(57)【要約】区画に分割したエンクロージャー内で、ペレットのセンタリングおよび整列装置、さらには高感度の長ステップ押込み装置を使用して、列を成すＭＯＸペレットから非汚染燃料棒を製造するための方法と装置。
2006512566.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンクロージャー［10］内の減圧下において、ペレット［6］から非汚染ＭＯＸ燃料棒［1］を製造する方法であって、一本の燃料棒［1］に対して、
−  ２つの端部の一方の端部に第一端栓［3］が予め設けられた被覆管［2］に、連続して列［12］を成すペレット［6］を装填する操作；
−  種々の構造用部品、特に押さえバネ［7］を装着する操作；
−  被覆管［2］の他方の端部に第二端栓［4］を取り付ける操作；
−  特に前記被覆管［2］に留め具を用いた取付けを行わない場合、前記第二端栓［4］の周縁を溶接する操作；ならびに
−  汚染に曝された前記被覆管［2］または個々の燃料棒［1］の部分につき、少なくとも一回の洗浄および少なくとも一度の汚染検査を実施する操作；
を含んで成る方法であって、
−  エンクロージャー［10］を連続した複数の区画へと分ける；
−  隣接する各区画を接続して、被覆管［2］のための密封した通路を設け、前記通路の少なくとも幾つかを、被覆管［2］が縦方向の軸に沿って移動できるように整列させる；
−  装填の行われる被覆管［2］を、開口端［34］が先頭になるように、密封された通路または入口開口部に導入する；
−  連続した区画の間において、被覆管［2］の開口端［34］が最後の区画に到達するまで、被覆管［2］を軸方向に駆動させる；
‐  被覆管［2］の開口端［34］を介して、最後の区画にてペレット［6］を被覆管［2］に装填し、また、妥当な場合は、押さえバネ［7］以外の種々の構造用部品［5］を被覆管［2］に装着する；
−  被覆管［2］の開口端［34］が先行する区画に運ばれるように、装填完了時、被覆管［2］を軸方向に部分的に取り出す；
−  前記先行する区画にて、装填されるペレット［6］に起因して又は最後の区画の環境に起因して汚染に曝された被覆管［2］の少なくとも一部に対して、洗浄および汚染検査を行う；
−  前記洗浄の後、被覆管［2］を軸方向に動かして、開口端領域［34］を別の区画に配置する；
−  前記別の区画にて、押さえバネ［7］を装着して、第二端栓［4］の開口端［34］を取り付ける；
−  前記取付け後、同一の区画内または更に別の区画内において、場合によっては付加的な動きを伴って、他の可能な操作を実施する；
−  第一区画または第二区画において、最後の区画の汚染に曝された燃料棒［1］部分の汚染検査を行い、必要に応じて可能な洗浄を行う；
−  第一区画から燃料棒［1］を取り出す、または、エンクロージャーと相互に接続されている第一区画を介して燃料棒［1］を横方向に移送して別のエンクロージャーへと移す；
−  第一区画で非汚染状態または極僅かな汚染状態となり、最後の区画で最も高い汚染状態になるように、各区画間の汚染度を段階的にする；
−  区画に供給されるガスが、空気、窒素、ヘリウム、アルゴンおよび真空ガスから成る群から選択される；ならびに
−  リークを制御して、減圧状態が第一区画で最も小さく、最後の区画で最も大きくなるように、区画内の減圧状態を段階的にする
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
ペレット［6］を装填するため、また、下記の関連する操作のために、
−  ペレット列［12］を、支持デバイス［38］から被覆管［２］の開口端［34］に供給し、センタリングさせ、および整列させる
ことを特徴とし、
−  チャンネル［42］によって、支持デバイス［38］と被覆管［2］の開口端［34］との間にセンタリングのずれを修正し、ペレット[6]の軸を被覆管の軸と整列させており、チャンネル［42］の底部が、連続的な傾斜側面を持つV字形をしており、ペレット[6]と同じ直径をもつ円筒形状出口と交わっており；
−  チャンネルの円筒形状部の中心に設けられたチャンバー内にて被覆管［2］のセンタリングを行い；
−  装填されるペレット［6］から、被覆管［2］の開口端［34］を遮蔽する；ならびに
−  装填されたペレットにより運ばれた及び／若しくはそれに付着していた塵埃および切りくず、ならびに／または、ペレット［6］とチャンネルの壁および／または溝との隙間に起因して、供給、センタリングおよび整列の操作によって生じた塵埃および切りくず、ならびに、重力沈降、場合によっては付加的な吹き付け及び／または吸引によって生じた塵埃および切りくずを捕獲ならびに／または収集ならびに／または押し戻す；
ことを実施する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
被覆管［2］内の最後のペレット［6］の挿入深さが当該被覆管［2］に装填される次のペレット列の長さと少なくとも等しくなるまで、ペレット列を被覆管［2］に挿入することを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
押込みデバイスによる挿入の深さおよび被覆管[2]に装填されるペレット列の順番（Ｎ）に応じて、装填の際の最大限の押込み力を制限することによって、連続して列を成すペレット[6]を被覆管［2］に装填する、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
汚染に曝された被覆管［2］または個々の燃料棒［1］の部分の洗浄を、拭い取ることによって乾式または僅かな湿度を伴った方法で行う、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
エンクロージャーが４つの区画（Ｉ〜ＩＶ）に分割されており、
−  最後の第四区画（ＩＶ）では、ペレット［6］および構造用部品が装填され；
−  第三区画（ＩＩＩ）では、装填中に汚染に曝された部分が洗浄され；
−  第二区画（ＩＩ）では、押さえバネ［7］の装着、第二端栓［4］の取付けが行われ、留め具のない端栓の場合では、第二端栓［4］の周囲が溶接され；また
−  第一区画（Ｉ）では、汚染検査が行われ、また、先行する区画で汚染に曝された部分に必要な洗浄が行われ、更に、被覆管が入れられ、また、燃料棒が取り出される
ことを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
−  ペレット［6］の装填、汚染に曝された被覆管［2］の端部の洗浄、および第二端栓[4]の取付けを、気体ヘリウム環境下の区画内で行い、また、出口にて必要に応じて汚染度の測定を行い；
−ペレットが装填されていない被覆管［2］をエンクロージャー［10］に導入するに際して、第一区画と先行する区画との間にて、被覆管［2］中に含まれる又は残留する気体を抜き取り、ヘリウムに置き換えた後に、被覆管［2］の開口端［34］をヘリウム環境下の第一区画に搬入する
ことを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
−  ヘリウム下の最後の区画または真空下のエンクロージャーでペレット［6］の装填を行い；かつ
−  ペレット［6］が装填されていない被覆管［2］をエンクロージャー［10］に導入するに際しては、最後の区画と先行する区画との間にて、被覆管［2］中に含まれる気体を排気した後に、被覆管［2］の開口端［34］を前記最後の区画に移動させる
ことを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
ペレット［6］から非汚染ＭＯＸ燃料棒［1］を製造するための装置であって、
−  一方の端部が開いており、他方の端部が第一端栓［3］で閉じられた被覆管［2］にペレット列［12］を装填する操作；
−  前記ペレット［6］に起因した汚染または塵埃と接触した前記被覆管［2］の部分を洗浄し、必要とされる汚染度の検査を行う操作；
−  種々の構造用部品、特に押さえバネ［7］を装着する操作；
−  第二端栓［4］を取り付ける操作；ならびに
−  汚染度の検査および汚染と接触した前記被覆管［2］の部分に対して必要な洗浄を行う操作
が実施されるエンクロージャーを有して成り、
−  エンクロージャー［10］が複数の別個の区画に分割されており；
−  区画は、装填される被覆管［2］が区画間にて開口端[34]を先頭として動く方向にて好ましくは相互に連続しており；
−  エンクロージャーの区画は、封止された仕切りによって相互に隔絶されており、該仕切りが、ある区画から別の区画へと被覆管［2］が通過するように、両方向バルブ［26］および被覆管［2］の周辺部を封止するデバイス［28］から成る密封通路［24］を有しており、少なくとも所定の前記通路［24］が、前記被覆管［2］の移動方向に配列され、第一区画には入口に開口部が設けられており；
−  導入された被覆管［2］の端部または選択された区画で第二端栓が取り付けられた燃料棒［1］の端部が縦軸の方向に動かされるように、軸方向に沿って駆動させる少なくとも１つの駆動機構が備えられ；
−  ペレット列［12］を装填するためのデバイス、ならびに、押さえバネ［7］および第二端栓［4］以外の種々の構造用部品［5］を装着するための手段が最後の区画に設けられ；
−  ペレット［6］の装填の際に汚染に曝された被覆管［2］の部分の洗浄および必要な汚染度検査の手段のために少なくとも１つのデバイスが先行する区画に設けられ；
−  留め具の有無にかかわらず、押さえバネ［7］を装着する手段および被覆管［2］の開口端［34］に第二端栓［4］を取り付ける手段が別の先行する区画に設けられ；
−  場合により必要となる付加的な溶接あるいは加圧作業を行うための手段が同一の区画または別の区画に設けられ；
−  汚染検査の手段、および先行する作業の際に汚染に曝された燃料棒［1］の部分に対して必要となる洗浄を行う手段が第一区画または第二区画に設けられ；
−  エンクロージャー[10]内を作業室の大気圧に比べて減圧状態に保つために、エンクロージャー［10］、その区画、およびその内部に設けられたエンクロージャーを換気するためのシステムおよび気体供給システムが設けられ、
−  各区画のための気体が、空気、窒素、ヘリウム、アルゴンおよび真空ガスから成る群から選択され；また
−  減圧状態が第一区画で最も小さく、最後の区画で最も大きくなるように、区画内の減圧状態を段階的にしており、リークの方向および汚染度が段階的になっている、
ことを特徴とする、請求項１〜８のいずれかの方法を実施するための装置。
【請求項１０】
ペレット［6］を供給、センタリングおよび整列させて、ペレット［6］を被覆管［2］に装填するデバイス［14］であって、
−  当該デバイスが、それを貫くチャンネル［42］をもつ固定された金属部品［14］から成り、その入口［44］の大きさは、被覆管［2］の軸に対するペレット［6］のセンタリングのずれを受け入れるに十分な大きさに選択されており、また、その底部が連続する斜面でV形の側面を有し、ペレット［6］の直径を有した円筒形状出口［48］と交わっており、更に、当該デバイスには、被覆管［2］の直径を有し、チャンネルの円筒形状出口［48］と中心が合わされた円筒形状チャンバー［49］が設けられており；
−  チャンネルの円筒形状出口［48］の直径が被覆管［2］の内径よりも小さく、被覆管［2］の端部がペレット［6］から遮蔽されることになるように、当該デバイスがペレット[6]および被覆管[2]の寸法に適合する寸法および許容差を有しており、
−  当該デバイスは、必要に応じて、縦方向および／または横方向の隙間を有し、また、塵埃および切りくずが吸引および／または供給される方向とは逆方向に気体を吹き付けるノズルを有していることを特徴とする、請求項９に記載のデバイス。
【請求項１１】
ペレット［6］および構造用部品の装填を目的とする感度の高い駆動系をもつ押込み機構［50］から構成されており、
−  当該押込み機構［50］は、小さな慣性をもち、モーター［52］で駆動される押圧力制御デバイス［54］を備えた一組のローラー［56］によって軸方向に駆動させるものであり、その押圧力が、押込みデバイス［53］の押込み深さと、同じ被覆管［2］への装填されるペレット列の順番（N）とに従って制御され；また、
−  当該押込み機構［50］は、軽い適切な長さの中空のロッド［53］を有しており、その結果、被覆管［2］に最後に装填されたペレット列の挿入の深さが被覆管［2］に装填される次のペレット列の長さに少なくとも等しくなる
ことを特徴とする、請求項９または１０に記載の装置。
【請求項１２】
汚染に曝された被覆管［2］または個々の燃料棒［1］を乾式又は僅かに湿度を伴った状態で洗浄を行う少なくとも１つの手段を有することを特徴とする、請求項９〜１１のいずれかに記載の装置。
【請求項１３】
繊維状材料または非繊維状材料から成るストリップを有する系から構成される洗浄手段であって、乾式または僅かに湿気をもたせた後、汚染に曝された被覆管［2］または個々の燃料棒［1］の部分の洗浄を行う洗浄手段を少なくとも１つ有して成ることを特徴とする、請求項９〜１２のいずれかに記載の装置。
【請求項１４】
エンクロージャー［10］が４つの区画から構成されており、
−  最後の第四区画（ＩＶ）は、ペレット列［12］の装填のためのデバイス、ならびに、押さえバネ［7］および第二端栓［4］以外の種々の構造用部品の装着のための手段を有して成り；
−  第三区画（ＩＩＩ）は、装填中に汚染に曝された被覆管［2］の部分を洗浄する手段を有して成り；
−  第二区画（ＩＩ）は、留め具の有無に拘らず、押さえバネ［7］および第二端栓［4］を取り付けるための手段を有して成り；また
−  入口／出口となる第一区画（Ｉ）は、汚染検査の手段および必要な洗浄デバイスを有して成る
ことを特徴とする、請求項９〜１３のいずれかに記載の装置。
【請求項１５】
区画間の密封された通路［24］は、
−  被覆管［２］または個々の燃料棒［1］に接触することなく、通路を完全に閉鎖することが可能なバルブ［26］または通路を完全に開放することが可能なバルブ［26］；
−  被覆管［2］に接触することなく通路を完全に開放する又は被覆管［2］の周りに密封を施すように構成された封印ジョイント部材［28］であって、被覆管［2］をこの場所で静止させる、あるいは相対的に回転運動させる又は横移動させる封印ジョイント部材［28］；ならびに
−  それぞれが閉じているバルブ[26]と封止ジョイント部材［28］との間の空間に閉じ込められている気体を空間の体積分排気し、同じ体積の他の気体の充填を可能にする排気デバイス
を少なくとも有して成る、請求項９〜１４のいずれかに記載の装置。
【請求項１６】
