JP5787591B2

JP5787591B2 - 異物除去装置及び異物除去方法並びに酸化ウランペレット及び燃料集合体の製造方法

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Publication number: JP5787591B2
Application number: JP2011093641A
Authority: JP
Inventors: 透武田; 敦也清水; 隆典松井
Original assignee: Nuclear Fuel Industries Ltd
Current assignee: Nuclear Fuel Industries Ltd
Priority date: 2011-04-20
Filing date: 2011-04-20
Publication date: 2015-09-30
Anticipated expiration: 2031-04-20
Also published as: JP2012225771A

Description

この発明は、異物除去装置及び異物除去方法並びに酸化ウランペレット及び燃料集合体の製造方法に関し、さらに詳しくは、酸化ウラン粉末から異物を効率的に除去できると共にクリーニング性にも優れた異物除去装置及び異物除去方法、並びに、高品質の酸化ウランペレット又は燃料集合体を高い歩留りで製造できる酸化ウランペレット又は燃料集合体の製造方法に関する。

軽水炉用燃料集合体を構成する燃料棒には酸化ウラン粉末を原料とする酸化ウランペレットが封入されている。この酸化ウランペレットを形成する酸化ウラン粉末は、高品質の酸化ウランペレット又は燃料集合体を高い歩留りで製造するために、高純度であることが要求され、特に金属及び非金属の異物等が混入していないことが要求される。ところが、現実的には酸化ウラン粉末に金属異物又は非金属異物等が混入していることがあり、酸化ウランペレット中にもこれらの異物が混入することもある。酸化ウランペレット中に混入した異物が燃料棒の検査工程で発見された場合、当該燃料棒は不良品となるが、燃料棒は密封溶接されているため燃料棒解体に時間がかかり、燃料棒内部から取り出した酸化ウランペレットは再使用できないためスクラップとなる。また、混入した異物が磁性体等の金属異物であった場合には、燃料棒の検査工程でガドリニア濃縮度の判別のために磁化率を測定（Ｇｄ_２Ｏ_３濃度検査とも称する。）すると、金属異物が測定結果に影響を及ぼすため、たとえガドリニア濃度が正常な範囲内であっても金属異物に起因するノイズのために不良と判断される虞がある。

ところで、粉体から金属異物を除去する装置として、例えば、特許文献１には「長手軸を有し、表面が保護層で被覆された複数の永久磁石を所定の隙間をもって平行に配列した永久磁石列を、所定間隔をもって上下に複数段重ね合わせた構造からなり、異物を含有するバルク体粒子群が各段の永久磁石の前記隙間を通過する際に、前記異物を前記永久磁石に吸着してバルク体粒子群から除去することを特徴とする異物除去装置」が記載されている。また特許文献２には「回転自在な横向き円筒状磁石と、該磁石を回転させる駆動部と、該磁石の曲面に近接した粉末状物質用流路と、該流路に接続された粉末状物質の流路誘導用漏斗と、該漏斗の開口部の口径を縮小し得る開閉板と、粉末状物質用の受器を具備し、該磁石が該流路の内部に格納されている精密磁選機」が記載されている。

粉体中に混入している異物を簡便に除去する別の装置として篩が挙げられる。

特開２００２−２７３２６４号公報特開２００６−１１６４５３号公報

特許文献１の異物除去装置及び特許文献２の精密磁選機は金属異物を除去する装置であるから、粉体中の金属異物を除去することはできても非金属異物を除去することはできない。

一方、篩を用いる場合には、篩目開きが大きすぎるすなわち粗すぎると異物を十分に除去できず、一方、篩目開きが小さすぎるとすなわち細かすぎると篩別に時間がかかるうえ篩目の間に酸化ウラン粉末が付着又は目詰まりして篩をクリーニングしにくくなることがあった。

ところで、酸化ウラン粉末で形成した酸化ウランペレットを封入した燃料棒においては酸化ウランペレットのウラン濃縮度を相違させる必要があるので、通常酸化ウランペレットの製造ロット毎に異なるウラン濃縮度が設定され、他の製造ロットで使用又は製造された酸化ウラン粉末が混入することを防止しなければならないという特殊な事情が存在する。

しかし、特許文献１の異物除去装置及び特許文献２の精密磁選機は磁力で金属異物を吸着して除去するので、酸化ウラン粉末を処理した後に吸着した金属異物を磁力に反してこれらの装置から取り外しにくく粉体から除去した金属異物が装置内に残存しやすく、直前に使用又は製造した酸化ウラン粉末が混入する虞があった。特に特許文献２の精密磁選機では、回転自在な円筒状磁石の取付部近傍の間隙に酸化ウラン粉末が付着又は侵入すると酸化ウラン粉末を除去できないことがある。一方、篩では酸化ウラン粉末を通過させた後に篩中に残存する酸化ウラン粉末を除去しにくく、直前に使用又は製造した酸化ウラン粉末が混入する虞があった。特に、篩目が細かいと付着又は目詰まりした酸化ウラン粉末を除去するのに長時間を要するうえ十分に除去できないこともある。

このように、酸化ウラン粉末を用いて軽水炉用燃料集合体を製造する場合には、その特殊な事情から、酸化ウラン粉末に混入しているおそれのある異物の効率的な除去と共に残存する異物及び酸化ウラン粉末を容易に除去できる優れたクリーニング性も要求されている。

