JPS58127196A - 核燃料棒 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、核燃料棒の外套を形成する金属製被覆管の中
に、略球形状の被覆燃料粒子とウランの安定な酸化物粉
末とが均一に混合・充填された燃料に関し、特に前記被
覆燃料粒子は、その中心に位置する直径約帆７〜１−３
ｒｎｒｎの略球形状のプルトニウムの安定な酸化物まだ
はプルトニウムとウランの安定な混合酸化物の核燃料粒
子の外表面を、物性値あるいは寸法が各々異なる三つの
炭素層で被覆したものであって、該被覆燃料粒子とウラ
ンの安定な酸化物粉末との均一な混合燃料充填層を含む
被覆管両端を密封した核燃料棒に関するものである。

従来の核燃料棒は第１図に示すように、多数筒の円柱状
をなす核燃料物質の焼結ペレノ）　（ｐｅｌｌｅｔ　）
±を被覆管冬の中に３〜４ｍ積層装填し、両管端部を上
部端栓ｌ及び下部端枠工で密封した構造のものが、発電
用原子炉に採用されている。この場合、最下ぺ１／ノド
と下部端栓との間に断熱ペレット】が挿入され、最上ペ
レットと上部端栓との間には金属製抑え板（ディスク）
６に点溶接されたコイル・スプリング７が設けられてい
ることが多い。このように金属製被覆管の内部に装填さ
れる円柱状焼結ペレットは、第２図Ａに示すように、焼
結したままの形状は砂時計（アワ・グラス）形をしてい
るのでペレットと被覆管内面との間隙（ギャップ）を均
一にするため、ペレットの円筒側面を外周研磨しなけれ
ばならない。この研磨工程は、後述のペレットと被覆管
の相互作用（以下、ＰＣＩという）を低減させる観点か
らも重要であって省略できないものである。この外周研
磨（センタレス・グラインダー）は、特に、毒性の強い
プルトニウムなどを用いてウランとの混合酸化物の円柱
状ペレットを製造する際、核燃料物質使用量の約１−２
％の研磨層を生じて回収施設等の清浄保持の点から厄介
な問題である。これは、使用済核燃料の再処理によって
得られる人工的元素のプルトニウムが、アルファ（α）
線を出し人体に取込まれると骨髄等に沈着して致命的に
有害なだめである。

また、このような円柱状ペレットを用いた核燃料棒は、
原子炉の頻繁な出力変動運転に遭遇した場合に燃料の使
用寿命の点で問題となる。センタレス・グラインダーを
かけた第２図Ｂのような直円柱状ペレット１は、原子炉
内で使用されると、ペレットの半径方向の大きな温度勾
配のだめに、ペレット端部円周部に亀裂（クランク）が
２〜２０箇所生じ、このクランクを境界としてペレット
片（フラグメント）ができる。このフラグメントが生じ
ることによって、冷温初期状態では直円柱状、であった
ペレットは、そのペレットの中心温度が外周部よりも高
いことによる効果と、ペレット両端面部の酸化物燃料物
質の密度が高さ中央部よりも僅かに大きいことが関与し
て、第３図に示すように、ペレット１のフラグメント８
は、その中心軸から外側に反り返えるように変形する。

このことは、原子炉で使用中の円柱状ペレット１が包絡
面としては、やはり、アワ・グラス形状になることを意
味する。このだめ、第４図に示すように、ペレットのフ
ラグメント８が被覆管２の内面と強く接触して、燃料ペ
レット１のクランク開口部９に面する被覆管２の内面に
は、ペレットと被覆管の相互作用のＰＣＩが生じて、局
所的に応力が大きく作用する。この応力集中部には核燃
料物質の燃焼に伴って生じた核分裂生成物（以下ＦＰと
いう）のうちのヨウ素（Ｉｚ）、セシウム（Ｃ３）等に
よる腐食環境のもとて微細なヘア・クラック１５が発生
する。このヘア・クラック１５は、原子炉の運転中に被
覆管厚み方向に伸展して、遂には燃料の設計寿命に達す
ることなく被覆管２が破損してしまう可能性が高いので
ある。

