JP2001099971A - 核燃料ペレットと、その製造方法と、その燃料要素および燃料集合体 - Google Patents

核燃料ペレットと、その製造方法と、その燃料要素および燃料集合体

Info

Publication number
JP2001099971A
JP2001099971A JP27777399A JP27777399A JP2001099971A JP 2001099971 A JP2001099971 A JP 2001099971A JP 27777399 A JP27777399 A JP 27777399A JP 27777399 A JP27777399 A JP 27777399A JP 2001099971 A JP2001099971 A JP 2001099971A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
nuclear
poison
mixture
fuel
nuclear poison
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP27777399A
Other languages
English (en)
Inventor
Masaki Amaya
政樹 天谷
Mutsumi Hirai
睦 平井
Takanori Hosokawa
隆徳 細川
Yasuichi Yanai
康市 梁井
Chihiro Mizutani
千尋 水谷
Yoshimi Ogoshi
由巳 大越
Atsushi Ouchi
敦 大内
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Nippon Nuclear Fuel Development Co Ltd
Hitachi Ltd
Original Assignee
Toshiba Corp
Nippon Nuclear Fuel Development Co Ltd
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp, Nippon Nuclear Fuel Development Co Ltd, Hitachi Ltd filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP27777399A priority Critical patent/JP2001099971A/ja
Publication of JP2001099971A publication Critical patent/JP2001099971A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】ペレット平均の核的毒物濃度が従来と同じであ
りながら、従来の核燃料ペレットに比較して熱伝導率の
低下を抑えた核燃料ペレットを提供する。 【解決手段】核的毒物または核分裂性物質と核的毒物と
の混合物が核分裂性物質中に分散して存在している核燃
料ペレットにおいて、前記核燃料ペレット中に分散して
いる前記核的毒物または前記混合物の形状を回転楕円体
近似した場合、（回転軸／２）／（最大回転半径）が１
／10以上10以下の範囲にある核的毒物または混合物を含
む。また、核的毒物または核分裂性物質と核的毒物との
混合物の形状を回転楕円体近似した場合、（回転軸／
２）／（最大回転半径）が１／10以上10以下の範囲にあ
る核的毒物または核分裂性物質と核的毒物との混合物の
全核的毒物または全混合物に対する割合が50％から100
％の範囲で選択する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、Ｇｄ2 Ｏ3 等の核
的毒物を含有する核燃料ペレットおよびその製造方法、
並びにその核燃料ペレットを装填した燃料要素およびそ
の燃料要素を組み込んだ燃料集合体に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、軽水炉用核燃料では中性子吸収材
としてＧｄが利用されており、軽水炉用核燃料の高燃焼
度化に伴ってＧｄの添加濃度が増加する傾向にある。通
常、Ｇｄを添加したＵＯ2 核燃料ペレットはＵＯ2 粉末
とＧｄ2 Ｏ3 粉末とを機械的に混合し、これを圧粉成形
したのち焼結して得られる。
【０００３】ＵＯ2 とＧｄ2 Ｏ3 との混合酸化物は、Ｕ
Ｏ2 と比べ焼結性が低く、同一条件下ではその焼結核燃
料ペレットの密度、結晶粒径は共にＵＯ2 焼結核燃料ペ
レットよりも小さくなることが知られている。さらにＧ
ｄの添加濃度が高い場合には、焼結中に微細な割れ（マ
イクロクラック）が容易に発生することが知られてい
る。
【０００４】結晶粒径が小さいと、核分裂に伴って生成
するガス（ＦＰガス）の拡散距離が短くなり、燃焼中の
ＦＰガス放出およびスエリング量が大きくなる欠点があ
る。また、マイクロクラックが存在すると、核燃料ペレ
ットの実効的な熱伝導率を低下させ、ひいては燃焼中の
ＦＰガス放出およびスエリング量を増加させる。
【０００５】Ｇｄ2 Ｏ3 を添加した焼結核燃料ペレット
の結晶粒径を増大させ、マイクロクラックの発生を防止
するためには、ＵＯ2 とＧｄ2 Ｏ3 との固溶状態を良く
する必要があると考えられており、従来、均一な組織を
有する核燃料ペレット、すなわちＵＯ2 とＧｄ2 Ｏ3 と
の固溶状態が良い核燃料ペレットを製造する方法が検討
されてきた。
【０００６】そのうちの一つとして、共沈法（溶液状態
でＵとＧｄを混合した後同時に沈殿させて混合粉末を製
造する方法）でＵとＧｄの混合状態が均一な粉末を作製
し、この粉末を使用して焼結核燃料ペレットを製造する
方法がある。この方法で製造した核燃料ペレットは、Ｕ
Ｏ2 とＧｄ2 Ｏ3 の固溶状態が極めて良好であり、核燃
料ペレットの組織も均一である。
【０００７】しかしながら、この方法は工程が非常に複
雑であるため製造費用が高くなる上、沈殿時に核燃料物
質で汚染された多量の放射性廃液が発生するという欠点
がある。そこで、機械的に混合されたＵＯ2 −Ｇｄ2 Ｏ
3 混合粉末を利用して固溶状態の良い核燃料ペレットを
得る製造方法（例えば、特開平５− 11088号公報、特開
平１−193691号公報、特開平２−242195号公報）が提唱
されている。
【０００８】一方、ＵＯ2 にＧｄが固溶すると、Journa
l of Nuclear Materialsの第105 巻（1982）の201 ペー
ジ以降に報告されているように、ＵＯ2 中の不純物濃度
が上昇することによって熱伝導率の低下することが知ら
れている。この熱伝導率の低下は、燃料中心温度の増
大、その結果としてＦＰガス放出およびスエリング量、
ペレット被覆管相互作用（ＰＣＩ）の増大を招く。
【０００９】このため、燃料集合体を構成する燃料要素
のうち、Ｇｄ2 Ｏ3 添加の核燃料ペレットを装填した燃
料要素が経験する最大出力は、通常、ＵＯ2 燃料よりも
低めに設計されている。
【００１０】そこで、Ｇｄの固溶を故意に抑えることに
より、核燃料ペレットの熱伝導率低下を低減する方法
（例えば、特開昭59− 90082号公報、特開昭60−231195
号公報、特開平10− 91113号公報）が提唱されている。
特開昭59− 90082号公報には、ホウ化タングステンで被
覆した１μｍ〜20μｍのＧｄ2 Ｏ3 粒子を添加すること
により、焼結中におけるＵＯ2 粒子とＧｄ2 Ｏ3 粒子の
接触を避けてＧｄを固溶させない方法が示されている。
【００１１】特開昭60−231195号公報には、１mm以上の
Ｇｄ2 Ｏ3 粒子を添加させることにより、焼結中におけ
るＵＯ2 粒子とＧｄ2 Ｏ3 粒子の接触面積を少なくして