この発明は、酸化ウラン粉末から異物を効率的に除去できると共にクリーニング性にも優れた異物除去装置及び異物除去方法を提供することを、目的とする。

また、この発明は、高品質の酸化ウランペレット又は燃料集合体を高い歩留りで製造できる酸化ウランペレット又は燃料集合体の製造方法を提供することを、目的とする。

前記課題を解決するための手段として、
請求項１は、濃縮度が設定された酸化ウラン粉末を通過させて酸化ウラン粉末中の金属異物を除去すると共に、棒状磁石を前記通過方向と交差する方向に複数列及び前記通過方向に複数段となるように配置してなる、前記酸化ウラン粉末の通路中に配置された磁力除去部と、前記磁力除去部に対して前記通過方向の上流又は下流側に配置された篩とを有する異物除去装置であって、
前記棒状磁石は、磁石片及び継鉄が交互に配列された磁石列が、外周面が鏡面加工されたステンレス製の外管に挿脱自在に収納されてなり、かつ前記酸化ウラン粉末の通路中に前記酸化ウラン粉末が侵入する隙間がないように回転不能に配置されてなることを特徴とする異物除去装置であり、
請求項２は、前記通過方向の２段目以降に配置された前記棒状磁石はその断面形状が前記通過方向の上流側に向かって尖形の涙滴形状である請求項１の異物除去装置であり、
請求項３は、前記篩は、前記下流側に配置されている請求項１又は２の異物除去装置であり、
請求項４は、前記磁力除去部に対して前記通過方向の下流側に配置された異物回収部を有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の異物除去装置であり、
請求項５は、前記異物回収部は板状部材である請求項４に記載の異物除去装置であり、
請求項６は、前記異物回収部は前記篩と一体的に配置されている請求項４又は５に記載の異物除去装置であり、
請求項７は、酸化ウラン粉末を請求項１〜６のいずれか１項に記載の異物除去装置を通過させる工程を有する酸化ウラン粉末から異物を除去する異物除去方法であり、
請求項８は、酸化ウラン粉末を請求項１〜６のいずれか１項に記載の異物除去装置を通過させる工程と前記異物除去装置を通過させた酸化ウラン粉末を成形する工程と成形した成形体を焼成する工程とを有する酸化ウランペレットの製造方法であり、
請求項９は、請求項８に記載の酸化ウランペレットの製造方法で製造された酸化ウランペレットをジルコニウム合金製の燃料被覆管に収納して密閉溶接する工程と密閉溶接した燃料棒を集束する工程とを有する燃料集合体の製造方法である。

この発明に係る異物除去装置は、磁石片及び継鉄が交互に配列された磁石列を外周面が鏡面加工されたステンレス製の外管に挿脱自在に収納した棒状磁石を通過方向と交差する方向に複数列及び通過方向に複数段となるように、また、前記酸化ウラン粉末が侵入する隙間がないように回転不能に配置してなる磁力除去部と篩とを有しているから、金属異物を磁力除去部で、金属異物及び非金属異物を篩で除去できるうえ、可動部がなく、前記酸化ウラン粉末が侵入する隙間がないので残存する酸化ウラン粉末及び異物を除去しやすく棒状磁石から磁石列を抜脱することにより磁力で吸着された金属異物を容易に脱落させることができる。また、この発明に係る酸化ウラン粉末から異物を除去する異物除去方法（以下、この発明に係る異物除去方法と称する。）は酸化ウラン粉末をこの発明に係る異物除去装置を通過させる工程を有している。したがって、この発明によれば、酸化ウラン粉末から異物を効率的に除去できると共にクリーニング性にも優れた異物除去装置及び異物除去方法を提供できる。

この発明に係る酸化ウランペレットの製造方法は、酸化ウラン粉末をこの発明に係る異物除去装置を通過させる工程と、この発明に係る異物除去装置を通過させた酸化ウラン粉末を成形する工程と、成形した成形体を焼成する工程とを有しているから異物のほとんどない酸化ウランペレットを製造でき、また、この発明に係る燃料集合体の製造方法は、この発明に係るこの発明に係る酸化ウランペレットの製造方法で製造された酸化ウランペレットをジルコニウム合金製の燃料被覆管に収納して密閉溶接する工程と密閉溶接した燃料棒を集束する工程とを有しているから異物のほとんどない酸化ウランペレットを有する燃料集合体を製造できる。したがって、この発明によれば、高品質の酸化ウランペレット又は燃料集合体を高い歩留りで製造できる酸化ウランペレット又は燃料集合体の製造方法を提供できる。

図１は、この発明に係る異物除去装置の一例を示す概略断面図である。図２は、図１のＡ−Ａ線における概略断面図である。図３は、この発明に係る異物除去装置の磁力除去部を構成する棒状磁石の一例を示す概略断面図である。図４は、この発明に係る異物除去装置を装備した酸化ウラン粉末を取り扱う装置の一例を示す概略図である。

この発明に係る異物除去装置は、酸化ウラン粉末を通過させて酸化ウラン粉末中の異物を除去する装置であって、酸化ウラン粉末を取り扱う装置、例えば、酸化ウラン粉末の混合器、成型器等の投入口等に装着される。この発明に係る異物除去装置を備えた装置として、例えば、図４には、酸化ウラン粉末を成型する成型器８と、成型器８の投入口に装着された、この発明に係る異物除去装置の一例としての異物除去装置１と、異物除去装置１に接続され、酸化ウラン粉末を異物除去装置１に案内するホッパー９とを有する、酸化ウラン粉末を取り扱う装置が示されている。この発明に係る異物除去装置を装備した酸化ウラン粉末を取り扱う装置には異物も他の製造ロットの酸化ウラン粉末も実質的に混入していない酸化ウラン粉末が投入される。したがって、この発明に係る異物除去装置は酸化ウラン粉末中の異物を除去すると共に他の製造ロットの酸化ウラン粉末が混入しない装置とも称することができる。

