JPH11183674A - 原子炉用液体金属ボンド型燃料棒 - Google Patents
原子炉用液体金属ボンド型燃料棒Info
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- JPH11183674A JPH11183674A JP9367410A JP36741097A JPH11183674A JP H11183674 A JPH11183674 A JP H11183674A JP 9367410 A JP9367410 A JP 9367410A JP 36741097 A JP36741097 A JP 36741097A JP H11183674 A JPH11183674 A JP H11183674A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 原子炉照射中の燃料ペレットから被覆管への
伝熱性を向上させることができるばかりでなく、燃料棒
内圧の増加を抑制できるようにする。 【解決手段】 被覆管１０が上部端栓１６と下部端栓１
８とで封止されており、内部に多数の筒状の燃料ペレッ
ト１２が装填され残りの空間が上部ガスプレナム１４に
なっていて、プレナムスプリング２０によって燃料ペレ
ットの軸方向の移動を規制し、液体金属２２を充填して
伝熱性を改善した原子炉用燃料棒である。燃料ペレット
に形成されている連通中心空孔に、上部に孔３０を開け
た有底の中心管３２を挿入し、中心管の内部を上部ガス
プレナムと連通するガス空間としてガス空間体積を増大
させる。プレナムスプリングを用いずに、下部端栓の被
覆管挿入部に液体金属が自由に入り込める溝又は孔を形
成することで、燃料ペレットを下部端栓に固定可能と
し、ガス空間体積を増大させることもできる。
伝熱性を向上させることができるばかりでなく、燃料棒
内圧の増加を抑制できるようにする。 【解決手段】 被覆管１０が上部端栓１６と下部端栓１
８とで封止されており、内部に多数の筒状の燃料ペレッ
ト１２が装填され残りの空間が上部ガスプレナム１４に
なっていて、プレナムスプリング２０によって燃料ペレ
ットの軸方向の移動を規制し、液体金属２２を充填して
伝熱性を改善した原子炉用燃料棒である。燃料ペレット
に形成されている連通中心空孔に、上部に孔３０を開け
た有底の中心管３２を挿入し、中心管の内部を上部ガス
プレナムと連通するガス空間としてガス空間体積を増大
させる。プレナムスプリングを用いずに、下部端栓の被
覆管挿入部に液体金属が自由に入り込める溝又は孔を形
成することで、燃料ペレットを下部端栓に固定可能と
し、ガス空間体積を増大させることもできる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料物質として二
酸化ウランあるいはウラン・プルトニウム混合酸化物燃
料を用いる原子炉用燃料棒に関し、更に詳しく述べる
と、被覆管と燃料ペレットとのギャップ部などに液体金
属が充填されている構造の原子炉用液体金属ボンド型燃
料棒に関するものである。
酸化ウランあるいはウラン・プルトニウム混合酸化物燃
料を用いる原子炉用燃料棒に関し、更に詳しく述べる
と、被覆管と燃料ペレットとのギャップ部などに液体金
属が充填されている構造の原子炉用液体金属ボンド型燃
料棒に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】二酸化ウラン（ＵＯ2 ）あるいはウラン
・プルトニウム混合酸化物（ＭＯＸ）からなる燃料ペレ
ットを用いる原子炉用燃料棒は、通常、被覆管内に多数
の円柱状の燃料ペレットを充填すると共に残りの空間を
ガスプレナムとし、前記被覆管の上下両端を上部端栓と
下部端栓で封止した構造である。ガスプレナムには、輸
送時の燃料ペレットの軸方向の移動を規制するためのプ
レナムスプリングを装填する。
・プルトニウム混合酸化物（ＭＯＸ）からなる燃料ペレ
ットを用いる原子炉用燃料棒は、通常、被覆管内に多数
の円柱状の燃料ペレットを充填すると共に残りの空間を
ガスプレナムとし、前記被覆管の上下両端を上部端栓と
下部端栓で封止した構造である。ガスプレナムには、輸
送時の燃料ペレットの軸方向の移動を規制するためのプ
レナムスプリングを装填する。
【０００３】近年、燃料温度の低下を図るために、中空
燃料あるいは液体金属ボンド型中空燃料の使用が検討さ
れている。中空燃料は、例えば図７のＡに示すように、
被覆管１０内に多数の円筒状の燃料ペレット（中空ペレ
ット）１２を充填すると共に残りの領域を上部ガスプレ
ナム１４とし、前記被覆管１０の上下両端を上部端栓１
６と下部端栓１８で封止した構造である。上部ガスプレ
ナム１４に組み込んだプレナムスプリング２０は、輸送
時における燃料ペレット１２の軸方向の移動を規制する
機能を果たす。他方、従来の液体金属ボンド型中空燃料
は、上記中空燃料とほぼ同様の構造をなしているが、図
７のＢに示すように、被覆管１０の内部に熱伝導率が大
きい液体金属２２を充填した点が異なる。この液体金属
２２は、被覆管１０と燃料ペレット１２とのギャップ部
及び燃料ペレット１２の連通中心空孔を満たし、伝熱性
