JPH0273192A - 核燃料要素 - Google Patents
核燃料要素Info
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- JPH0273192A JPH0273192A JP63224482A JP22448288A JPH0273192A JP H0273192 A JPH0273192 A JP H0273192A JP 63224482 A JP63224482 A JP 63224482A JP 22448288 A JP22448288 A JP 22448288A JP H0273192 A JPH0273192 A JP H0273192A
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
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。
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、原子炉用核燃料要素に係り、特に、核燃料被
覆管内に装填する燃料ペレットを改良して熱伝導度を向
上し、核燃料の高燃焼度化に好適な核燃料要素に関する
ものである。
覆管内に装填する燃料ペレットを改良して熱伝導度を向
上し、核燃料の高燃焼度化に好適な核燃料要素に関する
ものである。
現行の軽水炉で使用されている核燃料要素の縦断面略示
図を第５図に示す、すなわち、核燃料粉末を円柱状に圧
粉成型・焼結した核燃料ペレット３を、ジルコニウム基
合金製の被覆管１内に装填し、被覆管１を、上部端栓８
および下部端栓９で密封して構成されている。第５図中
の１０は、ブレナム部、７は、核燃料ペレット３を押え
るスプリング、１１は、ペレットと被覆管とのギャップ
である。
図を第５図に示す、すなわち、核燃料粉末を円柱状に圧
粉成型・焼結した核燃料ペレット３を、ジルコニウム基
合金製の被覆管１内に装填し、被覆管１を、上部端栓８
および下部端栓９で密封して構成されている。第５図中
の１０は、ブレナム部、７は、核燃料ペレット３を押え
るスプリング、１１は、ペレットと被覆管とのギャップ
である。
原子炉の稼動時には、核燃料ペレットは半径方向に大き
な温度勾配（約２００℃／ｍｍ）が生じるため、上下端
が外側に張り出し、全体的に砂時計のように反り返った
形に変形するゆまた核燃料ペレットを積み重ねた場合、
個々のペレットがもつ上面、下面の平行度のずれが集積
され、あるペレット群単位で、軸方向に傾斜する（これ
をペレットの踊りという）ことになる。特に変形量や平
行度のずれの大きいペレット端面部が被覆管に接触する
（Ｐ ＣＭ Ｉ Ｐｅ１ｌｅｔ Ｃ１ａｄ Ｍｅｃｈ
ａｎｉｃａｌＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎペレット−被ｒＲ
管力学的相互作用という）と、被覆管に高い応力、ひず
みを与えることになる。そしてペレットのリッジ部に対
応した被ｌ′ｊ！管の応力、ひずみの集中箇所にペレッ
トまたはペレットから放出された核分裂生成物（ＦＰガ
ス）が作用し、応力腐食割れを起こす可能性が増加する
。特にペレットの中心温度上昇はＦＰガス放出およびス
ウェリング量を増大させるので、Ｐ ＣＭ Ｉが増大す
るおそれがある。
な温度勾配（約２００℃／ｍｍ）が生じるため、上下端
が外側に張り出し、全体的に砂時計のように反り返った
形に変形するゆまた核燃料ペレットを積み重ねた場合、
個々のペレットがもつ上面、下面の平行度のずれが集積
され、あるペレット群単位で、軸方向に傾斜する（これ
をペレットの踊りという）ことになる。特に変形量や平
行度のずれの大きいペレット端面部が被覆管に接触する
（Ｐ ＣＭ Ｉ Ｐｅ１ｌｅｔ Ｃ１ａｄ Ｍｅｃｈ
ａｎｉｃａｌＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎペレット−被ｒＲ
