JPH10111375A - Fuel assembly - Google Patents

Fuel assembly

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JPH10111375A
JPH10111375A JP8262766A JP26276696A JPH10111375A JP H10111375 A JPH10111375 A JP H10111375A JP 8262766 A JP8262766 A JP 8262766A JP 26276696 A JP26276696 A JP 26276696A JP H10111375 A JPH10111375 A JP H10111375A
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JP
Japan
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fuel
end plug
pellet
rod
fuel rod
Prior art date
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Application number
JP8262766A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Yamaguchi
浩 山口
Ichiro Tsukahara
一郎 塚原
Seiichi Komura
清一 小村
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Toshiba Engineering Corp
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Engineering Corp
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Engineering Corp, Toshiba Corp filed Critical Toshiba Engineering Corp
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Publication of JPH10111375A publication Critical patent/JPH10111375A/en
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce stress acting on the welded portion of the bottom end plug of MOX fuel rod to be equivalent to an less than that for uranium fuel rod. SOLUTION: Especially for MOX fuel rod whose power at its bottom is high, an insulated object 21 is installed between a fuel pellet 10 at the bottom of effective fuel length and the bottom end plug 12 of the fuel rod. The insulating object 21 is made from Al2 O3 whose composition variation at high temperature is small like aluminum dioxide, and has almost same cylindrical shape as that of the fuel pellet or has pedestal construction. It is useful to create plural slits upper or lower surface of the insulating object 2 and to reduce contacting area between the fuel pellet 10 and the bottom end plug 12.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、原子炉に装荷され
る燃料集合体に関わり、特にウラン−プルトニウム混合
酸化物燃料棒の下部端栓溶接部に作用する応力を低減す
べく改良された燃料集合体に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel assembly loaded in a nuclear reactor, and more particularly to an improved fuel for reducing stress acting on a lower end plug weld of a uranium-plutonium mixed oxide fuel rod. Regarding the aggregate.

【0002】[0002]

【従来の技術】原子炉燃料にはこれまで主に二酸化ウラ
ン(UO2 )が用いられてきたが、近年、燃料経済性の
向上を図るため、使用済みウラン燃料を再処理して得ら
れたプルトニウムを軽水炉で利用するプル・サーマル利
用(Plutonium thermal utilization )の計画が進めら
れている。これは、再処理で回収された二酸化プルトニ
ウム(PuO2 )に二酸化ウラン(UO2 )を混合する
ことにより、混合酸化物燃料(mixed-oxide fuel;以下
MOX燃料という。)を製造し利用するものである。す
なわち、二酸化ウランの燃焼によって新たに生成された
プルトニウムを回収し、これと天然ウランあるいは劣化
ウランとを混合したMOX燃料からなるペレットを製造
し、ウラン燃料ペレットとともに燃料として用いるもの
である。
2. Description of the Related Art Until now, uranium dioxide (UO 2 ) has been mainly used as a reactor fuel, but recently, in order to improve fuel economy, it has been obtained by reprocessing spent uranium fuel. A plan for Plutonium thermal utilization using plutonium in light water reactors is underway. This is to produce and use mixed-oxide fuel (hereinafter referred to as MOX fuel) by mixing uranium dioxide (UO 2 ) with plutonium dioxide (PuO 2 ) recovered by reprocessing. It is. That is, plutonium newly generated by the combustion of uranium dioxide is recovered, and pellets made of MOX fuel mixed with this and natural uranium or depleted uranium are manufactured and used as fuel together with uranium fuel pellets.

【0003】図9は従来の燃料集合体1の構成を示した
切欠斜視図である。燃料集合体1は角筒状のチャンネル
ボックス2内に複数本の燃料棒3と少なくとも1本のウ
オータロッド4を収納している。これらの燃料棒3とウ
ォータロッド4は複数のスペーサ5により間隔を保持し
格子状に整列され、さらに上部タイプレート6と下部タ
イプレート7によって支持されている。また、チャンネ
ルボックス2内の下部にあるフィンガスプリング8は燃
料集合体の中を流れる冷却材が外部に流出することを抑
制するために設けられている。
FIG. 9 is a cutaway perspective view showing the structure of a conventional fuel assembly 1. The fuel assembly 1 has a plurality of fuel rods 3 and at least one water rod 4 housed in a rectangular cylindrical channel box 2. The fuel rods 3 and the water rods 4 are arranged in a grid pattern with a plurality of spacers 5 maintaining an interval therebetween, and further supported by an upper tie plate 6 and a lower tie plate 7. Further, a finger spring 8 provided at a lower portion in the channel box 2 is provided for suppressing a coolant flowing in the fuel assembly from flowing out.

【0004】図10はこの燃料棒3の縦断面図である。
燃料棒3は被覆管9内に複数の焼結ペレット10を装填
し、上下端を上部端栓11及び下部端栓12で密封して
いる。この焼結ペレット10装填部を燃料有効部13と
いう。また、燃料有効部13の上部にはFPガスが燃料
棒3内に放出された際のガス溜としての役割を持つプレ
ナム部14が設けられ、プレナム部14には焼結ペレッ
ト10の軸方向の振動を抑制するスプリング15が配設
されている。そのスプリング15の内部には燃料棒の中
の水分を吸収するゲッタ16が組み込まれている。
FIG. 10 is a longitudinal sectional view of the fuel rod 3.
The fuel rod 3 has a plurality of sintered pellets 10 loaded in a cladding tube 9, and the upper and lower ends are sealed with an upper end plug 11 and a lower end plug 12. The loading portion of the sintered pellet 10 is referred to as a fuel effective portion 13. Further, a plenum portion 14 serving as a gas reservoir when the FP gas is discharged into the fuel rod 3 is provided above the fuel effective portion 13, and the plenum portion 14 is provided in the axial direction of the sintered pellet 10. A spring 15 for suppressing vibration is provided. A getter 16 for absorbing moisture in the fuel rod is incorporated in the spring 15.

