KR20060134959A - 원자로용 연료봉 - Google Patents

Abstract

원자로(1)는 관형 클래딩(2)의 내경과 대체로 동일한 직경을 갖는 제 1 원통형 부분(11), 관형 클래딩(2)의 내경보다 작은 직경을 갖는 제 2 원통형 부분(12) 및 관형 클래딩(2)의 내경보다 작은 내경을 갖고 제 2 원통형 부분(12)의 직경보다 큰 내경을 갖는 제 3 원통형 부분(13)을 연속적으로 포함하는 클래딩(2)을 내부에 있는 부분을 포함하는 봉의 관형 클래딩(2)의 하부 단부에 밀봉식으로 고정된 하부 플러그(10)를 포함하여, 10 내지 20 mm 반경 방향 간격이 제 3 부분(13)의 외부면과 클래딩의 내부면(8) 사이의 가스 통로 내에 생성된다. 연료 팰릿 컬럼(3)은 플러그(10)의 내부 부분(10a)의 제 3 원통형 부분(13)의 대체로 평평한 상부면(14)상에 놓인다. 연료봉을 보완하는 플리넘을 만드는 가스의 팽창을 위한 환형 공간(16)은 플러그(10)의 내부 부분(10a)의 제 2 원통형 부분(12)의 외부면과 관형 클래딩(2)의 내부면 사이에 형성된다.

원자로, 관형 클래딩, 원통형 부분, 플러그, 연료 팰릿 컬럼, 연료봉, 플리넘

Description

원자로용 연료봉{Fuel pencil for a nuclear reactor}

본 발명은 수냉식 원자로, 특히 가압수에 의해 냉각되는 원자로용 연료봉에 관한 것이다.

가압수에 의해 냉각되는 원자로는 연료 조립체에 의해 구성된 코어를 포함하며, 각각의 연료 조립체 자체는 원통 형상을 갖는 봉이 서로 평행한 축을 갖도록 연료 조립체의 틀에 보유되는 연료봉의 클러스터에 의해 구성된다.

각각의 연료봉은 축 길이가 단면의 직경보다 훨씬 큰 직선 원통 관형 클래딩을 포함한다. 일반적으로, 연료봉은 4 m 이상의 길이 및 약 10 mm의 직경을 갖는다. 연료봉은 플러그에 의해 그 축방향 단부에 기밀식으로 폐쇄된 클래딩의 축방향으로 또 다른 것의 상부상에 적층된 핵연료 팰릿의 컬럼을 관형 클래딩의 내부 측에 포함한다. 원자로의 코어 내부의 연료 조립체 내의 작동 위치에서, 연료봉은 봉의 제 1 폐쇄 플러그가 연료봉의 하부 부분에 있고 작동 위치에서 연료봉의 상부 부분에 위치된 제 2 플러그 및 하부 플러그를 포함하도록 축과 수직으로 배열되며, 상부 플러그를 포함한다.

연료 팰릿의 컬럼은 연료봉의 클래딩 내부에 결합된 하부 플러그 위치의 단부면상의 제 1 하부 단부에 놓인다. 연료 팰릿의 컬럼은 연료 팰릿 컬럼의 제 2 상부 단부와 봉의 상부 폐쇄 플러그의 내부 위치의 단부면 사이에 개재된 나선형 압축 스프링에 의해 연료봉 내부에 유지된다.

이들을 구성하는 중에 봉의 충진을 수행하기 위해, 관형 클래딩의 일단부 내의 하부 플러그를 결합하고 용접에 의해 클래딩에 고정시킴으로써, 예를 들어 제 1 단부와 같은 봉의 관형 클래딩의 단부들 중 하나를 폐쇄할 수 있다. 하부 팰릿이 봉의 하부 플러그상에 놓인 컬럼의 형태에서 다른 펠릿의 상부에 적층된 연료 팰릿은 그 후에 클래딩의 내부로 안내된다. 스프링은 그 후에 위치되고 상부 플러그가 고정되며, 클래딩 내부의 가스가 일반적으로 상부 플러그를 통해 제공된 채널에 의해 방출되어, 예를 들어 가압 헬륨과 같은 불활성 가스가 봉의 클래딩 내부로 안내되고, 상부 플러그를 통해 연장하는 채널의 단부에 밀봉 용접하는 용접에 의해 기밀식으로 폐쇄된다.

