(57)【要約】【課題】  コアが偏心することなく均一な厚みのシェルを有するペブルベッド型燃料を高い生産性で製造する。【解決手段】  ペブルベッド型燃料を製造する際に二次モールド１０の型窪１０Ｃ内の下方に装填すべき総量の１０乃至４０％の黒鉛材２２Ｌを敷き詰め、この黒鉛材２２Ｌの上に上方に突起２０Ｐを有するコア２０を装荷し、モールド１０の型窪１０Ｃ内でコア２０のまわりに、敷き詰められた黒鉛材２２Ｌの上に追加するように、残りの黒鉛材２２を装填し、コア２０の突起２０Ｐに噛み合う凹み１８Ｒを有するモールド上蓋１８を閉じ、モールド１０をプレスしてコア２０の上にシェルを形成してペブルベッド型燃料を製造する。敷き詰められた黒鉛材２２Ｌと、コア２０とモールド上蓋１８との噛み合いがコア２０のずれを防止する。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペブルベッド型燃料を製造する際に二次モールド内にコアとそのまわりの黒鉛材とを装填し前記二次モールドをプレスしてコアのまわりにシェルを有するペブルベッド型燃料を製造する方法において、前記モールドの型窪内の下方に、装填すべき総量の１０乃至４０％の黒鉛材を敷き詰める工程と、前記モールドの型窪内に敷き詰められた黒鉛材の上に、上方に突起又は凹みを有するコアを装荷する工程と、前記モールドの型窪内で前記コアのまわりに前記敷き詰められた黒鉛材の上に追加するように残りの黒鉛材を装填する工程と、前記コアの突起又は凹みに噛み合う凹み又は突起を有するモールド上蓋を閉じる工程と、前記モールドをプレスして前記コアの上にシェルを形成する工程とを備えたことを特徴とするペブルベッド型燃料の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のペブルベッド型燃料の製造方法であって、前記残りの黒鉛材を装填する工程は、前記型窪内で前記コアのまわりの空間に入り込むことができる柔軟性チューブを用いて数回に分けて行うことを特徴とするペブルベッド型燃料の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のペブルベッド型燃料の製造方法であって、前記モールド上蓋を閉じる工程と前記モールドをプレスする工程との間に、前記コアが前記型窪内の中心にあることを確認する工程を更に備えていることを特徴とするペブルベッド型燃料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温ガス炉に用いられるペブルベッド型燃料の製造方法に関し、更に詳細に述べると、ペブルベッド型燃料のコアが中心にあってシェルの厚さが均一になるようにしたペブルベッド型燃料を製造する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高温ガス炉の燃料の１つの形態であるペブルベッド型燃料は、被覆ウラン燃料粒子がウランの核分裂を持続させるのに必要な中性子減速材である黒鉛材中に含有されている。このペブルベッド型燃料を製造する一般的な方法が図８乃至図１０に示されている。
【０００３】
まず、図８に示すように、硝酸ウラニルと添加材とを混合した溶液を振動滴下方法によってアンモニア水溶液中に滴下し、洗浄−乾燥−焙焼−焼結の工程を経てＵＯ２燃料核を製造する。
【０００４】
このようにして得られた燃料核は、図９に示すように、低密度炭素の第１被覆層、高密度炭素の第２被覆層、炭化ケイ素の第３被覆層及び高密度等方炭素の第４被覆層を順次形成して被覆燃料粒子を製造する。第１被覆層は、ＵＯ２燃料核の変形を吸収すると共に、ガス状核分裂生成物（ＦＰ）の放出を防止する機能を有し、第２被覆層及び第４被覆層は、ガス状ＦＰを粒子内に留めると共に、第３被覆層の形状を保ち、被覆燃料粒子の強度を保つ機能を有し、また第３被覆層は、燃料の照射によってウランから発生する固体状ＦＰが粒子外に放出するのを防止する機能を有する。
【０００５】
このようにして多被覆層が施された燃料粒子は、図１０に示すように、オーバーコート工程に送られて、粒子の表面にバインダによって黒鉛粉末が被覆されて被覆燃料粒子が完成される。この被覆燃料粒子は、中性子減速材となる黒鉛材を被覆する一次プレス工程に送られる。この工程では、黒鉛粉末と被覆燃料粒子を混合した状態で球状モールド内に装填し、この球状モールドをプレスして一次球（コア）が形成される。
