JP3065576B2 - Liquid metal bonded fuel rod for nuclear reactor - Google Patents
Liquid metal bonded fuel rod for nuclear reactorInfo
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料物質として二
酸化ウランあるいはウラン・プルトニウム混合酸化物燃
料を用いる原子炉用燃料棒に関し、更に詳しく述べる
と、被覆管と燃料ペレットとのギャップ部などに液体金
属が充填されている構造の原子炉用液体金属ボンド型燃
料棒に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel rod for a nuclear reactor using uranium dioxide or uranium-plutonium mixed oxide fuel as a fuel material. More specifically, the present invention relates to a fuel rod in a gap between a cladding tube and a fuel pellet. The present invention relates to a liquid metal bonded fuel rod for a nuclear reactor having a structure filled with metal.
【０００２】[0002]
【従来の技術】二酸化ウラン（ＵＯ2 ）あるいはウラン
・プルトニウム混合酸化物（ＭＯＸ）からなる燃料ペレ
ットを用いる原子炉用燃料棒は、通常、被覆管内に多数
の円柱状の燃料ペレットを充填すると共に残りの空間を
ガスプレナムとし、前記被覆管の上下両端を上部端栓と
下部端栓で封止した構造である。ガスプレナムには、輸
送時の燃料ペレットの軸方向の移動を規制するためのプ
レナムスプリングを装填する。 2. Description of the Related Art A fuel rod for a nuclear reactor using fuel pellets made of uranium dioxide (UO 2 ) or uranium-plutonium mixed oxide (MOX) usually has a large number of cylindrical fuel pellets filled in a cladding tube. The remaining space is a gas plenum, and the upper and lower ends of the cladding tube are sealed with an upper end plug and a lower end plug. The gas plenum is loaded with a plenum spring for regulating the movement of fuel pellets in the axial direction during transportation.
【０００３】近年、燃料温度の低下を図るために、中空
燃料あるいは液体金属ボンド型中空燃料の使用が検討さ
れている。中空燃料は、例えば図７のＡに示すように、
被覆管１０内に多数の円筒状の燃料ペレット（中空ペレ
ット）１２を充填すると共に残りの領域を上部ガスプレ
ナム１４とし、前記被覆管１０の上下両端を上部端栓１
６と下部端栓１８で封止した構造である。上部ガスプレ
ナム１４に組み込んだプレナムスプリング２０は、輸送
時における燃料ペレット１２の軸方向の移動を規制する
機能を果たす。他方、従来の液体金属ボンド型中空燃料
は、上記中空燃料とほぼ同様の構造をなしているが、図
７のＢに示すように、被覆管１０の内部に熱伝導率が大
きい液体金属２２を充填した点が異なる。この液体金属
２２は、被覆管１０と燃料ペレット１２とのギャップ部
及び燃料ペレット１２の連通中心空孔を満たし、伝熱性
を向上させる機能を果たす。In recent years, use of a hollow fuel or a liquid metal bond type hollow fuel has been studied in order to lower the fuel temperature. The hollow fuel is, for example, as shown in FIG.
The cladding tube 10 is filled with a large number of cylindrical fuel pellets (hollow pellets) 12, the remaining region is an upper gas plenum 14, and upper and lower ends of the cladding tube 10 are upper end plugs 1.
6 and a lower end plug 18. The plenum spring 20 incorporated in the upper gas plenum 14 has a function of restricting the axial movement of the fuel pellet 12 during transportation. On the other hand, the conventional liquid metal bond type hollow fuel has substantially the same structure as the above-mentioned hollow fuel. However, as shown in FIG. 7B, a liquid metal 22 having a large thermal conductivity is provided inside the cladding tube 10. The filling point is different. The liquid metal 22 fills a gap between the cladding tube 10 and the fuel pellet 12 and a communication center hole of the fuel pellet 12, and has a function of improving heat conductivity.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】このような液体金属ボ
ンド型中空燃料は、液体金属が充填されているために、
単なる中空燃料に比べて燃料ペレットから被覆管への伝
熱性が優れているという利点がある。しかし、充填され
ている液体金属のために、燃料棒内のガス空間の体積が
少なくなり、燃料棒内圧が増加する問題が生じる。Such a liquid metal bond type hollow fuel is filled with liquid metal,
There is an advantage that heat transfer from the fuel pellet to the cladding tube is superior to a simple hollow fuel. However, due to the liquid metal being filled, the volume of the gas space in the fuel rod is reduced, causing a problem that the internal pressure of the fuel rod increases.