Ｇｄの固溶を抑える方法が示されている。特開平10− 9
1113号公報では、Ｇｄ2 Ｏ3単体を添加するのではな
く、ＵＯ2 と類似の結晶構造を有するＵＯ2 −Ｇｄ2 Ｏ
3 の固溶体を添加する方法が示されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭
60−231195号公報記載の核燃料ペレットの製造方法で
は、焼結中にＵＯ2 とＧｄ2 Ｏ3 との反応を完全に避け
ることができず、焼結中にＵＯ2 とＧｄ2 Ｏ3 との反応
界面で、体積変化を伴う相変化が起こり続ける。そのた
めに、界面近傍に気孔やクラックが発生し、これらの気
孔やクラックは、密度の減少および熱伝導率の低下並び
にＦＰガスの放出経路の増加を招くことになり、期待し
た効果が得られない。
【００１３】同様の概念を応用した例が、国際会議（In
ternational Atomic Energy Agency，Technical Commit
tee Meeting on Advances in Pellet Technology for I
mproved Performance at High Burnup，28 Oct．-1 No
v.,Tokyo，Japan，Paper No.2-1）で報告されており、
Ｇｄ2 Ｏ3 の小球を熱処理してＵＯ2 粉末に混合し焼結
することによりＧｄ2 Ｏ3 の小球分散型核燃料ペレット
を得ている。
【００１４】しかしながら、この核燃料ペレットには、
マイクロクラックは観測されなかったが、Ｇｄ2 Ｏ3 小
球の周りに気泡が集まり、一部連結している。このこと
から、熱伝導率の向上は小さいものと推察される。
【００１５】また、特開昭59− 90082号公報の方法で
は、工程が複雑で費用が高くなり工業的でない上、ホウ
化タングステンとＵＯ2 の熱膨張率が異なることなどに
より界面近傍にクラックが発生し、熱伝導率の低下を招
くことが予想され、やはり期待した効果が得られない。
【００１６】特開平10− 91113号公報では、ＵＯ2 に類
似したＵＯ2 −Ｇｄ2 Ｏ3 固溶体を分散相としＵＯ2 ペ
レット内に分散させることにより、高濃度のＧｄ2 Ｏ3
を含む領域周辺の割れの発生を抑え、核燃料ペレットの
熱伝導率を向上させる方法が開示されている。
【００１７】しかしながら、多数の異なる材料からなる
複合材料の熱伝導率は、内部に存在する分散相の形状お
よびその方向に依存することが一般に知られており、ペ
レット内部に存在する分散相が乱雑な形状および方向を
有している場合は、そうでない場合に比べ熱伝導率の向
上効果が小さくなる。
【００１８】本発明は、かかる問題に対処してなされた
もので、Ｇｄ2 Ｏ3 等の核的毒物を含有する酸化物焼結
核燃料ペレットに係り、さらに詳しくは、核燃料ペレッ
ト中にＧｄ等の核的毒物の核燃料ペレット平均濃度より
も高い濃度の領域を存在させ、かつ分散している核的毒
物または核燃料と核的毒物の混合物の形状を制御するこ
とにより、ペレット平均の核的毒物濃度が従来と同一で
ありながら、従来の核燃料ペレットに比べて熱伝導率の
低下を抑えたＧｄ2 Ｏ3 添加焼結核燃料ペレット、およ
びその核燃料ペレットの製造方法、並びにこの製造方法
によって得られた核燃料ペレットまたは前記核燃料ペレ
ットを装填した燃料要素およびこの燃料要素を組み込ん
だ燃料集合体を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、核的
毒物または核分裂性物質と核的毒物との混合物が核分裂
性物質中に分散して存在している核燃料ペレットにおい
て、前記核燃料ペレット中に分散している核的毒物また
は混合物の形状を回転楕円体近似した場合、（回転軸／
２）／（最大回転半径）が１／10以上10以下の範囲にあ
る核的毒物または混合物を含むことを特徴とする。
【００２０】この発明によれば、核燃料ペレット中に分
散している核的毒物または核分裂性物質と核的毒物との
混合物に対し、この範囲の形状を選ぶことにより、一般
にＵＯ2 より熱伝導率が劣る核的毒物または核分裂性物
質と核的毒物との混合物を介した熱の流れを抑制するこ
とができ、核的毒物の添加による核燃料ペレット熱伝導
率への影響を小さくすることができる。
【００２１】請求項２の発明は、前記核的毒物または核
分裂性物質と核的毒物との混合物の形状を回転楕円体近
似した場合、（回転軸／２）／（最大回転半径）が１／
10以上10以下の範囲にある核的毒物または核分裂性物質
と核的毒物との混合物の全核的毒物または全混合物に対
する割合が、50％から100 ％の範囲にあることを特徴と
する。
【００２２】この発明によれば、核燃料ペレット中に分
散している核的毒物または核分裂性物質と核的毒物との
混合物に対し、この範囲の形状および存在割合を選ぶこ
とにより、一般にＵＯ2 より熱伝導率が劣る核的毒物ま
たは核分裂性物質と核的毒物との混合物を介した熱の流
れを抑制することができ、核的毒物の添加による核燃料
ペレット熱伝導率への影響を小さくすることができる。
【００２３】請求項３の発明は、核分裂性物質中に核的
毒物または核分裂性物質と核的毒物との混合物が分散し
て存在している核燃料ペレットにおいて、前記核燃料ペ
レット中に分散している核的毒物または核分裂性物質と
核的毒物との混合物の形状を回転楕円体近似した場合、
その回転軸方向とペレット径方向のなす角度が45°以上
135 °以内であることを特徴とする。
【００２４】この発明によれば、核燃料ペレット中に分
散している核的毒物または核分裂性物質と核的毒物との
混合物に対し、この範囲の角度を選ぶことにより、一般
にＵＯ2 より熱伝導率が劣る核的毒物または核分裂性物
質と核的毒物との混合物を介した熱の流れを抑制するこ
とができ、核的毒物の添加による核燃料ペレット熱伝導
率への影響を小さくすることができる。
【００２５】請求項４の発明は、前記核的毒物または核
分裂性物質と核的毒物との混合物の形状を回転楕円体近
似した場合、その回転軸方向と核燃料ペレットの径方向
のなす角度が45°以上135 °以内にある核的毒物または
核分裂性物質と核的毒物との混合物を、全核的毒物また
は全混合物に対し50％以上100 ％以下の割合で含むこと
を特徴とする。
【００２６】この発明によれば、核燃料ペレット中に分
散している核的毒物または核分裂性物質と核的毒物との
混合物に対し、この範囲の角度および存在割合を選ぶこ
とにより、一般にＵＯ2 より熱伝導率が劣る核的毒物ま
たは核分裂性物質と核的毒物との混合物を介した熱の流
れを抑制することができ、核的毒物の添加による核燃料
ペレットの熱伝導率への影響を小さくすることができ
る。
【００２７】請求項５の発明は、核的毒物または核分裂
性物質と核的毒物との混合物の形状を回転楕円体近似し
た場合、その回転軸方向と核燃料ペレットの径方向のな
す角度が45°以上135 °以内にある核的毒物または核分
裂性物質と核的毒物との混合物を、全核的毒物または全
混合物に対し50％以上100 ％以下の割合で含み、かつ回
転軸方向が同一の方向を向いている核的毒物または核分
裂性物質と核的毒物との混合物の全核的毒物または全混
合物に対する割合が、50％以上100 ％以下にあることを
特徴とする。
【００２８】この発明によれば、核燃料ペレット中に分
散している核的毒物または核分裂性物質と核的毒物との
混合物に対し、この範囲の角度および存在割合を選ぶこ
とにより、一般にＵＯ2 より熱伝導率が劣る核的毒物ま
たは核分裂性物質と核的毒物との混合物を介した熱の流
れを抑制することができ、核的毒物の添加による核燃料
ペレットの熱伝導率への影響を小さくすることができ
る。
【００２９】請求項６の発明は、核分裂性物質中に核的
毒物または核分裂性物質と核的毒物との混合物が分散し
