JPS62294994A - 複合核燃料 - Google Patents
複合核燃料Info
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- JPS62294994A JPS62294994A JP61138312A JP13831286A JPS62294994A JP S62294994 A JPS62294994 A JP S62294994A JP 61138312 A JP61138312 A JP 61138312A JP 13831286 A JP13831286 A JP 13831286A JP S62294994 A JPS62294994 A JP S62294994A
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Classifications
-
- 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
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- Diaphragms For Electromechanical Transducers (AREA)
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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】
（産業上の利用分野）
発１毬用原子炉燃料要素における核燃料ペレットと被ｒ
Ｉｉ管との相互作用（ＰＣＩ）に基づく破損確率を低減
し、且つ負荷追従運転が可能な高性能核燃料を提供する
。
Ｉｉ管との相互作用（ＰＣＩ）に基づく破損確率を低減
し、且つ負荷追従運転が可能な高性能核燃料を提供する
。
（従＾術）
水冷却型の原子炉の核燃料は円柱状に成形、焼結したウ
ラン酸化物やプルトニウム酸化物等を核燃料波ｒｉ管に
高熱伝導のヘリウ！、などと供に密封したものを核燃料
要素とし、これを５０〜２００本程度組合せたものを核
燃料集合体として使用している。
ラン酸化物やプルトニウム酸化物等を核燃料波ｒｉ管に
高熱伝導のヘリウ！、などと供に密封したものを核燃料
要素とし、これを５０〜２００本程度組合せたものを核
燃料集合体として使用している。
核燃料要素について更に詳しく説明する。
核燃料ペレットの熱膨張係数は一般に被覆管のそれによ
り大きい。従って被覆管の内径は核燃料ペレットの外径
よりも大きく作られており、通温では０．２〜０６３ｍ
程度の空隙が核燃料ペレットと被ｙ！管の間にある。
り大きい。従って被覆管の内径は核燃料ペレットの外径
よりも大きく作られており、通温では０．２〜０６３ｍ
程度の空隙が核燃料ペレットと被ｙ！管の間にある。
運転中性子に核燃料ペレットに発生する熱を効率よく被
覆管に伝達するために常温で１〜１０気圧の熱伝導の良
好なヘリウム等で前述の空隙を充して被覆管は密封され
ている。
覆管に伝達するために常温で１〜１０気圧の熱伝導の良
好なヘリウム等で前述の空隙を充して被覆管は密封され
ている。
核燃料ペレットは通常その怪と高さが同程度の円柱状に
成型されている。
成型されている。
核燃料ペレットはセラミックであり金属のように靭性が
ない。原子炉の運転中は核燃料ペレットの中心温度は２
０００℃外周面では５００℃であるため核燃料ペレット
の中心部と周辺部では大きな熱応力が発生し第１図（ａ
）に示す核燃料ペレッ１へが第１図（ｂ）に示す様に変
形、破壊する。
ない。原子炉の運転中は核燃料ペレットの中心温度は２
０００℃外周面では５００℃であるため核燃料ペレット
の中心部と周辺部では大きな熱応力が発生し第１図（ａ
）に示す核燃料ペレッ１へが第１図（ｂ）に示す様に変
形、破壊する。
その結果、見掛上核燃料ペレットの体積が大きくなり前
述の被覆管と核燃料ペレット間の空隙がなくなり、核燃
料ペレットが被覆管内面と強く接触しいわゆる被覆管−
核燃料ペレット間に機械的相互作用（ＰＣＩ）が発生す
る。
述の被覆管と核燃料ペレット間の空隙がなくなり、核燃
料ペレットが被覆管内面と強く接触しいわゆる被覆管−
核燃料ペレット間に機械的相互作用（ＰＣＩ）が発生す
