JPS6271892A - ガドリニア含有核燃料ペレツト - Google Patents

ガドリニア含有核燃料ペレツト

Info

Publication number
JPS6271892A
JPS6271892A JP61201944A JP20194486A JPS6271892A JP S6271892 A JPS6271892 A JP S6271892A JP 61201944 A JP61201944 A JP 61201944A JP 20194486 A JP20194486 A JP 20194486A JP S6271892 A JPS6271892 A JP S6271892A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pellet
pellets
fuel
gadolinia
nuclear fuel
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
Application number
JP61201944A
Other languages
English (en)
Inventor
フランク・デビツド・ポーパ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CBS Corp
Original Assignee
Westinghouse Electric Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Westinghouse Electric Corp filed Critical Westinghouse Electric Corp
Publication of JPS6271892A publication Critical patent/JPS6271892A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21CNUCLEAR REACTORS
    • G21C3/00Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
    • G21C3/02Fuel elements
    • G21C3/04Constructional details
    • G21C3/16Details of the construction within the casing
    • G21C3/18Internal spacers or other non-active material within the casing, e.g. compensating for expansion of fuel rods or for compensating excess reactivity
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear 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)
  • Solid Fuels And Fuel-Associated Substances (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。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 この発明は、熱中性子炉たとえば加圧水彩原子炉(PW
R)および沸騰水形(BWR)原子炉に用いられる、可
燃性ポイズンと混合された核燃料物質のり域に関する。
この発明は特にウラン酸化物とガドリニウム酸化物との
混合物に関する。
従来、ガドリニア(oa2o、)がBWR炉心)(オイ
て、出力分布および反応度を制御するために可燃性吸収
剤として広く用いられてきた。最近、ガドリニアはP″
化原子炉にも用いられている。
従来、ガドリニア粉体はウラニア粉体と混合され、次い
で得られた混合物を加圧および焼結して、はぼ完全に緻
密で密実の円筒ペレットを形成している。これらのポイ
ズン含有ペレットは次〜で多、数の燃料棒の特定の位置
に装填して出力分布および反応度に所望の制御を与える
ガドリニアは、特にPWR用の可燃性吸収材として多く
の欠点を有する。これは、燃料ペレットの熱伝導度を低
下すると共に溶融温度を低下させることにより、燃料ペ
レットの熱特性を低]−させる。さらに、ガドリニウム
は多数の同位体から構成されている。奇同位体すなわち
ガドリニウム155および157は高い熱中性子吸収断
面積を有すると共に、出刃分布および反応HIC所望の
制御を与える。これらの高貼面積の同位体は、存在する
ガドリニウムの約30%を構成する(残りは低断面積偶
同位体)だけで、これらは急速に燃焼し、中性子の吸収
によりガドリニウム156および158に変換し、これ
らの偶同位体は非常に低い断面積を有するが、。
燃料ヅイクル全体にわたって中性子を寄生的に吸収する
。ガドリニウム155および157の急速燃焼により、
ガドリニウムポイズン含有ペレットを含む燃料棒に望ま
しくない出力ピークがもたらされ、また偶同位体の寄生
的中性子吸収により、燃料サイクルコスI:c望ましく
