JP3064812B2 - 燃料集合体 - Google Patents
燃料集合体Info
- Publication number
- JP3064812B2 JP3064812B2 JP6167700A JP16770094A JP3064812B2 JP 3064812 B2 JP3064812 B2 JP 3064812B2 JP 6167700 A JP6167700 A JP 6167700A JP 16770094 A JP16770094 A JP 16770094A JP 3064812 B2 JP3064812 B2 JP 3064812B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel
- plenum
- spring
- plenum spring
- pellet
- 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.)
- Expired - Lifetime
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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)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、沸騰水型原子炉の燃料
集合体に係り、特に、経済性の向上及び燃料ペレット，
燃料被覆管の機械的健全性の観点で好適な構造を有する
燃料集合体に関する。
集合体に係り、特に、経済性の向上及び燃料ペレット，
燃料被覆管の機械的健全性の観点で好適な構造を有する
燃料集合体に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料集合体の構造を図２を参照して説明
する。この燃料集合体１は、細長い円筒上の標準燃料棒
２及び短尺燃料棒３が多数結束され、燃料棒の間隔はス
ペーサ６により保持されている。また、燃料棒の上部に
は上部タイプレート４，下部には下部タイプレート５が
結合されている。
する。この燃料集合体１は、細長い円筒上の標準燃料棒
２及び短尺燃料棒３が多数結束され、燃料棒の間隔はス
ペーサ６により保持されている。また、燃料棒の上部に
は上部タイプレート４，下部には下部タイプレート５が
結合されている。
【０００３】また、燃料棒の中で燃料ペレット７の上方
は核分裂に伴って発生する気体状の核分裂生成物を溜め
るプレナム８部となっており、燃料ペレット７を固定す
るためのウェハ１３及びプレナムスプリング９が設けら
れている。ウェハ１３は、プレナムスプリング９と溶接
で接合されている。燃料棒の上部及び下部にはそれぞれ
上部端栓１１及び下部端栓１２が結合されている。
は核分裂に伴って発生する気体状の核分裂生成物を溜め
るプレナム８部となっており、燃料ペレット７を固定す
るためのウェハ１３及びプレナムスプリング９が設けら
れている。ウェハ１３は、プレナムスプリング９と溶接
で接合されている。燃料棒の上部及び下部にはそれぞれ
上部端栓１１及び下部端栓１２が結合されている。
【０００４】また、９×９格子の燃料集合体の場合は８
×８格子の燃料集合体よりぬれぶち長さが大きくなるの
で、炉心の圧力損失が増大する。このための対策とし
て、特開昭63−235889号公報に示されているように、燃
料棒の何本かを短尺燃料棒とし、ボイド率の高い炉心上
部で燃料棒を無くし、冷却材の流路面積を大きくするこ
とにより、圧力損失の増大を抑制することができる。
×８格子の燃料集合体よりぬれぶち長さが大きくなるの
で、炉心の圧力損失が増大する。このための対策とし
て、特開昭63−235889号公報に示されているように、燃
料棒の何本かを短尺燃料棒とし、ボイド率の高い炉心上
部で燃料棒を無くし、冷却材の流路面積を大きくするこ
とにより、圧力損失の増大を抑制することができる。
【０００５】短尺燃料棒３の上方は、燃料による熱中性
子の吸収が無いため熱中性子の量が多い。このため短尺
燃料棒中の燃料ペレット７の出力分布は、短尺燃料棒３
