高温ガス炉用ウラン濃縮度調整方法、及び高温ガス炉用ウラン濃縮度調整装置
【課題】廃液処理を必要とせず、処理時間の短縮化可能な高温ガス炉用燃料のウラン濃縮度調整方法、及びウラン濃縮度調整装置を提供すること。
【解決手段】互いに相違するウラン濃縮度であり、かつウランにつき４．８ＫｇＵ以下である複数のＵ３Ｏ８粉末集合体の少なくとも二つのＵ３Ｏ８粉末集合体を選択し、選択された複数のＵ３Ｏ８粉末集合体それぞれから、秤量合計がウランにつき４．８ＫｇＵ以下となるように、かつ所望のウラン濃縮度になるように比例配分された量を秤量採取し、秤量された各Ｕ３Ｏ８粉末集合体の計量値の合計値Ｘと秤量された各Ｕ３Ｏ８粉末集合体それぞれを合一にして得られるＵ３Ｏ８粉末合一物の重量値Ｙとの差が所定閾値の範囲内にあることを確認した後に、Ｕ３Ｏ８粉末合一物を硝酸に溶解して硝酸ウラニルを形成することを特徴とする高温ガス炉用ウラン濃縮度調整方法及びその装置。
【解決手段】互いに相違するウラン濃縮度であり、かつウランにつき４．８ＫｇＵ以下である複数のＵ３Ｏ８粉末集合体の少なくとも二つのＵ３Ｏ８粉末集合体を選択し、選択された複数のＵ３Ｏ８粉末集合体それぞれから、秤量合計がウランにつき４．８ＫｇＵ以下となるように、かつ所望のウラン濃縮度になるように比例配分された量を秤量採取し、秤量された各Ｕ３Ｏ８粉末集合体の計量値の合計値Ｘと秤量された各Ｕ３Ｏ８粉末集合体それぞれを合一にして得られるＵ３Ｏ８粉末合一物の重量値Ｙとの差が所定閾値の範囲内にあることを確認した後に、Ｕ３Ｏ８粉末合一物を硝酸に溶解して硝酸ウラニルを形成することを特徴とする高温ガス炉用ウラン濃縮度調整方法及びその装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温ガス炉用ウラン濃縮度調整方法、及び高温ガス炉用ウラン濃縮度調整装置に関し、特に詳しくは、従来のような大量の廃液を処理する必要がなくなり、所望濃縮度にする時間を従来よりも短縮することのできる高温ガス炉用ウラン濃縮度調整方法、及び高温ガス炉用ウラン濃縮度調整装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高温ガス炉は、高温ガス炉用燃料を投入する炉心構造を熱容量が大きく、高温健全性の良好な黒鉛で構成している。この高温ガス炉においては、冷却ガスとして高温下でも化学反応の起こらないヘリウムガス等の気体を用いることにより、安全性が高く、出口温度が高い場合でも冷却ガスを取り出すことが可能となっている。そのため、炉心において約９００℃くらいまで上昇しても、発電はもちろん水素製造や化学プラント等、幅広い分野での安全な熱利用を可能にしている。
【０００３】
一方、この高温ガス炉に投入される高温ガス炉用燃料は、一般的に、燃料核と、この燃料核の周囲に被覆された被覆層とを備えて成る。燃料核は、例えば、二酸化ウランをセラミックス状に焼結してなる直径約３５０〜６５０μｍの微小粒子である。
【０００４】
被覆層は、４層構造を有し、燃料核表面側より、第一層、第二層、第三層、及び第四層とを備えて成る。被覆層を構成する被覆粒子の直径は、例えば、約５００〜１０００μｍである。
【０００５】
第一層は、密度が約１ｇ/ｃｍ３の低密度熱分解炭素からなり、ガス状の核分裂生成物（以下、「ＦＰ」と略す場合がある。）のガス溜めとしての機能及び燃料核のスウェリングを吸収するバッファとしての機能を有するものである。第二層は、密度が約１．８ｇ/ｃｍ３の高密度熱分解炭素からなり、ガス状ＦＰを保持する機能を有するものである。
【０００６】
第三層は、密度が約３．２ｇ/ｃｍ３の炭素珪素（以下、「ＳｉＣ」と略す場合がある。）からなり、固体ＦＰを保持する機能を有するものであり、被覆層の主要な強度材である。第四層は、第二層と同様の密度が約１．８ｇ/ｃｍ３の高密度熱分解炭素からなり、ガス状ＦＰを保持する機能を有するとともに、第三層の保護層としての機能を有するものである。
【０００７】
以上のような高温ガス炉用燃料は、一般的に言うと以下のような工程を経て製造される。先ず、濃縮度調整工程として、ウラン濃縮度が調整された硝酸ウラニル含有原液を調製する。この硝酸ウラニル含有原液を滴下原液とする。調製された滴下原液は、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。
【０００８】
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、液滴表面をゲル化させるため、アンモニア水溶液表面到達時における変形を防止することができる。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」と略す場合がある。）となる。
【０００９】
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、三酸化ウラン粒子となる。さらに、三酸化ウラン粒子は、還元・焼結されることにより、高密度のセラミック状の二酸化ウラン粒子となる。この二酸化ウラン粒子をふるい分け、すなわち分級して、所定の粒子径を有する燃料核粒子を得る。
【００１０】
この燃料核粒子を流動床に装荷し、被覆層を形成するためのガスを熱分解して、燃料核粒子表面に被覆層を形成する。被覆層の第一層の低密度熱分解炭素の場合は、約１３００℃でアセチレンを熱分解する。また、被覆層の第二層、第四層の高密度熱分解炭素である場合は、約１４００℃でプロピレンを熱分解する。さらに、被覆層の第三層がＳｉＣである場合は、約１５００℃でメチルトリクロロシランを熱分解する。
【００１１】
被覆層が形成され、被覆燃料粒子を形成した後、高温ガス炉用燃料は、一般的な燃料コンパクトとして成型される。この燃料コンパクトは、高温ガス炉用燃料を黒鉛粉末、粘結剤等からなる黒鉛マトリックス材とともに、中空円筒形等にプレス成型又はモールド成型したのち、焼成して得られる(非特許文献１〜５ 参照)。
【００１２】
【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
【００１３】
上記のように、燃料核を製造した後に、燃料核の周囲に被覆層を形成して被覆燃料粒子を得る。この被覆燃料粒子が燃料コンパクトに製造される。このような燃料核を製造する前に、濃縮度調整されて酸化ウランを製造する工程として、濃縮度調整工程がある。
【００１４】
従来の濃縮度調整工程において、所望のウラン濃縮度を有するＵ３Ｏ８粉末を調製するには以下の方法がある。
その方法は、所望のウラン濃縮度を有するＵ３Ｏ８粉末を準備し、秤量することにより達成されている。
しかしながら、高温ガス炉燃料の要請により多数の濃縮度のＵ３Ｏ８粉末が必要となり、要求される全てのウラン濃縮度のＵ３Ｏ８粉末を一々と調達するのは、コスト負担が大きいという問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、このような従来の問題点を解消し、廃液処理を必要とせず、処理時間の短縮化を図ることができる高温ガス炉用燃料のウラン濃縮度調整方法、及び高温ガス炉用燃料のウラン濃縮度調整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】
【００１６】
前記課題を解決するための手段として、