を向上させる機能を果たす。
燃料あるいは液体金属ボンド型中空燃料の使用が検討さ
れている。中空燃料は、例えば図７のＡに示すように、
被覆管１０内に多数の円筒状の燃料ペレット（中空ペレ
ット）１２を充填すると共に残りの領域を上部ガスプレ
ナム１４とし、前記被覆管１０の上下両端を上部端栓１
６と下部端栓１８で封止した構造である。上部ガスプレ
ナム１４に組み込んだプレナムスプリング２０は、輸送
時における燃料ペレット１２の軸方向の移動を規制する
機能を果たす。他方、従来の液体金属ボンド型中空燃料
は、上記中空燃料とほぼ同様の構造をなしているが、図
７のＢに示すように、被覆管１０の内部に熱伝導率が大
きい液体金属２２を充填した点が異なる。この液体金属
２２は、被覆管１０と燃料ペレット１２とのギャップ部
及び燃料ペレット１２の連通中心空孔を満たし、伝熱性
を向上させる機能を果たす。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このような液体金属ボ
ンド型中空燃料は、液体金属が充填されているために、
単なる中空燃料に比べて燃料ペレットから被覆管への伝
熱性が優れているという利点がある。しかし、充填され
ている液体金属のために、燃料棒内のガス空間の体積が
少なくなり、燃料棒内圧が増加する問題が生じる。
ンド型中空燃料は、液体金属が充填されているために、
単なる中空燃料に比べて燃料ペレットから被覆管への伝
熱性が優れているという利点がある。しかし、充填され
ている液体金属のために、燃料棒内のガス空間の体積が
少なくなり、燃料棒内圧が増加する問題が生じる。
【０００５】本発明の目的は、原子炉照射中の燃料ペレ
ットから被覆管への伝熱性を向上させることができるば
かりでなく、燃料棒内圧の増加を抑制できる原子炉用液
体金属ボンド型燃料棒を提供することである。本発明の
他の目的は、プレナムスプリングを使用することなく燃
料棒輸送中の燃料ペレットの移動を阻止できるように
し、プレナムスプリングが不要となった分だけ、燃料棒
内圧の増加を抑制できると共に、容易に製作できるよう
な構造の原子炉用液体金属ボンド型燃料棒を提供するこ
とである。
ットから被覆管への伝熱性を向上させることができるば
かりでなく、燃料棒内圧の増加を抑制できる原子炉用液
体金属ボンド型燃料棒を提供することである。本発明の
他の目的は、プレナムスプリングを使用することなく燃
料棒輸送中の燃料ペレットの移動を阻止できるように
し、プレナムスプリングが不要となった分だけ、燃料棒
内圧の増加を抑制できると共に、容易に製作できるよう
な構造の原子炉用液体金属ボンド型燃料棒を提供するこ
とである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
被覆管の両端が上部端栓と下部端栓とで封止されてお
り、該被覆管の内部に多数の筒状の燃料ペレットが装填
され残りの空間が上部ガスプレナムになっていて、該上
部ガスプレナムにプレナムスプリングを組み込んで燃料
ペレットの軸方向の移動を規制し、且つ被覆管内部のギ
ャップ部に液体金属を充填した構造の原子炉用液体金属
ボンド型燃料棒である。ここで、各燃料ペレットの中空
部によって形成される連通中心空孔に、上部に孔を開け
た有底の中心管を挿入し、該中心管の内部を上部ガスプ
レナムと連通するガス空間としており、その点に特徴が
ある。
被覆管の両端が上部端栓と下部端栓とで封止されてお
り、該被覆管の内部に多数の筒状の燃料ペレットが装填
され残りの空間が上部ガスプレナムになっていて、該上
部ガスプレナムにプレナムスプリングを組み込んで燃料
ペレットの軸方向の移動を規制し、且つ被覆管内部のギ
ャップ部に液体金属を充填した構造の原子炉用液体金属
ボンド型燃料棒である。ここで、各燃料ペレットの中空
部によって形成される連通中心空孔に、上部に孔を開け
た有底の中心管を挿入し、該中心管の内部を上部ガスプ
レナムと連通するガス空間としており、その点に特徴が
ある。
【０００７】また請求項２に係る発明は、被覆管の両端
が上部端栓と下部端栓とで封止されており、該被覆管の
内部に多数の燃料ペレットが装填され残りの空間が上部
ガスプレナムになっていて、被覆管内部のギャップ部に
液体金属が充填されている構造の原子炉用液体金属ボン
ド型燃料棒である。ここで、上部ガスプレナムにプレナ
ムスプリングは無く、代わりに下部端栓の被覆管挿入部
に液体金属が自由に入り込める溝又は孔が形成されてい
て、輸送時は、固化した液体金属によって各燃料ペレッ
トを下部端栓に固定する構成である。
が上部端栓と下部端栓とで封止されており、該被覆管の
内部に多数の燃料ペレットが装填され残りの空間が上部
ガスプレナムになっていて、被覆管内部のギャップ部に
液体金属が充填されている構造の原子炉用液体金属ボン
ド型燃料棒である。ここで、上部ガスプレナムにプレナ
ムスプリングは無く、代わりに下部端栓の被覆管挿入部
に液体金属が自由に入り込める溝又は孔が形成されてい
て、輸送時は、固化した液体金属によって各燃料ペレッ
トを下部端栓に固定する構成である。
【０００８】更に請求項３に係る発明は、被覆管の両端
