重ウラン酸アンモニウム粒子製造装置
【課題】真球度が良好な重ウラン酸アンモニウム粒子を製造することができる重ウラン酸アンモニウム粒子製造装置を提供すること。
【解決手段】 前記課題を解決するための手段としては、アンモニア水溶液を貯留する貯留槽２と、前記貯留槽２を搖動させる搖動手段３とを有することを特徴とする重ウラン酸アンモニウム粒子製造装置１である。
【解決手段】 前記課題を解決するための手段としては、アンモニア水溶液を貯留する貯留槽２と、前記貯留槽２を搖動させる搖動手段３とを有することを特徴とする重ウラン酸アンモニウム粒子製造装置１である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、重ウラン酸アンモニウム粒子製造装置に関し、特に詳しくは、真球度が良好な重ウラン酸アンモニウム粒子を製造することができる重ウラン酸アンモニウム粒子製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１〜５によると、高温ガス炉用燃料は、一般的に以下のような工程を経て製造される。まず、酸化ウランの粉末を硝酸に溶かして、硝酸ウラニル溶液とする。次に、この硝酸ウラニル溶液に純水及び増粘剤等を添加し、攪拌して硝酸ウラニル含有原液とする。調製された硝酸ウラニル含有原液は、所定の温度に冷却され、粘度を調製後、細径の滴下ノズルを用いてアンモニア水溶液に滴下される。
【０００３】
このアンモニア水溶液に滴下された液滴は、アンモニア水溶液表面に達するまでの間に、アンモニアガスを吹きかけられる。このアンモニアガスによって、液滴表面がゲル化され、これにより、アンモニア水溶液表面到達時における変形が防止される。アンモニア水溶液中における硝酸ウラニルは、アンモニアと十分に反応し、重ウラン酸アンモニウム粒子（以下、「ＡＤＵ粒子」と略する場合がある。）となる。
【０００４】
この重ウラン酸アンモニウム粒子は、乾燥された後、大気中で焙焼され、二酸化ウランよりも酸素を多く含み、酸素：ウランのモル比が２を超える酸化ウラン、例えば、三酸化ウランとなり、さらに還元及び焼結されることにより、高密度のセラミックス状の二酸化ウラン粒子となる。この二酸化ウラン粒子を篩い分け、すなわち分級して、所定の粒子径を有する燃料核を得る。
【０００５】
この燃料核を流動床に装荷し、被覆ガスを熱分解させることにより被覆を施す。被覆層は、燃料核表面から第一層、第二層、第三層、および第四層を被覆することにより形成されている。第一層の低密度炭素の場合は、約１４００℃でアセチレン（Ｃ２Ｈ２）を熱分解して得られる。第二層および第四層の高密度熱分解炭素の場合は、約１４００℃でプロピレン（Ｃ３Ｈ６）を熱分解して得られる。第三層のＳｉＣの場合は約１６００℃でメチルトリクロロシラン（ＣＨ３ＳｉＣｌ３）を熱分解して得られる。
【０００６】
一般的な燃料コンパクトは、以上のようにして得られた被覆燃料粒子を黒鉛粉末、粘結剤等からなる黒鉛マトリックス材とともに、中空円筒形状または円筒形状にプレス成型またはモールド成型した後、焼成して得られる。
【０００７】
【非特許文献１】Ｓ．Ｋａｔｏ ”Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＨＴＴＲ Ｆｉｒｓｔ Ｌｏａｄｉｎｇ ｆｕｅｌ”，ＩＡＥＡ-ＴＥＣＤＯＣ-１２１０，１８７ （２００１）
【非特許文献２】Ｎ．Ｋｉｔａｍｕｒａ ”Ｐｒｅｓｅｎｔ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｉｎｉｔｉａｌ ｃｏｒｅ ｆｕｅｌ ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ＨＴＴＲ” ＩＡＥＡ−ＴＥＣＤＯＣ−９８８，３７３（１９９７）
【非特許文献３】林 君夫、”高温工学試験研究炉の設計方針、製作性及び総合的健全性評価”ＪＡＥＲＩ−Ｍ ８９−１６２（１９８９）
【非特許文献４】湊 和生、”高温ガス炉燃料製造の高度技術の開発”ＪＡＥＲＩ−Ｒｅｓｅａｃｈ ９８−０７０（１９９８）
【非特許文献５】長谷川正義、三島良績 監修「原子炉材料ハンドブック」昭和５２年１０月３１日発行 ２２１−２４７頁、日刊工業新聞社
【０００８】
一方、ウランなどの核燃料物質を使用して核燃料を製作する場合、臨界事故を防ぐための方法としては、一般的に、取り扱うウラン量を臨界質量以下とする「質量制限」と、ウラン量には関係なく臨界が生じない形状・寸法内でウランを取り扱う「形状制限」とが挙げられる。
【０００９】
「質量制限」の場合には、濃縮度１０％以下のウランに対する取扱最大量は、９．６ｋｇであり、濃縮度２０％以下のウランに対する取扱最大量は、４．０ｋｇである。したがって、各製造工程におけるバッチサイズは、これらの値以下にする必要がある。さらに、安全性の観点から、誤って２重装荷した場合を考慮すると、各製造工程におけるバッチサイズは、これらの値の１/２以下にする必要がある。そのため、核燃料の生産性は悪くなり、量産設備に対する臨界管理方法として適しているとはいえない。
【００１０】
一方、「形状制限」の場合には、ウランの濃縮度や形状によって規定される大きさも異なってくる。例えば、濃縮度１０％以下のウランに対する製造設備の大きさが、製造設備の形状が円筒形状である場合、円筒の直径で１９．８ｃｍ以下であり、製造設備の形状が平板状である場合、平板の厚みで８．３ｃｍ以下である。
【００１１】
また、濃縮度２０％以下のウランに対する製造設備の大きさが、製造設備の形状が円筒形状である場合、円筒の直径で１７．４ｃｍ以下であり、製造設備の形状が平板状である場合、平板の厚みで６．７ｃｍ以下である。
【００１２】
これらの製造設備で取り扱うウランの量には制限がないため、「形状制限」は、量産設備に対する臨界管理方法としては好ましい。しかしながら、上記したように、高濃縮度のウランになるに従い、「形状制限」での寸法制限値は小さくなるため、燃料核を製造する設備は、細長い円筒形状や薄い平板状にならざるを得ない。
【００１３】
例えば、上記したように、アンモニア水溶液に滴下された硝酸ウラニル含有原液の液滴は、反応し、硝酸ウラニルを生成する。このアンモニア水溶液中における硝酸ウラニルは、アンモニアと十分に反応し、重ウラン酸アンモニウム粒子となる。
【００１４】
生成した重ウラン酸アンモニウム粒子が、さらに上に積載されていく。このため、先に滴下され、生成した重ウラン酸アンモニウム粒子は、上に載った重ウラン酸アンモニウム粒子の重みにより、変形する。この変形により、生成した重ウラン酸アンモニウム粒子の真球度が悪くなるという問題点がある。
【００１５】
上記した問題点を解決するための手段として、例えば、アンモニア水溶液を重ウラン酸アンモニウム粒子の下方から上方へ循環させることにより、重ウラン酸アンモニウム粒子を流動させる方法を挙げることができる。
【００１６】
