JPS6135393A - 核燃料棒 - Google Patents
核燃料棒Info
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- JPS6135393A JPS6135393A JP15033885A JP15033885A JPS6135393A JP S6135393 A JPS6135393 A JP S6135393A JP 15033885 A JP15033885 A JP 15033885A JP 15033885 A JP15033885 A JP 15033885A JP S6135393 A JPS6135393 A JP S6135393A
- Authority
- JP
- Japan
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- fuel
- boron
- coating
- pellets
- nuclear
- Prior art date
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- Pending
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-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
- G21C3/02—Fuel elements
- G21C3/04—Constructional details
- G21C3/16—Details of the construction within the casing
- G21C3/18—Internal spacers or other non-active material within the casing, e.g. compensating for expansion of fuel rods or for compensating excess reactivity
-
- 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
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
- Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (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】
本発明は核燃料棒におけるペレットと被覆管との相互作
用（１”ＣＩ）の影響を最小限にするための方法及び装
置に関する。本発明は更に被覆した核燃料ペレットに関
し、より詳細には可燃性毒物で被覆した燃料ペレットに
関する。
用（１”ＣＩ）の影響を最小限にするための方法及び装
置に関する。本発明は更に被覆した核燃料ペレットに関
し、より詳細には可燃性毒物で被覆した燃料ペレットに
関する。
核燃料は平板、円柱またはジルコニウム合金製またはス
テンレス鋼製の外管すなわち被覆管内に端部と端部を接
して隣接するように配置された燃料ペレットよりなる燃
料棒σ）、１；うな・秤々の形状をもつことかできるこ
とは既知である。この４１：うな燃料ペレ７１・は二酸
化ウラン、二酸化ブルト：ニウムまたはこれらＪ）混音
物の、Ｌうな核分裂性物質を含有する。通常、複数個の
燃料棒を−７＞に絹み計ぜて燃料集音体を形成し、これ
らの燃’ｌ’４１集り体を複数個原子炉中に配置して炉
心を構成ずろ４燃料棒中の核燃１″１ベレッ１−ζ１外
管ず４・わち１皮覆管と相互反応することかあるか１．
：ｈけ望ましいことではない。理論的に目、このｒ’
ＣＴ現象は被覆管の破損さえ生し、それに、Ｊ：って燃
１’Ｅ）べ１．ツトが原子炉冷却水へ露出して冷却水Ｉ
＼放射イ１−核分裂生成物を導入することとなることか
あるがらである。ＰＣＴを制御する一つの方法は燃料ベ
レ・ン）と被覆管との間に非燃利物質の緩衝層を配置す
ることである。このような層は燃料ベレッｌ−ｅ）外周
面または被覆管Ｊ）内周面のとらちかに取り１１りれば
よい。」−述の層は燃料ペレットと岐覆管とり＋ ７１
１接の接触を防止しさえずれはともへ側でも充分てある
。
テンレス鋼製の外管すなわち被覆管内に端部と端部を接
して隣接するように配置された燃料ペレットよりなる燃
料棒σ）、１；うな・秤々の形状をもつことかできるこ
とは既知である。この４１：うな燃料ペレ７１・は二酸
化ウラン、二酸化ブルト：ニウムまたはこれらＪ）混音
物の、Ｌうな核分裂性物質を含有する。通常、複数個の
燃料棒を−７＞に絹み計ぜて燃料集音体を形成し、これ
らの燃’ｌ’４１集り体を複数個原子炉中に配置して炉
心を構成ずろ４燃料棒中の核燃１″１ベレッ１−ζ１外
管ず４・わち１皮覆管と相互反応することかあるか１．
：ｈけ望ましいことではない。理論的に目、このｒ’
ＣＴ現象は被覆管の破損さえ生し、それに、Ｊ：って燃
１’Ｅ）べ１．ツトが原子炉冷却水へ露出して冷却水Ｉ
＼放射イ１−核分裂生成物を導入することとなることか
あるがらである。ＰＣＴを制御する一つの方法は燃料ベ
レ・ン）と被覆管との間に非燃利物質の緩衝層を配置す
ることである。このような層は燃料ベレッｌ−ｅ）外周
面または被覆管Ｊ）内周面のとらちかに取り１１りれば
よい。」−述の層は燃料ペレットと岐覆管とり＋ ７１
１接の接触を防止しさえずれはともへ側でも充分てある
。
米国特許第３，４２７，２２２号明細書は上述の形態の
燃料ペレットＩ＼可燃性毒物の被覆を適用することを記
載している。この特許の好適な１構造は純粋なニホウ化
ジルコニウムの被覆を約５〜１０ミクロン（０，２〜０
．４ミル）の厚さの層として燃料ペレットに適用するこ
とである。
