JPS58147677A - 核燃料要素 - Google Patents
核燃料要素Info
- Publication number
- JPS58147677A JPS58147677A JP57028978A JP2897882A JPS58147677A JP S58147677 A JPS58147677 A JP S58147677A JP 57028978 A JP57028978 A JP 57028978A JP 2897882 A JP2897882 A JP 2897882A JP S58147677 A JPS58147677 A JP S58147677A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cladding tube
- nuclear fuel
- pellets
- fuel element
- 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.)
- Pending
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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
- Glass Compositions (AREA)
- Catalysts (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Ｗ１４＃−ｉ、核燃料要素の改良に関するものであ
る。
る。
一般に、核燃料要素は、縦断面図を示す第１図のように
、被覆管１内に複数個の燃料ベレット２を積層して装填
するとともに、−覆管１の両、端開口が端栓３ａ、３ｂ
で密封形成されている。燃料ペレット２は、核分裂性の
例えば酸化物燃料粉末をたとえば長さと直径との比が約
１の円柱状ペレツ）Ｋ焼結成形され友ものである。尚、
第１図において、４は’１ｆｉＷ１内にガス溜用のプレ
ナム５を形成する機能と、燃料ペレット２を安定状態に
支持する機能とを果たすスプリングでおる。
、被覆管１内に複数個の燃料ベレット２を積層して装填
するとともに、−覆管１の両、端開口が端栓３ａ、３ｂ
で密封形成されている。燃料ペレット２は、核分裂性の
例えば酸化物燃料粉末をたとえば長さと直径との比が約
１の円柱状ペレツ）Ｋ焼結成形され友ものである。尚、
第１図において、４は’１ｆｉＷ１内にガス溜用のプレ
ナム５を形成する機能と、燃料ペレット２を安定状態に
支持する機能とを果たすスプリングでおる。
ところで、上記のように構成された核燃料ａＸにおいて
、被覆管１には、燃料ペレット２と冷却材との接触及び
化学反応を阻止する機能、及び燃料から放出される放射
性核分裂生成物が冷却材中に混入することを阻止する機
能が要求されている。
、被覆管１には、燃料ペレット２と冷却材との接触及び
化学反応を阻止する機能、及び燃料から放出される放射
性核分裂生成物が冷却材中に混入することを阻止する機
能が要求されている。
したがって、このような機能分満足しない被覆管、即ち
、被覆管が破損したような場合には、冷却系プラントの
放射能レベルが上昇し、安全を確保する九めに原子炉の
運転を停止させなければならないことも考えられ、原子
カプラント全体の稼動率を低下させるためにも好ましく
ない。
、被覆管が破損したような場合には、冷却系プラントの
放射能レベルが上昇し、安全を確保する九めに原子炉の
運転を停止させなければならないことも考えられ、原子
カプラント全体の稼動率を低下させるためにも好ましく
ない。
水冷型原子炉に用いられる核燃料要素の被覆管は、一般
にジルコニウム及びその合金系で形成されている。ジル
コニウム及びその合金は、中性子吸収断面積が小さく、
かつ、約４００Ｃ以下の温度で強靭で延性がよく、しか
も、冷却材として用いられる水蒸気とも反応しない安定
した特性を有している。
にジルコニウム及びその合金系で形成されている。ジル
コニウム及びその合金は、中性子吸収断面積が小さく、
かつ、約４００Ｃ以下の温度で強靭で延性がよく、しか
も、冷却材として用いられる水蒸気とも反応しない安定
した特性を有している。
しかしながら、現在までの運転経験によると、ジルコニ
ウム及びその合金で形成された被覆管にあっても、中性
子照射を受けることによる材料強度の低下および核分裂
生成物との化学反応による腐食などの相互作用に基づく
脆性割れを発生する可能性がある。
ウム及びその合金で形成された被覆管にあっても、中性
子照射を受けることによる材料強度の低下および核分裂
生成物との化学反応による腐食などの相互作用に基づく
脆性割れを発生する可能性がある。
このような望ましくない現象は次のようにして発生する
