JPS6071984A - 軽水型原子炉の燃料棒 - Google Patents
軽水型原子炉の燃料棒Info
- Publication number
- JPS6071984A JPS6071984A JP58179399A JP17939983A JPS6071984A JP S6071984 A JPS6071984 A JP S6071984A JP 58179399 A JP58179399 A JP 58179399A JP 17939983 A JP17939983 A JP 17939983A JP S6071984 A JPS6071984 A JP S6071984A
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- JP
- Japan
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- fuel
- zirconium
- core
- fuel rod
- reactor
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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
- Physical Or Chemical Processes And 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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術的背景とその問題点〕
天然にあるウラニウムには重さの軽いウラン−２３５（
Ｕ ）が約０．７％含まれ、重さの重いウラｙ−２３８
（Ｕ”’ ）が約９９．３ ％含まれテｖｈ ル。Ｕ２
３５（１） ｆｌ「 はｕ１１１８に比べて中性子との反応によって生じる核
分裂を起し易い。
Ｕ ）が約０．７％含まれ、重さの重いウラｙ−２３８
（Ｕ”’ ）が約９９．３ ％含まれテｖｈ ル。Ｕ２
３５（１） ｆｌ「 はｕ１１１８に比べて中性子との反応によって生じる核
分裂を起し易い。
したがって、天然ウラニウムを燃料とした場合には、Ｕ
が少いのですぐに焼えつきてしまい、しばしば燃料を
取シ換える必要が生じる。そのため、燃料加工費がかさ
むこととなる。そこで、軽水型原子炉では、普通 ｕｇ
＄ ！＋を予じめ濃縮したＵＯ２（以下Ｕｅ０２と略
す）を燃料として用いている。
が少いのですぐに焼えつきてしまい、しばしば燃料を
取シ換える必要が生じる。そのため、燃料加工費がかさ
むこととなる。そこで、軽水型原子炉では、普通 ｕｇ
＄ ！＋を予じめ濃縮したＵＯ２（以下Ｕｅ０２と略
す）を燃料として用いている。
すなわち、ジルコニウムＺｒの合金のジルカロイ−２又
はジルカロイ−４でできた被覆管内にＵ３Ｏ。
はジルカロイ−４でできた被覆管内にＵ３Ｏ。
ペレットをカラＡ状に積層し、被覆管の下端には下部端
栓を、上端にはプレナムスプリングを介して上部端栓を
配置して溶接密封して燃料棒を構成している。
栓を、上端にはプレナムスプリングを介して上部端栓を
配置して溶接密封して燃料棒を構成している。
通常、軽水型原子炉の炉心は、複数本の前記燃料棒とス
ペーサとスペーサロッドとよりなる燃料集合体で構成さ
れている。しかして、炉心から発生した中性子は、炉心
の半径方向並びにその上端及び下端に向い炉心外へ漏洩
するので、中性子密度は炉心中央部で高く、炉心周辺部
では低くなる（２） ような分布となる。また、Ｕｅ０２ と中性子との反応
による核分裂で発生する出力分布は、中性子畜産と同様
な分布を示し、炉心中央部で高く、炉心周辺部では低く
なる。
ペーサとスペーサロッドとよりなる燃料集合体で構成さ
れている。しかして、炉心から発生した中性子は、炉心
の半径方向並びにその上端及び下端に向い炉心外へ漏洩
するので、中性子密度は炉心中央部で高く、炉心周辺部
では低くなる（２） ような分布となる。また、Ｕｅ０２ と中性子との反応
による核分裂で発生する出力分布は、中性子畜産と同様
な分布を示し、炉心中央部で高く、炉心周辺部では低く
なる。
