JPS62102184A - セグメント燃料棒 - Google Patents
セグメント燃料棒Info
- Publication number
- JPS62102184A JPS62102184A JP60241478A JP24147885A JPS62102184A JP S62102184 A JPS62102184 A JP S62102184A JP 60241478 A JP60241478 A JP 60241478A JP 24147885 A JP24147885 A JP 24147885A JP S62102184 A JPS62102184 A JP S62102184A
- Authority
- JP
- Japan
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- end plug
- fuel
- segment
- fuel rod
- connecting end
- Prior art date
- 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
- 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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は原子炉の核燃料に係り、特に隣接する燃料棒に
局所的な高出力部を生じさせないセグメント燃料棒に関
する。
局所的な高出力部を生じさせないセグメント燃料棒に関
する。
従来のセグメント燃料は、ジルコニウム合金（ジルカロ
イ）より成る被覆管に、核分裂物質を焼結したペレット
を複数個装填し、両端にジルカロイ製端栓を溶接するこ
とで密封しであるセグメント燃料要素を、軸方向に複数
個結合させて一本の燃料にしたものである。各々のセグ
メント燃料要素は、一般の長尺燃料と同様に、気体状の
核分裂生成物質（ＦＰガス）を溜めて燃料棒内圧を低く
抑えるプレナムを有しており、プレナムには、輸送中ペ
レットが移動しないようにするためのプレナムスプリン
グ等がはいっている。また、最上部セグメント燃料要素
の上部端栓及び最下部セグメント燃料要素の下部端栓は
、各々上記タイプレート、下部タイプレートと歌合する
ため、長尺燃料棒の上部端栓、下部端栓と同一の構造を
有しているのに対し、各セグメント燃料要素間の端栓は
、相接する端栓と、ネジ機構、カシメ機構等で結合でき
るような構造を有する結合端栓となっている。
イ）より成る被覆管に、核分裂物質を焼結したペレット
を複数個装填し、両端にジルカロイ製端栓を溶接するこ
とで密封しであるセグメント燃料要素を、軸方向に複数
個結合させて一本の燃料にしたものである。各々のセグ
メント燃料要素は、一般の長尺燃料と同様に、気体状の
核分裂生成物質（ＦＰガス）を溜めて燃料棒内圧を低く
抑えるプレナムを有しており、プレナムには、輸送中ペ
レットが移動しないようにするためのプレナムスプリン
グ等がはいっている。また、最上部セグメント燃料要素
の上部端栓及び最下部セグメント燃料要素の下部端栓は
、各々上記タイプレート、下部タイプレートと歌合する
ため、長尺燃料棒の上部端栓、下部端栓と同一の構造を
有しているのに対し、各セグメント燃料要素間の端栓は
、相接する端栓と、ネジ機構、カシメ機構等で結合でき
るような構造を有する結合端栓となっている。
このセグメント燃料棒は、一般に、通常の長尺燃料棒及
びウォータロッドとともに、スペーサやタイプレートで
束ねられて燃料集合体を構成する。
びウォータロッドとともに、スペーサやタイプレートで
束ねられて燃料集合体を構成する。
セグメント燃料棒を含む燃料集合体は、セグメント燃料
要素のプレナム部や、結合端栓部を含む水平断面では、
水対ウラン比が他に比べて大きくなり、中性子減速能が
大きくなるので、プレナム部や結合端栓部に隣接する部
分は熱中性子束が増し、反応度が高くなる。その結果、
第７図に示すように、セグメント燃料棒に隣接する長尺
燃料棒の軸方向出力分布に、局所的なピーク（パワース
パイク）が発生することになる。高出力部にパワースパ
イクが発生すると、局所的に設計線出力密゛度を超えて
しまう可能性が生じ、燃料棒の健全性上良くない。
要素のプレナム部や、結合端栓部を含む水平断面では、
水対ウラン比が他に比べて大きくなり、中性子減速能が
大きくなるので、プレナム部や結合端栓部に隣接する部
分は熱中性子束が増し、反応度が高くなる。その結果、
第７図に示すように、セグメント燃料棒に隣接する長尺
