特許 6581185 核動力炉のための核燃料ペレットを製作する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6581185

(24)【登録日】2019年9月6日

(45)【発行日】2019年9月25日

(54)【発明の名称】核動力炉のための核燃料ペレットを製作する方法

(51)【国際特許分類】

   G21C 3/62 20060101AFI20190912BHJP

   G21C 21/02 20060101ALI20190912BHJP

【ＦＩ】

   G21C3/62 300

   G21C3/62 220

   G21C21/02 120

【請求項の数】12

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2017-510652(P2017-510652)

(86)(22)【出願日】2015年4月24日

(65)【公表番号】特表2017-526918(P2017-526918A)

(43)【公表日】2017年9月14日

(86)【国際出願番号】EP2015058940

(87)【国際公開番号】WO2016037713

(87)【国際公開日】20160317

【審査請求日】2018年2月8日

(31)【優先権主張番号】62/047,327

(32)【優先日】2014年9月8日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】504446548

【氏名又は名称】ウェスティングハウス エレクトリック スウェーデン アーベー

(74)【代理人】

【識別番号】100106002

【弁理士】

【氏名又は名称】正林 真之

(74)【代理人】

【識別番号】100120891

【弁理士】

【氏名又は名称】林 一好

(72)【発明者】

【氏名】ヴィデグレン ハンス

(72)【発明者】

【氏名】ラホダ エドワード ジェイ．

(72)【発明者】

【氏名】ハルスタディウス ラース

【審査官】 大門 清

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０９−１２７２７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００４／００４７４４５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２００２−５３７５６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２１１８７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特公昭４２−０２４６２９（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】 特表２００２−５１９６７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第００／０００９８５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許第０６６６９８７４（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 英国特許出願公告第０１１４６７０４（ＧＢ，Ａ）

【文献】 特公昭５０−０２７５５２（ＪＰ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

ＩＰＣ Ｇ２１Ｃ ３／６２、３／２８

Ｇ２１Ｃ２１／０２

Ｃ０１Ｇ４３／０２５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

核動力炉のための核燃料ペレットを製作する方法であって、
粉体形態の核燃料材料を提供するステップ、
添加物を提供するステップ、
いわゆる生ペレットが得られるように前記粉体を押圧するステップ、を含み、
前記添加物は、粉体形態の前記核燃料材料または前記生ペレットのいずれかに加えられ、
上記のように得られた生ペレットを焼結するステップ、をさらに含み、
前記添加物は、上記のやり方にしたがって製作されるがしかし前記添加物の添加のないペレットが同様のやり方で焼結される場合に得られる粒度と比較して、前記核燃料材料のより大きな粒が前記焼結ステップ後に前記ペレット中に存在するようなものであり、
前記添加物は、前記焼結されたペレットにおいて前記より大きな粒を生じさせる物質でできているかまたはそれを含み、前記物質は選択され、そして前記方法は、前記焼結ステップの前および／またはその間に、前記物質が完全に、または少なくとも９０％まで、好ましくは少なくとも９５％まで、より好ましくは少なくとも９９％まで、前記ペレットの少なくとも外方部分を去るように実行され、
前記添加物はＢを含み、前記Ｂの少なくとも９０％は^１１Ｂである、
方法。

【請求項2】

前記製作された核燃料ペレットは、半径ｒを有する実質的に円筒状の形状を有し、そして前記外方部分は、０．８ｒ〜ｒの間、または０．９ｒ〜ｒの間、または０．９５ｒ〜ｒの間に位置する前記核燃料ペレットの部分である、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記物質は、Ｂおよび／またはＣｒでできているかまたはそれを含む、請求項１または２に記載の方法。

【請求項4】

少なくとも６０％までの、好ましくは少なくとも８０％までの、最も好ましくは１００％までの前記添加物は、Ｂ、ＵＢ_４、Ｂ_４Ｃ、ＺｒＢ_２、Ｃｒ、ＣｒＯ、ＣｒＯ_２およびＣｒ_２Ｏ_３またはそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項３に記載の方法。