管力学的相互作用という）と、被覆管に高い応力、ひず
みを与えることになる。そしてペレットのリッジ部に対
応した被ｌ′ｊ！管の応力、ひずみの集中箇所にペレッ
トまたはペレットから放出された核分裂生成物（ＦＰガ
ス）が作用し、応力腐食割れを起こす可能性が増加する
。特にペレットの中心温度上昇はＦＰガス放出およびス
ウェリング量を増大させるので、Ｐ ＣＭ Ｉが増大す
るおそれがある。
このような問題に対処して、被覆管内部を高融点の金属
板により放射状に区切り、ペレット中心温度の上昇を防
止するという提案がなされた（特開昭５８−１４７６７
７号公報）。これによると、ペレット内で発生した熱を
被覆管だけでなく、金属板を通して除去することができ
るので、被覆管の破損を大幅に低下させることができる
。
板により放射状に区切り、ペレット中心温度の上昇を防
止するという提案がなされた（特開昭５８−１４７６７
７号公報）。これによると、ペレット内で発生した熱を
被覆管だけでなく、金属板を通して除去することができ
るので、被覆管の破損を大幅に低下させることができる
。
上記の特開昭５８−１４７６７７号公報では、ペレット
に割れが発生し、破壊して砂粒状になると、金属板を介
して被覆管との熱伝達が悪くなり、ペレット中心温度の
上昇を防止できなく・なる可能性がある。
に割れが発生し、破壊して砂粒状になると、金属板を介
して被覆管との熱伝達が悪くなり、ペレット中心温度の
上昇を防止できなく・なる可能性がある。
本発明の目的は、上記の問題点を解決し、燃料ペレット
の中心部の温度上昇を防止することができ、高燃焼度化
に適した核燃料要素を提供することにある。
の中心部の温度上昇を防止することができ、高燃焼度化
に適した核燃料要素を提供することにある。
上記課題を解決するための、本発明に係る核燃料要素の
構成は、被覆管内に、円柱状の核燃料ペレットを積層し
たペレット積層体を収納し、該被覆管の両端を端栓で密
封してなる核燃料要素において、ペレット積層体を、中
心に貫通穴を穿設した核燃料ペレットと、この核燃料ペ
レットと同径の貫通穴を穿設した金属円板とを、前記貫
通穴同士が連通ずるようにして交互に積層し、前記貫通
穴へ金属棒を挿入してなるペレット積層体にしたことで
ある。
構成は、被覆管内に、円柱状の核燃料ペレットを積層し
たペレット積層体を収納し、該被覆管の両端を端栓で密
封してなる核燃料要素において、ペレット積層体を、中
心に貫通穴を穿設した核燃料ペレットと、この核燃料ペ
レットと同径の貫通穴を穿設した金属円板とを、前記貫
通穴同士が連通ずるようにして交互に積層し、前記貫通
穴へ金属棒を挿入してなるペレット積層体にしたことで
ある。
原子炉運転中における核燃料被覆管内の燃料ペレットは
、燃焼度の進行につれて高温化し、放熱量は増大し、被
覆管外周部を流れる冷却水を加熱して水蒸気を効率よく
発生させるが、燃料ペレットの中心部は特に高温となり
、内外部の温度差が過大になるとペレットが破壊するこ
ともある。特にセラミックスの燃料ペレットは、金属の
燃料ペレットに比して、熱伝導率が悪いので高温の中心
部を早急に冷却し、除熱して内外の温度差を平均化する
必要がある。その除熱方法として、従来から種々の考案
が提出されているが十分満足のいくものではなかった。
、燃焼度の進行につれて高温化し、放熱量は増大し、被
覆管外周部を流れる冷却水を加熱して水蒸気を効率よく
発生させるが、燃料ペレットの中心部は特に高温となり
、内外部の温度差が過大になるとペレットが破壊するこ
ともある。特にセラミックスの燃料ペレットは、金属の
燃料ペレットに比して、熱伝導率が悪いので高温の中心
部を早急に冷却し、除熱して内外の温度差を平均化する
必要がある。その除熱方法として、従来から種々の考案
が提出されているが十分満足のいくものではなかった。
本発明では、燃料ペレット中心部の除熱を効率よく行な
うために以下のような工夫を施した。
うために以下のような工夫を施した。
（１）核燃料ペレットの中心軸に一定の中心穴を有する