燃料棒の軸方向出力分布に、局所的なピーク（パワース
パイク）が発生することになる。高出力部にパワースパ
イクが発生すると、局所的に設計線出力密゛度を超えて
しまう可能性が生じ、燃料棒の健全性上良くない。
そこで、このパワースパイクを抑えるため、プレナム部
に、中性子吸収物質（たとえばハフニウム）により構成
される円筒（ハフニウムスリーブ）を設けて、プレナム
部近傍での余剰熱中性子を吸収する方策がとられている
が、結合端栓部近傍については何ら考慮されていない。
に、中性子吸収物質（たとえばハフニウム）により構成
される円筒（ハフニウムスリーブ）を設けて、プレナム
部近傍での余剰熱中性子を吸収する方策がとられている
が、結合端栓部近傍については何ら考慮されていない。
本発明の目的は、隣接する燃料棒にパワースパイクを生
じさせることがなく、健全性を保ちうるセグメント燃料
棒を提供することにある。
じさせることがなく、健全性を保ちうるセグメント燃料
棒を提供することにある。
前述のように、セグメント燃料要素結合端栓部に隣接す
る部分でパワースパイクが発生するのは、該結合端栓部
にペレットが無いため、局所的に水（減速材）対ウラン
比が大きくなって、中性子の減速効果が高まり、熱中性
子束が大きくなることから反応度が上昇するためである
。これを防止するためには、当該部分の余剰の熱中性子
を吸収するのが最も効率がよい。したがって、本発明に
おいて、結合端栓部に中性子吸収能力の高い物質を組み
込むことや、あるいは中性子吸収物質でもって結合端栓
を構成するようにしたものである。
る部分でパワースパイクが発生するのは、該結合端栓部
にペレットが無いため、局所的に水（減速材）対ウラン
比が大きくなって、中性子の減速効果が高まり、熱中性
子束が大きくなることから反応度が上昇するためである
。これを防止するためには、当該部分の余剰の熱中性子
を吸収するのが最も効率がよい。したがって、本発明に
おいて、結合端栓部に中性子吸収能力の高い物質を組み
込むことや、あるいは中性子吸収物質でもって結合端栓
を構成するようにしたものである。
以下、本発明の一実施例を図によって説明する。
第１図は本発明によるセグメント燃料棒と従来の長尺燃
料棒を比較のため示した図である。セグメント燃料棒１
は、１本の上部セグメント燃料要素２と１本の下部セグ
メント燃料要素３と、前記上部セグメント要素２と下部
セグメント要素３とにはさまれた１本〜複数本の中間セ
グメント要素４とを軸方向に結合して構成される。前記
各セグメント要素は以下に示すように、長尺燃料棒５と
基本的には同様な構成となっている。すなわち、ジルコ
ニウム基合金（以下ジルカロイと称する。）製の被覆管
６に、ウランの酸化物等を焼結させて成形したペレット
７を複数個装填し、被覆管６の上端および下端は、それ
ぞれ上部端栓８．下部端栓９を溶接されることにより密
封される。燃料棒内の空隙部（プレナム）にはペレット
７が移動しないようにプレナムスプリング１０が放置さ
れている。ここで、上記セグメント要素２の上部端栓８
および下部セグメント燃料要素３の下部端栓９を除いた
端栓は、相隣るセグメント燃料要素と結合するため、ネ
ジ等の結合構造を有した上部結合端栓８１あるいは下部
結合端栓９１とになっている。第２図は前記セグメント
燃料要素のうち中間セグメント燃料要素４を示したもの
である。前記プレナム部分には、プレナムスプリング１
０のほか、中性子吸収物質で作せれたスリーブ１１が前
記プレナムスプリング１０と前記被覆管６との間にはさ
まれるように設置されている。
料棒を比較のため示した図である。セグメント燃料棒１
は、１本の上部セグメント燃料要素２と１本の下部セグ
メント燃料要素３と、前記上部セグメント要素２と下部
セグメント要素３とにはさまれた１本〜複数本の中間セ
グメント要素４とを軸方向に結合して構成される。前記
各セグメント要素は以下に示すように、長尺燃料棒５と
基本的には同様な構成となっている。すなわち、ジルコ
ニウム基合金（以下ジルカロイと称する。）製の被覆管
６に、ウランの酸化物等を焼結させて成形したペレット
７を複数個装填し、被覆管６の上端および下端は、それ
ぞれ上部端栓８．下部端栓９を溶接されることにより密
封される。燃料棒内の空隙部（プレナム）にはペレット
７が移動しないようにプレナムスプリング１０が放置さ
れている。ここで、上記セグメント要素２の上部端栓８
および下部セグメント燃料要素３の下部端栓９を除いた
端栓は、相隣るセグメント燃料要素と結合するため、ネ
ジ等の結合構造を有した上部結合端栓８１あるいは下部