【請求項5】

前記焼結されたペレットが内方部分に比べて外方部分においてより大きい粒度を有するように、前記生ペレットの前記外方部分が前記生ペレットの前記内方部分に比べて実質的により多くの添加物を含むように前記添加物を配置するステップを含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。

【請求項6】

前記添加物は、粒子の形で提供される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。

【請求項7】

添加物が液体中に分散する粒子の形であるように、前記液体を提供して前記液体中に前記添加物を配置するステップを含み、前記添加物を有する前記液体は、粉体形態の前記核燃料材料または前記生ペレットのいずれかに加えられる、請求項６に記載の方法。

【請求項8】

前記添加物を有する前記液体が前記生ペレットに深く入り込むように、前記生ペレットを前記液体と接触させることによって、前記添加物を有する前記液体を前記生ペレットに加えるステップ、および、前記生ペレットへの前記液体の、そしてこれにより前記添加物の、浸透深さを制御するステップ、を含む、請求項７に記載の方法。

【請求項9】

前記浸透深さを制御するステップは、
含まれた添加物を有する前記液体の粘性、
前記生ペレットを、前記添加物を有する前記液体と接触させるときに、前記生ペレットに加えられる、前記添加物を有する前記液体の量、
のうちの一方または両方を選択することによってなされる、請求項８に記載の方法。

【請求項10】

前記液体は選択され、そして前記方法は、前記焼結ステップの前またはその間に、前記液体が完全にまたは少なくとも９９％まで前記ペレットを去るように実行される、請求項７〜９のいずれか１項に記載の方法。

【請求項11】

前記液体は、油、好ましくは鉱物油である、請求項７〜１０のいずれか１項に記載の方法。

【請求項12】

核燃料を製作して使用する方法であって、
請求項１〜１１のいずれか１項にしたがって複数の核燃料ペレットを製作すること、
前記核燃料ペレットを被覆管内に配置すること、
核動力プラントにおける核動力炉のコア内に、前記コア内の核燃料材料の少なくとも２０％、好ましくは少なくとも５０％、最も好ましくは１００％が、請求項１〜１１のいずれか１項にしたがって製作されるペレットでできているように、核燃料ペレットを有する被覆管を配置すること、
エネルギーを生成するために前記核動力炉を運転すること、
を含む、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、核動力炉のための核燃料ペレットを製作する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

核燃料ペレットを製作する異なる方法は、当業者に知られている。粉体形態の核燃料材料から核燃料ペレットを製作することは、通常である。核燃料材料は、例えば、ＵＯ_２（Ｕが^２３５Ｕに関してリッチにされる）でもよい。粉体材料は、添加物（例えばＵ_３Ｏ_８およびバインダ材料）を含んでもよい。粉体は、いわゆる生ペレットを形成するために押圧される。この技術分野における「生ペレット」の概念は、それが焼結される前に押圧されたペレットを意味する。生ペレットは、このように炉においてその後焼結される。焼結されたペレットは、正しい直径および表面仕上げを得るために、その後挽かれる。

【0003】

焼結されたペレットの粒度を増加させるために、若干の添加物を粉体に含むことも公知である。例えば、特許文献１は、この種の添加物の若干の例を挙げて、核燃料ペレットがどのようにして製作されてよいかについて記述する。

【0004】

核燃料における粒度をどのようにして増加させるかについての他の実施例は、特許文献２、特許文献３、特許文献４および特許文献５に記載されている。

【0005】

特許文献６は、核燃料の熱伝導率を強化するために、多孔性二酸化ウランアレンジメントがアリルヒドリドポリカルボシランの形における前駆体液体によって浸透されることを記載する。

【0006】

原子炉において核燃料を使用するときに発生する別の現象は、高燃焼度構造（ＨＢＳ）またはリム構造と呼ばれている使用される核燃料ペレットの構造である。核燃料が原子炉（すなわち高燃焼度）においてより長時間使用されたときに、新規な再構成された構成は、燃料ペレットの外側の薄い領域に現れる。この現象は、例えば、Ｖ．Ｖ． Ｒｏｎｄｉｎｅｌｌａ ｅｔ ａｌ． ｉｎ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｔｏｄａｙ， ２０１０年１２月、第１３巻、Ｎｏ．１２、ページ２４−３２による記事「Ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｂｕｒｎ−ｕｐ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｎ ｎｕｃｌｅａｒ ｆｕｅｌ」に記載されている。ＨＢＳは、核燃料ペレットの外側領域の粒が非常に小さい粒に細別されることを意味する。ＨＢＳが現れる外側領域は、例えば、１００μｍ未満の厚さでもよい。ＨＢＳによって生じる異なる課題は、この文書において言及される。

