JPS599585A - Fuel element - Google Patents

Fuel element

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JPS599585A
JPS599585A JP58112968A JP11296883A JPS599585A JP S599585 A JPS599585 A JP S599585A JP 58112968 A JP58112968 A JP 58112968A JP 11296883 A JP11296883 A JP 11296883A JP S599585 A JPS599585 A JP S599585A
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Japan
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fuel
fissile
nuclear
uranium
sheath
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JP58112968A
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Japanese (ja)
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カ−ル・イ−・クロ−ザメル
エイム・エ−・ゲ−リ
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Framatome ANP Richland Inc
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Exxon Nuclear Co Inc
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    • YGENERAL 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
    • 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

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】 発明の分野 本発明け、改善された核燃料棒、よシ詳しく述べるなら
ば、所定出力での操業温度を下げることに々る放射方向
に濃縮勾配を有する核燃料棒に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to an improved nuclear fuel rod, and more particularly, to a nuclear fuel rod having a radial enrichment gradient that reduces operating temperature at a given power.

発明の背景 従来の燃料棒デザインは酸化ウランベレットのような核
分裂性燃料で充填されているジルコニウム合金さやを特
色としている。酸化ウランは焼結されそ17てさやとの
良好な熱接触を与えるために寸法許容を閉じるように研
削される。近年、ベレットとさやとの接触がさやのクラ
ックおよび裂は目を引き起こす化学的相互作用に至ると
わかった。
BACKGROUND OF THE INVENTION Conventional fuel rod designs feature a zirconium alloy sheath filled with a fissile fuel such as uranium oxide pellets. The uranium oxide is sintered and ground to close dimensional tolerances to provide good thermal contact with the pod. In recent years, it has been found that contact between the beret and the pod leads to a chemical interaction that causes the pod to crack and split.

原子炉内部でのさやの裂は目発生は放射性物質の蘭れの
結果になる。燃料棒を取り巻く冷却水が汚染されて原子
炉の運転停止を必要とする。
The cracking of the pods inside the reactor results in the release of radioactive materials. The cooling water surrounding the fuel rods becomes contaminated, requiring a reactor shutdown.

このタイプの故障を防止するために、より新しい燃料棒
デザインが提案されており、それでは核分裂性燃料が球
状又は粒状の形に作られる。ベレットおよび球状の両方
の燃旧組合せを使用する混成デザインは、米国特許第3
,778,348号(1973年12月11日発行)お
よび米国特許第4,131,511号(1978年12
月26日発行)のそれぞれに示すように公知である。
To prevent this type of failure, newer fuel rod designs have been proposed in which the fissile fuel is made into spherical or granular shapes. A hybrid design using both pellet and spherical combustion combinations is described in U.S. Pat.
, 778,348 (issued December 11, 1973) and U.S. Patent No. 4,131,511 (issued December 1978).
(issued on the 26th of May).

「球・やツク」ともいわれる球状又は粒の燃料の使用は
燃料とジルコニウム合金さやとのピーク接触ストレスを
減らす。表面相互作用でのこのような結果としての減少
はクラックおよび裂は目がさやに生じるであろう可能性
を減らす。
The use of spherical or granular fuel, also known as "balls", reduces the peak contact stress between the fuel and the zirconium alloy sheath. This resulting reduction in surface interactions reduces the likelihood that cracks and tears will form in the pod.

しかしながら、さや破損を減らすための球状燃料の利用
は燃料とさやとの間の非能率的な熱伝導の問題を解汐し
なかった。熱伝導を改善するために、いくつかの特許で
はグラファイトに核分裂性粒を混合することを提案して
いる(1974年8月20日発行のカナダ特許第953
,437号に示すように)。
However, the use of spherical fuel to reduce pod failure did not solve the problem of inefficient heat transfer between the fuel and the pod. To improve heat transfer, some patents have proposed mixing graphite with fissile grains (Canadian Patent No. 953, issued August 20, 1974).
, No. 437).

しかしながら、グラファイトの使用は酸化ウラン(U 
02 )を高温にて還元して一酸化炭素ガスを作る。−
酸化炭素は燃料棒性能を低下させ、したがって、燃料中
への炭素のイ1!用は実行できる解決法ではない。
However, the use of graphite is limited to uranium oxide (U
02) at high temperature to produce carbon monoxide gas. −
Carbon oxides reduce fuel rod performance and therefore reduce the amount of carbon into the fuel! is not a viable solution.

