JPH0441795B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は核分裂性物質と親核分裂性物質を軸方
向に非均質な構造に配置した核燃料要素に関す
る。

［発明の技術的背景］ 従来、第３図に示すような高速増殖炉が使用さ
れている。すなわち、第３図中符号１は原子炉容
器を示しており、この原子炉容器１内には冷却材
である液体ナトリウム２が満たされている。ま
た、この原子炉容器１内には中心部に炉心３が構
成され、炉心３の上部には炉心上部機構４が設け
られ、この炉心上部機構４の外周囲に一次冷却材
ポンプ５、中間熱交換器６等が配置されている。
この原子炉容器１の上部は上部遮蔽体としてルー
フスラブ７で密閉されており、このルーフスラブ
７と液体ナトリウム２の液面との間にはカバーガ
スが封入されている。このルーフスラブ７の中央
部には前記炉心上部機構４と対向した位置制御棒
駆動機構８が支持されている。

この制御棒駆動機構８は第４図に示すようにル
ーフスラブ７の駆動部と、ルーフスラブ７の下面
側の上部案内管１２および延長管１３とで構成さ
れている。

この制御棒駆動機構８は制御棒１０を炉心３の
燃料部９中に挿入または引抜操作して、炉心３の
反応度の制御を行なうものである。

そして、この炉心３として、軸方向に非均質な
構造をもつた軸方向非均質炉心では、それぞれ多
数本からなる核分裂性物質を多く含む炉心燃料に
よつて構成される外側炉心燃料集合体と、核分裂
性物質を多く含む炉心燃料及び中性子吸収によつ
て核分裂性物質に変換される親核分裂性物質を多
く含むブランケツト燃料によつて構成されてい
る。前記ブランケツト燃料を軸方向中央付近に配
置することにより、軸方向上下から炉心燃料によ
つてはさまれた内側炉心燃料集合体と、中性子吸
収物質を含み核分裂反応を制御する制御棒とによ
つて形成されている。第５図は外側炉心燃料集合
体１４概念的断面図、第６図は内側炉心燃料集合
体１５の概念的断面図であり、ここで、１６は炉
心燃料、１７はブランケツト燃料をそれぞれ示し
ている。すなわち、第５図および第６図において
はラツパ管３１に炉心燃料１６およびブランケツ
ト燃料１７が収容された状態である。

なお、図中３７はハンドリングヘツドで、３８
はエントランスノズルを示している。

このような燃料集合体によつて構成された高速
増殖炉の軸方向非均質炉心３の横断面の一例を示
したものが第７図である。すなわち、第７図にお
いて、第５図に示した外側炉心燃料集合体１４に
よつて構成される外側炉心領域１４′（図中太線
より外側）は第６図に示した内側炉心燃料集合体
１５によつて構成される内側炉心領域１５を取り
囲んでおり、制御棒１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１
０Ｘはこれらの領域の中に多数分散配置されてい
る。制御棒１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃは、多数ある
制御棒の内で炉の起動、停止、出力制御の目的に
用いられる主炉停止制御棒である。

制御棒１０Ｘは、多数ある制御棒の内で、炉の
緊急停止の目的のみに用いられ、通常運転時に
は、炉心から常に全引抜状態にある後備炉停止用
制御棒である。これらの主炉停止用制御棒におい
て、符号１０Ａは炉心中心に、符号１０Ｂは炉心
中心から見て２番目の距離に、符号１０Ｃは炉心
中心から最も遠い距離、各々位置された主炉停止
用制御棒１０を示している。また第７図に示した
ように、炉中心から見て最も遠い距離に配置され
た制御棒１０Ｃは、通常内側炉心領域１５′と外
側炉心領域１４′の境界に位置されることが多い。
つぎに第８図に核燃料要素の全体図を、第９図に
核燃料要素を複数本集合して結束しラツパ管内に
組込んで燃料集合体に構成した場合の全体図を示
して詳しく説明する。

第８図に示すように、核燃料要素１８は核燃料
物質１９，２０，２１を被覆管２２内に充填し、
その上、下両端部は上部端栓２３および下部端栓
２４と被覆管２２とを溶接して密封構造となつて
いる。

また、核燃料要素１８には、核燃料物質１９，
２０，２１の核分裂によつて発生した生成ガスを
被覆管２２内に保持するためのガス溜２５が設け
られている。図中符号２６は前記核燃料物質１
９，２０，２１を充填した範囲を示す核燃料充填
部で、この核燃料充填部２６とガス溜２５とは通
気孔２７を有する中間端栓２８を設けて接続され
ている。このように構成された核燃料要素１８の
被覆管２２の外面には全長にわたつてワイヤスペ
ーサ２９が巻回され、このワイヤスペーサ２９の
両端はそれぞれ上下両端栓２３，２４に溶接３０
で固定されている。