前記区画およびそこに設けられたチャンバーに、空気、窒素、アルゴンおよびヘリウムから成る群から選択された種々の気体を供給し、あるいは真空にするガス供給デバイスが少なくとも１つ設けられていることを特徴とする、請求項９〜１５のいずれかに記載の装置。
【請求項１７】
ペレット［6］を装填した後、洗浄を行い、そして、第二端栓［4］の取付けを行うための区画が供されるように、リサイクル・モードでオープン・サーキットもしくはクローズド・サーキットを有する、または、それらが組み合わされた、ヘリウム分配システムを有して成ることを特徴とする、請求項９〜１６のいずれかに記載の装置。
【請求項１８】
ペレット［6］が装填される最後の区画は、真空下で被覆管［2］にペレット［6］を装填する手段を有して成ることを特徴とする、請求項９〜１６のいずれかに記載の装置。
【請求項１９】
取付け手段を有して成る区画は、前記端栓が留め具が無い状態で被覆管［2］に取り付けられる場合、第二端栓［4］の周縁を溶接して第二端栓［4］を被覆管［2］に取り付けるデバイスを有して成ることを特徴とする、請求項９〜１８のいずれかに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明の範囲
本発明は、大気圧に対し負圧に保たれた（または減圧された）密封装置内において、非汚染ＭＯＸ燃料棒を製造するための方法と装置に関するものであり、ペレットから一本の燃料棒を作るために次のような一連の工程から構成されている：
−  両端部の一方に予め第一端栓が装着された被覆管内に、連続して列を成すペレットを挿入する工程；
−  種々の構造用部品の装着、特に押さえバネを装填する工程；
−  被覆管のもう1つの端部に第二端栓を取り付ける工程；
−  前述の第二端栓の周縁（または周囲）を溶接する工程；および
−  汚染の可能性のある前述の被覆管の部分、あるいは個々の燃料棒の部分につき、少なくとも１回の洗浄および少なくとも１回の汚染検査を行う工程。
【０００２】
民需用核燃料の再処理により生じたプルトニウム、または核兵器の解体計画から生じたプルトニウムを、商業原子炉用の新ウラン・プルトニウム混合酸化物（ＭＯＸ）燃料を製造することによってリサイクルすることは、実際に工業化されており、また、世界的にも一般化している。
【０００３】
工業化には、特に、
−製造工程の自動化；
−作業員の電離放射線被曝の抑制；ならびに
−液体および固体廃棄物の削減
が必要とされる。
【０００４】
このようなリサイクル技術は、世界的な拡がりを見せており、政治的、経済的または人口的な点で大国の国（米国、日本、ロシア、インド、中国その他）によって保有されている。この分野の工業的な開発は、西ヨーロッパが幾分先行している。
【０００５】
電力市場の自由化に基づく電力会社の競争力強化に起因して、核燃料設計者は原子炉炉心の燃料交換頻度を抑えるとともに、酸化ウラン燃料およびＭＯＸ燃料を継続的に取出して燃料の燃焼度増大（例えば50GWd/t）を計っている。そのため、より高い核分裂性プルトニウム成分を有するＭＯＸ燃料の製造を目指すことになり、民需用プルトニウムの中でも同位元素成分が大幅に低いものを用いて、常にアルファ線放射率が増大して行くＭＯＸ燃料製造を目指すこととなる。
【０００６】
ＭＯＸ燃料製造プラントの安全管理（作業員による摂取・吸入の危険を防止する安全管理）、搬送の安全性、および原子炉の安全性（一次系統の放射能非汚染）のため、集合体として装填されるＭＯＸ燃料棒は、それらの被覆管の外部表面（それぞれの被覆管は、両端の端栓が溶接されておりＭＯＸペレットを密封している）に汚染の無いことが重要であり、あるいは、汚染があったとしても汚染度がごく僅かに限られていることが重要である。
【０００７】
本発明は、ＭＯＸ燃料棒を製造するための作業、特に高度に放射能を帯びたペレットを被覆管に装填し、第二端栓を取り付け、そして、その溶接を行う作業に関するものである。また、本発明は、湿式法による化学的除染あるいは電極法による除染を行うことなしに、工業的に非汚染ＭＯＸ燃料棒を生産するための方法と装置に関するものである。湿式法は汚染度の高い作業であり、臨界事故の危険性を増大させるものである。
【０００８】
なお、燃料棒は一般的には金属製の筒状の被覆管（多くの場合ジルコニウム合金またはステンレス鋼から成る）、燃料ペレット（多くの場合、酸化ウランまたはウランとプルトニウムとの混合酸化物から成る）、押さえバネ、および、気体を密封し、核物質を閉じ込める2本の端栓から成っている。これら燃料棒には熱伝導性の不活性ガス（多くの場合ヘリウムガス）が加圧状態あるいは常圧状態で充填されている。ペレットと被覆管との間の隙間は非常に狭くなっている（例えば軽水炉の場合では150〜200ミクロン）。前記押さえバネ以外の構造部品は燃料棒の上端部または下端部に装填されている（例えば、挿入管、分離用ペレット、「ゲッター」、ブランケット・ペレット、その他がある）。
【０００９】
燃料棒を製造する際、ペレットを被覆管に装填する方法は次のようになっていることが重要である。
−  後の洗浄・除染作業を少なくする、あるいは避けるために、汚染に曝される被覆管部分を制限する、あるいは汚染の程度を抑えること；特に、被覆管の外部表面への付着汚染を避ける、とりわけ第二端栓の溶接継ぎ目を形成する開口端での付着汚染を避ける。これらの付着汚染がもとで外部汚染基準が満たせず、燃料棒の棄却率が増大する原因となるからである。；
−  ペレット装填の際、機械的な閉塞を引き起こす原因となるペレットの小砕片（チップ）が生じないように、セラミック製ペレットには必要以上に圧力がかからないこと。また、これらのペレットの小砕片が被覆管内部に入り込み、連続するペレット間に過大な隙間が生じて、欠陥燃料棒が発生しないこと。
【００１０】
従来技術
燃料棒、特にＭＯＸ燃料棒の製造は、上述の多くの工程により構成されている。既に開示されている事項、あるいは、発明者に知られている既存技術について、本明細書で想起しておくことは有用である。本発明の方法の工程は、一般に、アルファ放射線（およびベータ放射線とガンマ放射線）の発生源から環境および作業員の保護するために、密閉装置の中で行われる：
−  第一密閉端栓が装着された被覆管をセットする；
−  被覆管内部へのペレットの装填； 
−  ペレット押さえバネの装着；
−  被覆管内部の空気を不活性ガスに置き換える；
−  ペレット装填時、放射能汚染に曝された被覆管部分の洗浄／汚染；
−  第二端栓の取り付け；
−  第二端栓の溶接；
−  上記端栓溶接と同時、あるいは非同時に行う被覆管の加圧；
−  非同時の加圧の場合には通気孔の溶接；
−  放射能汚染に曝された被覆管部分の汚染度測定。
【００１１】
製造業者が採用する技術は種々の目的を達成しようとするものであり、しばしば矛盾をきたすことがある。限定するわけではないが、いくつかの例を挙げると下記のようになる：
−  作業の安全性：特に、中性子減速溶液の使用による臨界事故リスクの低減と、揮発性洗浄液の使用を避けて火災・爆発リスクを低減させること；放射性物質、特にアルファ線源を例えばグローブ・ボックスのような密閉装置の中に閉じ込めること。
−  製造される燃料棒の質：特に溶接の質（酸化作用が生じないこと、混入物がないこと等）、ペレット間の空隙の原因となる小砕片が存在しないこと、外部に固着性または浮遊性の汚染が無いこと；
−  製造工程の工業化：作業の自動化；生産性；作業員の電離放射線への被曝制限（外的または内的被曝）；洗浄／除染作業の際に発生する固体および液体廃棄物量の低減。
【００１２】
これらの目的達成を図ろうとすれば、上記に示された工程を実行するための所定の順序が選ばれることになろう。あるいは、安全性、効率、廃棄物の低減、製品の品質向上を目的として、これらの全ての工程を実行しようとすれば、各工程についての特定の技術オプションが必要になる。ＭＯＸ燃料棒製造工程に影響を持ついくつかの技術を下記に示す：
−  ペレットの装填前に、湿式研磨または乾式研磨を実施する、機械的あるいはレーザーを利用してペレットから塵埃を除去する、ペレット中で再利用する廃棄ペレットの割合を低減する、あるいはペレットを注意深く、丁寧に取り扱うことなどによって、ペレットへの塵埃の蓄積を制御する；
−  空気中または気体窒素環境でペレットを被覆管に装填する−上記の空気または窒素は、不活性ガスを複数回充填することにより希釈する必要がある、または次の不活性ガス注入のために被覆管内部を真空化する必要がある。この際、（既に第二端栓の取り付けの如何に拘らず）燃料棒の開口端が汚染されることになる；
−  留め具を利用し（または無しで）、第二端栓を所定の位置にあてがい、最も一般的な処理法であるTIG溶接（タングステン不活性ガス）により端栓を溶接する−この処理工程では他の作業ラインあるいは他の機械で加圧工程を行うことができる；また代替法として、単一の工程で第二端栓の溶接および加圧を行うこともある（抵抗溶接またはレーザー溶接）。
【００１３】
以下にて、本発明の分野に関連して現存する種々の発明を例示的に要約して示す。
−  特別なエンクロージャー（グローブボックス型）を使わない場合、ペレットを被覆管に挿入するためのセンタリング装置の使用：
−  円筒形または切頭円錐形をした固定型センタリング装置（米国特許第4980119号、米国特許第4748798号、米国特許第5251244号を参照）；
−  円形断面をもつ三重センタリング装置（一個の固定型＋2個の中間型）（米国特許第3940908号を参照）；
−  V-形状の固定型センタリング装置（米国特許第3907123号を参照）；
−  多角形または正方形断面をもつ固定型センタリング装置（米国特許第4942014号を参照）；または
−  エンクロージャー（グローブボックス型）に取り付けられた、被覆管にペレットを挿入するためのセンタリング装置の使用：
−  エンクロージャーの中央に取り付けられた、切頭円錐形の固定型センタリング装置（米国特許第3925965号を参照）
−  エンクロージャーの使用、不使用二つの部分の境界に取り付けられたセンタリング装置（使用部分はペレットの挿入用に指定されている）（国際公開第98/26428号を参照）。
【００１４】
最後の文献に関しては、エンクロージャーの分割が2つの区画の分割に限定されていることに留意されたい。
【００１５】
発明者が知っている上記の全ての装置は、セラミック製のペレットから非汚染ＭＯＸ燃料棒を工業的に生産する要件を満たしてはいない。それらは、塵埃の集積の問題の他にも、種々の形状およびサイズを有した小砕片を生成するため、ペレット充填作業中に、機械的閉塞・目詰まりを引き起こしてしまう；
−  これらの装置では、汚染に曝された被覆管部分をシビアな最小値以下には制御できないか、あるいはエンクロージャー内での汚染度（燃料棒がエンクロージャーから離れるとき、装填区域において大規模に汚染されるものから、非常にわずかしか汚染されないもの、あるいは全く汚染されないもの）の管理ができないかのどちらかである。このように管理できないため、不必要な過大な汚染を生じることになり、多くの場合、湿式工程による追加作業で汚染を排除しなければならない。この湿式工程では様々な廃棄物が発生し、臨界事故の危険性が増大する。
−  または、これらの装置は、塵埃および列を成すペレット（またはペレット列）によって運び込まれた小砕片に対し、あるいは被覆管への装填作業の際に特に発生する小砕片に対して機能的に敏感な面がある。この敏感さは機械的な閉塞事象、機械停止、エンクロージャー内での作業員による介入作業、さらに作業員、作業場、ときには、エンクロージャー自体に対する汚染のリスクを生じることになる。エンクロージャーは全く汚染がないか、極く微小の汚染に保たれる必要があるものである。；
−  または、これらの汚染管理およびペレット装填を行う装置は、ペレット中のプルトニウム含有量が高いので、プルトニウムのアルファ放射能が高い場合には、たとえ付加的な湿式除染作業のコストをかけても、非汚染仕様に見合ったプルトニウム・ベースの燃料棒を製造することができない。
【００１６】
本発明の提示
本発明の目的は、上述の諸難点、および当業者に周知のその他の問題点を改善することにあり、そのために特に、製品の質のみならず製造作業の実施に対して影響を及ぼす様々な方法に基づいている。特に、これらの作業および方法の斬新かつ創意に富む組み合わせに従っている。従って：
−  ペレットの装填のための種々の作業、汚染に曝された被覆管端部の洗浄・除染、押さえバネの設置と第二端栓の取り付け（上述端栓に留め具が付いているか否かによって、第二端栓に対して即座の溶接が行われるものもあり、行われないものもある）、洗浄、およびエンクロージャー（または閉じ込め装置）から燃料棒を取り出す前の非汚染の確認のための計測は、主に一本のそして同一の作業ラインで実施され、気体環境の違い、対応作業の汚染レベルの違いに応じて、異なる区画（またはコンポーネント）が互いに隔離されている。；この2つの区画は少なくとも有利に設計されているもので、多数の燃料棒が連続的に移動するにもかかわらず、作業中それらの汚染度が長期間にわたって低レベルに保たれることになる（例えば、当業者に周知の除染の性能を備える）；
−  汚染に曝される部材を減らし、出口での汚染検査の必要性を減らし、洗浄／除染作業の必要性を減らすために、望ましくは、エンクロージャー中に搬入される被覆管の数は厳密に必要最小限にされる；
−  望ましくは、ペレットの装填に当たっては、予めヘリウムまたは真空環境でエンクロージャー中に搬入されたペレットを用い、事前に内部空気をポンプで排気し、ヘリウムを封入した、あるいは真空環境に置かれた被覆管に装填していくものとする。気体ヘリウムの動的粘性係数が非常に低いことにより、ヘリウム環境の下では被覆管の中にペレットを工業的な速度（100〜150mm/secのオーダー）で装填していくことが可能となる。このため、被覆管内部に閉じ込められた気体を排気する工程を省略でき、燃料棒の開口端に向かって塵埃が移動することを避けることができる。
−  被覆管へのペレットの挿入（または装填）は、切頭円錐形の内部構造を持ち、以下の目的を持った、許容度の正確な装填装置を用いる：
−  ペレットは、被覆管の開口端において、機械的な閉塞事故を避けるために、位置的にも方位的にも完璧に制御される；
−  上述の被覆管の大規模な汚染、汚染付着物、および余分な機械的閉塞の可能性を排除するために、ペレット挿入過程では被覆管の開口端は遮蔽しておく；
−  ペレット挿入の際、ペレットの閉塞の原因となる塵埃および小砕片（チップ）を捕獲、集積、あるいは押し戻すこと；
−  列を成すペレットの被覆管への装填は、ペレットに及ぼす押込み力を制限する目的で、感度の優れた駆動系を用いており、被覆管の軸に沿ったV形状の部品上に対して行われる。その力は、装填過程のペレット列の大きさにより制御される。すでに被覆管内へ装填されたペレット列の深さ（開口部からの深度）が次に装填されるペレット列の長さより大きくなるように保たれる。；被覆管内へ装填の際にペレットを押し込む力の大きさは、押込みデバイスの侵入部の長さと装填過程のペレット列の順番（N）の両方に従って制御されることに留意されたい。
