JP2002533735A - 燃料組立体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 頂部連結プレート５および底部連結プレート６の間、すなわち底部連結プレートから頂部連結プレート５へ向かって延在する複数の燃料棒４，４ａ，４ｂ，４ｄを含んで成る軽水炉用燃料組立体。各燃料棒４，４ａ，４ｂ，４ｄは第１および第２端部を有するクラッド管７ａを含み、クラッド管７ａは複数のペレット７ｂに分けられた核分裂性物質の柱状体を包囲している。少なくとも１つの燃料棒４，４ａ，４ｂは全数の燃料ペレット７ｂの主要部分の間に配置された軸線方向間隙１９を含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 （技術分野） 本発明は、複数の燃料棒が頂部連結プレートと底部連結プレートとの間に延在
して成る実質的に正方形の横断面を有する軽水炉用燃料組立体に関するものであ
る。各燃料棒は核分裂性物質の柱状体を含む。燃料棒の少なくとも１つでは、核
分裂性物質の柱状体が短いセグメント（分割部分）に分けられ、セグメント間に
軸線方向の間隙が形成される。

【０００２】 （背景技術） 軽水によって減速が行われる原子炉では、燃料は燃料棒として形成される。各
燃料棒は、クラッド管（被覆管）内に配置されている核燃料物質から成るペレッ
トのスタック（集積体）、押出し成形された燃料シリンダを有する柱状体、また
は加振により稠密化した中断のない柱状体を含む。燃料束は、或る一定の、通常
は対称パターンのいわゆる格子に互いに平行に配列した複数の燃料棒を含んで成
る。燃料棒は頂部を頂部連結プレートで、また底部を底部連結プレートで保持さ
れる。燃料棒を互いに間隔を隔てて保持し、また燃料棒が原子炉の運転時に曲が
りや振動を生じるのを防止するために、多数のスペーサが燃料束の長手方向に沿
って配置される。燃料組立体は１以上の燃料束を含み、各燃料束は燃料組立体の
長さの主要部分に沿って延在する。

【０００３】 燃料組立体は複数の他の燃料組立体とともに炉心に配置される。炉心は水中に
沈められ、この水は冷媒および中性子減速材の両方として働く。

【０００４】 運転時には水が下方から上方へと燃料組立体を通して流され、沸騰水型原子炉
では、これによって水の一部が蒸気になる。蒸気の比率は燃料組立体の頂部へ向
かって次第に高まる。この結果、燃料組立体の下部における冷媒は水を含むのに
対し、燃料組立体の上部における冷媒は蒸気水の両方を含む。

【０００５】 核燃料物質の核分裂時に、核分裂ガスが形成される。さらに、燃料物質の柱状
体はその燃料物質に生じた熱のために膨張する。核分裂ガスおよび燃料ペレット
の柱状体の熱膨張を処理するために、周知の完全長さの燃料棒、すなわち４ｍ程
度の寸法の燃料棒では、通常は比較的大きい空間の軸線方向間隙がクラッド管内
の最上位燃料ペレットの上に形成される。この軸線方向間隙は２００〜３００ｍ
ｍ程度の長さ寸法である。したがって、核分裂ガスが該軸線方向間隙へ拡散し、
燃料ペレットの柱状体はこの間隙に膨張する。

【０００６】 米国特許第３６７１３９３号は、燃料物質の柱状体を収容したクラッド管をそ
れぞれが含む燃料棒を含んで成る燃料組立体を記載している。燃料物質の柱状体
では、その燃料物質の柱状体を細長いセグメントに分けるために燃料物質から離
れてスペーサが配置される。スペーサの少なくとも一方の端部は破壊抵抗が小さ
くなるように形成され、これにより細長いセグメントはスペーサを変形させるこ
とでクラッド管の長手方向に膨張できる。

【０００７】 燃料組立体の下部における水の形態をした冷媒と、燃料組立体の上部における
蒸気および水である冷媒とに関する、燃料組立体の上部および下部の間の上述し
た相違は、燃料組立体を設計するときに考慮しなければならない特別な状態を生
じる。

【０００８】 例えば、燃料組立体の上部と下部の間の相違は、簡単な方法としては最適な状
態が得られるように燃料組立体の上部を下部と相違させた実施例を与える可撓性
の燃料組立体によって考慮される。これらの特徴を有する沸騰水型原子炉の燃料
組立体が、ＰＣＴ／ＳＥ９５／０１４７８（国際公開番号ＷＯ９６／２０４８３
）に開示されている。その燃料組立体は、重ねた複数の燃料ユニットを含んで成
り、各々の燃料ユニットは頂部連結プレートと底部連結プレートとの間を延在す
る複数の燃料棒を含む。各燃料ユニットは３００〜１５００ｍｍ程度の長さ寸法
である。この場合にも、核分裂ガスおよび燃料物質の熱膨張を処理するために軸
線方向間隙が燃料物質に配置されねばならない。燃料ユニットは実質的に正方形
横断面を有する共通の燃料管によって包囲される。この形式の燃料組立体は簡単
な方法で上部および下部のさまざまな実施例を与えられることができる。