出力ピークは、原子炉運転制限の一つｒ（なっているの
で、低いことが望ましい。出力分布を軸方向に限ってみ
た場合、高さ方向中央部の出力ピークを低くして軸方向
出力分布を平坦化する手段として、燃料集合体の上部及
び下部タイプレートの一面に熱中性子反射板を付加した
もの（％開昭５８−１２９２８６ ）または燃料棒の上
端および下端に中性子散乱断面積の大きい物質を配置し
たもの（特開昭５８−１２９２８７ ）が提案されてい
るがいずれも製造上の難点があ）、また、被覆管に積層
するＵｅＯ２燃料ベレットの上端及び下端に天然ウラニ
ウムの酸化物（以下Ｕ Ｏ，と略す）を装荷することも
考えられるが、このような手段には以下に述べるような
種々の問題点がある。すなわち、天然ウラニウムにもＵ
ｌが含まれているので、核分裂を起して強い放射能の核
分裂生成物が発生し、蓄積されることｒ（なる。この結
果、再処理費としてはＵ ０２の再処理費の他にＵ Ｏ
，の再処理費が加算されることとなる。また、制御棒を
あまり長くしてその重量を増大させると挿入速度が落ち
るので、通常、制御棒は挿入状態でその先端が燃料棒内
に装荷されているＵ ０２ベレツトの上端までしか達し
ない構成としている。したがって、原子炉停止のために
制御棒を挿入してもＵｅＯ□ベレットの上部に装架され
た天然ウラニウム部分は制御棒の影響下に場合において
、もし、制御棒が数本挿入されない状態が起ると、通常
よシも少い未挿入制御棒本数で核分裂の維持を行なうこ
ととなり、これは、原子炉停止の裕度が下ることであっ
て、安全性上不具合なことと１°わねばならない。
で、低いことが望ましい。出力分布を軸方向に限ってみ
た場合、高さ方向中央部の出力ピークを低くして軸方向
出力分布を平坦化する手段として、燃料集合体の上部及
び下部タイプレートの一面に熱中性子反射板を付加した
もの（％開昭５８−１２９２８６ ）または燃料棒の上
端および下端に中性子散乱断面積の大きい物質を配置し
たもの（特開昭５８−１２９２８７ ）が提案されてい
るがいずれも製造上の難点があ）、また、被覆管に積層
するＵｅＯ２燃料ベレットの上端及び下端に天然ウラニ
ウムの酸化物（以下Ｕ Ｏ，と略す）を装荷することも
考えられるが、このような手段には以下に述べるような
種々の問題点がある。すなわち、天然ウラニウムにもＵ
ｌが含まれているので、核分裂を起して強い放射能の核
分裂生成物が発生し、蓄積されることｒ（なる。この結
果、再処理費としてはＵ ０２の再処理費の他にＵ Ｏ
，の再処理費が加算されることとなる。また、制御棒を
あまり長くしてその重量を増大させると挿入速度が落ち
るので、通常、制御棒は挿入状態でその先端が燃料棒内
に装荷されているＵ ０２ベレツトの上端までしか達し
ない構成としている。したがって、原子炉停止のために
制御棒を挿入してもＵｅＯ□ベレットの上部に装架され
た天然ウラニウム部分は制御棒の影響下に場合において
、もし、制御棒が数本挿入されない状態が起ると、通常
よシも少い未挿入制御棒本数で核分裂の維持を行なうこ
ととなり、これは、原子炉停止の裕度が下ることであっ
て、安全性上不具合なことと１°わねばならない。
本発明は、上記事情ＶＣ鑑みてなされたもので、その目
的は、炉心の上下方向から炉心外に漏洩する中性子を少
くして炉心の軸方向出力分布を平坦化するようにした軽
水型原子炉の燃料棒を提供するにある。
的は、炉心の上下方向から炉心外に漏洩する中性子を少
くして炉心の軸方向出力分布を平坦化するようにした軽
水型原子炉の燃料棒を提供するにある。
本発明は、上記目的を達成するために、燃料被覆管内に
ウラニウム燃料又はプルトニウム燃料を配置してなる軽
水型原子炉の燃料棒において、前記ウラニウム燃料又は
プルトニウム燃料と接する上端及び下端にそれぞれジル
コニウム又はジルコニウム合金又は焼結酸化ジルコニウ
ムを装架し、さらに、その上部と下部にそれぞれジルコ
ニウムで被覆した水素化ジルコニウム又は重水素化ジル
コニウムを装架したものである。そして前記ジルコニウ
ム合金としてはジルカロイ−２又はジルカロイ−４が用
いられる。
ウラニウム燃料又はプルトニウム燃料を配置してなる軽
水型原子炉の燃料棒において、前記ウラニウム燃料又は
