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論文

Development of pressing machine with a die wall lubrication system for the simplified MOX pellet fabrication method in the FaCT project

須藤 勝夫; 高野 龍雄; 武内 健太郎; 木原 義之; 加藤 正人

Proceedings of International Conference on Toward and Over the Fukushima Daiichi Accident (GLOBAL 2011) (CD-ROM), 5 Pages, 2011/12

原子力機構では、高速増殖炉サイクルの実用化研究開発において、MOX燃料製造プロセスの合理化を目的に、簡素化ペレット法に関する技術開発を行っている。簡素化ペレット法については、実験室規模の試験によりその技術的成立性を確認している。簡素化ペレット法の枢要技術の1つにダイ潤滑成型技術があり、ここでは、実験室規模の試験の次のステップとして、kgスケールでの簡素化ペレット法によるMOXペレット製造試験を行う目的で、ダイ潤滑機構を組み込んだ成型機を開発したので、その概要を報告する。

論文

Development of oxygen-to-metal ratio of MOX pellet adjustment technology for the simplified MOX pellet fabrication method in the FaCT project

高野 龍雄; 須藤 勝夫; 武内 健太郎; 木原 義之; 加藤 正人

Proceedings of International Conference on Toward and Over the Fukushima Daiichi Accident (GLOBAL 2011) (CD-ROM), 7 Pages, 2011/12

高速増殖炉サイクルの経済性を向上させるための重要な要求事項の一つに、MOX燃料の高燃焼度化が挙げられている。MOX燃料の高燃焼度化は燃料-被覆管の化学的相互作用(PCCI)を増大させるため、高燃焼度化を達成するにはPCCIの要因となる燃料ピン内の余剰酸素を抑制する必要がある。燃料ピン内の余剰酸素を抑制する方法として、MOXペレットの初期O/M比を下げる方法があり、O/M比1.97以下のMOXペレットの製造技術開発を進めている。MOXペレットのO/M比の調整技術は、FaCTプロジェクトにおいて実施している簡素化ペレット法の技術開発において、枢要技術の1つである。これまでのMOXペレットのO/M比の調整技術開発において、酸素ポテンシャル及び酸素相互拡散係数のデータを用いて理論的に熱処理中のO/M比の変化を推定する手法を開発した。これにより、目標とするO/M比のMOXペレットを得るための理論的な熱処理条件を設定することが可能となり、実験室規模($$sim$$数百g)のMOXペレットO/M比調整試験を実施した結果、本手法による熱処理後のO/M比の推定値とほぼ一致することを確認している。ここでは、実験室規模の次のステップとして、小規模(数kg)で目標とするO/M比のMOXペレットを得ることを目的に実施した技術開発の結果について報告する。

報告書

低密度MOX燃料製造におけるポアフォーマ特性試験

水野 峰雄; 芳賀 哲也; 須藤 勝夫; 武内 健太郎; 沖田 高敏; 木原 義之

JAEA-Technology 2011-009, 100 Pages, 2011/06

JAEA-Technology-2011-009.pdf:32.59MB

高速増殖原型炉もんじゅ用燃料ペレットは85%TDと低焼結体密度仕様であるため、製造には密度を降下させるためのポアフォーマ(以下、PFと略す)として、アビセルが使用されてきた。しかし、近年、アビセルの製造が中止されたため、代替材としてのPF候補材の特性を比較評価するための試験を実施した。下記に示した本試験の結果に基づき、セルフィアをアビセルの代替材に推奨した。(1)セルフィアを添加したペレットの焼結体密度のPF添加による密度降下率は、アビセルを添加したペレットとほぼ同一で、密度のばらつきはPF候補材の中で最も小さい。(2)ペレット外観観察における欠陥発生率は、PF候補材の中で最も低い。(3)セルフィアを添加したペレットのO/Mは、アビセル添加ペレットのO/Mと同等である。(4)ペレット縦断面金相観察におけるマイクロクラック発生の程度は、セルフィアがPF候補材の中で最も小さく、アビセル添加ペレットと同等である。(5)セルフィアを添加したペレットの焼しまり量はアビセル添加ペレットと同等である。上記のとおり、アビセルの代替材として推奨したセルフィアは、アビセル使用終了後のもんじゅ燃料製造に使用される予定である。