そして、第９図に示すように、核燃料要素１８
は複数本が集合し結束してラツパ管３１に組込ま
れ、またラツパ管３１の上端部にはハンドリング
ヘツド３７が、また下端部にはエントランスノズ
ル３８が接続されて核燃料集合体を構成する。こ
の燃料集合体は原子炉内で冷却材がエントランス
ノズルから流入し核燃料要素１８間を流れてハン
ドリングヘツド３７から流出する。

［背景技術の問題点］ 前記構成の軸方向非均質核燃料要素において
は、その特徴的な出力分布形状により、核分裂に
よつて生じた核分裂生成物であるセシウム（以下
Csと記す）が照射中被覆管と燃料ペレツトの間
隙を軸方向に移動する。とくに炉心燃料にはさま
れた内部ブラケツト燃料領域は、Csシンクの役
割を果たす。内部ブランケツト燃料領域へ移動し
たCsは、とくに炉心燃料領域との境界部におい
て、二酸化ウランと反応して、Cs−Ｕ−Ｏ系の
反応化合物を生成する（系えばCs2UO4、
Cs2U2O7等）。これは通常、二酸化ウラン（UO2
＋Ｘ）の酸素とウラン比（２＋×）が、化学量論
的組成比（2.00）よりｘだけ大きい二酸化ウラン
ペレツトを使用しているため、余剰酸素が関与し
ている。

この反応化合物は、被覆管と燃料ペレツトの間
隙を埋めて、被覆管の内側から荷重を与え、燃料
の寿命に影響を与えることが懸念される。第１０
図は上記核燃料要素の出力分布とCsの分布を相
対値で示したものである。第１０図から明らかな
ように炉心燃料と炉燃料との間にはさまれたブラ
ンケツト燃料ではCsの生成量が大きくなる。

［発明の目的］ 本発明は、上記従来技術の問題点を解決するた
めに為されたもので、Cs−Ｕ−Ｏ系の反応化合
物の生成を抑制し、あるいは反応化合物の生成に
よる被覆管への荷重を緩和することにより、燃料
の寿命に影響のある因子を除去し、燃料の寿命延
長を図つた核燃料要素を提供することにある。

［発明の概要］ 本発明は、多数個のプルトニウム・ウラン混合
酸化物ペレツトから成る炉心燃料及び多数個の二
酸化ウランペレツトから成るブランケツト燃料に
よつて、被覆管内に充填、構成されており、前記
ブランケツト燃料が炉心中心付近に配置すること
により、軸方向上下から前記炉心燃料によつては
さまれた構造を有する軸方向非均質核燃料要素に
おいて、炉心燃料との境界部の前記ブランケツト
燃料の二酸化ウランの酸素とウラン比を化学量論
的組成比に近い二酸化ウランペレツトを上下境界
部にそれぞれ１個以上配置したことを特徴とする
核燃料要素である。

また本発明は前記炉心燃料及びブランケツト燃
料の境界部のそれぞれのプルトニウム・ウラン混
合酸化物ペレツト及び二酸化ウランペレツトの外
径を小さくし、被覆管と前記燃料ペレツトとの間
隙を他の領域より大きくしたことを特徴とする核
燃料要素である。

本発明による核燃料要素によつて、前記軸方向
非均質構造を有する核燃料要素に特徴的なCs−
Ｕ−Ｏ系の反応化合物の生成を抑えあるいは又前
記反応化合物による被覆管への荷重を緩和するこ
とにより、核燃料要素の寿命をのばすことが出来
る。

［発明の実施例］ 以下、第１図及び第２図を参照しながら、本発
明に係る核燃料要素の各実施例を説明する。な
お、第１図および第２図ともに第８図と同一部分
は同一符号で示し、重複する部分の説明を省略
し、また要部のみ示している。

第１図における第１実施例の核燃料要素３２
は、被覆管２２内に充填されたプルトニウム・ウ
ラン混合酸化物ペレツトから成る炉心燃料２０に
はさまれて、二酸化ウランペレツトからなるブラ
ンケツト燃料１９，３３が被覆管２２内に充填さ
れている。

ここで、前記ブランケツト燃料１９，３３のう
ち、前記炉心燃料２０との境界部のブランケツト
燃料３３を構成する二酸化ウランペレツトには酸
素とウランの比が化学量論的組成比（2.00）に近
いものが酸置構成されている。

通常ブランケツト燃料に使用される二酸化ウラ
ンペレツトの酸素とウランの比は2.00〜2.02にあ
り、このうち本発明に使用されるブランケツト燃
料３３の二酸化ウランペレツトの酸素とウランの
比は2.00〜2.01のものを選択的に使用することよ
つて、Cs−Ｕ−Ｏ系の反応化合物の生成が従来
より相当低減出来る。もちろん酸素とウランの比
を化学量論的組成比（2.00）の二酸化ウランペレ
ツトを製造することが可能である。二酸化ウラン
の製造管理により、酸素とウランの比が限りなく
化学量論的組成比に近い二酸化ウランペレツトを
使用することができる。