しかしながら、上記の方法を行う場合には、高濃縮度のウランを原料として使用すると、アンモニア水溶液を貯留する槽が、上記した形状制限に対応するために、細長い円筒形、または薄い平板状となる。したがって、使用する槽が形状の制限を受けるため、アンモニア水溶液を下方から上方へ循環させるだけでは、重ウラン酸アンモニウム粒子を十分に流動させることができない。それゆえ、重ウラン酸アンモニウム粒子が変形することによる真球度の悪化が再度、問題となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明は、このような従来の問題点を解消し、真球度が良好な重ウラン酸アンモニウム粒子を製造することができる重ウラン酸アンモニウム粒子製造装置を提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
前記課題を解決するための手段として、
請求項１は、アンモニア水溶液を貯留する貯留槽と、前記貯留槽を搖動させる搖動手段とを有することを特徴とする重ウラン酸アンモニウム粒子製造装置であり、
請求項２は、前記貯留槽は、鉛直方向に所定の間隔で配置された複数の仕切板を有し、
前記複数の仕切板は、前記貯留槽と前記複数の仕切板とで区画された隣接する空間同士を連通する連通部をそれぞれ有し、
前記連通部は、隣接する仕切板で形成される空間を流通する流体の流通方向が、隣接する空間における流体の流通方向とは反対になるように、各仕切板に形成されてなる前記請求項１記載の重ウラン酸アンモニウム粒子製造装置であり、
請求項３は、前記連通部は、隣接する仕切板の連通部とは、鉛直方向に平行な前記貯留槽の中心軸線に対して反対側の位置に形成されてなる前記請求項２記載の重ウラン酸アンモニウム粒子製造装置であり、
請求項４は、前記貯留槽は、形状制限を満足する前記請求項１〜３のいずれか１項に記載の重ウラン酸アンモニウム粒子製造装置であり、
請求項５は、前記仕切板は、中性子吸収材を含んでいる前記請求項２〜４のいずれか１項に記載の重ウラン酸アンモニウム粒子製造装置であり、
請求項６は、前記貯留槽の外周面には、中性子吸収材を含んでなる板状部材が、前記貯留槽を挟み込むようにして設けられている前記請求項１〜５のいずれか１項に記載の重ウラン酸アンモニウム粒子製造装置である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、アンモニア水溶液を貯留する貯留槽と、前記貯留槽を搖動させる搖動手段とを有することにより、真球度が良好な重ウラン酸アンモニウム粒子を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図１を参照しながらこの発明の一実施形態に係る重ウラン酸アンモニウム粒子製造装置（以下、「ＡＤＵ粒子製造装置」と称することがある。）について説明する。ただし、図１に記載されたＡＤＵ粒子製造装置は、この発明の一例であり、この発明に係るＡＤＵ粒子製造装置は、図１に記載されたＡＤＵ粒子製造装置に限られることはない。
【００２１】
図１に示されるように、ＡＤＵ粒子製造装置１は、図示しない滴下装置と、貯留槽２と、搖動手段３とを有する。
【００２２】
滴下装置は、硝酸ウラニルを含有する硝酸ウラニル含有原液を貯留槽２に滴下する装置である。この滴下装置は、ノズルを有している。このノズルは、所定の内径を有しているものであればよく、硝酸ウラニル含有原液を滴下する際には、図示は略すが、各々のノズルを硝酸ウラニル含有原液の滴下方向および／または滴下方向に対する直交方向に振動させることにより、後述する硝酸ウラニル含有原液を滴下させるようになっている。
【００２３】
滴下装置の配置としては、貯留槽２に滴下することができれば、特に制限はないが、例えば、鉛直方向に平行である貯留槽２の中心軸線Ｘ１上に配置されていることが好ましい。このようにすれば、滴下された前記硝酸ウラニル含有原液が生成してなるＡＤＵ粒子が貯留槽２に衝突することが少なくなり、ＡＤＵ粒子の変形を少なくすることができる。
【００２４】
貯留槽２は、図示しない滴下装置の下方に設けられ、滴下される硝酸ウラニル含有原液と反応するアンモニア水溶液を貯留する。貯留槽２は、例えば、全体として、平板形状を有している。貯留槽２の断面形状としては、多角形状、円形状、楕円形状等を挙げることができる。
【００２５】
なお、貯留槽２は、滴下装置の配置される箇所と対応する上面部分のみ開口してなる投入部２Ａを有し、密閉形状に形成されてなることが好ましい。このようにすれば、貯留するアンモニア水溶液が気化することによる濃度の変動を抑えることができる。
【００２６】
さらに、貯留槽２は、ＡＤＵ粒子を排出する排出部２Ｂを有する。排出部２Ｂは、貯留槽２の下面側に形成されていればよく、下面側端部に形成されていることが好ましい。このようにすれば、ＡＤＵ粒子を貯留槽２内に残すことなく排出することができる。
【００２７】
貯留槽２は、形状制限を満足することが好ましい。貯留槽２の鉛直方向寸法としては、例えば、濃縮度１０％以下のウランに対する場合には、８．３ｃｍ以下であり、濃縮度２０％以下のウランに対する場合には、６．７ｃｍ以下である。このようにすれば、臨界状態になることがなく、安全に、重ウラン酸アンモニウム粒子を大量生産することができる。
【００２８】
貯留槽２の上下の外周面には、中性子吸収材を含んでなる板状部材４が、前記貯留槽２を挟み込むようにしてそれぞれ設けられていることが好ましい。ここで、中性子吸収材を構成する物質としては、ホウ素、カドミウム、キセノン、ガドリウム、ハフニウム等を含むものであればよい。
【００２９】
なお、板状部材４が設けられる位置は、貯留槽２の上下の外周面に限定されることはなく、後述するように、臨界状態を生じさせる中性子を吸収するのであれば、例えば、貯留槽２の側壁側に設けられていてもよい。
【００３０】
このようにすれば、中性子吸収材を含んでなる板状部材４が、前記貯留槽２を挟み込むようにして設けられていることにより、臨界状態を生じさせる中性子を吸収するので、例えば、いわゆる「形状制限」における寸法制限値を大きくすることができる。したがって、貯留槽２自体の寸法を大きく形成できるので、重ウラン酸アンモニウム粒子の生産量を増加させることができる。
【００３１】
搖動手段３は、前記貯留槽２を搖動させる。具体的には、搖動手段３は、前記貯留槽２の鉛直方向および水平方向の中心部に設けられ、水平方向に延びる支軸３Ａと、図示しない支軸３Ａを回動させる回動動力手段とを備えてなる。この回動動力手段としては、例えば、モータ等を挙げることができる。本実施形態において、搖動手段３は、この支軸３Ａを中心として、貯留槽２の端部を鉛直方向に上下動させる。また、支軸３Ａを回動させる際の角度は、貯留槽２の水平方向寸法および生成する重ウラン酸アンモニウム粒子の量等に応じて、適宜、設定可能である。
【００３２】