燃料ペレットＩ＼可燃性毒物の被覆を適用することを記
載している。この特許の好適な１構造は純粋なニホウ化
ジルコニウムの被覆を約５〜１０ミクロン（０，２〜０
．４ミル）の厚さの層として燃料ペレットに適用するこ
とである。
しかし、燃ｔ１ベレットと被覆管の優れた分離を達成し
且つ所望てないｐｃ■を防止するためには、１０〜１０
０ミクロン（０，４〜４ミル）の厚さの層が望ましい。
且つ所望てないｐｃ■を防止するためには、１０〜１０
０ミクロン（０，４〜４ミル）の厚さの層が望ましい。
このような比較的厚い層は燃料ペレットと冷却水の熱交
換を過度に妨害しないためにはニホウ化ジルコニウノ、
のように良好な熱伝導体でなければならない。
換を過度に妨害しないためにはニホウ化ジルコニウノ、
のように良好な熱伝導体でなければならない。
不幸にも、ニホウ化ジルコニウムまたは他の既知の可燃
性毒物を、存在するホウ素−１０（天然産ホウ素の同位
体成分）また（」他の中性子吸収性同位体め存在量を考
慮しないて１０〜１００ミクロンの厚さに原子炉中の燃
料ペレッ１への全てに添加すると、炉心を運転するため
には多ずぎる毒物を含有することになる。換言ずれは、
可燃ｔ′Ｆ毒物は炉心の過剰反応性と釣り音う鼠よりも
多Ｖに存在することになる。ここて使用する可燃性毒物
は核燃料よりも速く燃焼する中性子吸収性毒物を含有す
る。
性毒物を、存在するホウ素−１０（天然産ホウ素の同位
体成分）また（」他の中性子吸収性同位体め存在量を考
慮しないて１０〜１００ミクロンの厚さに原子炉中の燃
料ペレッ１への全てに添加すると、炉心を運転するため
には多ずぎる毒物を含有することになる。換言ずれは、
可燃ｔ′Ｆ毒物は炉心の過剰反応性と釣り音う鼠よりも
多Ｖに存在することになる。ここて使用する可燃性毒物
は核燃料よりも速く燃焼する中性子吸収性毒物を含有す
る。
炉心は通常スチームｌ−変換される熱を製造するように
運転される。次にこのスチームは発電のためまたは他の
目的のために使用される。新原子炉を始動させる場合、
該原子炉の炉心はしはしは複数グループ、例えは３グル
ープの燃ｉｓ＋集音体に分割され、この分割は炉心中の
燃料集合体の位置によって区別してもしないても」：い
か、通常は燃料ペレット中の核燃料の濃縮度によって区
別する。
運転される。次にこのスチームは発電のためまたは他の
目的のために使用される。新原子炉を始動させる場合、
該原子炉の炉心はしはしは複数グループ、例えは３グル
ープの燃ｉｓ＋集音体に分割され、この分割は炉心中の
燃料集合体の位置によって区別してもしないても」：い
か、通常は燃料ペレット中の核燃料の濃縮度によって区
別する。
例えば、第１バツチすなわち第１領域はウラン−２３５
同位体含量を２０％の濃縮度のものとすることができる
６第２バツチすなわち第２領域はウラン−２３５同位体
含鼠を２．５％の濃縮のものとし、また第３ハツチすな
わち第３領域はウラン−２３５同ｆ９１４ζ含鼠を３５
％の濃縮のもａ）とすることがてきる。１０〜１８箇月
運転しｌ：後、通常、原子炉を停止し、第１バツチを炉
心から取り出し、ウラン−２３５を約３．５％に濃縮し
た新規なバッチと交換する。次のサイクルは約８〜１１
箇月の間隔でこの手順を反復する。原子炉はそれが臨界
質量に止る限り熱だけを製造するために核装置として運
転されるから上述のような燃料交換が必要である。炉心
が所定運転期間の終期において臨界質量に止るためには
、運転開始時点で過剰反応度１（を所持しなければなら
ない。
同位体含量を２０％の濃縮度のものとすることができる
６第２バツチすなわち第２領域はウラン−２３５同位体
含鼠を２．５％の濃縮のものとし、また第３ハツチすな
わち第３領域はウラン−２３５同ｆ９１４ζ含鼠を３５
％の濃縮のもａ）とすることがてきる。１０〜１８箇月
運転しｌ：後、通常、原子炉を停止し、第１バツチを炉
心から取り出し、ウラン−２３５を約３．５％に濃縮し
た新規なバッチと交換する。次のサイクルは約８〜１１
箇月の間隔でこの手順を反復する。原子炉はそれが臨界
質量に止る限り熱だけを製造するために核装置として運
転されるから上述のような燃料交換が必要である。炉心
が所定運転期間の終期において臨界質量に止るためには
、運転開始時点で過剰反応度１（を所持しなければなら
ない。
発電用原子炉は約６〜１１箇月にわたって運転するため
に通常サイクル開始時点で充分な過剰反応度を備える。
に通常サイクル開始時点で充分な過剰反応度を備える。
原子炉は臨界を僅かに超えて運転されるために、サイク
ルの開始時点で供給される過剰反応度を打ち消さなけれ
ばならない。このために制御棒の部分的な挿入または中
性子吸収毒物の炉心または燃料Ｉ＼の添加の種々の手段
が使用される。米国特許第３，８４９，１５２号；同第
３，３７２，２１３号；及び同第３，４２６，２２２号
明細書、及びＥ Ｐ Ｒ，ＩレポートＮＰ−１９７４か
らも明らかなように上述の制御方法の組み合せが過剰反
応度の制御効率を１改善するために使用できる。
ルの開始時点で供給される過剰反応度を打ち消さなけれ
ばならない。このために制御棒の部分的な挿入または中
性子吸収毒物の炉心または燃料Ｉ＼の添加の種々の手段
が使用される。米国特許第３，８４９，１５２号；同第
３，３７２，２１３号；及び同第３，４２６，２２２号
明細書、及びＥ Ｐ Ｒ，ＩレポートＮＰ−１９７４か
らも明らかなように上述の制御方法の組み合せが過剰反
応度の制御効率を１改善するために使用できる。
過剰反応度を制御するために１１制御棒を使用すると活
性炉心の一部分を除去するという欠点を生ずる。更に、
これは減速剤の一部を除去し、また中性子の発生と使用
に−）いて原子炉の効率をより低くするものである。
性炉心の一部分を除去するという欠点を生ずる。更に、
これは減速剤の一部を除去し、また中性子の発生と使用
