JPS5824888A - 核燃料集合体 - Google Patents
核燃料集合体Info
- Publication number
- JPS5824888A JPS5824888A JP56122955A JP12295581A JPS5824888A JP S5824888 A JPS5824888 A JP S5824888A JP 56122955 A JP56122955 A JP 56122955A JP 12295581 A JP12295581 A JP 12295581A JP S5824888 A JPS5824888 A JP S5824888A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- nuclear fuel
- zirconium
- rod
- liner
- rods
- 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
- Fuel-Injection Apparatus (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、ジルコニウム合金から成る管の内壁に、冶金
結合によって内張すされた高純度ジルコニウム・ライナ
を設けた構造の核燃料被覆管を使用する核燃料集合体に
関する。
結合によって内張すされた高純度ジルコニウム・ライナ
を設けた構造の核燃料被覆管を使用する核燃料集合体に
関する。
ジルコニウムまたはジルコニウム合金は、核燃料被覆管
として用いられる。こうした核燃料被覆管には、原子炉
の負荷変動が大きいと、核分裂生成物と相伴って応力腐
食が起こることが懸念されるため、原子炉の出力の変化
が急激とならないよう制約を設けている。
として用いられる。こうした核燃料被覆管には、原子炉
の負荷変動が大きいと、核分裂生成物と相伴って応力腐
食が起こることが懸念されるため、原子炉の出力の変化
が急激とならないよう制約を設けている。
原子炉の炉心における核燃料集合体の配置を示す第１図
において、中性子毒物を保有し、原子炉の出力を制御す
る役割を果す制御棒１を、４体の核燃料集合体２が囲み
、１個の単位セルを形成している。核燃料集合体は典型
には８行８列に整然と配列された核燃料棒３で構成され
、場合によってはその核燃料棒３の一部が中空棒４でお
きかえられている。
において、中性子毒物を保有し、原子炉の出力を制御す
る役割を果す制御棒１を、４体の核燃料集合体２が囲み
、１個の単位セルを形成している。核燃料集合体は典型
には８行８列に整然と配列された核燃料棒３で構成され
、場合によってはその核燃料棒３の一部が中空棒４でお
きかえられている。
原子炉の出力の制御には、この制御棒を炉心に挿入ある
いは炉心から引抜く方法を用いるが、この時、核燃料棒
３に急速な出力の変動を与えるため、前述の応力腐食割
れを生じさせるボテンシアルを高める。
いは炉心から引抜く方法を用いるが、この時、核燃料棒
３に急速な出力の変動を与えるため、前述の応力腐食割
れを生じさせるボテンシアルを高める。
このような出力変動時の被覆管の応力腐食割れ破損を防
止するために、被覆管に発生する局部ひずみを減じるこ
とを目的に、やわらかい高純度ジルコニウムを被覆管内
面に内張すしたものが提案されており、効果的であるこ
とが確認されている。
止するために、被覆管に発生する局部ひずみを減じるこ
とを目的に、やわらかい高純度ジルコニウムを被覆管内
面に内張すしたものが提案されており、効果的であるこ
とが確認されている。
第２図に示すジルコニウム・ライチ付核燃刺棒において
核燃料ペレット１１は、間隔を介して被覆管１２に覆わ
れておシ、被覆管の内面には、冶金的に結合した高純度
ジルコニウム・ライナが内張すされている。ここで高純
度ジルコニウム・ライナの厚さは、被覆管肉厚の１割程
が好適とされている。
核燃料ペレット１１は、間隔を介して被覆管１２に覆わ
れておシ、被覆管の内面には、冶金的に結合した高純度
ジルコニウム・ライナが内張すされている。ここで高純
度ジルコニウム・ライナの厚さは、被覆管肉厚の１割程
が好適とされている。
一般的にジルコニウム・ライナは、その純度が高いほど
ＳＣＣに対する性能は向上するが、材料の供給量が少な
くなるという難点を有する。現在純度の高いジルコニウ
ムとして、製造方法の相違により２種類のジルコニウム
がある。ひとつはクリスタルバー・ジルコニウムと呼ば
れ、沃化ジルコニウムを熱分解することにより得られる
。乙の方法で得られるジルコニウムは、特に酸素、窒素
、水素のガス成分不純物の含有量が極めて少ないという
