JPH05196770A - Nuclear fuel pellet - Google Patents

Nuclear fuel pellet

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JPH05196770A
JPH05196770A JP4247541A JP24754192A JPH05196770A JP H05196770 A JPH05196770 A JP H05196770A JP 4247541 A JP4247541 A JP 4247541A JP 24754192 A JP24754192 A JP 24754192A JP H05196770 A JPH05196770 A JP H05196770A
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JP
Japan
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oxide
pellet
nuclear fuel
porosity
fissile material
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JP4247541A
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Japanese (ja)
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Shinji Ishimoto
慎二 石本
Mutsumi Hirai
睦 平井
Kenichi Ito
賢一 伊東
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Nippon Nuclear Fuel Development Co Ltd
Original Assignee
Nippon Nuclear Fuel Development Co Ltd
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    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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Abstract

PURPOSE:To prevent the density drop of a fissile material, by adding at least one of aluminium oxide and silicon oxide to the fissile material. and beryllium oxide, and by keeping the porosity of a pellet not more than a specified value. CONSTITUTION:In a nuclear fuel pellet obtained by sintering a fissile material, when at least one of aluminium oxide and silicon oxide, and beryllium oxide are added to the fissile material, and at least one of aluminium oxide and silicon oxide is added to the nuclear fuel so that the porosity of the pellet is at most 5%, these are deposited in grain boundaries of the pellet, boundary slips become easy to occur, and the stress of the mutual action between the pellet and a coated pipe is reduced. Further, when beryllium oxide of high heat conductivity is added, the heat conductivity of the pellet is improved. In the pellet, the density reduction of the fissile material can be prevented, and when the added volume of the additive is less than the reduction volume of the porosity, inversely the density of the fissile material can be increased. By the reduction of the porosity, the heat conductivity of the pellet is improved.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は原子炉において使用され
る高燃焼度化に対応した核燃料ペレットに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high burnup nuclear fuel pellet used in a nuclear reactor.

【0002】[0002]

【従来の技術】軽水炉では、経済性向上のため、核燃料
の高燃焼度化が進められているが、高燃焼時の燃料にお
いては、核燃料ペレット中心温度の上昇、核燃料棒内の
核分裂生成ガス(FPガス)放出量の増加、および核燃
料ペレットと被覆管の相互作用(PCI)の発生が主要
な問題となってくる。
2. Description of the Related Art In light water reactors, higher burnup of nuclear fuel is being promoted in order to improve economic efficiency. However, in the case of fuel at high combustion, the core temperature of nuclear fuel pellets rises and the fission product gas in nuclear fuel rods ( The increase in the amount of FP gas released and the occurrence of interaction (PCI) between the nuclear fuel pellet and the cladding tube are major problems.

【0003】従来、熱伝導度が低く脆性を有する酸化物
に延性を付加し熱伝導度を高くするために、延性に富み
熱伝導度の高い金属を添加し、焼結体中に析出させたサ
ーメット材料が用いられている。核燃料ペレットにおい
ては、核燃料ペレットを構成するセラミック中に金属繊
維や酸化ベリリウム繊維およびウィスカーを析出させた
ものが知られている(特開昭53−16198号公報参
照)。しかし、二酸化ウラン粉末と繊維状物質のような
形状の異なるものを焼結しペレットを製作した場合、ペ
レットの密度を高くすることは困難であると考えられ
る。ペレット密度の低下は、核分裂性物質密度の低下を
招くため、高燃焼度化には好ましくない。
Conventionally, in order to add ductility to an oxide having low thermal conductivity and brittleness to increase thermal conductivity, a metal rich in ductility and high thermal conductivity was added and precipitated in a sintered body. Cermet material is used. As a nuclear fuel pellet, there is known one in which metal fibers, beryllium oxide fibers and whiskers are deposited in a ceramic constituting the nuclear fuel pellet (see Japanese Patent Laid-Open No. 53-16198). However, when pellets are manufactured by sintering uranium dioxide powder and fibrous substances having different shapes, it is considered difficult to increase the density of the pellets. A decrease in pellet density leads to a decrease in fissile material density, which is not preferable for high burnup.

