2001-074873号核燃料ペレット及び核燃料ペレットのＯ／Ｍ調整方法

出願人	原子燃料工業株式会社
発明者	松田哲志
出願日	1999年9月6日（21年5ヶ月経過）	出願番号	1999-251261
公開日	2001年3月23日（19年10ヶ月経過）	公開番号	2001-074873
状態	未査定
技術分野	原子炉燃料及び部品の製造
主要キーワード	核分裂生成物質、還元熱処理、金属比、余剰酸素、核燃料ペレット、二酸化ウラン、被覆管、酸素ポテンシャル
関連する未来課題	環境にやさしいエネルギーを実現する、放射性廃棄物のない社会を実現する、サイバー攻撃のない社会を実現する、地球温暖化のない社会を実現する
重要な関連分野	原子炉燃料及び部品の製造

※この項目の情報は公開日時点（2001年3月23日）のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (4)

課題

Ｇｄ２Ｏ３もしくはＰｕＯ２が添加されたＵＯ２ペレットの酸素ポテンシャルを低くして燃料被覆管の内面酸化の抑制をはかり、燃料被覆管の健全性を向上せしめる。

解決手段

核燃料ペレットにおいて、そのペレット組成をＵ（１−ｙ）ＭｙＯ（２＋ｘ）とした場合に、（−ｙ／２）≦×≦０となるようにＯ／Ｍ（酸素／金属比）を調製せしめる。

概要

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背景

Ｇｄ２Ｏ３やＰｕＯ２を含む核燃料ペレットにおいて、Ｏ／Ｍ比は通常、２に近い値、即ち、ほぼ定比性となるように製造されている。一方、上記ペレットおよびＵＯ２ペレットは燃焼の進行に伴いＦＰ（核分裂生成物）と共に余剰酸素が生じ、これが燃料被覆管の内面酸化に影響しているが、図１に示すようにＧｄ２Ｏ３を含むＵＯ２／Ｇｄ２Ｏ３ペレットはＵＯ２ペレットに比べ燃料被覆管の内面酸化を起こし易くなることが知られている。

概要

目的

ところで、現行使用されている軽水炉燃料の場合、燃料被覆管はその厚みが０．６ｍｍ程度と極めて薄い。従って今後の燃焼度の向上やＧｄ２Ｏ３添加量の増加により燃料被覆管の内面酸化が増大することが考えられるので、燃料被覆管の健全性を維持し、向上させるためには被覆管の内面の酸化を抑制することが重要な課題である。

本発明は上述の如き時代の趨勢に対処し、特にＯ／Ｍ比の調整に着目することによりＧｄ２Ｏ３もしくはＰｕＯ２が添加されたＵＯ２ペレットのＯ／Ｍ比を亜定比性にし、ペレットの酸素ポテンシャルを低くして燃料被覆管の内面酸化の抑制をはかり、ＳＣＣ（応力腐食割れ）の可能性を低減させることを目的とするものである。

効果

実績

技術文献被引用数: 0件
牽制数: 0件

この技術が所属する分野

（分野番号表示ON）※整理標準化データをもとに当社作成

2G071原子炉燃料及び部品の製造

請求項1

Ｇｄ２Ｏ３もしくはＰｕＯ２が添加されたペレットであって、そのペレット組成をＵ（１−ｙ）ＭｙＯ（２＋ｘ）とした場合に、（−ｙ／２）≦×≦０となるようにＯ／Ｍ（酸素／金属比）が調整されていることを特徴とする核燃料ペレット。

請求項2

Ｇｄ２Ｏ３もしくはＰｕＯ２が添加されたＵＯ２ペレットにおいて、該ペレットを通常のＯ／Ｍ＝２とする焼結工程により焼結した後、該ペレット焼結体を更に還元雰囲気中で熱処理し、Ｏ／Ｍを、Ｕ（１−ｙ）ＭｙＯ（２＋ｘ）とした場合に（−ｙ／２）≦×≦０となるように調整せしめることを特徴とする核燃料ペレットのＯ／Ｍ調整方法。

技術分野

0001

本発明は核燃料ペレット、特にＧｄ２Ｏ３やＰｕＯ２を含む核燃料ペレットのＯ／Ｍ（酸素／金属比）調整方法ならびに該調整により得られた核燃料ペレットに関するものである。

背景技術

0002

図１

発明が解決しようとする課題

0003

0004

課題を解決するための手段

0005

即ち、上記目的に適合する本発明核燃料ペレットの特徴は、Ｇｄ２Ｏ３もしくはＰｕＯ２が添加されたペレットであって、そのペレット組成をＵ（１−ｙ）ＭｙＯ（２＋ｘ）とした場合に、（−ｙ／２）≦×≦０となるようにＯ／Ｍ（酸素／金属比）が調整されていることにある。また、本発明は上記核燃料ペレットを得るための方法として、Ｇｄ２Ｏ３もしくはＰｕＯ２が添加されたＵＯ２ペレットにおいて、該ペレットを通常のＯ／Ｍ＝２とする焼結工程により焼結した後、該ペレット焼結体を更に還元雰囲気中で熱処理し、Ｏ／Ｍを亜定比性、即ち、Ｕ（１−ｙ）ＭｙＯ（２＋ｘ）において、ｘが負の値をとる場合、ｘ＝０より酸素ポテンシャルが低い状態に調整せしめることを特徴とする。

