JPH0245799A - 高速炉用燃料集合体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は燃料要素とそれを収容しているラッパ管との相
互作用を緩和できる高速炉用燃料集合体に関する。

［従来の技術］ 高速炉用燃料集合体は燃料パレットが充填された燃料要
素が多数列をなして六角形のラッパ管に収容されて構成
されている。ラッパ管に収容された燃料要素は、炉内で
燃焼中に熱膨張、クリープ変形、スエリング（体積膨張
）等によって様々に湾曲し、燃料質素同士の接触を引き
起こすので、これを防止するために各燃料要素は一定の
径をもつワイヤスペーサで取り巻かれている。これを第
３図（イ）に示す。同図において１１は燃料ペレットが
充填された燃料ピン、１２はワイヤスペーサで必る。第
３図（ロ）はこのように構成された燃料要素が多数列を
なして収容されている六角形のラッパ管１３の斜視図で
おる。

［発明が解決しようとする課題］ このように構成された高速炉用燃料集合体は、燃焼中に
その構成要素である燃料ピン、ワイヤスペーサおよびラ
ッパ管の各々が熱膨張変形、クリープ変形、スエリング
変形を起し、径方向に膨れが生ずる。ここでクリープ変
形とは高温条件下で応力が作用する材料において、結晶
の原子配列の転移により応力を緩和する方向に材料が伸
縮する現象をいい、スエリング変形とは中性子照射によ
り材料内に生じたガスが材料内で空孔を形成することに
起因する体積膨張現象をいう。

このとき、燃料要素束の膨れはラッパ管のそれに比べて
大きいため、両者の間で相互作用が発生することになる
。この燃料要素束とラッパ管との相互作用（Ｂｕｎｄｌ
ｅ−（）ｕｃｔ−Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ、以下ＢＤＩ
と略記する）は、一般に次のように定義されている。

すなわら、ＢＤ　ｌｆｆ１は、燃料要素束とラッパ管と
の間に残されている負の余裕を表わす吊であり、ＢＤＩ
＝Ｂ−Ｅ で表わされる。ここで、ＢおよびＥは、ラッパ管の横断
面を模式的に示した第４図に示されている距離、すなわ
ちＢは燃料要素束径であり、Ｅはラッパ管内対面距離で
ある。

第４図に示されるように、六角形のラッパ管には燃料ピ
ン１１の外周をワイヤスペーサ１２で巻き付けた燃料要
素が、Ｒｉｎｇ　１．　Ｒｉｎｇ　２．　・Ｒｉｎｇ（
Ｎ−１）。

Ｒｉｎｇ　Ｎと規則的に配列している。

この図に示すように、燃料要素の配列がＮ列であると、
距離Ｂは Ｂ＝２（Ｎ−１）ｘ（［）＋６ｗ）ｘｃｏｓ　３０”　
＋Ｄ　＋２ｄｗで表わされる。ここで、Ｄは燃料ピン外
径、　ｄｗはワイヤスペーサ径、Ｎは六角リング数であ
る。

一般に燃焼開始時期にはＢＥＥであり、ＢＤＩの値は負
となる。燃焼にともなって上述の径方向への膨張変形が
進行し、燃料ピン内ガス圧力が冷却材圧力よりも大きく
、また被覆管温度がラッパ管温度よりも高くなるために
、燃料要素束径Ｂの膨張量はラッパ管内対面距離Ｅを上
回り、ＢＤＩが発生する。

また、照射中の燃料被覆管、ワイヤスペーサおよびラッ
パ管の軸方向温度弁イ［と中性子束軸方向分布の例を第
５図に示す。この図に示されるように、各々の温度は炉
心燃料下部から上部にかけて上昇する。一方、中性子束
は炉心燃料中心部にピークをもつ分布となっている。こ
の結果、ＢＤＩは炉心燃料部、特に炉心燃料中心部で顕
著となる。

このＢＤＩが著しくなると以下の要因によって燃料寿命
が制限される。

（１）燃料要素とラッパ管あるいは燃料要素同士の接触
による局所的な加熱。

（２）冷却材流路面積減少に伴う圧力損失増加による集
合体全体の温度上昇。

（３）燃料要素とワイヤスペーサとの接触圧力による局
所的な応力増加。

現在、上述の項目を考慮して、実験的に明らかにされて
いるＢＤＩの制限値は、 ＢＤＩ量≦２６ｗ である。

本発明はこのＢＤＩ制限値に到達する時間を遅らＵ、燃
料集合体の寿命延長を図ることを目的とするものである
。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明は、炉心燃料中心部
分に位置するワイヤ径を他の部分に比べて細くし、かつ
その部分にメッキを施すことにより、ＢＤＩが発生した
ときにメッキ部が剥離してワイヤ径を減少させるように
したものである。

すなわち、本発明は燃料ペレットを充填した燃料ピンと
該燃料ピンに巻き付けたワイヤスペーサとからなる燃料
要素が複数の列をなしてラッパ管に収容されている高速
炉用燃料集合体において、炉心中心部近傍のワイヤスペ
ーサ径が他の部分のワイヤスペーサ径よりも細く、かつ
その細径化した部分にメッキが施されていることを特徴
とする高速炉用燃料集合体に関する。

