JPS62127693A - 原子炉燃料リテ−ナ - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は原子炉用燃料要素に関する。

発明が解決しようとする問題点 本発明は核燃料ペレットのスタックを管状被覆の内部に
収容し、この管状被覆が照射中ペレットから放出される
核分裂気体を収容するためのプレナム空間をも作るよう
な型式の燃料要素に特に適用される。

燃料要素の中にプレナム空間が存在することにより、ペ
レット間に隙間が発生セずペレットスタックが燃料要素
の縦方向の所望の位置にとどまるようにする課題が生ず
る。特に原子炉に据付ける前の燃料要素の取扱および輸
送中に、このようなペレット間の隙間や燃料の移動が起
こり得る危険がある。

他方では、いったん燃料要素を原子炉に据付けて燃料要
素が照射を受けると、燃料ペレットのスタックを膨張さ
せることができなければならない。

本発明は上述の要求を確実に満すような核燃料要素用の
比較的簡単で廉価な形の燃料リテーナを捉供しようとず
ろものである。

問題点を解決づ−るための手段 本発明の一つの特徴によれば、核燃料要素に挿入するた
めのリテーナを折供するものであって、前記リテーナは
少なくとも一部環状の形状に形成された所定長さのバイ
メタル材料からなり、バイメタル材料の大きい方の熱膨
張係数をもつ第一の金属層は（部分）環状部の外側に配
置され、小さい方の熱膨張係数をもつ第二の金属層は（
部分）環状部の内側に配置され、これによりリテーナの
主要な横断面寸法が温度の増加に応答して減少する。

本発明のもうひとつの特徴によれば、管状さやと、さや
の内部に密閉された核燃料コラムと、さやの内面との摩
擦係合によって燃料コラムの一端に又はその一端に隣接
して位置決めされたリテーナとからなり、摩擦係合は温
度の増加とともに減少し、これにより照射前リテーナは
前記摩擦係合によって燃料コラムの軸線方向の移動を拘
束するように働らくが、原子炉内で燃料要素の照射時に
は、摩擦係合の減少によりリテーナが燃料コラムの軸線
方向の膨張を妨げないようにする、原子炉用燃料要素を
提供ずろ。

本発明のさらに別のＴＶ　１１によれば、管状さやと、
さやの内部に密閉された核燃料コラムと、照射前燃料二
」ラドの軸線方向の移動を拘束するためにさやに挿入さ
れたバイメタルリテーナとからなり、リテーナが軸線力
向の拘束を行う締り嵌めとしてさやに受け入れられ且つ
リテーナのバイメタル特性により温度の増加に応答して
リテーナの主要な横断面寸法を減少させるように構成さ
れており、これによりリテーナによって加えられる拘束
が照射状態下では燃料コラムの膨張を拘束するのには不
十分である、原子炉用燃料要素を提供する。

リテーナは軸線方向のスロットおよび軸線方向に延びた
折り曲げ部分をもった全体としてＣ−形をなすのがよく
、この折り曲げ部分は軸線方向からみて、リテーナの内
部領域から外方に延びるにつれて末広がりをなす平らな
側面を有するのが良い。この平らな側面は中心軸線から
外方に延びるのがよい。

リテーナは複数の角度的に間隔をへたてた位置でさやの
内面に係合するように形作られる。例えば、Ｃ−形のリ
テーナの直径は、リテーナがスロットの縁部および折り
曲げ部分の角度的に間隔をへだてた外端部間の接合部で
内面に係合するようにさやの内面の直径よりも僅かに大
きいのが良い。

変形例として、リテーナは小さい方の熱膨張係数の金属
層を内側にそして、大きい方の熱膨張係数の金属層をり
Ｉ側にもつ平らなス）ＩＪツブで形成された螺旋体でも
よい。

螺旋状のリテーナは一端に、燃料フラノ、の一端と係合
するための直径方向の部分を有するのが良い。

本発明を様々な方法で実施することができ、二つの特定
の実施例と可能な変形を添付図面を参照して例示として
以下説明する。

実施例 高速原子炉用の燃イ′」ピンが、一般的には、管の端を
密封する端取付具１１．１２を備えた、管状さや又は被
覆１０（第１図）を含む。

被覆には燃料ペレットのスタック又はコラム１３があり
、このスタックの端部には核分裂生成物を収容するプレ
ナム１４．１５がある。燃料コラムの下端部は、核分裂
気体を下部ブレナム空間１４に通過させるメツシュ材料
を備えた固定プラットフォーム１６で支持される。

溶接部の核汚染および溶接の検査中溶接部のＸ線の像の
不明瞭さを回避するために、上端取付具１２を固定する
に当って、最終的な溶接をする前に塩ネタ）ペレットの
スタックを拘束するのが望ましい。