【0004】特開昭55−27942号では酸化アルミ
ニウム、酸化ベリリウム、酸化カルシウム、酸化マグネ
シウム、酸化ケイ素、酸化ナトリウム、酸化リンの少な
くとも2種類を0.2wt%〜5wt%添加した核燃料
ペレットについて記載されているが、酸化カルシウムま
たは酸化マグネシウムを二酸化ウランに添加し焼結する
と、これらの添加物は二酸化ウランに固溶して核燃料ペ
レットの熱伝導度を低下させてしまう。したがって、添
加物としては、核分裂性物質を含む酸化物に固溶しない
ものが望ましい。
JP-A-55-27942 describes a nuclear fuel pellet containing 0.2 wt% to 5 wt% of at least two kinds selected from aluminum oxide, beryllium oxide, calcium oxide, magnesium oxide, silicon oxide, sodium oxide and phosphorus oxide. However, when calcium oxide or magnesium oxide is added to uranium dioxide and sintered, these additives form a solid solution with uranium dioxide and reduce the thermal conductivity of the nuclear fuel pellets. Therefore, it is desirable that the additive does not form a solid solution with the oxide containing the fissile material.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の状況
に対処してなされたもので、本発明の目的は、核燃料ペ
レットの中心温度を低下させ、FPガスの放出量を低減
させ、PCIを軽減させ、しかもペレットの気孔率を低
下させて核分裂性物質密度の低下を防いだ核燃料ペレッ
トを提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above situation, and an object of the present invention is to lower the central temperature of a nuclear fuel pellet, reduce the amount of FP gas released, and improve PCI. And to reduce the porosity of the pellets and prevent the reduction of the fissile material density to provide a nuclear fuel pellet.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するためになされたもので、核分裂性物質を焼結して
なる核燃料ペレットにおいて、核分裂性物質に酸化アル
ミニウムおよび酸化ケイ素のうちの少なくとも一つと酸
化ベリリウムが添加されており、かつペレットの気孔率
が5%以下であることを特徴とする。
The present invention has been made to achieve the above object, and in a nuclear fuel pellet formed by sintering a fissionable material, aluminum oxide and silicon oxide among aluminum oxide and silicon oxide are used as the fissionable material. At least one and beryllium oxide are added, and the porosity of the pellet is 5% or less.

【0007】上記において、酸化アルミニウムと酸化ケ
イ素の両方と酸化ベリリウムが添加され、かつ酸化アル
ミニウムと酸化ケイ素との合計量が約0.001〜約
0.25重量%、酸化ベリリウムが約1.5重量%以下
である場合には特に優れた効果を有する。ここで酸化ア
ルミニウムと酸化ケイ素とは、これらが反応して化合物
を形成している場合も含まれる。
In the above, both aluminum oxide and silicon oxide and beryllium oxide are added, and the total amount of aluminum oxide and silicon oxide is about 0.001 to about 0.25% by weight, and beryllium oxide is about 1.5. When the content is less than or equal to% by weight, it has a particularly excellent effect. Here, aluminum oxide and silicon oxide are also included when they react to form a compound.

【0008】さらに、上記において、析出相を除く結晶
粒子の平均結晶粒径が20μm以上であることを特徴と
する。
Further, the above is characterized in that the average crystal grain size of the crystal grains excluding the precipitation phase is 20 μm or more.

【0009】[0009]

【作用】酸化アルミニウム、酸化ケイ素のうち少なくと
も一つを核燃料に添加すると、これらが核燃料ペレット
の結晶粒界に析出する。これらの析出相は母相に比べ変
形しやすく、粒界すべりを起こし易くなり、核燃料ペレ
ットのクリープ速度が増加して、PCIの際の応力が低
減する。さらに、高熱伝導率を有する酸化ベリリウムを
添加することにより、核燃料ペレットの熱伝導度は向上
し、従来の線出力と同一線出力で核燃料ペレットの中心
温度は低下し、ペレット内の温度分布が従来の核燃料ペ
レットに比べ小さくなる。
When at least one of aluminum oxide and silicon oxide is added to the nuclear fuel, these are precipitated at the crystal grain boundaries of the nuclear fuel pellet. These precipitated phases are more likely to be deformed than the parent phase and are more likely to undergo grain boundary slip, the creep rate of nuclear fuel pellets is increased, and the stress during PCI is reduced. Furthermore, by adding beryllium oxide having high thermal conductivity, the thermal conductivity of the nuclear fuel pellets is improved, the core temperature of the nuclear fuel pellets is reduced at the same linear output as the conventional linear output, and the temperature distribution inside the pellets is It is smaller than the nuclear fuel pellets of.