請求項１は、高温ガス炉用のＵ３Ｏ８粉末のウラン濃縮度を所定濃度に調整する方法であって、互いに相違するウラン濃縮度であり、かつウランにつき４．８ＫｇＵ以下である複数のＵ３Ｏ８粉末集合体の少なくとも二つのＵ３Ｏ８粉末集合体を選択し、選択された複数のＵ３Ｏ８粉末集合体それぞれから、秤量合計がウランにつき４．８ＫｇＵ以下となるように、かつ所望のウラン濃縮度になるように比例配分された量を秤量採取し、秤量された各Ｕ３Ｏ８粉末集合体の計量値の合計値Ｘと秤量された各Ｕ３Ｏ８粉末集合体それぞれを合一にして得られるＵ３Ｏ８粉末合一物の重量値Ｙとの差が所定閾値の範囲内にあることを確認した後に、Ｕ３Ｏ８粉末合一物を硝酸に溶解して硝酸ウラニルを形成することを特徴とする高温ガス炉用ウラン濃縮度調整方法であり、
請求項２は、複数のＵ３Ｏ８粉末集合体それぞれにおけるウラン濃縮度がいずれも２３５Ｕ １０％以下である前記請求項１に記載の高温ガス炉用ウラン濃縮度調整方法であり、
請求項３は、ウランにつき４．８ＫｇＵ以下である所定のウラン濃縮度を有するＵ３Ｏ８粉末集合体から採取してこれを収容している容器の重量を測定する複数の計量器と、
前記複数の容器内に収容されていたＵ３Ｏ８粉末集合体それぞれを移し変えることにより前記それぞれのＵ３Ｏ８粉末集合体を収容している一つの収容容器の重量を測定する収容容器計量器と、
前記複数の計量器から出力される重量データ及び前記収容容器計量器から出力される重量データを入力し、前記複数の重量データから各容器内に収容されているＵ３Ｏ８集合体及び前記収容容器内に収容されたＵ３Ｏ８粉末合一物の重量を算出し、算出されたＵ３Ｏ８粉末重合体及びＵ３Ｏ８粉末合一物の重量のいずれもがウランにつき４．８ＫｇＵ以下であることを確認し、秤量された各Ｕ３Ｏ８粉末集合体の計量値の合計値Ｘと秤量された前記Ｕ３Ｏ８粉末合一物の重量値Ｙとの差が所定閾値の範囲内にあることを確認する演算部と、
前記演算部による確認後に、前記収容容器内に収容されていた前記Ｕ３Ｏ８粉末合一物を硝酸に溶解する溶解手段とを、
備えて成ることを特徴とする高温ガス炉用ウラン濃縮度調整装置である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る高温ガス炉用ウラン濃縮度調整方法によれば、複数の異なるウラン濃縮度を有するＵ３Ｏ８粉末集合体から必要量のＵ３Ｏ８粉末集合体を量り取り、量り取った複数のＵ３Ｏ８粉末集合体を混合することなく合一にしてからその合一物を硝酸に溶解して硝酸ウラニル溶液とすることができる。そして、得られた硝酸ウラニル溶液は、アンモニア水溶液に滴下されて重ウラン酸アンモニウム粒子が形成される。重ウラン酸アンモニウム粒子を形成するためには、前記硝酸ウラニル溶液は必要量だけ調製されるので、前記硝酸ウラニル溶液は使い切られる。したがって、硝酸ウラニル溶液は余ることがない。
本発明に係る高温ガス炉用ウラン濃縮度調製方法によると、複数の異なるウラン濃縮度を有するＵ３Ｏ８粉末集合体から量り取った必要量のＵ３Ｏ８粉末集合体を混合することなく合一にするだけであるから、秤量操作だけで所望のウラン濃縮度に調整することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照しながら、本発明の高温ガス炉用ウラン濃縮度調整装置の一例である、高温ガス炉用燃料のウラン濃縮度調整装置を説明する。なお、本発明に係る高温ガス炉用ウラン濃縮度調整装置は、図１に示される装置に限定されない。
【００１９】
図１に示されるように、ウラン濃縮度調整装置１は、第１秤量室２と、第２秤量室３と、第３秤量室４と、溶解槽５と、搬送手段６と、演算制御装置７を備える。なお、図１において、図中左側から、第１秤量室２、第３秤量室４、及び第２秤量室３が、この順番に配置されている。
【００２０】
第１秤量室２は、ウラン濃縮度ＵＡを有するＵ３Ｏ８粉末Ａを収納する第１収納体２１の重量を測定することができるように形成される。第１秤量室２は、第１秤量室本体２Ａと、第１電子天秤２Ｂとを備えてなる。この第１電子天秤２Ｂは、この発明における計量器の一例である。
【００２１】
第１秤量室本体２Ａは、前記第１収納体２１を収容することのできる空間を備えて成る室であり、例えば箱状に形成された室であり、かつ密閉可能に形成されて成る。この第１秤量室本体２Ａには、例えば第１秤量室本体２Ａの正面部に設けられた一対の開口部（図示せず。）に、第１秤量室本体２Ａ内で第１収納体２１の移動、その内容物の取り出し等の操作を可能にする操作手段例えば操作者の手を挿入することのできる弾力性手袋例えばゴム手袋が、気密に装着されている。
【００２２】
第１電子天秤２Ｂは、第１秤量室本体２Ａ内の底部に設置されている。また、図１における第１秤量室本体２Ａの左側の側面部には、収納用ゲート２Ｃが形成されている。収納用ゲート２Ｃは、自動または手動で開閉可能に形成されている。
この第１秤量室本体２Ａは、その内部が負圧に調整される。具体的には例えば排気装置（図示せず。）が設置されていてこの第１秤量室本体２Ａ内が減圧処理される。この第１秤量室本体２Ａの内部が負圧に調整されることにより、第１秤量室本体２Ａの外部に放射性物質が漏出することが防止される。
【００２３】
第２秤量室３は、ウラン濃縮度ＵＢを有するＵ３Ｏ８粉末Ｂを収容する第２収納体３１の重量を測定することができるように形成される。第２秤量室３は、第２秤量室本体３Ａと、第２電子天秤３Ｂとを備えてなる。この第２電子天秤３Ｂは、この発明における計量器の一例である。
【００２４】
第２秤量室本体３Ａは、前記第２収納体３１を収容することのできる空間を備えて成る室であり、例えば箱状に形成された室であり、かつ密閉可能に形成されてなる。この第２秤量室本体３Ａには、例えば第２秤量室本体３Ａの正面部に設けられた一対の開口部（図示せず。）に、第２秤量室本体３Ａ内で第２収納体３１の移動、その内容物の取り出し等の操作を可能にする操作手段例えば操作者の手を挿入することのできる弾力性手袋例えばゴム手袋が、気密に装着されている。
【００２５】
第２電子天秤３Ｂは、第２秤量室本体３Ａ内の底部に設置されている。また、図１における第２秤量室本体３Ａの右側の側面部には、収納用ゲート３Ｃが形成されている。収納用ゲート３Ｃは、自動または手動で開閉可能に形成されている。
この第２秤量室本体３Ａは、その内部が負圧に調整される。具体的には例えば排気装置（図示せず。）が設置されていてこの第２秤量室本体３Ａ内が減圧処理される。この第２秤量室本体３Ａの内部が負圧に調整されることにより、第２秤量室本体３Ａの外部に放射性物質が漏出することが防止される。
【００２６】
第３秤量室４は、前記第１秤量室２および第２秤量室３の間に挟まれて設けられている。第３秤量室４は、第３秤量室本体４Ａと、第３電子天秤４Ｂとを備えてなる。第３秤量室本体４Ａは、前記第１収納体２１及び第２収納体３１のいずれをも収容することのできる空間を備えて成る室であり、例えば箱状に形成された室であり、かつ密閉可能に箱状に、形成されてなる。第３電子天秤４Ｂは、第３秤量室本体４Ａ内の底部に設置されている。この第３電子天秤４Ｂは、この発明における計量器の一例である。
【００２７】
また、第３秤量室４は、前記Ｕ３Ｏ８粉末Ａ及びＵ３Ｏ８粉末Ｂを収容した第３収納体４１を、前記第３電子天秤４Ｂで、重量測定することができるように、形成される。この第３収納体４１は、この発明における「収容容器」の一例である。この第３収納体４１は、撹拌装置を具備しないので、前記Ｕ３Ｏ８粉末Ａ及びＵ３Ｏ８粉末Ｂを単に一つの容器に収容しているに過ぎない。この第３収納体４１は一端を開口する有底筒状をなし、その底部には開閉弁４２を備える。