が上部端栓と下部端栓とで封止されており、該被覆管の
内部に多数の筒状の燃料ペレットが装填され残りの空間
が上部ガスプレナムになっていて、被覆管内部のギャッ
プ部に液体金属が充填されている構造の原子炉用液体金
属ボンド型燃料棒である。ここで、上部ガスプレナムに
プレナムスプリングは無く、代わりに下部端栓の被覆管
挿入部に液体金属が自由に入り込める溝又は孔が形成さ
れていて、輸送時は、固化した液体金属によって各燃料
ペレットが下部端栓に固定され、且つ各燃料ペレットの
中空部によって形成される連通中心空孔に、上部に孔を
開けた有底の中心管を挿入し、該中心管の内部を上部ガ
スプレナムと連通するガス空間とする構成である。
が上部端栓と下部端栓とで封止されており、該被覆管の
内部に多数の筒状の燃料ペレットが装填され残りの空間
が上部ガスプレナムになっていて、被覆管内部のギャッ
プ部に液体金属が充填されている構造の原子炉用液体金
属ボンド型燃料棒である。ここで、上部ガスプレナムに
プレナムスプリングは無く、代わりに下部端栓の被覆管
挿入部に液体金属が自由に入り込める溝又は孔が形成さ
れていて、輸送時は、固化した液体金属によって各燃料
ペレットが下部端栓に固定され、且つ各燃料ペレットの
中空部によって形成される連通中心空孔に、上部に孔を
開けた有底の中心管を挿入し、該中心管の内部を上部ガ
スプレナムと連通するガス空間とする構成である。
【０００９】
【実施例】図１は請求項１の発明に係る原子炉用液体金
属ボンド型燃料棒の一実施例を示す説明図である。被覆
管１０の上下両端が上部端栓１６と下部端栓１８とで封
止され、その内部が密閉空間となっている。該密閉空間
に多数の円筒状の燃料ペレット１２を一列に積み重ねた
状態で充填する。燃料ペレット１２は、二酸化ウラン
（ＵＯ2 ）又はウラン・プルトニウム混合酸化物（ＭＯ
Ｘ）からなる。前記密閉空間の残りの領域は上部ガスプ
レナム１４となっていて、プレナムプリング２０が装填
される。このプレナムスプリング２０は、輸送中に燃料
ペレット１２が軸方向に移動するのを規制する機能を果
たすものである。
属ボンド型燃料棒の一実施例を示す説明図である。被覆
管１０の上下両端が上部端栓１６と下部端栓１８とで封
止され、その内部が密閉空間となっている。該密閉空間
に多数の円筒状の燃料ペレット１２を一列に積み重ねた
状態で充填する。燃料ペレット１２は、二酸化ウラン
（ＵＯ2 ）又はウラン・プルトニウム混合酸化物（ＭＯ
Ｘ）からなる。前記密閉空間の残りの領域は上部ガスプ
レナム１４となっていて、プレナムプリング２０が装填
される。このプレナムスプリング２０は、輸送中に燃料
ペレット１２が軸方向に移動するのを規制する機能を果
たすものである。
【００１０】本実施例では、各燃料ペレット１２の中空
部によって形成される連通中心空孔に、上部側面に孔３
０を開けた中心管３２を挿入する。この中心管３２は、
有底で各燃料ペレット１２の中空部よりやや小径の円筒
管であって、下部端栓１８の上面から上部端栓１６の下
面近傍まで、ほぼ密閉空間の全高にわたって延びてい
る。前記孔３０は、中心管３２の上端近傍に形成されて
いて、それによって中心管３２の内部が上部ガスプレナ
ム１４と連通するガス空間となる。前記被覆管内には液
体金属２２を充填する。充填する液体金属の量は、上部
ガスプレナム１４の大部分が残る程度とする。従って、
液体金属２２は、被覆管１０と燃料ペレット１２とのギ
ャップ部、及び燃料ペレット１２と中心管３２とのギャ
ップ部に充填されることになる。
部によって形成される連通中心空孔に、上部側面に孔３
０を開けた中心管３２を挿入する。この中心管３２は、
有底で各燃料ペレット１２の中空部よりやや小径の円筒
管であって、下部端栓１８の上面から上部端栓１６の下
面近傍まで、ほぼ密閉空間の全高にわたって延びてい
る。前記孔３０は、中心管３２の上端近傍に形成されて
いて、それによって中心管３２の内部が上部ガスプレナ
ム１４と連通するガス空間となる。前記被覆管内には液
体金属２２を充填する。充填する液体金属の量は、上部
ガスプレナム１４の大部分が残る程度とする。従って、
液体金属２２は、被覆管１０と燃料ペレット１２とのギ
ャップ部、及び燃料ペレット１２と中心管３２とのギャ
ップ部に充填されることになる。
【００１１】本発明（図１に示す管挿入型液体金属中空
燃料）、従来技術Ａ（図７のＡに示す中空燃料）、従来
技術Ｂ（図７のＢに示す液体金属中空燃料）を、軽水炉
（ＬＷＲ）用の燃料棒に適用した場合について、原子炉
照射特性を解析した。基本的な共通の解析条件は次の通
りである。 ・被覆管外径：１４．５mm ・燃料ペレット外径：１２．４mm ・燃料ペレット−被覆管ギャップ：０．３mm ・燃料ペレット中心孔径：３．６mm ・上部ガスプレナム体積：６１cm3
燃料）、従来技術Ａ（図７のＡに示す中空燃料）、従来
技術Ｂ（図７のＢに示す液体金属中空燃料）を、軽水炉
（ＬＷＲ）用の燃料棒に適用した場合について、原子炉
照射特性を解析した。基本的な共通の解析条件は次の通
りである。 ・被覆管外径：１４．５mm ・燃料ペレット外径：１２．４mm ・燃料ペレット−被覆管ギャップ：０．３mm ・燃料ペレット中心孔径：３．６mm ・上部ガスプレナム体積：６１cm3