【0010】また、酸化アルミニウムおよび酸化ケイ素
のうちの少なくとも一つと酸化ベリリウムを添加する
と、これらが反応して焼結温度において少なくとも一部
が液相となり、核分裂性物質の結晶粒界を濡らしながら
焼結が進行し(液相焼結)、あるいは三重点に析出す
る。かかる焼結過程において、結晶粒の成長速度および
気孔の移動速度が促進されるため、結晶粒の大粒径化お
よび低気孔率化が生ずる。
Further, when at least one of aluminum oxide and silicon oxide and beryllium oxide are added, they react with each other to form a liquid phase at least at a part of the sintering temperature, and are burned while wetting the crystal grain boundaries of the fissile material. Bonding progresses (liquid phase sintering) or precipitates at triple points. In such a sintering process, the growth rate of crystal grains and the moving speed of pores are accelerated, so that the crystal grains are increased in size and reduced in porosity.

【0011】したがって、酸化アルミニウムおよび酸化
ケイ素のうちの少なくとも一つと酸化ベリリウムの添加
によって核分裂性物質密度が減少しても、気孔率の減少
によりその分を補うことができるので、本発明の核燃料
ペレットでは核分裂性物質密度の減少を防止することが
できる。また添加物の添加量が気孔率の減少容積より少
ない場合には、逆に核分裂性物質密度を増加させること
ができる。また、気孔率の減少によりペレットの熱伝導
度を向上させることができる。さらに核燃料ペレットの
結晶粒径が大きくなることにより、結晶粒内で生成した
FPガスの結晶粒内における拡散距離が長くなり、FP
ガスの放出量が低減する。
Therefore, even if the density of the fissile material is reduced by the addition of at least one of aluminum oxide and silicon oxide and beryllium oxide, it can be compensated for by the reduction of the porosity. Therefore, the nuclear fuel pellet of the present invention. Can prevent a decrease in fissile material density. On the contrary, when the amount of the additive added is smaller than the volume of the reduced porosity, the fissile material density can be increased. In addition, the thermal conductivity of the pellet can be improved by reducing the porosity. Further, as the crystal grain size of the nuclear fuel pellet becomes larger, the diffusion distance of the FP gas generated in the crystal grain becomes longer and the FP gas becomes longer.
The amount of gas released is reduced.

【0012】次に酸化アルミニウム、酸化ケイ素および
酸化ベリリウムの三者を、上記のごとき所定の割合で添
加した場合について述べる。この場合においても基本的
には前記したとうりであるが、酸化アルミニウムと酸化
ケイ素の両方を含む方がクリープ速度向上の効果が大で
ある。酸化アルミニウム−酸化ケイ素化合物は結晶粒界
あるいは粒界三重点にガラス相あるいは結晶質相として
母相の結晶粒を覆うような形で析出するが、特にガラス
相として析出した酸化アルミニウム−酸化ケイ素化合物
は、母相に比べ変形しやすく、核燃料ペレットのクリー
プ速度が増加して、PCIの際の応力が低減する。
Next, the case where the three elements of aluminum oxide, silicon oxide and beryllium oxide are added in the above-mentioned predetermined proportions will be described. In this case as well, basically as described above, the effect of improving the creep rate is greater when both aluminum oxide and silicon oxide are contained. The aluminum oxide-silicon oxide compound is precipitated at the crystal grain boundary or at the grain boundary triple point so as to cover the crystal grains of the mother phase as a glass phase or a crystalline phase. Is more likely to be deformed than the parent phase, the creep rate of the nuclear fuel pellet is increased, and the stress during PCI is reduced.

