JPS58124985A - 二重ペレツト内蔵型核燃料棒 - Google Patents
二重ペレツト内蔵型核燃料棒Info
- Publication number
- JPS58124985A JPS58124985A JP57007324A JP732482A JPS58124985A JP S58124985 A JPS58124985 A JP S58124985A JP 57007324 A JP57007324 A JP 57007324A JP 732482 A JP732482 A JP 732482A JP S58124985 A JPS58124985 A JP S58124985A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- nuclear fuel
- nuclear
- reactor
- pellets
- pellet
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
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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
- Glanulating (AREA)
- 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
【発明の詳細な説明】
本発明は、中央部に位置する核粒物質の周囲が核燃料物
質によって完全に取囲まれた複合構造の円柱状核燃料ペ
レットを用いた核燃料棒に関し、この核燃料棒は、発電
用熱中性子原子炉において、核粒物質を効率よく核燃料
物質に転換することができ、核燃料資源の有効利用に資
するものである。
質によって完全に取囲まれた複合構造の円柱状核燃料ペ
レットを用いた核燃料棒に関し、この核燃料棒は、発電
用熱中性子原子炉において、核粒物質を効率よく核燃料
物質に転換することができ、核燃料資源の有効利用に資
するものである。
本明細書において、「核燃料物質」とは、原−r炉内に
おいて核分裂連鎖反応が持続されるのに充分な社の核分
裂性物質(ウラン−235、プルトニウム−[3!l、
ウラン 233等)を含む安定な酸化物状態にある物質
をいい、具体的には安定な酸化物の状態にさ、111.
:rI!縮ウワウランラン−235の含有量を高めたも
の)、プル1−二つlオ 239を富化したウランがあ
り、原子炉が黒鉛減速炉又は重水炉の場合は安定な酸化
物状態にある天然ウランも該当づる。
おいて核分裂連鎖反応が持続されるのに充分な社の核分
裂性物質(ウラン−235、プルトニウム−[3!l、
ウラン 233等)を含む安定な酸化物状態にある物質
をいい、具体的には安定な酸化物の状態にさ、111.
:rI!縮ウワウランラン−235の含有量を高めたも
の)、プル1−二つlオ 239を富化したウランがあ
り、原子炉が黒鉛減速炉又は重水炉の場合は安定な酸化
物状態にある天然ウランも該当づる。
また、一般的に核粒物質とは、中性子を吸収すると核分
裂性物質に転換フる物質そのものをいうが、本明細書に
おいて「核粒物質」とは、核分裂性物質は含んでいない
か、含/vでいでも核分裂連鎖反応を持続させる吊以下
であって、1ノかも中性子を吸収して核分裂性物質に転
操りる物質〈ウラン−238、プルトニウム−240、
トリウム−232等)を多く含む安定な酸化物状態にあ
る物質をいい、具体的には安定な酸化物の状態にされた
劣化ウラン、トリウムがあり、原子炉が軽水炉の場合は
安定な酸化物状態にある天然ウランも該当する。
裂性物質に転換フる物質そのものをいうが、本明細書に
おいて「核粒物質」とは、核分裂性物質は含んでいない
か、含/vでいでも核分裂連鎖反応を持続させる吊以下
であって、1ノかも中性子を吸収して核分裂性物質に転
操りる物質〈ウラン−238、プルトニウム−240、