完成したピン組立体のその後の輸送および取扱い中スタ
ックを拘束することが又望寸しく、例えば試験装置が隙
間を、かけたペレット、さもなければ、ゆがんだペレッ
トを指示するものとして読み違えないようにベレット間
の隙間を回避する必要がある。

第２図乃至第４図は燃料被覆の中の燃料ペレットのスタ
ックを拘束するためのリテーナ２ｏの一形態を示す。下
端取付具１１を取付りた後、ペレットを被覆１ｏの頂部
に次々に挿入し、ペレット間に隙間を生しないように慎
重に配列する。次いでリテーナ２・０を挿入して一番上
のペレットに係合させて、最後に上端取（＝Ｊ具１２を
溶接する。

リテーナ２０は被覆１ｏの内面１０ａとの摩擦係合によ
って適所に保持される。被覆を原子炉に装荷すると、温
度の上昇によりリテーナ２ｏの横寸法を減少させるので
燃ネも１ベレン１−のスタック１３は軸線方向」一方に
膨張することができる。

図示したようにリテーナ２ｏは内層２１および外層２２
　（第４図）をもっバイメタル材料のストリップから形
成され、外層２２は内層２１よりも大きな熱膨張係数を
有する。ストリップは全体として円形のＣ字形を形成す
るように曲げられ、例えば９０度（第３図）又は６０度
（第４図）の角度を有する側面２４をもったＶ字断面の
軸線方向折り曲げ部分２３を備える。リテーナ２ｏは自
由縁部２６と折り曲げ部分２３の側面２４の外端部との
接合部２７との間に延びる側部分２５を有する。側部分
２５の外径ば被覆１０の内径より僅かに大きいので、リ
テーナ２０ば角度的に間隔をへだてた４つの位置（軸線
方向にみて）で即ち接合部２７および自由縁部２６の外
縁部２６ａで表面１０ａに係合する。

第５図はリテーナ２０をどのようにして被覆１０に挿入
することができるかを示ず。スタ・ツク１３を挿入した
被覆１０の上端部を本体４１′のボア４０′に挿入する
と、被覆１０の端部は、僅かに末広がりのボア４４に通
ずる縮径のボア４３′の端部の肩４２′に当接する。

リテーナ２０を最初にボア４４に入れ、ボア４３′の中
へ軸線方向に押し入れ、次いでボア４３′を通して軸線
方向に移動させ、この移動により、リテーナを半径方向
に収縮させ、被覆に自由に挿入できるようにする。しか
る後、リテーナは側方に膨張して表面１０ａと係合し、
するとリテーナを、スタック１３の頂面に当接するよう
に軸線力向に移動させることができる。次いで被覆１０
をボア４０′から取り出し、−１一端取付具１２を適所
に固定する。

さて第６図乃至第９図を参照すると、リテーナ４０は、
平らなハイメクルストリップを螺旋体に巻いて一端の端
部分を直径十に位置するように折り曲げることによって
形成される。熱膨張の小さい方の金属は螺旋体の内側４
２にあり、熱膨張の大きい方の金属は螺旋体の外側４３
にある。

ストリップの適当な材料は英国、フローリーのチルコン
メタル会社によって製造され商標名チルコン１４０とし
て販売されているものである。

リテーリ−４０は、その回旋部が被覆の内面１０ａに摩
擦係合するように被覆１０に挿入される。

燃料要素を原子炉に装荷し、原子炉を運転すると、温度
の」―界によりリテーナ４０の横断面寸法を減少させる
ので、リテーナはもはや燃料コラムを拘束せず、燃料コ
ラムを軸線方向に膨張させるように移動することができ
、即ち温度が士昇すると螺旋体は半径方向に収縮しスタ
ックの軸線方向の移動に対して実質的に抵抗しない。リ
テーナは、−端に横方向に延び、スタックの端部に係合
することのできる燃料係合ブラットホーム２４を有して
いる。

リテーナ４０は螺旋体として形成されているので、被覆
への挿入は、挿入を行いながら回転作用を用いることに
よって容易になり、この回転の向きは、挿入すなわち回
転に対する摩擦抵抗に直面すると螺旋の半径を減少させ
るような向きである。

リテーナは細長い工具を用いて部分４１に近い方の端を
先にして挿入され、この工具は螺旋体に沿って螺旋体の
内部に挿入され且つ工具、従って螺旋体を回転させるこ
とができるように部分４１を受ジノ入れる横スロットを
有する。燃料ピンが設計仕様書を満さない場合には、最
後の端キャップを取イくｊげる前に部分４１をしっかり
とつかむ細長い工具を用いてリテーナを引き抜く　（回
転および軸線方向運動で）、二とができる。

リテーナ４０を挿入した後、温度１−昇によりリテーナ
の直径を減少させる前に、ベレットのスタックが軸線方
向に移動する傾向によりリテーノーは軸線方向の力を受
け、この力は螺旋体を膨張させようとする効果をもち、
かくして、被覆との摩擦係合をを増大させて、リテーナ
によって与えられるスタックの軸線方向の移動に対する
抵抗を増大させる。