【0013】次に酸化アルミニウムと酸化ケイ素あるい
はその化合物および酸化ベリリウムの添加量について述
べる。酸化アルミニウムと酸化ケイ素あるいはその化合
物の添加量は約0.001〜0.25wt%の範囲が好
ましい。このような範囲としたのは、約0.001wt
%以下では添加物が二酸化ウランペレットの結晶粒界を
有効に覆うことができないことが実験的に確認されたか
らであり、約0.25wt%以上では添加物がペレット
表面に顕著に析出することが実験的に確認されたからで
ある。また、酸化ベリリウムの添加量は約1.5wt%
以下が好ましい。それは、酸化ベリリウムの添加量がこ
の範囲を越えると核分裂性物質密度が低下するからであ
る。
Next, the amounts of aluminum oxide and silicon oxide or their compounds and beryllium oxide added will be described. The addition amount of aluminum oxide and silicon oxide or its compound is preferably in the range of about 0.001 to 0.25 wt%. This range is about 0.001 wt.
% Or less, it was experimentally confirmed that the additive cannot effectively cover the grain boundary of the uranium dioxide pellet, and if it is about 0.25 wt% or more, the additive may be significantly precipitated on the pellet surface. It was confirmed experimentally. The addition amount of beryllium oxide is about 1.5 wt%
The following are preferred. This is because when the amount of beryllium oxide added exceeds this range, the fissile material density decreases.

【0014】[0014]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。 (実施例1)図1は、本発明の一実施例である核燃料ペ
レットの微細構造を示す図である。図中、母相が核分裂
性物質1、ハッチングで示した部分が酸化アルミニウ
ム、酸化ケイ素のうち少なくとも一つと酸化ベリリウム
の析出相2である。本実施例では、核燃料ペレットの重
量分率で0.3wt%の酸化アルミニウム−酸化ケイ素
化合物粉末と0.9wt%の酸化ベリリウム粉末を添加
し、1700℃〜2000℃で焼結することにより、表
1に示すように気孔率約2%以下の低気孔率ペレットが
得られた。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. (Embodiment 1) FIG. 1 is a view showing a fine structure of a nuclear fuel pellet which is an embodiment of the present invention. In the figure, the matrix phase is the fissile material 1, and the hatched portion is the precipitation phase 2 of at least one of aluminum oxide and silicon oxide and beryllium oxide. In this example, 0.3 wt% of aluminum oxide-silicon oxide compound powder and 0.9 wt% of beryllium oxide powder were added by weight fraction of nuclear fuel pellets, and sintered at 1700 ° C. to 2000 ° C. As shown in 1, a low porosity pellet having a porosity of about 2% or less was obtained.

【0015】[0015]

【表1】 [Table 1]

【0016】この場合、酸化アルミニウム−酸化ケイ素
と酸化ベリリウムが反応すると、約1520℃以上にお
いて一部または全部液相となる共晶点を有する。したが
って、この粉末と燃料粉末とを混合し焼結を行うと、通
常焼結が行われる温度以上において、これらの少なくと
も一部が液体となりウラン酸化物あるいは混合酸化物の
結晶粒界を濡らすかまたは三重点に析出するため、低気
孔率が達成される。軽水炉に用いられている通常の核燃
料ペレットの気孔率は4〜5%であるから、本実施例に
おいて、酸化アルミニウム、酸化ケイ素および酸化ベリ
リウムを添加したことにより核分裂性物質密度の低下を
抑えるか、あるいは逆に核分裂性物質密度を増加させ得
ることがわかった。
In this case, when aluminum oxide-silicon oxide reacts with beryllium oxide, it has a eutectic point that becomes a part or all of the liquid phase at about 1520 ° C. or higher. Therefore, when this powder and the fuel powder are mixed and sintered, at least a part of these becomes liquid at a temperature higher than the temperature at which sintering is usually performed to wet the grain boundary of the uranium oxide or the mixed oxide, or A low porosity is achieved due to the triple point precipitation. Since the porosity of normal nuclear fuel pellets used in light water reactors is 4 to 5%, in the present embodiment, addition of aluminum oxide, silicon oxide and beryllium oxide suppresses the decrease in fissile material density. On the contrary, it was found that the fissile material density could be increased.

