JPH02257090A - Nuclear fuel rod - Google Patents
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- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は核燃料棒に関する。さらに詳しくは、ピンホー
ルを生しることなく完全にガス封入孔道が閉塞された核
燃料棒を常に効率よく製造することのできる核燃料棒に
関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to nuclear fuel rods. More specifically, the present invention relates to a nuclear fuel rod that can consistently and efficiently manufacture nuclear fuel rods in which gas filling holes are completely blocked without producing pinholes.
［従来技術および発明か解決しようとする課題］沸騰水
型または加圧木型の原子炉、いわゆる軽水炉等の核燃料
棒においては、核燃料ペレットな充填するだめの核燃料
被覆管およびその両端を封止する端栓が用いられている
。[Prior Art and Problems to be Solved by the Invention] In nuclear fuel rods such as boiling water type or pressurized wood type nuclear reactors, so-called light water reactors, the nuclear fuel cladding tube in which nuclear fuel pellets are charged and its both ends are sealed. End plugs are used.
前記核燃料棒は、これを原子炉内に装填して使用する場
合に、冷却材の圧力（例えば加圧水型炉ては、約１５７
ｋ ｇ ／ ｃ ｍ ２）によって核燃料被覆管が座
屈しないように、核燃料棒の内部か、例えば２５〜３５
ｋ ｇ ／ ｃ ｍ ２程度に加圧されている。When the nuclear fuel rod is loaded into a nuclear reactor and used, the pressure of the coolant (for example, in a pressurized water reactor, about 157
In order to prevent the nuclear fuel cladding from buckling due to
It is pressurized to about kg/cm2.
この内部加圧は、核燃料棒の製造時に、核燃料棒内にガ
スを圧入することにより行なわれる。This internal pressurization is performed by pressurizing gas into the nuclear fuel rod during manufacture of the nuclear fuel rod.
ガスの、１゛：入は、核燃料棒の端栓に設けられたガス
封入孔を通して行なわれる。ガス封入後に、第６図に示
すように、端栓６に設けられた前記ガス封入孔２を溶接
することにより閉塞されている。Gas is introduced through a gas filling hole provided in the end plug of the nuclear fuel rod. After filling the gas, the gas filling hole 2 provided in the end plug 6 is closed by welding, as shown in FIG.
なお、第６図において、５で示すのは、溶接部である。In addition, in FIG. 6, 5 indicates a welded portion.
一般に、ガス封入を円滑に行なうためには、前記ガス封
入孔２の径の大きいほうか好ましい。Generally, in order to smoothly fill gas, it is preferable that the gas fill hole 2 has a larger diameter.
ところが、前記ガス封入孔を溶接しようとする場合、ガ
ス封入孔の径が大きいと、第７図に示すように、ガス封
入孔２の内周壁面および溶接材か溶融するけれども、ガ
ス封入孔が完全に閉塞せず、ピンホールを生しる場合か
有った。特に、大きな溶融部を得ることか難しいレーザ
ー溶接による場合、溶接不良か多かった。However, when attempting to weld the gas filling hole, if the diameter of the gas filling hole is large, the inner circumferential wall surface of the gas filling hole 2 and the welding material will melt, but the gas filling hole will In some cases, it was not completely occluded and a pinhole was formed. In particular, when laser welding was used, where it was difficult to obtain a large fusion zone, welding defects were common.
このピンホールの発生をなくし、ガス封入孔を完全に閉
塞するためには、このガス封入孔の径が小さければ小さ
い程好ましいのであるが、ガス封入孔の径を小さくする
と、ガスの圧入作業が困難になると言う問題点に直面す
る。In order to eliminate the occurrence of pinholes and completely block the gas filling hole, the smaller the diameter of the gas filling hole, the better. We are faced with a problem that will become difficult.
