JPH0527064A - Nuclear fuel element fand manufacture thereof - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To obtain the easy manufacturing method for the nuclear fuel pellet which possesses the superior nuclear and thermal characteristic equal to those of a hollow nuclear fuel pellet and with which the corrosion crack of a cladding pipe can be prevented and the nuclear fuel element having the nuclear fuel pellet. CONSTITUTION:As for a nuclear fuel element having the nuclear fuel pellet in which a zirconium copper group or carbon group nuclear fission product catching material is incorporated, the nuclear fuel pellet is pressure-molded, by inserting a nuclear fission product catching material 13 which is previously pressure-molded to a shape in combination of a thin disc and a round rod, into a pressure molding tool 9 for the nuclear fuel pellet. Then, the filling with uranium dioxide powder 14 is carried out. Then, the uranium dioxide powder 14 containing the nuclear fission product catching material 13 is pressure-molded.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は原子力発電用の核燃料要
素に係り、特に短円柱形核燃料ペレット（以下、核燃料
ペレットと称す）を有する核燃料要素に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nuclear fuel element for nuclear power generation, and more particularly to a nuclear fuel element having short cylindrical nuclear fuel pellets (hereinafter referred to as nuclear fuel pellets).

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来技術の例として、「軽水炉燃料のふ
るまい」［原子力安全研究協会編、実務テキストシリ−
ズＮｏ．３、第１２１頁〜第１２９頁（Ｓ６０．８）］
に開示のものがある。これには、原子力発電用各炉型ご
との核燃料要素について、核燃料ペレットの形状とその
製造方法、ペレット・被覆管相互作用やペレット・被覆
力学的相互作用による被覆管破損に対する防止方法、及
び特に加圧水型軽水炉の核燃料ペレットの軸中心部の溶
融防止対策として、軸中心部に空孔を設けた、中空の核
燃料ペレットを用いる方法が述べられている。2. Description of the Related Art As an example of the prior art, "Light Fuel Reactor Fuel Behavior" [edited by Nuclear Safety Research Association, Practical text series]
Nos. 3, pages 121 to 129 (S60.8)]
There is one disclosed in. For nuclear fuel elements for each reactor type for nuclear power generation, this includes the shape and manufacturing method of nuclear fuel pellets, a method for preventing pellet-clad tube interaction and cladding-tube damage due to pellet-cladding mechanical interaction, and especially pressurized water. As a measure for preventing melting of the axial center portion of the nuclear fuel pellets of a DWR, a method of using hollow nuclear fuel pellets having holes in the axial center portion is described.

【０００３】上記の核燃料要素は、原子炉に多数本装荷
されるが、これらの核燃料要素の燃焼中においては、い
ずれの核燃料ペレットの内部でも、温度分布は中心部で
高く表層部で低い状態にある。このため、核燃料ペレッ
トの各部の温度に対応した熱膨張によって、核燃料ペレ
ットはつづみ状に変形したり、クラックが発生し、これ
らは被覆管を局部的に変形させるペレット．破壊力学的
相互作用の原因となる。このペレット．破壊力学的相互
作用の原因を取り除くために考案されたのが、上記の中
空の核燃料ペレットであり、高温となる部分を取り除く
とともに熱膨張による変形をこの中空部分で吸収できる
ようになっている。A large number of the nuclear fuel elements described above are loaded into a nuclear reactor. During the burning of these nuclear fuel elements, the temperature distribution is high in the central part and low in the surface part inside any of the nuclear fuel pellets. is there. Therefore, the thermal expansion corresponding to the temperature of each part of the nuclear fuel pellet causes the nuclear fuel pellet to be deformed into a staggered shape or to generate cracks, which locally deform the cladding tube. Cause destructive mechanical interactions. This pellet. The hollow nuclear fuel pellets described above were devised in order to eliminate the cause of the fracture mechanical interaction, and the hollow portion can absorb the deformation due to thermal expansion while removing the high temperature portion.

【０００４】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の従来技
術では、中空の核燃料ペレットの製造上の歩止り、及び
核***生成物の放出による問題について配慮されておら
ず、核***生成物の挙動及びその捕獲手段等の問題点、
並びにそれらの問題点の改善策については開示されてい
ない。However, in the above-mentioned prior art, no consideration is given to the production yield of hollow nuclear fuel pellets and the problem due to the release of fission products. Problems such as capture means,
Also, no improvement measures for those problems are disclosed.

【０００５】一方、近年、総電力量に対する原子力発電
量の比率が高まり、原子炉は従来の出力一定運転から負
荷追従運転が要求されるようになってきているが、負荷
追従運転では原子炉の出力が負荷に応じて変化するた
め、これに従来の核燃料要素を使用した場合、負荷上昇
に伴って発生する核***生成物の増加に起因するペレッ
ト・被覆管相互作用やペレット・被覆力学的相互作用に
よる被覆管の応力腐食割れが懸念されている。On the other hand, in recent years, the ratio of the amount of nuclear power generation to the total amount of electric power has increased, and the load follow-up operation has been required from the conventional constant output operation of the nuclear reactor. When a conventional nuclear fuel element is used for this, the output changes depending on the load.Pellet-cladding interaction and pellet-cladding mechanical interaction due to the increase of fission products generated with increasing load There is a concern about stress corrosion cracking of the cladding tube due to.