【0017】図2は、従来の核燃料ペレットに球状の酸
化ベリリウムが析出した時の1000Kにおける熱伝導
度と酸化ベリリウム濃度との関係を示した図であり、同
一気孔率(気孔率5%)で比較してある。図でλ/λ0
は酸化ベリリウムが析出したペレットの熱伝導度λと従
来の核燃料ペレットの熱伝導度λ0 の比である。本発明
の核燃料ペレットでは、低気孔率が達成されるため図2
で示した以上に熱伝導度が上昇する。例えば、ペレット
外周温度を500℃とし、ペレットの積分熱伝導度から
線出力を求めた場合、40kW/mの線出力において、
0.9wt%の酸化ベリリウムが析出した核燃料ペレッ
トではこの熱伝導率の上昇により、ペレット中心温度が
約200℃低下する。
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the thermal conductivity at 1000 K and the beryllium oxide concentration when spherical beryllium oxide is deposited on a conventional nuclear fuel pellet, and with the same porosity (porosity 5%). Compared. In the figure λ / λ 0
Is the ratio of the thermal conductivity λ of the pellet on which beryllium oxide is deposited and the thermal conductivity λ 0 of the conventional nuclear fuel pellet. With the nuclear fuel pellet of the present invention, a low porosity is achieved, so that FIG.
The thermal conductivity is higher than that shown in. For example, when the pellet peripheral temperature is set to 500 ° C. and the linear output is obtained from the integrated thermal conductivity of the pellet, at a linear output of 40 kW / m,
In a nuclear fuel pellet in which 0.9 wt% of beryllium oxide is deposited, the increase in the thermal conductivity lowers the pellet center temperature by about 200 ° C.

【0018】(実施例2)0.1wt%〜0.3wt%
の酸化ケイ素と0.9wt%の酸化ベリリウムを核分裂
性物質に添加し、1700℃〜1900℃で焼結して、
表2に示すように気孔率1.1%以下の核燃料ペレット
が得られた。
(Example 2) 0.1 wt% to 0.3 wt%
Silicon oxide and 0.9 wt% beryllium oxide are added to the fissile material and sintered at 1700 ° C to 1900 ° C,
As shown in Table 2, nuclear fuel pellets having a porosity of 1.1% or less were obtained.

【0019】[0019]

【表2】 [Table 2]

【0020】この場合、酸化ケイ素と酸化ベリリウムが
反応すると約1670℃以上において一部または全部液
相となる共晶点を有する。したがって、この粉末と燃料
粉末とを混合し焼結を行うと、通常焼結が行われる温度
以上において、酸化ケイ素−酸化ベリリウムの少なくと
も一部が液体となりウラン酸化物あるいは混合酸化物の
結晶粒界を濡らすかまたは三重点に析出するため、低気
孔率が達成される。
In this case, when silicon oxide reacts with beryllium oxide, it has a eutectic point which becomes a part or all of the liquid phase at about 1670 ° C. or higher. Therefore, when the powder and the fuel powder are mixed and sintered, at least a part of silicon oxide-beryllium oxide becomes a liquid at a temperature higher than the temperature at which the sintering is usually performed, and a grain boundary of uranium oxide or a mixed oxide. Low porosity is achieved due to the wetting or precipitation at triple points.

【0021】(実施例3)0.1wt%〜0.3wt%
の酸化アルミニウムと0.9wt%の酸化ベリリウムを
核分裂性物質に添加し、1800℃〜2100℃で焼結
して、表3に示すように気孔率0.9%以下の核燃料ペ
レットが得られた。
(Example 3) 0.1 wt% to 0.3 wt%
Aluminum oxide and 0.9 wt% beryllium oxide were added to the fissile material and sintered at 1800 ° C to 2100 ° C to obtain nuclear fuel pellets having a porosity of 0.9% or less as shown in Table 3. ..

【0022】[0022]

【表3】 [Table 3]

【0023】酸化アルミニウムと酸化ベリリウムが反応
するとおよそ1800℃以上において、一部または全部
液相となる共晶点を有する。したがって、この粉末と燃
料粉末とを混合し高温焼結を行うと、酸化アルミニウム
−酸化ベリリウムの少なくとも一部が液体となりウラン
酸化物あるいは混合酸化物の結晶粒界を濡らすかまたは
三重点に析出するため、低気孔率が達成される。
When aluminum oxide reacts with beryllium oxide, it has a eutectic point which becomes a part or all of the liquid phase at about 1800 ° C. or higher. Therefore, when this powder and fuel powder are mixed and subjected to high temperature sintering, at least a part of aluminum oxide-beryllium oxide becomes a liquid and wets the crystal grain boundary of uranium oxide or mixed oxide or precipitates at triple points. Therefore, low porosity is achieved.