【0007】

特許文献７および特許文献８は、リム構造の課題を減らす異なるやり方を記載する。

【0008】

この文書において材料の特定のパーセンテージが言及されるときに、他に何も言われない場合、これは重量パーセントに関する。

【0009】

この文書において特定の粒度が言及されるときに、他に何も言われない場合、これは、いわゆる二次元（２Ｄ）の粒度（すなわち平面において測定される粒度）に関する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】国際公開第００／４９６２１ Ａ１号

【特許文献2】英国特許第２１７７２４９ Ａ号

【特許文献3】英国特許第２０２０６４１ Ａ号

【特許文献4】英国特許第２１０７６９１ Ａ号

【特許文献5】独国特許第３２３５９４４ Ａ１号

【特許文献6】国際公開第２００５／０４１２０８ Ａ２号

【特許文献7】国際公開第９７／１３２５２ Ａ１号

【特許文献8】特開平０９−１２７２７９ Ａ号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

上記したように、ＨＢＳは、負の影響を有してよい。例えば、ＨＢＳは、熱伝導率、核分裂ガス放出、および冷却材喪失イベントの間の挙動、に有害な影響を及ぼす場合がある。したがって、核燃料が特定の燃焼度レベルまで使用されてよいだけであると述べている規則がある。

【0012】

本発明の目的は、核燃料ペレットを製作する方法であって、その方法は、改良された核燃料が製作されることができる、方法を提供することである。特定の目的は、これにより、ＨＢＳの編成が防止されるかまたは遅延される核燃料を製作することである。さらなる目的は、比較的単純なやり方で実施されることができるこの種の方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0013】

上記目的は、請求項１に記載の方法によって達成される。

【0014】

本発明の発明者は、核燃料ペレットが核燃料ペレットの少なくとも外方部分（ＨＢＳが発生する）においてより大きな粒度を有する場合に、上記したＨＢＳの発生が防止されてよいかまたは遅延されてよいことを理解した。

【0015】

さらに、発明者は、添加物が焼結されたペレット中に、またはペレットの少なくとも外方部分に残留しない場合、それは有利でよいことを理解した。例えば、添加物の存在は、中性子経済に影響を及ぼしてよい。すなわち、添加物は中性子を吸収してよい。他方では、前述したように、核燃料ペレットの少なくとも外方部分における大きな粒は、ＨＢＳを防止するために有利である。したがって、焼結ステップの前かその間に、ペレットの少なくとも外方部分を去る物質を使用することは、有利である。

【0016】

請求項１で述べたとおり同じ範囲の前述の物質は、焼結ステップの前におよび／またはその間、全部の核燃料ペレットを去ってもよい。

【0017】

本発明にしたがって製作される核燃料ペレットについては、原子炉において核燃料ペレットを使用するときに、ＨＢＳの編成はこのように防止されることができるかまたは遅延されることができる。本発明にしたがって製作される核燃料は、したがって、原子炉においてより長時間にわたり、すなわちより高い燃焼度に使用されることができる。

【0018】

物質は化合物に含まれてよい。そうすると、添加物は、より大きな粒を生じさせる物質を含む化合物である。化合物の残余は、より大きな粒を生じさせる物質のキャリアとして主に作用してよい。例えば、添加物はＵＢ_４でもよい。この場合、Ｂはより大きな粒を生じさせる。しかし、化合物ＵＢ_４のＵそれ自体は、より大きな粒に実質的には寄与しない。これは、したがって、物質が大きな粒を生じさせるとクレームにおいて述べられる理由である。物質は、好ましくは元素（例えばＢまたはＣｒ）である。添加物は、そのような１つの物質よりも多くのものを含んでよい。

