JPH04289488A - 核燃料要素 - Google Patents
核燃料要素Info
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- JPH04289488A JPH04289488A JP3080942A JP8094291A JPH04289488A JP H04289488 A JPH04289488 A JP H04289488A JP 3080942 A JP3080942 A JP 3080942A JP 8094291 A JP8094291 A JP 8094291A JP H04289488 A JPH04289488 A JP H04289488A
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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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は中空の燃料ペレットを用
いた燃料要素の改良に係り、詳しくはペレットのガス流
路を確保すると共に、割れたペレット片の上記中空部へ
の落下による燃料部の短尺化防止をしうる核燃料要素に
関するものである。
いた燃料要素の改良に係り、詳しくはペレットのガス流
路を確保すると共に、割れたペレット片の上記中空部へ
の落下による燃料部の短尺化防止をしうる核燃料要素に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】原子燃料要素、即ち、燃料棒は一般に複
数の円柱状燃料ペレットからなるペレットスタックをジ
ルカロイ−４被覆管内に挿入することによって作成され
るが、被覆管と燃料ペレットとは熱膨張係数に差があり
、そのため燃焼時に熱膨張差を生じると共に、ペレット
から放出される核分裂生成ガスの発生に伴う体積の増大
もあって、これらを吸収するため被覆管内でペレットス
タック上部に充分な空隙部（プレナム部）を設け、ペレ
ットから放出される上記核分裂生成ガスや蒸発性不純物
のガス溜めの働きをさせると共にスプリングを挿入して
上記ペレットスタックを支持する構成を有している。
数の円柱状燃料ペレットからなるペレットスタックをジ
ルカロイ−４被覆管内に挿入することによって作成され
るが、被覆管と燃料ペレットとは熱膨張係数に差があり
、そのため燃焼時に熱膨張差を生じると共に、ペレット
から放出される核分裂生成ガスの発生に伴う体積の増大
もあって、これらを吸収するため被覆管内でペレットス
タック上部に充分な空隙部（プレナム部）を設け、ペレ
ットから放出される上記核分裂生成ガスや蒸発性不純物
のガス溜めの働きをさせると共にスプリングを挿入して
上記ペレットスタックを支持する構成を有している。
【０００３】ところで、上記燃料ペレットには円柱状燃
料ペレットの外、中空の燃料ペレットがあり、■ペレッ
トの中心温度（最高温度）を下げ、ペレット平均温度を
下げる、■中心部にガスの流路を確保し、燃料棒内の熱
伝達率を均一化する、■中空部によってプレナム部の増
加を図り、ＦＰガスによる燃料棒の内圧増加を軽減する
等の効果を狙って使用されている。
料ペレットの外、中空の燃料ペレットがあり、■ペレッ
トの中心温度（最高温度）を下げ、ペレット平均温度を
下げる、■中心部にガスの流路を確保し、燃料棒内の熱
伝達率を均一化する、■中空部によってプレナム部の増
加を図り、ＦＰガスによる燃料棒の内圧増加を軽減する
等の効果を狙って使用されている。
【０００４】しかし、上記中空燃料ペレットは、実際の
使用においては、■熱衝撃によるペレットの割れ発生に
よりペレット破片が中空部に落ち込み、結果としてペレ
ットスタック（燃料部長さ）が短くなる、■燃焼の進展
に伴うスエリングにより中空部が埋り、中空の効果がな
くなる、■ペレットが割れて中空部側へ後退した場合、
被覆管との熱伝達が低下する等の欠点を有している。
使用においては、■熱衝撃によるペレットの割れ発生に
よりペレット破片が中空部に落ち込み、結果としてペレ
ットスタック（燃料部長さ）が短くなる、■燃焼の進展
に伴うスエリングにより中空部が埋り、中空の効果がな
くなる、■ペレットが割れて中空部側へ後退した場合、
被覆管との熱伝達が低下する等の欠点を有している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】そのため、上記中空部