【０００５】本発明の目的は、原子炉照射中の燃料ペレ
ットから被覆管への伝熱性を向上させることができるば
かりでなく、燃料棒内圧の増加を抑制できる原子炉用液
体金属ボンド型燃料棒を提供することである。本発明の
他の目的は、プレナムスプリングを使用することなく燃
料棒輸送中の燃料ペレットの移動を阻止できるように
し、プレナムスプリングが不要となった分だけ、燃料棒
内圧の増加を抑制できると共に、容易に製作できるよう
な構造の原子炉用液体金属ボンド型燃料棒を提供するこ
とである。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to improve the heat transfer from fuel pellets to cladding during reactor irradiation and to suppress the increase in fuel rod internal pressure. It is to provide. Another object of the present invention is to prevent the movement of fuel pellets during fuel rod transportation without using a plenum spring, and to suppress the increase in fuel rod internal pressure by the amount that the plenum spring becomes unnecessary, An object of the present invention is to provide a liquid metal bonded fuel rod for a nuclear reactor having a structure that can be easily manufactured.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
被覆管の両端が上部端栓と下部端栓とで封止されてお
り、該被覆管の内部に多数の筒状の燃料ペレットが装填
され残りの空間が上部ガスプレナムになっていて、該上
部ガスプレナムにプレナムスプリングを組み込んで燃料
ペレットの軸方向の移動を規制し、且つ被覆管内部のギ
ャップ部に液体金属を充填した構造の原子炉用液体金属
ボンド型燃料棒である。ここで、各燃料ペレットの中空
部によって形成される連通中心空孔に、上部に孔を開け
た有底の中心管を挿入し、該中心管の内部を上部ガスプ
レナムと連通するガス空間としており、その点に特徴が
ある。The invention according to claim 1 is
Both ends of the cladding tube are sealed with an upper end plug and a lower end plug, a number of cylindrical fuel pellets are loaded inside the cladding tube, and the remaining space is an upper gas plenum. This is a liquid metal bonded fuel rod for a nuclear reactor having a structure in which a plenum spring is incorporated into the fuel cell to control the movement of fuel pellets in the axial direction and the gap inside the cladding tube is filled with liquid metal. Here, a bottomed center tube with a hole formed in the upper portion is inserted into the communication center hole formed by the hollow portion of each fuel pellet, and the inside of the center tube serves as a gas space communicating with the upper gas plenum. There is a characteristic in that respect.
【０００７】また請求項２に係る発明は、被覆管の両端
が上部端栓と下部端栓とで封止されており、該被覆管の
内部に多数の燃料ペレットが装填され残りの空間が上部
ガスプレナムになっていて、被覆管内部のギャップ部に
液体金属が充填されている構造の原子炉用液体金属ボン
ド型燃料棒である。ここで、上部ガスプレナムにプレナ
ムスプリングは無く、代わりに下部端栓の被覆管挿入部
の周面が被覆管内面に対して間隔を有し、且つ前記被覆
管挿入部の周面に液体金属が自由に入り込める周方向の
溝又は径方向の孔が形成されていて、輸送時は、燃料ペ
レット全体を囲み前記溝又は孔に入り込んだ状態で固化
した液体金属によって各燃料ペレットを下部端栓に固定
する構成である。According to a second aspect of the present invention, both ends of the cladding tube are sealed with an upper end plug and a lower end plug, and a large number of fuel pellets are loaded inside the cladding tube and the remaining space is formed in the upper part. This is a liquid metal bonded fuel rod for a nuclear reactor, which is a gas plenum and has a structure in which a liquid metal is filled in a gap portion inside a cladding tube. Here, there is no plenum spring in the upper gas plenum, instead the cladding tube insertion part of the lower end plug
Has a gap with respect to the inner surface of the cladding tube, and
Liquid metal be formed freely Hairikomeru circumferential direction of <br/> grooves or radial holes on the circumferential surface of the pipe insertion portion, during transportation, fuel Bae
Each fuel pellet is fixed to the lower end plug with liquid metal solidified while surrounding the entire let and entering the groove or hole .
【０００８】更に請求項３に係る発明は、被覆管の両端
が上部端栓と下部端栓とで封止されており、該被覆管の
内部に多数の筒状の燃料ペレットが装填され残りの空間
が上部ガスプレナムになっていて、被覆管内部のギャッ
プ部に液体金属が充填されている構造の原子炉用液体金
属ボンド型燃料棒である。ここで、上部ガスプレナムに
プレナムスプリングは無く、代わりに下部端栓の被覆管
挿入部の周面が被覆管内面に対して間隔を有し、且つ前
記被覆管挿入部の周面に液体金属が自由に入り込める周
方向の溝又は径方向の孔が形成されていて、輸送時は、
燃料ペレット全体を囲み前記溝又は孔に入り込んだ状態
で固化した液体金属によって各燃料ペレットが下部端栓
に固定され、且つ各燃料ペレットの中空部によって形成
される連通中心空孔に、上部に孔を開けた有底の中心管
を挿入し、該中心管の内部を上部ガスプレナムと連通す
るガス空間とする構成である。Further, according to a third aspect of the present invention, both ends of the cladding tube are sealed with an upper end plug and a lower end plug, and a large number of cylindrical fuel pellets are loaded inside the cladding tube and the remaining fuel pellets are filled. This is a liquid metal bonded fuel rod for a nuclear reactor in which the space is an upper gas plenum and the gap inside the cladding tube is filled with liquid metal. Here, the upper gas plenum has no plenum spring. Instead, the peripheral surface of the cladding tube insertion portion of the lower end plug has a space with respect to the cladding tube inner surface, and
Zhou liquid metal Hairikomeru freely on the peripheral surface of serial cladding tube insertion portion
Direction grooves or radial holes are formed, during transportation,
A state surrounding the entire fuel pellet and entering the groove or hole
In each fuel pellet by solidified liquid metal are fixed to the lower end plug, and the communication center air hole which is formed by a hollow portion of the fuel pellet, and insert the central tube with a bottom and a hole in the top, the The inside of the central tube is configured as a gas space communicating with the upper gas plenum.