したがって、従来の核燃料棒においては、ガス封入孔の
径を充分に円滑にガスを圧入することがてきる程度の大
きさにすると、ガス封入孔道か完全に閉塞せず、ピンホ
ールを生じることかあるという問題点を有する。Therefore, in conventional nuclear fuel rods, if the diameter of the gas filling hole is set to a size that allows gas to be injected smoothly enough, the gas filling hole will not be completely blocked and a pinhole will occur. There are some problems.
本発明は前記事情に基いてなされたものである。The present invention has been made based on the above circumstances.
すなわち、本発明の目的は、前記問題点を解決し、ガス
圧入を円滑に行なうことのできる程度に大きな径のガス
封入孔であっても、ピンホールな生じることなく常に完
全にガス封入孔道を閉塞した核燃料棒を得ることのでき
る核燃料棒を提供することにある。That is, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to always completely fill the gas filling hole without causing pinholes even if the gas filling hole has a large diameter to allow smooth gas injection. An object of the present invention is to provide a nuclear fuel rod that can obtain a blocked nuclear fuel rod.
［前記課題を解決するための手段］
前記課題を解決するための本発明の構成は、核燃料棒被
覆管の内部に核燃料ペレットを充填し、その両端を端栓
で封止し、かつ、内部のガス圧力を高めた核燃料棒にお
いて、前記端栓が、核燃料棒の軸線に対して、または軸
線に直交する方向に対して、斜め方向に形成されたガス
封入孔道を閉塞してなることを特徴とする核燃料棒であ
る。[Means for Solving the Problems] In order to solve the problems described above, the present invention has a structure in which the inside of a nuclear fuel rod cladding tube is filled with nuclear fuel pellets, both ends of which are sealed with end plugs, and the inside of the nuclear fuel rod cladding tube is sealed with end plugs. In a nuclear fuel rod with increased gas pressure, the end plug is characterized in that the end plug closes a gas filling hole path formed obliquely with respect to the axis of the nuclear fuel rod or with respect to a direction perpendicular to the axis. It is a nuclear fuel rod.
以下、本発明の核燃料棒について詳述する。Hereinafter, the nuclear fuel rod of the present invention will be explained in detail.
本発明の核燃料棒は、たとえば、沸騰水型または加圧木
型の原子炉に好適に使用することができる核燃料棒であ
る。The nuclear fuel rod of the present invention is a nuclear fuel rod that can be suitably used in, for example, a boiling water type or a pressurized wood type nuclear reactor.
この核燃料棒は、原子炉での使用において、冷却水圧に
耐え、変形をなくするために、核燃料棒内を加圧する。When this nuclear fuel rod is used in a nuclear reactor, the inside of the nuclear fuel rod is pressurized in order to withstand cooling water pressure and eliminate deformation.
この核燃料棒は、前記ガス封入孔道から核燃料被覆管内
に加圧ガス（雰囲気ガス）を圧入した後、このガス封入
孔道を閉塞して、核燃料被覆管内を加圧している。In this nuclear fuel rod, pressurized gas (atmospheric gas) is injected into the nuclear fuel cladding tube through the gas filling hole, and then the gas filling hole is closed to pressurize the inside of the nuclear fuel cladding tube.
本発明の核燃料棒は、たとえば第５図に示すように、核
燃料棒被覆管８の内部に核燃料ペレット（図示せず。）
を充填し、その両端が閉塞しされたガス封入孔道２ｂを
有する端栓６で封止している。In the nuclear fuel rod of the present invention, for example, as shown in FIG. 5, nuclear fuel pellets (not shown) are placed inside the nuclear fuel rod cladding tube 8.
is filled with gas and sealed with an end plug 6 having a gas filling hole passage 2b closed at both ends.
本発明の核燃料棒においては、前記ガス封入孔道が、核
燃料被覆管の軸線に対して、または軸線に直交する方向
に対して、斜め方向に形成してなる。In the nuclear fuel rod of the present invention, the gas filling hole is formed obliquely with respect to the axis of the nuclear fuel cladding tube or with respect to a direction perpendicular to the axis.
