JPS58165085A - Nuclear fuel element - Google Patents

Nuclear fuel element

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JPS58165085A
JPS58165085A JP57047745A JP4774582A JPS58165085A JP S58165085 A JPS58165085 A JP S58165085A JP 57047745 A JP57047745 A JP 57047745A JP 4774582 A JP4774582 A JP 4774582A JP S58165085 A JPS58165085 A JP S58165085A
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JP
Japan
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pellets
nuclear fuel
uranium dioxide
fuel
fuel element
Prior art date
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Pending
Application number
JP57047745A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
小原浩史
増田宏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Nuclear Fuel Development Co Ltd
Original Assignee
Nippon Nuclear Fuel Development Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Priority to JP57047745A priority Critical patent/JPS58165085A/en
Publication of JPS58165085A publication Critical patent/JPS58165085A/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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  • 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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は核燃料要素に係り、特に二酸化ウラン焼結ペレ
ットとジルコニウム合金製被覆管との機械的相互作用(
PCMI)を低減させ得る燃料ペレットからなる核燃料
要素に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to nuclear fuel elements, and more particularly to mechanical interactions between sintered uranium dioxide pellets and zirconium alloy cladding.
The present invention relates to a nuclear fuel element consisting of fuel pellets capable of reducing PCMI.

従来、軽水炉用核燃料要素においては、燃料として一般
に二酸化ウラン(UO2)焼結ペレットが用いられ、こ
の燃料ペレットを被覆する管として耐食性や高温強度が
優れ、中性子吸収断面積が小さく照射下でも十分な延性
をもつなどの利点のため、ジルコニウム合金(例えばジ
ルカロイ−2、ジルカロイ−4)製の薄肉管が使用され
ている。
Conventionally, sintered uranium dioxide (UO2) pellets have been used as fuel in nuclear fuel elements for light water reactors, and the tubes covering these fuel pellets have excellent corrosion resistance and high-temperature strength, and have a small neutron absorption cross section that is sufficient even under irradiation. Thin-walled tubes made of zirconium alloys (eg, Zircaloy-2, Zircaloy-4) are used because of their advantages, such as their ductility.

第1図は、このようなタイプの核燃料要素の縦断面図で
ある。図中、1はジルコニウム合金製被覆管、2は酸化
ウランの燃料ペレット、3は上部端栓、4は下部端栓、
5は空間(プレナム)、6はプレナムスプリング、7は
燃料ペレットと被覆管内面間に設けられたギャップであ
る。更に下部端栓4と燃料ペレット2との間にスプリン
グが設けられる場合がある。そして、内部の空間にはヘ
リウム(He)等の充填ガスが封入されている。
FIG. 1 is a longitudinal cross-sectional view of such a type of nuclear fuel element. In the figure, 1 is a zirconium alloy cladding tube, 2 is a uranium oxide fuel pellet, 3 is an upper end plug, 4 is a lower end plug,
5 is a space (plenum), 6 is a plenum spring, and 7 is a gap provided between the fuel pellet and the inner surface of the cladding tube. Furthermore, a spring may be provided between the lower end plug 4 and the fuel pellets 2. The internal space is filled with a filling gas such as helium (He).

この核燃料要素の製造工程は、通常次の手順からなる。The manufacturing process of this nuclear fuel element usually consists of the following steps.

まず被覆管1の一端に下部端栓4をTIG溶接する。次
に燃料ペレット2およびスプリング6等を挿入した後、
吸着した水分を除くために全体を真空中で加熱乾燥する
。最後にヘリウム中で上部端栓3をTIG溶接して同時
に内部にヘリウムガスを密封する。
First, the lower end plug 4 is TIG welded to one end of the cladding tube 1. Next, after inserting the fuel pellet 2 and spring 6, etc.
The whole is heated and dried in a vacuum to remove the adsorbed moisture. Finally, the upper end plug 3 is TIG-welded in helium, and at the same time, helium gas is sealed inside.