ペレットの欠点の解消を目的として、ペレット中空部に
天然ウランまたは劣化ウランを詰め、二重ペレットにす
るとか、あるいはペレット中空部に棒または管を挿入す
る等の手段が提案されているが、これらのものでは、中
心部がソリッドであるためガス流路が確保できないなど
、中空ペレットの主要な利点が失われてしまう難がある
。
ペレットの欠点の解消を目的として、ペレット中空部に
天然ウランまたは劣化ウランを詰め、二重ペレットにす
るとか、あるいはペレット中空部に棒または管を挿入す
る等の手段が提案されているが、これらのものでは、中
心部がソリッドであるためガス流路が確保できないなど
、中空ペレットの主要な利点が失われてしまう難がある
。
【０００６】本発明は叙上の如き実状に対処し、特に中
空ペレットの使用において該中空ペレットの中空部に新
規な構成を見出すことにより、燃料要素ペレットのガス
流路を確保し、割れによるペレット片の中空部への落下
を防止すると共に、割れによるペレットの中空部側への
後退を阻止し、被覆管との熱伝達の低下を防止すること
を目的とするものである。
空ペレットの使用において該中空ペレットの中空部に新
規な構成を見出すことにより、燃料要素ペレットのガス
流路を確保し、割れによるペレット片の中空部への落下
を防止すると共に、割れによるペレットの中空部側への
後退を阻止し、被覆管との熱伝達の低下を防止すること
を目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】即ち、上記目的を達成す
るための本発明核燃料要素の特徴は、複数の中空燃料ペ
レットからなるペレットスタックを被覆管内に封入して
なる核燃料要素の、上記燃料ペレットからなるペレット
スタック中空部を通じて金属細線よりなる束を略ペレッ
トスタック長さに亘り挿入したことにある。また、請求
項２に記載のものは上記核燃料要素の具体的態様であり
、上記金属細線の束がペレットスタックの各部において
半径外方向へのスプリング機能を付与する、より線ワイ
ヤ等の金属束であることを特徴とする。さらに、請求項
３に記載のものは上記金属線の材料としてジルコニウム
またはその合金を用いたことを特徴とする。
るための本発明核燃料要素の特徴は、複数の中空燃料ペ
レットからなるペレットスタックを被覆管内に封入して
なる核燃料要素の、上記燃料ペレットからなるペレット
スタック中空部を通じて金属細線よりなる束を略ペレッ
トスタック長さに亘り挿入したことにある。また、請求
項２に記載のものは上記核燃料要素の具体的態様であり
、上記金属細線の束がペレットスタックの各部において
半径外方向へのスプリング機能を付与する、より線ワイ
ヤ等の金属束であることを特徴とする。さらに、請求項
３に記載のものは上記金属線の材料としてジルコニウム
またはその合金を用いたことを特徴とする。
【０００８】
【作用】上記構成を有する本発明核燃料要素においては
、ペレットがスェリングによって内方向に膨れても、金
属細線の束により膨張が制限されるためにガスの流路が
確保され、かつペレット片の中空部への落下も阻止され
てペレットスタックの短尺化が防止される。
、ペレットがスェリングによって内方向に膨れても、金
属細線の束により膨張が制限されるためにガスの流路が
確保され、かつペレット片の中空部への落下も阻止され
てペレットスタックの短尺化が防止される。
【０００９】また、金属線束に前記のようなスプリング
機能を持たせることにより、ペレットが熱衝撃により割
れても、半径外方向にスプリングが働いていることから
、ペレットと被覆管とを常に接触させる様に働き被覆管
に対する熱伝達を維持せしめる作用を有し、さらに半径
方向内側へのペレットの変位を吸収する余裕があるため
ＰＣＩ特性も良好である。
機能を持たせることにより、ペレットが熱衝撃により割
れても、半径外方向にスプリングが働いていることから
、ペレットと被覆管とを常に接触させる様に働き被覆管
に対する熱伝達を維持せしめる作用を有し、さらに半径
方向内側へのペレットの変位を吸収する余裕があるため
ＰＣＩ特性も良好である。
【００１０】更に金属線材料としてジルコニウムまたは
その合金を用いることにより、該金属線が被覆管を脆化
させる水素を吸収する水素ゲッターとして作用でき、さ
らに、燃焼の進行に伴い増大する酸素ポテンシャルを、
ジルコニウムの強い酸素結合性を利用して減少せしめる
ことが可能となる。