る。
その結果、被覆管内面には大きな引張応力が発生し、被
覆管に亀裂が発生する場合がある。被覆管の破損は原子
炉の正常な運転に不都合であり、いかなる場合にてこれ
を避ける必要がある。
覆管に亀裂が発生する場合がある。被覆管の破損は原子
炉の正常な運転に不都合であり、いかなる場合にてこれ
を避ける必要がある。
被覆管のＰＣＩ発生時の現象をさらに詳しく説明する６
被覆管は運転中に中性子の照射によって著しく脆化して
いる。また核燃料ペレットの亀裂発生によって亀裂部と
被覆管が相互の摩擦によって大きなＰＣＩが発生し被ｒ
４１管内表面に大きな引張応力を受けでる。さらに核燃
料ペレットの燃焼によって発生した有害な核反応生成物
が核燃料ペレットから放出される。
いる。また核燃料ペレットの亀裂発生によって亀裂部と
被覆管が相互の摩擦によって大きなＰＣＩが発生し被ｒ
４１管内表面に大きな引張応力を受けでる。さらに核燃
料ペレットの燃焼によって発生した有害な核反応生成物
が核燃料ペレットから放出される。
この様な条件が重なると被覆管の内表面から応力腐食割
れが発生し、それが急激に外部に達し被覆管の破損に至
る。
れが発生し、それが急激に外部に達し被覆管の破損に至
る。
被覆管の破損を防止する手段として現在実行され、ある
いは研究されている方法は次の通りである。
いは研究されている方法は次の通りである。
核燃料に急激な熱負荷をかけ核燃料ペレットからの有害
な核反応生成物の放出をさけるために原子炉の運転法を
規制する。これは電力需要に対応した出力の加減が出来
ないことになり高価な原子炉を有効に利用し得ないこと
になり経済的犠牲が非常に大きい。
な核反応生成物の放出をさけるために原子炉の運転法を
規制する。これは電力需要に対応した出力の加減が出来
ないことになり高価な原子炉を有効に利用し得ないこと
になり経済的犠牲が非常に大きい。
被覆管として現在一般にジルコニウム合金が使用されて
いるが、そのジルマニウム製被ＰＩ管を２重構造とし内
側に高価な純ジルマニウＡのライナーを一体構造的につ
けた被覆管を使用する。純ジルコニウｔ１はジルコニウ
ム合金に比較してその強度が小さいためＰＣＩが発生し
てもそれによって発生する内表面の応力が小さくなり、
また核反応生成物の雰囲気中でのＳＣＣ感受性がジルコ
ニウムより敏感でないために純ジルコニウム製うイナ付
の被覆管はＰＣＩ破損にくらべて安全であるとされてい
る。しかしジルコニウムライナ付の被覆管は非常に高価
であり、またその耐ＰＣＩ破損性も限定的である。
いるが、そのジルマニウム製被ＰＩ管を２重構造とし内
側に高価な純ジルマニウＡのライナーを一体構造的につ
けた被覆管を使用する。純ジルコニウｔ１はジルコニウ
ム合金に比較してその強度が小さいためＰＣＩが発生し
てもそれによって発生する内表面の応力が小さくなり、
また核反応生成物の雰囲気中でのＳＣＣ感受性がジルコ
ニウムより敏感でないために純ジルコニウム製うイナ付
の被覆管はＰＣＩ破損にくらべて安全であるとされてい
る。しかしジルコニウムライナ付の被覆管は非常に高価
であり、またその耐ＰＣＩ破損性も限定的である。
核燃料ペレットに対する方策としては一番高温になるペ
レッ１〜中心部を空胴にし核反応生成物の放出を低減す
る。これは原子炉に装荷する核燃料物質の景が減少する
ため原子炉の長期運転には不向きであり高価な原子炉の
効率的運転には不利で本発明は前記の様に原子炉の負荷
追従運転を可能ならしめる高性能核燃料を提供するため
になさ明細書の浄書（内容に変更なし） れたものである。該燃料に関して負荷追従運転を阻害す
る要因としては前述の叩く核燃料被覆管に関しては中性
子照付による材質の脆化があり、核燃料要素としてはＰ
ＣＩによる局部的な歪がある。
レッ１〜中心部を空胴にし核反応生成物の放出を低減す
る。これは原子炉に装荷する核燃料物質の景が減少する
ため原子炉の長期運転には不向きであり高価な原子炉の
効率的運転には不利で本発明は前記の様に原子炉の負荷
追従運転を可能ならしめる高性能核燃料を提供するため
になさ明細書の浄書（内容に変更なし） れたものである。該燃料に関して負荷追従運転を阻害す
る要因としては前述の叩く核燃料被覆管に関しては中性