봉의 내부에, 연료 팰릿은 팰릿의 산화를 감소시키거나 방지하는 가압 헬륨과 접촉한다. 불활성 가스는 연료 팰릿의 컬럼 및 보유 스프링에 의해 차지되지 않는 클래딩의 모든 부분을 충진한다. 특히, 가압 헬륨은 연료 팰릿의 컬럼의 상부 단부와 가압 스프링이 연료 팰릿의 컬럼을 보유하는 상부 플러그의 내부 부분의 단부 사이에 제공된 공간 을 충진한다. 이러한 공간은 연료봉이 원자로의 코어에 사용될 때 연료 팰릿 수집에 의해 가스가 방출되는 플리넘 또는 가스 수집 배열체를 구성한다. 몇몇 가스는 특히 연료 팰릿 내에 함유된 특성 요소의 핵분열 반응에 의해 형성될 수 있다. 따라서, 봉의 클래딩의 내부측에서의 압력은 가스가 연료 팰릿의 컬럼에 의해 해제된다는 사실 때문에 증가하는 경향이 있으며, 작업 중 에 봉의 내부 압력이 너무 강해지는 것을 방지하기 위해 충분한 체적을 갖는 플리넘을 제공하는 것이 필요하다.

팰릿이 우라늄 및 플루토늄의 혼합 산화물, 또는 우라늄 및 플루토늄 산화물의 혼합물(MOX 연료)을 포함하는 연료봉으로, 연료 팰릿의 컬럼의 상부 부분과 연료봉의 상부 플러그의 내부 부분의 단부면 사이의 플리넘의 체적은 일반적으로 작업 중에 봉을 완전하게 기밀시키는 것을 보장하기에 충분하지 않다. 이러한 공간의 길이 및 스프링의 길이를 상당히 증가시키는 것은 불가능하기 때문에, 상부 플리넘 및 스프링의 이러한 연장이 봉의 디자인을 변경시키고 MOX 연료봉의 구성 요소의 특정 제조를 요구하는 한 어떠한 경우에도 바람직하지 않다.

MOX 연료봉 내부의 가스의 팽창을 위한 체적을 증가시키는 종래의 방법은 클래딩 내부의 하부 플러그의 상부 단부면과 연료 팰릿의 컬럼의 제 1 하부 단부 사이의 개재와, 두꺼운 벽을 갖는 튜브에 의해 구성된 크로스 부재 또는 스테인리스강의 심 또는 지르코늄 합금을 포함한다. 이러한 방식에서, MOX 연료봉은 연료봉의 하부 단부와 하부 플러그의 내부 부분의 상부 단부 사이에서 연장하는 하부 플리넘 및 상부 플리넘 모두를 포함하고, 이는 봉의 상부 플리넘을 보완하는 하부 플리넘을 향해 팰릿 가스의 확산을 개선시키고, 봉의 유압 및 열작용의 균형을 잡고, 연료봉의 하부 부분의 작용 열을 감소시키는 이점을 갖는다.

그러나, 이러한 MOX 연료봉의 실시예는 저장조의 제조와, 연료봉의 상용 제조 중에 관형 심의 위치 설정이 필요하다는 단점이 있다. 제조의 제어가 더욱 복잡해지고, 봉의 제조 중에 심을 누락시키는 것과 같은 임의의 제조 오류의 위험을 방지하는 것이 바람직한 경우에 제어가 수행되어야 한다.