の上端部で高くなる。このことを以下で出力スパイクと
呼ぶ。出力スパイクの効果によって短尺燃料棒上端部の
線出力密度が高くなる。出力スパイクを低減する手段と
しては、特開平6−75076号公報に示されているように厚
肉のウェハ１３を装着する方法があるが、この場合ウェ
ハ１３の体積の増加により核分裂生成ガスを溜めるプレ
ナム８部の空間体積が減少し、燃料棒内圧が増加する傾
向にある。
子の吸収が無いため熱中性子の量が多い。このため短尺
燃料棒中の燃料ペレット７の出力分布は、短尺燃料棒３
の上端部で高くなる。このことを以下で出力スパイクと
呼ぶ。出力スパイクの効果によって短尺燃料棒上端部の
線出力密度が高くなる。出力スパイクを低減する手段と
しては、特開平6−75076号公報に示されているように厚
肉のウェハ１３を装着する方法があるが、この場合ウェ
ハ１３の体積の増加により核分裂生成ガスを溜めるプレ
ナム８部の空間体積が減少し、燃料棒内圧が増加する傾
向にある。
【０００６】製造性向上，部品点数低減及び加工工程縮
小の面ではウェハが無い方が好ましいが、ウェハが無い
場合、プレナムスプリング９と燃料ペレット７の外周部
付近が直接接触するため燃料ペレット７の外周部付近に
割れが発生する可能性がある。また、プレナムスプリン
グ９の最先端と燃料被覆管１０内面が接触し燃料被覆管
１０内面を損傷する可能性がある。さらに、前述の出力
スパイクの問題が発生する。
小の面ではウェハが無い方が好ましいが、ウェハが無い
場合、プレナムスプリング９と燃料ペレット７の外周部
付近が直接接触するため燃料ペレット７の外周部付近に
割れが発生する可能性がある。また、プレナムスプリン
グ９の最先端と燃料被覆管１０内面が接触し燃料被覆管
１０内面を損傷する可能性がある。さらに、前述の出力
スパイクの問題が発生する。
【０００７】また、プレナムスプリング９の両端が異形
状の場合、スプリング装着時に装着方向を誤らないよう
十分な注意を払う必要がある。
状の場合、スプリング装着時に装着方向を誤らないよう
十分な注意を払う必要がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の第１の目的
は、製造性の向上、出力スパイクの低減、燃料ペレット
の外周部の割れ防止、及び燃料被覆管の破損防止を図る
ことができる燃料集合体を提供することにある。
は、製造性の向上、出力スパイクの低減、燃料ペレット
の外周部の割れ防止、及び燃料被覆管の破損防止を図る
ことができる燃料集合体を提供することにある。
【０００９】本発明の第２の目的は、更に燃料ペレット
の機械的健全性又はプレナムスプリングの熱的健全性を
向上できる燃料集合体を提供することにある。
の機械的健全性又はプレナムスプリングの熱的健全性を
向上できる燃料集合体を提供することにある。
【００１０】本発明の第３の目的は、更にプレナムスプ
リングの誤装着を防止できる燃料集合体を提供すること
にある。
リングの誤装着を防止できる燃料集合体を提供すること
にある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】第１の目的を達成するた
めの第１の発明は、核燃料物質を含む多数の燃料棒を備
えた燃料集合体において、前記燃料棒はその内部に収納
された燃料ペレットの上方のプレナム部にプレナムスプ
リングを備え、前記プレナムスプリングは前記燃料ペレ
ットに直接接触しており、前記プレナムスプリングのう
ち前記燃料ペレットと接触する下端部は、前記プレナム
スプリングの中央部よりも密着した構造で且つ先端が細
い先細構造を有する。
めの第１の発明は、核燃料物質を含む多数の燃料棒を備
えた燃料集合体において、前記燃料棒はその内部に収納
された燃料ペレットの上方のプレナム部にプレナムスプ
リングを備え、前記プレナムスプリングは前記燃料ペレ
ットに直接接触しており、前記プレナムスプリングのう
ち前記燃料ペレットと接触する下端部は、前記プレナム
スプリングの中央部よりも密着した構造で且つ先端が細
い先細構造を有する。
【００１２】
【００１３】第２の目的を達成するための第２の発明
は、第１の発明において、前記プレナムスプリングの下