【００２８】
この第３秤量室本体４Ａには、例えば第３秤量室本体４Ａの正面部に設けられた一対の開口部（図示せず。）に、第３秤量室本体４Ａ内で第３収納体４１の移動、その内容物の取り出し等の操作を可能にする操作手段例えば操作者の手を挿入することのできる弾力性手袋例えばゴム手袋が、気密に装着されている。
第３秤量室４はその底部４３に排出管を備え、その排出管は前記溶解槽５に連結され、その排出管の途中に底部弁４４が介装されている。
【００２９】
なお、第３秤量室４と前記第１秤量室２との間には、第１連通部８が気密に形成されている。第１連通部８は、Ｕ３Ｏ８粉末Ａが収納された第１収納体２１を第１秤量室２から第３秤量室４内に移送し、第３収納体４１内にＵ３Ｏ８粉末Ａを移すための通路となる。
【００３０】
第１連通部８は、外郭体８Ａと、第１ゲート８Ｂと、第２ゲート８Ｃとを備えてなる。外郭体８Ａは、管状に形成されている。なお、外郭体８Ａの断面形状に関しては、特に制限はなく、円形状、楕円形状、多角形状等に形成されていればよい。また、外郭体８Ａの大きさに関しては、第１収納体２１を移す際に、支障のない大きさであればよい。
【００３１】
第１ゲート８Ｂは、第１秤量室２側に、自動または手動で開閉可能に形成されている。また、第２ゲート８Ｃは、第３秤量室４側に、自動または手動で開閉可能に形成されている。
【００３２】
なお、第３秤量室４と前記第２秤量室３との間には、第２連通部９が気密に形成されている。第２連通部９は、Ｕ３Ｏ８粉末Ｂが収納された第２収納体３１を搬送することにより、第３収納体４１内にＵ３Ｏ８粉末Ｂを移すための通路となる。
【００３３】
第２連通部９は、外郭体９Ａと、第１ゲート９Ｂと、第２ゲート９Ｃとを備えてなる。外郭体９Ａは、管状に形成されている。なお、外郭体９Ａの断面形状に関しては、特に制限はなく、円形状、楕円形状、多角形状等に形成されていればよい。また、外郭体９Ａの大きさに関しては、第２収納体３１を移す際に、支障のない大きさであればよい。
【００３４】
第１ゲート９Ｂは、第２秤量室３側に、自動または手動で開閉可能に形成されている。また、第２ゲート９Ｃは、第３秤量室４側に、自動または手動で開閉可能に形成されている。
【００３５】
溶解槽５は、前記第３秤量室４の下方に設けられ、Ｕ３Ｏ８粉末Ｃを溶解する硝酸水溶液を貯留する。溶解槽５は、底部弁４４を有する排出管と接続され、第３収納体４１内のＵ３Ｏ８粉末Ｃを投入可能に形成されている。また、溶解槽５には、攪拌器５Ａが設けられている。
【００３６】
搬送手段６は、前記第３秤量室４に設けられる。この搬送手段６は、前記第３収納体４１の、開閉弁４２が取り付けられた端面とは反対側の端面を把持して前記開閉弁４２が取り付けられた端面を下に向けて保持し、次いで前記開閉弁４２が排出管における開口部に結合することができるように第３収納体４１を下降させるように、形成される。なお、この搬送手段６に前記第３収納体４１を手動により保持させることができ、また例えばロボットアームを設置して自動により保持させるようにしても良い。
【００３７】
搬送手段６は、前記第３収納体４１の端部を把持する把持部６Ａと、アクチュエータ６Ｂとを備えてなる。把持部６Ａは、第３収納体４１を把持することにより固定する。アクチュエータ６Ｂは、把持部６Ａと接続され、把持部６Ａを前後進移動可能にする。アクチュエータ６Ｂとしては、例えば、エアシリンダ、油圧シリンダ等を挙げることができる。
【００３８】
演算制御装置７は、第１電子天秤２Ｂ、第２電子天秤３Ｂ、第３電子天秤４Ｂ、及び搬送手段６とデータ転送手段によってデータ転送可能に接続されている。なお、前記データ転送手段としては、有線及び無線を問わない。演算制御装置７は、第１電子天秤２Ｂ、第２電子天秤３Ｂ、及び第３電子天秤４Ｂから出力されるデータに基づいて、量り取られた前記Ｕ３Ｏ８粉末Ａの重量と、量り取られたＵ３Ｏ８粉末Ｂの重量と、第３電子天秤４Ｂのデータに基づいて算出されたところの、前記Ｕ３Ｏ８粉末ＡとＵ３Ｏ８粉末Ｂとの合一物の重量が、４．８ＫｇＵ以下であるか否かを判断し、また、前記Ｕ３Ｏ８粉末Ａの秤量値とＵ３Ｏ８粉末Ｂの秤量値との合計値（秤量合計重量）と第３電子天秤４Ｂから出力されるデータに基づいて算出された前記Ｕ３Ｏ８粉末ＡとＵ３Ｏ８粉末Ｂとの合一物の重量値（合一重量値）との差が所定の閾値以下であるか否かを判断する。この閾値としては、例えば１０ｇｒを挙げることができる。合一重量値と秤量合計重量値との差が前記閾値以下であると、濃縮度の管理を適切に実施できるという点において有利である。そして、この演算制御装置７は、第１電子天秤２Ｂ、第２電子天秤３Ｂ、及び第３電子天秤４Ｂそれぞれで計量されたＵ３Ｏ８粉末それぞれが４．８ＫｇＵ以下であり、また前記所定の閾値以下であると、搬送手段６の動作を可能にする。
【００３９】
本発明に係るウラン濃縮度調整方法は、ウラン濃縮度ＵＡを有するＵ３Ｏ８粉末Ａの秤量値ＷＡ１と、ウラン濃縮度ＵＢを有するＵ３Ｏ８粉末Ｂの秤量値ＷＢ１と、前記Ｕ３Ｏ８粉末Ａ及びＵ３Ｏ８粉末Ｂを合一にしてなり、所定のウラン濃縮度ＵＣを有するＵ３Ｏ８粉末Ｃの秤量値ＷＣ１とが、いずれも４．８ＫｇＵ以下であること、及び、秤量値ＷＡ１と秤量値ＷＢ１との和に対する秤量値ＷＣ１との差が、所定の閾値以下であることを満足するように混合することを基本とする。
【００４０】
本発明の一実施形態に係る一例としてのウラン濃縮度調整装置１を使用した高温ガス炉用燃料のウラン濃縮度調整方法を説明する。
【００４１】
図１に示されるように、まず、ウラン濃縮度ＵＡを有するＵ３Ｏ８粉末Ａを第１収納体２１に収納する。また、ウラン濃縮度ＵＢを有するＵ３Ｏ８粉末Ｂを第２収納体３１に収納する。
【００４２】
図２に示されるように、収納用ゲート２Ｃを開け、第１収納体２１を電子天秤２Ｂ上に配置する。第１収納体２１を電子天秤２Ｂ上に配置した後、収納用ゲート２Ｃを閉じ、第１収納体２１に収納されているＵ３Ｏ８粉末Ａの重さを秤量する。同様にして、収納用ゲート３Ｃを開け、第２収納体３１を電子天秤３Ｂ上に配置する。第２収納体３１を電子天秤３Ｂ上に配置した後、収納用ゲート３Ｃを閉じ、第２収納体３１に収納されているＵ３Ｏ８粉末Ｂの重さを秤量する。
【００４３】
Ｕ３Ｏ８粉末Ａの秤量値ＷＡ１及びＵ３Ｏ８粉末Ｂの秤量値ＷＢ１は、それぞれ、演算制御装置７に送信される。
【００４４】
一方、Ｕ３Ｏ８粉末Ａ及びＵ３Ｏ８粉末Ｂの重さを測定後、第１収納体２１及び第２収納体３１は、それぞれ、第３秤量室４内に搬送される。この際、第１ゲート８Ｂ及び第２ゲート８Ｃを開け、第１連通部８を通って、第１収納体２１は、Ｕ３Ｏ８粉末Ｃ用秤量室４内に搬送される。また、第１ゲート９Ｂ及び第２ゲート９Ｃを開け、第２連通部９を通って、第２収納体３１は、第３秤量室４内に搬送される。
【００４５】
その後、第３秤量室４内に搬送された第１収納体２１及び第２収納体３１は、電子天秤４Ｂ上に配置された第３収納体４１の上方に搬送される。そして、第１収納体２１及び第２収納体３１それぞれの内部に収納されているＵ３Ｏ８粉末Ａ及びＵ３Ｏ８粉末Ｂを第３収納体４１内に収納する。
【００４６】
Ｕ３Ｏ８粉末Ａ及びＵ３Ｏ８粉末Ｂを第３収納体４１内に収納後、第１ゲート８Ｂ及び第２ゲート８Ｃと、第１ゲート９Ｂ及び第２ゲート９Ｃとをそれぞれ閉じ、その後、Ｕ３Ｏ８粉末Ｃの重さを電子天秤４Ｂによって、秤量する。Ｕ３Ｏ８粉末Ｃの秤量値ＷＣ１は、演算制御装置７に送信される。なお、第３収容体４１内に投入されたＵ３Ｏ８粉末Ａ及びＵ３Ｏ８粉末Ｂは、撹拌混合操作をすることなくそのままに留めおかれる。