【０００６】本発明の目的は、核的及び熱的特性は、上
記の中空の核燃料ペレットと基本的に同じであるが、燃
焼過程で生成される核***生成物を捕獲・保持して、核
***生成物の放出を低減することにより、ペレット・被
覆管相互作用やペレット・被覆力学的相互作用による被
覆管の応力腐食割れが防止でき、かつ製造が容易な核燃
料ペレットを有する核燃料要素を提供することにある。The object of the present invention is that the nuclear and thermal properties are basically the same as those of the hollow nuclear fuel pellets described above, but the fission products produced in the combustion process are captured and retained to produce fission products. To provide a nuclear fuel element having a nuclear fuel pellet which can prevent stress corrosion cracking of a cladding tube due to pellet-clad tube interaction or pellet-cladding mechanical interaction by reducing the emission of a substance and which is easy to manufacture. is there.

【０００７】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的は、次のように
して達成することができる。The above object can be achieved as follows.

【０００８】（１）直径が核燃料ペレットと同一又はこ
れより僅かに小さく、断面が円形状の薄肉円板と、直径
が薄肉円板より小さく、薄肉円板の軸中心部から薄肉円
板上に直立した丸棒とからなり、核***生成物の吸収能
を有するジルコニウム・銅系又は炭素系の核***生成物
捕獲材が、底辺部と中心部とを形成している核燃料ペレ
ットを有する核燃料要素を用いること。(1) A thin-walled disc having a diameter equal to or slightly smaller than that of the nuclear fuel pellet and a circular cross section, and a diameter smaller than that of the thin-walled disc, from the axial center of the thin-walled disc to the thin-walled disc. A zirconium-copper-based or carbon-based fission product capture material composed of upright round rods and capable of absorbing fission products uses a nuclear fuel element having a nuclear fuel pellet forming a bottom portion and a central portion. thing.

【０００９】（２）（１）において、核燃料要素の上下
端部には炭素系の核***生成物捕獲材を組み込んだ核燃
料ペレットを、中間部にはジルコニウム・銅系の核***
生成物捕獲材を組み込んだ核燃料ペレットをそれぞれ配
置した核燃料要素を用いること。(2) In (1), a nuclear fuel pellet containing a carbon-based fission product trapping material is incorporated in the upper and lower ends of the nuclear fuel element, and a zirconium-copper-based fission product trapping material is incorporated in the middle part. Use nuclear fuel elements with separate nuclear fuel pellets.

【００１０】（３）核***生成物の吸収能を有するジル
コニウム・銅系又は炭素系の核***生成物捕獲材素材粉
末を加圧成形して、直径が短円柱形核燃料ペレットと同
一又はこれより僅かに小さく、断面が円形状の薄肉円板
と、直径が薄肉円板より小さく、薄肉円板の軸中心部か
ら薄肉円板上に直立した丸棒とからなる核***生成物捕
獲材素材を形成する工程と、核***生成物捕獲材素材を
短円柱形核燃料ペレットの加圧成形用具内に挿入した
後、この加圧成形用具内に核燃料素材粉末を充填し、核
***生成物捕獲材素材を含む核燃料素材粉末を加圧成形
する工程と、加圧成形して得られた核***生成物捕獲材
素材を含む核燃料素材を焼結して短円柱形核燃料ペレッ
トをつくる工程と、短円柱形核燃料ペレットを被覆管内
にスタック状に封入する工程とを有する核燃料要素の製
造方法を用いること。(3) A zirconium-copper-based or carbon-based fission product trapping material powder having the ability to absorb fission products is pressure-molded to have a diameter equal to or slightly smaller than that of a short cylindrical nuclear fuel pellet. A process for forming a fission product trapping material that consists of a small thin disk with a circular cross section and a round bar smaller in diameter than the thin disk and upright on the thin disk from the axial center of the thin disk And the fission product capture material is inserted into the pressure molding tool of the short cylindrical nuclear fuel pellet, and then the nuclear fuel material powder is filled into the pressure molding tool, and the nuclear fuel material powder containing the fission product capture material is inserted. And the step of forming a short cylindrical nuclear fuel pellet by sintering the nuclear fuel material containing the fission product trapping material obtained by pressure molding, and the short cylindrical nuclear fuel pellet in the cladding tube. Enclosed in a stack Using the manufacturing method of the nuclear fuel elements and a that step.