예를 들어, 유럽 특허 제 EP-0 169 422호 및 일본 특허 제 298 792호에서 연료봉의 하부 및 상부 플러그에, 봉의 단부에서의 가스를 위한 팽창 공간을 증가시키는 리세스를 제공하는 것이 제안되었다. 클래딩 외부 플러그의 부분 그리고 클래딩 내부로 유도된 플러그의 부분 모두로 연장하는 이러한 형태의 리세스는 플러그의 디자인을 상당히 변경하게 한다. 플러그에 기계 가공된 리세스 때문에 확장 공간의 증가는 플러그와 연료 팰릿의 컬럼 사이의 클래딩 내부 중공 가로편의 사용과 조합될 수 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 원통형 관형 클래딩을 포함하는 수냉식 원자로용 연료봉, 관형 클래딩 내부의 다른 팰릿의 상부상에 적층되는 핵연료 팰릿의 컬럼, 봉이 원자로 내부의 작업 위치에 있을 때 연료봉의 하부 위치에 정렬된 봉의 클래딩의 제 1 축방향 단부의 기밀식 폐쇄를 위한 제 1 플러그, 수직한 축을 갖는 봉의 클래딩, 클래딩의 제 2 축방향 단부의 기밀식 폐쇄를 위한 제 2 플러그, 연료 팰릿의 컬럼의 제 2 상부 축방향 단부와 제 2 플러그의 내부 단부 부분 사이에 개재되고 상부 플러그라 지칭되며 압축 스프링에 의해 관형 클래딩 내부에 보유되고 제 1 하부 단부를 통해 하부 플러그라 지칭되는 제 1 플러그의 클래딩 내부의 내부 부분상에 놓인 연료 팰릿의 컬럼을 제공하는 것이며, 이러한 연료봉은 관형 심을 사용하지 않고 하부 플러그 내에 기계 가공된 리세스가 없이 얻어진 하부 플리넘을 포함한다.

이 때문에, 관형 클래딩 내부에 결합된 하부 플러그의 내부 부분은 축 방향에, 그리고 클래딩의 제 1 단부로부터 제 2 단부로 향하는 방향에 성공적으로 관형 클래딩의 내경과 대체로 동일한 직경을 갖는 제 1 원통형부, 관형 클래딩의 내경보다 작은 직경을 갖는 제 2 원통형부 및 관형 클래딩의 내경보다 작고 제 2 원통형부의 직경보다 큰 직경을 가져서 제 3 원통형부의 측방향 외부면과 관형 클래딩의 내부면 사이에 유지되는 제 3 원통형부, 가스의 통로를 위한 반경 방향 공간 및 연료 팰릿의 컬럼의 제 1 단부가 놓여서 가스의 팽창을 위한 환형 공간이 하부 플러그의 내부 부분의 제 2 부분의 외부면과 클래딩의 내부면 사이에 형성된 대체로 평평한 단부면을 포함한다.

특정 형태에 따라, 아래의 것을 독립적으로 또는 조합하여 취한다.

- 연료봉의 하부 플러그의 내부 부분의 제 3 원통형부는 클래딩의 내경보다 약간 작은 직경을 가져서, 제 3 원통형부의 외부 측방향면과 관형 클래딩의 내부면 사이에 놓이고, 가스의 통로 및 조립체를 위한 반경 방향 공간은 1/10 내지 2/10 mm 사이이다.

- 하부 플러그의 내부 부분의 제 2 원통형부는 관형 클래딩의 내경의 40% 내지 60% 사이의 직경을 갖고, 축방향으로의 길이는 관형 클래딩의 내경의 8 내지 10배 사이의 길이를 갖는다.

- 연료 팰릿의 컬럼의 연료 팰릿의 적어도 일부는 산화 플루토늄 또는 우라늄과 플루토늄의 혼합 산화물을 포함한다.

- 연료봉은 제 2 원통형부의 적어도 일영역에 축방향으로 연장하고 조립체 공간에 의해 감소된 관형 클래딩의 내경과 대체로 동일한 외부 직경을 갖는 제 2 원통형부의 직경방향으로 확장된 원통형부로 구성되는 적어도 하나의 크로스 부재를 추가로 포함한다.

본 발명을 더욱 잘 이해하기 위해, 종래 기술에 따른 연료봉 및 MOX 연료봉으로 사용된 본 발명에 따른 연료봉이 첨부된 도면을 참조하여, 한정하지 않는 예시에 의해 설명될 것이다.

도 1A는 종래 기술에 따른 연료봉의 축방향으로의 부분 단면도.

도 1B는 종래 기술에 따른 MOX 연료봉의 축방향으로의 부분 단면도.

도 2는 본 발명에 따른 연료봉의 하부 단부의 축방향으로의 부분 단면도.

도 3은 플러그가 제 위치에 위치될 때 관형 클래딩 내부에 유도된 본 발명에 따른 연료봉의 하부 플러그의 내부 부분의 축방향으로의 개략적인 단면도.