【００４７】
ここで、演算制御装置７は、(1)秤量値ＷＡ１、秤量値ＷＢ１、及び秤量値ＷＣ１が、Ｕ３Ｏ８粉末Ｃの所定の混合重量以下であること、及び、(2)秤量値ＷＡ１と秤量値ＷＢ１との和に対する秤量値ＷＣ１との差が、所定の閾値以下であることを判断するプログラムを有する。
【００４８】
上記プログラムにおいて前記(1)における所定の混合重量として４．８ｋｇＵを閾値とすることができる。閾値を４．８ｋｇＵにするのは、濃縮度１０％以下のウラン粉末を取り扱う際に臨界状態の発生を防止することができるという理由に基づく。また、上記プログラムにおいて前記(2)における所定の閾値以下とするのは、濃縮度の管理を適切に実施するためという理由に基づく。
【００４９】
上記したような細かい設定条件を満足するためには、以下の表１に記載の条件を挙げることができる。
【００５０】
【表１】
【００５１】
秤量値ＷＡ１、秤量値ＷＢ１、及び秤量値ＷＣ１が、上記した条件を満足すると、演算制御装置７から搬送手段６に信号が送信される。その後、図３に示されるように、搬送手段６の把持部６Ａが、第３収納体４１を把持することにより固定する。そして、アクチュエータ６Ｂが移動することによって、第３収納体４１の開閉弁４２側がＵ３Ｏ８粉末Ｃ用秤量室４の底部弁４４側に向くように、搬送手段６が、Ｕ３Ｏ８粉末Ｃが収納された第３収納体４１を搬送する。
【００５２】
第３収納体４１の開閉弁４２が、Ｕ３Ｏ８粉末Ｃ用秤量室４の底部弁４４の上方に位置したら、アクチュエータ６Ｂが作動することによって、第３収納体４１が下降し、開閉弁４２と底部弁４４とが接続される。この際、アクチュエータ６Ｂの下降距離が予め設定された距離になったことを確認してから底部弁４４が開放可能となる。
【００５３】
開閉弁４２及び底部弁４４が開けられ、第３収納体４１内のＵ３Ｏ８粉末Ｃが、自重により、溶解槽５内に投入される。Ｕ３Ｏ８粉末Ｃが投入された溶解槽５においては、攪拌器５Ａが作動することによって、Ｕ３Ｏ８粉末Ｃが投入された硝酸溶液が混合される。
【００５４】
均一に混合された硝酸溶液を使用して、所定の方法により、重ウラン酸アンモニウム粒子が製造される。
【実施例】
【００５５】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は、下記の実施例に限定されるものでは無い。
【００５６】
（実施例）
前記実施形態において、以下の具体的条件によって、ウラン濃縮度調整を実施した。まず、Ｕ３Ｏ８粉末Ａのウラン濃縮度ＵＡは、３．４％とし、Ｕ３Ｏ８粉末Ｂのウラン濃縮度ＵＢは、４．８％とした。なお、Ｕ３Ｏ８粉末Ａ及びＵ３Ｏ８粉末Ｂのウラン含有率は、８４．７％として計算した。
【００５７】
Ｕ３Ｏ８粉末ＡとＵ３Ｏ８粉末Ｂとの混合時のバッチ単位は、４．３ｋｇＵとした。演算制御装置７に入力した条件（１）は、秤量値ＷＡ１、秤量値ＷＢ１、及び秤量値ＷＣ１が、Ｕ３Ｏ８粉末Ｃの所定の混合重量以下、すなわち、５．６６７ｋｇ（４．８ｋｇＵ）以下である。
【００５８】
また、演算制御装置７に入力した条件（２）は、秤量値ＷＡ１と秤量値ＷＢ１との和に対する秤量値ＷＣ１との差が、ウラン濃縮度規格公差に相当するウラン量の範囲内であること、すなわち、３６２ｇ（３０７ｇＵ）以下である。
【００５９】
分取したＵ３Ｏ８粉末Ａの秤量値ＷＡ１は、３．２６３ｋｇ（２．７６４ｋｇＵ）であった。また、分取したＵ３Ｏ８粉末Ｂの秤量値ＷＢ１は、１．８１３ｋｇ（１．５３６ｋｇＵ）であった。これら分取したＵ３Ｏ８粉末Ａ及びＵ３Ｏ８粉末Ｂを第３収納体４１内に収納した。
【００６０】
第３収納体４１内に収納した混合粉末の秤量値ＷＣ１は、５．０７５ｋｇ（４．２９９ｋｇＵ）であった。上記条件（２）として設定した３６２ｇ（３０７ｇＵ）以下に対して、実際の秤量差は、１ｇであった。以上のウラン濃縮度ＵＡ、ＵＢ、秤量値ＷＡ１、秤量値ＷＢ１から算出された計算上のウラン濃縮度ＵＣ１は、３．９００％であった。
【００６１】
演算制御装置７が、秤量判定を行い、合格の表示がディスプレイに表示された。その後、第３収納体４１内のＵ３Ｏ８粉末は、溶解槽５内に投入され、数分程度で、投入完了した。溶解槽５内に投入されたＵ３Ｏ８粉末と硝酸溶液を混合し、均質混合がなされた。均質混合された硝酸溶液を使用して、所定の方法により、重ウラン酸アンモニウム粒子が製造された。製造された重ウラン酸アンモニウム粒子の中間製品のウラン濃縮度検査結果は、３．９００％に対して、上下０．００２％の範囲内であった。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】図１は、本発明に係るウラン濃縮度調整装置を示す概略図である。
【図２】図２は、本発明に係るウラン濃縮度調整装置の使用状態を示す概略図である。
【図３】図３は、本発明に係るウラン濃縮度調整装置の使用状態を示す概略図である。
【符号の説明】
【００６３】
１ ウラン濃縮度調整装置
２ 第１秤量室
２Ａ 第１秤量室本体
２Ｂ 電子天秤
２Ｃ 収納用ゲート
３ 第２秤量室
３Ａ 第２秤量室本体
３Ｂ 電子天秤
３Ｃ 収納用ゲート
４ 第３秤量室
４Ａ 第３秤量室本体
４Ｂ 電子天秤
５ 溶解槽
５Ａ 攪拌器
６ 搬送手段
６Ａ 把持部
６Ｂ アクチュエータ
７ 演算制御装置
８ 第１連通部
８Ａ 外郭体
８Ｂ 第１ゲート
８Ｃ 第２ゲート
９ 第２連通部
９Ａ 外郭体
９Ｂ 第１ゲート
９Ｃ 第２ゲート
２１ 第１収納体
３１ 第２収納体
４１ 第３収納体
４２ 開閉弁
４３ 底部
４４ 底部弁
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温ガス炉用ウラン濃縮度調整方法、及び高温ガス炉用ウラン濃縮度調整装置に関し、特に詳しくは、従来のような大量の廃液を処理する必要がなくなり、所望濃縮度にする時間を従来よりも短縮することのできる高温ガス炉用ウラン濃縮度調整方法、及び高温ガス炉用ウラン濃縮度調整装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高温ガス炉は、高温ガス炉用燃料を投入する炉心構造を熱容量が大きく、高温健全性の良好な黒鉛で構成している。この高温ガス炉においては、冷却ガスとして高温下でも化学反応の起こらないヘリウムガス等の気体を用いることにより、安全性が高く、出口温度が高い場合でも冷却ガスを取り出すことが可能となっている。そのため、炉心において約９００℃くらいまで上昇しても、発電はもちろん水素製造や化学プラント等、幅広い分野での安全な熱利用を可能にしている。
【０００３】
一方、この高温ガス炉に投入される高温ガス炉用燃料は、一般的に、燃料核と、この燃料核の周囲に被覆された被覆層とを備えて成る。燃料核は、例えば、二酸化ウランをセラミックス状に焼結してなる直径約３５０〜６５０μｍの微小粒子である。
【０００４】
被覆層は、４層構造を有し、燃料核表面側より、第一層、第二層、第三層、及び第四層とを備えて成る。被覆層を構成する被覆粒子の直径は、例えば、約５００〜１０００μｍである。
【０００５】
第一層は、密度が約１ｇ/ｃｍ３の低密度熱分解炭素からなり、ガス状の核分裂生成物（以下、「ＦＰ」と略す場合がある。）のガス溜めとしての機能及び燃料核のスウェリングを吸収するバッファとしての機能を有するものである。第二層は、密度が約１．８ｇ/ｃｍ３の高密度熱分解炭素からなり、ガス状ＦＰを保持する機能を有するものである。