このように、斜め方向にガス封入孔道を形成するのは、
溶接時の熱により溶融した金属がガス封入孔道に流れ落
ちるようにするためである。溶融金属がガス封入孔道に
流れ落ちることにより、ガス封入孔道内が完全に溶融金
属で閉塞され、ピンホールを生じるおそれがなくなる。In this way, forming gas filling holes in an oblique direction is
This is to allow metal melted by the heat during welding to flow down into the gas filling hole. As the molten metal flows down into the gas filling hole, the gas filling hole is completely blocked with molten metal, eliminating the possibility of pinholes.
このようにガス封入功道を斜めに形成して溶融した金属
がガス封入孔道に流れるようにすることができれば良い
のであるから、ガス封入孔道は、種々の形態を採用し得
る。Since it is only necessary to form the gas-filling channel obliquely so that the molten metal can flow into the gas-filling hole, the gas-filling hole may take various forms.
たとえば第１図に示すように、端栓６の先端部に、核燃
料棒の軸線６ａに対して斜め方向に形成され、途中から
核燃料棒の軸線６ａの方向に形成され、ｒ＜ｌの字形に
形成してなるガス封入孔道２、たとえば第２図に示すよ
うに、端栓６の先端部に、核燃料被覆管の軸線６ａに対
して斜め方向に真直に形成してなるガス封入孔道２、あ
るいは、端栓の先端部における外表面から内面にかけて
、螺旋状に形成してなるガス封入孔道（図示せず。）な
どを挙げることができる。For example, as shown in FIG. 1, it is formed at the tip of the end plug 6 in a diagonal direction with respect to the axis 6a of the nuclear fuel rod, and from the middle it is formed in the direction of the axis 6a of the nuclear fuel rod, forming an r<l shape. For example, as shown in FIG. 2, a gas filling hole path 2 formed at the tip of the end plug 6 in a straight direction diagonally with respect to the axis 6a of the nuclear fuel cladding tube, or Examples include gas-filling holes (not shown) formed spirally from the outer surface to the inner surface at the tip of the end plug.
核燃料棒の軸線に直交する方向に対して斜め方向に形成
してなるガス封入孔道としては、たとえば第３図に示す
ように、端栓６の側面部に、核燃料棒の軸線６ａに直交
する方向（矢印方向）に対して斜め方向に形成され、途
中から核燃料棒の軸線６ａに直交する方向（矢印方向）
に形成され、ｒ＜Ｊの字形に形成してなるガス封入孔道
２、たとえば第４図に示すように、端栓６の側面部に、
核燃料被覆管の軸線６ａに直交する方向（矢印方向）に
対して斜め方向に真直に形成してなるガス封入孔道２、
あるいは、端栓の側面部における外表面から内面にかけ
て、螺旋状に形成してなるガス封入孔道（図示せず。）
などを挙げることができる。For example, as shown in FIG. 3, a gas filling hole formed in a direction perpendicular to the axis 6a of the nuclear fuel rod is formed on the side surface of the end plug 6 in a direction perpendicular to the axis 6a of the nuclear fuel rod. (direction of the arrow) and a direction perpendicular to the axis 6a of the nuclear fuel rod from the middle (direction of the arrow)
For example, as shown in FIG.
a gas filling hole path 2 formed obliquely and straight with respect to the direction (arrow direction) orthogonal to the axis 6a of the nuclear fuel cladding tube;
Alternatively, a gas-filling hole path (not shown) formed in a spiral shape from the outer surface to the inner surface of the side surface of the end plug.
etc. can be mentioned.
前記ガス封入孔道の孔径は、核燃料被覆管の肉厚や端栓
の肉厚などにより一概に決めることはできないが、通常
、０．５〜１．７ｍｍであり、好ましくは、０．７〜１
．５ｍｍである。このような外径であると、ガス圧入に
支障を来すことがない。The diameter of the gas filling hole cannot be determined unconditionally depending on the wall thickness of the nuclear fuel cladding tube, the wall thickness of the end plug, etc., but it is usually 0.5 to 1.7 mm, preferably 0.7 to 1 mm.