中空状ペレットと、この中空状ペレットと等大の中心穴
を有する金属円板を交互に積層して組立てる。これをペ
レット積層体Ｐと称する。
中空状ペレットと、この中空状ペレットと等大の中心穴
を有する金属円板を交互に積層して組立てる。これをペ
レット積層体Ｐと称する。
（２） ｌ記中空状ペレットと金属円板とで形成する中
心穴に金属棒を貫通させて、金属円板と嵌着するように
して積層する。
心穴に金属棒を貫通させて、金属円板と嵌着するように
して積層する。
上記のような構造のために、燃料ペレット中心部で発生
した大量の熱は、熱伝導率の大きい中心軸の金属棒と、
これに嵌着している金属円板を径由して外周部へ向って
、急速に放熱されることになる。この作用によって、燃
料ペレットの中心温度の上昇を急速に緩和し、ＦＰガス
の放出、スエリング（被覆管の膨張による変形）の低減
およびＰＣＭＩの軽減が可能となる。
した大量の熱は、熱伝導率の大きい中心軸の金属棒と、
これに嵌着している金属円板を径由して外周部へ向って
、急速に放熱されることになる。この作用によって、燃
料ペレットの中心温度の上昇を急速に緩和し、ＦＰガス
の放出、スエリング（被覆管の膨張による変形）の低減
およびＰＣＭＩの軽減が可能となる。
（実施例〕
本発明の一実施例を第１図〜第４図を用いて説明する。
第１図は、本発明の実施例を示す核燃料要素の断面略示
図である。この図に示されるように、本発明の核燃料要
素の構成は、核燃料ペレッｌ−３の中心軸に一定の中心
孔２を具備する中空状核燃料ペレット３と該中空状核燃
料ペレット３の貫通穴２と等しい貫通穴４を具備する金
属円板５とを交互に組み合わせて被覆管１内に積層し、
該中空状核燃料ペレット３および該金属円板５の中心軸
に金属棒６を挿入し、該中空状核燃料ペレッＩ・３゜該
金属円板５および該金属棒６をスプリング７で押え、上
下部端栓８，９で密封した構造である。
図である。この図に示されるように、本発明の核燃料要
素の構成は、核燃料ペレッｌ−３の中心軸に一定の中心
孔２を具備する中空状核燃料ペレット３と該中空状核燃
料ペレット３の貫通穴２と等しい貫通穴４を具備する金
属円板５とを交互に組み合わせて被覆管１内に積層し、
該中空状核燃料ペレット３および該金属円板５の中心軸
に金属棒６を挿入し、該中空状核燃料ペレッＩ・３゜該
金属円板５および該金属棒６をスプリング７で押え、上
下部端栓８，９で密封した構造である。
なお、１０はプレナム、１１はギャップである。
１２は、ペレット積層体Ｐの上・下端面に特に設けた金
属製端板である。
属製端板である。
上記の中空状核燃料ペレット３、金属円板５および金属
棒６の構造を第２図、第３図および第４図を用いてさら
に詳しく説明する。すなわち第２図は中空状核燃料ペレ
ット３の（ａ）平面図および（ｂ）縦断面図、第３図は
金属円板５の（ａ）ｉＩＬ面図および（ｂ）縦断面図で
あり、第４図は金属棒６の（、）平面図および（ｂ）縦
断面図である。
棒６の構造を第２図、第３図および第４図を用いてさら
に詳しく説明する。すなわち第２図は中空状核燃料ペレ
ット３の（ａ）平面図および（ｂ）縦断面図、第３図は
金属円板５の（ａ）ｉＩＬ面図および（ｂ）縦断面図で
あり、第４図は金属棒６の（、）平面図および（ｂ）縦
断面図である。
第１図〜第４図から明らかなように、中空状核燃料ペレ
ット３および金属円板５の中心軸に挿入した金属棒６は
該中空状核燃料ペレット３に隣接する貫通穴４を具備す
る金属円板５の貫通穴４に嵌合している。このためペレ
ッ！−中心部から外周部への熱伝達がなされて、ペレッ
ト中心温度の上昇を抑えることができる。ただし、実用
温度における、金属棒周方向の熱膨張を考慮して、室温
の金属円板５の中心軸の孔４は若干（数ミクロン）のギ
ャップを予め与えておく。軸方向の熱膨張は、スプリン
グ７で緩和される。さらに金属棒６が中空状核燃料ペレ
ット３に挿入されているため中空状核燃料ペレット３の
欠は落ち防止効果もある。