本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解消し、
長期間にわたる原子炉出力の負荷追従運転にも燃料の健
全性を維持でき、しかも、極めて毒性の強いプルトニウ
ム燃料等の燃料加工施設の設備を合理化でき、燃料の遠
隔自動製造と検査にも適し、安全且つ安価に製造できる
構造の核燃料棒を提供することにある。

要約すると、本発明は、略球形状のプルトニウムの安定
な酸化物まだプルトニウムとウランの安定な混合酸化物
の核燃料粒子の外表面を特定の効果をもつ三つの炭素層
で覆った被覆燃料粒子を、安定なウラン酸化物粉末と均
一に混合して、金属製被覆管内に充填し、両管端を密封
した核燃料棒である。

以下、図面に基づき本発明について詳述する。

６一 第５図は本発明に用いる被覆燃料粒子の構造を示す説明
図である。同図において被覆燃料粒子１０は、その中心
に直径約０．７〜１．３ｍｍ程度の略球形状の核燃料粒
子１１が位置する。この核燃料粒子１１は、プルトニウ
ムの安定な酸化物捷たはプルトニウムとウランの安定な
混合酸化物（Ｐ、　ＬＩ０２またはＰｕ　Ｏ，１−ＵＯ
２）でできている。なお、この種の略球形状の被覆燃料
粒子を製造する技術は、後述のとおり、高温ガス冷却炉
用燃料において公知のことであるから、この被覆燃料粒
子の製造法について述べることは省略する。

第５図に示すように、核燃料粒子１１の外表面は、内側
から順次形成された低密度熱分解炭素層１２、高密度等
方質熱分解炭素層見及び低密度熱分解炭素層旦の三層で
被覆されている。第一層（最内層）の低密度熱分解炭素
層１２は、膜厚約３０〜６０　Ｉｌｍ、　（ミかさ クロン）、嵩密度１．０〜１−２ｊｉ／ｒｉ程度のもの
であって、この層は核燃料粒子１１の原子炉出力変動に
伴う熱変化による膨張と収縮の体積変化を吸収する機能
と共に、ＦＰの貯蔵用空間部（プレナム）、あるいはＦ
Ｐを捕獲するゲッター材の役割を有している。つぎの第
二層の高密度等方質熱分解炭素層見は、膜厚が約２０〜
４０μｍ１嵩密度１　、５〜］、　、　９　ｇ／ｃｎｆ
ｆｉ程度のものであって、ＦＰの格納容器としての不浸
透性の炭素球殻を構成している。まだ、第三層１４は、
第一層と同様の低密度熱分解炭素層の膜厚が５〜２０μ
ｍのものであって、被覆燃料粒子の取扱い時の衝突ある
いは原子炉内での使用中に生じる被覆燃料粒子の相互接
触等による外力を緩衝する作用、更には万一にも第二層
の炭素球殻が破損したときのＦＰ用ゲッター材として機
能するものである。

前記の三層の炭素被膜を有する被覆燃料粒子１０は、そ
の外径が約帆８〜１．．６ｍｍのものとなる。このよう
な被覆燃料粒子飢は、放射能の極めて微弱なウランの安
定な酸化物粉末（ＵＯ，、、こ＼でのウランＵは、Ｕ−
２３５及びＵ−２３８であって、Ｕ−２３３は検討の対
象外）と混合されて、金属製被覆管の中にその長手方向
に均一なマクロ空間密度分布となるように充填された後
、燃料被覆管の両端が密封されて本発明に係る核燃料棒
が構成される。金属製被覆管の内径は、原子炉の炉型に
もよるが５〜１８　ｍｍであって、原子炉の炉型と出力
規模、燃料に用いる核燃料物質の種類、設計上の燃料の
燃焼度等に応じて、適切な核燃料粒子と適正な三層の炭
素被覆層を有する被覆燃料粒子が選択され、その構造の
詳細が決定される。