この発明に係る異物除去装置の一例の異物除去装置１を説明する。この異物除去装置１は、永久磁石片１４及び継鉄１５が交互に配列された磁石列１２を外周面が鏡面加工されたステンレス製の外管１１に挿脱自在に収納した棒状磁石１０を、前記通過方向と交差する方向に複数列及び前記通過方向に複数段となるように、回転不能に配置してなる、前記酸化ウラン粉末の通路中に配置された磁力除去部３と、磁力除去部３に対して前記通過方向の上流又は下流側に配置された篩４と、磁力除去部３に対して前記通過方向の下流側に配置された異物回収部５とを有している。なお、図１に示される異物除去装置１には異物回収部５は装着されていないので装着状態を破線で示す。

磁力除去部３は、図１及び図２に示されるように、回転不能に配置された棒状磁石１０Ａ及び棒状磁石１０Ｂ（これらを併せて棒状磁石１０と称する。）を有している。まず、棒状磁石１０について説明する。この棒状磁石１０は、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示されるように、外周面が鏡面加工されたステンレス製の外管１１と、この外管１１に挿脱自在に収納された磁石列１２とを有している。

外管１１は、ステンレス鋼で形成され、一端が開口した管である。この外管１１はその外周面が鏡面加工されて鏡面になっている。外管１１の外周面が鏡面になっていると酸化ウラン粉末が外管１１の外周面に堆積しにくくなり、仮に堆積しても容易に除去でき、磁力除去部３のクリーニング性が向上する。この外管１１の寸法は適宜に設定され、例えば、軸線長さは異物除去装置１を設置できる長さであればよく、外管１１の外径、特に同一段において複数列に配置された方向の寸法、具体的には、図１における横方向における寸法も適宜に設定される。外管１１の壁厚は薄すぎると耐久性及び強度が劣ることがあり、一方、厚すぎると表面磁束密度が低下してしまうので、これらに応じて適宜に設定される。

酸化ウラン粉末の通過方向に対して１段目に配置された棒状磁石１０Ａの外管１１Ａ及び、この通過方向に対して２段目以降に配置された棒状磁石１０Ｂの外管１１Ｂにおいて、軸線に垂直な平面における断面形状は、特に限定されず、例えば、円形、楕円形、多角形、涙滴形状等が挙げられる。この発明において、棒状磁石１０Ｂの外管１１Ｂの前記断面形状は外管１１Ｂ上に酸化ウラン粉末が堆積しにくく磁力除去部３のクリーニング性に優れる点で酸化ウラン粉末の通過方向の上流側に向かって尖形を有している、例えば、多角形、涙滴形状等が好ましく、涙滴形状が特に好ましい。棒状磁石１０Ａの外管１１Ａの前記断面形状は略円形になっている。

磁石列１２は、図３（ａ）及び図３（ｂ）によく示されるように、軸体１３と軸体１３が貫通し、交互に配置された永久磁石片１４及び継鉄１５とを有している。軸体１３は、永久磁石片１４及び継鉄１５を外管１１から挿脱自在にすなわち取り出し可能になるように一体的に支持している。この軸体１３は外管１１よりも長い軸線長さを有している。継鉄１５はスペーサとも称され、永久磁石片１４と共に磁力線を発生する。この継鉄１５は例えばステンレス鋼等の金属材料でリング状に形成され、軸体１３が貫通する軸孔を有している。この継鉄１５の軸線方向に垂直な平面における断面形状は外管１１の前記断面形状と同一であるのが高い表面磁束密度を棒状磁石１０が発揮する点で好ましく、外管１１に間隙なく収納される断面形状及び寸法であるのが特に好ましい。継鉄１５の厚さは永久磁石片１４の厚さ、棒状磁石１０の表面磁束密度等を考慮して適宜に決定される。永久磁石片１４は、継鉄１５と共に磁力線を発生させ、磁石材料でリング状に形成されて軸体１３が貫通する軸孔を有している。この永久磁石片１４は、ゴム磁石、フェライト磁石、希土類磁石、例えば、サマリウムコバルト系希土類磁石、ネオジウム系希土類磁石等の磁石材料で永久磁石として形成され、棒状磁石１０が後述する範囲の表面磁束密度を発揮するようにその磁力が調整されている。永久磁石片１４の軸線方向に垂直な平面における断面形状は継鉄１５と同様に形成されるのが好ましい。永久磁石片１４の厚さ以外の寸法は継鉄１５と基本的に同様である。永久磁石片１４の厚さは継鉄１５の厚さ、棒状磁石１０の表面磁束密度等を考慮して適宜に決定される。