【００１１】[0011]

【作用】本発明では、核燃料要素の上下端部には炭素系
の核***生成物捕獲材を組み込んだ核燃料ペレットを、
中間部にはジルコニウム・銅系の核***生成物捕獲材を
組み込んだ核燃料ペレットをそれぞれ配置した核燃料要
素を用いているので、核燃料ペレットの燃焼過程で生成
される核***生成物は、核燃料ペレット内に組み込んだ
上記の各核***生成物捕獲材により吸収・保持されて、
核燃料ペレットからの核***生成物の放出量が低減さ
れ、ペレット・被覆管相互作用やペレット・被覆力学的
相互作用による被覆管の応力腐食割れが防止される。In the present invention, the nuclear fuel pellets incorporating the carbon-based fission product trapping material at the upper and lower ends of the nuclear fuel element,
Since nuclear fuel elements in which nuclear fuel pellets incorporating zirconium / copper fission product trapping materials are arranged are used in the middle part, the fission products produced in the burning process of nuclear fuel pellets are incorporated into the nuclear fuel pellets. It is absorbed and retained by each fission product trapping material above,
The amount of fission products released from nuclear fuel pellets is reduced, and stress corrosion cracking of the cladding due to pellet-cladding interaction and pellet-cladding mechanical interaction is prevented.

【００１２】なお、核燃料ペレットの加圧成形及び焼結
などの製造は、すでに製造方法が確立している従来の場
合と同一の手法なので、容易に行なうことができる。Manufacturing of the nuclear fuel pellets, such as pressure molding and sintering, is the same as the conventional method whose manufacturing method has already been established, and therefore can be easily carried out.

【００１３】[0013]

【実施例】本発明の一実施例を図１〜図５により説明す
る。図１は一実施例の核燃料ペレットの斜視図、図２は
図１の核***生成物捕獲材部分の斜視図、図３は核***
生成物捕獲材素材の加圧成形方法の説明図、図４は核燃
料ペレットの加圧成形方法の説明図、図５は図１の核燃
料ペレットをスタック状に被覆管に封入した核燃料要素
の模式縦断面図であり、１は核燃料ペレット、２は核分
裂生成物捕獲材、３は核***生成物捕獲材素材の加圧成
形用具、４は外筒、５は内筒、６は底板、７はうわ蓋、
８は核***生成物捕獲材素材粉末、９は核燃料ペレット
の加圧成形用具、１０は外筒、１１は底板、１２はうわ
蓋、１３は核***生成物捕獲材素材、１４は二酸化ウラ
ン粉末、１５は被覆管、１６は上部端栓、１７は下部端
栓、１８はプレナムを示している。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a perspective view of a nuclear fuel pellet of one embodiment, FIG. 2 is a perspective view of a fission product trapping material portion of FIG. 1, FIG. 3 is an explanatory view of a pressure forming method of a fission product trapping material, and FIG. FIG. 5 is an explanatory view of a method for pressure-molding nuclear fuel pellets, FIG. 5 is a schematic longitudinal sectional view of a nuclear fuel element in which the nuclear fuel pellets of FIG. 1 are enclosed in a cladding tube in a stack, 1 is a nuclear fuel pellet, 2 is a fission product trapping material Reference numeral 3 is a pressure molding tool for a fission product trapping material, 4 is an outer cylinder, 5 is an inner cylinder, 6 is a bottom plate, 7 is a wand lid,
Reference numeral 8 is a fission product trapping material powder, 9 is a pressure molding tool for nuclear fuel pellets, 10 is an outer cylinder, 11 is a bottom plate, 12 is a wand lid, 13 is a fission product trapping material, 14 is uranium dioxide powder, 15 Is a cladding tube, 16 is an upper end plug, 17 is a lower end plug, and 18 is a plenum.

【００１４】この実施例の核燃料ペレット１は、図１に
示すように、内部に核***生成物捕獲材２を組み込んだ
短円柱形からなっている。図２は、図１の核***生成物
捕獲材２の部分である。As shown in FIG. 1, the nuclear fuel pellet 1 of this embodiment has a short cylindrical shape in which a fission product trapping material 2 is incorporated. FIG. 2 is a portion of the fission product trapping material 2 of FIG.

【００１５】この実施例の核燃料ペレット１の製造に際
して使用する主な用具は、図３の核***生成物捕獲材素
材の加圧成形用具３、図４の核燃料ペレットの加圧成形
用具９及び焼結炉（図示せず）である。なお、図５は、
製造された核燃料ペレット１が、核燃料要素の被覆管１
５に封入されている状態を示している。The main tools used in the production of the nuclear fuel pellets 1 of this embodiment are the press-molding tool 3 for the fission product trapping material shown in FIG. 3, the press-molding tool 9 for the nuclear fuel pellets shown in FIG. 4 and the sintering. A furnace (not shown). In addition, FIG.
The produced nuclear fuel pellet 1 is a cladding tube 1 of a nuclear fuel element.
5 shows the state of being enclosed in 5.

【００１６】また、核***生成物捕獲材素材の加圧成形
用具３は、図３に示すように、外筒４、内筒５、底板６
及びうわ蓋７からなっており、核燃料ペレットの加圧成
形用具９は、図４に示すように、外筒１０、底板１１及
びうわ蓋１２からなっている。As shown in FIG. 3, the pressure-molding tool 3 for the fission product trapping material is an outer cylinder 4, an inner cylinder 5, and a bottom plate 6.
The pressure molding tool 9 for nuclear fuel pellets is composed of an outer cylinder 10, a bottom plate 11 and a wrinkle lid 12, as shown in FIG.