−  汚染に曝された被覆管の部分を洗浄する作業は、汚染が発生した直後に行われる。汚染の伝播、臨界事故のリスクおよび汚染した液体廃棄物の生成を防止するため、乾式方法で行う。
【００１７】
少なくとも、上記の新規な工程および方法の部分的な組み合わせが、上述した難点を克服するために必要である。
【００１８】
これを受けて、本発明の方法は次のような諸過程の組み合わせから成る：
−  エンクロージャーを連続する複数の区画に分割する；
−  隣接する区画を連結して、被覆管のための密閉された通路を設ける。少なくとも上記の通路のうち所定のものは、被覆管がその縦方向（または長手方向）の軸に沿って可動するように整列して配置される；
−  開口端を先にして、密閉された通路、または挿入開口部を経て、第一区画に、（ペレットが）装填されるべき被覆管の搬入をおこなう；
−  隣接する区画間では、被覆管の開口端が最後の区画に到達するまでは、被覆管を軸方向に移動させる；
−  最後の区画でペレットの被覆管への装填を行う。可能であれば、押さえバネ以外の各種構造用部品もその開口端を通じて装着する；
−  装填終了時に、被覆管の軸方向への部分的な取り出し（または抜き出し）を行い、その開口端が先行区画に移るようにする；
−  この先行区画内では、少なくとも装填中あるいは最後の区画の環境により汚染に曝された被覆管の部分に対して洗浄と必要に応じた汚染検査を行う；
−  この洗浄過程の後、その開口端が他の区画に位置するように、被覆管を軸方向へ動かす；
−  上記の他の区画において、押さえバネの装填と開口端での第二端栓の取り付けを行う；
−  上記取り付けの後に、同じ区画内あるいは他の区画内で、その他の付加的な作業を行うことがある（例えば、端栓の溶接、通気孔の圧し付け・密閉等）。この場合、被覆管を更に移動させる；
−  最後の区画において汚染に曝された燃料棒の部分の汚染検査、および、必要に応じて行う洗浄作業を、第一区画または第二区画において行う；
−  燃料棒の、最初の区画からの取り出し、および互いに連結している他のエンクロージャーへの第一区画を経る横方向移動；
−  最初の区画は非汚染または極微の汚染とし、最後の区画は最も汚染されているというように、区画間の汚染を段階的にする；
−  エンクロージャー内の区画（およびその内部にある何れかの工程、または移送用装置）に供給する気体の選択；空気、窒素、ヘリウム、アルゴンより成る気体群、または真空から選択される；かつ
−  区画の内圧は、あらゆる気体リークを制御するために、最初の区画において最も高い圧力を保ち、最後の区画で最小の圧力となるように圧力を段階的にする。
【００１９】
本発明の主題を形成する上述の方法は、個別に或いは組み合わせた形で、通常のＭＯＸ燃料製造プラント、およびウラン以外のアクチニドを部分的に含むその他の核燃料（例示をすれば：ウラン／プルトニウムの窒化物または炭化物をベースとした燃料、アクチニド消滅または核変換のための親物質を含む燃料、トリウム／プルトニウムをベースにしたＭＯＸ、有毒、可燃あるいは不可燃性のＭＯＸ、その他）の製造プラントの両方において有効に用いることができる。
【００２０】
ペレットの装填およびそれに関連する工程に関して、本発明の具体例を挙げれば、
−  ペレットの支持部から被覆管の開口部に至るまでの、ペレット列の設置、センタリング（または芯だし）および整列；ならびに、
−  装填されるペレットにより、またはそれに付着して持ち込まれる塵埃、および小砕片（チップ）、あるいは、ペレットの設置、センタリング、整列作業の際に発生する塵埃、および小砕片を、ペレット列から除去するため、次の作業が実施される：
−  ペレット支持部と被覆管開口端の軸のずれを修正し、ペレットの軸と被覆管の軸とを調整する。これは、底部がV型の連続的な傾斜面を持ち、ペレット直径の円形の出口を持つチャンネルにより行われる；
−  チャンネルの円筒部分に中心をもつチャンバー内での被覆管のセンタリング；
−  装填過程にあるペレットから被覆管の開口端を遮蔽するための覆い；
−  重力による沈積、および状況に応じて採られる補足的な吹き出しまたは吸引手段による塵埃と切りくず（ｃｈｉｐ）の捕獲、収集および押し戻し。これらはペレット−チャンネル壁間の隙間を利用して行われる。
【００２１】
なお、本発明は、ペレットから非汚染ＭＯＸ燃料製造する本特許の方法を実施するための装置にも関連している。この装置は以下の作業を行うためのエンクロージャーから成っている：
−  一端で開き、他方で第一端栓装着により閉じた被覆管の中へ、ペレット列を装填；
−  上述のペレットからの汚染または塵埃に接触した上述の被覆管部分の洗浄およびそれに伴って必要となる検査；
−  各種構造用部品、特に押さえバネの装着；
−  第二端栓の取り付け；
−  汚染に接触したことに起因した上述の被覆管部分の汚染に対する洗浄およびそれに伴って必要となる検査。
【００２２】
本発明によれば、上述の装置においては：
−  そのエンクロージャーはいくつかの個々の区画に分割されている；
−  区画は、開口端が先頭となるように、装填されるべき被覆管の区画間の移動方向に従って連結されている；
−  エンクロージャーの区画は、各々が密封された隔壁で分離されており、区画から区画へと被覆管を通していくためには、両方向通過バルブおよび被覆管周囲の密閉装置から成る通路を有している。少なくとも上述のいくつかの通路は上述した被覆管の移動の方向に整列し、最初の区画の入口には開口部が備えられている；
−  搬入された被覆管の端あるいは所定の区画で第二端栓を装着された燃料棒の端を軸方向に動かすために、軸方向駆動装置が一つ備えられている；
−  ペレットを列状に装填する装置、および押さえバネおよび第二端栓以外の各種構造用部品を装着していく装置が最後の区画内に設置されている；
−  ペレット装填の際に汚染に曝された被覆管部分の洗浄/除染および汚染度検査を行うための少なくとも1組の装置が先行する区画内に設置されている；
−  押さえバネの装着および被覆管開口端に第二端栓を取り付ける装置（取り付け具の有無にかかわらず）がもう一つの先行する区画内に設置される；
−  必要な場合の補足的な溶接あるいは加圧作業実施のための装置が同一の区画あるいは異なった区画内に設置される；
−  前工程で汚染に曝された燃料棒部分の汚染検査、および場合によっては洗浄・除染を行う装置は第一または第二区画に設置される。
−  室内気圧に比べ負圧に保つために、エンクロージャー、その区画、またはその内部に設置されたエンクロージャーに対する通気システムおよび気体供給システムが設置され、以下の目的を果たせるようにする。
−  各区画およびそこに設置されているエンクロージャーへの気体（空気、窒素、ヘリウム、アルゴンおよび真空から成る群から選択される気体）；および
−  区画の負圧の段階化−あらゆるリークの向きを制御し、汚染の程度が段階的になるようにする−最初の区画が最も弱い負圧で始まり、最後の区画が最も強い負圧になるようにする。
【００２３】
上述したように、種々の区画には、その中に内部区画とも呼ぶべき、一個または複数のエンクロージャーが設置され、その部分は区画の環境とは異なる気体環境のもとで作動する。これらの閉じ込め領域あるいはチャンバーは、一般的に工程作業（例として、真空中でのペレットの装填、非常に高純度のヘリウム環境での溶接など）、あるいは取り扱い作業（例として、制御された気体環境にある被覆管開口端のドラム内での横向きの移動）に用いられる。
【００２４】
利点
本発明により供せられる利点は：
−  高いプルトニウム成分比をもち、非汚染であり、溶接時に汚染することのない、あるいは過大なペレット間空隙をもたない燃料棒の製造；
−  下記のような異なる実施法の可能性：
−  完全な手動工程から全自動工程に至るまでの実施；
−  中・小規模の製造装置（一度に一本の燃料棒のみを製造する「単一燃料棒」プラント）から大規模な装置（同時に複数本の燃料棒を製造できる「多燃料棒」プラント）に至るまでの実施；
−  種々の被覆管／第二端栓の形態（例として、被覆管への取り付け具の有無、軸方向または横方向換気孔をもつ端栓など）；
−  種々の周縁溶接技術（TIG溶接、抵抗溶接、レーザー溶接など）と加圧のための種々の技術；
−  洗浄／除染のための種々の乾式方法（機械的磨き法、レーザーなど）；
−  乾式研磨または多くの取り扱い工程に引き続いて、ペレット塵埃に対する特別な予防措置を伴わない（ペレットの）装填；
−  ペレット装填および溶接前の不活性ガス充填の際に、被覆管の汚染を表面積と汚染程度との両面で制御できるので、除染作業の必要性を軽減し、専ら以下による洗浄のみが必要になる。例えば汚染に曝された燃料棒の端部を機械的に擦り、またこの機械的磨きにより浮遊性汚染は出口で検出されなくなる；
−  液体廃棄物が生成されないこと；洗浄作業および擦り採りによる浮遊性汚染測定の際にわずかな固体廃棄物が生じるのみである；
−  臨界事故の危険性の減少、高含有度かつ大量の核分裂性物質の使用が可能となる；
−  全般的な操業の経済性。
【００２５】
他の詳細事項および本発明の特徴は、定量化できないような種々の規模で説明および図示している他の諸請求項および諸図面から、明らかとなるであろう。上記書類には現在の仕様が含まれており、また、本発明の方法およびその発明の装置、または、それらに用いられる部品の特別な形態が例示的に示されている。
【００２６】
図面が異なっていても、同じ参照番号のものは同一あるいは類似の要素を示している。
【００２７】
発明の説明
本発明が関係する燃料棒１（図１）は、上述したように又はよく知られているように、一方の端部が第１端栓［3］で密封され、他方の端部が第２端栓［4］で密封された被覆管［2］から構成されている。これらの端栓［3］および［4］の間の被覆管［2］の内部には、ペレット［6］、押さえバネ［7］、および、一個あるいは複数個の内挿物［5］などの構造用部材が装填されている。
【００２８】
本発明の目的である、ペレット［6］から非汚染ＭＯＸ燃料棒［1］を製造するための装置と方法とは、完全に相互に説明することができるために、本明細書では一緒に説明を行う。
【００２９】
本発明の方法は、以下に説明するように、エンクロージャー［10］、例えばグローブボックス型（図２）の中で以下の作業（または工程）を実施することから成っている：
−  挿入装置（例えば、図3にて[14]で詳細が示されており、図２および図４では模式的に示されている）を用いることによって、列［12］を成すペレット[6]（図４）を被覆管［2］に挿入すること。この挿入は、上述のペレット列［12］および被覆管［2］の軸に対し横方向に連続的に移動できるV-型または溝の付いた板［38］の部分から行われる；
−  各種構造用部品［5］、特に押さえバネ［7］を装着すること；
−  留め具の有無にかかわらず、第２端栓［4］を被覆管［2］に取り付けること；
−  端栓［4］の被覆管［2］への取り付け関しては、特に、留め具を用いない場合、第2端栓［4］を溶接することが考えられる；
−  ペレット［6］により生じた塵埃またはエアロゾルに接触する機会がある被覆管［2］の部分に対して洗浄および汚染検査を実施すること。
【００３０】
本発明に従い、次の方法と予備手段が講じられている（図２〜図４を参照）：
−  エンクロージャー［10］は区画に分割されている（例えば、図２には具体例としてＩ、ＩＩ、ＩＩＩ、およびＩＶの4個の区画を示す）。隣接はするが互いに密封により隔離されているので、アルファ放射能線源による汚染度、封入される気体の種類および圧力は各々の区画で制御される；
−  作業（装填、洗浄、端栓の取り付け、汚染度検査）は被覆管［2］に就き、区画ＩからＩＶまでの軸方向に沿う連続的動きにより順次実施されるが、上記被覆管の入口および出口は唯一かつ同一の区画Iで行われる；
−  被覆管［2］の通過を可能にするバルブ［26］（例えば、ギロチン型またはボールバルブ型のもの）および被覆管［2］の周りのエラストマー・シール（O-リング、リップ・シール、または特殊なシール）をもつシール部材［28］から成るロック・チャンバー［24］によって、その都度、区画ＩからＩＶにかけて密閉される（図２）；このロック・チャンバー［24］は、区画間の密封性を損なうことなく、また必要に応じて燃料棒［1］の内部環境を変更して（例えば、以前は空気環境にあった被覆管［2］をヘリウム環境または真空環境で受け入れるために）燃料棒［1］がある区画から他の区画へと通じることを可能としている。この後者の場合、ロック・チャンバー［24］のハウジング、バルブ［26］およびシール部材［28］により仕分けられた容量の気体は、真空ポンプ（図には示されていない）を用いて、バルブ［32］または他の装置を通して排気された後、選択された気体に置き換えられる。シール部材［28］は色々な位置を占め得るが、それが被覆管に接触することなく完全に開いた通路を提供したり、または静的な場合には被覆管の周辺にわたる静的な密封を行い、またさもなければ、移動作業、工程作業に必要な、相対的な位置移動、あるいは回転移動の際の、被覆管のまわりの動的な密封を提供するなど、さまざまな機能を果たすことができる。
−  ペレット［6］の装填、押さえバネ［7］および第二端栓[4]以外の構造用部材［5］の装填は、入口区画Ｉから最も離れた区画ＩＶ内で行う：
−  汚染に曝された被覆管［2］部分の洗浄（特に、開口端領域［34］）は、ペレット［6］および上述したその他の構造用部材［5］の装填後、更に好ましくは装填区画ＩＶに隣接した区画ＩＩＩで、押さえバネ［2］および第２端栓［4］の装着以前に実施する；汚染が疑われる表面の洗浄は、例えば、布切れ、または不繊布材料による拭き取り、乾いたままで、あるいは少量の液体（水、溶媒、または化学除染剤）を沁み込ませて行う；
−  被覆管［2］での押さえバネ［7］の装着、および第2端栓［4］の取り付け、更に場合によってはこの第２端栓［4］の溶接は、区画ＩＩ（洗浄区画ＩＩＩと入口区画Ｉの間に位置している）内で実施される；
−  非汚染の検査および、エンクロージャー［10］の区画ＩＩからＩＶへと導かれる被覆管［2］の部分において必要となる洗浄作業は、区画ＩＩから分離した区画内で行われる。洗浄はその箇所で乾式または僅かに湿気をもたせたぬぐい法で実施され、例えば、乾燥状態のまま、あるいは少量の液体（水、溶媒または除染剤）を染み込ませた布切れまたは不織布材料を用いて実施される。非汚染検査は、浮遊性汚染の検査が要請されるか否かに応じて、それぞれ接触法または非接触法で実施される。後者の場合が一般的であるが、検査は拭き取り検査を実施し、当業者に既知の専用装置を用いて測定する。トータルの汚染度は、例えばZnS環状検出器を直接利用して検出できる。他の乾式洗浄技術、例えば表面にレーザー光照射を用いる技術を用いることもできることに留意されたい；
