JPH0540186A - 核燃料要素 - Google Patents
核燃料要素Info
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- JPH0540186A JPH0540186A JP2405135A JP40513590A JPH0540186A JP H0540186 A JPH0540186 A JP H0540186A JP 2405135 A JP2405135 A JP 2405135A JP 40513590 A JP40513590 A JP 40513590A JP H0540186 A JPH0540186 A JP H0540186A
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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
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- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Abstract
(57)【要約】 (修正有)
【目的】 核燃料被覆管の応力腐食割れを防止し、ま
た、被覆管が破損した場合でも水素脆化を防止できる核
燃料要素を提供する。 【構成】 燃料被覆管4内の燃料ペレット1の間に可燃
性毒物(Gdなど)と水素吸収性のよい物質(Zrな
ど)との混合物を水素透過性のよい物質3で被覆して1
体成型したものを核燃料要素に配設する。 【効果】 原子炉出力上昇時に、被覆管の局所応力集中
を緩和できる。さらに、核燃料要素の破損時でも、水素
脆化を防止することができる。
た、被覆管が破損した場合でも水素脆化を防止できる核
燃料要素を提供する。 【構成】 燃料被覆管4内の燃料ペレット1の間に可燃
性毒物(Gdなど)と水素吸収性のよい物質(Zrな
ど)との混合物を水素透過性のよい物質3で被覆して1
体成型したものを核燃料要素に配設する。 【効果】 原子炉出力上昇時に、被覆管の局所応力集中
を緩和できる。さらに、核燃料要素の破損時でも、水素
脆化を防止することができる。
Description
【産業上の利用分野】本発明は、原子炉で用いられる核
燃料要素に係り、特にその被覆管の内部を改善し、信頼
性を向上させた核燃料要素に関する。
燃料要素に係り、特にその被覆管の内部を改善し、信頼
性を向上させた核燃料要素に関する。
【0001】
【従来の技術】核燃料要素は、燃料被覆管内に複数個の
核燃料ペレットを積層収容し、上端部にガス溜用プレナ
ム部と核燃料ペレットを安定に支持するためのプレナム
スプリングを有し、両端開口部を上部および下部端栓で
密封溶接した構造となっている。以上の構成において、
被覆管には、核燃料ペレットから放出される放射性核分
裂生成物が管外周部の冷却材中に混入するのを防止する
ため、当該放射性核分裂生成物が外部に漏洩するのを阻
止する機能が求められているが、現在までの運転経験に
よれば、燃料の燃焼度が高くなった段階で出力が急激に
上昇すると、被覆管と腐食性核分裂生成物との化学反応
が起こり、また核燃料ペレットが熱膨張することによっ
てペレット両端面部が所所節状に変形するいわゆるリッ
ジ変形によって被覆管に応力が加わり、上記両者の重畳
作用により、被覆管に応力腐食割れを生じる恐れのある
ことが判明した。
核燃料ペレットを積層収容し、上端部にガス溜用プレナ
ム部と核燃料ペレットを安定に支持するためのプレナム
スプリングを有し、両端開口部を上部および下部端栓で
密封溶接した構造となっている。以上の構成において、
被覆管には、核燃料ペレットから放出される放射性核分
裂生成物が管外周部の冷却材中に混入するのを防止する
ため、当該放射性核分裂生成物が外部に漏洩するのを阻
止する機能が求められているが、現在までの運転経験に
よれば、燃料の燃焼度が高くなった段階で出力が急激に
上昇すると、被覆管と腐食性核分裂生成物との化学反応