【０００９】[0009]
【実施例】図１は請求項１の発明に係る原子炉用液体金
属ボンド型燃料棒の一実施例を示す説明図である。被覆
管１０の上下両端が上部端栓１６と下部端栓１８とで封
止され、その内部が密閉空間となっている。該密閉空間
に多数の円筒状の燃料ペレット１２を一列に積み重ねた
状態で充填する。燃料ペレット１２は、二酸化ウラン
（ＵＯ2 ）又はウラン・プルトニウム混合酸化物（ＭＯ
Ｘ）からなる。前記密閉空間の残りの領域は上部ガスプ
レナム１４となっていて、プレナムプリング２０が装填
される。このプレナムスプリング２０は、輸送中に燃料
ペレット１２が軸方向に移動するのを規制する機能を果
たすものである。FIG. 1 is an explanatory view showing one embodiment of a liquid metal bonded fuel rod for a nuclear reactor according to the present invention. Both upper and lower ends of the cladding tube 10 are sealed by an upper end plug 16 and a lower end plug 18, and the inside is a closed space. The sealed space is filled with a large number of cylindrical fuel pellets 12 stacked in a line. The fuel pellets 12 are made of uranium dioxide (UO 2 ) or uranium-plutonium mixed oxide (MO).
X). The remaining area of the enclosed space is an upper gas plenum 14 into which a plenum pulling 20 is loaded. The plenum spring 20 has a function of restricting the fuel pellet 12 from moving in the axial direction during transportation.
【００１０】本実施例では、各燃料ペレット１２の中空
部によって形成される連通中心空孔に、上部側面に孔３
０を開けた中心管３２を挿入する。この中心管３２は、
有底で各燃料ペレット１２の中空部よりやや小径の円筒
管であって、下部端栓１８の上面から上部端栓１６の下
面近傍まで、ほぼ密閉空間の全高にわたって延びてい
る。前記孔３０は、中心管３２の上端近傍に形成されて
いて、それによって中心管３２の内部が上部ガスプレナ
ム１４と連通するガス空間となる。前記被覆管内には液
体金属２２を充填する。充填する液体金属の量は、上部
ガスプレナム１４の大部分が残る程度とする。従って、
液体金属２２は、被覆管１０と燃料ペレット１２とのギ
ャップ部、及び燃料ペレット１２と中心管３２とのギャ
ップ部に充填されることになる。In this embodiment, a hole 3 is formed in the upper side surface in the communication center hole formed by the hollow portion of each fuel pellet 12.
Insert the center tube 32 with 0 opened. This central tube 32
It is a cylindrical tube having a bottom and a diameter slightly smaller than the hollow portion of each fuel pellet 12, and extends from the upper surface of the lower end plug 18 to the vicinity of the lower surface of the upper end plug 16 over substantially the entire height of the sealed space. The hole 30 is formed near the upper end of the center tube 32, thereby forming a gas space in which the inside of the center tube 32 communicates with the upper gas plenum 14. A liquid metal 22 is filled in the cladding tube. The amount of liquid metal to be filled is such that most of the upper gas plenum 14 remains. Therefore,
The liquid metal 22 fills the gap between the cladding tube 10 and the fuel pellet 12 and the gap between the fuel pellet 12 and the center tube 32.