トリウム−232等)を多く含む安定な酸化物状態にあ
る物質をいい、具体的には安定な酸化物の状態にされた
劣化ウラン、トリウムがあり、原子炉が軽水炉の場合は
安定な酸化物状態にある天然ウランも該当する。
核燃料資源の有効利用を図るためには、地表1−に存在
して、その大部分を占めるウラン−238および1〜リ
ウムを、核分裂性のウラン−235等の燃焼(核分裂反
応)時に生じる中性子を吸収させて核分裂性のプルミル
ニウム−239やウラン−233に転換さけ、jqられ
た核分裂性物質を再び核分裂させてエネルギーを取出す
ことが重要であり、この転換効率の目安としては、転換
比という術詔が用いられる。これは、原子炉の核燃料棒
の中で核分裂性物質の原子核が1個核分裂して消費され
る毎に2〜3個の中性子を発生覆るが、この中性子の一
部を吸収して非分裂性物質の原子核が新しく核分裂性物
質の原子核に転換づる相対数のことである。この転換比
が核燃料資源の有効利用の観点からは熱中性子原子炉で
可能な限り、1.0に近い値になることが必要であり、
勿論、増殖炉では、この転換比は1以−1である。
して、その大部分を占めるウラン−238および1〜リ
ウムを、核分裂性のウラン−235等の燃焼(核分裂反
応)時に生じる中性子を吸収させて核分裂性のプルミル
ニウム−239やウラン−233に転換さけ、jqられ
た核分裂性物質を再び核分裂させてエネルギーを取出す
ことが重要であり、この転換効率の目安としては、転換
比という術詔が用いられる。これは、原子炉の核燃料棒
の中で核分裂性物質の原子核が1個核分裂して消費され
る毎に2〜3個の中性子を発生覆るが、この中性子の一
部を吸収して非分裂性物質の原子核が新しく核分裂性物
質の原子核に転換づる相対数のことである。この転換比
が核燃料資源の有効利用の観点からは熱中性子原子炉で
可能な限り、1.0に近い値になることが必要であり、
勿論、増殖炉では、この転換比は1以−1である。
従来の増殖炉の概念は、高速増殖炉し含めて第1図に示
寸ように、ウラン−235やプルトニウム−239など
の核分裂性物質の濃度が高く核分裂連鎖反応を持続的に
維持するアクディプ炉心5と、その周囲にウラン−23
8やトリウムの核粒物質を配置したプランケラ[・炉心
6とにょっC原子炉炉心4が構成され、その炉心4を冷
却材3が循環し、高温冷却材が炉心部7J11う出て、
蒸気発生、タービン駆動さらに発電に寄与する。
寸ように、ウラン−235やプルトニウム−239など
の核分裂性物質の濃度が高く核分裂連鎖反応を持続的に
維持するアクディプ炉心5と、その周囲にウラン−23
8やトリウムの核粒物質を配置したプランケラ[・炉心
6とにょっC原子炉炉心4が構成され、その炉心4を冷
却材3が循環し、高温冷却材が炉心部7J11う出て、
蒸気発生、タービン駆動さらに発電に寄与する。
なお、符Yコ1は原子炉容器、符号2は中性子反射体を
それぞれ示す。イして、炉心4で使用される核燃料棒は
、第2図に示すように、−F端部に下部端栓7を周溶接
した燃料被覆@8の中に、多数の円tJ状ペレットを積
層装填し、上端部を上部端栓13で周溶接したものが一
般的である。
それぞれ示す。イして、炉心4で使用される核燃料棒は
、第2図に示すように、−F端部に下部端栓7を周溶接
した燃料被覆@8の中に、多数の円tJ状ペレットを積
層装填し、上端部を上部端栓13で周溶接したものが一
般的である。
アクティブ炉心5で用いられる核燃料棒は、同図に示さ
れているように、16層ペレットの中央部(Jは核燃P
I物質のペレット9が用いられ、ぞのl−1下のブラン
ケット炉心厚さに相当する部分に核粒物質のペレット1
2が用いられる。なお、符号10は断熱ペレット、符号
11はプレナムのコイル・スプリングである。また、第
1図のブランケット炉心6の側部に用いる核燃料棒は、
基本的には第2図の如きものであるが、′!A填される
核燃料ベレッ1〜が全て核粒物質であって、そのペレッ
1〜外径寸法がアクディプ炉心5のものより大ぎいこと