端部の最先端が内側へ折り曲げられている。
は、第１の発明において、前記プレナムスプリングの下
端部の最先端が内側へ折り曲げられている。
【００１４】第３の目的を達成するための第３の発明
は、第１又は第２の発明において、前記プレナムスプリ
ングの上端部と下端部が同一構造を有する。
は、第１又は第２の発明において、前記プレナムスプリ
ングの上端部と下端部が同一構造を有する。
【００１５】
【作用】第１の発明によれば、プレナムスプリングを燃
料ペレットに直接接触させウェハを装着しないことによ
り、部品点数の低減及びプレナムスプリングとウェハの
小物どうしを溶接するという手間のかかる溶接工程の削
除等、加工工程を短縮できる。従って、製造性を向上で
きる。さらに、ウェハが無いことは、核分裂生成ガスを
溜めるプレナム部の空間体積を大きくできるので燃料棒
の内圧を低減できる。
料ペレットに直接接触させウェハを装着しないことによ
り、部品点数の低減及びプレナムスプリングとウェハの
小物どうしを溶接するという手間のかかる溶接工程の削
除等、加工工程を短縮できる。従って、製造性を向上で
きる。さらに、ウェハが無いことは、核分裂生成ガスを
溜めるプレナム部の空間体積を大きくできるので燃料棒
の内圧を低減できる。
【００１６】また、プレナムスプリングのうち燃料ペレ
ットと接触する下端部を先細構造とすることにより、燃
料ペレットとの接触面を燃料ペレット中央付近にできる
ので、プレナムスプリングとペレット外周付近の接触を
防いでペレット外周部付近の割れを防止し、燃料ペレッ
トの健全性を向上することができる。更に、プレナムス
プリング最先端と燃料被覆管内面の接触を防止できるの
で、燃料被覆管の破損を防止し健全性を向上できる。ま
た、プレナムスプリングの燃料被覆管内への挿入性も向
上する。
ットと接触する下端部を先細構造とすることにより、燃
料ペレットとの接触面を燃料ペレット中央付近にできる
ので、プレナムスプリングとペレット外周付近の接触を
防いでペレット外周部付近の割れを防止し、燃料ペレッ
トの健全性を向上することができる。更に、プレナムス
プリング最先端と燃料被覆管内面の接触を防止できるの
で、燃料被覆管の破損を防止し健全性を向上できる。ま
た、プレナムスプリングの燃料被覆管内への挿入性も向
上する。
【００１７】次に、プレナムスプリングの下端部を中央
部よりも密着した構造とする作用を図３に示す。図には
プレナム部に中空のステンレス製固体物質が有る場合と
無い場合についての短尺燃料棒上部の出力分布を示す。
ステンレスの熱中性子束に対する吸収断面積は燃料ペレ
ットより小さいが、図より中空の固体物質の装着により
短尺燃料棒の燃料ペレット上端部における熱中性子束が
減少し、出力スパイクが低減していることが分かる。プ
レナムスプリングの端部付近を密着型とすることにより
上記の中空の固体物質の装着と同様な作用が得られる。
部よりも密着した構造とする作用を図３に示す。図には
プレナム部に中空のステンレス製固体物質が有る場合と
無い場合についての短尺燃料棒上部の出力分布を示す。
ステンレスの熱中性子束に対する吸収断面積は燃料ペレ
ットより小さいが、図より中空の固体物質の装着により
短尺燃料棒の燃料ペレット上端部における熱中性子束が
減少し、出力スパイクが低減していることが分かる。プ
レナムスプリングの端部付近を密着型とすることにより
上記の中空の固体物質の装着と同様な作用が得られる。
【００１８】第２の発明によれば、プレナムスプリング
の最先端を内側へ折り曲げる構造とすることによりプレ
ナムスプリングと燃料ペレットの接触面を大きくでき、
接触面の応力の低減により燃料ペレットの健全性をさら
に向上できる。
の最先端を内側へ折り曲げる構造とすることによりプレ
ナムスプリングと燃料ペレットの接触面を大きくでき、
接触面の応力の低減により燃料ペレットの健全性をさら
に向上できる。
【００１９】
【００２０】第３の発明によれば、プレナムスプリング
の両端部を同一構造とすることによりプレナムスプリン
グをどちら向きに装着しても良いので、誤装着を防止で
きる。また、上部端栓と接するプレナムスプリングの上