【0005】図11(a)は従来のウラン燃料棒の断面
図、図11(b)は従来のMOX燃料棒の断面図であ
る。ここに示すように、ウラン燃料棒の燃料濃縮度分布
とMOX燃料棒の燃料富化度分布には大きな違いがあ
る。すなわち、ウラン燃料棒3aの燃料有効部13aの
うちウラン235の利用率の小さい燃料棒上下端は、天
然ウランペレット17を配置した天然ウラン領域17a
となっている。また燃料有効部13aの上下端を除いた
領域は、濃縮ウランペレット18を配置した濃縮ウラン
領域18aとなっている。
FIG. 11A is a sectional view of a conventional uranium fuel rod, and FIG. 11B is a sectional view of a conventional MOX fuel rod. As shown here, there is a great difference between the fuel enrichment distribution of the uranium fuel rod and the fuel enrichment distribution of the MOX fuel rod. In other words, the upper and lower ends of the fuel rods of the uranium fuel rods 3a where the utilization rate of the uranium 235 is small are the natural uranium regions 17a where the natural uranium pellets 17 are arranged.
It has become. The area excluding the upper and lower ends of the fuel effective portion 13a is an enriched uranium area 18a in which enriched uranium pellets 18 are arranged.

【0006】ところがMOX燃料棒3bは、燃料有効部
13b全域に渡って同じプルトニウム富化度のMOXペ
レット19が配置されている。これは、MOX燃料の製
造工程が粉末処理からペレット成型、燃料棒装填までが
現状では一連の作業で行われていることから、異種富化
度のMOX燃料を製造するにはそれぞれ別々の工程をふ
まえる必要があり、製造上の観点から異種富化度のペレ
ットの製造が難しいためである。
However, the MOX fuel rod 3b has MOX pellets 19 having the same plutonium enrichment throughout the entire area of the fuel effective portion 13b. This is because the manufacturing process of MOX fuel from powder processing to pellet molding and fuel rod loading is currently performed as a series of operations. The reason is that it is difficult to produce pellets of different enrichment from the viewpoint of production.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】図12は上述のウラン
燃料及びMOX燃料の軸方向出力を模式的に示したグラ
フである。なお、図中には、上記従来の技術で示したウ
ラン燃料棒3aにおける濃縮ウラン領域18a及び天然
ウラン領域17aの位置をあわせて示した。この図から
わかるように、ウラン燃料と比べてMOX燃料は燃料下
部における出力が高くなっている。これは、MOX燃料
棒の下部にはウラン燃料棒のように天然ウラン領域が配
置されず、燃料棒中心部と同じ富化度のMOXペレット
19が配置されているためである。
FIG. 12 is a graph schematically showing the axial output of the above-mentioned uranium fuel and MOX fuel. In the figure, the positions of the enriched uranium region 18a and the natural uranium region 17a in the uranium fuel rod 3a shown in the above-mentioned conventional technique are also shown. As can be seen from this figure, the output of the MOX fuel in the lower part of the fuel is higher than that of the uranium fuel. This is because the natural uranium region is not arranged below the MOX fuel rod unlike the uranium fuel rod, and MOX pellets 19 having the same enrichment as the central part of the fuel rod are arranged.

【0008】図13は燃料棒下部の拡大断面図である。
燃料有効部における燃料ペレット10と被覆管9との間
には間隙が存在し両者は接していないが、図に示すよう
に、燃料有効部の最下に位置する燃料ペレット10は燃
料棒下部端栓12に載置しており、燃料ペレット10か
ら燃料棒下部端栓12へ、図中矢印で示した熱流束が生
じる。この熱流束により、この燃料ペレット10に接す
る下部端栓12は、燃料ペレット10に接していない被
覆管9よりも相対的に温度が高くなる。さらに図12に
示したように、燃料下部の出力が高いMOX燃料の方が
燃料棒下部での燃料ペレットの発熱量が大きく、ウラン
燃料に比べて下部端栓12の温度がより高くなる。
FIG. 13 is an enlarged sectional view of the lower part of the fuel rod.
Although there is a gap between the fuel pellet 10 and the cladding tube 9 in the fuel effective portion and they are not in contact with each other, as shown in the figure, the fuel pellet 10 located at the bottom of the fuel effective portion is located at the lower end of the fuel rod. A heat flux indicated by an arrow in the figure is generated from the fuel pellet 10 to the lower end plug 12 of the fuel rod. Due to this heat flux, the temperature of the lower end plug 12 in contact with the fuel pellet 10 becomes relatively higher than that of the cladding tube 9 not in contact with the fuel pellet 10. Further, as shown in FIG. 12, the MOX fuel having a higher output at the lower part of the fuel has a larger calorific value of the fuel pellet at the lower part of the fuel rod, and the temperature of the lower end plug 12 is higher than that of the uranium fuel.

【0009】よって特にMOX燃料では、下部端栓12
と被覆管9下端部の温度差がより大きくなる傾向があ
る。したがって、ウラン燃料棒と比較してMOX燃料棒
では、下部端栓12と被覆管9との接合部分に両者の温
度差に起因して大きな熱膨張差が生じ、それに伴って応
力が増大し、MOX燃料棒が弾性範囲を超える恐れがあ
る。
Therefore, particularly in the case of MOX fuel, the lower end plug 12
And the temperature difference between the lower end of the cladding tube 9 tends to be larger. Therefore, compared with the uranium fuel rod, in the MOX fuel rod, a large difference in thermal expansion occurs at the joint between the lower end plug 12 and the cladding tube 9 due to the temperature difference between the two, and the stress increases accordingly, MOX fuel rods may exceed the elastic range.