本発明は球状燃料を新しいやり方でどのように使用する
のかを教示します。燃料棒の中央部分が滅相酸化ウラン
又は他の低濃縮燃料で満たされる。
This invention teaches how to use spherical fuel in a new way. The central portion of the fuel rod is filled with phase-depleted uranium oxide or other low enrichment fuel.

次に、減損燃料が外側環のより高濃縮燃料の外側環によ
って取り巻かれ、このようにして燃料断面に沿って放射
方向に濃縮勾配を形成している。濃縮燃料をさや表面近
くに集めることによって、より多くの核出来事がさや近
くで起こる。このことは低い熱伝導性の酸化ウランを通
る熱伝導路を短かくすることによって燃料棒の熱効率を
改善する。
The depleted fuel is then surrounded by an outer ring of more enriched fuel, thus creating an enrichment gradient radially along the fuel cross-section. By concentrating the enriched fuel closer to the pod surface, more nuclear events occur closer to the pod. This improves the thermal efficiency of the fuel rod by shortening the heat transfer path through the low thermal conductivity of uranium oxide.

このよう(・御所定出力での燃料棒の使用燃料中心線温
度がかなり下げられる。
In this way, the centerline temperature of the fuel used in the fuel rod at a given power output is significantly reduced.

関連技術の検討 米国特許=”q3,778.348号および第4,13
1.511号に記載された上述の発明は本発明の教示と
は反対の教示である。これら特許は燃料棒のコア又は中
央に濃8燃料を配置することを教示している。
Consideration of related technology U.S. patents = “Q3,778.348 and No. 4,13
The above-mentioned invention described in No. 1.511 is a teaching contrary to that of the present invention. These patents teach placing concentrated 8 fuel in the core or center of the fuel rod.

このことは、棒の中央により大きな体積の濃縮物質を与
えることになり、さや表面までの熱流路をより長くする
ことになる。これら燃料棒デザインの結果は、燃料棒の
熱効率がより小さくかつ燃料棒がより高温にて働くこと
である。より高い温度は核分裂気体放出を増大しかつさ
やでの応力を増すために、さやの裂は目およびクラック
の発生の可能性が高くなる。したがって、これらデザイ
ンはさやの裂は目およびクラック発生防止に関して失敗
している。
This provides a larger volume of concentrated material in the center of the rod and a longer heat flow path to the sheath surface. The result of these fuel rod designs is that the thermal efficiency of the fuel rods is lower and the fuel rods operate at higher temperatures. Because higher temperatures increase fission gas release and increase stress in the pod, pod tears are more likely to form eyes and cracks. Therefore, these designs fail in preventing pod tearing and cracking.

本発明は、(1)燃料棒の操業温度を下げることおよび
(2)球状燃ポ]を使用して燃料さや接触相互作用を減
らすことによって、さや故障を「相乗作用的に一1防止
する。
The present invention synergistically prevents sheath failure by (1) lowering the operating temperature of the fuel rods and (2) reducing fuel sheath contact interactions using spherical combustion chambers.

発明の要旨 本発明は原子炉に使用するための燃料要素す左わち燃料
棒に関する。燃料物質は細長いさや内に収容されている
。燃料物質に放射方向の濃縮勾配が少なくとも2つの異
なる燃料濃縮度の採用によって形成される。燃料棒の中
央部分は低濃縮核分裂性燃料を含んでなりそして外側環
状部分は十分により高濃縮燃料を含X7で々る。放射方
向の濃縮勾配によって燃tl棒が所定出力のためにより
低い温度にて働くことができる。燃料棒はペレットおよ
び粒燃料の混成物を含んで々る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to fuel elements, or fuel rods, for use in nuclear reactors. The fuel material is contained within the elongated sheath. A radial enrichment gradient in the fuel material is created by employing at least two different fuel enrichments. The central portion of the fuel rod contains low enrichment fissile fuel and the outer annular portion contains substantially more highly enriched fuel. The radial enrichment gradient allows the fuel rods to work at lower temperatures for a given power output. Fuel rods contain a mixture of pellets and granular fuel.