【0019】

粉体形態の核燃料材料は、実際の核燃料材料として好ましくはＵＯ_２に基づく。粉体形態の核燃料材料は、少なくとも６０％まで、好ましくは少なくとも７０％まで、より好ましくは少なくとも８０％まで、または少なくとも９０％まで、ＵＯ_２から成る。当業者に知られているように、粉体は、他の事柄（例えば、バインダ、Ｕ_３Ｏ_８、可燃物中性子吸収体、ポア形成物および焼結助剤（例えばＡｌ_２Ｏ_３））を含んでよい。

【0020】

（同様のやり方で製作されたがしかし添加物の添加のないペレットが同様のやり方で焼結される場合に得られる粒度と比較して）より大きな粒が添加物によって得られると言われるときに、これは、実質的により大きな（例えば、（添加物が加えられるペレットの少なくとも部分における）平均粒度は、少なくとも５０％大きく、好ましくは少なくとも１００％大きく、最も好ましくは少なくとも２００％大きい）粒が得られることを意味する。添加物の助けを借りて得られた平均粒度は、例えば、少なくとも２０μｍ、好ましくは少なくとも３０μｍでもよい。

【0021】

本発明の方法を実施する１つのやり方によれば、製作された核燃料ペレットは、半径ｒを有する実質的に円筒状の形状を有し、前記外方部分は、０．８ｒ〜ｒの間、または０．９ｒ〜ｒの間、または０．９５ｒ〜ｒの間に位置する核燃料ペレットの部分である。

【0022】

本発明の方法を実施するさらなるやり方によれば、前記物質は、Ｂおよび／またはＣｒでできているかまたはそれを含むこれらの物質は、粒度を増加させる有利な物質である。

【0023】

本発明の方法を実施するさらなるやり方によれば、少なくとも６０％までの、好ましくは少なくとも８０％までの、最も好ましくは１００％までの前記添加物は、Ｂ、ＵＢ_４、Ｂ_４Ｃ、ＺｒＢ_２、Ｃｒ、ＣｒＯ、ＣｒＯ_２およびＣｒ_２Ｏ_３またはそれらの組み合わせからなる群から選択される。これらの添加物は、製作されたペレットの少なくとも外方部分に残留する前述の物質なしで、より大きい粒度を得るために特に有利であるとわかった。

【0024】

本発明の方法を実施するさらなるやり方によれば、前記添加物はＢを含み、前記Ｂの少なくとも９０％は^１１Ｂである。同位元素^１０Ｂの形のＢは、中性子吸収体として作用する。しかしながら、付加的なＢの目的が粒度を増加させることであり、中性子吸収体として作用しないことである場合には、同位元素^１１Ｂを使用することが好ましい。というのも、若干のＢが焼結されたペレット中に残留する場合、このＢはこの場合、中性子吸収体として作用しないからである。少なくとも９８％まで前記添加物においてそれが同位元素^１１Ｂの形で存在するように、Ｂは、例えば、選択されてよい。

【0025】

本発明の方法を実施するさらなるやり方によれば、方法は、生ペレットの外方部分が生ペレットの内方部分に比べて実質的により多くの添加物を含むように、前記添加物を配置するステップを含む。そうすると、焼結されたペレットは、内方部分に比べて外方部分においてより大きい粒度を有する。添加物が外方部分において存在するだけである場合、例えば、焼結ステップのような加熱ステップの間、添加物がペレットを去ることはより容易である。さらに、前述したように、ＨＢＳは、核燃料ペレットの外方部分で発生する。したがって、ＨＢＳの編成を防止するかまたは遅延させるために、核燃料ペレットの外方部分においてより大きな粒を有することは、十分である。

【0026】

外方部分および内方部分は、異なるやり方で定められてよい。例えば、半径ｒを有する円筒状の核燃料ペレットを考慮する場合、内方部分は、例えば、ペレットの中心から外側へ例えば０．６ｒまでの核燃料ペレットの部分でもよい。そして、外方部分は、例えば、（粒がより大きいことを要求されるのに応じて）０．８ｒ〜ｒの間、または０．９ｒ〜ｒの間、または０．９５ｒ〜ｒの間に位置する核燃料ペレットの部分でもよい。粒度が外方部分においてより大きいと述べられるときに、これはまた、異なるやり方で定められてもよい。例えば、外方部分の平均２Ｄ粒度および内方部分の平均２Ｄ粒度を考慮する場合、外方部分の平均粒度は、内方部分の平均粒度より大きい少なくとも５０％、好ましくは少なくとも１００％でもよい。

