JP6602673B2 - 核燃料集合体、核燃料集合体を製造する方法および核燃料集合体を用いる方法 - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

〔関連出願の相互参照〕
本願は、2012年12月28日に出願された米国仮出願61/747,073号と、2013年3月11日に出願された米国通常出願13/794,633号との利益を主張する。これらの出願は、参照によりその全体が本願明細書に組み込まれる。

〔背景技術〕
本特許出願は、燃料要素と、これに関する方法とに関する。

〔本発明の概要〕
実施形態の開示内容は、燃料要素と、燃料導管と、燃料集合体と、これらを製造するおよび用いる方法とを含む。

後述する記載は、概要であるがゆえに、詳細の簡単化・一般化・包含・および／または省略を含み得る。よって、概要は例示されるだけであるとともに、なんらかの制限を意図されていないと、当業者は解するだろう。本願明細書に記載されたすべての例となる態様・実施形態・特徴に加えて、さらなる態様・実施形態・特徴が、図面と後述する詳細な説明の参照とにより明らかになるだろう。装置および／もしくは工程のその他の態様・特徴・利点・ならびに／またはその他の記載内容が、本願明細書の説明により明らかになるだろう。

〔図面の簡単な説明〕
図面は、主に、例を示す目的のものであるとともに、本願明細書に記載された発明内容の技術的範囲の制限を意図されていないと、当業者は理解するだろう。また、図面は、拡大縮小を必要とするわけではない。そして、いくつかの例では、さまざまな特徴の理解を容易とするために、本願明細書に開示される発明内容のいろいろな態様が、図面中で誇張されまたは拡大され示され得る。図面中では、同様の参照記号は、同様の特徴（例えば、機能的に同様のおよび／または構造的に同様の要素）におおむね関する。

図１ａ・図１ｂは、一実施形態における、部分的に外部の一部を切り取った透視図であって、（ａ）核燃料集合体および（ｂ）燃料要素を例として模式化したものである。

図２ａ・図２ｂは、一実施形態における燃料要素を部分的に示す模式図であって、（ａ）透視図および（ｂ）断面図である。

図３は、他の実施形態における、燃料要素を部分的に示す模式図である。

図４は、一実施形態における、燃料要素の異なる構成要素間の原子間の拡散を示す模式図である。

図５ａ・図５ｂは、一実施形態における、第一の燃料要素５２と第二の燃料要素５３との間にセパレーター５１を有する燃料集合体を示す模式図であって、（ａ）はすべての構成要素がたがいに接している状態を示し、（ｂ）は構成要素がたがいに接していない状態を示す（図示のため）。

図６ａ〜図６ｅは、それぞれ、一実施形態における、燃料要素を製造する工程を示すフローチャート・工程の例としての詳細である。

図７は、一実施形態における、核燃料を製造する工程を示すフローチャートである。

図８は、他の実施形態における、核燃料を製造する工程を示すフローチャートである。

図９ａ〜図９ｅは、それぞれ、一実施形態における、燃料集合体を用いる工程を示すフローチャート・工程の例としての詳細である。

〔発明の詳細な説明〕
（序論）
後述する発明の詳細な説明において、添付の図面に言及している。これらの図面は、本願明細書の一部を構成する。図面において、文脈上そうでないことが明らかでないかぎり、同様のまたは同一の記号を異なる図面で用いることは、基本的に同様のまたは同一の事項を意味する。

発明の詳細な説明・図面・特許請求の範囲に例として記載される実施形態は、制限を意味しない。本願明細書に表現された主題の精神または技術的範囲から逸脱しないかぎり、他の実施形態が用いられてよいとともに、他の変更が加えられてよい。

本願明細書に記載された構成要素（例えば動作）・装置・対象物・これらに付随する説明が概念を明確にするために例として用いられることと、さまざまな構成変更が想到されることとに、当業者は気付くだろう。つまり、本願明細書では、説明に記載されるとともに付随する具体例は、より一般的なクラスを代表することを意図として用いられる。一般に、いかなる具体例も、そのクラスを代表することを意図として用いられる。また、特定の構成要件（例えば動作）・装置・対象物を含まないことは、制限として扱われるべきではない。

本願では、見栄えを明瞭にするために、形式的なアウトライン見出しを用いている。しかし、アウトライン見出しは見栄えのためのものであることと、さまざまな種類の主題が本願全体をとおして説明されてよいこととを理解すべきである（例えば、装置／構造は、工程／動作の見出しのもとに記載されてよい。および／もしくは、工程／動作は、構造／工程の見出しのもとに説明されてよい。ならびに／または、一つのトピックの説明は、二つ以上のトピックの見出しにまたがってよい）。つまり、形式的なアウトライン見出しは、なんらかの制限を課すことを意図して用いられるわけではない。

（概要）
概括すれば、一実施形態の物品は、環状の核燃料と、上記環状の核燃料の外側に配されたライナーと、上記ライナーの外側に配された被覆層とを備える。上記ライナーは、上記核燃料のとなりに配され、かつ、第一の材料を含む第一の領域と、上記被覆層のとなりに配された第二の領域であり、かつ、上記第一の材料とは異なる第二の材料を含む第二の領域とを含む。

他の実施形態の核燃料要素は、環状の核燃料と、上記核燃料の外側に配されたライナーであり、かつ、上記核燃料に接する第一の層、および第二の層を含むライナーと、上記ライナーの外側に配された被覆層であり、金属・合金・セラミックから選ばれる少なくとも一つの材料を含み、かつ、上記ライナーの上記第二の層に接する被覆層とを備える。

他の実施形態の核燃料要素は、第一の端部および第二の端部を有する第一の核燃料と、第一の端部および第二の端部を有する第二の核燃料と、上記第一および第二の核燃料の少なくとも一方の外側に配された被覆層と、上記第一および第二の核燃料の一方の第一の端部と上記第一および第二の核燃料の他方の第二の端部との間に配されたセパレーターとを備え、上記セパレーターは、上記第一および第二の燃料要素の一方の上記第一の端部に接する第一の領域と、上記第一および第二の燃料要素の他方の上記第二の端部に接する第二の領域とを含む。

他の実施形態の、核燃料集合体を製造する方法は、環状の核燃料および上記核燃料の外側に配された被覆層を設けるステップと、上記核燃料に接するように、上記核燃料の外側にライナーの第一の層を配するステップと、上記被覆層に接するように、上記被覆層の内側に上記ライナーの第二の層を配するステップとを含む。

他の実施形態の、燃料集合体を用いる方法は、複数の燃料要素を備える燃料集合体を設けるステップを含み、上記燃料要素は、環状の核燃料と、上記環状の核燃料の外側に配されたライナーと、上記ライナーの外側に配された被覆層とを備え、上記方法は、上記燃料集合体を用いエネルギーを生成するステップと、（i）第一の材料および第二の材料と（ii）上記第一の材料および上記核燃料と（iii）上記第二の材料および上記被覆層と、の少なくとも一つについて両者間の、原子間の拡散を緩和するステップとをさらに含む。上記ライナーは、上記核燃料のとなりに配され、かつ、第一の材料を含む第一の領域と、上記被覆層のとなりに配された第二の領域であり、かつ、上記第一の材料とは異なる第二の材料を含む第二の領域とを含んでよい。

他の実施形態の、核燃料要素は、環状の核燃料と、上記環状の核燃料の外側に配されたライナーであり、かつ、上記核燃料に接する第一の層、および第二の層を含むライナーと、上記ライナーの外側に配された被覆層であり、金属・合金・セラミックから選ばれる少なくとも一つの材料を含み、かつ、上記ライナーの上記第二の層に接する被覆層と、上記第一の層と上記第二の層との間に配され、かつ、厚さが約２マイクロメートルから約５マイクロメートルの範囲以下である転移層とを備える。

他の実施形態の環状の核燃料は、燃焼度を高めることができる核燃料であり、核燃料と燃料被覆との間に配された多段の障壁を備え、伝熱ボンドの材料を最小限に抑えて製造される。

（燃料集合体）
図１ａは、一実施形態における核燃料集合体１０を部分的に示す図である。燃料集合体は、核分裂性の核燃料集合体または核分裂性物質に変換できる（fertile）核燃料集合体であってよい。集合体は、燃料要素（または「燃料棒」もしくは「燃料ピン」）１１を含んでよい。図１ｂは、一実施形態における燃料要素１１を部分的に示す図である。本実施形態に示されるように、燃料要素は、被覆材料１３と、燃料１４と、場合により少なくとも一つの間隙１５とを備えてよい。

燃料は、外側の被覆材料１３により空洞の中に密封されてよい。場合により、燃料要素は、図１ｂに示されるように、軸方向へ多段に積みかさねられてよい。なお、これは必須ではない。例えば、燃料要素は、燃料材料を一つだけ含んでよい。一実施形態では、間隙１５は、燃料材料と被覆材料との間に位置してよい。なお、間隙１５は、必須ではない。一実施形態では、間隙は、与圧されたガス体で満たされる。このガス体は、例えば与圧されたヘリウムガス体である。他の実施形態において、間隙は、ナトリウムで満たされてよい。

