JPS5896278A - 被覆燃料粒子を充填した核燃料棒 - 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、金属製核燃料被覆管の中に、略球形の安定な
酸化物系燃料粒子核を炭素材料及び炭化ジルコニウム等
の材料からなる複合多層膜で被覆した燃料粒子を充填し
、被覆管両端を密封してなる核燃料棒に関するものであ
る。

従来の核燃料棒としては、多数の円柱状をなす核燃料物
質の焼結ペレット−菩燃料被覆管の中に３〜４−はど積
層装填し、両端を上部端栓及び下部端栓で密封した構造
のものが多くの発電用原子炉に採用されている。なお、
この場合、最下ペレットと下部端栓との闇には断熱ペレ
ットが挿入され、最上ペレットと上部端栓との間にはコ
イル・スプリングが設けられることが多い。

このように金属製燃料被覆管の内部に装填される円柱状
焼結ペレットは、焼結したままの形状は砂時計〈アワー
・グラス）形をしているので、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
低減する観点からも重要であって省略できないものだか
らである。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とき、研磨
層を生じて、加工施設の清浄保持の点からも厄介な問題
を含んでいる。

また、このような円柱状ベレットを用いた核燃料棒は、
原子炉が運転状態になった場合にも燃料の使用寿命の点
で問題がある。円柱状ベレットは、ペレット中心温度が
＾く半径方向の大きな温度勾配のために、ペレット端部
円周部に亀裂（クラック）が２〜２０箇所程度生じ、こ
のために生じたフラグメント（ペレット片）は外側に移
動する。更に原子炉の出力状態が高いレベルになると、
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
、ペレット高さ中央部の酸化物燃料物質の密度が両端面
部よりも僅かに小さいことが関与して、第１図に示すよ
うに、ペレット１のフラグメント１１は、その中心軸か
ら外側に反り返えるように変形する。このことはクラッ
クの生じた円柱状ベレット１が包絡面としては、やはり
、アワー・グラス形状になることを意味する。このため
、第２図にも示すように、ペレットのフラグメント１１
が被覆管２の内面を押し拡げて、燃料ペレット１のクラ
ック開口部１０に面する被１！！２５− の内面には、ペレットと被覆管の相互作用のＰＣｔが生
じて、局所的に応力が太き（作用し、この応力集中部に
は核燃料物質の核分裂生成物（以下、ＦＰという）のう
ちのヨウ素、セシウム等の腐食環境によって微細なヘア
・クラック１２が発生する。このヘア・クラック１２は
、原子炉の運転中に成長し、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（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の負荷追従運転期間にも燃料の健
全性を維持でき、しかも、燃料加工施設の設備を合理化
でき、遠隔自動製作にも適し、安価且つ容易に製造でき
るような構造の核燃料棒を提供すること・にある。

要約すれば、本発明は、略球形状の核燃料粒子の外表面
を特定成分の特定の作用を果たす五つの層で、しかも特
定の順序で覆った被覆燃料粒子を金属製被覆管内に充填
、密封した核燃料棒である。

６− ところで、被覆燃料粒子そのものは、高温ガス冷却炉に
おいて、従来から広く用いられており、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
＾温ガス冷却炉計画について述べる。

ＡＶＲ（電気出力１　万５０００４ｔｗ）　４ｔ、ペブ
ル・ベット型といわれており、その燃料は球形をしてい
てウラン（Ｌｌ）とトリウム（Ｔｈ　＞が用いられてい
る。外径６ｃ−で厚さ１Ｇ−の黒鉛球殻の中に直径４ｃ
ｓ＋の球形燃料部分があり、この部分は、炭化物（Ｌｌ
／Ｔｈ）Ｃ２または酸化物（Ｕ／Ｔｒｉ）０２の約４０
０μｍの燃料核の周りを低密度炭素と高密度炭素の二層
で被覆（ＢＩＳＯ被覆と呼称）して外径が７４０μ−と
したちの多数筒を黒鉛粉末にフェノール樹脂のバインダ
ーを混合して焼き固めたものである。このペブル燃料を
原子炉容器内に堆積して炉心を構成し、このペブル燃料
黒鉛球の１ＩＩＩｌをヘリウムが循環冷却するシステム
になっている。

