JPS5819593A - 核燃料粉末の成型焼結性能改善方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 核燃料を製造する工程の一つとして、通常、核燃料物質
の粉末を圧縮成型した後、焼結してペレット化すること
が行なわれている。本発明は、かかる核燃料ペレット製
造時における核燃料物質の特性を改善する方法に関し、
更に詳しくは、焼結したときペレットの密度特性が不良
であるような核燃料物質粉末の成型燃結性能を向上させ
、良好な密度特性の焼結ベレットを得ることができるよ
うな方法に関するものである。

従来より、使用済み核燃料の再処理で分離して得られた
ウラン溶液は、流動床によφ加熱処理により脱硝し、粉
末化されているが、この方法により得られる三酸化ウラ
ン粉末は密度特性が悪いものが多く、酸化処理後、成型
焼結してペレットとした時に、ペレットの密度が必要な
値まで上がらないという問題があった。たとえば、通常
の三酸化ウラン粉末をもちいた混合酸化物燃料（酸化ウ
ランと酸化プルトニウムとの混合燃料）では成型焼結後
の密度が理論値の９３〜９７％となるのに対して、前記
のような特性の悪い三酸化ウラン粉末を用いた混合酸化
物燃料では、成型焼結後の密度が理論値の９０％程度し
か上がらず、そのままでは使用できない。

この問題を解決するため、特性不良の三酸化ウラン粉末
を再度硝酸に溶解し、沈澱法によって再び粉末化すると
いう処理が必要であった。

ところが、このような処理を行なうと、核燃料製造工程
および製造時間や電長くなり、作業員の被曝の機会もそ
れだけ増加するばかりでなく、処理にともなって廃液な
どの二次廃棄物の発生量も増大する。

また、上記した流動床方式によりえられ先玉酸化ウラン
粉末以外にも、核燃料製造過程において粉末物性の不良
な粉末が発生した場合、これら粉末についても再粉末化
処理を行なっていたが、前記と同様の問題点が生じるし
、また再粉末化処理によっても必ずしも所望の特性をも
つ粉末が得られるとは限らない。というのは、沈澱法に
おいて、熟成時間、温度等の条件が十分管理されなけれ
ばならず、混合時、酸化還元処理時の条件もその数値に
よっては粉末特性に悪影響を及ぼす虞れがある。

本発明の目的は、上記のような従来技術の欠点を解消し
、焼結したときのペレットの密度特性が不良であるよう
な核燃料物質粉末の成型焼結性能を、簡単な工程で、短
時間で、しかも作業員の被曝もほとんどなく、改善する
ことのできる方法を提供することにある。

かかる目的を達成するため、本発明では、被処理粉末に
硝酸を加えて該粉末を湿潤または浸漬状態となし、次い
でマイクロ波加熱処理を施して再び整燥させるよう構成
されており、まさ２にこのような処理方法に本発明の特
徴がある。

ウランまたはプルトニウムの硝酸溶液をマイクロ波加熱
することにより、好ましい物性を有する核燃料物質粉末
が得られることは既に公知の事実であり、特性不良粉末
を完全に溶解した後にマイクロ波加熱すれば物性の良好
な粉末が得られるのは当然のことであるが、特性不良粉
末を湿潤または浸漬状態程度の処理をしただけでその特
性を改善することができるという事実は、本発明者等が
はじめて知得したものである。

本発明は、かかる知得に基づき完成されたものである。

以下、本発明について更に詳しく説明する。

図面は本発明方法の概念を示すもので、バッチ式処理の
場合の一例である。要請製粉末１を容器２に収納し、調
製用のグローブボックス３に移動させる。その後、硝酸
をジャワ４等により適量添加する。一定時間経過させて
要請製粉末を湿潤もしくは浸漬状態とした後、マイクロ
波加熱炉５に収容し、加熱処理する。マイクロ波は、シ
ール部６を介してグローブボックス３の外のマイクロ波
発振器７より印加される。その際、オフガスはオフガス
処理系８で無害化処理する。調製終了した粉末１１は、
ペレット製造工程に提供され粉末物性良好の粉末と同様
に取扱われることになる。なお、この例は、バッチ式処
理の例であるが、要調整粉末が大量の場合は、連続式の
マイクロ波加熱炉を用い連続処理することも可能である
。