【0010】本発明はこのような点を考慮してなされた
ものであり、下部端栓溶接部20に作用する応力をウラ
ン燃料棒並に低減したMOX燃料棒を備えてなる燃料集
合体を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above points, and provides a fuel assembly including a MOX fuel rod in which the stress acting on the lower end plug weld 20 is reduced to the same level as a uranium fuel rod. The purpose is to do.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、核分裂性物質からなる燃料ペレットを
被覆管に装填し上下端に上部端栓及び下部端栓を備えた
複数本の燃料棒と、これら燃料棒を格子状に束ね燃料棒
の上下端を保持する上部タイプレート及び下部タイプレ
ートと、これら両タイプレート間で燃料棒相互の間隔を
保持する複数のスペーサを有する燃料集合体において、
燃料棒の少なくとも一部には燃料ペレットと燃料棒下部
端栓との間に断熱体を設けてなることを特徴とする燃料
集合体を提供する。
According to the present invention, a fuel pellet comprising a fissile material is loaded into a cladding tube and a plurality of fuel pellets having upper and lower end plugs at upper and lower ends. A fuel assembly comprising a rod, an upper tie plate and a lower tie plate that hold the upper and lower ends of the fuel rod by bundling the fuel rods in a grid, and a plurality of spacers that maintain the distance between the fuel rods between the two tie plates At
A fuel assembly is provided wherein at least a part of the fuel rod is provided with a heat insulator between a fuel pellet and a lower end plug of the fuel rod.

【0012】これにより、燃料被覆管下端部と燃料棒下
部端栓との熱膨張差により発生する下部端栓溶接部の応
力を低減することができる。また、断熱体が設けられた
燃料棒の燃料ペレットは二酸化ウランと二酸化プルトニ
ウムを混合し成型した混合酸化物からなるよう設定する
ことにより、特に燃料棒下部での燃料ペレットの発熱量
の高いMOX燃料棒に本発明を適用することで、MOX
の利用を図りかつ上述した熱膨張差により発生する下部
端栓溶接部の応力を低減することができる。
Thus, the stress at the welded portion of the lower end plug generated by the difference in thermal expansion between the lower end portion of the fuel cladding tube and the lower end plug of the fuel rod can be reduced. In addition, by setting the fuel pellets of the fuel rods provided with the heat insulator to be formed of a mixed oxide formed by mixing uranium dioxide and plutonium dioxide, the MOX fuel having a high calorific value of the fuel pellets particularly at the lower part of the fuel rods is provided. By applying the present invention to a rod, MOX
And the stress at the lower end plug welded portion caused by the difference in thermal expansion described above can be reduced.

【0013】さらに、この断熱体としては二酸化アルミ
ニウム(Al2 O3 )のように高温でも物性の変化の小
さい物質を使うことで、断熱効果が一層向上する。さら
にこの断熱体は燃料ペレットと実質的に同じ径を持つ円
柱形状に成型する。これにより、断熱体をペレットと同
様に装填することで燃料棒製造時の取扱いがしやすくな
る。
Further, by using a substance having a small change in physical properties even at a high temperature, such as aluminum dioxide (Al 2 O 3), the heat insulating effect is further improved. Further, the heat insulator is formed into a cylindrical shape having substantially the same diameter as the fuel pellet. This facilitates handling during fuel rod production by loading the heat insulator in the same manner as the pellets.

【0014】あるいはこの断熱体は下部端栓の上面に設
けられたペデスタル構造体であり、かつこのペデスタル
構造体は燃料ペレットとの接触部と下部端栓との連結部
とからなり、この連結部の径は接触部の径より小さいよ
う設定する。これにより、燃料棒下部端栓と断熱体との
接触面積を減らすことで上述の熱膨張差により発生する
下部端栓溶接部の応力を低減することができる。
Alternatively, the heat insulator is a pedestal structure provided on the upper surface of the lower end plug, and the pedestal structure includes a contact portion with the fuel pellet and a connection portion with the lower end plug. Is set to be smaller than the diameter of the contact portion. This reduces the contact area between the fuel rod lower end plug and the heat insulator, thereby reducing the stress of the lower end plug weld generated due to the above-described difference in thermal expansion.

【0015】さらにこの断熱体の上面または下面の少な
くとも一方に複数のスリットを設ける。これにより、燃
料棒下部端栓と断熱体との接触面積あるいは燃料ペレッ
トと断熱体との接触面積を減らすことで上述の熱膨張差
により発生する下部端栓溶接部の応力を低減することが
できる。
Further, a plurality of slits are provided on at least one of the upper surface and the lower surface of the heat insulator. Thus, by reducing the contact area between the fuel rod lower end plug and the heat insulator or the contact area between the fuel pellet and the heat insulator, it is possible to reduce the stress of the lower end plug weld generated due to the above-described difference in thermal expansion. .