子照付による材質の脆化があり、核燃料要素としてはＰ
ＣＩによる局部的な歪がある。
また核燃料としては熱負荷の上昇によるその中心部の温
度上昇による有害な核反応生成物の核燃料ペレット外へ
放出がある。
度上昇による有害な核反応生成物の核燃料ペレット外へ
放出がある。
ＰＣＩ発生時に局部的に発生する核燃料ｊル覆管の歪（
εｍａｘ ）は次式によって表わされる。
εｍａｘ ）は次式によって表わされる。
ｔ ｍａｘ＝２ ＠ｒｒ ｅ μｅ ｔ ／ＮＩＩｍπ
は円周率、μは核燃料被覆管と核燃料ペレット間の摩擦
係数、εに被覆管に作用する内外圧などによる平均歪、
Ｎは断面当りの核燃料ペレットの割れ数、ｍは被覆管材
料の加工硬化係数である。
は円周率、μは核燃料被覆管と核燃料ペレット間の摩擦
係数、εに被覆管に作用する内外圧などによる平均歪、
Ｎは断面当りの核燃料ペレットの割れ数、ｍは被覆管材
料の加工硬化係数である。
従ってＰＣＩ発生時に被覆管に加えられる局部的歪を低
減する方法の一つとして被覆管と核燃料ペレット間の華
芦係数を置載することが必要である。
減する方法の一つとして被覆管と核燃料ペレット間の華
芦係数を置載することが必要である。
（問題点を解決するための手段）
核燃料被覆管と咳！２料ペレット間の、摩擦を低減させ
る方法について倹肘を加えた結果、核燃料の摩擦係数よ
りも小さいもので被覆することによって目的を達するこ
とを見出した。しかしながら使用される場所は高い中性
子束のものであり、且つ中性子の吸収が少ないこと、ま
た核燃料の表面温度が５００℃以上になることから工業
的に使用出来る材料としては固体潤滑特性などが目的に
合致する炭素、グラファイト、あるいは両者の混合的で
あることを見出した。
る方法について倹肘を加えた結果、核燃料の摩擦係数よ
りも小さいもので被覆することによって目的を達するこ
とを見出した。しかしながら使用される場所は高い中性
子束のものであり、且つ中性子の吸収が少ないこと、ま
た核燃料の表面温度が５００℃以上になることから工業
的に使用出来る材料としては固体潤滑特性などが目的に
合致する炭素、グラファイト、あるいは両者の混合的で
あることを見出した。
核燃料の負荷追従運転を可能ならしめるためには負荷追
従運転時の核燃料の温度上昇を低減し核燃料の熱膨張を
抑えると共に核燃料に保持されている有害な核反応生成
物の核燃料ペレットへの放出を低減する方法がある。
従運転時の核燃料の温度上昇を低減し核燃料の熱膨張を
抑えると共に核燃料に保持されている有害な核反応生成
物の核燃料ペレットへの放出を低減する方法がある。
核燃料ペレットの温度を低減する方法について検討を加
えた結果、核燃料ペレットの表面を核燃料要素内に封入
されるガスよりも大きな熱伝導度を有する物質で被（ν
することによって目的を達す核燃料要素においてはＰＣ
Ｉ発生時の核燃料ペレットから核燃料被覆管への熱伝導
はＰＣＩ発生個所における核燃料ペレッ１〜から核燃料
被覆管へのｉμ接伝導と、他の場所においては両者のす
き間に存在するガスを介する伝導によって行なわれる。
えた結果、核燃料ペレットの表面を核燃料要素内に封入
されるガスよりも大きな熱伝導度を有する物質で被（ν
することによって目的を達す核燃料要素においてはＰＣ
Ｉ発生時の核燃料ペレットから核燃料被覆管への熱伝導
はＰＣＩ発生個所における核燃料ペレッ１〜から核燃料
被覆管へのｉμ接伝導と、他の場所においては両者のす
き間に存在するガスを介する伝導によって行なわれる。
高い熱伝導を有する物質で被覆された核燃料ペレットを
使用した核燃料要素においてはその被覆を介して広範囲
の部分で熱伝導が行なわれるため核燃料ペレットの冷却
が速やかに行なわれ、その結果核燃料ペレットの温度は
低減される。
使用した核燃料要素においてはその被覆を介して広範囲
の部分で熱伝導が行なわれるため核燃料ペレットの冷却
が速やかに行なわれ、その結果核燃料ペレットの温度は
低減される。
またこのガスよりも大きな熱伝導度を有する物質は中性
子の吸収が少なく、核燃料要素を構成する他の部材との
共存性が良いことが必要であることが判明した。
子の吸収が少なく、核燃料要素を構成する他の部材との
共存性が良いことが必要であることが判明した。