する。使用済核燃料の再処理工程を経て得られる放射能
的に猛毒のプルトニウム（Ｐｕ−２３９、Ｐｕ−２４０
、Ｐｕ−２４１・・・）の有効的且つ安全な再利用が本
発明の主目的であるが、プルトニウムの酸化物々いしは
プルトニウムとウランの混合酸化物（ＰｕＯ２ｔだはＰ
ｕ　０２　＋　ＵＯ２）を三層の炭素被膜で被覆した略
球形状の被覆燃料粒子は、通常のウラン酸化物と同程度
に安全に且つ簡単に取扱うことができる状態となる。と
ころで、前記の被覆燃料粒子のみを被覆管内に充填した
のでは、略球形状被覆燃料粒子の相互間に隙間があり、
このために核燃料物質の充填密度は比較的低い値に制限
される。そこで、極めて微弱な放射能の故に取扱の容易
なウラン（Ｕ−２３５とＵ−２３８）の酸化物（ＵＯ２
）粉末を該被覆燃料粒子と一定の混合比率をもって、マ
クロ空間密度分布が均一になるよう金属製被覆管内に充
填すると、核燃料物質密度を前記被覆燃料粒子のみを充
填した場合よりも高めることができ、また、核燃料棒の
核・熱特性の調整が、混合するウラン酸化物粉末のウラ
ン濃縮度などによって容易になし得る。

すなわち、発電用原子炉の炉心に装荷される従来型の核
燃料集合体は、円柱状ペレットを用いた核燃料棒が、沸
騰軽水冷却炉（ＢＷＲ）では（８Ｘ８）本が、捷だ加圧
軽水冷却炉（ＰＷｆ％）では（１，７Ｘ１７）本が、ス
ペーサ、上・下のタイ・プレート等によって一体ものに
組立てられる。核燃料棒に含有される核燃料物質の量、
つまり、核分裂性物質の含有量ないしはウランの濃縮度
が、前記核燃料集合体内の核燃料棒の組込まれる位置等
によって異なる値を採用し、核燃料集合体の局所発熱ピ
ークを抑制し、燃焼度を調節している場合が多い。

本発明によれば、被覆燃料粒子はすべて同一種類のもの
とし、これと均一に混合されるウラン酸化物粉末の濃縮
度とその混合比率を変化させることによって、前述のよ
うな核分裂性物質含有量の調節された核燃料棒を容易に
提供することができる。なお、ウラン酸化物（ＵＯ２）
粉末のウラン（［Ｊ）は、同位体のＵ−２３５及びＵ−
２３８の一定割合から成り立っており、天然に産出する
ウランには、Ｕ−２３５が約０．７％含有されている。

Ｕ−２３５が天然ウランの含有比率よりも高めたものを
濃縮ウランと言い、逆にＵ−２３５が天然ウランの含有
比率」：りも低いものを劣化ウランと言う。ウラン酸化
物（ＵＯ２）粉末り一次粒子は、その粒度分布が０．２
〜１０μｍ程度でって、寸だ、ウラン酸化物の酸素とウ
ラン原子数（０／Ｕ　）比が２００〜２０３のものが大
気中でも酸化が進行することなく、極めて安定していて
好ましい。

さて、このような構成の核燃料棒を原子炉内で使用する
と、原子炉の運転に伴って核燃料棒の燃焼が進行し、そ
のために生成し、蓄積する放射性の有害なＦＰの大部分
を被覆燃料粒子内に閉じ込めることができると共に、第
６図に示すように、金属製被覆管２の内面には略球形状
の被覆燃料粒子内の多数箇とウランの酸化物粉米用が接
触することになって、原子炉出力の急激な」二重の際に
も、円柱状ペレットのクラック開口部にみられたような
ＰＣＩが全く生じない。このため、燃料の設計寿命中に
燃料が破損して放射性の有害な■２Ｐないしはプルトニ
ウムが金属製被覆管の外部領域に放出されることも殆ど
無くなる。