て存在している核燃料ペレットにおいて、前記核燃料ペ
レット中に分散している核的毒物または核分裂性物質と
核的毒物との混合物の形状を回転楕円体近似した場合、
（回転軸／２）／（最大回転半径）が１／10以上10以下
の範囲にある核的毒物または核分裂性物質と核的毒物と
の混合物の全核的毒物または全混合物に対する割合が、
50％から100 ％の範囲にあり、その回転軸方向と核燃料
ペレットの径方向のなす角度が45°以上135 °以内にあ
る核的毒物または核分裂性物質と核的毒物との混合物
を、全核的毒物または全混合物に対し50％以上100 ％以
下の割合で含むことを特徴とする。
【００３０】この発明によれば、核燃料ペレット内に分
散している核的毒物または核分裂性物質と核的毒物との
混合物に対し、この範囲の形状、角度および存在割合を
選ぶことにより、一般にＵＯ2 より熱伝導率が劣る核的
毒物または核分裂性物質と核的毒物との混合物を介した
熱の流れを抑制することができ、核的毒物の添加による
核燃料ペレットの熱伝導率への影響を小さくすることが
できる。
【００３１】請求項７の発明は、核分裂性物質中に核的
毒物または核分裂性物質と核的毒物との混合物が分散し
て存在している核燃料ペレットにおいて、前記核燃料ペ
レット中に分散している核的毒物または核分裂性物質と
核的毒物との混合物の形状を回転楕円体近似した場合、
（回転軸／２）／（最大回転半径）が１／10以上10以下
の範囲にある核的毒物または核分裂性物質と核的毒物と
の混合物の全核的毒物または全混合物に対する割合が50
％から100 ％まであり、その回転軸方向と核燃料ペレッ
トの径方向のなす角度が45°以上135 °以内にある核的
毒物または核分裂性物質と核的毒物との混合物を、全核
的毒物または全混合物に対し50％以上100 ％以下の割合
で含み、かつ回転軸方向が同一の方向を向いている核的
毒物または核分裂性物質と核的毒物との混合物の全核的
毒物または全混合物に対する割合が50％以上100 ％以下
にあることを特徴とする。
【００３２】この発明によれば、核燃料ペレット中に分
散している核的毒物または核分裂性物質と核的毒物との
混合物に対し、この範囲の形状、角度および存在割合を
選ぶことにより、一般にＵＯ2 より熱伝導率が劣る核的
毒物または核分裂性物質と核的毒物との混合物を介した
熱の流れを抑制することができ、核的毒物の添加による
核燃料ペレットの熱伝導率への影響を小さくすることが
できる。
【００３３】請求項８の発明は、前記核燃料ペレットの
気孔率は９％から0.5 ％であることを特徴とする。この
発明によれば、核的毒物または核分裂性物質と核的毒物
との混合物が分散している核燃料ペレットの気孔率がこ
の範囲にあれば、一般にＵＯ2 より熱伝導率が劣る核的
毒物または核分裂性物質と核的毒物との混合物を介した
熱の流れを抑制することができ、核的毒物の添加による
核燃料ペレットの熱伝導率への影響を小さくすることが
できる。
【００３４】請求項９の発明は、核分裂性物質を含む核
燃料ペレットの製造方法において、前記核分裂性物質の
粉末に、予め形状が（回転軸／２）／（最大回転半径）
が１／10以上10以下の範囲になるよう調整された核的毒
物または核分裂性物質と核的毒物との混合物を添加して
圧粉成形体としたのち、この圧粉成形体を焼結すること
を特徴とする。
【００３５】この発明によれば、核燃料ペレット中に分
散している核的毒物または核分裂性物質と核的毒物との
混合物に対し、一般にＵＯ2 より熱伝導率が劣る核的毒
物または核分裂性物質と核的毒物との混合物の核燃料ペ
レット中での形状を制御することができるため、核的毒
物の添加による核燃料ペレットの熱伝導率への影響を小
さくした核燃料ペレットを製造することができる。
【００３６】請求項10の発明は、前記核燃料ペレットの
製造方法において、圧粉成形体中に分散している核的毒
物または核分裂性物質と核的毒物との混合物の形状を回
転楕円体近似した場合、回転軸方向が同一の方向を向い
ている核的毒物または核分裂性物質と核的毒物との混合
物の全核的毒物または全混合物に対する割合が、50％以
上100 ％以下であることを特徴とする。
【００３７】この発明によれば、核燃料ペレット中に分
散している核的毒物または核分裂性物質と核的毒物との
混合物に対し、一般にＵＯ2 より熱伝導率が劣る核的毒
物または核分裂性物質と核的毒物との混合物が核燃料ペ
レット中で形成する角度を制御することができるため、
核的毒物の添加による核燃料ペレットの熱伝導率への影
響を小さくした核燃料ペレットを製造することができ
る。
【００３８】請求項11の発明は、前記核燃料ペレットの
製造方法において、核分裂性物質と核的毒物の混合粉
末、または核分裂性物質と核的毒物との混合物の混合粉
末を圧粉成形して圧粉成形体とし、この圧粉成形体を10
00℃以上1800℃以下の温度で、かつ−600 kJ／mol 以上
−250 kJ／mol 以下の酸素ポテンシャルを有する雰囲気
で焼結することを特徴とする。
【００３９】この発明によれば、核燃料ペレット中に分
散している核的毒物または核分裂性物質と核的毒物との
混合物に対し、一般にＵＯ2 より熱伝導率が劣る核的毒
物または核分裂性物質と核的毒物との混合物の核燃料ペ
レット内での形状、角度および存在割合を制御すること
ができるため、核的毒物の添加による核燃料ペレットの
熱伝導率への影響を小さくした核燃料ペレットを製造す
ることができる。
【００４０】請求項12の発明は、前記核燃料ペレットの
製造方法において、添加する核的毒物または核分裂性物
質と核的毒物との混合物の周囲に０℃以上1000℃以下の
温度で分解または蒸発する物質を被覆した後に核分裂性
物質と混合し、圧粉成形して圧粉成形体とし、この圧粉
成形体を焼結することを特徴とする。
【００４１】この発明によれば、核燃料ペレット中に分
散している核的毒物または核分裂性物質と核的毒物との
混合物に対し、一般にＵＯ2 より熱伝導率が劣る核的毒
物または核分裂性物質と核的毒物との混合物の核燃料ペ
レット内での形状を制御することができ、かつ核燃料ペ
レット母相と核的毒物または混合物との界面での割れや
空隙の形成を抑えることができるため、核的毒物の添加
による核燃料ペレットの熱伝導率への影響を小さくした
核燃料ペレットを製造することができる。
【００４２】請求項13の発明は、核燃料ペレットを燃料
被覆管内に封入した燃料要素において、前記核燃料ペレ
ット内に分散している核的毒物または核分裂性物質と核
的毒物との混合物の形状を回転楕円体近似した場合、
（回転軸／２）／（最大回転半径）が１／10以上10以下
の範囲にある核的毒物または核分裂性物質と核的毒物と
の混合物の全核的毒物または全混合物に対する割合が50
％から100 ％まであり、その回転軸方向と核燃料ペレッ
トの径方向のなす角度が45°以上135 °以内にある核的
毒物または核分裂性物質と核的毒物との混合物を、全核
的毒物または全混合物に対し50％以上100 ％以下の割合
で含み、かつ回転軸方向が同一の方向を向いている核的
毒物または核分裂性物質と核的毒物との混合物の全核的
毒物または全混合物に対する割合が50％以上100 ％以下
にあることを特徴とする核燃料ペレットを、前記燃料被
覆管内の少なくとも一部分に封入してなることを特徴と
する。
【００４３】この発明によれば、核的毒物を含んだ相を
分散させて核的毒物の添加による核燃料ペレットの熱伝
導率の低下を抑えた核燃料ペレットを燃料要素内に装填
することにより、核的毒物を単純に添加した従来の燃料
要素に比べ燃焼中の燃料温度を低下させることができる
ため、燃料温度に起因した燃料要素の出力制限を従来よ
りも緩和することができる。
【００４４】請求項14の発明は、核燃料ペレットを燃料