．． It is 5mm. With such an outer diameter, there is no problem in gas injection.
本発明の核燃料棒は、たとえば第１図乃至第４図に示す
ように、核燃料棒の軸線に対して、または軸線に直交す
る方向に対して、斜め方向に形成したガス封入孔道２を
有するので、溶接時に最も熱が集中する端栓表面の部位
（下方にガス封入孔道が存在する外表面３）に、ガス封
入孔道の外側開口部２ａが存在しないようにすることが
できる。The nuclear fuel rod of the present invention, as shown in FIGS. 1 to 4, for example, has a gas filling hole path 2 formed obliquely with respect to the axis of the nuclear fuel rod or with respect to a direction perpendicular to the axis. It is possible to prevent the outer opening 2a of the gas filling hole from existing in the portion of the end plug surface where the most heat is concentrated during welding (the outer surface 3 below which the gas filling hole exists).
ガス封入孔道の閉塞は、前記ガス封入孔道から核燃料被
覆管の内部にガス（たとえばアルゴンガス）を圧入した
後に行なわれる。The gas filling hole is closed after gas (for example, argon gas) is pressurized into the nuclear fuel cladding tube through the gas filling hole.
次いで、この端栓のガス封入孔道を溶接して、ガス封入
孔道を閉塞し、核燃料棒内に前記加圧ガスを所定圧で封
入する。Next, the gas filling hole of this end plug is welded to close the gas filling hole and sealing the pressurized gas into the nuclear fuel rod at a predetermined pressure.
ここで、この核燃料棒のガス封入孔道の溶接としては、
ＴＩＧ溶接（タングステン不活性ガス溶接）、レーザー
溶接などを挙げることができ、特に、ＣＯ２レーザー、
ＹＡＧレーザーによる溶接を採用するのが好ましい。こ
のようなレーザーの出力は、通常、数ｌＯＷ〜２ｋＷの
範囲内であり、端栓の材質、形状や、ガス封入孔道の形
状などによって、その必要出力を適宜に設定することが
できる。Here, welding of the gas filling hole of this nuclear fuel rod is as follows.
TIG welding (tungsten inert gas welding), laser welding, etc. can be mentioned, and in particular, CO2 laser,
It is preferable to employ welding using a YAG laser. The output of such a laser is usually within the range of several 1 OW to 2 kW, and the required output can be appropriately set depending on the material and shape of the end plug, the shape of the gas filling hole, etc.
この核燃料棒のガス封入孔道の溶接においては、第１図
乃至第４図に示すように、核燃料棒の端栓における、そ
の下方にガス封入孔道が存在する外表面３上を加熱する
。この加熱により、ガス封入孔道内壁と熱引加された外
面とに挟まれた領域が加熱溶融され、溶融した金属がガ
ス封入孔道内を閉塞する。In welding the gas-filling hole of the nuclear fuel rod, as shown in FIGS. 1 to 4, the outer surface 3 of the end plug of the nuclear fuel rod, below which the gas-filling hole exists, is heated. By this heating, the region sandwiched between the inner wall of the gas filling hole and the heated outer surface is heated and melted, and the molten metal closes the inside of the gas filling hole.
このようにして、ガス封入孔道をピンホールを生じるこ
となく閉塞してなる核燃料棒を得ることができる。In this way, it is possible to obtain a nuclear fuel rod in which the gas filling hole is closed without forming pinholes.
この核燃料棒によると、ガス圧入に必要な大きな口径を
有するガス封入孔道についても、ガス封入孔道の封止を
完全に行なうことができる。According to this nuclear fuel rod, the gas filling hole can be completely sealed even if the gas filling hole has a large diameter necessary for gas injection.