本発明に係る被覆燃料粒子の製造は、従来の円柱状焼結
ペレットと異なり、本来的に遠隔自動操作に適しており
、プルトニウムのようにα−線を出す放射能的に極めて
有毒々核燃料物質でも、炭素の三重の被覆層を有する被
覆燃料粒子としたものは、密封された放射線源と見做す
ことができて、被覆燃料粒子の、それ以後の燃料加工施
設には、現状のプルトニウム加工施設にみられるような
放射線の遮蔽壁と気密性を有するグローブ・ボックスの
多数基連結による重装備が不必要となる。つまり、本発
明の核燃料棒は、従来の円柱状プルトニウム含有ペレッ
トの加工施設よりも連続工程を大巾に採用することがで
き、加工施設の保安管理及び経済性の点で遥かに優れた
ものとなり得る。

勿論、このためには、相当の開発研究の必要なことは論
を俟だない。

以上、本発明の主要な特色を構成する被覆燃料粒子とウ
ラン酸化物粉末の均一・混合充填層の効果について詳述
したが、本発明の他の要目については、以下に述べる。

核燃料棒の燃焼に伴って核燃料粒子から放出されるＦＰ
の蓄積と高温での気化膨張によって、第二層の高密度等
実質熱分解炭素球殻の内圧が上昇する。このような被覆
燃料粒子の被覆炭素球殻の内外の圧力差を緩和し、炭素
球殻の気体状Ｆ’Ｐによる内圧上昇による破損を防止す
るため、金属製被覆管に不活性なヘリウムを加圧・封入
し、被覆燃料粒子そのものに外圧を加えることが有効で
ある。ヘリウムによる内部加圧の他の効果としては、ヘ
リウムが熱伝導性が良好であり加圧することによって、
被覆燃料粒子とウラン酸化物粉末の均一充填層内の微小
空間を占めるヘリウム・ガスの分子濃度が飛躍的に増大
して、混合燃料充填層の熱伝導度が一層向上する。この
ことは、゛気体の分子運動論パから明らかなことであっ
て、核燃料粒子の温度を低下させ、ひいては被覆炭素球
殻内の気体状ＦＰの圧力も減少させることになる。この
場合、核燃料棒の使用条件にも依存するが、５〜２０気
圧の圧力でヘリウムを金属製被覆管内に加圧・封入する
のが実用的にみて好ましい。

燃料被覆管を構成する材料としては、チタン、チタン合
金、ジルコニウム、ジルコニウム合金であるＺｒｙ−２
、Ｚｒｙ−４及びＺｒ−１％Ｎｂなどのほか、ニッケル
、ニッケル合金、ステンレス鋼マタハハナジウム合金等
がある。通常、金属製被覆管としては、これらの材料の
うちの単一素材を用いた単管が用いられているが、将来
の改良された核燃料棒においては、前記材料のうちの二
種類の材料から製造される複合二重管も利用されること
になろう。なお、複合二重管の内面に非金属材料の黒鉛
あるいはシリコン化合物などの薄膜層を設けて、Ｆ’Ｐ
による被覆管内面の防食バリアを形成することは一層有
効であろう。

ところで、前述のとおり、本発明に係る被覆燃料粒子そ
のものについては、高温ガス冷却炉燃料において従来か
ら知られており、その代表例として、西ドイツの高温ガ
ス実験炉ＡＶＲとわが国の多目的高温ガス冷却炉の燃料
について略述する。

ＡＶＩ”（実験用原子炉（電気出力１万５，０００　ｋ
Ｗ　）は、ペブル・ベッド型と言われており、その燃料
は球形をしていて核燃料物質にウラン（Ｕ）とトリウム
（Ｔｈ）が用いられている。外径が約６儂で厚さ１αの
黒鉛球殻の中に直径約４閑の球形燃料部分がある。この
燃料部分は、ウランとトリウムの炭化物（Ｕ／Ｔｈ　）
　Ｃ１またはウランとトリウムの混合酸化物（Ｕ／Ｔｈ
　）　０２の約４００μｍの核燃料粒子の外表面を低密
度炭素と高密度炭素の二層で被覆して（ＢＩＳＯ被覆と
呼称）、外径約７４０μｍとしたもの多数筒を黒鉛粉末
にフェノール樹脂のバインダーと混合して焼き固めたも
のである。この小石形状の所謂“ペブル型燃料°゛を原
子炉容器内に装荷し下方から堆積させて炉心を石炭スト
ーブのように構成し、このペブル燃料黒鉛球の隙間をヘ
リウムが循環冷却するシステムとなっている。

