JP2007515649A - 原子炉の燃料棒 - Google Patents

Abstract

【課題】管状のシムや下側プラグに機械加工された凹部を用いないような、下側プレナムを具備する。
【解決手段】原子炉の燃料棒（１）であって、燃料棒の管状のケーシング（２）の下端には下側ストッパ（１０）が密封式に固定され、ケーシング（２）の内部に配設された部分（１０ａ）は順々に、第１の円筒形部分（１１）と、第２の円筒形部分（１２）と、第３の円筒形部分（１３）と、第３の円筒形部分（１３）における外面と、ケーシング（２）の内面との間に、ガスの通路のために、０．１〜０．２mmの半径方向の遊びが残されている。柱状の燃料ペレット（３）は、ストッパ（１０）の内側部分（１０ａ）における第３の円筒形部分（１３）に設けられた、実質的に平坦な端面（１４）の上に載る。ストッパ（１０）の内部部分（１０ａ）における第２の部分（１２）の外面と、管状ケーシング（２）の内面との間にガスが膨張するための環状の空間（１６）が燃料棒と相補的に形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、水冷式の原子炉のための燃料棒に関し、特に加圧水型原子炉のための燃料棒に関する。

加圧水型の原子炉は、燃料集合体から構成された炉心を備え、それぞれの燃料集合体それ自体は燃料棒のクラスタによって構成され、燃料棒は燃料集合体の骨組みに保持されており、燃料棒は円筒形の形状であって、それらの軸線を互いに平行に向けている。
それぞれの燃料棒は、軸線方向の長さが横断面の直径よりもはるかに大きい直線筒状の管状のクラッディングを備える。一般的に、燃料棒は４ｍを越える長さと、１０mmのオーダーの直径とを有する。燃料棒は、管状のクラッディングの内側においては、柱状の核燃料ペレットをひとつずつ積み上げていて、クラッディングの軸線方向の両端部については、プラグによって密封されている。原子炉運転状態においては、炉心内における燃料集合体の燃料棒はその軸線を垂直に配置され、燃料棒の第１の閉鎖プラグは、下側部分に配置されて下側プラグを構成し、第２のプラグは、燃料棒の上側部分に配置されて上側プラグを構成する。

柱状の燃料ペレットは、燃料棒のクラッディングの内側に係合した下側プラグの端部部分上に、燃料ペレットの第１の下端部を載せている。柱状の燃料ペレットを、燃料棒の内部に保持するために、螺旋状の圧縮バネを、燃料ペレットの第２の上端部と、燃料棒の上側閉止プラグの内側の端面との間に介在させている。
燃料棒を作るときに燃料棒を充填するために、燃料棒の管状クラッディングの片方の端部を閉じることができ、例えば、第１の下端部において、管状クラッディングの片端に下側プラグを係合させて、これを溶接によって固定する。燃料ペレットは、ひとつずつ積み上げられて柱状になって、燃料棒の下側プラグ上に載置される下側ペレットはクラッディングの内側に導入される。次に、バネを配置し、上側プラグを固定して、クラッディングの中にあるガスを排出し、上側プラグに設けられた通路を介して、例えば加圧ヘリウムなどの不活性ガスを、燃料棒のクラッディングの内部に導入し、それから、燃料棒は密封して閉じるべく、上側プラグを貫通する通路の端部を溶接して密封する。

燃料棒の内部においては、燃料ペレットは加圧ヘリウムに接触して、ペレットの酸化を抑制し防止する。不活性ガスは、柱状の燃料ペレットと保持スプリングによって占領されないクラッディングのすべての部分を満たしている。特に、加圧ヘリウムは、柱状のペレットの上端と、上側プラグの内側部分の端部との間に形成される空間を満たしており、その中には圧縮バネが配置され、燃料ペレットの柱を保持している。この空間は、ガス収集部分ないしプレナムを構成し、燃料棒が原子炉の炉心において使用されるとき、燃料ペレットから放出されるガスを収集する。いくらかのガスは、特に核分裂反応によって、燃料ペレットに含まれる特定の要素から形成される。従って、燃料棒のクラッディングの内側における圧力には高まる傾向があり、というのは、燃料ペレットの柱からガスが放出されるからであり、そのため、運転中に燃料棒の内圧が過度に高まらないように、充分な容量をもったプレナムを設けることが必要である。