ものと考えられる。即ち、燃料ベレット２で発生した熱
を被覆管１の表面に効率よく伝えるに杜、被覆管１の内
側面と燃料ベレット２との間に形成されるギャップを数
十ミクロン以下に設定する会費がある。一方、運転時に
は、燃料ベレット２が発熱するのでベレット自身が熱応
力で割れ、その破面の喰い違いや、さらには燃焼ととも
に燃料ベレット２内に核分裂生成物が蓄積して起こる体
積膨張などが原因して第２図に示すように被覆管１が燃
料ベレット２によって押し拡げられる。被覆管ｌが受け
る歪の周方向の平均値はさほど大きくはないが、燃料ベ
レット２に生じ九クラック６近傍の被ａｔ内面に歪が集
中し、この歪は降伏応力以上に達する。さらに、核分裂
に伴なって燃料ベレット２からヨウ素及びヨウ素化合物
、セシウム及びセシウム化合物などの腐食性ガスが発生
し、この腐食性ガスは被覆管１内の自由空間、即ち、ク
ラック６などに集まる。つまり、被覆管１の特に歪が集
中している部分近傍に腐食性ガスが集シ易く、この部分
を起点にして、たとえば応力腐食割れと呼称される脆性
破壊現象が発生する。
ものと考えられる。即ち、燃料ベレット２で発生した熱
を被覆管１の表面に効率よく伝えるに杜、被覆管１の内
側面と燃料ベレット２との間に形成されるギャップを数
十ミクロン以下に設定する会費がある。一方、運転時に
は、燃料ベレット２が発熱するのでベレット自身が熱応
力で割れ、その破面の喰い違いや、さらには燃焼ととも
に燃料ベレット２内に核分裂生成物が蓄積して起こる体
積膨張などが原因して第２図に示すように被覆管１が燃
料ベレット２によって押し拡げられる。被覆管ｌが受け
る歪の周方向の平均値はさほど大きくはないが、燃料ベ
レット２に生じ九クラック６近傍の被ａｔ内面に歪が集
中し、この歪は降伏応力以上に達する。さらに、核分裂
に伴なって燃料ベレット２からヨウ素及びヨウ素化合物
、セシウム及びセシウム化合物などの腐食性ガスが発生
し、この腐食性ガスは被覆管１内の自由空間、即ち、ク
ラック６などに集まる。つまり、被覆管１の特に歪が集
中している部分近傍に腐食性ガスが集シ易く、この部分
を起点にして、たとえば応力腐食割れと呼称される脆性
破壊現象が発生する。
これらの好ましくない破壊を防止する目的で、従来、例
えば、燃料べＶット２と被覆管１との間に潤滑材を挿入
する核燃料要素が、米国特許３．０１８２３８号明細書
に示されておシ、また、被覆管ｌと燃料ベレット２閾に
隔壁を設けた例として、ＤＡ８１，２３８，１１５
ではチタン層が述べられている。さらに、Ｎｂにオプ）
、Ｔａ （タンタル）、Ｍｔ） （モリブデン）、Ｗ（
タングステン）、ｚｒ（ジルコニウム）の金属状膜で燃
料を包囲した核燃料要素も却られている。その他の障壁
材として、ステンレス鋼、ガラス物質、Ａｔ（アルミニ
ウム）、ＢｅＡｔ（ベリリウムアルミニウム合金）、Ｍ
ｇ（マグネシウム）、Ｃｕ（鋼）等が米国特許３．０８
０，８９３号、同３，０８５，０５９号、同３，２１２
，７８８号、同３，２９１，７００号、同３．２３０．
１５０号明細書及び４１ｖ８１Ｂ５０−１０９３９７
号公報で公知にな”ｐている。
えば、燃料べＶット２と被覆管１との間に潤滑材を挿入
する核燃料要素が、米国特許３．０１８２３８号明細書
に示されておシ、また、被覆管ｌと燃料ベレット２閾に
隔壁を設けた例として、ＤＡ８１，２３８，１１５
ではチタン層が述べられている。さらに、Ｎｂにオプ）
、Ｔａ （タンタル）、Ｍｔ） （モリブデン）、Ｗ（
タングステン）、ｚｒ（ジルコニウム）の金属状膜で燃
料を包囲した核燃料要素も却られている。その他の障壁
材として、ステンレス鋼、ガラス物質、Ａｔ（アルミニ
ウム）、ＢｅＡｔ（ベリリウムアルミニウム合金）、Ｍ
ｇ（マグネシウム）、Ｃｕ（鋼）等が米国特許３．０８
０，８９３号、同３，０８５，０５９号、同３，２１２
，７８８号、同３，２９１，７００号、同３．２３０．
１５０号明細書及び４１ｖ８１Ｂ５０−１０９３９７
号公報で公知にな”ｐている。
岡Ｓに被覆管を内張シする概念は周知でめシ、米５１４
Ｉ許８，８０２．５４９号、同３．６２５．８２１号明
細書、善−＠１ｌ−６９７９２号、特開昭５１−６９７
９５号、４Ｆ−昭５１−６９７９６号及び特開昭５１−
７１４９７号会報において内張夛材として、ＭＯ，Ｃｒ
（クローム）、Ｗ、 Ｎｂ、 Ｆｅ （鉄）、Ｗ、
Ｎｂ、 Ｎ ｉ。
Ｉ許８，８０２．５４９号、同３．６２５．８２１号明
細書、善−＠１ｌ−６９７９２号、特開昭５１−６９７
９５号、４Ｆ−昭５１−６９７９６号及び特開昭５１−
７１４９７号会報において内張夛材として、ＭＯ，Ｃｒ
（クローム）、Ｗ、 Ｎｂ、 Ｆｅ （鉄）、Ｗ、
Ｎｂ、 Ｎ ｉ。
Ｍｇ＊ Ｃｕｔ純Ｚ４．ｋｌ、 Ｎｉ−Ｃｒ合金、アル