プルトニウム燃料と接する上端及び下端にそれぞれジル
コニウム又はジルコニウム合金又は焼結酸化ジルコニウ
ムを装架し、さらに、その上部と下部にそれぞれジルコ
ニウムで被覆した水素化ジルコニウム又は重水素化ジル
コニウムを装架したものである。そして前記ジルコニウ
ム合金としてはジルカロイ−２又はジルカロイ−４が用
いられる。
本発明の一実施例を図面を参照して説明する。
第１図は、本発明の一実施例である燃料棒の断面図であ
り、同図において、１はジルコニラＡの合金で作られた
被覆管で、この被覆管１内ＶＣＵｅ０２燃料ベレツト２
を複数個積層し、このＵｅ０１！燃料ペレット２の上下
両端にそれぞれジルコニウム（又はジルカロイ−２又は
ジルカロイ−４又は酸化ジルコニウム）のベレット３を
装架し、その上部及び下部にそれぞれジルコニウムで被
覆した水素化ジルコニウムＺｒＨｓ〜２又は重水素化ジ
ルコニウムＺｒＤ１〜２（以下ＺｒＨ＋〜２で代表する
）のベレット４を装架し、さらに、上部のベレット４の
上端にはプレナムスプリング５を配し、被覆管１の上端
及び下端にそれぞれ上部端栓６及び下部端栓７を配設し
て燃料棒８を構成するものである。
り、同図において、１はジルコニラＡの合金で作られた
被覆管で、この被覆管１内ＶＣＵｅ０２燃料ベレツト２
を複数個積層し、このＵｅ０１！燃料ペレット２の上下
両端にそれぞれジルコニウム（又はジルカロイ−２又は
ジルカロイ−４又は酸化ジルコニウム）のベレット３を
装架し、その上部及び下部にそれぞれジルコニウムで被
覆した水素化ジルコニウムＺｒＨｓ〜２又は重水素化ジ
ルコニウムＺｒＤ１〜２（以下ＺｒＨ＋〜２で代表する
）のベレット４を装架し、さらに、上部のベレット４の
上端にはプレナムスプリング５を配し、被覆管１の上端
及び下端にそれぞれ上部端栓６及び下部端栓７を配設し
て燃料棒８を構成するものである。
前記燃料棒８１Ｃおいて、ジルコニウムをＺｒＨ１〜２
で被覆するのは、ＺｒＨｌ−ｍから水素が遊離して、そ
の水素が被覆管１に接すると、被覆管１を脆化させその
健全性を損うことがら夛うるので、このような水素によ
る被覆管１の脆化を防ぐためである。また、ＵＯ２燃料
２は核分裂のため、その温度は摂氏数百度にもなってい
るので、ジルコニウムで被覆されたＺｒＨｓ〜２が直接
Ｕｅ０２燃料と接した場合、熱のためジルコニウム被覆
が損傷して中から遊離した水素が出てくる恐れがある。
で被覆するのは、ＺｒＨｌ−ｍから水素が遊離して、そ
の水素が被覆管１に接すると、被覆管１を脆化させその
健全性を損うことがら夛うるので、このような水素によ
る被覆管１の脆化を防ぐためである。また、ＵＯ２燃料
２は核分裂のため、その温度は摂氏数百度にもなってい
るので、ジルコニウムで被覆されたＺｒＨｓ〜２が直接
Ｕｅ０２燃料と接した場合、熱のためジルコニウム被覆
が損傷して中から遊離した水素が出てくる恐れがある。
これを防ぐ為に熱緩衝材としてジルコニウムのベレット
３をＵＯ□燃料ペレット２とジルコニウム被覆したＺｒ
Ｈｒ〜２ベレット４の間に介在させている。さらに、炉
心上、下端から漏れ出ていた中性子は、ＺｒＨ１〜２ペ
レットの水素と衝突すると、中性子のスピードは下シ、
外に出てゆく傾向が小さくなシ、そのあるものは反射さ
れ再び炉心に戻ってくる。
３をＵＯ□燃料ペレット２とジルコニウム被覆したＺｒ
Ｈｒ〜２ベレット４の間に介在させている。さらに、炉
心上、下端から漏れ出ていた中性子は、ＺｒＨ１〜２ペ
レットの水素と衝突すると、中性子のスピードは下シ、
外に出てゆく傾向が小さくなシ、そのあるものは反射さ
れ再び炉心に戻ってくる。
また、ジルコニウムと衝突した中性子も水素硅ではない
が反射されて炉心に戻される。
が反射されて炉心に戻される。
そうすると、Ｕ Ｏ，上・下端近傍での中性子密度は、
反射されてきた中性子によｐ犬となるので、Ｕ Ｏ，と
の核分裂反応も増加し、したがって出力も増加する。か
くして、炉心全体としてみると、その軸方向中央部の出
力ピークは相対的に低くなり、軸方向出力分布の平坦化
が達成される。さらＫまた、原子炉停止時に、上部ジル
コニウムとＺｒＨ＋−２の廻りに制御棒がなくともＺ
ｒ ｆ（１〜２は核分裂をしないので、原子炉停止の裕