−  被覆管［2］の挿入および燃料棒［1］の汚染度検査は、同一の区画Ｉ内で有利に遂行できる。同様のことが、例えば燃料棒［1］が取り出されて、他のエンクロージャー内の別の機器に移される場合にも言える（特に、軽水炉用の被覆管［2］において留め具を用いて端栓［4］が取り付けられている場合には、別のエンクロージャー内で溶接が行われる）；
−  汚染度の強さは、区画ＩＶから区画Ｉのエンクロージャーの出口［10］まで段階的に設定される。；これらの汚染度、特に僅かに汚染している区画I、II、IIIの汚染度は、下流にある区画ＩおよびＩＩへと汚染を過度に移動させないために、（連続的または定期的に）検査される。これは、上述の出口への移動の間、被覆管［2］に第２端栓[4]が取り付けられているか否かの違いはあるが、被覆管［2］の汚染を制限することも目的としている；事故による汚染または累増的な汚染の蓄積（「ビルドアップ」）がある場合には、当該区画およびそこに設置されている装置の洗浄作業により、これらの区画の汚染度を許容範囲以内に低減することが重要である；エンクロージャー［10］の区画の汚染制御はまた適切な換気および濾過（例えば、困難を伴うことなく、１時間当たり２、３回の最小取替え率をめざす）によっても行われる；
−  上述の区画Ｉ〜ＩＶの環境としては、空気、窒素、アルゴン、ヘリウム（装填のための区画ＩＶにおいては真空さえも）など各種の気体を用いることができる；
−  これらの区画ＩよりＩＶの気圧は、あらゆるリークを制御するために、最も汚染の低い区画から最も汚染が進んでいる方向に段階的に減少させておく；これらの区画内に存在する気体に応じて、その圧力カスケードが各区画の独立した圧力制御システムによって制御される。エンクロージャー［10］が設置されている室内環境と対比して行われるか、または一つの区画から他の区画への換気流を制御して行われる；これら区画の内圧はすべて、燃料棒[1]製造のためのプラントを操業している室内大気に対して負圧にしておかなければならないことに留意すべきである。
【００３１】
ペレット［6］の装填、洗浄、および端栓［4］の取り付けがヘリウム環境の区画で実施される場合、上記で提案された製造方法は、特に汚染制御の観点から有利である−これは本発明のもうひとつの目的を構成している。
【００３２】
これを実行するために、ペレットなしの被覆管[2]がヘリウムに遭遇する最初の区画（通常は端栓を取り付ける第ＩＩ区画）に移動させて、エンクロージャー［10］に挿入する時、かかる移動が、上記の被覆管［2］中に含まれている室内の大気、あるいは取り扱い用エンクロージャー内で被覆管内に含まれている窒素をポンプで排気した後に、当該２つの区画を分離している分離ロック・チャンバー［24］の中でヘリウムに置き換えてから行われる。既に指摘した通り、この方法を選択することによって、燃料棒［1］への端栓を気体ヘリウム環境下で取り付ける（恐らくは溶接する）ことが可能となり、また、ペレット［6］が充填されていて、空気または窒素が存在する被覆管［2］から気体を排気し、ヘリウムを注入してヘリウムに置き換える工程が不要となる。気体ヘリウムのもつ小さな動的粘性（エンクロージャー内の通常の気体である空気や窒素の値に比べて小さい動的粘性）のために、ペレット列［12］の挿入時における被覆管［2］内のヘリウムの噴出が、燃料棒［1］の開口端［34］方向への目立った塵埃およびエアロゾルの移動を伴わずに、進行することに注目すべきである。
【００３３】
また、上記で提案した製造方法は、真空環境でペレットの装填を実施する場合にも有利である；この場合、被覆管は、最後の区画へ入る際の分離ロック・チャンバー［24］中で被覆管内に存在する気体を排気した後に、この区画の入り口ではペレットや気体が入っていない形で、また真空環境の下で提供されることになる。；洗浄および部品の取り付け（および溶接）のための種々の区画空間環境設定が可能である；これら２つの区画のヘリウム環境と装填区画の真空環境とを組み合わせると、高度に複雑な操業にもかかわらず、汚染制御の面からは特別な有利性を認めることができる。
【００３４】
ペレット［6］の装填の際には次の諸作業が重要である。
−  機械的な閉塞を避けるため、ペレット［6］を、被覆管［2］の開口端［34］において、位置的かつ方向的に被覆管と完璧に整合する位置にセットする；
−  開口端部分の大規模な汚染を避け、また更なる機械的閉塞および干渉が生じないようにする目的で、被覆管［2］の開口端［34］を挿入過程にあるペレット［6］から遮蔽する；
−  ペレット［6］の挿入時、その閉塞の可能性を増大し、また恐らくは、燃料棒の破損の原因ともなる塵埃および切りくず、ならびに、装填中の上記ペレット［6］によって運び込まれるか、または装填作業中に生じる塵埃および切りくずを捕獲、集積、押し戻す。
【００３５】
上記の目的のために、ペレット［6］の挿入のためのデバイス［14］（図3）の使用が考えられる。ほとんどの場合、ペレットは、固定V型（図4）、またはV型の溝を備え、横方向に可動する既知の板［38］に乗せられて列状［12］に挿入される。；本発明の付加的な目的のこの挿入装置は、例えば2つの部分から形成された空洞の固定金属部品［14］から成っている。また内部側面［42］は、特に図3によって図示されているように、その先端［44］部分では正方形入口を持っており、断面で見ると、先端部分（T+U）は連続的に断面積の減少する正方形断面［46］をもつ部分と、ペレット［6］の直径をもつ円形断面（Y）の円筒形出口［48］があり、後者は正方形断面[46]部分に連続して繋がっており、最終的には被覆管［2］（Z）の外径をもつ円筒穴［49］に繋がっている。
【００３６】
先端［44］の正方形の入口部（T）はペレット［6］の挿入に対して大きな空隙（1〜2mmに及ぶ）を与え、さまざまな原因による不整合を受容することができる（例えば、ペレット列［12］を装荷した溝付き板［38］のV字部分の垂直および水平方向の不整合）。先端部［46］の正方形断面積は、ペレット[6]のセンタリングを漸次行えるように連続的に寸法が減少している（T+U）；様々な幾何学的な減少規則が近代的数値制御機器を用いて再現することができる。例えば（図3）直線的減少則から切頭円錐形（U）へと導き、非線形（例えば二次曲線）的減少則（T）へと導く。このようにして、ペレット間の相対的方向性の変化が可能となる結果、短距離間で大きな不整合補正が可能となり、また塵埃および切りくずの発生面でも効果がある。２つの円形断面［48］および［49］について、2つの孔DYとDZはそれぞれペレットの径（一例として、DYnom＝Dpellmax  ＋0.02mm）、被覆管の径（一例として、DZnom＝Dclamax  ＋0.01mm）に合わせ、同心度が0.01ｍｍ以内の精度、および直径寸法の許容度を−0/+0.01mmに抑えて機械加工する。この挿入部分には、各種気体注入ノズル、または捕捉のための捕獲ノズル、ペレットに付着した、あるいはペレットにより運び込まれる塵埃および切りくずの収集または押し戻しを行うインジェクション開口部またはプラグ状開口部が設けられている（図3B）。縦向きまたは横向きの溝が、切りくずおよび塵埃の捕獲に寄与するように、当該デバイス［14］内に機械加工されることによって設けられる。本発明の他の可能な実施方法として、チャンネル［42］の上部は逆のＶ形状とは異なった形態をとることができることに留意されたい。
【００３７】
また、この挿入デバイス［14］は、ペレットの被覆管への直接導入に使用することができるが、被覆管の手前に備えられる任意の中間的装置でのペレットのセンタリングおよび整列にも利用可能であることに留意されたい。
【００３８】
列［12］を成すペレットを装填する際には、以下の目的のために加えられる軸方向の力を制限することが重要である、
−  軸方向の圧力が加わるペレット列［12］の横方向の力の発生を妨げる。そしてペレット[6]の端面の垂直性欠陥をもたらすことを避ける。；これらの力はペレット［6］が機械的移動を行う際に有害である（V-形または溝つき板［38］から挿入デバイス［14］に向かう時、挿入デバイス［14］から被覆管［6］に向かう時）；また、
−  また装填中に、ペレット［6］の端部表面に接触することにより、ペレットの角に過大な局所的な圧力がかかり、余計な切りくずおよび塵埃が発生することを避ける。
【００３９】
従って、下記3つの手法が別個に又は組み合わせて用いられる：
−  列［12］を成すペレットを押し込む際、被覆管［2］内部の圧力を制限するために、小さな動的粘性をもつ気体（ヘリウム）環境または真空環境でペレット［6］を装填する；例えばペレット列の挿入が進めば進むほど、ペレット列に従う圧力差によって、同じ装填速度であっても気体の圧力は上昇する事実に留意されたい；
−  被覆管［2］への装填過程（図4）でのペレット列［12］の押し込みは、少なくとも基本的なペレット列の長さに等しい幅とする。このようにして、ペレット列Ｎ（図4の図例ではNは「a」から「e」までとする）の最初のペレット［6］が、被覆管［2］への挿入の際に、既に装填されている第（N-1）番目のペレット列の最後のペレット［6］に接触するようになり、既に装填されている第（N-1）番目のペレット列を押し込みの開始は、第N番目の最後のペレットが被覆管[2]の中に挿入されてからになる。；被覆管［2］によって与えられる優れた機械的誘導効果に起因して、ペレット［6］に生じる横向きの力はこのようにして最小化され、ペレットに及ぼされる悪影響を制限することができる；
−  感度の高い駆動機構を備えたペレット押込み機構［50］を使用する。すなわち、一般的に必要最小限の力だけを加える制御機能を備えたものである。；これは、より多数の基本ペレット列［12］が挿入されるに従い、必要な押込み力が増大するという理由による。これらの力は、例えば直流電動機あるいはサーボモータ［52］の電力供給を制御することにより、押込み装置の挿入の深さおよび挿入されるペレット列の順番Ｎに応じて、電子的に制御される；最後に、工業的装填速度が速いことを考慮して、空洞棒とトルクリミッタ［54］（滑脱機能および低い慣性能を有する、例えば磁性粉トルクリミッタ）を備えた押込み装置の使用によって、慣性効果の回避を計る考慮が必要である。
【００４０】
ペレット列の小さい押込み速度は、最後のペレット列および装填済みペレット列に対して適用されるときに特に有効である。
【００４１】
実施態様
エンクロージャーの分離、および、その中で行われる作業の配置については様々な方法が考えられる。表１に数個の例を示す。
【００４２】
【表１】
2006512566.tif 000003
注記：アルファ放射線エンクロージャーは互いに密封された3個ないし5個の区画に分割されていて、ある場合には区画の環境は作業場大気環境とは異なるようにすることができる；この場合、当該区画には密封デバイスまたはチャンバーが備えられる（例えば、真空環境のもの、またはヘリウム環境での溶接用チャンバーなどがある）
【００４３】
以下の記載は、表１の欄１の本発明者によって実施された実施例に関する詳細である。
【００４４】
a.  作業手順
−  製造スクラップおよび乾式砕粉を含むペレット［6］を、横向きに動く溝付き板［38］の上で段階的に装填；
−  区画による環境と機能の配分：
ＩＶ：ヘリウム環境    −  ペレットの装填；
ＩＩＩ：ヘリウム環境    −  開口端の洗浄；
ＩＩ：ヘリウム環境    −  押さえバネと留め具のない端栓の装着；
−  第２端栓の溶接；
Ｉ：空気環境        −  必要に応じ、燃料棒先端の洗浄；
−  浮遊性汚染測定のための拭い取り検査；
−  他の装置における加圧目的での燃料棒の取り出し；
−  区画の分離：両方向真空バルブと二重エラストマー・シールから成るロック・チャンバー［24］による分離、または気体・真空仕切りを用いた分離。
【００４５】
各種の区画に存在するヘリウムは、エンクロージャーを負圧に保つために、一度取り出されたヘリウムのための洗浄ステーション（リサイクル）から、また上述の区画からのリークを補正するための新ヘリウムにより供給を受ける。一方、区画ＩＩの溶接用区画に対しては高純度ヘリウムが直接供給される。
【００４６】
騰水型原子炉用のＭＯＸ製造にあたっては、区画Ｉにヘリウムを供給する別の方法がある。
【００４７】
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【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】図１は、本発明の方法に従って製造される燃料棒の具体例を軸方向断面で示すものである。
【図２】図２は図１で示した燃料棒を最後のエンクロージャー区画まで移動させることを図式的に示す。図２Ａ〜図２Ｃは、本発明の具体例としてのエンクロージャー内の配置見取り図、および区画内で、被覆管を動かすための装置の種々の配置を模式的に示している。なお、上述の装置の横向きの移動、または被覆管を軸方向に沿って移動させるための上述装置の内部配置が示されている。図２Ｂは、図１の構造を持つ燃料棒のエンクロージャー第一区画への挿入に関するもので、個別的、あるいはグループにまとめた形でさまざまな具体例を模式的に示している；封印チャンバーを利用して第一区画への挿入を図る。このことにより、区画内の環境を室内大気と異なったものにすることができる；最初の区画の長さは燃料棒の長さより大きい；被覆管・燃料棒の横向きの移動（「複数燃料棒」生産装置の場合）。
【図３】図３Ａは、本発明の実施を意図して、ペレットの被覆管への挿入の様子を透視図的に示し、図３Ｂは縦溝および横溝ならびに気体ノズルＧの具体例を示している。
【図４】図４Ａ〜図４Ｆは、本発明の実施例として、連続して列を成すペレットを被覆管に装填していく幾つかの段階を平面図で示す。図４Ａは、制御された力を押込み器具に伝える駆動機構を示す。また、図４Ａ〜図４Ｆは、一例として、２つの連続するペレット列「a」および「b」を、長い押込み器具［53］を用いて、被覆管[2]に奥深く挿入していく様子を示している。
【図１】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年12月21日(2005.12.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉エンクロージャー［10］内の減圧下において、ペレット［6］から非汚染ＭＯＸ燃料棒［1］を製造する方法であって、一本の燃料棒［1］に対して、
−  ２つの端部の一方の端部に第一端栓［3］が予め設けられた被覆管［2］に、連続して列［12］を成すペレット［6］を装填する操作；