が異なっている。
れているように、16層ペレットの中央部(Jは核燃P
I物質のペレット9が用いられ、ぞのl−1下のブラン
ケット炉心厚さに相当する部分に核粒物質のペレット1
2が用いられる。なお、符号10は断熱ペレット、符号
11はプレナムのコイル・スプリングである。また、第
1図のブランケット炉心6の側部に用いる核燃料棒は、
基本的には第2図の如きものであるが、′!A填される
核燃料ベレッ1〜が全て核粒物質であって、そのペレッ
1〜外径寸法がアクディプ炉心5のものより大ぎいこと
が異なっている。
ところで、転換比を大きくし核燃料資源を有効利用する
のに、現在、開発途−Fにあり、しかも、技術的に困難
な高速増殖炉を用いないで、すでに商業化されている発
電用熱中性子原子炉で実現しようとすると、従来技術と
して示した核燃料棒(第2図)に用いられている円柱状
べ1ノツトでは不充分である。
のに、現在、開発途−Fにあり、しかも、技術的に困難
な高速増殖炉を用いないで、すでに商業化されている発
電用熱中性子原子炉で実現しようとすると、従来技術と
して示した核燃料棒(第2図)に用いられている円柱状
べ1ノツトでは不充分である。
本発明は、前記のような従来技術の実情に鑑みなされた
ものであって、その目的は、高い転換比を熱中性子原子
炉で達成して、それによって核燃料資源の有効利用を図
ることができるようt1核燃料棒を提供することにある
。
ものであって、その目的は、高い転換比を熱中性子原子
炉で達成して、それによって核燃料資源の有効利用を図
ることができるようt1核燃料棒を提供することにある
。
そこで本発明では、中央部に位置ηる核粒物質の周囲が
核燃料物質によって完全に取tillまれ5− た非均質的な複合ペレットを用いるよう構成され℃いる
。
核燃料物質によって完全に取tillまれ5− た非均質的な複合ペレットを用いるよう構成され℃いる
。
以下、図面に基づき、本発明について更に訂し・く説明
する。本発明に係る核燃料棒で用いる回生1状核燃料ペ
レットは、第3図に示すように、中央部の核粒物質21
が周囲の核燃料物質22によって完全に包み込まれた二
重ペレット構造のものである。なお、符号24は、ペレ
ットと燃お1被覆管との力学内相U作用(P CM I
)を低減するため、ペレッ1−上、下端面に形成した
チ17ンフア(面取り)である。
する。本発明に係る核燃料棒で用いる回生1状核燃料ペ
レットは、第3図に示すように、中央部の核粒物質21
が周囲の核燃料物質22によって完全に包み込まれた二
重ペレット構造のものである。なお、符号24は、ペレ
ットと燃お1被覆管との力学内相U作用(P CM I
)を低減するため、ペレッ1−上、下端面に形成した
チ17ンフア(面取り)である。
中央部に位置する核粒物質の形状は、第3図に示1よう
な直円11状に限られるものでなく、例えば第4図に示
すように回転楕円状としてもよい。中央部の核粒物質の
大きさについては二重ペレット外寸法の1/3〜3/4
程度とするのがにい。小さずぎると核粒物質のmが少な
くなるし、逆に大きクシツざると転換比が小さく<7る
からである。また、核粒物質は、その周囲の核燃料物質
内で空間的に面対称となるような6− 位置を占めるJ、うにするのがJ:い。
な直円11状に限られるものでなく、例えば第4図に示
すように回転楕円状としてもよい。中央部の核粒物質の
大きさについては二重ペレット外寸法の1/3〜3/4
程度とするのがにい。小さずぎると核粒物質のmが少な
くなるし、逆に大きクシツざると転換比が小さく<7る
からである。また、核粒物質は、その周囲の核燃料物質
内で空間的に面対称となるような6− 位置を占めるJ、うにするのがJ:い。
さて、本発明は、第5図に示すよ−うに、前記のよう4
r円+1状の核燃料ペレット30の多数個を燃料被覆管
8内にl?i層装填し、該燃料被覆管8の両端を下部端
栓13及び下部端栓7で密封した構造である。その他の
構成は第2図に示す従来のちのと同じであるから、対応
