MOX燃料製造工程における乾式リサイクル技術開発; 乾式回収粉の粒度調整のための粉砕機の選定およびその特性評価

山本 和也; 牧野 崇義; 磯 秀敏; 瀬川 智臣; 川口 浩一; 石井 克典

JAEA-Technology 2021-002, 31 Pages, 2021/05

JAEA-Technology-2021-002.pdf:4.37MB

MOX燃料製造工程において、規格外の混合酸化物ペレットを粉砕した乾式回収粉末を有効利用する乾式リサイクル技術の開発を進めている。乾式回収粉末は、現行の粉砕機により粗目(約250m以下)、中目(約100m以下)、細目(約10m以下)の3種類に粒度調整し、これを原料粉末に添加することで焼結ペレットの密度を制御する効果が一定程度得られている。本報告では、乾式回収粉末の粒度をより細かいレベルで調整することを目的とし、乾式回収粉末を粒子径250m以下の範囲で調整可能とする粉砕機として、石臼式粉砕機および衝突板式ジェットミルを選定し、MOXペレットの模擬材としてタングステンカーバイド・コバルト(WC-Co)ペレットを粉砕する粒度調整試験を実施した。石臼式粉砕機は、砥石クリアランスを調整することにより粒子径を一定の範囲で制御できるが、粒子径250m以上の粒子が多く排出される可能性がある。一方、衝突板式ジェットミルは、分級ゾーンクリアランスを調整することにより粒子径を250m以下の範囲で制御できる見通しが得られた。よって、衝突板式ジェットミルは石臼式粉砕機に比べ、乾式回収粉末の粒度調整に適している。

Technological development of the particle size adjustment of dry recovered powder

瀬川 智臣; 山本 和也; 牧野 崇義; 磯 秀敏; 川口 浩一; 石井 克典; 佐藤 寿人; 深澤 智典*; 福井 国博*

Proceedings of International Nuclear Fuel Cycle Conference / Light Water Reactor Fuel Performance Conference (Global/Top Fuel 2019) (USB Flash Drive), p.738 - 745, 2019/09

核燃料物質の有効利用のため、MOX燃料製造プロセスにおいて混合酸化物ペレットの乾式粉砕技術の開発を進めてきた。乾式回収粉の粒径を250m以下の範囲で制御する技術を開発するために、粒度約500mの模擬粉末を用いて、石臼式粉砕機および衝突板式ジェットミル両方の性能を評価した。石臼式粉砕機においては砥石間のクリアランス、また衝突板式ジェットミルにおいては分級ゾーンのクリアランスと仰角を調整することにより、粒径を250m以下の範囲で制御できることが明らかとなった。さらに、衝突板式ジェットミルは分級機のパラメータを細かく調整することができるため、粒径制御に適していると考えられる。

Feasibilyty study on a simplified MOX pellet fabrication process, the short process, for fast breeder reactor fuel

朝倉 浩一; 武内 健太郎; 牧野 崇義; 加藤 良幸

Nuclear Technology, 167(3), p.348 - 361, 2009/09

https://doi.org/10.13182/NT09-A9075

簡素化MOXペレット製造法,ショートプロセスの技術的な成立性について研究を行った。プルトニウム含有率を30%に調整した約300gのMH-MOX粉末は、転動造粒装置により後続のペレット成型及び焼結プロセスで処理可能な形態に成功裏に処理できた。転動造粒された30%PuO-MOX粉末は、ダイ潤滑成型法により中空ペレットへ直接かつスムーズに成型可能であった。ダイ潤滑成型法を用いて調整したペレットは、従来法である粉末潤滑法により調整したペレットよりも高い引張強度を示した。このプロセスでは、グリーンペレット中の添加剤の量を約0.06wt%に制御可能であり、グリーンペレットの脱脂と焼結を同一の炉で処理可能である。転動造粒された30%PuO-MOX粉末の平均粒径を制御することにより、1700C 2時間の焼結後に95%以上の理論密度を有するペレットを得ることができた。以上より、MOX中空ペレットを製造するにあたり、ショートプロセスは技術的に成立すると結論付けられる。

Evaluation of the effects of granulated alumina powder characteristics and die wall lubricant on compaction behavior using X-ray computed tomography

瀬川 智臣; 川口 浩一; 石井 克典; 仁科 匡弘; 牧野 崇義; 飯村 健次*; 佐藤根 大士*; 鈴木 道隆*; 名取 ゆり*

no journal, , 

原子力機構では、簡素化ペレット法燃料製造技術開発を進めている。本工程では、MOX原料粉末の流動性を転動造粒法により改善し、ダイ潤滑成型法によりMOX造粒粉末を直接グリーンペレットに成型する。高密度のグリーンペレットを製造するためには、均一圧縮が重要であるが、直接圧縮挙動を観察することは困難であるため、X線コンピュータ断層撮影法とX線透過性の高いアルミナ粉末を用いて圧縮挙動を評価した。本試験の結果、ダイ潤滑成型は、無潤滑成型に比べて粒子の破壊が底部まで拡大することが確認でき、ダイ潤滑成型法は造粒粉末の均一圧縮に有効であることが明らかになった。