被覆管内に封入した燃料要素において、前記核燃料ペレ
ット内に分散している核的毒物または核分裂性物質と核
的毒物との混合物の形状を回転楕円体近似した場合、
（回転軸／２）／（最大回転半径）が１／10以上10以下
の範囲にある核的毒物または核分裂性物質と核的毒物と
の混合物の全核的毒物または全混合物に対する割合が50
％から100 ％まであり、その回転軸方向と核燃料ペレッ
トの径方向のなす角度が45°以上135 °以内にある核的
毒物または核分裂性物質と核的毒物との混合物を、全核
的毒物または全混合物に対し50％以上100 ％以下の割合
で含み、かつ回転軸方向が同一の方向を向いている核的
毒物または核分裂性物質と核的毒物との混合物の全核的
毒物または全混合物に対する割合が50％以上100 ％以下
にある核燃料ペレットを、燃料要素の軸方向出力を平均
した値を超える部分に配置してなることを特徴とする。
【００４５】この発明によれば、核的毒物を含んだ相を
分散させて核的毒物の添加による核燃料ペレット熱伝導
率の低下を抑えた核燃料ペレットを、燃料要素内の軸方
向出力がその平均値より高い位置に装填することによ
り、核的毒物を単純に添加した従来の燃料要素に比べ燃
焼中の燃料温度を低下させることができるため、燃料温
度に起因した燃料要素の出力制限を従来よりも緩和する
ことができる。
【００４６】請求項15の発明は、請求項13ないし請求項
14記載の燃料要素を組み込んでなる燃料集合体におい
て、前記燃料要素の少なくとも一部に、前記核燃料ペレ
ット中に分散している核的毒物または核分裂性物質と核
的毒物との混合物の形状を回転楕円体近似した場合、
（回転軸／２）／（最大回転半径）が１／10以上10以下
の範囲にある核的毒物または核分裂性物質と核的毒物と
の混合物の全核的毒物または全混合物に対する割合が50
％から100 ％まであり、その回転軸方向と核燃料ペレッ
トの径方向のなす角度が45°以上135 °以内にある核的
毒物または核分裂性物質と核的毒物との混合物を、全核
的毒物または全混合物に対し50％以上100 ％以下の割合
で含み、かつ回転軸方向が同一の方向を向いている核的
毒物または核分裂性物質と核的毒物との混合物の全核的
毒物または全混合物に対する割合が50％以上100 ％以下
にある核燃料ペレットを用いた多数本の燃料要素を上下
タイプレートに固定して組み込んでなることを特徴とす
る。
【００４７】この発明によれば、核的毒物を含んだ相を
分散させて核的毒物の添加による核燃料ペレットの熱伝
導率の低下を抑えた核燃料ペレットを使用して燃焼中の
燃料温度を従来よりも低下させた燃料要素を使用してい
るため、燃料温度に起因した燃料集合体の出力制限を従
来よりも緩和することができる。
【００４８】次に、本発明に係るペレットの作用を説明
する。一般に、複数の異なる材料を組み合わせた複合材
料の熱伝導率は、その母相と分散相の熱伝導率比、分散
相の添加割合および分散相の形状に依存することが知ら
れている。特に、セラミックスで形成された２相複合材
料の熱伝導率については、次のような式が成立する（B.
Schultz,High Temp. -High PRESSURES.,13（1981）pp.6
49-660）。
【００４９】
【数１】
【００５０】λ，λM ，λD ，ＣD はそれぞれ複合材料
の実効的な熱伝導率、母相、分散相の熱伝導率、分散相
の体積分率である。また、Ｆとαは、それぞれ分散相が
複合材料の熱伝導率に対する影響を表すパラメータおよ
び分散相を回転楕円体近似した場合の回転軸方向が熱の
流れる方向と形成する角度（配向角）であり、図２およ
び図３で表される。
【００５１】現在の軽水炉では、核的毒物としてＧｄ2
Ｏ3 が広く使用されており、Ｇｄ2Ｏ3 の熱伝導率は、
ＵＯ2 のそれの１／２程度と考えられている。そこで、
例えばＵＯ2 の熱伝導率を10Ｗ／ｍ／Ｋ、Ｇｄ2 Ｏ3 の
それを５Ｗ／ｍ／Ｋ、Ｇｄ2Ｏ3 添加濃度を10wt％（体
積分率で0.1 ）として式(1) 〜(4) に基いてλを求める
と、図４のようになる。
【００５２】Schultz の解析によれば、Ｇｄ2 Ｏ３分散
相が一定方向に配向していない場合、式(1) 〜(4) 中の
COS 2 αは１／３（一定値）となり、核燃料ペレットの
実効的な熱伝導率は形状パラメータ（Ｆ）のみの関数と
なる。この場合の核燃料ペレットの実効的な熱伝導率は
約9.4 Ｗ／ｍ／Ｋである。
【００５３】一方、図４から明らかなように、Ｇｄ2 Ｏ
3 分散相をある一定の方向、特に配向角が45°から135
°の範囲で配向させると、そうでない場合に比べて熱伝
導率が向上する領域の存在することがわかる。また、Ｇ
ｄ2 Ｏ3 分散相を実際に試作した結果、分散相を回転楕
円体近似した場合の（回転軸／２）と（最大回転半径）
の比が0.1 から10の範囲を超えるものを作製するのは非
常に困難である。
【００５４】
【発明の実施の形態】本発明に係る核燃料ペレットと、
この核燃料ペレットの製造方法の実施の形態を図１〜図
３により説明する。
【００５５】（第１の実施の形態）立方晶の結晶構造を
有するＧｄ2 Ｏ3 粉末を500 kg／cm2 の圧力で成形し、
粉砕，篩い分けにより300 〜850 μｍの粒径を有するＧ
ｄ2 Ｏ3 粒子を取り出した。粒子の潤滑性と焼結性を向
上させるため、このＧｄ2 Ｏ3 粒子の周囲にステアリン
酸亜鉛を１wt％塗布した後、この粒子を10wt％Ｇｄ2 Ｏ
3 の添加濃度となるように秤量し、さらに１wt％のステ
アリン酸亜鉛と共にＵＯ2 粉末に添加，混合した。
【００５６】混合粉末を2.3 ｔ／cm2 の圧力でプレス
し、内部にＧｄ2 Ｏ3 粒子を含む圧粉成形体を得た。こ
の圧粉成形体を露点６℃の８％Ｈ2 −Ｎ2 ガス中、1740
℃で３時間焼結し、密度約95％ＴＤ（％ＴＤは、理論密
度に対するペレット密度の比）の焼結核燃料ペレットを
製造した。
【００５７】図１は、このようにして製造された核燃料
ペレット１の金相を模式的に図示したものである。図中
の符号１は核燃料ペレットであり、２は核燃料ペレット
１中に分散させたＧｄ2 Ｏ3 粒子である。数箇所の核燃
料ペレット１の横断面金相写真から評価した結果、Ｇｄ
2 Ｏ3 粒子の配向角は約90°、配向割合はほぼ100 ％、
粒子を回転楕円体近似した時の（回転軸／２）／（最大
回転半径）の値は、約0.5 であった。また、粒子の周囲
には熱伝導率に影響を与えるような大きな割れや空隙は
認められなかった。
【００５８】［応用例１］上記実施の形態では、核的毒
物としてＧｄ2 Ｏ3 単体を使用したが、核燃料ペレット
中で核的毒物濃度が局所的に高い組成からなる領域を分
散させればよいので、核燃料ペレットの平均よりも高い
Ｇｄ2 Ｏ3 濃度を有するＵＯ2 とＧｄ2 Ｏ3 の固溶体を
分散させてもよい。
【００５９】［応用例２］上記実施の形態では、核分裂
性物質を含む粉末として二酸化ウランを使用している
が、二酸化ウラン粉末以外の他の核分裂性物質の粉末、
例えば二酸化プルトニウム（ＰｕＯ2 ）や二酸化トリウ
ム（ＴｈＯ2 ）、それらの混合粉末を用いても本発明と
同様の効果が得られる。
【００６０】［応用例３］上記実施の形態では、ガドリ
ニウム酸化物を被覆する物質としてステアリン酸亜鉛を
使用しているが、他の無機性化合物、有機系化合物や脂
肪酸、例えばステアリン酸、ラウリン酸、ベベン酸、イ
ソステアリン酸やアミド系化合物を使用してもよい。
【００６１】［応用例４］上記実施の形態では、核的毒
物としてガドリニウム酸化物を使用したが、Ｇｄと化学
的性質が類似しているＥｒやＤｙ等の他の核的毒物でも
本実施の形態と同様の効果が得られる。
【００６２】［応用例５］上記実施の形態では、焼結時