する部分に同一符号を付し、それらについての記載は省
略η−る。
r円+1状の核燃料ペレット30の多数個を燃料被覆管
8内にl?i層装填し、該燃料被覆管8の両端を下部端
栓13及び下部端栓7で密封した構造である。その他の
構成は第2図に示す従来のちのと同じであるから、対応
する部分に同一符号を付し、それらについての記載は省
略η−る。
覆で・に商業化されでいる発電用原子炉の神頼としては
、沸騰軽水冷却炉(BWR)及び加圧着水冷却炉(PW
R)の軽水炉(1−、W R>を主流として、その他に
重水減速炉(+−IVI/R)、改良ガス冷却炉(ΔG
[<)等がある。これらの燃料ペレットには、天然ウラ
ン(約0,7%のウラン−235を含イ3)あるいは約
4%までの濃縮ウランが用いられ℃いる。わが国が開発
している新Qj+転換炉(△−r R’)では、天然ウ
ランにゾル1〜ニウムを約1.(]%混合した酸化物燃
r81((J02十1丸02)が1采用されている。
、沸騰軽水冷却炉(BWR)及び加圧着水冷却炉(PW
R)の軽水炉(1−、W R>を主流として、その他に
重水減速炉(+−IVI/R)、改良ガス冷却炉(ΔG
[<)等がある。これらの燃料ペレットには、天然ウラ
ン(約0,7%のウラン−235を含イ3)あるいは約
4%までの濃縮ウランが用いられ℃いる。わが国が開発
している新Qj+転換炉(△−r R’)では、天然ウ
ランにゾル1〜ニウムを約1.(]%混合した酸化物燃
r81((J02十1丸02)が1采用されている。
いずれにしても、前記各原子炉に採用されている燃料ペ
レットそのものは、ペレット全体が均一濃度の核燃料物
質C製造されており、これらの核燃料を原子炉で燃焼さ
せたときの転換比は、原子炉の炉型式、原子炉の出力規
模、燃料交換パターン等ににって異なるが、概ね0.6
〜0.8の程度である。
レットそのものは、ペレット全体が均一濃度の核燃料物
質C製造されており、これらの核燃料を原子炉で燃焼さ
せたときの転換比は、原子炉の炉型式、原子炉の出力規
模、燃料交換パターン等ににって異なるが、概ね0.6
〜0.8の程度である。
ところで・、原子炉の炉型及び原子炉の出力規模を指定
すると、核燃料物質の全炉心装荷学がほぼ決定するが、
核燃料物質の装荷量を一定と()たとぎ、従来技術の核
燃料棒と本発明の核燃料棒とを比較すると、後者のほう
が高い転換比をうろことができる。
すると、核燃料物質の全炉心装荷学がほぼ決定するが、
核燃料物質の装荷量を一定と()たとぎ、従来技術の核
燃料棒と本発明の核燃料棒とを比較すると、後者のほう
が高い転換比をうろことができる。
での理由は、定性的に以下のように説明できる。すなわ
ち、例えば、3%濃縮ウランのペレットの従来技術の核
燃料棒と、本発明に基づく複合べ1ノツトとして中央部
が0.3%ウラン−235の劣化ウランを配置し、開戸
型空孔付円筒状ペレッ1一部に4%の濃縮ウランを用い
、平均ill縮瓜が3%にして等価にイτるとする。一
般的には、原子炉内の核燃料棒は燃料ペレットの外周部
がその内部よりも核分裂反応が盛んに進行する。しかも
、本発明による複合核燃料ペレツ1−の外周部(4%濃
縮ウラン)は、従来技術の均一濃縮度ペレット(3%濃
縮ウラン〉の外周部よりも核分裂反応が余計に進行し、
このため複合核燃料ペレットは、従来型ペレットに比較
して、より高い中性子の空間密度流束を形成する。一方
、核粒物質が核燃料物質に転換りる率は、中性子の空間
密度流束と核粒物質の空間密度と燃料の燃焼時間との3
因子の積に比例し、他方、複合ペレットの核粒物質は、
そのような高い濃縮度の核燃料物質に包囲されているこ
とから、より高い中性子の空間密度流束にさらされて、
従来技術の核燃料棒の場合の1.1〜1.3倍の転換比
がえられることになる。
ち、例えば、3%濃縮ウランのペレットの従来技術の核
燃料棒と、本発明に基づく複合べ1ノツトとして中央部
が0.3%ウラン−235の劣化ウランを配置し、開戸