また、わが国の多目的高温ガス冷却炉計画は、日本原子
力研究所を中心に進められており、この計画の第一段階
として設計されている多目的実験炉（熱出力約５万ｋＷ
　）の燃料は以下の通りである。

まず、従来技術の核燃料ベレットに対応した燃料構成の
基本となる円筒中心軸中空状の所謂゛環状燃料コンパク
ト°’　（ａｎｎｕｌａｒ　ｆｕｅｌ　ｃｏｍｐａｃｔ
　）は、　外径が３．６ｃｍ、内径が１．８α、長さが
３．６儂であって、このコンパクトは直径約６００μｍ
の安定なウラン酸化物（ＵＯ２）の核燃料粒子の外側を
順次、低密度炭素、炭化珪素及び高密度炭素で被覆して
（ＴＲＩＳＯ被覆と呼称）、被覆燃料粒子を構成し、こ
の外径が約９２０μｍの被覆燃料粒子の多数筒がコンパ
クト全体積の３０％含有されるようにして、　黒鉛粉末
とフェノール樹脂のバインダーを混合して高温で焼き固
めたものである。この燃料コンパクトは、黒鉛管の外径
４６Ｃｒｎ１内径３．８ｃｍ、長さ５７ホの中に挿入さ
れて燃料棒を形成し、多数本の燃料棒が六角柱状の黒鉛
ブロック内に装荷されて原子炉の炉心を構成し、燃料棒
と黒鉛ブロックの間をヘリウムが循環冷却するシステム
吉なっている。

高温ガス冷却炉において前記の環状燃料コンパクトは、
ヘリウムの温度が７５０°Ｃ以上で冷却されることにな
るので、中性子吸収の少ない耐熱材料として前述したと
おり黒鉛管が使用されているが、黒鉛管は、ＦＰの完全
な障壁（バリア）ではあり得ない。これに反して、すで
に商業化されている重水炉及び軽水炉では、核燃料棒の
外表面は約４００℃以下の冷却水と接触しているので、
金属製被覆管のほうが適しており、この金属製被覆管の
両端溶接により密封された核燃料棒は、被覆管内に蓄積
するＦＰの完全なバリアとして機能する。

つぎに、本発明の一実施例を第７図に示す。この実施例
においては、下部端栓±が周溶接された長尺の被覆管主
の中に、前述の被覆燃料粒子すとウランの安定な酸化物
粉末１６とが均一ζこ混合・充填されて、核燃料棒の有
効発熱部分を形成し、上部端栓Ａで被覆管２の上端を密
封した構造となっている。下部端栓４と被覆燃料粒子用
とウランの安定な酸化物粉末−サー吉の均−混合充填層
見の最下部分との間に黒鉛（グラファイト）マたは金属
のウールの下端部区画層Ｕが設けられている。金属製ウ
ールは、ステンレス鋼などのほか、熱中性子吸収の少な
いジルコニウムの線材またはストリップ材などがよい。

この黒鉛ウールまたは金属製ウールの下端部区画層Ｕは
、原子炉の運転停止に伴う均一・混合燃料充填層１８と
金属製被覆管２の長さ方向の熱膨張差に基づく相対的変
位を緩和し、被覆管又の長さ方向に過度の応力が加わら
ないように作用する。また、本実施例においては、被覆
燃料粒子１０（！：ニララン安定な酸化物粉末１６との
均一な混合充填層１８の最上部にもクラファイト・ウー
ルまたは金属製ウールの端部区画層１７が設けられてい
る。