ミ化コーテイグ珪素化コーテイグ等が示されている。
ミ化コーテイグ珪素化コーテイグ等が示されている。
以上の従来技術に述べである障壁材及び内張シ材拡薄肉
にすると燃料ベレットによシ押し拡げられた場合破壊さ
れ、被覆管の応力腐食割れの防止には役立良なくなると
云う欠点がわる。
にすると燃料ベレットによシ押し拡げられた場合破壊さ
れ、被覆管の応力腐食割れの防止には役立良なくなると
云う欠点がわる。
本発ｗＡは上記の状況に鑑みなされたものであり、被覆
管の応力腐食割れ全減少でき信頼性を向上できる核燃料
要素を提供することを目的としたものである。
管の応力腐食割れ全減少でき信頼性を向上できる核燃料
要素を提供することを目的としたものである。
本発明の核燃料要素は、金属製被覆管内に円柱状の二酸
化ウランの焼結ベレットを複数個積層し両端を密對して
なシ、上記被覆管内部を複数個に仕切る放射状位置に配
置された高融点金属板からなる仕切板と、該仕切板によ
ル仕切亭られるそれぞれの空間に装填された断面扇形の
上記ベレットとを備え九ものでめる。即ち、被覆管内部
を高融点の金属板によシ放射状に区切ることによシ、ペ
レット内で発熱し比熱は被覆管だけでなく該金属板をも
通して除去されるため、ベレットの温度は低下しそれに
よりベレットの体積膨張を減少し、被覆管内面の金は応
力腐食割れを生せしめるに充分な量には達しに〈〈なシ
、被覆管の破損を大幅に低下させることができる。
化ウランの焼結ベレットを複数個積層し両端を密對して
なシ、上記被覆管内部を複数個に仕切る放射状位置に配
置された高融点金属板からなる仕切板と、該仕切板によ
ル仕切亭られるそれぞれの空間に装填された断面扇形の
上記ベレットとを備え九ものでめる。即ち、被覆管内部
を高融点の金属板によシ放射状に区切ることによシ、ペ
レット内で発熱し比熱は被覆管だけでなく該金属板をも
通して除去されるため、ベレットの温度は低下しそれに
よりベレットの体積膨張を減少し、被覆管内面の金は応
力腐食割れを生せしめるに充分な量には達しに〈〈なシ
、被覆管の破損を大幅に低下させることができる。
以下本発明の核燃料要素の一実施例を従来と同部品は同
符号で示し同部分の説明は省略し第５ｒｉｌＪ。
符号で示し同部分の説明は省略し第５ｒｉｌＪ。
第４図により説明する。第３図は横断面図、第４図は断
面斜視図である。被覆管１の内部には、タングステン材
料からなる複数個の仕切板８が放射状位置に一体に形成
され、仕切板８相互間の扇形Ｏ空間に扛それぞれ断面扇
形の二酸化ウランの扇形断面ペレット７が挿入されてい
る。そして、被覆管ｌ内面及び仕切板８表面と扇形断面
ベレット７儒画との間には、ペレットが熱膨張しても強
いＩＩ触圧が生じないようにギャップ９が設けられてい
る。
面斜視図である。被覆管１の内部には、タングステン材
料からなる複数個の仕切板８が放射状位置に一体に形成
され、仕切板８相互間の扇形Ｏ空間に扛それぞれ断面扇
形の二酸化ウランの扇形断面ペレット７が挿入されてい
る。そして、被覆管ｌ内面及び仕切板８表面と扇形断面
ベレット７儒画との間には、ペレットが熱膨張しても強
いＩＩ触圧が生じないようにギャップ９が設けられてい
る。
上記構造の核燃料要素を原子炉内に装架すると断面扇形
のベレツ）７Ｆｉ発熱しその温度が上昇する。４！に仕
切板８はタングステン材料によシ作られている九め、熱
伝導がα２Ｗ／ａｎ／にと良好であｐ、熱は仕切板８内
にほとんど温度差を生じることなく被覆管１に流れる。
のベレツ）７Ｆｉ発熱しその温度が上昇する。４！に仕
切板８はタングステン材料によシ作られている九め、熱
伝導がα２Ｗ／ａｎ／にと良好であｐ、熱は仕切板８内
にほとんど温度差を生じることなく被覆管１に流れる。
し九がって、二酸化クランペレットの温度は仕切板８の
ない従来の核燃料要素に比較して著しく低下し、二酸化
ウランの熱膨張量は小さくなる。このため、扇形断面ペ
レット７が被覆管１と接触して被覆管１を押し拡げる可
能性が小さくなるか、ｔたは、たとえ接触してもその接
触圧は小さくなり、被覆管１の応力腐食割れを効率的に
減少できる。また、ペレットの温度が低くなることから
、ペレットから放出される腐食性ガスの量も従来のもの
に比べて少なくなシ、この点からも応力腐食割れを防止
する。
ない従来の核燃料要素に比較して著しく低下し、二酸化
ウランの熱膨張量は小さくなる。このため、扇形断面ペ
レット７が被覆管１と接触して被覆管１を押し拡げる可
能性が小さくなるか、ｔたは、たとえ接触してもその接
触圧は小さくなり、被覆管１の応力腐食割れを効率的に
減少できる。また、ペレットの温度が低くなることから
、ペレットから放出される腐食性ガスの量も従来のもの
に比べて少なくなシ、この点からも応力腐食割れを防止