ない増大がもたらされる。
この問題を解決しようとする技術として、UO□または
UO,+Pup2  からなる環状外側層と、UO□お
よびGd2O,の混合物からなる内側プラグとから構成
された燃料ペレットの設計が提案されている。この設計
および他の類似設計が、特公昭El−35885号、特
開昭第54−150582号および同第59−1872
89号公報に例示されている。こヒ、らの設計例におい
て、ペレット全体のガドリニア含量はペレットの中心に
集中されているから、自己じゃへい効果が生じ、その結
果、吸収オの燃焼が低速化される。
本発明者はここに、この発明による改良されたポイズン
含有燃料ペレットの設計により、従来のペレット設計の
改良が達成できることを記述する。
発明の概要 この発明により、内部に同心知配置された内側核燃料ベ
レットを包含する環状外側層すなわち環状夕1側ベレッ
トを有する核燃料ペレットが提供されている。環状外側
層(環状外側ペレット)は可燃性吸収材なしに濃縮UO
□を含有している。円筒形内側ペレットは4重量%〜8
重景%(ff10)のガドリニアを含有し、残りはUO
2で形成されている。円筒形内側ペレット内のUC2は
、天然ウラン、減損ウランまたは天然および減損ウラン
の混合物からなるウランを含有している。円筒形内側ペ
レットは核燃料ペレット全体の10体積%〜50体積%
を形成している。
この発明の前述ならびに他の特徴は、図面によるこの発
明の詳細な説明から明らかになるであろう。
第1図に示すようKこの発明により、環状外側ペレット
3と、環状外側ペレット内に同心に配置された円筒形内
側“ペレット5とを備える核燃料ペレット1が提供され
ている。(環状)外側ペレットきおよび(円筒形)内側
ペレット5は、通常の燃料ペレット製造技術により別々
に形成されることが好ましい。環状外側ベレット3はガ
ドリニア無しで、本質的に濃縮し0□のみを含有してい
る。環状外側ペレット6は、約2〜5φU−235の濃
縮度を有することが好ましい。
円筒形内側ペレット5は、ガドリニアとUO2の両方を
含有している。ガドリニア含量は4〜18 wloに限
定され、また10〜16 wloがさらに好ましい。内
側ペレット5のUO2は天然ウラン、減損ウランまたは
天然ウランと減損ウランの混合物を含有しており、こ匁
で全体が天然ウランであることが好ましい。内側ペレッ
ト5は核燃料ペレット1010〜50体積%(Vlo)
を形成し、かつ20〜50 vloが好ましい。
この発明の典型例としては、天然UO□と16重量%(
Wlo)ガドリニアの混合物を形成することである。こ
の混合物を次いで燃料ペレット1ノ約25 vloを形
成するガドリニア−002円筒形ペレット5に形成する
。燃料ベレットの外側環状外側ペレット3は、約4 w
lo U  235に濃縮されたUO2から別に形成さ
れる。
本質的にガドリニア(前述した濃度)と非濃縮ウランか
らなる内側ペレット5を用いることにより、従来の設計
の燃料ベレットより大きな利点がもたらされる。これら
の利点は以下のとおりである: (1)製造にあたりウラン濃縮度は少なくなる。
一般にガドリニアポイズン含有ペレットのUO濃縮度は
、ガドリニウムの各1 v;10当り4%またはそれ以
上減少される。したがうで、非ホ1ズンロツドが4w1
0濃縮UO□である組体においては、5w10ガト°リ
ニアポイズン含有ロツドはS 、 4 v10濃縮UO
2を含有する。その結果、比較的小さいバッチの低濃縮
U○2を処理すればよいことになる。この発明において
は、環状外側ベレット口ま4w10濃縮Uo2に維持さ
れ、ガドリニアポイズン含有Rレット5は天然ウランの
みを含有し、これらポ・イズン含有ペレット5は予じめ
形成できる。それから、ポイズン含有円筒形内側ペレッ
ト5を4 w10濃縮TJO2環状外側ベレツト3の内
側に置くと濃縮度の減少が自動的に生じる。
(2)  核燃料ペレット1は燃焼挙動に対して、より
平坦な局部ピーキング係数を有する。ガドリニアが燃焼
しりくずときにガドリニアは濃縮TjO2ではなくて天
然UO2を残す。したがって、ポイズン含有燃料棒の出
力の増大(i、燃焼度と共に減少する。るれ故、組体の
出力形態は、燃焼度と共により一定となることがら、最
適化することが容易である。
(3)  ペレットの温度プロフィルが改善される(す
なわち、ペレット中心の温度が低下される)。
前述のように、ガドリニアポイズン含有ベレットは非ホ
イズンペレットに比較して、低い熱伝導度と融点とを有
していることは既知である。ガドリニアと天然U02と
を混合することにより、ペレット1のポイズン部5で発
生される出力が、典型的な場合は5分の1以上低減され
る。この低減は3つの効果により発生する:(1〕Rレ
ツトのポイズン部にほぼ115(7)U−235原子が
ある; (ii)ペレットのポイズン部はべし・ット1
の濃縮部6の内側にあり、したがって、ペレットの外側
部分によりシールドされている;そしてQiDポイズン
含有ベレットの平均濃縮度は組体の平均濃縮度より小さ
い。
、4)  ガド1ノニウム偶同位体の自己シールド性の
増大により燃料サイクルコストに利点がある。
これにより、奇同位体の燃焼後のガドリニウム偶同位体