【０００６】
第三層は、密度が約３．２ｇ/ｃｍ３の炭素珪素（以下、「ＳｉＣ」と略す場合がある。）からなり、固体ＦＰを保持する機能を有するものであり、被覆層の主要な強度材である。第四層は、第二層と同様の密度が約１．８ｇ/ｃｍ３の高密度熱分解炭素からなり、ガス状ＦＰを保持する機能を有するとともに、第三層の保護層としての機能を有するものである。
【０００７】
以上のような高温ガス炉用燃料は、一般的に言うと以下のような工程を経て製造される。先ず、濃縮度調整工程として、ウラン濃縮度が調整された硝酸ウラニル含有原液を調製する。この硝酸ウラニル含有原液を滴下原液とする。調製された滴下原液は、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。
【０００８】
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、液滴表面をゲル化させるため、アンモニア水溶液表面到達時における変形を防止することができる。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」と略す場合がある。）となる。
【０００９】
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、三酸化ウラン粒子となる。さらに、三酸化ウラン粒子は、還元・焼結されることにより、高密度のセラミック状の二酸化ウラン粒子となる。この二酸化ウラン粒子をふるい分け、すなわち分級して、所定の粒子径を有する燃料核粒子を得る。
【００１０】
この燃料核粒子を流動床に装荷し、被覆層を形成するためのガスを熱分解して、燃料核粒子表面に被覆層を形成する。被覆層の第一層の低密度熱分解炭素の場合は、約１３００℃でアセチレンを熱分解する。また、被覆層の第二層、第四層の高密度熱分解炭素である場合は、約１４００℃でプロピレンを熱分解する。さらに、被覆層の第三層がＳｉＣである場合は、約１５００℃でメチルトリクロロシランを熱分解する。
【００１１】
被覆層が形成され、被覆燃料粒子を形成した後、高温ガス炉用燃料は、一般的な燃料コンパクトとして成型される。この燃料コンパクトは、高温ガス炉用燃料を黒鉛粉末、粘結剤等からなる黒鉛マトリックス材とともに、中空円筒形等にプレス成型又はモールド成型したのち、焼成して得られる(非特許文献１〜５ 参照)。
【００１２】
【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
【００１３】
上記のように、燃料核を製造した後に、燃料核の周囲に被覆層を形成して被覆燃料粒子を得る。この被覆燃料粒子が燃料コンパクトに製造される。このような燃料核を製造する前に、濃縮度調整されて酸化ウランを製造する工程として、濃縮度調整工程がある。
【００１４】
従来の濃縮度調整工程において、所望のウラン濃縮度を有するＵ３Ｏ８粉末を調製するには以下の方法がある。
その方法は、所望のウラン濃縮度を有するＵ３Ｏ８粉末を準備し、秤量することにより達成されている。
しかしながら、高温ガス炉燃料の要請により多数の濃縮度のＵ３Ｏ８粉末が必要となり、要求される全てのウラン濃縮度のＵ３Ｏ８粉末を一々と調達するのは、コスト負担が大きいという問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、このような従来の問題点を解消し、廃液処理を必要とせず、処理時間の短縮化を図ることができる高温ガス炉用燃料のウラン濃縮度調整方法、及び高温ガス炉用燃料のウラン濃縮度調整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】
【００１６】
前記課題を解決するための手段として、
請求項１は、高温ガス炉用のＵ３Ｏ８粉末のウラン濃縮度を所定濃度に調整する方法であって、互いに相違するウラン濃縮度であり、かつウランにつき４．８ＫｇＵ以下である複数のＵ３Ｏ８粉末集合体の少なくとも二つのＵ３Ｏ８粉末集合体を選択し、選択された複数のＵ３Ｏ８粉末集合体それぞれから、秤量合計がウランにつき４．８ＫｇＵ以下となるように、かつ所望のウラン濃縮度になるように比例配分された量を秤量採取し、秤量された各Ｕ３Ｏ８粉末集合体の計量値の合計値Ｘと秤量された各Ｕ３Ｏ８粉末集合体それぞれを合一にして得られるＵ３Ｏ８粉末合一物の重量値Ｙとの差が所定閾値の範囲内にあることを確認した後に、Ｕ３Ｏ８粉末合一物を硝酸に溶解して硝酸ウラニルを形成することを特徴とする高温ガス炉用ウラン濃縮度調整方法であり、
請求項２は、複数のＵ３Ｏ８粉末集合体それぞれにおけるウラン濃縮度がいずれも２３５Ｕ １０％以下である前記請求項１に記載の高温ガス炉用ウラン濃縮度調整方法であり、
請求項３は、ウランにつき４．８ＫｇＵ以下である所定のウラン濃縮度を有するＵ３Ｏ８粉末集合体から採取してこれを収容している容器の重量を測定する複数の計量器と、
前記複数の容器内に収容されていたＵ３Ｏ８粉末集合体それぞれを移し変えることにより前記それぞれのＵ３Ｏ８粉末集合体を収容している一つの収容容器の重量を測定する収容容器計量器と、
前記複数の計量器から出力される重量データ及び前記収容容器計量器から出力される重量データを入力し、前記複数の重量データから各容器内に収容されているＵ３Ｏ８集合体及び前記収容容器内に収容されたＵ３Ｏ８粉末合一物の重量を算出し、算出されたＵ３Ｏ８粉末重合体及びＵ３Ｏ８粉末合一物の重量のいずれもがウランにつき４．８ＫｇＵ以下であることを確認し、秤量された各Ｕ３Ｏ８粉末集合体の計量値の合計値Ｘと秤量された前記Ｕ３Ｏ８粉末合一物の重量値Ｙとの差が所定閾値の範囲内にあることを確認する演算部と、
前記演算部による確認後に、前記収容容器内に収容されていた前記Ｕ３Ｏ８粉末合一物を硝酸に溶解する溶解手段とを、
備えて成ることを特徴とする高温ガス炉用ウラン濃縮度調整装置である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る高温ガス炉用ウラン濃縮度調整方法によれば、複数の異なるウラン濃縮度を有するＵ３Ｏ８粉末集合体から必要量のＵ３Ｏ８粉末集合体を量り取り、量り取った複数のＵ３Ｏ８粉末集合体を混合することなく合一にしてからその合一物を硝酸に溶解して硝酸ウラニル溶液とすることができる。そして、得られた硝酸ウラニル溶液は、アンモニア水溶液に滴下されて重ウラン酸アンモニウム粒子が形成される。重ウラン酸アンモニウム粒子を形成するためには、前記硝酸ウラニル溶液は必要量だけ調製されるので、前記硝酸ウラニル溶液は使い切られる。したがって、硝酸ウラニル溶液は余ることがない。
本発明に係る高温ガス炉用ウラン濃縮度調製方法によると、複数の異なるウラン濃縮度を有するＵ３Ｏ８粉末集合体から量り取った必要量のＵ３Ｏ８粉末集合体を混合することなく合一にするだけであるから、秤量操作だけで所望のウラン濃縮度に調整することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照しながら、本発明の高温ガス炉用ウラン濃縮度調整装置の一例である、高温ガス炉用燃料のウラン濃縮度調整装置を説明する。なお、本発明に係る高温ガス炉用ウラン濃縮度調整装置は、図１に示される装置に限定されない。
【００１９】