明確化のために、用語1粒燃料」又は「粒核分裂性燃料
」は、粉末燃料、球状燃料、粉末および球状の燃料の混
合物および異汝るサイズの粉末燃料および/又はp々る
サイズの球状燃料の混合物を青味する。
For clarity, the term "granular fuel" or "granular fissile fuel" refers to powdered fuel, spherical fuel, mixtures of powdered and spherical fuel, and powdered fuel of different sizes and/or spherical particles of different sizes. Gives the fuel mixture a blue tinge.

混成デザインは、粒燃料項によって囲まれたイ1ノット
中央部、ベンツ)’iffによって取り巻かれた粒中央
部又fd、より低い濃縮度の粒コアでより高濃縮度の粒
環を有してもよい。
The hybrid design has a grain center surrounded by a grain fuel term, a grain center surrounded by a benz)'if or fd, a lower enrichment grain core and a higher enrichment grain ring. Good too.

内側および外側要素のための濃縮度の範囲は次のとお秒
である。
The enrichment range for the inner and outer elements is as follows:

中央部分・・・減損酸化ウラン0.2 %U−2351
いし最大で典型的に2係IJ−’235であって中性デ
ザインによって所望 濃縮度 外側環状部分・・・約2.OO%U−235ないし20
.00チU−235の範囲 他の1ルトニウムおよび/又はウラン−233のような
核分裂性同位元素がウラン−235と又はに代えて適用
できる。また、酸化トリウムが内部要素として酸化ウラ
ンに代えて使用できる。
Center part...depleted uranium oxide 0.2% U-2351
The desired enrichment outer annular portion by neutral design typically has a maximum of 2 modulus IJ-'235...approximately 2. OO%U-235 to 20
.. Other fissile isotopes such as rutonium and/or uranium-233 can be applied in place of or with uranium-235. Also, thorium oxide can be used in place of uranium oxide as an internal element.

本発明において粒燃料は3つの異なる球直径サイズ:1
500−600μm、4’OO100μmおよび50μ
m以下のそれぞれの範囲での混合物であることができ2
・、1これら3サイズの分別部がスミアデンシティ(s
mear density) 90パーセントに達する
ように混合される。
In the present invention, the granular fuel has three different spherical diameter sizes: 1
500-600μm, 4'OO100μm and 50μm
can be a mixture in each range of up to m2
・, 1 These three size separation sections are smear density (s
mear density) mixed to reach 90 percent.

本発明の燃料デザインでは環状部分での燃料体積が等し
いか又はより大きいことを考慮している。
The fuel design of the present invention allows for equal or larger fuel volumes in the annular section.

典型的には、環状部分と中央部分との体積パーセント割
合が70730である。しかしながら、外側環状部分と
中央部分とのパーセントでの燃料体積割合が90/10
から501501で変動できる。
Typically, the volume percent ratio between the annular portion and the central portion is 70,730. However, the fuel volume ratio in percentage between the outer annular portion and the central portion is 90/10.
It can vary from 501501 to 501501.

酸化ウランは比較的に低い熱伝導体でちる。本発明はさ
や近くをより大きな濃縮度とすることによって酸化ウラ
ンの低い熱伝導を克服する。冷却さや表面までの熱伝導
路を短かくして、所定出力での操業燃料中心線温度が注
目に値するほど下げられる。この結果はさや材料の変形
および応力が小さくなる。核分裂性燃料は高温にてさや
材料よりも大幅に膨張するために、温度を下げることは
この膨張したがってさやの変形を小さくする。さらに、
より低い操業温度では燃料による核分裂気体の放出がよ
り小さくカリ、さやにかかる内部圧力が下げられかつヘ
リウム伝導路が燃料内で核分裂気体によっては低下させ
られない。ヨウ素、セシウム、カドミウノ3、どのよう
な揮発性燃料生成物がさや内面上堆積することはより少
がい。これら元素は応力下でのジルコニウム合金さやの
クラック発生と々る化学的に助長された応力腐食を促進
する。
Uranium oxide is a relatively poor thermal conductor. The present invention overcomes the poor thermal conductivity of uranium oxide by providing greater enrichment near the sheath. By shortening the heat transfer path to the cooling sheath surface, the operating fuel centerline temperature at a given power output is significantly reduced. This results in less deformation and stress in the sheath material. Because the fissile fuel expands more than the sheath material at high temperatures, lowering the temperature reduces this expansion and therefore the deformation of the sheath. moreover,
At lower operating temperatures, the release of fission gases by the fuel is lower, the internal pressure on the potash pod is lowered, and the helium conduction path is not degraded by fission gases within the fuel. Iodine, cesium, cadmium-3, and any volatile fuel products are less likely to be deposited on the inner surface of the sheath. These elements promote cracking of zirconium alloy sheaths under stress and chemically assisted stress corrosion.