【0016】また、核分裂性物質からなる燃料ペレット
を被覆管に装填し上下端に上部端栓及び下部端栓を備え
た複数本の燃料棒と、これら燃料棒を格子状に束ね燃料
棒の上下端を保持する上部タイプレート及び下部タイプ
レートと、これら両タイプレート間で燃料棒相互の間隔
を保持する複数のスペーサを有する燃料集合体におい
て、燃料棒の少なくとも一部には燃料棒下部端栓の上面
に複数のスリットを設けてなることを特徴とする燃料集
合体を提供する。これにより、燃料棒下部端栓と断熱体
との接触面積を減らすことで上述の熱膨張差により発生
する下部端栓溶接部の応力を低減することができる。
Further, a plurality of fuel rods each having an upper end plug and a lower end plug at the upper and lower ends and a fuel pellet made of fissile material loaded in a cladding tube, In a fuel assembly having an upper tie plate and a lower tie plate that hold the ends, and a plurality of spacers that maintain the distance between the fuel rods between the two tie plates, at least a part of the fuel rod has a fuel rod lower end plug. A plurality of slits are provided on the upper surface of the fuel assembly. This reduces the contact area between the fuel rod lower end plug and the heat insulator, thereby reducing the stress of the lower end plug weld generated due to the above-described difference in thermal expansion.

【0017】あるいは、核分裂性物質からなる燃料ペレ
ットを被覆管に装填し上下端に上部端栓及び下部端栓を
備えた複数本の燃料棒と、これら燃料棒を格子状に束ね
燃料棒の上下端を保持する上部タイプレート及び下部タ
イプレートと、これら両タイプレート間で燃料棒相互の
間隔を保持する複数のスペーサを有する燃料集合体にお
いて、燃料棒の最下に位置する燃料ペレットの下面に複
数のスリットを設けてなることを特徴とする燃料集合体
を提供する。これにより、燃料ペレットと断熱体との接
触面積を減らすことで上述の熱膨張差により発生する下
部端栓溶接部の応力を低減することができる。
Alternatively, a fuel pellet made of fissile material is loaded into a cladding tube, a plurality of fuel rods having upper and lower ends provided with an upper end plug and a lower end plug, and these fuel rods are bundled in a grid to form upper and lower fuel rods. In a fuel assembly having an upper tie plate and a lower tie plate that hold the ends, and a plurality of spacers that keep the distance between the fuel rods between these two tie plates, the lower surface of the fuel pellet located at the bottom of the fuel rod A fuel assembly provided with a plurality of slits is provided. Thereby, the stress of the lower end plug welding part generated by the above-mentioned difference in thermal expansion can be reduced by reducing the contact area between the fuel pellet and the heat insulator.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。図1は本発明の第1の実施形態に係
る燃料集合体の燃料棒の下部の拡大断面図である。本実
施形態は燃料ペレット10と下部端栓12との間に、ペ
レットとほぼ同じ長さの径の円柱形状に成型された非発
熱体(断熱体)21を設けたものである。断熱体として
は、例えば300 〜1500℃の使用条件下でも物性の変化が
小さい二酸化アルミニウム(Al23 )のように、高
温条件下に耐えうるものを使用する。これにより、発熱
体である燃料ペレット10と下部端栓12が直接接する
ことがないから下部端栓12の温度上昇を抑制し、下部
端栓12と被覆管9の温度差に伴う熱膨張差を抑制する
ことができる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is an enlarged sectional view of a lower portion of a fuel rod of a fuel assembly according to a first embodiment of the present invention. In this embodiment, a non-heat generating body (heat insulating body) 21 formed between a fuel pellet 10 and a lower end plug 12 is formed into a cylindrical shape having a diameter substantially equal to that of the pellet. The thermal insulator, as in the example 300 to 1500 ° C. Physical properties are small aluminum dioxide changes also under conditions of use of (Al 2 O 3), to use those capable of withstanding the high temperature conditions. Thereby, the fuel pellet 10 as the heating element and the lower end plug 12 do not come into direct contact with each other, so that the temperature rise of the lower end plug 12 is suppressed, and the difference in thermal expansion due to the temperature difference between the lower end plug 12 and the cladding tube 9 is reduced. Can be suppressed.

【0019】以下本実施形態の作用効果について説明す
る。なおここで断熱体21としてはAl23 を用いる
ものとする。図2は本実施形態における下部端栓溶接部
20近傍の下部端栓温度の解析結果を示したグラフであ
る。横軸には断熱体21の高さを示し、縦軸にはそれに
対応する下部端栓温度を、従来の断熱体を置かない場合
の下部端栓最大温度を1として相対値で示した。この図
によれば、断熱体21の高さを5mm、10mmとしたと
き、それぞれ従来に比べて下部端栓最大温度が80%以
下、70%以下に低減されることがわかる。また、断熱
体21の高さが10mm以上となると下部端栓最大温度は
ほぼ変わらない、すなわち断熱体21の高さに関わらず
断熱効果が飽和する傾向を示している。従って、燃料ペ
レット10とほぼ同じ高さの10mmの断熱体21で十分
な断熱効果を図ることができる。
The operation and effect of the present embodiment will be described below. Here, Al 2 O 3 is used as the heat insulator 21. FIG. 2 is a graph showing an analysis result of the lower end plug temperature in the vicinity of the lower end plug weld 20 in the present embodiment. The horizontal axis shows the height of the heat insulator 21, the vertical axis shows the corresponding lower end plug temperature, and the relative maximum value of the lower end plug when no conventional heat insulator is placed, as 1 as a relative value. According to this figure, when the height of the heat insulator 21 is 5 mm and 10 mm, the lower end plug maximum temperature is reduced to 80% or less and 70% or less, respectively, as compared with the conventional case. When the height of the heat insulator 21 is 10 mm or more, the maximum temperature of the lower end plug hardly changes, that is, the heat insulating effect tends to be saturated regardless of the height of the heat insulator 21. Therefore, a sufficient heat insulating effect can be achieved with the heat insulator 21 having the same height as the fuel pellet 10 and having a height of 10 mm.

