核反応炉のための金属燃料ピンシステムにおいて、環状の金属核燃料合金と、前記金属核燃料合金を取り囲むジルコニウムシースと、前記シースを取り囲むクラッディングと、ガスプレナムと、を備えているシステム。前記金属核燃料合金はウラン‐ジルコニウムを備えている、請求項1に記載のシステム。前記金属核燃料合金はウラン‐モリブデンを備えている、請求項1に記載のシステム。前記金属核燃料合金は超ウラン元素を備えている、請求項1に記載のシステム。前記金属核燃料合金はトリウム合金を備えている、請求項1に記載のシステム。前記ガスプレナムにはヘリウムが充填されている、請求項1に記載のシステム。前記クラッディングは鋼である、請求項1に記載のシステム。前記金属核燃料合金は、照射されると従来の金属燃料の様に振る舞う、請求項1に記載のシステム。金属燃料鋳型システムにおいて、鋳型ブロックと、ねじの切られた中央ロッドと、金属核燃料合金を受け入れるための環状開口部と、前記環状開口部の内径に隣接するジルコニウムシースと、を備えるシステム。前記鋳型ブロックは黒鉛を備えている、請求項9に記載のシステム。前記ねじの切られた中央ロッドは、窒化チタンがコーティングされた鋼又はねじの切られた中実の黒鉛ロッドを備えている、請求項9に記載のシステム。前記金属核燃料合金はウラン‐ジルコニウムを備えている、請求項9に記載のシステム。前記金属核燃料合金はウラン‐モリブデンを備えている、請求項9に記載のシステム。前記金属核燃料合金は超ウラン元素を更に備えている、請求項9に記載のシステム。前記金属核燃料合金はトリウム合金を備えている、請求項9に記載のシステム。前記システムは下注ぎ鋳造に適合されている、請求項9に記載のシステム。シースで被覆された環状の金属核燃料を加工する方法において、液状の金属核燃料合金を鋳型の中へ下注ぎする工程であって、前記鋳型は、当該鋳型内の孔のセットと、前記孔それぞれの大凡中央にあるロッドと、前記1つ又はそれ以上の孔それぞれの内側のジルコニウムシースと、を備えている、その様な鋳型に下注ぎする工程と、前記液状の金属核燃料合金に、シースで被覆された環状の金属燃料を形成させる工程と、前記シースで被覆された環状の金属燃料を取り出す工程と、前記シースで被覆された環状の金属燃料を、ガスプレナムを設けて、クラッディングに設置する工程と、を備える方法。前記1つ又はそれ以上の管は、下注ぎ工程に先立って前記クラッディングの中へ設置される、請求項17に記載の方法。前記ロッドは、窒化チタンがコーティングされた鋼ロッド又はねじの切られた中実の黒鉛ロッドを備えている、請求項17に記載の方法。前記金属核燃料合金はウラン‐ジルコニウムを備えている、請求項17に記載の方法。前記金属核燃料合金はウラン‐モリブデンを備えている、請求項17に記載の方法。前記金属核燃料合金は超ウラン元素を備えている、請求項17に記載の方法。前記金属核燃料合金はトリウム合金を備えている、請求項17に記載の方法。再処理燃料の遠隔加工を更に備えている、請求項17に記載の方法。環状の金属燃料スラグを使用する方法において、下注ぎ鋳造によって作り出される環状の金属燃料スラグを提供する工程と、前記環状の金属燃料スラグを初期照射する工程と、を備え、前記環状の金属燃料スラグは、初期照射後は、従来の金属燃料と実質的に同じ組成を有することになる、方法。再処理燃料の遠隔加工を更に備えている、請求項25に記載の方法。使用済み燃料からマイナーアクチニドを除去し、当該マイナーアクチニドを新しい金属燃料と合金化する工程を更に備えている、請求項25に記載の方法。前記環状の金属燃料スラグを取り囲むジルコニウムシースを提供する工程を更に備えている、請求項25に記載の方法。前記環状の金属燃料スラグは、トリウム合金を備えている、請求項25に記載の方法。0014本発明の実施形態は、シースで被覆された環状の金属核燃料、シースで被覆された環状の金属核燃料用の鋳型配設、及びシースで被覆された環状の金属核燃料の加工のための方法を含んでいる。0015一部の特定の実施形態では、幾つかの加工技法を別々に及び/又は個々に使用して、シースで被覆された環状の金属核燃料を作成することができる。例えば、環状の金属燃料の加工は、金属燃料の中実スラグを黒鉛鋳型内のジルコニウム管又は類似の型式の管の中へ下注ぎで鋳込むことによって施行することができる。0016本発明の実施形態は、ジルコニウムシースを有する環状の金属燃料スラグの加工及び照射を含んでおり、ジルコニウムシースを備えた環状の金属スラグは、鋼であってもよいとされるクラッディングに、ヘリウムボンドを設けて、ぴったり納まる。