不利(寄生的中性子吸収)が減少される。この自己シー
ルド性はガドリニアをペレットの内側部分に集中させる
ことてよりもたらされている。ペレットの内側部分の温
度低下(天然ウラニアによるもの)により、ガドリニア
偶同位体の共鳴のドツプラー(DDppler )のひ
ろがりが減少される。これてよりさらに自己シールド性
が増大すると共K、ガドリニウム偶同位体の燃料サイク
ルコスト不利が減少される。
(5)  ガドリニアポイズン含有ベレット5を形成す
る施設を基底負荷できる。天然Do2ベレットの価格は
対応する濃縮ペレットよりはるかに低いからこれら天然
UO2−ガドリニアペレット5は備蓄できる。
この発明の前述の燃料ペレットは、第2図に示されるこ
の発明の核燃料要素jQjc用いられることが好ましい
。燃料要素10は核燃料ペレツ11および15を、適切
に加圧された高純度ヘリウムが満たされた長い密閉室内
に備えている。この室シま長い被覆管20により形成さ
れていると共:て、該被覆管の各端部に溶接された端部
キャップ25および30を備える。この燃料被覆管およ
び端部キャップはジルコニウム基合金、たとえばジルカ
ロイ−2またはジルカロイ−4から哨戒することが好ま
しい。被覆管20の内径より少し小さい外径を有する核
黙料ベレット1および15は相互νこ積重ねられて、長
い室内にたとえば366m(144インチ)の長さを有
する柱体が形成される。この燃料ベンット柱体は、その
頂部と頂端部キャップ30との間に圧縮保持されたスプ
リング35のような弾性装置により、底端部キャップ2
5に対して保持されている。
核燃料ペレットは少なくとも6つの領域A。
B丁fよびCに分離されていることが好ましい。
頂部紙載CおLび底部領域Aは固体円筒形燃料くレット
15を包含しており、この燃料ペレツトは実質的及全体
にわたって均質組成を有すると共に、本質的に可燃性吸
収材のない濃縮UO2から構成されている。領域Aおよ
び/またはCは随意的に、全体的に天然ウラニウム、減
損ウラニウムまたはこの2種の混合物を含有するUO□
からなる固体円筒形ペレットを包含することもできる。
これらの非濃縮ペレットが存在する時は、燃料柱体の最
上および下端部において30cm(12インチ)までの
長さの領域に分離されていることが好ヱしい。典型的に
は、これらの非濃縮領域は約+5cm(約6インチ)の
長さにされる。領域AおよびCの濃縮ぺtノットは、約
2〜5w10U−235の濃縮レベルのウランを含有し
ており、各濃縮領域61 crn (24インチ)まで
の長さを有するが、典型的には約23 cm (杓9イ
ンチ)の長さを有している。
燃料ペレット柱体の中央領域Bの燃料ペレット1は、第
1図に示すポイズン含有燃料ペレットによるものである
。これは非ポイズン濃縮し・02からなる環状外側ペレ
ット3と、前述のようにガドリニアおよび非濃縮υ02
からなる円筒形内側ペレット5とから構成されている。
前述のようだ、この発明のポイズン含有燃料ペレット1
の役割により、ペレット1の環状外側ペレツl−3の濃
縮レベルを、領域AおよヒCの濃縮ペレツ)K見られる
ものと同一にすることができる。この発明の好ましい実
施例においては、領域AおよびCのすべての濃縮ペレッ
ト15の濃縮レベルと、すべての環状外側ペレット3の
濃縮レベルとは同一である。
これまでの説明から、この発明により達成される利点は
明瞭に示されている。この発明の他の実施例は明細書の
記載内容またはここに開示された発明の実施から明らか
Kなるであろう。
明細書記載内容および実施例は単なる例示であり、この
発明の範囲は特許請求の範囲に記載されたものであるこ
とは明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の核燃料ペレットの一実施例の部分断
面立面図、第2図はこの発明の軽水炉用燃料要素の実施
例の部分断面図である。 1・・核燃料ペレット、3・・(環状)外側ペレット、
5・・(円筒形)内側ペレット。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 環状外側ペレット、および 円筒形内側ペレット からなる核燃料ペレットであつて、 前記円筒形内側ペレットが前記環状外側ペレットの内側
    に配置されており、 前記環状外側ペレットが本質的にU−235が濃縮され
    たUO_2からなり、 前記円筒形内側ペレットが本質的に4重量%〜8重量%
    のGd_2O_3と、残部が天然ウラン、減損ウランお
    よびそれら相互の混合物から選定されたUO_2から本
    質的になり、かつ 前記円筒形内側ペレットが前記核燃料の10重量%〜5
    0重量、を形成してなる核燃料ペレット。
JP61201944A 1985-09-05 1986-08-29 ガドリニア含有核燃料ペレツト Pending JPS6271892A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US772826 1985-09-05
US06/772,826 US4678629A (en) 1985-09-05 1985-09-05 Nuclear fuel pellet containing gadolinia