도 1A는 일반적으로 도면 부호 1로 표시된 가압수 원자로의 연료봉을 도시한다.

연료봉(1)은 제 1 축방향 단부에서 제 1 플러그(4)로, 그리고 제 2 축방향 단부에서 제 2 플러그(5)로 각각 폐쇄된 연료 팰릿(3)의 컬럼을 포함하는 관형 클래딩(2)을 포함한다. 관형 클래딩(2)은 4 m 보다 긴 길이와, 10 mm 보다 작은 내경을 갖는 지르코늄 합금의 튜브로 구성된다.

일반적으로 관형 클래딩(2)의 내경과 대체로 동일하고 일측에서 아주 약간의 직경 방향 간격를 고려한 직경을 갖는 원통형 형상의 연료 팰릿(3)은 봉이 충진되어 팰릿의 측방향면과 봉이 원자로의 코어 내의 작업 위치에 있을 때 방사의 영향하에서 팰릿이 팽창하는 경우에 최소화되는 클래딩 사이에서 상호 작용하는 것을 허용할 때 클래딩 내부에 용이하게 결합되는 것을 허용한다.

연료 팰릿의 컬럼은 관형 클래딩(2) 내부에 결합된 플러그(4)의 내부 부분(4a)의 대체로 평평한 단부면상의 하부 단부(제 1 연료 팰릿(3a)의 하부면)에 놓인다.

연료 팰릿(3)은 작업 위치에서의 봉의 수직축을 구성하는 관형 클래딩의 축(7)의 방향으로 클래딩(2)의 내측에서 다른 팰릿의 상부상에 적층된다.

팰릿 컬럼의 상부 부분에 정렬된 연료 팰릿(3b)의 컬럼의 상부 단부는 봉이 폐쇄될 때 클래딩(2) 내부에 결합된 상부 플러그의 내부 부분(5a)의 단부면으로부터 소정 거리에 있어서, 자유 공간(6)이 연료 컬럼의 단부와 상부 플러그(5)의 내부 부분의 단부면 사이에 제공된다. 자유 공간(6)에서, 상부 플러그(5)가 상부 플러그(5)의 내부 부분(5a)의 단부면과 연료 팰릿(3)의 컬럼의 상부 단부 사이에 위치될 때 압축되는 나선 스프링(8)이 정렬된다.

내부 부분이 클래딩(2)의 내경과 대체로 동일한 직경을 갖는 내부 부분을 갖는 상부 플러그(5) 및 하부 플러그(4)는 각각 클래딩(2)의 제 1 및 제 2 단부 부분에 결합되고, 예를 들어 레이저 빔을 사용하는 용접에 의해 클래딩에 용접된다.

상부 플러그(5)를 용접한 후에, 클래딩(2)에 함유된 가스는 플러그(5)를 통해 연장하는 채널을 통해 방출되고, 봉이 원자로에 사용될 때 연료 팰릿의 임의의 산화를 방지하는 가압 헬륨에 의해 교체된다. 가압 헬륨으로 충진된 후에, 채널의 단부 또는 밀봉 용접부는 용접에 의해 폐쇄된다.

연료봉(1)이 원자로 내의 작업 위치에 있을 때, 봉의 축(7)은 수직이고, 제 1 플러그 또는 하부 플러그에 의해 폐쇄된 봉의 제 1 단부는 봉의 하부 부분에 있고, 제 2 봉 또는 상부 봉(5)에 의해 폐쇄된 연료봉의 제 2 단부 부분은 봉의 상부 부분에 있다.

봉이 원자로 내에서 사용될 때, 연료봉의 팰릿 내에 형성된 가스는 해제되어 일반적으로 봉의 클래딩(2) 내부의 초과 레벨까지의 압력 상승을 한정하기에 충분한 체적을 갖는 플리넘(6)에 수집된다.

MOX 연료봉에서, 연료 팰릿(3) 또는 적어도 팰릿의 일부인 봉은 산화 플루토늄을 포함하고, 단일 상부 플리넘(6)의 사용은 일반적으로 불충분한 것으로 밝혀졌고, 하부 플리넘은 팰릿 컬럼의 제 1 단부 또는 하부 단부와 하부 플러그(4)의 내부 부분(4a)의 단부면 사이에 (기계적 및 열적 강도 때문에) 두꺼운 벽을 갖는 관형 심을 개재함으로써 제조된다.