ペレットとして、酸化ウランとプルトニウムの混合物や、酸化ウランと酸化プルトニウムとの混合物とを用いる燃料棒（ＭＯＸ燃料）にあっては、燃料ペレットの柱の上側部分と、燃料棒の上側プラグの内側部分との間に設けられるプレナムの容積は、一般的に、運転中に燃料棒の密封を完全に確保するには不十分である。この空間の長さを、もってバネの長さを著しく増やすことは不可能であり、いずれにせよ上部プレナムを延長させる限りにおいて望ましくなく、バネのために、燃料棒のデザインを改変することになり、また、ＭＯＸ燃料棒の構成要素に特別な生産が必要になるだろう。
ＭＯＸ燃料棒においてガス膨張のための容積を増やすための従来の方法にあっては、クラッディングの内部において、下側プラグの上部端面と、燃料ペレットの柱の第１の下側端部との間に、ステンレス鋼又はジルコニウム合金から作られて、厚い壁をもつ管から構成された横断部材ないしシムを介在させていた。このようにして、ＭＯＸ燃料棒は、上側プレナムと下側プレナムとの両方を備え、燃料棒の下側端部と、下側プラグの内側部分における上側端部との間に延在し、上側プレナムと相補的である下側プレナムへ向けて、ペレットガスの拡散を改善する利点をもち、燃料棒の圧力的及び熱的な挙動をバランスさせ、燃料棒の下側部分の運転温度を低下させる。

しかしながら、この実施形態によるＭＯＸ燃料棒は、燃料棒の生産中に、管状シムを生産し貯蔵し位置決めすることが必要であるという不都合を有する。生産管理は複雑になり、燃料棒の生産中に、シムの入れ忘れなど生産の過ちのリスクを防ごうとすれば、製造管理を行うことが必要になる。
例えばＥＰ ０ １６９ ４２２号やＪＰ ２９８ ７９２号によれば、燃料棒の下側プラグと上側プラグとが、燃料棒の端部に、ガスが膨張する空間を増やすための凹部を有している。このタイプの凹部は、クラッディングに導入されるプラグの部分と、クラッディングの外側にプラグの部分との両方に延在し、プラグのデザインを著しく改変する必要がある。機械加工された凹部によって増やされる膨張空間は、クラッディング内部において、プラグと燃料ペレットの柱との間に設けた、中空の横断片と組み合わせられる。

ＥＰ ０ １６９ ４２２号 ＪＰ ２９８ ７９２号

従って、本発明の目的は、水冷式の原子炉用の燃料棒であって、円筒形の管状クラッディングと、管状のクラッディングの内部においてクラッディングの軸線方向にひとつずつ上に積み重ねられる柱状の核燃料ペレットと、燃料棒（１）が原子炉内における運転状態にあって燃料棒のクラッディングがその軸線を垂直にした場合に、燃料棒の下方部分に配置される、燃料棒のクラッディングの第１の軸線端部を密封する第１のプラグと、クラッディングの第２の軸線端部を密封する第２のプラグと、下側プラグと称される第１のプラグにおける内側部分に載っている柱状の燃料ペレットと、柱状の燃料ペレットにおける第２の上側軸線端部と、上側プラグと称される第２のプラグの内側部分の端部との間に介挿される、管状クラッディングの内側に保持される圧縮バネと、を備えた燃料棒であって、この燃料棒が、管状のシムや下側プラグに機械加工された凹部を用いないような、下側プレナムを具備することである。

