JPS58200193A - 中空ペレツトを用いる核燃料棒 - Google Patents
中空ペレツトを用いる核燃料棒Info
- Publication number
- JPS58200193A JPS58200193A JP57083597A JP8359782A JPS58200193A JP S58200193 A JPS58200193 A JP S58200193A JP 57083597 A JP57083597 A JP 57083597A JP 8359782 A JP8359782 A JP 8359782A JP S58200193 A JPS58200193 A JP S58200193A
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- Japan
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- pellet
- nuclear fuel
- fuel
- nuclear
- fuel rod
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- Pending
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-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
- G21C3/02—Fuel elements
- G21C3/04—Constructional details
- G21C3/16—Details of the construction within the casing
-
- 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
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- Plasma & Fusion (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
- Manufacturing Of Micro-Capsules (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、中心軸中空円筒型の核燃料ベレットを用いた
核燃料棒に関し、特に、原子炉発電所の負荷追従運転が
可能となるような改良され・た核燃料棒に関する。
核燃料棒に関し、特に、原子炉発電所の負荷追従運転が
可能となるような改良され・た核燃料棒に関する。
原子炉発電所の負荷追従運転は、未だ未完成の技術であ
るが、近い将来に技術的に可能となるよう各種の提案と
試験・研究が進められている。しかし、現状（おいては
、燃料ベレットと燃料被覆管の相互作用（ＰＣＩ＞のた
めに燃料棒破損を生じるので、原子炉の再起動などは緩
慢に出力を上昇させる手段が講じられている。
るが、近い将来に技術的に可能となるよう各種の提案と
試験・研究が進められている。しかし、現状（おいては
、燃料ベレットと燃料被覆管の相互作用（ＰＣＩ＞のた
めに燃料棒破損を生じるので、原子炉の再起動などは緩
慢に出力を上昇させる手段が講じられている。
これは、第１図に示すような円柱型燃料ベレット１０の
場合、原子炉の出力上昇と共にベレントにクラックが生
じて、大きく変形し、被覆管に圧触して相互作用を生じ
るからである。
場合、原子炉の出力上昇と共にベレントにクラックが生
じて、大きく変形し、被覆管に圧触して相互作用を生じ
るからである。
すなわち、燃料ペレットにはペレット内半径方向の大き
な温度勾配のためにクラックが入り、クラックにより生
じたペレット破片（フラグメント）は、熱膨張やスエリ
ング、あるいは端面効果やペレット高さ方向の燃料密度
の僅かの差等も関与して、第２図にモデル的に示すよう
に、その中心軸から外側に反りかえるように砂時計形（
アワー・グラス）に変形する。このようになると、燃料
ペレットのクラック開口部に面する被覆管の内面の応力
が局部的に嶌大きくなり、歪集中が生じ、他方、核燃料
−が原子炉内で燃焼して、核分裂生成ガス（ＦＰガス）
の濃度が十分＾くなると、該歪集中部分で被覆管が破損
してしまうからである。そのため、急激な出力変動を行
えないのである＝ そこで、前述の各種提案のうち、第３図に示すような中
心軸中空円筒型核燃料ペレット１２の採用が有望視され
ている。その理由は、このような中空部１４を有する形
状の核燃料ペレットだと、中心＾渦部を欠いているので
その部分の熱膨張および核分裂生成物放出の寄与がない
こと、また＾湿部を欠いているのでＦＰガスの放出濃度
も低いこと等のため、ＰＣＩを低減しつるからである。
な温度勾配のためにクラックが入り、クラックにより生
じたペレット破片（フラグメント）は、熱膨張やスエリ
ング、あるいは端面効果やペレット高さ方向の燃料密度
の僅かの差等も関与して、第２図にモデル的に示すよう
に、その中心軸から外側に反りかえるように砂時計形（
アワー・グラス）に変形する。このようになると、燃料
ペレットのクラック開口部に面する被覆管の内面の応力
が局部的に嶌大きくなり、歪集中が生じ、他方、核燃料
−が原子炉内で燃焼して、核分裂生成ガス（ＦＰガス）
の濃度が十分＾くなると、該歪集中部分で被覆管が破損
してしまうからである。そのため、急激な出力変動を行
えないのである＝ そこで、前述の各種提案のうち、第３図に示すような中
心軸中空円筒型核燃料ペレット１２の採用が有望視され