【０００９】 加圧水型軽水炉においても、各燃料組立体が重なった複数の燃料ユニットを含
むように燃料組立体を設計することが適当である。上述したように、各個の燃料
ユニットは頂部連結プレートと底部連結プレートとの間を延在する複数の燃料棒
を含むことになる。しかしながら、加圧水型原子炉の燃料組立体はいかなる燃料
管も含まない。

【００１０】 短い燃料棒と同じように完全長さの軸線方向間隙を設計するときに考慮しなけ
ればならない１つの要素は、その軸線方向間隙の周囲の領域におけるクラッド管
の温度が、クラッド管のそれ以外の部分の温度よりも低いということである。何
故なら、軸線方向間隙には核分裂性物質が配置されていないからである。この結
果として生じる問題は、一般にジルコニウム基合金で作られるならば、とりわけ
クラッド管が腐食した場合に、水素が発生され、それが吸収されて、冷たい領域
に拡散することである。水素濃度がこの領域で高く成りすぎた場合、クラッディ
ング材料に水素化物を形成し、その材料を脆弱化させる。酷い場合には、クラッ
ド管に穴が形成され、核分裂性物質が冷却水中に入り込む。同様な問題は、米国
特許第３６７１３９３号におけるスペーサを含む燃料物質の長手方向のセグメン
ト間の領域、ならびにＰＣＴ／ＳＥ９５／０１４７８のように互いの頂部に重ね
られた２つの燃料ユニットの間の領域にも生じる。水素濃度が高すぎることによ
り脆弱化する危険性は、或る限界までは軸線方向間隙の寸法とともに増大する。

【００１１】 解放された核分裂ガスは軸線方向間隙の温度をさらに低下させることに寄与す
る。これは、核分裂ガスが軸線方向間隙に存在するガスの熱伝導率を低下させる
という事実による。燃料物質とクラッド管との間に形成された間隙でも同じであ
り、これにより燃料物質の外面とクラッド管の内面との間の温度差が増大する。

【００１２】 各種方法での核分裂ガスの解放減少は周知である。１つの方法は、燃料ペレッ
トに分けられた燃料物質の柱状体に、燃料ペレットの長手方向に貫通穴を形成し
た１つの燃料ペレットを備えることである。このようにして、各燃料ペレットの
温度は低下され、これにより核分裂ガスの解放は減少され、ペレットの柱状体に
おける軸線方向間隙は減少される。軸線方向間隙は、３００ｍｍ程度の長さ寸法
を有する燃料棒で数ミリメートル程度から二十数ミリメートルまたは三十数ミリ
メートルまでの寸法に制限され、燃料ペレットの柱状体の熱膨張を許容する。貫
通穴を備えたペレットの欠点は、製造が複雑なことである。そのために、核分裂
性物質に軸線方向間隙を配置することが望ましい。

【００１３】 燃料棒に軸線方向間隙を設計するときに考慮しなければならない他の要素は、
局部的な出力ピークが発生することである。出力ピークは、核分裂性物質および
中性子吸収物質の無いこの領域で減速が非常に良好なために生じる。この結果と
して軸線方向間隙に隣接する燃料物質における出力が非常に高くなり、すなわち
出力ピークが生じる。出力ピークは軸線方向間隙の寸法につれて増大する。

【００１４】 本発明の目的は、複数の完全長さの燃料棒とおそらく部分長さの燃料棒とを有
する燃料組立体を提供し、またそれぞれが燃料棒を有し、１以上の燃料棒は出力
ピークを極小化させるために核分裂可能な燃料物質中に軸線方向間隙がデザイン
されている複数の短い燃料ユニットを含んで成る燃料組立体を提供することであ
る。

【００１５】 （発明の概要、利点） 本発明は複数の燃料棒を含む燃料組立体に関する。各燃料棒はクラッド管で包
囲された核分裂可能な燃料物質の柱状体を含む。燃料物質の柱状体には、運転時
に生じた核分裂ガスを受け入れ、クラッド管の長手方向における燃料物質の熱膨
張を許容するために、軸線方向に分散させて複数の間隙が配置される。