する。
このように本実施例の核燃料要素は、被覆管内部を複数
個に仕切る放射状位置に配置された高融点金属板からな
る仕切板と、該仕切板によシ仕切られるそれぞれの空間
に装填された扇形断面のペレットとを設けたので、ペレ
ットから発熱した熱量は扇形断面に仕切る仕切板を通し
て被覆管に流れる九めペレットの温度上昇を低減し二酸
化ウランの熱膨張量を減少し被覆管の応力腐食割れを減
少できる。また、本実施例では仕切板をタングステン材
料によシ形成した場合について述べ丸が、タングステン
以外に、モリブデン、タンタル、レニウム等の高融点金
属でも作用効果は同じである。
個に仕切る放射状位置に配置された高融点金属板からな
る仕切板と、該仕切板によシ仕切られるそれぞれの空間
に装填された扇形断面のペレットとを設けたので、ペレ
ットから発熱した熱量は扇形断面に仕切る仕切板を通し
て被覆管に流れる九めペレットの温度上昇を低減し二酸
化ウランの熱膨張量を減少し被覆管の応力腐食割れを減
少できる。また、本実施例では仕切板をタングステン材
料によシ形成した場合について述べ丸が、タングステン
以外に、モリブデン、タンタル、レニウム等の高融点金
属でも作用効果は同じである。
そして、本実施例は被覆管内を８等分したものの場合を
示したが、分割の数はこれに限られるものではない。こ
の数は多ければ多い程温度低減効果は増大するが、一方
、中性子経済の点からは余シ多くできず、４〜８分割が
適当である。
示したが、分割の数はこれに限られるものではない。こ
の数は多ければ多い程温度低減効果は増大するが、一方
、中性子経済の点からは余シ多くできず、４〜８分割が
適当である。
謔５図は他の実施例を示し、上部実施例と異なるところ
は、上記実施例は放射状仕切板８を一体吻として形成し
たのに対し、本実施例は放射状に複数の仕切板８を単に
放射状に挿入し友だけのもＯであるが、上記実施例と同
様の作用効果を有する。
は、上記実施例は放射状仕切板８を一体吻として形成し
たのに対し、本実施例は放射状に複数の仕切板８を単に
放射状に挿入し友だけのもＯであるが、上記実施例と同
様の作用効果を有する。
以上記述し九如く本発明の核燃料要素は、被覆管Ｏ応力
腐食割れを減少でき信頼性を向上できる効果を有するも
のである。
腐食割れを減少でき信頼性を向上できる効果を有するも
のである。
第１図は従来の核燃料要素の縦断面図、第２図はｊ１１
１図の被覆管の燃料ペレットの体積膨張による変形状態
の１％！明図、ｔｓ３図は本発明の核燃料要素の実施例
の横断面図、第４図は第３図の被覆管を断面して示し九
斜視図、第憂図は本発明の核燃料要素の他の実施例の横
断面図である。 １・・・被覆管、２・・・燃料ペレット、７・・・扇形
断面ペレット、８・・・仕切板。 体３図 第４図 禦５図
１図の被覆管の燃料ペレットの体積膨張による変形状態
の１％！明図、ｔｓ３図は本発明の核燃料要素の実施例
の横断面図、第４図は第３図の被覆管を断面して示し九
斜視図、第憂図は本発明の核燃料要素の他の実施例の横
断面図である。 １・・・被覆管、２・・・燃料ペレット、７・・・扇形
断面ペレット、８・・・仕切板。 体３図 第４図 禦５図
Claims (1)
- Ｌ 金属製被覆管内に円柱状の二酸化ウランの焼結ベレ
ットを複数個積層し両端を密封してなる核燃料要素にお
いて、上記被覆管内部を複数個に仕切る放射状位置に配
置された高融点金属板からなる仕切板と、該仕切板によ
り仕切られるそれぞれの空間に装填された断面扇形の上
記ベレットとを備えたことを特徴とする核燃料要素。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57028978A JPS58147677A (ja) | 1982-02-26 | 1982-02-26 | 核燃料要素 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57028978A JPS58147677A (ja) | 1982-02-26 | 1982-02-26 | 核燃料要素 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58147677A true JPS58147677A (ja) | 1983-09-02 |
Family
ID=12263499