ット３および金属円板５の中心軸に挿入した金属棒６は
該中空状核燃料ペレット３に隣接する貫通穴４を具備す
る金属円板５の貫通穴４に嵌合している。このためペレ
ッ！−中心部から外周部への熱伝達がなされて、ペレッ
ト中心温度の上昇を抑えることができる。ただし、実用
温度における、金属棒周方向の熱膨張を考慮して、室温
の金属円板５の中心軸の孔４は若干（数ミクロン）のギ
ャップを予め与えておく。軸方向の熱膨張は、スプリン
グ７で緩和される。さらに金属棒６が中空状核燃料ペレ
ット３に挿入されているため中空状核燃料ペレット３の
欠は落ち防止効果もある。
本実施例による効果は、燃料ペレットの中心部の温度上
昇を急速に防ぎ、ＦＰガス放出の抑制、スウェリングの
低減、およびＰＣＭＩを軽減することができることであ
る。
昇を急速に防ぎ、ＦＰガス放出の抑制、スウェリングの
低減、およびＰＣＭＩを軽減することができることであ
る。
燃料ペレットの中心軸金属棒、およびドーナツ状の金属
円板用材料は、高融点であり、かつ耐中性子照射性にす
ぐれているタングステン、ニオブ。
円板用材料は、高融点であり、かつ耐中性子照射性にす
ぐれているタングステン、ニオブ。
モリブデン、タンタルおよびその合金が好適である。
本実施例による燃料ペレットを製造するには、二酸化ウ
ラン粉末、もしくはＵ−Ｐ ｕ混合酸化物粉末を圧粉成
型する際、ペレット直径の１７５〜１／２になるように
専用治具を用い２ｔ／ｄ前後の圧力を加えて作製し、こ
れを水素気流中において１６００〜１８ｏＯ℃で加熱す
る通常の焼結を施すことにより得られる。
ラン粉末、もしくはＵ−Ｐ ｕ混合酸化物粉末を圧粉成
型する際、ペレット直径の１７５〜１／２になるように
専用治具を用い２ｔ／ｄ前後の圧力を加えて作製し、こ
れを水素気流中において１６００〜１８ｏＯ℃で加熱す
る通常の焼結を施すことにより得られる。
また、第１図にも図示したように、上記ペレット積層体
を組立てる場合は、上・下端面には金属円板（金属製端
板）を配設する。これによって、構造強度上は勿論のこ
と、金属棒の膨張に対しても有効である。
を組立てる場合は、上・下端面には金属円板（金属製端
板）を配設する。これによって、構造強度上は勿論のこ
と、金属棒の膨張に対しても有効である。
本発明によれば、原子炉運転中における燃料ペレットの
中心部温度の上昇を、熱伝導率の大きい金属表面を通し
て温度勾配にしたがって、急速に外周部の冷却水へ向っ
て放熱し緩和することができるので、Ｆ Ｉ）ガス放出
による被覆管内圧の上昇を緩和し、スウェリングを低減
し、ＰＣＭＩを軽減することができる。
中心部温度の上昇を、熱伝導率の大きい金属表面を通し
て温度勾配にしたがって、急速に外周部の冷却水へ向っ
て放熱し緩和することができるので、Ｆ Ｉ）ガス放出
による被覆管内圧の上昇を緩和し、スウェリングを低減
し、ＰＣＭＩを軽減することができる。
このことは、核燃料の長寿命化、高燃焼度化に効果があ
り、燃料経済上にも大きく貢献することになる。
り、燃料経済上にも大きく貢献することになる。
以上要するに、燃料ペレットの中心部の温度上昇を緩和
することができ、高燃焼度に適した核燃料要素を提供す
ることができる。
することができ、高燃焼度に適した核燃料要素を提供す
ることができる。
第１図は、本発明の詳細な説明する核燃料要素の縦断面
略示図、第２図は第１図における核燃料ペレットの（ａ
）平面図および（ｂ）縦断面図、第３図は第１図におけ
る金属円板の（、）平面図および（ｂ）縦断面図、第４
図は第１図における金属棒の（ａ）平面図および（ｂ）
縦断面図、第５図は従来の核燃料要素の縦断面略示図で
ある。 １・・・被覆管、２・・・核燃料ペレットの貫通穴、３
・・・核燃料ペレット。 ４・・・金属円板の貫通穴、 ５・・・金 属円板、 ６・・・金属棒、 Ｐ・・・ペレット積層体。
略示図、第２図は第１図における核燃料ペレットの（ａ
）平面図および（ｂ）縦断面図、第３図は第１図におけ
る金属円板の（、）平面図および（ｂ）縦断面図、第４