【０００６】
二次プレス工程は、一次プレスで得られた一次球（コア）と黒鉛粉末を二次モールド内に装填し、この二次モールドを一次プレスよりも高い圧力でプレスしてコアの外側にシェルが形成され一次球よりも直径が大きい球状燃料を形成し、その後、表面研削工程及び予備焼成、本焼成等の熱処理工程を経てペブルベッド型燃料が得られる。
【０００７】
高温ガス炉内に装荷して燃焼されるペブルベッド型燃料は、均一に燃焼することが好ましいが、これを実現するためには、ペブルベッド型燃料の中心にコアが位置し、シェルの厚みが均一であることが必要である。
【０００８】
しかし、二次モールド内にコアが中心に位置するように黒鉛材と共にコアを装填しても、コアの密度とシェルとなるべき黒鉛材（黒鉛粉末）の密度とが大きく異なるために、プレス時に、コアがモールド内で上下左右に移動し、コアがペブルベッド型燃料の中心から外れたり、シェルの厚みの不足部分が生じて二次プレスの圧力に耐えられないでシェルが破損したりしてペブルベッド型燃料を製造することができない欠点があった。
【０００９】
このようにペブルベッド型燃料が製造できない事態が生ずると、生産効率が低下し、生産工程の管理上好ましくない。また、中性子減速材として機能するシェルの厚みが不均一であると、燃料の照射に際して、燃料の燃焼箇所が集中し、健全な燃料照射が得られないで、炉心設計に基づいた出力が得られないおそれがある。
【００１０】
なお、従来技術において、二次モールド内に黒鉛材を装填する作業は、通常、図１１に示すように、二次モールド１０の型窪１０Ｃ内に金属ジグ４０Jを挿入して行われているが、この金属ジグ４０Jは、型窪１０Ｃ内に挿入する際に、型窪１０Ｃやコア２０を傷付けるおそれがあり、この面からも従来技術の方法は、生産効率が低下する欠点があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明が解決しようとする課題は、ペブルベッド型燃料の中心からコアが外れることがなく、均一な厚みのシェルを有するペブルベッド型燃料を高い生産効率で製造することができる方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の課題解決手段は、ペブルベッド型燃料を製造する際に二次モールド内にコアとそのまわりの黒鉛材とを装填しこの二次モールドをプレスしてコアのまわりにシェルを有するペブルベッド型燃料を製造する方法において、モールドの型窪内の下方に装填すべき総量の１０乃至４０％の黒鉛材を敷き詰める工程と、このモールドの型窪内に敷き詰められた黒鉛材の上に、上方に突起又は凹みを有するコアを装荷する工程と、モールドの型窪内でコアのまわりに、敷き詰められた黒鉛材の上に追加するように残りの黒鉛材を装填する工程と、コアの突起又は凹みに噛み合う凹み又は突起を有するモールド上蓋を閉じる工程と、モールドをプレスしてコアの上にシェルを形成する工程とを備えたことを特徴とするペブルベッド型燃料の製造方法を提供することにある。
【００１３】
本発明の課題解決手段において、残りの黒鉛材を装填する工程は、型窪内でコアのまわりの空間に入り込むことができる柔軟性チューブを用いて数回に分けて行うことができ、またモールド上蓋を閉じる工程とモールドをプレスする工程との間で、コアが型窪内の中心にあることを確認することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、上記のように、二次モールドに装填すべき黒鉛材の総量に対して１０％乃至４０％の量の黒鉛材を二次モールドの型窪内に敷き詰めた後、その上にコアを装填し、コアとモールドとを相互に噛み合う凹凸によって位置決めした状態でプレスするので、プレス中にコアが上下左右に移動することがなく、コアが中心に位置しシェルの厚みが均一なペブルベッド型燃料を得ることができる。従って、シェルの厚みの不均一に起因する二次プレス時の燃料の破損を生ずることがなく、高い生産効率で燃料を製造することができ、またペブルベッド型燃料の均等な燃焼が進み、炉心設計に基づく所望の出力を得ることができる。
【００１５】