また、わが国の多目的ａｍ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（熱田力約５万ｋｗ
）の燃料は以下の通りである。まず、燃料構成の基本と
なる中心部中空円筒状の所謂“環状燃料コンパクト″　
（ａｎｎｕｔａｒ　ｆｕｅｌ　ｃｏｍｐａｃｔ）は、外
径が３，６０１．内径が１．８ｃａ１長さが３．６Ｃ−
であって、これは直径６００μ園の酸化物（ＵＯ２）燃
料核の外側を順次、低密度炭素、高密度炭素、炭化けい
素及び高密度炭素で被覆（ＴＲＩＳＯ被覆と呼称）して
、被覆燃料粒子を製造し、この外径が約９２０μ−の被
覆燃料粒子の多数筒が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焼き固め
たもので、ある。燃料コンパクトは、外径が４４ＣＩ、
内径が３．８Ｃ■、長さが５７ｃ−の黒鉛管内に挿入し
て燃料棒とし、この燃料棒を六角柱状黒鉛ブロック内に
多数箇入れて、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となっている。

さて、＾濃ガス冷却炉では、このような環状燃料コンパ
クトは、ヘリウム温度が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
述の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）ではありえない。

一方、すでに商業化されている垂水炉や軽水炉では、燃
料の外表面は４００℃以下の冷却水に接触しているので
、金属製燃料被覆管が適しており、この金属製燃料被覆
管の両端溶接密封された燃料棒は、ＦＰの完全なバリア
として機能する。このような金属製燃料被覆管に、前述
の燃料コンパクトを装填することを一応者えてみよう。

燃料コンパクトと金属製燃料被覆管のギャップ値は、従
来の円柱状ペレットの場合と同様に重要な因子であり、
然も、燃料と被覆の複雑な相互作用ＰＣＩを回避するこ
とができない。

ところで、コンパクトの外周を研磨すると、コンパクト
外周側辺部に分散している燃料粒子は裸になるものが生
じて、被覆層を設けた意味がなくなってしまう。

９− 他方、被覆燃料粒子を用いた本発明の核燃料棒の構成と
することによって、ＦＰを閉じ込める第１段階のバリア
として多重被覆層が有効に作用し、第２段階のＦＰのバ
リアとして両端密封された金属製被覆管が存在するので
、核燃料棒の外側にＦＰが漏洩することが絶無であって
、従来の核燃料棒に比較して安全性が極めて高いばかり
でなく、前述の目的のように、燃料の製造面においても
優れた特徴を発揮できるのである。

以下、図面に基づき本発明について説明する。

第３図は本発明で用いる被１ＩＩＩｌｉ料粒子の構造を
示す説明図である。同図から明らかなように、被覆燃料
粒子２０は、その中心に直径約０．５〜１、Ｓ＋ｅ＊ｉ
！ｉ！度の略球形状の核燃料粒子２１が位置する。この
核燃料粒子２１は、安定なウラン酸化物（ＵＯ２）、ウ
ランとプルトニウムの混合酸化物（ＬＩＯ□＋Ｐｕ０２
）、濃縮ウランとトリウムとの混合酸化物（Ｕ　０２＋
　Ｔ　ｈ　０２）等から選ばれ−る核燃料物質から構成
される。この種の略球形１０− 状の核燃料粒子を一″ｍするには、例えばウラン酸化物
の場合の一例を説明すると、硝酸ウラニル水溶液を複数
本並列させた細管を通して点滴状にしてアンモニア水中
に落下させて球状の重ウラン酸アンモニウム（ＡＤＵ粒
子）とし、このＡＤＬＪ球状粒子を焙焼して三酸化ウラ
ン（ＵＯ３）とし、更に、水素ガス雰囲気中で焼結する
と略球状二酸化ウラン粒子（ＬＪＯ２）ができる。