結合端栓９１とになっている。第２図は前記セグメント
燃料要素のうち中間セグメント燃料要素４を示したもの
である。前記プレナム部分には、プレナムスプリング１
０のほか、中性子吸収物質で作せれたスリーブ１１が前
記プレナムスプリング１０と前記被覆管６との間にはさ
まれるように設置されている。
第３図は上部結合端栓８１および下部結合端栓９１の詳
細図を示すものである。
細図を示すものである。
上部結合端栓８１は、被覆管６と同じジルカロイで構成
された中空の上部結合端栓本体８１１と前記上部結合端
栓本体８１１の中空部を密封するための上部結合端栓蓋
部８１２とで構造部を形成している。一方、下部結合端
栓９１は、上部結合端栓８１と同様、ジルカロイで構成
された中空の下部結合端栓本体９１１と、下部結合端栓
蓋部９１２とで構造部を形成している。前記上部結合端
栓８１の中空部及び下部結合端栓９１の中空部にはそれ
ぞれ、（ｎ ｔ γ）反応で中性子を吸収する物質（以
下、（ｎ ｔ γ）中性子吸収材とする。）１２が充填
されている。（ｒｔ＋ γ）中性子吸収材としては、ハ
フニウム、ユーロピウム、ディスプロシウムの各単体あ
るいはそれらの安定な化合物（たとえば酸化物）、ある
いは上記物質の混合物が考えられる。これらの（ｎ、γ
）中性子吸収材は、熱中性子あるいは熱外中性子の吸収
断面積が大きいので、上部結合端栓部８１及び下部結合
端幹部９１に侵入してきた熱中性子あるいは熱外中性子
をよく吸収し、その近傍の熱中性子束を小さく抑えるこ
とができる。その結果、セグメント燃料棒に隣接する長
尺燃料棒の軸方向出力分布には第８図に示すようなパワ
ースパイクが】生ずることなく、第４図に示すようなな
めらかなものとなる。このため、出力ピーク位置でも、
線出力密度が設計値を上回ることがなく、燃料集合体の
信頼性を大幅に増加することができる。
された中空の上部結合端栓本体８１１と前記上部結合端
栓本体８１１の中空部を密封するための上部結合端栓蓋
部８１２とで構造部を形成している。一方、下部結合端
栓９１は、上部結合端栓８１と同様、ジルカロイで構成
された中空の下部結合端栓本体９１１と、下部結合端栓
蓋部９１２とで構造部を形成している。前記上部結合端
栓８１の中空部及び下部結合端栓９１の中空部にはそれ
ぞれ、（ｎ ｔ γ）反応で中性子を吸収する物質（以
下、（ｎ ｔ γ）中性子吸収材とする。）１２が充填
されている。（ｒｔ＋ γ）中性子吸収材としては、ハ
フニウム、ユーロピウム、ディスプロシウムの各単体あ
るいはそれらの安定な化合物（たとえば酸化物）、ある
いは上記物質の混合物が考えられる。これらの（ｎ、γ
）中性子吸収材は、熱中性子あるいは熱外中性子の吸収
断面積が大きいので、上部結合端栓部８１及び下部結合
端幹部９１に侵入してきた熱中性子あるいは熱外中性子
をよく吸収し、その近傍の熱中性子束を小さく抑えるこ
とができる。その結果、セグメント燃料棒に隣接する長
尺燃料棒の軸方向出力分布には第８図に示すようなパワ
ースパイクが】生ずることなく、第４図に示すようなな
めらかなものとなる。このため、出力ピーク位置でも、
線出力密度が設計値を上回ることがなく、燃料集合体の
信頼性を大幅に増加することができる。
前記（ｎｏ γ）中性子吸収材のハフニウム、ユーロピ
ウム、ディスプロシウムは、単に、熱中性子あるいは熱
外中性子の吸収断面積が大きいだけでなく、（ｎｔ γ
）反応によって生成する同位体もまた、熱中性子あるい
は熱外中性子の吸収断面積が大きいという特徴を有して
いるので、長期間にわたって前記の効果を有することに
なる。
ウム、ディスプロシウムは、単に、熱中性子あるいは熱
外中性子の吸収断面積が大きいだけでなく、（ｎｔ γ
）反応によって生成する同位体もまた、熱中性子あるい
は熱外中性子の吸収断面積が大きいという特徴を有して
いるので、長期間にわたって前記の効果を有することに
なる。
本発明の第二の実施例であるセグメント燃料棒を第５図
により説明する。第５図は、セグメント燃料要素の結合
端栓の断面図であるが、第一の実施例と同様、上部結合
端栓本体８１１と上部結合端栓蓋部８１２とで中空部を
有する上部結合端栓８１を形成し、下部結合端栓９１も
、下部結合端栓本体９１１と下部結合端栓蓋部９１２と
から中空部を成している。第二の実施例では、上記中空
部に、（ｎｏ α）反応で中性子を吸収する物質（以下
、（ｎ、α）中性子吸収材とする。）１３が充填されて
いる。（ｎｏ α）中性子吸収材としては、ボロン単体
あるいはその安定な化合物（たとえば炭化物）、あるい