に−）いて原子炉の効率をより低くするものである。
冷却剤中ｌ＼中性子吸収毒物を使用することは効率をよ
り良くするものであるが、他の理由により限定される。
り良くするものであるが、他の理由により限定される。
例えば、沸統水型原子炉は冷却剤中に毒物と共に水溶性
塩をほとんど使用することができない。これは上述の塩
が燃料棒上に残存し、熱伝導を妨害し、且つ冷却水が蒸
発してスチームを生成すると侵食を促進するためである
。
塩をほとんど使用することができない。これは上述の塩
が燃料棒上に残存し、熱伝導を妨害し、且つ冷却水が蒸
発してスチームを生成すると侵食を促進するためである
。
加圧水型原子炉冷却剤に使用する可燃性毒物の量（化学
的粗調整）は原子炉の温度が上がると若干の冷却剤が熱
膨張により炉心の外へ押し出されるという事実により限
定される。冷却剤は減速剤及び毒物であるために、冷却
剤が減速剤というよりむしろ毒質である場合に昇温時に
炉心の反応度は徐々に増大する。炉心の外へ減速剤の水
と共に可溶性毒物並びに減速剤水を炉心の外へ押し出す
ことによって反応度を漸進的に増加する状態は冷却剤が
溶液中に約１２００１１ｐ−以上の天然ホウ素を含有す
る場合に生ずる。
的粗調整）は原子炉の温度が上がると若干の冷却剤が熱
膨張により炉心の外へ押し出されるという事実により限
定される。冷却剤は減速剤及び毒物であるために、冷却
剤が減速剤というよりむしろ毒質である場合に昇温時に
炉心の反応度は徐々に増大する。炉心の外へ減速剤の水
と共に可溶性毒物並びに減速剤水を炉心の外へ押し出す
ことによって反応度を漸進的に増加する状態は冷却剤が
溶液中に約１２００１１ｐ−以上の天然ホウ素を含有す
る場合に生ずる。
上述した理由のためにホウ素は５〜６箇月の期間にわた
って過剰反応度を打ち消すための化学的１１調整剤とし
て使用することができるが、より長いサイクルが望まし
い場合には化学的粗調整剤として使用することができな
い。」二連の状況下では制御棒を使うかまたは他の形態
の可燃性毒物を供給しなければならない。
って過剰反応度を打ち消すための化学的１１調整剤とし
て使用することができるが、より長いサイクルが望まし
い場合には化学的粗調整剤として使用することができな
い。」二連の状況下では制御棒を使うかまたは他の形態
の可燃性毒物を供給しなければならない。
燃料組体へ可燃性毒物の混かを組み入れると燃料能力を
増加し、それによって炉心寿命を延長するための効果的
な手段として原子力の分野で認められている。可燃性毒
物は燃料に対して均一に分布して使用するか（すなわち
毒物を分配する）、または原子炉中に別個の要素上に不
連続的に設置し、このように配列した可燃性毒物は燃料
とほぼ同し速度で燃え切るか、または・減損する。こう
して炉心の正味の反応度は炉心の活性寿命にわたって比
較的一定に相持される。米国特許第３，４２７，２２２
り明細書を参照されたい。
増加し、それによって炉心寿命を延長するための効果的
な手段として原子力の分野で認められている。可燃性毒
物は燃料に対して均一に分布して使用するか（すなわち
毒物を分配する）、または原子炉中に別個の要素上に不
連続的に設置し、このように配列した可燃性毒物は燃料
とほぼ同し速度で燃え切るか、または・減損する。こう
して炉心の正味の反応度は炉心の活性寿命にわたって比
較的一定に相持される。米国特許第３，４２７，２２２
り明細書を参照されたい。
アルミニウム沿中に内蔵される核燃料をニオブ層で被覆
して該核燃料と該缶との反応をｎｊｊ ＋Ｉ−すること
がてきることは既知である（英国Ｒｊ’ｌ第８５９ 、
２０６号）。侵食から核燃Ａ′ミ１を保護し目−）核分
裂生成物の保持しやすくする［ゴ的のために、−二酸化
ウラン粒子のような核燃料１ｉｆｔ ｆＭ子をニオーノ
をかむ非毒物の弔一層まｌ二は同一物１質の層で１６−
・てら、異なる物質の層てあってもよい数層で被覆でき
ることもまｌ：既知である。被覆は被覆物質の蒸気の沈
着、分解蒸気の沈着、及び電気め−、き（英［１ｌｃＩ
特許第９３３，５００号明細書）のような神々の技法に
より適用できる。
して該核燃料と該缶との反応をｎｊｊ ＋Ｉ−すること
がてきることは既知である（英国Ｒｊ’ｌ第８５９ 、
２０６号）。侵食から核燃Ａ′ミ１を保護し目−）核分
裂生成物の保持しやすくする［ゴ的のために、−二酸化
ウラン粒子のような核燃料１ｉｆｔ ｆＭ子をニオーノ
をかむ非毒物の弔一層まｌ二は同一物１質の層で１６−
・てら、異なる物質の層てあってもよい数層で被覆でき
ることもまｌ：既知である。被覆は被覆物質の蒸気の沈
着、分解蒸気の沈着、及び電気め−、き（英［１ｌｃＩ
特許第９３３，５００号明細書）のような神々の技法に
より適用できる。
本発明の主目的は原子炉炉心の過剰反応度を正確に制御
することができ、また同時にペトツトと被覆管との相互
作用か実質上起こらない改善された燃料棒を提供するに
ある。
することができ、また同時にペトツトと被覆管との相互
作用か実質上起こらない改善された燃料棒を提供するに
ある。
従−）で、本発明は密閉した端部をも１被覆管及び該被
覆管中に端部と端部を接するように積み重ねた多数の核
燃ｆ３］ペレットからなる核燃料棒であ−）で、該ベレ
ットが核燃料と被覆管の直接の接触を防止するための被
覆をもち、且つ該被覆が可燃性毒物からなる核燃料棒に
おいて、可燃性毒物が天然ホウ素と比較してホウ素−１
０が減損したホウ化物を含有することを特徴とする核燃
料棒にある。
覆管中に端部と端部を接するように積み重ねた多数の核
燃ｆ３］ペレットからなる核燃料棒であ−）で、該ベレ
ットが核燃料と被覆管の直接の接触を防止するための被
覆をもち、且つ該被覆が可燃性毒物からなる核燃料棒に
おいて、可燃性毒物が天然ホウ素と比較してホウ素−１
０が減損したホウ化物を含有することを特徴とする核燃
料棒にある。