ている。その理由は、このような中空部１４を有する形
状の核燃料ペレットだと、中心＾渦部を欠いているので
その部分の熱膨張および核分裂生成物放出の寄与がない
こと、また＾湿部を欠いているのでＦＰガスの放出濃度
も低いこと等のため、ＰＣＩを低減しつるからである。
しかし、第４図に示すように、このような形状の核燃料
ベレット１２を、従来同様、単に燃料液ＩＩ！！１６内
に積層装填し、両端部を密封する構造では、原子炉での
使用中に、ペレット中空部１４の内面の割れの発生に伴
って、ペレット・チップ（細片）１５や無数の燃料粉末
が下部ペレットの中空部に堆積し、このために、その部
分の燃料発熱が増大し、Ｐｃｔが急増して燃料棒破損を
生じる虞がある。
ベレット１２を、従来同様、単に燃料液ＩＩ！！１６内
に積層装填し、両端部を密封する構造では、原子炉での
使用中に、ペレット中空部１４の内面の割れの発生に伴
って、ペレット・チップ（細片）１５や無数の燃料粉末
が下部ペレットの中空部に堆積し、このために、その部
分の燃料発熱が増大し、Ｐｃｔが急増して燃料棒破損を
生じる虞がある。
本発明の目的は、前述のような従来技術の欠点を解消し
、原子炉の急激な出力変動があっても、ＰＣＩが小さく
燃料棒破損が生じないような改良された核燃料棒を提供
することにある。
、原子炉の急激な出力変動があっても、ＰＣＩが小さく
燃料棒破損が生じないような改良された核燃料棒を提供
することにある。
以下、本発明について更に詳しく説明する。
第５図は、本発明の一実施例を示す縦断面図である。使
用する核燃料ベレット１２は、第３図に従来技術として
示した中心軸中空円筒型核燃料ペレットである。多数の
核燃料ベレット１２を、燃料被覆管１６の中に３〜４ｍ
積層装填し、両管端部を上部端栓１８及び下部端栓２０
で密封した構造である。この場合、ペレット・スタック
の最上ペレットと上部端栓１８との園には金ｌｌｌ顎抑
え板２２に点溶接されたコイル・スプリング２４が設け
られていることが多い。
用する核燃料ベレット１２は、第３図に従来技術として
示した中心軸中空円筒型核燃料ペレットである。多数の
核燃料ベレット１２を、燃料被覆管１６の中に３〜４ｍ
積層装填し、両管端部を上部端栓１８及び下部端栓２０
で密封した構造である。この場合、ペレット・スタック
の最上ペレットと上部端栓１８との園には金ｌｌｌ顎抑
え板２２に点溶接されたコイル・スプリング２４が設け
られていることが多い。
さて、本発明が従来技術と顕著に相違する点は、ペレッ
ト・スタックの最下ペレットと下部端栓２０との闇の構
造である。本発明では、この部分に、ペレット・チップ
堆積空間２６が設けられる。このペレット・チップ堆積
空間２６は、ペレット中空部１４の内面から脱落したペ
レット・チップや燃料粉末を集積する機能を果す。
ト・スタックの最下ペレットと下部端栓２０との闇の構
造である。本発明では、この部分に、ペレット・チップ
堆積空間２６が設けられる。このペレット・チップ堆積
空間２６は、ペレット中空部１４の内面から脱落したペ
レット・チップや燃料粉末を集積する機能を果す。
第５図に示す実施例では、最下ペレットの下側に、該ペ
レットの中空部の直径よりも大きい蟲径の中心孔を有す
る円環状の断熱ペレット２８が用いられ、該断熱ペレッ
ト２８と下部端栓２０との闇に円筒状容器３０が介装さ
れる。
レットの中空部の直径よりも大きい蟲径の中心孔を有す
る円環状の断熱ペレット２８が用いられ、該断熱ペレッ
ト２８と下部端栓２０との闇に円筒状容器３０が介装さ
れる。
この円筒状容器３０の内部空間がペレット・チップ堆積
空間となるとともに、この円筒状容器３０によって断熱
ペレット２８やベレッチ・スタックが支持される。
空間となるとともに、この円筒状容器３０によって断熱
ペレット２８やベレッチ・スタックが支持される。
原子炉における使用状態を第６図に示す。長期間使用中
に核燃料ベレット１２の中空部１４の内面からペレット
・チップ１５や燃料粉末が脱落するが、これらは落下し
て最下部のペレット・チップ堆積空間２６内に堆積する
。つまり、１１１４図にみられるように、下方部のペレ
ット１２の中空部１４にペレット・チップが集積するこ
とはないため、下方のペレットにおいてＰＣＩが急増す
ることはなく、それ故、燃料棒破損は生じない。
に核燃料ベレット１２の中空部１４の内面からペレット
・チップ１５や燃料粉末が脱落するが、これらは落下し
て最下部のペレット・チップ堆積空間２６内に堆積する
。つまり、１１１４図にみられるように、下方部のペレ
ット１２の中空部１４にペレット・チップが集積するこ
とはないため、下方のペレットにおいてＰＣＩが急増す
ることはなく、それ故、燃料棒破損は生じない。
上記実施例では、ペレット・ｔツブ堆積空間２６を形成
するのに円筒状容器３０を用いているが、それに代えて
かご状容器や円筒状スリーブを用いてもよいし、これら
部材を下部端栓と一体のものとして形成させることもで
きる。ペレット・チップ堆積空間２６の堆積は、通常、
核燃料ベレット数個分の大きさとする。これら円筒状容
器３０や円筒状スリーブは、燃料被覆管材および下部端
栓材との化学的共存性の良好なジルコニウム合金、ステ
ンレス鋼のような材料で構成する。
するのに円筒状容器３０を用いているが、それに代えて
かご状容器や円筒状スリーブを用いてもよいし、これら
部材を下部端栓と一体のものとして形成させることもで
きる。ペレット・チップ堆積空間２６の堆積は、通常、
核燃料ベレット数個分の大きさとする。これら円筒状容