これらの条件を満たす物（ぼは炭素、グラファイト、あ
るいは両者の混合物がＭ適であることが詳細な研究によ
って判明した。
るいは両者の混合物がＭ適であることが詳細な研究によ
って判明した。
従って原子炉の負荷追従ｉ［転を可能ならしめるために
は核燃料ペレットを炭素、グラファイト。
は核燃料ペレットを炭素、グラファイト。
あるいはそれらの混合物である被覆管との摩擦係数が核
燃料ペレットよりも小さく、またその熱伝導度が核燃料
要素に密封されるガスよりも大きい物質でその表面を被
覆することがＰＣＩ発生時の局部歪のＷ １１１の点、
および核燃料ペレットの温度を低減させ不用な有害核反
応生成物の放出の抑制、ペレットの熱膨張の抑制の点に
も有効であることを見出した。
燃料ペレットよりも小さく、またその熱伝導度が核燃料
要素に密封されるガスよりも大きい物質でその表面を被
覆することがＰＣＩ発生時の局部歪のＷ １１１の点、
および核燃料ペレットの温度を低減させ不用な有害核反
応生成物の放出の抑制、ペレットの熱膨張の抑制の点に
も有効であることを見出した。
核燃料ペレットの被覆に用いる炭素、グラファイト、あ
るいは両者の混合物の形態としては粉末、繊維１ｗ１布
、不織布のいずれもそれぞれ単独あるいは複合して使用
することが可能であることは言うまでもない。
るいは両者の混合物の形態としては粉末、繊維１ｗ１布
、不織布のいずれもそれぞれ単独あるいは複合して使用
することが可能であることは言うまでもない。
（実施例）
実施例１
通常の方法で成型、焼結し１０φＸＩＯのＮＯ２核燃料
ペレットを得た。
ペレットを得た。
炭素の微粉末中に重−域比５％のフェノール樹脂をｒ１
４合し、先に得た核燃料ペレット表面を本混合物で塗布
しその後樹脂を硬化させ、さらに不活性ガス中で５００
℃に加熱中にてエポキシ樹脂を炭化させた。
４合し、先に得た核燃料ペレット表面を本混合物で塗布
しその後樹脂を硬化させ、さらに不活性ガス中で５００
℃に加熱中にてエポキシ樹脂を炭化させた。
この様にして得られた表面を炭素で被覆された核燃料ペ
レット、および通常の焼結後、研削仕−ヒげを行なった
Ｊ’５ 燃料ペレットとジルコニウム合金との摩擦係数
をａｌｌ定した所、耐性の摩擦係数は後者のそれに比較
して１／】０でありＰＣＩ時に局部的に発生する核燃料
被覆管内面に応力を緩和する効果があることが確認出来
た。
レット、および通常の焼結後、研削仕−ヒげを行なった
Ｊ’５ 燃料ペレットとジルコニウム合金との摩擦係数
をａｌｌ定した所、耐性の摩擦係数は後者のそれに比較
して１／】０でありＰＣＩ時に局部的に発生する核燃料
被覆管内面に応力を緩和する効果があることが確認出来
た。
通常の方法によって１ ｔ Ｘｌ０ＸＩＯに成型、焼結
した核燃料セラミックスに前述の方法によって成型核燃
料セラミックスの一方の表面を炭−Ｊ微粉末とフェノー
ル樹脂の混合炭化物で被覆し厚さ１．２の複合核燃料セ
ラミックス製の熱伝導測定用試料を得た。
した核燃料セラミックスに前述の方法によって成型核燃
料セラミックスの一方の表面を炭−Ｊ微粉末とフェノー
ル樹脂の混合炭化物で被覆し厚さ１．２の複合核燃料セ
ラミックス製の熱伝導測定用試料を得た。
炭素を被覆した面にＵ度測定用の熱電対を取付け、他面
よりレザーを照射する様に配置したレザーフラッシュ法
によって本複合核燃料の熱伝導度を３００°Ｃ〜１７０
０℃まで１ｉｉｔｌ定した。
よりレザーを照射する様に配置したレザーフラッシュ法
によって本複合核燃料の熱伝導度を３００°Ｃ〜１７０
０℃まで１ｉｉｔｌ定した。
その結果いずれの温度においても複合核燃料セラミック
スの熱伝導度は単独の核燃料のそれに比較して２０％大
きいことが判明した。これは本複合核燃料ペレットを〃
ｘ子炉に装荷することによって同一の核燃料の熱出力の
場合には核燃料の中心温度が低下することに相当する。
スの熱伝導度は単独の核燃料のそれに比較して２０％大
きいことが判明した。これは本複合核燃料ペレットを〃
ｘ子炉に装荷することによって同一の核燃料の熱出力の
場合には核燃料の中心温度が低下することに相当する。
その結果、核燃料ペレッＩ・からの有害な核反応生成物
の放出が低減され、核燃料の破損率が低減することは明
らかである。
の放出が低減され、核燃料の破損率が低減することは明