【００１２】各燃料棒に特有の解析条件、及び各燃料棒
についての解析結果を表１に示す。また各燃料棒につい
て、照射中の燃料中心温度の変化を図２に示し、照射中
の燃料棒内圧の変化を図３に示す。
についての解析結果を表１に示す。また各燃料棒につい
て、照射中の燃料中心温度の変化を図２に示し、照射中
の燃料棒内圧の変化を図３に示す。
【００１３】
【表１】
【００１４】表１から、燃料中心温度（最高温度）は、
従来技術Ａ（中空燃料）では１４００℃であるのに対し
て、従来技術Ｂ（液体金属中空燃料）では１２６０℃、
本発明（管挿入型液体金属中空燃料）では１２４０℃で
あり、液体金属を使用した燃料棒は、燃料ペレット−被
覆管ギャップ部に熱伝導率が大きい液体金属（ここでは
Ｓｎ）が充填されていることにより、１５０℃程度低減
することが分かる。そして図２から、照射期間を通し
て、中空燃料（従来技術Ａ）は液体金属ボンド型燃料
（従来技術Ｂ及び本発明）よりも、燃料中心温度が高い
ことも分かる。
従来技術Ａ（中空燃料）では１４００℃であるのに対し
て、従来技術Ｂ（液体金属中空燃料）では１２６０℃、
本発明（管挿入型液体金属中空燃料）では１２４０℃で
あり、液体金属を使用した燃料棒は、燃料ペレット−被
覆管ギャップ部に熱伝導率が大きい液体金属（ここでは
Ｓｎ）が充填されていることにより、１５０℃程度低減
することが分かる。そして図２から、照射期間を通し
て、中空燃料（従来技術Ａ）は液体金属ボンド型燃料
（従来技術Ｂ及び本発明）よりも、燃料中心温度が高い
ことも分かる。
【００１５】また表１から、照射末期での燃料棒内圧
は、従来技術Ｂ（液体金属中空燃料）は２．４ＭＰａで
あるのに対して、従来技術Ａ（中空燃料）は１．９ＭＰ
ａ、本発明（管挿入型液体金属中空燃料）では１．８Ｍ
Ｐａである。上部ガスプレナム体積が同一の場合、従来
技術Ｂ（液体金属中空燃料）は従来技術Ａ（中空燃料）
に比べ、燃料ペレットの連通中心空孔及び燃料ペレット
−被覆管ギャップ部に液体金属が充填されているために
燃料棒のガス空間体積が小さくなり、燃料棒内圧が高く
なる。しかし本発明のように、孔を開けた中心管を設置
すると、該中心管の内部をガス空間として確保できるこ
とになる。そのため、通常の液体金属中空燃料（従来技
術Ｂ）と比較して、照射末期で燃料棒内圧を約２５％低
減できる。また本発明を従来技術Ａと比べると、燃料ペ
レット−被覆管ギャップ部に液体金属が充填されている
ために燃料棒内のガス空間体積は小さいが、燃料中心温
度が低いために、結果として、本発明における燃料棒内
圧は中空燃料（従来技術Ａ）と同程度となる。なお図３
に示すように、照射期間を通して、通常の液体金属中空
燃料（従来技術Ｂ）は他の燃料棒に比べて燃料棒内圧が
高い。
は、従来技術Ｂ（液体金属中空燃料）は２．４ＭＰａで
あるのに対して、従来技術Ａ（中空燃料）は１．９ＭＰ
ａ、本発明（管挿入型液体金属中空燃料）では１．８Ｍ
Ｐａである。上部ガスプレナム体積が同一の場合、従来
技術Ｂ（液体金属中空燃料）は従来技術Ａ（中空燃料）
に比べ、燃料ペレットの連通中心空孔及び燃料ペレット
−被覆管ギャップ部に液体金属が充填されているために
燃料棒のガス空間体積が小さくなり、燃料棒内圧が高く
なる。しかし本発明のように、孔を開けた中心管を設置
すると、該中心管の内部をガス空間として確保できるこ
とになる。そのため、通常の液体金属中空燃料（従来技
術Ｂ）と比較して、照射末期で燃料棒内圧を約２５％低
減できる。また本発明を従来技術Ａと比べると、燃料ペ
レット−被覆管ギャップ部に液体金属が充填されている
ために燃料棒内のガス空間体積は小さいが、燃料中心温
度が低いために、結果として、本発明における燃料棒内
圧は中空燃料（従来技術Ａ）と同程度となる。なお図３
に示すように、照射期間を通して、通常の液体金属中空
燃料（従来技術Ｂ）は他の燃料棒に比べて燃料棒内圧が
高い。
【００１６】図４のＡ，Ｂは請求項２の発明に係る原子
炉用液体金属ボンド型燃料棒の一実施例を示す説明図で
ある。被覆管１０の上下両端が上部端栓１６と下部端栓
３４又は下部端栓３６とで封止され、それらの内部が密
閉空間となっている。その密閉空間に多数の円柱状の燃
料ペレット３８が積み重ねられた状態で充填されてい
る。燃料ペレット３８は、二酸化ウラン（ＵＯ2 ）又は
ウラン・プルトニウム混合酸化物（ＭＯＸ）からなる。
前記密閉空間の残りの領域は上部ガスプレナム１４であ
る。
炉用液体金属ボンド型燃料棒の一実施例を示す説明図で
ある。被覆管１０の上下両端が上部端栓１６と下部端栓
３４又は下部端栓３６とで封止され、それらの内部が密
閉空間となっている。その密閉空間に多数の円柱状の燃
料ペレット３８が積み重ねられた状態で充填されてい
る。燃料ペレット３８は、二酸化ウラン（ＵＯ2 ）又は
ウラン・プルトニウム混合酸化物（ＭＯＸ）からなる。
前記密閉空間の残りの領域は上部ガスプレナム１４であ
る。
【００１７】しかし本実施例ではプレナムプリングは用
いない。その代わりに、下部端栓３４の被覆管挿入部に
溝４０（図４のＡ）又は孔４２（図４のＢ）を形成し