【００１６】 本発明のこの実施例では、核燃料物質は複数の実質的に円形の円柱状ペレット
に分けられており、ペレットはクラッド管内に互いに重ねて配置されている。ク
ラッド管は各端をプラグにより、さらに正確には頂部プラグおよび底部プラグに
よってシールされている。

【００１７】 燃料物質の柱状体のペレットの大部分は、各端に燃料物質、黒鉛、金属または
燃料物質とは異なる酸化物による少なくとも２つの突起を形成されている。これ
らの突起はペレットの端部から長手方向へ突出している。これらの突起はペレッ
ト端部、すなわちペレット端部の半径方向外側部分に円周方向に配置されること
が好ましい。突起は、ペレット端部からの距離につれて横断面積が減少されるこ
とで特徴的に尖らせて形成される。突起の特徴的な尖った形状は互いに影響し合
うのを防止することを目的とする。第１のペレット端部の２つの突起が第２のペ
レット端部に対して配置され、第２のペレット端部には第１のペレット端部に向
けて配置された２つの突起が備えられている場合、２つのペレット間に４つの別
々の接触点が得られる。長手方向の突起の長さが２つのペレットの間隔距離、す
なわち２つのペレット間の軸線方向間隙を定める。このように形成された軸線方
向間隙は少なくとも部分的に変形可能である。ペレットの長手方向における燃料
物質の熱膨張により、突起の材料および／またはそれぞれのペレット端部は圧縮
され、これにより軸線方向間隙が変形されて縮小される。突起が全体的に変形す
ることを許容しないので、軸線方向間隙の一部は核分裂ガスを受け入れるために
残される。

【００１８】 本発明の有利な実施例では、記載した突起はペレット柱状体における全ペレッ
トの各端に配置される。このように、燃料棒に少数の間隙が配置されただけの場
合よりも各々の軸線方向間隙はかなり小さくなり、これにより核燃料物質の軸線
方向間隙のために生じる出力ピークは極小化される。

【００１９】 燃料棒の上端部および下端部、すなわち互いに重なった２つの燃料ユニットの
間の出力ピークをさらに減少させるために、それらの領域の燃料ペレットは他の
燃料ペレットよりも小さい直径に形成される。燃料ペレットとクラッド管との間
に環状間隙が形成されるのを防止するために、燃料ペレットおよびクラッド管を
包囲する燃料棒のその部分は、燃料ペレットと同じ軸線方向長さを同じ小さな直
径に形成される。これに代えて、その領域における燃料ペレットは低い濃度を与
えられる。

【００２０】 本発明の他の実施例では、燃料棒は、燃料物質の柱状体におけるペレットの主
要部分の間にペレットとは別体のスペーサ部材（間隔取り部材）を含む。このス
ペーサ部材は、例えば黒鉛、金属、または多孔質セラミックスで形成される。ス
ペーサ部材は２つのペレット間で中央に、または２つのペレット間で円周方向に
、すなわちそれぞれのペレット端部の半径方向外側部分の間に配置されて形成さ
れる。スペーサ部材はペレット柱状体の各ペレット間に配置されることが好まし
い。ペレット柱状体の上部ペレットと頂部プラグとの間、およびペレット柱状体
の下部ペレットと底部プラグとの間にはスペーサ部材が配置されないことが好ま
しい。

【００２１】 本発明の１つの利点は、軸線方向間隙が燃料棒の上部および下部にはないとい
うことである。互いに重ねられた複数の短い燃料ユニットに燃料棒が配置されて
いる場合、互いに重ねられた２つの燃料ユニットの間に形成された核分裂性物質
の存在しない領域は、従って減速が良すぎるためにその領域に生じる局部的な出
力ピークも、減少される。

【００２２】 他の利点は、多数の軸線方向間隙が得られるように、例えば各ペレット間に軸
線方向間隙が得られるようにペレット柱状体に沿って不可欠な軸線方向間隙が分
散配置され、これにより軸線方向間隙内での出力ピークが極小化されるというこ
とである。同時に、軸線方向間隙での水素濃度が高く成りすぎる危険は減少され
る。

【００２３】 ペレット間でスペーサ部材を円周方向に配置する利点は、軸線方向間隙を包囲
する材料の温度がスペーサ部材の無い軸線方向間隙の温度に比べて多少上昇する
ことに対して少なくとも或る程度寄与することである。温度の上昇は、スペーサ
部材が軸線方向間隙に面するペレットに発生した熱の一部をクラッド管に伝達さ
せるという事実による。この温度上昇により、軸線方向間隙で高くなる水素濃度
の危険がさらに減少する。