簡素化ペレット法による燃料製造技術開発と実証に向けた取り組み,3; 焼結・O/M調整技術開発とガス流動解析

仁科 匡弘; 高藤 清人; 中道 晋哉; 瀬川 智臣; 川口 浩一; 石井 克典; 牧野 崇義; 奥村 和之

no journal, , 

高速炉燃料製造における簡素化ペレット法燃料製造技術の実用化を目的とし、要素技術の研究開発を進めている。本報告では、シリーズ発表の3番目として、低O/M比の高速炉燃料製造のための焼結・O/M調整試験およびガス流動解析の結果について報告する。

自己修復機能を有するグローブの実現性検討,2; ハイブリッド材料の特性評価

川口 浩一; 石井 克典; 瀬川 智臣; 牧野 崇義

no journal, , 

自己修復機能を有するグローブの実現性検討として、現行のグローブやビニルバッグの素材と自己修復エラストマーから成るハイブリッド材料について、引張強度や自己修復性等の材料特性を評価した。

Pulverization characteristics of a collision plate type jet mill for particle size adjustment of recovered powder in the MOX fuel fabrication process

川口 浩一; 瀬川 智臣; 山本 和也; 牧野 崇義; 磯 秀敏; 石井 克典

no journal, , 

資源の有効利用とPu在庫低減のために、燃料製造における規格外ペレットのリワークが必要である。乾式回収粉の粒径及び原料粉への添加率を調整することで、密度降下剤無しでペレットの焼結密度をコントロールできる。衝突板式粉砕機の分級ゾーンと粉砕室を分離し、分級と粉砕を段階的に行うことで、粉砕室における粒子の粉砕特性を評価した。分級・粉砕を5サイクルを繰り返す間にピーク粒径が徐々に減少した。望ましい粒径の粒子を主要成分にもつ粉砕粉が得られる粉砕機として衝突板式粉砕機は有望である。

Research on the improvement of particle size adjustment technology of dry recovered powder and the sintered density control

瀬川 智臣; 川口 浩一; 石井 克典; 山本 和也; 牧野 崇義; 磯 秀敏; 深澤 智典*; 福井 国博*

no journal, , 

原子力機構では、核燃料物質の有効利用のため、規格外MOX燃料ペレットの再利用を目的とした乾式回収粉の粒度調整技術の開発を進めている。MOX原料粉末に対する乾式回収粉の添加量や粒度を調整することにより、ポアフォーマを添加せず、MOXペレットの密度を約85%T.D.に制御することが可能である。また、乾式回収粉について、250m以下で粒度調整することが求められていることから、粗粉砕により調製した粒度約500mの模擬粉末(CeO)を用いて、衝突板式気流粉砕機(粉砕機)の運転パラメータが粉砕特性や焼結性に及ぼす粉砕粉の影響を評価した。粉砕機の遠心分級機のクリアランスを狭めることにより、250m以下の範囲で粒度調整が可能となることを確認した。粉砕機の運転パラメータを調整することにより、約250m以下で粉砕粉の粒度を細かく制御できるため、MOX乾式回収粉においても粒度調整が可能と期待される。さらに、粉砕機により得られた粉砕粉30wt%を原料粉に添加し、成型, 焼結を行った結果、約85.0%T.D.のペレットが得られた。これにより、本粉砕機は粒度調整や焼結密度制御に有望な手法と期待される。

乾式回収粉の粒度調整技術開発,4; 衝突板式気流粉砕機の粉砕特性評価

牧野 崇義; 山本 和也; 瀬川 智臣; 川口 浩一; 磯 秀敏

no journal, , 

MOXペレットの乾式回収粉の粒度調整技術開発を目的として、硬度が同程度で密度(比重)の異なる材質により製作した模擬ペレットを用いた粉砕・分級試験を実施した。衝突板式気流粉砕機の分級性能に影響を及ぼす遠心分級機のクリアランス等をパラメータとした粉砕・分級試験の結果を報告する。

機械学習を用いたMOX燃料ペレットの金相写真の画像解析

廣岡 瞬; 奥村 和之; 牧野 崇義

no journal, , 

光学顕微鏡で得られるMOX燃料ペレットの金相写真は、結晶粒やポア、異常な組織等の情報が得られる。また、写真を撮るだけのため大量のデータを得ることが容易である。しかし、これら微細組織の大きさや数といった定量的な評価は手作業で実施しているのが現状であり、ペレット全体のように広範囲を評価するには膨大な時間が必要になる。ここで、近年進歩の著しい人工知能技術の一つである機械学習を用いた画像解析技術を利用したところ、これまでは不可能であった結晶粒界等を自動検出することが可能となった。機械学習を利用した画像解析は専門的な知識が必ずしも必要ではなく、多くの可能性を秘めていることが分かった。