また、残りの黒鉛材を装填する際に、柔軟性チューブを用いて数回に分けて装填すると、モールドの型窪とコアとの間に確実に且つ一様に黒鉛材を装填することができる上に、チューブはコアやモールドを傷つけることがなく、黒鉛材を装填するのに従来用いられていた金属製ジグによって生ずる傷付けの障害を生ずることがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に述べると、図１乃至図３は、本発明に係わるペブルベッド型燃料の製造方法を工程順に示し、この製造方法は、図１０のオーバーコート作業までは従来と同様の工程で実施することができるが、一次及び二次プレス作業が従来技術と異なるので、以下子の作業をその工程順に説明する。
【００１７】
本発明の方法は、図２及び図３に示す二次モールド１０を用いるが、このモールドは、下型１２と上型１４とモールド上蓋１８とから成り、これらの上下の型１２、１４内に型窪１０Ｃが形成されているが、本発明に用いられる二次モールド１０は、モールド上蓋１８に後に述べるコアの突起に噛み合う凹み１８Ｒを有する。
【００１８】
本発明の方法は、この二次モールド１０の型窪１０Ｃ内に、図１０の一次プレス作業で得られたコア（一次球）２０とそのまわりの黒鉛材２２とを装填し、この二次モールド１０をプレスしてコア２０のまわりにシェル２２Ｓを有するペブルベッド型燃料３０（図４参照）を製造する方法であるが、コア２０と黒鉛材２２とを装填する作業は、次のようにして行われる。
【００１９】
まず、図１（Ａ）に示すように、二次モールド１０の下型１２の型窪１２Ｃ内の下方に、二次モールド１０内に装填すべき全黒鉛材２２の一部の黒鉛材２２Ｌを敷き詰める。この一部の黒鉛材２２Ｌの量は、最終燃料の得ようとする直径、コアの大きさ、二次プレスの圧力によって異なるが、黒鉛材２２の装填の総量の約１０％乃至４０％が適当である。例えば、直径が５０ｍｍのコアにシェルを被覆して約６０ｍｍの外径を有するペブルベッド型燃料を得る目的で、総量で約１３０ｇの黒鉛材（粉末）２２を装填する場合を例に掲げると、この下型１２の型窪１２Ｃ内に敷き詰める黒鉛材２２Ｌは、総量の約１７％（約２２ｇ）が適当である。
【００２０】
次に、図１（Ｂ）に示すように、このようにして敷き詰められた黒鉛材２２Ｌに図１０の一次プレス作業で得られたコア（一次球）２０を型窪１２Ｃの中心に位置するように型窪１２Ｃ内に配置する。コア２０は、図１（Ｂ）に示すように、その上方の頂部に突起２０Ｐを有し、この突起２０Ｐは、後に述べるように、モールド上蓋１８の凹み１８Ｒに噛み合うものである。この突起２０Ｐは、図５に示すように、一次モールド１１０の上蓋１１８に設けられた凹み１１８Ｒによって一次プレス工程で形成することができる（この点で一次モールドは、従来技術の方法とは異なる）。
【００２１】
その後、図２に示すように、下型１２に上型１４を重合して上下の型１２、１４のそれぞれの型窪１２Ｃ、１４Ｃとでシェルを形成すべき二次モールド１０の型窪１０Ｃを形成する。
【００２２】
次いで、図３に示すように、二次モールド１０の型窪１０Ｃ内でコア２０のまわりに、敷き詰められた黒鉛材２２Ｌの上に追加するように、残りの黒鉛材２２を装填する。この残りの黒鉛材２２を装填する作業は、型窪１０Ｃ内でコア２０のまわりの空間に入り込むことができるシリコンの如き柔軟な材料から作られたチューブ４０を用いて数回、例えば２乃至６回に分けて行うのが好ましい。
【００２３】
更に詳細に述べると、先ず、図３に示すように、チューブ４０の先端が最初に敷き詰めた黒鉛材２２Ｌの直上より若干上方に達するまで挿入し、黒鉛材２２を装填する。この場合、黒鉛材２２は、チューブ４０の先端をコア２０のまわりを移動させながら装填する。装填された黒鉛材２２がチューブ４０の先端に近づいたら、チューブ４０の先端を上方に持ち上げ、同様にして、黒鉛材２２を装填する。
【００２４】
このようにして、型窪１０Ｃ内に残りの黒鉛材２２のすべてを装填した後、上型１４からチューブ４０を引き抜いてモールド上蓋１８を上型１４の相応する蓋嵌合部１４Ｅに被せて閉じる。この際、モールド上蓋１８に設けられた凹み１８Ｒが型窪１０Ｃ内の中心に位置しているコア２０の突起２０Ｐに噛み合うので、コア２０は、この中心位置からずれることなく、位置決めされる。
【００２５】
