JP3065533B2 - 原子炉の燃料棒 - Google Patents
原子炉の燃料棒Info
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- JP3065533B2 JP3065533B2 JP8118434A JP11843496A JP3065533B2 JP 3065533 B2 JP3065533 B2 JP 3065533B2 JP 8118434 A JP8118434 A JP 8118434A JP 11843496 A JP11843496 A JP 11843496A JP 3065533 B2 JP3065533 B2 JP 3065533B2
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- 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
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- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、被覆管内の下部に
ガスプレナム部が形成されている原子炉の燃料棒に関
し、更に詳しく述べると、ガスプレナム部を２重管構造
として、燃料破損時の核分裂生成ガスの放出速度を制限
し、燃料破損の拡大及び反応度の急激な上昇を防止する
下部ガスプレナム型の燃料棒に関するものである。
ガスプレナム部が形成されている原子炉の燃料棒に関
し、更に詳しく述べると、ガスプレナム部を２重管構造
として、燃料破損時の核分裂生成ガスの放出速度を制限
し、燃料破損の拡大及び反応度の急激な上昇を防止する
下部ガスプレナム型の燃料棒に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】原子炉の燃料は、多数の燃料ペレットを
被覆管内に収納して両端を密封することで燃料棒を構成
し、この燃料棒を多数本束ねて燃料集合体としており、
この燃料集合体を原子炉内外への出し入れの単位として
いる。通常、燃料集合体は垂直方向に原子炉容器内に装
荷され、冷却材は原子炉容器の下方から流入して燃料集
合体で加熱され、原子炉容器の上方から流出するように
構成されている。
被覆管内に収納して両端を密封することで燃料棒を構成
し、この燃料棒を多数本束ねて燃料集合体としており、
この燃料集合体を原子炉内外への出し入れの単位として
いる。通常、燃料集合体は垂直方向に原子炉容器内に装
荷され、冷却材は原子炉容器の下方から流入して燃料集
合体で加熱され、原子炉容器の上方から流出するように
構成されている。
【０００３】燃料棒は、被覆管内の一部の領域に多数の
燃料ペレットが積み重ねられるように収納されていて、
該被覆管の両端が上部端栓と下部端栓とで密封され、被
覆管内の残りの領域が主としてガスプレナム部（燃料ペ
レットから放出される核分裂生成ガスを蓄積する空間）
となっている。従来技術では、ガスプレナム部を燃料ペ
レットの上側（冷却材流路では下流側）に設ける燃料棒
が多い。しかし近年、ガスプレナム部を燃料ペレットの
下側（冷却材流路では上流側）に設ける下部ガスプレナ
ム型の燃料棒も検討されてきた。その理由は、原子炉容
器内の冷却材下流側（上部）と上流側（下部）とでは冷
却材温度が異なり、低い温度の上流側にガスプレナム部
を設けた方が有利であると考えられるためである。
燃料ペレットが積み重ねられるように収納されていて、
該被覆管の両端が上部端栓と下部端栓とで密封され、被
覆管内の残りの領域が主としてガスプレナム部（燃料ペ
レットから放出される核分裂生成ガスを蓄積する空間）
となっている。従来技術では、ガスプレナム部を燃料ペ
レットの上側（冷却材流路では下流側）に設ける燃料棒
が多い。しかし近年、ガスプレナム部を燃料ペレットの
下側（冷却材流路では上流側）に設ける下部ガスプレナ
ム型の燃料棒も検討されてきた。その理由は、原子炉容
器内の冷却材下流側（上部）と上流側（下部）とでは冷