本発明による燃料棒を使用する原子炉炉心において、全
燃料棒中の全燃料ペレットではないにしても、はとんど
をホウ素−１０及びホウ素−１１の制御された比をもつ
ホウ化ジルコニウノ、で被覆することが好ましい。ホウ
素−１０及びホウ素−１１は天然ウラン中に存在し、全
ての天然ホウ素の約８０％がホウ素−１１からなる。ホ
ウ素＝１０は１［子当たり約３８４０バーンの中性子捕
獲断面積をもつのに対し、ホウ素−１１は無視できる程
度の中性子捕獲断面積しかもたない。ホウ化ジルコニウ
ム中のホウ素−１０及びホウ素−１１の比を制御するこ
とによって始動中の原子炉冷却剤中の化学的粗調整剤の
量を肢小眼にすることができる。
燃料棒中の全燃料ペレットではないにしても、はとんど
をホウ素−１０及びホウ素−１１の制御された比をもつ
ホウ化ジルコニウノ、で被覆することが好ましい。ホウ
素−１０及びホウ素−１１は天然ウラン中に存在し、全
ての天然ホウ素の約８０％がホウ素−１１からなる。ホ
ウ素＝１０は１［子当たり約３８４０バーンの中性子捕
獲断面積をもつのに対し、ホウ素−１１は無視できる程
度の中性子捕獲断面積しかもたない。ホウ化ジルコニウ
ム中のホウ素−１０及びホウ素−１１の比を制御するこ
とによって始動中の原子炉冷却剤中の化学的粗調整剤の
量を肢小眼にすることができる。
従って、本発明は非常に低い化学的■調整剤濃度、例え
ばホウ素約１００旧１１１１程度で開始する原子炉燃料
サイクルを可能にする。次に化学的■調整剤におけるホ
ウ素の濃度をサイクル背面の中程で例えば約５００ ｐ
ｐ＋ｎに増加し、次にサイクル寿命の終点ては約１０ρ
１）Ｉｌｌへ減少して核燃料物質の燃焼と毒物の燃焼の
釣合いを取る。
ばホウ素約１００旧１１１１程度で開始する原子炉燃料
サイクルを可能にする。次に化学的■調整剤におけるホ
ウ素の濃度をサイクル背面の中程で例えば約５００ ｐ
ｐ＋ｎに増加し、次にサイクル寿命の終点ては約１０ρ
１）Ｉｌｌへ減少して核燃料物質の燃焼と毒物の燃焼の
釣合いを取る。
さて、本発明の好適な実施態様を示例Ｖ）ための添イτ
ｊ図面ついて記載する６ 本発明は炉心へ過剰グ）中性子吸収同位体を導入するこ
となしにＰＣＴを防＋ｌするために有効な被覆を提供す
ることによ−）で、従来の可燃付毒物被覆による障害を
克服するもグ）である、これは基本的には被覆中の中性
子吸収同位体の量を調節することによって達成される。
ｊ図面ついて記載する６ 本発明は炉心へ過剰グ）中性子吸収同位体を導入するこ
となしにＰＣＴを防＋ｌするために有効な被覆を提供す
ることによ−）で、従来の可燃付毒物被覆による障害を
克服するもグ）である、これは基本的には被覆中の中性
子吸収同位体の量を調節することによって達成される。
例えば被覆がニホウ１ヒジルコニウムからなり、また、
天然ホウ素は１８４正量％の中性子吸収量ｆ！’を体を
含有するから天然ボウ素中のホウ素−１０を約１Ｊ（，
４重量％程度に減少ずれば、被覆が天然ホウ素がらなり
、付加皿の中性子吸収物質を実質１−導入しない場ｔ１
・と同しホウ素の層厚て１０倍多くのペレッＩ・を被覆
することがてきる。それ故、本発明により原子炉炉心中
の全て、またはほぼ全ての燃料ペレッｌ−をＰＣＴを防
止するために充分な厚さのニホウ化ジルコニウムにより
被覆することがてきる。炉心中の過剰反応度を完全にて
はないにしてもほとんど打ち消ずなめにヒｚ・要なペレ
ッ）・被覆の厚さ及び中性子吸収同位体（ホウ素−１０
）の量を一旦決定ずれは、１Ｉｌ−の残存する変数はニ
ホウ化ジルコニウムを製造するために使用するホウ素中
のホウ素−１０の重匪割ａ・である。以下に記載するよ
うに、この数量は容易に計算することができる。
天然ホウ素は１８４正量％の中性子吸収量ｆ！’を体を
含有するから天然ボウ素中のホウ素−１０を約１Ｊ（，
４重量％程度に減少ずれば、被覆が天然ホウ素がらなり
、付加皿の中性子吸収物質を実質１−導入しない場ｔ１
・と同しホウ素の層厚て１０倍多くのペレッＩ・を被覆
することがてきる。それ故、本発明により原子炉炉心中
の全て、またはほぼ全ての燃料ペレッｌ−をＰＣＴを防
止するために充分な厚さのニホウ化ジルコニウムにより
被覆することがてきる。炉心中の過剰反応度を完全にて
はないにしてもほとんど打ち消ずなめにヒｚ・要なペレ
ッ）・被覆の厚さ及び中性子吸収同位体（ホウ素−１０
）の量を一旦決定ずれは、１Ｉｌ−の残存する変数はニ
ホウ化ジルコニウムを製造するために使用するホウ素中
のホウ素−１０の重匪割ａ・である。以下に記載するよ
うに、この数量は容易に計算することができる。
さて第１図及び第２図について説明すると、図中、燃ｆ
ＮＩ］は通常直径０．６〜２．５４ｃｍで、長さ２．５
〜７１１１ｏであり、該燃料棒］は通常０５〜１、 ＋
ｎ＋ｎの厚さて、端栓すなわちアラグ３及び４を備える
外管ずなわぢ被覆管２、及び二酸化ウランまたは二酸化
ウラン 二酸化プルトニウ１１のような核燃料の被覆し
たペレッ１−５を含む。該ペレット５は円筒形で、被覆
管２Ｊ＼ペレツ１〜５を挿入しやずくするために被覆管
２の内径より１菫かに小さい直径であることか好ましい
。製造及び取扱いを容易にするために、ぺｌノット５は
Ｊモさ、／直径化物］ ５て製造するのか１Ｌい６ホウ
化物被覆、好適にはニホウ化ジルコニウム被覆を６で示
す。
ＮＩ］は通常直径０．６〜２．５４ｃｍで、長さ２．５
〜７１１１ｏであり、該燃料棒］は通常０５〜１、 ＋
ｎ＋ｎの厚さて、端栓すなわちアラグ３及び４を備える
外管ずなわぢ被覆管２、及び二酸化ウランまたは二酸化
ウラン 二酸化プルトニウ１１のような核燃料の被覆し
たペレッ１−５を含む。該ペレット５は円筒形で、被覆
管２Ｊ＼ペレツ１〜５を挿入しやずくするために被覆管
２の内径より１菫かに小さい直径であることか好ましい
。製造及び取扱いを容易にするために、ぺｌノット５は
