に生成された液滴のサイズに左右される。好適な具体例では、これらのビーズは、２０−５０μmの直径で存在する。ついで、これらのビーズを洗浄して、硝酸塩（上記例では、硝酸アンモニウム塩）及び有機重合体を除去し、Ｃ２Ｃｌ４の如き非混和性の有機溶媒を使用する共沸蒸留に供して、水を除去する。
【００１２】
乾燥後、ビーズは水酸化物形であり、空気中、約400℃における２−６時間の熱処理によって酸化物に変換する。これによって、残留する有機重合体は熱分解される。ついで、ビーズを、再度、約800℃、Ａｒ／５％Ｈ２の還元雰囲気における４−８時間の熱処理に供して、Ｕ３Ｏ８をＵＯ２に変換する。
【００１３】
ビーズは、一般的なウラン処理施設（無α汚染）によって製造される。これらは、自由流動性、ダストフリーであり、プルトニウムを含有する粉末との混合の前に、摩砕の如きさらなる機械的処理を何ら必要としない。最終的に生成された燃料の均質性は、ビーズを篩通しし、２０−５０μmの直径をもつビーズのみとすることによって、さらに増大される。別法によれば、ビーズの直径が上記範囲内にあり、篩通しが不必要となるように良好に限定された液滴を生成する液滴分散装置を使用することによって、同じ結果を得ることができる。
【００１４】
混合した後、200−600MPaの圧力をかけるプレスを使用することによって、ＭＯＸ粉末をペレットに圧縮する。ついで、これらのペレットを、水素含量が１−６％であり、水素分圧：水蒸気分圧の比が２０−６０となるように水蒸気を導入した加湿Ａｒ／Ｈ２雰囲気において、高温、好ましくは、1700℃で焼結する。水は、良好な拡散を生じ、燃料をより均質なものとし、これによって、炉においてより長いバーンアップを可能にするガス雰囲気の酸素ポテンシャルを制御するものである。
【００１５】
方法の変形例によれば、酸化ウラン粉末に関して上述したものと同様にして、ただし、硝酸ウラニルの代わりにウラニル−プルトニウム硝酸塩を原料として使用することによって、過剰量のプルトニウを含有する粉末を調製することができる。
【００１６】
本発明の方法は、一般的なＭＯＸ製造装置において実現され、MIMAS法の利点のすべてを保持するが、上述したようなMIMAS法の欠点を呈するものではない。