かかる目的を達成するために本発明による燃料棒は、管状クラッディングに係合した下側プラグの内側部分が、軸線方向に、且つ、クラッディングの第１の端部から第２の端部へ向けて、順々に、管状クラッディングの内径と実質的に等しい外径をもった第１の円筒形部分と、管状クラッディングの内径に比べて小さい外径をもった第２の円筒形部分と、管状クラッディングの内径に比べて小さく、且つ、第２の円筒形部分に比べて大きい外径をもった第３の円筒形部分と、第３の円筒形部分における外面と管状クラッディングにおける内面との間に、半径方向のクリアランスが残され、これがガスの通路となって、実質的に平坦な端面の上に、柱状の燃料ペレットの第１の端部が載り、下側プラグの内部部分における第２の部分の外面と、クラッディングの内面との間にガスが膨張するための環状の空間が形成されていることを特徴とする。

特定の形態においては、以下の特徴を、独立して又は組み合わせて備える。
・燃料棒の下側プラグの内側部分において、第３の円筒形部分の外径は、第３の円筒形部分における外側面と、管状クラッディングの内面との間に、組み立てとガスの通路のために、０．１〜０．２mmの半径方向のクリアランスが残されていることを特徴とする。
・下側プラグの内側部分において、第２の円筒形部分は、管状クラッディングの内径に対して、その４０〜６０％の直径をもち、管状クラッディング（２）の内径に対して、その８〜１０倍の長さをもっていることを特徴とする。
・燃料ペレットにおける柱状の燃料ペレット（３）の少なくとも一部分は、酸化プルトニウム又は酸化ウラン及びプルトニウムの混合物であることを特徴とする。
・第２の円筒形部分における軸線方向に延びる少なくともひとつの領域において、少なくともひとつの横断部材を備え、該部材は第２の円筒形部分の直径を円筒状に拡張して構成され、該部材の外径は、管状クラッディングの内径と実質的に等しい寸法から、組立公差を減じた寸法になっていることを特徴とする。

本発明をより良く理解できるように、従来技術による燃料棒と、ＭＯＸ燃料棒として用いられる、本発明による燃料棒とについて、非限定的な例示として、添付図面を参照して説明する。

図１Ａは、加圧水型原子炉の燃料棒を、その全体を符号１にて示している。
燃料棒１は、管状のクラッディング２を備え、クラッディングは柱状の燃料ペレット３を備えていて、第１の軸線端部は第１のプラグ４にて、第２の軸線端部は第２のプラグ５にてそれぞれ閉じられている。管状のクラッディング２は、ジルコニウム合金の管から構成されていて、４ｍを越える長さと、１０mm未満の内径とを有している。
燃料ペレット３は、略円筒形の形状であり、その直径は管状クラッディング２の内径と実質的には等しい寸法であるが、直径には極めて小さなクリアランスがあって、燃料棒を充填するとき燃料ペレットを容易にクラッディングの内部に入れられ、燃料棒が原子炉の炉心内にて運転状態にあって、ペレットが放射能の作用で膨張したとき、ペレットの側面とクラッディングの側面との間の相互作用を最小限にしている。
柱状の燃料ペレットは、その下端部、つまり第１の燃料ペレット３ａの下面を、プラグ４の内側部分４ａにおける実質的に平坦な端部面に載せられて、プラグ４は管状のクラッディング２の内側に係合している。
燃料ペレット３は、クラッディング２の内側にひとつずつ積み上げられて、管状クラッディングの軸線方向に従い、運転位置においては燃料棒の垂直軸線を構成する。
柱状の燃料ペレットの上端は、柱をなすペレットの上側部分に配置された燃料ペレット３ｂの上面によって構成されており、かかる上端は、クラッディング２の内側に係合した上側プラグの内側部分５ａの端面から所定の距離だけ隔てられていて、燃料棒を閉じたとき、燃料ペレットの柱と上側プラグ５の内側部分の端面との間には、空き空間が設けられる。空き空間６には、螺旋バネ８が配置され、上側プラグ５が位置決めされたとき、上側プラグ５の内側部分５ａと、柱状の燃料ペレット３の上端との間に、バネは圧縮状態で配置される。