磁石列１２は、永久磁石片１４及び継鉄１５を交互に隣接するように配列してなり、具体的には、両端に継鉄１５が位置するように８枚の継鉄１５と７枚の永久磁石片１４とが継鉄１５の間に永久磁石片１４が位置するように配置されている。そして、永久磁石片１４及び継鉄１５はそれらの軸孔に軸体１３が貫通しており、図３（ａ）に示されるように、軸体１３によって一体的に支持され、外管１１内に収納されている。磁石列１２はその端部に外管１１の開口を閉塞する蓋１６を有している。この軸体１３、永久磁石片１４及び継鉄１５はいずれも外管１１に固着されてなく、単に挿入配置されているに過ぎないから、外管１１の端部から突出する軸体１３の端部を操作することによって磁石列１２を外管１１内に収納することも、また外管１１から取り出すこともできる。すなわち棒状磁石１０において磁石列１２は外管１１に挿脱自在に収納又は装填されている。磁石列１２を外管１１から取り出す過程が図３（ｂ）に示されている。

この棒状磁石１０は、酸化ウラン粉末から金属異物を効率よく除去でき、一旦吸着した金属異物を容易に脱落させない点で、例えば、その表面磁束密度が０．２〜１．５テスラー（Ｔ）に設定されることができる。具体的には、フェライト磁石の場合は０．２テスラーに、ネオジウム系希土類磁石等の場合は１．５テスラーに設定できる。

磁力除去部３は、図１及び図２に示されるように、酸化ウラン粉末の通路中に、酸化ウラン粉末の通過方向と交差する方向に複数列及び前記通過方向に複数段となるように配置されている。具体的には、磁力除去部３は、酸化ウラン粉末の通路中に、断面形状が略円形の棒状磁石１０Ａが５本並列に配置された酸化ウラン粉末の通過方向に対する１段目と、断面形状が涙滴形状の棒状磁石１０Ｂが４本並列に配置された前記通過方向に対する２段目とを有している。磁力除去部３の１段目は、酸化ウラン粉末の通過方向に交差する方向、すなわち、この通過方向に対して略垂直な方向に５本の棒状磁石１０Ａが異物除去装置１の筐体に掛け渡されている。また、磁力除去部３の２段目は、酸化ウラン粉末の通過方向に交差する方向、すなわち、この通過方向に対して略垂直な方向に４本の棒状磁石１０Ｂが図２に示されるように平面視したときに棒状磁石１０Ａの間に位置するように異物除去装置１の筐体に掛け渡されている。２段目において、棒状磁石１０Ｂは、図１に示されるように、涙滴形状の尖形が酸化ウラン粉末の通過方向の上流側、すなわち１段目に向かうように略並列に配列されている。棒状磁石１０Ｂがこのように配列されていると棒状磁石１０Ｂに酸化ウラン粉末が堆積又は滞留することなく、クリーニング性に優れる。

１段目及び２段目の水平方向に沿う棒状磁石１０Ａ及び棒状磁石１０Ｂの配列間隔は、図２に示されるように、平面視したときに他方の棒状磁石１０の間に位置するように、好ましくは他方の棒状磁石１０との間隔１７が小さくなるように、又は、平面視したときに他方の棒状磁石１０との間隔１７がなく他方の棒状磁石１０に一部が重複するように、設定される。この例においては、他方の棒状磁石１０との間隔１７が小さくなるように設定されている。このように、複数段に配置された棒状磁石１０を互い違いに、図１のように所謂「千鳥状」に配置すると、磁力除去部３を通過する酸化ウラン粉末は満遍なく棒状磁石１０に接触するから酸化ウラン粉末に混入している金属異物を効率よく吸着できる。

この磁力除去部３は外管１１で被覆された磁石列１２を有する棒状磁石１０が回転不能に配置されている。このように、磁石列１２が外管１１で被覆されており、棒状磁石１０が回転不能に異物除去装置１の筐体に掛け渡されていると、棒状磁石１０に隙間がなく、また棒状磁石１０及び筐体に可動部がないから、酸化ウラン粉末が隙間及び可動部に侵入することなく、筐体又は棒状磁石１０に付着した酸化ウラン粉末を容易に除去でき、クリーニング性が向上する。

篩４は、磁力除去部３に対して酸化ウラン粉末の通過方向の下流側に着脱自在に配置されている。この篩４は、磁力除去部３で除去しきれなかった金属異物、及び／又は、酸化ウラン粉末に混入している非金属異物を除去する。したがって、磁力除去部３に加えて篩４を備えていると、磁力除去部３の補助除去装置として金属異物の除去性能を向上させることができ、また、磁力除去部３及び篩４で異なる異物を除去することで各種異物例えば金属異物と非金属異物とを一挙に除去できる。

篩４は、酸化ウラン粉末中の異物を除去できる程度の篩目開きを有していればよく、例えば、ＵＳＡメッシュで＃１００（篩目開き０．１５０ｍｍ）〜＃４０（篩目開き０．４２５ｍｍ）の篩目開きの中から除去しようとする異物に応じて適宜に選択される。例えば、磁力除去部３とは別に非金属異物を除去しようとするのであれば混入が想定されるに非金属異物よりも小さな篩目開きに設定され、一方、非金属異物に加えて磁力除去部３の補助として金属異物をも除去しようとするのであれば混入が想定される金属異物よりも小さな篩目開きに設定する。なお、ＵＳＡメッシュ＃４０は篩目開きを同じとすると＃３５Ｔｙｌｅｒメッシュに相当する。この篩４は異物除去装置１用に作製してもよく、また公知の篩を採用してもよい。