上記したＡＤＵ粒子製造装置１の使用方法および作用を以下に述べる。なお、本発明のＡＤＵ粒子製造装置でＡＤＵ粒子１を製造するときに用いられる硝酸ウラニル含有原液は、酸化ウランと硝酸とを混合して得られる硝酸ウラニルに水溶性ポリマーを添加し、次いで純水を添加することにより粘度を調節して調製される。
【００３３】
前記酸化ウランとしては、二酸化ウラン、三酸化ウランまたは八酸化三ウラン等を挙げることができ、特に八酸化三ウランが好ましい。
【００３４】
前記水溶性ポリマーとしては、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸ナトリウム及びポリエチレンオキシド等の合成ポリマー、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、メチルセルロース、及びエチルセルロース等のセルロース系ポリマー、可溶性でんぷん、及びカルボキシメチルでんぷん等のでんぷん系ポリマー、デキストリン、及びガラクタン等の水溶性天然高分子等を挙げることができる。
【００３５】
これら各種の水溶性ポリマーは、その一種を単独で使用されても、また、それらの二種以上が併用されていても良い。これらの中でも、水溶性ポリマーとして前記合成ポリマーが好ましく、特にポリビニルアルコールが好ましい。
【００３６】
まず、貯留槽２に所定濃度、所定量のアンモニア水溶液を貯留する。次に、図示しない滴下装置に所定の硝酸ウラニル含有原液を流通させ、図示しない滴下装置より、投入部２Ａを経て、貯留槽２内に硝酸ウラニル含有原液の液滴を滴下する。
【００３７】
図示は略すが、滴下される各々の液滴に対して、適宜アンモニアガスを吹きかけるようにしてもよい。このようにすれば、液滴の表面ではゲル化が進み、アンモニア水溶液表面に衝突する際の液滴の変形を抑制することができる。
【００３８】
その後、各液滴は、貯留槽２の内のアンモニア水溶液内に沈降していき、このアンモニア水溶液より、さらにアンモニアを吸収する。そして、各液滴は、表面だけでなく、内部までもゲル化が進み、ＡＤＵ粒子へと反応が進む。
【００３９】
この際、搖動手段３によって、貯留槽２を搖動させる。搖動している貯留槽２内部のＡＤＵ粒子は貯留槽２内部を一箇所にとどまることなく、転がる。ＡＤＵ粒子が転がっている間にも、次々と硝酸ウラニル含有原液の液滴が滴下され、ＡＤＵ粒子が貯留槽２内部で生成する。生成したＡＤＵ粒子は、先のＡＤＵ粒子と衝突することが少なくなるので、ＡＤＵ粒子が変形することを最小限に抑えることができる。また、生成したＡＤＵ粒子は、先のＡＤＵ粒子の上に堆積しつづけることも少なくすることもできるので、ＡＤＵ粒子が変形することを防ぐことができる。したがって、真球度が良好な重ウラン酸アンモニウム粒子を製造することができる。
【００４０】
所定量のＡＤＵ粒子の生成が終了した後、排出部２Ｂを経て、ＡＤＵ粒子は、貯留槽２外部へ排出される。外部へ排出されたＡＤＵ粒子は、洗浄、乾燥して、その後、所定の条件で焙焼、還元・焼結の各工程を経て、二酸化ウラン粒子となる。
【００４１】
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良は、本発明に含まれるものである。例えば、ＡＤＵ粒子製造装置の変形例として、以下に示されるようなＡＤＵ粒子製造装置１１を挙げることができる。図２に示されるように、ＡＤＵ粒子製造装置１１は、図示しない滴下装置と、貯留槽１２と、搖動手段１３とを有する。
【００４２】
図示しない滴下装置の配置としては、貯留槽１２に滴下することができれば、特に制限はないが、例えば、鉛直方向に平行である貯留槽１２の中心軸線Ｘ２上に配置されていることが好ましい。このようにすれば、滴下された前記硝酸ウラニル含有原液が生成してなるＡＤＵ粒子が貯留槽１２に衝突することが少なくなり、ＡＤＵ粒子の変形を少なくすることができる。
【００４３】
貯留槽１２は、図示しない滴下装置の下方に設けられ、滴下される硝酸ウラニル含有原液と反応するアンモニア水溶液を貯留する。貯留槽１２は、例えば、全体として、平板形状を有している。
【００４４】
なお、貯留槽１２は、滴下装置の配置される箇所と対応する上面部分のみ開口してなる投入部１２Ａを有し、密閉形状に形成されてなることが好ましい。このようにすれば、貯留するアンモニア水溶液が気化することによる濃度の変動を抑えることができる。
【００４５】
さらに、貯留槽１２は、ＡＤＵ粒子を排出する排出部１２Ｂを有する。排出部１２Ｂは、貯留槽１２の下面側に形成されていればよく、下面側端部に形成されていることが好ましい。このようにすれば、ＡＤＵ粒子を貯留槽１２内に残すことなく排出することができる。
【００４６】
また、貯留槽１２は、複数の仕切板１５を有している。複数の仕切板１５は、鉛直方向に所定の間隔で配置されている。また、貯留槽１２は、前記貯留槽１２と前記複数の仕切板１５とで区画された互いに隣接する空間１６を有している。前記複数の仕切板１５は、隣接する空間１６同士を連通する連通部１７をそれぞれ有している。
【００４７】
前記連通部１７は、隣接する仕切板１５で形成される空間１６を流通する流体の流通方向が、隣接する空間１６における流体の流通方向とは反対になるように、各仕切板１５に形成されてなる。
【００４８】
具体的には、前記連通部１７は、隣接する仕切板１５の連通部１７とは、鉛直方向に平行な前記貯留槽１２の中心軸線Ｘ２に対して反対側の位置に形成されてなる。すなわち、各連通部１７は、中心軸線Ｘ２に対して互い違いの位置に形成されている。本実施形態においては、連通部１７は、仕切板１５の端部に形成された貫通孔である。
【００４９】
ここで、仕切板１５の大きさ、枚数、および区画された空間１６の大きさ、数は、生成する重ウラン酸アンモニウム粒子に応じて適宜設定される。なお、前記仕切板１５は、中性子吸収材を含んでいることが好ましい。中性子吸収材としては、上記と同様の材料を挙げることができる。
【００５０】
このようにすれば、臨界状態を生じさせる中性子等の貯留槽１２内への侵入を防止するので、例えば、いわゆる「形状制限」における寸法制限値を大きくすることができる。したがって、貯留槽１２自体の寸法を大きく形成できるので、重ウラン酸アンモニウム粒子の生産量を増加させることができる。
【００５１】
貯留槽１２の上下の外周面には、中性子吸収材を含んでなる板状部材１４が、前記貯留槽１２を挟み込むようにしてそれぞれ設けられていることが好ましい。ここで、中性子吸収材を構成する物質としては、ホウ素、カドミウム、キセノン、ガドリウム、ハフニウム等を含むものであればよい。
【００５２】
なお、板状部材１４が設けられる位置は、貯留槽１２の上下の外周面に限定されることはなく、後述するように、臨界状態を生じさせる中性子を吸収するのであれば、例えば、貯留槽１２の側壁側に設けられていてもよい。
【００５３】
このようにすれば、中性子吸収材を含んでなる板状部材１４が、前記貯留槽１２を挟み込むようにして設けられていることにより、臨界状態を生じさせる中性子を吸収するので、例えば、いわゆる「形状制限」における寸法制限値を大きくすることができる。したがって、貯留槽１２自体の寸法を大きく形成できるので、重ウラン酸アンモニウム粒子の生産量を増加させることができる。