燃料は、任意の核分裂性の材料を含んでよい。核分裂性の材料は、金属および／または合金を含んでよい。一実施形態では、燃料は、金属燃料であってよい。金属燃料は比較的高い重金属負荷と優れた中性子経済とを示すと理解され得る。これは、核分裂炉の増殖・燃焼工程に好適である。本願の燃料は、Ｕ・Ｔｈ・Ａｍ・Ｎｐ・Ｐｕから選ばれる少なくとも一つの元素を含んでよい。本願明細書で化学記号により表される「元素」との用語は、周期表に示される元素を意味することがある。この「元素（element）」は、「燃料要素（fuel element）」の「要素（element）」と区別されるべきである。一実施形態では、燃料は、少なくとも約９０重量パーセントのＵを含んでよい。例えば、これは、少なくとも９５重量パーセント・９８重量パーセント・９９重量パーセント・９９．５重量パーセント・９９．９重量パーセント・９９．９９重量パーセント・またはより高い値のＵである。燃料は、耐火物をさらに含んでよい。この耐火物は、Ｎｂ・Ｍｏ・Ｔａ・Ｗ・Ｒｅ・Ｚｒ・Ｖ・Ｔｉ・Ｃｒ・Ｒｕ・Ｒｈ・Ｏｓ・Ｉｒ・Ｈｆから選ばれる少なくとも一つの元素を含んでよい。一実施形態では、燃料は、可燃性毒物をさらに含んでよい。可燃性毒物は、例えばホウ素・ガドリニウム・またはインジウムである。

一実施形態では、金属燃料は、約３重量パーセントから約１０重量パーセントのジルコニウムを混ぜて合金にされてよい。これは、放射中に合金の寸法を安定化するとともに、被覆の低温での共融および腐食損傷を抑制する。ナトリウムの伝熱ボンドは、合金燃料と被覆管の内壁との間にある間隙を埋める。これにより、燃料の膨張を許容するとともに効率よく熱を伝達し、燃料の温度を低く維持できる。一実施形態では、個々の燃料要素１１は、ほそいワイヤー１２を備えてよい。ほそいワイヤー１２は、直径が約０．８ｍｍから約１．６ｍｍであり、被覆管の外周にらせん状にまきつけられている。これは、冷却スペースをつくり、燃料集合体１８および２０のハウジングの中にある個々の燃料要素５６を機械的に分離する（冷却材のダクトとしても機能する）。一実施形態では、被覆１３および／またはワイヤーラップ１２は、実験データの内容により示された放射性能に基づいて、フェライト・マルテンサイト鋼からつくられてよい。

（燃料要素）
「燃料要素」は、例えば図１ａ・図１ｂに示される要素１０であり、発電炉の燃料集合体の中にある。「燃料要素」は、一般的に円柱の棒の形状をとってよい。燃料要素は、発電炉の一部であってよい。発電炉は、原子力発電所の一部である。本願の燃料要素は、長さと直径とについて任意の適切な寸法を有してよい。図２ａ・図２ｂは、異なる外観の燃料要素の模式図を示す。燃料要素は、被覆層２１と、被覆層の内側に配された燃料２２とを備えてよい。原子炉の場合には、燃料は、核燃料を含んでよい（または、核燃料であってよい）。一実施形態では、核燃料は、環状の核燃料であってよい。図２ａ・図２ｂに示されるように、一実施形態では、燃料要素は、核燃料２２と被覆層２１との間に配されたライナー２３を備えてよい。ライナーは、多段の層を含んでよい（例えば、２３１および２３２）。

燃料は、任意の外形をとり得る。一実施形態では、燃料は、環状の外形であってよい。このような実施形態では、燃料が環状の形状であることにより、燃焼があるレベルとなった後に得られるべき燃料密度レベルを、好ましいレベルにできる。また、このような環状の構成は、燃料と被覆との間の圧縮力を維持し、熱の移動を促進できる。本願の燃料は、さまざまな特性をもつようになされ得る。例えば、燃料は、任意の密度レベルを有してよい。一実施形態では、燃料は、高密度であることが好ましい。例えば、燃料は、理論的なウランの密度に可能なかぎり近い密度の燃料であることが好ましい（燃料がウランを含む場合）。一実施形態では、間隙率が低レベルであることにより、放射中における燃料内部の空洞の形成を防止できる。

被覆層の被覆材料は、本願の任意の好適な材料を含んでよい。一実施形態では、被覆層は、金属・合金・セラミックから選ばれる少なくとも一つの材料を含んでよい。一実施形態では、被覆は、耐火物を含んでよい。このような耐火金属は、Ｎｂ・Ｍｏ・Ｔａ・Ｗ・Ｒｅ・Ｚｒ・Ｖ・Ｔｉ・Ｃｒ・Ｒｕ・Ｒｈ・Ｏｓ・Ｉｒ・Ｎｄ・Ｈｆから選ばれる少なくとも一つの元素を含んでよい。

被覆層が含む合金は、例えば鋼鉄であってよい。鋼鉄は、マルテンサイト鋼・オーステナイト鋼・フェライト鋼・酸化物分散鋼・Ｔ９１鋼・Ｔ９２鋼・ＨＴ９鋼・３１６鋼・３０４鋼から選ばれてよい。鋼鉄は、任意の種類の微細構造を有してよい。例えば、鋼鉄は、マルテンサイト相・フェライト相・オーステナイト相の少なくとも一つを含んでよい。一実施形態では、鋼鉄の実質的にすべての部分は、マルテンサイト相・フェライト相・オーステナイト相から選ばれる少なくとも一つの相をもつ。

場合によっては、特に燃焼度が高いときには、好ましくない合金化と、これによる燃料および被覆の材料の劣化とにより、燃料および被覆の元素は、拡散する傾向になり得る（例えば、燃料および／もしくは被覆層の非合金化または機械的特性が劣化した新しい合金の形成による）。ライナーは、燃料と被覆材料との間の障壁層として機能できる。障壁層は、元素間におけるこのような原子間の拡散を緩和する。例えば、ライナーは、外部の（および、ときには好ましくない）元素による燃料および／または被覆材料の劣化などを回避するために、燃料および被覆材料の元素間における原子間の拡散の緩和に用いられてよい。ライナーは、一層または例えば２・３・４・５・６・もしくはそれ以上の層数の多段の層を含んでよい。ライナーが多段の層を含むときには、これらの層は、同一のもしくは異なる材料を含んでよい、および／または、同一のもしくは異なる特性を有してよい。例えば、一実施形態では、いくつかの層が異なる材料を含む一方で、少なくともいくつかの層は同一の材料を含み得る。

一実施形態では、ライナーは、燃料のとなりに配された第一の領域と、被覆材料のとなりに配された第二の領域とを含んでよい。一実施形態において、領域は、下層の材料を部分的に覆う層または層の一部であってよい。図２ａ・図２ｂに示されるように、一実施形態では、ライナー２３は、少なくとも二つの層２３１および２３２を含んでよい。ライナーの第一の領域は、第一の層２３１の中に配されてよいとともに、ライナーの第二の領域は、第二の層２３２の中に配されてよい。第一の領域は、第一の材料を含んでよいとともに、第二の領域は、第二の材料を含んでよい。第一の材料は、第二の材料と同一でまたは異なってよい。さらに、領域（複数の領域）および／または層（これらは、第一および第二の領域の間の領域（複数の領域）を含む）が、設けられてもよい。

第一の層２３１と、第二の層２３２とは、それぞれ、たがいに同一のまたは異なる厚さであってよい。一実施形態では、第一の層２３１の厚さは、少なくとも約２０マイクロメートルである。例えば、この厚さは、少なくとも３０マイクロメートル・４０マイクロメートル・６０マイクロメートル・８０マイクロメートル・１００マイクロメートル・またはより大きい値である。第二の層２３２は、約１０マクロメートルの厚さを有してよい。例えば、この厚さは、少なくとも２０マイクロメートル・４０マイクロメートル・６０マイクロメートル・８０マイクロメートル・１００マイクロメートル・またはより大きい値である。これらの厚さは、より大きいまたはより小さい値であってもよい。第一の層２３１の厚さおよび第二の層２３２の厚さは、同一でまたは異なってよい。第一の層５６４は、第二の層２３２よりも厚くまたは薄くてよい。または、これらは、同一の厚さを有してよい。

図３に示されるように、一実施形態では、燃料要素１１のライナー２３は、第一の層２３１と第二の層２３２との間に配された転移層２３３をさらに備えてよい。転移層２３３は、金属・合金・セラミック・ポリマーの少なくとも一つを含んでよい。一実施形態では、転移層は、エポキシ樹脂またはポリマーを含んでよい。転移層は、第一および／または第二の層に比べ薄くてよい。一実施形態では、転移層は、約１から１０マイクロメートルの範囲以下の厚さを有してよい。例えば、この厚さは、約２から約５マイクロメートル・約３から約４マイクロメートルである。

（層の）領域の個々の材料は、特定の特性をもつように選ばれてよい。例えば、第一の材料（第一の領域が燃料のとなりにあるときに）は、第一の材料と核燃料との間における原子間の拡散を緩和するようになされるように選ばれてよい。図４に示されるように、核燃料４１の原子４１１と、被覆層４２の原子４２１とは、外部へ拡散する傾向にあってよい（矢印参照）。同様に、（ライナー４３の）第一の層４３１の原子４３１１と、第二の層４３２の原子４３２１とは、外部へ拡散する傾向にあってよい（矢印参照）。