しかしながら、可成りの温度土兄が生じた後には、リテ
ーナ４０はスタックの膨張に応答してコラムの範囲内で
実質的に自由に移動できるような範囲まで収縮するであ
ろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は燃料要素の概略図、第２図は燃料コラム用リテ
ーナの一形態の斜視図、第３図は第２図のリテーナの異
なった縮尺の端面図、第４図はリテーナの違った形態の
端面図、第５図はリテーナ用の挿入ブソシプ、の断面図
、第６図はリテーナの別の好適な形態の側面図、第７図
は第６図の左端からみた端面図、第８図はリテーナの左
端（＝Ｊ近の断面図、第９図は第６図乃至第８図のリテ
ーナを形成するスＩ・ＩＪノブの平面図である。 １０・・・管状さや又は被覆。 １３・・・す然牢斗ペレソＩ・のスタック又はコラム、
２０．４０・　リテーナ、 ２１・・内局又は小さい方の熱膨張係数をもつ金属層、 ２２・・・外層又は大きい方の熱膨張係数をもつ金属層
。 〜．４゜ ｂρ′

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、核燃料要素に挿入するためのリテーナであって、前
   記リテーナが少なくとも一部環状の形状に形成された所
   定長さのバイメタル材料からなり、バイメタル材料の大
   きい方の熱膨張係数をもつ第一の金属層は（部分）環状
   部の外側に配置され、小さい方の熱膨張係数をもつ第二
   の金属層は（部分）環状部の内側に配置され、これによ
   りリテーナの主要な横断面寸法が温度の増加に応答して
   減少することを特徴とするリテーナ。 ２、原子炉用燃料要素は、管状さやと、さやの内部に密
   閉された核燃料コラムと、さやの内面との摩擦係合によ
   って燃料コラムの一端に又はその一端に隣接して位置決
   めされたリテーナとから成り、摩擦係合は温度の増加と
   ともに減少し、これにより照射前、リテーナは前記摩擦
   係合によって燃料コラムの軸線方向の移動を拘束するよ
   うに働らくが、原子炉内で燃料要素の照射時には、摩擦
   係合の減少により、リテーナが燃料コラムの軸線方向の
   膨張を妨げないようにすることを特徴とする燃料要素。 ３、原子炉用燃料要素は管状さやと、さやの内部に密閉
   された核燃料コラムと、照射前燃料コラムの軸線方向の
   移動を拘束するようにさやに挿入されたバイメタルリテ
   ーナとから成り、リテーナは軸線方向の拘束を与えるた
   めに締り嵌めとしてさやに受け入れられ且つリテーナの
   バイメタル特性により温度の増加に応答してリテーナの
   主要な横断面寸法が減少するように構成されており、こ
   れによりリテーナによって加えられる拘束は照射状態の
   下で燃料コラムの膨張を拘束するのには十分でないこと
   を特徴とする燃料要素。 ４、リテーナは少なくとも一部環状の形状に形成された
   所定長さのバイメタル材料から成り、バイメタル材料の
   大きい方の熱膨張係数をもつ第一の金属層は（部分）環
   状部の外側に配置され、小さい方の熱膨張係数をもつ第
   二の金属層は（部分）環状部の内側に配置されているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第２項又は第３項記載の
   燃料要素。 ５、バイメタル材料はストリップの形であり、ストリッ
   プの平面で、ストリップの長さのほぼ横方向に延びる軸
   線のまわりに曲げられることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項乃至第４項記載のリテーナ又は燃料要素。 ６、リテーナは全体としてＣ−形であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項乃至第５項記載のリテーナ又は
   燃料要素。 ７、Ｃ−形のリテーナにはその端部の間の位置に軸線方
   向の溝が形成されていることを特徴とする特許請求の範
   囲第６項記載のリテーナ又は燃料要素。 ８、リテーナは螺旋形状を有することを特徴とする特許
   請求の範囲第１項乃至第５項記載のリテーナ又は燃料要
   素。 ９、螺旋体は燃料コラムの一端と係合するため螺旋体の
   ほぼ直径方向に沿って延びる部分で終わっていることを
   特徴とする特許請求の範囲第８項記載のリテーナ又は燃
   料要素。 １０、螺旋体は、大きい方の熱膨張係数の金属層を螺旋
   体の外側に、小さい方の熱膨張係数の金属層を螺旋体の
   内側にしてバイメタルストリップ材料で巻かれ、螺旋体
   の回旋は、螺旋体を軸線方向に圧縮させ、これにより半
   径方向に膨張するように互いに間隔をへだてていること
   を特徴とする特許請求の範囲第８項又は第９項記載のリ
   テーナ又は燃料要素。