【００１７】核燃料ペレットの製造工程は、一般に、ウ
ランの再転換加工→粉末処理→加圧成形→焼結→外周研
磨→洗浄・乾燥の順で行われるが、この実施例では、図
４に示す核燃料ペレットの加圧成形用具９を用いて、核
燃料素材粉末の加圧成形を行なう前段階において、核分
裂生成物捕獲材素材１３を加圧成形用具９内に予め挿入
しておくだけで、その後はすでに製造方法が確立してい
る従来の核燃料ペレットの場合と同一の手法で加圧成形
及び焼結ができるので、量産化を図ることが可能であ
る。The manufacturing process of nuclear fuel pellets is generally carried out in the order of uranium reconversion processing → powder processing → press molding → sintering → periphery polishing → washing / drying. In this embodiment, it is shown in FIG. It is only necessary to insert the fission product trapping material 13 in advance into the pressure-molding tool 9 before the pressure-molding of the nuclear fuel material powder using the pressure-molding tool 9 for the nuclear fuel pellets. Since pressure molding and sintering can be performed by the same method as in the case of conventional nuclear fuel pellets for which a manufacturing method has already been established, mass production can be achieved.

【００１８】なお、核***生成物捕獲材素材粉末８に
は、希ガス系の核***生成物の吸収能に優れたジルコニ
ウム・銅の素材粉末に中性子吸収能の大きなハフニウム
を混入したジルコニウム・銅系のものと、セシウムの吸
収能に優れた炭素の素材粉末に中性子吸収能の大きなハ
フニウムを混入した炭素系のものの２種類の素材粉末
を、核燃料素材粉末には二酸化ウラン粉末１４をそれぞ
れ用いている。The fission product trapping material powder 8 is made of zirconium / copper based material containing zirconium / copper material powder having a high ability to absorb rare gas fission products, and hafnium having a high neutron absorbing ability. Two kinds of material powders, that is, a carbon-based material powder having excellent cesium absorption capacity and hafnium having a large neutron absorption capacity mixed in, and a uranium dioxide powder 14 are used as nuclear fuel material powders.

【００１９】この実施例の核燃料ペレット１の製造は、
次のようにして行なわれる。The production of the nuclear fuel pellet 1 of this embodiment is as follows.
This is done as follows.

【００２０】まず、核***生成物捕獲材素材１３のつく
り方であるが、図３において、核***生成物捕獲材素材
の加圧成形用具３のうわ蓋７を外して内筒５を設置し、
その後、核***生成物捕獲材素材粉末８を規定量充填
し、うわ蓋７を取付け、縦断面がＴ字型となるまで核分
裂生成物捕獲材素材粉末８を加圧成形して、核***生成
物捕獲材素材１３にした後、うわ蓋７と底板６を外し、
内筒５と一緒に核***生成物捕獲材素材１３を取り出
し、内筒５から核***生成物捕獲材素材１３を抜き取る
工程をとっている。First, referring to the method of making the fission product trapping material 13, as shown in FIG. 3, the wrinkle lid 7 of the fission product trapping material pressure molding tool 3 is removed and the inner cylinder 5 is installed.
After that, the fission product trapping material powder 8 is filled in a specified amount, the wand lid 7 is attached, and the fission product trapping material powder 8 is pressure-molded until the longitudinal section becomes T-shaped, and the fission product trapping is performed. After making the material 13, remove the wand lid 7 and the bottom plate 6,
The process of taking out the fission product trapping material 13 together with the inner cylinder 5 and taking out the fission product trapping material 13 from the inner cylinder 5 is taken.

【００２１】この場合、核***生成物捕獲材素材粉末８
は、この粉末の原料を粉砕及び造粒処理して得られる。
また、加圧成形して得られる核***生成物捕獲材素材１
３は、薄肉円板の直径が核燃料ペレット１と同一又はこ
れより僅かに小さく、薄肉円板を含めた丸棒の高さが燃
料ペレット１より１ｍｍ程度低めとなるように加圧成形
される。丸棒の直径は約２ｍｍ、薄肉円板の直径は核燃
料ペレット１により異なるが一般に１２ｍｍ程度であ
り、薄肉円板の厚さは約１ｍｍである。更に、核***生
成物捕獲材素材１３は、焼結時や原子炉運転時の焼きし
まり、及び相対的な熱膨張差を考慮して、予め適宜決め
ている密度となるように加圧成形されている。In this case, the fission product trapping material powder 8
Is obtained by crushing and granulating the raw material of this powder.
Also, a fission product capture material 1 obtained by pressure molding
In No. 3, the diameter of the thin-walled disc is the same as or slightly smaller than that of the nuclear fuel pellet 1, and the round bar including the thin-walled disc is pressure-molded so that the height thereof is about 1 mm lower than that of the fuel pellet 1. The diameter of the round bar is about 2 mm, the diameter of the thin-walled disc is about 12 mm although it depends on the nuclear fuel pellet 1, and the thickness of the thin-walled disc is about 1 mm. Further, the fission product trapping material 13 is pressure-molded so as to have a density that is appropriately determined in advance, taking into account the sintering during sintering or reactor operation, and the relative difference in thermal expansion. There is.