【００１１】本発明（図１に示す管挿入型液体金属中空
燃料）、従来技術Ａ（図７のＡに示す中空燃料）、従来
技術Ｂ（図７のＢに示す液体金属中空燃料）を、軽水炉
（ＬＷＲ）用の燃料棒に適用した場合について、原子炉
照射特性を解析した。基本的な共通の解析条件は次の通
りである。 ・被覆管外径：１４．５mm ・燃料ペレット外径：１２．４mm ・燃料ペレット−被覆管ギャップ：０．３mm ・燃料ペレット中心孔径：３．６mm ・上部ガスプレナム体積：６１cm3 The present invention (tube-inserted liquid metal hollow fuel shown in FIG. 1), prior art A (hollow fuel shown in FIG. 7A), and prior art B (liquid metal hollow fuel shown in FIG. 7B) Reactor irradiation characteristics were analyzed for a case where the invention was applied to a fuel rod for a light water reactor (LWR). The basic common analysis conditions are as follows. -Cladding tube outer diameter: 14.5 mm-Fuel pellet outer diameter: 12.4 mm-Fuel pellet-cladding tube gap: 0.3 mm-Fuel pellet center hole diameter: 3.6 mm-Upper gas plenum volume: 61 cm 3
【００１２】各燃料棒に特有の解析条件、及び各燃料棒
についての解析結果を表１に示す。また各燃料棒につい
て、照射中の燃料中心温度の変化を図２に示し、照射中
の燃料棒内圧の変化を図３に示す。Table 1 shows the analysis conditions specific to each fuel rod and the analysis results for each fuel rod. FIG. 2 shows the change in the fuel center temperature during irradiation for each fuel rod, and FIG. 3 shows the change in the fuel rod internal pressure during irradiation.
【００１３】[0013]
【表１】 [Table 1]
【００１４】表１から、燃料中心温度（最高温度）は、
従来技術Ａ（中空燃料）では１４００℃であるのに対し
て、従来技術Ｂ（液体金属中空燃料）では１２６０℃、
本発明（管挿入型液体金属中空燃料）では１２４０℃で
あり、液体金属を使用した燃料棒は、燃料ペレット−被
覆管ギャップ部に熱伝導率が大きい液体金属（ここでは
Ｓｎ）が充填されていることにより、１５０℃程度低減
することが分かる。そして図２から、照射期間を通し
て、中空燃料（従来技術Ａ）は液体金属ボンド型燃料
（従来技術Ｂ及び本発明）よりも、燃料中心温度が高い
ことも分かる。From Table 1, the fuel center temperature (maximum temperature) is:
Conventional technology A (hollow fuel) has a temperature of 1400 ° C., whereas conventional technology B (liquid metal hollow fuel) has a temperature of 1260 ° C.
In the present invention (tube-inserted liquid metal hollow fuel), the temperature is 1240 ° C. In a fuel rod using liquid metal, a liquid metal (here, Sn) having a high thermal conductivity is filled in a fuel pellet-cladding tube gap. It can be seen that the temperature decreases by about 150 ° C. FIG. 2 also shows that throughout the irradiation period, the hollow fuel (prior art A) has a higher fuel center temperature than the liquid metal bond type fuel (prior art B and the present invention).
【００１５】また表１から、照射末期での燃料棒内圧
は、従来技術Ｂ（液体金属中空燃料）は２．４ＭＰａで
あるのに対して、従来技術Ａ（中空燃料）は１．９ＭＰ
ａ、本発明（管挿入型液体金属中空燃料）では１．８Ｍ
Ｐａである。上部ガスプレナム体積が同一の場合、従来
技術Ｂ（液体金属中空燃料）は従来技術Ａ（中空燃料）
に比べ、燃料ペレットの連通中心空孔及び燃料ペレット
−被覆管ギャップ部に液体金属が充填されているために
燃料棒のガス空間体積が小さくなり、燃料棒内圧が高く
なる。しかし本発明のように、孔を開けた中心管を設置
すると、該中心管の内部をガス空間として確保できるこ
とになる。そのため、通常の液体金属中空燃料（従来技
術Ｂ）と比較して、照射末期で燃料棒内圧を約２５％低
減できる。また本発明を従来技術Ａと比べると、燃料ペ
レット−被覆管ギャップ部に液体金属が充填されている
ために燃料棒内のガス空間体積は小さいが、燃料中心温
度が低いために、結果として、本発明における燃料棒内
圧は中空燃料（従来技術Ａ）と同程度となる。なお図３
に示すように、照射期間を通して、通常の液体金属中空
燃料（従来技術Ｂ）は他の燃料棒に比べて燃料棒内圧が
高い。Further, from Table 1, the internal pressure of the fuel rod at the end of irradiation is 2.4 MPa for the prior art B (liquid metal hollow fuel), whereas it is 1.9 MPa for the prior art A (hollow fuel).
a, 1.8 M in the present invention (tube inserted liquid metal hollow fuel)
Pa. When the upper gas plenum volume is the same, the prior art B (liquid metal hollow fuel) is replaced by the prior art A (hollow fuel).
