JP2021096080A - 高速炉用の燃料集合体、高速炉の炉心及び核燃料要素の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
Pu22 > Pu32 …(2)
より具体的には、第1核燃料領域2Aの平均のPu富化度を第2核燃料領域3Aの平均のPu富化度よりも大きくする必要があり、以下の(3)式を満足する必要がある。
(Pu31×Vol31+Pu32×Vol32)/(Vol31+Vol32)
………(3)
実施例1で述べたように、金属燃料粒子のPu富化度が過大になると、ステンレス鋼製の被覆管とこの被覆管の内面に接触する金属燃料粒子との共晶反応によりその被覆管の融点が低下し、被覆管の健全性に影響を及ぼす可能性がある。一次冷却材である液体金属Naの温度が550℃の場合には、Pu富化度の上限は25wt%とされている。
MA31 > MA32 …(5)
被覆管との共晶反応を回避する観点から、金属燃料粒子のMA富化度は5wt%以下であることが望ましい。本実施例では、より具体的には、燃料中央領域2B、燃料周辺領域2C、燃料中央領域3B及び燃料周辺領域3Cのそれぞれにおける各金属燃料粒子のMA富化度は、以下の(6)式を満足している。
なお、本実施例では、核燃料要素1Aを有する燃焼度0GWd/tの燃料集合体において、燃料中央領域2B及び燃料周辺領域2CのそれぞれのPu富化度は、例えば、23wt%であり、燃料中央領域3B及び燃料周辺領域3CのそれぞれのPu富化度は、例えば、20wt%である。このため、第1核燃料領域2Aの平均Pu富化度は23wt%であり、第2核燃料領域3Aの平均Pu富化度は20wt%である。また、燃料中央領域2B及び燃料中央領域3BのそれぞれのMA富化度は、例えば、10wt%であり、燃料周辺領域2C及び燃料周辺領域3CのそれぞれのMA富化度は、例えば、4wt%である。
Claims (12)
- 下端部が下部燃料支持部材に取り付けられた筒状体内に配置されて下端部が前記下部燃料支持部材に支持される複数の核燃料要素を含み、それぞれの前記核燃料要素が密封された被覆管内に配置された第1核燃料領域及び第2核燃料領域を有しており、前記第1核燃料領域が前記第2核燃料領域の上方に配置され、前記第1核燃料領域及び前記第2核燃料領域のそれぞれにはPuを含む核燃料物質が存在し、前記第1核燃料領域のPu富化度が前記第2核燃料領域のPu富化度よりも大きく、前記複数の核燃料要素の上端よりも上方で前記筒状体内に冷却材プレナムが形成されていることを特徴とする高速炉用の燃料集合体。
- 前記第1核燃料領域が第1燃料中央領域及び前記第1燃料中央領域を取り囲む第1燃料周辺領域を有し、前記第2核燃料領域が第2燃料中央領域及び前記第2燃料中央領域を取り囲む第2燃料周辺領域を有し、前記第1燃料中央領域のPu富化度が前記第2燃料中央領域のそれよりも大きく、前記第1燃料周辺領域のPu富化度が前記第2燃料周辺領域のそれよりも大きい請求項1に記載の高速炉用の燃料集合体。
- 前記第1燃料周辺領域のMA富化度が前記第1燃料中央領域のそれよりも小さく、前記第2燃料周辺領域のMA富化度が前記第2燃料中央領域のそれよりも小さい請求項2に記載の高速炉用の燃料集合体。
- 前記第1燃料周辺領域及び前記第2燃料周辺領域のそれぞれのMA富化度は5wt%以下である請求項3に記載の高速炉用の燃料集合体。
- 前記核燃料物質として、金属燃料及び酸化物燃料のいずれかを用いる請求項1ないし4のいずれか1項に記載の高速炉用の燃料集合体。
- 前記金属燃料として金属燃料粒子が用いられ、複数の前記金属燃料粒子が、前記第1核燃料領域及び前記第2核燃料領域のそれぞれに充填されている請求項5に記載の高速炉用の燃料集合体。
- 前記第1核燃料領域及び前記第2核燃料領域のそれぞれに充填された前記金属燃料粒子は、複数の第1金属燃料粒子及び隣り合う前記第1金属粒子間に形成される隙間に収まる大きさの複数の第2金属燃料粒子を含んでいる請求項6に記載の高速炉用の燃料集合体。
- 前記核燃料要素は前記被覆管内に中間端栓を配置して前記中間端栓を前記被覆管の内面に取り付けており、前記第2核燃料領域が前記中間端栓上に配置されて前記第1核燃料領域が前記第2核燃料領域上に配置され、前記被覆管内で前記中間端栓の下方にガスプレナムが形成され、前記中間端栓には前記ガスプレナムに連絡される複数の貫通孔が形成されている請求項1ないし7のいずれか1項に記載の高速炉用の燃料集合体。
- 請求項1ないし8のいずれか1項に記載の複数の燃料集合体が装荷されていることを特徴とする高速炉の炉心。
- 前記炉心は、前記炉心の横断面の中央部に配置されて、前記燃料集合体の一部である複数の第1燃料集合体が装荷された内側炉心燃料領域、及び前記内側炉心燃料領域を取り囲み、前記燃料集合体の残りである複数の第2燃料集合体が装荷された外側炉心燃料領域を有し、内側炉心燃料領域には、前記第1燃料集合体の、前記第1核燃料領域及び前記第2核燃料領域を含む第1核燃料物質領域の燃料集合体の軸方向における長さに等しい高さの第1炉心燃料領域が形成され、外側炉心燃料領域には、前記第2燃料集合体の、前記第1核燃料領域及び前記第2核燃料領域を含む第2核燃料物質領域の燃料集合体の軸方向における長さに等しい高さの第2炉心燃料領域が形成され、前記炉心には、前記第1燃料集合体内の前記冷却材プレナムによって第1冷却材プレナム領域が前記第1炉心燃料領域の上方に形成され、そして、前記第2燃料集合体内の前記冷却材プレナムによって第2冷却材プレナム領域が前記第2炉心燃料領域の上方に形成され、前記第1冷却材プレナム領域の高さが前記第2冷却材プレナム領域の高さよりも高くなっている請求項9に記載の高速炉の炉心。