却材温度が異なり、低い温度の上流側にガスプレナム部
を設けた方が有利であると考えられるためである。
【０００４】燃料棒の下部にガスプレナム部を形成する
従来構造としては、中間端栓型とスリーブ型とがある。
中間端栓型は、中央に縦貫孔を有する中間端栓を被覆管
の周壁面に固定し、該中間端栓によって燃料ペレットを
保持し下方にガスプレナム部を形成するものである。例
えば中間端栓の外周に設けた突起を被覆管の周壁面に形
成した嵌合穴に嵌合させたり、あるいは中間端栓の位置
で被覆管を内向きに変形する（かしめる）ことによっ
て、中間端栓を被覆管内の所定の位置に固定する方法が
採られている。スリーブ型では、スリーブ管によって燃
料ペレットを保持し、スリーブ管でガスプレナム部を構
成する。この場合、スリーブ管は、単なる管状体（両端
開放）であり、燃料ペレットを支える機能を果たしてい
るにすぎない。
従来構造としては、中間端栓型とスリーブ型とがある。
中間端栓型は、中央に縦貫孔を有する中間端栓を被覆管
の周壁面に固定し、該中間端栓によって燃料ペレットを
保持し下方にガスプレナム部を形成するものである。例
えば中間端栓の外周に設けた突起を被覆管の周壁面に形
成した嵌合穴に嵌合させたり、あるいは中間端栓の位置
で被覆管を内向きに変形する（かしめる）ことによっ
て、中間端栓を被覆管内の所定の位置に固定する方法が
採られている。スリーブ型では、スリーブ管によって燃
料ペレットを保持し、スリーブ管でガスプレナム部を構
成する。この場合、スリーブ管は、単なる管状体（両端
開放）であり、燃料ペレットを支える機能を果たしてい
るにすぎない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】下部ガスプレナム型の
燃料棒において、万一、下部（冷却材の上流側）で大き
な破損が生じ、瞬時にガスプレナム部内に蓄積されてい
る核分裂生成ガスが冷却材流路内に放出されると、放出
ガスは気泡を形成して下流側にあたる炉心領域を通過す
ることになる。この気泡通過によって、軽水冷却型の原
子炉では熱貫流率の大幅な低下による燃料破損の拡大、
ナトリウム冷却型の高速炉では、更に冷却材密度の低下
に起因した急激な反応度の上昇が起こる可能性がある。
燃料棒において、万一、下部（冷却材の上流側）で大き
な破損が生じ、瞬時にガスプレナム部内に蓄積されてい
る核分裂生成ガスが冷却材流路内に放出されると、放出
ガスは気泡を形成して下流側にあたる炉心領域を通過す
ることになる。この気泡通過によって、軽水冷却型の原
子炉では熱貫流率の大幅な低下による燃料破損の拡大、
ナトリウム冷却型の高速炉では、更に冷却材密度の低下
に起因した急激な反応度の上昇が起こる可能性がある。
【０００６】ところが、従来検討されている下部ガスプ
レナム型の燃料棒では、燃料棒自体にはこの問題に対す
る特段の解決手段は設けられていない。
レナム型の燃料棒では、燃料棒自体にはこの問題に対す
る特段の解決手段は設けられていない。
【０００７】本発明の目的は、燃料棒下部で被覆管の破
損が生じても、下部ガスプレナム部からの核分裂生成ガ
スの瞬間的な放出を回避でき、広範な冷却材ボイド領域
の形成を防ぎ、燃料破損の拡大及び反応度の急激な上昇
を防止できる下部ガスプレナム型の燃料棒を提供するこ
とである。
損が生じても、下部ガスプレナム部からの核分裂生成ガ
スの瞬間的な放出を回避でき、広範な冷却材ボイド領域
の形成を防ぎ、燃料破損の拡大及び反応度の急激な上昇
を防止できる下部ガスプレナム型の燃料棒を提供するこ
とである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、被覆管内の一
部の領域に多数の燃料ペレットが積み重ねられ、該被覆
管の両端が上部端栓と下部端栓とで密封され、燃料ペレ
ットから放出される核分裂生成ガスを蓄積する空間であ
るガスプレナム部が被覆管内の下部に形成されている構
造の燃料棒である。本発明の特徴は、ガスプレナム部
を、外側の被覆管と内側のスリーブ管との２重管構造と
し、該スリーブ管は、被覆管に対して間隙を有し、スリ
ーブ端栓により上下両端が閉じられ、且つ側壁に複数の