【００５４】
搖動手段１３は、前記貯留槽１２を搖動させる。具体的には、搖動手段１３は、貯留槽１２の水平方向の中心部であり、かつ貯留槽１２に設けられ、水平方向に延びる支軸１３Ａと、図示しない支軸１３Ａを回動させる回動動力手段とを備えてなる。この回動動力手段としては、例えば、モータ等を挙げることができる。本実施形態において、搖動手段１３は、この支軸１３Ａを中心として、貯留槽１２の端部を鉛直方向に上下動させる。また、支軸１３Ａを回動させる際の角度は、貯留槽１２の水平方向寸法および生成する重ウラン酸アンモニウム粒子の量等に応じて、適宜、設定可能である。
【００５５】
上記したＡＤＵ粒子製造装置１１の使用方法および作用を以下に述べる。なお、本発明のＡＤＵ粒子製造装置１１でＡＤＵ粒子を製造するときに用いられる硝酸ウラニル含有原液は、上記同様の原料、条件で調製される。
【００５６】
まず、貯留槽１２に所定濃度、所定量のアンモニア水溶液を貯留する。次に、図示しない滴下装置に所定の硝酸ウラニル含有原液を流通させ、図示しない滴下装置より、投入部１２Ａを経て、貯留槽１２内に硝酸ウラニル含有原液の液滴を滴下する。
【００５７】
その後、各液滴は、貯留槽１２における図２中最上段の空間１６内のアンモニア水溶液内に沈降していき、このアンモニア水溶液より、さらにアンモニアを吸収する。そして、各液滴は、表面だけでなく、内部までもゲル化が進み、ＡＤＵ粒子へと反応が進む。
【００５８】
この際、搖動手段１３によって、貯留槽１２を搖動させる。搖動している貯留槽２内部のＡＤＵ粒子は貯留槽１２における図２中最上段の空間１６内部を一箇所にとどまることなく、転がる。転がったＡＤＵ粒子は、図示左側の連通部１７を経て、次段の空間１６に達する。
【００５９】
次段の空間１６に達したＡＤＵ粒子は、引き続き貯留槽１２の搖動によって、図２中次段の空間１６内部を一箇所にとどまることなく、転がる。転がったＡＤＵ粒子は、図示右側の連通部１７を経て、さらに次段の空間１６に達する。したがって、ＡＤＵ粒子が転がっている間にも、次々と硝酸ウラニル含有原液の液滴が滴下され、ＡＤＵ粒子が貯留槽１２内部で生成する。生成したＡＤＵ粒子は、先のＡＤＵ粒子と衝突することが少なくなるので、ＡＤＵ粒子が変形することを最小限に抑えることができる。また、生成したＡＤＵ粒子は、先のＡＤＵ粒子の上に堆積しつづけることも少なくすることもでき、ＡＤＵ粒子が変形することを防ぐことができる。したがって、真球度が良好な重ウラン酸アンモニウム粒子を製造することができる。
【００６０】
一方、空間１６から隣接する空間１６へ各連通部１７を経て、ＡＤＵ粒子は移動を繰り返し、最下段の空間１６に達する。所定量のＡＤＵ粒子の生成が終了した後、排出部１２Ｂを経て、ＡＤＵ粒子は、貯留槽１２外部へ排出される。外部へ排出されたＡＤＵ粒子は、洗浄、乾燥して、その後、所定の条件で焙焼、還元・焼結の各工程を経て、二酸化ウラン粒子となる。
【００６１】
なお、上記したように、搖動手段３、１３は、それぞれ鉛直方向に貯留槽２、１２を揺動させるものであったが、これに限られず、搖動手段は、貯留槽を水平方向に揺動させるものであってもよく、鉛直方向および水平方向の両方に揺動させるものであってもよい。搖動手段が貯留槽を水平方向に揺動させる例として、図３に示す変形例を挙げる。図３に示されるように、ＡＤＵ粒子製造装置２１は、図示しない滴下装置と、貯留槽２２と、図示しない搖動手段とを有する。貯留槽２２は、上面の中央部分に開口してなる投入部２２Ａを有している。ＡＤＵ粒子製造装置２１を使用して、重ウラン酸アンモニウム粒子を製造する手順は以下の通りである。まず、この投入部２２Ａから貯留槽２２内に硝酸ウラニル含有原液の液滴を滴下する。そして、貯留槽２２を図示しない搖動手段により、水平方向に揺動させる。
【００６２】
搖動している貯留槽２２内部のＡＤＵ粒子は貯留槽２２内部を一箇所にとどまることなく、転がる。ＡＤＵ粒子が転がっている間にも、次々と硝酸ウラニル含有原液の液滴が滴下され、ＡＤＵ粒子が貯留槽２２内部で生成する。生成したＡＤＵ粒子は、先のＡＤＵ粒子と衝突することが少なくなるので、ＡＤＵ粒子が変形することを最小限に抑えることができる。また、生成したＡＤＵ粒子は、先のＡＤＵ粒子の上に堆積しつづけることも少なくすることもできる。したがって、真球度が良好な重ウラン酸アンモニウム粒子を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】図１は、本発明に係る重ウラン酸アンモニウム粒子製造装置の鉛直方向の断面を示す概略図である。
【図２】図２は、本発明に係る重ウラン酸アンモニウム粒子製造装置の変形例の鉛直方向の断面を示す概略図である。
【図３】図３は、本発明に係る重ウラン酸アンモニウム粒子製造装置の変形例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００６４】
１ ＡＤＵ粒子製造装置
２ 貯留槽
２Ａ 投入部
２Ｂ 排出部
３ 搖動手段
３Ａ 支軸
４ 板状部材
１１ ＡＤＵ粒子製造装置
１２ 貯留槽
１２Ａ 投入部
１２Ｂ 排出部
１３ 搖動手段
１３Ａ 支軸
１４ 板状部材
１５ 仕切板
１６ 空間
１７ 連通部
２１ ＡＤＵ粒子製造装置
２２ 貯留槽
２２Ａ 投入部
Ｘ１ 中心軸線
Ｘ２ 中心軸線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、重ウラン酸アンモニウム粒子製造装置に関し、特に詳しくは、真球度が良好な重ウラン酸アンモニウム粒子を製造することができる重ウラン酸アンモニウム粒子製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１〜５によると、高温ガス炉用燃料は、一般的に以下のような工程を経て製造される。まず、酸化ウランの粉末を硝酸に溶かして、硝酸ウラニル溶液とする。次に、この硝酸ウラニル溶液に純水及び増粘剤等を添加し、攪拌して硝酸ウラニル含有原液とする。調製された硝酸ウラニル含有原液は、所定の温度に冷却され、粘度を調製後、細径の滴下ノズルを用いてアンモニア水溶液に滴下される。
【０００３】
このアンモニア水溶液に滴下された液滴は、アンモニア水溶液表面に達するまでの間に、アンモニアガスを吹きかけられる。このアンモニアガスによって、液滴表面がゲル化され、これにより、アンモニア水溶液表面到達時における変形が防止される。アンモニア水溶液中における硝酸ウラニルは、アンモニアと十分に反応し、重ウラン酸アンモニウム粒子（以下、「ＡＤＵ粒子」と略する場合がある。）となる。
【０００４】
この重ウラン酸アンモニウム粒子は、乾燥された後、大気中で焙焼され、二酸化ウランよりも酸素を多く含み、酸素：ウランのモル比が２を超える酸化ウラン、例えば、三酸化ウランとなり、さらに還元及び焼結されることにより、高密度のセラミックス状の二酸化ウラン粒子となる。この二酸化ウラン粒子を篩い分け、すなわち分級して、所定の粒子径を有する燃料核を得る。