本実施形態の緩和の結果、非常にまれであって、もしあれば、第一の層と燃料とに由来する元素があわさって化合物が形成され得る。要するに、図４に示されるように原子４１１および４３１１を含む領域４４は、少しもなくてよい。また、もしあれば、領域４４の厚さは、非常に小さくて核燃料および／または層の厚さの２０パーセント以下であろう。例えば、領域４４のの厚さは、核燃料および／または層の厚さの１０パーセント・５パーセント・２パーセント・１パーセント・０．５パーセント・またはより小さい値以下である。他の実施形態では、第一の材料と、第二の材料とは、第一の層４３１と第二の層４３２との間における原子間の拡散を緩和するようになされるよう選ばれてよい。要するに、図４に示されるように、原子４３１１および４３２１を含む領域４５は、少しもなくてよい。また、もしあれば、領域４５の厚さは、非常に小さくて上述の領域４４の範囲になるだろう。他の実施形態では、第二の材料は、第二の層４３２と被覆層４２との間における原子間の拡散を緩和するようになされるように選ばれてよい。要するに、図４に示されるように、原子４３２１および４２１を含む領域４６は、少しもなくてよい。また、もしあれば、領域４６の厚さは、非常に小さくて上述の領域４４の範囲になるだろう。

本願明細書での緩和は、減少および／または防止を意味してよいが、完全な除去を意味する必要はない。一実施形態では、原子間の拡散の緩和は、最小限の拡散が観測され得る（または、拡散が観測され得ない）程度であるような拡散の防止を意味してよい。このような緩和の結果、異なる構成要素間の境界で（一般的に）観測される、構成要素から拡散した元素を含む化合物の形成が最小化される。いつくかの例における緩和では、外部の元素が存在しなくてよいものの、他の例における緩和では、（燃料要素の）他の構成要素に由来する拡散から得られた材料の中に、最小限の外部の元素が含まれてよい。よって、一実施形態では、本願明細書での原子間の拡散の緩和は、有意な量の外部の元素が介在しないものを意味してよい。そして、一実施形態において図４に示されるように、第一の層４３１には、被覆４２から拡散された元素の原子が実質的にないとともに、第二の層４３２には、燃料４２から拡散された元素の原子が実質的にない。一実施形態では、燃料要素の、燃料４１と被覆層４２との間には、ナトリウムが実質的にない。

本願明細書に記載された燃料要素により、燃料要素の異なる構成要素間における原子間の拡散が緩和される。図４に示されるように、一実施形態では、（i）第一の層４３１の第一の材料および第二の層４３２の第二の材料と、（ii）（第一の層４３１の中の）第一の材料および核燃料４１と、（iii）（第二の層４３２の中の）第二の材料および被覆層４２と、の少なくとも一つについて両者間には、原子間の拡散が実質的にない。一実施形態では、（i）燃料４１および第一の層４３１と、（ii）被覆層４２および第二の層４３２と、の少なくとも一方について両者間には、原子間の拡散が実質的にない。本願明細書に記載された燃料要素には、広範囲の温度で原子間の拡散が実質的になくてよい。例えば、このことは、室温以上の温度で観測され得る。そして、例えば、この温度は、少なくとも５０℃・９５℃・１００℃・１５０℃・２００℃・２５０℃・３００℃・３５０℃・４００℃・４５０℃・５００℃・５５０℃・６００℃・６５０℃・７００℃・７５０℃・８００℃・またはより高い温度である。

第一の層４３１の第一の材料と、第二の層４３２の第二の材料と（または、他の材料がある場合には、さらにその材料と）は、それぞれ特有の材料特性をもってよい。この材料特性は、例えば、化学的な特性・温度的な特性などである。例えば、材料は、その材料を含むもののとなりの構成要素（燃料または被覆）に対し不活性であることに基づき選ばれてよい。例えば、これらの材料のすべては、少なくとも一つの耐火物を含んでよい。耐火物は、耐火金属または合金を含んでよい。これは、Ｎｂ・Ｍｏ・Ｔａ・Ｗ・Ｒｅ・Ｚｒ・Ｖ・Ｔｉ・Ｃｒ・Ｒｕ・Ｒｈ・Ｏｓ・Ｉｒ・Ｎｄ・Ｈｆから選ばれる少なくとも一つの元素を含む材料を含む。一実施形態では、第一の材料は、Ｖ・Ｃｒから選ばれる少なくとも一つの元素を含む。一実施形態では、第一の材料は、Ｖを含む。他の実施形態では、第二の材料は、元素Ｚｒを含む。

少なくとも一つの実施形態では、燃料要素は、その中にナトリウムを含む必要がないものである。いくつかの既存の技術を用い、燃料中のＮａを、燃料と被覆との間の溶解層を形成するために用いてよい。これにより、燃料と被覆との間で、熱接触が形成される。しかし、これらの既存の技術におけるナトリウムは、寄生的に中性子を吸収できるまたは中性子を散乱させることができる。本願明細書に記載された燃料要素は、被覆と燃料との両方に接触するライナーを備えるため、このような接触を促進するためにナトリウムを含む必要がない。ナトリウムは、必須ではないが、本願明細書に記載された燃料要素のいくつかの実施形態で用いられる。

燃料要素の構成要素の少なくともいくつかは、接合されてよい。接合は、物理的（例えば機械的）または科学的であってよい。一実施形態では、核燃料と、ライナーと、被覆とは、機械的に接合される。一実施形態では、第一の層と、第二の層とは、機械的に接合される。接合技術については後述する。

（燃料要素のセパレーター）
本願明細書に記載された燃料要素は、核燃料の間に少なくとも一つのセパレーターをさらに備えてよい。例えば、一実施形態では、燃料要素は、第一の端部および第二の端部を有する第一の核燃料と、第一の端部および第二の端部を有する第二の核燃料と、第一および第二の核燃料の少なくとも一方の外側に配された被覆層と、第一および第二の核燃料の一方の第一の端部と第一および第二の核燃料の他方の第二の端部との間に配されたセパレーターとを備える。セパレーターは、第一および第二の燃料要素の一方の第一の端部に接する第一の領域と、第一および第二の燃料要素の他方の第二の端部に接する第二の領域とを含んでよい。燃料要素は、本願明細書に記載されたもののいずれであってもよい。一実施形態では、セパレーターは、第一および第二の燃料要素の一方の第一の端部と、第一および第二の燃料要素の他方の第二の端部との間に配されてよい。

図５に示されるように、セパレーター５１は、任意の構成と構造とを有してよい。例えば、セパレータは、本願明細書に記載されたライナーと同様に構成されてよい。換言すれば、別々の燃料５２および５３が軸方向に配置されるときには、セパレーター５１は、核燃料の軸方向への膨張を緩和するようになされてよい。図５ａ・５ｂは、第一の燃料５２と第二の燃料５３との間のセパレーター５１に有する燃料要素の模式図を示す。図５ａは、すべての構成要素がたがいに接するときの構成を示す。図５ｂは、すべての構成要素が（図示のために）たがいに接しないときの構成を示す。この実施形態では、セパレーター５１は、第一および第二の燃料要素の一方の第一の端部５２１に接する（例えば、第一の層５１１の中の）第一の領域を含んでよい。この例では「第一および第二の燃料要素の一方」は、第一の燃料要素５２である。セパレーター５１は、第一および第二の燃料要素の他方の第二の端部４３１に接する（例えば、第二の層５１２の中の）第二の領域を含んでよい。この例では「第一および第二の燃料要素の他方」は、第二の燃料要素５３である。一実施形態では、セパレーター５１は、第一の核燃料５２の第一の端部５２１と第二の核燃料５３の第二の端部との少なくとも一方で、核燃料と被覆層との間における原子間の拡散を緩和するようになされる。複数のセパレーターを用いてよい。このとき、二つをこえる燃料が、燃料要素の中にあってよい。一実施形態では、燃料要素は、円柱の燃料要素の底面の近くに配された第二（またはそれ以上）の追加のセパレータ（複数のセパレータ）を備えてよい。この追加のセパレーターは、燃料要素のエンドキャップ（end cap）として機能し得る。

本願明細書に記載されたライナーと同様に、セパレーターは、少なくとも、第一の領域を含む第一のセパレーター層５１１と、第二の領域を含む第二のセパレーター層５１２とを含んでよい。一実施形態では、セパレーターの第一の領域は、Ｎｂ・Ｍｏ・Ｔａ・Ｗ・Ｒｅ・Ｚｒ・Ｖ・Ｔｉ・Ｃｒ・Ｒｕ・Ｒｈ・Ｏｓ・Ｉｒ・Ｎｄ・Ｈｆから選ばれる少なくとも一つの材料を含んでよい。一実施形態では、セパレーターの第二の領域は、Ｎｂ・Ｍｏ・Ｔａ・Ｗ・Ｒｅ・Ｚｒ・Ｖ・Ｔｉ・Ｃｒ・Ｒｕ・Ｒｈ・Ｏｓ・Ｉｒ・Ｎｄ・Ｈｆから選ばれる少なくとも一つの材料を含んでよい。

（燃料要素を製造する／用いる方法）
本願明細書に記載された、燃料要素と、燃料要素を含む燃料集合体とは、さまざまな技術により製造され得る。図６ａは、一実施形態における、燃料要素である物品を製造する方法を示す。この方法は、核燃料と被覆層とを設けるステップ（ステップ６０１）と、環状の核燃料に接するように、環状の核燃料の外側に第一の層を配するステップ（ステップ６０２）と、被覆層に接するように、被覆層の内側にライナーの第二の層を配するステップ（ステップ６０３）とを含んでよい。一実施形態では、第二の層は、第一の層の一面に配されてよい。配するステップは、メッキ（例えば電気メッキ）するステップ・蒸着（例えば物理もしくは化学蒸着）するステップ・またはその他の好適な手段を含んでよい。例えば、電解被覆を用いてよい。

