JPS6018792A - Fuel element for fast reactor - Google Patents

Fuel element for fast reactor

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JPS6018792A
JPS6018792A JP58126203A JP12620383A JPS6018792A JP S6018792 A JPS6018792 A JP S6018792A JP 58126203 A JP58126203 A JP 58126203A JP 12620383 A JP12620383 A JP 12620383A JP S6018792 A JPS6018792 A JP S6018792A
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Japan
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fuel
blanket
pellet
pellets
fast reactor
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孝太郎 井上
研 天野
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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  • Structure Of Emergency Protection For Nuclear Reactors (AREA)
  • 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。
(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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、高速炉用燃料要素に係シ、特に高速炉の核分
裂反応の進行の過程で生ずる燃料被覆管の破損を防止し
うる高速炉用燃料要素に関する。
Detailed Description of the Invention [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a fuel element for a fast reactor, and particularly to a fuel element for a fast reactor that can prevent damage to a fuel cladding tube that occurs during the progress of a nuclear fission reaction in a fast reactor. Concerning fuel elements.

〔発明の背景〕[Background of the invention]

高速炉に使用される燃料要素は、第1図に示さく1) れるように、ステンレス製の燃料被覆管1内に、核分裂
性物質を富化した核燃料からなる燃料ペレット2、およ
び、核分裂親物質を主とする核燃料からなる燃料ペレッ
ト3を、充てんしてなる。核分裂性物質を富化した核燃
料からなる燃料ペレット2を炉心燃料ペレット、核分裂
親物質を主とする核燃料からなる燃料ペレット3をブラ
ンケット燃料ペレットと呼ぶ。燃料ペレットは両者とも
第1図(b)に示すように、長さ約1crn程度の円柱
形をしている。ペレットの直径は、燃料被覆管1の内径
よシも、わずかに小さく、そのため、燃料ペレットと、
燃料被覆管の間には、ギャップ4が生じている。
The fuel element used in a fast reactor is shown in FIG. It is filled with fuel pellets 3 mainly made of nuclear fuel. The fuel pellets 2 made of nuclear fuel enriched with fissile material are called core fuel pellets, and the fuel pellets 3 made of nuclear fuel mainly composed of fissile parent material are called blanket fuel pellets. Both fuel pellets have a cylindrical shape with a length of about 1 crn, as shown in FIG. 1(b). The diameter of the pellet is also slightly smaller than the inner diameter of the fuel cladding tube 1, so that the fuel pellet and
A gap 4 is created between the fuel cladding tubes.

現在、ブランケット燃料ペレットは、核分裂親物質であ
る2311 [J 、 240 p u等の酸化物焼結
体が主に用いられ、炉心燃料ペレットは核分裂親物質2
3m [J 、 240 p uと共に約15俤の重量
比で核分裂性物質+141 p u、 139 p u
、 ass Oを含む酸化物焼結体が用いられている。
Currently, sintered oxides such as 2311 [J, 240 p u, etc., which are fission-friendly materials, are mainly used for blanket fuel pellets, and reactor core fuel pellets are made from fission-friendly materials such as 2311 [J, 240 p u, etc.].
3 m [J, 240 p u together with fissile material at a weight ratio of about 15 yen + 141 p u, 139 p u
, an oxide sintered body containing ass O is used.

ブランケット燃料ペレットは、炉心燃料ペレット部分の
上下に配置されるの(2) が普通である。炉心燃料ペレット部分では、核分裂性物
質が核分裂を起し、大きな熱エネルギーと、数個の中性
子を放出する。ブランケット燃料ペレット部分では、核
分裂を起す確率は小さいが、核分裂親物質である28m
 [J 、 240 p 11が、炉心燃料部分から放
出される中性子を吸収し、核分裂性物質+141pHに
変化する反応が起る。発生した熱エネルギーは、燃料被
覆管の外側を流れる冷却材す) IJウムによって除熱
される。
Blanket fuel pellets are usually placed above and below the core fuel pellet section (2). In the fuel pellet section of the reactor core, fissile material undergoes nuclear fission, releasing large amounts of thermal energy and several neutrons. Although the probability of nuclear fission occurring in the blanket fuel pellet part is small, 28m, which is a fission-friendly material,
[J, 240 p 11 absorbs neutrons released from the core fuel part, and a reaction occurs that changes the pH to fissile material +141. The generated thermal energy is removed by a coolant flowing outside the fuel cladding.

