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報告書

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250$$mu$$m以下)、中目(約100$$mu$$m以下)、細目(約10$$mu$$m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250$$mu$$m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250$$mu$$m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250$$mu$$m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。

論文

MOX粉末の乾式リサイクルのための衝突板式ジェットミルの特性評価

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

粉体工学会誌, 57(9), p.478 - 484, 2020/09

衝突板式ジェットミルは、核燃料製造のために粒径調整可能な粉砕機として有望視されている。本ジェットミルは、分級機と粉砕室で構成される。粗粒成分は装置内を循環し、最終的に目的粒径まで粉砕される。本報告では、模擬粉砕粉を段階的に分級および粉砕し、粒度分布を比較した。衝突板式ジェットミルは過粉砕を抑えて目標粒径の粒子を製造できる。

論文

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250$$mu$$m以下の範囲で制御する技術を開発するために、粒度約500$$mu$$m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250$$mu$$m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。

論文

Temperature dependence of electric conductivities in femtosecond laser modified areas in silicon carbide

出来 真斗*; 岡 知輝*; 高吉 翔大*; 直井 美貴*; 牧野 高紘; 大島 武; 富田 卓朗*

Materials Science Forum, 778-780, p.661 - 664, 2014/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:78.54

炭化ケイ素(SiC)基板へフェムト秒レーザー照射を行うと、SiCの比抵抗が5桁程度低下することが知られている。本研究ではフェムト秒レーザーを照射したSiCの電気伝導機構に関する知見を得るため、フェムト秒レーザー照射部における抵抗値の温度依存性を測定し、照射部の活性化エネルギーを求めた。試料は半絶縁性SiCであり、基板上に1mmの間隔を設けて蒸着した2つのアルミニウム電極の間へフェムト秒レーザーを照射した。照射条件は、照射エネルギー密度21J/cm$$^{2}$$、レーザー走査速度100$$mu$$m/secとした。フェムト秒レーザー照射後、測定温度122$$sim$$473Kにおいて電極間の抵抗値の温度依存性を測定した。その結果、伝導体の下端からそれぞれ8.3および86meVにおいてエネルギー準位が存在することがわかった。以上のことより、照射エネルギー密度21J/cm$$^2$$の室温における抵抗値の低下は、8.3meVの活性化エネルギーを持つ順位に起因していると考えられる。

論文

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

 被引用回数:4 パーセンタイル:32.89(Nuclear Science & Technology)

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$$_{2}$$-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$$_{2}$$-MOX粉末の平均粒径を制御することにより、1700$$^{circ}$$C 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。

論文

Development of the simplified MOX pellet fabrication process (short process); Improvement of MOX powder lowability

牧野 崇義; 沖田 高敏; 加藤 良幸; 栗田 勉; 高橋 芳晴; 青野 茂典

Proceedings of International Conference on Nuclear Energy System for Future Generation and Global Sustainability (GLOBAL 2005) (CD-ROM), 5 Pages, 2005/10

従来のMOX燃料製造コストを大幅に低減し得るショートプロセスと呼ばれる新たなペレット製造プロセスの開発を進めている。MH粉末は微粉末で流動性が悪いため、軽水炉に比べ細い高速炉用の成型金型にそのまま充てんしペレット化することは困難である。本試験では、2種類の方法でMH粉末の流動性を改良するためのホット試験を実施し、ペレット品質を評価した。

口頭

MOX燃料製造簡素化プロセス(ショートプロセス)における基礎試験の成果,3; ペレット直接成型試験

牧野 崇義; 沖田 高敏; 加藤 明文*; 鈴木 雄一郎*; 皆川 進; 鹿志村 元明

no journal, , 

簡素化ペレット法(ショートプロセス)は、溶液段階でPu富化度調製したMOX粉末を直接成型・焼結するプロセスであり、実用化戦略調査研究フェーズ2の評価で主概念に選定された。本報告では、流動性を改良したMOX粉末を用いたダイ潤滑方式でのペレット成型・焼結試験を行ったので、粉末特性とペレット焼結密度の関係,流動性改良粉末の燃料製造への適合性について報告する。

