JPH0472594A - 酸化物核燃料棒 - Google Patents
酸化物核燃料棒Info
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- JPH0472594A JPH0472594A JP2185726A JP18572690A JPH0472594A JP H0472594 A JPH0472594 A JP H0472594A JP 2185726 A JP2185726 A JP 2185726A JP 18572690 A JP18572690 A JP 18572690A JP H0472594 A JPH0472594 A JP H0472594A
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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
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (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】
[産業上の利用分野]
この発明は発電用の原子炉に用いられる酸化物核燃料棒
に関するものである。
に関するものである。
[従来の技術1
従来、酸化物核燃料棒は、原子炉の反応度、出力分布並
びに線出力レベルの観点から、核***性物質が炉心内の
所定の位置に配置されるように設計され、円柱状の酸化
物核燃料ペレット(以下、単にペレットという)を被覆
管に装荷したものである。
びに線出力レベルの観点から、核***性物質が炉心内の
所定の位置に配置されるように設計され、円柱状の酸化
物核燃料ペレット(以下、単にペレットという)を被覆
管に装荷したものである。
このペレットは通常は短円柱状をなすが、ペレットと被
覆管との相互作用(Pellet C1adHecha
nial Interaction以下PCMIという
。)を緩和する目的で、最近は球体のベレツ1−を使用
した球体燃料充填核燃料棒(Sphere Pac)が
開発されつつある。
覆管との相互作用(Pellet C1adHecha
nial Interaction以下PCMIという
。)を緩和する目的で、最近は球体のベレツ1−を使用
した球体燃料充填核燃料棒(Sphere Pac)が
開発されつつある。
また、円柱状芯部及びそれを取り囲む円筒状外周部から
なる二重ペレット構造のUo2核燃料要素も開発されて
来ており、例えば特開昭61−184484号並びに特
開昭63−236996号に開小されている。
なる二重ペレット構造のUo2核燃料要素も開発されて
来ており、例えば特開昭61−184484号並びに特
開昭63−236996号に開小されている。
ペレットの組成については、外周部のみにN b O
、T ’ 02 マタハs i 02 (r)ウチ少す
くとも一種の添加物を0.05〜6重醋%の含有率で含
有させている。
、T ’ 02 マタハs i 02 (r)ウチ少す
くとも一種の添加物を0.05〜6重醋%の含有率で含
有させている。
また二重ペレットの場合、中央円柱部を焼結活性度の高
いA U C(Ammonium Uranyl Ca
rbonate )法のUO,、粉末により形成し、そ
の外周円筒部を焼結活性度の低い△D U (Amio
niug+ Diuranate)沫の粉末により形成
している。
いA U C(Ammonium Uranyl Ca
rbonate )法のUO,、粉末により形成し、そ
の外周円筒部を焼結活性度の低い△D U (Amio
niug+ Diuranate)沫の粉末により形成
している。
U発明が解決しようとする課題フ
このうち、円柱状のペレットを被覆管に装荷した従来の
酸化物燃料棒〈以下ペレット装荷燃料棒という。)の場
合、ペレットの照射挙動のひとつであるスウェリング(
Swellina>による寸法増大を考慮して、ペレッ
トの″a!#密度は原子炉内の緻密化量を確保する目的
で、例えば95%TD(TheOritiCal De
nsity)となるように制御され、また、ペレットと
被覆管の間に所定のギャップを設けているのであるが、
しかし、上記のペレットの初期密度を95%TDに抑え