【0027】

本発明の方法を実施するさらなるやり方によれば、前記添加物は、粒子の形で提供される。この種の粒子は、生ペレットにこの粉体を押圧する前に、粉体形態の核燃料材料と混ぜ合わされてよい。あるいは、粒子は、生ペレットに加えられてよい。

【0028】

本発明の方法を実施するさらなるやり方によれば、方法は、添加物が液体中に分散する粒子の形であるように、液体を提供して液体中に添加物を配置するステップを含み、添加物を有する液体は、粉体形態の前記核燃料材料または生ペレットのいずれかに加えられる。この種の粒子のキャリアとして液体を使用することは、有利である。粒子が液体中に分散するので、粒子は液体に溶解しない。

【0029】

本発明の方法を実施するさらなるやり方によれば、方法は、添加物を有する液体が生ペレットに深く入り込むように、生ペレットを液体と接触させることによって、添加物を有する前記液体を生ペレットに加えるステップ、および、生ペレットへの液体の、そしてこれにより添加物の、浸透深さを制御するステップ、を含む。この変形例によれば、生ペレットが形成された後、粒度を増加させる添加物がこのように加えられる。したがって、生ペレットを押圧する前に粉体に添加物を加えることは必要でない。添加物が液体中に提供されるので、添加物が生ペレットへと入る範囲を制御することができる。粒度を増加させる添加物の添加の改良された制御は、したがって達成される。さらに、添加物を有する液体を生ペレットに適用することは、全く容易である。浸透深さを制御することによって、添加物を有する液体がペレットのどの領域において存在するかを制御することができる。これにより、添加物がペレットのどこに存在するかを制御することができる。

【0030】

本発明の方法を実施するさらなるやり方によれば、浸透深さを制御する前記ステップは、
含まれた添加物を有する液体の粘性、
生ペレットを、添加物を有する液体と接触させるときに、生ペレットに加えられる、添加物を有する液体の量、
のうちの一方または両方を選択することによってなされる。

【0031】

特定の粘性を有する液体を選択することによって、液体の浸透深さを制御することができる。どれくらいの量の液体が生ペレットに加えられるかを制御することによって、浸透深さは、制御されてもよい。

【0032】

例えば、ペレット上に、添加物を有する一定量の液体を噴霧することによって、または、所定時間の間、添加物を有する液体に生ペレットをさらすことによって（例えば、添加物を有する生ペレットを液体中に浸漬することによって）、生ペレットに加えられる、添加物を有する液体の量は、制御されることができる。

【0033】

生ペレットへの、添加物を有する液体の浸透深さは、生ペレットの外方部分が生ペレットの内方部分に比べて実質的により多くの液体、そしてこれによってより多くの添加物を含むように制御されることができる。そうすると、焼結されたペレットは、内方部分に比べて外方部分においてより大きい粒度を有する。

【0034】

添加物を有する前記液体は選択され、そして前記方法は、添加物を有する液体が生ペレットの粒と粒との間に存在する孔へと深く入り込むように実行される。

【0035】

生ペレットは、生ペレットにおける粒と粒との間に、および生ペレットにおける粒の内側に孔を有する。粒の内側の孔は、通常、粒と粒との間に存在する孔よりも小さい。したがって、液体が粒と粒との間に存在する孔に深く入り込むことは、（例えば、特定の粘性を選択することによって）制御されることができる。

【0036】

添加物を有する前記液体は選択されることができて、そして前記方法は、添加物を有する液体が生ペレットの粒と粒との間に存在する孔へと深く、少なくともいかなる実質的な程度までも入り込まないように実行されることができる。この変形例によれば、添加物は、粒へといかなる実質的な程度までも入り込まないが、しかし添加物は、粒と粒との間に存在する孔に加えられる。