例えば、ライナー（本願明細書に記載されたいかなるライナーであってもよい）は、燃料の外側となるように、燃料の一面に配されてよい。他の実施形態では、ライナーの第一の層は、燃料の一面に配されてよいとともに、ライナーの第二の層は、被覆層の一面に配されてよい。本実施形態における第一の層および第二の層は、連続してたがいに接続されてよい。この接続には、例えば加熱による接合を用いる。本願では、燃料要素の個々の構成要素を形成するために、ステップの順序を変更してもよい。

別の処理方法をさらに用いてもよい。図６ｂに示されるように、処理方法は、ライナーの第一の層の一面に第二の層を配するステップ（ステップ６０４）をさらに含んでよい。図６ｃに示されるように、処理方法は、ライナーの第一の層と第二の層とを接合するステップ（ステップ６０５）をさらに含んでよい。一実施形態では、燃料要素の他の構成要素だけでなく、ライナーの第一および第二の層が、上述のように接合されてよい。この接合は、化学的または物理的な接合であってよい。物理的な接合の例として、機械的な接合をあげることができる。一実施形態では、機械的な接合は、スエージ加工を含んでよい。図６ｄに示されるように、スエージ加工は、環状の核燃料・ライナー・被覆層の少なくとも二つに行われてよい（ステップ６０６）。一実施形態では、スエージ加工は、燃料要素のこれらの構成要素のすべてに適用される。一実施形態では、例えば環状である燃料は、例えば蒸着（物理または化学蒸着）を用いてライナーにより覆われてよい。ライナーは、その一面にスエージ加工された被覆層を有する。図６ｅに示されるように、一実施形態では、本願の方法は、鋳造・押し出し加工・ピルガーリング（pilgering）・チューブ溶接（tube welding）・シームレス溶接（seamless-welding）から選ばれる少なくとも一つの加工を、核燃料に行うステップ（ステップ６０７）をさらに含んでよい。一実施形態では、ライナーの層は、共に、燃料の上に押し出し加工されてよい。他の実施形態では、ライナー（複数のライナー）および／または燃料は、接触させるためにかつ燃料を製造するために、被覆層の空洞内へスライドさせてよい。

本願の方法は、燃料を製造する方法をさらに含む。図７に示されるとおり、燃料は、燃料（本願明細書に記載された燃料のいずれであってもよい）を含む粒子を加圧および／または焼結することにより、好ましい形状に形成されてよい（ステップ７０１）。好ましい形状とは、例えば棒である。燃料は、内部の空洞の形成を回避し、燃料の理論値近くまで密度を高めるために、さらに高密度化されてよい（ステップ７０２）。棒状の燃料が形成された後に、棒を最終製品に成形するために、金型で鋳造してよい（ステップ７０３）。この実施形態では、鋳造を用いる。加圧および焼結は用いられない。燃料を製造する処理は、鋳造・押し出し加工・ピルガーリング（pilgering）・チューブ溶接（tube welding）・シームレス溶接（seamless-welding）から選ばれる少なくとも一つの処理をさらに含んでよい。例えば、一実施形態では、燃料要素の中で、ライナーおよび／または被覆の中に、燃料が直接鋳造されてよい。

一実施形態では、処理パラメーターを変更することにより、燃料要素の構成要素の微細構造とそれにともなう材料特性とを調整できる。処理パラメーターは、温度・圧力などに関するものであってよい。図８に示されるように、本願明細書に記載された燃料要素を製造する方法は、核燃料が少なくともβ転移する温度である第一の温度まで核燃料を加熱するステップ（ステップ８０１）と、第一の温度よりも低い第二の温度まで環状の核燃料を冷却するステップ（ステップ８０２）とをさらに含んでよい。そして、冷却がβクエンチング（beta-quenching）とみなせるように、β転移温度から充分に速く冷却できる。一実施形態では、γ転移温度がβ転移温度よりも高いため、燃料が加熱されたときの温度は、γ転移温度となって（または超えて）よい。温度の変化とその変化率とは、等軸晶の形成を促進する条件のもとで配されてよい。一実施形態では、βクエンチングを用いることにより、結晶粒の選択方位を最小化し、むしろ少なくとも半径方向の等方性を含む結晶粒の等方性を助長できる。一実施形態では、燃料は、押し出し加工後の選択方位の結晶粒を含む。そして、燃料をβクエンチングすることにより、このような選択方位を最小化し、むしろ等方性を助長できる。この等方性とは、例えば結晶相の一様な分布を意味する。

本願明細書に記載された、燃料要素と、燃料要素を含む燃料集合体とを、さまざまに応用できる。例えば、図９ａは、一実施形態における、燃料集合体を用いる方法を示す。この方法は、複数の燃料要素を備える燃料集合体を設けるステップ（ステップ９０１）を含む。燃料要素は、本願明細書に記載されたいかなる燃料要素であってもよいとともに、被覆は、ライナーの外側に配されてよい。燃料集合体は、エネルギーを生成するために用いられてよい（ステップ９０２）。燃料集合体は、（i）第一の材料および第二の材料と、（ii）第一の材料および核燃料と、（iii）第二の材料および被覆層と、の少なくとも一つについて両者間の、原子間の拡散を緩和するために用いられてよい（ステップ９０３）。図９ｂに示されるように、ライナーは、少なくとも、第一の領域を含む第一のライナー層と、第二の領域を含む第二のライナー層とを含んでよい（ステップ９０４の一部である）。一実施形態では、ライナーは、核燃料のとなりに配され、かつ、第一の材料を含む第一の領域と、被覆層のとなりに配された第二の領域であり、かつ、第一の材料とは異なる第二の材料を含む第二の領域とを含んでよい。

本願では、上述の方法に含まれるステップの条件を変更できる。例えば、図９ｃに示されるように、エネルギーを生成するステップは、少なくとも３００℃の温度で実行されてよい（ステップ９０５）。例えば、この温度は、少なくとも３５０℃・少なくとも４００℃・少なくとも４５０℃・少なくとも５００℃・またはより高い温度である。図９ｄに示されるように、本願明細書に記載された燃料要素のライナーの能力が緩和された結果、一実施形態ではエネルギーを生成するステップの後に、燃料の第一の領域には、被覆層に由来する元素が実質的になく、かつ、第二の領域には、環状の核燃料に由来する元素が実質的なくてよい（ステップ９０６）。図９ｅに示されるように、一実施形態では、燃料の、環状の燃料と被覆との間には、ナトリウムが実質的にない（ステップ９０７の一部である）。

（発電）
上述の、本願明細書に記載された燃料集合体は、電力またはエネルギー生成機の一部であってよい。この生成機は、発電所の一部であってよい。燃料集合体は、核燃料集合体であってよい。一実施形態では、燃料集合体は、上述のような、燃料と、複数の燃料要素と、複数の燃料ダクトとを備える。燃料ダクトは、その中に配された複数の燃料要素を備える。

本願明細書に記載された燃料集合体の少なくともいくつかの、複数の燃料ダクトの間には、隙間空間（interstitial spaces）が設けられてよい。隙間空間は、複数の燃料ダクトの間の空間として定義され得る。冷却剤・不活性ガス・燃料材料・監視装置の少なくとも一つを、これらの隙間空間の少なくともいくつかの中に配してよい。隙間空間は、なにも含まなくてよい、または、特定の材料を含んでよい。例えば、隙間空間の中には、冷却剤・不活性ガス・燃料材料の少なくとも一つがあってよい。冷却剤および／または燃料材料は、上述するもののいずれであってもよい。不活性ガスは、公知のもののいずれであってもよく、例えば、窒素・希ガス（例えば、アルゴン・ヘリウムなど）である。いつくかの実施形態では、隙間空間は、上述のいずれの器具を含んでもよい。この器具は、第一の中空構造の内部にあってよい、または、第一および第二の中空構造の間の空間にあってよい。一実施形態では、器具は、燃料集合体の動作条件を監視する監視装置である。

本願明細書に記載された燃料集合体は、少なくとも約５０ＭＷ／ｍ²の単位面積あたりのピーク出力密度を出力するようになされてよい。例えば、このピーク出力密度は、少なくとも約６０ＭＷ／ｍ²・約７０ＭＷ／ｍ²・約８０ＭＷ／ｍ²・約９０ＭＷ／ｍ²・約１００ＭＷ／ｍ²・またはより高い値である。いくつかの実施形態では、燃料集合体は、少なくとも約１２０原子変位数（ＤＰＡ；displacements per atom）であるレベルの放射線損傷を受け得る。例えば、このレベルは、少なくとも約１５０ＤＰＡ・約１６０ＤＰＡ・約１８０ＤＰＡ・約２００ＤＰＡ・またはより高い値である。

本願明細書で言及され、および／または、任意の出願データシートに列記されている米国特許、米国特許出願公開、米国特許出願、外国特許、外国特許出願、および、特許ではない公開物のすべては、本願明細書と矛盾しない範囲内において参照により本願明細書に組み込まれている。万一、一つまたは複数の組み込まれた文献および同様の題材が、本願のものと異なるまたは矛盾するならば、本願は、定義された用語・用語の用法・記載された技術・または同種のものを含みつつも、これらに限定されない。

本願明細書における、実質的に任意の複数形および／または単数形の用語の使用に関し、当業者であれば、文脈および／または本願に適合しているかぎり、複数形を単数形に置き換え、および／または、単数形を複数形に置き換えることができる。本願明細書を明瞭にするため、本願明細書においては、さまざまな単複の置換について明記しない。