るのは、ペレットの熱伝導率は高密度側で^くなるとい
う事実からすると、ペレットの中心部の照II温度が高
くなるという好ましくない傾向となる問題がある。
酸化物燃料棒〈以下ペレット装荷燃料棒という。)の場
合、ペレットの照射挙動のひとつであるスウェリング(
Swellina>による寸法増大を考慮して、ペレッ
トの″a!#密度は原子炉内の緻密化量を確保する目的
で、例えば95%TD(TheOritiCal De
nsity)となるように制御され、また、ペレットと
被覆管の間に所定のギャップを設けているのであるが、
しかし、上記のペレットの初期密度を95%TDに抑え
るのは、ペレットの熱伝導率は高密度側で^くなるとい
う事実からすると、ペレットの中心部の照II温度が高
くなるという好ましくない傾向となる問題がある。
一方、PCMIを緩和する目的で考案された球体燃料充
填棒の場合、球体燃料(Il化甥核燃料の球状焼結体)
を被覆管に充填したものであるが、ペレット装荷燃料棒
と比較して、スミア密度が低く、また当該球体燃料充填
棒の軸方向の核***性物質の不均一の問題がある。
填棒の場合、球体燃料(Il化甥核燃料の球状焼結体)
を被覆管に充填したものであるが、ペレット装荷燃料棒
と比較して、スミア密度が低く、また当該球体燃料充填
棒の軸方向の核***性物質の不均一の問題がある。
また、従来の技術として開示した特開昭6118448
4号における二重ペレット構造のUO2核燃料要素の製
造方法では、構成要素としての中子と外了があり、それ
ぞれ別に成形し、各々別に焼結温度などをυノ御して焼
結後に外子の内孔に中子を嵌合して完成ペレットとする
か、若しくは各々のグリーンペレット(成形体)を嵌合
して同時に焼結する。
4号における二重ペレット構造のUO2核燃料要素の製
造方法では、構成要素としての中子と外了があり、それ
ぞれ別に成形し、各々別に焼結温度などをυノ御して焼
結後に外子の内孔に中子を嵌合して完成ペレットとする
か、若しくは各々のグリーンペレット(成形体)を嵌合
して同時に焼結する。
しかし、成形体から焼結体への焼結による直径並びに高
さ方向の収縮率については、中子と外子で添加物の有無
等によりそれぞれ微妙に異なるので、これらの@燃料体
の嵌合部の直径並びに高さ方向のギャップのばらつきを
小さく一定とするのは困難である。
さ方向の収縮率については、中子と外子で添加物の有無
等によりそれぞれ微妙に異なるので、これらの@燃料体
の嵌合部の直径並びに高さ方向のギャップのばらつきを
小さく一定とするのは困難である。
また、嵌合部のギャップを核燃料設計の観点から、すな
わち当該燃料要素の経験する線出力範囲並びに懲焼度範
囲の観点から、良好に決めるのも困難である。
わち当該燃料要素の経験する線出力範囲並びに懲焼度範
囲の観点から、良好に決めるのも困難である。
ペレットと被覆管の間に所定のギャップを設けているの
は、ペレットの被覆管への装荷を容易にするものの、酸
化物核燃料の寿命初期においてはギャップの存在により
、更にペレットの中心部の照射温度が高くなるという好
ましくない傾向となる問題がある。
は、ペレットの被覆管への装荷を容易にするものの、酸
化物核燃料の寿命初期においてはギャップの存在により
、更にペレットの中心部の照射温度が高くなるという好
ましくない傾向となる問題がある。
また、酸化物核燃料の寿命終期においては、ペレットの
熱膨脹とスウェリングによりペレットと被覆管の閣のギ
ャップは消滅し、ペレットと被覆管は接触するので、こ
の時点から原子炉の出力を上昇さぜた場合、被覆管への
応力が過大となる問題がある。
熱膨脹とスウェリングによりペレットと被覆管の閣のギ
ャップは消滅し、ペレットと被覆管は接触するので、こ
の時点から原子炉の出力を上昇さぜた場合、被覆管への
応力が過大となる問題がある。
また、従来の技術として開示した特開昭63=2369
96号における二重ペレット構造のUO2核燃料要素の
製造方法についても、金型中においてだ斜体の中央円柱
部に相当する部分にはAUG法により得られた焼結活性
度の高い粉末を充填し、その外周部分にはADU法によ
り得られた焼結活性度の低い粉末を充填して、所定の大
きさにプレス成形し、これを焼結する。
96号における二重ペレット構造のUO2核燃料要素の