図１に示されるように、ウラン濃縮度調整装置１は、第１秤量室２と、第２秤量室３と、第３秤量室４と、溶解槽５と、搬送手段６と、演算制御装置７を備える。なお、図１において、図中左側から、第１秤量室２、第３秤量室４、及び第２秤量室３が、この順番に配置されている。
【００２０】
第１秤量室２は、ウラン濃縮度ＵＡを有するＵ３Ｏ８粉末Ａを収納する第１収納体２１の重量を測定することができるように形成される。第１秤量室２は、第１秤量室本体２Ａと、第１電子天秤２Ｂとを備えてなる。この第１電子天秤２Ｂは、この発明における計量器の一例である。
【００２１】
第１秤量室本体２Ａは、前記第１収納体２１を収容することのできる空間を備えて成る室であり、例えば箱状に形成された室であり、かつ密閉可能に形成されて成る。この第１秤量室本体２Ａには、例えば第１秤量室本体２Ａの正面部に設けられた一対の開口部（図示せず。）に、第１秤量室本体２Ａ内で第１収納体２１の移動、その内容物の取り出し等の操作を可能にする操作手段例えば操作者の手を挿入することのできる弾力性手袋例えばゴム手袋が、気密に装着されている。
【００２２】
第１電子天秤２Ｂは、第１秤量室本体２Ａ内の底部に設置されている。また、図１における第１秤量室本体２Ａの左側の側面部には、収納用ゲート２Ｃが形成されている。収納用ゲート２Ｃは、自動または手動で開閉可能に形成されている。
この第１秤量室本体２Ａは、その内部が負圧に調整される。具体的には例えば排気装置（図示せず。）が設置されていてこの第１秤量室本体２Ａ内が減圧処理される。この第１秤量室本体２Ａの内部が負圧に調整されることにより、第１秤量室本体２Ａの外部に放射性物質が漏出することが防止される。
【００２３】
第２秤量室３は、ウラン濃縮度ＵＢを有するＵ３Ｏ８粉末Ｂを収容する第２収納体３１の重量を測定することができるように形成される。第２秤量室３は、第２秤量室本体３Ａと、第２電子天秤３Ｂとを備えてなる。この第２電子天秤３Ｂは、この発明における計量器の一例である。
【００２４】
第２秤量室本体３Ａは、前記第２収納体３１を収容することのできる空間を備えて成る室であり、例えば箱状に形成された室であり、かつ密閉可能に形成されてなる。この第２秤量室本体３Ａには、例えば第２秤量室本体３Ａの正面部に設けられた一対の開口部（図示せず。）に、第２秤量室本体３Ａ内で第２収納体３１の移動、その内容物の取り出し等の操作を可能にする操作手段例えば操作者の手を挿入することのできる弾力性手袋例えばゴム手袋が、気密に装着されている。
【００２５】
第２電子天秤３Ｂは、第２秤量室本体３Ａ内の底部に設置されている。また、図１における第２秤量室本体３Ａの右側の側面部には、収納用ゲート３Ｃが形成されている。収納用ゲート３Ｃは、自動または手動で開閉可能に形成されている。
この第２秤量室本体３Ａは、その内部が負圧に調整される。具体的には例えば排気装置（図示せず。）が設置されていてこの第２秤量室本体３Ａ内が減圧処理される。この第２秤量室本体３Ａの内部が負圧に調整されることにより、第２秤量室本体３Ａの外部に放射性物質が漏出することが防止される。
【００２６】
第３秤量室４は、前記第１秤量室２および第２秤量室３の間に挟まれて設けられている。第３秤量室４は、第３秤量室本体４Ａと、第３電子天秤４Ｂとを備えてなる。第３秤量室本体４Ａは、前記第１収納体２１及び第２収納体３１のいずれをも収容することのできる空間を備えて成る室であり、例えば箱状に形成された室であり、かつ密閉可能に箱状に、形成されてなる。第３電子天秤４Ｂは、第３秤量室本体４Ａ内の底部に設置されている。この第３電子天秤４Ｂは、この発明における計量器の一例である。
【００２７】
また、第３秤量室４は、前記Ｕ３Ｏ８粉末Ａ及びＵ３Ｏ８粉末Ｂを収容した第３収納体４１を、前記第３電子天秤４Ｂで、重量測定することができるように、形成される。この第３収納体４１は、この発明における「収容容器」の一例である。この第３収納体４１は、撹拌装置を具備しないので、前記Ｕ３Ｏ８粉末Ａ及びＵ３Ｏ８粉末Ｂを単に一つの容器に収容しているに過ぎない。この第３収納体４１は一端を開口する有底筒状をなし、その底部には開閉弁４２を備える。
【００２８】
この第３秤量室本体４Ａには、例えば第３秤量室本体４Ａの正面部に設けられた一対の開口部（図示せず。）に、第３秤量室本体４Ａ内で第３収納体４１の移動、その内容物の取り出し等の操作を可能にする操作手段例えば操作者の手を挿入することのできる弾力性手袋例えばゴム手袋が、気密に装着されている。
第３秤量室４はその底部４３に排出管を備え、その排出管は前記溶解槽５に連結され、その排出管の途中に底部弁４４が介装されている。
【００２９】
なお、第３秤量室４と前記第１秤量室２との間には、第１連通部８が気密に形成されている。第１連通部８は、Ｕ３Ｏ８粉末Ａが収納された第１収納体２１を第１秤量室２から第３秤量室４内に移送し、第３収納体４１内にＵ３Ｏ８粉末Ａを移すための通路となる。
【００３０】
第１連通部８は、外郭体８Ａと、第１ゲート８Ｂと、第２ゲート８Ｃとを備えてなる。外郭体８Ａは、管状に形成されている。なお、外郭体８Ａの断面形状に関しては、特に制限はなく、円形状、楕円形状、多角形状等に形成されていればよい。また、外郭体８Ａの大きさに関しては、第１収納体２１を移す際に、支障のない大きさであればよい。
【００３１】
第１ゲート８Ｂは、第１秤量室２側に、自動または手動で開閉可能に形成されている。また、第２ゲート８Ｃは、第３秤量室４側に、自動または手動で開閉可能に形成されている。
【００３２】
なお、第３秤量室４と前記第２秤量室３との間には、第２連通部９が気密に形成されている。第２連通部９は、Ｕ３Ｏ８粉末Ｂが収納された第２収納体３１を搬送することにより、第３収納体４１内にＵ３Ｏ８粉末Ｂを移すための通路となる。
【００３３】
第２連通部９は、外郭体９Ａと、第１ゲート９Ｂと、第２ゲート９Ｃとを備えてなる。外郭体９Ａは、管状に形成されている。なお、外郭体９Ａの断面形状に関しては、特に制限はなく、円形状、楕円形状、多角形状等に形成されていればよい。また、外郭体９Ａの大きさに関しては、第２収納体３１を移す際に、支障のない大きさであればよい。
【００３４】
第１ゲート９Ｂは、第２秤量室３側に、自動または手動で開閉可能に形成されている。また、第２ゲート９Ｃは、第３秤量室４側に、自動または手動で開閉可能に形成されている。
【００３５】
溶解槽５は、前記第３秤量室４の下方に設けられ、Ｕ３Ｏ８粉末Ｃを溶解する硝酸水溶液を貯留する。溶解槽５は、底部弁４４を有する排出管と接続され、第３収納体４１内のＵ３Ｏ８粉末Ｃを投入可能に形成されている。また、溶解槽５には、攪拌器５Ａが設けられている。
【００３６】
搬送手段６は、前記第３秤量室４に設けられる。この搬送手段６は、前記第３収納体４１の、開閉弁４２が取り付けられた端面とは反対側の端面を把持して前記開閉弁４２が取り付けられた端面を下に向けて保持し、次いで前記開閉弁４２が排出管における開口部に結合することができるように第３収納体４１を下降させるように、形成される。なお、この搬送手段６に前記第３収納体４１を手動により保持させることができ、また例えばロボットアームを設置して自動により保持させるようにしても良い。
【００３７】
搬送手段６は、前記第３収納体４１の端部を把持する把持部６Ａと、アクチュエータ６Ｂとを備えてなる。把持部６Ａは、第３収納体４１を把持することにより固定する。アクチュエータ６Ｂは、把持部６Ａと接続され、把持部６Ａを前後進移動可能にする。アクチュエータ６Ｂとしては、例えば、エアシリンダ、油圧シリンダ等を挙げることができる。