【０００５】
この燃料核を流動床に装荷し、被覆ガスを熱分解させることにより被覆を施す。被覆層は、燃料核表面から第一層、第二層、第三層、および第四層を被覆することにより形成されている。第一層の低密度炭素の場合は、約１４００℃でアセチレン（Ｃ２Ｈ２）を熱分解して得られる。第二層および第四層の高密度熱分解炭素の場合は、約１４００℃でプロピレン（Ｃ３Ｈ６）を熱分解して得られる。第三層のＳｉＣの場合は約１６００℃でメチルトリクロロシラン（ＣＨ３ＳｉＣｌ３）を熱分解して得られる。
【０００６】
一般的な燃料コンパクトは、以上のようにして得られた被覆燃料粒子を黒鉛粉末、粘結剤等からなる黒鉛マトリックス材とともに、中空円筒形状または円筒形状にプレス成型またはモールド成型した後、焼成して得られる。
【０００７】
【非特許文献１】Ｓ．Ｋａｔｏ ”Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＨＴＴＲ Ｆｉｒｓｔ Ｌｏａｄｉｎｇ ｆｕｅｌ”，ＩＡＥＡ-ＴＥＣＤＯＣ-１２１０，１８７ （２００１）
【非特許文献２】Ｎ．Ｋｉｔａｍｕｒａ ”Ｐｒｅｓｅｎｔ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｉｎｉｔｉａｌ ｃｏｒｅ ｆｕｅｌ ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ＨＴＴＲ” ＩＡＥＡ−ＴＥＣＤＯＣ−９８８，３７３（１９９７）
【非特許文献３】林 君夫、”高温工学試験研究炉の設計方針、製作性及び総合的健全性評価”ＪＡＥＲＩ−Ｍ ８９−１６２（１９８９）
【非特許文献４】湊 和生、”高温ガス炉燃料製造の高度技術の開発”ＪＡＥＲＩ−Ｒｅｓｅａｃｈ ９８−０７０（１９９８）
【非特許文献５】長谷川正義、三島良績 監修「原子炉材料ハンドブック」昭和５２年１０月３１日発行 ２２１−２４７頁、日刊工業新聞社
【０００８】
一方、ウランなどの核燃料物質を使用して核燃料を製作する場合、臨界事故を防ぐための方法としては、一般的に、取り扱うウラン量を臨界質量以下とする「質量制限」と、ウラン量には関係なく臨界が生じない形状・寸法内でウランを取り扱う「形状制限」とが挙げられる。
【０００９】
「質量制限」の場合には、濃縮度１０％以下のウランに対する取扱最大量は、９．６ｋｇであり、濃縮度２０％以下のウランに対する取扱最大量は、４．０ｋｇである。したがって、各製造工程におけるバッチサイズは、これらの値以下にする必要がある。さらに、安全性の観点から、誤って２重装荷した場合を考慮すると、各製造工程におけるバッチサイズは、これらの値の１/２以下にする必要がある。そのため、核燃料の生産性は悪くなり、量産設備に対する臨界管理方法として適しているとはいえない。
【００１０】
一方、「形状制限」の場合には、ウランの濃縮度や形状によって規定される大きさも異なってくる。例えば、濃縮度１０％以下のウランに対する製造設備の大きさが、製造設備の形状が円筒形状である場合、円筒の直径で１９．８ｃｍ以下であり、製造設備の形状が平板状である場合、平板の厚みで８．３ｃｍ以下である。
【００１１】
また、濃縮度２０％以下のウランに対する製造設備の大きさが、製造設備の形状が円筒形状である場合、円筒の直径で１７．４ｃｍ以下であり、製造設備の形状が平板状である場合、平板の厚みで６．７ｃｍ以下である。
【００１２】
これらの製造設備で取り扱うウランの量には制限がないため、「形状制限」は、量産設備に対する臨界管理方法としては好ましい。しかしながら、上記したように、高濃縮度のウランになるに従い、「形状制限」での寸法制限値は小さくなるため、燃料核を製造する設備は、細長い円筒形状や薄い平板状にならざるを得ない。
【００１３】
例えば、上記したように、アンモニア水溶液に滴下された硝酸ウラニル含有原液の液滴は、反応し、硝酸ウラニルを生成する。このアンモニア水溶液中における硝酸ウラニルは、アンモニアと十分に反応し、重ウラン酸アンモニウム粒子となる。
【００１４】
生成した重ウラン酸アンモニウム粒子が、さらに上に積載されていく。このため、先に滴下され、生成した重ウラン酸アンモニウム粒子は、上に載った重ウラン酸アンモニウム粒子の重みにより、変形する。この変形により、生成した重ウラン酸アンモニウム粒子の真球度が悪くなるという問題点がある。
【００１５】
上記した問題点を解決するための手段として、例えば、アンモニア水溶液を重ウラン酸アンモニウム粒子の下方から上方へ循環させることにより、重ウラン酸アンモニウム粒子を流動させる方法を挙げることができる。
【００１６】
しかしながら、上記の方法を行う場合には、高濃縮度のウランを原料として使用すると、アンモニア水溶液を貯留する槽が、上記した形状制限に対応するために、細長い円筒形、または薄い平板状となる。したがって、使用する槽が形状の制限を受けるため、アンモニア水溶液を下方から上方へ循環させるだけでは、重ウラン酸アンモニウム粒子を十分に流動させることができない。それゆえ、重ウラン酸アンモニウム粒子が変形することによる真球度の悪化が再度、問題となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明は、このような従来の問題点を解消し、真球度が良好な重ウラン酸アンモニウム粒子を製造することができる重ウラン酸アンモニウム粒子製造装置を提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
前記課題を解決するための手段として、
請求項１は、アンモニア水溶液を貯留する貯留槽と、前記貯留槽を搖動させる搖動手段とを有することを特徴とする重ウラン酸アンモニウム粒子製造装置であり、
請求項２は、前記貯留槽は、鉛直方向に所定の間隔で配置された複数の仕切板を有し、
前記複数の仕切板は、前記貯留槽と前記複数の仕切板とで区画された隣接する空間同士を連通する連通部をそれぞれ有し、
前記連通部は、隣接する仕切板で形成される空間を流通する流体の流通方向が、隣接する空間における流体の流通方向とは反対になるように、各仕切板に形成されてなる前記請求項１記載の重ウラン酸アンモニウム粒子製造装置であり、
請求項３は、前記連通部は、隣接する仕切板の連通部とは、鉛直方向に平行な前記貯留槽の中心軸線に対して反対側の位置に形成されてなる前記請求項２記載の重ウラン酸アンモニウム粒子製造装置であり、
請求項４は、前記貯留槽は、形状制限を満足する前記請求項１〜３のいずれか１項に記載の重ウラン酸アンモニウム粒子製造装置であり、
請求項５は、前記仕切板は、中性子吸収材を含んでいる前記請求項２〜４のいずれか１項に記載の重ウラン酸アンモニウム粒子製造装置であり、