도 1B는 봉(1) 내의 하부 플리넘의 한계를 정할 수 있고 팰릿(3)의 컬럼의 하부 부분에 연료 팰릿을 대신할 수 있는 관형 심(9)을 도시한다.

이러한 형태의 관형 크로스 부재 또는 심을 사용하는 단점은 위에 기재되었다.

도 2는 MOX 연료봉으로 사용될 수 있는 본 발명에 따른 연료봉의 하부 단부를 도시한다. 도 1A 및 도 1B에서의 종래 기술에 따른 연료봉을 도시하는 상응 요 소 및 도 2에서의 본 발명에 따른 연료봉의 하부 단부를 도시하는 것은 동일한 도면 부호로 참조된다.

하부 부분이 도 2에 도시된, 본 발명에 따른 연료봉(1)은 하부 플러그(10)가 형성된 형태에서만 도 1에 도시된 종래 기술에 따른 연료봉(1)과 다르다.

본 발명에 따른 연료봉의 하부 플러그(10)는, 예를 들어 지르코늄 합금의 블랭크를 기계 가공하여 유리하게는 일편으로 제조될 수 있다.

본 발명에 따른 봉(1)이 MOX 봉이면, 즉, 봉의 연료 팰릿(3)이 산화 플루토늄을 포함하면, 이하에 설명될 플러그(10)의 형상이 심 또는 관형 크로스 부재(9)가 사용되는 것을 방지한다.

본 발명에 따른 봉(1)의 하부 플러그(10)는 클래딩(2)의 제 1 단부의 내부로 유도되는 내부 부분(10a) 및 하부 플러그가 위치된 후에 클래딩의 외부측에 잔류하는 외부 부분(10b)을 포함한다. 플러그(10)는 일반적으로 봉의 축(7)을 중심으로 한 회전에 의해 발생된다. 외부 부분(10b)은 봉이 둥근 단부 및 조작 그랩에 의해 파지되는 것을 허용하는 홈을 갖는다. 도 1에 도시된, 종래 기술에 따른 봉의 상부 플러그(5)와 유사한 봉의 상부 플러그 또한 파지 홈 및 둥근 단부를 포함한다. 따라서, 연료봉은 상부 단부 및 하부 단부 모두에 의해 그랩을 갖는 조작 기계에 의해 파지될 수 있다.

플러그가 제 위치에 위치될 때 클래딩 내부로 유도된 플러그(10)의 내부 부분(10a)은 플러그 및 일반적으로 원통형 형상이고 외경에 의해 특정되어 서로 구별되는 연료봉의 축 방향(7)으로 3개의 연속적인 부분(11, 12, 13)을 포함한다.

하부 부분에 클래딩(2)의 제 1 단부를 통해 결합된 부분(10a)의 제 1 부분(11) 및 클래딩(2) 최내부에 정렬된 제 3 부분(13)은 클래딩(2)의 내경보다 약간 작거나 대체로 동일한 직경을 양쪽에 갖는 제 2 단부를 향한다. 이 경우에, 클래딩(2)의 내경과 대체로 동일한 직경은 클래딩(2)의 내경과 완전하게 동일한 직경으로, 플러그의 가압 결합을 생성하도록 클래딩(2)의 내경보다 약간 큰 직경 또는 클래딩의 내경보다 약간 작은 직경은 가스가 플러그 주위로 통과하는 것을 허용하는 간격만큼만 직경이 다른 것으로 이해된다.

플러그(10)의 제 2 개재 부분(12)은 대처로 클래딩(2)의 내경보다 작은 직경을 갖는다. 예를 들어, 8 mm보다 약간 큰 내경을 갖는 클래딩을 위해, 플러그(10)의 개재부(12)는 약 4 mm의 직경을 갖는다. 바람직하게는, 플러그의 내부 부분(10a)의 개재부(12)의 직경은 클래딩 내경의 40% 내지 60% 사이이다.

플러그(10)의 내부 부분(10a)의 제 1 부분(11)은 위에서 정의한 바와 같이 직경이 대체로 클래딩(2)의 내경과 동일한 2개의 연속적인 부분을 갖는다.