本発明の目的は原子炉に使用するための改善された燃料
要素を提供することである。
It is an object of the present invention to provide an improved fuel element for use in nuclear reactors.

本発明の他の目的は、所定出力のためにより低い温度に
て働く燃料体を提供することである。
Another object of the invention is to provide a fuel body that operates at lower temperatures for a given power output.

そして1本発明のその他の目的はさや(被覆)のクラッ
クおよび裂は目発生の可能性を減らすデザインの燃料要
素を提供することである。
It is another object of the present invention to provide a fuel element with a design that reduces the likelihood of cracks and tears in the sheath.

本発明のこれらおよび別の目的が、添付図面に関連した
下記の詳細な記載を参照してより明らかにかつより良く
理解されるであろう。
These and other objects of the invention will be more clearly and better understood with reference to the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings.

発明の詳しい記述 本発明は原子炉にて使用するだめの燃料棒に関する。燃
料棒のデザインおよび使用での重要なことのひとつは核
分裂性燃料を収容しているさや(クラツディング)のク
ラック発生ないし裂は目発生の可能性である。クラック
はジルコニウム合金さやと酸化ウラン燃料との間の化学
的相互作用によってさやに発生するであろう。また、ク
ラックは内部ガス圧力又はウランベレットの膨張によっ
てさやに生じる応力のために発生するであろう。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to fuel rods for use in nuclear reactors. One of the important considerations in the design and use of fuel rods is the possibility of cracking or tearing the cladding containing the fissile fuel. Cracks will form in the sheath due to chemical interaction between the zirconium alloy sheath and the uranium oxide fuel. Cracks may also occur due to stress created in the sheath by internal gas pressure or expansion of the uranium pellet.

本発明し1.さやでのクラック発生の可能性を減らしか
つ熱効率を改善する独特の燃料棒デザイン(設計)を特
色としている。
The present invention 1. It features a unique fuel rod design that reduces the likelihood of cracking in the pod and improves thermal efficiency.

第1図にて燃料棒10の断面図を示す。この燃料棒10
は皺2図の拡大断面図にても示す。細長いジルコニウム
合金さや11が混成核分裂性燃料を収容している。核分
裂性燃料は連続的に重ねた多数のペレット12の中央部
分すなわちコアを含んでなり、これらペレットは円柱を
形成しておりかつ核燃料混合物13によって囲まれてい
る。粒状燃料13はさやの内部でペレットコア12のま
わりの環状部分を占めている(第4図)。
A cross-sectional view of a fuel rod 10 is shown in FIG. This fuel rod 10
is also shown in the enlarged sectional view of Fig. 2. An elongated zirconium alloy sheath 11 contains a hybrid fissile fuel. The fissile fuel comprises a central portion or core of a number of successively stacked pellets 12 forming a cylinder and surrounded by a nuclear fuel mixture 13. Granular fuel 13 occupies an annular portion around pellet core 12 inside the pod (FIG. 4).

さや11は各末端近くに栓14を有して燃料を所定位置
に保持している。燃料棒の底部にはコイルバネ16を収
容している空間15がある。この空間15は燃料柱がそ
の使用中に膨張又は収縮するのを可能にする。コイルバ
ネ16が燃料柱集結度を維持するのに必要な圧縮力を与
える。
The pod 11 has plugs 14 near each end to hold the fuel in place. At the bottom of the fuel rod there is a space 15 containing a coil spring 16. This space 15 allows the fuel column to expand or contract during its use. A coil spring 16 provides the necessary compressive force to maintain fuel column density.