下側プラグ４と上側プラグ５との内側部分における直径は、クラッディング２の内径と実質的に等しくなっており、各プラグは、クラッディング２の第１の端部部分と第２の端部部分とにそれぞれ係合し、例えばレーザビームを用いた溶接によって、クラッディングに溶接される。
上側プラグ５を溶接した後には、クラッディング２に含まれているガスは、プラグ５を貫通している通路を介して排出され、加圧ヘリウムによって置き換えられ、燃料棒が原子炉で使用されるとき、燃料ペレットが酸化するのを防止する。加圧ヘリウムで充填した後には、通路の端部は溶接によって密封される。
燃料棒が原子炉の内部において運転状態に置かれるとき、燃料棒の軸線７は垂直にされ、第１のプラグないし下側プラグで閉じられた燃料棒の第１の端部は、燃料棒の下側部分となり、第２のプラグないし上側プラグ５で閉じられた燃料棒の第２の端部は、燃料棒の上側部分になる。
燃料棒が原子炉で使用されるとき、燃料棒のペレットが生成したガスは、プレナム６に集められ、その容積は一般に、燃料棒のクラッディング２の内部に過大なレベルにまで圧力上昇するのを制限できるだけの、充分な容積になっている。

ＭＯＸの燃料棒、すなわち、燃料ペレット３が、または少なくとも一部のペレットが酸化プルトニウムになっている燃料棒にあっては、単一の上側プレナム６を用いることは一般に不十分であることが見い出されていて、柱状ペレットの第１の端部ないし下側端部と、下側プラグ４の内側部分４ａの端面との間に、（機械的及び熱的な強度のため）壁の厚い管状シムを介在させて下側プレナムを設けている。

図１Ｂは、管状のシム９を示していて、柱状ペレット３の下側部分の燃料ペレットと置き換えることで、燃料棒１に下側プレナムを区画している。
このタイプのシムないし横断部材を用いることの不都合については上述したところである。

図２は、本発明による燃料棒の下側部分であって、ＭＯＸ燃料棒として使用できるものを示している。図２に示した燃料棒においては、図１Ａ及び図１Ｂの従来技術と対応する要素には、同一の参照符号を示している。
図２には、本発明による燃料棒１の下側部分を示していて、この燃料棒が図１に示した従来技術の燃料棒と相違点は、下側プラグ１０が形成された形状にある。
本発明による燃料棒の下側プラグ１０は、一体的に、つまり例えばジルコニウム合金のブランクを機械加工して生産するのが有利である。
本発明による燃料棒１がＭＯＸ燃料棒である場合には、すなわち燃料棒の燃料ペレットが酸化プルトニウムから構成されている場合には、以下に述べるプラグ１０の形状によって、シムや管状の横断部材を用いなくても良くなる。

本発明による燃料棒１における下側プラグ１０は、クラッディング２の第１の端部の内側に導入される内側部分１０ａと、下側プラグを位置決めしたとき、クラッディングの外部に残される外側部分１０ｂとから構成される。プラグ１０は一般に、燃料棒の軸線７を中心として回転させて作成される。外側部分１０ｂは、丸められた端部と、溝部とを備え、燃料棒を把持具によって把持できるようになっている。燃料棒における上側プラグは、図１に示した従来技術による上側プラグ５と同様なものであり、把持溝部と、丸められた端部とを備えている。従って、燃料棒は、上側端部によっても、下側端部によっても、取扱い機械で把持することができる。
プラグを配置したとき、クラッディングの内部に導入されるプラグ１０の内側部分１０ａは、プラグ及び燃料棒の軸線方向７に連続した、３つの部分１１，１２，１３から構成されていて、これらは概略、円筒形の形態であって、これらの各部分は、それぞれの外径によって特に区別される。