型空孔付円筒状ペレッ1一部に4%の濃縮ウランを用い
、平均ill縮瓜が3%にして等価にイτるとする。一
般的には、原子炉内の核燃料棒は燃料ペレットの外周部
がその内部よりも核分裂反応が盛んに進行する。しかも
、本発明による複合核燃料ペレツ1−の外周部(4%濃
縮ウラン)は、従来技術の均一濃縮度ペレット(3%濃
縮ウラン〉の外周部よりも核分裂反応が余計に進行し、
このため複合核燃料ペレットは、従来型ペレットに比較
して、より高い中性子の空間密度流束を形成する。一方
、核粒物質が核燃料物質に転換りる率は、中性子の空間
密度流束と核粒物質の空間密度と燃料の燃焼時間との3
因子の積に比例し、他方、複合ペレットの核粒物質は、
そのような高い濃縮度の核燃料物質に包囲されているこ
とから、より高い中性子の空間密度流束にさらされて、
従来技術の核燃料棒の場合の1.1〜1.3倍の転換比
がえられることになる。
さて、前記のJ:うな本発明で用いる複合構Z−の核燃
料ペレットを製造する方法としては、核粒物質粉末を用
いてグリーン小ペレットを成形し、このグリーン小ペレ
ットと核燃料物質粉末=9− を用いて二重ペレットを成形し、これを焼結づるhγ人
、及び核粒物質粉末を用いてグリーン小ペレットを成形
し、これを還元性雰囲気で焼結して焼結小を棲ペレット
とした後、この焼結小径ペレットと核燃料物質粉末とを
用いて二手ペレットを成形し、これを焼結する方法など
がある。
料ペレットを製造する方法としては、核粒物質粉末を用
いてグリーン小ペレットを成形し、このグリーン小ペレ
ットと核燃料物質粉末=9− を用いて二重ペレットを成形し、これを焼結づるhγ人
、及び核粒物質粉末を用いてグリーン小ペレットを成形
し、これを還元性雰囲気で焼結して焼結小を棲ペレット
とした後、この焼結小径ペレットと核燃料物質粉末とを
用いて二手ペレットを成形し、これを焼結する方法など
がある。
このような核燃料棒は、高い燃焼度に対しても燃料破損
を生じることなく原子炉内で使用することができる点で
、甚だ優れたものである、。
を生じることなく原子炉内で使用することができる点で
、甚だ優れたものである、。
伺故ならば、従来技術による円柱状ペレットと比較して
核分裂反応が緩慢なため、ペレット中心領域の温度が大
巾に低下し、このため燃料破損を生じる原因といわれて
いる被覆管内面のペレットの平径方向クラック開口部の
応力集中の程度が小さくなってPCM Iが低減される
からでおる。
核分裂反応が緩慢なため、ペレット中心領域の温度が大
巾に低下し、このため燃料破損を生じる原因といわれて
いる被覆管内面のペレットの平径方向クラック開口部の
応力集中の程度が小さくなってPCM Iが低減される
からでおる。
本発明は前記のように構成した核燃料棒′C−あるから
、高い転換比を発電用熱中性子原子炉で実現でき、それ
によって核燃料資源の有効利用を図ることができるなど
、優れた軽潰竹をイ1す−10= る核燃料棒を提供するものである。
、高い転換比を発電用熱中性子原子炉で実現でき、それ
によって核燃料資源の有効利用を図ることができるなど
、優れた軽潰竹をイ1す−10= る核燃料棒を提供するものである。
第1図は増殖炉のモデル図、第2図はそれに使われる核
燃料棒の説明図、第3図は本発明で用いる核燃料ペレッ
トの一例を示す図、第4図、は本発明で用いられる他の
ペレッ1〜構造の説明図、第5図は本発明の一実施例を
示J説明図である。 7・・・下部端栓、8・・・燃料被覆管、9,12゜3
0・・・核燃料ペレット、13・・・上部端栓、21・
・・核粒物質、22・・・核燃料物質、。 特許出願人 動力炉・核燃料開発事業団代 埋
人 尾 股 行 紐間
茂 児 横向 荒 木
友之助11− 第1図 習 第2図 第5図 [
燃料棒の説明図、第3図は本発明で用いる核燃料ペレッ
トの一例を示す図、第4図、は本発明で用いられる他の
ペレッ1〜構造の説明図、第5図は本発明の一実施例を
示J説明図である。 7・・・下部端栓、8・・・燃料被覆管、9,12゜3