請求項６は、前記貯留槽の外周面には、中性子吸収材を含んでなる板状部材が、前記貯留槽を挟み込むようにして設けられている前記請求項１〜５のいずれか１項に記載の重ウラン酸アンモニウム粒子製造装置である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、アンモニア水溶液を貯留する貯留槽と、前記貯留槽を搖動させる搖動手段とを有することにより、真球度が良好な重ウラン酸アンモニウム粒子を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図１を参照しながらこの発明の一実施形態に係る重ウラン酸アンモニウム粒子製造装置（以下、「ＡＤＵ粒子製造装置」と称することがある。）について説明する。ただし、図１に記載されたＡＤＵ粒子製造装置は、この発明の一例であり、この発明に係るＡＤＵ粒子製造装置は、図１に記載されたＡＤＵ粒子製造装置に限られることはない。
【００２１】
図１に示されるように、ＡＤＵ粒子製造装置１は、図示しない滴下装置と、貯留槽２と、搖動手段３とを有する。
【００２２】
滴下装置は、硝酸ウラニルを含有する硝酸ウラニル含有原液を貯留槽２に滴下する装置である。この滴下装置は、ノズルを有している。このノズルは、所定の内径を有しているものであればよく、硝酸ウラニル含有原液を滴下する際には、図示は略すが、各々のノズルを硝酸ウラニル含有原液の滴下方向および／または滴下方向に対する直交方向に振動させることにより、後述する硝酸ウラニル含有原液を滴下させるようになっている。
【００２３】
滴下装置の配置としては、貯留槽２に滴下することができれば、特に制限はないが、例えば、鉛直方向に平行である貯留槽２の中心軸線Ｘ１上に配置されていることが好ましい。このようにすれば、滴下された前記硝酸ウラニル含有原液が生成してなるＡＤＵ粒子が貯留槽２に衝突することが少なくなり、ＡＤＵ粒子の変形を少なくすることができる。
【００２４】
貯留槽２は、図示しない滴下装置の下方に設けられ、滴下される硝酸ウラニル含有原液と反応するアンモニア水溶液を貯留する。貯留槽２は、例えば、全体として、平板形状を有している。貯留槽２の断面形状としては、多角形状、円形状、楕円形状等を挙げることができる。
【００２５】
なお、貯留槽２は、滴下装置の配置される箇所と対応する上面部分のみ開口してなる投入部２Ａを有し、密閉形状に形成されてなることが好ましい。このようにすれば、貯留するアンモニア水溶液が気化することによる濃度の変動を抑えることができる。
【００２６】
さらに、貯留槽２は、ＡＤＵ粒子を排出する排出部２Ｂを有する。排出部２Ｂは、貯留槽２の下面側に形成されていればよく、下面側端部に形成されていることが好ましい。このようにすれば、ＡＤＵ粒子を貯留槽２内に残すことなく排出することができる。
【００２７】
貯留槽２は、形状制限を満足することが好ましい。貯留槽２の鉛直方向寸法としては、例えば、濃縮度１０％以下のウランに対する場合には、８．３ｃｍ以下であり、濃縮度２０％以下のウランに対する場合には、６．７ｃｍ以下である。このようにすれば、臨界状態になることがなく、安全に、重ウラン酸アンモニウム粒子を大量生産することができる。
【００２８】
貯留槽２の上下の外周面には、中性子吸収材を含んでなる板状部材４が、前記貯留槽２を挟み込むようにしてそれぞれ設けられていることが好ましい。ここで、中性子吸収材を構成する物質としては、ホウ素、カドミウム、キセノン、ガドリウム、ハフニウム等を含むものであればよい。
【００２９】
なお、板状部材４が設けられる位置は、貯留槽２の上下の外周面に限定されることはなく、後述するように、臨界状態を生じさせる中性子を吸収するのであれば、例えば、貯留槽２の側壁側に設けられていてもよい。
【００３０】
このようにすれば、中性子吸収材を含んでなる板状部材４が、前記貯留槽２を挟み込むようにして設けられていることにより、臨界状態を生じさせる中性子を吸収するので、例えば、いわゆる「形状制限」における寸法制限値を大きくすることができる。したがって、貯留槽２自体の寸法を大きく形成できるので、重ウラン酸アンモニウム粒子の生産量を増加させることができる。
【００３１】
搖動手段３は、前記貯留槽２を搖動させる。具体的には、搖動手段３は、前記貯留槽２の鉛直方向および水平方向の中心部に設けられ、水平方向に延びる支軸３Ａと、図示しない支軸３Ａを回動させる回動動力手段とを備えてなる。この回動動力手段としては、例えば、モータ等を挙げることができる。本実施形態において、搖動手段３は、この支軸３Ａを中心として、貯留槽２の端部を鉛直方向に上下動させる。また、支軸３Ａを回動させる際の角度は、貯留槽２の水平方向寸法および生成する重ウラン酸アンモニウム粒子の量等に応じて、適宜、設定可能である。
【００３２】
上記したＡＤＵ粒子製造装置１の使用方法および作用を以下に述べる。なお、本発明のＡＤＵ粒子製造装置でＡＤＵ粒子１を製造するときに用いられる硝酸ウラニル含有原液は、酸化ウランと硝酸とを混合して得られる硝酸ウラニルに水溶性ポリマーを添加し、次いで純水を添加することにより粘度を調節して調製される。
【００３３】
前記酸化ウランとしては、二酸化ウラン、三酸化ウランまたは八酸化三ウラン等を挙げることができ、特に八酸化三ウランが好ましい。
【００３４】
前記水溶性ポリマーとしては、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸ナトリウム及びポリエチレンオキシド等の合成ポリマー、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、メチルセルロース、及びエチルセルロース等のセルロース系ポリマー、可溶性でんぷん、及びカルボキシメチルでんぷん等のでんぷん系ポリマー、デキストリン、及びガラクタン等の水溶性天然高分子等を挙げることができる。
【００３５】
これら各種の水溶性ポリマーは、その一種を単独で使用されても、また、それらの二種以上が併用されていても良い。これらの中でも、水溶性ポリマーとして前記合成ポリマーが好ましく、特にポリビニルアルコールが好ましい。
【００３６】
まず、貯留槽２に所定濃度、所定量のアンモニア水溶液を貯留する。次に、図示しない滴下装置に所定の硝酸ウラニル含有原液を流通させ、図示しない滴下装置より、投入部２Ａを経て、貯留槽２内に硝酸ウラニル含有原液の液滴を滴下する。
【００３７】
図示は略すが、滴下される各々の液滴に対して、適宜アンモニアガスを吹きかけるようにしてもよい。このようにすれば、液滴の表面ではゲル化が進み、アンモニア水溶液表面に衝突する際の液滴の変形を抑制することができる。
【００３８】
その後、各液滴は、貯留槽２の内のアンモニア水溶液内に沈降していき、このアンモニア水溶液より、さらにアンモニアを吸収する。そして、各液滴は、表面だけでなく、内部までもゲル化が進み、ＡＤＵ粒子へと反応が進む。
【００３９】