発明を実施するための最良の形態

0006

以下、更に本発明の具体的実施の形態について説明する。

0007

本発明は上述の如くＧｄ、Ｐｕなど固溶性物質を含むＵＯ２核燃料ペレットを燃料棒に封入したとき、その燃料被覆管内面の酸化を抑制し、燃料被覆管の健全性を維持するのにすぐれた効果を示す核燃料ペレットを提供すべく、特に燃料棒内の酸素ポテンシャルに着目するものである。

0008

燃料被覆管の内面酸化を支配する要因に燃料棒内の酸素ポテンシャルが考えられる。例えば図２は、Ｇｄ２Ｏ３を固溶させた場合のＯ／Ｍ（酸素／金属比）と酸素ポテンシャルの関係を示す。即ち、図２はＧｄ（ガドリニウム）添加の二酸化ウラン（Ｕ１−ｙＧｄｙＯ２±０．００１）で４つのｙ（図中に記載）の値に対して夫々ｘを＋０．００１から−０．００１に変えたときの酸素ポテンシャルのエリアを温度に対して夫々斜線で示しており、各斜線エリアの上の境界がｘ＝０．００１の時で、下の境界がｘ＝−０．００１の時なので、ｘが０．００１とプラスの値になる程、縦軸の酸素ポテンシャルが大きくなることが示されている。

図２

0009

逆に亜定比性、即ち、Ｕ（１−ｙ）ＧｄｙＯ（２＋ｘ）において、ｘが負の値をとる場合、ｘ＝０の場合より酸素ポテンシャルが低い状態であることが分かる。

0010

また、図３はＵ（１−ｚ）ＰｕｚＯｗについてｚを０．４に固定し、ｗを図中の記載のように１．８２から２．１の範囲で変化させたときの酸素ポテンシャルの温度変化を示しており、やはり図２と同じくｗの値が大きくなる程酸素ポテンシャルが大きくなっていることが示されている。

図２

図３

0011

一方、一旦、焼結したＧｄ２Ｏ３入りペレットを還元雰囲気中で熱処理することにより燃料棒内の酸素ポテンシャルを低減させることが実験の結果判明した。例えば下記表１に予め、通常のＯ／Ｍ＝２となるように焼結したＧｄ２Ｏ３入りＵＯ２ペレット焼結体を、１２００℃、４時間、Ｈ２／Ｎ２雰囲気との条件で還元雰囲気中で熱処理したときの重量変化とＯ／Ｍ変化を示す。

0012

0013

上記表１より重量、Ｏ／Ｍ共にマイナス方向に変化していることが分かる。この重量変化は酸素の放出によるもので、ここからＯ／Ｍの変化を見積もることができる。そこから、Ｏ／Ｍにしておよそ、０．０３程度、亜定比性にシフトさせることが出来る。なお、還元によるｘの下限を選定し、（−ｙ／２）≦０の範囲となるように調整することにより、燃料棒内の酸素ポテンシャルを低減させるようにしている。

0014

かくして、以上のことから製造時の燃料ペレットのＯ／Ｍを亜定比性にすることによりペレットの酸素ポテンシャルを低くし、燃料被覆管の内面酸化を抑制できることが分かる。また、燃料内部の酸素ポテンシャルを下げることは同時に燃料被覆管内面のＳＣＣ（応力腐食割れ）の誘因となるＩ（よう素）分圧を下げることにつながり、ＳＣＣの可能性をより低減させることができる。Ｉ（よう素）は通常、同じく核分裂生成物質（ＦＰ）であるＣｓ（セシウム）と結合してトラップされた状態にあるが、燃料棒内の酸素ポテンシャルが上がると、Ｃｓは他のＦＰ元素と結合するようになり、Ｉが解離された状態となってＩ２分圧が増加するとされている。従って本発明による酸素ポテンシャルの低下は極めて有効である。

0015

以上の説明はＧｄ２Ｏ３入りＵＯ２ペレット例について述べて来たが、ＰｕＯ２を添加した場合も同様であり、同じく燃料被覆管の内面酸化の抑制に効果を奏する。

発明の効果

0016

本発明は以上のようにＧｄ２Ｏ３もしくはＰｕＯ２が添加されたＵＯ２ペレットにおいて、そのペレット組成をＵ（１−ｙ）ＭｙＯ（２＋ｘ）とした場合に（−ｙ／２）≦×≦０となるように調整されたものであり、Ｏ／Ｍが通常のペレットのＯ／Ｍ２より小さい核燃料ペレットとして、これを使用することにより燃料棒内の酸素ポテンシャルを低減させることが可能となる。従ってこれにより燃料被覆管の内面酸化を抑制すると共にＳＣＣの可能性を低減させ、燃料被覆管の健全性を向上させる効果を奏する。

0017

請求項２に係る発明は、上記燃料ペレットにおいて、所定のＯ／Ｍに調製する手段として従来の通常の焼結工程を経た後に、更に還元熱処理を行うだげで極めて簡単、かつ実用的な方法であり、今後の燃焼度の向上やＧｄ２Ｏ３等の添加量増加が見込まれる状勢から頗る有用性が大である。