【0020】図3はこの場合の下部端栓12と被覆管9
との温度差の解析結果を示したグラフである。グラフの
縦軸には下部端栓12と被服管9との最大温度差を、従
来の断熱体を置かない場合の当該温度差を1として相対
値で示した。上述した断熱体21の断熱効果により、断
熱体21の高さを5mm、10mmとしたとき、それぞれ従
来に比べて当該温度差が60%以下、40%以下に低減
されることがわかる。従って、下部端栓12と被覆管9
の熱膨張差が大幅に抑制できる。
FIG. 3 shows the lower end plug 12 and the cladding tube 9 in this case.
6 is a graph showing an analysis result of a temperature difference between the graph and FIG. On the vertical axis of the graph, the maximum temperature difference between the lower end plug 12 and the coating tube 9 is shown as a relative value, assuming that the temperature difference when no conventional heat insulator is provided is 1. It can be seen that, when the height of the heat insulator 21 is set to 5 mm and 10 mm, the temperature difference is reduced to 60% or less and 40% or less as compared with the conventional case, respectively, due to the heat insulating effect of the heat insulator 21 described above. Therefore, the lower end plug 12 and the cladding tube 9
Can be greatly suppressed.

【0021】図4は下部端栓溶接部20に作用する応力
の解析結果を示したグラフである。グラフの縦軸には下
部端栓溶接部20に発生する応力を、従来の断熱体を置
かない場合の当該応力を1として相対値で示した。上述
した下部端栓12と被覆管9の熱膨張差の抑制効果によ
り、断熱体21の高さを5mm、10mmとしたとき、それ
ぞれ従来と比べて下部端栓溶接部20に発生する応力が
約50%、約30%に低減される。
FIG. 4 is a graph showing the results of analysis of the stress acting on the lower end plug weld 20. On the vertical axis of the graph, the stress generated in the lower end plug welded portion 20 is shown as a relative value with the stress when no conventional heat insulator is provided as 1. Due to the effect of suppressing the difference in thermal expansion between the lower end plug 12 and the cladding tube 9 described above, when the height of the heat insulator 21 is set to 5 mm and 10 mm, the stress generated in the lower end plug weld 20 is smaller than that of the conventional case. 50%, reduced to about 30%.

【0022】一方、従来の図13に示す場合での下部端
栓溶接部20に発生する応力は、MOX燃料棒を1とす
るとウラン燃料棒はおよそ0.6である。このことを考
慮すれば、断熱体21を設けることにより、特に断熱体
21の高さを5mm以上とした場合には、下部端栓溶接部
20に発生する応力を従来のウラン燃料棒と同程度ある
いはそれ以下に低減することができる。
On the other hand, the stress generated in the lower end plug welding portion 20 in the conventional case shown in FIG. 13 is approximately 0.6 for the uranium fuel rod, assuming that the MOX fuel rod is 1. In consideration of this, by providing the heat insulator 21, especially when the height of the heat insulator 21 is set to 5 mm or more, the stress generated in the lower end plug weld 20 is almost the same as that of the conventional uranium fuel rod. Alternatively, it can be reduced to less than that.

【0023】以下本発明の第2の実施形態について説明
する。図5は本実施形態に係る燃料集合体の燃料棒の下
部拡大断面図である。本実施形態では、燃料ペレット1
0と下部端栓12との間に断熱体となるペデスタル構造
体22を設けたものである。このペデスタル構造体22
は、燃料ペレット10の接触部22aと下部端栓12と
の連結部22bから成り、この連結部22bは接触部2
2aより細径となるよう設定した。
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is an enlarged sectional view of a lower part of a fuel rod of the fuel assembly according to the present embodiment. In the present embodiment, the fuel pellet 1
A pedestal structure 22 serving as a heat insulator is provided between the lower end plug 12 and the lower end plug 12. This pedestal structure 22
Comprises a connecting portion 22b between the contact portion 22a of the fuel pellet 10 and the lower end plug 12, and the connecting portion 22b is
The diameter was set to be smaller than 2a.

【0024】こうして連結部22bを細径とすることに
より、このペデスタル構造体22と下部端栓溶接部20
近傍との間に間隙を設けて発熱体である燃料ペレット1
0と下部端栓12との距離を従来より大きくすること
で、下部端栓12への熱の伝達を抑制する。この構成に
よれば、上述した第1の実施形態において燃料棒の燃料
有効長下部に設けた断熱体21の高さより、ペデスタル
構造体22の高さを低くすることができると同時に、第
1の実施形態と同様に下部端栓溶接部20に発生する応
力を抑制することができる。
By thus reducing the diameter of the connecting portion 22b, the pedestal structure 22 and the lower end plug welding portion 20 are formed.
A fuel pellet 1 which is a heating element by providing a gap between
By increasing the distance between 0 and the lower end plug 12 as compared with the related art, heat transfer to the lower end plug 12 is suppressed. According to this configuration, the height of the pedestal structure 22 can be made lower than the height of the heat insulator 21 provided below the effective fuel length of the fuel rod in the first embodiment described above, and at the same time, the first As in the embodiment, the stress generated in the lower end plug weld 20 can be suppressed.

【0025】以下本発明の第3の実施形態について説明
する。本実施形態は、従来の場合として図13に示した
燃料棒の下部端栓12の上方のベース部、すなわち下部
端栓12の発熱体である燃料ペレット10との接触面
に、複数のスリット23を一方向に設けたものである。
図6(a)は本実施形態に係る燃料集合体の燃料棒下部
端栓12の拡大断面図、図6(b)は図6(a)の燃料
棒下部端栓12の上面図である。図6(a)において斜
線で示した部分が燃料ペレット10と直接接触する面で
ある。
Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, a plurality of slits 23 are formed on the base portion above the lower end plug 12 of the fuel rod shown in FIG. 13 as a conventional case, that is, the contact surface of the lower end plug 12 with the fuel pellet 10 which is a heating element. Are provided in one direction.
FIG. 6A is an enlarged sectional view of the fuel rod lower end plug 12 of the fuel assembly according to the present embodiment, and FIG. 6B is a top view of the fuel rod lower end plug 12 of FIG. 6A. In FIG. 6A, the hatched portion is the surface that directly contacts the fuel pellet 10.

