Preparation of nitride fuel pellet with TiN inert matrix for transmutation of minor actinides

TiNを不活性母材としたマイナーアクチノイド核変換用窒化物燃料ペレットの調製

高野 公秀 

Takano, Masahide

窒化チタンを不活性母材とし、超ウラン元素(TRU)窒化物粒子を分散させた核変換用窒化物燃料ペレットの調製技術開発を実験室規模で行った。DyNをTRU窒化物の模擬物質とし、基本要素技術を最適化した。DyN焼結体を機械的に破砕して粒子とし、最大250mまでの粒子群に分級した後、微粉砕したTiN粉末とDyN粒子を含有率10から35mol%の範囲で混合・成型したペレットを1923Kで焼結した。得られたペレット中のTiN母材密度はDyN粒子含有率に対して直線的に低下し、10mol%で90%TD、35mol%で80%TDであった。粒子が球状でなく角張った形状をしており、TiN母材の収縮を物理的に妨げたことが考えられる。一方、母材密度は粒子径に対して明確な依存性を示さなかったが、粒子径が大きい際にはペレット形状が焼結時に歪むことが確認された。調製基本条件を定めた後に、少量のPuN及び(Pu,Am)Nを用いた実証試験を行い、技術課題を明らかにした。

The fabrication technique for the inhomogeneous nitride fuel pellet was examined and demonstrated in laboratory scale. In this fuel concept, the transuranium nitride particles are dispersed in TiN inert matrix. For the optimization of basic technique, the parametric examinations were carried out using DyN as a surrogate material. The sintered DyN pellets were crushed into particles and classified to groups with different size ranges up to 250 m. These particles were mixed with the ball-milled TiN powder at the DyN contents of 10 to 35 mol%. The matrix density of the pellets sintered at 1923 K was determined as functions of DyN content and particle size. The matrix density decreased linearly with increasing DyN content, namely 90%TD at 10 mol% DyN to 80%TD at 35 mol%. The edged shape of particles seems to have blocked the matrix densification. Demonstration in a small quantity was carried out using PuN and (Pu,Am)N particles.