상기 부분(11)의 제 1 부분(11a)은 위치되었을 때 플러그의 매우 우수한 위치 설정을 제공하기 위해 플러그가 가압되어 클래딩(2) 내부로 약간 유도되는 직경을 갖고, 특히 플러그를 용접하기 위한 기계 내의 클래딩(2)의 단부에 용접 견부를 갖는다. 제 1 부분(11a)은 또한 상기 부분(11)의 상기 부분(11a)의 외부면과 클래딩(2)의 내부면 사이에 제공된(예를 들어, 약 1/10 mm의) 매우 작은 조립 간격(15)을 허용하는 직경을 갖는 제 2 부분(11b)을 포함한다.

플러그의 내부 부분(10a)의 제 3 부분(13)은 상기 부분(11)의 상기 부 분(11b)의 직경보다 약간 작은 외경을 갖고, 따라서 봉의 관형 클래딩(2)의 내벽과 함께 플러그(10)가 위치된 후에 제 3 부분(13)의 주연에서 연료 팰릿(3)의 컬럼으로부터 가스가 통과하는 것을 허용하는 간격(15)을 제공한다. 제 3 플러그 부분과 클래딩 사이의 반경 방향 간격은 예를 들어 약 0.15 mm일 수 있고, 더욱 일반적으로는 1/10 내지 2/10 mm 사이이다. 제 3 부분(13)은 MOX 연료봉의 연료 컬럼의 제 1 팰릿 또는 하부 팰릿(3a)이 놓이는 대체로 평평한 단부면(14)을 포함한다.

제 3 부분(13)은 다르게는 클래딩의 내경보다 대체로 작은 직경을 가질 수 있지만, 제 3 부분(13)의 직경은 항상 제 2 부분(12)의 직경보다 크다.

개재부(12)가 클래딩(2)의 내경보다 대체로 작은 외경을 갖기 때문에, 환형 자유 공간(16)은 플러그(10)의 내부 부분(10a)의 제 2 개재부의 외부면과 관형 클래딩(2)의 내부면 사이에 제공된다. 이러한 환형 공간(16)은 플러그(10)의 내부 부분(10a)의 제 3 부분(13)과 클래딩의 내부면 사이에 제공된 환경 공간을 통해 연통하고, 봉의 공간에는 연료 팰릿(3)이 포함된다.

따라서, 작업 중에 연료 팰릿에 의해 해제된 가압 가스(일반적으로 헬륨) 및 가스들은 가스를 위한 팽창 공간 및 상부 플리넘(6)을 보완하는 수집 배열체 또는 플리넘(도 1에 도시된 종래 기술에 따른 봉의 상부 플리넘과 동일한 방식으로 제조된다)을 구성하는 공간(16)을 충진할 수 있다.

플러그(10)의 내부 부분(10a)의 제 2 개재부(12)의 길이는 보완 플리넘(16)의 체적이 원자로 내의 작업 중에 MOX 연료봉 내의 가스의 팽창에 관하여 바람직한 역할을 수행하도록 충분한 방식으로 결정된다. 이러한 길이는 예를 들어 봉의 클 래딩의 내경의 8 내지 10배일 수 있다.

클래딩의 직경 및 전술된 개재부를 고려하여, 약 70 mm인 개재부의 길이는 약 3000 mm²의 체적을 갖는 플리넘(16)을 구성하는 예비 자유 공간을 허용한다.

이러한 형태의 하부 플리넘은 가장 우수하게 종래 기술에 따른 봉의 상부 플리넘과 유사한 상부 플리넘(6)을 보완하는 플리넘의 역할을 수행한다.

도 3은 원통형 부분(11, 12, 13)을 포함하는 플러그의 내부 부분(10a)을 개략적으로 도시하고, 개재부(12)는 전체 길이에 걸쳐 환형 공간(16)이 연료봉의 하부 단부 부분에 제공되는 것을 허용한다.