【００３８】
演算制御装置７は、第１電子天秤２Ｂ、第２電子天秤３Ｂ、第３電子天秤４Ｂ、及び搬送手段６とデータ転送手段によってデータ転送可能に接続されている。なお、前記データ転送手段としては、有線及び無線を問わない。演算制御装置７は、第１電子天秤２Ｂ、第２電子天秤３Ｂ、及び第３電子天秤４Ｂから出力されるデータに基づいて、量り取られた前記Ｕ３Ｏ８粉末Ａの重量と、量り取られたＵ３Ｏ８粉末Ｂの重量と、第３電子天秤４Ｂのデータに基づいて算出されたところの、前記Ｕ３Ｏ８粉末ＡとＵ３Ｏ８粉末Ｂとの合一物の重量が、４．８ＫｇＵ以下であるか否かを判断し、また、前記Ｕ３Ｏ８粉末Ａの秤量値とＵ３Ｏ８粉末Ｂの秤量値との合計値（秤量合計重量）と第３電子天秤４Ｂから出力されるデータに基づいて算出された前記Ｕ３Ｏ８粉末ＡとＵ３Ｏ８粉末Ｂとの合一物の重量値（合一重量値）との差が所定の閾値以下であるか否かを判断する。この閾値としては、例えば１０ｇｒを挙げることができる。合一重量値と秤量合計重量値との差が前記閾値以下であると、濃縮度の管理を適切に実施できるという点において有利である。そして、この演算制御装置７は、第１電子天秤２Ｂ、第２電子天秤３Ｂ、及び第３電子天秤４Ｂそれぞれで計量されたＵ３Ｏ８粉末それぞれが４．８ＫｇＵ以下であり、また前記所定の閾値以下であると、搬送手段６の動作を可能にする。
【００３９】
本発明に係るウラン濃縮度調整方法は、ウラン濃縮度ＵＡを有するＵ３Ｏ８粉末Ａの秤量値ＷＡ１と、ウラン濃縮度ＵＢを有するＵ３Ｏ８粉末Ｂの秤量値ＷＢ１と、前記Ｕ３Ｏ８粉末Ａ及びＵ３Ｏ８粉末Ｂを合一にしてなり、所定のウラン濃縮度ＵＣを有するＵ３Ｏ８粉末Ｃの秤量値ＷＣ１とが、いずれも４．８ＫｇＵ以下であること、及び、秤量値ＷＡ１と秤量値ＷＢ１との和に対する秤量値ＷＣ１との差が、所定の閾値以下であることを満足するように混合することを基本とする。
【００４０】
本発明の一実施形態に係る一例としてのウラン濃縮度調整装置１を使用した高温ガス炉用燃料のウラン濃縮度調整方法を説明する。
【００４１】
図１に示されるように、まず、ウラン濃縮度ＵＡを有するＵ３Ｏ８粉末Ａを第１収納体２１に収納する。また、ウラン濃縮度ＵＢを有するＵ３Ｏ８粉末Ｂを第２収納体３１に収納する。
【００４２】
図２に示されるように、収納用ゲート２Ｃを開け、第１収納体２１を電子天秤２Ｂ上に配置する。第１収納体２１を電子天秤２Ｂ上に配置した後、収納用ゲート２Ｃを閉じ、第１収納体２１に収納されているＵ３Ｏ８粉末Ａの重さを秤量する。同様にして、収納用ゲート３Ｃを開け、第２収納体３１を電子天秤３Ｂ上に配置する。第２収納体３１を電子天秤３Ｂ上に配置した後、収納用ゲート３Ｃを閉じ、第２収納体３１に収納されているＵ３Ｏ８粉末Ｂの重さを秤量する。
【００４３】
Ｕ３Ｏ８粉末Ａの秤量値ＷＡ１及びＵ３Ｏ８粉末Ｂの秤量値ＷＢ１は、それぞれ、演算制御装置７に送信される。
【００４４】
一方、Ｕ３Ｏ８粉末Ａ及びＵ３Ｏ８粉末Ｂの重さを測定後、第１収納体２１及び第２収納体３１は、それぞれ、第３秤量室４内に搬送される。この際、第１ゲート８Ｂ及び第２ゲート８Ｃを開け、第１連通部８を通って、第１収納体２１は、Ｕ３Ｏ８粉末Ｃ用秤量室４内に搬送される。また、第１ゲート９Ｂ及び第２ゲート９Ｃを開け、第２連通部９を通って、第２収納体３１は、第３秤量室４内に搬送される。
【００４５】
その後、第３秤量室４内に搬送された第１収納体２１及び第２収納体３１は、電子天秤４Ｂ上に配置された第３収納体４１の上方に搬送される。そして、第１収納体２１及び第２収納体３１それぞれの内部に収納されているＵ３Ｏ８粉末Ａ及びＵ３Ｏ８粉末Ｂを第３収納体４１内に収納する。
【００４６】
Ｕ３Ｏ８粉末Ａ及びＵ３Ｏ８粉末Ｂを第３収納体４１内に収納後、第１ゲート８Ｂ及び第２ゲート８Ｃと、第１ゲート９Ｂ及び第２ゲート９Ｃとをそれぞれ閉じ、その後、Ｕ３Ｏ８粉末Ｃの重さを電子天秤４Ｂによって、秤量する。Ｕ３Ｏ８粉末Ｃの秤量値ＷＣ１は、演算制御装置７に送信される。なお、第３収容体４１内に投入されたＵ３Ｏ８粉末Ａ及びＵ３Ｏ８粉末Ｂは、撹拌混合操作をすることなくそのままに留めおかれる。
【００４７】
ここで、演算制御装置７は、(1)秤量値ＷＡ１、秤量値ＷＢ１、及び秤量値ＷＣ１が、Ｕ３Ｏ８粉末Ｃの所定の混合重量以下であること、及び、(2)秤量値ＷＡ１と秤量値ＷＢ１との和に対する秤量値ＷＣ１との差が、所定の閾値以下であることを判断するプログラムを有する。
【００４８】
上記プログラムにおいて前記(1)における所定の混合重量として４．８ｋｇＵを閾値とすることができる。閾値を４．８ｋｇＵにするのは、濃縮度１０％以下のウラン粉末を取り扱う際に臨界状態の発生を防止することができるという理由に基づく。また、上記プログラムにおいて前記(2)における所定の閾値以下とするのは、濃縮度の管理を適切に実施するためという理由に基づく。
【００４９】
上記したような細かい設定条件を満足するためには、以下の表１に記載の条件を挙げることができる。
【００５０】
【表１】
【００５１】
秤量値ＷＡ１、秤量値ＷＢ１、及び秤量値ＷＣ１が、上記した条件を満足すると、演算制御装置７から搬送手段６に信号が送信される。その後、図３に示されるように、搬送手段６の把持部６Ａが、第３収納体４１を把持することにより固定する。そして、アクチュエータ６Ｂが移動することによって、第３収納体４１の開閉弁４２側がＵ３Ｏ８粉末Ｃ用秤量室４の底部弁４４側に向くように、搬送手段６が、Ｕ３Ｏ８粉末Ｃが収納された第３収納体４１を搬送する。
【００５２】
第３収納体４１の開閉弁４２が、Ｕ３Ｏ８粉末Ｃ用秤量室４の底部弁４４の上方に位置したら、アクチュエータ６Ｂが作動することによって、第３収納体４１が下降し、開閉弁４２と底部弁４４とが接続される。この際、アクチュエータ６Ｂの下降距離が予め設定された距離になったことを確認してから底部弁４４が開放可能となる。
【００５３】
開閉弁４２及び底部弁４４が開けられ、第３収納体４１内のＵ３Ｏ８粉末Ｃが、自重により、溶解槽５内に投入される。Ｕ３Ｏ８粉末Ｃが投入された溶解槽５においては、攪拌器５Ａが作動することによって、Ｕ３Ｏ８粉末Ｃが投入された硝酸溶液が混合される。
【００５４】
均一に混合された硝酸溶液を使用して、所定の方法により、重ウラン酸アンモニウム粒子が製造される。
【実施例】
【００５５】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は、下記の実施例に限定されるものでは無い。
【００５６】
（実施例）
前記実施形態において、以下の具体的条件によって、ウラン濃縮度調整を実施した。まず、Ｕ３Ｏ８粉末Ａのウラン濃縮度ＵＡは、３．４％とし、Ｕ３Ｏ８粉末Ｂのウラン濃縮度ＵＢは、４．８％とした。なお、Ｕ３Ｏ８粉末Ａ及びＵ３Ｏ８粉末Ｂのウラン含有率は、８４．７％として計算した。
【００５７】
Ｕ３Ｏ８粉末ＡとＵ３Ｏ８粉末Ｂとの混合時のバッチ単位は、４．３ｋｇＵとした。演算制御装置７に入力した条件（１）は、秤量値ＷＡ１、秤量値ＷＢ１、及び秤量値ＷＣ１が、Ｕ３Ｏ８粉末Ｃの所定の混合重量以下、すなわち、５．６６７ｋｇ（４．８ｋｇＵ）以下である。
【００５８】
また、演算制御装置７に入力した条件（２）は、秤量値ＷＡ１と秤量値ＷＢ１との和に対する秤量値ＷＣ１との差が、ウラン濃縮度規格公差に相当するウラン量の範囲内であること、すなわち、３６２ｇ（３０７ｇＵ）以下である。
【００５９】