コア２０が二次モールド１０の型窪１０Ｃの中心位置にあるか否かは、このモールド上蓋１６を被せた後で二次プレスを実施する前に、Ｘ線投射装置で容易に確認することができる。
【００２６】
このようにしてコア２０が型窪１０Ｃ内の中心に位置していることが確認された後、二次モールド１０をプレスして図４（Ａ）に示すように、コア２０の上にシェル２２Ｓを形成する。その後、先に図１０を参照して述べたように、シェル２２Ｓの表面を研磨し、熱処理して所定のペブルベット型燃料を完成する。このようにして完成されたペブルベット型燃料は、Ｘ線検査にてコアの位置、シェルの厚み及び被覆燃料粒子の分散具合を確認する。
【００２７】
一般に、ペブルベッド型燃料３０中のコア２０の位置ずれには、（ａ）軸方向のずれ（図４（Ｂ）参照）と（ｂ）径方向のずれ（図４（Ｃ）参照）とがある。軸方向のずれ（ａ）は、下型１２内の型窪１２Ｃ内に敷き詰められた黒鉛材２２Ｌによって調整される。この調整は、残りの黒鉛材２２を型窪１０Ｃ内に装填してプレスしても崩れることはない。コア２０の径方向のずれ（ｂ）は、コア２０の突起２０Ｐとモールド上蓋１８の凹み１８Ｒとの噛み合いによって防止される。即ち、コア２０の径方向のずれ（ｂ）は、黒鉛材２２の装填時に、黒鉛材２２によって押されて発生する傾向があるが、上記のように、コア２０とモールド上蓋１８の噛み合いによって、黒鉛材２２の装填時に、コア２０が変位するのが防止されて、コア２０の径方向のずれが生ずることがない、これは、特に、残りの黒鉛材２２が柔軟性チューブ４０を用いて数回に分けて装填されると、一層確実となる。
【００２８】
図６は、本発明の方法によって製造されたペブルベッド型燃料のＸ線写真を示し、同図から解るように、コアは燃料のほぼ中心に位置し、またシェルがほぼ均一の厚みを有することが確認される。これに対して、従来技術の方法によるペブルベッド型燃料の中には、図７のＸ線写真に示すように、コアが燃料の中心からずれ、シェルの厚みが不均一であるものが観察された。
【００２９】
なお、上記実施の形態では、コア２０に突起２０Ｐを設け、上蓋１８にこれに噛み合う凹み１８Ｒを設けたが、コア２０に凹みを設け、上蓋１８にこれに噛み合う突起を設けてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明によれば、二次モールド内にコアと黒鉛材とを装填して二次プレスを行う際に、コアがずれるのを防止することができ、従って、コアが中心に位置しシェルの厚みが均一なペブルベッド型燃料を高い効率で製造することができ、産業上の利用性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係わるペブルベッド型燃料の製造方法の第１の工程を示す断面図である。
【図２】本発明の方法の第２の工程を示す側面図である。
【図３】本発明の方法の第３の工程を示す側面図である。
【図４】ペブルベッド型燃料のコアが正常な位置（Ａ）と偏心した位置（Ｂ）（Ｃ）とにある状態を示す正面図である。
【図５】本発明の方法に用いられる一次モールドの正面図である。
【図６】本発明の方法によって製造されたペブルベッド型燃料のＸ線写真図である。
【図７】従来技術の方法によって製造されたペブルベッド型燃料のＸ線写真図である。
【図８】燃料核を製造する作業の工程図である。
【図９】被覆燃料粒子を製造する作業の工程図である。
【図１０】図９の被覆燃料粒子からペブルベッド型燃料を製造する作業を工程を示す図である。
【図１１】従来技術の方法で二次モールド内に黒鉛材を装填する状態を示すモールド正面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０  二次モールド
１０Ｃ  型窪
１２  下型
１２Ｃ  下型の型窪
１４  上型
１４Ｃ  上型の型窪
１８  モールド上蓋
１８Ｒ  凹み
４０  柔軟性チューブ
２０  コア
２０Ｐ  コアの突起
２２  黒鉛材
２２Ｓ  シェル
２２Ｌ  下型に敷き詰めた黒鉛材
３０  ペブルベッド型燃料
１１０  一次モールド
１１８  一次モールドの上蓋
１１８Ｒ  上蓋のへこみ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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