(U,Pu)O₂固溶体の燃焼合成：パラメトリック研究から焼結ペレットまで

科学分野:

• 核化学および材料科学
• 固体化学
• 粉末冶金

背景:

• アクチノイド混合酸化物、特にウラン・プルトニウム酸化物は、核燃料用途に不可欠である。
• 溶液燃焼合成（SCS）は、先進セラミックス材料の合成に有望な経路を提供する。
• 以前の研究では、サロゲート材料および純粋なアクチノイド酸化物を用いたSCSの可能性が示されている。

研究 の 目的:

• クエン酸を燃料として用いた溶液燃焼合成（SCS）によるアクチノイド混合酸化物の合成。
• 望ましい粉末特性を得るためのSCSパラメータ（燃料量、Pu/(U + Pu)組成を含む）の最適化。
• 合成された(U,Pu)O2+x粉末の核燃料製造への適合性の評価。

主な方法:

• 燃料源としてクエン酸を利用した溶液燃焼合成（SCS）。
• 粉末特性を制御するための燃料量およびプルトニウム含有量（Pu/(U + Pu)）の系統的な変化。
• 合成された粉末の相、均一性、粒子サイズの特性評価。
• 選択されたU0.90Pu0.10O2+x粉末のプレスおよび低温焼結試験。

主要な成果:

• 様々なSCS条件下で固溶体(U,Pu)O2+xを成功裏に合成した。
• 得られたアクチノイド混合酸化物粉末は、均一な陽イオン分布とナノメトリック特性を示した。
• U0.90Pu0.10O2+xペレットは、ナノメトリック粉末サイズに起因する低温焼結により、理論密度の88%を達成した。
• 焼結ペレットは、残留炭素の存在にもかかわらず、均一なプルトニウム分布と期待される気孔形態を示した。

結論:

• 溶液燃焼合成は、ナノメトリックウラン・プルトニウム混合酸化物粉末を製造するための効果的な方法である。
• 合成された(U,Pu)O2+x粉末は、プレスおよび焼結に適しており、MOX燃料製造の可能性を示している。
• SCS由来のナノメトリック粉末のため、低温焼結が可能である。