製造方法についても、金型中においてだ斜体の中央円柱
部に相当する部分にはAUG法により得られた焼結活性
度の高い粉末を充填し、その外周部分にはADU法によ
り得られた焼結活性度の低い粉末を充填して、所定の大
きさにプレス成形し、これを焼結する。
しかし、ALIC法とADLI法により得られたu o
2+x粉末の特性については、両者の成形性並びに焼
結性が異なるので、上記の焼結による直径並びに高さ方
向の収縮率が異なる。
2+x粉末の特性については、両者の成形性並びに焼
結性が異なるので、上記の焼結による直径並びに高さ方
向の収縮率が異なる。
よって、当該核燃料体においては原料粉末特性の興なる
中央円柱部とその外周部分の境界領域において、収縮率
の差等に起因する有害なりラックを生じる可能性がある
。
中央円柱部とその外周部分の境界領域において、収縮率
の差等に起因する有害なりラックを生じる可能性がある
。
この発明は上記の如き事情に鑑みてなされたものであっ
て、燃料の照114温度を下げ、核***生成物(Fis
sion Product : Jul下FPという。
て、燃料の照114温度を下げ、核***生成物(Fis
sion Product : Jul下FPという。
)ガスの放出を少なくし、良好な照射挙動を得ることが
でき、また良好なPCMI特性を得ることができる酸化
物核燃料棒を提供することを目的とするものである。
でき、また良好なPCMI特性を得ることができる酸化
物核燃料棒を提供することを目的とするものである。
[課題を解決するための手段]
この目的に対応して、この発明の酸化物核燃料棒は、燃
料被覆管内に前記燃料被覆管の内径より小さな直径を有
する複数の酸化物核燃料ペレットを装填し、前記燃料被
覆管の両端を端栓にて密封してなる核燃料棒において、
前記酸化物核燃料ペレットと前記燃料被覆管との間隙に
球体の核燃料若しくは可燃性毒物を充填したことを特徴
としている。
料被覆管内に前記燃料被覆管の内径より小さな直径を有
する複数の酸化物核燃料ペレットを装填し、前記燃料被
覆管の両端を端栓にて密封してなる核燃料棒において、
前記酸化物核燃料ペレットと前記燃料被覆管との間隙に
球体の核燃料若しくは可燃性毒物を充填したことを特徴
としている。
[作用]
この発明の酸化物核燃料棒は燃料集合体に組立てられた
後、炉心に配置される。
後、炉心に配置される。
燃料棒中心部の高密度かつ大粒径ペレットは熱を良好に
伝達して燃料棒全体の温度を低下させ、FPP2Oペレ
ットからの放出を低減させる。球体燃料若しくは可燃性
毒物は、反応度のll11M]に寄与するとともに、流
動的塑性を発揮して、燃料被覆管とペレットとの直接接
触を防ぎ、かつ、被覆管への過度の応力を与えることを
回避する。
伝達して燃料棒全体の温度を低下させ、FPP2Oペレ
ットからの放出を低減させる。球体燃料若しくは可燃性
毒物は、反応度のll11M]に寄与するとともに、流
動的塑性を発揮して、燃料被覆管とペレットとの直接接
触を防ぎ、かつ、被覆管への過度の応力を与えることを
回避する。
[実施例]
以下、この発明の詳細を一実施例を示す図面について説
明する。
明する。
第1図にこの発明の一実施例に係わる酸化物核燃料棒1
の縦断面図を示す。第1図において符号1はこの発明の
酸化物核燃料棒であり、酸化物核燃料棒1は燃料被覆管
3内に複数のペレット2が充填されている。ペレット2
は高密度(95%TD以上)かつ大粒径(結晶粒径20
ミクロン以上)の核燃料ペレットである。燃料被覆管3
とペレット2との間の環状間隙9には球体燃料若しくは
球体可燃性毒物6が充填されている。
の縦断面図を示す。第1図において符号1はこの発明の
酸化物核燃料棒であり、酸化物核燃料棒1は燃料被覆管
3内に複数のペレット2が充填されている。ペレット2
は高密度(95%TD以上)かつ大粒径(結晶粒径20
ミクロン以上)の核燃料ペレットである。燃料被覆管3
とペレット2との間の環状間隙9には球体燃料若しくは
球体可燃性毒物6が充填されている。
燃料被覆管3の両端は端栓4,5で閉塞されている。端
栓4はまず燃料被覆管3の片端(通常下部)に溶接して
おき、燃料被覆管3の内部に複数の核燃料ペレット2を
装填し、更に、核燃料ペレット2と燃料被覆管3との間
に形成される環状の空隙に球体燃料若しくは球体可燃性
