JPS59180388A - 原子燃料要素 - 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】 燃料物質の焼結ペレットを含む原子燃料要素に関する。

原子炉の稼動率を上げるため原子炉の運転期間を長期化
することが取り上げられると共に、新燃料を多数使用し
て余剰反応度を大きくすることが要求され、その結果、
出力ビーキング及び減速材温度係数の制御条件を満たす
べく炉心の余剰反応度を制御したシ、中性子束分布を平
坦化する目的で一換言すれば原子炉内の核反応により生
ずる中性子を適宜吸収するために可燃性毒物を核燃料物
質に添加することが試みらｎ，ボロンｌ　Ｏ　（　１０
Ｂ）やガドリニウム（Ｇｄ）が用いらｎている。

このうち前者のボロンｌＯは、例えばＢ，Ｏ入シアルミ
ナ焼結ベレットの形態で長尺の金属破憶管に適数個装入
さｒｌ、司燃性毒物入り棒として他の原子燃料内挿物と
共に原子燃料内挿物構造体を形成し、こｎが原子炉内に
設置さｒた多数の原子燃料集合体）らなる原子燃料集合
体のＩ’ｉｉｒ定の空隙に挿入さｎ，原子炉内の中性子
を原子燃料要素外で適宜吸収することにより原子炉の反
応度を制御しでいる。

一方、後者のガドリニウム（Ｇａ）　　Ｕガドリニア（
Ｇｄ２０Ａ）の形で原子燃料である粉末の二酸化ウラン
（ＵＯ２）に混入後、焼結さ２−Ｌ可燃性毒物入シ燃料
ベレットトして成形され、原子炉内では司燃性毒物入シ
俸を使用することなく、中性子を燃料ペレット内でｇ＆
収することにょフ原子炉の反応度を制御している。

しυ゛しながら前記前者の使用済み１］燃性毒物入シ棒
はボロン１０が消散していて再使用の途がなく、しっ）
シ放射注廃棄物であるため長期にオつたり保管しなけれ
ばならず、その保Ｌスペースや保守作業を必要とする欠
点がある。一方、後者の使用済みのガドリニア入す燃料
ペレットは、ガドリニアが消散しているのでＵＣ２のみ
からなる燃料ペレットと同様、再処理することによりウ
ランやブルトニウムを目数でき、かつ別体の可燃性毒物
入り棒を使用しなくともよい利点があるか、燃料ペレッ
トの製造工程において−その混入＠を厳格に規ＩＭＪす
る必要がある。換言すれば燃料−２レツトを順次、製造
する場合、先に製造した燃料ペレットに＠（す１１．７
１ｊガド１ノニアがその製造機器中に残存しないように
する必要がある。そのため−製造毎に設０１ｉの洗浄を
必要とする上、ガドリニア混入燃料ペレットの製造設備
をＵＣ２のみからなる燃料ペレットを製造する設置ＩＪ
ｉＩ＋と兼用することができず、ガドリニア混入燃料ペ
レット製造設備として専用化しなけｎはならない欠点が
ある。

本発明は上述の如き諸欠点に着目し、その間顆点を解決
するためになさｎたちので放射性廃棄物として長期保管
の必要な可燃性毒物入り棒を排除し、燃料ペレット製造
工程を簡素化し加えて可燃性毒物による反応度制御を容
易になし得る原子燃料要素を提供することを目的とする
。

即ち本発明の特徴とするところは、中空円筒状の焼結ペ
レットを適数個、被覆管内に装填し、上下を各端栓によ
り密封せしめた原子燃料要素において、その積層円筒状
燃料ペレットの軸心部中空孔を通じて長尺の可燃性毒物
入り棒を縦通せしめた点にある。

し力）して、かつ）る本発明は基本的に核燃料であるＵ
Ｃ２と、可燃性毒物を分離させると、中性子の挙動が容
易に予測でさること、および燃料ペレットの軸心部から
ＵＣ２を排除すると、ペレット最高温度を低下させるこ
とができるという知見に立脚するものである。

又、本発明は本出願人がさきに提案した粉末又は粒子状
の可燃性毒物を利用することを発展させ、より製作過程
の簡易化を進めることにも重装な意義を有する。

以下、更に本発明の具体的な去胤態様を添イ寸図面に示
す実施例にもとづいて詳述する。

第１図は本発明の構成が適用き２する原子燃料要素の概
要を示す図で、図において［＋１は原子燃料要素を示し
−ジルコニウム合金の仮憶管ｉ２１内に二酸化ウラン（
ＵＣｌ３）の粉末をｘ　７　ｏ　ｏ　’ｃ程度の扁濁で
焼結した核燃料物質の燃料ペレット（３）かゆ数の適数
個装填さ７１、こｎらを上下においてスプリング（４）
で押圧し、上部端栓（５１及び下ｇ１５端栓（６１を被
似管（２］の上下端で夫々溶接することによりペレット
（３）が密封されて燃料要素に構成さｎている。

しかして、ここで本発明にあっては前記燃料ペレット（
３）の夫々は第３図に図示さｊ、る如く円筒状に成形さ
れてその軸心部に中空孔（３ａ）が設けられてなり、積
層された適数の燃料ペレット（３ｊの各中・し・孔（３
ａ）を縦通して本発明の特徴をなす長尺のｎ１燃性毒物
入シ俸（７）が第２図に図示する如く装入さ乙でいる。