−  種々の構造用部品、特に押さえバネ［7］を装着する操作；
−  被覆管［2］の他方の端部に第二端栓［4］を取り付ける操作；
−  特に前記被覆管［2］に留め具を用いた取付けを行わない場合、前記第二端栓［4］の周縁を溶接する操作；ならびに
−  汚染に曝された前記被覆管［2］または個々の燃料棒［1］の部分につき、少なくとも一回の洗浄および少なくとも一度の汚染検査を実施する操作；
を含んで成る方法であって、
−  密閉エンクロージャー［10］を連続した複数の区画へと分ける；
−  隣接する各区画を接続して、被覆管［2］のための密封した通路を設け、前記通路の少なくとも幾つかを、被覆管［2］が長手方向の軸に沿って移動できるように整列させる；
−  装填の行われる被覆管［2］を、開口端［34］が先頭になるように、密封された通路または入口開口部を介して第一区画へと導入する；
−  連続した区画の間において、被覆管［2］の開口端［34］が最後の区画に到達するまで、被覆管［2］を軸方向に移動させる；
−  被覆管［2］の開口端［34］を介して、最後の区画にてペレット［6］を被覆管［2］に装填し、また、妥当な場合は、押さえバネ［7］以外の種々の構造用部品［5］を被覆管［2］に装着する；
−  被覆管［2］の開口端［34］が先行する区画に運ばれるように、装填完了時、被覆管［2］を軸方向に部分的に戻す；
−  前記先行する区画にて、装填されるペレット［6］に起因して又は最後の区画の環境に起因して汚染に曝された被覆管［2］の少なくとも一部に対して、洗浄および汚染検査を行う；
−  前記洗浄の後、被覆管［2］を軸方向に動かして、開口端領域［34］を別の区画に配置する；
−  前記別の区画にて、押さえバネ［7］を装着して、第二端栓［4］の開口端［34］を取り付ける；
−  前記取付け後、同一の区画内または更に別の区画内において、場合によっては付加的な動きを伴って、他の可能な操作を実施する；
−  第一区画または第二区画において、最後の区画の汚染に曝された燃料棒［1］部分の汚染検査を行い、必要に応じて可能な洗浄を行う；
−  第一区画から燃料棒［1］を取り出す、または、別の密閉エンクロージャーと相互に接続されている第一区画を介して燃料棒［1］を横断方向に移送して別の密閉エンクロージャーへと移す；
−  第一区画で非汚染状態または極僅かな汚染状態となり、最後の区画で最も高い汚染状態となるように、各区画間の汚染度を段階的にする；
−  区画に供給されるガスが、空気、窒素、ヘリウム、アルゴンおよび真空ガスから成る群から選択される；ならびに
−  リークを制御して、減圧状態が第一区画で最も小さく、最後の区画で最も大きくなるように、区画内の減圧状態を段階的にする
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
ペレット［6］を装填するため、また、ペレット列［12］を、支持デバイス［38］から被覆管［２］の開口端［34］に供給し、センタリングさせ、および整列させるため、
−  チャンネル［42］によって、支持デバイス［38］と被覆管［2］の開口端［34］との間のセンタリングのずれを修正し、ペレット[6]の軸を被覆管［2］の軸と整列させ、また、チャンネル［42］の底部が、連続的な傾斜側面にV字形の輪郭を有し、ペレット[6]と同じ直径をもつ円筒形状出口に通じており；
−  チャンネルの円筒形状部の中心に合うようにチャンバー内にて被覆管［2］のセンタリングを行い；
−  装填されるペレット［6］から、被覆管［2］の開口端［34］を遮蔽する；ならびに
−  装填されたペレットにより運ばれた及び／若しくはそれに付着していた塵埃および切りくず、ならびに／または、ペレット［6］とチャンネルの壁および／または溝との隙間に起因して、供給、センタリングおよび整列の操作によって生じた塵埃および切りくず、ならびに、重力に起因した堆積、場合によっては付加的な吹き付け及び／または吸引によって生じた塵埃および切りくずを捕獲ならびに／または収集ならびに／または押し戻す；
ことを実施することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
被覆管［2］内の最後のペレット［6］の挿入深さが当該被覆管［2］に装填される次のペレット列の長さと少なくとも等しくなるまで、ペレット列を被覆管［2］に装填することを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
押込みデバイスによる挿入の深さおよび被覆管[2]に装填されるペレット列の順番（Ｎ）に応じて、装填の際の最大限の押込み力を制限することによって、連続して列を成すペレット[6]を被覆管［2］に装填する、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
汚染に曝された被覆管［2］または個々の燃料棒［1］の部分の洗浄を、拭き取ることによって乾式または僅かな湿度を伴った方法で行う、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
エンクロージャーが４つの区画（Ｉ〜ＩＶ）に分割されており、
−  最後の第四区画（ＩＶ）では、ペレット［6］および構造用部品が装填され；
−  第三区画（ＩＩＩ）では、装填中に汚染に曝された部分が洗浄され；
−  第二区画（ＩＩ）では、押さえバネ［7］の装着、第二端栓［4］の取付けが行われ、留め具のない端栓の場合では、第二端栓［4］の周囲が溶接され；また
−  第一区画（Ｉ）では、汚染検査が行われ、また、先行する区画で汚染に曝された部分に必要な洗浄が行われ、更に、被覆管が入れられ、また、燃料棒が取り出される
ことを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
−  ペレット［6］の装填、汚染に曝された被覆管［2］の端部の洗浄、および第二端栓[4]の取付けを、気体ヘリウム環境下の区画内で行い、また、出口にて必要に応じて汚染度の測定を行い；
− ペレットが装填されていない被覆管［2］を密閉エンクロージャー［10］に導入するに際して、第一区画と先行する区画との間にて、被覆管［2］中に含まれる気体を抜き取り、ヘリウムに置き換えた後に、被覆管［2］の開口端［34］をヘリウム環境下の第一区画に搬入する
ことを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
−  ヘリウム下の最後の区画又はその中に配置された真空下のエンクロージャーでペレット［6］の装填を行い；また
−  ペレット［6］が装填されていない被覆管［2］を密閉エンクロージャー［10］に導入するに際し、最後の区画と先行する区画との間にて、被覆管［2］中に含まれる気体を排気した後に、被覆管［2］の開口端［34］を前記最後の区画に移動させる
ことを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
ペレット［6］から非汚染ＭＯＸ燃料棒［1］を製造するための装置であって、
−  一方の端部が開いており、他方の端部が第一端栓［3］で閉じられた被覆管［2］にペレット列［12］を装填する操作；
−  前記ペレット［6］に起因した汚染または塵埃と接触した前記被覆管［2］の部分を洗浄し、必要とされる汚染度の検査を行う操作；
−  種々の構造用部品、特に押さえバネ［7］を装着する操作；
−  第二端栓［4］を取り付ける操作；ならびに
−  汚染度の検査および汚染と接触した前記被覆管［2］の部分に対して必要な洗浄を行う操作
が実施される密閉エンクロージャーを有して成り、
−  密閉エンクロージャー［10］が複数の別個の区画に分割されており；
−  区画は、装填される被覆管［2］が区画間にて開口端[34]を先頭として動く方向にて好ましくは相互に連続しており；
−  エンクロージャーの区画は、封止された仕切りによって相互に隔絶されており、該仕切りが、ある区画から別の区画へと被覆管［2］が通過するように、両方向バルブ［26］および被覆管［2］の周辺部を封止するデバイス［28］から成る密封通路［24］を有しており、少なくとも所定の前記通路［24］が、前記被覆管［2］の移動方向に整列し、第一区画には入口に開口部が設けられており；
−  導入された被覆管［2］の端部または選択された区画で第二端栓が取り付けられた燃料棒［1］の端部が長手方向の軸に沿って動かされるように、軸方向に沿った移動を行う少なくとも１つの駆動機構が備えられ；
−  ペレット列［12］を装填するためのデバイス、ならびに、押さえバネ［7］および第二端栓［4］以外の種々の構造用部品［5］を装着するための手段が最後の区画に設けられ；
−  ペレット［6］の装填の際に汚染に曝された被覆管［2］の部分の洗浄および必要な汚染度検査の手段のために少なくとも１つのデバイスが先行する区画に設けられ；
−  留め具の有無にかかわらず、押さえバネ［7］を装着する手段および被覆管［2］の開口端［34］に第二端栓［4］を取り付ける手段が別の先行する区画に設けられ；
−  場合により必要となる付加的な溶接および／または加圧作業を行うための手段が同一の区画または更に別の区画に設けられ；
−  汚染検査の手段、および先行する作業の際に汚染に曝された燃料棒［1］の部分に対して必要となる洗浄を行う手段が第一区画または第二区画に設けられ；
−  エンクロージャー[10]内を作業室の大気圧に比べて減圧状態に保つために、エンクロージャー［10］、その区画、およびその内部に設けられたエンクロージャーを換気するための手段および気体供給手段が設けられ、それら手段によって、
−  各区画のための気体が、空気、窒素、ヘリウム、アルゴンおよび真空ガスから成る群から選択され；また
−  減圧状態が第一区画で最も小さく、最後の区画で最も大きくなるように、区画内の減圧状態が段階的になっており、それによって、リークの方向が調整され、汚染度が段階的になっている、
ことを特徴とする、請求項１〜８のいずれかの方法を実施するための装置。
【請求項１０】
ペレット［6］を供給、センタリングおよび整列させて、ペレット［6］を被覆管［2］に装填するデバイス［14］を有して成り、
−  当該デバイスが、それを貫くチャンネル［42］をもつ固定された金属部品［14］から成り、その入口［44］の大きさは、被覆管［2］の軸に対するペレット［6］のセンタリングのずれに対応する大きさに選択されており、また、その底部が連続的な傾斜側面にV字形の輪郭を有し、ペレット［6］の直径を有した円筒形状出口［48］に通じており、更に、当該デバイスには、被覆管［2］の直径を有し、チャンネルの円筒形状出口［48］と中心が合わされた円筒形状チャンバー［49］が設けられており；
−  チャンネルの円筒形状出口［48］の直径が被覆管［2］の内径よりも小さく、被覆管［2］の端部がペレット［6］から遮蔽されることになるように、当該デバイスがペレット[6]および被覆管[2]の寸法に適合する寸法および許容差を有しており、
−  当該デバイスは、塵埃および切りくずが吸引および／または供給される方向とは逆方向に気体を吹き付けるための長手方向および／または横断方向の隙間およびノズルを場合によっては有していることを特徴とする、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
ペレット［6］および構造用部品の装填を目的とする感度の高い駆動系をもつ押込み機構［50］を有して成り、
−  当該押込み機構［50］は、小さな慣性をもち、モーター［52］で駆動される押圧力制御デバイス［54］を備えた一組のローラー［56］によって軸方向に移動させるものであり、その押圧力が、押込みデバイス［53］による挿入の深さと、同じ被覆管［2］に対して装填されるペレット列の順番（N）とに応じて制御され；また、
−  当該押込み機構［50］は、軽い適切な長さの中空のロッド［53］を有しており、その結果、被覆管［2］に最後に装填されたペレット列の挿入の深さが当該被覆管［2］に装填される次のペレット列の長さに少なくとも等しくなる
ことを特徴とする、請求項９または１０に記載の装置。
【請求項１２】
汚染に曝された被覆管［2］または個々の燃料棒［1］を乾式又は僅かに湿度を伴った状態で洗浄を行う少なくとも１つの手段を有することを特徴とする、請求項９〜１１のいずれかに記載の装置。
【請求項１３】
繊維状材料または非繊維状材料から成る細片を有する系から構成される洗浄手段であって、乾燥している場合または僅かに湿気をもたせた後、汚染に曝された被覆管［2］または個々の燃料棒［1］の部分に対して拭き取り操作を行う洗浄手段を少なくとも１つ有して成ることを特徴とする、請求項９〜１２のいずれかに記載の装置。
【請求項１４】
エンクロージャー［10］が４つの区画から構成されており、
−  最後の第四区画（ＩＶ）は、ペレット列［12］の装填のためのデバイス、ならびに、押さえバネ［7］および第二端栓［4］以外の種々の構造用部品の装着のための手段を有して成り；
−  第三区画（ＩＩＩ）は、装填中に汚染に曝された被覆管［2］の部分を洗浄する手段を有して成り；
−  第二区画（ＩＩ）は、留め具の有無に拘らず、押さえバネ［7］および第二端栓［4］を取り付けるための手段を有して成り；また
−  入口／出口となる第一区画（Ｉ）は、汚染検査の手段および必要な洗浄デバイスを有して成る
ことを特徴とする、請求項９〜１３のいずれかに記載の装置。
【請求項１５】
区画間の密封された通路［24］は、
−  被覆管［２］または個々の燃料棒［1］に接触することなく、通路を完全に閉鎖することが可能なバルブ［26］または通路を完全に開放することが可能なバルブ［26］；
−  被覆管［2］に接触することなく通路を完全に開放する又は被覆管［2］の周りに密封を施すように構成された封印ジョイント部材［28］であって、被覆管［2］をその場所で静止させる、あるいは相対的に回転運動させる又は横移動させる封印ジョイント部材［28］；ならびに
−  それぞれが閉じているバルブ[26]と封止ジョイント部材［28］との間の空間に閉じ込められている気体を排気し、その空間を他の気体で充填することを可能にするデバイス
を少なくとも有して成ることを特徴とする、請求項９〜１４のいずれかに記載の装置。
【請求項１６】
前記区画およびそこに設けられたチャンバーに、空気、窒素、アルゴンおよびヘリウムから成る群から選択された種々の気体を供給し、あるいは真空にするガス供給デバイスが少なくとも１つ設けられていることを特徴とする、請求項９〜１５のいずれかに記載の装置。
【請求項１７】
ペレット［6］を装填した後、洗浄を行い、そして、第二端栓［4］の取付けを行うための区画が供されるように、リサイクル・モードのクローズド・サーキットもしくはオープン・サーキットを有する、または、それらサーキットの組み合せを有する、ヘリウム分配システムを有して成ることを特徴とする、請求項９〜１６のいずれかに記載の装置。