の雰囲気ガスとしてＨ2 Ｏを含んだＨ2 とＮ2 の混合ガ
スを使用した例で示したが、焼結挙動は焼結時に固相と
平衡になる雰囲気ガスの酸素ポテンシャルに影響される
ので、同様な酸素ポテンシャルを有する他の雰囲気ガ
ス、例えばＣＯ−ＣＯ2 混合ガスやＣＯ2 −ＮＨ3 混合
ガス等を使用することもできる。
【００６３】［参考例１］図４の計算結果に依れば、0.
33より大きい形状因子（Ｆ）を有するＧｄ2 Ｏ3粒子を
使用し、それらを０°（または180 °）に配向させた場
合、配向させない場合よりも核燃料ペレットの熱伝導率
が向上することがわかる。しかしながら、この領域の形
状を有するＧｄ2 Ｏ3 粒子は細長い葉巻状であり、その
ような粒子を内部に分散させたペレットを製造すること
は非常に困難であった。
【００６４】図５（ａ）に示した燃料要素３は、ジルコ
ニウム基合金からなる長尺円筒状燃料被覆管５内に複数
個の核燃料ペレット６が積層して充填されており、燃料
被覆管５の上下両端部には上部端栓７と下部端栓８で密
封されている。
【００６５】上部端栓７と燃料ペレット６の上端との間
にはプレナムスプリング９が設けられており、プレナム
スプリング９により核燃料ペレット６の上下動を防止し
ている。ここで、燃料ペレット６は上記実施の形態によ
って製造されたものと同様のもので、次のように構成さ
れている。
【００６６】すなわち、立方晶の結晶構造を有するＧｄ
2 Ｏ3 粉末を500 kg／cm2 の圧力で成形し、粉砕，篩い
分けにより300 〜850 μｍの粒径を有するＧｄ2 Ｏ3 粒
子を取り出した。粒子の潤滑性と焼結性を向上させるた
め、このＧｄ2 Ｏ3 粒子の周囲にステアリン酸亜鉛を１
wt％塗布した後、この粒子を10wt％Ｇｄ2 Ｏ3 の添加濃
度となるように秤量し、さらに１wt％のステアリン酸亜
鉛と共にＵＯ2 粉末に添加，混合した。
【００６７】混合粉末を2.3 ｔ／cm2 の圧力でプレス
し、内部にＧｄ2 Ｏ3 粒子を含む圧粉成形体を得た。こ
の圧粉成形体を露点６℃の８％Ｈ2 −Ｎ2 ガス中、1740
℃で３時間焼結し、密度約95％ＴＤ（理論密度に対する
ペレット密度の比）の焼結核燃料ペレットを製造したも
のである。
【００６８】次に本発明に係る燃料要素の実施の形態を
図５（ａ）により説明する。上記実施の形態により製造
された核燃料ペレットを図５（ａ）に示したようにジル
コニウム基合金からなる燃料被覆管５に封入して燃料要
素３を構成する。これにより、核的毒物を配向させてい
ない核燃料ペレットを用いた燃料要素に比べて、同燃料
出力で比較した場合、燃焼中（照射中）の燃料温度を低
減させる燃料要素を得ることができる。例えば、線出力
440 Ｗ／cmにおける核的毒物を配向させていない核燃料
ペレット中心温度と線出力445 Ｗ／cmにおける本発明に
係る核燃料ペレットの中心温度とは等しい。
【００６９】なお、上記核燃料ペレット６は、燃料被覆
管５内の一部または全部に配置することができる。例え
ば、燃料要素の軸方向で見た場合、相対的に出力の高い
部分に本実施の形態の核燃料ペレットを選択的に配置し
た本実施の形態に係る燃料要素によれば、核的毒物を配
向させていない核燃料ペレットを用いた燃料要素に比べ
て燃料温度上昇を抑えることができる。
【００７０】次に本発明に係る燃料集合体の実施の形態
を図５（ｂ）により説明する。図５（ｂ）に示した燃料
集合体４は図５（ａ）に示した燃料要素３の上下両端を
上部タイプレート10および下部タイプレート11に組み込
み固定し、複数本の燃料要素３の間隔をスペーサ12で保
持したものである。この燃料集合体４の外側は角筒状の
チャンネルボックス（図示せず）によって包囲される。
図５（ｂ）中、符号13はチャンネルファスナで、下部タ
イプレート11と下部端栓８によって固定されている。
【００７１】本実施の形態によれば、図５（ａ）に示す
燃料要素３を組み合わせて燃料集合体４とすることによ
り、同燃料出力で比較した場合、従来技術による核燃料
ペレットを使用した燃料集合体に比べて燃焼中（照射
中）の燃料温度を低下させることができる。
【００７２】例えば、同一の燃料要素線出力（440 Ｗ／
cm）について、従来の核燃料ペレットを使用した場合
と、本実施の形態に係る核燃料ペレットを使用した場合
の差を考えてみると、後者の方が前者に比べて約20℃低
下する。この温度低下により、後者のＦＰガス放出率は
前者のそれに比べて約７％低下する。この燃料集合体を
原子炉内の出力が高い部分に選択的に配置することによ
り、原子炉運転上の出力制限を緩和することができる。
【００７３】
【発明の効果】請求項１の発明によれば、核燃料ペレッ
ト中に分散している核的毒物または核分裂性物質と核的
毒物との混合物に対し、この範囲の形状を選ぶことによ
り、一般にＵＯ2 より熱伝導率が劣る核的毒物または核
分裂性物質と核的毒物との混合物を介した熱の流れを抑
制することができ、核的毒物の添加による核燃料ペレッ
トの熱伝導率への影響を小さくすることができる。
【００７４】このため、従来技術を利用して核燃料ペレ
ットに核的毒物を添加した場合に比べ、燃焼中の核燃料
ペレットの温度を低下させることが可能になり、燃料の
健全性を向上させる効果がある。
【００７５】請求項２の発明によれば、核燃料ペレット
中に分散している核的毒物または核分裂性物質と核的毒
物との混合物に対し、この範囲の形状および存在割合を
選ぶことにより、一般にＵＯ2 より熱伝導率が劣る核的
毒物または核分裂性物質と核的毒物との混合物を介した
熱の流れを抑制することができ、核的毒物の添加による
核燃料ペレットの熱伝導率への影響を小さくすることが
できる。
【００７６】このため、従来技術を利用して核燃料ペレ
ットに核的毒物を添加した場合に比べ、燃焼中の核燃料
ペレット温度を低下させることが可能になり、燃料の健
全性を向上させる効果がある。
【００７７】請求項３の発明によれば、核燃料ペレット
内に分散している核的毒物または核分裂性物質と核的毒
物との混合物に対し、この範囲の角度を選ぶことによ
り、一般にＵＯ2 より熱伝導率が劣る核的毒物または核
分裂性物質と核的毒物との混合物を介した熱の流れを抑
制することができ、核的毒物の添加による核燃料ペレッ
トの熱伝導率への影響を小さくすることができる。
【００７８】このため、従来技術を利用して核燃料ペレ
ットに核的毒物を添加した場合に比べ、燃焼中の核燃料
ペレットの温度を低下させることが可能になり、燃料の
健全性を向上させる効果がある。
【００７９】請求項４の発明によれば、核燃料ペレット
中に分散している核的毒物または核分裂性物質と核的毒
物との混合物に対し、この範囲の角度および存在割合を
選ぶことにより、一般にＵＯ2 より熱伝導率が劣る核的
毒物または核分裂性物質と核的毒物との混合物を介した
熱の流れを抑制することができ、核的毒物の添加による
核燃料ペレットの熱伝導率への影響を小さくすることが
できる。
【００８０】このため、従来技術を利用して核燃料ペレ
ットに核的毒物を添加した場合に比べ、燃焼中の核燃料
ペレットの温度を低下させることが可能になり、燃料の
健全性を向上させる効果がある 請求項５の発明によれば、核燃料ペレット中に分散して
いる核的毒物または核分裂性物質と核的毒物との混合物
に対し、この範囲の角度および存在割合を選ぶことによ
り、一般にＵＯ2 より熱伝導率が劣る核的毒物または核
分裂性物質と核的毒物との混合物を介した熱の流れを抑
制することができ、核的毒物の添加による核燃料ペレッ
トの熱伝導率への影響を小さくすることができる。
【００８１】このため、従来技術を利用して核燃料ペレ
ットに核的毒物を添加した場合に比べ、燃焼中の核燃料
ペレットの温度を低下させることが可能になり、燃料の
健全性を向上させる効果がある。