その合金を用いることにより、該金属線が被覆管を脆化
させる水素を吸収する水素ゲッターとして作用でき、さ
らに、燃焼の進行に伴い増大する酸素ポテンシャルを、
ジルコニウムの強い酸素結合性を利用して減少せしめる
ことが可能となる。
【００１１】
【実施例】以下更に添付図面を参照して、本発明核燃料
要素の実施例を説明する。
要素の実施例を説明する。
【００１２】図１は被覆管を省略した第１実施例の核燃
料要素の要部を示す縦断面図であり、図において（１）
は中空燃料ペレット、（２）は中空部、（３）は金属細
線からなる束を夫々示し、上記燃料ペレット（１）は被
覆管内において図示のように多段に積み重ねられて所要
長さのペレットスタック（４）を形成している。なお、
金属細線は、この実施例では直線状のものが用いられて
おり、その束（３）は金属細線１本１本が撚られること
なくばらばらの状態で各中空ペレット（１）の中空部（
２）を通じ、上記ペレットスタック（４）の長さに亘っ
て挿入されている。金属細線の線径は製造性を考慮する
と中空径の１０〜４０％程度が好適であり、また中空部
における金属細線の密度は、プレナム部としての作用を
も考慮すると図４に示す水平断面積において３０〜５０
％の範囲が望ましい。
料要素の要部を示す縦断面図であり、図において（１）
は中空燃料ペレット、（２）は中空部、（３）は金属細
線からなる束を夫々示し、上記燃料ペレット（１）は被
覆管内において図示のように多段に積み重ねられて所要
長さのペレットスタック（４）を形成している。なお、
金属細線は、この実施例では直線状のものが用いられて
おり、その束（３）は金属細線１本１本が撚られること
なくばらばらの状態で各中空ペレット（１）の中空部（
２）を通じ、上記ペレットスタック（４）の長さに亘っ
て挿入されている。金属細線の線径は製造性を考慮する
と中空径の１０〜４０％程度が好適であり、また中空部
における金属細線の密度は、プレナム部としての作用を
も考慮すると図４に示す水平断面積において３０〜５０
％の範囲が望ましい。
【００１３】以上の構成を有する第１実施例の核燃料要
素においては、ペレット（１）がスエリングによって半
径内方向に膨れても、金属細線束（３）の存在によって
膨張が制限されるために、中空部（２）は閉塞せず、各
細線間にガスの流路が確保される。また、図５に示すよ
うに熱衝撃によってペレット（１）にクラック（５）が
発生しても、割れたペレット片の中空部（２）への落下
を防止して、ペレットスタック（燃料部）の短尺化を防
止することが可能である。
素においては、ペレット（１）がスエリングによって半
径内方向に膨れても、金属細線束（３）の存在によって
膨張が制限されるために、中空部（２）は閉塞せず、各
細線間にガスの流路が確保される。また、図５に示すよ
うに熱衝撃によってペレット（１）にクラック（５）が
発生しても、割れたペレット片の中空部（２）への落下
を防止して、ペレットスタック（燃料部）の短尺化を防
止することが可能である。
【００１４】図２は被覆管を省略した第２実施例の核燃
料要素の要部を示し縦断面図であり、先の実施例と同一
部材は同一記号で示している。この例においては、金属
細線は挿入したペレット（１）の継目部分において固定
リング（６）により集束されており、隣接する両リング
（６）の間の部分は半径外方向に膨出するよう形成され
、同方向に付勢するスプリング機能を有している。
料要素の要部を示し縦断面図であり、先の実施例と同一
部材は同一記号で示している。この例においては、金属
細線は挿入したペレット（１）の継目部分において固定
リング（６）により集束されており、隣接する両リング
（６）の間の部分は半径外方向に膨出するよう形成され
、同方向に付勢するスプリング機能を有している。
【００１５】一方、図３は第３実施例の核燃料要素の要
部を示す縦断面図であり、中空部（２）を通し挿入され
る金属細線束（３）としてより線ワイヤが用いられてい
る。このより線ワイヤも、上記第２実施例と同様に半径
外方向に付勢するスプリング機能を有している。
部を示す縦断面図であり、中空部（２）を通し挿入され
る金属細線束（３）としてより線ワイヤが用いられてい
る。このより線ワイヤも、上記第２実施例と同様に半径
外方向に付勢するスプリング機能を有している。
【００１６】上記構成を有する第２，第３実施例におい
ては、第１実施例の作用に加え、図５に示すように、ペ
レット（１）が熱衝撃により割れても、金属線束（３）