らかである。
実施例２
通常の方法によって成型、焼結された核燃料ペレットの
表面にフェノール樹脂で表面を被覆した炭素繊維からな
るフィラメント系に張力を加えながら、すき間なく捲き
つける。
表面にフェノール樹脂で表面を被覆した炭素繊維からな
るフィラメント系に張力を加えながら、すき間なく捲き
つける。
この作業を土日繰返し、その後、空気中で乾燥させ、さ
らに不活性ガス中５００”Ｃに加熱しフェノール樹脂を
炭化した。
らに不活性ガス中５００”Ｃに加熱しフェノール樹脂を
炭化した。
この様にして得られた複合核燃料ペレットと通常の方法
によって得られた核燃料ペレットとジルコニウム合金板
の摩擦係数のｉ１１’ｌ定を行ない実施例１と同様の良
好な結果を得た。
によって得られた核燃料ペレットとジルコニウム合金板
の摩擦係数のｉ１１’ｌ定を行ない実施例１と同様の良
好な結果を得た。
また熱伝導については実施例１と同様の片面にのみ炭素
層の残るように他面の被覆を研削した試料を用いて熱伝
導の測定を行ない実施例１と同じ結果を得た。
層の残るように他面の被覆を研削した試料を用いて熱伝
導の測定を行ない実施例１と同じ結果を得た。
以上説明したように本発明によれば破損確率が低く、負
荷追従運転可能な核燃料を得ることができる。
荷追従運転可能な核燃料を得ることができる。
Claims (3)
- （１）核燃料を密封する核燃料被覆管との摩擦係数が小
さく、中性子の吸収が少なく、且つ熱伝導度が核燃料要
素内のガスより大きいことを特徴とする物質で核燃料ペ
レットの表面を被覆した複合核燃料。 - （２）被覆材が炭素繊維、グラファイト繊維、あるいは
それらの内の一種以上の材料からなる織布、あるいは不
織布であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の複合核燃料。 - （３）酸化ウラン、酸化プルトニウムの内１種類以上の
物質、あるいはそれに可燃性毒物を混入させたことを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の複合核燃料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61138312A JPS62294994A (ja) | 1986-06-16 | 1986-06-16 | 複合核燃料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61138312A JPS62294994A (ja) | 1986-06-16 | 1986-06-16 | 複合核燃料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62294994A true JPS62294994A (ja) | 1987-12-22 |
Family
ID=15218945
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61138312A Pending JPS62294994A (ja) | 1986-06-16 | 1986-06-16 | 複合核燃料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62294994A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109243625A (zh) * | 2018-08-29 | 2019-01-18 | 中国工程物理研究院材料研究所 | 一种定向高导热二氧化铀芯块及其制备方法 |
-
1986
- 1986-06-16 JP JP61138312A patent/JPS62294994A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109243625A (zh) * | 2018-08-29 | 2019-01-18 | 中国工程物理研究院材料研究所 | 一种定向高导热二氧化铀芯块及其制备方法 |
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