が起こり、また核燃料ペレットが熱膨張することによっ
てペレット両端面部が所所節状に変形するいわゆるリッ
ジ変形によって被覆管に応力が加わり、上記両者の重畳
作用により、被覆管に応力腐食割れを生じる恐れのある
ことが判明した。
【0002】しかして、上記のごとき被覆管の応力腐食
割れを防止することを目的として、被覆管の内周面に例
えば厚さ80〜100μmの純ジルコニウムライナ層を
障壁として張設した、いわゆるジルコニウムライナ管が
特開昭55−164396号公報として提案されてお
り、上記ジルコニウムライナ管によって被覆管と腐食性
核分裂生成物との接触を防止するとともに、被覆管に発
生する局所応力を緩和して、当該被覆管の応力腐食割れ
を防止する効果が期待されている。
割れを防止することを目的として、被覆管の内周面に例
えば厚さ80〜100μmの純ジルコニウムライナ層を
障壁として張設した、いわゆるジルコニウムライナ管が
特開昭55−164396号公報として提案されてお
り、上記ジルコニウムライナ管によって被覆管と腐食性
核分裂生成物との接触を防止するとともに、被覆管に発
生する局所応力を緩和して、当該被覆管の応力腐食割れ
を防止する効果が期待されている。
【0003】また実開昭55−55796号公報に示さ
れるように、燃料ペレットの端面部の出力をペレット腹
部より小さくし、燃料ペレットの熱応力によって生じる
リッジ変形を小さくして、被覆管との相互作用を弱める
ようにした核燃料要素が提案されている。さらに、上記
のリッジ変形を低減させる目的で、燃料ペレット内に可
塑性介在物質を挿入する提案が特開昭55−12819
3号公報に提案されている。
れるように、燃料ペレットの端面部の出力をペレット腹
部より小さくし、燃料ペレットの熱応力によって生じる
リッジ変形を小さくして、被覆管との相互作用を弱める
ようにした核燃料要素が提案されている。さらに、上記
のリッジ変形を低減させる目的で、燃料ペレット内に可
塑性介在物質を挿入する提案が特開昭55−12819
3号公報に提案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
技術によって製造した核燃料要素においては、燃料ペレ
ットの熱出力に分布を与えるようなものを製造すること
は、製造コスト面では不利である。また何らかの原因で
被覆管が破損して冷却水が被覆管内に浸入すると、直ち
に燃料が酸化されて水素が生成される。この水素がジル
コニウム合金からなる被覆管材内に拡散してゆき、水素
化物の形成と水素脆化を起す懸念があった。
技術によって製造した核燃料要素においては、燃料ペレ
ットの熱出力に分布を与えるようなものを製造すること
は、製造コスト面では不利である。また何らかの原因で
被覆管が破損して冷却水が被覆管内に浸入すると、直ち
に燃料が酸化されて水素が生成される。この水素がジル
コニウム合金からなる被覆管材内に拡散してゆき、水素
化物の形成と水素脆化を起す懸念があった。
【0005】本発明は、上記の状況に鑑みてなされたも
ので、核燃料被覆管にリッジと称する局部応力集中が生
じにくく、したがって被覆管に応力腐食割れが生じない
と同時に、何らかの原因で被覆管が破損した場合にも、
被覆管の水素脆化を防止できるような信頼性の高い核燃
料要素を提供することを目的とする。
ので、核燃料被覆管にリッジと称する局部応力集中が生
じにくく、したがって被覆管に応力腐食割れが生じない
と同時に、何らかの原因で被覆管が破損した場合にも、
被覆管の水素脆化を防止できるような信頼性の高い核燃
料要素を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明に係る核燃料要素の構成は、ジルコニウム合金
からなる燃料被覆管の内部に複数個の核燃料ペレットを
積層して収納し、上下の両端栓を密封してなる核燃料要
素において、可燃性毒物と水素吸収性のよい物質を、水
素透過性のよい被膜で被覆して一体化し、前記核燃料ペ
レット間に配設するようにしたことである。
の本発明に係る核燃料要素の構成は、ジルコニウム合金
からなる燃料被覆管の内部に複数個の核燃料ペレットを