- 請求項2に記載の燃料集合体に用いられる前記核燃料要素を製造する方法であって、
内部に中間端栓が配置されて前記中間端栓が内面に取り付けられ、一端部が密封された被覆管の、開口している他端部から、上端及び下端が開口している円筒部及び前記円筒部の一端に取り付けられたリング状の台座を有する一個の第1冶具を被覆管内に挿入し、前記第1冶具の前記台座を前記中間端栓上に置き、前記他端部から、前記第1冶具の前記円筒部の内側に複数の金属燃料粒子を充填し、前記他端部から、前記第1冶具の前記円筒部の外面と前記被覆管の内面の間に複数の金属燃料粒子を充填し、前記他端部から前記被覆管内に前記円筒部及び前記台座を有する第2冶具を挿入してこの第2冶具の前記台座を前記第1冶具の前記円筒部の上端に置き、前記他端部から、前記第2冶具の前記円筒部の内側に複数の金属燃料粒子を充填し、前記他端部から、前記第2冶具の前記円筒部の外面と前記被覆管の内面の間に複数の金属燃料粒子を充填し、その後、前記被覆管の前記他端部を密封することを特徴とする核燃料要素の製造方法。 - 前記金属燃料粒子として第1金属粒子及び隣り合う前記第1金属粒子間に形成される隙間に収まる大きさの第2金属燃料粒子を、前記第1冶具の前記円筒部の内側、前記第1冶具の前記円筒部の外面と前記被覆管の内面の間、前記第2冶具の前記円筒部の内側、前記第2冶具の前記円筒部の外面と前記被覆管の内面の間のそれぞれに充填する請求項11に記載の核燃料要素の製造方法。
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Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5146691A (ja) * | 1974-10-18 | 1976-04-21 | Hitachi Ltd | |
JPH10288686A (ja) * | 1997-04-15 | 1998-10-27 | Toshiba Corp | 核燃料要素およびその製造方法 |
JP2002131459A (ja) * | 2000-10-25 | 2002-05-09 | Central Res Inst Of Electric Power Ind | 原子炉用金属燃料要素 |
JP2004101199A (ja) * | 2002-09-04 | 2004-04-02 | Japan Nuclear Cycle Development Inst States Of Projects | 振動充填型原子炉燃料棒 |
JP2005337898A (ja) * | 2004-05-27 | 2005-12-08 | Toshiba Corp | 反射体制御方式の高速炉 |
KR20090110125A (ko) * | 2008-04-17 | 2009-10-21 | 한국원자력연구원 | 금속 핵연료 입자가 봉입된 금속 시스를 포함하는금속핵연료봉 및 이의 제조방법 |
JP2016085118A (ja) * | 2014-10-27 | 2016-05-19 | 日立Geニュークリア・エナジー株式会社 | 高速炉用燃料集合体及びそれを装荷する炉心 |
JP2017026372A (ja) * | 2015-07-17 | 2017-02-02 | 日立Geニュークリア・エナジー株式会社 | 高速炉用燃料要素及び燃料集合体並びにそれを装荷される炉心 |
-
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Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5146691A (ja) * | 1974-10-18 | 1976-04-21 | Hitachi Ltd | |
JPH10288686A (ja) * | 1997-04-15 | 1998-10-27 | Toshiba Corp | 核燃料要素およびその製造方法 |
JP2002131459A (ja) * | 2000-10-25 | 2002-05-09 | Central Res Inst Of Electric Power Ind | 原子炉用金属燃料要素 |
JP2004101199A (ja) * | 2002-09-04 | 2004-04-02 | Japan Nuclear Cycle Development Inst States Of Projects | 振動充填型原子炉燃料棒 |
JP2005337898A (ja) * | 2004-05-27 | 2005-12-08 | Toshiba Corp | 反射体制御方式の高速炉 |
KR20090110125A (ko) * | 2008-04-17 | 2009-10-21 | 한국원자력연구원 | 금속 핵연료 입자가 봉입된 금속 시스를 포함하는금속핵연료봉 및 이의 제조방법 |
JP2016085118A (ja) * | 2014-10-27 | 2016-05-19 | 日立Geニュークリア・エナジー株式会社 | 高速炉用燃料集合体及びそれを装荷する炉心 |
JP2017026372A (ja) * | 2015-07-17 | 2017-02-02 | 日立Geニュークリア・エナジー株式会社 | 高速炉用燃料要素及び燃料集合体並びにそれを装荷される炉心 |
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