このようにして製造した核燃料粒子は、粒径と輿球度の
選別が施される。

核燃料粒子２１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２２、高密度等方性熱分解炭素層２３
、炭化珪素または炭化ジルコニウムの層２４、高密度等
方性熱分解炭素層２５、及び低密度熱分解炭素１１２６
からなる複合多層膜で覆われている。第１層（最内層）
の低密度熱分−解決素層２２は、膜厚的３０〜６０μｍ
、嵩密度１，０〜１．２ｏ　／ｃｓ’程度のものであっ
て、この層は、中心の安定な酸化物系核燃料粒子２１の
原子炉出力の変動に伴う熱変化による膨張と収縮の変位
吸収の機能を果すとともに、ＦＰの貯蔵プレナム部とし
て、及びＦＰを捕獲するゲッターとして作用する。次の
第２層の高密度等方性熱分解炭素層２３は、シール・レ
イヤーであり、膜厚的５〜２０μｍ、嵩高度１．７〜１
．９（１／ｄ程度のものであって、その機能は、ＦＰの
うち、特に気体状成分の封じ込めの作用をするほか、こ
の層は、その外側に設ける第３層の蒸着性を良好にする
と共に、炭化珪素または炭化ジルコニウム層の形成時に
遊離して生じるハロゲン元素が核燃料粒子２１と化学反
応をする悪影響を阻止する作用をする。第３層の炭化珪
素または炭化ジルコニウムの層２４は、膜厚が約１５〜
３０μｍのものであって、固体状ＦＰの封じ込め作用を
するほか、外圧に対して粒子被覆殻を保護して（但し、
内圧に対しては耐力が小さい）、粒子被覆層に耐座屈性
能を持たせるものである。第４層の高密度等方性熱分解
炭素層２５は、膜厚が約１０〜４０μ−のものであって
、内側にある炭化珪素または炭化ジルコニウムの被覆層
を外側から包み込んで、ＦＰの蓄積による内圧上昇によ
る被覆球殻の破壊を防止する。換言すると、第４層は、
内圧に対する強度を持たせるものである。第５層（最外
１１）の低密度熱分解炭素層２６は、膜厚が約５〜２０
μｍのもので、被覆燃料粒子相互の強い接触または衝突
等による外力を緩衝する作用、及び万一粒子被覆殻が損
壊した際のゲッター材としての作用を果す。

このような被覆を施す方法としては、被膜材料の種類に
応じて流動床法（ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ　−ｂｅｄｍｅｔ
ｈｏｄ　）あるいは物理的エバポレーション法が用いら
れる。なお、密度の異なる炭素を被覆するには、有機物
質含有原料の熱分解条件及び付着条件を適宜選択すれば
よい。

前記のような複合多層膜を有する被覆燃料粒子２０は、
外径が約０．６３〜１．８４−膳のものとなる。このよ
うな被覆燃料粒子２０は、金属製被覆管の中にその長手
方向にほぼ均一な密度分布となるように充填された後、
被覆管の両端が１３− 密封されて本発明に係る核燃料棒が構成される。

使用される被覆管の内径は、原子炉の炉型にもよるが５
〜１８１−であって、核燃料物質の種類、燃料の設計上
の燃焼度に相応して、各種の組合せの中から適切な寸法
と被覆層を有する被覆燃料粒子が選択されるのである。

さて、このような構成の核燃料棒を原子炉で使用すると
、原子炉の運転に伴って生成する放射性を有する有害な
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、金属製被覆管の内表面には略球形状の被覆燃
料粒子が多数種していることのために、原子炉出力の急
激な上昇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Ｐｃｔが全くないので、燃料の設計寿命中
に燃料が破損して放射性の有害なＦＰを被覆管の外部領
域に放出することも絶無となる。

また、燃料の燃焼度を更に高めて、原子炉内で長期間（
〜８年）使用できるようにしようとの要請は、使用済核
燃料の再処理が、経済的、１４− 国際政治的、及び地域の環境的要因の困難性の故に、一
段と緊要なこととなってきている。この燃料の高い燃焼
度を安全に達成するためには、燃料被覆層が損壊して、
内部からＦＰが出てくることも有りつるので、被覆管内
入れられる管内構成物として、略球形状の被覆燃料粒子
相互の間に形成される空隙に入るような粒径寸法を有し
、中性子吸収が少なく、且つＦＰを捕獲し易い性質をも
つゲッター微粒子を被覆燃料粒子とほぼ均一に混合した
ものを用いるのがよい。

このゲッター微粒子の直径は、球形被覆燃料粒子の最小
直径の約１７５程度以下が好ましく、その材質としては
純ジルコニウムまたは各種ジルコニウム合金、純チタン
またはチタン合金、ないしは黒鉛がある。