図は第１図における金属棒の（ａ）平面図および（ｂ）
縦断面図、第５図は従来の核燃料要素の縦断面略示図で
ある。 １・・・被覆管、２・・・核燃料ペレットの貫通穴、３
・・・核燃料ペレット。 ４・・・金属円板の貫通穴、 ５・・・金 属円板、 ６・・・金属棒、 Ｐ・・・ペレット積層体。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、被覆管内に、円柱状の核燃料ペレットを積層したペ
レット積層体を収納し、該被覆管の両端を端栓で密封し
てなる核燃料要素において、ペレット積層体を、中心に
貫通穴を穿設した核燃料ペレットと、この核燃料ペレッ
トと同径の貫通穴を穿設した金属円板とを、前記貫通穴
同士が連通するようにして交互に積層し、前記貫通穴へ
金属棒を挿入してなるペレット積層体にしたことを特徴
とする核燃料要素。 ２、金属円板を、タングステン、ニオブ、モリブデン、
タンタルの何れか、もしくは、これらの何れかを含有す
る合金製の金属円板にしたことを特徴とする請求項１記
載の核燃料要素。 ３、金属棒を、タングステン、ニオブ、モリブデン、タ
ンタルの何れか、もしくは、これらの何れかを含有する
合金製の金属棒にしたことを特徴とする請求項１記載の
核燃料要素。 ４、ペレット積層体を、その金属棒の両端へ、核燃料ペ
レットと同一外径の金属製端板を固着したことを特徴と
する請求項１記載の核燃料要素。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63224482A JPH0273192A (ja) | 1988-09-09 | 1988-09-09 | 核燃料要素 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63224482A JPH0273192A (ja) | 1988-09-09 | 1988-09-09 | 核燃料要素 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0273192A true JPH0273192A (ja) | 1990-03-13 |
Family
ID=16814489
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63224482A Pending JPH0273192A (ja) | 1988-09-09 | 1988-09-09 | 核燃料要素 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0273192A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2472241C2 (ru) * | 2011-04-15 | 2013-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ") | Невентилируемый тепловыделяющий элемент ядерного реактора |
| RU2473985C2 (ru) * | 2007-11-28 | 2013-01-27 | ДжиИ-ХИТАЧИ НЬЮКЛИАР ЭНЕРДЖИ АМЕРИКАС ЭлЭлСи | Конструкции топливного стержня, использующие внутреннюю распорную деталь, и способы их использования |
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-
1988
- 1988-09-09 JP JP63224482A patent/JPH0273192A/ja active Pending
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