口頭

原子炉用核燃料粉末の流動性改良,3

栗田 勉; 加藤 良幸; 向 泰宣; 牧野 崇義; 木村 雄一*; 根本 良*

no journal, , 

使用済核燃料を再処理して得られたPu及びUは、酸化物にしてペレット化し原子炉用燃料に再利用している。核燃料製造ではコスト低減や安全性向上が求められ、次世代の核燃料(高速増殖炉サイクル)製造プロセスとして、ペレット製造工程の簡素化に関する研究を行っている。簡素化ペレット法は核燃料粉末の成型金型への流動性を向上させるため、転動造粒処理による粉末流動性改良試験を実施した。Pu・U混合酸化物粉末,顆粒の物性測定結果とペレット成型性について報告する。

口頭

簡素化ペレット法による燃料製造技術開発,2; 脱硝・転換・造粒のプロセス開発

加藤 良幸; 木村 雄一; 磯前 日出海; 栗田 勉; 吉元 勝起; 牧野 崇義; 鈴木 政浩; 木原 義之

no journal, , 

簡素化ペレット法は溶液段階でPu冨化度調整したMOX粉末を直接成型・焼結するプロセスであり、今までビーカースケールでPu冨化度調整試験及びMOX粉末の流動性改良試験によってペレット成型・焼結が可能であることを確認してきた。今回300gMOX/バッチ規模の造粒試験を実施し、流動性改良効果とペレット成型・焼結の結果を報告する。

口頭

簡素化ペレット法による燃料製造技術開発,5; ダイ潤滑成型技術開発

須藤 勝夫; 牧野 崇義; 加藤 明文*; 沖田 高敏; 鈴木 政浩; 鹿志村 元明; 木原 義之; 芳賀 哲也

no journal, , 

粉末を圧縮成型する際、潤滑剤が不均一で粉末と成型ダイ壁面との摩擦抵抗が大きい場合、粉末に伝わる圧縮荷重が不均一となり、成型体の欠け、割れ、密度不均一、機械的強度低下の原因となる。これまでの基礎試験結果より、ダイ潤滑成型で安定した品質の成型体を得るための潤滑剤の塗布方式は、ダイ下方より噴霧し、ダイ内の余剰潤滑剤はダイ上方より吸引する構造とし、その際の塗布流速及び吸引流速の範囲を設定した。また、粉末流動性の違いにより、ダイ内に充填される粉末量にばらつきが発生する。そこで、粉末充填量のばらつきによる成型体品質への影響を低減するため、一定量の粉末を充填する定量充填機構を設ける構造とした。さらに、ダイセット部のみをグローブボックス内に設置し、動力部はグローブボックス外に設置する構造とし、メンテナンス性の向上を図っている。

口頭

乾式回収粉の粒度調整技術開発,3; 衝突板式気流粉砕機の最適化検討

瀬川 智臣; 山本 和也; 牧野 崇義; 磯 秀敏; 佐藤 寿人

no journal, , 

MOXペレットの乾式回収粉の粒度調整を目的として、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最適化について検討を行った。乾回粉の粒度を10-250$$mu$$mの範囲で調整するため、衝突板式気流粉砕機において、新たに作製した遠心分級機の構成機器等をパラメータとした模擬原料粉の粉砕試験を実施した。衝突板式気流粉砕機の遠心分級機のパラメータを最適化することにより、乾回粉を10-250$$mu$$mの範囲で粒度調整が可能となる見通しが得られた。

口頭

乾式回収粉の粒度調整技術開発,2; 粉砕機の選定・評価

山本 和也; 牧野 崇義; 磯 秀敏; 佐藤 寿人

no journal, , 

MOX燃料ペレットの乾式回収粉を約10$$sim$$250$$mu$$mの範囲で粒度調整することを目的とし、石臼式及び衝突板式気流粉砕機の選定・評価を行った。両粉砕機ともに粒度調整が可能であることを確認したが、試験結果を総合的に評価し、衝突板式気流粉砕機が粒度調整技術の開発に適していると判断した。本試験で得られた課題・改良点を次年度の試験に反映し、引き続き粒度調整技術の開発を進めた。