ベレットコア12は酸化ウラン(UO2)々どのような
減損又は低濃縮の核分裂性燃料からなる。このコアが0
.2 万いし2.0重器%U−235の濃縮度を有する
ようにすることができる。プルトニウム又はTJ −2
33などの他の核分裂性同位元素をU −235の心゛
わりにあるいはU −235と糸目合せて使用すること
ができる。酸化トリウムを酸化ウランの代わりにあるい
は酸化ウランと組合せて使用することもできる。
The pellet core 12 is comprised of any depleted or lightly enriched fissile fuel such as uranium oxide (UO2). This core is 0
.. It can have a concentration of 20,000 to 2.0% U-235. Plutonium or TJ-2
Other fissile isotopes such as 33 can be used in place of or in conjunction with U-235. Thorium oxide can also be used in place of or in combination with uranium oxide.

核燃料13はコア12よりも実質的に濃縮度が大きい。Nuclear fuel 13 is substantially more enriched than core 12 .

酸化ウラン粒は2.0ないし20.0重ft%U−23
5を有する。プルトニウムおよびU−233同位元素が
酸化ウランの代わりに又は酸化ウランと組合せて使用さ
れてもよい。粒の典型的な混合物は、58係の1500
−60011mサイズ球体%20係の40n  100
/1mサイズ球体および22俤の508m以下サイズ球
体からなるであろう。
Uranium oxide grains are 2.0 to 20.0 weight ft% U-23
5. Plutonium and U-233 isotopes may be used in place of or in combination with uranium oxide. A typical mixture of grains is 58 parts 1500
-60011m size sphere%20 40n 100
/1m size sphere and 22 508m size spheres.

燃料の中央操業温度lは、下記第1表に示すように公称
安定出力に対して数百度Cだけ下げられる。
The central operating temperature l of the fuel is lowered by several hundred degrees Celsius relative to the nominal stable output, as shown in Table 1 below.

第1表 混成燃料デザインおよび怠者燃料デザインでの中央燃料
温13y、公称nwR@定状態操業出力、25KW /
 M (、7,5K9/ Ft)にて計算8X8   
    0/100   984混成環状ぺ1/ット&
球体 8X8        10/90    869混成
環せベレット&球体 8x8        30/70    780球 
  体 8X80/100 973 8X8  30/70 666 ※ 上記計算にて最大外側濃縮度5.00に対して平均
濃縮1i3.78を使用。
Table 1 Median fuel temperature 13y, nominal nwR @ steady state operating output, 25KW /
Calculated at M (,7,5K9/Ft) 8X8
0/100 984 hybrid annular p1/t&
Sphere 8x8 10/90 869 Hybrid Ring Beret & Sphere 8x8 30/70 780 sphere
Body 8X80/100 973 8X8 30/70 666 * In the above calculation, average concentration 1i 3.78 is used for maximum outer concentration 5.00.

第3図に第1図の燃料棒に対する代わりの実施態様例の
断面を示す。第4図は第3図の燃料棒の拡大[(Ji面
図である。
FIG. 3 shows a cross-section of an alternative embodiment to the fuel rod of FIG. FIG. 4 is an enlarged view of the fuel rod in FIG. 3 [(Ji side view).

第3図の実施態様例において、核燃料23は燃料棒20
の中央部にあり、そしてベレット22がさや21内で核
燃料23のまわりの環状部分を占めている。
In the embodiment of FIG. 3, nuclear fuel 23 is fuel rod 20
, and a pellet 22 occupies an annular portion around the nuclear fuel 23 within the sheath 21 .

この実施態様例のための全ての他の実際の情報は第1図
の燃料棒10のだめのものと実質的に同じである。捌素
14,15および16は第1図に示したと同一である。
All other actual information for this example embodiment is substantially the same as that of the fuel rod 10 pool of FIG. The elements 14, 15 and 16 are the same as shown in FIG.