燃料被覆管を構成する材料としては、ジルコニウム合金
であるＺｒｙ−２、Ｚｒｙ−４及びＺｒ−１％Ｎｂのほ
か、ステンレス鋼、チタン合金、またはバナジウム合金
等がある。通常、金属製燃料被覆管としては、これらの
材料の単一素材が用いられるのであるが、将来の高性能
燃料には、これらのうちの二種類の材料の二重複合管の
利用頻度が多くなるであろう。

また、燃焼に伴って被覆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内圧が上部し、このた
め内側被覆層から外側被覆層へ徐々に引張り応力が増加
しながら伝播する。

このような被覆燃料粒子の被覆の内外差圧を緩和し、被
覆球殻の内圧上昇による損壊を防止するためには、金属
製被覆管の内部にアルゴンまたはヘリウムを加圧封入し
被覆燃料粒子に外圧を付加することが有効である。特に
ヘリウムは、熱伝導性が良好であり、加圧することによ
って熱伝導性が一層向上して、燃料温度を低下させ、ひ
いては気体状ＦＰの圧力も大巾に減少する。

この場合、燃料の使用条件にも依存するが、３〜５０ｋ
Ｍｍ’の圧力でヘリウムを金属製被覆管内に封入するの
が実用的にみて好ましい。

次に、本発明の一実施例を第４図に示す。同図から明ら
かなように、この実施例では下部端栓５が周溶接された
長尺の燃料被覆管２の中に、前述した被覆燃料粒子２０
が充填されて燃料の有効発熱部分を形成し、上部端栓４
で燃料被覆管２の上端を密封した構造となっている。下
部端栓５と被覆燃料粒子２０の積層部分との間にはグラ
ファイト・ウール層または金属ウール層１７が、また、
被覆燃料粒子２０の積層部分間にも仕切り用にグラファ
イト・ウール層または金属ウール層１７が燃料有効発熱
部分の長さ方向の数箇所に設けられている。金属ウール
としては、ステンレス鋼などのほか、熱中性子吸収の少
ないジルコニウム線材またはストリップ材に銀メッキし
たものがよい。この仕切り用のグラファイト・ウール層
または金属ウール層１７は、原子炉の運転・停止に伴う
被覆燃料粒子堆積層と被覆管の良さ方向の熱膨張差に基
づく相対的変位を緩和し、被覆管長さ方向に過度の応力
が作用しないようにすると共に、以下に述べるとおり、
被覆燃料粒子の被ｌ！！内への充填を容易にする機能を
果す。

＝１７− なお、本実施例において、被覆燃料粒子２０の積層の最
上部には断熱ペレット７を介して短いコイル・スプリン
グ３が設けられているが、これは燃焼に伴う燃料被覆管
２の照射クリープ伸長による上部端栓４とのギャップ増
加に対処するためのものであって、従来の燃料棒に設け
られる上部プレナムとは根本的に異なるものである。な
ぜなら、従来の燃料棒の上部プレナムは、ＦＰガスの集
積空間としての機能を果すため、燃料被覆管の長さにし
て２０〜７００−に相当する量で設けられているのであ
るが、本実施例では、５ｃ−程度で十分である。。この
ことは、上部プレナム部にも燃料物質を充填することが
できて燃料棒の有効発熱部の長さを増加して。

原子炉の炉心の大型化を容易に達成できる利点ともなる
。何故ならば、核燃料の全長は、使用済燃料の輸送及び
再処理施設の現有設備から４．７−を超えることができ
ないからである。

また、他の実施例としては、前述のように、燃料の有効
発熱部分を形成する被覆燃料粒子の１８− 相互の空隙に、ＦＰを捕獲するためのゲッター微粒子を
ほぼ均一に分散混合して被覆管に充填する場合もある。

現在のところ、国内には全長が４〜５−の核燃料棒を竪
位置状態で製造できる燃料加工施設は存在しない。勿論
、完成燃料集合体を原子力発電所に出荷するまでの期間
は、燃料棒の変形を防止するためと保管スペースを小さ
くする目的から、竪位置で燃料ラックに保管されること
になってはいる。そこで、現有の燃料加工施設でこの種
の被覆燃料粒子を４〜５園の被覆管に充填するには、次
のようにすればよい。まず、下部端栓を周溶接した燃料
被覆管の該下部端栓側を水平に対して２０’程度下側に
傾けた姿勢に支持し、斜め上方から被覆燃料粒子または
被覆燃料粒子とゲッター微粒子の均一混合物のある一定
−を被覆管の中に注ぎ込む。次に、仕切り用のグラファ
イト・ウールまたは金属ウールを挿入し、それを介して
既充填部分の被覆燃料粒子堆積−を棒で押した後、再び
一定曇の被覆燃料粒子ないしは被覆燃料粒子とゲッター
微粒子の均一混合物を追加注入し、この操作を繰返すこ
とによって、燃料棒を組立てることが可能である。