【００８２】請求項６の発明によれば、核燃料ペレット
中に分散している核的毒物または核分裂性物質と核的毒
物との混合物に対し、この範囲の形状、角度および存在
割合を選ぶことにより、一般にＵＯ2 より熱伝導率が劣
る核的毒物または核分裂性物質と核的毒物との混合物を
介した熱の流れを抑制することができ、核的毒物の添加
による核燃料ペレットの熱伝導率への影響を小さくする
ことができる。
【００８３】このため、従来技術を利用して核燃料ペレ
ットに核的毒物を添加した場合に比べ、燃焼中の核燃料
ペレットの温度を低下させることが可能になり、燃料の
健全性を向上させる効果がある。
【００８４】請求項７の発明によれば、核燃料ペレット
中に分散している核的毒物または核分裂性物質と核的毒
物との混合物に対し、この範囲の形状、角度および存在
割合を選ぶことにより、一般にＵＯ2 より熱伝導率が劣
る核的毒物または核分裂性物質と核的毒物との混合物を
介した熱の流れを抑制することができ、核的毒物の添加
による核燃料ペレットの熱伝導率への影響を小さくする
ことができる。
【００８５】このため、従来技術を利用して核燃料ペレ
ットに核的毒物を添加した場合に比べ、燃焼中の核燃料
ペレットの温度を低下させることが可能になり、燃料の
健全性を向上させる効果がある。
【００８６】請求項８の発明によれば、核的毒物または
核分裂性物質と核的毒物との混合物が分散している核燃
料ペレットの気孔率が前述したとおりの範囲にあれば、
一般にＵＯ2 より熱伝導率が劣る核的毒物または核分裂
性物質と核的毒物との混合物を介した熱の流れを抑制す
ることができ、核的毒物の添加による核燃料ペレットの
熱伝導率への影響を小さくすることができる。
【００８７】このため、従来技術を利用して核燃料ペレ
ットに核的毒物を添加した場合に比べ、燃焼中の核燃料
ペレットの温度を低下させることが可能になり、燃料の
健全性を向上させる効果がある。
【００８８】請求項９の発明によれば、核燃料ペレット
中に分散している核的毒物または核分裂性物質と核的毒
物との混合物に対し、一般にＵＯ2 より熱伝導率が劣る
核的毒物または核分裂性物質と核的毒物との混合物の核
燃料ペレット中での形状を制御することができるため、
核的毒物の添加による核燃料ペレットの熱伝導率への影
響を小さくした核燃料ペレットを製造することができ
る。
【００８９】この核燃料ペレットは、従来技術を利用し
て核燃料ペレットに核的毒物を添加した場合に比べ、燃
焼中の核燃料ペレットの温度を低下させることが可能で
あり、燃料の健全性を向上させる効果がある。
【００９０】請求項10の発明によれば、核燃料ペレット
中に分散している核的毒物または核分裂性物質と核的毒
物との混合物に対し、一般にＵＯ2 より熱伝導率が劣る
核的毒物または核分裂性物質と核的毒物との混合物が核
燃料ペレット中で形成する角度を制御することができる
ため、核的毒物の添加による核燃料ペレットの熱伝導率
への影響を小さくした核燃料ペレットを製造することが
できる。
【００９１】この核燃料ペレットは、従来技術を利用し
て核燃料ペレットに核的毒物を添加した場合に比べ、燃
焼中の核燃料ペレットの温度を低下させることが可能で
あり、燃料の健全性を向上させる効果がある。
【００９２】請求項11の発明によれば、核燃料ペレット
中に分散している核的毒物、または核分裂性物質と核的
毒物との混合物に対して、一般にＵＯ2 より熱伝導率が
劣る核的毒物または核分裂性物質と核的毒物との混合物
の核燃料ペレット中での形状、角度および存在割合を制
御することができるため、核的毒物の添加による核燃料
ペレットの熱伝導率への影響を小さくした核燃料ペレッ
トを製造することができる。
【００９３】この核燃料ペレットは、従来技術を利用し
て核燃料ペレットに核的毒物を添加した場合に比べ燃焼
中の核燃料ペレットの温度を低下させることが可能であ
り、燃料の健全性を向上させる効果がある。
【００９４】請求項12の発明によれば、核燃料ペレット
中に分散している核的毒物または核分裂性物質と核的毒
物との混合物に対し、一般にＵＯ2 より熱伝導率が劣る
核的毒物または核分裂性物質と核的毒物との混合物の核
燃料ペレット中での形状を制御することができ、かつ核
燃料ペレットの母相と核的毒物または混合物との界面で
の割れや空隙の形成を抑えることができるため、核的毒
物の添加による核燃料ペレットの熱伝導率への影響を小
さくした核燃料ペレットを製造することができる。
【００９５】この核燃料ペレットは、従来技術を利用し
て核燃料ペレットに核的毒物を添加した場合に比べ燃焼
中の核燃料ペレットの温度を低下させることが可能であ
り、核燃料の健全性を向上させる効果がある。
【００９６】請求項13の発明によれば、核的毒物を含ん
だ相を分散させて核的毒物の添加による核燃料ペレット
の熱伝導率の低下を抑えた核燃料ペレットを燃料要素内
に装填することにより、核的毒物を単純に添加した従来
の燃料要素に比べ燃焼中の燃料温度を低下させることが
できるため、燃料温度に起因した燃料要素の出力制限を
従来よりも緩和することができる。この燃料要素は、燃
焼中の核燃料ペレットの温度の低減等、燃料要素を使用
する点で従来の燃料要素よりも使用上有利な熱的性質を
与える効果がある。
【００９７】請求項14の発明によれば、燃料要素内で軸
方向出力がその平均値より高い位置の核燃料ペレットの
熱伝導率を部分的に向上させることができ、燃焼中の核
燃料ペレットの温度の低減等、燃料要素を使用する点で
従来の燃料要素よりも使用上有利な熱的性質を与える効
果がある。
【００９８】請求項15の発明によれば、燃料集合体内
で、従来に比べ核燃料ペレットの熱伝導率を向上させて
熱的特性を向上させた燃料要素を使用しているため、従
来の燃料集合体よりも厳しい出力条件下で使用できる集
合体を得ることができる。このため、核的毒物を含む燃
料の燃焼中の核燃料ペレットの温度を従来よりも低下さ
せることが可能になり、燃料の健全性を向上させる効果
がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における核燃料ペレ
ットの金相を示す模式図。
【図２】本発明の作用を説明するための分散相形状とそ
の形状因子との関係を示す特性図。
【図３】同じく、分散相の配向角を示す模式図。
【図４】同じく、ペレットの熱伝導率と分散相形状（形
状因子）とその配向角との関係を示す特性図。
【図５】（ａ）は本発明に係る燃料要素の実施の形態を
説明するための一部断面で示す斜視図、（ｂ）は本発明
に係る燃料集合体の実施の形態を示す斜視図。
【符号の説明】
１…核燃料ペレット、２…Ｇｄ2 Ｏ3 分散相、３…燃料
要素、４…燃料集合体、５…燃料被覆管、６…核燃料ペ
レット、７…上部端栓、８…下部端栓、９…プレナムス
プリング、10…上部タイプレート、11…下部タイプレー
ト、12…スペーサ、13…チャンネルファスナ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 天谷 政樹 茨城県東茨城郡大洗町成田町2163番地 日 本核燃料開発株式会社内 (72)発明者 平井 睦 茨城県東茨城郡大洗町成田町2163番地 日 本核燃料開発株式会社内 (72)発明者 細川 隆徳 茨城県東茨城郡大洗町成田町2163番地 日 本核燃料開発株式会社内 (72)発明者 梁井 康市 茨城県東茨城郡大洗町成田町2163番地 日 本核燃料開発株式会社内 (72)発明者 水谷 千尋 茨城県東茨城郡大洗町成田町2163番地 日 本核燃料開発株式会社内 (72)発明者 大越 由巳 茨城県東茨城郡大洗町成田町2163番地 日 本核燃料開発株式会社内 (72)発明者 大内 敦 茨城県東茨城郡大洗町成田町2163番地 日 本核燃料開発株式会社内

