JPS6066186A - ガス冷却型原子炉の炉床部 - Google Patents
ガス冷却型原子炉の炉床部Info
- Publication number
- JPS6066186A JPS6066186A JP58173716A JP17371683A JPS6066186A JP S6066186 A JPS6066186 A JP S6066186A JP 58173716 A JP58173716 A JP 58173716A JP 17371683 A JP17371683 A JP 17371683A JP S6066186 A JPS6066186 A JP S6066186A
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- Japan
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- carbon
- graphite
- gas
- temperature
- hearth
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- 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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- 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
- Carbon And Carbon Compounds (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】
〔発明の属する技術分野〕
本発明は例えばヘリウムガス冷却型原子炉などに用いら
れる泡造用炭素材料に関する@〔従来技術とその問題点
〕 例えばヘリウムガス冷却型原子炉などでは、炉心出口温
度が700〜1000℃の高温となるため、炉内の構造
材料は、主としてこのような高温においても良好な安定
性を保つことができる黒鉛林料が用いられるのが普通で
ある。第1図はヘリウムガス冷却型原子炉の一種である
高温ガス炉の炉心構造を示した縦断面図である。炉心構
造は第1図に示すように制御ブロックCBと、これを囲
む椋準緻組プロ・ソ〃11i′IRJ−シ(釦春訃^−
借う引 とhこの版部に可動反射体ブロックMRと同定
反射体ブロックSR1さらにその外筒にコアバレルBが
設けられ、固定反射体ブロックSRを炉心拘束腕CBA
によってコアバレルBに固定し、全体が圧力容器Pvで
取シ囲まれている0このような構成からなる炉心構造体
において制御ブロックCBと標準燃料ブロックFBによ
多形成される燃料域シ扱い領域内の燃料は各ブロックの
中心上に設けたスタンドパイプSPを通じて出し入れさ
れる。また標準燃料ブロックFBは第1図に示すように
士数段に極み上げられてコラムを形成している。この標
準燃料ブロックFBと可動反射体ブロックMRおよび固
定反射体ブロックSRはそれぞれ黒鉛が用いられる。
れる泡造用炭素材料に関する@〔従来技術とその問題点
〕 例えばヘリウムガス冷却型原子炉などでは、炉心出口温
度が700〜1000℃の高温となるため、炉内の構造
材料は、主としてこのような高温においても良好な安定
性を保つことができる黒鉛林料が用いられるのが普通で
ある。第1図はヘリウムガス冷却型原子炉の一種である
高温ガス炉の炉心構造を示した縦断面図である。炉心構
造は第1図に示すように制御ブロックCBと、これを囲
む椋準緻組プロ・ソ〃11i′IRJ−シ(釦春訃^−
借う引 とhこの版部に可動反射体ブロックMRと同定
反射体ブロックSR1さらにその外筒にコアバレルBが
設けられ、固定反射体ブロックSRを炉心拘束腕CBA
によってコアバレルBに固定し、全体が圧力容器Pvで
取シ囲まれている0このような構成からなる炉心構造体
において制御ブロックCBと標準燃料ブロックFBによ
多形成される燃料域シ扱い領域内の燃料は各ブロックの
中心上に設けたスタンドパイプSPを通じて出し入れさ
れる。また標準燃料ブロックFBは第1図に示すように
士数段に極み上げられてコラムを形成している。この標
準燃料ブロックFBと可動反射体ブロックMRおよび固
定反射体ブロックSRはそれぞれ黒鉛が用いられる。
一方このような炉心構造体においては、冷却ガスは圧力
容器Pvの底部に接続された入口管IPから導入され、