【0024】(実施例4)本実施例では、核燃料ペレッ
トの重量分率で0.025wt%(約0.1vol%)
の酸化アルミニウム−酸化ケイ素化合物粉末と0.56
wt%(約2vol%)の酸化ベリリウム粉末を二酸化
ウラン粉末に添加し、1700〜1780℃で2〜6時
間焼結することにより、表4に示すように気孔率1.4
%以下の低気孔率ペレットが得られた。
(Embodiment 4) In this embodiment, the weight fraction of nuclear fuel pellets is 0.025 wt% (about 0.1 vol%).
Aluminum oxide-silicon oxide compound powder of 0.56
Beryllium oxide powder of wt% (about 2 vol%) was added to uranium dioxide powder and sintered at 1700 to 1780 ° C. for 2 to 6 hours to give a porosity of 1.4.
% Low porosity pellets were obtained.

【0025】[0025]

【表4】 [Table 4]

【0026】軽水炉に用いられている通常の核燃料ペレ
ットの気孔率は約5%であるから、本実施例の核燃料ペ
レットにおいては、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸
化ベリリウムの添加による核分裂性物質密度の低下を防
止し、さらに核分裂性物質密度を増加させることができ
る。
Since the porosity of a normal nuclear fuel pellet used in a light water reactor is about 5%, in the nuclear fuel pellet of this embodiment, the density of fissile material is lowered by the addition of aluminum oxide, silicon oxide and beryllium oxide. Can be prevented and the fissile material density can be increased.

【0027】通常用いられている気孔率5%の二酸化ウ
ランペレットに対し、気孔率がP%低下した場合の熱伝
導度KP は次式(1) で与えられる。 KP =K95[100−(5−P)α]/(100−5α) …(1) ここで、K95は気孔率5%の二酸化ウランペレットの熱
伝導度、αは次式(2) で与えられる係数である。 α=2.6−0.5×10-3T …(2) ここで、Tは温度(℃)である。
With respect to the uranium dioxide pellets having a porosity of 5% which is usually used, the thermal conductivity K P when the porosity is decreased by P% is given by the following equation (1). K P = K 95 [100- (5-P) α] / (100-5α) (1) where K 95 is the thermal conductivity of the uranium dioxide pellets having a porosity of 5%, and α is the following formula (2) ) Is the coefficient. α = 2.6−0.5 × 10 −3 T (2) Here, T is temperature (° C.).

【0028】一方、気孔率5%の二酸化ウランペレット
にペレットの容積割合でV%の酸化ベリリウムが球状に
分散して気孔率を変えずに析出した場合の熱伝導度KC
は次式(3) で与えられる。 100−V=(K95/KC 1/3 (KB −KC )/(KB −K95)…(3) ここで、KB は酸化ベリリウムの熱伝導度である。
On the other hand, the thermal conductivity K C when V% beryllium oxide is spherically dispersed in the uranium dioxide pellets having a porosity of 5% in a volume ratio of the pellets and is deposited without changing the porosity.
Is given by the following equation (3). 100-V = (K 95 / K C) 1/3 (K B -K C) / (K B -K 95) ... (3) where, K B is the thermal conductivity of the beryllium oxide.

【0029】K95およびこれらの式より与えられる
P 、KC について500〜1700℃の積分熱伝導度
で比較した場合、K95の積分熱伝導度に対し、気孔率が
1%低下することによる積分熱伝導度向上の割合と、酸
化ベリリウムが核燃料ペレットに対する体積分率で1v
ol%析出したことによる熱伝導度向上の割合は、ほぼ
等しいことが示される。したがって、酸化ベリリウムが
1vol%析出し、かつ気孔率が1%低下した場合の熱
伝導度向上効果は、二酸化ウランペレットの気孔率低減
による熱伝導度向上効果のほぼ2倍となる。
When K 95 and K P and K C given by these equations are compared at an integrated thermal conductivity of 500 to 1700 ° C., the porosity is reduced by 1% with respect to the integrated thermal conductivity of K 95. And the ratio of the increase in integrated thermal conductivity due to Beryllium oxide to the nuclear fuel pellet is 1v
It is shown that the rate of improvement in thermal conductivity due to ol% precipitation is almost equal. Therefore, when 1 vol% of beryllium oxide is deposited and the porosity is reduced by 1%, the thermal conductivity improving effect is almost twice as high as the thermal conductivity improving effect of the uranium dioxide pellets due to the reduced porosity.