さやと接触した核燃料の使用はクラックおよび裂は目の
発生によるさや破損の可能性を減らすであろう。燃料材
料の断面での放射方向での濃縮勾配が燃料棒の操塑温度
を下げ、このことがさやでのクラック発生の可能性を減
らすことにもなる。
The use of nuclear fuel in contact with the pod will reduce the likelihood of pod failure due to the occurrence of cracks and tears. The radial enrichment gradient across the cross-section of the fuel material lowers the plasticization temperature of the fuel rod, which also reduces the likelihood of cracking in the sheath.

さや破損の可能性の低下は相乗作用であり、かつそれぞ
れの方法論によって別々に適用されたとしてもこの可能
性の組合せ低下よりも大きい。
The reduction in the probability of sheath breakage is synergistic and is greater than the combined reduction in probability even if applied separately by each methodology.

この独特の相采作用は下記ファクターのいくつかの結采
である1、 1、放射方向での濃縮勾配による燃料中央部操業温度の
低下が燃料膨張をより小さくシ、シたがってさやでの応
力をより小さくする。
This unique interaction is the result of several factors: 1. The lower operating temperature in the fuel center due to the radial enrichment gradient causes smaller fuel expansion, thus reducing stress in the pod. Make smaller.

2、燃料温11“Vおよび熱膨張を下げたことはより小
さな燃料−さやギャップの使用を可能にし、このことは
燃料操業温度をより下げるであろう。
2. Lowering the fuel temperature to 11"V and thermal expansion allows the use of a smaller fuel-sheath gap, which will result in lower fuel operating temperatures.

3、下げられた燃料操業温度はまた棒ヘリウム雰囲気へ
の核分裂気体の放出を少なくシ、そしてこのことがヘリ
ウムバルク又はギャップコンダクタンス作用のいずれか
によるバーンアップ(燃焼)進行とともに燃料操業温度
での上昇を下げるであろう。
3. The reduced fuel operating temperature also reduces the release of fission gas into the rod helium atmosphere, and this increases the fuel operating temperature as burn-up progresses due to either helium bulk or gap conductance effects. will lower the

4、さやと接触状態の救状燃料は円周応力を均等に分布
させかつ熱い燃料内部からの核分裂生成物輸送トンネル
を設ける放射状クラックを与えない。
4. The relief fuel in contact with the sheath distributes circumferential stresses evenly and does not provide radial cracks that provide tunnels for transport of fission products from inside the hot fuel.

5、  ’tJ状燃料は燃料中央部への燃料の変形によ
る応力軽^8*−1aえかつペレット端部でのベレット
リッジンダ(pellet ridging )を小さ
くしそしてパーンアップが強まるときにさやでの応力を
小さくする。
5. 'tJ-shaped fuel reduces stress due to fuel deformation in the center of the fuel^8*-1a, reduces pellet ridging at the ends of the pellet, and reduces stress in the pod when the burn-up intensifies. Reduce stress.

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

第1図は本発明の燃料棒の軸方向断面図であり、第2図
は第1図の線2−2に沿った拡大断面図であり、 第3図は本発明の別の実施態様例の燃料棒の軸方向断面
図であり、および 第4図は第3図の線4−4に沿った拡大断面図である。 10・・・燃料棒、11・・・さや、12・・・ペレッ
トコア、13・・・粒燃料、14・・・栓、20・・・
燃料棒、21・・・さや、22・・・環状ペレット、2
3・・・粒燃料。 以下余日
FIG. 1 is an axial cross-sectional view of a fuel rod of the present invention, FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view taken along line 2--2 of FIG. 1, and FIG. 3 is an alternative embodiment of the present invention. and FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view taken along line 4--4 of FIG. 3. DESCRIPTION OF SYMBOLS 10... Fuel rod, 11... Sheath, 12... Pellet core, 13... Granular fuel, 14... Plug, 20...
Fuel rod, 21... Sheath, 22... Annular pellet, 2
3... Granular fuel. Remaining days below