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 核的毒物または核分裂性物質と核的毒物
    との混合物が核分裂性物質中に分散して存在している核
    燃料ペレットにおいて、前記核燃料ペレット中に分散し
    ている前記核的毒物または前記混合物の形状を回転楕円
    体近似した場合、（回転軸／２）／（最大回転半径）が
    １／10以上10以下の範囲にある核的毒物または混合物を
    含むことを特徴とする核燃料ペレット。
  2. 【請求項２】 前記核的毒物または核分裂性物質と核的
    毒物との混合物の形状を回転楕円体近似した場合、（回
    転軸／２）／（最大回転半径）が１／10以上10以下の範
    囲にある核的毒物または核分裂性物質と核的毒物との混
    合物の全核的毒物または全混合物に対する割合が、50％
    から100 ％の範囲にあることを特徴とする請求項１記載
    の核燃料ペレット。
  3. 【請求項３】 核分裂性物質中に核的毒物または核分裂
    性物質と核的毒物との混合物が分散して存在している核
    燃料ペレットにおいて、前記核燃料ペレット中に分散し
    ている核的毒物または核分裂性物質と核的毒物との混合
    物の形状を回転楕円体近似した場合、その回転軸方向と
    核燃料ペレットの径方向のなす角度が45°以上135 °以
    内であることを特徴とする核燃料ペレット。
  4. 【請求項４】 前記核的毒物または核分裂性物質と核的
    毒物との混合物の形状を回転楕円体近似した場合、その
    回転軸方向と核燃料ペレットの径方向のなす角度が45°
    以上135 °以内にある核的毒物または核分裂性物質と核
    的毒物との混合物を、全核的毒物または全混合物に対し
    50％以上100 ％以下の割合で含むことを特徴とする請求
    項３記載の核燃料ペレット。
  5. 【請求項５】 核的毒物または核分裂性物質と核的毒物
    との混合物の形状を回転楕円体近似した場合、その回転
    軸方向と核燃料ペレットの径方向のなす角度が45°以上
    135 °以内にある核的毒物または核分裂性物質と核的毒
    物との混合物を、全核的毒物または全混合物に対し50％
    以上100 ％以下の割合で含み、かつ回転軸方向が同一の
    方向を向いている核的毒物または核分裂性物質と核的毒
    物との混合物の全核的毒物または全混合物に対する割合
    が、50％以上100 ％以下にあることを特徴とする核燃料
    ペレット。
  6. 【請求項６】 核分裂性物質中に核的毒物または核分裂
    性物質と核的毒物との混合物が分散して存在している核
    燃料ペレットにおいて、前記核燃料ペレット中に分散し
    ている核的毒物または核分裂性物質と核的毒物との混合
    物の形状を回転楕円体近似した場合、（回転軸／２）／
    （最大回転半径）が１／10以上10以下の範囲にある核的
    毒物または核分裂性物質と核的毒物との混合物の全核的
    毒物または全混合物に対する割合が、50％から100 ％の
    範囲にあり、その回転軸方向と核燃料ペレットの径方向
    のなす角度が45°以上135 °以内にある核的毒物または
    核分裂性物質と核的毒物との混合物を、全核的毒物また
    は全混合物に対し50％以上100 ％以下の割合で含むこと
    を特徴とする核燃料ペレット。
  7. 【請求項７】 核分裂性物質中に核的毒物または核分裂
    性物質と核的毒物との混合物が分散して存在している核
    燃料ペレットにおいて、前記核燃料ペレット中に分散し
    ている核的毒物または核分裂性物質と核的毒物との混合
    物の形状を回転楕円体近似した場合、（回転軸／２）／
    （最大回転半径）が１／10以上10以下の範囲にある核的
    毒物または核分裂性物質と核的毒物との混合物の全核的
    毒物または全混合物に対する割合が50％から100 ％まで
    あり、その回転軸方向と核燃料ペレットの径方向のなす
    角度が45°以上135 °以内にある核的毒物または核分裂
    性物質と核的毒物との混合物を、全核的毒物または全混
    合物に対し50％以上100％以下の割合で含み、かつ回転
    軸方向が同一の方向を向いている核的毒物または核分裂
    性物質と核的毒物との混合物の全核的毒物または全混合
    物に対する割合が50％以上100 ％以下にあることを特徴
    とする核燃料ペレット。
  8. 【請求項８】 前記核燃料ペレットの気孔率は９％から
    0.5 ％であることを特徴とする請求項１ないし７記載の
    核燃料ペレット。
  9. 【請求項９】 核分裂性物質を含む核燃料ペレットの製
    造方法において、前記核分裂性物質の粉末に、予め形状
    が（回転軸／２）／（最大回転半径）が１／10以上10以
    下の範囲になるよう調整された核的毒物または核分裂性
    物質と核的毒物との混合物を添加して圧粉成形体とした
    のち、この圧粉成形体を焼結することを特徴とする核燃
    料ペレットの製造方法。
  10. 【請求項１０】 前記圧粉成形体内で分散している核的
    毒物または核分裂性物質と核的毒物との混合物の形状を
    回転楕円体近似した場合、回転軸方向が同一の方向を向
    いている核的毒物または核分裂性物質と核的毒物との混
    合物の全核的毒物または全混合物に対する割合が、50％
    以上100 ％以下であることを特徴とする請求項９記載の
    核燃料ペレットの製造方法。
  11. 【請求項１１】 核分裂性物質と核的毒物の混合粉末、
    または核分裂性物質と核的毒物との混合物の混合粉末を
    圧粉成形して圧粉成形体とし、この圧粉成形体を1000℃
    以上1800℃以下の温度で、かつ−600 kJ／mol 以上−25
    0 kJ／mol 以下の酸素ポテンシャルを有する雰囲気で焼
    結することを特徴とする核燃料ペレットの製造方法。
  12. 【請求項１２】 前記核的毒物または核分裂性物質と核
    的毒物との混合物の周囲に０℃以上1000℃以下の温度で
    分解または蒸発する物質を被覆した後に核分裂性物質と
    混合し、圧粉成形して圧粉成形体とし、この圧粉成形体
    を焼結することを特徴とする請求項９ないし請求項11記
    載の核燃料ペレットの製造方法。
  13. 【請求項１３】 核燃料ペレットを燃料被覆管内に封入
    した燃料要素において、前記核燃料ペレット内に分散し
    ている核的毒物または核分裂性物質と核的毒物との混合
    物の形状を回転楕円体近似した場合、（回転軸／２）／
    （最大回転半径）が１／10以上10以下の範囲にある核的
    毒物または核分裂性物質と核的毒物との混合物の全核的
    毒物または全混合物に対する割合が50％から100 ％まで
    あり、その回転軸方向と核燃料ペレットの径方向のなす
    角度が45°以上135 °以内にある核的毒物または核分裂
    性物質と核的毒物との混合物を、全核的毒物または全混
    合物に対し50％以上100 ％以下の割合で含み、かつ回転
    軸方向が同一の方向を向いている核的毒物または核分裂
    性物質と核的毒物との混合物の全核的毒物または全混合
    物に対する割合が50％以上100 ％以下にあることを特徴
    とする核燃料ペレットを、前記燃料被覆管内の少なくと
    も一部分に封入してなることを特徴とする燃料要素。
  14. 【請求項１４】 核燃料ペレットを燃料被覆管内に封入
    した燃料要素において、前記核燃料ペレット内に分散し
    ている核的毒物または核分裂性物質と核的毒物との混合
    物の形状を回転楕円体近似した場合、（回転軸／２）／
    （最大回転半径）が１／10以上10以下の範囲にある核的
    毒物または核分裂性物質と核的毒物との混合物の全核的
    毒物または全混合物に対する割合が50％から100 ％まで
    あり、その回転軸方向と核燃料ペレットの径方向のなす
    角度が45°以上135 °以内にある核的毒物または核分裂
    性物質と核的毒物との混合物を、全核的毒物または全混
    合物に対し50％以上100 ％以下の割合で含み、かつ回転
    軸方向が同一の方向を向いている核的毒物または核分裂
    性物質と核的毒物との混合物の全核的毒物または全混合
    物に対する割合が50％以上100 ％以下にある核燃料ペレ
    ットを、燃料要素の軸方向出力を平均した値を超える部
    分に配置してなることを特徴とする燃料要素。
  15. 【請求項１５】 請求項13ないし請求項14記載の燃料要
    素を組み込んでなる燃料集合体において、前記燃料要素
    の少なくとも一部に、前記核燃料ペレット中に分散して
    いる核的毒物または核分裂性物質と核的毒物との混合物
    の形状を回転楕円体近似した場合、（回転軸／２）／
    （最大回転半径）が１／10以上10以下の範囲にある核的
    毒物または核分裂性物質と核的毒物との混合物の全核的
    毒物または全混合物に対する割合が50％から100 ％まで
    あり、その回転軸方向と核燃料ペレットの径方向のなす
    角度が45°以上135 °以内にある核的毒物または核分裂
    性物質と核的毒物との混合物を、全核的毒物または全混
    合物に対し50％以上100 ％以下の割合で含み、かつ回転
    軸方向が同一の方向を向いている核的毒物または核分裂
    性物質と核的毒物との混合物の全核的毒物または全混合
    物に対する割合が50％以上100 ％以下にある核燃料ペレ
    ットを用いた多数本の燃料要素を上下タイプレートに固
    定して組み込んでなることを特徴とする燃料集合体。
JP27777399A 1999-09-30 1999-09-30 核燃料ペレットと、その製造方法と、その燃料要素および燃料集合体 Pending JP2001099971A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP27777399A JP2001099971A (ja) 1999-09-30 1999-09-30 核燃料ペレットと、その製造方法と、その燃料要素および燃料集合体

