(57)【要約】【課題】  被覆燃料粒子と黒鉛粉末とをプレスして得られる球形燃料用一次球内の被覆粒子燃料の分散性を向上すること。【解決手段】  モールド下部６０Ｌとモールド上部６０Ｕとを相互に着脱自在に接合して形成される一次球用モールド６０内に被覆燃料粒子と黒鉛粉末との混合体３０を装荷し、加圧して球型燃料用一次球を製造するが、先ず、モールド下部６０Ｌに混合体３０の一部３０Ｌを装荷して撹拌し、モールド下部６０Ｌの端面６０ＬＥに混合体３０がないことを確認した後、モールド下部６０Ｌにモールド上部６０Ｕを組み付け、モールド上部６０Ｕに残りの混合体３０Ｕを装荷して撹拌した後、モールドを加圧する。被覆燃料粒子の割合は、モールド下部よりもモールド上部で多くする。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モールド下部とモールド上部とを相互に着脱自在に接合して形成される一次球用モールド内に被覆燃料粒子と黒鉛粉末との混合体を装荷し、加圧して球型燃料用一次球を製造する方法において、前記一次球用モールドのモールド下部に前記混合体の一部を装荷して撹拌し、前記モールド下部の端面に前記混合体がないことを確認した後、前記モールド下部に前記モールド上部を組み付け、前記モールド上部に残りの混合体を装荷して撹拌した後、前記モールドを閉じて加圧することを特徴とする球型燃料用一次球の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の球型燃料用一次球の製造方法であって、前記モールド内の混合体の被覆燃料粒子がその比重に拘わらず前記混合体内に均一に分散するように前記モールド下部と前記モールド上部に装荷する混合体の黒鉛粉末の割合及び被覆燃料粒子の割合を調整することを特徴とする球型燃料用一次球の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の球型燃料用一次球の製造方法であって、前記モールド上部に装荷する混合体の被覆燃料粒子の割合が前記モールド下部へ装荷する混合体の被覆燃料粒子の割合よりも高いことを特徴とする球型燃料用一次球の製造方法。
【請求項４】
請求項1乃至３のいずれかに記載の球型燃料用一次球の製造方法であって、前記モールド下部と前記モールド上部とを組み付けた後、前記モールド上下部が分離することがないように前記モールド下部と前記モールド上部とに跨ってモールド分離防止治具を掛け止めし、その後前記モールド上部に前記残りの混合体を装荷することを特徴とする球型燃料用一次球の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温ガス炉用球形燃料、例えばぺブルベッド型燃料の如き球形燃料を製造する方法に関し、更に詳細に述べると、この球形燃料の一次球内の被覆燃料粒子の均一分散性を向上することができる球形燃料用一次球の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高温ガス炉の燃料は、一般的には、次のようにして製造される。まず、この硝酸ウラニルと添加剤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させ、洗浄工程、乾燥工程及び焙焼工程を経てＵＯ２燃料核を製造する。
【０００３】
この燃料核の上に四層の被覆が施されるが、第一層は、低密度炭素層であり、第二層は、高密度等方性炭素層であり、第三層は、炭化ケイ素層であり、第四層は、高密度等方性炭素層であり、これらの被覆が施され、更にオーバーコートが施されて被覆燃料粒子が製造される。第一層の低密度炭素層は、照射による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、第二及び四層の高密度等方性炭素層は、ガス状ＦＰを粒子内に保持する機能を有し、第三層の炭化ケイ素層は、燃料の照射によってウランから発生する固体状ＦＰの粒子外への放出を防止する機能を有する。オーバーコートは、燃料核に被覆が施された後、バインダーによって黒鉛粉末が被覆され施される。
【０００４】
この被覆燃料粒子を中性子減速材となる黒鉛材内に含有させるために、被覆燃料粒子を黒鉛粉末と混合して一次球成型用モールド内に装荷し一次プレスして一次球(コア)を製造し、この一次球を黒鉛粉末と共にモールド内で二次プレスしてシェル付きの球状粒子とし、これを真球状にするために表面研削し、その後、予備焼成、焼成工程を経てペブルベッド型燃料が完成される(図１参照)。なお、図１において符号１０は、被覆燃料粒子、符号２０は、黒鉛粉末、符号４０は、一次球(コア)を示し、また符号４０Ｓは、一次球のシェル部分を示す。
【０００５】
ペブルベッド型燃料は、その燃焼の観点からウランが均一に燃焼することが好ましく、このような均一燃焼を達成するためには、一次球中に被覆燃料粒子が均一に分散していることが必要である。しかし、被覆燃料粒子と黒鉛粉末との密度が大きく異なるため、これらを混合させる際に、密度が高い被覆燃料粒子は黒鉛粉末中の下方又は特定箇所に偏在する傾向がある。
【０００６】
これを解消するために、従来技術では、図５に示すように、モールド６０内に被覆燃料粒子と黒鉛粉末との混合体３０を装荷した後、混合体３０内に撹拌治具６２を挿入し、モールド６０内で被覆燃料粒子が均一に分散するように、この撹拌治具６２によって被覆燃料粒子を撹拌しているが、モールド６０内の型窪が球形であり、且つ型の構造上の制約から撹拌治具６２が届かないところがあり（図５の符号Ｒａ参照）、従って被覆燃料粒子の均一分散性を確保することができないため、燃料を照射した場合、被覆燃料粒子の偏在によって燃料の燃焼が集中的に進行する傾向があり、燃料の健全な照射を行うことができないで、炉心設計に基づいた出力を得ることができない欠点があった。なお、図５において符号６０Ｌ、６０Ｕは、それぞれモールド６０の上部及び下部を示し、符号６０ＬＪ、６０ＵＪは、その接合部を示す。
【０００７】
また、１次球成型用モールド６０内に黒鉛粉末と被覆燃料粒子との混合体３０を装荷する際に、黒鉛粉末に入り込んでいる空気が混合体と共にモールド内に混入され、この空気は、撹拌治具６０によって混合体７０を撹拌する際に、モールド６０の外部に排出されるが、撹拌が充分でないと、空気を含んだままで混合体が成型されることになり、成型体である一次球にはこの空気によって割れが生じる虞があった。
【０００８】
更に、一次球を成型するモ-ルドは、黒鉛粉末と被覆燃料粒子との混合体を装荷する目的とプレス後に成型体(１次球)を取り出す目的とから、上下に分離することができるように分割構造となっているが、撹拌作業中に撹拌治具がモールドの上下の接合部に接触するため、この上下の接合部が分離して隙間６０Ｇが発生することがあり(図６参照)、従ってモールドの上下部の間の隙間６０Ｇに黒鉛粉末と被覆燃料粒子との混合体３０がモールドの型窪から漏れてプレス時にモールドに均一な圧力が掛からないため、成型体(一次球)に割れが生ずる虞があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、モールド内に装荷される被覆燃料粒子と黒鉛粉末との混合体の被覆燃料粒子がモールドの型窪内で均一に分散することができるようにしてプレスすることができる球形燃料用一次球の製造方法を提供することにある。
【００１０】
本発明が解決しようとする他の課題は、モールド内に被覆燃料粒子と黒鉛粉末との混合体が装荷される際に入り込んだ空気を確実に排出して一次球の割れを生ずることがないようにした球形燃料用一次球の製造方法を提供することにある。
【００１１】
本発明が解決しようとする更に他の課題は、モールドの上下の接合部に隙間が生ずることがなく、従って被覆燃料粒子と黒鉛粉末との混合体がモールドの接合部に入り込んでモールドの加圧が不均一となるのを有効に防止することができる球形燃料用一次球の製造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、モールド上部とモールド下部とを相互に着脱自在に接合して形成される一次球用モールド内に被覆燃料粒子と黒鉛粉末との混合体を装荷し、加圧して球型燃料用一次球を製造する方法において、この一次球用モールドのモールド下部に混合体の一部を装荷して撹拌し、モールド下部の端面に混合体がないことを確認した後、モールド下部にモールド上部を組み付け、モールド上部に残りの混合体を装荷して撹拌した後、モールドを加圧することを特徴とする球型燃料用一次球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、モールド内の混合体の被覆燃料粒子が混合体内に均一に分散するようにモールド下部とモールド上部に装荷する混合体の黒鉛粉末の割合と被覆燃料粒子の割合とを調整するのが好ましい。この調整は、例えば、モールド上部に装荷する混合体の被覆燃料粒子の割合がモールド下部に装荷する混合体の被覆燃料粒子の割合よりも高くなるよう行われるのが望ましい。
【００１４】
また、本発明の課題解決手段において、モールド下部とモールド上部とを組み付けた後、モールド上下部が分離することがないようにモールド下部とモールド上部とに跨ってモールド分離防止治具を掛け止めし、その後モールド上部に残りの混合体を装荷するのが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
このように、モールド下部に混合体を装荷して撹拌し、その接合端面に混合体がないことを確認した後、モールド下部にモールド上部を組み付け、モールド上部に混合体の残部を装荷し撹拌すると、混合体の装荷と撹拌とを２回に分けて少量ずつ行うことになるので、撹拌治具は広範囲に行き届いて撹拌効率が向上して被覆燃料粒子の分散性が向上し、従って被覆燃料粒子が均一に分散されている良質の一次球を製造することができる。
【００１６】
特に、モールド上部に装荷する混合体の被覆燃料粒子の割合がモールド下部に装荷する混合体の被覆燃料粒子の割合よりも高くなるように装荷すると、比重の大きな被覆燃料粒子が型窪の下方に沈み、その結果型窪内に被覆燃料粒子が偏在することがなく、従って撹拌治具が届かない上方位置にも被覆燃料粒子が残って被覆燃料粒子が均一に分散されている良質の一次球を製造することができる。
【００１７】
また、モールド上下部が分離することがないようにモールド下部とモールド上部とに跨ってモールド分離防止治具を掛け止めすると、混合体を撹枠する際に、モールドの接合部が分離することがなく、従って黒鉛粉末と被覆燃料粒子との混合体がモールドの接合部に入り込むことがないので、モールドの加圧が均一に行われて一次球に割れが生ずることがない。
【００１８】
更に、混合体の装荷と撹拌とを２回に分けて少量ずつ行うと、撹拌も少量ずつ行うことになるので、混合体と共に型窪内に入り込んだ空気を確実に排出することができ、従って成型体である一次球内に空気が入り込むことがないから一次球の割れを生ずることがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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２は、本発明に係る球形燃料用一次球の製造方法に用いられる一次球成型用モールド６０を示しており、このモールド６０は、モールド下部６０Ｌとモールド上部６０Ｕと上蓋６０Ｃとから成っており(図２（Ｂ）参照)、モールド下部６０Ｌとモールド上部６０Ｕとはそれぞれ雌雄の接合部６０ＬＪと６０ＵＪとで噛み合わせて着脱自在に接合され、また上蓋６０Ｃは、モールド上部６０Ｕの傾斜開口面６０ＵＯに着脱自在に接合するようにモールド上部６０Ｕに入り込んでは型窪６０Ｖを形成する型部分６０ＣＶを有する(図２（Ａ）参照)。なお、図２（Ｂ）において、符号６０ＬＶ、６０ＵＶ、６０ＣＶは、それぞれモールド６０の型窪６０Ｖを形成する型窪部分を示す。
【００２０】
本発明の方法は、先ず、図３（Ａ）に示すように、一次球用モールド６０のモールド下部６０Ｌの型窪部分６０ＬＶに被覆燃料粒子１０と黒鉛粉末２０との混合体３０の一部の混合体３０Ｌを容器７０から装荷して撹拌治具６２によってこの混合体３０Ｌを撹拌する。混合体３０は、モールド下部６０Ｌの型窪部分６０ＬＶの大きく開いた開口を通して露出しているので、撹拌治具６２は、混合体３０Ｌの全体に行き届いて混合体３０Ｌを撹拌することができる。この撹拌は、混合体３０Ｌ内の被覆燃料粒子１０と黒鉛粉末２０とを一層混ぜ合わせて被覆燃料粒子１０が混合体３０Ｌで均一に分散されるようにすると共に、混合体３０Ｌ内に入り込んでいる空気を排出する機能を有する。特に、混合体３０Ｌは、一次球１０用のすべての混合体ではなく、その一部である少ない量であるので、混合体３０Ｌの混合作用と空気排出作用とは良好に行われる。
【００２１】
モールド下部６０Ｌの端面６０ＬＥに混合体３０Ｌの一部が乗っている場合には、その混合体を拭き取って端面６０ＬＥ上に混合体３０Ｌがないことを確認した後、モールド下部６０Ｌにモールド上部６０Ｕを組み付ける。モールド下部６０ＬＥに混合体３０Ｌがなければ、モールド下部６０Ｌとモールド上部６０Ｕとは、接合部６０ＬＪ、６０ＵＪ及び端面６０ＬＥ、６０ＵＥで密接に接合してこれらの間に隙間が生ずることがない。この状態で、モールド上部６０Ｕの型窪部分６０ＵＶ内に残りの混合体３０Ｕを装荷して撹拌治具６２によって撹拌する。モールド下部６０Ｌ内の混合体３０Ｌは、既に、撹拌されているが、モールド上部６０Ｕを通しての撹拌によって混合体３０Ｌ及び３０Ｕは更に相互に混合される。また、この撹拌は、モールド上部６０Ｕに装荷された混合体３０Ｕ内に入り込んでいる空気を排出するが、この空気は、下方の混合体３０Ｌは、既に空気抜きされている下方の混合体３０Ｌの上方にある残りの混合体３０Ｕ内にあるので、同様に空気の排出が少ない抵抗で良好に行われる。
【００２２】
図３（Ｂ）に示すように、図示の形態では、モールド下部６０Ｌとモールド上部６０Ｕとを組み付けた後、モールド上下部６０Ｌ、６０Ｕが分離することがないように、モールド下部６０Ｌとモールド上部６０Ｕとに跨ってモールド分離防止治具６４が掛け止めされている。このようにすると、モールド上部６０Ｕを通して混合体３０を撹拌する際に、撹拌治具６２によってモールド６０の接合部６０ＬＪ、６０ＵＪが分離して隙間が発生することがなく、従って被覆燃料粒子１０と黒鉛粉末２０との混合体３０がモールド６０の接合部に入り込むことがない。このため、後に行われるモールドの加圧が均一になって成型される一次球に割れが生ずることがない。
【００２３】
本発明の方法において、モールド下部６０Ｌとモールド上部６０Ｕとに装荷する混合体の被覆燃料粒子１０の割合と黒鉛粉末２０の割合とを調整するのが好ましい。この調整は、例えば、モールド上部６０Ｕに装荷する混合体３０Ｕの被覆燃料粒子１０の割合をモールド下部６０Ｌに装荷する混合体３０Ｕの被覆燃料粒子１０の割合よりも高くなるよう行われる。このようにすると、比重の大きな被覆燃料粒子１０が型窪６０Ｖの上方に多量に存在するので、被覆燃料粒子１０が下方に沈み、その結果として密度の高い被覆燃料粒子がモールド内にて偏在することがなくなり、モールド６０が加圧され（プレス作業が行われ）、従って撹拌治具６２が届かない上方位置にも被覆燃料粒子が残って被覆燃料粒子が均一に分散された状態で混合体が成型されて一次球が形成される。
【００２４】
モールド上部６０Ｕに混合体３０Ｕを装荷し、撹拌した後、モールド分離防止治具６４を取り外して上蓋６０Ｃを閉じ、図４に示すように、混合体３０全体をモールド６０の型窪６０Ｖ内に閉じ込め、このモールド６０を図示しないプレス機械にセットしてモールド６０内の混合体３０を加圧成型する。その後、モールド６０を分解し、成型体である一次球４０を取り出す。
【実施例】
【００２５】
本発明の具体的実施例において、図２乃至図４の工程を経て被覆燃料粒子１０と黒鉛粉末２０との混合体３０をモールド６０内に装荷した。この実施例で使用された被覆燃料粒子は、総量で１０ｇのウラン量を有し、被覆燃料粒子としては２３ｇであった。この実施例において、モールド下部６０Ｌとモールド上部６０Ｕに装荷した黒鉛粉末の割合は、１次球を成型するのに必要な黒鉛粉末の量を１００とし場合、モールド下部が４０、上部モールドが６０であり、また、この黒鉛粉末に分散させた被覆燃料粒子の割合は、１次球を成型するのに必要な被覆燃料粒子の量を１００とした場合、モールド下部が２０、モールド上部が８０であった。
【００２６】
この実施例による成型工程においいて、モールド外への混合体の漏れは認められず、成型された一次球には割れが発生していなかった。また、この実施例によって成型された一次球（コア）をＸ線撮影したところ、図７（Ａ）に示すように、被覆燃料粒子が一次球内に均一に分散されていることが観察された。なお、比較のため、図７（Ｂ）に従来技術によってモールド内に混合体を一括装荷してプレスして得られた一次球のＸ線撮影の結果を示す。図７（Ａ）の本発明の実施例によって成型された一次球が図７（Ｂ）に示す従来技術によって成型された一次球に比較して被覆燃料粒子の分散性が高いことが解る。
【００２７】
なお、上記実施例においてモールド各部に装荷される黒鉛粉末の割合及び被覆燃料粒子の割合の値は、最終製品であるペブルベッド型燃料の密度、ウラン含有量等の製造条件(特に被覆燃料粒子の比重)の変更に伴って変更される。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明によれば、被覆燃料粒子の高い分散性を有する一次球を成型することができ、またプレスの圧力掛けが均一であり、且つ空気が内包することなく成型することができるので、割れを生ずることがない高い品質の一次球を容易に製造することができ、特に、高温ガス炉用の燃料の製造に有益に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】ペブルベッド型燃料の如き球形燃料の製造に使用される一次球の拡大断面図である。
【図２】本発明の球型燃料用一次球の製造に使用されるモールドを示し、同図（Ａ）は、その正面図、同図（Ｂ）は、その分解断面図である。
【図３】本発明の球型燃料用一次球の製造方法を説明し、同図（Ａ）は、モールド下部に被覆燃料粒子と黒鉛粉末との混合体の一部を装荷し撹拌する状態を示す断面図、同図（Ｂ）はモールド上部に残りの混合体を装荷し撹拌する状態を示す断面図である。
【図４】本発明の方法によって混合体が装荷されたモールドを閉じた状態の断面図である。
【図５】従来技術の方法によってモールド内に混合体を装荷し、撹拌している状態の断面図である。
【図６】従来技術の方法によってモールド内の混合体を撹拌している間にモールドの上下部の間に隙間が発生した状態の断面図である。
【図７】Ｘ線撮影による一次球内の粒子分布状態を示し、同図（Ａ）は、本発明の方法によって製造された一次球内の粒子分布状態を示す写真図、同図（Ｂ）は、従来の方法によって製造された一次球内の粒子分布状態を示す写真図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０  被覆燃料粒子
２０  黒鉛粉末
３０、３０Ｌ、３０Ｕ  混合体
４０  一次球
６０  モールド
６０Ｌ  モールド下部
６０Ｕ  モールド上部
６０Ｃ  上蓋
６０ＬＪ、６０ＵＪ  モールド下部及び上部の接合部
６０Ｇ  接合部間の隙間
６０ＬＥ、６０ＵＥ  モールド下部及び上部の接合端面
６０ＵＯ  モールド上部の開口面
６０ＣＭ  型部分
６０Ｖ  型窪
６０ＬＶ、６０ＵＶ、６０ＣＶ  型窪部分
６２  撹拌治具
６４  分離防止治具
７０  容器
【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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