［作　用］ 一般に、燃料集合体を構成する各部材の寸法は以下のよ
うである。燃料被覆管外径が、６．５〜７．５Ｍ、ワイ
ヤスペーサ径が１．０〜１．５＃、ラッパ管内対面距離
が１００〜１７０ｓ程度でおる。また、ラッパ管には燃
料被覆管とワイヤスペーサからなる燃料要素が１２７．
　１６９．２１７または２７１本束ねられて収納されて
いる。

第６図に、炉心中心部（軸方向位置１３５０ｍ＞におけ
る被覆管、ワイヤスペーサおよびラッパ管の照射に伴う
径方向ひずみの経時変化を示す。また第７図には、第６
図に示した径方向ひずみに基づ＜ＢＤＩの経時変化を示
す。そして第８図には照射明間３年における各部材の径
方向ひずみの軸方向分布を、第９図にはそれに塁づ＜Ｂ
Ｄ　Ｉの軸方向分布を示す。

これらの図から、ワイヤスペーサの径方向ひずみによる
ＢＤＩの１ＱｊＷが大きいことがわかる。特に炉心中心
部近傍ではそれが顕著である。

本発明ではＢＤＩが発生しやすい炉心中心部において他
の部分よりもワイヤスペーサの径を細くし、かつその部
分にメッキを施したので、燃料被覆管およびワイヤスペ
ーサの膨張によってＢＤＩが発生したときにはメッキ部
分が剥離し、ワイヤスペーサ径が減少してＳＤＩを低減
することができる。

［実施例］ 本発明の一実施例を第１図を参照して説明する。

本実施例の燃料集合体は、燃料被覆管外径が７．５ｍｍ
、ラッパ管内対面距離が１５０ｍである。第１図は本実
施例における燃料要素の正面図である。

図面に示されているように、この燃料要素は燃料ピン１
の外周にワイヤスペーサ２が取り巻いて構成されている
が、軸方向にＡ、ＢおよびＣの３領域に分かれており、
各領域の長さは、Ａ領域が５２５＃、８ｍ域が３５０Ｍ
ｆｔ、　Ｃ領域が１１２５ｍとなっている。

ワイヤスペーサの径は軸方向に一様ではなく、Ａおよび
Ｃの領域では、１．４　ｍであるが、Ｂ領域では細くな
っており、ワイヤスペーサの細径化した部分にメッキを
施し、次項の表に示すような仕様となっている。現在、
ワイヤスペーサの材料がステンレス鋼であるので、高温
下でかつＢＤＩによる接触圧力によって剥離が起こりや
すいニッケル等がメッキの材料として適している。

（以下　余白） 表 このようなワイヤスペーサ仕様の燃料集合体でＳＤＩ発
生に伴ってメッキ部分の剥離が起こった場合について、
照射期間３年を経過したときのＢＤＩの軸方向分布を第
２図に示す。この図に示されるように、本実施例によれ
ば、従来の一定の径（１，４ｍ）をもつワイヤスペーサ
を用いた集合体に比べて炉心中心近傍のＢＤＩを低減さ
せることができる。したがって、従来の集合体ではこの
日り、Ｉ制限値のために炉内滞在期間が２年であったが
、本実施例ではこれを３年まで延長することができる。

なお、上記実施例は軸方向における炉心中心部近傍のワ
イヤスペーサ径を細くしたものであるが、径方向の炉心
中心部においても同様にワイヤスペーサ径を他の部分の
それより細くすることによって効果を上げることができ
る。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、燃料ピンを取り
巻くワイヤスペーサの径を炉心中心部近傍において他の
部分よりも細くし、その部分にメッキを施したので、Ｂ
ＤＩ発生時にはメッキが剥離してワイヤ径が減少し、Ｂ
ＤＩを軽減させることができる。したがって本発明によ
り燃料の長寿命化を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を説明する燃料要素の正面図
、第２図は本発明の一実施例である燃料集合体の照射期
間３年後のＢＤＩの軸方向分布を示す図、第３図は従来
の高速炉用燃料における（イ）は燃料要素の正面図、（
ロ）はラッパ管の斜視図、第４図はＢＤＩを説明するた
めに示したラッパ管内の模式的断面図、第５図は照射中
の燃料被覆管、ワイヤスペーサおよびラッパ管の軸方向
温度分布と軸方向中性子束分布を示す図、第６図は炉心
中心部における被覆管、ワイヤスペーサおよびラッパ管
の照射に伴う径方向ひずみの経時変化を示す図、第７図
は第６図に示した径方向ひずみに基づ＜ＳＤＩの経時変
化を示す図、第８図は照射期間３年における各部材の径
方向ひずみの軸方向分布図、第９図は第８図の径方向ひ
ずみに基づ＜ＳＤＩの軸方向分布図である。 １．１１・・・燃料ピン ２．１２・・・ワイヤスペーサ １３・・・・・・・・・ラッパ管 （、８７３３）代理人　弁理士 猪股祥晃 （ばか　１名） 第 半 図 半 図 第 図 茅 乙 凹 照射８期（年） 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）燃料ペレットを充填した燃料ピンと該燃料ピンに
   巻き付けたワイヤスペーサとからなる燃料要素が複数の
   列をなしてラツパ管に収容されている高速炉用燃料集合
   体において、炉心中心部近傍のワイヤスペーサ径が他の
   部分のワイヤスペーサ径よりも細く、かつその細径化し
   た部分にメッキが施されていることを特徴とする高速炉
   用燃料集合体。