毒物6を充填したのち前記核燃料ペレット2の頂部にコ
イルスプリング11を配置したのち、もう一方の開放端
部に頂部端栓5を溶接することによって燃料被覆管3を
密閉する。
栓4はまず燃料被覆管3の片端(通常下部)に溶接して
おき、燃料被覆管3の内部に複数の核燃料ペレット2を
装填し、更に、核燃料ペレット2と燃料被覆管3との間
に形成される環状の空隙に球体燃料若しくは球体可燃性
毒物6を充填したのち前記核燃料ペレット2の頂部にコ
イルスプリング11を配置したのち、もう一方の開放端
部に頂部端栓5を溶接することによって燃料被覆管3を
密閉する。
ペレット2の上方の空間7は通常、ブレナムと呼ばれる
空間であり、この部分にコイルスプリング11が配置さ
れているが、このブレナム7と球体燃料6の充填された
部分における空隙には、従来の核燃料棒と同様にペレッ
ト2で発生した熱の被覆管3への伝達を良好とするため
の加圧されたヘリウムガスが充填されている。
空間であり、この部分にコイルスプリング11が配置さ
れているが、このブレナム7と球体燃料6の充填された
部分における空隙には、従来の核燃料棒と同様にペレッ
ト2で発生した熱の被覆管3への伝達を良好とするため
の加圧されたヘリウムガスが充填されている。
この発明の酸化物核燃料棒1の一つの重要な特徴は核燃
料ペレット2に高密度(95%TD以上)かつ大粒径(
結晶粒径20ミクロン以上〉のペレットを用いた点、及
び、燃料被覆管3との環状空隙9に球体の燃料若しくは
球体可燃性毒物6を充填した点にある。
料ペレット2に高密度(95%TD以上)かつ大粒径(
結晶粒径20ミクロン以上〉のペレットを用いた点、及
び、燃料被覆管3との環状空隙9に球体の燃料若しくは
球体可燃性毒物6を充填した点にある。
そして、この発明の実施例においては、例えば球体燃料
は直径が1ミリ、0.2ミリ、40ミクロン以下の3種
類の球体燃料を充填することによって当該燃料IS域の
スミア密度85%TDを達成している。しかし、球体燃
料若しくは球体可燃性毒物の直径(球径)は本実施例に
限定されるものではなく、当該燃料領域のスミア密度が
85%TD程度となるような適宜の直径(球径)を選択
することができる。
は直径が1ミリ、0.2ミリ、40ミクロン以下の3種
類の球体燃料を充填することによって当該燃料IS域の
スミア密度85%TDを達成している。しかし、球体燃
料若しくは球体可燃性毒物の直径(球径)は本実施例に
限定されるものではなく、当該燃料領域のスミア密度が
85%TD程度となるような適宜の直径(球径)を選択
することができる。
次に、この発明の酸化物核燃料棒1を製造する際の核燃
料ペレット2の位置決め及び球体燃料(若しくは球体可
11!!性毒物)6の充填方法について説明する。
料ペレット2の位置決め及び球体燃料(若しくは球体可
11!!性毒物)6の充填方法について説明する。
第2図及び第3図は被覆管中心位置へのペレット装荷及
び球体燃料の充填方法の説明図である。
び球体燃料の充填方法の説明図である。
まず、燃料被覆管3の下端に端栓4の溶接された燃料被
覆管を振動充填装置10にセットし、燃料被覆管3内に
ペレット中心位置決め棒8(この例では4本)を挿入す
る。
覆管を振動充填装置10にセットし、燃料被覆管3内に
ペレット中心位置決め棒8(この例では4本)を挿入す
る。
次に、所定の直径になるように外周研削された核燃料ペ
レット2を中心位置決め棒8に沿って燃料被覆管3内に
装荷(装填)する。
レット2を中心位置決め棒8に沿って燃料被覆管3内に
装荷(装填)する。
次に、複数種類(図で&!3種類の直径を有する)の球
体燃料を核燃料ペレット2と燃料被覆管3との環状空隙
9(すなわち、中心位置決め棒8の挿入された空隙)に
充填し、振動充填装置10を運転し振動充填していくが
、ここで徐々に中心位置決め棒8を引抜いていく。
体燃料を核燃料ペレット2と燃料被覆管3との環状空隙
9(すなわち、中心位置決め棒8の挿入された空隙)に
充填し、振動充填装置10を運転し振動充填していくが
、ここで徐々に中心位置決め棒8を引抜いていく。
このようにして、燃料被覆管3の中心位置に核燃料ペレ
ットが装荷され、これらの外周領域に球体燃料を充填し
た酸化物核燃料棒が得られる。
ットが装荷され、これらの外周領域に球体燃料を充填し