【0037】

あるいは、添加物を有する前記液体は選択されることができて、そして前記方法は、添加物を有する液体が生ペレットの粒と粒との間に存在する孔へも深く入り込むように実行されることができる。この変形例によれば、添加物は、粒の孔へもこのように入る。本発明については、生ペレットにおいて添加物が加えられる場所を制御することがこのように可能である。

【0038】

本発明の方法を実施するさらなるやり方によれば、前記液体は選択され、そして前記方法は、焼結ステップの前またはその間に、液体が完全にまたは少なくとも９９％までペレットを去るように実行される。液体がペレットを去るので、液体（および液体を構成する材料）は、焼結されたペレット中に存在しない。したがって、液体は、添加物のキャリアとして作用して、製作されたペレットの特性に影響しない。

【0039】

好ましくは、液体は、ペレットを加熱するステップの間にペレットを去る。これは、焼結ステップの前の別々の加熱ステップ、または焼結ステップの間に実行される加熱のいずれかでありえる。後者の変形例は、別々の加熱ステップが必要でない利点がある。

【0040】

添加物が液体中に溶解しないように、そして生ペレットにおける核燃料材料が液体によって溶解されないように、前記液体は選択されることができる。

【0041】

本発明の方法を実施するさらなるやり方によれば、前記液体は、油、好ましくは鉱物油である。この種の液体は、添加物のためのキャリアとして作用するための有利な特性を有する。さらに、適切な鉱物油を選択することによって、適切な粘性が達成される。

【0042】

本発明はまた、核燃料を製作して使用する方法に関する。この方法は、以下を含む：
前のやり方のいずれか１つにしたがって複数の核燃料ペレットを製作すること、
核燃料ペレットを被覆管内に配置すること、
核動力プラントにおける核動力炉のコア内に、核燃料ペレットを有する被覆管を配置することであって、そうすると、コア内の核燃料材料の少なくとも２０％、好ましくは少なくとも５０％、最も好ましくは１００％は、前のやり方のいずれか１つにしたがって製作されるペレットでできている、配置すること、
エネルギーを生成するために核動力炉を運転すること。

【0043】

実際の核動力炉において本発明による方法によって得られた有利な核燃料ペレットを用いることによって、製作された核燃料の利点は、エネルギーを生成するための核動力炉プラントにおいて、このように達成される。核動力炉は、好ましくは、本発明による方法によって製作される核燃料ペレットを含む数千本の被覆管を備える。本発明にしたがって製作される核燃料ペレットを原子炉において使用することによって、核燃料は、より長時間にわたり使われてよい。というのも、ＨＢＳの編成が本発明によって防止されるかまたは遅延されるからである。

【図面の簡単な説明】

【0044】

【図1】図１は、本発明による方法を実施するやり方のフローチャートを概略的に示す。

【図2】図２は、本発明による方法を実施する別のやり方のフローチャートを概略的に示す。

【図3】図３は、本発明による方法を実施する１つのやり方により製作されるペレットの粒度がペレットの半径方向においてどのように変化してよいかという実施例を概略的に示す。

【発明を実施するための形態】

【0045】

当業者は粉体から核燃料ペレットを作り出す方法を知っているので、この種の方法のすべての詳細が本明細書に記載されるというわけではない。しかしながら、本発明に関連する主要なステップは記載されている。

【0046】

図１は、本発明による方法を実施するやり方の主要なステップを概略的に示す。

【0047】

粉体形態の核燃料材料が提供される。核燃料材料は、ＵＯ_２に基づいてよい。そしてそれは、^２３５Ｕに関してリッチにされる。粉体は、その他の材料（例えば、バインダ材料およびＵ_３Ｏ_８）を含んでもよい。

【0048】

添加物が提供される。添加物は、焼結されたペレットの粒度を増加させる物質を構成するかまたは含む。さらに、物質は、それが焼結ステップの前におよび／またはその間に、ペレットの少なくとも外方部分を去るようなものである。