口頭

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。

口頭

グローブボックス窓板の難燃シート貼付による火災損傷防止対策,2; 使用環境による影響評価

品田 健太; 川崎 浩平; 牧野 崇義; 岡本 成利

no journal, , 

プルトニウム燃料施設では、グローブボックスの火災損傷防止を目的として、可燃性に区分されるアクリル樹脂製の窓板に透明な不燃又は難燃シートを貼り付ける対策を進めている。本対策においては、グローブボックスの使用環境に存在する核燃料物質からの$$gamma$$線や近傍にある蛍光灯からの紫外線に長期間曝露される。このため、本研究では、不燃又は難燃規格を有するシートに対してグローブボックスの使用環境において想定される$$gamma$$線又は紫外線を照射し、不燃又は難燃性能、視認性及び機械強度への影響について評価した。本研究により、使用環境において想定される範囲の$$gamma$$線照射及び紫外線照射による不燃又は難燃シートの性能への影響はないことを確認し、「グローブボックス窓板の難燃シート貼付による火災損傷防止対策(1)火災による影響評価」の結果を踏まえて、本対策は有効であると判断した。

口頭

グローブボックス窓板の難燃シート貼付による火災損傷防止対策,1; 火災による影響評価

川崎 浩平; 品田 健太; 牧野 崇義; 岡本 成利

no journal, , 

プルトニウム燃料施設では、グローブボックスの火災損傷防止を目的として、可燃性に区分されるアクリル樹脂製の窓板に透明な不燃又は難燃シートを貼り付ける対策を進めている。本研究では、不燃又は難燃規格を有する不燃又は難燃シートを貼り付けたアクリル板について、米国規格UL94-5Vの試験方法を参考とした燃焼試験及び小規模の火災想定試験を実施し、本対策の火災損傷防止効果を評価した。本研究により、不燃又は難燃シートをアクリル樹脂製の窓板に貼り付けることによって、接炎しても自己消火し、アクリル板の損傷を軽減する効果を確認したことから、火災損傷防止対策として有効であると評価する。

口頭

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。

口頭

MOX粉末の乾式リサイクルのための衝突板式ジェットミルの特性評価

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, , 

高速炉用燃料製造工程のMOX燃料スクラップの乾式リサイクルにおいて、リサイクル粉末の粒径調整が可能な粉砕機として衝突板式ジェットミルが有望視されている。同装置は分級室と粉砕室とから構成され、分級室の運転条件を変えることで回収される粉砕粉の粒径を調整できる。本研究では、粉砕室に重点をおいた試験を行い、粗粒成分を過粉砕せずに粉砕していることを確認した。

口頭

Study on development of additive-free dry granulation technology and evaluation of granulation characteristics

石井 克典; 瀬川 智臣; 川口 浩一; 仁科 匡弘; 牧野 崇義; 名取 ゆり*

no journal, , 

原子力機構は簡素化MOXペレット製造法の開発を実施している。本プロセスでは、水をバインダに用いた攪拌造粒法によりMOX粉末の流動性の改良を行っている。高速攪拌造粒法は、湿式臨界管理が適用されるため製造能力が低いという課題がある。核融合炉のトリチウム増殖Li$$_{2}$$Oブランケット球のための新しい造粒法として、シンプルな添加剤フリーの乾式造粒法が最近提案されている。本研究では、この新しい造粒手法のMOX粉末への適用性を検討するための試験結果について報告する。

口頭

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、250$$mu$$m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500$$mu$$mの模擬粉末(CeO$$_{2}$$)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、250$$mu$$m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250$$mu$$m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。

口頭

乾式回収粉の粒度調整技術開発,5; 粒度調整粉によるペレット焼結特性への影響評価

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

no journal, , 

乾式回収粉(乾回粉)の粒度を約250$$mu$$m以下の範囲で調整するため、衝突板式気流粉砕機による模擬乾回粉の粒度調整試験及び密度制御技術開発のための粒度調整粉を用いた成型・焼結試験を実施した。本試験結果により、衝突板式気流粉砕機のパラメータを調整することにより、粒度調整範囲の拡大が可能となること、また粒度調整粉を用いて、ペレットの焼結密度制御が可能となる見通しを得た。

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