器３０や円筒状スリーブは、燃料被覆管材および下部端
栓材との化学的共存性の良好なジルコニウム合金、ステ
ンレス鋼のような材料で構成する。
また、ペレット・スタックを構成する多数の中空円筒型
核燃料ベレットは、それらの中心軸中空部の直径がペレ
ット・スタックの上方から下方に向うに従って僅かずつ
不連続的に大きくなっていくように、各核燃料ベレット
の形状を喰えて積層するとよい。
核燃料ベレットは、それらの中心軸中空部の直径がペレ
ット・スタックの上方から下方に向うに従って僅かずつ
不連続的に大きくなっていくように、各核燃料ベレット
の形状を喰えて積層するとよい。
原子炉で使用中の円柱状燃料ベレットは、高さ方向中央
部の発熱が一番大きいことから、中空回筒部内面からの
ペレット・チップの脱落も燃料棒中央領域にあるペレッ
トから生じるのが多くなる。これは、二酸化ウランベレ
ットの濃度が約１７００℃以上で再焼結を生じ、ペレッ
ト内ボイドがベレット中心部に向って移動することと関
連があるといわれている。このようなペレットの破砕し
易い領域はペレット・スタックの＾さ方向中央部で、お
よそベレット半径の１／３〜１／２にも及ぶ。従って、
前記のように、ペレット・スタックの下方はど中空部の
内径を大きくすると、中央部での中空ペレット内面から
のペレット・チップの脱落をスムースに下方に落下せし
めることができる。中空ペレット内径を連続的に変える
ことは、成形加工費が＾優になるので、不連続的に下方
に位置する中空ベレットの内径寸法を３段階程度大きく
すれば、実用上問題は解決される。
部の発熱が一番大きいことから、中空回筒部内面からの
ペレット・チップの脱落も燃料棒中央領域にあるペレッ
トから生じるのが多くなる。これは、二酸化ウランベレ
ットの濃度が約１７００℃以上で再焼結を生じ、ペレッ
ト内ボイドがベレット中心部に向って移動することと関
連があるといわれている。このようなペレットの破砕し
易い領域はペレット・スタックの＾さ方向中央部で、お
よそベレット半径の１／３〜１／２にも及ぶ。従って、
前記のように、ペレット・スタックの下方はど中空部の
内径を大きくすると、中央部での中空ペレット内面から
のペレット・チップの脱落をスムースに下方に落下せし
めることができる。中空ペレット内径を連続的に変える
ことは、成形加工費が＾優になるので、不連続的に下方
に位置する中空ベレットの内径寸法を３段階程度大きく
すれば、実用上問題は解決される。
本発明は上記のように構成した核燃料棒であるから、原
子炉の急激な出力変動があっても、核−料ペレットと燃
料被覆管との機械的相互作用゛を小さく抑えることがで
き、燃料棒破損が生じないようにすることができ、それ
故、原子力発電所の負向追従運転が可能となるなど、す
ぐれた効果を炎しうるちのである。
子炉の急激な出力変動があっても、核−料ペレットと燃
料被覆管との機械的相互作用゛を小さく抑えることがで
き、燃料棒破損が生じないようにすることができ、それ
故、原子力発電所の負向追従運転が可能となるなど、す
ぐれた効果を炎しうるちのである。
第１図は従来の円柱状核燃料ベレットの斜視図、第２図
はその変形モデル図、第３図は中空円筒型ベレットの斜
視図、第４図はそれを用いた従来構造の核燃料棒の説明
図、第５図は本発明に係る核燃料棒の一実施例を示す説
明図、第６図はその長期使用後の状態を示す説明図であ
る。 １２・・・中心軸中空円筒型核燃料ベレット、１４・・
・中空部、１５・・・ペレット・チップ、２０・・・下
部端栓、２６・・・ペレット・チップ堆積空間、２８・
・・断熱ベレット、３０・・・円筒状容器。 特許出願人 動力炉・核燃料開発事業団代 理
人 尾 股 行 雄同
茂 見 棚間 飛 木 友之助 第１図 第４図 第５１！Ｉ 第６図
はその変形モデル図、第３図は中空円筒型ベレットの斜
視図、第４図はそれを用いた従来構造の核燃料棒の説明
図、第５図は本発明に係る核燃料棒の一実施例を示す説
明図、第６図はその長期使用後の状態を示す説明図であ
る。 １２・・・中心軸中空円筒型核燃料ベレット、１４・・
・中空部、１５・・・ペレット・チップ、２０・・・下
部端栓、２６・・・ペレット・チップ堆積空間、２８・
・・断熱ベレット、３０・・・円筒状容器。 特許出願人 動力炉・核燃料開発事業団代 理
人 尾 股 行 雄同
茂 見 棚間 飛 木 友之助 第１図 第４図 第５１！Ｉ 第６図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、多数の中心軸中空円筒型核燃料ベレットを燃料被覆
管内に積層装填し、該燃料被覆管の両端部を密封してな
り、竪位置で原子炉内に装荷して使用する核燃料棒にお
いて、燃料被覆管のベレット・スタックから離れた下部
位置に、ベレット中空部内面から脱落したベレット・チ
ップや燃料粉末を集積するベレット・チップ堆積空間を
設けたことを特徴とする核燃料棒。 ２、ベレット・スタックを構成する多数の中空円筒型核
燃料ベレットは、それらの中心軸中空部の直径がベレッ
ト・スタックの上方から下方に向って大きくなっている
特許請求の範囲第１項記載の核燃料棒。 ３、ベレット・チップ堆積空間は、ベレット・スタック
の下側に位置する円環状断熱ベレットと下部端栓との園
に介装された円筒状容器によって形成されている特許請
求の範囲第１項、または第２項記載の核燃料棒。 ４、円筒状容器が核燃料棒の下部端栓と一体のものとし
て形成されている特許請求の範囲第３項記載の核燃料棒