【0026】このように下部端栓12のベース部に複数
のスリット23を一方向に設けることにより、発熱体で
ある燃料ペレット10と下部端栓12との接触面積を減
らすことで燃料ペレット10からの下部端栓12への熱
の伝導を抑制し、下部端栓12と被覆管9との温度差に
よる熱膨張差から生じる応力を低減することができる。
By providing a plurality of slits 23 in one direction in the base portion of the lower end plug 12 as described above, the contact area between the fuel pellet 10 as a heating element and the lower end plug 12 is reduced, so that the fuel pellet 10 The heat conduction to the lower end plug 12 can be suppressed, and the stress caused by the difference in thermal expansion due to the temperature difference between the lower end plug 12 and the cladding tube 9 can be reduced.

【0027】また本実施形態の変形例として、下部端栓
12のベース部に格子状のスリットを設けたものがあ
る。図6(c)はこの場合の下部端栓12の上面図であ
る。この構成によっても本実施形態と同様の作用効果を
得ることができる。
As a modification of the present embodiment, there is a lower end plug 12 provided with a lattice-shaped slit in the base portion. FIG. 6C is a top view of the lower end plug 12 in this case. With this configuration, the same operation and effect as the embodiment can be obtained.

【0028】以下本発明の第4の実施形態について説明
する。本実施形態は、従来の場合として図13に示した
燃料棒の燃料有効長の最下部の燃料ペレット24の下面
の下部端栓12との接触面に、複数のスリット23を一
方向に設けたものである。図7(a)は本実施形態に係
る燃料集合体の燃料有効長の最下部の燃料ペレット24
の拡大断面図、図7(b)は図7(a)の下面図であ
る。図7(a)において斜線で示した部分が下部端栓1
2と直接接触する面である。
Hereinafter, a fourth embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, a plurality of slits 23 are provided in one direction on the contact surface of the lower surface of the lowermost fuel pellet 24 of the fuel effective length of the fuel rod shown in FIG. Things. FIG. 7A shows the lowermost fuel pellet 24 of the active fuel length of the fuel assembly according to this embodiment.
7 (b) is a bottom view of FIG. 7 (a). In FIG. 7A, the hatched portion is the lower end plug 1.
2 is a surface that directly contacts.

【0029】なお、図7(a)に示すように燃料ペレッ
ト24の上面にも同様のスリット23を設けてもよい
が、本実施形態の本質は燃料ペレット24の下面にスリ
ットを設けた点にある。
Although a similar slit 23 may be provided on the upper surface of the fuel pellet 24 as shown in FIG. 7A, the essence of this embodiment is that the slit is provided on the lower surface of the fuel pellet 24. is there.

【0030】このように燃料ペレット24の下部端栓1
2との接触面に複数のスリットを一方向に設けることに
より、発熱体である燃料ペレット24と下部端栓12と
の接触面積を減らすことで燃料ペレット10からの下部
端栓12への熱の伝導を抑制し、下部端栓12と被覆管
9との温度差による熱膨張差から生じる応力を低減する
ことができる。
As described above, the lower end plug 1 of the fuel pellet 24
By providing a plurality of slits in one direction on the contact surface with the second end 2, the contact area between the fuel pellet 24, which is a heating element, and the lower end plug 12 is reduced, so that heat from the fuel pellet 10 to the lower end plug 12 is reduced. Conduction can be suppressed, and stress caused by a difference in thermal expansion due to a temperature difference between the lower end plug 12 and the cladding tube 9 can be reduced.

【0031】また本実施形態の変形例として、燃料ペレ
ット24の下部端栓12との接触面に格子状のスリット
を設けたものがある。図7(c)はこの場合の燃料ペレ
ットの下面図である。この構成によっても本実施形態と
同様の作用効果を得ることができる。
As a modification of this embodiment, there is a fuel pellet 24 in which a lattice-shaped slit is provided on the contact surface with the lower end plug 12. FIG. 7C is a bottom view of the fuel pellet in this case. With this configuration, the same operation and effect as the embodiment can be obtained.

【0032】以上いくつかの実施の形態を示したが、こ
れらの実施形態を適宜組み合わせることにより、燃料ペ
レットと下部端栓との接触面積を減らすことで、燃料棒
を下部端栓と被覆管との温度差による熱膨張差から生じ
る応力を低減した構造とすることができる。その一例を
第5の実施形態として以下説明する。図8は本実施形態
に係る燃料棒下部端栓の上部に位置するペデスタル構造
体25の拡大断面図である。
Although several embodiments have been described above, by appropriately combining these embodiments, the contact area between the fuel pellet and the lower end plug is reduced, so that the fuel rod can be connected to the lower end plug and the cladding tube. The structure can reduce the stress caused by the difference in thermal expansion due to the temperature difference. One example is described below as a fifth embodiment. FIG. 8 is an enlarged sectional view of the pedestal structure 25 located above the fuel rod lower end plug according to the present embodiment.

【0033】図8に示したペデスタル構造体25は、第
2の実施形態として図5に示した下部端栓12の上部に
位置する非発熱体のペデスタル構造体22の燃料ペレッ
ト10との接触面に、第3の実施形態において説明した
スリット23を設けた構造である。このスリットは、第
3の実施形態において図示して説明したように、一方向
のもの、格子状のもののいずれでもよい。これにより、
第2の実施形態と第3の実施形態の作用効果を併せ持つ
ことができる。
The pedestal structure 25 shown in FIG. 8 is a contact surface of the pedestal structure 22 of the non-heating element located above the lower end plug 12 shown in FIG. In this structure, the slit 23 described in the third embodiment is provided. As shown and described in the third embodiment, this slit may be either one-way or lattice-shaped. This allows
The functions and effects of the second embodiment and the third embodiment can be combined.