端部を密着構造とすることにより、密着部の伝熱特性が
向上して上部端栓との接触部からの放熱が増加するの
で、プレナムスプリングの健全性を向上できる。
の両端部を同一構造とすることによりプレナムスプリン
グをどちら向きに装着しても良いので、誤装着を防止で
きる。また、上部端栓と接するプレナムスプリングの上
端部を密着構造とすることにより、密着部の伝熱特性が
向上して上部端栓との接触部からの放熱が増加するの
で、プレナムスプリングの健全性を向上できる。
【００２１】
【実施例】本発明の実施例について、以下図面を参照し
て説明する。図２は、短尺燃料棒３を使用した９×９型
燃料集合体の軸方向断面図を示したものである。短尺燃
料棒３に装填された燃料ペレット７の下端からの長さ
は、標準燃料棒２の下端からの長さの約３／５である。
て説明する。図２は、短尺燃料棒３を使用した９×９型
燃料集合体の軸方向断面図を示したものである。短尺燃
料棒３に装填された燃料ペレット７の下端からの長さ
は、標準燃料棒２の下端からの長さの約３／５である。
【００２２】図１は燃料棒に装着するプレナムスプリン
グ９の形状を示したものである。燃料ペレット７に接す
る側のプレナムスプリング９の端部を先細の円錐状とす
ることにより、プレナムスプリング９と燃料ペレット７
外周付近の接触を回避でき、燃料ペレット７外周付近の
割れを防止でき、プレナムスプリング９最先端部が燃料
被覆管１０内面に接触するのを防止でき、燃料被覆管１
０の機械的健全性を向上でき、プレナムスプリング９の
燃料被覆管１０への挿入性を向上できる。また、上部端
栓１１と接する側のプレナムスプリング９の端部を反対
側の燃料ペレット７と接する円錐状端部の外径よりも大
きすることにより、上部端栓１１と燃料被覆被覆管１０
を溶接する際に発生する熱を放熱する効果が向上する。
さらに、上部端栓１０と接触する端部を円周方向に水平
に研削し上部端栓１０との接触面を増加することにより
伝熱特性の向上を図れる。また、燃料ペレット７と接触
する端部を円周方向に水平に研削し燃料ペレットとの接
触面を増加することにより接触応力が低減され機械的健
全性上好ましい。本実施例では、プレナムスプリング９
の端部の外径が燃料ペレット７の平坦部外径からはみ出
さないように燃料ペレット７の面取り並びに燃料ペレッ
ト７及プレナムスプリング９装着の中心ずれ等を考慮
し、端部の外径は８.７mm 以下とすることが好ましい。
なお、プレナムスプリング９の端部の最適な外径は燃料
ペレット７及び燃料被覆管１０の外径や燃料ペレット７
の面取り等の各寸法により決めるのが好ましいが、プレ
ナムスプリング９の端部外径が燃料ペレット７の平坦部
外径からはみ出さない範囲であれば上記目的は達成され
る。
グ９の形状を示したものである。燃料ペレット７に接す
る側のプレナムスプリング９の端部を先細の円錐状とす
ることにより、プレナムスプリング９と燃料ペレット７
外周付近の接触を回避でき、燃料ペレット７外周付近の
割れを防止でき、プレナムスプリング９最先端部が燃料
被覆管１０内面に接触するのを防止でき、燃料被覆管１
０の機械的健全性を向上でき、プレナムスプリング９の
燃料被覆管１０への挿入性を向上できる。また、上部端
栓１１と接する側のプレナムスプリング９の端部を反対
側の燃料ペレット７と接する円錐状端部の外径よりも大
きすることにより、上部端栓１１と燃料被覆被覆管１０
を溶接する際に発生する熱を放熱する効果が向上する。
さらに、上部端栓１０と接触する端部を円周方向に水平
に研削し上部端栓１０との接触面を増加することにより
伝熱特性の向上を図れる。また、燃料ペレット７と接触
する端部を円周方向に水平に研削し燃料ペレットとの接
触面を増加することにより接触応力が低減され機械的健
全性上好ましい。本実施例では、プレナムスプリング９
の端部の外径が燃料ペレット７の平坦部外径からはみ出
さないように燃料ペレット７の面取り並びに燃料ペレッ
ト７及プレナムスプリング９装着の中心ずれ等を考慮
し、端部の外径は８.７mm 以下とすることが好ましい。
なお、プレナムスプリング９の端部の最適な外径は燃料
ペレット７及び燃料被覆管１０の外径や燃料ペレット７