本願明細書に記載されている主題は、他の構成要素の内部に含まれるか、または、他の構成要素と接続されたさまざまな構成要素を図示していることがある。そのように描写された構造は単に例示的なものであり、実際、同じ機能を実現可能な他の多くの構造を導入してもよいことを理解すべきである。概念的な意味では、同じ機能を実現するために複数の構成要素が効果的に連携するように配置され、これにより、所望の機能が実現される。このことから、本願明細書において特定の機能を実現するために結合される任意の二つの構成要素は、所望の機能を実現するために、構造または中間部品とは無関係に、たがいに連携するとみなすことができる。同様に、そのように連携している任意の二つの構成要素は、所望の機能を実現するために、たがいと「動作可能に接続されている」または「動作可能に結合されている」とみなすこともでき、そのように連携可能な任意の二つの構成要素は、所望の機能を実現するために、たがいと「動作可能に結合可能である」とみなすこともできる。動作可能に結合可能な構成要素の具体例には、物理的に対にすることが可能な構成要素、および／または、物理的に相互作用している構成要素、および／または、無線で相互作用可能な構成要素、および／または、無線で相互作用している構成要素、および／または、論理的に相互作用している構成要素、および／または、無線で相互作用可能な構成要素が含まれるが、上記具体例は、これらには限定されない。

いくつかの例では、本願明細書において一つまたは複数のコンポーネントが「するように構成される」「によって構成される」「するように構成可能な」「するように動作可能な／動作する」「なされた／なし得る」「可能な」「するのに適合可能な／適合する」などと表現されてもよい。当業者であれば「一般的に、そのような用語（例えば「するように構成される」）は、文脈上そうでないことが明らかでないかぎり、活性化した状態の構成要素、および／または、活性化していない状態の構成要素、および／または、スタンバイ状態の構成要素を包含すること」を理解できるであろう。

本願明細書に記載されている本主題の特定の態様を示し、かつ、説明してきたが、当業者であれば「本願明細書の教示に基づき、本願明細書に記載されている主題、および、より広い態様から逸脱しない範囲内で変形および変更が可能である」ことは明らかである。従って、添付の特許請求の範囲は、その範囲内において、本願明細書に記載されている主題の真の精神および範囲の中に含まれるすべての変形および変更を含んでいる。「本願明細書（特に添付の特許請求の範囲（例えば、特許請求の範囲の本文））において使用されている用語は、一般的にオープンタームであることが意図されている（例えば、「を含んでいる」との用語は「を含んでいるが、それに限定されない」と解釈されるべきであり、「を有している」との用語は「を少なくとも有している」と解釈されるべきであり、「を含む」との用語は「を含むが、それに限定されない」と解釈されるべきである）」ことは当業者によって理解されるであろう。さらに、当業者であれば「導入された請求項の記載中の特定の数値に意図がある場合には、そのような意図がその請求項中において明確に記載されており、そのような記載がない場合には、そのような意図は存在しないこと」を理解するであろう。理解を促すために、例えば、後続の添付の特許請求の範囲では、請求項の記載を導入するために「少なくとも一つの」および「一つ以上の」といった導入句を使用することがある。しかし、そのような句を使用したからといって「“a”または“an”といった不定冠詞により請求項の記載を導入した場合、同一の請求項内に『一つ以上の』または『少なくとも一つの』といった導入句と“a”または“an”といった不定冠詞との両方が含まれているときでも、当該導入された請求項の記載を含む特定の請求項が、当該請求項の記載を一つのみ含む例に限定されるということが示唆される」と解釈されるべきでない（例えば、“a”および／または“an”は、通常は、「少なくとも一つの」または「一つ以上の」を意味すると解釈されるべきである）。請求項の記載を導入するために定冠詞を使用する場合にも同様のことが当てはまる。さらに、導入された請求項の記載において、特定の数が明確に記載されている場合であっても、当業者は「そのような記載は、通常は、少なくとも記載された数を含んでいることを意味する、と解釈されるべきである（例えば、他に修飾子がない単なる『二つの記載事項』は、一般的に、『少なくとも二つの記載事項』または『二つ以上の記載事項』を意味する）」ことを認識するであろう。さらに、「Ａ、ＢおよびＣなどのうち少なくとも一つ」に類する伝統的表現法が使用される場合、一般に、そのような構造は、当業者がその伝統的表現法を理解するであろうという点が意図されている（例えば、「Ａ、ＢおよびＣのうち少なくとも一つを有するシステム」は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡとＢの両方、ＡとＣの両方、ＢとＣの両方、および／または、ＡとＢとＣのすべてなどを有するシステムを含むが、これに限定されない）。また、「Ａ、ＢまたはＣなどのうち少なくとも一つ」に類する伝統的表現法が使用される場合、一般に、そのような構造は、当業者がその伝統的表現法を理解するであろうという点が意図されている（例えば、「Ａ、ＢまたはＣのうち少なくとも一つを有するシステム」は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡとＢの両方、ＡとＣの両方、ＢとＣの両方、および／または、ＡとＢとＣのすべてなどを有するシステムを含むが、これに限定されない）。さらに、「二つ以上の代替用語を表す離接語および／または離接句は、一般的に（文脈上そうでないことが明らかでないかぎり）、明細書中であろうと、特許請求の範囲の中であろうと、図面中であろうと、それらの用語のうちの一つ、それらの用語のうちのいずれか、または、それらの用語の両方を含む可能性を意図すること」が当業者によって理解されるべきであろう。例えば、「ＡまたはＢ」との句は、「Ａ」「Ｂ」または「ＡおよびＢ」の可能性を含むことが一般的に理解されるであろう。

添付の特許請求の範囲に関し、当業者であれば「請求項中に記載されている複数の動作は、一般的に任意の順序で行われてもよい」ことを理解できるであろう。また、「各種動作の流れがシーケンス中で提示されている場合であっても、当該各種動作は、図示されている順序とは異なる順序で実行してもよいし、または、並列的に実行してもよいこと」を理解すべきである。そうした代替順序の一例は、文脈上そうでないことが明らかでないかぎり、重複して（overlapping）、交互的に（interleaved）、割り込んで（interrupted）、再度順序づけされて（reordered）、逐次的に（incremental）、先立って（preparatory）、追加的に（supplemental）、同時に（simultaneous）、逆の順序で（reverse）、または、他のさまざまな順序で、行うことを含む。また、「〜に応答して」（responsive to）、「〜に関連して」（related to）などの用語、または、過去形の形容詞は、文脈上そうでないことが明らかでないかぎり、そうした変形を排除することを意図しないことが通常である。

上述の具体例の工程および／または装置および／または技術は、本願明細書の任意の箇所に開示された工程および／または装置および／または技術のより一般的な代表であると、当業者は理解するだろう。本願明細書の任意の箇所とは、特許請求の範囲および／または本願の任意の記載である。

多様な態様および実施形態が本願明細書において開示されたが、その他の態様およびその他の実施形態は、当業者に明らかである。本願明細書に開示された上記多様な態様および実施形態は、説明を目的とするものであって限定を意図するものではなく、その真の範囲および精神は、特許請求の範囲によって示されている。

本願明細書に記載された工程の任意の一部は、自動化されてよい。自動化は、少なくとも一つのコンピューターを用いることにより達成されてよい。自動化は、プログラムにより実行されてよい。このプログラムは、少なくとも一つの一時的でないコンピューター読み取り可能な媒体に保存される。この媒体は、例えばＣＤ・ＤＶＤ・ＵＳＢ・ハードドライ・その他であってよい。燃料集合体を含む燃料要素の構造の選択および／または設計は、コンピューターおよび／またはソフトウェアプログラムを用いることにより最適化されてもよい。

本発明の上述の実施形態は、さまざまな方法により実装され得る。例えば、いくつかの実施形態は、ハードウェア・ソフトウェア・またはそれらの組合せを用いることにより実装されてよい。実施形態の態様のいずれかが、少なくともソフトウェアの一部に実装されるときに、ソフトウェアコードは、任意の適切なプロセッサーのまたはプロセッサーを集めたものの上で実行され得る。プロセッサーは、単一のコンピューターに提供されてよいまたは複数のコンピューターにわたって分散されてよい。

本願明細書に記載の技術は、方法として具体化されてもよい。本願明細書では、この方法の少なくとも一つの例が与えられている。方法の一部として実行される動作は、任意の好ましい順序で実行されてよい。よって、実施形態における動作が、示された動作とは異なる任意の順序で実行されるように、その実施形態は構築されてよい。これら動作が、例としての実施形態において連続する動作として示されたとしても、これらの動作のいくつかは、同時に実行されてよい。

本願明細書で定義されるおよび用いられるすべての定義は、定義される用語の辞書の定義・参照により組み込まれた文書の定義・および／または通常の意味をこえることができると理解されるべきである。

本願明細書と特許請求の範囲とで用いられる不定冠詞“a”および“an”は、そうではないと明示されないかぎり、「少なくとも一つ」を意味すると理解されるべきである。

本願明細書と特許請求の範囲とで用いられる「および／または」とのフレーズは、結合された要素の「いずれか一方または両方」を意味すると理解されるべきである。つまり、これらの要素は、いくつかの場合には結合されているとともに、他の場合には結合されていない。「および／または」で列挙された複数の要素は、同一の様式で結合される、つまり結合される要素の「一つまたは複数」と解釈されるべきである。他の要素は、「および／または」節により特定された要素以外の要素となり得る。この他の要素は、特定された要素に関係しても・関係しなくてもよい。よって、非限定的な例として、「Ａおよび／またはＢ」との参照は、「含む」といった制限のない語句とあわせて用いられるときには、一実施形態ではＡだけ（Ｂ以外の要素を含む）ということを・他の実施形態ではＢだけ（Ａ以外の要素を含む）ということを・さらに他の実施形態ではＡおよびＢ（他の要素を含む）ということを・ならびにその他ことを意味し得る。

