高速炉サイクル実用化に向けた工学規模のMOX燃料製造技術開発試験結果,1; 焼結ペレットのO/M比調整試験

Engineering scale development test of MOX fuel fabrication technology to establish commercialized fast reactor fuel, 1; The O/M ratio preparation tests of sintered pellets

高藤 清人; 村上 龍敏 ; 鈴木 紀一  ; 柴沼 公和; 畑中 延浩; 山口 文吾; 飛田 良正; 篠崎 雄; 飯村 直人; 沖田 高敏; 青野 茂典

Takato, Kiyoto; Murakami, Tatsutoshi; Suzuki, Kiichi; Shibanuma, Kimikazu; Hatanaka, Nobuhiro; Yamaguchi, Bungo; Tobita, Yoshimasa; Shinozaki, Masaru; Iimura, Naoto; Okita, Takatoshi; Aono, Shigenori

高速炉実用化燃料は、高燃焼度化に対応する目的で、燃料ペレットのO/M比の仕様が1.95と、「もんじゅ」燃料仕様の1.98よりも低く設計されている。このような低O/M比の燃料ペレットの製造試験として、還元メカニズムの異なる二種類のO/M比調整試験を行った。1つ目の試験では、焼結ペレットを熱処理することでO/M比を低く調整する技術について評価した。もう一方の試験では、炭素を多量に含むペレットを焼結すると、残留炭素の還元反応によりO/M比が低下するという知見から、多量の有機添加剤を含むペレットを焼結し、残留炭素の還元反応によりO/M比を低く調整する技術について評価した。1つ目の試験の結果、O/M比の低下が見られたが、低下量は小さく、O/M比1.95に調整するには長時間の熱処理が必要と推測された。これは、熱処理中にペレットから放出される酸素を含むガスが焼結皿間に滞留し、このガスの酸素ポテンシャルと平衡となるようにO/M比が変化するためと考える。もう一方の試験の結果、残留炭素の還元反応によるO/M比の低下が確認された。また、O/M比を効果的に下げるには、焼結炉内の雰囲気ガスの酸素ポテンシャルを低く管理することが重要であることがわかった。

In order to cope with making a commercial fast reactor fuel burn-up higher, oxygen-to-metal (O/M) ratio in the fuel specification is designed to 1.95. As the test for the fabrication of such low O/M ratio pellets, two kinds of O/M ratio preparation tests of different reduction mechanism were done. In the first test, we evaluated the technology to prepare the O/M ratio low by annealing the sintered pellets in production scale. In addition, we know from past experience that O/M ratio of the sintered pellets can be reduced by residual carbon when the de-waxed pellets with high carbon content are sintered. Thus, in another test, the green pellets containing a large amount of organic additives were sintered and we evaluated the technology to produce the low O/M ratio sintered pellets by the reduction due to residual carbon. From the first test results, we found a tendency that the higher annealing temperature or the longer annealing time resulted in the lower O/M ratio. However, the amount of O/M ratio reduction was small and it is estimated that a substantial annealing time is necessary to prepare the O/M ratio to 1.95. It is considered that reducing O/M ratio by annealing was difficult because atmosphere gas containing oxygen released from pellets remained and the O/M ratio was changed to the value equilibrated with the gas having high oxygen potential. From another test results, it was confirmed that O/M ratio was reduced by the reduction due to residual carbon. We found that it was important to manage an oxygen potential of atmosphere gas in a sintering furnace low to reduce the O/M ratio effectively.