た酸化物核燃料棒が得られる。
なお、参考までにこの発明の酸化物核燃料棒の製造工程
を示すと第4図のフローシート(工程図)の通りであり
、高密度かつ大粒径のペレットを得るには、例えば、ペ
レットの原料は、通常の商業ベースで入手の容易なUC
2゜8粉末で良い。
を示すと第4図のフローシート(工程図)の通りであり
、高密度かつ大粒径のペレットを得るには、例えば、ペ
レットの原料は、通常の商業ベースで入手の容易なUC
2゜8粉末で良い。
また、特開昭62−297215号に開示されている比
較的焼結の進行が容易な活性化UO2,x粉末を利用す
ることもでき、更に、特公平120399号に開示され
ている焼結助成剤として微量のニオビアなど添加・混合
してもよい。
較的焼結の進行が容易な活性化UO2,x粉末を利用す
ることもでき、更に、特公平120399号に開示され
ている焼結助成剤として微量のニオビアなど添加・混合
してもよい。
密度が95%TD以上、結晶粒径が20ミクロン以上の
高密度・大粒径ペレットを得るためのペレットの焼結方
法としては、特開平1−304391号に開示されてい
る所定の酸化性雰囲気を考慮した3段焼結、並びに特開
平2−55991号に開示されている焼結温度を150
0℃以上とした空気焼結方法等を用いることができる。
高密度・大粒径ペレットを得るためのペレットの焼結方
法としては、特開平1−304391号に開示されてい
る所定の酸化性雰囲気を考慮した3段焼結、並びに特開
平2−55991号に開示されている焼結温度を150
0℃以上とした空気焼結方法等を用いることができる。
更に、ペレットの製造ラインとゾルーグル誌による球体
燃料の製造ラインは基本的に独立しているので、ペレッ
トに可燃性毒物であるガドリニア等を添加したり、また
ボロン・コーティングを施すのも可能である。
燃料の製造ラインは基本的に独立しているので、ペレッ
トに可燃性毒物であるガドリニア等を添加したり、また
ボロン・コーティングを施すのも可能である。
上記のように両者の製造ラインが独立していることから
、いわゆる2重濃縮度ペレット(DuaEnrlchm
ent pelletまたはDuplex pell
et )と呼ばれる異なる濃縮度を同一の燃料棒に施す
ことも可能である。
、いわゆる2重濃縮度ペレット(DuaEnrlchm
ent pelletまたはDuplex pell
et )と呼ばれる異なる濃縮度を同一の燃料棒に施す
ことも可能である。
球体燃料についてはその原料は、硝酸ウラニル等でよい
。
。
ゾル−ゲル法により所定の大きさに整粒して、か焼して
、焼結する。
、焼結する。
焼結においては、従来の高温水素焼結でも良いが、上記
のより軽済的な低温3段階焼結方法、並びに空気焼結方
法を用いても良い。
のより軽済的な低温3段階焼結方法、並びに空気焼結方
法を用いても良い。
また、球体燃料の占める燃料棒内の外周領域に、上記と
同等の製造方法によって製造されるガドリニア(Gd2
03)またはボロン・カーバイト(B4C)等を振動、
充填することも可能である。
同等の製造方法によって製造されるガドリニア(Gd2
03)またはボロン・カーバイト(B4C)等を振動、
充填することも可能である。
そして、この発明の酸化物核燃料棒においてはペレット
とその外周に位置する球体燃料の組合せを、例えば、次
の(△)〜(D)に示すように、様々な組合せとするこ
とができる。
とその外周に位置する球体燃料の組合せを、例えば、次
の(△)〜(D)に示すように、様々な組合せとするこ
とができる。
この発明の酸化物核燃料棒におけるペレットとその外周
部の球体燃料の構成を下記の通りとする。
部の球体燃料の構成を下記の通りとする。
(A)ペレット:任意の濃縮度とする。
球体燃料二上記の任意の濃縮度と興なるものとする。
または、上記の任意の濃縮度と
同一でもよい。
(8)ペレット:Gdの燃え方が緩かである任意の添加
量のガドリニア入りとす る。
量のガドリニア入りとす る。
または、ガドリニア単体として
も良い。
球体だ料、Gdの燃え方が速やかである上記の任意の添
加量レベルを変え る。
加量レベルを変え る。
または、ガドリニアを添加しな
くても良い。
または、ガドリニア単体として
も良い。
(C)ペレット:任意の厚さのボロン・コーティングを
施す。
施す。
またはボロン・コーティングを
施さない。
球体燃料二上記の任意の厚さの異なるボロン・コーティ
ングを施す。
ングを施す。
またはボロン・コーティングを
施さない。
(D>ペレット:任意の濃縮度の燃料とする。
または、任意の密度のB4C単
体とする。
球体燃料:任意の濃縮度の燃料とする。
または、任意の密度B40申体
とする。
なお、酸化物核燃料ペレットについてはウラン酸化物単
体以外に、ウラン酸化物とプルトニウム酸化物の混合酸
化物並びにトリウム酸化物を原料とした場合にも冷間圧
縮法による成形並びにゾル・ゲル沫による整粒を施して
、焼結する製造方法は基本的に同様であることから、容
易に本発明の当該酸化物核燃料棒に適用できる。
体以外に、ウラン酸化物とプルトニウム酸化物の混合酸
化物並びにトリウム酸化物を原料とした場合にも冷間圧
縮法による成形並びにゾル・ゲル沫による整粒を施して
、焼結する製造方法は基本的に同様であることから、容
易に本発明の当該酸化物核燃料棒に適用できる。
[発明の効果]
第5図に任意の出力履歴における同一線出力時点のこの
発明の酸化物核燃料棒と従来のペレット装荷燃料棒の照
射中の燃料領域の燃料温度の直径方向の分布を比較した
。
発明の酸化物核燃料棒と従来のペレット装荷燃料棒の照
射中の燃料領域の燃料温度の直径方向の分布を比較した
。
第5図から明らかなように、燃料領域の中心部の燃料温
度は、この発明の酸化物燃料棒の場合の方が、従来のペ
レット装荷燃料棒の場合に比較して十分低い。
度は、この発明の酸化物燃料棒の場合の方が、従来のペ
レット装荷燃料棒の場合に比較して十分低い。
これはこの発明の酸化物燃料棒のペレット密度は98%
TDであり、一方従来のペレット装荷燃料棒のペレット
の密度は95%TDであり、この密度差による熱伝導率
の向上に起因する。
TDであり、一方従来のペレット装荷燃料棒のペレット
の密度は95%TDであり、この密度差による熱伝導率
の向上に起因する。
また、従来のペレット装荷燃料棒の場合ギャップが設け
られているので、燃料寿命の初期においては、更に上記
の燃料領域中心部の温度差が生じる。
られているので、燃料寿命の初期においては、更に上記
の燃料領域中心部の温度差が生じる。
更に、この発明の酸化物核燃料棒のペレットは、従来の
ペレット(結晶粒径7〜8ミクロン)に比較すると焼結
の進行した焼結体であることから、その結晶粒構造は大
きな結晶粒(20ミクロン以上)から構成されているの
で、FPガスの保持力が向上する。
ペレット(結晶粒径7〜8ミクロン)に比較すると焼結
の進行した焼結体であることから、その結晶粒構造は大
きな結晶粒(20ミクロン以上)から構成されているの
で、FPガスの保持力が向上する。
よって、この発明の酸化物核燃料棒は、従来の燃料棒に
比較すると、燃料領域中心部の照射i度が低いこと、並
びにFPガスの保持力が強いことから、FPガス放出が
極めて小さくなる。
比較すると、燃料領域中心部の照射i度が低いこと、並
びにFPガスの保持力が強いことから、FPガス放出が
極めて小さくなる。
第6図にこの発明の酸化物核燃料棒と従来のペレット装
荷燃料棒の同一の出力履歴の時点において、定常運転時
から出力上昇させた場合の被覆管の周方向応力と出力上
昇幅の関係を示す。
荷燃料棒の同一の出力履歴の時点において、定常運転時
から出力上昇させた場合の被覆管の周方向応力と出力上
昇幅の関係を示す。
定常運転時から出力1冒させた場合の被覆管の周方向応
力は、ある出力上昇幅のレベルを越えた時点から、この
発明の燃料棒の場合の方が、従来の燃料棒の場合に比較
して十分低い。
力は、ある出力上昇幅のレベルを越えた時点から、この
発明の燃料棒の場合の方が、従来の燃料棒の場合に比較
して十分低い。
これは、この発明の燃料棒の場合、被覆管と接触する燃
料領域は振動充填された球体燃料によって構成されてい
るから、当該燃料領域のスミア密度は85%TD程度で
あり、比較的流動的塑性の変形をすることに起因する。
料領域は振動充填された球体燃料によって構成されてい
るから、当該燃料領域のスミア密度は85%TD程度で
あり、比較的流動的塑性の変形をすることに起因する。
更に、出力上昇させた場合の被覆管の周方向応力は、あ
る出力上昇幅のレベルを越えた時点から被檀管自身のり
ラグゼーションの効果が生じて、飽和した傾向を示す。