度は十分あり原子炉の健全性は確保される。しかも使用
後の燃料再処理に対してはウラニウムの重量は従来燃料
と同じであるので再処理量の加算も考える必要がない。
反射されてきた中性子によｐ犬となるので、Ｕ Ｏ，と
の核分裂反応も増加し、したがって出力も増加する。か
くして、炉心全体としてみると、その軸方向中央部の出
力ピークは相対的に低くなり、軸方向出力分布の平坦化
が達成される。さらＫまた、原子炉停止時に、上部ジル
コニウムとＺｒＨ＋−２の廻りに制御棒がなくともＺ
ｒ ｆ（１〜２は核分裂をしないので、原子炉停止の裕
度は十分あり原子炉の健全性は確保される。しかも使用
後の燃料再処理に対してはウラニウムの重量は従来燃料
と同じであるので再処理量の加算も考える必要がない。
しかして軽水型原子炉では、第２図に示すように前記燃
料棒８を数十乃至数百本束にし、スペーサ９によシこれ
ら燃料棒８が所定間隔になるように配置して燃料バンド
ル１０を形成し、この燃料バンドルｌＯをチャンネル１
１内に挿入し、さらにチャンネル１１の上下部にはジル
コニウムの合金例えばジルカロイ−４で作られた上部タ
イプレート１２と下部タイプレート１３を配設して燃料
集合体１４を構成している。
料棒８を数十乃至数百本束にし、スペーサ９によシこれ
ら燃料棒８が所定間隔になるように配置して燃料バンド
ル１０を形成し、この燃料バンドルｌＯをチャンネル１
１内に挿入し、さらにチャンネル１１の上下部にはジル
コニウムの合金例えばジルカロイ−４で作られた上部タ
イプレート１２と下部タイプレート１３を配設して燃料
集合体１４を構成している。
ところで、上部タイプレート１２と下部タイプレート１
３とは従来ステンレス・スチールで作られているが、ス
テンレススチールは中性子を吸収するので、燃料集合体
１４での上下端の中性子密度を一層低下させることにな
る。そこで、本実施例では燃料集合体１４の上端及び下
端に配設されている上部タイプレート１２及び下部タイ
プレート１３には中性子を吸収する能力は小さいがステ
ンレススチールニ近い強要をもつジルコニウム合金のジ
ルカロイ−４で作る。そうすると上部タイプレート１２
及び下部タイプレート１３Ｖｃおける中性子吸収はなく
なシ、また漏洩する中性子の一部は、上部タイプレート
１２及び下部タイプレート１３で反射されて炉心に戻さ
れることになり、燃料集合体１４の軸方向出力はさらに
平均化される。
３とは従来ステンレス・スチールで作られているが、ス
テンレススチールは中性子を吸収するので、燃料集合体
１４での上下端の中性子密度を一層低下させることにな
る。そこで、本実施例では燃料集合体１４の上端及び下
端に配設されている上部タイプレート１２及び下部タイ
プレート１３には中性子を吸収する能力は小さいがステ
ンレススチールニ近い強要をもつジルコニウム合金のジ
ルカロイ−４で作る。そうすると上部タイプレート１２
及び下部タイプレート１３Ｖｃおける中性子吸収はなく
なシ、また漏洩する中性子の一部は、上部タイプレート
１２及び下部タイプレート１３で反射されて炉心に戻さ
れることになり、燃料集合体１４の軸方向出力はさらに
平均化される。
以上説明したように、本発明によれば、炉心の上下方向
から炉心外に漏洩する中性子を少すくシたので炉心の軸
方向出力分布が平坦となり、１だ原子炉停止の裕度も十
分ｖｃうるので原子炉の健全性が確保される。
から炉心外に漏洩する中性子を少すくシたので炉心の軸
方向出力分布が平坦となり、１だ原子炉停止の裕度も十
分ｖｃうるので原子炉の健全性が確保される。
第１図は本発明の一実施例の断面図、第２図は第１図の
燃料棒を組立てた燃料集合体の一部を切除した斜視図で
ある。 １・・・被覆管、 ２・・・ＵｅＯ□燃料ベレット３・
・・ジルコニウムベレット ４・・・ジルコニウムで被覆したＺｒ）ｉ１〜２ベレッ
ト５・・プレナムスプリング、６．７・・・端栓８・・
・燃料棒、 ９・・・スペーサ １０・・・燃料ハンドル、１１・・・チャンネル１２・
・・上部タイプレート、１３・・・下部タイプレート１
４・・・燃料集合体 （８７３３）代理人弁理士 猪 股 祥 晃 （ほか１