本願明細書と特許請求の範囲とで用いられるときに、「または」は、上述のとおり定義された「および／または」と同様の意味をもつと理解されるべきである。例えば、項目を列挙するときに、「または」または「および／または」は、包括的であるとして解釈されるだろう。つまり、「または」または「および／または」は、少なくとも一つの・しかしまた複数を含む・多数のまたは列挙された要素と、オプションとして追加の列挙されていない項目との包含である。そうではないと明示された用語である「ただ一つの」または「厳密に一つの」または特許請求の範囲で用いられるときの「から構成される」などにかぎっては、多数のまたは列挙された要素における厳密に一つの要素の包含を意味する。一般的に、本願明細書に記載された「または」との用語は、「どちらか一方の」「一つの」「ただ一つの」または「厳密に一つの」といった排他を意味する用語を前置されるときに、排他的な選択肢（つまり「一つまたは他の、両方ではない」）を示すこととしてのみに解釈されるだろう。特許請求の範囲で用いられるときの「を必須として構成される」は、特許法の分野において用いられる通常の意味をもつだろう。

本願明細書と特許請求の範囲とで用いられるときに、一つまたは複数の要素のリストの参照における「少なくとも一つ」とのフレーズは、要素のリストにおける一つまたは複数のいずれかの要素から選ばれる少なくとも一つの要素を意味すると理解されるべきである。しかし、このフレーズは、要素のリスト中における少なくとも一つを必ず含むことを意味するわけではないと理解されるべきであり、かつ、特に列挙される要素のすべてを必ず含むことを意味するわけではないと理解されるべきである。また、このフレーズは、要素のリストにおける要素のすべての組合せを排除することを意味するわけではないと理解されるべきである。この定義によれば、要素は、「少なくとも一つ」とのフレーズが意味する要素のリスト中で特に示される要素に関係しても・関係しなくても、それらの特に示された要素以外にオプションとしてあってよい。よって、非限定的な例として、「ＡおよびＢの少なくとも一つ（または同等の「ＡまたはＢの少なくとも一つ」、または同等の「Ａおよび／またはＢの少なくとも一つ」）」は、一実施形態では少なくとも一つのまたはオプションとして含んでいる複数のＡでありＢではない（およびオプションとして含んでいるＢ以外の要素である）ことを・他の実施形態では少なくとも一つのまたはオプションとして含んでいる複数のＢでありＡではない（およびオプションとして含んでいるＡ以外の要素である）ことを・さらに他の実施形態では少なくとも一つのまたはオプションとして含んでいる複数のＡであることおよび少なくとも一つのまたはオプションとして含んでいる複数のＢである（およびオプションとして含んでいる他の要素である）ことを・ならびにその他のことを意味し得る。

本願明細書に記載された範囲は、いずれも包含することを意味する。この明細書のすべてをとおして用いられる「実質的に」との用語および「約」との用語は、小さな変動を示しかつ説明のために用いられる。例えば、これらの用語は、±５％以下の範囲を意味できる。この範囲は、例えば±２％以下・例えば±１％以下・例えば±０．５％以下・例えば±０．２％以下・例えば±０．１％以下・例えば±０．０５％以下である。

上述の本願明細書でだけでなく、特許請求の範囲では、「を含む・を備える（including）」「を含む・を備える（including）」「を実行する（carrying）」「を有する・をもつ（having）」「を含む（containing）」「を含む（involving）」「を保持する（holding）」「からなる（composed of）」およびそのようなすべての移行句（transitional phrases）は、制限のないものであると理解されるべきである。つまり、これらの移行句は、包含することを意味するものの、制限されることを意味しないと理解されるべきである。「から構成される（consisting of）」および「を必須とする（consisting essentially of）」との移行句のみは、制限のあるまたは制限のあるものに準じた移行句であろう。これらは、米国特許庁審査基準の2111.03節に説明されている。

特許請求の範囲は、その意図を述べないかぎり、記載順序または要素に制限されるように読まれるべきではない。当業者は、特許請求の範囲に記載された精神および技術的範囲から逸脱しないように、形態および詳細においてさまざまな変更をなし得ると理解されるべきである。後述する特許請求の範囲およびその同等な記載の精神および技術的範囲の中にあるすべての実施形態は、特許請求の範囲に記載されている。

本願明細書に開示されている主題のさまざまな態様は、以下のように、番号の付いた箇条書きの項目で明確に記載されている。

１．
環状の核燃料と、
上記環状の核燃料の外側に配されたライナーと、
上記ライナーの外側に配された被覆層と、
を備え、
上記ライナーは、
上記核燃料のとなりに配され、かつ、第一の材料を含む第一の領域と、
上記被覆層のとなりに配された第二の領域であり、かつ、上記第一の材料とは異なる第二の材料を含む第二の領域と、
を含むことを特徴とする物品。

２．
上記第一の材料は、上記第一の材料と上記環状の核燃料との間の、原子間の拡散を緩和するようになされていることを特徴とする項目１に記載の物品。

３．
上記第一の材料と、上記第二の材料とは、上記第一の材料と上記第二の材料との間の、原子間の拡散を緩和するようになされていることを特徴とする項目１に記載の物品。

４．
上記第二の材料は、上記第二の材料と上記被覆層との間の、原子間の拡散を緩和するようになされていることを特徴とする項目１に記載の物品。

５．
上記核燃料は、Ｕ・Ｔｈ・Ａｍ・Ｎｐ・Ｐｕから選ばれる少なくとも一つの燃料を含むことを特徴とする項目１に記載の物品。

６．
上記核燃料は、Ｎｂ・Ｍｏ・Ｔａ・Ｗ・Ｒｅ・Ｚｒ・Ｖ・Ｔｉ・Ｃｒ・Ｒｕ・Ｒｈ・Ｏｓ・Ｉｒ・Ｎｄ・Ｈｆから選ばれる少なくとも一つの耐火物を含むことを特徴とする項目１に記載の物品。

７．
上記被覆層は、金属・合金・セラミックから選ばれる少なくとも一つの材料を含むことを特徴とする項目１に記載の物品。

８．
上記被覆層は、鋼鉄を含み、
上記鋼鉄の実質的にすべての部分は、マルテンサイト相・フェライト相・オーステナイト相から選ばれる少なくとも一つの相をもつ、
ことを特徴とする項目１に記載の物品。

９．
上記被覆層は、マルテンサイト鋼・フェライト鋼・オーステナイト鋼・酸化物分散鋼・Ｔ９１鋼・Ｔ９２鋼・ＨＴ９鋼・３１６鋼・３０４鋼から選ばれる少なくとも一つの鋼鉄を含むことを特徴とする項目１に記載の物品。

１０．
上記核燃料と、上記ライナーと、上記被覆層とは、機械的に接合されていることを特徴とする項目１に記載の物品。

１１．
上記ライナーの上記第一の領域は、第一の層に配され、
上記ライナーの上記第二の領域は、第二の層に配される、
ことを特徴とする項目１に記載の物品。

１２．
上記第一の層と、上記第二の層とは、機械的に接合されていることを特徴とする項目１１に記載の物品。

１３．
上記第一の材料および上記第二の材料の少なくとも一方は、Ｎｂ・Ｍｏ・Ｔａ・Ｗ・Ｒｅ・Ｚｒ・Ｖ・Ｔｉ・Ｃｒ・Ｒｕ・Ｒｈ・Ｏｓ・Ｉｒ・Ｎｄ・Ｈｆから選ばれる少なくとも一つの材料を含むことを特徴とする項目２に記載の物品。

１４．
上記核燃料は、少なくとも９０重量パーセントのＵを含むことを特徴とする項目１に記載の物品。

１５．
項目１に記載の上記物品を備えることを特徴とする発電炉。

１６．
環状の核燃料と、
上記核燃料の外側に配されたライナーであり、かつ、上記核燃料に接する第一の層、および第二の層を含むライナーと、
上記ライナーの外側に配された被覆層であり、金属・合金・セラミックから選ばれる少なくとも一つの材料を含み、かつ、上記ライナーの上記第二の層に接する被覆層と、
を備えることを特徴とする核燃料要素。

１７．
上記核燃料は、Ｎｂ・Ｍｏ・Ｔａ・Ｗ・Ｒｅ・Ｚｒ・Ｖ・Ｔｉ・Ｃｒ・Ｒｕ・Ｒｈ・Ｏｓ・Ｉｒ・Ｎｄ・Ｈｆから選ばれる少なくとも一つの耐火物を含むことを特徴とする項目１６に記載の核燃料要素。

１８．
上記核燃料は、少なくとも９０重量パーセントのＵを含むことを特徴とする項目１６に記載の核燃料要素。

１９．
上記被覆層は、Ｃｒ・Ｃ・Ｍｏ・Ｎｉ・Ｍｎ・Ｖ・Ｗ・Ｓｉ・Ｃｕ・Ｎ・Ｓ・Ｐから選ばれる少なくとも一つの材料を含むことを特徴とする項目１６に記載の核燃料要素。

２０．
上記被覆層は、マルテンサイト鋼・フェライト鋼・オーステナイト鋼・酸化物分散鋼・Ｔ９１鋼・Ｔ９２鋼・ＨＴ９鋼・３１６鋼・３０４鋼から選ばれる少なくとも一つの鋼鉄を含むことを特徴とする項目１６に記載の核燃料要素。