の面取り等の各寸法により決めるのが好ましいが、プレ
ナムスプリング９の端部外径が燃料ペレット７の平坦部
外径からはみ出さない範囲であれば上記目的は達成され
る。
【００２３】また、燃料ペレット７側の端部を密着構造
することにより中空の円柱状固体物質を形成でき、特に
短尺燃料棒３の熱中性子の吸収を高め、図３に示すよう
に燃料ペレット７の核反応を低減でき出力スパイクを抑
制できる。図４は端部の密着長さと出力スパイクの関係
を示したものであり、本実施例では、密着長さを４mm以
上１２mm以下とすることが好ましい。ただし、密着長さ
がこれより大きい場合や小さい場合でも出力スパイク低
減の効果は期待できる。
することにより中空の円柱状固体物質を形成でき、特に
短尺燃料棒３の熱中性子の吸収を高め、図３に示すよう
に燃料ペレット７の核反応を低減でき出力スパイクを抑
制できる。図４は端部の密着長さと出力スパイクの関係
を示したものであり、本実施例では、密着長さを４mm以
上１２mm以下とすることが好ましい。ただし、密着長さ
がこれより大きい場合や小さい場合でも出力スパイク低
減の効果は期待できる。
【００２４】図５は、プレナムスプリング９の最先端を
内側へ折り曲げることによりプレナムスプリング９と燃
料ペレット７の接触面を増加できるので接触面の応力の
低減が図れ、燃料ペレット７の健全性を向上することが
できる。
内側へ折り曲げることによりプレナムスプリング９と燃
料ペレット７の接触面を増加できるので接触面の応力の
低減が図れ、燃料ペレット７の健全性を向上することが
できる。
【００２５】図６は、プレナムスプリング９の両端を同
一形状とすることにより誤装着の可能性を排除でき装着
時における装着向きの識別が不要となり装着性が向上す
る。図７は、プレナムスプリング９の先端を細径とした
実施例であり、プレナムスプリング９の端部を円錐型と
することによる効果と同程度の効果が期待できる。図８
は、短尺燃料棒３の燃料ペレット７とプレナムスプリン
グ９の間に中空の固体物質を装着したものであり、プレ
ナム８部の空間の体積をほとんど減じることなく前述の
端部が密着型のプレナムスプリングと同様に出力スパイ
ク低減の効果が期待できる。
一形状とすることにより誤装着の可能性を排除でき装着
時における装着向きの識別が不要となり装着性が向上す
る。図７は、プレナムスプリング９の先端を細径とした
実施例であり、プレナムスプリング９の端部を円錐型と
することによる効果と同程度の効果が期待できる。図８
は、短尺燃料棒３の燃料ペレット７とプレナムスプリン
グ９の間に中空の固体物質を装着したものであり、プレ
ナム８部の空間の体積をほとんど減じることなく前述の
端部が密着型のプレナムスプリングと同様に出力スパイ
ク低減の効果が期待できる。
【００２６】
【発明の効果】第１の発明によれば、製造性の向上、出
力スパイクの低減、燃料ペレットの外周部の割れ防止、
及び燃料被覆管の破損防止を図ることができる。第２の
発明によれば、更に燃料ペレットの機械的健全性又はプ
レナムスプリングの熱的健全性を向上できる。第３の発
明によれば、更にプレナムスプリングの誤装着を防止で
きる。
力スパイクの低減、燃料ペレットの外周部の割れ防止、
及び燃料被覆管の破損防止を図ることができる。第２の
発明によれば、更に燃料ペレットの機械的健全性又はプ
レナムスプリングの熱的健全性を向上できる。第３の発
明によれば、更にプレナムスプリングの誤装着を防止で
きる。
【図１】本発明の一実施例のプレナムスプリングの説明
図。
図。
【図２】短尺燃料棒を採用した９×９型燃料集合体の断
面図。
面図。
【図３】短尺燃料棒の軸方向出力分布特性図。
【図４】プレナムスプリング密着長さと出力スパイクの
特性図。
特性図。
【図５】本発明の一実施例の先端折り曲げプレナムスプ
リングの説明図。
リングの説明図。
【図６】本発明の一実施例の両端同一プレナムスプリン
グの説明図。
グの説明図。
【図７】本発明の一実施例の先端細径プレナムスプリン
グの説明図。
グの説明図。
【図８】本発明の一実施例の中空の固体物質装着燃料棒
の説明図。
の説明図。