る出力上昇幅のレベルを越えた時点から被檀管自身のり
ラグゼーションの効果が生じて、飽和した傾向を示す。
よって、この発明の燃料棒は、従来の燃料棒に比較する
と、被覆管と接触する燃料領域が、比較的流動的塑性の
変形をする振動充填した球体燃料によって構成されてい
るから、良好なPCM I特性を有する。
と、被覆管と接触する燃料領域が、比較的流動的塑性の
変形をする振動充填した球体燃料によって構成されてい
るから、良好なPCM I特性を有する。
そこで、この発明の燃料棒は、従来の燃料棒に比較し、
被覆管の変形量も小さく、ひいては破損燃料の発生率も
小さくなる。
被覆管の変形量も小さく、ひいては破損燃料の発生率も
小さくなる。
第7図にこの発明の燃料棒と従来の燃料棒の同一レベル
の出力1歴の場合燃焼度の燃料領域の直径方向の分布を
示す。
の出力1歴の場合燃焼度の燃料領域の直径方向の分布を
示す。
この発明の燃料棒の燃料領域における燃焼度分布の方が
、従来の燃料棒の場合に比較して平坦である。
、従来の燃料棒の場合に比較して平坦である。
従来の燃料棒の燃料領域における燃焼度分布は、中心部
よりも外周部の方が燃焼が進行しているが、これは中性
子のデプレッションの効果と温度分布に起因するものと
考えられている。
よりも外周部の方が燃焼が進行しているが、これは中性
子のデプレッションの効果と温度分布に起因するものと
考えられている。
上記の従来の燃料棒の燃料領域における燃焼度分布は、
中心部よりも外周部の方が燃焼が進行する影響について
は、高燃焼度下における照射挙動の一つとしてリム効果
として問題視され、指摘されている。
中心部よりも外周部の方が燃焼が進行する影響について
は、高燃焼度下における照射挙動の一つとしてリム効果
として問題視され、指摘されている。
一方、この発明の燃料棒の燃料領域における燃焼度分布
が比較的平坦になるのは、ペレットの濃縮度を外周部の
球体燃料の濃縮度よりも^くすること(なお、燃料棒単
位の濃縮度は、従来のペレット装荷燃料棒の場合と同一
である。すなわち、両者の燃料棒に含有する核***性物
質のφは同一とする。)、並びにペレットの密度は、そ
の外周に充填された球体燃料の密度よりも高いことから
、核***密度についても外周部よりも中心部の方が高く
なる傾向を有することに起因すると考える。
が比較的平坦になるのは、ペレットの濃縮度を外周部の
球体燃料の濃縮度よりも^くすること(なお、燃料棒単
位の濃縮度は、従来のペレット装荷燃料棒の場合と同一
である。すなわち、両者の燃料棒に含有する核***性物
質のφは同一とする。)、並びにペレットの密度は、そ
の外周に充填された球体燃料の密度よりも高いことから
、核***密度についても外周部よりも中心部の方が高く
なる傾向を有することに起因すると考える。
以上から、この発明の酸化物核燃料棒の燃料領域におけ
る燃焼度分布の平坦化が可能になる。
る燃焼度分布の平坦化が可能になる。
以上の説明から明らかなように、
(a)この発明の酸化物核燃料棒は、中心部を高密度、
かつ大ぎな結晶粒を有するペレットとすることにより燃
料の照射温度を下げ、かつ「Pガスの放出を小さくする
ので、良好な照射挙動が得られる。
かつ大ぎな結晶粒を有するペレットとすることにより燃
料の照射温度を下げ、かつ「Pガスの放出を小さくする
ので、良好な照射挙動が得られる。
(b)またこの発明の酸化物核燃料棒は、外周部を球体
燃料振動充填とすることにより、当該外周部は比較的流
動的塑性があるので、被覆管への過度な応力を与えない
ので、良好なPCMI特性が得られる。
燃料振動充填とすることにより、当該外周部は比較的流
動的塑性があるので、被覆管への過度な応力を与えない
ので、良好なPCMI特性が得られる。
(C)またこの発明の酸化物核燃料は、ペレットと球体
燃料振動充填の製造ラインは基本的に独立しているので
、両者の様々の組合せが可能となる。
燃料振動充填の製造ラインは基本的に独立しているので
、両者の様々の組合せが可能となる。
(d)またこの発明の酸化物4!燃料棒は、ペレットと
球体燃料の濃縮度を巽ならせることにより、従来のペレ
ット装荷燃料棒に比較して、燃料領域の直径方向の燃焼
度の分布の平坦化が可能となる。
球体燃料の濃縮度を巽ならせることにより、従来のペレ