異物除去装置１は、磁力除去部３及び篩４に対して酸化ウラン粉末の通過方向の下流側に配置された異物回収部５を有している。この異物回収部５は、異物除去装置１又は異物除去装置１を具備する装置をクリーニングする際に異物除去装置１に装着され、異物除去装置１を具備する装置内例えば成型器８（図４参照。）内に酸化ウラン粉末、金属異物及び非金属異物が落下するのを防止する。したがって、異物回収部５は異物除去装置１のクリーニング時に最も下流側に配置され、異物除去装置１を稼働させるときすなわち酸化ウラン粉末を通過させるときには機能しないように配置され、例えば異物除去装置１に装着されない。この異物回収部５は、図２に破線で示されるように、篩４の下流側に隣接して一体的に異物除去装置１又はその筐体に着脱自在に配置された板状部材であり、酸化ウラン粉末及び異物を通過させる孔を有していない。

異物除去装置１は、磁力除去部３に対して酸化ウラン粉末の通過方向の上流側に配置された案内板６を有している。この案内板６は、磁力除去部３の上流側に配置され、酸化ウラン粉末が異物除去装置１と磁力除去部３との間隙を通過しないように、酸化ウラン粉末を磁力除去部３に案内する。したがって案内板６はじゃま板とも称される。案内板６の形状及び寸法等は酸化ウラン粉末を案内できれば特に限定されず、例えば、図１に示されるように、異物除去装置１の筐体を形成する側壁のうち棒状磁石１０が掛け渡されていない側壁に棒状磁石１０の軸線方向に沿って酸化ウラン粉末の通過方向に向かって互いの離間距離が短くなるように設けられた１対の平板が挙げられる。

次いで、この発明に係る異物除去方法を説明する。この発明に係る異物除去方法は、酸化ウラン粉末から異物を除去する方法であり、酸化ウラン粉末をこの発明に係る異物除去装置を通過させる工程を有している。

この発明に係る異物除去方法においては、準備した酸化ウラン粉末をこの発明に係る異物除去装置例えば異物除去装置１に投入する。そうすると、酸化ウラン粉末及び混入している異物は案内板６で案内されて磁力除去部３に到達する。そして、案内板６で案内され磁力除去部３に到達した酸化ウラン粉末及び非金属異物は棒状磁石１０に吸着されずに磁力除去部３を通過し、金属異物は磁力除去部３の棒状磁石１０に吸着され磁力除去部３を通過しない。このとき、磁力除去部３は前記のように棒状磁石１０が配置されているから、金属異物は棒状磁石１０に満遍なく接触してそのほとんどが効率よく吸着される。そして、一旦吸着された金属異物は酸化ウラン粉末の通過等によって棒状磁石１０の下流側に回り込んで酸化ウラン粉末の通過を阻害することもなく作業性を犠牲にしない。なお、棒状磁石１０の下流側に回り込んだ金属異物は前記表面磁束密度を有する棒状磁石１０から脱落しない。

一方、棒状磁石１０に吸着されず磁力除去部３を通過した酸化ウラン粉末及び非金属異物は篩４に到達する。そうすると、非金属異物及び棒状磁石１０に吸着されなかった金属異物は篩４の篩目開きよりも大きいから篩４を通過できずに篩４上に残存して篩４を通過しない。一方、酸化ウラン粉末は通常篩４の篩目開きよりも小さな粒径を有しているから篩４を通過して異物除去装置１が装着された装置例えば成型器８（図４参照。）に到達する。

このようにして磁力除去部３及び篩４を備えた異物除去装置１によって異物が混入している酸化ウラン粉末から異物を効率よく除去することができる。

酸化ウラン粉末が異物除去装置１を通過した後には異物除去装置１をクリーニングする。磁力除去部３においては、１段目の棒状磁石１０Ａは異物除去装置１の開口に近接しているから棒状磁石１０Ａ上に堆積又は滞留した酸化ウラン粉末は清掃具又は送風等によって容易にクリーニングできる。一方、２段目の棒状磁石１０Ｂはその断面形状が涙滴形状になっているからその上に酸化ウラン粉末がほとんど堆積せず通常クリーニングを要しない。また、磁石列１２は外管１１で被覆されており、棒状磁石１０はいずれも回転不能に配置されているから、棒状磁石１０には隙間がなく、また棒状磁石１０及び筐体に可動部もなく、磁力除去部３に残存する酸化ウラン粉末を容易に除去できる。このようにして磁力除去部３に残存する酸化ウラン粉末を容易かつ効果的にクリーニングできる。

一方、磁力除去部３の棒状磁石１０に吸着された金属異物をクリーニングするには、例えば、異物回収部５を磁力除去部３の下流側に設置した後に、図３（ｂ）に示されるように、棒状磁石１０の外管１１から軸体１３を引き出して磁石列１２を抜脱する。すなわち棒状磁石１０の磁石列１２を外管１１から抜脱して棒状磁石１０に吸着された金属異物を取り外すクリーニング工程を実施する。そうすると、棒状磁石１０の表面磁束密度は消滅し、棒状磁石１０の外管１１に吸着されていた金属異物は重力によって落下する。このようにして金属異物を容易に棒状磁石１０から脱落させることができる。棒状磁石１０から脱落した金属異物は篩４又は異物回収部５で補足され、異物除去装置１が装着された装置例えば成型器８（図４参照。）及び異物除去装置１に残存することなく、次ぎに処理する酸化ウラン粉末への混入が防止される。