ところで、燃料ペレット2は原子炉中で核分裂により発
熱するが、二酸化ウラン焼結体は熱伝導が良好でないた
め、中心部では高温になり温度分布に偏りを生ずる。こ
の温度分布に基づいて生ずる熱応力、および燃料ペレッ
ト2の熱膨張のために、燃料ペレット2は不規則に割れ
る。燃料ペレット2と被覆管1間のギャップ7は、熱伝
導を良くするために、一般に数百μmとかなり小さく設
計されているが、上述の如き燃料ペレット2の膨張・変
形という現象が起ると、ギャップ7は減少し、やがては
燃料ペレット2と被覆管1とは接触し、機械的相互作用
(PCMI)を起こし、破損する可能性がある。被覆管
の主な目的は、第1に核燃料と冷却材等との間の化学反
応を妨げること、第2には高度に放射性の該分裂生成物
が冷却材中へ放出されることを妨げることである。した
がって、被覆管がPCMIにより破壊した場合には、冷
却材等は放射能に汚染され、原子炉の運転管理にも障害
をもたらすおそれがある。そのため、原子炉の安全運転
のためにもPCMIの防止が強く要求されている。
By the way, the fuel pellet 2 generates heat due to nuclear fission in the nuclear reactor, but since the uranium dioxide sintered body does not have good heat conduction, the temperature becomes high in the center, causing an uneven temperature distribution. Due to the thermal stress generated based on this temperature distribution and the thermal expansion of the fuel pellet 2, the fuel pellet 2 breaks irregularly. The gap 7 between the fuel pellet 2 and the cladding tube 1 is generally designed to be quite small, several hundred μm, in order to improve heat conduction, but if the phenomenon of expansion and deformation of the fuel pellet 2 as described above occurs, , the gap 7 decreases, and eventually the fuel pellets 2 and the cladding tube 1 come into contact, causing mechanical interaction (PCMI) and possibly breaking. The main purposes of the cladding are, first, to prevent chemical reactions between the nuclear fuel and the coolant, and second, to prevent the highly radioactive fission products from being released into the coolant. It is. Therefore, if the cladding tube is destroyed by PCMI, the coolant etc. will be contaminated with radioactivity, which may cause problems in the operational management of the nuclear reactor. Therefore, prevention of PCMI is strongly required for safe operation of nuclear reactors.

このPCMIを緩和するために、原子炉の出力上昇速度
を遅くしたり、燃料ペレットの形状を変えたりする試み
が行われているが、余り効果的ではない。
In order to alleviate this PCMI, attempts have been made to slow down the rate of increase in the output of the nuclear reactor or change the shape of the fuel pellets, but these efforts are not very effective.

本発明は上記の要望にかんがみてなされたもので燃料ペ
レットと被覆管の機械的相互作用を軽減する核燃料要素
を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above-mentioned needs, and it is an object of the present invention to provide a nuclear fuel element that reduces mechanical interaction between fuel pellets and cladding.

すなわち、ジルコニウム合金製被覆管内に二酸化ウラン
焼結ペレットを充填し密封してなる核燃料要素において
、前記二酸化ウラン焼結ペレットに五酸化ニオブまたは
酸化第ニクロムを添加したものを燃料棒の中央部(好ま
しくは3分の1の部分)に装填することを特徴とする核
燃料要素である。
That is, in a nuclear fuel element in which a zirconium alloy cladding tube is filled with sintered uranium dioxide pellets and sealed, the sintered uranium dioxide pellets to which niobium pentoxide or nichromium oxide is added are added to the central part of the fuel rod (preferably). is a nuclear fuel element characterized in that it is loaded in one-third portion).

上記のように五酸化ニオブまたは酸化第二クロムを添加
した二酸化ウラン焼結ペレットを用いることによって、
次のような効果が期待できる。
By using uranium dioxide sintered pellets added with niobium pentoxide or chromic oxide as described above,
The following effects can be expected.

すなわち五酸化ニオブを0.1〜1.5wt%あるいは
酸化第二クロムを0.1〜1.0wt%程度添加した二
酸化ウランペレットは、無添加の二酸化ウランペレット
に比べてクリープ速度が非常に大きい。五酸化ニオブの
添加量とクリープ速度の関係の一例を第2図に示す。こ
の図かられかるように五酸化ニオブを1.5wt%以下
または、酸化第二クロムを1.0wt%以下添加した二
酸化ウランペレットは、無添加の二酸化ウランペレット
に比べてクリープ速度が大きくなっているが、五酸化ニ
オブの添加量を1.5wt%以上または酸化第二クロム
を1.0wt%以上にすると、無添加の二酸化ウランペ
レットに比べてクリープ速度が小さくなっている。この
ようにクリープ速度の大きいペレットを燃料棒内で出力
の高いところすなわちPCMIの起こりやすいところに
配置することによって、ペレットと被覆管が接触した時
に生じる応力によってペレット自身がクリープ変形し、
被覆管に対する引張応力を軽減することができるのでP
CMIが緩和される。ニオブの中性子吸収断面積は1.
1パーン、クロムの中性子吸収断面積は2.9パーンで
比較的小さいため中性子経済の点ではあまり問題になら
ないが、燃料棒に装填する二酸化ウランペレット全部に
五酸化ニオブあるいは酸化第二クロムを添加することは
製造コストの増加などの点からも無駄であり、前記のよ
うにPCMIの起りやすいところ、すなわち燃料棒の中
心部3分の1程度に五酸化ニオブあるいは酸化第二クロ
ムを添加したペレットを用い、その他の部分には、現在
使用されている二酸化ウランペレットを用いることによ
っても十分効果がある。
In other words, uranium dioxide pellets to which 0.1 to 1.5 wt% of niobium pentoxide or 0.1 to 1.0 wt% of chromic oxide have been added have a much higher creep rate than uranium dioxide pellets without additives. . An example of the relationship between the amount of niobium pentoxide added and the creep rate is shown in FIG. As can be seen from this figure, uranium dioxide pellets with 1.5 wt% or less of niobium pentoxide or 1.0 wt% or less of chromium oxide have a higher creep rate than uranium dioxide pellets with no additives. However, when the amount of niobium pentoxide added is 1.5 wt % or more or the amount of dichromium oxide is 1.0 wt % or more, the creep rate becomes lower than that of uranium dioxide pellets without additives. By arranging pellets with a high creep rate in the fuel rod where the output is high, that is, where PCMI is likely to occur, the pellets themselves will undergo creep deformation due to the stress generated when the pellets come into contact with the cladding.
Since the tensile stress on the cladding tube can be reduced, P
CMI will be eased. The neutron absorption cross section of niobium is 1.
The neutron absorption cross section of chromium is relatively small at 2.9 perns, so it does not pose much of a problem in terms of neutron economy, but niobium pentoxide or chromic oxide is added to all uranium dioxide pellets loaded into fuel rods. It is wasteful to do so in terms of increased manufacturing costs, and as mentioned above, it is necessary to use pellets with niobium pentoxide or chromic oxide added to areas where PCMI is likely to occur, that is, about one-third of the center of the fuel rod. It is also sufficiently effective to use currently used uranium dioxide pellets for other parts.