名）第 １ 図 第 ２ 図 手続補正書く方式） ％式％ １、事件の表示 特願昭５８−１７９３９９号 ２、発明の名称 軽水型原子炉の燃料棒 ３、補正をする者 事件との関係 特許出願人 （３０７）東京芝浦電気株式会社 ４、代理人 〒１０５ 東京都港区虎ノ門１丁目９番１０号 港電設ビル ７、補正の内容 １、明細書１頁１６行と１７行との間に下記の文章を挿
入する。 「３、発明の詳細な説明 〔発明の技術分野〕 本発明は、軽水型原子炉の燃料棒に関する。」以 上
燃料棒を組立てた燃料集合体の一部を切除した斜視図で
ある。 １・・・被覆管、 ２・・・ＵｅＯ□燃料ベレット３・
・・ジルコニウムベレット ４・・・ジルコニウムで被覆したＺｒ）ｉ１〜２ベレッ
ト５・・プレナムスプリング、６．７・・・端栓８・・
・燃料棒、 ９・・・スペーサ １０・・・燃料ハンドル、１１・・・チャンネル１２・
・・上部タイプレート、１３・・・下部タイプレート１
４・・・燃料集合体 （８７３３）代理人弁理士 猪 股 祥 晃 （ほか１
名）第 １ 図 第 ２ 図 手続補正書く方式） ％式％ １、事件の表示 特願昭５８−１７９３９９号 ２、発明の名称 軽水型原子炉の燃料棒 ３、補正をする者 事件との関係 特許出願人 （３０７）東京芝浦電気株式会社 ４、代理人 〒１０５ 東京都港区虎ノ門１丁目９番１０号 港電設ビル ７、補正の内容 １、明細書１頁１６行と１７行との間に下記の文章を挿
入する。 「３、発明の詳細な説明 〔発明の技術分野〕 本発明は、軽水型原子炉の燃料棒に関する。」以 上
Claims (2)
- （１）燃料被覆管内にウラニウム燃料又はプルトニウム
燃料を配置してなる軽水型原子炉の燃料棒において、前
記ウラニウム燃料又はプルトニウム燃料と接する当該燃
料の上端と下端にそれぞれジルコニウム又はジルコニウ
ム合金又は焼結酸化ジルコニウムを装架し、さらにその
上部と下部にそれぞれジルコニウムで被覆した水素化ジ
ルコニウム又は重水素化ジルコニウムを装架したことを
特徴とする軽水型原子炉の燃料棒。 - （２） ジルコニウム合金はジルカロイ−２またはジル
カロイ−４である特許請求の範囲第１項記載の軽水型原
子炉の燃料棒。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58179399A JPS6071984A (ja) | 1983-09-29 | 1983-09-29 | 軽水型原子炉の燃料棒 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58179399A JPS6071984A (ja) | 1983-09-29 | 1983-09-29 | 軽水型原子炉の燃料棒 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6071984A true JPS6071984A (ja) | 1985-04-23 |
Family
ID=16065184
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58179399A Pending JPS6071984A (ja) | 1983-09-29 | 1983-09-29 | 軽水型原子炉の燃料棒 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6071984A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06221337A (ja) * | 1992-11-28 | 1994-08-09 | Gkn Automot Ag | インナ・レースと駆動軸との間の結合装置 |
-
1983
- 1983-09-29 JP JP58179399A patent/JPS6071984A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06221337A (ja) * | 1992-11-28 | 1994-08-09 | Gkn Automot Ag | インナ・レースと駆動軸との間の結合装置 |
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