このようにして磁力除去部３から残存する酸化ウラン粉末及び金属異物を容易に異物除去装置１外に排出すなわち除去できる。

篩４においては、例えば、異物回収部５を設置せず、又は、異物回収部５を設置した後に異物除去装置１の筐体から取り外すことによって、篩４で補足した非金属異物又は金属異物を異物除去装置１が装着された装置例えば成型器８（図４参照。）及び異物除去装置１に残存させることなく異物除去装置１外に排出できる。このようにして篩４から非金属異物又は金属異物を容易に除去できる。

篩４のクリーニングの前又は後に異物回収部５を異物除去装置１の筐体から取り外すことによって異物回収部５で補足した異物を異物除去装置１外に排出でき、この異物を異物除去装置１が装着された装置例えば成型器８（図４参照。）及び異物除去装置１に残存させることなく除去できる。このようにして異物回収部５から異物を容易に除去できる。

このように、磁石列１２が外管１１に挿脱自在に収納された棒状磁石１０を有する磁力除去部３、篩４及び異物回収部５を備えた異物除去装置１は、外管１１から磁石列１２を抜脱することによって、また、篩４及び異物回収部５を異物除去装置１から取り出すことによって、酸化ウラン粉末及び異物を異物除去装置１に残存させることなく容易に異物除去装置１外に排出できる。したがって、この発明に係る異物除去装置及びこの発明に係る異物除去方法によれば、異物混入のない安定した品質の酸化ウラン粉末、濃縮度の異なる酸化ウラン粉末を連続して通過させても濃縮度の異なる酸化ウラン粉末が実質的に混入していない高品質の酸化ウラン粉末を、提供することができる。

次いで、この発明に係る酸化ウランペレットの製造方法を説明する。この発明に係る酸化ウランペレットの製造方法は、酸化ウラン粉末をこの発明に係る異物除去装置を通過させる工程と、この発明に係る異物除去装置を通過させた酸化ウラン粉末を成形する工程と、成形した成形体を焼成する工程とを有している。

この発明に係る酸化ウランペレットの製造方法においては、好ましくは、酸化ウラン粉末をこの発明に係る異物除去装置を通過させる工程を実施する前、又は、通過させる工程を実施した後に、棒状磁石１０の磁石列１２を外管１１から抜脱して棒状磁石１０に吸着された金属異物を取り外すクリーニング工程を実施する。このクリーニング工程は前記したこの発明に係る異物除去方法における「棒状磁石の磁石列を外管から抜脱して棒状磁石に吸着された金属異物を取り外すクリーニング工程」と基本的に同様であるので説明を省略する。このクリーニング工程を実施すると、直前に使用又は製造した濃縮度の異なる酸化ウラン粉末の混入を防止できる。

この発明に係る酸化ウランペレットの製造方法においては、酸化ウラン粉末をこの発明に係る異物除去装置を通過させる工程を実施する。この工程は前記したこの発明に係る異物除去方法における「酸化ウラン粉末をこの発明に係る異物除去装置を通過させる工程」と基本的に同様であるので説明を省略する。

この発明に係る酸化ウランペレットの製造方法においては、次いで、得られた高品質の酸化ウラン粉末をペレット状に成形する工程を実施する。成形に当っては酸化ウラン粉末に他の添加剤等を添加して均一に混合するのが好ましい。このようにして調製した混合物を所定の形状に成形する。成形は各種の成形方法を採用でき、また成形条件も酸化ウラン粉末のペレットを作製するのに選択される公知の成形条件を採用できる。

この発明に係る酸化ウランペレットの製造方法においては、次いで、成形した成形体を焼成する工程を実施する。成形体の焼成は酸化ウラン粉末のペレットを作製するのに選択される公知の焼成方法及び焼成条件を適宜に選択できる。

この発明に係る酸化ウランペレットの製造方法においては、所望により、得られた酸化ウランペレットの外観検査を実施する。この発明においては、金属異物が除去された酸化ウラン粉末で酸化ウランペレットが製造されているから、製造された酸化ウランペレットを正確に検査でき、酸化ウランペレットの歩留りが高くなる。

このようにして製造された酸化ウランペレットは、使用する酸化ウラン粉末がこの発明に係る異物除去装置を通過させて得られた異物混入のない安定した高品質の酸化ウラン粉末であるから、異物混入のない安定した品質を有しており、また濃縮度の異なる酸化ウラン粉末を実質的に含有していない高い品質を有している。したがって、この発明に係る酸化ウランペレットの製造方法によれば異物混入のない安定した高い品質を有する酸化ウランペレットを高い歩留りで提供できる。

この発明に係る燃料集合体の製造方法を説明する。この発明に係る燃料集合体の製造方法は、この発明に係るこの発明に係る酸化ウランペレットの製造方法で製造された酸化ウランペレットをジルコニウム合金製の燃料被覆管に収納して密閉溶接する工程と密閉溶接した燃料棒を集束する工程とを有している。

この発明に係る燃料集合体の製造方法においては、この発明に係る酸化ウランペレットの製造方法によって製造された酸化ウランペレットを準備する。この発明に係る酸化ウランペレットの製造方法は前記した通りであるので説明を省略する。

この発明に係る燃料集合体の製造方法においては、酸化ウランペレットをジルコニウム合金製の燃料被覆管に収納して密閉溶接する工程を実施し、次いで、密閉溶接した燃料棒を集束する工程を実施する。この発明に係る燃料集合体の製造方法における密閉溶接する工程及び集束する工程は、いずれも、燃料集合体を製造するのに選択される公知の方法及び条件を適宜に採用して、実施できる。