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、細長いさや内に収容された燃料物質を含んでなる原
子炉内にて使用する燃料要素であって、この燃料物質が
ペレット燃料部分および核燃料部分の両方を含んでなり
、これらの各部分が前記さや内部でそれぞれ内側および
外側の実質的に同心領域を占め、その外側燃料部分はそ
の内側燃料部分よりも実質的に高い濃縮度を有し、この
ことによって放射方向での濃縮勾配な前記燃料物質内で
力えてこのことが前記燃料要素のために改善された操業
温度の結果に力る燃料要素。 2、前記外側部分が前記核燃料を含んでなシかつ前記内
側部分が前記4レツト燃料を含んでなる特許請求の範囲
第1項記載の燃料要素。 3、前記内側部分が約0.2ないし2.0重量%のウラ
ンの濃縮度を有する核分裂性燃料を含んでなる特許請求
の範囲第1項記載の燃料要素。 4、前記内側部分が、酸化ウラン(235)、酸化ウラ
ン(233)、プラトニウムおよび酸化トリウムのよう
な核分裂性燃料の群の少なくともひとつを含有する核分
裂性燃料混合物又は減損核分裂性燃料を含んでなる特許
請求の範囲第1項記載の燃料要素。 5、前記外側部分が約2.0ないし20.0重量%のウ
ランの濃縮度を有する核分裂性燃料を含んでなる特許請
求の範囲第1項記載の燃料要素。 6、前記外側部分が、酸化ウラン(235)、酸化ウラ
ン(233)およびプルトニウムのような核分裂性燃料
の群の少なくもひとつを含有する核分裂性燃料混合物又
は核分裂性燃料を含んでなる特許請求の範囲第1項記載
の燃料要素。 7゜前記核燃料が、直径サイズ範囲で約1500カいし
600μm、400’i’i:いし100 Jimおよ
び50μm以下であり球形粒子3種の混合物を含んでな
る特許請求の範囲第1項記載の燃料要素。 8、前記核燃料が約85ないし90パーセントのスミア
デンシティ−を有する特許請求の範囲第1項記載の燃料
要素。 9 前記外側部分が前記被レット燃料を含んでなりかつ
前記内側部分が前記核燃刺を含んでなる特許請求の範囲
第1項記載の燃オミ1要素。 10、前記燃料物質が前記さや内部で断面的に中央領域
の回りに環状領域を占める前記ベレット部分又は粒部分
を含んでなり、この環状領域が中央領域に対して/4’
−セントで90/10から50150までの範囲での体
積比を有する特許請求の範囲第1項記載の燃料要素。
Claims: 1. A fuel element for use in a nuclear reactor comprising fuel material contained within an elongated sheath, the fuel material comprising both a pellet fuel portion and a nuclear fuel portion. , each of these portions occupying inner and outer substantially concentric regions, respectively, within the sheath, the outer fuel portion having a substantially higher enrichment than the inner fuel portion, thereby providing a radial An enrichment gradient within the fuel material is enforced, which results in improved operating temperatures for the fuel element. 2. The fuel element of claim 1, wherein the outer portion does not contain the nuclear fuel and the inner portion contains the nuclear fuel. 3. The fuel element of claim 1, wherein said inner portion comprises fissile fuel having a uranium enrichment of about 0.2 to 2.0% by weight. 4. The inner portion comprises a fissile fuel mixture or a depleted fissile fuel containing at least one of the group of fissile fuels such as uranium (235) oxide, uranium (233) oxide, platonium and thorium oxide. A fuel element according to claim 1. 5. The fuel element of claim 1, wherein said outer portion comprises fissile fuel having a uranium enrichment of about 2.0 to 20.0% by weight. 6. The outer part comprises a fissile fuel mixture or fissile fuel containing at least one of the group of fissile fuels such as uranium oxide (235), uranium oxide (233) and plutonium. A fuel element according to range 1. 7. The fuel according to claim 1, wherein the nuclear fuel comprises a mixture of three types of spherical particles having a diameter size range of approximately 1500 to 600 μm, 400'i'i to 100 μm, and 50 μm or less. element. 8. The fuel element of claim 1, wherein said nuclear fuel has a smear density of about 85 to 90 percent. 9. The combustion element according to claim 1, wherein the outer portion comprises the fuel to be let and the inner portion comprises the nuclear fuel bar. 10. The fuel material comprises the pellet or grain portion occupying an annular area cross-sectionally around a central area within the sheath, the annular area being /4' with respect to the central area.
2. A fuel element according to claim 1 having a volume ratio in the range from 90/10 to 50,150 cents.
JP58112968A 1982-06-24 1983-06-24 Fuel element Pending JPS599585A (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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