この機能は、均一混合燃料の充填後に被覆管内を真空に
引き、ヘリウムと置換して上部端栓３が被覆管主に周溶
接されるのであるが、この真空引きの時に粉末状の核燃
料物質が真空系を汚染することのないように、フィルタ
ーの作用をなすことである。端部区画層、Ｖ−に接して
断熱ペレット（上部）１９、これに接してコイル・スプ
リング７が上部端栓３との間に挿入されている。コイル
・スプリングヱは、被覆管冬内の均一・混合燃料充填層
ザーを圧縮・保持し、このことによって均一燃料充填層
１８内に燃料の燃焼に伴なう体積変化による空隙が生じ
ないようにし、このことによって原子炉で使用中の核燃
料棒の健全性を維持するのに役立つ。

本発明は、以上のように構成された核燃料棒であるから
、従来の円柱状ペレットの場合に問題となったＰＣＩは
全く生ぜず、原子力発電所の負荷追従運転が可能となる
し、またペレットのセンタレス・グラインダーのときの
核燃料の研磨屑の発生過程がなく、ペレットの外観、寸
法、密度等の検査のための重大な人員と時間を要しない
利点がある。

具体的には、被覆燃料粒子の場合には、迅速な光学的粒
径自動測定法、重力利用真球度選別法等を適宜採用する
ことによって、検査費は円柱状ペレットよりも安価とな
るためである。また、被覆燃料粒子の製造が本来的に遠
隔自動操作に適したものであるから、前述のとおり、プ
ルトニウムとウランの混合酸化物などの毒性の烈しい燃
料に好適であると言える。

更に本発明は、高速増殖炉用燃料には一層適合したもの
である。高速増殖炉の炉心の一次冷却材としては液体金
属す）　ＩＪウムが本命吉見做されており、その冷却材
圧力は、原子炉炉心の上部に封入されている不活性のカ
バー・ガスの圧力を加算しても数気圧である。将来の商
業用高速増殖炉発電所々しては、核燃料棒あたり最高１
０万〜３ｏ万ＭＷｄ／ｌの高い燃焼度が予想されており
、金属製被覆管は高速中性子（ｆａｓｔ　ｎｅｕｔｒｏ
ｎ　）の高いフラックス（ｈｉｇｈ　ｆｌｕｘ　）の照
射による体積膨張（スエリング）が避けられない上に、
円柱状ペレットを用いると、被覆管の内圧はペレットか
らの多量のＰＰの放出によって冷却材圧力を直ぐに超え
て、金属製被覆管のクリープ変形量が非常に大きな値と
なる。しかも、現状において高速増殖炉用燃料の本命と
しては、炭化物燃料とか窒化物燃料ではなく、酸化物燃
料が予定されており、この場合、酸化物燃料（ＰｕＯ２
、ＵＯ２）の核分裂反応により核燃料物質１９− （Ｐｕ、Ｕ）が消滅し、遊離する酸素（０□）の蓄積に
よって金属製被覆管の内面酸化は益々進行し、成る燃焼
度以降では被覆管とペレットとの間に両者の融合したボ
ンディング層が生じ、燃料の健全性にとって重大な問題
を惹起することになる。然るに、本発明に係る核燃料棒
を用いると、核分裂反応で遊離した活性に富む酸素は、
被覆燃料粒子を形成する被覆層の炭素と化合したりして
、酸素が金属製被覆管内面を侵蝕する率は無視できる程
に小さくなる。何故ならば、被覆燃料粒子と均一・混合
されるウラン酸化物（ＵＯ２）粉末の含有する酸素の量
は、従来の円柱状ペレットの場合よりも核燃料棒の単位
長さあたりにして遥かに少ないからである。また、ＦＰ
の大部分は被覆燃料粒子内に閉じ込められているので、
ＦＰ内圧による金属製被覆管のクリープ変形量も僅少と
なる。