。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57083597A JPS58200193A (ja) | 1982-05-18 | 1982-05-18 | 中空ペレツトを用いる核燃料棒 |
| DE19833318138 DE3318138A1 (de) | 1982-05-18 | 1983-05-18 | Kernbrennstoffelement |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57083597A JPS58200193A (ja) | 1982-05-18 | 1982-05-18 | 中空ペレツトを用いる核燃料棒 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58200193A true JPS58200193A (ja) | 1983-11-21 |
Family
ID=13806897
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57083597A Pending JPS58200193A (ja) | 1982-05-18 | 1982-05-18 | 中空ペレツトを用いる核燃料棒 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58200193A (ja) |
| DE (1) | DE3318138A1 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3472489D1 (en) * | 1983-05-06 | 1988-08-04 | Babcock & Wilcox Co | Annular fuel rods for nuclear reactors |
| FR2570213A1 (fr) * | 1984-09-13 | 1986-03-14 | Commissariat Energie Atomique | Aiguilles absorbantes pour assemblage absorbant de reacteur nucleaire a neutrons rapides |
| DE3730973A1 (de) * | 1987-09-15 | 1989-03-23 | Reaktor Brennelement Union | Brennstab fuer ein kernreaktor-brennelement |
| DE19848581C1 (de) * | 1998-10-21 | 2000-04-20 | Siemens Ag | Brennstab für ein Brennelement zum Einsatz in einem Kernreaktor |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB923343A (en) * | 1959-08-17 | 1963-04-10 | Atomic Energy Authority Uk | Improvements in or relating to nuclear reactor fuel elements |
| FR2242747A2 (en) * | 1973-08-31 | 1975-03-28 | Electricite De France | Nuclear reactor core passive protection system - esp for fast neutron reactor based on fall under gravity of fuel melted by local overheating |
| GB1446086A (en) * | 1972-12-20 | 1976-08-11 | Electricite De France | Method for the passive protection of a nuclear reactor |
| DE2430094A1 (de) * | 1973-07-20 | 1975-03-06 | Pacific Nuclear Fuels Inc | Kernbrennstoff, verfahren, reaktor und reaktorstaebe zu seiner herstellung |
| FR2300398A1 (fr) * | 1975-02-10 | 1976-09-03 | Electricite De France | Procede d'aplatissement de la courbe d |
| JPS54152781A (en) * | 1978-05-24 | 1979-12-01 | Power Reactor & Nuclear Fuel Dev Corp | Nuclear fuel pellet |
-
1982
- 1982-05-18 JP JP57083597A patent/JPS58200193A/ja active Pending
-
1983
- 1983-05-18 DE DE19833318138 patent/DE3318138A1/de not_active Ceased
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3318138A1 (de) | 1983-11-24 |
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