勿論、振動充填法によって被覆燃料粒子の充填は可能で
あるが、この方法は、下部端栓付きの被覆管を竪位習に
して微小な振動を機械的に与えながら上方から燃料粒子
を被覆管内に注ぎ込むのであるが、天井の高い燃料加工
施設でないと製造できないし、また取扱い時に被覆管に
傷をつける懸念もあって、必ずしも最良の方法とは言い
難い。

本発明に係る燃料棒に関する炉外での中心加熱実験によ
る被覆燃料粒子充填層の熱伝導率測定の実験データを第
５図に示す。この実験データは、重水炉である新型転換
炉（ＡＴＲ）寸法の燃料被覆管内径が１４．７ｇ＋−で
、核燃料粒子が約９００〜１０３０μｍ、被覆燃料粒子
直径が１２６９μ園（○印で示す）と１３３４μｍ　（
Δ印で示す）のものをそれぞれ充填したものについてで
ある。この実験によると、温度依存傾向からみて、被覆
燃料粒子の１１随による熱伝導とは別に、被ｍ燃料粒子
空隙の熱輻射が寄与している因子が相当大きいことが判
る。この実験データに基づいて計棹すると、ＡＴＲ燃料
の線出力密度が１３ｋｗ／ｆｔの値のとき、核燃料粒子
の温度は、酸化物燃料物質（Ｕ　０２）の融点よりも充
分低く、融点（７）約２／３以下であって、このように
燃料温度が低いことは、ＦＰを核燃料粒子外に放出する
割合も小さくできることを意味し、好ましいこととなる
。

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Ｐｃｔは
全く生ぜず、原子力発電所の飼萄追随運転が可能となる
し、またペレットの外周研磨のときの燃料物質の屑の発
生過程がなく、ペレットの外観、寸法、密度等の検査の
ための美人な人員と時間を要しない利点がある。

つまり、被覆燃料粒子の場合には、迅速な光学的粒径自
動測定法を適宜採用することによって２１− 検査費は安価となるからである。また、この種の被ｍ燃
料粒子の製造が本来的に遠隔自動操作に適するものであ
るから、特にプルトニウム−ウラン混合酸化物などの毒
性の強い燃料の場合に適していると言える。すなわち、
一度、被覆燃料粒子に加工されてしまうと、核燃料粒子
の有害なアルファ線放射性物質は、その外側の複合多層
膜によって密封された放射線源とみなすことができ、以
後の燃料加工施設は、放射線遮蔽と気密性について現状
のプルトニウム加工施設のような！１装備が不必要とな
り、経済性からも環境保全の点からも、従来のペレット
加工施設よりも遥かに優れたものとなるからである。

更に本発明は、高速増殖炉のような＾い１！焼度を要請
される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ナトリウムが本命と考え
られており、その冷却材圧力は原子炉炉心上部に封入さ
れている不活性のカバー・ガスの圧力を加算しても数ｋ
Ｏ／ｄである。将来の商業用高速増殖炉発電所とし２２
− ては、核燃料棒最高ｉｏｏ、ｏｏｏ〜３００，０００Ｍ
Ｗｄ／ｌの高い燃焼度が予想されており、このため金属
製被覆管は高速中性子の照射による体積膨張のスエリン
グが避けられな−いうえ、従来の円柱状ベレットを用い
ていると、核燃料棒内に数１０ｃｍの長さのプレナム部
を設けたとしても、被覆管内圧はベレットからの多量の
ＦＰの放出によって冷却材圧力をすぐに超えて燃料被覆
管のクリープ変形量が非常に大きな値となり、更にその
上、酸化物燃料物質の核分裂反応に伴って遊離する酸素
の蓄積によって金属製被覆管の内面酸化は益々進行し、
被覆管と燃料ベレットとのボンディングが生じ、燃料の
健全性にとって重大な問題を惹起すことになる。しかる
に、本発明に係る核燃料棒を用いれば、核分裂反応で遊
離した活性に富む酸素は、各被覆層の炭素と化合したり
、一部の酸素が炭素被覆層から浸み出してもゲッター微
粒子に捕獲されてしまって、酸素が金属製被覆管内面を
直接的に侵蝕することは全くないし、本来、ＦＰは被覆
燃料粒子内に閉じ込められすいるので、ＦＰ内圧による
燃料被覆管のクリープ変形も生じない。