【００２４】 他の利点は、燃料棒の製造時においてすら、スペーサ部材および突起はペレッ
ト柱状体の或る長さ公差を累積できることである。これは、頂部プラグをクラッ
ド管に挿入するときに、スペーサ部材および突起をそれぞれ変形させてペレット
柱状体を或る程度圧縮することで達成される。これは、個々の燃料ペレットの長
さ公差に関する要求条件の減少をともなう。

【００２５】 （好ましい実施例の説明） 図１は本発明の特に有利な実施例を示す。さらに詳しくは、図１は沸騰水型の
燃料組立体１を示しており、燃料組立体は上部ハンドル１と、下端部２と、互い
に重ねられた複数の燃料ユニット３とを含む。燃料ユニット３の各々は複数の燃
料棒４を含み、燃料棒は所定の格子に互いに平行且つ定められた距離を隔てて配
列されている。燃料ユニット３の各々は、格子におけるそれぞれの位置に燃料棒
４を取り付けるために、頂部連結プレート５および底部連結プレート６をさらに
含む。燃料ユニット３は燃料組立体の長手方向に沿って互いに重ねられ、また１
つの燃料ユニット３の頂部連結プレート５が重ねられた次の燃料ユニット３の底
部連結プレート６に対面するように、また全ての燃料ユニット３の燃料棒４が互
いに平行になるように、重ねられる。燃料棒４はクラッド管７ａ内に配置された
ウラン製の燃料ペレット７ｂのスタックとされた燃料を含む。クラッド管７ａは
ジルコニウム基合金で適当に作られる。冷媒が燃料組立体を通って下方から上方
へ流される。

【００２６】 図２ａは実質的に正方形の横断面を有する燃料管８に燃料組立体が封入されて
いることを示す。燃料管８は円形横断面を有する中空の支持部材９を備えており
、支持部材は燃料管８の４つの壁に対して固定されている。支持部材９で形成さ
れる中央チャンネル１４内には減速材である水が流される。支持部材を備えた燃
料管は、少なくとも実質的に正方形の横断面を有するいわゆる副チャンネルであ
る４つの垂直なチャンネル形成部分１０を包囲している。４つの副チャンネルは
それぞれ燃料ユニット３のスタックを含む。各燃料ユニット３は対称的な５ｘ５
格子に配列された２４本の燃料棒４を含む。

【００２７】 図２の燃料組立体は、１０ｘ１０個の燃料棒位置を含む。燃料棒位置とは、格
子での位置を意味する。格子における全ての燃料棒位置を燃料棒４が占める必要
はない。或る種の燃料組立体では、燃料棒４の本数は上部ハンドル１以上の水チ
ャンネルと交換されている。水チャンネルの導入は燃料棒４の本数を変化させる
が、燃料棒位置の個数は変化させない。

【００２８】 図２ａは本発明による燃料組立体の他の実施例を示す。図２ａは、燃料組立体
を通して下方から上方へ垂直方向に水を導く垂直チャンネル１４ａを内部に配列
して備えた燃料組立体を通る水平断面を示す。チャンネル１４ａは実質的に正方
形横断面をしたチューブ９ａで包囲されている。燃料ユニット３は垂直チャンネ
ルを包囲するチューブ上に嵌合されることで所定位置に保持される。

【００２９】 図２ｂは本発明による燃料組立体の付加的な実施例を示す。同図は、燃料組立
体を通して下方から上方へ水を導く２本の垂直水ロッド１４ｂを中央に配列して
備えた燃料組立体を通る水平断面を示す。水ロッド１４は、燃料棒４の直径より
も僅かに大きい直径を有しており、実質的に円形横断面を有して形成される。燃
料ユニット３は水ロッド１４ｂ上に嵌合されることで所定位置に保持される。

【００３０】 図３は正方形横断面をした加圧水型の燃料組立体を示す。図１の燃料組立体と
同様に、互いに重ねられた複数の燃料ユニット３を含む。各燃料ユニット３は複
数の燃料棒４を含み、燃料棒は平行且つ互いに定めた距離を隔てて所定の格子に
配列される。各燃料ユニット３は、燃料棒４を格子のそれぞれの位置に取り付け
るための頂部連結プレート５および底部連結プレート６をさらに含む。燃料ユニ
ット３は燃料組立体の長手方向に沿って互いに重ねられ、また１つの燃料ユニッ
ト３の頂部連結プレート５がスタックにおける次の燃料ユニット３の底部連結プ
レート６に対面するように、また全ての燃料ユニット３の燃料棒４が互いに平行
となるように、燃料ユニット３は重ねられる。燃料棒４はクラッド管７ａ内に配
置されたウランの燃料ペレット７ｂのスタックとされた核分裂性物質を含む。冷
媒が燃料組立体を通して解放から上方へ流される。多数のいわゆる制御棒ガイド
・チューブ４ｂが燃料組立体の全体を通って延在して配置される。制御棒ガイド
・チューブ４ａは指形の制御棒（図示せず）を受け入れることを意図されており
、制御棒は原子炉の出力を制御する目的で制御棒ガイド・チューブ４ａに挿入さ
れるか、制御棒ガイド・チューブから抜き出される。ガイド・チューブは頂部１
５と底部１６の間を延在する。頂部１５は燃料組立体の最上位置にある燃料ユニ
ット３よりも上方に配置され、底部１６は燃料組立体の最下燃料ユニット３より
も下方に位置される。燃料ユニット３は制御棒ガイド・チューブ４ｂ上に嵌合さ
れることで所定位置に保持される。