As compared with the above, since the communication center hole of the fuel pellet and the fuel pellet-cladding gap are filled with the liquid metal, the gas space volume of the fuel rod is reduced, and the internal pressure of the fuel rod is increased. However, when a central tube having a hole is provided as in the present invention, the inside of the central tube can be secured as a gas space. As a result, the internal pressure of the fuel rod can be reduced by about 25% at the end of irradiation as compared with a normal liquid metal hollow fuel (prior art B). Also, when the present invention is compared with the prior art A, the gas space volume in the fuel rod is small because the fuel pellet-cladding gap is filled with the liquid metal, but the fuel center temperature is low. The internal pressure of the fuel rod in the present invention is almost the same as that of the hollow fuel (prior art A). FIG. 3
As shown in the figure, during the irradiation period, the ordinary liquid metal hollow fuel (prior art B) has a higher internal pressure of the fuel rod than other fuel rods.
【００１６】図４のＡ，Ｂは請求項２の発明に係る原子
炉用液体金属ボンド型燃料棒の一実施例を示す説明図で
ある。被覆管１０の上下両端が上部端栓１６と下部端栓
３４又は下部端栓３６とで封止され、それらの内部が密
閉空間となっている。その密閉空間に多数の円柱状の燃
料ペレット３８が積み重ねられた状態で充填されてい
る。燃料ペレット３８は、二酸化ウラン（ＵＯ2 ）又は
ウラン・プルトニウム混合酸化物（ＭＯＸ）からなる。
前記密閉空間の残りの領域は上部ガスプレナム１４であ
る。FIGS. 4A and 4B are explanatory views showing one embodiment of a liquid metal bond type fuel rod for a nuclear reactor according to the second aspect of the present invention. The upper and lower ends of the cladding tube 10 are sealed with the upper end plug 16 and the lower end plug 34 or the lower end plug 36, and the inside thereof is a sealed space. A large number of cylindrical fuel pellets 38 are filled in the sealed space in a stacked state. The fuel pellets 38 are made of uranium dioxide (UO 2 ) or uranium-plutonium mixed oxide (MOX).
The remaining area of the enclosed space is the upper gas plenum 14.
【００１７】しかし本実施例ではプレナムプリングは用
いない。その代わりに、下部端栓３４の被覆管挿入部に
溝４０（図４のＡ）又は孔４２（図４のＢ）を形成し
て、それらの中に液体金属２２が自由に入り込めるよう
にしてある。輸送時は、固化している液体金属によって
燃料ペレット全体が囲まれて下部端栓３４，３６に固定
されるために、各燃料ペレット３８の軸方向の移動を防
止できる。However, in this embodiment, plenum pulling is not used. Instead, a groove 40 (FIG. 4A) or a hole 42 (FIG. 4B) is formed in the cladding tube insertion portion of the lower end plug 34 so that the liquid metal 22 can freely enter therein. is there. During transportation, the entire fuel pellet is surrounded by the solidified liquid metal and fixed to the lower end plugs 34, 36, so that the movement of each fuel pellet 38 in the axial direction can be prevented.
【００１８】図５のＡに示す寸法の溝を有する下部端栓
と、図５のＢに示す寸法の孔を有する下部端栓とについ
て、以下のような条件で形状評価を試みた。 ・被覆管外径：１４．５mm ・燃料ペレット外径：１２．４mm ・燃料ペレット−被覆管ギャップ：０．３mm ・燃料有効長：３７００mm ・燃料ペレット重量：約５kg ・液体金属（Ｓｎ）重量：約０．５kg ・保持面負荷荷重（重力加速度時）：約５．５kg ・液体金属引張り強さ（Ｓｎ：常温固体時）：約２．２
kg／mm2 ・必要保持面面積（重力加速度時）：２．５mm2 なお保持面負荷荷重（重力加速度時）及び必要保持面面
積（重力加速度時）は、液体金属（固化時）と被覆管内
面の接触による保持力を０kgとした場合の値である。The shape of the lower end plug having the groove shown in FIG. 5A and the lower end plug having the hole shown in FIG. 5B were evaluated under the following conditions. -Cladding tube outer diameter: 14.5 mm-Fuel pellet outer diameter: 12.4 mm-Fuel pellet-cladding gap: 0.3 mm-Effective fuel length: 3700 mm-Fuel pellet weight: about 5 kg-Liquid metal (Sn) weight: Approximately 0.5 kg ・ Load on holding surface (at the time of gravitational acceleration): Approximately 5.5 kg ・ Liquid metal tensile strength (Sn: at room temperature solid): Approximately 2.2
kg / mm 2 · Necessary holding surface area (at the time of gravitational acceleration): 2.5 mm 2 The load on the holding surface (at the time of gravitational acceleration) and the required holding surface area (at the time of gravitational acceleration) are between the liquid metal (at the time of solidification) and the cladding tube. This is a value when the holding force due to surface contact is 0 kg.