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

図面はこの発明を説明するためのもので、第1図は核燃
料要素の縦断面図、第2図は五酸化ニオプと酸化第二ク
ロムの添加量とクリープ速度の関係を示す図である。 1・・・ジルコニウム合金製被覆管、2・・・燃料ペレ
ット、3、4・・・端栓、5・・・プレナム、6・・・
プレナムスプリング。 代理人 弁理士 高橋明夫 第2図 Ol 、、  2  3 11′
The drawings are for explaining the present invention, and FIG. 1 is a longitudinal cross-sectional view of a nuclear fuel element, and FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the amounts of niopium pentoxide and chromic oxide added and the creep rate. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1...Zirconium alloy cladding tube, 2...Fuel pellets, 3, 4...End plug, 5...Plenum, 6...
plenum spring. Agent Patent Attorney Akio Takahashi Figure 2 Ol ,, 2 3 11'

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、ジルコニウム合金製被覆管内に二酸化ウラン焼結ペ
レットを充填し、密封してなる核燃料要素において、前
記二酸化ウラン焼結ペレットに五酸化ニオブまたは、酸
化第二クロムを添加したものを燃料棒の中心部に装填す
ることを特徴とする核燃料要素。 2、前記二酸化ウラン焼結ペレットの五酸化ニオブ含有
率を0.1〜1.5wt%、酸化第二クロムの含有率を
0.1〜1.0wt%とすることを特徴とする特許請求
の範囲第1項記載の核燃料要素。
[Claims] 1. A nuclear fuel element in which a zirconium alloy cladding tube is filled with sintered uranium dioxide pellets and sealed, in which niobium pentoxide or chromic oxide is added to the uranium dioxide sintered pellets. A nuclear fuel element characterized by loading something into the center of a fuel rod. 2. A patent claim characterized in that the niobium pentoxide content of the uranium dioxide sintered pellets is 0.1 to 1.5 wt%, and the chromic oxide content is 0.1 to 1.0 wt%. Nuclear fuel elements according to scope 1.
JP57047745A 1982-03-25 1982-03-25 Nuclear fuel element Pending JPS58165085A (en)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59220677A (en) * 1983-05-30 1984-12-12 株式会社日立製作所 Nuclear fuel pellet
JP2002537565A (en) * 1999-02-19 2002-11-05 ウェスチングハウス アトム アクチボラゲット Method of manufacturing an oxide-based nuclear fuel element and a material adapted to be sintered into the oxide-based nuclear fuel element
JP2008501111A (en) * 2004-06-01 2008-01-17 アレヴァ エヌペ Reactor operating methods and use of specific fuel rod cladding alloys to reduce damage due to pellet-cladding interaction

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS547090A (en) * 1977-06-17 1979-01-19 Genshi Nenryo Kogyo Nuclear fuel element

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS547090A (en) * 1977-06-17 1979-01-19 Genshi Nenryo Kogyo Nuclear fuel element

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59220677A (en) * 1983-05-30 1984-12-12 株式会社日立製作所 Nuclear fuel pellet
JP2002537565A (en) * 1999-02-19 2002-11-05 ウェスチングハウス アトム アクチボラゲット Method of manufacturing an oxide-based nuclear fuel element and a material adapted to be sintered into the oxide-based nuclear fuel element
JP2008501111A (en) * 2004-06-01 2008-01-17 アレヴァ エヌペ Reactor operating methods and use of specific fuel rod cladding alloys to reduce damage due to pellet-cladding interaction

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