２１．
上記第一の層は、Ｎｂ・Ｍｏ・Ｔａ・Ｗ・Ｒｅ・Ｚｒ・Ｖ・Ｔｉ・Ｃｒ・Ｒｕ・Ｒｈ・Ｏｓ・Ｉｒ・Ｎｄ・Ｈｆから選ばれる少なくとも一つの材料を含むことを特徴とする項目１６に記載の核燃料要素。

２２．
上記第二の層は、Ｎｂ・Ｍｏ・Ｔａ・Ｗ・Ｒｅ・Ｚｒ・Ｖ・Ｔｉ・Ｃｒ・Ｒｕ・Ｒｈ・Ｏｓ・Ｉｒ・Ｎｄ・Ｈｆから選ばれる少なくとも一つの材料を含むことを特徴とする項目１６に記載の核燃料要素。

２３．
上記第一の層の厚さは、約２０マイクロメートルであることを特徴とする項目１６に記載の核燃料要素。

２４．
上記第二の層の厚さは、約１０マイクロメートルであることを特徴とする項目１６に記載の核燃料要素。

２５．
（i）上記核燃料および上記第一の層と（ii）上記被覆層および上記第二の層と、の少なくとも一方について両者間には、室温以上の温度で原子間の拡散が実質的にないことを特徴とする項目１６に記載の核燃料要素。

２６．
（i）上記核燃料および上記第一の層と（ii）上記被覆層および上記第二の層と、の少なくとも一方について両者間には、約９５℃以上の温度で原子間の拡散が実質的にないことを特徴とする項目１６に記載の核燃料要素。

２７．
上記第一の層と上記第二の層との間には、３５０℃以上の温度で原子間の拡散が実質的にないことを特徴とする項目１６に記載の核燃料要素。

２８．
上記第一の層と上記第二の層との間には、原子間の拡散が実質的にないことを特徴とする項目１６に記載の核燃料要素。

２９．
上記第一の層と上記第二の層との間に配され、かつ、厚さが約２マイクロメートルから約５マイクロメートルの範囲以下である転移層をさらに備えることを特徴とする項目１６に記載の核燃料要素。

３０．
上記第一の層には、上記被覆層から拡散された元素の原子が実質的にないことを特徴とする項目１６に記載の核燃料要素。

３１．
上記第二の層には、上記核燃料から拡散された元素の原子が実質的にないことを特徴とする項目１６に記載の核燃料要素。

３２．
上記第一の層と、上記第二の層とは、異なる材料を含むことを特徴とする項目１６に記載の核燃料要素。

３３．
上記核燃料と上記被覆層との間には、ナトリウムが実質的にないことを特徴とする項目１６に記載の核燃料要素。

３４．
項目１６に記載の上記核燃料要素を備えることを特徴とする発電炉。

３５．
項目１６に記載の上記核燃料要素を備えることを特徴とする発電所。

３６．
第一の端部および第二の端部を有する第一の核燃料と、
第一の端部および第二の端部を有する第二の核燃料と、
上記第一および第二の核燃料の少なくとも一方の外側に配された被覆層と、
上記第一および第二の核燃料の一方の第一の端部と上記第一および第二の核燃料の他方の第二の端部との間に配されたセパレーターと、
を備え、
上記セパレーターは、
上記第一および第二の燃料要素の一方の上記第一の端部に接する第一の領域と、
上記第一および第二の燃料要素の他方の上記第二の端部に接する第二の領域と、
を含むことを特徴とする核燃料要素。

３７．
上記セパレーターは、上記第一および第二の核燃料の少なくとも一方の軸方向の膨張を緩和するようになされていることを特徴とする項目３６に記載の核燃料要素。

３８．
上記核燃料要素の底面の近くに配された第二のセパレーターをさらに備えることを特徴とする項目３６に記載の核燃料要素。

３９．
上記第一の領域および第二の領域の少なくとも一方は、Ｎｂ・Ｍｏ・Ｔａ・Ｗ・Ｒｅ・Ｚｒ・Ｖ・Ｔｉ・Ｃｒ・Ｒｕ・Ｒｈ・Ｏｓ・Ｉｒ・Ｎｄ・Ｈｆから選ばれる少なくとも一つの材料を含むことを特徴とする項目３６に記載の核燃料要素。

４０．
上記セパレーターは、上記第一の核燃料の上記第一の端部と上記第二の核燃料の上記第二の端部との少なくとも一方で、上記核燃料と上記被覆層との間の、原子間の拡散を緩和するようになされていることを特徴とする項目３６に記載の核燃料要素。

４１．
上記セパレーターは、少なくとも、
上記第一の領域を含む第一のセパレーター層と、
上記第二の領域を含む第二のセパレーター層と、
を含むことを特徴とする項目３６に記載の核燃料要素。

４２．
上記第一および第二の核燃料の少なくとも一方の一面に配されたライナーをさらに備え、
上記ライナーは、少なくとも、
上記第一および第二の核燃料の少なくとも一方に接するようになされた第一の層と、
上記被覆層に接するようになされた第二の層と、
を含むことを特徴とする項目３６に記載の核燃料要素。

４３．
項目３６に記載の上記核燃料要素を備えることを特徴とする発電炉。

４４．
項目３６に記載の上記核燃料要素を備えることを特徴とする発電所。

４５．
核燃料集合体を製造する方法であって、
環状の核燃料および上記核燃料の外側に配された被覆層を設けるステップと、
上記核燃料に接するように、上記核燃料の外側にライナーの第一の層を配するステップと、
上記被覆層に接するように、上記被覆層の内側に上記ライナーの第二の層を配するステップと、
を含むことを特徴とする方法。

４６．
上記核燃料・上記ライナー・上記被覆層の少なくとも二つをスエージ加工するステップをさらに含むことを特徴とする項目４５に記載の方法。

４７．
鋳造・押し出し加工・ピルガーリング（pilgering）・チューブ溶接（tube welding）・シームレス溶接（seamless-welding）から選ばれる少なくとも一つの加工を上記核燃料に行うステップをさらに含むことを特徴とする項目４５に記載の方法。

４８．
上記核燃料が少なくともβ転移する温度（beta-transition temperature）である第一の温度まで上記核燃料を加熱するステップと、
等軸晶の形成を促進する条件のもとで上記第一の温度よりも低い第二の温度まで上記核燃料を冷却するステップと、
をさらに含むことを特徴とする項目４５に記載の方法。

４９．
上記第一の層を配するステップおよび上記第二の層を配するステップの少なくとも一方は、蒸着および電解被覆の少なくとも一方を含むことを特徴とする項目４５に記載の方法。

５０．
上記第一の層と上記第二の層とを接合するステップをさらに含むことを特徴とする項目４５に記載の方法。

５１．
燃料集合体を用いる方法であって、
複数の燃料要素を備える燃料集合体を設けるステップを含み、
上記燃料要素は、
環状の核燃料と、
上記環状の核燃料の外側に配されたライナーと、
上記ライナーの外側に配された被覆層と、
を備え、
上記ライナーは、
上記核燃料のとなりに配され、かつ、第一の材料を含む第一の領域と、
上記被覆層のとなりに配された第二の領域であり、かつ、上記第一の材料とは異なる第二の材料を含む第二の領域と、
を含み、
上記燃料集合体を用いエネルギーを生成するステップと、
（i）第一の材料および第二の材料と（ii）上記第一の材料および上記核燃料と（iii）上記第二の材料および上記被覆層と、の少なくとも一つについて両者間の、原子間の拡散を緩和するステップと、
をさらに含むことを特徴とする方法。

５２．
上記ライナーは、
上記第一の領域を含む第一のライナー層と、
上記第二の領域を含む第二のライナー層と、
を少なくとも含むことを特徴とする項目５１に記載の方法。

５３．
上記生成するステップは、少なくとも３００℃の温度で実行されることを特徴とする項目５１に記載の方法。

５４．
上記生成するステップの後に、
上記第一の領域には、上記被覆層に由来する元素が実質的になく、
上記第二の領域には、上記核燃料に由来する元素が実質的にない、
ことを特徴とする項目５１に記載の方法。

５５．
上記燃料要素の少なくとも一つの、上記核燃料と上記被覆層との間には、ナトリウムが実質的にないことを特徴とする項目５１に記載の方法。

５６．
環状の核燃料と、
上記環状の核燃料の外側に配されたライナーであり、かつ、上記核燃料に接する第一の層、および第二の層を含むライナーと、
上記ライナーの外側に配された被覆層であり、金属・合金・セラミックから選ばれる少なくとも一つの材料を含み、かつ、上記ライナーの上記第二の層に接する被覆層と、
上記第一の層と上記第二の層との間に配され、かつ、厚さが約２マイクロメートルから約５マイクロメートルの範囲以下である転移層と、
を備えることを特徴とする核燃料要素。

５７．
上記核燃料は、少なくとも９０重量パーセントのＵを含むことを特徴とする項目５６に記載の核燃料要素。

５８．
上記第一の層および上記第二の層の少なくとも一方は、Ｎｂ・Ｍｏ・Ｔａ・Ｗ・Ｒｅ・Ｚｒ・Ｖ・Ｔｉ・Ｃｒ・Ｒｕ・Ｒｈ・Ｏｓ・Ｉｒ・Ｎｄ・Ｈｆから選ばれる少なくとも一つの材料を含むことを特徴とする項目５６に記載の核燃料要素。

５９．
上記被覆層は、鋼鉄を含み、
上記鋼鉄の実質的にすべての部分は、マルテンサイト相・フェライト相・オーステナイト相から選ばれる少なくとも一つの相をもつ、
ことを特徴とする項目５６に記載の核燃料要素。