て、それらの中に液体金属２２が自由に入り込めるよう
にしてある。輸送時は、固化している液体金属によって
燃料ペレット全体が囲まれて下部端栓３４，３６に固定
されるために、各燃料ペレット３８の軸方向の移動を防
止できる。
いない。その代わりに、下部端栓３４の被覆管挿入部に
溝４０（図４のＡ）又は孔４２（図４のＢ）を形成し
て、それらの中に液体金属２２が自由に入り込めるよう
にしてある。輸送時は、固化している液体金属によって
燃料ペレット全体が囲まれて下部端栓３４，３６に固定
されるために、各燃料ペレット３８の軸方向の移動を防
止できる。
【００１８】図５のＡに示す寸法の溝を有する下部端栓
と、図５のＢに示す寸法の孔を有する下部端栓とについ
て、以下のような条件で形状評価を試みた。 ・被覆管外径：１４．５mm ・燃料ペレット外径：１２．４mm ・燃料ペレット−被覆管ギャップ：０．３mm ・燃料有効長：３７００mm ・燃料ペレット重量：約５kg ・液体金属（Ｓｎ）重量：約０．５kg ・保持面負荷荷重（重力加速度時）：約５．５kg ・液体金属引張り強さ（Ｓｎ：常温固体時）：約２．２
kg／mm2 ・必要保持面面積（重力加速度時）：２．５mm2 なお保持面負荷荷重（重力加速度時）及び必要保持面面
積（重力加速度時）は、液体金属（固化時）と被覆管内
面の接触による保持力を０kgとした場合の値である。
と、図５のＢに示す寸法の孔を有する下部端栓とについ
て、以下のような条件で形状評価を試みた。 ・被覆管外径：１４．５mm ・燃料ペレット外径：１２．４mm ・燃料ペレット−被覆管ギャップ：０．３mm ・燃料有効長：３７００mm ・燃料ペレット重量：約５kg ・液体金属（Ｓｎ）重量：約０．５kg ・保持面負荷荷重（重力加速度時）：約５．５kg ・液体金属引張り強さ（Ｓｎ：常温固体時）：約２．２
kg／mm2 ・必要保持面面積（重力加速度時）：２．５mm2 なお保持面負荷荷重（重力加速度時）及び必要保持面面
積（重力加速度時）は、液体金属（固化時）と被覆管内
面の接触による保持力を０kgとした場合の値である。
【００１９】図５に示すような下部端栓形状では、保持
面の面積は、図５のＡの溝型下部端栓の場合が約５０mm
2 であり、図５のＢの孔型下部端栓の場合は前後の２面
で合計約２５mm2 となる。液体金属を使用した場合、輸
送中の燃料棒温度は、液体金属の融点に達していないた
めに、燃料ペレットと一緒に固体金属の状態で固まって
いる。液体金属（固化時）と被覆管内面の接触による保
持力を、最も厳しい０kgとした場合において、必要保持
面面積を上回る保持面面積を有する下部端栓形状にする
ことで、輸送時は、固体状態にある液体金属によって燃
料ペレットを下部端栓に固定でき、各燃料ペレットの軸
方向移動を防止できる。
面の面積は、図５のＡの溝型下部端栓の場合が約５０mm
2 であり、図５のＢの孔型下部端栓の場合は前後の２面
で合計約２５mm2 となる。液体金属を使用した場合、輸
送中の燃料棒温度は、液体金属の融点に達していないた
めに、燃料ペレットと一緒に固体金属の状態で固まって
いる。液体金属（固化時）と被覆管内面の接触による保
持力を、最も厳しい０kgとした場合において、必要保持
面面積を上回る保持面面積を有する下部端栓形状にする
ことで、輸送時は、固体状態にある液体金属によって燃
料ペレットを下部端栓に固定でき、各燃料ペレットの軸
方向移動を防止できる。
【００２０】溝は、上記の例のように全周に設ける方が
保持面面積が大きくなるので好ましいが、必ずしも全周
にわたって設けなくてもよい。溝の断面形状は任意であ
る。また孔は、上記の例では貫通孔であるが、非貫通孔
でもよい。孔の断面形状も任意である。なお、上記の図
４に示す実施例では、円柱状の燃料ペレットを用いてい
るが、円筒状（中空）の燃料ペレットを用いる場合にも
適用できることは言うまでもない。
保持面面積が大きくなるので好ましいが、必ずしも全周
にわたって設けなくてもよい。溝の断面形状は任意であ
る。また孔は、上記の例では貫通孔であるが、非貫通孔
でもよい。孔の断面形状も任意である。なお、上記の図
４に示す実施例では、円柱状の燃料ペレットを用いてい
るが、円筒状（中空）の燃料ペレットを用いる場合にも
適用できることは言うまでもない。
【００２１】図６は請求項３の発明に係る原子炉用液体
金属ボンド型燃料棒の一実施例を示す説明図である。こ
の実施例は、上記２つの実施例を組み合わせた構成であ
る。被覆管１０の上下両端が上部端栓１６と下部端栓３
４とで封止され、その内部が密閉空間となっている。該
密閉空間の大部分の領域に多数の円筒状の燃料ペレット
１２が積み重ねられた状態で充填されている。前記密閉
空間の残りの領域は上部ガスプレナム１４である。
金属ボンド型燃料棒の一実施例を示す説明図である。こ
の実施例は、上記２つの実施例を組み合わせた構成であ
る。被覆管１０の上下両端が上部端栓１６と下部端栓３
４とで封止され、その内部が密閉空間となっている。該
密閉空間の大部分の領域に多数の円筒状の燃料ペレット
１２が積み重ねられた状態で充填されている。前記密閉
空間の残りの領域は上部ガスプレナム１４である。
