JPH0368897A - 核燃料要素 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は原子炉に使用される核燃料要素に関する。

［従来の技術］ 原子炉に使用されている核燃料要素は、中空円筒状の被
覆管内に核分裂性燃料ペレットを積層装填し、上下両端
を端栓で密封して構成されている。

核燃料要素を構成する被覆管の役割は、核燃料物質と冷
却材または減速材との接触を防止すること、あるいは一
部が気体である放射性核分裂生成物（Ｆ　Ｐ）が燃料か
ら冷却材または減速材に漏れ出るのを防止すること等で
ある。沸騰水型原子炉では、通常被覆管材料としてジル
コニウムおよびその合金が使用されている。これらの材
料は厳しい炉内環境においても耐食性が優れたものであ
るが、核燃料の燃焼に伴い燃料ペレットが膨脹し、被覆
管との間に相互作用が発生すると、それに腐食性のＦＰ
が作用して応力腐食割れを発生させる可能性がある。特
にこの現象は、燃料と被覆管との膨張差に基づく機械的
応力の局在化により促進され、機械的応力の局在化は制
御棒の上、下作動時等の局部的な出力上昇により生ずる
ことが確認されている。

すなわち、ヨウ素等の腐食性ＦＰやクリプトン。

キセノン等の揮発性ＦＰは、核燃料ペレットから放出さ
れて、被覆管内表面との交差部に集中するため、原子炉
運転中に蓄積して被覆管を腐食させ、しかも被覆管に応
力を与えて応力腐食割れを引き起こすものである。

従来は、このような応力腐食割れを阻止するため、被覆
管内表面に応力腐食割れの生じにくい純ジルコニウム層
を設けたり、例えば特開昭６３−８５８９号公報に記載
されているように核燃料ペレットの間にセシウム材など
をゲッターとして挿入して、放出される核分裂性生成物
を吸収していた。

［発明が解決しようとする課題］ このような従来の応力腐食割れ防止手段は、気体状腐食
性ＦＰの吸収には顕著な効果があるが、液体あるいは固
体状の腐食性ＦＰは充分吸収することが期待できない。

また、燃料の高燃焼度化や大幅な負荷追従運転が行われ
ると、制御棒の頻繁な作動によって局部的に出力上昇し
、この局部的出力上昇で起こる応力の増大に対しては充
分な効果が期待できない。

本発明はこれらの問題に対処してなされたもので、被覆
管の応力腐食割れ（脆化割れを含む）を有効に防止し得
る核燃料要素を提供することにあ′−０ ［課題を解決するための手段１ 本発明は、被覆管内に複数の燃料ペレットを積層装填し
てなる核燃料要素において、前記複数の燃料ペレットの
間に、軸方向に一定間隔でガドリニア入り燃料ペレット
を配置することにより、上記目的を達成するものである
。

［作用コ 本発明は可燃性毒物が中性子を吸収して急激な出力上昇
および温度上昇を緩和することに着目してなされたもの
であって、軽水型原子炉において負荷追従運転などで出
力変動する場合、制御棒が移動すると、移動した部分、
すなわち制御棒が存在しなくなった部位の燃料ペレット
部分で出力変動幅が最も大きくなるような動作をする。

したがってこの部分に可燃性毒物であるガドリニア入り
燃料ペレットを配置して中性子を吸収させ、それ以外に
は通常の燃料ペレットを配置するようにすると、機械的
応力の局在化を避けることができる。

制御棒の移動は、通常一定の距離単位で段階的になされ
るので、この移動距離単位ごとに一定間隔でガドリニア
入り燃料ペレットを配置し、特に各移動距離単位の中間
にガドリニア入り燃料ペレットが配置されるようにする
と、上記効果が達成される。

［実施例］ 本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。

第１図は本発明の一実施例である核燃料要素の要部断面
図である。図中、１はジルコニウムあるいはジルコニウ
ム合金で作られた被覆管、２は被覆管１内に装填された
二酸化ウランペレット、３は二酸化ウランにガドリニア
を添加して作られたガドリニア入り燃料ペレットである
。

この図において、ガドリニア入り燃料ペレットの配置間
隔は１ノツチ相当分であり、Ａで示されている。そして
ガドリニア燃料入りペレットは各ノツチの中間に配置さ
れており、かかる配置により第２図に示すような効果が
得られる。

第２図（ａ）および（ｂ）は本発明の燃料要素を原子炉
中で燃焼させた場合の、制御棒位置および出力増加の関
係を示している。図中、１，２および３はそれぞれ第１
図と同じものを示しており、４は制御棒である。

このうち（ａ）図は、制御棒４が１ノツチ相当分移動し
た場合であり、（ｂｊ図は（ａｊ図よりさらに１ノツチ
移動した場合である。なお、１ノツチは燃料要素の有効
燃料長さ（約３６５０　ｍｍ　）の１／２４　（約１５
２ｍｍ）に相当する。現行のＢＷＲ原子炉では制御棒の
移動最小単位を１ノツチとして段階的に移動して燃焼度
調整を行っている。また、実線は本発明の燃料要素の出
力上昇幅を示し、点線はガドリニア入り燃料ペレットを
含まない従来の燃料要素の出力上昇幅を示している。

これらの図から明らかなように、本発明の燃料要素では
、ｌノツチ相当長さのほぼ中央にガドリニア入り燃料ペ
レットが配置されているので、まず（ａＪ図に示すよう
に制御棒４を引き抜いてｌノツチ移動した場合、それに
伴う出力増大のピークがその中央部において緩和されて
やや平坦化される。点線で示した従来例では、炉心解析
計算によるとピーク出力の出力上昇値△Ｐは約２６０Ｗ
／　ｃｍに達する。（ｂ）図では制御棒が２ノツチ移動
しているが、ガドリニア入り燃料ペレットが各１−ノツ
チの中央位置にそれぞれ配置されており、制御棒移動に
よる出力ピークは２ケ所で緩和されている。

なお、ガドリニア入り燃料ペレットの個数は、ガドリニ
ア添加濃度を２〜６％程度とすると１〜８個の範囲で選
択することが好ましい。また、ガドリニア入り燃料ペレ
ットは複数の濃度のものを使用してもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明では、通常の燃料ペレット
の間にガドリニア入り燃料ペレットを一定間隔で配置す
ることにより、制御棒移動に伴う局部的な出力変化を緩
和し、局部的な応力集中による被覆管の応力腐食割れを
防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す燃料要素の要部断面図
、第２図（ａ）および（ｂ）はそれぞれ上記実施例にお
いて制御棒を１−ノツチおよび２ノツチ移動した場合の
、燃料要素、制御棒位置および山刃増加の関係を示す図
である。 ・・・燃料被覆管 ・・・二酸化ウランペレット ・・・ガドリニア入り燃料ペレット ・・・制御棒

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）被覆管内に複数の燃料ペレットを積層装填してな
   る核燃料要素において、前記複数の燃料ペレットの間に
   、軸方向に一定間隔でガドリニア入り燃料ペレットを配
   置したことを特徴とする核燃料要素。
2. （２）ガドリニア入り燃料ペレットの配置位置がそれぞ
   れ制御棒の最小移動距離単位の中間に位置している請求
   項１記載の核燃料要素。