このように、本発明は、すでに商業化されている重水炉
、軽水炉、黒鉛減速改良形ガス冷却炉（ＡＧＲ＞に対し
て、原子炉の餉荷追従運転にも十分耐えられる高性能で
、且つ、高燃焼度を達成できる核燃料棒であるし、２１
世紀前半に商業化が予想されている＾速増殖炉用燃料に
も適合しうるちのである。

更には、トリウム資源を利用せざるをえなくなると推測
される２１世紀後半の核燃料サイクルを展望すると、本
発明は、トリウム・サイクルを安全に且つ経済的に高温
ガス冷却炉以外の原子炉で実現できる一つの有望な技術
でもある。

なぜならば、トリウムのリサイクル燃料は強烈なガンマ
線の存在によって、現存の核燃料加工施設の概念を全く
覆す程のものであり、トリウム・リサイクル燃料の製造
工場は、燃料粒子を半ば流動体とみなした各系統での臨
界管理も含めてロボットによる無人運転の化学プラント
の如きものになるであろうと想定されるからである。

また、本発明の補足的な利点としては、核燃料棒の金属
−被覆管内には遊離したＦＰは殆ど蓄積しないことから
、使用済核燃料を再処理しないで貯蔵施設内に長期間（
〜数十外）保管しても、貯蔵施設内をＦＰで汚染するこ
とが無いことである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の円柱状ベレットの使用後の変形モデル図
、第２図は従来技術における被覆管とベレットとの相互
作用の説明図、第３図は本発明で用いる被覆燃料粒子の
説明図、第４図は本発明に係る核燃料棒の一実施例を示
す説明図、第５図は被覆燃料粒子充填層の熱伝導率の測
定データを示す図である。 ２・・・金属製被覆管、３・・・コイル・スプリング、
４・・・上部端栓、５・・・下部端栓、７・・・断熱ベ
レット、２０・・・被覆燃料粒子、２１・・・核燃料粒
子、２２．２６・・・低密度熱分解炭素層、２３．２５
２５− ・・・高密度等方性熱分解炭素層、２４・・・炭化珪素
または炭化ジルコニウムの層。 特許出願人　　動力炉・核燃料開発事業囲周　　　　　
日本原子力研究所 代　　理　　人　　　　　尾　　股　　行　　離開　　
　　　　　　茂　　見　　　　　横向　　　　　　　　
荒　　木　　友之助２６− ＷＩ図　　　　　　　第４図 １１５因 １４」・Ｃ／１０勺 特許庁長官　島田春樹　殿 ■、事件の表示 昭和５６年特許願第１９５４８７号 ２、発明の名称 被覆燃料粒子を充填した核燃料棒 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住所（居所）東京都港区赤坂１丁目９番１３号氏名（名
称）　　動力炉・核燃料開発事業団　　（ほか１名）４
、代理人〒１０４ 電話東京０３（５４３）００３６番（代表）ｖ′１ ６、補正の内容 （１）特許請求範囲を別紙のように補正する。 （２明細書第８頁第９行、「炭化けい素」とあるを、ｒ
炭化珪素」に訂正する。 （ａ　同書第１２頁第５行、「嵩＾度」とあるを、ｒ嵩
密度ｊに訂正する。 （４）同−第１５頁第５行、［被覆管内入れられる」と
あるを、「被覆管に入れられる」に訂正する。 （（ト）同−第２３頁第１４行、「惹起す」とあるを、
「惹起する」に訂正する。 以上 ２、特許請求の範囲 １．金属製被覆管の内部に被覆燃料粒子を主体とする管
内構成物が入れられていて、該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、該被覆燃料粒子は、そ
の中心に位置する直径約０．５〜１．５−一の略球形状
の安定な酸化物系核燃料粒子と、該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
等方性熱分解炭素層、炭化珪素または炭化ジルコニウム
の層、高密度等方性熱分解炭素層、及び低密度熱分解炭
素層からなる複合多層膜とから構成されていることを特
徴とする被覆燃料粒子を充填した核燃料棒。 ２、管内構成物は、被覆管内に充填された略球形の被覆
燃料粒子の間に形成される空隙に無理なく入る粒径で、
中性子吸収が少なく、且つ燃料の核分裂生成物を捕獲し