核分裂反応に伴って、高い放射能を有する核分裂性生成
物(FP)が生ずる。FPのうち揮発性を有するものは
、ガスとなって、第1図(a)のガスプレナム5に蓄積
される。
Nuclear fission reactions produce fissile products (FP) with high radioactivity. Volatile FP becomes gas and is accumulated in the gas plenum 5 shown in FIG. 1(a).

燃料被覆管1の役割は、燃料ペレットと冷却材ナトリウ
ムとの接触を防止し、FPP2O燃料要素中に留めて、
外部へ放出しないようにすることである。燃料被覆管1
が破損すると、FPP2O放出が起シ、燃料ペレットと
ナトリウムの接触が起る。核分裂にあずかる燃料ペレッ
トの表面は約90Or以上の高温となるので、ナトリウ
ムの沸とうを招き、原子炉の事故に致る危険性がある。
The role of the fuel cladding tube 1 is to prevent the fuel pellets from coming into contact with the coolant sodium, and to keep them in the FPP2O fuel element.
The goal is to prevent it from being released to the outside. Fuel cladding tube 1
When the fuel pellets are damaged, FPP2O release occurs and contact between the fuel pellets and the sodium occurs. The surface of the fuel pellets that participate in nuclear fission reaches a high temperature of about 90 Or or more, which may lead to boiling of the sodium, which may lead to a nuclear reactor accident.

核分裂生成物のうちセシウム(Cs)は、比較的高い揮
発性を有し、移動度が大きいために次のような問題を起
すことが知られている。核分裂反応は、炉心燃料ペレッ
ト部分で多く起るので、C8の生成量も主に炉心燃料ペ
レット部分で大きい。加えて、炉心燃料ペレット部分が
核分裂による放出エネルギーが大きいため、非常に高温
であり、生成したCsは、気化して、燃料要素の被覆管
内に放出される。放出されたCsは、第1図(a)のギ
ャップ4を通って、上下のブランケット燃料部分へ拡散
を始める。ブランケット燃料ペレット部分では、核分裂
反応の割合は小さいので、ペレット温度は、炉心燃料ペ
レットに比べてかなり低い。そのため、拡散してきたC
sガスは、ブランケット燃料ペレット部分で、固体の金
属O8となシ、ブランケット燃料ペレット表面に凝着す
る。
Among nuclear fission products, cesium (Cs) has relatively high volatility and high mobility, which is known to cause the following problems. Nuclear fission reactions occur in large numbers in the core fuel pellets, so the amount of C8 produced is also large mainly in the core fuel pellets. In addition, since the core fuel pellet portion releases a large amount of energy due to nuclear fission, the temperature is very high, and the generated Cs is vaporized and released into the cladding tube of the fuel element. The released Cs passes through the gap 4 in FIG. 1(a) and begins to diffuse into the upper and lower blanket fuel portions. In the blanket fuel pellet section, the rate of nuclear fission reactions is small, so the pellet temperature is much lower than in the core fuel pellet. Therefore, C that has spread
The s gas adheres to the surface of the blanket fuel pellet in the form of solid metal O8 in the blanket fuel pellet portion.

ここで、C5と、ブランケット燃料ペレットのU O4
との間で、 2C8+UO4→C82UO4(セシウムウランタイト
)で表わされる反応が起ることが知られている。この反
応で生成した、C82UO4の結晶密度が小さいために
、C82UO4の凝着部分の体積が大きくなり、第2図
に概念的に示すような盛り上りが生ずる。
Here, C5 and U O4 of blanket fuel pellets
It is known that a reaction expressed as 2C8+UO4→C82UO4 (cesium uranite) occurs between the two. Since the crystal density of C82UO4 produced by this reaction is small, the volume of the C82UO4 adhered portion becomes large, and a bulge as conceptually shown in FIG. 2 is generated.