炉心の周囲、すなわち制御ブロックCB、標準燃料ブロ
ックFBおよび反射体ブロックMR,SRなどからなる
炉心ブロックと圧力容器PVとのrIl11隙を上方へ
流れ、次いで炉心ブロックの上部から標準燃料ブロック
FB中に設けられた冷却材流路を流下し、約1000℃
の高温に昇温され、炉心の下方においてこれを支えてい
る高温プレナムプoツクPBによ多形成された高温プレ
ナムHPに集″iル、その後炉床部RF’に接続された
出口管OPを介して、炉外すなわち圧力容器P■の外部
へ流出するように構成されている。
容器Pvの底部に接続された入口管IPから導入され、
炉心の周囲、すなわち制御ブロックCB、標準燃料ブロ
ックFBおよび反射体ブロックMR,SRなどからなる
炉心ブロックと圧力容器PVとのrIl11隙を上方へ
流れ、次いで炉心ブロックの上部から標準燃料ブロック
FB中に設けられた冷却材流路を流下し、約1000℃
の高温に昇温され、炉心の下方においてこれを支えてい
る高温プレナムプoツクPBによ多形成された高温プレ
ナムHPに集″iル、その後炉床部RF’に接続された
出口管OPを介して、炉外すなわち圧力容器P■の外部
へ流出するように構成されている。
上記のガス流路に対して問題となるのは、高温ブレナム
HPの下方に位置する炉床部RFは上部は約1000℃
の出口ガスに接するのに対し、下部では約400℃の入
口ガスに接しているので炉床部RFの上下面には約60
0℃の温度差が生じていることであシ、ここを通過する
熱流束が大きい場合は、出口ガス温度の低下や入口ガス
温度の上昇が訪起されることにより、原子炉内の伝熱流
動特性の変動や炉床部近傍の構造物の健全性を損うおそ
れがある。
HPの下方に位置する炉床部RFは上部は約1000℃
の出口ガスに接するのに対し、下部では約400℃の入
口ガスに接しているので炉床部RFの上下面には約60
0℃の温度差が生じていることであシ、ここを通過する
熱流束が大きい場合は、出口ガス温度の低下や入口ガス
温度の上昇が訪起されることにより、原子炉内の伝熱流
動特性の変動や炉床部近傍の構造物の健全性を損うおそ
れがある。
この対策として炉床部の羽村には、黒鉛よシ熱伝導率の
小さい炭素が用いられる。周知のように炭素は最終焼成
温度が通常800〜1300℃であシ、2500〜30
00℃で焼成される黒鉛に比べて黒鉛化が進行せず結晶
化が十分性われていないので結晶構造的に不完全な材料
である。炭素はこの結晶構造の不完全さのために黒鉛よ
シも熱伝導率が小さくなるが、同時に結晶構造の不完全
さに基つく欠陥が酸化反応における活性点となる。すな
わち炭素と雰囲気ガスとの酸化反応は、活性点に吸着し
た酸素がCOやCO2として脱離することにより行われ
るのであるが、炭素は黒鉛に比べて活性点が多いために
雰囲気ガスによる酸化反応速度が大きくなり、その値は
炭素は黒鉛の10〜100倍にもなるという欠点を有し
ている。
小さい炭素が用いられる。周知のように炭素は最終焼成
温度が通常800〜1300℃であシ、2500〜30
00℃で焼成される黒鉛に比べて黒鉛化が進行せず結晶
化が十分性われていないので結晶構造的に不完全な材料
である。炭素はこの結晶構造の不完全さのために黒鉛よ
シも熱伝導率が小さくなるが、同時に結晶構造の不完全
さに基つく欠陥が酸化反応における活性点となる。すな
わち炭素と雰囲気ガスとの酸化反応は、活性点に吸着し
た酸素がCOやCO2として脱離することにより行われ
るのであるが、炭素は黒鉛に比べて活性点が多いために
雰囲気ガスによる酸化反応速度が大きくなり、その値は
炭素は黒鉛の10〜100倍にもなるという欠点を有し
ている。
例えば、黒鉛および炭素材料の空気による酸化反応速度
の温度依存性を示すと、一般的な傾向として第2図のと
とくなる。但し酸化速度の値は黒鉛、炭素拐料の銘柄や
雰囲気条件などによシ異なるものである。
の温度依存性を示すと、一般的な傾向として第2図のと
とくなる。但し酸化速度の値は黒鉛、炭素拐料の銘柄や
雰囲気条件などによシ異なるものである。
第2図からも炭素材料の方が黒鉛材料よシ酸化速度が大
きいことがわかるが、第2図におけるそれぞれの曲線に
は屈曲点を有しておシ、図中にこの屈曲点で形成される
領域を1.2.3の記号を付して表わしている。黒鉛材
料や炭素拐料の酸化反応は三つの過程に分けて考えるこ
とができ、この関係を表わした第3図の模式的説明図に
第2図と対応して1,2.3の同一記号の領域を示しで
ある。
きいことがわかるが、第2図におけるそれぞれの曲線に