微小口径の貫通孔を配設した構造をなしている点にあ
る。
部の領域に多数の燃料ペレットが積み重ねられ、該被覆
管の両端が上部端栓と下部端栓とで密封され、燃料ペレ
ットから放出される核分裂生成ガスを蓄積する空間であ
るガスプレナム部が被覆管内の下部に形成されている構
造の燃料棒である。本発明の特徴は、ガスプレナム部
を、外側の被覆管と内側のスリーブ管との２重管構造と
し、該スリーブ管は、被覆管に対して間隙を有し、スリ
ーブ端栓により上下両端が閉じられ、且つ側壁に複数の
微小口径の貫通孔を配設した構造をなしている点にあ
る。
【０００９】ここでスリーブ管が、その上方に積み重ね
られている燃料ペレットの保持部材を兼ねている構造と
するのが好ましい。また微小口径の貫通孔は、スリーブ
管の下部で全周にわたってほぼ均等に配設することが望
ましい。
られている燃料ペレットの保持部材を兼ねている構造と
するのが好ましい。また微小口径の貫通孔は、スリーブ
管の下部で全周にわたってほぼ均等に配設することが望
ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】燃料ペレットから放出される核分
裂生成ガスはガスプレナム部に蓄積される。下部ガスプ
レナム部にはスリーブ管が入っており、核分裂生成ガス
は微小口径の貫通孔を通って両端封止されたスリーブ管
内に蓄積されることになる。ここで万一、被覆管の下部
が破損したとすると、スリーブ管と被覆管との間に存在
していた核分裂生成ガスは瞬時に放出されるが、スリー
ブ管内に蓄積されていた核分裂生成ガスは、微小口径の
貫通孔を通らねば出られならないために、瞬時には放出
されず、徐々に放出されることになる。そのため大きな
冷却材ボイド領域の形成を抑制することができる。
裂生成ガスはガスプレナム部に蓄積される。下部ガスプ
レナム部にはスリーブ管が入っており、核分裂生成ガス
は微小口径の貫通孔を通って両端封止されたスリーブ管
内に蓄積されることになる。ここで万一、被覆管の下部
が破損したとすると、スリーブ管と被覆管との間に存在
していた核分裂生成ガスは瞬時に放出されるが、スリー
ブ管内に蓄積されていた核分裂生成ガスは、微小口径の
貫通孔を通らねば出られならないために、瞬時には放出
されず、徐々に放出されることになる。そのため大きな
冷却材ボイド領域の形成を抑制することができる。
【００１１】
【実施例】図１は本発明に係る原子炉の燃料棒の一実施
例を示す説明図であり、Ａは一部破断斜視図、Ｂは部分
拡大断面図である。この燃料棒１０は、被覆管１２内の
一部の領域に多数の燃料ペレット１４が積み重ねられ、
該被覆管１２の両端が上部端栓１６と下部端栓１８とで
密封され、燃料ペレット１４から放出される核分裂生成
ガスを蓄積する空間であるガスプレナム部２０が被覆管
内の下部に形成されている構造である。ここで本発明の
特徴は、この下部ガスプレナム部２０にスリーブ管２２
を挿入して、外側の被覆管１２と内側のスリーブ管２２
との２重管構造とし、該スリーブ管２２は、スリーブ端
栓２４ａ，２４ｂにより上下両端が閉じられ且つ側壁に
複数の微小口径の貫通孔２６を配設した点にある。
例を示す説明図であり、Ａは一部破断斜視図、Ｂは部分
拡大断面図である。この燃料棒１０は、被覆管１２内の
一部の領域に多数の燃料ペレット１４が積み重ねられ、
該被覆管１２の両端が上部端栓１６と下部端栓１８とで
密封され、燃料ペレット１４から放出される核分裂生成
ガスを蓄積する空間であるガスプレナム部２０が被覆管
内の下部に形成されている構造である。ここで本発明の
特徴は、この下部ガスプレナム部２０にスリーブ管２２
を挿入して、外側の被覆管１２と内側のスリーブ管２２
との２重管構造とし、該スリーブ管２２は、スリーブ端
栓２４ａ，２４ｂにより上下両端が閉じられ且つ側壁に
複数の微小口径の貫通孔２６を配設した点にある。
【００１２】スリーブ管２２は、被覆管１２の内面に対
して密着せず、僅かな余裕（隙間）を有する外径に設定
され、微小口径の貫通孔２６は、スリーブ管２２の下端
近傍部で全周にわたってほぼ均等に配設される。ここで