分取したＵ３Ｏ８粉末Ａの秤量値ＷＡ１は、３．２６３ｋｇ（２．７６４ｋｇＵ）であった。また、分取したＵ３Ｏ８粉末Ｂの秤量値ＷＢ１は、１．８１３ｋｇ（１．５３６ｋｇＵ）であった。これら分取したＵ３Ｏ８粉末Ａ及びＵ３Ｏ８粉末Ｂを第３収納体４１内に収納した。
【００６０】
第３収納体４１内に収納した混合粉末の秤量値ＷＣ１は、５．０７５ｋｇ（４．２９９ｋｇＵ）であった。上記条件（２）として設定した３６２ｇ（３０７ｇＵ）以下に対して、実際の秤量差は、１ｇであった。以上のウラン濃縮度ＵＡ、ＵＢ、秤量値ＷＡ１、秤量値ＷＢ１から算出された計算上のウラン濃縮度ＵＣ１は、３．９００％であった。
【００６１】
演算制御装置７が、秤量判定を行い、合格の表示がディスプレイに表示された。その後、第３収納体４１内のＵ３Ｏ８粉末は、溶解槽５内に投入され、数分程度で、投入完了した。溶解槽５内に投入されたＵ３Ｏ８粉末と硝酸溶液を混合し、均質混合がなされた。均質混合された硝酸溶液を使用して、所定の方法により、重ウラン酸アンモニウム粒子が製造された。製造された重ウラン酸アンモニウム粒子の中間製品のウラン濃縮度検査結果は、３．９００％に対して、上下０．００２％の範囲内であった。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】図１は、本発明に係るウラン濃縮度調整装置を示す概略図である。
【図２】図２は、本発明に係るウラン濃縮度調整装置の使用状態を示す概略図である。
【図３】図３は、本発明に係るウラン濃縮度調整装置の使用状態を示す概略図である。
【符号の説明】
【００６３】
１ ウラン濃縮度調整装置
２ 第１秤量室
２Ａ 第１秤量室本体
２Ｂ 電子天秤
２Ｃ 収納用ゲート
３ 第２秤量室
３Ａ 第２秤量室本体
３Ｂ 電子天秤
３Ｃ 収納用ゲート
４ 第３秤量室
４Ａ 第３秤量室本体
４Ｂ 電子天秤
５ 溶解槽
５Ａ 攪拌器
６ 搬送手段
６Ａ 把持部
６Ｂ アクチュエータ
７ 演算制御装置
８ 第１連通部
８Ａ 外郭体
８Ｂ 第１ゲート
８Ｃ 第２ゲート
９ 第２連通部
９Ａ 外郭体
９Ｂ 第１ゲート
９Ｃ 第２ゲート
２１ 第１収納体
３１ 第２収納体
４１ 第３収納体
４２ 開閉弁
４３ 底部
４４ 底部弁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温ガス炉用のＵ３Ｏ８粉末のウラン濃縮度を所定濃度に調整する方法であって、互いに相違するウラン濃縮度であり、かつウランにつき４．８ＫｇＵ以下である複数のＵ３Ｏ８粉末集合体の少なくとも二つのＵ３Ｏ８粉末集合体を選択し、選択された複数のＵ３Ｏ８粉末集合体それぞれから、秤量合計がウランにつき４．８ＫｇＵ以下となるように、かつ所望のウラン濃縮度になるように比例配分された量を秤量採取し、秤量された各Ｕ３Ｏ８粉末集合体の計量値の合計値Ｘと秤量された各Ｕ３Ｏ８粉末集合体それぞれを合一にして得られるＵ３Ｏ８粉末合一物の重量値Ｙとの差が所定閾値の範囲内にあることを確認した後に、Ｕ３Ｏ８粉末合一物を硝酸に溶解して硝酸ウラニルを形成することを特徴とする高温ガス炉用ウラン濃縮度調整方法。
【請求項２】
複数のＵ３Ｏ８粉末集合体それぞれにおけるウラン濃縮度がいずれも２３５Ｕ １０％以下である前記請求項１に記載の高温ガス炉用ウラン濃縮度調整方法。
【請求項３】
ウランにつき４．８ＫｇＵ以下である所定のウラン濃縮度を有するＵ３Ｏ８粉末集合体から採取してこれを収容している容器の重量を測定する複数の計量器と、
前記複数の容器内に収容されていたＵ３Ｏ８粉末集合体それぞれを移し変えることにより前記それぞれのＵ３Ｏ８粉末集合体を収容している一つの収容容器の重量を測定する収容容器計量器と、
前記複数の計量器から出力される重量データ及び前記収容容器計量器から出力される重量データを入力し、前記複数の重量データから各容器内に収容されているＵ３Ｏ８集合体及び前記収容容器内に収容されたＵ３Ｏ８粉末合一物の重量を算出し、算出されたＵ３Ｏ８粉末重合体及びＵ３Ｏ８粉末合一物の重量のいずれもがウランにつき４．８ＫｇＵ以下であることを確認し、秤量された各Ｕ３Ｏ８粉末集合体の計量値の合計値Ｘと秤量された前記Ｕ３Ｏ８粉末合一物の重量値Ｙとの差が所定閾値の範囲内にあることを確認する演算部と、
前記演算部による確認後に、前記収容容器内に収容されていた前記Ｕ３Ｏ８粉末合一物を硝酸に溶解する溶解手段とを、
備えて成ることを特徴とする高温ガス炉用ウラン濃縮度調整装置。
【請求項１】
高温ガス炉用のＵ３Ｏ８粉末のウラン濃縮度を所定濃度に調整する方法であって、互いに相違するウラン濃縮度であり、かつウランにつき４．８ＫｇＵ以下である複数のＵ３Ｏ８粉末集合体の少なくとも二つのＵ３Ｏ８粉末集合体を選択し、選択された複数のＵ３Ｏ８粉末集合体それぞれから、秤量合計がウランにつき４．８ＫｇＵ以下となるように、かつ所望のウラン濃縮度になるように比例配分された量を秤量採取し、秤量された各Ｕ３Ｏ８粉末集合体の計量値の合計値Ｘと秤量された各Ｕ３Ｏ８粉末集合体それぞれを合一にして得られるＵ３Ｏ８粉末合一物の重量値Ｙとの差が所定閾値の範囲内にあることを確認した後に、Ｕ３Ｏ８粉末合一物を硝酸に溶解して硝酸ウラニルを形成することを特徴とする高温ガス炉用ウラン濃縮度調整方法。
【請求項２】
複数のＵ３Ｏ８粉末集合体それぞれにおけるウラン濃縮度がいずれも２３５Ｕ １０％以下である前記請求項１に記載の高温ガス炉用ウラン濃縮度調整方法。
【請求項３】
ウランにつき４．８ＫｇＵ以下である所定のウラン濃縮度を有するＵ３Ｏ８粉末集合体から採取してこれを収容している容器の重量を測定する複数の計量器と、
前記複数の容器内に収容されていたＵ３Ｏ８粉末集合体それぞれを移し変えることにより前記それぞれのＵ３Ｏ８粉末集合体を収容している一つの収容容器の重量を測定する収容容器計量器と、
前記複数の計量器から出力される重量データ及び前記収容容器計量器から出力される重量データを入力し、前記複数の重量データから各容器内に収容されているＵ３Ｏ８集合体及び前記収容容器内に収容されたＵ３Ｏ８粉末合一物の重量を算出し、算出されたＵ３Ｏ８粉末重合体及びＵ３Ｏ８粉末合一物の重量のいずれもがウランにつき４．８ＫｇＵ以下であることを確認し、秤量された各Ｕ３Ｏ８粉末集合体の計量値の合計値Ｘと秤量された前記Ｕ３Ｏ８粉末合一物の重量値Ｙとの差が所定閾値の範囲内にあることを確認する演算部と、
前記演算部による確認後に、前記収容容器内に収容されていた前記Ｕ３Ｏ８粉末合一物を硝酸に溶解する溶解手段とを、
備えて成ることを特徴とする高温ガス炉用ウラン濃縮度調整装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１０−６６１８（Ｐ２０１０−６６１８Ａ）
【公開日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１６４９１９（Ｐ２００８−１６４９１９）
【出願日】平成２０年６月２４日（２００８．６．２４）
【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１月１４日（２０１０．１．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月２４日（２００８．６．２４）
【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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