또한, 플러그(10)는 변형에 의해 바람직하게는 원통형 부분(11, 13)으로부터 대체로 동일한 거리인 부분(12)의 중심 영역 내에 있을 수 있는 부분(12)의 직경 방향으로 넓어진 부분으로 구성된 크로스 부재(17)를 포함할 수 있다. 외경이 클래딩(2) 내부의 플러그의 중심 부분을 안내하는 조립체 간극에 의해 감소된 클래딩(2)의 내경과 동일한 길이를 갖는 크로스 부재(17)는 가스가 통과하는 것을 허용하고 작동 중에 클래딩(2)의 태움을 방지한다. 개재부(12)의 길이를 따라 분배된 크로스 부재(17)와 유사한 복수의 크로스 부재를 제공하는 것이 가능하다.

넓게 연장된 내부 부분(10a)을 포함하는 봉의 하부 플러그(10)는 종래 기술에 따른 플러그와 매우 상이한 형태를 갖는다. 그러나, 하부 플러그의 위치 설정 및 고정은 종래 기술에 따른 연료봉의 하부 플러그와 동일한 방식으로 수행된다. 내부 부분(10a)을 갖는 분리 견부에서 종결하고 하부 플러그를 따라 밀봉기 위한 용접 작업이 수행된 플러그의 외부 부분(10b)은 도 1에 도시된 바와 같이 종래 기술에 따른 하부 플러그(4)의 외부 부분(4b)과 유사하다.

하부 플러그(10)의 내부 부분(10a)의 연장에 기인한 팰릿 컬럼의 길이의 감소는 특히 MOX 연료에서 생산된 핵연료의 축재에서의 약간의 증가에 의해 보상된다.

본 발명에 따른 연료봉을 갖는 하부 및 상부 플러그의 매우 상이한 형상 및 치수에 기인하여, 제 위치에 위치될 때, 혼합되어 구별할 수 없는 플러그의 2개의 형태의 생산 중에 위험이 없다. 예전에는 하부 및 상부 플러그 사이의 혼란에 기인한 다수의 생산 사고가 기록되었다.

MOX 연료봉의 하부 플리넘을 보존하기 위한 심 또는 관형 크로스 부재의 제거는 연료봉의 제조 중에 심을 위치 설정하고 제어하기 위한 작업 및 이러한 심의 제조에 관하여 이루어지는 절약을 허용한다. MOX 연료봉의 생산 중에 심을 누락하여 생기는 위험 또한 제거된다. 길이를 증가시킴으로써, 그리고 하부 플러그의 내부 부분의 개재부의 직경을 감소시킴으로써 봉의 하부 플리넘을 구성하는 자유 공간의 체적을 증가시키는 것이 매우 단순화되었다. 개재부의 직경은 클래딩의 내경보다 매우 작으며, 원자로 내의 작업 중에 연료봉 내의 하부 플러그의 기계 강도에 의해 부가되는 이러한 직경의 감소로만 한정한다.

하부 지지 플러그의 이러한 새로운 디자인의 열 기계적 분석은, 순간적인 그리고 일정하지 않은 과도한 변형 및 소성 불안정, 특히 가장 작은 직경을 갖는 플러그의 부분의 자발적인 그리고 일정하지 않은 태움과 같은 파손의 방법을 방지하 는 모든 기준을 포함하는 것으로 도시되었다.

또한, 본 발명에 따른 연료봉의 하부 플러그는 클래딩의 변형을 야기하지 않으며, 연료 팰릿 컬럼을 위한 우수한 지지 및 위치 설정을 제공한다.

본 발명은 전술된 실시예로 한정되지 않는다.

이러한 방식으로, 연료봉의 하부 플러그의 내부 부분은 전술된 것과 상이한 형태를 가질 수 있으며, 특히 개재부의 형상 및 치수가 전술된 형상 및 치수와 상이할 수 있다.

동일한 방식으로, 제 1 부분 및 제 2 개재부는 축 방향으로 임의의 길이를 가질 수 있으며, 제 3 원통형 부분과 관련하여 지지된 제 1 원통형 부분 및 연료 팰릿 컬럼에 대하여 기밀식으로 폐쇄된 관형 클래딩의 단부가 임의의 형상을 갖는 것이 허용된다. 제 3 원통형 부분은 전술한 바와 같이 단순히 간격보다 대체로 큰 길이를 갖는 클래딩의 내경보다 작은 직경을 가질 수 있다.