とのC32U04による盛シ上シ部分7は、ブランケッ
ト燃料ペレットと、炉心燃料ペレットの境界付近が大き
く、燃料要素の炉内滞在時間が長くなると、被覆管へ応
力が働き、この応力による被覆管の歪によって、ついに
は、燃料被覆管の破損に致る可能性がある。
The embossed part 7 by C32U04 is large near the boundary between the blanket fuel pellets and the core fuel pellets, and when the fuel element stays in the reactor for a long time, stress acts on the cladding tube, and this stress causes the cladding tube to deteriorate. The strain may eventually lead to failure of the fuel cladding.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は、核反応によって発生する(12UO4
生成に伴う燃料被覆管の破損を防止しうる高速炉用燃料
要素を提供するにある。
The object of the present invention is to obtain 12UO4 generated by a nuclear reaction.
An object of the present invention is to provide a fuel element for a fast reactor that can prevent damage to a fuel cladding tube caused by generation.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

Cso凝着および、csiUO4の生成しやすい部分が
、炉心燃料ペレットとブランケット燃料ベレットの境界
、および、ブランケット燃料ペレット同志の間隙部分で
あることが実験的に明らかにされている。この点に着目
して、本発明では、Cs * U 04が生成しやすく
、シたがって燃料被覆管の破損の発生しやすい部分で、
ブランケット燃料ベレットの径を小さくし、燃料被覆管
とのギャップを広くとることにより、082UO4の生
成による、体積膨張を吸収するようにした。以下実施例
を用いて本発明の詳細な説明する。
It has been experimentally revealed that the areas where Cso adhesion and csiUO4 are likely to form are the boundaries between the core fuel pellets and the blanket fuel pellets, and the gaps between the blanket fuel pellets. Focusing on this point, in the present invention, Cs*U04 is easily generated and therefore, the fuel cladding tube is easily damaged in the areas where Cs*U04 is easily generated,
By reducing the diameter of the blanket fuel pellet and widening the gap between it and the fuel cladding tube, the volumetric expansion due to the production of 082UO4 was absorbed. The present invention will be described in detail below using Examples.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

第3図に本発明の実施例を示す。第3図(a)は本発明
のブランケット燃料ペレットであって、従来のブランケ
ット燃料ペレットに対し、円周に沿う角部を落したもの
である。第3図(b)は、本発明のペレットを被覆管内
に充てんした状態を示す。炉心燃料ペレットは従来と同
じものとする。第4図は、燃料要素の長手方向のCs濃
度の実験結果を示している。局所的に見られるピークは
、ブランケット燃料ペレット間の間隙部分で発生してい
る。
FIG. 3 shows an embodiment of the present invention. FIG. 3(a) shows a blanket fuel pellet of the present invention, which is a conventional blanket fuel pellet in which corners along the circumference have been cut off. FIG. 3(b) shows a state in which the pellets of the present invention are filled into a cladding tube. The core fuel pellets will be the same as before. FIG. 4 shows experimental results of Cs concentration in the longitudinal direction of the fuel element. The locally observed peaks occur in the gaps between the blanket fuel pellets.

これを、モデル化したグラフが、第5図であって、ペレ
ット間隙でのCs濃度が高いことを示している。したが
って、C82C04の生成による被覆管破損が起りやす
いのは、ブランケット燃料ペレット同志の間隙部分と考
えられる。第3図の実施例によれば、ブランケット燃料
同志の間隙部分での被覆管とのギャップが大きくなる結
果、この部分でのC82UO4の生成に基づく被覆管の
破損は防止される。
A graph modeling this is shown in FIG. 5, which shows that the Cs concentration in the pellet gaps is high. Therefore, it is thought that cladding tube breakage due to the formation of C82C04 is likely to occur in the gaps between the blanket fuel pellets. According to the embodiment shown in FIG. 3, as a result of the gap between the blanket fuel and the cladding becoming larger in the gap between the blanket fuels, damage to the cladding due to the generation of C82UO4 in this area is prevented.

第4図によれば、Csの濃度は、燃料被覆管の内面1咽
2当り最大3X10−4g/能2である。
According to FIG. 4, the concentration of Cs is a maximum of 3×10 −4 g/capacity 2 per inner surface 2 of the fuel cladding tube.

ここで、 Cs原子量 M(Cs) 133 C82UO4原子量 M(C82UO4) 568C8
2UO4密度 ρ 6.6g/an3とすれば、蓄積す
るC 83 UO4の厚さSはである。したがって、ブ
ランケット燃料ペレットの角を約100μm以上削り落
すこととすれば、被覆管の破損防止対策として十分であ
る。燃料ペレットの角を削り落したことによる燃料ペレ
ットと被覆管の間のギャップの増大は小さいので、ギャ
ップによる熱伝達率の減少は、わずかであυ、燃料ペレ
ット温度にあたえる影響は小さい。したカッて、炉心燃
料ペレットとブランケット燃料ペレットの境界において
、炉心燃料ペレットの角も削シ落とすことにしても、炉
心燃料ペレットの厖度に重大な変化は与えず、被覆管破
損の防止効果をさらに高めることができる。
Here, Cs atomic weight M(Cs) 133 C82UO4 atomic weight M(C82UO4) 568C8
If the 2UO4 density ρ is 6.6 g/an3, the thickness S of the accumulated C 83 UO4 is. Therefore, if the corners of the blanket fuel pellets are shaved off by approximately 100 μm or more, this is sufficient as a measure to prevent damage to the cladding tube. Since the increase in the gap between the fuel pellet and the cladding tube due to cutting off the corners of the fuel pellet is small, the decrease in heat transfer coefficient due to the gap is small υ, and the effect on the fuel pellet temperature is small. Therefore, even if the corners of the core fuel pellets are shaved off at the boundary between the core fuel pellets and the blanket fuel pellets, there will be no significant change in the bulkiness of the core fuel pellets, and the effect of preventing cladding damage will be reduced. It can be further increased.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上に述べたように、本発明によれば、高速炉用燃料要
素内のセシウムウランタイト生成による燃料被覆管の破
損を防止することができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to prevent damage to the fuel cladding tube due to the formation of cesium uranite in the fuel element for a fast reactor.

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

第1図(a)は高速炉用燃料要素の断面図、第1図(b
)は態形ペレットの外観図、第2図はCS 2 U 0
4生成による被覆管のスウリングを示す概念図、第3図
(a)は、本発明の好適な一実施例である燃料要素の局
部縦断面図、第3図(b)は第3図(a)に示すブラン
ケット燃料ペレットの形状を示す図、第4図は、燃料要
素内のCs濃度を示す実測結果の特性図、第5図は第4
図のグラフをモデル化した概念図である。 1・・・燃料被覆管、2・・・炉心燃料ペレット、3・
・・ブランケット燃料ペレット、4・・・ギャップ、5
・・・ガスプレナム、6・・・スフリング、7・・・C
82UO4(セシウムウランタイト化物)。 代理人 弁理士 高橋明夫 (0−) 第 (η) 2 口 (b) (δ) 第 4− 詔 ¥テ図 ぺυ・、P割7f阿距尚臣
Figure 1(a) is a sectional view of a fuel element for a fast reactor, Figure 1(b)
) is an external view of the pellet shape, and Figure 2 is CS 2 U 0
FIG. 3(a) is a partial vertical cross-sectional view of a fuel element according to a preferred embodiment of the present invention, and FIG. ) is a diagram showing the shape of the blanket fuel pellet, FIG. 4 is a characteristic diagram of actual measurement results showing the Cs concentration in the fuel element, and FIG.
It is a conceptual diagram that models the graph in the figure. 1... Fuel cladding tube, 2... Core fuel pellets, 3...
...Blanket fuel pellets, 4...Gap, 5
...gas plenum, 6...suffring, 7...C
82UO4 (cesium urantite). Agent Patent Attorney Akio Takahashi (0-) No. (η) 2nd Part (b) (δ) No. 4- Imperial Order ¥te Map Peυ・, P 7f Naoomi Agata

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1、燃料被覆管内に、核分裂性物質を富化した核分裂親
物質を主原料とする核燃料を円柱形に成形してなる核燃
料ペレットを充てんした炉心燃料部分と、核分裂親物質
を主原料とする核燃料を円柱形に成形してなる核燃料ペ
レットを充てんしたブランケット燃料部分とを有する高
速炉用燃料要素において、ブランケット燃料部分の核燃
料ペレットの形状を、核燃料ペレットの円周に沿う角部
を削シ落した形状とすることを特徴とする、高速炉用燃
料要素。
1. A core fuel section in which a fuel cladding tube is filled with nuclear fuel pellets formed by forming nuclear fuel whose main raw material is fissile parent material enriched with fissile material into a cylindrical shape, and a nuclear fuel whose main raw material is fissile parent material. In a fast reactor fuel element having a blanket fuel part filled with nuclear fuel pellets formed into a cylindrical shape, the shape of the nuclear fuel pellet in the blanket fuel part is modified by cutting off the corners along the circumference of the nuclear fuel pellet. A fuel element for a fast reactor, characterized in that it has a shape.
JP58126203A 1983-07-13 1983-07-13 Fuel element for fast reactor Granted JPS6018792A (en)

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