【００２２】本実施例では、各燃料ペレット１２によっ
て形成される連通中心空孔に、上部側面に孔３０を開け
た中心管３２を挿入する。この中心管３２は、下部端栓
３４から上部端栓１６の近傍まで、ほぼ密閉空間の全高
にわたって延びている。前記孔３０は、中心管３２の殆
ど上端近傍に形成されていて、該中心管３２の内部を上
部ガスプレナム１４と連通するガス空間とする。前記被
覆管内には液体金属２２を充填する。充填する液体金属
の量は、上部ガスプレナム１４の大部分が残る程度とす
る。従って、液体金属２２は、被覆管１０と燃料ペレッ
ト１２とのギャップ部、及び燃料ペレット１２と中心管
３２とのギャップ部に充填されることになる。
て形成される連通中心空孔に、上部側面に孔３０を開け
た中心管３２を挿入する。この中心管３２は、下部端栓
３４から上部端栓１６の近傍まで、ほぼ密閉空間の全高
にわたって延びている。前記孔３０は、中心管３２の殆
ど上端近傍に形成されていて、該中心管３２の内部を上
部ガスプレナム１４と連通するガス空間とする。前記被
覆管内には液体金属２２を充填する。充填する液体金属
の量は、上部ガスプレナム１４の大部分が残る程度とす
る。従って、液体金属２２は、被覆管１０と燃料ペレッ
ト１２とのギャップ部、及び燃料ペレット１２と中心管
３２とのギャップ部に充填されることになる。
【００２３】本実施例でもプレナムプリングは用いな
い。その代わりに、下部端栓３４の被覆管挿入部に溝４
０又は孔を形成して、液体金属２２が自由に入り込める
ようにする。輸送時は、固化している液体金属によって
燃料ペレット全体が囲まれ、下部端栓３４に固定される
ために、該燃料ペレット１２の軸方向の移動を防止する
ことができる。
い。その代わりに、下部端栓３４の被覆管挿入部に溝４
０又は孔を形成して、液体金属２２が自由に入り込める
ようにする。輸送時は、固化している液体金属によって
燃料ペレット全体が囲まれ、下部端栓３４に固定される
ために、該燃料ペレット１２の軸方向の移動を防止する
ことができる。
【００２４】この構成では、中心管３２の内部空間と、
プレナムスプリングを用いないことによって、ガス空間
の体積が増加するため、液体金属ボンド型の利点を有す
るのに加えて、燃料棒の内圧増加を抑えることができ、
照射特性が更に優れた燃料棒が得られる。
プレナムスプリングを用いないことによって、ガス空間
の体積が増加するため、液体金属ボンド型の利点を有す
るのに加えて、燃料棒の内圧増加を抑えることができ、
照射特性が更に優れた燃料棒が得られる。
【００２５】
【発明の効果】請求項１に係る発明では上記のように、
液体金属ボンド型であるので原子炉照射中の燃料ペレッ
トから被覆管への伝熱性の向上を図ることができ、且つ
燃料ペレットの連通中心空孔に挿入した中心管をガス空
間として利用することで、燃料棒内圧の低減を図ること
ができ、液体金属充填によるガス空間体積の減少の問題
を解消できる。
液体金属ボンド型であるので原子炉照射中の燃料ペレッ
トから被覆管への伝熱性の向上を図ることができ、且つ
燃料ペレットの連通中心空孔に挿入した中心管をガス空
間として利用することで、燃料棒内圧の低減を図ること
ができ、液体金属充填によるガス空間体積の減少の問題
を解消できる。
【００２６】また請求項２に係る発明では、下部端栓の
形状を工夫して液体金属の固化を利用して輸送時におけ
る燃料ペレットの保持を行わせるため、従来必要であっ
たプレナムスプリングが不要となり、その分だけガス空
間体積が増加し、燃料棒内圧の増加を抑えることができ
る。
形状を工夫して液体金属の固化を利用して輸送時におけ
る燃料ペレットの保持を行わせるため、従来必要であっ
たプレナムスプリングが不要となり、その分だけガス空
間体積が増加し、燃料棒内圧の増加を抑えることができ
る。
【００２７】更に請求項３に係る発明では、上記両方の
効果が相乗され、伝熱性の向上と、より一層の燃料棒内
圧低減効果が得られる。
効果が相乗され、伝熱性の向上と、より一層の燃料棒内
圧低減効果が得られる。
【図１】本発明に係る原子炉用液体金属ボンド型燃料棒
の一実施例を示す説明図。
の一実施例を示す説明図。
【図２】燃焼度に対する燃料中心温度の関係を示すグラ
フ。
フ。
【図３】燃焼度に対する燃料棒内圧の関係を示すグラ
フ。
フ。
【図４】本発明の他の実施例を示す説明図。
【図５】その下部端栓の構造例を示す説明図。
【図６】本発明の更に他の実施例を示す説明図。
【図７】従来技術の例を示す説明図。
１０ 被覆管 １２ 燃料ペレット １４ 上部ガスプレナム １６ 上部端栓 １８ 下部端栓 ２０ プレナムスプリング ２２ 液体金属 ３０ 孔 ３２ 中心管
Claims (3)
- 【請求項１】 被覆管の両端が上部端栓と下部端栓とで
封止されており、該被覆管の内部に多数の筒状の燃料ペ
レットが装填され残りの空間が上部ガスプレナムになっ
ていて、該上部ガスプレナムにプレナムスプリングを組
み込んで燃料ペレットの軸方向の移動を規制し、且つ被
覆管内部のギャップ部に液体金属を充填した燃料棒にお
いて、 各燃料ペレットの中空部によって形成される連通中心空
孔に、上部に孔を開けた有底の中心管が挿入され、該中