やすいゲッター微粒子を含むものである特許請求の範囲
第１項記載の核燃料棒。 ３、管内構成物は、被覆管の長さ方向の複数箇所に設け
た被覆燃料粒子充填部分を仕切るための仕切り材を含む
ものであ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、管内構成物は、被覆燃料粒子の充填部分を圧縮保持
するためのコイル・スプリング及び断熱ペレットを有す
るものである特許請求の範囲第１項、第２項、または第
３項記載の核燃料棒。 ５、管内構成物は、被覆管内に加圧封入されたヘリウム
、アルゴン、またはこれらの混合気体を含むものである
特許請求の範囲第１項、第２項、第３項、または第４項
記載の核燃料棒。 ６、ゲッター微粒子が、ジルコニウム、ジルコニウム合
金、チタン、及びチタン合金ないしは黒鉛から選ばれる
一つまたはそれ以上の材料で作られている特許請求の範
囲第２項、第３項、第４項、または第５項記載の核燃料
棒。 γ、金属製被覆管が、各種ジルコニウム合金、ステンレ
ス鋼、チタン合金、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、このうらの二種類の材料の
複合二重管で作られている特許請求の範囲第１項、第２
項、第３項、第４項、第５項、または第６項記載の核燃
料棒。 ８、核燃料棒が発電用のものである特許請求の範囲第１
項、第２項、第３項、第４項、第５項、第６項、または
第７項記載の核燃料棒。 ３−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、金属製被覆管の内部に被覆燃料粒子を主体とする管
   内構成物が入れられていて、該金属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０．５〜１．５１−の略球形状
   の安定な酸化物系核燃料粒子と、該核燃料粒子の外表向
   に内側から順次形成された低密度熱分解炭素層、高密度
   等方性熱分解炭素層、炭化珪素または炭化ジルコニウム
   の層、高密度等方性熱分解炭素層、及び低密度熱分解炭
   素層からなる複合多層膜とから構成されていることを特
   徴とする被覆燃料粒子を充填した核燃料棒。 ２、　＠内構酸物は、被覆管内に充填された略球形の被
   覆燃料粒子の間に形成される空隙に無理なく入る粒径で
   、中性子吸収が少なく、且つ燃料の核分裂生成物を補獲
   しゃすいゲッター微粒子を含むものである特許請求の範
   囲第１項記載の核燃料棒。 ３、管内構成物は、被覆管の長さ方向の複数箇所に設け
   た被覆燃料粒子充填部分を仕切るための仕切り材を含む
   ものであ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、管内構成物は、被覆燃料粒子の充填部分を圧縮保持
   するためのコイル・スプリング及び断熱ペレットを有す
   るものである特許請求の範囲第１項、第υＬまたは第３
   １ｍ記載の核燃料棒。 ５、管内構成物は、被覆管内に加圧封入されたヘリウム
   、アルゴン、またはこれらの混合気体を含むものである
   特許請求の範囲第１墳、第２項、第３項、または第４項
   記載の核燃料棒。 ６、ゲッター微粒子が、ジルコニウム、ジルコニウム合
   金、チタン、及びチタン合金ないしは黒鉛から選ばれる
   一つまたはそれ以上の材料で作られている特許請求の範
   囲第２項、第３項、第４項、または第５項記載の核燃料
   棒。 ７．金属−被覆管が、各種ジルコニウム合金、ステンレ
   ス鋼、チタン合金、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、このうちの二種類の材料の
   複合二重管で作られている特許請求の範囲第１項、第２
   項、第３項、第４項、第５項、または第６項記載の核燃
   料棒。 ８、核燃料棒が発電用のものである特許請求の範囲第１
   項、第２項、第３項、第４１！、第５項、第６項、また
   は第７項記載の核燃料棒。