【００２２】続いての製造工程は、下記のとおりであ
る。まず、ウラン濃縮工場から送られてきた六フッ化ウ
ランを再転換加工して二酸化ウラン粉末１４を得る。核
燃料ペレット１の核燃料素材である二酸化ウラン粉末１
４は、濃縮度、かさ比重及び不純物含有量等の検査後、
ボ−ルミル等の方法で粉砕されて活性度が与えられ、そ
の後、造粒等の粉末処理がなされる。The subsequent manufacturing process is as follows. First, the uranium hexafluoride sent from the uranium enrichment plant is reconverted to obtain uranium dioxide powder 14. Uranium dioxide powder 1 which is the nuclear fuel material of nuclear fuel pellet 1
4 is, after the inspection of concentration, bulk specific gravity and impurity content,
It is pulverized by a method such as a ball mill to give an activity, and then powdered such as granulation.

【００２３】次いで、核燃料ペレットの加圧成形用具９
を用いて加圧成形が行なわれるが、この加圧成形は、図
４に示すように、核燃料ペレットの加圧成形用具９内に
核***生成物捕獲材素材１３を挿入し、続いて、二酸化
ウラン粉末１４を充填し、加圧成形する。この加圧成形
の条件は、原子炉の型式や使用目的よって異なるが、軽
水炉等では加圧成形体の密度が５０〜６０％ＴＤ（Ｔｈ
ｅｏｒｉｔｉｃａｌＤｅｎｓｉｔｙ）程度になるよう
に、加圧成形を行っている。なお、この場合の加圧成形
の方法は、図３の核***生成物捕獲材素材粉末８の加圧
成形の場合に比べて、内筒がないこと、及び核***生成
物捕獲材素材１３を予め加圧成形用具内に挿入しておく
ことだけが異なり、素材粉末を加圧成形する工程は同じ
である。Next, a pressure molding tool 9 for nuclear fuel pellets
As shown in FIG. 4, the fission product trapping material 13 is inserted into the pressure molding tool 9 for the nuclear fuel pellets, and then the uranium dioxide is pressed. Powder 14 is filled and pressure-molded. The conditions of this pressure molding differ depending on the model of the nuclear reactor and the purpose of use, but in a light water reactor or the like, the density of the pressure molded body is 50 to 60% TD (Th
The pressure molding is carried out so as to reach the degree of the theoretical density. The pressure molding method in this case is different from the case of the pressure molding of the fission product trapping material powder 8 in FIG. 3 in that there is no inner cylinder and that the fission product trapping material 13 is added in advance. The steps of pressing the raw material powder are the same, except that they are inserted into the pressing tool.

【００２４】次いで、上記の加圧成形体の焼結が行なわ
れるが、この焼結は、還元雰囲気中で１７００℃以上の
高温加熱し、３〜５時間保持して行なわれ、焼結後の核
燃料ペレット１の形状は、図１に示すものと同じになる
が、製造された核燃料ペレット１の高さは直径の１〜
１．２倍程度となるようにしている。Next, the above-mentioned pressure-molded body is sintered. This sintering is carried out by heating at a high temperature of 1700 ° C. or higher in a reducing atmosphere and holding for 3 to 5 hours. The shape of the nuclear fuel pellet 1 is the same as that shown in FIG. 1, but the height of the produced nuclear fuel pellet 1 is 1 to 1 of the diameter.
It is about 1.2 times.

【００２５】上記の方法で核燃料ペレット１が製造され
るが、この実施例の場合、従来の中空の核燃料ペレット
の中空部分が、核***生成物捕獲材２に代わった形とな
っており、また、核***生成物捕獲材２は高精度で製造
することができる。なお、核***生成物捕獲材素材１３
がつくられた後は、成形・焼結技術が確立している従来
と同一の手法で核燃料ペレットの製造ができ、量産化が
可能である。The nuclear fuel pellet 1 is manufactured by the above method. In this embodiment, the hollow portion of the conventional hollow nuclear fuel pellet is replaced with the fission product trapping material 2, and The fission product trapping material 2 can be manufactured with high precision. In addition, fission product capture material 13
After being manufactured, nuclear fuel pellets can be manufactured and mass-produced by the same method as the conventional method in which the molding and sintering technology has been established.