【0034】また、以上の各実施形態はMOX燃料棒に
ついてのみではなく、従来のウラン燃料棒においても適
用可能である。この場合、上述の作用によって、従来よ
り下部端栓溶接部に作用する応力をさらに低減すること
ができる。
The above embodiments are applicable not only to MOX fuel rods but also to conventional uranium fuel rods. In this case, the stress acting on the lower end plug welded portion can be further reduced by the above-described operation.

【0035】[0035]

【発明の効果】本発明の各実施例に関わる燃料集合体に
よれば、MOX燃料棒の下部端栓溶接部に作用する応力
をウラン燃料棒と同等あるいはそれ以下に低減すること
により、より安全な燃料集合体を提供することができ
る。
According to the fuel assemblies according to the embodiments of the present invention, the stress acting on the lower end plug welding portion of the MOX fuel rod is reduced to a level equal to or less than that of the uranium fuel rod, thereby providing a safer fuel. It is possible to provide a simple fuel assembly.

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

【図1】本発明の第1の実施形態に係る燃料集合体の燃
料棒の下部の拡大断面図である。
FIG. 1 is an enlarged sectional view of a lower portion of a fuel rod of a fuel assembly according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施形態における燃料棒下部端
栓溶接部近傍の下部端栓温度の解析結果を示したグラフ
である。
FIG. 2 is a graph showing an analysis result of a lower end plug temperature in the vicinity of a fuel rod lower end plug weld in the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1の実施形態における燃料棒下部端
栓と被覆管との温度差の解析結果を示したグラフであ
る。
FIG. 3 is a graph showing an analysis result of a temperature difference between a fuel rod lower end plug and a cladding tube according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第1の実施形態における燃料棒下部端
栓溶接部に作用する応力の解析結果を示したグラフであ
る。
FIG. 4 is a graph showing an analysis result of stress acting on a fuel rod lower end plug weld in the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第2の実施形態に係る燃料集合体の燃
料棒の下部の拡大断面図である。
FIG. 5 is an enlarged sectional view of a lower portion of a fuel rod of a fuel assembly according to a second embodiment of the present invention.

【図6】(a)は本発明の第3の実施形態に係る燃料集
合体の燃料棒の下部端栓の拡大断面図、(b)は(a)
に示した下部端栓の上面図、(c)は本実施形態の変形
例に係る燃料集合体の燃料棒の下部端栓の上面図であ
る。
FIG. 6A is an enlarged sectional view of a lower end plug of a fuel rod of a fuel assembly according to a third embodiment of the present invention, and FIG.
(C) is a top view of a lower end plug of a fuel rod of a fuel assembly according to a modification of the present embodiment.

【図7】(a)は本発明の第4の実施形態に係る燃料集
合体の燃料棒の燃料有効長の最下に位置する燃料ペレッ
トの拡大断面図、(b)は(a)に示した燃料ペレット
の上面図、(c)は本実施形態の変形例に係る燃料集合
体の燃料棒の燃料有効長の最下に位置する燃料ペレット
の上面図である。
FIG. 7A is an enlarged sectional view of a fuel pellet located at the bottom of a fuel effective length of a fuel rod of a fuel assembly according to a fourth embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 8C is a top view of the fuel pellets, and FIG. 9C is a top view of the fuel pellets located at the bottom of the effective fuel length of the fuel rods of the fuel assembly according to the modification of the embodiment.

【図8】本発明の第5の実施形態に係る燃料集合体の燃
料棒の下部端栓の上部に位置するペデスタル構造体18
の拡大断面図である。
FIG. 8 shows a pedestal structure 18 located above a lower end plug of a fuel rod of a fuel assembly according to a fifth embodiment of the present invention.
It is an expanded sectional view of.

【図9】従来の燃料集合体の構成を示した切欠斜視図で
ある。
FIG. 9 is a cutaway perspective view showing the configuration of a conventional fuel assembly.

【図10】従来の燃料集合体の燃料棒の縦断面図であ
る。
FIG. 10 is a longitudinal sectional view of a fuel rod of a conventional fuel assembly.

【図11】(a)は従来のウラン燃料棒の断面図、
(b)は従来のMOX燃料棒の断面図である。
11A is a cross-sectional view of a conventional uranium fuel rod, FIG.
(B) is a sectional view of a conventional MOX fuel rod.

【図12】従来のウラン燃料及びMOX燃料の軸方向出
力を模式的に示したグラフである。
FIG. 12 is a graph schematically showing the axial output of a conventional uranium fuel and MOX fuel.