クラッディング２の第１の部分を介してクラッディングの下側部分と係合する、部分１０ａにおける第１の部分１１と、クラッディング２の内部において、第２の端部へ向いた最も遠くにある第３の部分１３とはいずれも、その直径は、実質的に、クラッディング２の内径に比べて等しいかわずかに小さくなっている。この例の如く、クラッディング２の内径と実質的に等しい直径は、完全に、クラッディング２の内径と等しい直径であると理解され、他方、クラッディング２の内径に比べてわずかに大きな直径は、プラグに締り嵌めを得るために用いられ、また、クラッディングの内径よりもわずかに小さい直径は、クリアランスの違いだけのために、プラグのまわりにガスが流れることになる。

プラグ１０における第２の中間部分１２の直径は、クラッディング２の内径に比べて実質的に小さくなっている。例えば、内径が８mmを越える程度のクラッディングにあっては、プラグ１０における中間部分１２は４mmのオーダーとされる。好ましくは、プラグの内側部分において中間部分１２の直径は、クラッディングの内径に対して、その４０〜６０％とする。
プラグの内側部分１０ａにおける第１の部分１１は、前述の如く、２つの連続した部分をもち、その直径はクラッディング２の内径と実質的に等しくなっている。
部分１１における第１の部分１１ａの直径は、プラグに力を加えてプラグをクラッディング２の内部にわずかに挿入できるようになっており、プラグに極めて良好な位置決めを提供し、特に、クラッディング２の端部においては、プラグを溶接する機械のための溶接肩部となる。また、第１の部分１１は、部分１１における部分１１ｂの外面と、クラッディング２の内面との間に、（例えば１／１０mmのオーダーの）小さい組立クリアランス１５が得られるような直径をもった第２の部分１１ｂを備えている。
プラグの内側部分１０ａにおける第３の部分１３は、部分１１における部分１１ｂの直径に比べてわずかに小さい外径をもち、それ故に、プラグ１０が配置された後には、燃料棒の管状クラッディング２の内壁と共にクリアランス１５を形成して、柱状の燃料ペレット３から第３の部分１３の周辺を通ってガスを流れさせる。第３のプラグ部分とクラッディングとの間の半径方向のクリアランスは、例えば０．１５mmのオーダーであり、より一般的には、１／１０〜２／１０mmである。第３の部分は、実質的に平坦である端面１４を備え、その上に、ＭＯＸ燃料棒の柱状燃料ペレットにおける、第１のペレットないし下側ペレット３ａが載せられる。

第３の部分１３は、変形例としては、クラッディングの内径に比べて実質的に小さい直径を有していても良いけれども、第３の部分１３は常に、第２の部分１２の直径に比べて実質的に大きくなっている。
中間部分１２の直径がクラッディング２の内径に比べて実質的に小さいことから、プラグ１０の内側部分１０ａにおける第２の中間部分と、管状クラッディング２の内面との間には、環状の空き空間１６が設けられる。環状の空間１６は、プラグ１０の内側部分１０ａにおける第３の部分１３と、クラッディングの内面との間に設けられる環状の空間１５を介して、燃料棒における燃料ペレットを備えた空間と連通する。
その結果、加圧ガス（一般にはヘリウム）と、運転中に燃料ペレットから放出されたガスとは、空間１６を満たして、ガスのための膨張空間を構成し、従って、上側プレナム６と相補的な収集部分ないしプレナムとなる（上側プレナムは、図１に示した従来技術によって得られる上側プレナムと同様に作られる。）。

プラグ１０の内側部分１０ａにおける第２の中間部分の長さは、相補的なプレナム１６の容積が、運転中の原子炉において、ＭＯＸ燃料棒のガス膨張に関して、充分に所望の機能を果たすように定める。この長さは、例えば燃料棒のクラッディングの内径の８〜１０倍の長さである。
クラッディングの直径を考慮すれば、中間部分の長さは７０mmのオーダーになって、上述した中間部分がプレナム１６を構成して確保する空き空間の容積は３，０００mm3のオーダーになる。
このタイプの下側プレナムは、従来技術による燃料棒の上側プレナムと同様な、上側プレナム６に対して相補的にプレナムの機能を果たす。