【００２６】この実施例の方法で焼結された核燃料ペレ
ット１は、図５に示すように、更にスタツク状に被覆管
１５内に封入され、原子力発電用の核燃料要素となる。
なお、被覆管１５内にはヘリウムガスが加圧封入されて
いる。核燃料要素の構造は従来と同様であるが、被覆管
１５内のいずれの核燃料ペレット１にも、核***生成物
捕獲材２を組み込んでいる点が異なっている。これらの
核燃料ペレット１のうち、炭素系の核***生成物捕獲材
２が組み込まれている核燃料ペレット１は核燃料要素の
上下端部に、ジルコニウム・銅系の材質の核***生成物
捕獲材２が組み込まれている核燃料ペレット１は核燃料
要素の中間部にそれぞれ配置されている。As shown in FIG. 5, the nuclear fuel pellets 1 sintered by the method of this embodiment are further enclosed in a stack in the cladding tube 15 to be a nuclear fuel element for nuclear power generation.
It should be noted that helium gas is pressurized and sealed in the covering tube 15. The structure of the nuclear fuel element is the same as the conventional one, except that the nuclear fission product trapping material 2 is incorporated in any of the nuclear fuel pellets 1 in the cladding tube 15. Among these nuclear fuel pellets 1, the nuclear fuel pellet 1 in which the carbon-based fission product trapping material 2 is incorporated has the zirconium-copper-based fission product trapping material 2 incorporated in the upper and lower ends of the nuclear fuel element. The nuclear fuel pellets 1 are arranged in the middle of the nuclear fuel element.

【００２７】前述のように、核燃料要素は、原子炉に多
数本装荷されるが、これらの核燃料要素は燃焼中におい
て、いずれの核燃料ペレット１の内部でも、温度分布は
中心部で高く表層部で低い状態にある。このため、核燃
料ペレット１の各部の温度に対応した熱膨張によって、
核燃料ペレット１はつづみ状に変形したり、クラックが
発生し、これらは被覆管を局部的に変形させるペレッ
ト．破壊力学的相互作用の原因となる。このペレット．
破壊力学的相互作用の原因を取り除くために考案された
のが、従来の中空の核燃料ペレットであり、高温となる
部分を取り除くとともに熱膨張による変形をこの中空部
分で吸収できるようになっている。As described above, a large number of nuclear fuel elements are loaded in the nuclear reactor. During the burning of these nuclear fuel elements, the temperature distribution is high in the central part and in the surface layer part inside any of the nuclear fuel pellets 1. It is in a low state. Therefore, by thermal expansion corresponding to the temperature of each part of the nuclear fuel pellet 1,
The nuclear fuel pellets 1 are deformed into a staggered shape or cracks are generated, and these are pellets that locally deform the cladding tube. Cause destructive mechanical interactions. This pellet.
A conventional hollow nuclear fuel pellet was devised in order to eliminate the cause of the fracture mechanical interaction, and the hollow portion can absorb the deformation caused by thermal expansion while removing the high temperature portion.

【００２８】この実施例の核燃料ペレット１の核的及び
熱的特性は、中空の核燃料ペレットと基本的に同じ考え
に立っているが、核***生成物の放出を低減する作用に
関しては、中空の核燃料ペレットと全く異なっている。The nuclear and thermal properties of the nuclear fuel pellet 1 of this example are basically the same as those of the hollow nuclear fuel pellet, but the hollow nuclear fuel has the same effect of reducing the emission of fission products. It's completely different from pellets.

【００２９】中空の核燃料ペレットの場合、低燃焼時は
核燃料ペレット内部の粒内で生成した核***生成物が熱
拡散により粒界に析出し、気泡を形成して放出が抑制さ
れるが、高燃焼になると粒界に析出した気泡がネットワ
−クを形成するとともに中空内面に粒界侵食が発生し、
この粒界侵食部を経て核***生成物が中空内部に放出さ
れ、核燃料ペレットからの放出量が増加する。更に、核
***生成物の放出量は燃焼過程とともに増加する傾向が
ある。一方、核燃料ペレットの表層部では、内部よりも
燃焼度が高く、核***生成物の生成量も多いが、表層部
は冷却材により冷却されて温度が低いため、生成した核
***生成物は粒内に保持される。しかし、粒内における
保持量が限界に達すると結晶粒を破壊して核燃料ペレッ
ト外に放出される。この表層部からの核***生成物の放
出量は燃料の高燃焼時に無視できなくなる。核燃料ペレ
ットから放出される核***生成物の中でも、希ガス核分
裂生成物はプレナム１８のガス空間へ移動する。また、
セシウムは核燃料ペレットの内部から表層部へ移行して
核燃料ペレットと核燃料ペレットとの間隙に沈着し、更
に燃焼度が進むとスタック状の核燃料ペレットの上下端
部の比較的低温部分に移行して濃縮する。セシウムの濃
縮部ではセシウムウランタイトが生成して体積が膨張
し、被覆管１５の変形や応力腐食割れを起こす可能性が
ある。In the case of hollow nuclear fuel pellets, at the time of low combustion, fission products generated in the grains inside the nuclear fuel pellets are deposited at grain boundaries due to thermal diffusion and bubbles are formed to suppress emission, but high combustion is achieved. Then, the bubbles precipitated at the grain boundaries form a network and grain boundary erosion occurs on the hollow inner surface.
Fission products are released to the inside of the hollow through the grain boundary erosion portion, and the release amount from the nuclear fuel pellets is increased. Moreover, fission product emissions tend to increase with the combustion process. On the other hand, in the surface layer of the nuclear fuel pellet, the burnup is higher than in the interior, and the amount of fission products produced is larger, but since the surface layer is cooled by the coolant and the temperature is low, the produced fission products are Retained. However, when the retained amount inside the grain reaches the limit, the crystal grain is broken and released outside the nuclear fuel pellet. The amount of fission products released from this surface layer cannot be ignored when the fuel is highly burned. Among the fission products released from the nuclear fuel pellets, the noble gas fission products move to the gas space of the plenum 18. Also,
Cesium migrates from the inside of the nuclear fuel pellets to the surface layer and is deposited in the gap between the nuclear fuel pellets and the nuclear fuel pellets. To do. In the concentrated portion of cesium, cesium uraniumite is generated and the volume expands, which may cause deformation of the cladding tube 15 and stress corrosion cracking.