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

高経年化したグローブボックス用ゴムパッキンの物性評価

海野 良典; 須藤 勝夫; 藤咲 栄; 吉元 勝起; 瀬谷 勝則*

no journal, , 

グローブボックスは、プルトニウム等の核燃料物質を限定した区域に閉じ込める設備で多くの核燃料施設に設置されている。このグローブボックスは設置されはじめて数十年が経過し、高経年化の評価をする必要が生じてきている。そのため、長期間供用されたグローブボックス窓枠パッキン(クロロプレンゴム)を再使用してグローブボックスに必要とされる気密性能が確保できることを確認した。また、ゴムの物性を測定しゴム性能が確保されていること確認した。

口頭

簡素化ペレット法によるMOX燃料製造技術開発,3; ダイ潤滑成型技術開発

須藤 勝夫; 沖田 高敏; 武内 健太郎; 高野 龍雄; 加藤 明文*; 芳賀 哲也; 山田 美一; 木原 義之

no journal, , 

FaCTプロジェクトにおいて、簡素化ペレット法によるMOX燃料製造技術として、ダイ潤滑成型技術開発を進めている。これまでに、潤滑剤の選定,潤滑手法,ダイ潤滑成型試験及びダイ潤滑を模擬したMOX試験等を実施し、これらの技術成果をもとにダイ潤滑試験装置の設計,製作を実施した。本報告では、小規模のMOX試験用に整備したダイ潤滑成型装置のコールド試験結果について報告する。評価項目は、金型壁面への潤滑剤の塗布状況,下パンチに取り付けたロードセルによる成型体抜き出し荷重,潤滑剤切り出し精度,ペレットへの潤滑剤移行量及び成型速度である。試験の結果、潤滑剤が金型壁面全体に均一に塗布されており、成型体抜き出し荷重も現行の成型法と同等であり、潤滑剤切り出し精度も良好であった。また、成型速度については将来のMOX燃料製造プラントの設計に求められる成型速度である7.5サイクル/分・パンチを満足することができた。

口頭

造粒粉への乾式回収粉添加によるMOXペレット製造法の検討

水野 峰雄; 須藤 勝夫; 武内 健太郎; 沖田 高敏; 木原 義之

no journal, , 

簡素化ペレット法はFBRサイクル実用化研究開発(FaCT)において実用化の可能性が最も大きい主概念とされている。本試験では簡素化ペレット法の基礎試験として、これまでに経験のない、造粒粉末に乾式回収粉を混合した粉末によるMOXペレット製造の小規模試験を実施した。本試験の結果、ペレットの焼結体密度は、乾式回収粉の粒度及び添加率に強く依存することがわかった。本結果は今後の工学規模試験における試験条件等に反映される予定である。

口頭

Experiences in MOX fuel fabrication for the advanced thermal reactor, ATR, Fugen

沖田 高敏; 須藤 勝夫; 木原 義之; 朝倉 浩一; 小島 久雄

no journal, , 

原子力機構は、1974年から2001年にかけて、プルトニウム燃料第二開発室で773体の新型転換炉「ふげん」用のMOX燃料を製造した。この製造工程の主な特徴は、ボールミルによる一段混合,無造粒による成型、バッチ炉による焼結である。一段混合法では、秤量した各種原料粉末をボールミルのみで仕様のプルトニウム富化度に粉砕混合される。MOX粉末はボールミルによりミクロンサイズの粒子に粉砕され、その後の添加剤混合工程で造粒したように二次粒子が形成される。添加剤混合工程での二次粒子の形成により、「ふげん」用の成型金型に容易に充填できる流動性が得られる。「ふげん」燃料製造では、円筒形のバッチ炉を焼結炉及び脱脂炉に使用した。円筒形状の炉は優れた均熱性を有しおり、焼結ペレットの密度は仕様に対して十分小さな標準偏差となった。プルトニウム燃料第二開発室で製造した「ふげん」用燃料集合体は、照射により一体も破損することはなかった。28年間に渡る「ふげん」燃料製造を通じて、ボールミルによる一段混合、無造粒による成型、バッチ炉による焼結といった枢要技術が、年間10トン規模の燃料製造適用できることを確証した。

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