図３は、円筒形の部分１１，１２，１３を備えてなるプラグの内側部分１０ａについて模式的に示しており、中間部分１２は、その全長にわたって、環状の空間１６を、燃料棒の下側端部に提供している。
さらに、プラグ１０は、変形例においては、部分１２の一部分の直径を拡大して構成された横断部材１７を備え、該部材は好ましくは、部分１２の中間の領域に設けられ、円筒形部分１１及び１３から等距離に配置される。横断部材１７の外径は、クラッディング２の内径から、クラッディング２の内側にプラグの中央部分を案内できるだけの組立公差を減じた寸法であって、ガスが通り抜けることができ、運転中にクラッディング２が焦げることを防止する。中間部分１２の長さに沿って、横断部材１７と同様な横断部材を複数設けることも可能である。
燃料棒の下側プラグ１０であって、内側部分１０ａが大きく伸びたものは、従来技術によるプラグに比べて、極めて異なった形状をもつ。しかしながら、下側プラグの位置決めと固定とについては、従来技術による燃料棒の下側プラグと同じやり方で行われる。内側部分１０ａから離れた側において終端している、プラグの外側部分１０ｂは、下側プラグを密封すべく溶接作業が施されるが、この部分は、図１に示した従来技術による下側プラグ４における外側部分４ｂと同じである。
下側プラグ１０の内側部分１０ａを伸ばすことで、ペレットの柱の長さが短くなるが、これを補償するために、特にＭＯＸ燃料の場合には、核燃料棒の濃縮度をわずかに高める。

本発明による燃料棒に用いる下側プラグと上側プラグとは極めて異なった形状及び寸法を有しているので、これらを配置する製造中に、２つのタイプのプラグを混同してしまうリスクは無い。過去には、上側プラグと下側プラグとを混同して、多くの製造事故が記録されている。
ＭＯＸ燃料棒において、下側プレナムを得るためのシムや管状の横断部材が不要になることは、これらのシムの製造に関して、また、燃料棒の製造中にシムを配置及び管理する作業が不要になって経済的である。ＭＯＸ燃料棒の製造中にシムを入れ忘れるといったリスクも解消される。また、下側プラグの内側部分における中間部分の直径を小さくして、燃料棒における下側プレナムを構成し、空き空間の容積を増やすことは極めて簡単である。中間部分における直径は、クラッディングの直径に比べてかなり小さくされるが、この直径を小さくすることに対する唯一の制限は、原子炉の運転中における燃料棒の下側プラグの機械的強度にある。

この新しいデザインによる下側支持プラグについて、熱力学解析を行ったところによれば、瞬間的及び不調和の過剰変形、可塑性不安定、及び、特に小さい直径をもったプラグ部分についての自発性及び不調和の焦げつきに関して、すべての規準を満足した。
さらに、本発明による燃料棒の下側プラグは、クラッディングに変形を生じさせることがなく、柱状の燃料ペレットに良好な支持と位置決めを提供する。
本発明は、上述した実施形態に厳密に制限されることはない。
すなわち、燃料棒の下側プラグにおける内側部分は、上述した形状とは異なる形状にしても良く、特に、中間部分の形状及び寸法は、上述した形状及び寸法と異ならせることができる。
同様に、第１の部分と第２の中間部分は、その軸線方向長さや形状については任意であって、管状クラッディングの端部を第１の円筒形部分に対し密封して閉じられて、燃料ペレットの柱を第３の円筒形部分に対して支持できれば良い。第３の円筒形部分は、クラッディングの内径に比べて小さな直径をもち、その長さは上述した単純なクリアランスに比べて実質的に大きくても良い。
本発明による燃料棒のクラッディングとプラグとは、一般的にはジルコニウム合金から作られるけれども、燃料棒の使用態様によってはその他の材料を用いることもできる。
本発明は、加圧水型の原子炉用の燃料棒に用いられるのみならず、燃料ペレットを含むクラッディングを備えて両端がプラグで封止されるロッドの形態に製造される、水冷式の原子炉用の燃料棒として用いることもできる。