この際、搖動手段３によって、貯留槽２を搖動させる。搖動している貯留槽２内部のＡＤＵ粒子は貯留槽２内部を一箇所にとどまることなく、転がる。ＡＤＵ粒子が転がっている間にも、次々と硝酸ウラニル含有原液の液滴が滴下され、ＡＤＵ粒子が貯留槽２内部で生成する。生成したＡＤＵ粒子は、先のＡＤＵ粒子と衝突することが少なくなるので、ＡＤＵ粒子が変形することを最小限に抑えることができる。また、生成したＡＤＵ粒子は、先のＡＤＵ粒子の上に堆積しつづけることも少なくすることもできるので、ＡＤＵ粒子が変形することを防ぐことができる。したがって、真球度が良好な重ウラン酸アンモニウム粒子を製造することができる。
【００４０】
所定量のＡＤＵ粒子の生成が終了した後、排出部２Ｂを経て、ＡＤＵ粒子は、貯留槽２外部へ排出される。外部へ排出されたＡＤＵ粒子は、洗浄、乾燥して、その後、所定の条件で焙焼、還元・焼結の各工程を経て、二酸化ウラン粒子となる。
【００４１】
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良は、本発明に含まれるものである。例えば、ＡＤＵ粒子製造装置の変形例として、以下に示されるようなＡＤＵ粒子製造装置１１を挙げることができる。図２に示されるように、ＡＤＵ粒子製造装置１１は、図示しない滴下装置と、貯留槽１２と、搖動手段１３とを有する。
【００４２】
図示しない滴下装置の配置としては、貯留槽１２に滴下することができれば、特に制限はないが、例えば、鉛直方向に平行である貯留槽１２の中心軸線Ｘ２上に配置されていることが好ましい。このようにすれば、滴下された前記硝酸ウラニル含有原液が生成してなるＡＤＵ粒子が貯留槽１２に衝突することが少なくなり、ＡＤＵ粒子の変形を少なくすることができる。
【００４３】
貯留槽１２は、図示しない滴下装置の下方に設けられ、滴下される硝酸ウラニル含有原液と反応するアンモニア水溶液を貯留する。貯留槽１２は、例えば、全体として、平板形状を有している。
【００４４】
なお、貯留槽１２は、滴下装置の配置される箇所と対応する上面部分のみ開口してなる投入部１２Ａを有し、密閉形状に形成されてなることが好ましい。このようにすれば、貯留するアンモニア水溶液が気化することによる濃度の変動を抑えることができる。
【００４５】
さらに、貯留槽１２は、ＡＤＵ粒子を排出する排出部１２Ｂを有する。排出部１２Ｂは、貯留槽１２の下面側に形成されていればよく、下面側端部に形成されていることが好ましい。このようにすれば、ＡＤＵ粒子を貯留槽１２内に残すことなく排出することができる。
【００４６】
また、貯留槽１２は、複数の仕切板１５を有している。複数の仕切板１５は、鉛直方向に所定の間隔で配置されている。また、貯留槽１２は、前記貯留槽１２と前記複数の仕切板１５とで区画された互いに隣接する空間１６を有している。前記複数の仕切板１５は、隣接する空間１６同士を連通する連通部１７をそれぞれ有している。
【００４７】
前記連通部１７は、隣接する仕切板１５で形成される空間１６を流通する流体の流通方向が、隣接する空間１６における流体の流通方向とは反対になるように、各仕切板１５に形成されてなる。
【００４８】
具体的には、前記連通部１７は、隣接する仕切板１５の連通部１７とは、鉛直方向に平行な前記貯留槽１２の中心軸線Ｘ２に対して反対側の位置に形成されてなる。すなわち、各連通部１７は、中心軸線Ｘ２に対して互い違いの位置に形成されている。本実施形態においては、連通部１７は、仕切板１５の端部に形成された貫通孔である。
【００４９】
ここで、仕切板１５の大きさ、枚数、および区画された空間１６の大きさ、数は、生成する重ウラン酸アンモニウム粒子に応じて適宜設定される。なお、前記仕切板１５は、中性子吸収材を含んでいることが好ましい。中性子吸収材としては、上記と同様の材料を挙げることができる。
【００５０】
このようにすれば、臨界状態を生じさせる中性子等の貯留槽１２内への侵入を防止するので、例えば、いわゆる「形状制限」における寸法制限値を大きくすることができる。したがって、貯留槽１２自体の寸法を大きく形成できるので、重ウラン酸アンモニウム粒子の生産量を増加させることができる。
【００５１】
貯留槽１２の上下の外周面には、中性子吸収材を含んでなる板状部材１４が、前記貯留槽１２を挟み込むようにしてそれぞれ設けられていることが好ましい。ここで、中性子吸収材を構成する物質としては、ホウ素、カドミウム、キセノン、ガドリウム、ハフニウム等を含むものであればよい。
【００５２】
なお、板状部材１４が設けられる位置は、貯留槽１２の上下の外周面に限定されることはなく、後述するように、臨界状態を生じさせる中性子を吸収するのであれば、例えば、貯留槽１２の側壁側に設けられていてもよい。
【００５３】
このようにすれば、中性子吸収材を含んでなる板状部材１４が、前記貯留槽１２を挟み込むようにして設けられていることにより、臨界状態を生じさせる中性子を吸収するので、例えば、いわゆる「形状制限」における寸法制限値を大きくすることができる。したがって、貯留槽１２自体の寸法を大きく形成できるので、重ウラン酸アンモニウム粒子の生産量を増加させることができる。
【００５４】
搖動手段１３は、前記貯留槽１２を搖動させる。具体的には、搖動手段１３は、貯留槽１２の水平方向の中心部であり、かつ貯留槽１２に設けられ、水平方向に延びる支軸１３Ａと、図示しない支軸１３Ａを回動させる回動動力手段とを備えてなる。この回動動力手段としては、例えば、モータ等を挙げることができる。本実施形態において、搖動手段１３は、この支軸１３Ａを中心として、貯留槽１２の端部を鉛直方向に上下動させる。また、支軸１３Ａを回動させる際の角度は、貯留槽１２の水平方向寸法および生成する重ウラン酸アンモニウム粒子の量等に応じて、適宜、設定可能である。
【００５５】
上記したＡＤＵ粒子製造装置１１の使用方法および作用を以下に述べる。なお、本発明のＡＤＵ粒子製造装置１１でＡＤＵ粒子を製造するときに用いられる硝酸ウラニル含有原液は、上記同様の原料、条件で調製される。
【００５６】
まず、貯留槽１２に所定濃度、所定量のアンモニア水溶液を貯留する。次に、図示しない滴下装置に所定の硝酸ウラニル含有原液を流通させ、図示しない滴下装置より、投入部１２Ａを経て、貯留槽１２内に硝酸ウラニル含有原液の液滴を滴下する。
【００５７】
その後、各液滴は、貯留槽１２における図２中最上段の空間１６内のアンモニア水溶液内に沈降していき、このアンモニア水溶液より、さらにアンモニアを吸収する。そして、各液滴は、表面だけでなく、内部までもゲル化が進み、ＡＤＵ粒子へと反応が進む。
【００５８】
この際、搖動手段１３によって、貯留槽１２を搖動させる。搖動している貯留槽２内部のＡＤＵ粒子は貯留槽１２における図２中最上段の空間１６内部を一箇所にとどまることなく、転がる。転がったＡＤＵ粒子は、図示左側の連通部１７を経て、次段の空間１６に達する。
【００５９】