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57028978A Pending JPS58147677A (ja) | 1982-02-26 | 1982-02-26 | 核燃料要素 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58147677A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4853177A (en) * | 1983-05-06 | 1989-08-01 | The Babcock & Wilcox Company | Void plug for annular fuel pellets |
| WO2022218782A1 (fr) * | 2021-04-16 | 2022-10-20 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Pastille combustible comprenant un insert métallique perfectionné |
| FR3122029A1 (fr) * | 2021-04-19 | 2022-10-21 | Commissariat A L’Energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Pastille de combustible nucléaire intégrant un insert métallique ou alliage métallique conducteur thermique à section transversale en croix, Crayon et Assemblage de combustible nucléaire associés, utilisation en Réacteur à Eau sous Pression (REP). |
-
1982
- 1982-02-26 JP JP57028978A patent/JPS58147677A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4853177A (en) * | 1983-05-06 | 1989-08-01 | The Babcock & Wilcox Company | Void plug for annular fuel pellets |
| WO2022218782A1 (fr) * | 2021-04-16 | 2022-10-20 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Pastille combustible comprenant un insert métallique perfectionné |
| FR3122028A1 (fr) * | 2021-04-16 | 2022-10-21 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Pastille combustible comprenant un insert métallique perfectionné |
| FR3122029A1 (fr) * | 2021-04-19 | 2022-10-21 | Commissariat A L’Energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Pastille de combustible nucléaire intégrant un insert métallique ou alliage métallique conducteur thermique à section transversale en croix, Crayon et Assemblage de combustible nucléaire associés, utilisation en Réacteur à Eau sous Pression (REP). |
| WO2022223387A1 (fr) * | 2021-04-19 | 2022-10-27 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Pastille de combustible nucléaire intégrant un insert métallique ou alliage métallique conducteur thermique à section transversale en croix, crayon et assemblage de combustible nucléaire associés, utilisation en réacteur à eau sous pression (rep). |
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