Ｊモさ、／直径化物］ ５て製造するのか１Ｌい６ホウ
化物被覆、好適にはニホウ化ジルコニウム被覆を６で示
す。
第３図に説明するように、上述のタイプの燃料棒約４０
〜３００本を集め、角型アレイ中に保持して燃料集合体
７を造る。約４ ｎ〜約２ ｒ） Ｃｌグ）燃料集合体
を集めて第３図に示す炉心１０のように配列して通常の
原子炉炉心を形成する。
〜３００本を集め、角型アレイ中に保持して燃料集合体
７を造る。約４ ｎ〜約２ ｒ） Ｃｌグ）燃料集合体
を集めて第３図に示す炉心１０のように配列して通常の
原子炉炉心を形成する。
再び第１図及び第２図について記載するど、燃料上に設
置した被覆として記載したホウ化物被覆６は燃料ペレッ
ｌ〜５と被覆管２の間にあって被覆管２と燃料ペトツ）
・５とが直接接触するのをＩツノ止し、また原子炉運転
中に燃料棒被覆管に欠陥を生ずると思われる上述したよ
うなペレットと被覆との相互作用（ＰＣＩ）を防止する
。１０〜１Ｃ）０ミクロン（０，４〜４ミル）程度の間
隔をあけて燃料と被覆管とを分離ずれは不都計なＰＣＴ
を軽減り−るか、または防止するために充分であると通
学者えられている。同様に間隔及び材料の経済的な使用
は燃料と被覆管の間に非常に厚い層の使用することに対
する」１限が設けられる傾向にある。
置した被覆として記載したホウ化物被覆６は燃料ペレッ
ｌ〜５と被覆管２の間にあって被覆管２と燃料ペトツ）
・５とが直接接触するのをＩツノ止し、また原子炉運転
中に燃料棒被覆管に欠陥を生ずると思われる上述したよ
うなペレットと被覆との相互作用（ＰＣＩ）を防止する
。１０〜１Ｃ）０ミクロン（０，４〜４ミル）程度の間
隔をあけて燃料と被覆管とを分離ずれは不都計なＰＣＴ
を軽減り−るか、または防止するために充分であると通
学者えられている。同様に間隔及び材料の経済的な使用
は燃料と被覆管の間に非常に厚い層の使用することに対
する」１限が設けられる傾向にある。
ホウ化物被覆６のような被覆が所望でない ・ＰＣＩを
肋ｆトするだめの燃料と被覆管の間の層として作用する
ものである場自、該被覆を炉心中グ）全て、またはほぼ
全てのペレットに存在しなければならない。上述のよう
に通常原子炉は約２８０個の燃料ペレッＩ〜をそれぞれ
の燃料棒に収容した約５０ 、０００本捏度の燃ｆＥＩ
棒、すなわちき汁物１．４，０００，０００個のペレッ
トを含有することがてきる。これらのペレットにそれぞ
れ厚さ１０ミクロンにすきないホウ化ジルコニウム層で
被覆するとしても、またニホウ化物を製造するために使
用したホウ素がホウ素−１０を１８４重量％含有する天
然ホウ素てあったとしても、原子炉炉心は約５６，００
０ｇのホウ素を含有することになり、これは新鮮な炉心
の過剰反応度ｋを打ち消すために必要な量の３〜５倍程
度の量であろう。
肋ｆトするだめの燃料と被覆管の間の層として作用する
ものである場自、該被覆を炉心中グ）全て、またはほぼ
全てのペレットに存在しなければならない。上述のよう
に通常原子炉は約２８０個の燃料ペレッＩ〜をそれぞれ
の燃料棒に収容した約５０ 、０００本捏度の燃ｆＥＩ
棒、すなわちき汁物１．４，０００，０００個のペレッ
トを含有することがてきる。これらのペレットにそれぞ
れ厚さ１０ミクロンにすきないホウ化ジルコニウム層で
被覆するとしても、またニホウ化物を製造するために使
用したホウ素がホウ素−１０を１８４重量％含有する天
然ホウ素てあったとしても、原子炉炉心は約５６，００
０ｇのホウ素を含有することになり、これは新鮮な炉心
の過剰反応度ｋを打ち消すために必要な量の３〜５倍程
度の量であろう。
本発明は耐ＰＣＩ作用及び可燃性毒物作用の要＝１２−
求を満足する３１：うに使用するホウ素置０’Ｌ １４
＜ ｋ ｎＬを調節する、二とによって耐ＰＣＩ作用及
び可燃付毒物作用を兼備した燃料ペレット」−力被覆と
してのニホウ化ジルコニウノ、及び他のホウ化物のｆ重
用にある。このようなホウｆヒ物被覆６を造るために使
用するホウ素中のホウ素−１０の量を調節することによ
って、過剰反応度を効果的に１１制御するｌ二めに原子
炉炉心または原子炉炉心σ）一部に所望の量の可燃性毒
物を効果的に導入゛ζき、同時にＰＣＴ保護を達成する
ことができる。
＜ ｋ ｎＬを調節する、二とによって耐ＰＣＩ作用及
び可燃付毒物作用を兼備した燃料ペレット」−力被覆と
してのニホウ化ジルコニウノ、及び他のホウ化物のｆ重
用にある。このようなホウｆヒ物被覆６を造るために使
用するホウ素中のホウ素−１０の量を調節することによ
って、過剰反応度を効果的に１１制御するｌ二めに原子
炉炉心または原子炉炉心σ）一部に所望の量の可燃性毒
物を効果的に導入゛ζき、同時にＰＣＴ保護を達成する
ことができる。
変数としてホウ素の減少を１東用ずれは、炉心設計及び
燃料ペレット被覆のために多くの選択が今や利用可能で
ある。
燃料ペレット被覆のために多くの選択が今や利用可能で
ある。
以下に実施例を挙げ本発明を説明するか、可能な被覆を
全て記載するものではない。
全て記載するものではない。
丸露九Ｌ
１、４ 、 ＯＯＯ、ＯＯ（１個の濃縮燃料である燃料
ペレッＩ〜を含有する原子炉炉心を考えると、始動時に
該炉心の反応度を制御するなめに合計４５００Ｓのホウ
素−１０が必要である。耐ＰＣＩに関して、ペレッ）・
はそれぞれ２５ミクロンの厚さのニホウ化ジルコニウム
の被覆を備えている。それ故、ペレッｌ−はそれぞれ９
．８＋ｎｙのホウ素を必要とするが、ホウ素＝１０は０
．３２＋ｎｇＬか必要としない。それ故、燃１コ１ぺ１
／ツ１〜被覆を造るために使用するホウ素は有利には同
位体ホウ素−１０の３．６原子％の３３重■％のみしか
含有しない。
ペレッＩ〜を含有する原子炉炉心を考えると、始動時に
該炉心の反応度を制御するなめに合計４５００Ｓのホウ
素−１０が必要である。耐ＰＣＩに関して、ペレッ）・