はスリーブ管２２は、その上方に積み重ねられる燃料ペ
レット１４の保持部材を兼ねている。つまり、スリーブ
端栓２４ａの上に燃料ペレット１４が積み重ねられる。
して密着せず、僅かな余裕（隙間）を有する外径に設定
され、微小口径の貫通孔２６は、スリーブ管２２の下端
近傍部で全周にわたってほぼ均等に配設される。ここで
はスリーブ管２２は、その上方に積み重ねられる燃料ペ
レット１４の保持部材を兼ねている。つまり、スリーブ
端栓２４ａの上に燃料ペレット１４が積み重ねられる。
【００１３】原子炉運転中に燃料ペレット１４から放出
される核分裂生成ガスは、被覆管１２とスリーブ管２２
との間隙、及びスリーブ管２２に設けた貫通孔２６を通
ってスリーブ管２２の内部に徐々に蓄積される。燃焼が
進み、燃料棒１０内のガス圧が冷却材圧力を上回る状態
において、被覆管１２が大きく破損した場合、まず燃料
ペレット１４と被覆管１２、及び被覆管１２とスリーブ
管２２との間隙に蓄積されていた少量の核分裂生成ガス
は瞬時に放出される。しかし、スリーブ管２２内に蓄積
されている多量の核分裂生成ガスは、微小口径の貫通孔
２６を通して遅れて外部へと放出されることになる。従
って、この下部ガスプレナム部２０に蓄積された核分裂
生成ガスの放出速度は、貫通孔２６の形成個数及び口径
によって制限されることになる。
される核分裂生成ガスは、被覆管１２とスリーブ管２２
との間隙、及びスリーブ管２２に設けた貫通孔２６を通
ってスリーブ管２２の内部に徐々に蓄積される。燃焼が
進み、燃料棒１０内のガス圧が冷却材圧力を上回る状態
において、被覆管１２が大きく破損した場合、まず燃料
ペレット１４と被覆管１２、及び被覆管１２とスリーブ
管２２との間隙に蓄積されていた少量の核分裂生成ガス
は瞬時に放出される。しかし、スリーブ管２２内に蓄積
されている多量の核分裂生成ガスは、微小口径の貫通孔
２６を通して遅れて外部へと放出されることになる。従
って、この下部ガスプレナム部２０に蓄積された核分裂
生成ガスの放出速度は、貫通孔２６の形成個数及び口径
によって制限されることになる。
【００１４】上記のように貫通孔を周方向で複数個分散
形成しておけば、燃料ペレットから微細な破片や粉末が
被覆管とスリーブ管との間隙に落下しても、それらの破
片等によって全ての貫通孔が塞がる恐れはなく、動作の
確実性が保証される。また貫通孔をスリーブ管の下端近
傍部に設けると、スリーブ管の内圧が冷却材圧力を上回
っている間は、核分裂生成ガスが徐々に放出されるが、
スリーブ管の内圧が低下すれば、冷却材が流入するため
に核分裂生成ガスの放出が抑制され、結果的にガス放出
量を少なくすることができる。
形成しておけば、燃料ペレットから微細な破片や粉末が
被覆管とスリーブ管との間隙に落下しても、それらの破
片等によって全ての貫通孔が塞がる恐れはなく、動作の
確実性が保証される。また貫通孔をスリーブ管の下端近
傍部に設けると、スリーブ管の内圧が冷却材圧力を上回
っている間は、核分裂生成ガスが徐々に放出されるが、
スリーブ管の内圧が低下すれば、冷却材が流入するため
に核分裂生成ガスの放出が抑制され、結果的にガス放出
量を少なくすることができる。
【００１５】
【発明の効果】本発明は上記のように、下部ガスプレナ
ム部を２重管構成とし、微小口径の貫通孔を設けた構造
としたから、下部ガスプレナム部での被覆管の破損によ
る急激な核分裂生成ガスの放出を抑制でき、大規模な冷
却材ボイド領域の形成による燃料破損の拡大、及び高速
炉における急激な反応度の上昇を防止できる。
ム部を２重管構成とし、微小口径の貫通孔を設けた構造
としたから、下部ガスプレナム部での被覆管の破損によ
る急激な核分裂生成ガスの放出を抑制でき、大規模な冷
却材ボイド領域の形成による燃料破損の拡大、及び高速
炉における急激な反応度の上昇を防止できる。
【図１】本発明に係る燃料棒の一実施例を示す説明図。
１０ 燃料棒 １２ 被覆管 １４ 燃料ペレット １６ 上部端栓 １８ 下部端栓 ２０ 下部ガスプレナム部 ２２ スリーブ管 ２４ａ，２４ｂ スリーブ端栓 ２６ 貫通孔