【図13】従来の燃料集合体の燃料棒の下部拡大断面図
である。
FIG. 13 is an enlarged sectional view of a lower part of a fuel rod of a conventional fuel assembly.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 燃料集合体 2 チャンネルボックス 3 燃料棒 4 ウォータロッド 5 スペーサ 6 上部タイプレート 7 下部タイプレート 8 フィンガスプリング 9 燃料被覆管 10、24 燃料ペレット 11 上部端栓 12 下部端栓 13 燃料有効部 14 燃料棒プレナム部 15 スプリング 16 ゲッタ 17 天然ウランペレット 18 濃縮ウランペレット 19 MOXペレット 20 下部端栓溶接部 21、22、25 断熱体 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel assembly 2 Channel box 3 Fuel rod 4 Water rod 5 Spacer 6 Upper tie plate 7 Lower tie plate 8 Finger spring 9 Fuel cladding tube 10, 24 Fuel pellet 11 Upper end plug 12 Lower end plug 13 Effective fuel section 14 Fuel rod Plenum part 15 Spring 16 Getter 17 Natural uranium pellet 18 Concentrated uranium pellet 19 MOX pellet 20 Lower end plug welding part 21, 22, 25 Heat insulator

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小村 清一 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株 式会社東芝横浜事業所内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Seiichi Komura 8 Shinsugita-cho, Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Inside the Toshiba Yokohama office

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 核分裂性物質からなる燃料ペレットを被
覆管に装填し上下端に上部端栓及び下部端栓を備えた複
数本の燃料棒と、これら燃料棒を格子状に束ね前記燃料
棒の上下端を保持する上部タイプレート及び下部タイプ
レートと、これら両タイプレート間で前記燃料棒相互の
間隔を保持する複数のスペーサを有する燃料集合体にお
いて、前記燃料棒の少なくとも一部には前記燃料ペレッ
トと前記燃料棒下部端栓との間に断熱体を設けてなるこ
とを特徴とする燃料集合体。
1. A fuel pellet comprising fissile material loaded in a cladding tube, a plurality of fuel rods having upper and lower end plugs at upper and lower ends, and a plurality of fuel rods bundled in a lattice shape. In a fuel assembly having an upper tie plate holding an upper end and a lower tie plate, and a plurality of spacers holding an interval between the fuel rods between the two tie plates, at least a part of the fuel rod has the fuel A fuel assembly comprising a heat insulator provided between the pellet and the fuel rod lower end plug.
【請求項2】 前記断熱体が設けられた燃料棒の燃料ペ
レットは二酸化ウランと二酸化プルトニウムを混合し成
型した混合酸化物からなることを特徴とする請求項1記
載の燃料集合体。
2. The fuel assembly according to claim 1, wherein the fuel pellet of the fuel rod provided with the heat insulator is made of a mixed oxide formed by mixing uranium dioxide and plutonium dioxide.
【請求項3】 前記断熱体は二酸化アルミニウム(Al
23 )からなることを特徴とする請求項1記載の燃料
集合体。
3. The heat insulator is made of aluminum dioxide (Al).
2. The fuel assembly according to claim 1, comprising 2 O 3 ). 3 .
【請求項4】 前記断熱体は前記燃料ペレットと実質的
に同じ径を持つ円柱形状に成型されてなることを特徴と
する請求項1記載の燃料集合体。
4. The fuel assembly according to claim 1, wherein the heat insulator is formed into a cylindrical shape having substantially the same diameter as the fuel pellet.
【請求項5】 前記断熱体は前記下部端栓の上面に設け
られたペデスタル構造体であり、かつこのペデスタル構
造体は前記燃料ペレットとの接触部と前記下部端栓との
連結部とからなり、この連結部の径は前記接触部の径よ
り小さいことを特徴とする請求項1記載の燃料集合体。
5. The heat insulator is a pedestal structure provided on an upper surface of the lower end plug, and the pedestal structure includes a contact portion with the fuel pellet and a connection portion with the lower end plug. 2. The fuel assembly according to claim 1, wherein the diameter of the connecting portion is smaller than the diameter of the contact portion.
【請求項6】 前記断熱体の上面または下面の少なくと
も一方に複数のスリットを設けてなることを特徴とする
請求項1乃至請求項5記載の燃料集合体。
6. The fuel assembly according to claim 1, wherein a plurality of slits are provided on at least one of an upper surface and a lower surface of the heat insulator.
【請求項7】 核分裂性物質からなる燃料ペレットを被
覆管に装填し上下端に上部端栓及び下部端栓を備えた複
数本の燃料棒と、これら燃料棒を格子状に束ね前記燃料
棒の上下端を保持する上部タイプレート及び下部タイプ
レートと、これら両タイプレート間で前記燃料棒相互の
間隔を保持する複数のスペーサを有する燃料集合体にお
いて、前記燃料棒の少なくとも一部には前記燃料棒下部
端栓の上面に複数のスリットを設けてなることを特徴と
する燃料集合体。
7. A plurality of fuel rods, each of which is provided with an upper end plug and a lower end plug at upper and lower ends by loading a fuel pellet made of fissile material into a cladding tube; In a fuel assembly having an upper tie plate holding an upper end and a lower tie plate, and a plurality of spacers holding an interval between the fuel rods between the two tie plates, at least a part of the fuel rod has the fuel A fuel assembly comprising a plurality of slits provided on an upper surface of a rod lower end plug.
【請求項8】 核分裂性物質からなる燃料ペレットを被
覆管に装填し上下端に上部端栓及び下部端栓を備えた複
数本の燃料棒と、これら燃料棒を格子状に束ね前記燃料
棒の上下端を保持する上部タイプレート及び下部タイプ
レートと、これら両タイプレート間で前記燃料棒相互の
間隔を保持する複数のスペーサを有する燃料集合体にお
いて、前記燃料棒の最下に位置する燃料ペレットの下面
に複数のスリットを設けてなることを特徴とする燃料集
合体。
8. A plurality of fuel rods each having a fuel pellet made of fissile material loaded in a cladding tube and having upper and lower end plugs at upper and lower ends, and a plurality of fuel rods bundled in a lattice shape. In a fuel assembly having an upper tie plate holding an upper end and a lower tie plate and a plurality of spacers holding an interval between the fuel rods between the two tie plates, a fuel pellet located at the bottom of the fuel rod A fuel assembly comprising a plurality of slits provided on a lower surface of a fuel assembly.
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