はそれぞれ２５ミクロンの厚さのニホウ化ジルコニウム
の被覆を備えている。それ故、ペレッｌ−はそれぞれ９
．８＋ｎｙのホウ素を必要とするが、ホウ素＝１０は０
．３２＋ｎｇＬか必要としない。それ故、燃１コ１ぺ１
／ツ１〜被覆を造るために使用するホウ素は有利には同
位体ホウ素−１０の３．６原子％の３３重■％のみしか
含有しない。
火片１Ｌ２一
実施例１と同し］、 ４ 、 ＯＯＯ、ＯＯ０個の燃料
ペレットを４５００＆のホウ素−］Ｏて均一に被覆する
か、ニホウ化ジルコニウノ＼層が１０ミクロンの厚さし
かもたない場合、ペレットはそれぞれ３．９ｔｎｇのホ
ウ素及び０．３２Ｂのホウ素−１０を必要とする。それ
故、ペレット」二にニホウ化ジルコニウム被覆を造るた
めに使用するホウ素はホウ素−１０同位体の９．０ｆｆ
ｌ子％の８．２重量％を禽有しなけれはならない。
ペレットを４５００＆のホウ素−］Ｏて均一に被覆する
か、ニホウ化ジルコニウノ＼層が１０ミクロンの厚さし
かもたない場合、ペレットはそれぞれ３．９ｔｎｇのホ
ウ素及び０．３２Ｂのホウ素−１０を必要とする。それ
故、ペレット」二にニホウ化ジルコニウム被覆を造るた
めに使用するホウ素はホウ素−１０同位体の９．０ｆｆ
ｌ子％の８．２重量％を禽有しなけれはならない。
本発明によれば、炉心の初期過剰反応度は燃料棒中の燃
料ペレット上のホウ化物被覆中のホウ素−１０により大
部分制御される。更に化学的粗調整剤を使用する場合、
化学的１■調整剤のホウ素音量は過剰反応度の限界を確
保するなめに必要な最少量またほぼは最少量゛ζある。
料ペレット上のホウ化物被覆中のホウ素−１０により大
部分制御される。更に化学的粗調整剤を使用する場合、
化学的１■調整剤のホウ素音量は過剰反応度の限界を確
保するなめに必要な最少量またほぼは最少量゛ζある。
燃料棒中のホウ素−１０は４〜１０箇月の期間にわたっ
て滅ｔ０するから、第４図に記載する仕方でホウ素を化
学的■調整剤Ｉ＼添加し、常時過剰反応度を正確に制御
することかできる。
て滅ｔ０するから、第４図に記載する仕方でホウ素を化
学的■調整剤Ｉ＼添加し、常時過剰反応度を正確に制御
することかできる。
」−３重のように、ン皮覆６は妻子ましくけホウ１ヒｌ
ｌ初からなる。一般にホウ１ヒ物（コ崩壊し易い黒色金
属光沢をも−ノ堅い耐熱（’Ｉ Ｉヒ音物てあり、セラ
ミックスと同様に取扱）べきである。被覆６中のホウＩ
Ｌ物は元素状物質の反応に、Ｊ−１′１形成することが
好都斤であるか、これは必ＩＮθ）もので（」る゛い。
ｌ初からなる。一般にホウ１ヒ物（コ崩壊し易い黒色金
属光沢をも−ノ堅い耐熱（’Ｉ Ｉヒ音物てあり、セラ
ミックスと同様に取扱）べきである。被覆６中のホウＩ
Ｌ物は元素状物質の反応に、Ｊ−１′１形成することが
好都斤であるか、これは必ＩＮθ）もので（」る゛い。
（ｋ燃１′２１類または池の金属及びセラミックスＪ）
、１うな物）質−１−のホウｆヒ狗被覆は粉末状−！、
Ｖ Ｔ’ｌ＝の圧紺ｊ（トノ＼粉末状ホウｆヒ物０）圧
縮体をヅ）を枯する。：とによ−・て、あるいはホウｆ
ヒ物と低融点抽剤を１１１音１、目的物ｌ＼混り物をフ
リ７１・の形態て塗−（１ｉ １．該混音物を焼結する
ことに」＝−）で、ｉｔ：は溶融粉末を被被覆目的物ハ
・プラズマ溶射することによ−）で容易に塗布すること
がてきる。これらの技法はセラミックス業者によく知ら
れているものである。燃料ペレット上に薄い被覆を塗布
するために、ペレット上に溶融ホウ化物をプラズマ溶射
することが好適な技法である。
、１うな物）質−１−のホウｆヒ狗被覆は粉末状−！、
Ｖ Ｔ’ｌ＝の圧紺ｊ（トノ＼粉末状ホウｆヒ物０）圧
縮体をヅ）を枯する。：とによ−・て、あるいはホウｆ
ヒ物と低融点抽剤を１１１音１、目的物ｌ＼混り物をフ
リ７１・の形態て塗−（１ｉ １．該混音物を焼結する
ことに」＝−）で、ｉｔ：は溶融粉末を被被覆目的物ハ
・プラズマ溶射することによ−）で容易に塗布すること
がてきる。これらの技法はセラミックス業者によく知ら
れているものである。燃料ペレット上に薄い被覆を塗布
するために、ペレット上に溶融ホウ化物をプラズマ溶射
することが好適な技法である。
また、ホウ化物被覆６は塩浴からの電気めっきにより塗
布することができる。この方法を使用する場合、燃料ペ
レットを非常に薄い導電性層で予備被覆し、この薄い導
電性層の上にホウ化物被覆を電気めっきしなければなら
ない。
布することができる。この方法を使用する場合、燃料ペ
レットを非常に薄い導電性層で予備被覆し、この薄い導
電性層の上にホウ化物被覆を電気めっきしなければなら
ない。
別法として、ホウ化物被覆６は化学的蒸着により塗布す
ることができる。ホウ化物を沈着するための慣用の蒸気
沈着方法に使用する若干の化学薬品が酸化物核燃料と反
応する傾向にあるために、本出願人のベルギー特許第８
９８，９７１号明細書に記載したように酸化物核燃料を
金属ニオブのような非反応性被覆て予備被覆することが
通常必要である。
ることができる。ホウ化物を沈着するための慣用の蒸気
沈着方法に使用する若干の化学薬品が酸化物核燃料と反
応する傾向にあるために、本出願人のベルギー特許第８
９８，９７１号明細書に記載したように酸化物核燃料を
金属ニオブのような非反応性被覆て予備被覆することが
通常必要である。
また、ホウ化物被覆はイオンスパッター、蒸気めっき、
または減圧金属被覆法により塗布することかてきる。こ
の技法はμ′！、覆物質、例えば−、ホウ化リジルコニ
ウム減圧室゛ζ制御された速度て少量気ｆヒするために
加μｍすることか必要である。被覆物質は電気加熱器、
電気アーク、イオンカンまた（」電子ガンにより加熱て
きる。肢被覆目的物ζ」減圧室中で比較的低温にＩｌｔ
持され、その結果被覆物質蒸気は該目的物へ凝集して［
皮覆を形成する。被覆か蒸気から分子を相接して沈着す