はそれらの混合物が考えられる。ボロンは、熱中性子の
吸収断面積が大きいので、やはり、上部結合端栓部８１
及び下部結合端栓部９１の近傍の熱中性子束を小さく抑
えることができ、セグメント燃料棒に隣接する長尺燃料
棒の軸方向出力分布は第４図のようになめらかにできる
。また、前記ボロンは、（ｎ、α）反応で中性子を吸収
し、ヘリウムを放出する。放出されたヘリウムは端栓中
空部の内圧を高め、ついには破損に至る恐れがあるため
、上部結合端栓蓋部８１２及び下部結合端栓９１２には
、ヘリウムガスを被覆管６内夛、こ導く貫通孔１５を１
個〜複数個設けている。また、貫通孔１５より（ｎｔ
α）中性子吸収材１３が漏洩するのを防ぐため、メタル
ウール等で構成されるフィルター１４が、設けである。
により説明する。第５図は、セグメント燃料要素の結合
端栓の断面図であるが、第一の実施例と同様、上部結合
端栓本体８１１と上部結合端栓蓋部８１２とで中空部を
有する上部結合端栓８１を形成し、下部結合端栓９１も
、下部結合端栓本体９１１と下部結合端栓蓋部９１２と
から中空部を成している。第二の実施例では、上記中空
部に、（ｎｏ α）反応で中性子を吸収する物質（以下
、（ｎ、α）中性子吸収材とする。）１３が充填されて
いる。（ｎｏ α）中性子吸収材としては、ボロン単体
あるいはその安定な化合物（たとえば炭化物）、あるい
はそれらの混合物が考えられる。ボロンは、熱中性子の
吸収断面積が大きいので、やはり、上部結合端栓部８１
及び下部結合端栓部９１の近傍の熱中性子束を小さく抑
えることができ、セグメント燃料棒に隣接する長尺燃料
棒の軸方向出力分布は第４図のようになめらかにできる
。また、前記ボロンは、（ｎ、α）反応で中性子を吸収
し、ヘリウムを放出する。放出されたヘリウムは端栓中
空部の内圧を高め、ついには破損に至る恐れがあるため
、上部結合端栓蓋部８１２及び下部結合端栓９１２には
、ヘリウムガスを被覆管６内夛、こ導く貫通孔１５を１
個〜複数個設けている。また、貫通孔１５より（ｎｔ
α）中性子吸収材１３が漏洩するのを防ぐため、メタル
ウール等で構成されるフィルター１４が、設けである。
ここで、被覆管６内に導かれたヘリウムは、分子量が小
さいため、熱伝導性がよいことが知られている。したが
って１本実施例によると、前記の効果の他、ペレット７
と被覆管６との間のギャップ熱伝達がよくなり、ペレッ
ト７の温度を下げてセグメント燃料要素の健全性も向上
させる効果がある。
さいため、熱伝導性がよいことが知られている。したが
って１本実施例によると、前記の効果の他、ペレット７
と被覆管６との間のギャップ熱伝達がよくなり、ペレッ
ト７の温度を下げてセグメント燃料要素の健全性も向上
させる効果がある。
第６図は、本発明の第三の実施例である。本実施例のセ
グメント燃料棒の上部結合端栓８１及び下部結合端栓９
１は、ハフニウムの単体あるいはハフニウムとジルコニ
ウムとの固溶体で形成されている。本実施例によると、
第一の実施例と同様な効果を有するほか、製造が容易な
ため、経済的に有利となる。
グメント燃料棒の上部結合端栓８１及び下部結合端栓９
１は、ハフニウムの単体あるいはハフニウムとジルコニ
ウムとの固溶体で形成されている。本実施例によると、
第一の実施例と同様な効果を有するほか、製造が容易な
ため、経済的に有利となる。
以上のように、本発明によれば、セグメント燃料棒の結
合端栓部近傍の熱中性子束を均一化できるので、隣接す
る長尺燃料棒の局所的な出力上昇（パワースパイク）を
防止する効果がある。
合端栓部近傍の熱中性子束を均一化できるので、隣接す
る長尺燃料棒の局所的な出力上昇（パワースパイク）を
防止する効果がある。
第１図は、本発明の一実施例のセグメント燃料棒と、従
来の長尺燃料棒の各々の部分的な断面図を並記した説明
図、第２図は、中間セグメント燃料要素の正面図、第３
図は本発明の第一の実施例であるセグメント燃料要素の
上部結合端栓及び下部結合端栓の詳細断面図、第４図は
、本発明によるセグメント燃料棒に隣接する長尺燃料棒
の軸方向出力分布図、第５図は１本発明の第二の実施例
であるセグメント燃料要素の上部結合端栓及び下部結合
端栓の詳細断面図、第６図、本発明の第三の実施例であ
るセグメント燃料要素の上部結合端栓及び下部結合端栓
の詳細断面図、第７図は、従来のセグメント燃料棒に隣
接する長尺燃料の軸方向出力分布図である。 １・・・セグメント燃料棒、５・・・長尺燃料棒、６・
・・被覆管、７・・・ペレット、１４・・・フィルター
、８１・・・上部結合端栓、９１・・・下部結合端栓、
８１１・・・上部結合端栓本体、８１２・・・上部結合