は半径外方向にスプリングが働いていることから、ペレ
ット（１）と被覆管（７）とを常に接触させる様に働き
被覆管（７）に対する熱伝達を良好ならしめる作用を有
し、さらに半径方向内側へのペレットの変位を吸収する
余裕があるためＰＣＩ特性も良くペレット（１）と被覆
管（７）間に強い相互作用を生じさせないとの効果も有
するものである。また、上記第１〜第３実施例において
、金属線の材料としては通常、ジルコニウムまたはその
合金が用いられるが、この場合、該金属線が被覆管を脆
化させる水素（燃料棒中に水素が微量に存在すると、燃
料棒を構成するジルカロイは使用中に水素化物形成によ
る水素脆化を起こしもろくなる）を吸収する水素ゲッタ
ーとして作用し頗る有利である。
ては、第１実施例の作用に加え、図５に示すように、ペ
レット（１）が熱衝撃により割れても、金属線束（３）
は半径外方向にスプリングが働いていることから、ペレ
ット（１）と被覆管（７）とを常に接触させる様に働き
被覆管（７）に対する熱伝達を良好ならしめる作用を有
し、さらに半径方向内側へのペレットの変位を吸収する
余裕があるためＰＣＩ特性も良くペレット（１）と被覆
管（７）間に強い相互作用を生じさせないとの効果も有
するものである。また、上記第１〜第３実施例において
、金属線の材料としては通常、ジルコニウムまたはその
合金が用いられるが、この場合、該金属線が被覆管を脆
化させる水素（燃料棒中に水素が微量に存在すると、燃
料棒を構成するジルカロイは使用中に水素化物形成によ
る水素脆化を起こしもろくなる）を吸収する水素ゲッタ
ーとして作用し頗る有利である。
【００１７】他方、燃焼時には燃料要素（燃料棒）内に
、ウランの核分裂による種々の核分裂生成元素が生じる
が、ウランがＵＯ２ として２個の酸素を結合するのに
対し、上記生成元素は平均すると２個未満の酸素としか
結合せず、酸素（Ｏ）が余る。この現象を酸素ポテンシ
ャルと呼び、該ポテンシャルが増加すると、ＦＰの拡散
係数が増加してＦＰの放出率が高くなったり、ＵＯ２の
メルティングポイントの低下が予想される。ところが、
上記のように、ジルコニウムまたはその合金を持ち込む
と、ジルコニウムがウランよりも酸素と結びつき易いた
めに上記酸素ポテンシャルを下げるとの効果が期待され
る。
、ウランの核分裂による種々の核分裂生成元素が生じる
が、ウランがＵＯ２ として２個の酸素を結合するのに
対し、上記生成元素は平均すると２個未満の酸素としか
結合せず、酸素（Ｏ）が余る。この現象を酸素ポテンシ
ャルと呼び、該ポテンシャルが増加すると、ＦＰの拡散
係数が増加してＦＰの放出率が高くなったり、ＵＯ２の
メルティングポイントの低下が予想される。ところが、
上記のように、ジルコニウムまたはその合金を持ち込む
と、ジルコニウムがウランよりも酸素と結びつき易いた
めに上記酸素ポテンシャルを下げるとの効果が期待され
る。
【００１８】以上、本発明の実施例につき説明したが、
第２実施例においてはその線径は中空径の２０％程度、
水平断面積における中空部に対する線密度は４０％程度
が望ましく、また、第３実施例においてはその線径は中
空径の１５％、上記線密度は５０％程度が望ましい。
第２実施例においてはその線径は中空径の２０％程度、
水平断面積における中空部に対する線密度は４０％程度
が望ましく、また、第３実施例においてはその線径は中
空径の１５％、上記線密度は５０％程度が望ましい。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の核燃料要
素は、複数の中空燃料ペレットを被覆管内に封入した核
燃料要素において、上記燃料ペレットの中空部を通して
金属細線からなる束を略ペレットスタック長さに亘り挿
入したものであり、ペレットがスェリングによって半径
内方向に膨れても、金属細線の束によって上記膨張が制
限されるためにガスの流路が確保され、さらに熱衝撃に
より割れたペレット片の中空部への落下も阻止されて、
燃料部（ペレットスタック）の短尺化が防止されるとの
顕著な実効を有するものである。なお、金属細線の直径
は、１種数だけでなく、異種の直径を有するものの組み
合わせでも可能である。また、金属線束に半径外方向に
付勢するスプリング機能を持たせることにより、ペレッ
トが熱衝撃により割れても、半径外方向にスプリングが
働いていることから、ペレットと被覆管とを常に接触さ
せる様に働き被覆管に対する熱伝達を良好ならしめ、さ