0・・・核燃料ペレット、13・・・上部端栓、21・
・・核粒物質、22・・・核燃料物質、。 特許出願人 動力炉・核燃料開発事業団代 埋
人 尾 股 行 紐間
茂 児 横向 荒 木
友之助11− 第1図 習 第2図 第5図 [
Claims (1)
- 1、多数個の円柱状核燃料ペレットが燃料被覆管内に積
層装填され、該燃料被覆管の両端が密封されている核燃
料棒において、前記円柱状核燃料ペレットは、中央部に
位置する核粒物質の周囲が核燃料物質によって完全に取
囲まれた複合構造をなしていることを特徴とする二重ペ
レット内蔵型核燃料棒。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57007324A JPS58124985A (ja) | 1982-01-20 | 1982-01-20 | 二重ペレツト内蔵型核燃料棒 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57007324A JPS58124985A (ja) | 1982-01-20 | 1982-01-20 | 二重ペレツト内蔵型核燃料棒 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS58124985A true JPS58124985A (ja) | 1983-07-25 |
JPS6322551B2 JPS6322551B2 (ja) | 1988-05-12 |
Family
ID=11662782
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP57007324A Granted JPS58124985A (ja) | 1982-01-20 | 1982-01-20 | 二重ペレツト内蔵型核燃料棒 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS58124985A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61241999A (ja) * | 1985-04-18 | 1986-10-28 | 三菱電機株式会社 | 多層金属芯入り印刷配線板 |
JP2015516360A (ja) * | 2012-04-18 | 2015-06-11 | シベルコ ユーケー リミテッド | ペレットおよびガラスの製造方法 |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0330751Y2 (ja) * | 1987-01-27 | 1991-06-28 | ||
JPH045950Y2 (ja) * | 1987-10-15 | 1992-02-19 |
-
1982
- 1982-01-20 JP JP57007324A patent/JPS58124985A/ja active Granted
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61241999A (ja) * | 1985-04-18 | 1986-10-28 | 三菱電機株式会社 | 多層金属芯入り印刷配線板 |
JPH0438160B2 (ja) * | 1985-04-18 | 1992-06-23 | Mitsubishi Electric Corp | |
JP2015516360A (ja) * | 2012-04-18 | 2015-06-11 | シベルコ ユーケー リミテッド | ペレットおよびガラスの製造方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS6322551B2 (ja) | 1988-05-12 |
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