さて、本発明方法で処理できる核燃料物質粉末には、前
記した二酸化ウランのほか、二酸化プルトニウム、二酸
化ウラン、゛四７ツ化ウラン、二酸化トリウムの単体ま
たはそれらの２種以上の混合物からなり、成型焼結性能
の悪い粉末をあげることができる。本発明方法で使用す
る硝酸としては、通常、数規定程度の水溶液が用いられ
るが、濃硝酸から非常に薄い希硝醸の範囲まで適宜選択
しうる。要は、硝酸により被処理粉末の表面層の一部を
溶解させることができればよいのである。つまり、表面
層の一部を溶解させる目的をもって、被処理粉末を硝酸
によって湿潤または浸漬処理するのである。かかる処理
を行なった後、前記のようにマイクロ波加熱処理を施し
て再び乾燥粉末とするのであるが、マイクロ波加熱処理
の条件は、従来の硝酸溶液を処理する場合と同様のもの
′でよい。また、場合によっては、マイクロ波加熱処理
と同時にボールミル方式などの粉砕処理を行なって、粉
末特性の調製を行なうこともできる。

被処理粉末の量に対して使用する硝酸の量は、完全に溶
解させる従来の場合よりも、湿潤または浸漬させ゛る場
合の方がはるかに少なくてすみ、このことは、その後の
マイクロ波加熱処理時間は、本発明方法では極めて短か
くてよいことを意味する。しかも、湿潤または浸漬処理
は、粉末を溶解する必要がないので短時間で完了させる
ことができる。さらに、この処理により発生するガスの
量も本発明方法では極めて少なくて済む。

本発明方法の有効性を比較例と対比しながら説明すると
、次の通りである。

比較例 流動床で脱硝して得た三階（５Ｑラン（ＵＯｓ　）で以
下のフローによりペレット製造を行なった。

その結果、得られた焼結ペレットの密度は、理論密度の
８８〜９０％であり、平均的な核燃料ペレットに対して
低い密度であった。

↓ 焙焼還元　　７００℃　焙焼２時間、還元４時間↓ 粉砕（ボールミル）４時間 ↓ バインダ添加　　ステアリン醗亜鉛　０．　ａ　ｗｔ％
↓ 焼゛結　　１７００℃２時間、　　４００１：／時↓ 密度測定 実施例 前記と同じ三酸化ウラン粉末を下記の条件で調整し、そ
の後、前記比較例と同様のフローでペレット製造を行な
ったところ、得られた焼結ペレットの密度は理論密度の
９３〜９６％まで向上させることができた。

ＵＯａ　　（ｔｏｏｇ） ↓ 硝酸添加　ＩＮ　　ＨＮＯｓ　　２０ｍｔ↓ １０分放置 ↓ マイクロ波加熱処理　２４５０ＭＨｚ　、　２　ＫＷ　
、　ａ延陶↓ 以降は比１例と同じフロー この結果からみて、本発明による前処理により核燃料物
質粉末の成型焼結性能が著しく改善されることが判る。

以上詳記したことから明らかなように、本発明によれば
、そのままでは燃料ペレットの製造に使用しえないよう
な粉末物性（成型焼結性能）をもつ核燃料物質粉末が、
極めて簡単な処理を行なうだけで燃料ペレットの製造に
使用できることになり、また、処理は短時間内で行なえ
るから作業員の被曝を低減化でき、二次廃棄物の発生量
も少なくてすむなど、その実施効果は極めて大きいもの
である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明方法の概念図である。 １・・・要請製粉末、３・・・調製用グローブボックス
、４・・・ジャワ、５・・・マイクロ波加ｊ１％炉、　
８・・・オフガス処理系、１′−・・調製終了粉末。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、　焼結処理後にペレットの密度特性が不良となるよ
   うな核燃料物質原料粉末に硝酸を加えて該粉末を湿潤ま
   たは浸漬状態となし、次いでマイクロ波加熱処理を施し
   て乾燥させることを特徴とする核燃料粉末の成型焼結性
   能改善方法。