【００１９】図５に示すような下部端栓形状では、保持
面の面積は、図５のＡの溝型下部端栓の場合が約５０mm
2 であり、図５のＢの孔型下部端栓の場合は前後の２面
で合計約２５mm2 となる。液体金属を使用した場合、輸
送中の燃料棒温度は、液体金属の融点に達していないた
めに、燃料ペレットと一緒に固体金属の状態で固まって
いる。液体金属（固化時）と被覆管内面の接触による保
持力を、最も厳しい０kgとした場合において、必要保持
面面積を上回る保持面面積を有する下部端栓形状にする
ことで、輸送時は、固体状態にある液体金属によって燃
料ペレットを下部端栓に固定でき、各燃料ペレットの軸
方向移動を防止できる。In the shape of the lower end plug shown in FIG. 5, the area of the holding surface is about 50 mm in the case of the grooved lower end plug of FIG. 5A.
In the case of the hole-type lower end plug shown in FIG. 5B, the total is about 25 mm 2 on the front and rear surfaces. When liquid metal is used, the fuel rod temperature during transportation has not reached the melting point of the liquid metal, so that it is solidified together with the fuel pellets in a solid metal state. When the holding force due to the contact between the liquid metal (at the time of solidification) and the inner surface of the cladding tube is set to 0kg, which is the strictest, the lower end plug shape has a holding surface area that exceeds the required holding surface area. The fuel pellets can be fixed to the lower end plug by the liquid metal in the state, and the axial movement of each fuel pellet can be prevented.
【００２０】溝は、上記の例のように全周に設ける方が
保持面面積が大きくなるので好ましいが、必ずしも全周
にわたって設けなくてもよい。溝の断面形状は任意であ
る。また孔は、上記の例では貫通孔であるが、非貫通孔
でもよい。孔の断面形状も任意である。なお、上記の図
４に示す実施例では、円柱状の燃料ペレットを用いてい
るが、円筒状（中空）の燃料ペレットを用いる場合にも
適用できることは言うまでもない。It is preferable that the groove is provided on the entire circumference as in the above-described example because the holding surface area becomes large. However, the groove is not necessarily provided on the entire circumference. The cross-sectional shape of the groove is arbitrary. The holes are through holes in the above example, but may be non-through holes. The cross-sectional shape of the hole is also arbitrary. In the embodiment shown in FIG. 4 described above, a cylindrical fuel pellet is used. However, it is needless to say that the present invention can be applied to a case where a cylindrical (hollow) fuel pellet is used.
【００２１】図６は請求項３の発明に係る原子炉用液体
金属ボンド型燃料棒の一実施例を示す説明図である。こ
の実施例は、上記２つの実施例を組み合わせた構成であ
る。被覆管１０の上下両端が上部端栓１６と下部端栓３
４とで封止され、その内部が密閉空間となっている。該
密閉空間の大部分の領域に多数の円筒状の燃料ペレット
１２が積み重ねられた状態で充填されている。前記密閉
空間の残りの領域は上部ガスプレナム１４である。FIG. 6 is an explanatory view showing one embodiment of a liquid metal bond type fuel rod for a nuclear reactor according to the third aspect of the present invention. This embodiment is a combination of the above two embodiments. The upper and lower ends of the cladding tube 10 have an upper end plug 16 and a lower end plug 3
4 to form a closed space. A large part of the closed space is filled with a large number of cylindrical fuel pellets 12 in a stacked state. The remaining area of the enclosed space is the upper gas plenum 14.
【００２２】本実施例では、各燃料ペレット１２によっ
て形成される連通中心空孔に、上部側面に孔３０を開け
た中心管３２を挿入する。この中心管３２は、下部端栓
３４から上部端栓１６の近傍まで、ほぼ密閉空間の全高
にわたって延びている。前記孔３０は、中心管３２の殆
ど上端近傍に形成されていて、該中心管３２の内部を上
部ガスプレナム１４と連通するガス空間とする。前記被
覆管内には液体金属２２を充填する。充填する液体金属
の量は、上部ガスプレナム１４の大部分が残る程度とす
る。従って、液体金属２２は、被覆管１０と燃料ペレッ
ト１２とのギャップ部、及び燃料ペレット１２と中心管
３２とのギャップ部に充填されることになる。In the present embodiment, a central tube 32 having a hole 30 formed in the upper side surface is inserted into the communication center hole formed by each fuel pellet 12. The central tube 32 extends from the lower end plug 34 to the vicinity of the upper end plug 16 over substantially the entire height of the enclosed space. The hole 30 is formed near the upper end of the center tube 32, and makes the inside of the center tube 32 a gas space communicating with the upper gas plenum 14. A liquid metal 22 is filled in the cladding tube. The amount of liquid metal to be filled is such that most of the upper gas plenum 14 remains. Therefore, the liquid metal 22 fills the gap between the cladding tube 10 and the fuel pellet 12 and the gap between the fuel pellet 12 and the center tube 32.
【００２３】本実施例でもプレナムプリングは用いな
い。その代わりに、下部端栓３４の被覆管挿入部に溝４
０又は孔を形成して、液体金属２２が自由に入り込める
ようにする。輸送時は、固化している液体金属によって
燃料ペレット全体が囲まれ、下部端栓３４に固定される
ために、該燃料ペレット１２の軸方向の移動を防止する
ことができる。In this embodiment, plenum pulling is not used. Instead, a groove 4 is formed in the cladding tube insertion portion of the lower end plug 34.
A zero or hole is formed to allow liquid metal 22 to enter freely. During transportation, the entire fuel pellet is surrounded by the solidified liquid metal and fixed to the lower end plug 34, so that the fuel pellet 12 can be prevented from moving in the axial direction.
【００２４】この構成では、中心管３２の内部空間と、
プレナムスプリングを用いないことによって、ガス空間
の体積が増加するため、液体金属ボンド型の利点を有す
るのに加えて、燃料棒の内圧増加を抑えることができ、
照射特性が更に優れた燃料棒が得られる。In this configuration, the internal space of the central tube 32 is
By not using the plenum spring, the volume of the gas space increases, and in addition to having the advantage of the liquid metal bond type, it is possible to suppress the increase in the internal pressure of the fuel rod,
A fuel rod with better irradiation characteristics can be obtained.
【００２５】[0025]
【発明の効果】請求項１に係る発明では上記のように、
液体金属ボンド型であるので原子炉照射中の燃料ペレッ
トから被覆管への伝熱性の向上を図ることができ、且つ
燃料ペレットの連通中心空孔に挿入した中心管をガス空
間として利用することで、燃料棒内圧の低減を図ること
ができ、液体金属充填によるガス空間体積の減少の問題
を解消できる。According to the first aspect of the present invention, as described above,
Since it is a liquid metal bond type, it is possible to improve the heat transfer from the fuel pellet to the cladding tube during reactor irradiation, and by using the center tube inserted into the communication center hole of the fuel pellet as a gas space. In addition, the internal pressure of the fuel rod can be reduced, and the problem of a decrease in gas space volume due to liquid metal filling can be solved.
【００２６】また請求項２に係る発明では、下部端栓の
形状を工夫して液体金属の固化を利用して輸送時におけ
る燃料ペレットの保持を行わせるため、従来必要であっ
たプレナムスプリングが不要となり、その分だけガス空
間体積が増加し、燃料棒内圧の増加を抑えることができ
る。According to the second aspect of the present invention, the shape of the lower end plug is devised to use the solidification of the liquid metal to hold the fuel pellet during transportation, so that the plenum spring, which was conventionally required, is not required. Thus, the gas space volume increases by that amount, and the increase in the fuel rod internal pressure can be suppressed.
【００２７】更に請求項３に係る発明では、上記両方の
効果が相乗され、伝熱性の向上と、より一層の燃料棒内
圧低減効果が得られる。Further, in the invention according to claim 3, both of the above effects are synergistically achieved, and an improvement in heat transfer and a further effect of reducing the fuel rod internal pressure can be obtained.
【図１】本発明に係る原子炉用液体金属ボンド型燃料棒
の一実施例を示す説明図。FIG. 1 is an explanatory view showing one embodiment of a liquid metal bonded fuel rod for a nuclear reactor according to the present invention.
【図２】燃焼度に対する燃料中心温度の関係を示すグラ
フ。FIG. 2 is a graph showing the relationship between the burn-up and the fuel center temperature.
【図３】燃焼度に対する燃料棒内圧の関係を示すグラ
フ。FIG. 3 is a graph showing the relationship between burnup and fuel rod internal pressure.
【図４】本発明の他の実施例を示す説明図。FIG. 4 is an explanatory view showing another embodiment of the present invention.
【図５】その下部端栓の構造例を示す説明図。FIG. 5 is an explanatory view showing a structural example of the lower end plug.
【図６】本発明の更に他の実施例を示す説明図。FIG. 6 is an explanatory view showing still another embodiment of the present invention.
【図７】従来技術の例を示す説明図。FIG. 7 is an explanatory diagram showing an example of the related art.
１０ 被覆管 １２ 燃料ペレット １４ 上部ガスプレナム １６ 上部端栓 １８ 下部端栓 ２０ プレナムスプリング ２２ 液体金属 ３０ 孔 ３２ 中心管 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Clad tube 12 Fuel pellet 14 Upper gas plenum 16 Upper end plug 18 Lower end plug 20 Plenum spring 22 Liquid metal 30 Hole 32 Central tube
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｇ２１Ｃ 3/28 Ｇ２１Ｃ 3/28 Ｊ Ｋ 21/02 21/02 Ｂ (56)参考文献 特開 平７−306283（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−201192（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G21C 3/16 G21C 3/18 G21C 3/28 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI G21C 3/28 G21C 3/28 JK 21/02 21/02 B (56) References JP-A-7-306283 (JP, A (58) Fields examined (Int. Cl. 7 , DB name) G21C 3/16 G21C 3/18 G21C 3/28
Claims (3)
封止されており、該被覆管の内部に多数の筒状の燃料ペ
レットが装填され残りの空間が上部ガスプレナムになっ
ていて、該上部ガスプレナムにプレナムスプリングを組
み込んで燃料ペレットの軸方向の移動を規制し、且つ被
覆管内部のギャップ部に液体金属を充填した燃料棒にお
いて、 各燃料ペレットの中空部によって形成される連通中心空
孔に、上部に孔を開けた有底の中心管が挿入され、該中
心管の内部を上部ガスプレナムと連通するガス空間にし
たことを特徴とする原子炉用液体金属ボンド型燃料棒。At least two ends of a cladding tube are sealed with an upper end plug and a lower end plug, a large number of tubular fuel pellets are loaded inside the cladding tube, and the remaining space is an upper gas plenum. A plenum spring is incorporated in the upper gas plenum to control the axial movement of the fuel pellets, and in a fuel rod filled with liquid metal in a gap inside the cladding tube, a communication formed by a hollow portion of each fuel pellet. A liquid metal bonded fuel rod for a nuclear reactor, wherein a bottomed central pipe having a hole formed in an upper portion thereof is inserted into the central hole, and the inside of the central pipe is formed as a gas space communicating with an upper gas plenum.
封止されており、該被覆管の内部に多数の燃料ペレット
が装填され残りの空間が上部ガスプレナムになってい
て、被覆管内部のギャップ部に液体金属を充填した燃料
棒において、 上部ガスプレナムにプレナムスプリングは存在せず、代
わりに下部端栓の被覆管挿入部の周面が被覆管内面に対
して間隔を有し、且つ前記被覆管挿入部の周面に液体金
属が自由に入り込める周方向の溝又は径方向の孔が形成
されていて、輸送時に、燃料ペレット全体を囲み前記溝
又は孔に入り込んだ状態で固化した液体金属によって各
燃料ペレットが下部端栓に固定されることを特徴とする
原子炉用液体金属ボンド型燃料棒。2. The cladding tube has both ends sealed by an upper end plug and a lower end plug, a number of fuel pellets are loaded inside the cladding tube, and the remaining space is an upper gas plenum. In the fuel rod with the gap inside the pipe filled with liquid metal, there is no plenum spring in the upper gas plenum. Instead, the peripheral surface of the cladding tube insertion part of the lower end plug faces the inner surface of the cladding tube.
And has a spacing, and the liquid metal on the circumferential surface of the cladding tube insertion portion be formed freely Hairikomeru circumferential grooves or radial bore, during transportation, the groove surrounds the entire fuel pellets
A liquid metal bonded fuel rod for a nuclear reactor, wherein each fuel pellet is fixed to a lower end plug by liquid metal solidified in a state of being inserted into a hole .
封止されており、該被覆管の内部に多数の筒状の燃料ペ
レットが装填され残りの空間が上部ガスプレナムになっ
ていて、被覆管内部のギャップ部に液体金属を充填した
燃料棒において、 上部ガスプレナムにプレナムスプリングは存在せず、代
わりに下部端栓の被覆管挿入部の周面が被覆管内面に対
して間隔を有し、且つ前記被覆管挿入部の周面に液体金
属が自由に入り込める周方向の溝又は径方向の孔が形成
されていて、輸送時に、燃料ペレット全体を囲み前記溝
又は孔に入り込んだ状態で固化した液体金属によって各
燃料ペレットが下部端栓に固定され、且つ各燃料ペレッ
トの中空部によって形成される連通中心空孔に、上部に
孔を開けた有底の中心管が挿入され、該中心管の内部を
上部ガスプレナムと連通するガス空間にしたことを特徴
とする原子炉用液体金属ボンド型燃料棒。3. Both ends of the cladding tube are sealed with an upper end plug and a lower end plug, a number of cylindrical fuel pellets are loaded inside the cladding tube, and the remaining space is an upper gas plenum. Therefore, in a fuel rod in which the gap inside the cladding tube is filled with liquid metal, there is no plenum spring in the upper gas plenum. Instead, the peripheral surface of the cladding tube insertion part of the lower end plug faces the cladding tube inner surface.
And has a spacing, and the liquid metal on the circumferential surface of the cladding tube insertion portion be formed freely Hairikomeru circumferential grooves or radial bore, during transportation, the groove surrounds the entire fuel pellets
Alternatively , each fuel pellet is fixed to the lower end plug by liquid metal solidified in a state of being inserted into the hole , and a center having a bottom with a hole formed in the upper portion in the communication center hole formed by the hollow portion of each fuel pellet. A liquid metal bonded fuel rod for a nuclear reactor, wherein a pipe is inserted, and the inside of the central pipe is made into a gas space communicating with an upper gas plenum.
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