この組み合わせは、それぞれの特徴を個々に採用していては成され得ない数々の重要な特質をもたらすことができる。加工プロセス0017図1は、1つの実施形態による下注ぎ鋳造のための鋳型配設101を示している。以下は、従来式の射出鋳造による金属燃料加工の技法に比べた場合の下注ぎ鋳造の有利な特質であり、即ち、a.黒鉛鋳型は再使用可能であり、射出鋳造の場合に石英鋳型へ燃料粒子がこびり付くことで発生する廃棄物が解消される。b.射出鋳造では鋳造中に石英鋳型が軟化するせいで鋳造できる合金の最大溶融温度が制限されるが、射出鋳造の様に合金組成の範囲が制限されることはない。c.射出鋳造の場合は環状の幾何学形状は実現性がなかったが、環状のスラグを鋳造することができる。d.下注ぎ鋳造ではシースの包含に実現性がある。e.下注ぎ鋳造では不活性ガスの過剰圧力を使用することにより揮発性元素の損失を解消することが可能である。f.下注ぎ鋳造は、遠隔的な適用に役立つ。0018金属燃料103は、黒鉛又は類似の型式の坩堝の中で、揮発性成分の損失を最小限に抑えるために不活性ガスの過剰圧力を軽く掛けながら溶かされる。金属合金は、ウラン‐ジルコニウム、ウラン‐モリブデンとすることができ、プルトニウム及び他の超ウラン元素が添加されていてもよいし、添加されていなくてもよい。0019トリウムを基材とする合金も、その様な方式で加工することができるであろう。本発明の実施形態は、金属トリウム合金燃料に対応することができる。インドの様な、ウランの自国埋蔵量を持たない国々では特に、トリウム合金燃料の使用に新たな関心が寄せられている。米国の初期の研究の結果から、トリウム金属燃料は、照射されると、従来のウラン合金材料の場合と同様の様式で、空孔の相互接続とガスの放出を呈することが示されている。よって、本発明の実施形態は、トリウムを基材とする合金を燃料ピンとして利用しており、及び/又はトリウムを基材とする燃料の性能改善のための加工技法を利用している。0020金属燃料では、照射下の燃料の低スメア密度と可塑性のせいで、厳しい精度要件は無用である。合金組成の範囲は、石英鋳型の軟化が制約となった射出鋳造燃料の場合ほど制限されない。液状の合金金属燃料103が、図1に示されている様に、坩堝から黒鉛鋳型又はブロック105の中へ下注ぎされる。黒鉛鋳型105は、ジルコニウム管109が内張りされた1つ又はそれ以上の円筒形の孔107を含んでいる。管109は、ジルコニウム以外の耐熱金属管であってもよい。それぞれの管109の大凡中心には、鋼ロッド又はねじの切られた中実の黒鉛ロッド111が在る。鋼ロッド又はねじの切られた中実の黒鉛ロッド111は、窒化チタンの様な薄いセラミック層でコーティングされていてもよい。他のセラミックスを使用することもできるであろう。鋼ロッド又はねじの切られた中実の黒鉛ロッド111は、黒鉛鋳型105へねじ込まれる113。金属燃料103が黒鉛鋳型105の中へ流し込まれた後、黒鉛鋳型105から取り出される生成物が、中央孔とジルコニウムシースを有する環状の燃料スラグである。0021本発明の実施形態の加工技法は、燃料材料が石英鋳型にこびり付くことの多かったこれまでの射出鋳造の方法に比べると、廃棄物の発生が圧倒的に少なくなる。また、下注ぎ鋳造では坩堝の底の残留ヒールが、射出鋳造で見られるものに比べ最小限になる。0022鋳型の中にジルコニウム管を備えた上で鋳型の中へ鋳込むやり方に代わるものとして、薄いジルコニウム管又は耐熱合金の管を適度にぴったりした嵌り具合でクラッディングの中へ設置し、次いで環状燃料スラグを、ジルコニウム管が既に所定場所に一体に備えられたクラッディングの中へ入れるというやり方がある。この方法の期待される利点は、燃料スラグの鋳造長さが限られている場合に、長い炉心長さに対応してジルコニウム管を連続的なものとできることである。燃料スラグは、シースに途切れのない状態で、積み重ねられてゆくことであろう。照射の初期段階での適切な熱伝達経路を作り出すために、更にヘリウムガスボンドが使用されてもよいであろう。0023図2は、1つの実施形態による、中央孔203とジルコニウムシース205を有する環状の燃料スラグ/ピン201の断面図を示している。鋼又は他の類似の材料のクラッディングジャケット205が、ジルコニウムシース205と環状の燃料スラグ201を取り囲んでいる。一部の特定の反応炉について提案されている非常に高い滞留時間では、環状燃料スラグ201とクラッディング207の間のバリアを提供するために、ジルコニウムシース205を使用することができるであろう。