したがって、ガス封入孔道の孔径を従来よりもさらに大
きくすると、加圧ガスの充填および圧力安定までの時間
が短縮されると共に、加圧ガスの充填時に、異物などに
よってガス封入孔道が詰ることがなくなり、常に、加圧
ガスを所定圧まで封入することができようになる。Therefore, by making the hole diameter of the gas filling hole even larger than before, the time required for filling the pressurized gas and stabilizing the pressure will be shortened, and the gas filling hole will not be clogged by foreign objects when filling the pressurized gas. , it becomes possible to always enclose pressurized gas up to a predetermined pressure.
そして、ガスを所定圧まで封入することができることに
より、原子炉内での使用時に冷却水圧による核燃料棒の
変形を防止することができる。Since gas can be sealed up to a predetermined pressure, it is possible to prevent deformation of the nuclear fuel rods due to cooling water pressure when used in a nuclear reactor.
［実施例］
第１図乃至第４図に示すような核燃料棒の軸線に対して
、または軸線に直交する方向に対して、斜め方向に形成
されたガス封入孔道を有する核燃料被覆管用の端栓をそ
れぞれ用いた。[Example] An end plug for a nuclear fuel cladding tube having a gas filling hole formed obliquely with respect to the axis of a nuclear fuel rod or in a direction perpendicular to the axis as shown in FIGS. 1 to 4. were used respectively.
なお、ガス封入孔道は核燃料被覆管の端部にある端栓に
設けられており、ガス封入孔道の孔径は、１．０ｍｍで
ある。The gas filling hole is provided in an end plug at the end of the nuclear fuel cladding tube, and the diameter of the gas filling hole is 1.0 mm.
先ず、この端栓のガス封入孔道から高圧のヘリウムガス
を充填し、内部内力が所定値（３０ｋｇ／ｃ＋ｓ２）に
達したところで、溶接を行い、ガス封入孔道を閉塞し、
核燃料棒を得た。この溶接には、ＣＯ２レーザーを用い
、１．２Ｗの出力でおこなった。First, high-pressure helium gas is filled through the gas filling hole of this end plug, and when the internal force reaches a predetermined value (30 kg/c+s2), welding is performed to close the gas filling hole.
Obtained nuclear fuel rods. This welding was performed using a CO2 laser with an output of 1.2W.
同様の端栓および核燃料被覆管を用いて、前記の操作で
ガス封入孔道を閉塞を繰り返しおこない、核燃料棒を得
たが、溶接不良はなかった。Using similar end plugs and nuclear fuel cladding tubes, the gas filling hole was repeatedly blocked in the manner described above to obtain nuclear fuel rods, but there were no welding defects.
さらに、ガス封入孔道の孔径を１．５ｍｍにしても、溶
接不良はなく、ヘリウムガスの充填および圧力安定まで
の時間が、ガス封入孔道の孔径が０．５ｍｍである場合
の３０秒から、５秒に短縮された。また、ヘリウムガス
の充填時に異物などによってガス封入孔道が詰ることは
なく、常に所定圧のガスが封入することができた。Furthermore, even if the diameter of the gas filling hole was set to 1.5 mm, there were no welding defects, and the time required for filling helium gas and stabilizing the pressure was reduced from 30 seconds when the gas filling hole was 0.5 mm. shortened to seconds. Furthermore, when filling with helium gas, the gas filling hole was not clogged by foreign matter, and gas could always be filled at a predetermined pressure.
［発明の効果］
この発明よると、
（１） ガス封入孔道の溶接が不良になることがなく
、ガス封入孔道の溶接性が向上し、
（２） また、ガス圧入を円滑に行なうことのできる
程度に大きな径のガス封入孔であっても、ピンホールを
生じることなく常に完全にガス封入孔道を閉塞すること
ができ、
（３）シたがって、加圧ガスの充填時間を短縮すること
ができると共に、加圧ガスの充填時に異物などによって
ガス封入孔道が詰ることがなく、常に所定圧のガスを封
入することができるので、核燃料棒を常に効率よく得る
ことができる、等の利点を有する核燃料棒を提供するこ
とができる。[Effects of the Invention] According to the present invention, (1) Welding of the gas filling hole does not become defective, and the weldability of the gas filling hole is improved; (2) Gas can be press-fitted smoothly. Even if the gas filling hole has a relatively large diameter, the gas filling hole can always be completely blocked without forming a pinhole. (3) Therefore, the filling time for pressurized gas can be shortened. In addition, it has the advantage that the gas filling hole is not clogged with foreign matter when filling with pressurized gas, and gas can always be filled at a predetermined pressure, so nuclear fuel rods can always be obtained efficiently. It can provide nuclear fuel rods.