【００３１】 図４は図１、図２または図３による燃料組立体の燃料棒４の一部を示す。燃料
棒４は上述のようにクラッド管７ａと、その内部に配置された燃料ペレット７ｂ
のスタックとを含む。クラッド管７ａは頂部を頂部プラグ１７で、また底部を底
部プラグ１８でシールされる。燃料棒４は複数の内部キャビティ、すなわち軸線
方向間隙１９を形成されており、軸線方向間隙は核分裂ガスを溜めることを意図
され、また燃料ペレット７ａの柱状体の熱膨張を可能にすることを意図される。

【００３２】 図５ａおよび図５ｂは、各端に突起７ｃを備えた燃料ペレットを示している。
図示実施例では、燃料ペレットはその端部の各々に３つの突起を備えている。突
起７ｃは燃料ペレットの材料に形成されることが好ましい。突起７ｃは従って、
例えば燃料ペレット７ｂの製造時に突起７ｃを含めてモールド内で材料を圧縮し
た後、燒結することで達成される。突起７ｃが燃料物質とは異なる材料、例えば
金属、黒鉛、または燃料物質とは異なる酸化物で作られる場合、燃料ペレット７
ｂを圧縮および燒結した後に、突起７ｃが燃料ペレット７ｂに配置される。その
後突起７ｃは、例えばプラズマ噴射、ガス溶着技術、またはいわゆるスパッタリ
ング技術によって燃料ペレット７ｂに配置されることができる。

【００３３】 突起７ｃは燃料ペレットの周縁に、突起間隔距離が実質的に均等となるように
配置される。軸線方向間隙１９の軸線方向の長さは、少なくとも最初は、燃料棒
の長手方向の突起７ｃの長さによって定められる。互いに隣接して配置される２
つの突起７ｃは、１つの燃料ペレット７ｂの突起７ｃが隣接して配置される燃料
ペレット７ｂの突起７ｃと接触しないように位置される。突起７ｃを特徴的に形
成することで、すなわち燃料ペレット７ｂの長手方向および横方向の両方におい
て小さく形成することで、２つの隣接して配置される燃料ペレット７ｂの突起７
ｃが互いに接触して配置されることを自然に防止する形状が得られる。２つの突
起７ｃの先端が互いに対向配置されるべき場合には、それらの突起は、燃料ペレ
ット７ｂが互いに対して回転されてそれぞれの燃料ペレット７ｂの突起７ｃが互
いにスライドするようになされて、これによりペレット間の距離が長手方向にお
ける突起７ｃの長さに実質的に等しくなされる。さらに、突起７ｃの特徴的な形
状は小さな接触面を与え、これにより突起を変形させるために必要な、および燃
料棒の長手方向における軸線方向間隙１９の長さを減少させるために必要な力だ
けが適当とされねばならない。燃料ペレット７ｂの柱状体が熱膨張によって伸び
た場合には、突起７ｃ、および／または突起７ｃの配置されるペレット端部によ
って軸線方向間隙１９は減少される。

【００３４】 好ましい実施例では、燃料ペレット７ｂはカップ形の上端面および下端面（符
号１９ａを参照）を形成される。熱膨張により燃料ペレット７ｂは外側の冷たい
部分よりも中央の熱い部分の方が大きく伸長する。カップ形１９ａは従って、軸
線方向間隙１９がこの目的で使用される前にある程度熱膨張を許容する。さらに
、カップ形１９は核分裂ガスが溜められる空間を必然的に形成する。

【００３５】 燃料ペレット７ｂのカップ形１９ａにより、小さな軸線方向間隙１９、すなわ
ちペレット端部の周縁部分の間隔距離で、熱膨張に対して、また解放された核分
裂ガスを溜めることに対して十分とされる。カップ形１９ａは燃料物質を燃料ペ
レットに圧縮加工するときに形成され、圧縮されたペレットは燒結される。