るものであるために、厚い被覆の形成は比較的時間を消
費する。
または減圧金属被覆法により塗布することかてきる。こ
の技法はμ′！、覆物質、例えば−、ホウ化リジルコニ
ウム減圧室゛ζ制御された速度て少量気ｆヒするために
加μｍすることか必要である。被覆物質は電気加熱器、
電気アーク、イオンカンまた（」電子ガンにより加熱て
きる。肢被覆目的物ζ」減圧室中で比較的低温にＩｌｔ
持され、その結果被覆物質蒸気は該目的物へ凝集して［
皮覆を形成する。被覆か蒸気から分子を相接して沈着す
るものであるために、厚い被覆の形成は比較的時間を消
費する。
しかし、１ニゲ）方法は子皓被覆の必要がなく、被覆物
質か非常に濃密である必要番」なく、また正確に成形す
る必要がなく、目′ノ被覆のＩ７さを正確に制御できろ
という明らかな利点をもつ。
質か非常に濃密である必要番」なく、また正確に成形す
る必要がなく、目′ノ被覆のＩ７さを正確に制御できろ
という明らかな利点をもつ。
今や明確になったＪ−うに、本発明は原子炉炉心中の燃
料ペレッ）・グ）はとんどまたは全てを被覆することを
可能にするものであるために、Ｐ（：Ｔによる損傷に対
して抵抗力のある燃Ｆ１棒を製造することがてきる。更
に、従来技１４：１による燃料棒より少ないホウ素−１
０を合む本発明のホウ索禽有撚料棒は燃料棒中て発生ず
るヘリウノ、及びリチウｌ、が少ない。これは過剰の内
部圧力が燃料棒の寿命に悪影響を及ぼずことがあるなめ
に重要である。
料ペレッ）・グ）はとんどまたは全てを被覆することを
可能にするものであるために、Ｐ（：Ｔによる損傷に対
して抵抗力のある燃Ｆ１棒を製造することがてきる。更
に、従来技１４：１による燃料棒より少ないホウ素−１
０を合む本発明のホウ索禽有撚料棒は燃料棒中て発生ず
るヘリウノ、及びリチウｌ、が少ない。これは過剰の内
部圧力が燃料棒の寿命に悪影響を及ぼずことがあるなめ
に重要である。
更に、本発明は初ｍ、すなわち燃料の時点て炉心の過剰
反応度を制御し、その結果、より効果的に、より均一に
、月つ他のタイプの反応度制御剤を多量に使用すること
なしに過剰反応度を制御することができる。これは中性
子及び燃料をより有効に使用することになり、また化学
的４１１調整剤を使用する場合、各原子炉サイクル中で
回収しなければならない化学的粗調整剤の水の体積を大
幅に低減する。
反応度を制御し、その結果、より効果的に、より均一に
、月つ他のタイプの反応度制御剤を多量に使用すること
なしに過剰反応度を制御することができる。これは中性
子及び燃料をより有効に使用することになり、また化学
的４１１調整剤を使用する場合、各原子炉サイクル中で
回収しなければならない化学的粗調整剤の水の体積を大
幅に低減する。
第１図は燃料棒の縦断面図てあり、第２図は燃料棒の断
面図てあり、第３図は断面で得られる原子炉炉心の概要
図であり、第４図は従来の技術燃料集音体に化学的１且
調整を使用した場きの時間の関数としての原子炉冷却剤
中のホウ素濃度を説明する線図てあり、第５図は本発明
を使用した時間の関数しとての原子炉冷却剤中のホウ素
濃度を説明する線図である。図中、１・・・燃料棒、２
・・被覆管、３・・端栓（プラグ） ４・・端栓（プラ
ク）、５ペレッｌ−（燃料ペレッ１−）、Ｃ）・−・被
覆、７ 燃料集音体、１０ 炉心。 ＦＩＧ、３ ＦＪＧ、５
面図てあり、第３図は断面で得られる原子炉炉心の概要
図であり、第４図は従来の技術燃料集音体に化学的１且
調整を使用した場きの時間の関数としての原子炉冷却剤
中のホウ素濃度を説明する線図てあり、第５図は本発明
を使用した時間の関数しとての原子炉冷却剤中のホウ素
濃度を説明する線図である。図中、１・・・燃料棒、２
・・被覆管、３・・端栓（プラグ） ４・・端栓（プラ
ク）、５ペレッｌ−（燃料ペレッ１−）、Ｃ）・−・被
覆、７ 燃料集音体、１０ 炉心。 ＦＩＧ、３ ＦＪＧ、５
Claims (1)
- 密閉した端部をもつ被覆管及び該被覆管中に端部と端部
を接するように積み重ねた多数の核燃料ペレットからな
る核燃料棒であって、該ペレットが核燃料と被覆管の直
接の接触を防止するための被覆をもち、且つ該被覆が可
燃性毒物からなる核燃料棒において、可燃性毒物が天然
ホウ素と比較してホウ素−１０が減損したホウ化物を含
有することを特徴とする核燃料棒。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US629533 | 1984-07-10 | ||
| US06/629,533 US4818477A (en) | 1984-07-10 | 1984-07-10 | PCI resistant fuel and method and apparatus for controlling reactivity in a reactor core |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6135393A true JPS6135393A (ja) | 1986-02-19 |
Family
ID=24523408
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15033885A Pending JPS6135393A (ja) | 1984-07-10 | 1985-07-10 | 核燃料棒 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4818477A (ja) |
| JP (1) | JPS6135393A (ja) |
| FR (1) | FR2567676B1 (ja) |
