JPH01176978A - 金属燃料要素 - Google Patents

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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は高温増殖炉に使用されるウラン、プルトニウム
等の金属燃料要素に関する。

（従来の技術） 第５図を用いて従来の金属燃料炉心について説明する。

従来の金属燃料炉心はウラン、プルトニウム及びジルコ
ニウムの３元金属からなる燃料ペレット１を燃料被覆管
２に収納し、その下部を下部端栓３で上部を上部端栓４
で封入し、燃料ペレット５を固定するために、押え板５
を介して、押えスプリング６のバネ力で押えて燃料ペレ
ットを固定する方式を採用していた。燃料ペレット１と
燃料被覆管２の熱伝達を改善するため、この間のギャッ
プには熱伝導率の高い液体金属ナトリウム７を封入し、
燃料ペレットの中心温度を低く抑えつつ、高い線出力密
度が得られるよに工夫しである。

金属燃料炉心は上記の金属燃料要素を約１００本〜２０
０本まとめて、三角ピッチに配列し、これをひとつのラ
ッパ管内に収納することで燃料集合体を形成し、この燃
料集合体本数を出カ現模に応じて調整する事で全体の炉
心を形成していた。

（発明が解決しようとする問題点） 金属燃料は燃料度が進むにつれて、燃料が膨張するスウ
ェリングが大きく、このため種々の対策がとられてきた
。燃料ペレットを燃料被覆管に対して小径で製作し、半
径方向のスウェリングを燃料被覆管とのギャップで吸収
する方式及び軸方向の伸びを押えスプリングの変形で吸
収する方式が採用されてきた。しかし、燃料ペレットの
スウェリング量は寄命末期で１０％にも達し、炉心での
燃料密度が低密度にある事から、燃料に伴なって、炉心
の反応度が低減し、燃料期間を確保するためには、余分
な燃料反応度を制御棒にもたしておく必要がある。

本発明は燃料ペレットのスウェリングによる燃料反応度
の低下を抑制する金属燃料要素を提供する事にある。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明は燃料ペレットのスウェリングによる伸びを炉心
中心面を中心に上下に吸収できるように工夫した事を特
徴とする。

上下をそれぞれ上部端栓４、下部端栓３で封入し、内部
にナトリウムを注入しておく事は従来と全く同じである
。

燃料ペレット１のスウェリングによる伸びを上下に吸収
するため、燃料被覆管２の中心部内側に燃料ペレットを
支える突起８を設け、これを燃料被覆管２に固定する。

突起８のまわりは下部の燃料ペレットの燃料に伴なって
生じるガスを上部に導くためのガス通過孔９を設けてお
く。

突起８より上部に設置される燃料ペレットの支持方法は
従来と全く同じであり、燃料ペレットの上部に押え板５
と押えスプリング６を設ける。突起８より下部について
は下端に下部支持板１０を設け、その下に下部スプリン
グ１１のスプリング力によって上部に押しつけている。

燃料ペレット１のスウェリングによる膨張は上下ともに
スプリングの変形により吸収する。

（作　用） 第１図において、下半分の燃料ペレットについては下部
スプリング１１のバネ力を燃料ペレット１の下半分の自
重を支える力より十分大きくとる事により、突起８に圧
着し、スウェリングによる膨張のみをスプリングの変形
で吸収する。上半分につむンは突起８により自重を支え
、スウェリングによる膨張は同様にスプリングの変形で
吸収する。

（実施例） 実施例の構成は第１図を用いて、先に説明したとおりで
ある。

第２図、第３図、第４図に実施例の作用及び効果を示す
。金属燃料の燃料寿命は約３年であり、全体の１／３ず
つを１年に１回折しい燃料と交換する。従って炉心の中
には燃料期間の異なる３種類の燃料が炉心に存在する。

今新しい燃料を炉心の一番外側に装荷し、その前に装荷
されていた古い燃料を炉心の中心側に移動し、一番古い
燃料を炉心中心から取出す燃料交換方式を採用すると、
従来の燃料要素では燃料ペレットの軸方向プロフィール
は第２図のとおりとなる。

即ち、燃料ペレットの頂部はスウェリングにより不揃い
となり、中心部はど高くなる。

本発明の燃料要素を使用すると第３図に示す形状となり
、燃料反応度を維持するのに好適な形となっている。炉
心の反応度は体積が一定の場合、表面積が小さいほど即
ち球形に近いほど低下が少ない。

これは中性子の炉心からの゛漏れを抑制できるからであ
る。

また、表面積も体積も同じ場合には、炉心中心部の中性
子密度の高い領域からの漏れを少なくする工夫が必要で
ある。

これを燃料反応度の形で比較すると第４図に示すように
従来の炉心と比較して、反応度の低下割合を小さく抑え
る事が出来る。

この事はある一定の燃料期間を前提に考えた時、制御棒
に余分な反応度をもたせておく必要がない事を意味し、
制御棒価値の低減を計る事が出来る。

金属燃料は燃料の融点が低いため、反応度が異常に挿入
される事故事象に対しては燃料が融けてしまうという欠
点があった。この反応度挿入事故の要因が制御棒引扱き
事故であり、このため制御棒価値を低減させる事は安全
にも極めて重要な事である。

（他の実施例） 上記の実施例においては、燃料交換をアウト・イン方式
で行なう場合について説明したが、シャフリングなしの
分散バッチ方式でも類似の効果を発揮する。

また第１図においては、突起８を設ける形で説明したが
燃料被覆管にくぼみを設ける事で、これに変える事もで
きる。

（発明の効果〕 本発明は金属燃料炉心の燃料反応度の低減を目的とした
ものであり、これにより制御棒に必要な反応度価値の低
減が可能となり、万が−の制御棒誤引扱事故を想定した
場合の安全性を著しく向上させる事が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の金属燃料要素の縦断面図、第２図は従
来の燃料による炉心内のスウェリング分布を示す図、第
３図は本発明の燃料による炉心内のスウェリング分布を
示す図、第４図は燃料反応度の比較を示す図、第５図は
従来の金属燃料要素の縦断面図である。 １・・・燃料ペレット ２・・・燃料被覆管 ３・・・下部端栓 ４・・・上部端栓 ６・・・押えスプリング ８・・・突起 ９・・・ガス通過孔 １１・・・下部スプリング 代理人　弁理士　則　近　憲　イも 同　　第子丸　健 第１ス 中白方間 第２図 軸方向 第３図 第４図 打開＋１−１７６９７８　（４） 第５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）高速増殖炉に使用される燃料ペレットと、この燃
   料ペレットを内包する燃料被覆管と、端栓及び押えスプ
   リングとから構成される金属燃料要素において、前記燃
   料被覆管の内側で炉心の軸方向中心部に相当する高さ位
   置に上側の前記燃料ペレットを支える突起を設け、この
   突起より上にある前記燃料ペレットの上端は押えスプリ
   ングが押えられ、この突起より下にある前記燃料ペレッ
   トの下端は下部スプリングで支えられていることを特徴
   とする金属燃料要素。
2. （２）前記突起は前記燃料被覆管にくぼみを設けてなる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の金属燃料
   要素。