端栓蓋部。
来の長尺燃料棒の各々の部分的な断面図を並記した説明
図、第２図は、中間セグメント燃料要素の正面図、第３
図は本発明の第一の実施例であるセグメント燃料要素の
上部結合端栓及び下部結合端栓の詳細断面図、第４図は
、本発明によるセグメント燃料棒に隣接する長尺燃料棒
の軸方向出力分布図、第５図は１本発明の第二の実施例
であるセグメント燃料要素の上部結合端栓及び下部結合
端栓の詳細断面図、第６図、本発明の第三の実施例であ
るセグメント燃料要素の上部結合端栓及び下部結合端栓
の詳細断面図、第７図は、従来のセグメント燃料棒に隣
接する長尺燃料の軸方向出力分布図である。 １・・・セグメント燃料棒、５・・・長尺燃料棒、６・
・・被覆管、７・・・ペレット、１４・・・フィルター
、８１・・・上部結合端栓、９１・・・下部結合端栓、
８１１・・・上部結合端栓本体、８１２・・・上部結合
端栓蓋部。
Claims (1)
- １、核分裂性物質を焼結したペレットを複数個被覆管に
装填し、被覆管の両端を、端栓を溶接で密封してなる短
尺のセグメント燃料要素を、複数本軸方向につなぎ合わ
せて一本の燃料棒としたセグメント燃料において、相隣
るセグメント燃料要素を結合する結合端栓が、中性子吸
収物質を含むことを特徴とするセグメント燃料棒。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60241478A JPS62102184A (ja) | 1985-10-30 | 1985-10-30 | セグメント燃料棒 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60241478A JPS62102184A (ja) | 1985-10-30 | 1985-10-30 | セグメント燃料棒 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62102184A true JPS62102184A (ja) | 1987-05-12 |
Family
ID=17074910
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60241478A Pending JPS62102184A (ja) | 1985-10-30 | 1985-10-30 | セグメント燃料棒 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62102184A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2071579A3 (en) * | 2007-11-28 | 2009-06-24 | GE-Hitachi Nuclear Energy Americas LLC | Fuel bundle assembly with reduced risk of damage |
| US8565367B2 (en) | 2008-04-08 | 2013-10-22 | Global Nuclear Fuel-Americas, Llc | Detachable nuclear reactor fuel assembly component |
-
1985
- 1985-10-30 JP JP60241478A patent/JPS62102184A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2071579A3 (en) * | 2007-11-28 | 2009-06-24 | GE-Hitachi Nuclear Energy Americas LLC | Fuel bundle assembly with reduced risk of damage |
| US9202598B2 (en) | 2007-11-28 | 2015-12-01 | Ge-Hitachi Nuclear Energy Americas Llc | Fail-free fuel bundle assembly |
| US8565367B2 (en) | 2008-04-08 | 2013-10-22 | Global Nuclear Fuel-Americas, Llc | Detachable nuclear reactor fuel assembly component |
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