【００３６】 図６ａおよび図６ｂは本発明の他の実施例を示す。図６は、スペーサ部材７ｄ
が各突起７ｃの間に配置された燃料ペレット７ｂのスタックをさらに正確に示し
ている。６個から明白となるように、スペーサ部材７ｄは任意の横断面積を有す
る環状部材として形成される。スペーサ部材７ｄは燃料ペレットの燃料物質に対
して変形可能な材料で形成されるのが好ましい。スペーサ部材の材料は、実質的
に黒鉛を含むことが好ましい。スペーサ部材の材料はその代わりに、例えば金属
または多孔質セラミックスで構成できる。この実施例の利点は、円周方向スペー
サ部材およびクラッド管の間の熱伝達が図４および図７に示した実施例に比べて
改善されることである。

【００３７】 図７は本発明の実施例を示す。さらに詳しくは、図７はスペーサ部材７ｅが突
起７ｃの間の中央に配置された燃料ペレット７ｂのスタックを示す。スペーサ部
材７ｄは球形部材として実質的に形成される。図６を参照して説明した実施例に
似て、球形部材は燃料ペレットの燃料物質に対して変形可能な材料で形成される
。スペーサ部材のこの材料は実質的に黒鉛を含むことが好ましい。スペーサ部材
の材料はその他に、例えば金属または多孔質セラミックスを含んで成ることがで
きる。

【００３８】 燃料棒の軸線方向間隙を燃料ペレット７ｂの主要部分の間に配置された複数の
軸線方向間隙１９，１９ａに分けることで、出力ピーク、およびそれに関連した
クラッディング破損が極少化される。さらに、燃料ペレット７ｂが熱膨張によっ
て軸線方向に伸長する可能性が許容される。熱膨張は多数の燃料ペレット７ｃの
主要部分の間に生じるので、頂部プラグをクラッド管に挿入するときに圧縮され
て、頂部プラグ１７とその頂部プラグ１７に対面配置されたペレット端部との間
に非常に小さい軸線方向間隙１９が形成されるように、ペレット柱状体を寸法決
めすることが許容される。これにより、頂部プラグ１７と柱状体における最上位
置の燃料ペレット７ｂとの間に軸線方向間隙１９が形成される危険は極少化され
る。

【００３９】 図４は燃料棒４における最上位置および最下位置の燃料ペレット７ｂが貫通穴
２３を形成されていることを示す。この実施例によれば、燃料ペレット７ｂの最
高温度は、良好な減速のために出力ピークが生じる領域、すなわち燃料ユニット
３の間の間隙１９ｃにおいて低下される（図１および図３を参照）。同時に、解
放される核分裂ガスの量は減少され、その解放された核分裂ガスを溜める空間が
燃料ペレット７ｂの内方に形成される。

【００４０】 本発明はまた、本発明による少なくとも１本の燃料棒を含む燃料組立体に関す
る。本発明の他の実施例では、図４、図６または図７に示された形式の燃料棒は
燃料組立体に束として配列される。本発明のさらに他の実施例によれば、全ての
燃料棒は同じ形式、すなわち図４、図６または図７に示された形式のいずれかで
あり、本発明の他の実施例では燃料組立体は少なくとも２つの異なる形式の燃料
棒を含み、この少なくとも２つの形式とは図４、図６または図７に示された燃料
棒で構成される。

【００４１】 ４００ｍｍ程度の長さ寸法の燃料ユニット３は、少なくとも燃料ペレットの主
要部分の間に軸線方向間隙１９を備えた燃料棒４で構成される。長手方向におい
て燃料ペレット７ｂが１０ｍｍ程度の長さ寸法を有する場合には、軸線方向間隙
１９の変形可能部分は燃料棒の長手方向に０．１〜０．２ｍｍの長さを有する。
これは燃料棒４の全長の１〜２％に相当した軸線方向間隙の変形可能部分の軸線
方向全長を与える。

【００４２】 図８は本発明の他の実施例を示す。さらに詳しくは、図８は沸騰水型の燃料組
立体を示しており、図１に示した燃料組立体の部分に相当する部分には同じ符号
が付されている。横断面において図８の燃料組立体は、例えば図２、図２ａおよ
び図２ｂに示したのと同じようにして形成される。図８に示された燃料組立体は
完全長さの燃料棒４ａを含む。本発明の上部ハンドル１実施例では、少なくとも
１本の完全長さの燃料棒４ａは部分長さの燃料棒４ｂで置き換えられる。燃料棒
４ｂは底部連結プレート６に配置され、頂部連結プレート５に向かって上方へ延
在するが頂部連結プレート５に達していない。燃料棒４ａ，４ｂは従来のスペー
サ１３で間隔を隔てられて保持される。