特徴を有するが、一方大量生産技術が確立されていない
ため供給量に限りがあシ価格が高いという難点がある。
ＳＣＣに対する性能は向上するが、材料の供給量が少な
くなるという難点を有する。現在純度の高いジルコニウ
ムとして、製造方法の相違により２種類のジルコニウム
がある。ひとつはクリスタルバー・ジルコニウムと呼ば
れ、沃化ジルコニウムを熱分解することにより得られる
。乙の方法で得られるジルコニウムは、特に酸素、窒素
、水素のガス成分不純物の含有量が極めて少ないという
特徴を有するが、一方大量生産技術が確立されていない
ため供給量に限りがあシ価格が高いという難点がある。
もうひとつはスポンジ・ジルコニウムと呼ばれ、ジルコ
ニウムの塩化物をマグネシウムあるいはナトリウムとと
もに加熱し還元することにより得られる。この方法で得
られるジルコニウムハ、上記クリスタルバー・ジルコニ
ウムに比べ不純物濃度が高いが、材料供給面では問題が
なく、シたがって安価な材料供給が期待できる。
ニウムの塩化物をマグネシウムあるいはナトリウムとと
もに加熱し還元することにより得られる。この方法で得
られるジルコニウムハ、上記クリスタルバー・ジルコニ
ウムに比べ不純物濃度が高いが、材料供給面では問題が
なく、シたがって安価な材料供給が期待できる。
本発明は、材料供給量に限界のある高純度ジルコニウム
の炉内装荷量を最小限とし、しかも出力変動に十分耐え
得るようなジルコニウム・ライナを具備する被覆管で構
成される核燃料集合体を与えることを目的とするもので
ある。
の炉内装荷量を最小限とし、しかも出力変動に十分耐え
得るようなジルコニウム・ライナを具備する被覆管で構
成される核燃料集合体を与えることを目的とするもので
ある。
ジルコニウムあるいはジルカロイ被覆管において、被覆
管の損傷の生じ易さは、その核燃料棒か制御棒の操作時
において経験する出力変化量に強く依存するという経験
的な事実がある。一方、制御棒の操作時における出力の
変化量は、同一の核燃料集合体内においても、個々の核
燃料棒で異なる。本発明は、これを考慮して、同一の集
合体において、出力変動の厳しい核燃料棒には高純度ジ
ルコニウム、スナワチクリスタルバー・ジルコニウムか
ら成るライナを使用し、比較的出力変動の少ない核燃料
棒には良好な耐ＳＣＣ性は示すが比較的不純物濃度の高
いスポンジ・ジルコニウムから成るライナを使用するこ
とにより、集合体あたりのクリスタルバー・ジルコニウ
ムの使用量を減じ、これによりクリスタルバー・ジルコ
ニウムの材料供給面の難点を解決することを特徴とする
。
管の損傷の生じ易さは、その核燃料棒か制御棒の操作時
において経験する出力変化量に強く依存するという経験
的な事実がある。一方、制御棒の操作時における出力の
変化量は、同一の核燃料集合体内においても、個々の核
燃料棒で異なる。本発明は、これを考慮して、同一の集
合体において、出力変動の厳しい核燃料棒には高純度ジ
ルコニウム、スナワチクリスタルバー・ジルコニウムか
ら成るライナを使用し、比較的出力変動の少ない核燃料
棒には良好な耐ＳＣＣ性は示すが比較的不純物濃度の高
いスポンジ・ジルコニウムから成るライナを使用するこ
とにより、集合体あたりのクリスタルバー・ジルコニウ
ムの使用量を減じ、これによりクリスタルバー・ジルコ
ニウムの材料供給面の難点を解決することを特徴とする
。
本発明の具体的な実施例を示す第２図においてグループ
１の核燃料棒３ａＶｉクリスタルバー・ジルコニウムか
ら成るライナを有する被覆管を備え、グループ２の核燃
料棒３ｂはグループ１より不純物濃度の高いジルコニウ
ム、具体的にはスポンジ・ジルコニウムから成るライナ
を有する被覆管を備えている。グループ１のライナを構
成するクリスタルバー・ジルコニウムに含まれる不純物
は、一般に約ｉｏｏｏｐｐｍ以下、好ましくは約５００
ｐｐｍ以下であシ、これら不純物の中で酸素は約２００
ｐｐｍ以下に維持されている。一方、グループ２のライ
ナを構成するスポンジ・ジルコニウムに含まれる不純物
は、少なくとも約１１０００ｐｐより多くかつ約５００
０１）Ｉ）ｍより少ない、好ましくは約４２００１）ｐ
ｍ以下であり、これら不純物のなかで酸素は約２００〜
１２００ｐＩ）ｍの範囲に維持されている。
１の核燃料棒３ａＶｉクリスタルバー・ジルコニウムか
ら成るライナを有する被覆管を備え、グループ２の核燃
料棒３ｂはグループ１より不純物濃度の高いジルコニウ
ム、具体的にはスポンジ・ジルコニウムから成るライナ
を有する被覆管を備えている。グループ１のライナを構
成するクリスタルバー・ジルコニウムに含まれる不純物