【0030】本実施例では、気孔率5%の二酸化ウラン
ペレットに対し、500〜1700℃の積分熱伝導度は
10%以上増加する。この熱伝導度の上昇により従来の
線出力と同一線出力で、核燃料ペレットの中心温度は低
下し、ペレット内の温度分布が、従来の核燃料ペレット
に比べ小さくなり、ペレット内で生成したFPガスの拡
散速度が低くなることからFPガスの放出量が低減し、
ペレットの熱膨脹が小さくなることからPCIが軽減
し、ペレットの中心温度が低下することから燃料溶融余
裕が増大する。なお、核分裂性物質密度の低下を防止す
るには、酸化アルミニウム、酸化ケイ素および酸化ベリ
リウムの核燃料ペレットに対する容積割合をV’とし
て、 V’≦P …(4) であればよい。かかる条件を満たす酸化ベリリウムの添
加量は核燃料ペレットに対する重量割合で1.5%以下
であり、好ましくは1.2%以下である。さらに、酸化
アルミニウム、酸化ケイ素および酸化ベリリウムにおけ
る酸化ベリリウムの重量割合が3%以上であることが好
ましい。
In this embodiment, the integrated thermal conductivity at 500 to 1700 ° C. is increased by 10% or more with respect to the uranium dioxide pellets having a porosity of 5%. Due to this increase in thermal conductivity, the core temperature of the nuclear fuel pellet decreases with the same linear output as the conventional linear output, the temperature distribution in the pellet becomes smaller than that of the conventional nuclear fuel pellet, and the FP gas generated in the pellet is reduced. Since the diffusion rate is low, the amount of FP gas released is reduced,
Since the thermal expansion of the pellet becomes small, PCI is reduced, and the center temperature of the pellet is lowered, so that the fuel melting margin is increased. In order to prevent the density of the fissile material from decreasing, it is sufficient that V ′ ≦ P (4) where V ′ is the volume ratio of aluminum oxide, silicon oxide and beryllium oxide to the nuclear fuel pellets. The addition amount of beryllium oxide that satisfies such conditions is 1.5% or less, preferably 1.2% or less, in weight ratio with respect to the nuclear fuel pellets. Further, the weight ratio of beryllium oxide in aluminum oxide, silicon oxide and beryllium oxide is preferably 3% or more.

【0031】本実施例の核燃料ペレットでは、いずれも
結晶粒径が約20μm以上のものが得られた。なお、結
晶粒径は、ペレット断面を研磨し、結晶粒界を選択的に
腐食する溶液に研磨面を浸し、結晶粒界が腐食された面
の中心部について光学顕微鏡写真を撮り、インターセプ
ト法(単位長さ/単位長さを結晶粒界が横切る数に1.
56を乗じる)を用いることにより求めた。結晶粒径を
20μm以上とするための酸化アルミニウムおよび酸化
ケイ素の添加量は核燃料ペレットに対する重量割合で
0.001〜0.25%であり、好ましくは0.001
〜0.10%であり、さらに好ましくは0.001〜
0.05%である。軽水炉に用いられている通常の核燃
料ペレットの結晶粒径は数μm以下であるから、本実施
例の核燃料ペレットでは、結晶粒内におけるFPガスの
拡散距離を長くし、ペレット外部へのFPガス放出を低
減することができる。
In the nuclear fuel pellets of this example, those having a crystal grain size of about 20 μm or more were obtained. The crystal grain size is obtained by polishing the pellet cross section, immersing the polishing surface in a solution that selectively corrodes the crystal grain boundaries, and taking an optical micrograph of the center portion of the surface where the crystal grain boundaries are corroded. Unit length / number of unit length crossed by grain boundaries is 1.
Multiply by 56). The addition amount of aluminum oxide and silicon oxide for adjusting the crystal grain size to 20 μm or more is 0.001 to 0.25% by weight ratio to the nuclear fuel pellet, and preferably 0.001.
Is 0.10%, and more preferably 0.001
It is 0.05%. Since the crystal grain size of a normal nuclear fuel pellet used in a light water reactor is several μm or less, in the nuclear fuel pellet of this example, the diffusion distance of FP gas in the crystal grain is lengthened to release FP gas to the outside of the pellet. Can be reduced.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
核燃料ペレットの熱伝導度を向上させることができるの
で、核燃料ペレットの中心温度を低下させ、FPガスの
放出量を低減させ、PCIを軽減させることができる。
また、核燃料ペレットのクリープ速度を高くすることが
できるので、PCIをさらに軽減することができる。ま
た、核燃料ペレットの気孔率を低くすることができるの
で、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化ベリリウムの
添加よる核分裂性物質密度の減少を補うか、または、逆
に核分裂性物質密度を高くすることができる。また、核
燃料ペレットの結晶粒径を大きくすることができるの
で、FPガスの放出量をさらに低減することができる。
As described above, according to the present invention,
Since the thermal conductivity of the nuclear fuel pellets can be improved, the central temperature of the nuclear fuel pellets can be lowered, the amount of FP gas released can be reduced, and PCI can be reduced.
Moreover, since the creep speed of the nuclear fuel pellets can be increased, PCI can be further reduced. Further, since the porosity of the nuclear fuel pellet can be lowered, it is possible to compensate for the decrease in the fissile material density due to the addition of aluminum oxide, silicon oxide or beryllium oxide, or conversely, to increase the fissile material density. .. Further, since the crystal grain size of the nuclear fuel pellet can be increased, the amount of FP gas released can be further reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例である核燃料ペレットの微細
構造を示す図。
FIG. 1 is a view showing a fine structure of a nuclear fuel pellet which is an embodiment of the present invention.