【0049】

添加物は、例えばＵＢ_４の形で、例えば、Ｂを含んでよい。一実施形態によれば、Ｂは、^１１Ｂの形である。Ｂは、生ペレットが焼結されるときに、粒度を増加させる特性を有する。しかしながら、焼結プロセスの間それが加熱されるときに、または実際の焼結の前に加熱ステップが実行される場合に焼結の前に、Ｂはまた、大部分がペレットを去る。

【0050】

別の変形例によれば、添加物は、例えばＣｒ_２Ｏ_３でもよい。また、Ｃｒは、粒度を増加させる特性を有する。さらに、焼結ステップの前かその間に、ペレットを加熱するために充分な温度および時間が使われる場合、また、Ｃｒは、ペレットの少なくとも外方部分を実質的な程度まで去る。

【0051】

添加物は、好ましくは粒子の形（すなわち粉体）である。

【0052】

添加物粉体は、粉体形態の核燃料材料と混ぜ合わせられる。

【0053】

生ペレットが形成されるように、混合された粉体は押圧される。

【0054】

添加物は、粉体形態の全部の核燃料材料と混ぜ合わされてよい。あるいは、添加物を粉体形態の核燃料材料の一部だけと混ぜ合わせることは可能である。最初に述べた変形例によれば、添加物は、全部の生ペレットにおいてこのように分配されてよい。第２の変形例によれば、生ペレットが押圧される前に、添加物のない粉体形態の核燃料材料を内方部分に配置して、そして、添加物と粉体形態の核燃料材料との混合物を外方部分に加えることは、可能である。第２の変形例によれば、添加物は、生ペレットの外方部分だけにこのように存在する。

【0055】

生ペレットは、次いで、焼結される。例えば、ペレットが約１８００℃の最終的な温度まで加熱される異なるゾーンを含む炉において、これは、なされることができる。温度および時間は、焼結ステップの間、焼結されたペレットのより大きな粒を生じさせる添加物における物質がペレットの少なくとも外方部分を実質的に去る（蒸発する）ように、選択される。あるいは、別々の加熱ステップは、これを達成するために、実際の焼結の前に実行されてよい。

【0056】

焼結されたペレットは、正しい直径および表面仕上げを得るために、挽かれる。

【0057】

核燃料ペレットは、半径ｒを有する実質的に円筒状の形状を有する。ペレットの外方部分は、例えば、０．９ｒ〜ｒの間に位置する製作された核燃料ペレットの部分でもよい。

【0058】

複数の核燃料ペレットが本発明にしたがって製作されるときに、核燃料ペレットは被覆管内に配置される。被覆管は、次いで、原子炉内に配置される核燃料集合体において位置決めされる。原子炉は、次いで、エネルギーを生成するために運転される。

【0059】

図２は、本発明による方法を実施する他のやり方のフローチャートを示す。図１による方法と比較して、図２による方法の主な違いは、生ペレットが形成された後に、添加物が加えられるということである。

【0060】

図２によれば、粉体形態の核燃料材料が提供される。図１に関連して言及するのと同じ核燃料材料が使われてよい。

【0061】

「生の」ペレットが形成されるように、粉体は押圧される。生ペレットは、多孔性である。例えば、押圧されたペレットの５０％は、孔から成ってよい。

【0062】

添加物が提供される。添加物は、焼結されたペレットの粒度を増加させる物質でできているかまたはそれを含む。さらに、より大きな粒を生じさせる物質は、続く焼結ステップの前におよび／またはその間に、それがペレットの少なくとも外方部分を去るようなものである。添加物は、例えばＵＢ_４の形で、例えば、Ｂを含んでよい。一実施形態によれば、Ｂは、^１１Ｂの形である。

【0063】

別の実施例によれば、添加物は、Ｃｒ_２Ｏ_３でもよい。

【0064】

添加物は、好ましくは粒子の形（すなわち粉体）である。粒子が生ペレットの孔に深く入り込むことができるように、粒子の寸法は、十分に小さくなければならない。そしてその中へと粒子が貫通しなければならないことが意図される。粒度は、例えば、約１μｍでもよい。

【0065】

液体が提供される。液体は、鉱物油でもよい。鉱物油は、所望の粘性（例えば３２０センチストークの動粘度）を有するように選択されてよい。

【0066】

添加物は、液体と混ぜ合わされる。好ましくは、添加物粒子は、液体中に分散する。すなわち、添加物粒子が液体に溶解しないように、そしてまた、生ペレットにおける核燃料材料が液体に溶解しないように、液体は選択される。