図１Ａは、従来技術による燃料棒を示した軸線断面図である。 図１Ｂは、従来技術によるＭＯＸ燃料棒を示した軸線断面図である。 図２は、本発明による燃料棒について、その下側部分を示した軸線断面図である。 図３は、本発明による燃料棒の下側プラグの内側部分について示した模式的な軸線断面図であって、プラグが所定位置にあるとき、管状クラッディングの内側に導入されている。

Claims (5)

1. 水冷式の原子炉用の燃料棒であって、円筒形の管状クラッディング（２）と、管状のクラッディング（２）の内部においてクラッディング（２）の軸線方向（７）にひとつずつ上に積み重ねられる柱状の核燃料ペレット（３）と、燃料棒（１）が原子炉内における運転状態にあって燃料棒（１）のクラッディング（２）がその軸線（７）を垂直にした場合に、燃料棒（１）の下方部分に配置される、燃料棒（１）のクラッディング（２）の第１の軸線端部を密封する第１のプラグ（４，１０）と、クラッディング（２）の第２の軸線端部を密封する第２のプラグ（５）と、下側プラグと称される第１のプラグ（４，１０）における内側部分（４ａ，１０ａ）に載っている柱状の燃料ペレット（３）と、柱状の燃料ペレット（３）における第２の上側軸線端部と、上側プラグと称される第２のプラグ（５）の内側部分の端部との間に介挿される、管状クラッディング（２）の内側に保持される圧縮バネ（８）と、を備えた燃料棒において、
   管状クラッディング（２）に係合した下側プラグ（１０）の内側部分（１０ａ）が、軸線方向（７）に、且つ、クラッディング（２）の第１の端部から第２の端部へ向けて、順々に、管状クラッディング（２）の内径と実質的に等しい外径をもった第１の円筒形部分（１１）と、管状クラッディング（２）の内径に比べて小さい外径をもった第２の円筒形部分（１２）と、管状クラッディング（２）の内径に比べて小さく、且つ、第２の円筒形部分（１２）に比べて大きい外径をもった第３の円筒形部分（１３）と、第３の円筒形部分（１２）における外面と管状クラッディング（２）における内面との間に、半径方向のクリアランスが残され、これがガスの通路となって、実質的に平坦な端面（１４）の上に、柱状の燃料ペレット（３）の第１の端部が載り、下側プラグ（１０）の内部部分（１０ａ）における第２の部分（１２）の外面と、クラッディング（２）の内面との間にガスが膨張するための環状の空間（１６）が形成されていることを特徴とする燃料棒。
2. 燃料棒（１）の下側プラグ（１０）の内側部分（１０ａ）において、第３の円筒形部分（１３）の外径は、第３の円筒形部分（１３）における外側面と、管状クラッディング（２）の内面との間に、組み立てとガスの通路のために、０．１〜０．２mmの半径方向のクリアランスが残されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料棒。
3. 下側プラグ（１０）の内側部分（１０ａ）において、第２の円筒形部分（１２）は、管状クラッディング（２）の内径に対して、その４０〜６０％の直径をもち、管状クラッディング（２）の内径に対して、その８〜１０倍の長さをもっていることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料棒。
4. 燃料ペレットにおける柱状の燃料ペレット（３）の少なくとも一部分は、酸化プルトニウム又は酸化ウラン及びプルトニウムの混合物であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の燃料棒。
5. 第２の円筒形部分（１２）における軸線方向に延びる少なくともひとつの領域において、少なくともひとつの横断部材（１７）を備え、該部材は第２の円筒形部分の直径を円筒状に拡張して構成され、該部材の外径は、管状クラッディング（２）の内径と実質的に等しい寸法から、組立公差を減じた寸法になっていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の燃料棒。

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