らに半径方向内側へのペレットの変位を吸収する余裕が
あるためＰＣＩ特性も良好である等の効果を有する。更
に金属線材料としてジルコニウムまたはその合金を用い
ることにより、該金属線が被覆管を脆化させる水素を吸
収する水素ゲッターとして作用でき、燃焼の進行に伴い
増大する酸素ポテンシャルを、ジルコニウムの強い酸素
結合性を利用して減少せしめるとの効果も有する。
素は、複数の中空燃料ペレットを被覆管内に封入した核
燃料要素において、上記燃料ペレットの中空部を通して
金属細線からなる束を略ペレットスタック長さに亘り挿
入したものであり、ペレットがスェリングによって半径
内方向に膨れても、金属細線の束によって上記膨張が制
限されるためにガスの流路が確保され、さらに熱衝撃に
より割れたペレット片の中空部への落下も阻止されて、
燃料部（ペレットスタック）の短尺化が防止されるとの
顕著な実効を有するものである。なお、金属細線の直径
は、１種数だけでなく、異種の直径を有するものの組み
合わせでも可能である。また、金属線束に半径外方向に
付勢するスプリング機能を持たせることにより、ペレッ
トが熱衝撃により割れても、半径外方向にスプリングが
働いていることから、ペレットと被覆管とを常に接触さ
せる様に働き被覆管に対する熱伝達を良好ならしめ、さ
らに半径方向内側へのペレットの変位を吸収する余裕が
あるためＰＣＩ特性も良好である等の効果を有する。更
に金属線材料としてジルコニウムまたはその合金を用い
ることにより、該金属線が被覆管を脆化させる水素を吸
収する水素ゲッターとして作用でき、燃焼の進行に伴い
増大する酸素ポテンシャルを、ジルコニウムの強い酸素
結合性を利用して減少せしめるとの効果も有する。
【図１】本発明第１実施例の核燃料要素の要部を示す縦
断面図である。
断面図である。
【図２】本発明第２実施例の核燃料要素の要部を示す縦
断面図である。
断面図である。
【図３】本発明第３実施例の核燃料要素の要部を示す縦
断面図である。
断面図である。
【図４】本発明第２実施例の核燃料要素の水平断面図で
ある。
ある。
【図５】径方向クラックが発生した核燃料要素の水平断
面図である。
面図である。
（１） 中空燃料ペレット
（２） 中空部
（３） 金属細線束
（４） ペレットスタック
（５） クラック
（６） 固定リング
（７） 被覆管
Claims (3)
- 【請求項１】 複数の中空燃料ペレットを被覆管内に
封入してなる核燃料要素において、上記複数の燃料ペレ
ットの中空部を通して金属細線からなる束を略ペレット
スタック長さに亘り挿入したことを特徴とする核燃料要
素。 - 【請求項２】 上記金属細線の束がペレットスタック
中空部の各部において半径外方向へのスプリング機能を
付与する、より線ワイヤ等の金属束である請求項１記載
の核燃料要素。 - 【請求項３】 上記金属線の材料がジルコニウムまた
はジルコニウム合金である請求項１または２記載の核燃
料要素。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3080942A JPH04289488A (ja) | 1991-03-18 | 1991-03-18 | 核燃料要素 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3080942A JPH04289488A (ja) | 1991-03-18 | 1991-03-18 | 核燃料要素 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04289488A true JPH04289488A (ja) | 1992-10-14 |
Family
ID=13732546
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3080942A Withdrawn JPH04289488A (ja) | 1991-03-18 | 1991-03-18 | 核燃料要素 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04289488A (ja) |
-
1991
- 1991-03-18 JP JP3080942A patent/JPH04289488A/ja not_active Withdrawn
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