ット装荷燃料棒に比較して、燃料領域の直径方向の燃焼
度の分布の平坦化が可能となる。
これは高燃焼劇の照射挙動のひとつで指摘されたリム効
果の克服が可能である。
果の克服が可能である。
第1図はこの発明の酸化物核燃料棒の縦断面図、第2図
はこの発明の酸化物核燃料棒における被覆管の中心位置
へのペレット装荷及び球体燃料充填方法の説明図、第3
図は第2図における■−■部断面拡大図、第4図はこの
発明の酸化物核燃料棒製造の70−シートを示す図、第
5図はこの発明の酸化物核燃料棒と従来のペレット装荷
燃料棒の同一線出力の場合の照射中の燃料領域における
燃料温度の直径方向分布の比較図、第6図はこの発明の
酸化物核燃料棒と従来のペレット装荷燃料棒の同一出力
履歴から出力上昇させた場合の被覆管の周方向応力と出
力上稈幅の関係図、及び第7図はこの発明の酸化物核燃
料棒と従来のペレット装荷燃料棒の同−出力履歴の場合
の燃料領域の燃焼度の直径方向分布の比較図である。 第1図 ]・・・酸化物核燃料棒、 2・・・核燃料ペレット、
3・・・燃料被覆管、 4.5・・・端栓、6・・・球
体燃料(または球体可燃性毒物)、7・・・ブレナム、
8・・・中心位置決め棒、9・・・環状間隙、 10
・・・振動充填装置11・・・コイルスプリング、
はこの発明の酸化物核燃料棒における被覆管の中心位置
へのペレット装荷及び球体燃料充填方法の説明図、第3
図は第2図における■−■部断面拡大図、第4図はこの
発明の酸化物核燃料棒製造の70−シートを示す図、第
5図はこの発明の酸化物核燃料棒と従来のペレット装荷
燃料棒の同一線出力の場合の照射中の燃料領域における
燃料温度の直径方向分布の比較図、第6図はこの発明の
酸化物核燃料棒と従来のペレット装荷燃料棒の同一出力
履歴から出力上昇させた場合の被覆管の周方向応力と出
力上稈幅の関係図、及び第7図はこの発明の酸化物核燃
料棒と従来のペレット装荷燃料棒の同−出力履歴の場合
の燃料領域の燃焼度の直径方向分布の比較図である。 第1図 ]・・・酸化物核燃料棒、 2・・・核燃料ペレット、
3・・・燃料被覆管、 4.5・・・端栓、6・・・球
体燃料(または球体可燃性毒物)、7・・・ブレナム、
8・・・中心位置決め棒、9・・・環状間隙、 10
・・・振動充填装置11・・・コイルスプリング、
Claims (2)
- (1)燃料被覆管内に前記燃料被覆管の内径より小さな
直径を有する複数の酸化物核燃料ペレットを装填し、前
記燃料被覆管の両端を端栓にて密封してなる核燃料棒に
おいて、前記酸化物核燃料ペレットと前記燃料被覆管と
の間隙に球体の核燃料若しくは可燃性毒物を充填したこ
とを特徴とする酸化物核燃料棒 - (2)前記酸化物核燃料ペレットは高密度かつ大粒径ペ
レットであることを特徴とする請求項1記載の酸化物核
燃料棒
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2185726A JPH0472594A (ja) | 1990-07-13 | 1990-07-13 | 酸化物核燃料棒 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2185726A JPH0472594A (ja) | 1990-07-13 | 1990-07-13 | 酸化物核燃料棒 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0472594A true JPH0472594A (ja) | 1992-03-06 |
Family
ID=16175783
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2185726A Pending JPH0472594A (ja) | 1990-07-13 | 1990-07-13 | 酸化物核燃料棒 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0472594A (ja) |
-
1990
- 1990-07-13 JP JP2185726A patent/JPH0472594A/ja active Pending
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