フロントページの続き (72)発明者 林 秀行 茨城県東茨城郡大洗町成田町4002 動力 炉・核燃料開発事業団大洗工学センター 内 (56)参考文献 特開 平６−138270（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−209458（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−346472（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−134070（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G21C 3/16 G21C 3/18
Claims (2)
- 【請求項１】 被覆管内の一部の領域に多数の燃料ペレ
ットが積み重ねられていて、該被覆管の両端が上部端栓
と下部端栓とで密封され、燃料ペレットから放出される
核分裂生成ガスを蓄積する空間であるガスプレナム部が
被覆管内の下部に形成されている構造の燃料棒におい
て、 ガスプレナム部を、外側の被覆管と内側のスリーブ管と
の２重管構造とし、該スリーブ管は、被覆管に対して間
隙を有し、スリーブ端栓により上下両端が閉じられ、且
つ複数の微小口径の貫通孔を下端近傍部の側壁に全周に
わたってほぼ均等に配設した構造をなしていることを特
徴とする原子炉の燃料棒。 - 【請求項２】 スリーブ管が、その上方に積み重ねられ
ている燃料ペレットの保持部材を兼ねている請求項１記
載の原子炉の燃料棒。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8118434A JP3065533B2 (ja) | 1996-04-16 | 1996-04-16 | 原子炉の燃料棒 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8118434A JP3065533B2 (ja) | 1996-04-16 | 1996-04-16 | 原子炉の燃料棒 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09281259A JPH09281259A (ja) | 1997-10-31 |
| JP3065533B2 true JP3065533B2 (ja) | 2000-07-17 |
Family
ID=14736549
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8118434A Expired - Fee Related JP3065533B2 (ja) | 1996-04-16 | 1996-04-16 | 原子炉の燃料棒 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3065533B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109935371A (zh) * | 2017-12-19 | 2019-06-25 | 中国原子能科学研究院 | 一种带有绕丝的双面冷却环形燃料棒 |
-
1996
- 1996-04-16 JP JP8118434A patent/JP3065533B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09281259A (ja) | 1997-10-31 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
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| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
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| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |