JP5675538B2

JP5675538B2 - 原子炉用の燃料棒アセンブリ

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Publication number: JP5675538B2
Application number: JP2011195608A
Authority: JP
Inventors: ラッセル・パトリック・ヒギンス; ヴェルノン・ダブリュー・ミルズ; デビッド・グレイ・スミス; ジェラルド・アントニー・ルチアノ; ロジャー・ハワード・ヴァン・スライク; ウィリアム・アール・ラッセル、ザ・セカンド; ブラドリー・ディー・ブルームクイスト
Original assignee: GE Hitachi Nuclear Energy Americas LLC
Current assignee: GE Hitachi Nuclear Energy Americas LLC
Priority date: 2010-09-10
Filing date: 2011-09-08
Publication date: 2015-02-25
Anticipated expiration: 2031-09-08
Also published as: EP2428966B1; TW201225111A; EP2428966A2; JP2012058244A; EP2428966A3; ES2478280T3; US20170352437A1; US9899107B2

Description

本発明は一般に、原子炉に関し、より詳細には、原子炉用の燃料棒アセンブリに関する。

例えば沸騰水型原子炉の通常生産の燃料集合体の内側で同位体を生成するための現在の構成は、燃料棒の位置の少なくとも１つに複数セグメント燃料棒を配置することを含む。複数セグメント燃料棒のうちの少なくとも１つのセグメントは、ターゲット同位体を含む。他のセグメントもターゲット同位体を含んでもよいが、代わりに核燃料を含み得る。接続箇所は、軸方向に隣接したセグメントの間に存在し、この接続箇所には、いかなる同位体または核燃料も配置することができない。その結果、これら複数セグメント燃料棒に隣接した燃料棒は、接続箇所の高さで相対的な出力増加を受ける。現在、このことは、隣接した燃料棒の濃縮を制限することによって対処されている。濃縮の制限により、これら燃料棒についての核特性の低下がもたらされ得る。

米国特許出願公開第２００８／００７６９５７号公報

本発明の例示的な実施形態は、原子炉の燃料集合体用の燃料棒アセンブリに関する。

一実施形態は、複数の燃料棒セグメントを含む多セグメント燃料棒を提供する。燃料棒セグメントは、対合構造を介して軸方向に取り外し可能に互いに対合している。照射ターゲットは、燃料棒セグメントのうちの少なくとも１つの燃料棒セグメント内に配置され、少なくとも１つの対合構造の少なくとも一部が、中性子吸収材を含む。

中性子吸収材は、核燃料でなく、照射ターゲットとして使用される材料と同じ材料、またはその材料とは異なる材料であり得る。対合構造に中性子吸収材を含むことによって、燃料棒セグメント同士の間の接続箇所の高さにおける相対的な出力増加を減少させ、および／またはなくすことができる。結果として、隣接した燃料棒の濃縮を調整する必要がなく、核特性の低下を緩和することおよび／またはなくすことができる。

別の実施形態は、原子炉に用いる燃料集合体を提供する。この燃料集合体は、複数の燃料棒を含み、これらの燃料棒のうちの少なくとも１つは、上記のように多セグメント燃料棒である。

さらなる実施形態は、多セグメント燃料棒を製造する方法に関する。この方法は、複数の燃料棒セグメントのうちの少なくとも１つの燃料棒セグメント内に少なくとも１つの照射ターゲットを配置するステップと、対合構造を介して軸方向に複数の燃料棒セグメントを互いに対合して、多セグメント燃料棒を形成するステップとを含む。少なくとも１つの対合構造の少なくとも一部は、中性子吸収材を含む。

またさらなる実施形態は、燃料集合体を製造する方法に関する。この方法は、複数の燃料棒を形成するステップを含み、これら燃料棒のうちの少なくとも１つが、多セグメント燃料棒である。この形成するステップは、複数の燃料棒セグメントのうちの少なくとも１つの燃料棒セグメント内に少なくとも１つの照射ターゲットを配置するステップと、対合構造を介して軸方向に複数の燃料棒セグメントを互いに対合して、多セグメント燃料棒を形成するステップとを含む。少なくとも１つの対合構造の少なくとも一部は、中性子吸収材を含む。この方法は、各スペーサが、多セグメント燃料棒の軸方向長さに沿って対合構造だけに直接接触するように複数の燃料棒を少なくとも１つのスペーサの中に配置することによって、少なくとも１つのスペーサおよび複数の燃料棒を含む燃料集合体を形成するステップをさらに含む。

本発明は、添付図面を参照して本発明の例示的な実施形態を詳細に説明することによってより明らかになろう。この例示的な実施形態は、ただ例示によって与えられ、したがって本発明の例示的な実施形態を限定しない。なお、同じ要素は、同じ参照符号によって表されている。

原子炉の例示的な燃料集合体を示す図である。デブリが、図１Ａの燃料集合体内で引っ掛かるまたは取り込まれる可能性のある場所を示す燃料集合体内のスペーサと燃料棒の接触区域を示す図である。タブ付きウォータロッドのタブ間に拘束されているスペーサと、デブリが、図１Ａの燃料集合体内で引っ掛かるまたは取り込まれる可能性のある場所であるスペーサ内の接触区域とを示す図である。本発明の例示的な一実施形態による燃料集合体用の燃料棒アセンブリを示す図である。燃料棒アセンブリをさらに詳細に示すための図２Ａの一部の分解図である。本発明の例示的な一実施形態による燃料棒アセンブリ用のオスアダプタサブアセンブリを示す斜視図および側面図である。本発明の例示的な一実施形態によるメスアダプタサブアセンブリを示す斜視図および側面図である。本発明の例示的な一実施形態による燃料棒アセンブリの例示的な下端部片を示す斜視図および側面図である。本発明の例示的な一実施形態による燃料棒アセンブリの所与の燃料棒セグメントに挿入するように適合した内容物を備える例示的な容器アセンブリを示す図である。本発明の別の例示的な実施形態による燃料集合体用の燃料棒アセンブリを示す図である。本発明の別の例示的な実施形態による燃料棒アセンブリ用のアダプタサブアセンブリを示す図である。本発明の別の例示的な実施形態による燃料棒アセンブリ用のミニサブアセンブリを示す図である。本発明の別の例示的な実施形態による燃料棒アセンブリ用の上端プラグアダプタを示す図である。本発明の別の例示的な実施形態による燃料棒アセンブリ用の下端プラグアダプタを示す図である。本発明の別の例示的な実施形態による燃料棒アセンブリ用のアダプタサブアセンブリを示す図である。例示一実施形態のセグメント化燃料棒の詳細図である。さらなる例示実施形態の対合構造を示す図である。さらなる例示実施形態の対合構造を示す図である。さらなる例示実施形態の対合構造を示す図である。さらなる例示実施形態の対合構造を示す図である。さらなる例示実施形態の対合構造を示す図である。さらなる例示実施形態の対合構造を示す図である。

図１Ａは、ＢＷＲなどの原子炉の例示的な燃料集合体を示す。燃料集合体１０は、上部タイプレート１４および下部タイプレート１６を囲む外側チャンネル１２を含むことができる。複数の全長燃料棒１８および／または部分長燃料棒１９は、燃料集合体１０内で行列状に配置され、燃料棒１８、１９を所与の行列状に保持する互いに垂直方向に間隔をおいて配置した複数のスペーサ（スペーサグリッドとしても知られている）２０を通過できる。

燃料棒１８および１９は、少なくとも一対のウォータロッド２２および２４と共に、燃料集合体１０内の燃料棒１８、１９の間に原子炉冷却材を流すための通路を画定するように、燃料集合体１０内の異なる軸方向位置に設けた複数のスペーサ２０によって、燃料集合体１０内で互いに間隔をおいて配置した関係で保持することができる。典型的には、燃料棒１８、１９を所望のアレイで保持するために、燃料集合体１０の軸方向の全長に沿って間隔をおいて配置した５つ〜８つのスペーサ２０の間に存在し得る。スペーサ２０は、任意のタイプのスペーサ、例えば、フェルールタイプスペーサ、または米国特許第５，２０９，８９９号に記載および例示したタイプのスペーサとして具体化されてもよい。

図１Ａでは、行列は、１０×１０のアレイであり得るが、例示的な燃料集合体１０は、９×９のアレイなどの燃料棒１８、１９の異なる行列アレイを有してもよい。集合体１０は、全長燃料棒１８ばかりを含んでもよく、および／または知られているように、全長燃料棒１８と部分長燃料棒１９の組み合わせを含んでもよい。当技術分野で知られているように、全長燃料棒１８および部分長燃料棒１９は、それぞれ被覆されている。ウォータロッド２２および２４（２本のウォータロッドが示されているが、集合体１０内にもっと多くまたはもっと少ないウォータロッドがあってもよい）は、下部タイプレート１６と上部タイプレート１４の間で、集合体１０内の燃料棒１８、１９の間に分散することができる。ウォータロッド２２、２４は、核燃料集合体１０の下方領域から上方領域まで流体を移送するように働き、水は、図示のようにウォータロッドの頂部に位置する開口部を通じて分散される。

図１Ｂは、図１Ａの燃料集合体１０内のスペーサと燃料棒の位置を示す。詳細には、図１Ｂは、デブリが捕獲されまたは取り込まれてフレッティング問題を悪化させる可能性がある場所を示す所与の燃料棒１８とスペーサ２０の間の例示的なデブリ捕獲区域５０ａ〜５０ｄを示す。

図１Ｃは、デブリが、引っ掛かりまたは取り込まれて、場合によっては、隣接した燃料棒１８、１９とフレッティングを引き起こす可能性がある場所を示す、図１Ａの燃料集合体１０内のスペーサとウォータロッドの位置、ならびに所与のウォータロッド２２、２４、およびスペーサ２０の間の例示的なデブリ捕獲区域５０ａ〜５０ｅを示す。ウォータロッド２２および２４は、スペーサ２０によって拘束されている。スペーサ２０は、スペーサを所望の高さに保持するためにスペーサ２０の両側にある一対の半径方向を向いたフランジまたはタブ３４および３６によって拘束されている。原子炉の出力運転中、デブリは、原子炉冷却材によって運ばれる可能性があり、集合体１０内のウォータロッド２２、２４およびスペーサ２０の中およびその周縁の周辺に引っ掛かかる可能性がある。スペーサ２０で取り込まれたデブリとウォータロッド２２、２４との間の反復的な相互作用によって、前述のフレッティング摩耗がもたらされ、隣接した燃料棒１８、１９および／またはウォータロッド２２、２４に損傷を与える可能性があり得る。

図２Ａは、本発明の例示的な一実施形態による燃料集合体１０用の燃料棒アセンブリ１００を示す。従来技術で説明したようなフレッティング摩耗を実質的になくすように設計した腐食しない燃料棒（ｆｒｅｔｌｅｓｓｒｏｄ）を提供するために、複数の部品または被覆した燃料棒セグメント１１０を含む燃料棒アセンブリ１００（場合によっては、多セグメント燃料棒または多部分燃料棒とも呼ばれる）が記載されている。図２Ａに示すように、燃料棒アセンブリ１００は、上端部片１２０と下端部片１３０の間に複数の燃料棒セグメント１１０（１１０ａおよび１１０ｂとして示す２つの隣接した燃料棒セグメント）を含むことができる。上端部片１２０および下端部片１３０は、知られているように、燃料集合体１０（図示せず）の下部体プレートおよび上部タイプレートと対合するねじ山を備えてもよい。隣接した燃料棒セグメント１１０ａ、１１０ｂは、図２Ａの破線の円内に全体的に示す対合構造３００を介して互いに相互接続することができる。この対合構造は、アダプタサブアセンブリとも呼ばれ得る。１つの燃料棒アセンブリ１００だけを図２Ａに示すが、図２Ａに示す燃料棒アセンブリ１００の１つまたは複数が、図１Ａに示す燃料集合体１０などの燃料集合体に挿入されてもよいことが理解されよう。

燃料棒セグメント１１０は、燃料棒アセンブリ１００の軸方向の全長を形成するように、上端部片１２０と下端部片１３０の間に互いに取り付けることができる。一例では、燃料棒セグメント１１０ａ、燃料棒セグメント１１０ｂ、ならびに上端部片１２０および下端部片１３０の各１つずつは、燃料棒アセンブリ１００の軸方向長さに沿った燃料棒アセンブリがスペーサ２０に接触する接続箇所で対合構造３００によって接続することができる。簡潔にするために３つのスペーサ２０および対合構造３００しか図２Ａに示されていないが、燃料集合体１０は、１つまたは複数の燃料棒アセンブリ１００を含むことができ、それぞれが、任意のいくつかのスペーサ２０の位置で対合構造３００によって接続した少なくとも１つの燃料棒セグメント１１０ａおよび少なくとも１つの燃料棒セグメント１１０ｂを有することを理解されたい。燃料棒セグメント１１０ａ、１１０ｂは、固定長セグメントまたは可変セグメントであり得る。

この例示的な実施形態では、燃料棒セグメントおよび関連した対合構造は、耐腐食性であり他の原子炉構成要素と適合する材料で構成される。例えば、例示的な材料は、ジルコニウム合金であり得る。

望ましくは、各スペーサ２０の一部は、対合構造３００の各々で燃料棒アセンブリ１００に接触し、燃料棒セグメント１１０同士の間の対合構造３００および／または接続箇所１１５を実質的に覆う、あるいは所与の燃料棒セグメント１１０と上端部片１２０および下端部片１３０の一方とを接続する対合構造３００または接続箇所１１５を実質的に覆うようになっている。したがって、所与のスペーサ２０内のこれらの箇所１１５および／または対合構造３００での燃料棒アセンブリ１００のフレッティングの影響をなくすことができる。それでもなおフレッティングが生じる場合があるが、燃料棒アセンブリ１００のフレッティング摩耗は、セグメント１１０ａ、ｂの代わりに、対合構造３００に生じる。したがって、これにより、所与の燃料棒セグメント１１０内から原子炉冷却材へ内容物が放出される可能性をなくすことができる。

図１３は、図２Ａの多セグメント化燃料棒１００を示す。多セグメント化燃料棒１００は、様々なセグメント１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、１１０ｅ、１１０ｆおよび１１０ｇに分割されており、これらセグメントは、（先に示したように）接続箇所１１５で対応する対合構造３００を介して互いに接続して（図１３中の鎖線１１１によって明らかなように）連続した多セグメント化燃料棒１００’を形成する。図１３は、多セグメント化燃料棒１００のセグメント１１０ａ、１１０ｃ、１１０ｅ、１１０ｆおよび１１０ｇのそれぞれにおけるターゲット容器６００の断面図Ｉ−ＶＩＩの拡大図を示す。

図Ｉおよび図ＩＩは、単一の燃料棒セグメント１１０Ａ内の液体、固体および気体のターゲット６２０として示す複数の異なるターゲットを収納している燃料棒１００内の複数の格納構造６００を示す。さらに、拡大図ＩおよびＩＩは、所与の燃料棒セグメント１１０ａ、１１０ｃ、１１０ｅなど内の格納構造６００に配置できる標識６５０を示す。図示のように、標識６５０は、例えば、ターゲットが固体、液体または気体の形態であるかどうかを示すことができると共に、（簡潔にするために図１３に示していない）ターゲット同位体の名称および／または照射により製造される同位体の名称を与えることもできる。

例えば、燃料棒セグメント１１０ｂおよび１１０ｄは、拡大図ＩＩＩおよびＩＶに示すように、核燃料６６０を収容することが示されている。もちろん、一代替例では、多セグメント化燃料棒１００は、セグメント１１０が前述のように核燃料を含むものでない複数の燃料棒セグメント１１０から構成されてもよい。燃料棒セグメント１１０ｅの拡大図Ｖは、気体の形態であるターゲットを含む容器アセンブリ６００を示す。燃料棒セグメント１１０ｆの拡大図ＶＩは、ターゲット６２０を液体の形態で含む燃料棒セグメント１１０ｆ内の容器アセンブリ６００を示す。燃料棒セグメント１１０ｇの拡大図ＶＩＩは、照射によって所望の同位体、この場合はＣｏ−６０を製造することができる、Ｃｏ−５９ＢＢの単一の円柱として示される、固体ターゲット６２０を含む容器アセンブリ６００を示す。このように、各容器アセンブリ６００は、例えば、多セグメント化燃料棒１００の対応する燃料棒セグメント１１０に挿入するために、固体、液体または気体の形態の同位体材料であるターゲット６２０を事前実装することができる。

さらに、各容器アセンブリ６００は、（図６Ａ、６Ｄおよび６Ｅに先に示したように）一端部６１２で端プラグ６３０によって、ならびに第１の端部６１１で外側ねじ山６０１およびＯリング６０２によってシールされるので、ある特定のセグメント１１０をその接続箇所１１５で取り除くことによって（すなわち、２つのセグメント１１０の間の接続箇所１１５で対合構造３００を分離するときに）、照射ターゲット６２０を原子炉冷却材にさらすことになる破損（ｂｒｅａｃｈ）を引き起こさない。したがって、容器アセンブリ６００’は、燃料棒セグメント１１０の外側被覆と共に、照射ターゲット６２０のための二重壁格納を実現する。

図２Ａは、隣接した燃料棒セグメント１１０ｂとアダプタサブアセンブリ３００の一部との間の溶接個所１５５を示すように、隣接した燃料棒セグメント１１０ａと１００ｂの間の例示的な対合構造またはアダプタサブアセンブリ３００を透過して詳細に示す（すなわち、細い線は、燃料棒セグメント１１０および／またはアダプタサブアセンブリ３００内の構成要素を示す）。図２Ａは、以下に詳細に説明する応用例のための燃料棒セグメント１１０のうちの１つまたは複数内に用意した適宜の容器アセンブリ６００も（細い線で）示す。これら燃料棒セグメントは、内部に容器アセンブリ６００を含んでも含まなくてもよい。加えて、図２Ａでは、アンダーカット部すなわち凹部破線３６０が示されている。以下さらに詳細に説明するように、凹部破線３６０は、例えば、輸送時等に長さを減少させることが望ましい場合があるある特定の燃料棒セグメント１１０を燃料棒アセンブリ１００から取り除くため、ある特定のアダプタサブアセンブリ３００／燃料棒セグメント１１０を割るための代替の位置を与える。

図２Ｂは、燃料棒アセンブリをさらに詳細に示すための図２Ａの一部の分解図を示す。図２Ｂの一部も、燃料棒セグメント１１０ａ、１１０ｂ、またはサブアセンブリ３００の内部の中の構成要素を示すために、細い線（点線）で示されている。アダプタサブアセンブリ３００は、溶接接合１５５で溶接部を介して燃料棒セグメント１１０ａに取り付けたオスアダプタプラグ３３０を含むことができる。同様に、アダプタサブアセンブリ３００は、溶接接合１５５で溶接部を介して燃料棒セグメント１１０ｂに一端部で取り付けられ得るメスアダプタプラグ３５０を含むことができる。オスアダプタプラグ３３０とメスアダプタプラグ３５０は共に、それらの外周の周囲に複数のナット形凹部３５７を備えることができる。一般に、凹部３５７は、例えば、保守休止中に適当な工具によって所与の燃料棒セグメント１１０、上端部片１２０、または下端部片１３０を取り外し／分解するのを容易にし得る。

図２Ｂでは、燃料棒アセンブリ１００を原子炉の燃料集合体１０に挿入する間または組み立てる間にスペーサ２０に損傷を与えるのを防ぐために、凹部３５７は、その両端に凹んだ角度付き表面、例えば、アングル縁部３８０を備えることができる。さらに、点線の形態で示すように、オスアダプタプラグ３３０およびメスアダプタプラグ３５０はそれぞれ、溶接接合１５５でプラグ３３０／３５０をセグメント１１０に溶接するために、対応するアダプタプラグ３３０、３５０を所与の燃料棒セグメント１１０の一端部に挿入するのを容易にするための溶接整合部材３５５を備えてもよい。

図３Ａおよび図３Ｂは、本発明の例示的な一実施形態による燃料棒アセンブリ用のアダプタサブアセンブリの部品を示す斜視図および側面図である。図３Ａおよび図３Ｂに示すように、オスアダプタプラグ３３０は、（溶接部などによって）第１の端部３３２で燃料棒セグメント１１０に取り付けることができる。オスアダプタプラグ３３０の第２の端部３３４は、メスアダプタプラグ３５０の対応する小室すなわち空洞に挿入することができる。オスアダプタプラグ３３０は、前述の溶接整合部材３３５を円筒セクション３３３の一部として備えることができ、円筒セクション３３３は、その周縁の周辺に、角度付き縁部３８０を有する凹部３５７を含む。中間部材３３９は、円筒セクション３３３を細長セクション３３８に接続する。細長セクション３３８は、図３Ａに示すように、ねじ山が切られていてもよい。細長セクション３３８は、オスアダプタプラグの第２の端部３３４でほぼ円錐形の端部３３６に先細りになる。円錐形端部３３６は、メスアダプタプラグ３５０をオスアダプタプラグ３３０に単一のアダプタサブアセンブリ３００として接続する自己整合補助部（ｓｅｌｆ−ａｌｉｇｎｍｅｎｔａｉｄ）を表す。

オスアダプタプラグ３３０は、当技術分野で知られているように、耐腐食性であり他の原子炉構成要素と適合するジルコニウム合金などの材料で作製することができる。

図４Ａおよび図４Ｂは、本発明の例示的な一実施形態によるアダプタサブアセンブリの別の部品を示す斜視図および側面図である。図４Ａおよび図４Ｂに示すように、メスアダプタプラグ３５０は、所与の燃料棒セグメント１１０（図示せず）に取り付けるための第１の端部３５２と、オスアダプタプラグ３３０の円錐形端部３３６および細長部材３３８を内部に受け入れるための第２の端部３５４とを有する。メスアダプタプラグ３５０は、溶接整合部材３５５、およびほぼ円筒形のセクション３５３を備えてもよく、このほぼ円筒形のセクション３５３は、メスアダプタプラグ３５０の取り外しおよび／または隣接した燃料棒セグメントの取り外しを容易にするために、第１の端部３５２で、周縁の周辺に、角度付き縁部３８０を備える複数のナット形凹部３５７を有する。

メスアダプタ３５０は、内部空洞３５８を備える。空洞３５８の表面は、オスアダプタプラグ３３０の細長セクション３３８にある対応するねじ山（図３Ａ参照）を受け入れるための複数の対合用ねじ山３５６を備えることができる。空洞３５８は、メスアダプタプラグ３５０内にオスアダプタプラグ３３０を接続するための円錐形端部３３６を受け入れる自己整合補助部として構成できる、凹形角度付き部分３５９を空洞３５８の一端に有することができる。

図４Ｂに示すように、メスアダプタプラグ３５０の円筒セクション３５３は、第２の端部３５４で凹部破線３６０を含むことができる。凹部破線３６０は、例えば、アンダーカットセクションとも呼ばれ得る。アンダーカットは、所与の燃料棒セグメント１１０が、図２Ｂの接続用接合１１５のねじを取り外すことなく断面脆弱部（ｓｅｃｔｉｏｎｌｏｏｓｅ）をスナッピング（ｓｎａｐｐｉｎｇ）および／または切断することによって安全に分解できるように、アダプタサブアセンブリ３００のそれぞれに設計されてもよい。このことを以下、さらに詳細に例示する。

別の態様では、細長セクション３３８のねじ山が、メスアダプタプラグ３５０の空洞３５８内で、対応する対合用ねじ山３５６に係合するとき、凹部破線３６０は、オスアダプタプラグ３３０の中間部材３３９と整合する。中間部材３３９の直径は、円筒セクション３３３の直径未満であるので、このことは、図２Ｂのアダプタサブアセンブリ３００をこの位置で切断、スナッピング、または破断するのを容易にする「弱い部位」を表す。したがって、凹部破線３６０は、図２Ｂのセグメント１１０の取り換え、図２Ｂアダプタサブアセンブリ３００の取り換えなどの場合に、図３Ｂのアダプタサブアセンブリ３３０の切断箇所に関する視覚的識別を可能にし得る。

図５Ａおよび図５Ｂは、本発明の例示的な一実施形態による燃料棒アセンブリの例示的な下端部片を示す斜視図および側面図である。図５Ａまたは図５Ｂに示すように、図２Ａの上端部片１２０および下端部片１３０の一方または両方は、中実の端部片アセンブリ５００として形成することができる。中実の端部片アセンブリは、例えば、固体金属材で作製することができる。端部片アセンブリ５００は、その一端に端プラグ部分５０５を備えることができ、別の端部に、図２Ｂの隣接した燃料棒セグメント１１０内で図４Ｂの対応するメスアダプタセグメント３５０と螺合するための一体化した端部片アダプタサブアセンブリ５３０を有することができる。

端部片アセンブリ５００は、中実のジルカロイで製造することができ、例えば、図１Ａの燃料集合体１０などの燃料集合体の頂部および底部の近くの軸方向中性子束（ａｘｉａｌｆｌｕｘ）は、図２Ａの上端部片１２０と下端部片１３０の間より一般に実質的に低いので、いずれの核燃料（濃縮ウラン）またはポイズン（ガドリニウム）も内部に必ずしも装荷する必要はない。したがって、図５Ａおよび図５Ｂは、定期保守休止中に図２Ａの燃料棒アセンブリ１００の図２Ｂの隣接したセグメント１１０から比較的容易に取り除くことができる再利用可能な（上端部片または下端部片として再利用可能な）端プラグを示し得る。

図６Ａ〜図６Ｅは、本発明の例示的な一実施形態による図２Ａの燃料棒アセンブリ１００の所与の燃料棒セグメント１１０に挿入するように適合した内容物を備える例示的な容器アセンブリを示す図である。

本発明の例示的な一実施形態では、燃料棒セグメント１１０のうちの種々のものは、先に図２Ｂに示したように、容器アセンブリ６００を内部に含むことができる。一例では、容器アセンブリ６００は、選択した内容物を収納または収容することができる。そのような内容物の一例は、燃料棒アセンブリ１００を収容する燃料集合体が、原子炉炉心内で照射されるときに１つまたは複数の所望の同位体を製造する１つまたは複数の照射ターゲットであり得る。例えば、燃料棒アセンブリ１００の１つまたは複数の燃料棒セグメント１１０は、同じターゲット、異なるターゲット、または複数の照射ターゲットをそれぞれ含むことができる。

図２Ａおよび図２Ｂを参照すると、本発明の例示的な一態様では、燃料棒アセンブリ１００の燃料棒セグメント１１０のうちの少なくとも１つが、内部に容器アセンブリ６００を含み、燃料棒アセンブリ１００の他の燃料棒セグメント１１０はどれも（端片１２０、１３０のどちらも）核燃料／ポイズンを収容しない。別の態様では、燃料棒アセンブリ１００の燃料棒セグメント１１０のうちの１つまたは複数は、所望の濃縮度のウランおよび／または所望の濃度のガドリニウムを含むことができる。位置および濃度は、例えば、計画したエネルギーサイクルのための集合体１０の所望の特性に基づくことができる。照射ターゲットを含む燃料棒セグメント１１０は、核燃料を含まないこともできるが、隣接した燃料棒セグメント１１０は、核燃料を内部に含んでもよい。

次に、図６Ａ〜図６Ｅを参照すると、図２Ａおよび図２Ｂに細い線で最初に示した容器アセンブリ６００は、照射ターゲット６２０を内部に収納する容器６１０を含むことができる。図６Ｄに示すように、容器６１０は、一端部６１１で閉じられていてもよく、他端部６１２で開いていてもよく、適当な端キャップ６３０によって容器を閉じるためにシール６１３を含むことができるが、端キャップ６３０は、両端に設けられてもよい。容器６１０は、ほぼ円筒形を有するものとして示されているが、容器６１０は、形状の最大直径が、燃料棒セグメント１１０の内径未満である限り、任意の幾何学的形状に合わせることができる。容器６１０は、例えば、ジルコニウム合金などの適当な材料で作製することができる。

容器６１０は、１つまたは複数の照射ターゲット６２０を収納することができる。図６Ｂに示す照射ターゲット６２０は、ほぼ円筒状または円筒形で例示されている。しかし、照射ターゲット６２０は、固体、液体および／または気体として具体化されてもよく、幾何形状の直径が、所与の燃料棒セグメント１１０内の容器６１０の内側に納まるのに十分小さい（容器６１０の内径未満）限り、任意の幾何形状をとってもよい。したがって、被覆した燃料棒セグメント１１０に結合した容器６１０は、燃料棒セグメント１１０内で所定の位置にあるとき照射ターゲット６２０のための二重壁格納を実現する。

図６Ｅは、照射ターゲット６２０を内部に収納すると共に位置６１３で端プラグ６３０によってシールされる容器６１０を示すために、容器アセンブリ６００の透過正面図または側面図を示す。適宜、容器６１０の内部は、端プラグ６３０によるシール時に照射ターゲット６２０に反力を付与するスプリング６４０を備えることができる。端プラグ６３０は、適当な取付手段、すなわち溶接、螺合、摩擦接続などによって容器６１０に取り付けることができる。

別の態様では、容器６００は、照射ターゲット６２０を内部に収納し、照射後に照射ターゲット６２０を取り除くためのパイロット孔６０３を有する第１の端部６１１を有する。第１の端部６１１は、外側ねじ山６０１と、装備の一部に挿入するとき容器６００をシールするのに用いられるＯリング６０２とを含むことができる。パイロット孔６０３は、燃料棒セグメント１１０から容器６００を取り除くのに役立つ内側ねじを有する。

照射ターゲット６２０は、例えば、カドミウム、コバルト、イリジウム、ニッケル、タリウム、ツリウムの同位体、または３より大きくかつ９０未満の原子番号を有する任意の同位体のうちの１つまたは複数を含む同位体の群から選択されるターゲットであり得る。すなわち、照射ターゲット６２０は、核燃料ではない。望ましくは、所与のセグメント１１０および／または容器アセンブリ６００は、例えば、どの照射ターゲット６２０がこの燃料棒セグメント１１０／容器６００に装荷されているか、および／またはどの同位体がこのターゲットから製造されるかを表示するために、標識または表示を表面に備えることができる。

図７は、本発明の別の例示的な実施形態による燃料集合体用の燃料棒アセンブリを示す。図７は、本発明の別の例示的な実施形態による燃料棒アセンブリ１００’を示す。図７では、簡潔にするために、燃料棒アセンブリ１００’の燃料棒セグメント１１０が数個しか示されていないが、燃料棒アセンブリ１００’は、追加の燃料棒セグメント１１０およびスペーサ２０を含んでもよいことを理解されたい。一例では、燃料集合体１０は、当技術分野で知られているように、伸縮スプリング１２５を上端部片１２０の頂部に取り付けた上端部片１２０および下端部片１３０に取り付けられた様々なサイズ（種々の長さ）の燃料棒セグメント１１０と共に、８つのスペーサ２０を含み得る。

図２Ａとは異なり、図７では、２つの隣接した燃料棒セグメント１１０の間の接続箇所が、スペーサの位置に（すなわち、スペーサ２０で）存在しないように、様々なサイズのアダプタの「ミニアセンブリ」３００ａは、様々な位置に設けることができる。図７は、アンダーカットセクション１６０（図２Ｂ中の分割破断線３６０）、ならびに容器アセンブリ６００’もさらに詳細に示す。容器アセンブリ６００’を内部に含む燃料棒セグメント１１０をより容易に取り出すための（容器アセンブリ６００’を取り出し、所望の顧客に出荷するための）追加の位置を有することが望ましいことがあり得るので、燃料棒アセンブリ１００’は、例えば、異なる長さの隣接した燃料棒セグメント１１０の間で使用するためのミニアセンブリ３００ａおよび延長サブアセンブリなどの様々な長さのアダプタアセンブリ３００を含むことができる。図７に示す燃料棒アセンブリ１００’のうちの１つまたは複数を、図１Ａに示す燃料集合体１０などの燃料集合体に挿入することができる。加えて、隣接した燃料棒セグメント１１０を接続するために、および／または燃料棒セグメント１１０を、（図２Ａに示すように）上端部片１２０または下端部片１３０の一方、もしくは図７に示すように上端部片アセンブリ１０００および下端部片アセンブリ１１００の一方に接続するために、燃料棒アセンブリ１００または１００’は、スペーサ２０の位置にあるアダプタサブアセンブリ３００、およびスペーサ２０同士の間の１つまたは複数のミニアセンブリ３００ａの両方を有することができる。

図７にやはり示すように、所与の燃料棒セグメント１１０は、複数の容器アセンブリ６００’を内部に含むことができる。図７では、容器アセンブリ６００’は、本発明による照射ターゲットの別の代替形態である「ＢＢ」形態で複数の照射ターゲットを含むことができる。

したがって、図７に示すように、燃料棒アセンブリ１００’は、図２Ａに説明した固定サイズのアダプタサブアセンブリ３００に加えて使用できる様々なサイズのアダプタミニアセンブリ３００ａを含むことができる。これにより、２つ以上の用途を有する単一のマルチジョイント燃料棒アセンブリ１００’を作り出すことができる。これは、炉内の様々なレベルの中性子束を利用してターゲット中の同位体生成の程度を変化させる。

一例として、燃料棒アセンブリ１００’は、異なるサイズの燃料棒セグメント１１０内の様々な位置で複数の照射ターゲットを収容することができ、さらに図１Ａの燃料集合体１０内の標準的な全長燃料棒１８または部分長燃料棒１９と同じ長さを維持し、および／または例えば図１Ａの燃料集合体１０内の部分長燃料棒と同じ長さを有する燃料棒アセンブリ１００’を提供する。燃料棒アセンブリ１００’の様々な燃料棒セグメント１１０は、燃料棒アセンブリ１００’の軸方向長さに沿って様々な接続箇所で取り外しおよび／または再接続することができる。所与の燃料棒セグメント１１０および／またはアダプタミニサブアセンブリ３００ａは、例えば、その接続箇所、またはアンダーカットセクション１６０で、ある特定の断面脆弱部のねじの取り外し、切断および／もしくはスナッピング、または破断によって取り外すことができる。

さらに、図７に示すように、照射ターゲット６２０は、原子炉サイトから受取顧客へ直接出荷するのを容易にすることができる事前実装した容器アセンブリ６００’内に配置することができる。そのような事前実装した容器６００’は、ターゲット同位体が、固体、液体または気体のいずれの形態であっても、燃料棒セグメント１１０内に配置されているかどうかに関係なく、様々な照射ターゲット材を収容することができる。

図８Ａ〜図８Ｂは、本発明の別の例示的な実施形態による燃料棒アセンブリ用のアダプタサブアセンブリを示す図であり、図９Ａ〜図９Ｂは、ミニサブアセンブリ３００ａをさらに詳細に示す。図８Ａは、オスアダプタプラグ３３０’と、メスアダプタプラグ３５０’に挿入する方向とを示す。図８Ｂは、例示的なアダプタサブアセンブリ３００’の一部としてのオスアダプタプラグ３３０’とメスアダプタプラグ３５０’の間の接続係合を示す。

図８Ａおよび図８Ｂは、図３Ａ〜図３Ｂおよび図４Ａ〜図４Ｂ、または図９Ａ〜図９Ｂに示すものより長い長さのアダプタサブアセンブリ３００’を示す。例えば、より長いオスアダプタセグメント３３０’のより長い細長セクション３３８Ａは、必要があれば、燃料棒セグメント１１０のより小さい長さセクションの接続をずっと長い／重い燃料棒セグメント１１０と交換可能にすることができるアダプタサブアセンブリ３００’を実現することができる。図８Ａでは、より長い細長セクション３３８Ａの長さは、それを、図９Ａのミニサブアセンブリ３００ａにおけるより短い細長セクション３３８Ｂの長さと区別するように「Ｙ・Ｎ」として示す。同様に、図８Ｂ中のアダプタサブアセンブリ３００’の全長は、図９Ｂ中の対応するミニサブアセンブリ３００ａよりも整数倍Ｎだけ、または図９Ｂ中のミニサブアセンブリ３００ａの長さ「Ｘ」に整数Ｎを加えた分だけ長くすることができる。

図９Ａ〜図９Ｂのより小さい２つの部片のミニサブアセンブリ３００ａは、燃料棒セグメント１１０のさらに小さいアセンブリを作り出すために、スペーサ２０の位置同士の間で使用することができる。図９Ｂのより小さい２つの部片のアダプタミニサブアセンブリ３００ａは、例えば、図８Ｂに示す、より大きい２つの部片アダプタサブアセンブリ３００’と同じ燃料棒アセンブリ１００’内で使用することができる。

図１０Ａ〜図１０Ｂは、本発明の別の例示的な実施形態による燃料棒アセンブリ用の上端部片アダプタを示す図である。図１１Ａ〜図１１Ｂは、本発明の別の例示的な実施形態による燃料棒アセンブリ用の下端部片アダプタを示す図である。

図１０Ａ〜図１１Ｂは、図５Ａおよび図５Ｂに示す端部片アセンブリ５００の代替実施形態を示す。図１０Ａおよび図１０Ｂは、上端部片アセンブリ１０００を示す。上端部片アセンブリ１０００は、一端部に上端部片アダプタサブアセンブリ１３３０、および別の端部に上端部片アダプタサブアセンブリ１３３０に接続した上端部片１３１０を含むことができ、これらはねじ山を備えていてもよい。図５Ａおよび図５Ｂに示す一体化した端部片アセンブリ５００とは異なり、図１０Ａおよび図１０Ｂでは、上端部片１３１０は、図４Ａおよび図４Ｂに説明したようなメスアダプタプラグ３５０と同様のメスアダプタプラグ１３５０に取り付けられる。メスアダプタプラグ１３５０は、図３Ａ〜図３Ｂに上述したようにオスアダプタプラグ１３３０と係合することができる。上端部片サブアセンブリ１０００は、上端部片１３１０から下端部片２３１０に至る全長燃料棒を、様々な長さの燃料棒セグメント１１０を混ぜて燃料棒アセンブリ１００’の同じ軸方向長さ内の様々な接続箇所に適合させることによって構築することを可能にする。

同様に、図１１Ａおよび図１１Ｂでは、下端部片アセンブリ１１００は、下端部片２３１０に取り付けた下端部片アダプタサブアセンブリ２３００を含むことができる。具体的には、下端部片２３１０は、例えば、オスアダプタプラグ２３３０に取り付けられ、このオスアダプタプラグ２３３０は、隣接した燃料棒セグメント１１０に取り付けられるメスアダプタプラグ２３５０と対合する。一態様では、下端部片は、燃料棒セグメント１１０の下セクションを取り外した後に使用することができ、それにより燃料棒アセンブリ１００’の残りの軸方向長さは、着脱可能な下端部片アセンブリ１１００を用いるさらなるサイクルの間、集合体１０内に留まることができる。

したがって、上端部片アセンブリ１０００および下端部片アセンブリ１１００は、燃料棒アセンブリ１００’内の指定した燃料棒セグメント１１０の迅速な修理または取り外しを容易にすることができる再利用可能で取り外し可能な下端部片および上端部片を実現する。

図１２Ａ〜図１２Ｃは、本発明の別の例示的な実施形態による燃料棒アセンブリ用のアダプタサブアセンブリを示す図である。一般に、アダプタサブアセンブリ３００ｂは、２つの燃料棒セグメント１１０を接続するために、または燃料棒セグメント１１０を図２Ａの上端部片および下端部片１２０／１３０の一方に接続するために、対応するメスコネクタ３５０”に係合するオスコネクタ３３０”を有するプッシュスナップロック機構として理解することができる。オスコネクタ３３０”は、その一端に拡張部材を備えることができ、メスコネクタ３５０”この拡張部材を受け入れるように適合した受け部で終端する内部空洞を備えることができる。

図１２Ａおよび図１２Ｂは、オスコネクタ３３０”およびメスコネクタ３５０”、ならびに２つのコネクタ３３０”、３５０”の間の接続係合の方向を示す。図１２Ｂに示すように、オスコネクタ３３０”は、対応する燃料棒セグメント１１０の内部の中でオスコネクタ３３０”を整合するのを助ける（図２Ｂに示すような）溶接整合部材３５５を備えることができる。オスコネクタ３３０”の他端部は、メスコネクタ３５０”の対応するボール／ソケットジョイント取付部１２１０内で完全に係合すると、内部空洞３５８”内の接続係合が終点となるスプリングプラグ差込部１２０５を含むことができる。

図１２Ａは、図１２Ａに示すように対応するボール／ソケットジョイント取付部１２１０内でスプリングプラグ差込部１２０５を受け入れるように成形され得る内部空洞３５８”を備えるメスコネクタ３５０”を示す。図１２Ｃは、コネクタサブアセンブリ３００ｂのメスコネクタ３５０”とオス３３０”コネクタの間の接続係合を示す。したがって、拡張差込み式プラグスプリングコレット１２０５が、メスコネクタ３５０”のボール／ソケットジョイント取付部１２１０内で固定取り付けされると、燃料棒セグメント１１０は、単独の燃料棒アセンブリ１００／１００’の中に完全に組み立てることができる。

したがって、図１２Ａ、図１２Ｂおよび図１２Ｃ中のアダプタサブアセンブリ３００ｂは、燃料棒アセンブリ１００／１００’の隣接した燃料棒セグメント１００を接続するためのプッシュスナップ機構を示しており、図２Ａ、図２Ｂおよび図７に示すような螺合を用いて生じ得る固着の可能性を減少させることができる。これにより、例えば、セグメント１１０を破断、スナッピング、または切断して切り離す必要なく、様々な燃料棒セグメント１１０を素早く組立および／または分解することがもたらされ得る。

前述のように、各燃料棒セグメント１１０は、その特定の燃料棒セグメント１１０内にある内容物を識別する識別マークまたは標識を表面に有してもよい。あるいは、識別マークは、例えば、所与の燃料棒セグメント１１０内の容器アセンブリ６００／６００’にラベルを付けてもよい。

別の態様では、所与のオスアダプタプラグ３３０の図８Ａ〜図８Ｂおよび図９Ａ〜図９Ｂの細長セクション３３８／３３８Ａ／３３８Ｂのねじ山の付いたねじの長さは、所与の燃料棒セグメントについて原子炉運転中にねじが外れることがあり得ないように十分な長さであり得る。一例として、細長セクション３３８／３３８Ａ／３３８Ｂのねじ山の付いたねじの長さは、細長セクション３３８／３３８Ａ／３３８Ｂが分離することがあり得ないように十分に長くされ得る。これにより所与の燃料棒セグメントについて、原子炉運転中にねじが外れないことを確かなものとすることを助けることができる。

さらなる態様では、オスアダプタプラグ３３０および３３０’、ならびに／またはオスコネクタ３３０”は、所与の燃料棒セグメント１１０の抽出を容易にするために同じ方向に向けられてもよい。例えば、オスアダプタプラグ／コネクタ３３０、３３０’、および／または３３０”を有するセグメント１１０は全て、例えば取り出し、装着用の適当な工具によって把持するのを容易にするためにセグメント１１０のオスアダプタプラグ／コネクタ３３０、３３０’、３３０”が、集合体１０の頂部に向かって垂直上方に延びるように、所与の燃料棒アセンブリ１００／１００’に装荷および／または配置され得る。燃料棒セグメント１１０が落下した場合、燃料棒セグメント１１０は、メスアダプタプラグ／コネクタ３５０、３５０’および／または３５０”を有する側が下になるように着地して、オス端部が折損または破断する可能性を減少させるようになっている。

したがって、複数の燃料棒セグメントが接続された例示的な燃料棒アセンブリは、全長燃料棒または部分長燃料棒を提供することができる。燃料棒アセンブリ１００は、従来の燃料アセンブリの全長燃料棒および部分長燃料棒に現在よく見られるフレッティングの影響をなくすように、スペーサ２０の位置で隣接した燃料棒セグメント１１０を接続するアダプタサブアセンブリ３００を含むことができる。一態様では、全長燃料棒アセンブリ１００または部分長燃料棒アセンブリ１００’に複数の燃料棒セグメント１１０を使用すると、複数の照射ターゲットを、様々なセグメント、および燃料棒アセンブリ１００／１００’の様々な軸方向位置で、装荷することを可能にすることができる。これにより、原子炉が、専ら同位体を発生させるように構成されている場合、および／または同位体を発生させると共に発電を行うように構成されている場合には、原子炉の各燃料集合体内で複数の同位体を発生させることを可能にすることができ、所与の燃料集合体内の燃料棒の軸方向長さに沿った所望の中性子束位置で照射ターゲットを配置する機能も可能にする。

図１４Ａ〜図１５Ｃは、本発明による対合構造またはアダプタサブアセンブリのさらなる例示実施形態を示す。これら実施形態のそれぞれは、隣接した燃料棒セグメント１１０ａおよび１１０ｂを対向させて一致させるものとして説明する。しかし、これら対合構造は、任意２つの隣接したセグメントを対合するために使用できることを理解されたい。

図１４Ａに示すように、セグメント１１０ａおよび１１０ｂは、オス接続部材１４０６および１４０２をそれぞれ含む。オス接続部材１４０６および１４０２は、単体のセグメントを製造することによって、または例えば、オス接続部材１４０６および１４０２をセグメント１１０ａおよび１１０ｂにそれぞれ溶接することによって、セグメント１１０ａおよび１１０ｂとそれぞれ一体化できる。オス接続部材１４０６および１４０２は、中実であってもよく、および／または少なくとも中空部分を含んでもよい。

対合構造３００は、どちらかの端部でオス接続部材１４０６および１４０２を受け入れるように構成されるメス接続部材１４０４をさらに含む。メス接続部材１４０４は、中空円筒またはスリーブとすることができ、スリーブの外面の直径は、セグメント１１０ａおよび１１０ｂの外面の直径に一致する。このように、セグメント１１０ａ、１１０ｂおよび対合構造３００は、軸方向に連続的な被覆を形成する。

一実施形態では、オス接続部材１４０２および１４０６、ならびにメス接続部材１４０４は、セグメント１１０ａ、１１０ｂと同じ材料から作製される。しかし、別の実施形態では、オス接続部材１４０２および１４０６は、中性子吸収材から作製され、および／または中性子吸収材を含む。代替としておよび／または加えて、メス接続部材１４０４は、中性子吸収材から作製され、および／または中性子吸収材を含む。

中性子吸収材は、核燃料ではなく、照射ターゲットとして使用される材料と同じ材料、またはその材料とは異なる材料であり得る。対合構造３００に中性子吸収材を含むことによって、燃料棒セグメント同士の間の接続箇所の高さにおける相対的な出力増加を減少させ、および／またはなくすことができる。結果として、隣接した燃料棒の濃縮を調整する必要がなく、核特性の低下を緩和および／またはなくすことができる。

理解されるように、本発明の実施形態は、図１４Ａに示す対合構造に限定されるものではない。代わりに、多くの代替構造が可能である。例えば、図１４Ｂは、メス接続部材１４０４’が、中実セクション１４０８を含んでもよいことを示す。

またさらに、図１４Ｃは、オスコネクタ以外のオス接続部材１４０２および１４０６の部分が、中性子吸収材部１４１０および１４１２をそれぞれ含んでもよいことを示す。例えば、図１４Ｃの実施形態では、メス接続部材１４０４は、中性子吸収材を含んでもよく、または中性子吸収材で形成されてもよく、オス接続部材１４０２および１４０６は、セグメント１１０ａ、１１０ｂと同じ材料で形成されてもよいが、中性子吸収材部１４１０および１４１２をそれぞれ含む。またさらに、対合構造３００によって接続されたセグメント１１０ａおよび１１０ｂの端部は、中性子吸収部を含むことが考えられてもよいことが理解されよう。

図１５Ａに示すように、セグメント１１０ａおよび１１０ｂは、接続部材１５０４および１５０２をそれぞれ含む。メス接続部材１５０４および１５０２は、単体のセグメントを製造することによって、または例えば、メス接続部材１５０４および１５０２をセグメント１１０ａおよび１１０ｂにそれぞれ溶接することによってセグメント１１０ａおよび１１０ｂとそれぞれ一体化できる。メス接続部材１５０４および１５０２は、少なくとも中空円筒部を含む。

対合構造３００は、どちらかの端部でメス接続部材１５０４および１５０２によって受け入れられるように構成される双頭オス接続部材１５０６をさらに備える。オス接続部材１５０６は、中実であり、円筒形を有することができる。

図１５Ａの実施形態では、オス接続部材１５０６は、メス接続部材１５０４および１５０２によって完全に囲まれ、メス接続部材１５０４および１５０２は、互いに当接することになる。さらに、各メス接続部材１５０４および１５０２の外面の直径は、セグメント１１０ａおよび１１０ｂの外面の直径に一致する。このように、セグメント１１０ａ、１１０ｂおよび対合構造３００は、軸方向に連続的な被覆を形成する。

一実施形態では、メス接続部材１５０４および１５０２、ならびにオス接続部材１５０６は、セグメント１１０ａ、１１０ｂと同じ材料から作製される。しかし、別の実施形態では、メス接続部材１５０２および１５０４、またはそれらの少なくとも中空円筒部は、中性子吸収材から作製され、および／または中性子吸収材を含む。代替としておよび／または加えて、オス接続部材１５０６は、中性子吸収材から作製され、および／または中性子吸収材を含む。

図１４Ａ〜図１４Ｃの実施形態と同じように、中性子吸収材は、核燃料ではなく、照射ターゲットとして使用される材料と同じ材料、またはその材料とは異なる材料であり得る。対合構造３００に中性子吸収材を含むことによって、燃料棒セグメント同士の間の接続箇所の高さにおける相対的な出力増加を減少させ、および／またはなくすことができる。結果として、隣接した燃料棒の濃縮を調整する必要がなく、核特性の低下を緩和および／またはなくすことができる。

理解されるように、本発明の実施形態は、図１５Ａに示す対合構造に限定されるものではない。代わりに、多くの代替構造が可能である。例えば、図１５Ｂは、オス接続部材１５０６’が、各メス接続部材１５０２および１５０４に挿入するオス部分１５０７より大きい直径を有する中央部分１５０８を有してもよいことを示す。実施形態では、中央部分１５０８の外面の直径は、セグメント１１０ａ、１１０ｂの外面の直径に一致して、軸方向に連続的な被覆を作り出す。

またさらに、図１５Ｃは、中空円筒部以外のメス接続部材１５０２および１５０４の部分が、中性子吸収材部１５１０および１５１２をそれぞれ含んでもよいことを示す。例えば、図１５Ｃの実施形態では、オス接続部材１５０６は、中性子吸収材を含んでもよく、または中性子吸収材で形成されてもよく、メス接続部材１５０２および１５０４は、セグメント１１０ａ、１１０ｂと同じ材料で形成されてもよいが、中性子吸収材部１５１０および１５１２をそれぞれ含む。またさらに、対合構造３００によって接続されたセグメント１１０ａおよび１１０ｂの端部は、中性子吸収部を含むことが考えられてもよいことが理解されよう。

またさらに、対合構造に中性子吸収材を使用することを、前述の対合構造に適用することもできる。例えば、図３Ａおよび図３Ｂに関しては、円筒セクション３３３、中間部材３３９、細長セクション３３８などのうちの１つまたは複数が、中性子吸収材を含んでもよく、または中性子吸収材で作製されてもよい。図４Ａおよび図４Ｂに関しては、円筒セクション３５３などのうちの１つまたは複数が、中性子吸収材を含んでもよく、または中性子吸収材で作製されてもよい。同じ修正が、図８Ａ〜図８Ｂおよび図９Ａ〜図９Ｂの実施形態になされてもよい。またさらに、図１２Ａ〜図１２Ｃに関しては、オスコネクタ３３０”およびメスコネクタ３５０”のうちの１つまたは複数、またはオスコネクタ３３０”およびメスコネクタ３５０”の一部が、中性子吸収材を含んでもよく、または中性子吸収材で作製されてもよい。

以上のように本発明の例示的な実施形態を説明したが、これらの実施形態は、多くのやり方で変更可能であることが明らかであろう。このような変更形態は、本発明の例示的な実施形態の精神および範囲から逸脱したものとみなすべきではなく、当業者に明らかであるようなそうした修正形態の全ては、添付の特許請求の範囲の範囲内に含まれるものとする。

１０燃料集合体、核燃料集合体、集合体
１２外側チャンネル
１４上部タイプレート
１６下部タイプレート
１８全長燃料棒、燃料棒
１９部分長燃料棒、燃料棒
２０スペーサ
２２ウォータロッド
２４ウォータロッド
３４半径方向を向いたフランジまたはタブ
３６半径方向を向いたフランジまたはタブ
５０ａ〜５０ｄデブリ捕獲区域
１００燃料棒アセンブリ、多セグメント化燃料棒、燃料棒
１００’ 燃料棒アセンブリ、単一のマルチジョイント燃料棒アセンブリ
１１０燃料棒セグメント、被覆した燃料棒セグメント、セグメント
１１０ａ燃料棒セグメント、セグメント
１１０ｂ燃料棒セグメント、セグメント
１１０ｃ燃料棒セグメント、セグメント
１１０ｄ燃料棒セグメント、セグメント
１１０ｅ燃料棒セグメント、セグメント
１１０ｆ燃料棒セグメント、セグメント
１１０ｇ燃料棒セグメント、セグメント
１１０ａ単一の燃料棒セグメント
１１１鎖線
１１５接続箇所
１２０上端部片
１２５伸縮スプリング
１３０下端部片
１５５溶接箇所、溶接接合
１６０アンダーカットセクション
３００対合構造、対合構造またはアダプタサブアセンブリ、アダプタサブアセンブリ、サブアセンブリ
３００’ アダプタサブアセンブリ、より長い長さのアダプタサブアセンブリ、より大きい２つの部片アダプタサブアセンブリ
３００ａ様々なサイズのアダプタの「ミニアセンブリ」、ミニアセンブリ、アダプタミニサブアセンブリ、
３００ｂアダプタサブアセンブリ
３３０オスアダプタプラグ、アダプタプラグ
３３０’ オスアダプタプラグ、より長いオスアダプタセグメント
３３０” オスコネクタ、コネクタ、オスアダプタプラグ
３３０ｂコネクタサブアセンブリ、アダプタサブアセンブリ
３３２第１の端部
３３３円筒セクション
３３４第２の端部、オスアダプタプラグ第２の端部
３３５溶接整合部材
３３６ほぼ円錐形の端部、円錐形端部
３３８細長セクション、細長部材
３３８Ａより長い細長セクション、細長セクション
３３８Ｂより短い細長セクション、細長セクション
３３９中間部材
３５０メスアダプタプラグ、アダプタプラグ、メスアダプタセグメント
３５０’ メスアダプタプラグ
３５０” メスコネクタ、コネクタ、メスアダプタプラグ
３５２第１の端部
３５３ほぼ円筒形のセクション、円筒セクション
３５４第２の端部
３５５整合部材、溶接整合部材
３５６対合用ねじ山
３５７ナット形凹部、凹部
３５７” 内部空洞
３５８内部空洞、空洞
３５８” 内部空洞
３５９凹形角度付き部分
３６０アンダーカット部すなわち凹部破線、凹部破線、分割破断線
３８０アングル縁部、角度付き縁部
５００中実の端部片アセンブリ、端部片アセンブリ、一体化した端部片アセンブリ
５０５端プラグ部分
５３０一体化した端部片アダプタサブアセンブリ
６００複数の格納構造、容器アセンブリ、容器
６００’ 容器アセンブリ、事前実装した容器アセンブリ、事前実装した容器
６０１外側ねじ山
６０２Ｏリング
６０３パイロット孔
６１０容器
６１１第１の端部、一端部
６１２一端部、他端部
６１３シール、位置
６２０液体、固体および気体のターゲット、ターゲット、固体ターゲット、照射ターゲット
６３０端プラグ、端キャップ
６４０スプリング
６５０標識
６６０核燃料
１０００上端部片アセンブリ
１１００下端部片アセンブリ、着脱可能な下端部片アセンブリ
１２０５スプリングプラグ差込部、拡張差込み式プラグスプリングコレット
１２１０ボール／ソケットジョイント取付部
１３１０上端部片
１３３０上端部片アダプタサブアセンブリ
１３５０メスアダプタプラグ
１４０２オス接続部材
１４０４メス接続部材
１４０４’ メス接続部材
１４０６オス接続部材
１４０８中実セクション
１４１０中性子吸収材部
１４１２中性子吸収材部
１５０２メス接続部材
１５０４メス接続部材
１５０６双頭オス接続部材、オス接続部材
１５０６’ オス接続部材
１５０７オス部分
１５０８中央部分
１５１０中性子吸収材部
１５１２中性子吸収材部
２３００下端部片アダプタサブアセンブリ
２３１０下端部片
２３３０オスアダプタプラグ
２３５０メスアダプタプラグ

Claims

対合構造（３００）を介して軸方向に取り外し可能に互いに対合した複数の燃料棒セグメント（１１０）と、
前記燃料棒セグメントのうちの少なくとも１つの燃料棒セグメント内に配置した照射ターゲット（６２０）と、
中性子吸収材の１つおよび／または複数の組み合わせを含む少なくとも１つの対合構造の少なくとも一部と、
を備え、
前記中性子吸収材の１つおよび／または複数の組み合わせが、前記照射ターゲットと同じ材料を含む、
多セグメント燃料棒。
前記複数の燃料棒セグメントが、第２の燃料棒セグメントに取り外し可能に対合した第１の燃料棒セグメントを少なくとも含み、前記第１の燃料棒セグメントがオス接続部材（３３０）を有し、前記第２の燃料棒セグメントが、前記オス接続部材を受け入れるメス接続部材（３５０）を有する、請求項１に記載の燃料棒。
前記複数の燃料棒セグメントが、第２の燃料棒セグメントに取り外し可能に対合した第１の燃料棒セグメントを少なくとも含み、前記第１の燃料棒セグメントが第１のオス接続部材（１４０２）を有し、前記第２の燃料棒セグメントが第２のオス接続部材（１４０６）を有し、スリーブ部材（１４０４）が第１のメス接続部材および第２のメス接続部材を有し、前記第１のメス接続部材が前記第１のオス接続部材を受け入れ、前記第２のメス接続部材が前記第２のオス接続部材を受け入れる、請求項１に記載の燃料棒。
前記中性子吸収材の１つおよび／または複数の組み合わせが、核燃料でない、請求項１、２または３記載の燃料棒。
前記中性子吸収材の１つおよび／または複数の組み合わせが、３より大きい原子量を有する、請求項１、２または３記載の燃料棒。
少なくとも１つの燃料棒セグメントが、少なくとも１つの容器アセンブリ（６００）を収容し、前記容器アセンブリが、
第１の端部と、
第２の端部と、
前記照射ターゲットと、
前記第１の端部および前記第２の端部のうちの少なくとも１つに付着して、前記容器アセンブリの内側の前記照射ターゲットをシールするように構成される端キャップ（６３０）と
を備える、請求項１から５のいずれかに記載の燃料棒。
前記照射ターゲットが、コバルトＣｏ−５９、モリブデン−９９、クロム−５０、銅−６３、ジスプロシウム−１６４、エルビウム−１６８、ホルミウム−１６５、ヨウ化物−１３０、イリジウム−１９１、鉄−５８、ルテチウム−１７６、パラジウム−１０２、リン−３１、カリウム−４１、レニウム−１８５、サマリウム−１５２、セレン−７４、ナトリウム−２３、ストロンチウム−８８、イッテルビウム−１６８、イッテルビウム−１７６、イットリウム−８９、およびキセノン−１３２のうちの１つを含む、請求項１から６のいずれかに記載の燃料棒。