このように、本発明は、すでに商業化されている重水炉
及び軽水炉（ＢＷＲ及びＰＷＲ）に対して、原子炉出力
の負荷追従運転にも十分耐えられる高性能で、且つ、高
い燃焼度を達成できる核燃料棒を２０− 提供するものであるし、前述のとおり、２１世紀前半に
商業化が予想されている高速増殖炉用にプルトニウムを
用いた安全性の高い核燃料棒を提供すると言う観点から
理想的な燃料技術である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の円柱状ペレットを金属製被覆管内に装填
した従来型の核燃料棒の図、第２図Ａは焼結したままの
円柱状ペレットが砂時計（アワ・グラス）型をしている
ことを示す図、第２図Ｂは砂時計型の円柱状ペレットの
側面外周にセンタレス・クラインダーをかけて直円柱状
としたものを示す図、第３図は従来の直円柱状ペレット
を原子炉内で使用中の変形想定モデル図（包絡面がアワ
・グラス形状になる）、第４図は従来技術の核燃料棒の
被覆管内面にみられるペレットと被覆管の相互作用（Ｐ
ＣＩ　）の説明図、第５図は本発明に係る被覆燃料粒子
の構造を示す説明図、第６図は本発明に係る核燃料棒の
被覆管内面にはＰＣＩが生じないことの説明図、第７図
は本発明に係る核燃料棒の一実施例を示す説゛明図であ
る。 （数字符号と対応する名称） １・・・・・・・・円柱状ペレット ２・・・・・・・・金属製被覆管 ３・・・・・・・・上部端栓 ４　・・・・・・・・下部端栓 ５・・・・・断熱ペレット（下部） ６・・・・・　抑え板（ティスフ） ７・・・・・・・コイル・スフリンク ８・・・・・・ペレット片（フラグメント）９・・・・
・・・・・原子炉内で使用中の円柱状ペレットのクラッ
ク開口部 １０・・・・・・・被覆燃料粒子 １１　・＝−核燃料粒子（ＰｕＯ２、ＰｕＯ２＋ＵＯ２
）１２．１４・・・・・・低密度熱分解炭素層（第一層
、第三層）１３・・・・・・　高密度等方質熱分解炭素
層（第二層、炭素球殻と略称） １５・・・・・・・・・・被覆管内面に発生したヘア・
クラック１６・・・・・・・・・ウランの安定な酸化物
（ＵＯ□）粉末１７・・・・・・・・・黒鉛（グラファ
イト）ウールまたは金属製ウールの端部区画層 １８・・・・・・・・・・被覆燃料粒子とウラン酸化物
粉末の均一・混合充填層 １９・・・・・・・・・・断熱ペレット（上部）第１図
　　　　　第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、金属製被覆管の中に、プルトニウムを含有する略球
   形状の被覆燃料粒子とウランの安定な酸化物粉末とが均
   一に混合された燃料充填層を主体とする管内構成物が入
   れられていて、前記金属製被覆管の両端が密封されてい
   る核燃料棒であって、前記被覆燃料粒子は、その中心に
   位置する直径約０．７〜１．３ｍｍの略球形状のプルト
   ニウムの安定な酸化物またはプルトニウムとウランの安
   定な混合酸化物の核燃料粒子の外表面に内側から順次形
   成された低密度熱分解炭素層、高密度等劣質熱分解炭素
   層及び低密度熱分解炭素の三層の被覆膜を有することを
   特徴とする核燃料棒。 ２、管内構成物は、金属製被覆管内に加圧封入されたヘ
   リウムを含むものである特許請求の範囲第１０項記載の
   核燃料棒。 ３　管内構成物は、略球形状の被覆燃料粒子と安定なウ
   ラン酸化物粉末とが均一に混合された燃料充填層の両端
   部に設けられる黒鉛ウールまだは金属製ウールの上・下
   の端部区画層、上端部区画層に接する断熱ペレット及び
   該断熱ペレットに接し前記の均一・混合燃料充填層を圧
   縮保持するコイル・スプリングを含むものである特許請
   求の範囲第１項まだは第２９項記載の核燃料棒。 ４　金属製被覆管が、チタン、チタン合金、ジルコニウ
   ム、ジルコニウム合金、ニッケル、ニッケル合金、ステ
   ンレス鋼及びバナジウム合金から選ばれる一種類の材料
   の単管、または、これらのうちの二種類の材料の複合二
   重管で作られるものである特許請求の範囲第１項、第２
   ０項または第３項記載の核燃料棒。