【００４３】 本発明のさらに他の実施例では、部分長さの燃料棒４ｂは図面に点線で示され
て符号４ｃを付された延長部を備えられる。延長部４ｃは部分長さの燃料棒４ｂ
の上端から頂部連結プレート５へ延在している。延長部４ｃは燃料物質を全く含
まない。図４〜図７を参照して説明したのと同じ方法で、本発明のそれらの実施
例における燃料物質の柱状体は軸線方向間隙１９，１９ａを含む。軸線方向間隙
１９，１９ａは、完全長さの燃料棒４ａおよび／または部分長さの燃料棒４ｂに
おける全数の燃料ペレット７ｂの主要部分の間に位置される。

【００４４】 図９は、図８に示した形式の燃料組立体に使用する好ましくは完全長さの燃料
棒４ｄの他の実施例を示している。上述の実施例を参照して説明した相当する部
分に等しい燃料棒の部分は、同じ符号が付されている。選ばれた実施例において
は、燃料棒４ｄはそれぞれａ，ｂ，ｃで識別される３つの部分を含む。図９で下
部ａは外径Ｄａを有し、中間部ｂは外径Ｄｂを有し、上部ｃは外径Ｄｃを有する
。外径Ｄａ，Ｄｂ，ＤｃはＤａ＞Ｄｂ＞Ｄｃの相互関係を有する。各部ａ，ｂ，
ｃは燃料ペレット７ｂに分けられた燃料物質の柱状体を含んで成る。図４〜図７
を参照して説明したのと同じように、軸線方向間隙１９，１９ａは全数の燃料ペ
レット７ｂの少なくとも主要部分の間に形成される。

【００４５】 部分ａ，ｂは区分プラグ２４を経て互いに固定されて配置されている。部分ｂ
，ｃは同じ設計の同じ区分プラグ２４を経て互いに固定されている。２つの隣接
配置された部分ａ，ｂまたはｃの間の軸線方向間隙の長さは、区分プラグ２４の
長さと実質的に等しく、符号１９ｄを付されている。好ましい実施例では、区分
プラグ２４に隣接して配置された燃料ペレット７ｂは、図４を参照して説明した
のと同じように貫通穴２３を備えている。区分プラグ２４に隣接して配置された
燃料ペレット７ｂは、図４を参照して説明したのと同じように貫通穴２３を備え
ている。区分プラグ２４または頂部プラグ１７または底部プラグ１８にそれぞれ
隣接して配置された燃料ペレット７ｂは、区分プラグ２４、頂部プラグ１７およ
び底部プラグ１８をそれぞれ挿入するとき、ペレット柱状体を圧縮することでそ
れらのプラグと緊密に接触するように実質的に配置されている。

【００４６】 図支持部材９に示された燃料棒４ｄの実施例の利点は、燃料物質の熱膨張およ
びそれぞれの部分における核分裂ガスのために必要とされる全体の軸線方向間隙
１９，１９ａが、それぞれの部分の頂部に配置される代わりに、複数の短い長さ
の軸線方向間隙に分けられ、これにより部分間のそれぞれの遷移領域１９ｄに出
力ピークが生じる危険をかなり減少することである。燃料物質の柱状体の各燃料
ペレット７ｂの間に軸線方向間隙１９，１９ａが配置されるこれらの例では、そ
れぞれの部分ａ，ｂ，ｃの間の遷移領域に出力ピークが生じる危険は極少化され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 短い燃料ユニットを備えた沸騰水型の燃料組立体を垂直断面図で示す。