は屈曲点を有しておシ、図中にこの屈曲点で形成される
領域を1.2.3の記号を付して表わしている。黒鉛材
料や炭素拐料の酸化反応は三つの過程に分けて考えるこ
とができ、この関係を表わした第3図の模式的説明図に
第2図と対応して1,2.3の同一記号の領域を示しで
ある。
第3図におけるAは黒鉛または炭素拐料、Bは境界層を
表わす。この酸化過程を第2図、第3図を併用して説明
すると、1領域の過程は第3図における材料表面を空気
が流れるときに、羽村表面と羽村表面近傍に停滞する空
気との境界層における酸素の拡散であり、2領域の過程
は祠料に存在する気孔内の酸素の拡散、3領域の過程は
羽村の活性点と酸素との化学反応である。
表わす。この酸化過程を第2図、第3図を併用して説明
すると、1領域の過程は第3図における材料表面を空気
が流れるときに、羽村表面と羽村表面近傍に停滞する空
気との境界層における酸素の拡散であり、2領域の過程
は祠料に存在する気孔内の酸素の拡散、3領域の過程は
羽村の活性点と酸素との化学反応である。
第2図の曲線において温度が上昇するにしたがって、3
,2.1の順にそれぞれの過程が全体の反応の律速過程
となることが知られておシ、炭素拐料の反応速度の温度
依存性は550℃で折れ曲シが認められるが、それ以上
の温度では2.それより低い温度では3の過程に律速さ
れる0同様に700℃句近でも折れ曲9が認められるが
、これ以上の温度では1の過程が律速となる。黒鉛拐料
の反応速度は、炭素材料よシも小さいが、特性1)]線
は炭素拐料と同様の原因による折れ曲りが見られる。
,2.1の順にそれぞれの過程が全体の反応の律速過程
となることが知られておシ、炭素拐料の反応速度の温度
依存性は550℃で折れ曲シが認められるが、それ以上
の温度では2.それより低い温度では3の過程に律速さ
れる0同様に700℃句近でも折れ曲9が認められるが
、これ以上の温度では1の過程が律速となる。黒鉛拐料
の反応速度は、炭素材料よシも小さいが、特性1)]線
は炭素拐料と同様の原因による折れ曲りが見られる。
ヘリウムガス冷却型原子炉内の雰囲気は通常運転中はヘ
リウムガスである0ヘリウムガスは不活性であるから、
ヘリウムガス自体が直接黒鉛や炭素I料と反応すること
はないが、ヘリウムガス中に含まれる微量の酸化性不純
物例えばH2O,CQz。
リウムガスである0ヘリウムガスは不活性であるから、
ヘリウムガス自体が直接黒鉛や炭素I料と反応すること
はないが、ヘリウムガス中に含まれる微量の酸化性不純
物例えばH2O,CQz。
02などにより、炉内の黒鉛、炭素拐料は酸化腐食され
る可能性がある。また、例えは−重重却ガス回路の破断
などの事故によシ、炉外がら空気が侵入した場合には空
気中の酸素によシ、炉内の黒鉛。
る可能性がある。また、例えは−重重却ガス回路の破断
などの事故によシ、炉外がら空気が侵入した場合には空
気中の酸素によシ、炉内の黒鉛。
炭素材料は激しい酸化腐食を受けるが、炉床部第4料に
炭素を使−用したときには、前述のように炭素材料は黒
鉛よシも酸化反応速度が太きいために、とくに激しく酸
化腐食されることになる。腐食された炭素拐料の強度が
低下する仁とにより、炉心荷重を支持できなくなると、
炉心全体が崩壊するという危険性が生じ、これは原子炉
の安全性の点で極めて大きな問題である。
炭素を使−用したときには、前述のように炭素材料は黒
鉛よシも酸化反応速度が太きいために、とくに激しく酸
化腐食されることになる。腐食された炭素拐料の強度が
低下する仁とにより、炉心荷重を支持できなくなると、
炉心全体が崩壊するという危険性が生じ、これは原子炉
の安全性の点で極めて大きな問題である。
第4図はヘリウムガス冷却型原子炉に従来用いられてい
る代表的炭素材料の酸化減量と圧縮強度の関係を示した
ものである。この炭素材料は原料に黒鉛化の進んだ粒子
を用いて炭素質の結合剤で焼結したものである。この種
の材料は酸化を受けたとき、黒鉛化の進んでいない結合
剤の部分が優先的に酸化されるために、比較的小さな酸
化減量でも圧縮強度の減少が著しく、第4図にみられる
ように約25%酸化されると圧縮強度は殆どゼロとなる
。炭素材料としては、この他に黒鉛質の粒子を含まない
ものもあるが、このような材料では酸化速度がさらに大
きい。
る代表的炭素材料の酸化減量と圧縮強度の関係を示した
ものである。この炭素材料は原料に黒鉛化の進んだ粒子
を用いて炭素質の結合剤で焼結したものである。この種
の材料は酸化を受けたとき、黒鉛化の進んでいない結合