この発明に係る酸化ウランペレットの製造方法においては、所望により、製造された燃料集合体の検査を実施する。燃料集合体の検査は、例えば、燃料集合体のＧｄ_２Ｏ_３濃度検査等が挙げられる。Ｇｄ_２Ｏ_３濃度検査は、Ｇｄ_２Ｏ_３の磁化率が酸化ウランペレット中のＧｄ_２Ｏ_３濃度に比例することを利用したＧｄ_２Ｏ_３磁化法が通常用いられる。この検査において、酸化ウランペレットに金属異物が混入しているとＧｄ_２Ｏ_３の磁化率の測定結果に影響を与え、正確なＧｄ_２Ｏ_３の磁化率を測定できなくなるが、この発明においては、金属異物が除去された酸化ウラン粉末で酸化ウランペレットが製造されているから、燃料集合体のＧｄ_２Ｏ_３の磁化率を正確に測定できる。したがって、製造された燃料集合体を正確に検査でき、燃料集合体の歩留りが高くなる。

このようにして製造された燃料集合体は、使用する酸化ウランペレットがこの発明に係る酸化ウランペレットの製造方法で製造された異物混入のない安定した高品質の酸化ウランペレットであるから、異物混入のない安定した品質を有しており、また濃縮度の異なる酸化ウラン粉末を実質的に含有していない高い品質を有している。したがって、この発明に係る燃料集合体の製造方法によれば異物混入のない安定した高い品質を有する燃料集合体を高い歩留りで提供できる。

また、このようにして製造された燃料集合体は、異物混入のない安定した高品質の酸化ウラン粉末で製造されているから、Ｇｄ_２Ｏ_３の磁化率を正確に測定でき、燃料集合体の不良品発生を低減し、高品質の原子炉用燃料集合体を製造できる。特に、検査工程において、たとえＧｄ_２Ｏ_３の磁化率の測定値が許容範囲内であったとしても不良と判断される不良品発生を抑えることができる。したがって、この発明に係る燃料集合体の製造方法によれば磁化率異常のない燃料集合体を歩留りよく製造できる。

酸化ウラン粉末を用いた酸化ウランペレットの製造方法、及び、燃料集合体の製造方法は、例えば、「軽水炉燃料のふるまい」（著者：軽水炉燃料のふるまい編集委員会、出版社名財団法人原子力安全研究委員会、刊行年月日：平成１０年７月）等に記載されている。

この発明に係る異物除去装置は、前記内容に限定されることはなく、本願発明の目的を達成することができる範囲において種々の変更が可能である。例えば、異物除去装置１において、酸化ウラン粉末の通過方向に対して１段目に断面形状が略円形の棒状磁石１０Ａが配置されているが、この発明において、酸化ウラン粉末の通過方向に対して１段目に断面形状が通過方向の上流側に向かって尖形を有している涙滴形状の棒状磁石が配置されていてもよい。

異物除去装置１において、磁力除去部３は５本の棒状磁石１０Ａが１段目に、４本の棒状磁石１０Ｂが２段目に配置されているが、この発明において、棒状磁石は３段以上に配置されていてもよく、また各段に配置される棒状磁石の数は特に限定されない。

異物除去装置１において、磁力除去部３は複数の棒状磁石１０が一方向に並列に配置されているが、この発明において、磁力除去部は複数の棒状磁石が他方向に並列に配置されていてもよい。例えば、磁力除去部は複数の棒状磁石が互いに直交する方向に複数段に所謂井桁状に配置されていてもよい。

異物除去装置１において、棒状磁石１０は永久磁石としての永久磁石片１４を備えているが、この発明において棒状磁石は永久磁石に代えて電磁石を備えていてもよく、また永久磁石と電磁石とを備えていてもよい。電磁石を採用する場合には棒状磁石に吸着された金属異物は電磁石への通電を遮断することによって除去される。

異物除去装置１において、篩４は磁力除去部３に対して酸化ウラン粉末の通過方向の下流側に１つ配置されているが、この発明において、篩は複数配置されていてもよく、また、磁力除去部に対して酸化ウラン粉末の通過方向の上流側に１つ又は複数配置されていてもよく、さらに通過方向の上流側及び下流側にそれぞれ１つ又は複数配置されていてもよい。

異物除去装置１において、異物回収部５は異物除去装置１又はその筐体に着脱自在に配置された板状部材であるが、この発明において、異物回収部は、篩に一体的に設けられた折畳可能な板状部材であってもよく、篩とは別体として開閉自在に配置された折畳可能な板状部材であってもよい。

この発明に係る異物除去方法、この発明に係る酸化ウランペレットの製造方法及びこの発明に係る燃料集合体の製造方法は、前記内容に限定されることはなく、本願発明の目的を達成することができる範囲において、種々の変更が可能である。