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP27777399A JP2001099971A (ja) 1999-09-30 1999-09-30 核燃料ペレットと、その製造方法と、その燃料要素および燃料集合体

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2001099971A true JP2001099971A (ja) 2001-04-13

Family

ID=17588132

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP27777399A Pending JP2001099971A (ja) 1999-09-30 1999-09-30 核燃料ペレットと、その製造方法と、その燃料要素および燃料集合体

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2001099971A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008145285A (ja) * 2006-12-11 2008-06-26 Global Nuclear Fuel-Japan Co Ltd 大粒径ガドリニア分散燃料ペレット、燃料棒および燃料集合体
CN108885907A (zh) * 2016-03-29 2018-11-23 奥卓安全核能公司 用可燃毒物作为烧结助剂制成的全陶瓷微封装燃料

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008145285A (ja) * 2006-12-11 2008-06-26 Global Nuclear Fuel-Japan Co Ltd 大粒径ガドリニア分散燃料ペレット、燃料棒および燃料集合体
CN108885907A (zh) * 2016-03-29 2018-11-23 奥卓安全核能公司 用可燃毒物作为烧结助剂制成的全陶瓷微封装燃料
CN108885907B (zh) * 2016-03-29 2023-12-22 奥卓安全核能公司 用可燃毒物作为烧结助剂制成的全陶瓷微封装燃料

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI746754B (zh) 經燒結之核燃料丸，燃料棒，燃料組件及製造經燒結之核燃料丸的方法
KR101733832B1 (ko) 핵연료, 핵연료 요소, 핵연료 어셈블리 및 핵연료의 제조 방법
JPS61134689A (ja) 原子炉燃料棒集合体
US6808656B2 (en) Method of producing a nuclear fuel sintered body
US11456083B2 (en) Nuclear fuel pellet, a fuel rod, and a fuel assembly
US10811156B2 (en) Device and method for enhanced iridium gamma radiation sources
US3019176A (en) Fuel element
US20130223582A1 (en) Fabrication method of burnable absorber nuclear fuel pellets and burnable absorber nuclear fuel pellets fabricated by the same
JP2001099971A (ja) 核燃料ペレットと、その製造方法と、その燃料要素および燃料集合体
US11062810B2 (en) Manufacture of large grain powders with granular coatings
US4749529A (en) Method of manufacturing sintered nuclear fuel bodies
JP2544363B2 (ja) 可燃性熱中性子吸収要素
JP3919929B2 (ja) 核燃料ペレットと、その製造方法と、その燃料要素および燃料集合体
JPS5840158B2 (ja) 原子炉で使用する可燃性毒物質棒
JP2002181975A (ja) 燃料ペレットと、その製造方法と、その燃料要素および燃料集合体
CA1100302A (en) High performance nuclear fuel element
JP2000502809A (ja) 高燃焼度の原子炉燃料要素およびその製造方法
JP4080199B2 (ja) 核燃料ペレットの製造方法、その核燃料ペレットを使用した燃料要素、及び燃料集合体
JP2981580B2 (ja) 核燃料体の製造方法
JPH041594A (ja) 核燃料ペレットおよびその製造方法
CN111710443B (zh) 一种金刚石复合核燃料芯块及其制备方法
JP2000292576A (ja) 核燃料ペレット及びその製造方法並びに核燃料要素及び核燃料集合体
JPS58147678A (ja) 核燃料要素
Walker et al. MOX fuel irradiation behaviour: Results from X-ray microbeam analysis
US3362914A (en) Uranium carbide-plutonium phosphide as a reactor fuel

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20060111

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20070316

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20081111

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090224

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20090630