【図２】 図１の燃料組立体のＡ−Ａ線に沿う断面図。

【図２ａ】 図１に示したのと同じ形式の燃料組立体の他の実施例を、図１の燃料組立体の
Ａ−Ａ線に沿う断面図として示す。

【図２ｂ】 図１に示したのと同じ形式の燃料組立体の他の実施例を、図１の燃料組立体の
Ａ−Ａ線に沿う断面図として示す。

【図３】 短い燃料ユニットを備えた加圧水型の燃料組立体を垂直断面図で示す。

【図４】 燃料棒の長手方向に分散配置された複数の軸線方向間隙を備えた図１または図
２による燃料ユニットの燃料組立体を示す。

【図５ａ】 図５ｂのＢ−Ｂ断面における突起を含む燃料ペレットを示す。図５ｂは上方か
らの視図で同じ燃料ペレットを示す。

【図５ｂ】 図５ａに示す燃料ペレットを上面から見た図。

【図６ａ】 燃料ペレットの間で、円周方向にスペーサ部材が配置された複数の軸線方向間
隙を有する燃料棒の、図６ｂにおけるＣ−Ｃ線に沿う断面図。

【図６ｂ】 図６ａに示す燃料ペレットの端面図。

【図７】 燃料ペレット間の中央にスペーサ部材の配置された複数の軸線方向間隙を備え
た燃料棒を示す。

【図８】 完全長さまたは部分長さの燃料棒を備えた沸騰水型の燃料組立体を垂直断面図
で示す。

【図９】 外径が変化する複数の部分を含んで成る燃料棒の他の実施例を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｒ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ， ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，Ｋ Ｚ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ， ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，Ｓ Ｋ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 頂部連結プレート（５）と底部連結プレート（６）の間を延
   在する、すなわち、底部連結プレートから頂部連結プレートへ向かって延在する
   、少なくとも１本の燃料棒（４，４ｂ）を含み、 前記燃料棒（４，４ｂ）がクラッド管（７ａ）を含み、 前記クラッド管が、第１端部および第２端部を有するとともに、互いに隣接し
   て配置された燃料ペレット（７ｂ）に分かれている核分裂性物質の柱状体を包囲
   しており、 隣接配置された２つの燃料ペレットの間に、軸線方向の間隙（１９）が形成さ
   れて成る軽水炉用燃料組立体において、 軸線方向の間隙（１９）に配置された燃料ペレット（７ｂ）がその軸線方向の
   間隙に面するそれぞれの端部に少なくとも２つの突起（７ｃ）を備え、それらの
   突起は各燃料ペレット（７ｂ）の端部から隣接配置されている燃料ペレット（７
   ｂ）の端部へ向かって突出していることを特徴とする軽水炉用燃料組立体。
2. 【請求項２】 クラッド管（７ａ）が複数の部分（ａ，ｂ，ｃ）で形成され
   、その一つの部分の外径は隣接して位置する部分の外径と異なり、各部分（ａ，
   ｂ，ｃ）が、燃料ペレット（７ｂ）に分かれている核分裂性物質の柱状体の一部
   分を包囲していることを特徴とする請求項１に記載された軽水炉用燃料組立体。
3. 【請求項３】 実質的に正方形の横断面を有する軽水炉用燃料組立体におい
   て、 複数の短い燃料ユニット（３）を含み、各燃料ユニットは頂部連結プレート（
   ５）と底部連結プレート（６）の間を延在する少なくとも１本の燃料棒（４）を
   含み、 前記燃料棒がクラッド管（７ａ）を含み、 前記クラッド管（４）が、第１端部および第２端部を有するとともに、互いに
   隣接して配置された燃料ペレット（７ｂ）に分かれている核分裂性物質の柱状体
   を包囲しており、 隣接配置された２つの燃料ペレットの間に、軸線方向の間隙（１９）が形成さ
   れており、軸線方向の間隙（１９）に配置された燃料ペレット（７ｂ）がその軸
   線方向の間隙（１９）に面するそれぞれの端部に少なくとも２つの突起（７ｃ）
   を備え、それらの突起は各燃料ペレット（７ｂ）の端部から隣接配置された燃料
   ペレット（７）の端部へ向かって突出していることを特徴とする軽水炉用燃料組
   立体。
4. 【請求項４】 突起（７ｃ）および／または燃料組立体のそれぞれの端部は
   少なくとも部分的に変形可能であることを特徴とする請求項１から請求項３まで
   のいずれか１項に記載された軽水炉用燃料組立体。
5. 【請求項５】 軸線方向の間隙（１９）が大多数の燃料ペレット（７ｂ）の
   間に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項
   に記載された軽水炉用燃料組立体。
6. 【請求項６】 各燃料ペレットの端部の突起（７ｃ）の数が少なくとも３つ
   であることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載された
   軽水炉用燃料組立体。
7. 【請求項７】 前記突起（７ｃ）が核分裂性物質に形成されていることを特
   徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載された軽水炉用燃料組
   立体。
8. 【請求項８】 前記突起（７ｃ）が金属材料または黒鉛材料に形成されてい
   ることを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載された軽水
   炉用燃料組立体。
9. 【請求項９】 前記燃料ペレット（７ｂ）が各端部にカップ形（１９ａ）を
   付与されていることを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれか１項に記
   載された軽水炉用燃料組立体。
10. 【請求項１０】 前記クラッド管（７ａ）の第１および第２端部に近く配置
    されている前記燃料ペレット（７ｂ）に貫通穴（２３）が形成されるか、または
    該燃料ペレット（７ｂ）が他の燃料ペレット（７ｂ）よりも低い濃度になされて
    いることを特徴とする請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載された軽
    水炉用燃料組立体。