心管の内部を上部ガスプレナムと連通するガス空間にし
たことを特徴とする原子炉用液体金属ボンド型燃料棒。 - 【請求項２】 被覆管の両端が上部端栓と下部端栓とで
封止されており、該被覆管の内部に多数の燃料ペレット
が装填され残りの空間が上部ガスプレナムになってい
て、被覆管内部のギャップ部に液体金属を充填した燃料
棒において、 上部ガスプレナムにプレナムスプリングは存在せず、代
わりに下部端栓の被覆管挿入部に液体金属が自由に入り
込める溝又は孔が形成されていて、輸送時に、固化した
液体金属によって各燃料ペレットが下部端栓に固定され
ることを特徴とする原子炉用液体金属ボンド型燃料棒。 - 【請求項３】 被覆管の両端が上部端栓と下部端栓とで
封止されており、該被覆管の内部に多数の筒状の燃料ペ
レットが装填され残りの空間が上部ガスプレナムになっ
ていて、被覆管内部のギャップ部に液体金属を充填した
燃料棒において、 上部ガスプレナムにプレナムスプリングは存在せず、代
わりに下部端栓の被覆管挿入部に液体金属が自由に入り
込める溝又は孔が形成されていて、輸送時に、固化した
液体金属によって各燃料ペレットが下部端栓に固定さ
れ、且つ各燃料ペレットの中空部によって形成される連
通中心空孔に、上部に孔を開けた有底の中心管が挿入さ
れ、該中心管の内部を上部ガスプレナムと連通するガス
空間にしたことを特徴とする原子炉用液体金属ボンド型
燃料棒。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9367410A JP3065576B2 (ja) | 1997-12-25 | 1997-12-25 | 原子炉用液体金属ボンド型燃料棒 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9367410A JP3065576B2 (ja) | 1997-12-25 | 1997-12-25 | 原子炉用液体金属ボンド型燃料棒 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11183674A true JPH11183674A (ja) | 1999-07-09 |
| JP3065576B2 JP3065576B2 (ja) | 2000-07-17 |
Family
ID=18489251
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9367410A Expired - Fee Related JP3065576B2 (ja) | 1997-12-25 | 1997-12-25 | 原子炉用液体金属ボンド型燃料棒 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3065576B2 (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1319074C (zh) * | 2005-03-18 | 2007-05-30 | 张育曼<Del/> | 采用套管燃料组件的超临界水核反应堆 |
| WO2011157782A1 (fr) | 2010-06-16 | 2011-12-22 | Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives | Joint d'interface solide a porosite ouverte pour barre de commande nucleaire |
| WO2011157780A1 (fr) | 2010-06-16 | 2011-12-22 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Joint d'interface solide a porosite ouverte pour crayon de combustible nucleaire |
| JP2014209121A (ja) * | 2014-06-03 | 2014-11-06 | トリウム・パワー、インクＴｈｏｒｉｕｍ Ｐｏｗｅｒ，Ｉｎｃ． | 燃料要素、燃料集合体、及び燃料要素を製造する方法 |
| US9355747B2 (en) | 2008-12-25 | 2016-05-31 | Thorium Power, Inc. | Light-water reactor fuel assembly (alternatives), a light-water reactor, and a fuel element of fuel assembly |
| US10037823B2 (en) | 2010-05-11 | 2018-07-31 | Thorium Power, Inc. | Fuel assembly |
| US10170207B2 (en) | 2013-05-10 | 2019-01-01 | Thorium Power, Inc. | Fuel assembly |
| US10192644B2 (en) | 2010-05-11 | 2019-01-29 | Lightbridge Corporation | Fuel assembly |