次段の空間１６に達したＡＤＵ粒子は、引き続き貯留槽１２の搖動によって、図２中次段の空間１６内部を一箇所にとどまることなく、転がる。転がったＡＤＵ粒子は、図示右側の連通部１７を経て、さらに次段の空間１６に達する。したがって、ＡＤＵ粒子が転がっている間にも、次々と硝酸ウラニル含有原液の液滴が滴下され、ＡＤＵ粒子が貯留槽１２内部で生成する。生成したＡＤＵ粒子は、先のＡＤＵ粒子と衝突することが少なくなるので、ＡＤＵ粒子が変形することを最小限に抑えることができる。また、生成したＡＤＵ粒子は、先のＡＤＵ粒子の上に堆積しつづけることも少なくすることもでき、ＡＤＵ粒子が変形することを防ぐことができる。したがって、真球度が良好な重ウラン酸アンモニウム粒子を製造することができる。
【００６０】
一方、空間１６から隣接する空間１６へ各連通部１７を経て、ＡＤＵ粒子は移動を繰り返し、最下段の空間１６に達する。所定量のＡＤＵ粒子の生成が終了した後、排出部１２Ｂを経て、ＡＤＵ粒子は、貯留槽１２外部へ排出される。外部へ排出されたＡＤＵ粒子は、洗浄、乾燥して、その後、所定の条件で焙焼、還元・焼結の各工程を経て、二酸化ウラン粒子となる。
【００６１】
なお、上記したように、搖動手段３、１３は、それぞれ鉛直方向に貯留槽２、１２を揺動させるものであったが、これに限られず、搖動手段は、貯留槽を水平方向に揺動させるものであってもよく、鉛直方向および水平方向の両方に揺動させるものであってもよい。搖動手段が貯留槽を水平方向に揺動させる例として、図３に示す変形例を挙げる。図３に示されるように、ＡＤＵ粒子製造装置２１は、図示しない滴下装置と、貯留槽２２と、図示しない搖動手段とを有する。貯留槽２２は、上面の中央部分に開口してなる投入部２２Ａを有している。ＡＤＵ粒子製造装置２１を使用して、重ウラン酸アンモニウム粒子を製造する手順は以下の通りである。まず、この投入部２２Ａから貯留槽２２内に硝酸ウラニル含有原液の液滴を滴下する。そして、貯留槽２２を図示しない搖動手段により、水平方向に揺動させる。
【００６２】
搖動している貯留槽２２内部のＡＤＵ粒子は貯留槽２２内部を一箇所にとどまることなく、転がる。ＡＤＵ粒子が転がっている間にも、次々と硝酸ウラニル含有原液の液滴が滴下され、ＡＤＵ粒子が貯留槽２２内部で生成する。生成したＡＤＵ粒子は、先のＡＤＵ粒子と衝突することが少なくなるので、ＡＤＵ粒子が変形することを最小限に抑えることができる。また、生成したＡＤＵ粒子は、先のＡＤＵ粒子の上に堆積しつづけることも少なくすることもできる。したがって、真球度が良好な重ウラン酸アンモニウム粒子を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】図１は、本発明に係る重ウラン酸アンモニウム粒子製造装置の鉛直方向の断面を示す概略図である。
【図２】図２は、本発明に係る重ウラン酸アンモニウム粒子製造装置の変形例の鉛直方向の断面を示す概略図である。
【図３】図３は、本発明に係る重ウラン酸アンモニウム粒子製造装置の変形例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００６４】
１ ＡＤＵ粒子製造装置
２ 貯留槽
２Ａ 投入部
２Ｂ 排出部
３ 搖動手段
３Ａ 支軸
４ 板状部材
１１ ＡＤＵ粒子製造装置
１２ 貯留槽
１２Ａ 投入部
１２Ｂ 排出部
１３ 搖動手段
１３Ａ 支軸
１４ 板状部材
１５ 仕切板
１６ 空間
１７ 連通部
２１ ＡＤＵ粒子製造装置
２２ 貯留槽
２２Ａ 投入部
Ｘ１ 中心軸線
Ｘ２ 中心軸線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンモニア水溶液を貯留する貯留槽と、前記貯留槽を搖動させる搖動手段とを有することを特徴とする重ウラン酸アンモニウム粒子製造装置。
【請求項２】
前記貯留槽は、鉛直方向に所定の間隔で配置された複数の仕切板を有し、
前記複数の仕切板は、前記貯留槽と前記複数の仕切板とで区画された隣接する空間同士を連通する連通部をそれぞれ有し、
前記連通部は、隣接する仕切板で形成される空間を流通する流体の流通方向が、隣接する空間における流体の流通方向とは反対になるように、各仕切板に形成されてなる前記請求項１記載の重ウラン酸アンモニウム粒子製造装置。
【請求項３】
前記連通部は、隣接する仕切板の連通部とは、鉛直方向に平行な前記貯留槽の中心軸線に対して反対側の位置に形成されてなる前記請求項２記載の重ウラン酸アンモニウム粒子製造装置。
【請求項４】
前記貯留槽は、形状制限を満足する前記請求項１〜３のいずれか１項に記載の重ウラン酸アンモニウム粒子製造装置。
【請求項５】
前記仕切板は、中性子吸収材を含んでいる前記請求項２〜４のいずれか１項に記載の重ウラン酸アンモニウム粒子製造装置。
【請求項６】
前記貯留槽の外周面には、中性子吸収材を含んでなる板状部材が、前記貯留槽を挟み込むようにして設けられている前記請求項１〜５のいずれか１項に記載の重ウラン酸アンモニウム粒子製造装置。
【請求項１】
アンモニア水溶液を貯留する貯留槽と、前記貯留槽を搖動させる搖動手段とを有することを特徴とする重ウラン酸アンモニウム粒子製造装置。
【請求項２】
前記貯留槽は、鉛直方向に所定の間隔で配置された複数の仕切板を有し、
前記複数の仕切板は、前記貯留槽と前記複数の仕切板とで区画された隣接する空間同士を連通する連通部をそれぞれ有し、
前記連通部は、隣接する仕切板で形成される空間を流通する流体の流通方向が、隣接する空間における流体の流通方向とは反対になるように、各仕切板に形成されてなる前記請求項１記載の重ウラン酸アンモニウム粒子製造装置。
【請求項３】
前記連通部は、隣接する仕切板の連通部とは、鉛直方向に平行な前記貯留槽の中心軸線に対して反対側の位置に形成されてなる前記請求項２記載の重ウラン酸アンモニウム粒子製造装置。
【請求項４】
前記貯留槽は、形状制限を満足する前記請求項１〜３のいずれか１項に記載の重ウラン酸アンモニウム粒子製造装置。
【請求項５】
前記仕切板は、中性子吸収材を含んでいる前記請求項２〜４のいずれか１項に記載の重ウラン酸アンモニウム粒子製造装置。
【請求項６】
前記貯留槽の外周面には、中性子吸収材を含んでなる板状部材が、前記貯留槽を挟み込むようにして設けられている前記請求項１〜５のいずれか１項に記載の重ウラン酸アンモニウム粒子製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１０−３７１３２（Ｐ２０１０−３７１３２Ａ）
【公開日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２０１１４８（Ｐ２００８−２０１１４８）
【出願日】平成２０年８月４日（２００８．８．４）
【出願人】（０００１６５６９７）原子燃料工業株式会社 (278)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月４日（２００８．８．４）
【出願人】（０００１６５６９７）原子燃料工業株式会社 (278)
【Ｆターム（参考）】
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