【請求項１８】
ペレット［6］が装填される最後の区画は、真空下で被覆管［2］にペレット［6］を装填する手段を有して成ることを特徴とする、請求項９〜１６のいずれかに記載の装置。
【請求項１９】
取付け手段を有して成る区画は、前記端栓が留め具の無い状態で被覆管［2］に取り付けられる場合、第二端栓［4］の周縁を溶接して第二端栓［4］を被覆管［2］に取り付けるデバイスを有して成ることを特徴とする、請求項９〜１８のいずれかに記載の装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明の範囲
本発明は、大気圧に対し負圧に保たれた（または減圧された）密閉エンクロージャー内において、非汚染ＭＯＸ燃料棒を製造するための方法と装置に関するものであり、ペレットから一本の燃料棒を作るために次のような一連の工程から構成されている：
−  両端部の一方に予め第一端栓が装着された被覆管内に、連続して列を成すペレットを挿入する工程；
−  種々の構造用部品の装着、特に押さえバネを装填する工程；
−  被覆管のもう1つの端部に第二端栓を取り付ける工程；
−  前述の第二端栓の周縁（または周囲）を溶接する工程；および
−  汚染の可能性のある前述の被覆管の部分、あるいは個々の燃料棒の部分につき、少なくとも１回の洗浄および少なくとも１回の汚染検査を行う工程。
【０００２】
民需用核燃料の再処理により生じたプルトニウム、または核兵器の解体計画から生じたプルトニウムを、商業原子炉用の新ウラン・プルトニウム混合酸化物（ＭＯＸ）燃料を製造することによってリサイクルすることは、実際に工業化されており、また、世界的にも一般化している。
【０００３】
工業化には、特に、
−製造工程の自動化；
−作業員の電離放射線被曝の抑制；ならびに
−液体および固体廃棄物の削減
が必要とされる。
【０００４】
このようなリサイクル技術は、世界的な拡がりを見せており、政治的、経済的または人口的な点で大国の国（米国、日本、ロシア、インド、中国その他）によって保有されている。この分野の工業的な開発は、西ヨーロッパが幾分先行している。
【０００５】
電力市場の自由化に基づく電力会社の競争力強化に起因して、核燃料設計者は原子炉炉心の燃料交換頻度を抑えるとともに、酸化ウラン燃料およびＭＯＸ燃料を継続的に取出して燃料の燃焼度増大（例えば50GWd/t）を計っている。そのため、より高い核分裂性プルトニウム成分を有するＭＯＸ燃料の製造を目指すことになり、民需用プルトニウムの中でも同位元素成分が大幅に低いものを用いて、常にアルファ線放射率が増大して行くＭＯＸ燃料製造を目指すこととなる。
【０００６】
ＭＯＸ燃料製造プラントの安全管理（作業員による摂取・吸入の危険を防止する安全管理）、搬送の安全性、および原子炉の安全性（一次系統の放射能非汚染）のため、集合体として装填されるＭＯＸ燃料棒は、それらの被覆管の外部表面（それぞれの被覆管は、両端の端栓が溶接されておりＭＯＸペレットを密封している）に汚染の無いことが重要であり、あるいは、汚染があったとしても汚染度がごく僅かに限られていることが重要である。
【０００７】
本発明は、ＭＯＸ燃料棒を製造するための操作、特に高度に放射能を帯びたペレットを被覆管に装填し、第二端栓を取り付け、そして、その溶接を行う操作に関するものである。また、本発明は、湿式法による化学的除染あるいは電極法による除染を行うことなしに、工業的に非汚染ＭＯＸ燃料棒を生産するための方法と装置に関するものである。なお、湿式法は汚染度の高い操作であり、臨界事故の危険性を増大させるものである。
【０００８】
なお、燃料棒は一般的には金属製の筒状の被覆管（多くの場合ジルコニウム合金またはステンレス鋼から成る）、燃料ペレット（多くの場合、酸化ウランまたはウランとプルトニウムとの混合酸化物から成る）、押さえバネ、および、気体を密封し、核物質を閉じ込める2本の溶接された端栓から成っている。これら燃料棒には熱伝導性の不活性ガス（多くの場合ヘリウムガス）が加圧状態あるいは常圧状態で充填されている。ペレットと被覆管との間の隙間は非常に狭くなっている（例えば軽水炉の場合では150〜200ミクロン）。前記押さえバネ以外の構造部品は燃料棒の上端部または下端部に装填されている（例えば、挿入管、分離用ペレット、「ゲッター」、ブランケット・ペレット、その他がある）。
【０００９】
燃料棒を製造する際、ペレットを被覆管に装填する方法は次のようになっていることが重要である。
−  後の洗浄・除染操作を少なくする、あるいは避けるために、汚染に曝される被覆管部分を制限する、あるいは汚染の程度を抑えること；特に、被覆管の外部表面への付着汚染を避ける、とりわけ第二端栓の溶接継ぎ目を形成する開口端での付着汚染を避ける。これらの付着汚染がもとで外部汚染基準が満たせず、燃料棒の棄却率が増大する原因となるからである。；
−  ペレット装填の際、機械的な閉塞を引き起こす原因となるペレットの小砕片（チップ）が生じないように、セラミック製ペレットには必要以上に圧力がかからないこと。また、これらのペレットの小砕片が被覆管内部に入り込み、連続するペレット間に過大な隙間が生じて、欠陥燃料棒が発生しないこと。
【００１０】
従来技術
燃料棒、特にＭＯＸ燃料棒の製造は、上述の多くの工程により構成されている。既に開示されている事項、あるいは、発明者に知られている既存技術について、本明細書で想起しておくことは有用である。これらの工程は、一般に、アルファ放射線（およびベータ放射線とガンマ放射線）の発生源から環境および作業員を保護するために、密閉エンクロージャーの中で行われる：
−  第一密閉端栓が装着された被覆管をセットする；
−  被覆管内部へのペレットの装填； 
−  ペレット押さえバネの装着；
−  被覆管内部の空気を不活性ガスに置き換える；
−  ペレット装填時、放射能汚染に曝された被覆管部分の洗浄／除染；
−  第二端栓の取り付け；
−  第二端栓の周縁の溶接；
−  上記端栓溶接と同時、あるいは非同時に行う被覆管の加圧；
−  非同時の加圧の場合には通気孔の溶接；
−  放射能汚染に曝された被覆管部分の汚染度測定。
【００１１】
製造業者が採用する技術は種々の目的を達成しようとするものであり、しばしば矛盾をきたすことがある。限定するわけではないが、それら目的のいくつかの例を挙げると下記のようになる：
−  操作の安全性：特に、中性子減速溶液の使用による臨界事故リスクの低減と、揮発性洗浄液の使用を避けて火災・爆発リスクを低減させること；放射性物質、特にアルファ線源を例えばグローブ・ボックスのような密閉エンクロージャーの中に閉じ込めること。
−  製造される燃料棒の質：特に溶接の質（酸化作用が生じないこと、混入物がないこと等）、ペレット間の空隙の原因となる小砕片が存在しないこと、外部に固着性または浮遊性の汚染が無いこと；
−  製造工程の工業化：操作の自動化；生産性；作業員の電離放射線への被曝制限（外的または内的被曝）；洗浄／除染操作の際に発生する固体および液体の廃棄物量の低減。
【００１２】
これらの目的達成を図ろうとすれば、上記に示された工程を実行するための所定の順序が選ばれることになろう。あるいは、安全性、効率、廃棄物の低減、製品の品質向上を目的として、これらの全ての工程が容易に実行されるように、各工程について特定の技術オプションが必要になる。ＭＯＸ燃料棒製造工程に影響を持ついくつかの技術を下記に示す：
−  ペレットの装填前に、湿式研磨または乾式研磨を実施する、機械的手段あるいはレーザーを利用してペレットから塵埃を除去する、ペレット中で再利用する廃棄ペレットの割合を低減する、あるいはペレットを注意深く、丁寧に取り扱うことなどによって、ペレットへの塵埃の蓄積を制御する；
−  空気中または気体窒素環境でペレットを被覆管に装填する−かかる空気または窒素は、不活性ガスを複数回充填することにより希釈する必要がある、または次の不活性ガス注入のために被覆管内部を真空化する必要がある。この際、（既に第二端栓の取り付けの如何に拘らず）燃料棒の開口端が汚染されることになる；
−  留め具を利用し（または利用しないで）、第二端栓を所定の位置にあてがい、最も一般的な処理法であるTIG溶接（タングステン不活性ガス）により端栓の周縁を溶接する−この処理工程では他の操作ラインあるいは他の機械で加圧工程を行うことができる；また代替法として、単一の工程で第二端栓の溶接および加圧を行うこともある（抵抗溶接またはレーザー溶接）。
【００１３】
以下にて、本発明の分野に関連して現存する種々の発明を例示的に要約して示す。
−  特別な密閉デバイス（グローブボックス型）を使わずに、ペレットを被覆管に挿入するためのセンタリング装置の使用：例えば、
−  円筒形または切頭円錐形をした固定型センタリング装置（米国特許第4980119号、米国特許第4748798号、米国特許第5251244号を参照）；
−  円形断面をもつ三重センタリング装置（１個の固定型＋2個の中間型）（米国特許第3940908号を参照）；および
−  V-形状の固定型センタリング装置（米国特許第3907123号を参照）；
−  多角形または正方形断面をもつ固定型センタリング装置（米国特許第4942014号を参照）
−  密閉エンクロージャー（グローブボックス型）に取り付けられた、被覆管にペレットを挿入するためのセンタリング装置の使用：例えば、
−  エンクロージャーの中央に取り付けられた、切頭円錐形の固定型センタリング装置（米国特許第3925965号を参照）；および
−  密閉エンクロージャーの使用、不使用二つの部分の境界に取り付けられたセンタリング装置（使用部分はペレットの挿入用に指定されている）（国際公開第98/26428号を参照）。
【００１４】
最後の文献に関しては、エンクロージャーの分割が2つの区画の分割に限定されていることに留意されたい。
【００１５】
発明者が知っている上記の全ての装置は、セラミック製のペレットから非汚染ＭＯＸ燃料棒を工業的に生産する要件を満たしてはいない。それらは、塵埃の集積の問題の他にも、種々の形状およびサイズを有した小砕片が生じるため、ペレット充填操作中に、機械的閉塞・目詰まりを引き起こしてしまう；
−  これらの装置では、汚染に曝された被覆管部分をシビアな最小値以下には制御できないか、あるいは密閉エンクロージャー内での汚染度（燃料棒がエンクロージャーから取り出されるとき、装填区域において相当に汚染されているものから、非常にわずかしか汚染されていないもの、あるいは全く汚染されていないもの）の管理ができないかのどちらかである。このように管理できないため、不必要な過大な汚染を生じることになり、多くの場合、湿式工程による追加操作で汚染を排除しなければならない。この湿式工程では様々な廃棄物が発生し、臨界事故の危険性が増大する。
−  または、これらの装置は、列を成すペレット（またはペレット列）によって運び込まれた塵埃および小砕片に対し、および／または、被覆管への装填操作の際に特に発生する塵埃および小砕片に対して機能的に敏感な面がある。この敏感さは機械的な閉塞を生じるので、機械停止、エンクロージャー内での作業員による介入操作、さらに作業員、作業場、ときには、密閉エンクロージャー自体に対する汚染のリスクを生じることになる。なお、密閉エンクロージャーは全く汚染がないか、極く微小の汚染に保たれる必要があるものである。；
−  または、これらの汚染管理およびペレット装填を行う装置は、ペレット中のプルトニウム含有量が高いので、プルトニウムのアルファ放射能が高い場合には、たとえ付加的な湿式除染操作のコストをかけても、非汚染仕様に見合ったプルトニウム・ベースの燃料棒を製造することができない。
【００１６】
本発明の提示
本発明の目的は、上述の諸難点、および当業者に周知のその他の問題点を改善することにあり、そのために特に、製品の質のみならず製造操作の実施に対して影響を及ぼす様々な方法に基づいている。特に、これらの操作および方法の斬新かつ創意に富む組み合わせに従っている。つまり、以下の組み合わせに従っている：
−  ペレットの装填のための種々の操作、汚染に曝された被覆管端部の洗浄・除染、押さえバネの設置と第二端栓の取り付け（第二端栓に留め具が付いているか否かによって、第二端栓に対して即座の溶接が行われるものもあり、行われないものもある）、洗浄、およびエンクロージャー（または閉じ込め装置）から燃料棒を取り出す前の非汚染の確認のための計測は、主に一本のそして同一の操作ラインで実施され、気体環境の違い、対応操作の汚染レベルの違いに応じて、異なる区画（またはコンポーネント）が互いに隔離されている。；この2つの区画は少なくとも有利に設計されているもので、多数の燃料棒が連続的に移動するにもかかわらず、操作中それらの汚染度が長期間にわたって低レベルに保たれることになる（例えば、当業者に周知の除染の性能を備える）；
−  汚染に曝される部材（または部品）を減らし、出口での汚染検査の必要性を減らし、洗浄／除染操作の必要性を減らすために、望ましくは、密閉エンクロージャー中に搬入される被覆管の部材は厳密に必要最小限にされる；
−  望ましくは、ペレットの装填に当たっては、予めヘリウムまたは真空環境で密閉エンクロージャー中に搬入されたペレットを用い、事前に内部空気をポンプで排気し、ヘリウムを封入した、あるいは真空環境に置かれた被覆管に装填していくものとする。気体ヘリウムの動的粘性係数が非常に低いことにより、ヘリウム環境の下では被覆管の中にペレットを工業的な速度（100〜150mm/secのオーダー）で装填していくことが可能となる。このため、被覆管内部に閉じ込められた気体を排気する工程を省略でき、燃料棒の開口端に向かって塵埃が移動することを避けることができる。
−  被覆管へのペレットの挿入（または装填）は、切頭円錐形の内部構造を持ち、以下の目的を持った、許容度の正確な装填デバイスを用いる：
−  ペレットは、被覆管の開口端において、機械的な閉塞事故を避けるために、位置的にも方位的にも完璧に制御される；
−  当該被覆管の大規模な汚染、汚染付着物、および余分な機械的閉塞の可能性を排除するために、ペレット挿入過程では被覆管の開口端はペレットから遮蔽（ｍａｓｋｉｎｇ）しておく；
−  ペレット挿入の際、ペレットの閉塞の原因となる塵埃および小砕片（チップ）を捕獲および／または集積および／または押し戻すこと；
−  列を成すペレットの被覆管への装填は、ペレットに及ぼす押込み力を制限する目的で、感度の優れた駆動系を用いており、被覆管の軸に沿ったV形状の部品上に対して連続的に行われる。その力は、装填過程のペレット列の順番により制御される。すでに被覆管内へ装填されたペレット列の深さ（開口部からの深度）が次に装填されるペレット列の長さより大きくなるように保たれる。；被覆管内へ装填の際にペレットを押し込む力の大きさは、押込みデバイスによる挿入の深さと装填過程のペレット列の順番（N）の両方に従って制御されることに留意されたい。