環状の燃料スラグ201及びその副構成要素の寸法は、特定の用途に基づいて様々に異なることであろう。0024ジルコニウムシース205を燃料ピン201に含めることは、高速炉燃料の場合の極めて長い照射曝露中の化学攻撃から鋼クラッディング207を護る方法を提供することになる。照射中、金属燃料103中の元素は、拡散によって、クラッディング207中の元素と入れ替わり、その結果、クラッディング207の有効な厚さが縮んで、クラッディング破断を引き起こさないとも限らない。ジルコニウムシース205は、拡散によるこの元素交換を遅らせる。他種のシース材料ではこの保護は提供できないかもしれない。0025もう1つの懸念される問題は、燃料103とクラッディング207の間の界面に、2つの現象の何れかにより、低融点合金が形成されることである。1つ目に、クラッディング207中の鉄が、燃料の元素である例えばウランと合金化し、低融点組成物を形成することがある。2つ目に、ランタニド核分裂生成物が、燃料とクラッディングの界面へ移動し、低融点合金を形成することがある。クラッディング207の近傍に低融点合金が在れば、過早破断を引き起こす可能性が高くなる。何れの場合も、ジルコニウムシース205は、低融点合金の形成を防ぐことであろう。他種のシース材料ではこの保護は提供できないかもしれない。0026図3は、1つの実施形態による、シースで被覆された環状の金属燃料システム301を示している。ジルコニウムシース205を有する環状の燃料スラグ201は、クラッディングジャケット207の中へ設置される。環状の燃料スラグ201に関する裕度は、クラッディング207に嵌って殆ど隙間が残らないような裕度とすることができる。クラッディングジャケット207のガスプレナム303には、適切な熱伝達を作り出すためにヘリウムガス305を充填することができる。シースで被覆された環状の金属燃料システム301には、エンドキャップ307及び/又は底の鋤状部309も含まれている。加工プロセスの目的0027従来の金属燃料は、燃料とクラッディングの間の隙間のおかげで、燃料は、核分裂ガスの蓄積に阻害されずに、核分裂ガスの気泡が相互接続し核分裂ガスが燃料の上方のプレナムへ逃げてゆくまで膨らむことが許容されているため、高い燃焼度が得られる。従来の金属燃料の燃料とクラッディングの間の隙間は、有効密度75又はそれ以下をもたらす。よって、気孔の相互接続は金属燃料がクラッディングに到達する前に起こることになる。0028従来の金属燃料での燃料とクラッディングの間の隙間に代えて、燃料スラグの中央孔によって同様に有効燃料密度75又はそれ以下を実現させることができる。こうしえ、燃料は、少なくとも一部分は、外へ向けてではなしに内に向かって膨れ空孔の相互結合を実現させる。従来の金属燃料では、クラッディングに接触するより前に金属燃料の軸方向への顕著な伸びが見られた。本発明の実施形態では、環状の燃料スラグは、その寿命の始まった時点でシース及びクラッディングと接触することになるので、軸方向への伸びは従来の金属燃料の場合より遥かに少なくなる。0029従来の金属燃料のウラン‐ジルコニウム又はウラン‐プルトニウム‐ジルコニウムの燃料ピンが照射されると、ジルコニウムが燃料スラグの表面へ拡散し、燃料とクラッディングの間に保護バリアを形成する傾向がある。この拡散のメカニズムによって形成されるジルコニウム層は、常に均一とは限らないため、燃料とクラッディングの間の保護は断続的となる。以前のシステムでは、ジルコニウム管が燃料とクラッディングの間にバリアを提供し得るとの先行技術の確信に基づき、石英鋳型を排除するための技法として、金属燃料はジルコニウム管の中へ射出で鋳込まれた。従来のシステムでは、燃料スラグは、ジルコニウム管と共に、ナトリウムボンドを設けて、クラッディングの中へ設置され、照射された。燃料スラグとクラッディング管の間の隙間は、75の有効燃料密度に対応するために大きかった。燃料が膨らむと、ジルコニウム管が裂けてしまうこともあったかもしれない。そのため、管は保護バリアとして有効に機能していなかった。0030本発明の実施形態では、ジルコニウムシースを有する環状の燃料スラグは、クラッディング管の中へぴったり嵌め込まれる。従って、環状の燃料スラグが膨れるとき、環状の燃料スラグは中心に向かって膨らんでゆくため燃料の外に向かう動きは殆ど生じない。従って、ジルコニウムはそう簡単に割れるということがなく、保護バリアとして無傷のままでいられる。0031また、環状燃料スラグとクラッディングの間には隙間が殆どないために、液状のナトリウムボンドは無用である。ヘリウムガスが、やはり、好適な熱伝達媒体として使用されることになろうが、他の物質が使用されてもよい。従来の金属燃料では、ナトリウムボンドは、低燃焼度の後に、プレナムの中へ搾り出される。ヘリウムボンドを用いることで、クラッディング管へのナトリウムの充填とボンドの検査は省略することができる。ナトリウムボンドがなくなれば、燃料ピンの長さは実質的に縮減される。燃料ピンが短くなれば、集合体の短縮化がもたらされ、必然的に原子炉容器は小型化し、有意に費用を節約できる。0032ナトリウムボンド型金属燃料は、典型的には、燃料ピンをナトリウムの反応炉プールの中へ投入できるようになる前にボンドナトリウムを液化させるために、上から下に向かって加熱されなくてはならない。これには、専用の燃料装荷機械が必要になる。更に、一部の特定の反応炉については、炉心全体が幾つかのカセットとして装荷される。これらのカセットを上から下へ加熱するには、大がかりな専用の設備が必要になることであろう。本発明の実施形態は、これらの問題を回避しようと努めている。また、ナトリウムボンド方式を排除することにより、燃料集合体を洗浄した後に輸送し水冷を施しながら貯蔵できる可能性が開ける。0033本発明の実施形態は、更に、シースで被覆された環状の金属燃料を使用してエネルギーを生成するためのシステム及び方法も含んでいる。シースで被覆された環状の金属燃料を照射すればエネルギーが生成される。0034本発明の実施形態では、アメリシウムの様な揮発性成分の損失は、合金溶融時の軽度の過剰圧力が損失を解消するために、問題とならない。0035使用済み核燃料中の放射性元素は核分裂生成物であり、それらには半減期が比較的短い元素や半減期が非常に長いマイナーアクチニドが含まれる。よって、残留放射能という要因を背景に貯蔵施設が信頼に足ることを証明しなくてはならない期間は、マイナーアクチニドによって決まる。更に、マイナーアクチニドは、それらの減衰から生成される熱のせいで、貯蔵施設の受容能力を決定付ける。セラミックでも金属でも核燃料再処理のためのパイロプロセスは、使用済み核燃料からマイナーアクチニドを除去し、マイナーアクチニドは、その後、新しい金属燃料との合金化に使用される。金属燃料は、マイナーアックチニドにとっての理想的な宿主である。0036金属燃料加工のための従来の方法は射出鋳造によるが、当該方法は、溶融合金の石英鋳型への高温射出に先立ってシステムを脱気することに依存している。マイナーアクチニドのアメリシウムは、非常に揮発性が高く、従って脱気プロセス中に液相を維持させるのが困難である。本特許で詳述されている下注ぎ鋳造法は、脱気が要らず、実際に、不活性ガスの過剰圧力を使用して鋳造プロセス中のアメリシウムの損失を実質的に解消する。0037本発明は、再処理燃料が高い放射能を有しているホットセル環境での遠隔加工を容易にすることができる。加工技法は、再処理燃料の遠隔加工に適したものとなろう。究極的には、全部とはいえないまでも殆どの核反応炉が再処理燃料で稼働されることになる。再処理高速反応炉燃料は、ホットセルの様な遠隔環境で処理及び加工されなくてはならない。燃料加工の技法は、コンパクトで且つホットセル内で容易に保守点検できる設備を利用しなくてはならない。金属燃料加工のための下注ぎ鋳造方法は、この点で遠隔利用にとって理想的である。0038一部の特定の実施形態では、燃料は、初期照射後は従来の金属燃料の様相を呈し、従って従来の燃料についての膨大なデータベースが適用できる。例えば、環状の金属燃料が照射されると、燃料は環の中へ膨れてゆく。環の直径は、環が燃料スウェリングによって閉じたときの燃料のスメア密度が75又はそれ以下であり、続いて空孔の相互接合と核分裂ガス放出が起こる、大きさである。また、燃料の微細構造は、従来の金属燃料の微細構造の様相を呈する。0039空孔の相互接続及び従来型金属燃料と同一の微細構造が環状の燃料に起こるということは、ひいては従来の金属燃料についての広範なデータベースへの橋を構築することができる故に重要である。よって、環状の燃料のライセンス取得のための広範で高価な開発プログラムは回避することができる。0040以上の説明は本発明の好適な実施形態に向けられているが、当業者には他の変型及び修正が自明のことであり、その様な変型及び修正は、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく成され得ることを指摘しておく。更に、以上に明示的に述べられていなくとも、本発明の1つの実施形態に関連付けて記述されている特徴は、他の実施形態に関連付けて使用することもできる。