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS6271892A true JPS6271892A (ja) 1987-04-02

Family

ID=25096369

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP61201944A Pending JPS6271892A (ja) 1985-09-05 1986-08-29 ガドリニア含有核燃料ペレツト

Country Status (2)

Country Link
US (1) US4678629A (ja)
JP (1) JPS6271892A (ja)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4853177A (en) * 1983-05-06 1989-08-01 The Babcock & Wilcox Company Void plug for annular fuel pellets
US4902470A (en) * 1987-03-30 1990-02-20 General Electric Company Control rod
US4759911A (en) * 1987-04-27 1988-07-26 The Babcock & Wilcox Company Gas cooled nuclear fuel element
JPH0519078A (ja) * 1991-07-15 1993-01-26 Power Reactor & Nuclear Fuel Dev Corp 原子炉用燃料棒
US6002735A (en) * 1996-01-30 1999-12-14 Siemens Power Corporation Nuclear fuel pellet
EP0788117A1 (en) * 1996-01-30 1997-08-06 Siemens Power Corporation Nuclear fuel pellet
JP3411466B2 (ja) * 1997-03-31 2003-06-03 株式会社日立製作所 沸騰水型原子炉炉心及びその運転方法
KR100558323B1 (ko) * 2004-05-19 2006-03-10 한국원자력연구소 이중구조 핵연료 소결체 제조방법
FR2870628B1 (fr) * 2005-02-09 2006-07-14 Korea Atomic Energy Res Procede de fabrication d'une pastille de combustible nucleaire double frittee
ES2264889B1 (es) * 2005-06-27 2008-05-16 Enusa Industrias Avanzadas, S.A. Elemento combustible para reactores nucleares de agua a presion, y metodo de carga de elementos combustibles en un nucleo de un reactor nuclear.
FR3005046B1 (fr) 2013-04-29 2015-05-15 Commissariat Energie Atomique Nouveau materiau a base d'uranium, de gadolinium et d'oxygene et son utilisation comme poison neutronique consommable
US11049625B2 (en) * 2016-11-25 2021-06-29 Korea Advanced Institute Of Science And Technology Nuclear fuel pellet with central burnable absorber
US11367537B2 (en) * 2017-05-09 2022-06-21 Westinghouse Electric Company Llc Annular nuclear fuel pellets with central burnable absorber
US11404177B2 (en) * 2019-10-23 2022-08-02 Battelle Energy Alliance, Llc Reactor fuel pellets with thermally-conductive inserts, and related reactor fuel pellet arrangements
KR102128532B1 (ko) 2019-10-29 2020-06-30 한국과학기술원 디스크형 가연성흡수체를 포함한 핵연료 봉

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59180388A (ja) * 1983-03-30 1984-10-13 原子燃料工業株式会社 原子燃料要素

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL281596A (ja) * 1961-08-02 1900-01-01
US3427222A (en) * 1965-10-15 1969-02-11 Westinghouse Electric Corp Nuclear fuel elements
JPS5135885A (ja) * 1974-09-24 1976-03-26 Hitachi Ltd
JPS6017073B2 (ja) * 1978-05-19 1985-04-30 株式会社東芝 燃料集合体
JPS59187289A (ja) * 1983-04-08 1984-10-24 株式会社東芝 核燃料棒

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59180388A (ja) * 1983-03-30 1984-10-13 原子燃料工業株式会社 原子燃料要素

Also Published As

Publication number Publication date
US4678629A (en) 1987-07-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPS6271892A (ja) ガドリニア含有核燃料ペレツト
JPH0519078A (ja) 原子炉用燃料棒
US6002735A (en) Nuclear fuel pellet
RU2170956C1 (ru) Твэл ядерного реактора
US5991354A (en) Nuclear fuel pellet
US4493814A (en) High uranium utilization fuel rod for light water reactors
US4751041A (en) Burnable neutron absorber element
JPH0854484A (ja) 原子炉の燃料集合体
JPH03194495A (ja) 燃料集合体および原子炉の炉心
JP2565861B2 (ja) 沸騰水型原子炉用燃料集合体
Bairiot et al. Plutonium coated particles development
JP2774828B2 (ja) 高速炉用燃料集合体及び高速炉の炉心並びに高速炉用燃料棒
JPS6322551B2 (ja)
JPS60201284A (ja) 燃料集合体
JPH041593A (ja) 燃料集合体
KR100290631B1 (ko) 핵연료 제조방법
JPH0422892A (ja) 燃料集合体
JPS6361990A (ja) 燃料集合体
JP2610254B2 (ja) 沸騰水型原子炉
JPH059759B2 (ja)
JPS58140673A (ja) 燃料集合体
Sweng-Woong Nuclear Fuel Technology
JPH01197693A (ja) 核燃料棒
JPH0545482A (ja) 燃料集合体
JPS61147184A (ja) 燃料集合体