６０．
項目５６に記載の上記核燃料要素を備えることを特徴とする発電炉。

一実施形態における、部分的に外部の一部を切り取った透視図であって、核燃料集合体を例として模式化したものである。 一実施形態における、部分的に外部の一部を切り取った透視図であって、燃料要素を例として模式化したものである。 一実施形態における燃料要素を部分的に示す模式図であって、透視図である。 一実施形態における燃料要素を部分的に示す模式図であって、断面図である。 他の実施形態における、燃料要素を部分的に示す模式図である。 一実施形態における、燃料要素の異なる構成要素間の原子間の拡散を示す模式図である。 一実施形態における、第一の燃料要素５２と第二の燃料要素５３との間にセパレーター５１を有する燃料集合体を示す模式図であって、すべての構成要素がたがいに接している状態を示す。 一実施形態における、第一の燃料要素５２と第二の燃料要素５３との間にセパレーター５１を有する燃料集合体を示す模式図であって、構成要素がたがいに接していない状態を示す。 一実施形態における、燃料要素を製造する工程を示すフローチャートである。 一実施形態における、燃料要素を製造する工程の例としての詳細である。 一実施形態における、燃料要素を製造する工程の例としての詳細である。 一実施形態における、燃料要素を製造する工程の例としての詳細である。 一実施形態における、燃料要素を製造する工程の例としての詳細である。 一実施形態における、核燃料を製造する工程を示すフローチャートである。 他の実施形態における、核燃料を製造する工程を示すフローチャートである。 一実施形態における、燃料集合体を用いる工程を示すフローチャートである。 一実施形態における、燃料集合体を用いる工程の例としての詳細である。 一実施形態における、燃料集合体を用いる工程の例としての詳細である。 一実施形態における、燃料集合体を用いる工程の例としての詳細である。 一実施形態における、燃料集合体を用いる工程の例としての詳細である。

Claims (22)

1. 金属ウラン系燃料を核燃料とする原子炉用の核燃料集合体であって複数の燃料要素を含む核燃料集合体であって、
   各燃料要素は、
   ウランを含む環状の核燃料と、
   上記環状の核燃料の外側に配されたライナーと、
   上記ライナーの外側に配された被覆層と、
   を備え、
   上記ライナーは、
   上記核燃料のとなりに配され、かつ、第一の材料を含む第一の領域と、
   上記被覆層のとなりに配された第二の領域であり、かつ、上記第一の材料とは異なる第二の材料を含む第二の領域と、
   を含み、
   上記第一の材料は、上記第一の材料と上記環状の核燃料との間の、原子間の拡散を緩和するようになされ、
   上記第一の材料と、上記第二の材料とは、上記第一の材料と上記第二の材料との間の、原子間の拡散を緩和するようになされ、
   上記第二の材料は、上記第二の材料と上記被覆層との間の、原子間の拡散を緩和するようになされている
   ことを特徴とする核燃料集合体。
2. 上記核燃料は、Ｔｈ・Ａｍ・Ｎｐ・Ｐｕから選ばれる少なくとも一つの燃料を含むことを特徴とする請求項１に記載の核燃料集合体。
3. 上記核燃料は、Ｎｂ・Ｍｏ・Ｔａ・Ｗ・Ｒｅ・Ｚｒ・Ｖ・Ｔｉ・Ｃｒ・Ｒｕ・Ｒｈ・Ｏｓ・Ｉｒ・Ｎｄ・Ｈｆから選ばれる少なくとも一つの耐火物を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の核燃料集合体。
4. 上記被覆層は、金属・合金・セラミックから選ばれる少なくとも一つの材料を含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の核燃料集合体。
5. 上記被覆層は、鋼鉄を含み、
   上記鋼鉄の実質的にすべての部分は、マルテンサイト相・フェライト相・オーステナイト相から選ばれる少なくとも一つの相をもつ、
   ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の核燃料集合体。
6. 上記被覆層は、マルテンサイト鋼・フェライト鋼・オーステナイト鋼・酸化物分散鋼・Ｔ９１鋼・Ｔ９２鋼・ＨＴ９鋼・３１６鋼・３０４鋼から選ばれる少なくとも一つの鋼鉄を含むことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の核燃料集合体。
7. 上記核燃料と、上記ライナーと、上記被覆層とは、機械的に接合されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の核燃料集合体。
8. 上記ライナーの上記第一の領域は、第一の層に配され、
   上記ライナーの上記第二の領域は、第二の層に配される、
   ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の核燃料集合体。
9. 上記第一の層と、上記第二の層とは、機械的に接合されていることを特徴とする請求項８に記載の核燃料集合体。
10. 上記第一の材料および上記第二の材料の少なくとも一方は、Ｎｂ・Ｍｏ・Ｔａ・Ｗ・Ｒｅ・Ｚｒ・Ｖ・Ｔｉ・Ｃｒ・Ｒｕ・Ｒｈ・Ｏｓ・Ｉｒ・Ｎｄ・Ｈｆから選ばれる少なくとも一つの材料を含むことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の核燃料集合体。
11. 上記核燃料は、少なくとも９０重量パーセントのＵを含むことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の核燃料集合体。
12. 請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の核燃料集合体を製造する方法であって、
    複数の燃料要素を提供するステップを含み、このステップは、
    環状の核燃料および上記核燃料の外側に配された被覆層を設けるステップと、
    上記核燃料に接し、上記核燃料を覆うように、上記核燃料の外側にライナーの第一の領域を配するステップと、
    上記被覆層に接し、上記被覆層に覆われるとともに、上記第一の領域を覆うように、上記被覆層の内側に上記ライナーの第二の領域を配するステップと、
    を含むことを特徴とする方法。
13. 上記核燃料・上記ライナー・上記被覆層の少なくとも二つをスエージ加工するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
14. 鋳造・押し出し加工・ピルガーリング（pilgering）・チューブ溶接（tube welding）・シームレス溶接（seamless-welding）から選ばれる少なくとも一つの加工を上記核燃料に行うステップをさらに含むことを特徴とする請求項１２または１３に記載の方法。
15. 上記核燃料が少なくともβ転移する温度（beta-transition temperature）である第一の温度まで上記核燃料を加熱するステップと、
    等軸晶の形成を促進する条件のもとで上記第一の温度よりも低い第二の温度まで上記核燃料を冷却するステップと、
    をさらに含むことを特徴とする請求項１２ないし１４のいずれか１項に記載の方法。
16. 上記第一の領域を配するステップおよび上記第二の領域を配するステップの少なくとも一方は、メッキするステップを含むことを特徴とする請求項１２ないし１５のいずれか１項に記載の方法。
17. 上記第一の領域を配するステップおよび上記第二の領域を配するステップの少なくとも一方は、蒸着および電解被覆の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１２ないし１５のいずれか１項に記載の方法。
18. 上記第一の領域と上記第二の領域とを接合するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１２ないし１７のいずれか１項に記載の方法。
19. 上記燃料要素を提供するステップは、
    上記第一の領域と上記第二の領域とを共に、上記核燃料の上に押し出し加工するステップを含むことを特徴とする請求項１２ないし１８のいずれか１項に記載の方法。
20. 上記燃料要素を提供するステップは、
    上記ライナーおよび上記核燃料を、上記被覆層の空洞内へスライドさせるステップを含むことを特徴とする請求項１２ないし１８のいずれか１項に記載の方法。
21. 金属ウラン系燃料を核燃料とする原子炉用の核燃料集合体であって複数の燃料要素を含む核燃料集合体を製造する方法であって、
    各燃料要素は、
    ウランを含む環状の核燃料と、
    上記環状の核燃料の外側に配されたライナーと、
    上記ライナーの外側に配された被覆層と、
    を備え、
    上記ライナーは、
    上記核燃料のとなりに配され、かつ、第一の材料を含む第一の領域と、
    上記被覆層のとなりに配された第二の領域であり、かつ、上記第一の材料とは異なる第二の材料を含む第二の領域と、
    を含み、
    上記第一の材料は、上記第一の材料と上記環状の核燃料との間の、原子間の拡散を緩和するようになされ、
    上記第一の材料と、上記第二の材料とは、上記第一の材料と上記第二の材料との間の、原子間の拡散を緩和するようになされ、
    上記第二の材料は、上記第二の材料と上記被覆層との間の、原子間の拡散を緩和するようになされており、
    上記方法は、
    複数の燃料要素を提供するステップを含み、このステップは、
    環状の核燃料および上記核燃料の外側に配された被覆層を設けるステップと、
    上記核燃料に接するように、上記核燃料の外側にライナーの上記第一の領域を配するステップと、
    上記被覆層に接するように、上記被覆層の内側に上記ライナーの上記第二の領域を配するステップと、
    を含み、
    上記方法は、
    上記核燃料が少なくともβ転移する温度（beta-transition temperature）である第一の温度まで上記核燃料を加熱するステップと、
    等軸晶の形成を促進する条件のもとで上記第一の温度よりも低い第二の温度まで上記核燃料を冷却するステップと、
    をさらに含むことを特徴とする方法。
22. 核燃料集合体を用いる方法であって、
    請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の核燃料集合体を設けるステップを含み、
    上記核燃料集合体を用いエネルギーを生成するステップと、
    上記エネルギーを生成した後、（i）第一の材料および第二の材料と（ii）上記第一の材料および上記核燃料と（iii）上記第二の材料および上記被覆層と、の少なくとも一つについて両者間の、原子間の拡散を緩和するステップと、
    をさらに含むことを特徴とする方法。

Images