は、一般に約ｉｏｏｏｐｐｍ以下、好ましくは約５００
ｐｐｍ以下であシ、これら不純物の中で酸素は約２００
ｐｐｍ以下に維持されている。一方、グループ２のライ
ナを構成するスポンジ・ジルコニウムに含まれる不純物
は、少なくとも約１１０００ｐｐより多くかつ約５００
０１）Ｉ）ｍより少ない、好ましくは約４２００１）ｐ
ｍ以下であり、これら不純物のなかで酸素は約２００〜
１２００ｐＩ）ｍの範囲に維持されている。
この核燃料集合体を原子炉に用いた場合の破損の防止効
果は次のようなものである。
果は次のようなものである。
ジルコニウム・ライナを施していない通常のジルカロイ
被覆管を備えた核燃料棒の破損の実験においては第４図
に示すように、出力増加量と破損の頻度の間に相関が見
られる。これは、被覆管に応力腐食を生せしめる被覆管
に発生する局部ひずみ量が、出力増加幅が大きなほど大
きくなるためと解される。また、ある出力増加幅Ｐｃ以
下では破損は生じないことも発見されている。
被覆管を備えた核燃料棒の破損の実験においては第４図
に示すように、出力増加量と破損の頻度の間に相関が見
られる。これは、被覆管に応力腐食を生せしめる被覆管
に発生する局部ひずみ量が、出力増加幅が大きなほど大
きくなるためと解される。また、ある出力増加幅Ｐｃ以
下では破損は生じないことも発見されている。
一方、実際の核燃料集合体が制御棒の操作時において経
験する出力増加幅は第３図に示すように、制御棒と隣接
する核燃料棒において大きく、他の核燃料棒において相
対的に小さい。これは、制御棒の中性子毒物効果が制御
棒からの距離に依存し、距離が小さなほど効き目が大き
なためである。
験する出力増加幅は第３図に示すように、制御棒と隣接
する核燃料棒において大きく、他の核燃料棒において相
対的に小さい。これは、制御棒の中性子毒物効果が制御
棒からの距離に依存し、距離が小さなほど効き目が大き
なためである。
ジルコニウム・ライナの破損防止の効果は、高純度ジル
コニウムはジルコニウム合金に比べて、照射中軟さを維
持するので、出力変動時に核燃料ペレットと被覆管の接
触により被覆管に発生する局部ひずみを減じることによ
るものである。また、ジルコニウムの硬度及び照射によ
る硬化の進み具合は、そこに含まれる不純物濃度に比例
する。したがって、出力増加幅が大きい核燃料棒、すな
わち第３図におけるグル一プ１の核燃料棒において、不
純物濃度の低いジルコニウム・ライナを必要とする。
コニウムはジルコニウム合金に比べて、照射中軟さを維
持するので、出力変動時に核燃料ペレットと被覆管の接
触により被覆管に発生する局部ひずみを減じることによ
るものである。また、ジルコニウムの硬度及び照射によ
る硬化の進み具合は、そこに含まれる不純物濃度に比例
する。したがって、出力増加幅が大きい核燃料棒、すな
わち第３図におけるグル一プ１の核燃料棒において、不
純物濃度の低いジルコニウム・ライナを必要とする。
このように、出力変化幅に応じてジルコニウム・ライナ
の不純物濃度を選定しても、破損を十分抑止することが
可能な核燃料集合体を提供することができる。また、ク
リスタルバー・ジルコニウムは、供給量が少なく、シた
がって高価格であるという、クリスタルバー・ジルコニ
ウムを使用するにあたっての問題点を解決することがで
きる。
の不純物濃度を選定しても、破損を十分抑止することが
可能な核燃料集合体を提供することができる。また、ク
リスタルバー・ジルコニウムは、供給量が少なく、シた
がって高価格であるという、クリスタルバー・ジルコニ
ウムを使用するにあたっての問題点を解決することがで
きる。
以上の例以外にも、ジルコニウム・ライナの不純物濃度
をさらに細分するととによっても効果は同じであり、ま
た、出力変化幅が第４図に示す破損を生せしめる最小出
力増加幅Ｐｃよりも小さな核燃料棒においては、ジルコ
ニウム・ライナを施さない被覆管を用いることも、本発
明の応用例のひとつである。さらに、制御棒は特に本実
施例で示した十字型である必要はなく、集合体内に分散
挿入される、いわゆるクラスタ型、においても、本発明
の原理を適用することは容易である。
をさらに細分するととによっても効果は同じであり、ま
た、出力変化幅が第４図に示す破損を生せしめる最小出
力増加幅Ｐｃよりも小さな核燃料棒においては、ジルコ
ニウム・ライナを施さない被覆管を用いることも、本発
明の応用例のひとつである。さらに、制御棒は特に本実
施例で示した十字型である必要はなく、集合体内に分散
挿入される、いわゆるクラスタ型、においても、本発明
の原理を適用することは容易である。
第１図は炉心内の核燃料集合体の配置を示す断面図、第