【００３０】これに対して、本実施例では、被覆管１５
に封入しているスタック状の核燃料ペレット１のうち、
中間部にはジルコニウム・銅系の核***生成物捕獲材２
を組み込んでいる核燃料ペレット１を配置しているの
で、燃焼過程で核燃料ペレット１の内部に核***生成物
による気泡のネットワ−クが形成されても、粒界侵食は
発生せず、希ガス核***生成物の放出が抑制できる。ま
た、核燃料ペレット１の表層部では、結晶粒内の核***
生成物の蓄積量の限界によって結晶粒が破壊され、核分
裂生成物を放出するが、核***生成物捕獲材２の薄肉円
板状の部分によって、希ガス核***生成物を吸収・保持
することができる。On the other hand, in this embodiment, the cladding tube 15
Among the stack-shaped nuclear fuel pellets 1 enclosed in
A zirconium-copper fission product trapping material 2 in the middle
Since the nuclear fuel pellets 1 incorporating the above are arranged, grain boundary erosion does not occur even if a network of bubbles due to fission products is formed inside the nuclear fuel pellets 1 in the combustion process, and rare gas nuclear fission production is performed. The release of objects can be suppressed. Further, in the surface layer portion of the nuclear fuel pellet 1, the crystal grain is destroyed due to the limit of the amount of the fission product accumulated in the grain, and the fission product is released. Can absorb and retain noble gas fission products.

【００３１】一方、セシウムは、スタック状の核燃料ペ
レット１の上下端部に移行するが、上下端部に配置され
ている核燃料ペレット１に組み込んでいる炭素系核***
生成物捕獲材２によつて吸収・保持されるため、セシウ
ムウランタイトの生成が抑制され、ペレット・被覆管相
互作用やペレット・被覆力学的相互作用による被覆管１
５の応力腐食割れが防止できる。On the other hand, cesium migrates to the upper and lower ends of the stacked nuclear fuel pellets 1, but is absorbed by the carbon-based fission product trapping material 2 incorporated in the nuclear fuel pellets 1 arranged at the upper and lower ends.・ Because it is retained, the formation of cesium uraniumite is suppressed, and the cladding tube 1 by pellet-cladding tube interaction and pellet-cladding mechanical interaction 1
5, the stress corrosion cracking can be prevented.

【００３２】また、上記の結果から、従来、困難とされ
ていた負荷追従運転が可能となり、効率の良い原子炉運
転ができる。Further, from the above results, load follow-up operation, which has been conventionally difficult, can be performed, and efficient reactor operation can be performed.

【００３３】[0033]

【発明の効果】本発明によれば、核燃料ペレットの燃焼
過程で生成される核***生成物は、核燃料ペレット内に
組み込んだ上記の各核***生成物捕獲材により効果的に
吸収・保持され、核燃料ペレットからの核***生成物の
放出量が低減されるので、ペレット・被覆管相互作用や
ペレット・被覆力学的相互作用による被覆管の応力腐食
割れが防止される。また、この防止によって、負荷追従
運転が可能となり、効率の良い原子炉運転ができる。上
記の核燃料ペレットは製造が容易である。According to the present invention, the fission products produced in the burning process of the nuclear fuel pellets are effectively absorbed and retained by the above-mentioned fission product trapping materials incorporated in the nuclear fuel pellets, and the nuclear fuel pellets are retained. Since the amount of fission products released from the cladding is reduced, stress corrosion cracking of the cladding due to pellet-cladding interaction and pellet-cladding mechanical interaction is prevented. In addition, this prevention enables load following operation, which enables efficient reactor operation. The above nuclear fuel pellets are easy to manufacture.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】本発明の一実施例の核燃料ペレットの斜視図で
ある。FIG. 1 is a perspective view of a nuclear fuel pellet according to an embodiment of the present invention.

【図２】図１の核***生成物捕獲材部分の斜視図であ
る。2 is a perspective view of a fission product trapping material portion of FIG. 1. FIG.

【図３】本発明の一実施例の核***生成物捕獲材素材の
加圧成形方法の説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of a pressure molding method for a fission product trapping material material according to an embodiment of the present invention.

【図４】本発明の一実施例の核燃料ペレットの加圧成形
方法の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of a method for pressure-forming a nuclear fuel pellet according to an embodiment of the present invention.