剤の部分が優先的に酸化されるために、比較的小さな酸
化減量でも圧縮強度の減少が著しく、第4図にみられる
ように約25%酸化されると圧縮強度は殆どゼロとなる
。炭素材料としては、この他に黒鉛質の粒子を含まない
ものもあるが、このような材料では酸化速度がさらに大
きい。
本発明は上述の点に鑑みて々されたものであシ、その目
的はガス冷却型原子炉へ空気が侵入した際に、炉床部の
健全性を確保できる酸化性ガスとの反応速度の低い炉床
部用炭素材料を提供することにある。
的はガス冷却型原子炉へ空気が侵入した際に、炉床部の
健全性を確保できる酸化性ガスとの反応速度の低い炉床
部用炭素材料を提供することにある。
本発明の炭素材料は表面に、酸化性ガスの拡散を抑制す
る熱分解黒鉛皮膜を備えたものである〇〔発明の実施例
〕 例えば前述した従来の炭素材料、すなわち黒鉛化の進ん
だ粒子を炭素質結合側で焼結した炭素羽料を用いて、こ
れをメタンやベンゼンなどの有機性ガス中で1400℃
以上に加熱することによって、この炭素羽村表面にこれ
ら有機性ガスの熱分解による黒鉛の被膜が形成される。
る熱分解黒鉛皮膜を備えたものである〇〔発明の実施例
〕 例えば前述した従来の炭素材料、すなわち黒鉛化の進ん
だ粒子を炭素質結合側で焼結した炭素羽料を用いて、こ
れをメタンやベンゼンなどの有機性ガス中で1400℃
以上に加熱することによって、この炭素羽村表面にこれ
ら有機性ガスの熱分解による黒鉛の被膜が形成される。
処理温度が高温に過ぎると炭素材料の黒鉛化が進行して
、熱伝導率が上昇し断熱相としての機能が低下してし壕
うので、有機性ガスの熱分解温度はできるだけ低く、1
400℃近傍とすることが望ましい。この熱分解黒鉛皮
膜を備えた炭素羽料の酸化反応速度と温度の関係曲線を
第5図に示す。第5図には熱分解黒鉛皮膜を設けてない
原材料のままのもの、すなわち第2図にも示しである炭
素UIKついても比較のために虞線で再掲しである。第
5図かられかるように約900℃以上では第3図におけ
る領域1の過程、すなわち表面境界層拡散に律速される
から顕著な効果はないが、900〜700℃では2の律
速過程によシ、熱分解黒鉛被膜の酸化性ガスの拡散制御
効果のために反応速度は黒鉛材料の場合とitぼ等しく
なる。700℃以下では熱分解黒鉛を通しての酸化性ガ
スの拡散抑制効果が小さくなシ、炭素材料への拡散が増
シ1、徐々に未処理の炭素材料の酸化速度に近くなる。
、熱伝導率が上昇し断熱相としての機能が低下してし壕
うので、有機性ガスの熱分解温度はできるだけ低く、1
400℃近傍とすることが望ましい。この熱分解黒鉛皮
膜を備えた炭素羽料の酸化反応速度と温度の関係曲線を
第5図に示す。第5図には熱分解黒鉛皮膜を設けてない
原材料のままのもの、すなわち第2図にも示しである炭
素UIKついても比較のために虞線で再掲しである。第
5図かられかるように約900℃以上では第3図におけ
る領域1の過程、すなわち表面境界層拡散に律速される
から顕著な効果はないが、900〜700℃では2の律
速過程によシ、熱分解黒鉛被膜の酸化性ガスの拡散制御
効果のために反応速度は黒鉛材料の場合とitぼ等しく
なる。700℃以下では熱分解黒鉛を通しての酸化性ガ
スの拡散抑制効果が小さくなシ、炭素材料への拡散が増
シ1、徐々に未処理の炭素材料の酸化速度に近くなる。
熱分解黒鉛がガスの拡散抑制効果を有するのは、この材
料の緻密性に加えて、消耗性をもっておシ、熱分解黒鉛
自体が酸化することによシロv化性ガスが消費されるか
らである。低温で拡散抑制効果が小さくなるのはこのこ
とが原因になっている。
料の緻密性に加えて、消耗性をもっておシ、熱分解黒鉛
自体が酸化することによシロv化性ガスが消費されるか
らである。低温で拡散抑制効果が小さくなるのはこのこ
とが原因になっている。
原子炉内に空気の住人事故が発生した場合には、通常そ
の原子炉の運転は停止され、炉床部の温度は約50時間
以内に、1000℃から500℃まで冷却される。この
間炉床部炭素羽料の侵入空気による酸化の進行を抑制す
るためには、熱分解黒鉛の被膜の厚さは3IIII+1
以上あれば十分である。また出発材料は完全に炭素のみ
からなるものを用いてもよいことは勿論である。
の原子炉の運転は停止され、炉床部の温度は約50時間
以内に、1000℃から500℃まで冷却される。この
間炉床部炭素羽料の侵入空気による酸化の進行を抑制す
るためには、熱分解黒鉛の被膜の厚さは3IIII+1
以上あれば十分である。また出発材料は完全に炭素のみ
からなるものを用いてもよいことは勿論である。