２図は、核燃料棒の部分断面図、第３図は本発明の実施
例を示す核燃料集合体の横断面図、第４図は、本発明の
原理を示す説明図である。 １・・・制御棒、２・・・核燃料集合体、３・・・燃料
棒、３ａ・・・不純物濃度が極めて低いジルコニウム・
ライナを備えた核燃料棒、３ｂ・・・不純物濃度が比較
的低いジルコニウム・ライナを備えた核燃料棒、４・・
・中空棒、１１・・・核燃料ペレット、１２・・・被覆
管、１３・・・ジルコニウム・ライナ。 弔 １図 弔２０ 弔３ｆＪＩＪ
２図は、核燃料棒の部分断面図、第３図は本発明の実施
例を示す核燃料集合体の横断面図、第４図は、本発明の
原理を示す説明図である。 １・・・制御棒、２・・・核燃料集合体、３・・・燃料
棒、３ａ・・・不純物濃度が極めて低いジルコニウム・
ライナを備えた核燃料棒、３ｂ・・・不純物濃度が比較
的低いジルコニウム・ライナを備えた核燃料棒、４・・
・中空棒、１１・・・核燃料ペレット、１２・・・被覆
管、１３・・・ジルコニウム・ライナ。 弔 １図 弔２０ 弔３ｆＪＩＪ
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、複数の核燃料棒を束ねて形成され、核燃料棒の被覆
管の内面に高純度のジルコニウム・ライナを設けたもの
において、燃料棒に負荷される出力変化幅の大きな核燃
料棒における高純度ジルコニウムの不純物濃度が、出力
変化幅の小さな核燃料棒のそれよりも低いことを特徴と
する核燃料集合体。 ２゜複数の核燃料棒を束ねて形成され、核燃料棒の被覆
管の内面に高純度のジルコニウム・ライナを設けたもの
において、負荷制御用制御棒の近傍に配置される核燃料
棒における高純度ジルコニウムの不純物濃度が、遠方に
配置される核燃料棒のそれよりも低いことを特徴とする
核燃料集合体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56122955A JPS5824888A (ja) | 1981-08-07 | 1981-08-07 | 核燃料集合体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56122955A JPS5824888A (ja) | 1981-08-07 | 1981-08-07 | 核燃料集合体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5824888A true JPS5824888A (ja) | 1983-02-14 |
Family
ID=14848755
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56122955A Pending JPS5824888A (ja) | 1981-08-07 | 1981-08-07 | 核燃料集合体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5824888A (ja) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5169795A (ja) * | 1974-11-11 | 1976-06-16 | Gen Electric | |
| JPS5459600A (en) * | 1977-09-30 | 1979-05-14 | Gen Electric | Nuclear fuel element |
| JPS5673386A (en) * | 1979-11-20 | 1981-06-18 | Tokyo Shibaura Electric Co | Fuel assembly |
-
1981
- 1981-08-07 JP JP56122955A patent/JPS5824888A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5169795A (ja) * | 1974-11-11 | 1976-06-16 | Gen Electric | |
| JPS5459600A (en) * | 1977-09-30 | 1979-05-14 | Gen Electric | Nuclear fuel element |
| JPS5673386A (en) * | 1979-11-20 | 1981-06-18 | Tokyo Shibaura Electric Co | Fuel assembly |
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