−  汚染に曝された被覆管の部分を洗浄する操作は、汚染が発生した直後に行われる。汚染の伝播、臨界事故のリスクおよび汚染された液体廃棄物の生成を防止するため、乾式方法で行う。
【００１７】
少なくとも、上記の新規な工程および方法の部分的な組み合わせが、上述した難点を克服するために必要である。
【００１８】
これを受けて、本発明の方法は次のような工程の組み合わせから成る：
−  密閉エンクロージャーを連続する複数の区画に分割する；
−  隣接する区画を連結して、被覆管のための密封した通路を設ける。少なくとも当該通路のうち所定のものは、被覆管がその縦方向（または長手方向）の軸に沿って移動できるように整列して配置される；
−  開口端が先頭となるように、密閉された通路または入口開口部を介して第一区画に、（ペレットが）装填されるべき被覆管の搬入をおこなう；
−  隣接する区画間では、被覆管の開口端が最後の区画に到達するまで、被覆管を軸方向に移動させる；
−  開口端を通じて、最後の区画でペレットの被覆管への装填を行う。可能であれば、押さえバネ以外の各種構造用部品もその装着する；
−  装填終了時に、被覆管を軸方向に部分的に戻し、その開口端が先行区画（ｐｒｅｃｅｄｉｎｇ  ｃｏｍｐａｒｔｍｅｎｔ）に移るようにする；
−  この先行区画内では、少なくとも装填中あるいは最後の区画の環境により汚染に曝された被覆管の部分に対して洗浄と必要に応じた汚染検査を行う；
−  この洗浄工程の後、被覆管の開口端が他の区画に位置するように、被覆管を軸方向へ動かす；
−  上記の他の区画において、押さえバネの装填と開口端での第二端栓の取り付けを行う；
−  上記取り付けの後に、同じ区画内あるいは他の区画内で、その他の付加的な操作を行うことがある（例えば、周縁の溶接、通気孔の圧し付け・密閉等）。この場合、被覆管を更に移動させることがある；
−  最後の区画において汚染に曝された燃料棒の部分の汚染検査、および、必要に応じて洗浄操作を第一区画または第二区画において行う；
−  燃料棒の、第一区画からの取り出し、または、密閉エンクロージャー同士を相互に連結している第一区画を介して別の密閉エンクロージャーへと横断方向に移動させる；
−  最初の区画は非汚染または極微の汚染とし、最後の区画は最も汚染されているというように、区画間の汚染を段階的にする；
−  密閉エンクロージャー内の区画（およびその内部にある何れかの工程、または移送用装置）に供給する気体の選択；空気、窒素、ヘリウム、アルゴンより成る気体群、または真空から選択される；かつ
−  区画内の減圧状態は、あらゆる気体リークを制御するために、第一区画において最も小さく、最後の区画で最も大きくなるように圧力を段階的にする。
【００１９】
本発明の主題を形成する上述の方法は、個別に或いは組み合わせた形で、通常のＭＯＸ燃料製造プラント、およびウラン以外のアクチニドを部分的に含むその他の核燃料（例示をすれば：ウラン／プルトニウムの窒化物または炭化物をベースとした燃料、アクチニド消滅または核変換のための親物質を含まない燃料、トリウム／プルトニウムをベースにしたＭＯＸ、有毒、可燃あるいは不可燃性のＭＯＸ、その他）の製造プラントの両方において有効に用いることができる。
【００２０】
ペレットの装填およびそれに関連する工程に関して、本発明の具体例を挙げれば、
−  ペレットの支持部から被覆管の開口部に至るまでの、ペレット列の供給、センタリング（または芯だし）および整列；ならびに、
−  装填されるペレットにより、および／または、それに付着して持ち込まれる塵埃および小砕片（チップ）を除去する、あるいは、ペレットの供給、センタリング、整列操作の際に発生する塵埃および小砕片をペレット列から除去する、
そして、次の操作が実施される：
−  ペレット支持部と被覆管開口端のずれを修正し、ペレットの軸と被覆管の軸とを整列させる。これは、底部がV型の連続的な傾斜側面を持ち、ペレット直径を有する円筒形状出口に通じるチャンネルにより行われる；
−  チャンネルの円筒形状部分の中心に合うようにチャンバー内で被覆管のセンタリングを行う；
−  装填されるペレットから被覆管の開口端を遮蔽するための覆い；
−  重力による堆積、および状況に応じて採られる補足的な吹き出しまたは吸引手段による塵埃と切りくず（ｃｈｉｐ）の捕獲および／または収集および／または押し戻し。これらはペレット−チャンネル壁間の隙間を利用して行われる。
【００２１】
なお、本発明は、ペレットから非汚染ＭＯＸ燃料棒製造する本発明の方法を実施するための装置にも関連している。この装置は以下の操作が行なわれる密閉エンクロージャーから成っている：
−  一端で開き、他方で第一端栓により閉じられている被覆管の中へ、ペレット列を装填；
−  前記ペレットからの汚染または塵埃に接触した前記被覆管部分の洗浄および必要な検査；
−  種々の構造用部品、特に押さえバネの装着；
−  第二端栓の取り付け；
−  汚染に接触したことに起因した前記被覆管部分の汚染に対する洗浄および必要な検査。
【００２２】
本発明によれば、上述の装置では：
−  密閉エンクロージャーがいくつかの個々の区画に分割されている；
−  区画は、開口端が先頭となるように、装填されるべき被覆管の区画間の移動方向に従って相互に連結されている；
−  エンクロージャーの区画は、各々が密封された隔壁で分離されており、ある区画から別の区画へと被覆管を送るためには、両方向通過バルブおよび被覆管周囲を封止するデバイスから成る通路を有している。少なくとも上述のいくつかの通路は前記被覆管の移動の方向に整列し、第一区画の入口には開口部が備えられている；
−  搬入された被覆管の端あるいは所定の区画で第二端栓を装着された燃料棒の端を軸方向に動かすために、軸方向駆動機構が一つ備えられている；
−  ペレットを列状に装填するデバイス、および押さえバネおよび第二端栓以外の各種構造用部品を装着するデバイスが最後の区画内に設置されている；
−  ペレット装填の際に汚染に曝された被覆管部分の洗浄/除染を行う少なくとも１つのデバイスおよび汚染度検査を行うための手段が先行する区画内に設置されている；
−  押さえバネの装着および被覆管開口端に第二端栓を取り付ける手段（留め具の有無にかかわらず）が別の先行する区画内に設置される；
−  必要な場合の付加的な溶接および／または加圧操作実施のための手段が同一の区画あるいは更に別の区画内に設置される；
−  前工程で汚染に曝された燃料棒部分の汚染検査、および場合によっては洗浄・除染を行う手段が第一区画または第二区画に設置される。
−  室内気圧に比べ減圧状態に保つために、密閉エンクロージャー、その区画、またはその内部に設けられたエンクロージャーを換気するための手段および気体供給手段が設置され、以下の目的を果たせるようにする。
−  各区画および／またはそこに設置されているエンクロージャーへの気体の選択（空気、窒素、ヘリウム、アルゴンおよび真空から成る群から選択される）；および
−  区画の減圧状態の段階化−あらゆるリークの方向が調整され、汚染の程度が段階的になるようにする−第一区画の減圧状態が最も小さく、最後の区画の減圧状態が最も大きくなるようにする。
【００２３】
上述したように、種々の区画には、その中に内部チャンバーとも呼ぶべき、一個または複数のエンクロージャーが更に設置され、区画の環境とは異なる気体環境のもとで操作される。このようなエンクロージャーあるいはチャンバーは、一般的に工程操作（例として、真空中でのペレットの装填、非常に高純度のヘリウム環境での溶接など）、あるいはハンドリング操作（例として、制御された気体環境にある被覆管開口端のドラム内での横断方向の移動）に用いられる。
【００２４】
利点
本発明により供せられる利点としては、以下ものが挙げられる：
−  プルトニウム含有量が多く、非汚染であり、溶接時に汚染することのない、あるいは過大なペレット間空隙をもたない燃料棒の製造；
−  下記のような種々の実施法の可能性が存在する：
−  完全な手動工程から全自動工程に至るまでの実施；
−  中・小規模の製造デバイス（一度に一本の燃料棒のみを製造する「単一燃料棒」設備）から大規模デバイス（同時に複数本の燃料棒を製造できる「多燃料棒」設備）に至るまでの実施；
−  種々の被覆管／第二端栓の形態（例として、留め具を用いて／用いず被覆管に取り付けられる端栓、軸方向または横断方向に換気孔をもつ端栓など）；
−  種々の周縁溶接技術（TIG溶接、抵抗溶接、レーザー溶接など）および加圧技術；
−  洗浄／除染のための種々の乾式方法（機械的な拭き取り（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｒｕｂｂｉｎｇ）、レーザーなど）；
−  乾式研磨または多くのハンドリング工程に引き続いて、ペレット塵埃に対する特別な予防措置を伴わない（ペレットの）装填；
−  ペレット装填の際および溶接前の不活性ガス充填の際に、被覆管の汚染を表面積と汚染程度との両面で制御できるので、除染工程の必要性を軽減し、専ら以下による洗浄のみが必要になる。例えば汚染に曝された燃料棒の端部に対して機械的な拭き取りを行うこと。この機械的な拭き取りにより浮遊性汚染は出口で検出されなくなる；
−  液体廃棄物が生じないこと；洗浄操作および拭き取りによる浮遊性汚染測定の際にわずかな固体廃棄物が生じるのみである；
−  臨界事故の危険性の減少、高含有度かつ大量の核分裂性物質の使用が可能となる；
−  全般的な操業の経済性。
【００２５】
本発明の他の詳細事項および特徴は、定量化できないような種々の規模で説明および図示している他の諸請求項および諸図面から、明らかとなるであろう。それらには現在の仕様が含まれており、また、本発明の方法およびその発明の装置、または、それらに用いられる部品の特別な形態が例示的に示されている。
【００２６】
図面が異なっていても、同じ参照番号のものは同一あるいは類似の要素を示している。
【００２７】
発明の説明
本発明が関係する燃料棒１（図１）は、上述したように又はよく知られているように、一方の端部が第１端栓［3］で密封され、他方の端部が第２端栓［4］で密封された被覆管［2］から構成されている。これらの端栓［3］および［4］の間の被覆管［2］の内部には、ペレット［6］、押さえバネ［7］、および、一個あるいは複数個の内挿物［5］などの構造用部材が装填されている。
【００２８】
本発明の目的である、ペレット［6］から非汚染ＭＯＸ燃料棒［1］を製造するための装置と方法とは、完全に相互に説明することができるために、本明細書では一緒に説明を行う。
【００２９】
本発明の方法は、以下に説明するように、密閉エンクロージャー［10］（図２）、例えばグローブボックス型の密閉エンクロージャー中で以下の操作（または工程）を実施することから成っている：
−  挿入デバイス（例えば、図3にて詳細が示され、図２および図４では模式的に示されているデバイス１４）を用いることによって、列［12］を成すペレット[6]（図４）を被覆管［2］に挿入すること。この挿入は、上述のペレット列［12］および被覆管［2］の軸に対し横断方向に連続的に移動できるV-型または溝の付いた板［38］の部分から行われる；
−  各種構造用部品［5］、特に押さえバネ［7］を装着すること；
−  留め具の有無にかかわらず、第２端栓［4］の周縁を被覆管［2］に取り付けること；
−  端栓［4］の被覆管［2］への取り付け関しては、特に、留め具を用いない場合、第2端栓［4］を溶接することが考えられる；
−  ペレット［6］により生じた塵埃またはエアロゾルに接触する機会があった被覆管［2］の部分に対して洗浄および汚染検査を実施すること。
【００３０】
本発明では、次の方法と手段が講じられている（図２〜図４を参照）：
−  密閉エンクロージャー［10］は区画に分割されている（例えば、図２には具体例としてＩ、ＩＩ、ＩＩＩ、およびＩＶの4個の区画を示す）。隣接はするが互いに密封により隔離されているので、アルファ放射能線源による汚染度、封入される気体の種類および圧力は各々の区画に設けられている；
−  操作（装填、洗浄、端栓の取り付け、汚染度検査）は被覆管［2］に就き、区画ＩからＩＶまでの軸方向に沿う連続的動きにより順次実施されるが、上記被覆管の入口および出口は唯一かつ同一の区画Iで行われる；
−  被覆管［2］の通過を可能にするバルブ［26］（例えば、ギロチン型またはボールバルブ型のもの）および被覆管［2］の周りのエラストマー・シール（O-リング、リップ・シール、または特殊なシール）をもつシール部材［28］から成るロック・チャンバー［24］によって、その都度、区画ＩからＩＶにかけて密閉される（図２）；このロック・チャンバー［24］は、区画間の密封性を損なうことなく、また必要に応じて燃料棒［1］の内部環境を変更して（例えば、以前は空気環境にあった被覆管［2］をヘリウム環境または真空環境にするために）燃料棒［1］がある区画から他の区画へと通ることを可能としている。この後者の場合、ロック・チャンバー［24］のハウジング、バルブ［26］およびシール部材［28］により仕分けられた容量の気体は、真空ポンプ（図には示されていない）を用いて、バルブ［32］または他のデバイスを通して排気された後、選択された気体に置き換えられる。シール部材［28］は色々な位置を占め得るが、それが被覆管に接触することなく完全に開いた通路を提供したり、または静的な場合には被覆管の周囲に対して静的な密封を行い、またさもなければ、移動操作、プロセス操作に必要な被覆管の相対的な位置移動あるいは回転移動に際して被覆管のまわりに動的な密封を提供するなど、さまざまな機能を果たすことができる。
−  ペレット［6］の装填、押さえバネ［7］および第二端栓[4]以外の構造用部材［5］の装着は、入口区画Ｉから最も離れた区画ＩＶ内で行う：
−  汚染に曝された被覆管［2］部分の洗浄（特に、開口端領域［34］）は、好ましくは装填区画ＩＶに隣接した区画ＩＩＩにて、ペレット［6］および上述したその他の構造用部材［5］の装填後であって、押さえバネ［2］および第２端栓［4］の装着前に実施する；汚染が疑われる表面の洗浄は、例えば、乾いたままで、あるいは少量の液体（水、溶剤、または化学除染剤）を浸み込ませた布切れまたは不繊布材料で拭き取ることによって行う；
−  被覆管［2］での押さえバネ［7］の装着、および第2端栓［4］の取り付け、更に場合によってはこの第２端栓［4］の周縁の溶接は、区画ＩＩ（洗浄区画ＩＩＩと入口区画Ｉの間に位置している）内で実施される；