以上実施例で説明したごとく、ガス冷却型原子炉の炉床
部に有機性物質の熱分解黒鉛皮膜を表面に設けた炭素材
料を用いることにより、原子炉内への空気の侵入など重
大事故に際しても、炉床部材料が侵入空気により&化さ
れて強度が低下し炉心が崩壊するという危険性を防ぎ原
子炉の安全性を継続して保持できるものである。本発明
によれば緻密性を有し、酸化性ガスを消耗させる黒鉛皮
膜を設けたために、第5図に示した酸化速度特性曲線の
比較から明らかなように特に700〜900℃の範囲で
炭素材料の酸化反応速度を著しく遅らせている点に大き
な効果を肩するものである。
部に有機性物質の熱分解黒鉛皮膜を表面に設けた炭素材
料を用いることにより、原子炉内への空気の侵入など重
大事故に際しても、炉床部材料が侵入空気により&化さ
れて強度が低下し炉心が崩壊するという危険性を防ぎ原
子炉の安全性を継続して保持できるものである。本発明
によれば緻密性を有し、酸化性ガスを消耗させる黒鉛皮
膜を設けたために、第5図に示した酸化速度特性曲線の
比較から明らかなように特に700〜900℃の範囲で
炭素材料の酸化反応速度を著しく遅らせている点に大き
な効果を肩するものである。
第1図はヘリウムガス冷却型原子炉の炉心構造を示す縦
断面図、第2図は黒鉛および炭素月相のを気による酸化
反応速度の温度依存性を示す#j!図。 第3図は黒鉛または炭素材料の酸化反応過程を表わす模
式的説明図、第4図は代表的炭素材料の酸化減量と圧縮
強度の関係を表わす線図、第5図は本発明の熱分解黒鉛
皮膜を設けた炭素月利と従来の炭素材料との欧化反応速
度の比較を示した線図であるO PB・・・・・・高温プレナムブロック、、HP・・・
・・・高温プレナム、 RF・・・・・・炉床部、IP
・・・・・・入口管、OP・・・・・・出口管。 才2図 うl 環 (°C) 1000900 800 700 600 5007
8 9 10 1112 13 14渦 良 (104
/に) 才3図 T4図 西菱イヒ率 (0ん)
断面図、第2図は黒鉛および炭素月相のを気による酸化
反応速度の温度依存性を示す#j!図。 第3図は黒鉛または炭素材料の酸化反応過程を表わす模
式的説明図、第4図は代表的炭素材料の酸化減量と圧縮
強度の関係を表わす線図、第5図は本発明の熱分解黒鉛
皮膜を設けた炭素月利と従来の炭素材料との欧化反応速
度の比較を示した線図であるO PB・・・・・・高温プレナムブロック、、HP・・・
・・・高温プレナム、 RF・・・・・・炉床部、IP
・・・・・・入口管、OP・・・・・・出口管。 才2図 うl 環 (°C) 1000900 800 700 600 5007
8 9 10 1112 13 14渦 良 (104
/に) 才3図 T4図 西菱イヒ率 (0ん)
Claims (1)
- 1)表面に有機性ガスの分解によシ黒鉛皮膜が設けられ
た炭素材料からなることを特徴とするガス冷却型原子炉
の炉床部。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP58173716A JPS6066186A (ja) | 1983-09-20 | 1983-09-20 | ガス冷却型原子炉の炉床部 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP58173716A JPS6066186A (ja) | 1983-09-20 | 1983-09-20 | ガス冷却型原子炉の炉床部 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6066186A true JPS6066186A (ja) | 1985-04-16 |
Family
ID=15965808
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP58173716A Pending JPS6066186A (ja) | 1983-09-20 | 1983-09-20 | ガス冷却型原子炉の炉床部 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6066186A (ja) |
-
1983
- 1983-09-20 JP JP58173716A patent/JPS6066186A/ja active Pending
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