また、前記境界部の二酸化ウランペレツトは、
上下境界部各１個以上必要とするが、最も効果の
ある個数は２〜３個程度である。

なお、炉心燃料２０にはさまれたブランケツト
燃料１９，３３の全てにわたつて酸素とウランの
比が2.00〜2.01の二酸化ウランペレツトを使用す
ることに際しては、本発明の範囲に含まれること
はもちろんである。

第２図は本発明の第２の実施例を示したもので
ある。

第２図における第２実施例の核燃料要素３４
は、ブランケツト燃料１９，３５と炉心燃料２
０，３６との上下各々境界部に位置するブランケ
ツト燃料３５を形成する二酸化ウランペレツトと
炉心燃料３６を形成するプルトニウム・ウラン混
合酸化物ペレツトの外径を他の燃料２０，１９の
ペレツトよりも小さくしたものである。この実施
例では被覆管２２との間隙３９を他の領域より大
きくすることによつて、ブランケツト燃料３５と
炉心燃料３６の境界部に生成したCs−Ｕ−Ｏ系
の反応化合物をこの間隙３９で吸収し、被覆管へ
の荷重を緩和するものである。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、ブラン
ケツトに使用される酸素とウラン比が化学量論的
組成比に近いため、余剰酸素が少なく、照射中生
成移動してきたCsとの反応化合物の生成量を小
さく抑制することが出来る。あるいは又反応化合
物の生成を燃料ペレツトと被覆管の間隙で吸収
し、被覆管への荷重を緩和することが出来る。こ
のことによつて寿命に影響を与える因子を取り除
き、核燃料要素の寿命延長を図ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はそれぞれ本発明に係る核
燃料要素の実施例を示す縦断面図、第３図は高速
増殖炉の概要を示す縦断面図、第４図は第３図に
おける炉心部周辺と制御棒駆動装置との関係を拡
大して示す縦断面図、第５図および第６図はそれ
ぞれ従来の核燃料要素を概略的に示す断面図、第
７図は第３図における炉心部を拡大して示す横断
面図、第８図は従来の核燃料要素を示す縦断面
図、第９図は第８図の核燃料要素を組込んだ核燃
料集合体を一部側面で示す縦断面図、第１０図は
従来の核燃料要素の出力分布とセシウムの分布を
示す曲線図である。 １…原子炉容器、２…液体ナトリウム、３…炉
心、４…炉心上部機構、５…一次系冷却材ポン
プ、６…中間熱交換器、７…ルーフスラブ、８…
制御棒駆動機構、９…燃料部、１０…制御棒、１
１…下部案内管、１２…上部案内管、１３…延長
管、１０Ａ…制御棒、１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｘ…
制御棒、１４′…外側炉心領域、１５′…内側炉心
領域、１４…外側炉心燃料集合体、１５…内側炉
心燃料集合体、１６…炉心燃料、１７…ブランケ
ツト燃料、１８…核燃料要素、１９…ブランケツ
ト燃料、２０…炉心燃料、２１…ブランケツト燃
料、２２…被覆管、２３…上部端栓、２４…下部
端栓、２５…ガス溜、２６…核燃料充填部、２７
…通気孔、２８…中間端栓、２９…ワイヤスペー
ス、３０…溶接部、３１…ラツパ管、３２…第１
実施例の核燃料要素、３３…第１実施例のブラン
ケツト燃料、３４…第２実施例の核燃料要素、３
５…第２実施例のブランケツト燃料、３６…第２
実施例の炉心燃料、３７…ハンドリングヘツド、
３８…エントランスノズル、３９…間隙。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被覆管内に核燃料物質が充填され、その被覆
   管の上下両端が端栓によつて密封され、前記核燃
   料物質は多数個のプルトニウム・ウラン混合酸化
   物ペレツトから成る炉心燃料及び多数個の二酸化
   ウランペレツトから成るブランケツト燃料であ
   り、しかも前記ブランケツト燃料は炉心中心付近
   に配置され軸方向から前記炉心燃料によつて上下
   にはさまれた構造を有する軸方向非均質核燃料要
   素において、前記ブランケツト燃料と炉心燃料と
   の間のそれぞれの境界部に二酸化ウランの酸素と
   ウランとの比が化学量論的組成比である２：１に
   近くしたペレツトをそれぞれ少なくとも１個配置
   したことを特徴とする核燃料要素。 ２ 前記ブランケツト燃料と炉心燃料との境界に
   位置するブランケツト燃料を形成する二酸化ウラ
   ンペレツトの外径を小さくして前記被覆管との間
   隔は他の領域より大きく構成されていることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の核燃料要
   素。