−  非汚染の検査および、密閉エンクロージャー［10］の区画ＩＩからＩＶへと導かれる被覆管［2］の部分において必要となる洗浄操作は、区画ＩＩから分離した区画内で行われる。洗浄は、そのような区画ＩＩから分離した区画内において、乾式または僅かに湿気をもたせて拭き取る方法で実施され、例えば、乾燥状態のまま、あるいは少量の液体（水、溶剤または除染剤）を染み込ませた布切れまたは不織布材料を用いて実施される。非汚染検査は、浮遊性汚染の検査が要請されるか否かに応じて、それぞれ接触式または非接触式で実施される。後者の場合が一般的であるが、検査では拭き取り検査を実施し、当業者に既知の専用装置（例えばＺｎＳ検出器）を用いて測定する。トータルの汚染度は、例えばＺｎＳ環状検出器を直接利用して検出できる。他の乾式洗浄技術、例えば表面にレーザー光照射を用いる技術を用いることもできることに留意されたい；
−  被覆管［2］の挿入および燃料棒［1］の汚染度検査は、同一の区画Ｉ内で有利に遂行できる。同様のことが、例えば燃料棒［1］が取り出されて、他のエンクロージャー内の別の機器に移される場合にも言える（特に、軽水炉用の被覆管［2］において留め具を用いて端栓［4］が取り付けられている場合には、別のエンクロージャー内で溶接が行われる）；
−  汚染度は、区画ＩＶから区画Ｉのエンクロージャー［10］の出口まで段階的に設定される。；これらの汚染度、特に僅かに汚染している区画I、II、IIIの汚染度は、下流にある区画ＩおよびＩＩへと汚染を過度に移動させないために、（連続的または定期的に）検査される。これは、上述の出口への移動の間、被覆管［2］に第２端栓[4]が取り付けられているか否かの違いはあるが、被覆管［2］の汚染を制限することも目的としている；事故による汚染または汚染の蓄積（「ビルドアップ」）がある場合には、当該区画およびその区画に設置されている設備の洗浄操作により、これらの区画の汚染度を許容レベルに低減することが重要である；また、エンクロージャー［10］の区画の汚染制御は適切な換気および濾過（例えば、困難を伴うことなく、１時間当たり２、３回の最小取替え率をめざす）によっても行われる；
−  上述の区画Ｉ〜ＩＶの環境としては、空気、窒素、アルゴン、ヘリウムなど各種の気体を用いることができる（装填のための区画ＩＶにおいては真空にしてもよい）；
−  これらの区画Ｉ〜ＩＶ内の圧力（または減圧状態の圧力）は、あらゆるリークを制御するために、最も汚染の低い区画から最も汚染が進んでいる方向へと段階的に減少させておく；これらの区画内に存在する気体に応じて、そのような減圧状態（エンクロージャー［10］が設置されている室内環境の圧力よりも低い圧力状態）の連なりは、各区画の独立した圧力制御システムによって制御されるか、または一つの区画から他の区画への換気流を制御することによって行われる；これら区画の内圧はすべて、燃料棒[1]製造のためのプラントを操業する室内大気に対して負圧にしておかなければならないことに留意すべきである。
【００３１】
ペレット［6］の装填、洗浄、および端栓［4］の取り付けがヘリウム環境の区画で実施される場合、上記で提案された製造方法は、特に汚染制御の観点から有利となる−これは本発明のもうひとつの目的を構成している。
【００３２】
その実施に際しては、上記の被覆管［2］中に含まれている室内の空気を排気した後、あるいは被覆管内に含まれるハンドリング用エンクロージャーの窒素をポンプで排気した後、また、当該２つの区画を分離している分離ロック・チャンバー［24］内をヘリウムに置き換えた後に、ペレットなしの被覆管[2]をヘリウム下の最初の区画（通常は端栓が取り付けられる第ＩＩ区画）に移動させて、エンクロージャー［10］に挿入する。既に指摘した通り、このような方法を選択することによって、燃料棒［1］への端栓を気体ヘリウム環境下で取り付ける（恐らくは溶接する）ことが可能となり、また、ペレット［6］、空気または窒素が含まれる被覆管［2］から気体を排気し、ヘリウムで置換する工程が不要となる。気体ヘリウムのもつ小さな動的粘性（密閉エンクロージャー内の通常の気体である空気や窒素の値に比べて小さい動的粘性）に起因して、ペレット列［12］の挿入時における被覆管［2］内のヘリウムの排出が、燃料棒［1］の開口端［34］方向への目立った塵埃およびエアロゾルの移動を伴わずに、進行することに注目すべきである。
【００３３】
また、上記で提案した製造方法は、真空環境でペレットの装填を実施する場合にも有利である；この場合、真空下の最後の区画（または真空下のチャンバーを含んだ最後の区画）へのアクセスを供する分離ロック・チャンバー［24］で被覆管内に存在する気体を排気して、被覆管を最後の区画の入口にペレットや気体が入っていない形で供することになる。；洗浄および部品の取り付け（および溶接）のための種々の区画空間環境設定が可能である；これら２つの区画のヘリウム環境と装填区画の真空環境とを組み合わせると、高度に複雑な操作にもかかわらず、汚染制御の面からは特別な有利性を認めることができる。
【００３４】
ペレット［6］の装填の際には次の諸操作が重要である。
−  機械的な閉塞を避けるため、ペレット［6］を、被覆管［2］の開口端［34］において、位置的かつ方向的に被覆管と完璧に整列するようにセットする；
−  開口端部分の大規模な汚染を避け、また更なる機械的閉塞および干渉が生じないようにする目的で、被覆管［2］の開口端［34］を挿入過程のペレット［6］から遮蔽する；
−  ペレット［6］の挿入に際して、その閉塞の可能性を増大し、また恐らくは、燃料棒の破損の原因ともなる塵埃および切りくず、ならびに、装填中の当該ペレット［6］によって運び込まれるか、または装填操作中に生じる塵埃および切りくずを捕獲および／または集積および／または押し戻す。
【００３５】
上記の目的のために、ペレット［6］を挿入するデバイス［14］（図3）が利用される。このデバイス［14］では、ほとんどの場合、ペレットが、固定V型（図4）、またはV字形の溝を備え、横断方向に可動する既知の板［38］に乗せられて列状［12］に挿入される。；本発明の付加的な目的のこの挿入デバイスは、例えば2つの部分から形成された中空の固定金属部品［14］から成っている。またその内部側面［42］は、特に図3によって図示されているように、その先端［44］部分では正方形状入口を持っている。断面で見ると、先端部分（T+U）は連続的に断面積の減少する正方形断面［46］をもつ部分と、ペレット［6］の直径をもつ円形断面（Y）の円筒形状出口［48］があり、後者は正方形断面[46]部分に連続して繋がっており、最終的には被覆管［2］（Z）の外径をもつ円筒穴［49］に繋がっている。
【００３６】
先端［44］の正方形の入口部（T）はペレット［6］に対して大きな空隙（1〜2mmに及ぶ）を供し、さまざまな原因による不整合（例えば、ペレット列［12］を供する溝付き板［38］のV字部分の垂直および水平方向の不整合）を受容することができる。先端部［46］の正方形断面積は、ペレット[6]のセンタリングを漸次行えるように連続的に寸法が減少している（T+U）；様々な幾何学的な減少規則を最近の数値制御工作機械（ＣＮＣ）を用いて再現することができる。例えば（図3）直線的減少から切頭円錐形（U）へとつながり、非線形（例えば二次曲線）的減少（T）へとつながる場合では、ペレット間の相対的な方向を変えることが可能となる結果、短距離間で大きな不整合の補正が可能となり、また塵埃および切りくずの排出面でも効果がある。２つの円形断面［48］および［49］について、2つの孔DYとDZは、それぞれペレットの径（一例として、DYnom＝Dpellmax  ＋0.02mm）、被覆管の径（一例として、DZnom＝Dcasmax  ＋0.01mm）に合わせ、同心度が0.01ｍｍ以内の精度、および直径寸法の許容度を−0/+0.01mmとなるように機械加工される。この挿入部分には、ペレットに付着した、あるいはペレットにより運び込まれる塵埃および切りくずの収集または押し戻しを行う各種気体注入ノズルまたは捕獲ノズルが設けられている（図3B）。長手方向および／または横断方向の溝が、切りくずおよび塵埃の捕獲に寄与するように、当該デバイス［14］内に機械加工されることによって設けられる。本発明の他の可能な実施方法として、チャンネル［42］の上部は逆のＶ字形状とは異なった形態をとることができることに留意されたい。
【００３７】
また、この挿入デバイス［14］は、ペレットの被覆管への直接導入に使用することができるが、被覆管の手前に備えられる任意の中間的デバイスでのペレットのセンタリングおよび整列にも利用可能であることに留意されたい。
【００３８】
列［12］を成すペレットを装填する際には、以下の目的のために、加えられる軸方向の力を制限することが重要である：
−  軸方向の圧力が加わるペレット列［12］の横断方向の力の発生を妨げる。そしてペレット[6]の端面の垂直性欠陥をもたらすことを避ける。；このような力はペレット［6］が機械的な遷移を行う際（V-形または溝付き板［38］から挿入デバイス［14］に向かう時、挿入デバイス［14］から被覆管［6］に向かう時）に有害である；また、
−  また装填中に、ペレット［6］の端部表面に接触することに起因して、ペレットのエッジに過大な局所的な圧力がかかり、切りくずおよび塵埃が付加的に発生することを避ける。
【００３９】
従って、下記3つの手法が別個に又は組み合わせて用いられる：
−  列［12］を成すペレットを押し込む際、被覆管［2］内部の圧力を制限するために、小さな動的粘性をもつ気体（ヘリウム）環境または真空環境でペレット［6］を装填する；例えばペレット列の挿入が進めば進むほど、ペレット列に沿った圧力差に起因して、同じ装填速度であっても気体の圧力は上昇する事実に留意されたい；
−  被覆管［2］に装填（図4）されるペレット列［12］の押し込み深さは、少なくとも基本的なペレット列の長さに等しくなるようにする。このようにして、ペレット列Ｎ（図4ではNは「a」から「e」までを示す）の最初のペレット［6］が、被覆管［2］への挿入の際に、既に装填されている第（N-1）番目のペレット列の最後のペレット［6］に接触するようになり、既に装填されている第（N-1）番目のペレット列は、第N番目の最後のペレットが被覆管[2]の中に挿入されてから押し込まれることになる。；被覆管［2］によって与えられる優れた機械的誘導効果に起因して、ペレット［6］に生じる横断方向の力はこのようにして最小化され、ペレットに及ぼされる悪影響を制限することができる；
−  感度の高い駆動機構を備えたペレット押込み機構［50］を使用する。すなわち、一般的に必要な力だけを加える制御機能を備えたものである。；これは、より多くの基本ペレット列［12］が挿入されるに従い、必要な押込み力が増大するという理由による。例えば直流電動機あるいはサーボモータ［52］の電力供給を制御することにより、押込みデバイスの挿入の深さおよび挿入されるペレット列の順番Ｎに応じて、このような力が電子的に制御される；最後に、工業的装填速度が速いことを考慮して、中空棒とトルクリミッタ［54］（滑脱機能および低い慣性能を有する、例えば磁性粉トルクリミッタ）を備えた押込みデバイスを使用して、慣性効果の回避を図る考慮が必要である。
【００４０】
ペレット列の小さい押込み速度は、装填される最後のペレット列に対して特に有利に適用される。
【００４１】
実施態様
エンクロージャーの分割、および、その中で行われる操作の配分については様々な態様が考えられる。表１に数個の例を示す。
【００４２】
【表１】
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【００４３】
以下の記載は、表１の欄１の本発明者によって実施された実施例に関する詳細である。
【００４４】
a.  操作手順
−  製造スクラップおよび乾燥した砕粉を含むペレット［6］を、横断方向に動く溝付き板［38］の上で段階的に装填；
−  区画による環境および機能配分：
ＩＶ：ヘリウム環境    −  ペレットの装填；
ＩＩＩ：ヘリウム環境    −  開口端の洗浄；
ＩＩ：ヘリウム環境    −  押さえバネと留め具のない端栓の装着；
−  第２端栓の周縁の溶接；
Ｉ：空気環境        −  必要に応じ、燃料棒先端の洗浄；
−  浮遊性汚染測定のための拭い取り検査；
−  他の装置における加圧目的での燃料棒の取り出し；
−  区画の分離：両方向通過の真空バルブと二重エラストマー・シールから成るロック・チャンバー［24］による分離。気体・真空仕切りを用いる。
【００４５】
各種の区画に存在するヘリウムは、エンクロージャーを負圧に保つべく、一度取り出されたヘリウムを洗浄する（リサイクルされる）プラントから供されるヘリウムであり、また、上述の区画からのリークを補正するために供される新しいヘリウムである。一方、区画ＩＩの溶接用区画に対しては高純度ヘリウムが直接供給される。
【００４６】
騰水型原子炉用のＭＯＸ燃料の製造にあたっては、区画Ｉにヘリウムを供給する別の方法がある。
【００４７】
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【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】図１は、本発明の方法に従って製造される燃料棒の具体例を軸方向断面で示すものである。
【図２】図２Ａ〜図２Ｃは、本発明の具体例としての密閉エンクロージャー内の配置見取り図、および区画内で、被覆管を動かすための装置の種々の配置を模式的に示している。なお、被覆管の移動、上述の装置の横断方向の移動、または被覆管を軸方向に沿って移動させるための上述装置の内部配置が示されている。図２Ｂは、図１の構造を持つ燃料棒の密閉エンクロージャー第一区画への挿入に関するもので、個別的、あるいはグループにまとめた形でさまざまな具体例を模式的に示している；封印チャンバーを利用して第一区画への挿入を図る。このことにより、区画内の環境を室内大気と異なったものにすることができる；最初の区画の長さは燃料棒の長さより大きい；被覆管・燃料棒の横断方向の移動（「複数燃料棒」生産装置の場合）。図２Ｃは、図１の燃料棒を導入し、それを密閉エンクロージャーの最後の区画に到るまで導入する態様を模式的に示している。
【図３】図３Ａは、本発明の実施を意図して、ペレットの被覆管への挿入の様子を斜視図的に示し、図３Ｂは長手方向の溝および横断方向の溝ならびに気体ノズルＧの具体例を示している。
【図４】図４Ａ〜図４Ｆは、本発明の実施例として、連続して列を成すペレットを被覆管に装填していく幾つかの工程を平面図で示す。図４Ａは、制御された力で押込みデバイスを駆動させる機構を示す。また、図４Ａ〜図４Ｆは、一例として、２つの連続するペレット列「a」および「b」を、長い押込みデバイス［53］を用いて、被覆管[2]に奥深く挿入していく様子を示している。
【国際調査報告】
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