７…燃料ペレット、８…プレナム、９…プレナムスプリ
ング、１０…燃料被覆管、１１…上部端栓。
ング、１０…燃料被覆管、１１…上部端栓。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中島 潤二郎 茨城県日立市幸町三丁目２番１号 日立 エンジニアリング株式会社内 (72)発明者 安嶋 政吉 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式 会社 日立製作所 日立工場内 (72)発明者 井筒 定幸 茨城県日立市幸町三丁目２番１号 日立 エンジニアリング株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−8783（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−256987（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G21C 3/18
Claims (3)
- 【請求項１】核燃料物質を含む多数の燃料棒を備えた燃
料集合体において、前記燃料棒はその内部に収納された
燃料ペレットの上方のプレナム部にプレナムスプリング
を備え、 前記プレナムスプリングは前記燃料ペレットに直接接触
しており、 前記プレナムスプリングのうち前記燃料ペレットと接触
する下端部は、前記プレナムスプリングの中央部よりも
密着した構造で且つ先端が細い先細構造を有することを
特徴とする燃料集合体。 - 【請求項２】請求項１において、前記プレナムスプリン
グは、前記下端部の最先端が内側へ折り曲げられている
ことを特徴とする燃料集合体。 - 【請求項３】請求項１または２において、前記プレナム
スプリングは、上端部と前記下端部が同一構造を有する
ことを特徴とする燃料集合体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6167700A JP3064812B2 (ja) | 1994-07-20 | 1994-07-20 | 燃料集合体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6167700A JP3064812B2 (ja) | 1994-07-20 | 1994-07-20 | 燃料集合体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0829568A JPH0829568A (ja) | 1996-02-02 |
| JP3064812B2 true JP3064812B2 (ja) | 2000-07-12 |
Family
ID=15854602
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6167700A Expired - Lifetime JP3064812B2 (ja) | 1994-07-20 | 1994-07-20 | 燃料集合体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3064812B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013036741A (ja) * | 2011-08-03 | 2013-02-21 | Global Nuclear Fuel-Japan Co Ltd | 燃料集合体および燃料棒 |
-
1994
- 1994-07-20 JP JP6167700A patent/JP3064812B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0829568A (ja) | 1996-02-02 |
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| JPS5872096A (ja) | セグメント形燃料棒 |
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