（実施例１）
図１〜図３に示される異物除去装置１を準備した。その詳細を以下に示す。

異物除去装置１における磁力除去部３は、軸線間距離が５５ｍｍで互いに平行かつ回転不能に軸支された５本の棒状磁石１０Ａ（１段目）と、軸線間距離が５５ｍｍで互いに平行かつ回転不能に軸支された４本の棒状磁石１０Ｂ（２段目）とを、互い違いになるように「千鳥状」に配置した。また、４本の棒状磁石１０Ｂそれぞれの軸線が２本の隣接する棒状磁石１０Ａの軸線間距離の中央に位置しており、棒状磁石１０Ａ（１段目）と４本の棒状磁石１０Ｂ（２段目）との軸線間距離が５０ｍｍであった。５本の棒状磁石１０Ａそれぞれは、軸体１３に永久磁石片１４及び継鉄１５が交互に挿入されてなる磁石列１２が断面円形（直径２５ｍｍ）で外周面が鏡面加工された外管１１に挿脱自在に収納されており、同一形状で同寸であった。棒状磁石１０Ａそれぞれの表面磁束密度は１．００Ｔであった。一方、４本の棒状磁石１０Ｂそれぞれは、断面が涙滴形状であること以外は棒状磁石１０Ａと基本的に同様である。磁力除去部３における１段目の両側に配置された棒状磁石１０Ａの斜め上方に案内板６を設置した。

ＵＳＡメッシュで＃１００の篩目開きを有する篩４を磁力除去部３に対して酸化ウラン粉末の通過方向の下流側に配置し、板状の異物回収部５を篩４に対して酸化ウラン粉末の通過方向の下流側に着脱自在に配置した。

次いで、この異物除去装置１の異物回収部５を取り外して、約５ｔの酸化ウラン粉末を異物除去装置１に投入して磁力除去部３及び篩４を通過させ、棒状磁石１０Ａ上に堆積した酸化ウラン粉末を清掃具で落下させて除去した。その後、篩４を取り外し、また異物回収部５を篩４の下流側に装着して棒状磁石１０Ａ及び棒状磁石１０Ｂの磁石列１２を外管１１から抜脱して棒状磁石１０Ａ及び棒状磁石１０Ｂに吸着された金属異物を異物回収部５で補足した。このようにして、棒状磁石１０Ａ及び棒状磁石１０Ｂすなわち磁力除去部３と篩４とで除去された金属異物は約１．２５ｇであった。なお、この酸化ウラン粉末には非金属異物は混入してなかった。

この異物除去装置１において、棒状磁石１０Ａ上に堆積した酸化ウラン粉末のクリーニングは容易で棒状磁石１０Ｂ上には酸化ウラン粉末はほとんど堆積せずクリーニングする必要はなかった。一方、棒状磁石１０Ａ及び棒状磁石１０Ｂに吸着された金属異物は磁石列１２を外管１１から抜脱することで容易に脱落した。なお、篩４上に補足された異物は篩４を異物除去装置１から取り外すことで容易にクリーニングできた。

このようにして異物除去装置１を通過させた酸化ウラン粉末を、公知の成形方法及焼成方法に準拠して、成形、焼成して酸化ウランペレットを製造した。この酸化ウランペレットを、公知の方法に準拠して、ジルコニウム合金製の燃料被覆管に収納して密閉溶接し、次いで燃料棒を集束して燃料集合体を複数製造した。このようにして製造した複数の燃料棒についてＧｄ_２Ｏ_３濃度検査を行ったところ、いずれもほど同等の濃度を有しており、磁化率異常のない燃料集合体を歩留りよく製造できた。

１異物除去装置
３磁力除去部
４篩
５異物回収部
６案内板
８成型器
９ホッパー
１０、１０Ａ、１０Ｂ棒状磁石
１１、１１Ａ、１１Ｂ外管
１２磁石列
１３軸体
１４永久磁石片
１５継鉄（スペーサ）
１６蓋
１７間隔

Claims

濃縮度が設定された酸化ウラン粉末を通過させて酸化ウラン粉末中の金属異物を除去すると共に、棒状磁石を前記通過方向と交差する方向に複数列及び前記通過方向に複数段となるように配置してなる、前記酸化ウラン粉末の通路中に配置された磁力除去部と、前記磁力除去部に対して前記通過方向の上流又は下流側に配置された篩とを有する異物除去装置であって、
前記棒状磁石は、磁石片及び継鉄が交互に配列された磁石列が、外周面が鏡面加工されたステンレス製の外管に挿脱自在に収納されてなり、かつ前記酸化ウラン粉末の通路中に前記酸化ウラン粉末が侵入する隙間がないように回転不能に配置されてなることを特徴とする異物除去装置。
前記通過方向の２段目以降に配置された前記棒状磁石は、その断面形状が前記通過方向の上流側に向かって尖形の涙滴形状である請求項１の異物除去装置。
前記篩は、前記下流側に配置されている請求項１又は２の異物除去装置。
前記磁力除去部に対して前記通過方向の下流側に配置された異物回収部を有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の異物除去装置。
前記異物回収部は、板状部材である請求項４に記載の異物除去装置。
前記異物回収部は、前記篩と一体的に配置されている請求項４又は５に記載の異物除去装置。
酸化ウラン粉末を請求項１〜６のいずれか１項に記載の異物除去装置を通過させる工程を有する酸化ウラン粉末から異物を除去する異物除去方法。
酸化ウラン粉末を請求項１〜６のいずれか１項に記載の異物除去装置を通過させる工程と、前記異物除去装置を通過させた酸化ウラン粉末を成形する工程と、成形した成形体を焼成する工程とを有する酸化ウランペレットの製造方法。
請求項８に記載の酸化ウランペレットの製造方法で製造された酸化ウランペレットをジルコニウム合金製の燃料被覆管に収納して密閉溶接する工程と、密閉溶接した燃料棒を集束する工程とを有する燃料集合体の製造方法。