【0067】

生ペレットは、添加物を有する液体との接触へともたらされる。生ペレットは、例えば、添加物を有する液体へと浸漬されてもよいし、または、添加物を有する液体は、生ペレット上に噴霧されてもよい。

【0068】

生ペレットへの液体の、そしてこれにより添加物の浸透深さは、制御される。液体の適切な粘性を選択することによって、または、添加物を有する、生ペレットに加えられる液体の量を制御することによって、これは、なされることができる。例えば、ペレット上に一定量の液体を噴霧することによって、または、所定時間の間、添加物を有する液体中に生ペレットを浸漬することによって、これは、なされることができる。

【0069】

添加物が生ペレットの外方部分にだけ加えられるように、浸透深さは制御されることができる。

【0070】

例えば、添加物を有する液体の粘性、または添加物粒子の寸法を制御することによって、添加物が入る生ペレットにおける孔を制御することも可能である。例えば、生ペレットにおける粒と粒との間に存在する孔に添加物が実質的に入り込むだけであることは、制御されてもよい。あるいは、生ペレットにおける粒と粒との間に存在する孔に添加物が入り込むことも、制御されてよい。

【0071】

そのように処理された生ペレットは、次いで、焼結される。例えば、ペレットが約１８００℃の最終的な温度まで加熱される異なるゾーンを含む炉における焼結プロセスによって、これは、なされることができる。

【0072】

加熱プロセスの間それが蒸発するように、液体は、好ましくは選択される。液体を蒸発させるために、実際の焼結の前に別々の加熱ステップがあってもよい。しかしながら、この種の別々の加熱ステップは必要なくてもよい。というのも、焼結プロセスの間、液体は蒸発するからである。

【0073】

（少なくとも）より大きな粒を生じさせる物質も、焼結工ステップの前におよび／またはその間に、ペレットの少なくとも外方部分を実質的に去るように、加熱／焼結プロセスのための時間および温度は、選択される。ペレットの外方部分は、前述したように、例えば、０．９ｒ〜ｒの間に位置する製作された核燃料ペレットの部分でもよい。

【0074】

核燃料ペレット全体の粒度を増加させることが望ましいときに、添加物および液体の粘性は、全部のペレットが添加物を有する液体によって浸透されるように選択されてもよい。しかしながら、前述したように、添加物を有する液体の浸透深さを制御することは、可能である。本発明を実施する好適なやり方によれば、添加物が生ペレットの外周部分にだけ実質的に入り込むように、浸透深さは制御される。生ペレットが次いで焼結されるときに、より大きな粒は、ペレットの外方部分において主に得られる。

【0075】

図３は、このやり方でまたは図１に関連して記載されているやり方で製作されるペレットにおいて、粒度がどのように変化してよいかについて概略的に示す。ｘ軸は、焼結されたペレットの半径を示す。半径ｒ１．０は、したがってペレットの外周面である。ペレットの半径は、例えば、約４．６ｍｍでもよい。図３のｙ軸は、平均２Ｄ粒度を示す。図３のカーブは、平均２Ｄ粒度が半径によってどのように変化するかについてしたがって示す。図３は、本発明のこの実施形態によれば、実質的により大きい粒度が焼結されたペレットの外方部分において得られることをしたがって示す。これは、特に、上記したＨＢＳの編成が防止されることができるかまたは遅延されることができる効果がある。

【0076】

図１に関連して記載されているのと同様に、複数の核燃料ペレットは、本発明の方法にしたがって製作される。

【0077】

製作されたペレットは、被覆管内に配置される。

【0078】

被覆管は、核動力炉のコア内に配置される。そうすると、コアは、本発明により製作されたペレットを有する数千本の被覆管を含む。

【0079】

原子炉は、エネルギーを生成するために運転される。

【0080】

本発明は、本明細書に記載されている実施例に制限されなくて、以下の請求項の範囲内で変更されることができて、修正されることができる。

【図1】

【図2】

【図3】