| IT (1) | IT1184646B (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2016024157A (ja) * | 2014-07-24 | 2016-02-08 | 原子燃料工業株式会社 | 燃料棒および前記燃料棒を備えた核燃料集合体 |
| JP2020511642A (ja) * | 2017-03-17 | 2020-04-16 | ウエスチングハウス・エレクトリック・カンパニー・エルエルシー | 水と蒸気による酸化への高い耐性を有する被膜を施されたＵ３Ｓｉ２ペレット |
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| DE60226947D1 (de) * | 2002-03-11 | 2008-07-17 | Urenco Nederland Bv | Kernbrennstoff aus einer Uran-Molybdän-Legierung |
| US7139360B2 (en) * | 2004-10-14 | 2006-11-21 | Westinghouse Electric Co. Llc | Use of boron or enriched boron 10 in UO2 |
| EP1780729A3 (en) * | 2005-09-23 | 2007-06-06 | Westinghouse Electric Company LLC | Fuel assembly with boron containing nuclear fuel |
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| FR2961623B1 (fr) | 2010-06-16 | 2013-08-30 | Commissariat Energie Atomique | Joint d'interface solide a porosite ouverte pour crayon de combustible nucleaire et pour barre de commande nucleaire |
| FR2961624B1 (fr) | 2010-06-16 | 2014-11-28 | Commissariat Energie Atomique | Joint d'interface solide a porosite ouverte pour crayon de combustible nucleaire et pour barre de commande nucleaire |
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| CN114752749B (zh) * | 2022-04-18 | 2023-02-28 | 西安交通大学 | 一种提高包壳材料在快中子辐照环境中耐受能力的方法 |
| CN115376711B (zh) * | 2022-08-15 | 2024-01-23 | 上海核工程研究设计院股份有限公司 | 一种压水堆核电厂燃料棒硼10涂覆分布检测方法及系统 |
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| US3372213A (en) * | 1963-12-16 | 1968-03-05 | Sumitomo Electric Industries | Method of manufacturing oxide nuclear fuel containing a boride |
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- 1985-07-09 FR FR858510503A patent/FR2567676B1/fr not_active Expired
- 1985-07-10 JP JP15033885A patent/JPS6135393A/ja active Pending
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|---|---|---|---|---|
| JPS497838A (ja) * | 1972-05-12 | 1974-01-24 | ||
| JPS5840158A (ja) * | 1981-08-31 | 1983-03-09 | 山本 惣一 | 籾摺装置 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013521494A (ja) * | 2010-03-01 | 2013-06-10 | ウェスティングハウス エレクトリック スウェーデン アーベー | 燃料材および燃料材の製造方法 |
| JP2016024157A (ja) * | 2014-07-24 | 2016-02-08 | 原子燃料工業株式会社 | 燃料棒および前記燃料棒を備えた核燃料集合体 |
| JP2020511642A (ja) * | 2017-03-17 | 2020-04-16 | ウエスチングハウス・エレクトリック・カンパニー・エルエルシー | 水と蒸気による酸化への高い耐性を有する被膜を施されたＵ３Ｓｉ２ペレット |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2567676B1 (fr) | 1989-10-13 |
| IT1184646B (it) | 1987-10-28 |
| US4818477A (en) | 1989-04-04 |
| FR2567676A1 (fr) | 1986-01-17 |
| IT8521296A0 (it) | 1985-06-26 |
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