【図2】従来の核燃料ペレットに球状の酸化ベリリウム
が析出した時の1000Kにおける熱伝導度を示した図。
FIG. 2 is a diagram showing thermal conductivity at 1000 K when spherical beryllium oxide is deposited on a conventional nuclear fuel pellet.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…核分裂性物質、2…酸化アルミニウム、酸化ケイ素
の少なくとも一つと酸化ベリリウムからなる析出相。
1 ... Fissile material, 2 ... Precipitated phase composed of at least one of aluminum oxide and silicon oxide and beryllium oxide.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 核分裂性物質を焼結してなる核燃料ペレ
ットにおいて、核分裂性物質に酸化アルミニウムおよび
酸化ケイ素のうちの少なくとも一つと酸化ベリリウムが
添加されており、かつペレットの気孔率が5%以下であ
ることを特徴とする核燃料ペレット。
1. A nuclear fuel pellet obtained by sintering a fissile material, wherein at least one of aluminum oxide and silicon oxide and beryllium oxide are added to the fissile material, and the pellet has a porosity of 5% or less. Nuclear fuel pellets characterized in that.
【請求項2】 核分裂性物質を焼結してなる核燃料ペレ
ットにおいて、核分裂性物質に酸化アルミニウムおよび
酸化ケイ素(酸化アルミニウム−酸化ケイ素化合物の場
合を含む)が0.001〜0.25wt%、酸化ベリリ
ウムが1.5wt%以下添加されており、気孔率が5%
以下である請求項1記載の核燃料ペレット。
2. A nuclear fuel pellet formed by sintering a fissionable material, wherein the fissionable material contains 0.001 to 0.25 wt% of aluminum oxide and silicon oxide (including aluminum oxide-silicon oxide compound). Beryllium is added up to 1.5 wt% and porosity is 5%
The nuclear fuel pellet according to claim 1, wherein:
【請求項3】 酸化アルミニウム、酸化ケイ素および酸
化ベリリウムからなる析出相を除く粒子の平均結晶粒径
が20μm以上である請求項2記載の核燃料ペレット。
3. The nuclear fuel pellet according to claim 2, wherein the average crystal grain size of particles excluding the precipitation phase composed of aluminum oxide, silicon oxide and beryllium oxide is 20 μm or more.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103299375A (en) * 2010-09-27 2013-09-11 普渡研究基金会 Ceramic-ceramic composites and process therefor, nuclear fuels formed thereby, and nuclear reactor systems and processes operated therewith
US9466398B2 (en) 2010-09-27 2016-10-11 Purdue Research Foundation Ceramic-ceramic composites and process therefor, nuclear fuels formed thereby, and nuclear reactor systems and processes operated therewith

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103299375A (en) * 2010-09-27 2013-09-11 普渡研究基金会 Ceramic-ceramic composites and process therefor, nuclear fuels formed thereby, and nuclear reactor systems and processes operated therewith
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