| CN109935350A (zh) * | 2017-12-19 | 2019-06-25 | 中国原子能科学研究院 | 一种下端固定式双面冷却环形燃料棒 |
| CN111477354A (zh) * | 2020-05-25 | 2020-07-31 | 中国原子能科学研究院 | 一种共挤压式环形燃料棒 |
-
1997
- 1997-12-25 JP JP9367410A patent/JP3065576B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1319074C (zh) * | 2005-03-18 | 2007-05-30 | 张育曼<Del/> | 采用套管燃料组件的超临界水核反应堆 |
| US9355747B2 (en) | 2008-12-25 | 2016-05-31 | Thorium Power, Inc. | Light-water reactor fuel assembly (alternatives), a light-water reactor, and a fuel element of fuel assembly |
| US10192644B2 (en) | 2010-05-11 | 2019-01-29 | Lightbridge Corporation | Fuel assembly |
| US11195629B2 (en) | 2010-05-11 | 2021-12-07 | Thorium Power, Inc. | Fuel assembly |
| US11862353B2 (en) | 2010-05-11 | 2024-01-02 | Thorium Power, Inc. | Fuel assembly |
| US11837371B2 (en) | 2010-05-11 | 2023-12-05 | Thorium Power, Inc. | Method of manufacturing a nuclear fuel assembly |
| US10037823B2 (en) | 2010-05-11 | 2018-07-31 | Thorium Power, Inc. | Fuel assembly |
| US10991473B2 (en) | 2010-05-11 | 2021-04-27 | Thorium Power, Inc. | Method of manufacturing a nuclear fuel assembly |
| WO2011157782A1 (fr) | 2010-06-16 | 2011-12-22 | Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives | Joint d'interface solide a porosite ouverte pour barre de commande nucleaire |
| US9620251B2 (en) | 2010-06-16 | 2017-04-11 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Solid interface joint with open pores for nuclear control rod |
| WO2011157780A1 (fr) | 2010-06-16 | 2011-12-22 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Joint d'interface solide a porosite ouverte pour crayon de combustible nucleaire |
| US10170207B2 (en) | 2013-05-10 | 2019-01-01 | Thorium Power, Inc. | Fuel assembly |
| US11211174B2 (en) | 2013-05-10 | 2021-12-28 | Thorium Power, Inc. | Fuel assembly |
| JP2014209121A (ja) * | 2014-06-03 | 2014-11-06 | トリウム・パワー、インクＴｈｏｒｉｕｍ Ｐｏｗｅｒ，Ｉｎｃ． | 燃料要素、燃料集合体、及び燃料要素を製造する方法 |
| CN109935350A (zh) * | 2017-12-19 | 2019-06-25 | 中国原子能科学研究院 | 一种下端固定式双面冷却环形燃料棒 |
| CN111477354A (zh) * | 2020-05-25 | 2020-07-31 | 中国原子能科学研究院 | 一种共挤压式环形燃料棒 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3065576B2 (ja) | 2000-07-17 |
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