【図５】図１の核燃料ペレットをスタック状に被覆管に
封入した核燃料要素の模式縦断面図である。5 is a schematic longitudinal sectional view of a nuclear fuel element in which the nuclear fuel pellets of FIG. 1 are enclosed in a cladding tube in a stack.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１…核燃料ペレット、２…核***生成物捕獲材、３…核
***生成物捕獲材素材の加圧成形用具、４…外筒、５…
内筒、６…底板、７…うわ蓋、８…核***生成物捕獲材
素材粉末、９…核燃料ペレットの加圧成形用具、１０…
外筒、１１…底板、１２…うわ蓋、１３…核***生成物
捕獲材素材、１４…二酸化ウラン粉末、１５…被覆管、
１６…上部端栓、１７…下部端栓、１８…プレナム。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Nuclear fuel pellet, 2 ... Fission product trapping material, 3 ... Pressurization tool for fission product trapping material, 4 ... Outer cylinder, 5 ...
Inner cylinder, 6 ... Bottom plate, 7 ... Wow lid, 8 ... Fission product trapping material powder, 9 ... Pressure molding tool for nuclear fuel pellets, 10 ...
Outer cylinder, 11 ... Bottom plate, 12 ... Wow lid, 13 ... Fission product capture material, 14 ... Uranium dioxide powder, 15 ... Cladding tube,
16 ... Upper end plug, 17 ... Lower end plug, 18 ... Plenum.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 直径が短円柱形核燃料ペレットの外径と
同一又はこれより僅かに小さい薄肉円板と、直径が前記
薄肉円板より小さく、前記薄肉円板の軸中心部から前記
薄肉円板上に直立した丸棒とからなり、核***生成物の
吸収能を有するジルコニウム・銅系又は炭素系の核***
生成物捕獲材が、底辺部と中心部とを形成してなる前記
短円柱形核燃料ペレットを有することを特徴とする核燃
料要素。1. A thin disk having a diameter equal to or slightly smaller than the outer diameter of a short cylindrical nuclear fuel pellet, and a thin disk having a diameter smaller than that of the thin disk from the axial center of the thin disk to the thin disk. A short cylindrical nuclear fuel pellet comprising a zirconium-copper-based or carbon-based fission product trapping material, which comprises an upright round bar and has a fission product absorption capacity, and which forms a bottom portion and a central portion. A nuclear fuel element characterized by having. 【請求項２】前記核燃料要素の上下端部には前記炭素系
の核***生成物捕獲材を組み込んだ前記短円柱形核燃料
ペレットを、中間部には前記ジルコニウム・銅系の核分
裂生成物捕獲材を組み込んだ前記短円柱形核燃料ペレッ
トをそれぞれ配置してなる請求項１記載の核燃料要素。2. The short cylindrical nuclear fuel pellets incorporating the carbon-based fission product trapping material in the upper and lower ends of the nuclear fuel element, and the zirconium-copper-based fission product trapping material in the middle portion. The nuclear fuel element according to claim 1, wherein the assembled short cylindrical nuclear fuel pellets are arranged. 【請求項３】 核***生成物の吸収能を有するジルコニ
ウム・銅系又は炭素系の核***生成物捕獲材素材粉末を
加圧成形して、直径が短円柱形核燃料ペレットと同一又
はこれより僅かに小さく、断面が円形状の薄肉円板と、
直径が前記薄肉円板より小さく、前記薄肉円板の軸中心
部から前記薄肉円板上に直立した丸棒とからなる核***
生成物捕獲材素材を形成する工程と、該核***生成物捕
獲材素材を前記短円柱形核燃料ペレットの加圧成形用具
内に挿入した後、該加圧成形用具内に核燃料素材粉末を
充填し、前記核***生成物捕獲材素材を含む前記核燃料
素材粉末を加圧成形する工程と、該加圧成形して得られ
た前記核***生成物捕獲材素材を含む前記核燃料素材を
焼結して前記短円柱形核燃料ペレットをつくる工程と、
該短円柱形核燃料ペレットを被覆管内にスタック状に封
入する工程とを有する核燃料要素の製造方法。3. A zirconium-copper-based or carbon-based fission product trapping material powder capable of absorbing fission products is pressure-molded to have a diameter equal to or slightly smaller than that of a short cylindrical nuclear fuel pellet. , A thin disk with a circular cross section,
Forming a fission product trapping material having a diameter smaller than that of the thin-walled disc and a round bar upright on the thin-walled disc from an axial center portion of the thin-walled disc; and the fission product trapping material Is inserted into the pressure-molding tool for the short cylindrical nuclear fuel pellets, the nuclear fuel material powder is filled in the pressure-molding tool, and the nuclear fuel material powder containing the fission product trapping material is pressure-molded. A step of sintering the nuclear fuel material containing the fission product trapping material obtained by the pressure forming to form the short cylindrical nuclear fuel pellets,
And a step of enclosing the short cylindrical nuclear fuel pellets in a cladding tube in a stack form.