본 발명에 따른 연료봉의 플러그 및 클래딩은 일반적으로 지르코늄 합금으로 제조되지만, 연료봉의 사용에 따라 다른 재료로 구성하는 것도 가능하다.

본 발명은 가압수 원자로용 연료 요소를 위해서 뿐만 아니라 연료 팰릿을 포함하고 플러그에 의해 단부가 폐쇄되는 클래딩을 포함하는 봉의 형태로 제조된 수냉식 원자로를 위한 임의의 연료 요소에 사용될 수 있다.

Claims (5)

1. 원통형 관형 클래딩(2), 상기 클래딩(2)의 축 방향(7)으로 관형 클래딩(2) 내부에서 다른 팰릿(3)의 상부상에 적층된 핵연료 팰릿들(3)의 컬럼, 봉(1)이 원자로 내부의 작업 위치에 배열될 때 연료봉(1)의 하부 부분에 배열된 봉(1)의 클래딩(2)의 제 1 축방향 단부의 기밀식 폐쇄를 위한 제 1 플러그(4, 10), 및 클래딩(2)의 제 2 축방향 단부의 기밀식 폐쇄를 위한 제 2 플러그(5)를 포함하고, 봉(1)의 클래딩(2)은 수직한 축(7)을 갖고, 상기 연료 팰릿들(3)의 컬럼은 제 1 하부 단부를 통하여 하부 플러그라 지칭되는 제 1 플러그(4, 10)의 내부 부분(4a, 10a)상에 놓이며, 연료 팰릿(3)의 컬럼의 제 2 상부 축방향 단부와 상부 플러그라 지칭되는 제 2 플러그(5)의 내부 부분의 단부 사이에 개재된 압축 스프링(8)에 의해 관형 클래딩(2) 내부에 보유되는, 물에 의해 냉각되는 원자로용 연료봉에 있어서,

   상기 관형 클래딩(2)의 내부에 결합된 하부 플러그(10)의 내부 부분(10a)은, 축방향(7) 및 클래딩(2)의 제 1 단부로부터 제 2 단부를 향하는 방향으로, 관형 클래딩(2)의 내경과 대체로 동일한 직경을 갖는 제 1 원통형 부분(11)과, 관형 클래딩(2)의 내경보다 작은 직경을 갖는 제 2 원통형 부분(12), 및 관형 클래딩(2)의 내경보다 작은 직경을 갖고 제 3 원통형 부분(13)의 측방향 외부면과 관형 클래딩(2)의 내부면 사이에 가스의 통과를 위한 반경 방향 간극 및 연료 팰릿(3)의 컬럼의 제 1 단부가 놓이는 대체로 평평한 단부면(14)을 유지하도록 제 2 원통형 부 분(12)의 직경보다 큰 직경을 갖는 제 3 원통형 부분(13)을 연속적으로 포함하여, 가스의 팽창을 위한 환형 공간(16)이 하부 플러그(10)의 내부 부분(10a)의 제 2 부분(12)의 외부면과 클래딩(2)의 내부면 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 연료봉.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 연료봉(1)의 하부 플러그(10)의 내부 부분(10a)의 제 3 원통형 부분(13)은, 제 3 원통형 부분(13)의 측방향 외부면과 관형 클래딩(2)의 내부면 사이에, 1/10 내지 2/10 mm 사이의 조립 및 가스 통로를 위한 반경 방향 간극(15)이 남아있도록 하는 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 연료봉.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 하부 플러그(10)의 내부 부분(10a)의 제 2 원통형 부분(12)은, 관형 클래딩(2)의 내경의 40% 내지 60% 사이의 직경 및 상기 관형 클래딩(2)의 내경의 8 내지 10배의 축방향으로의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 연료봉.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연료 팰릿들의 컬럼의 연료 팰릿들(3)의 적어도 일부는, 산화 플루토늄 또는 우라늄과 플루토늄의 혼합 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료봉.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 축방향으로 연장하는 제 2 원통형 부분(12)의 적어도 일 영역에는, 외경이 조립 간극에 의해 감소되는 관형 클래딩의 내경과 대체로 동일한 제 2 원통형 부분의 직경 방향으로 넓어진 원통형 부분에 의해 구성되는 적어도 하나의 크로스 부재(17)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 연료봉.

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