ここで使用窟ｒＬる前記可燃性毒物としては通常、前記
ボロン］、０を含むものあるいはガドリニウムを含むも
のが最も一般的であり、ボロン］−０を含むものとして
はＥ４ＣまたはＢ２Ｏ３，一方、ガドリニウムを含むも
のとしてはガドリニア（Ｇ（１２０３）が代表的の・つ
最も好適である。

そして、こｎらは単体としてよシ他の金属酸化物と共に
焼結さｔｚｒｇＴ要適数の燃料ペレットを縦通する長尺
の棒状体として成形されて使用さ１する。

共用ぜ１する金属酸化物としてはＡｌ２Ｏ３が好ましく
従って好ましい可燃性毒物入り棒はＡｔ２０．−Ｂ４０
焼結体である。しり）し勿論、こわに制限さ２］ないこ
とは云うまで５ない。

なお−上記可燃性毒物入り棒が縦通さハる中空孔（３ａ
）を有する燃料ペレット（３）はそわ単体で製造された
ものであるが、更に中空孔内面に前記ｂ」燃性毒物をコ
ーティングしたもの５便用することができる。

このようにして構成された本発明燃料要素は、第４図の
模式図中の実線で示すように軸・１．・部にＵＣ２が存
在しないことからその円筒状燃料ペレットの最高温度は
、軸心までＵ○２焼結体であるペレットの場合に生ずる
ペレット最高温度（第４図破線）に比較して著しく低下
する。従ってＵＣ２の発熱湿度をその融点温度よシ遠去
６ゴることかでさる好都合となる。

加えてＵＣ２と可燃性毒物とは互いに混合することなく
分離さ７また状態にあるので、石Ｊ燃性毒物がソノ中に
混入さｉ″した従来の燃料ペレットの場合の初雑な挙動
に比較し一中性子が〒ｉ］燃性毒物のみを通過するとき
の挙動と、ＵＣ２のみを通過するとさの挙動とに分離さ
ｎ、その結果、中性子の挙動を把握し易く、適切な可燃
性毒物量を予測でさ、ひいては反応度のｆｌｉｌＪ御を
所望値に設定する口とが容易となる。

以上のように本発明原子燃料要素は仮ヵ管内に円筒状燃
料ペレットを適数個装填し、その軸心ｇｂ中空孔を通し
て長尺の可燃性毒物入ｊ）棒を装入したものである力）
ら燃料ペレット自体と可燃性毒物入り棒とは全く分離状
態にあり、夫々の挙動を把握し易く反応度の所望値設定
が容易″Ｃあると共に燃料中心当ｂｖｃ核分裂性物質で
あるＵＣ２が存在し７．よいこと力）ら燃料中心部にお
ける中性子束が著しく低下し内部の温度が低下して全体
として燃料要素の安全性を向上し、力１つ、径方向温度
分布の平坦化に寄与しペレットの熱応力破壊および核分
裂生成物の放出を抑制する顕著な効果を奏する。

更に本発明にあっては燃料ペレットの製造にあたり、Ｕ
Ｃ２のみ力・らなる粉末焼結体のみを成形し、餉後的に
ｏＪ燃件毒物入シ俸を装入すハ、ばよいため、燃料ペレ
ット製造設備の洗浄が不要となり、能率のよいペレット
の製造が可能である外−ＱＪ　ＰＮ性毒物入り棒を別個
に原子燃料要求からなる原子燃料集合体に挿入配置する
必要がなくなり−その結果−使用済みの可燃性毒物をそ
の破位管を含め一体で別途長＋９Ｊにわ７こシ保管する
必要もなく、その保管スペースも不要となる等−柚々の
利点を有し一従前の可燃性毒物を含む各燃料要素に比し
効率上。

性能上、更に堰造面υ・らも今後における実用化が期待
され、る。

なお、本発明燃料要素の構１ハ別圧ガ〈型原子炉の燃訓
要素に限らず沸騰水型原子炉の燃料要素にも適宜適用可
能であシ、共に有効な可燃性毒物入９燃料要素を得るこ
とかでさる。

【図面の簡単な説明】 ７Ｐ、１図は本発明原子燃料要景の内部概観図、第２図
は本発明の要部をなす可燃性毒物入り棒を縦通しＴ−積
層ペレット断面図、第３図は本発明に４５ける円筒状燃
料ペレットの斜視図、第４図は燃料ペレットの発熱温度
分布を示す模式図である。 ■・・原子燃料要素、（２１・・・仮肴管。 （３１・・燃料ペレット、　　　（３ａ）・・・中空孔
。 （５］・・・土部端栓、（６）・・・下部端栓。 （７）・・・可燃性毒物入り棒。 特ｄ１出願人　　原子燃料工業株式会社第　１　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ　仮積管内に核燃料物質９円筒状燃料ベレットをｔｎ
   数個装填し、その上下を上部端栓及び下部端栓によシ密
   封してなる原子燃料要素において、前記核燃料物質の円
   筒状焼結ペレット軸心部の中空孔を通して長尺の可燃性
   毒物入９俸を縦通せしめたことを特徴とする原子燃料要
   素。 ノ、司燃性毒物がボロン１０を含んでなる％許請求の範
   囲第１項記載の原子燃料要素。