第１図乃至第４図は、本発明の核燃料棒におけるガス封
入孔道の一態様を示す断面説明図である。第５図は、本
発明の核燃料棒の一例を示す説明図である。第６図は、
従来の核燃料棒におけるガス封入孔道の正常な封入状態
の一態様を示す断面説明図である。第７図は、従来の核
燃料棒におけるガス封入孔道の異常な封入状態の一態様
を示す断面説明図である。
２争・・ガス封入孔道、２＠ａｍ・ガス封入孔道の外側
開口部、２ｂ・・・閉塞されたガス封入孔道、３・・・
下方にガス封入孔道が存在する端栓の外表面、４・・・
核燃料棒、５・・・溶接部、６・・・端栓、６Ｂ＊争・
核燃料棒の軸線、８・・・核燃料被覆管。
第５図
第６図
第７図FIGS. 1 to 4 are cross-sectional explanatory views showing one embodiment of the gas filling hole path in the nuclear fuel rod of the present invention. FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of the nuclear fuel rod of the present invention. Figure 6 shows
FIG. 2 is an explanatory cross-sectional view showing one mode of a normal gas filling state of a gas filling hole in a conventional nuclear fuel rod. FIG. 7 is an explanatory cross-sectional view showing one aspect of an abnormal gas filling state of a gas filling hole in a conventional nuclear fuel rod. 2nd race: Gas filling hole path, 2@am: Outer opening of gas filling hole path, 2b... Blocked gas filling hole path, 3...
The outer surface of the end plug where the gas filling hole is present below, 4...
Nuclear fuel rod, 5... welded part, 6... end plug, 6B * war ・
Axis of nuclear fuel rod, 8...Nuclear fuel cladding tube. Figure 5 Figure 6 Figure 7
Claims (1)
、その両端を端栓で封止し、かつ、内部のガス圧力を高
めた核燃料棒において、前記端栓が、核燃料棒の軸線に
対して、または軸線に直交する方向に対して、斜め方向
に形成されたガス封入孔道を閉塞してなることを特徴と
する核燃料棒。(1) In a nuclear fuel rod in which the inside of a nuclear fuel rod cladding tube is filled with nuclear fuel pellets, both ends of which are sealed with end plugs, and the internal gas pressure is increased, the end plugs are aligned with respect to the axis of the nuclear fuel rod. 1. A nuclear fuel rod characterized in that a gas filling hole formed obliquely with respect to a direction orthogonal to an axis is closed.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1079080A JPH02257090A (en) | 1989-03-30 | 1989-03-30 | Nuclear fuel rod |
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| Publication Number | Publication Date |
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| JPH02257090A true JPH02257090A (en) | 1990-10-17 |
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| JP1079080A Pending JPH02257090A (en) | 1989-03-30 | 1989-03-30 | Nuclear fuel rod |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02257090A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017515094A (en) * | 2014-03-12 | 2017-06-08 | ウエスチングハウス・エレクトリック・カンパニー・エルエルシー | End plug double sealed in ceramic containing cladding of fuel rod |
-
1989
- 1989-03-30 JP JP1079080A patent/JPH02257090A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017515094A (en) * | 2014-03-12 | 2017-06-08 | ウエスチングハウス・エレクトリック・カンパニー・エルエルシー | End plug double sealed in ceramic containing cladding of fuel rod |
| US10734121B2 (en) | 2014-03-12 | 2020-08-04 | Westinghouse Electric Company Llc | Double-sealed fuel rod end plug for ceramic-containing cladding |
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