積層して収納し、上下の両端栓を密封してなる核燃料要
素において、可燃性毒物と水素吸収性のよい物質を、水
素透過性のよい被膜で被覆して一体化し、前記核燃料ペ
レット間に配設するようにしたことである。
【0007】
【作用】核燃料要素において、燃料ペレットの端面部近
傍の熱出力を制限するためにガドリニウム(Gd)が有
効なことは公知であったが、その配置方法に技術的な課
題が残されていた。
傍の熱出力を制限するためにガドリニウム(Gd)が有
効なことは公知であったが、その配置方法に技術的な課
題が残されていた。
【0008】本発明者らは、上記のGdの配置方法につ
いて、水素吸収手段と合わせて一体化成型することを考
え、また製造上の合理化をも検討した。すなわち、被覆
管が何らかの原因で破損した場合には、高温の燃料ペレ
ットは、浸入した冷却水によって酸化され、その結果水
素が発生し、被覆管内は、水蒸気とともに水素濃度が増
大する。
いて、水素吸収手段と合わせて一体化成型することを考
え、また製造上の合理化をも検討した。すなわち、被覆
管が何らかの原因で破損した場合には、高温の燃料ペレ
ットは、浸入した冷却水によって酸化され、その結果水
素が発生し、被覆管内は、水蒸気とともに水素濃度が増
大する。
【0009】これに対して、予め検討された水素吸収性
のすぐれた物質(Zrなど)に加えて、Gdもしくはガ
ドリニア(Gd酸化物)を混合し、それら混合物を水素
透過性のよい被膜で被覆した物質を準備しておく。上記
燃料被覆管において、上記燃料ペレットの近傍部に、上
記の混合物を配設しておけば、発生した水素は、吸収さ
れてしまうので、水素による脆化等の影響は解消され
る。
のすぐれた物質(Zrなど)に加えて、Gdもしくはガ
ドリニア(Gd酸化物)を混合し、それら混合物を水素
透過性のよい被膜で被覆した物質を準備しておく。上記
燃料被覆管において、上記燃料ペレットの近傍部に、上
記の混合物を配設しておけば、発生した水素は、吸収さ
れてしまうので、水素による脆化等の影響は解消され
る。
【0010】一方、この方法によれば、燃焼の初期に
は、燃料ペレットには、割れが少なく、ペレット端面部
には大きな熱膨張変形を生じる傾向があるが、Gdの混
合の影響により、端面部の熱出力が抑制されるようにな
る。燃焼が進行すると、可燃性毒物(Gdなど)の効果
は消失するが、その時の燃料ペレットには多くの亀裂が
発生し、熱膨張による変形は小さくなり、熱出力を抑制
する必要がなくなっている。
は、燃料ペレットには、割れが少なく、ペレット端面部
には大きな熱膨張変形を生じる傾向があるが、Gdの混
合の影響により、端面部の熱出力が抑制されるようにな
る。燃焼が進行すると、可燃性毒物(Gdなど)の効果
は消失するが、その時の燃料ペレットには多くの亀裂が
発生し、熱膨張による変形は小さくなり、熱出力を抑制
する必要がなくなっている。
【0011】
【実施例】以下本発明の実施例を図1、図2および図3
を用いて説明する。図1は、本発明の核燃料要素の部分
縦断面図である。図1において、1は、核燃料ペレッ
ト、2は、本発明の混合物、3は、水素透過性の被膜、
4は、燃料被覆管である。
を用いて説明する。図1は、本発明の核燃料要素の部分
縦断面図である。図1において、1は、核燃料ペレッ
ト、2は、本発明の混合物、3は、水素透過性の被膜、
4は、燃料被覆管である。
【0012】すなわち、図1の構成は、核燃料ペレット
1の中間の少なくとも1部に、可燃性毒物(Gdもしく
はその化合物)と水素吸収性のよい物質(ジルコニウム
もしくはその化合物)の混合物2を、水素透過性にすぐ
れた被膜(パラジウム、ランタンもしくはセリウムを主
成分とする物質)3で被覆して1体化成型したものを被
覆管4内に配設したものである。
1の中間の少なくとも1部に、可燃性毒物(Gdもしく
はその化合物)と水素吸収性のよい物質(ジルコニウム
もしくはその化合物)の混合物2を、水素透過性にすぐ
れた被膜(パラジウム、ランタンもしくはセリウムを主
成分とする物質)3で被覆して1体化成型したものを被
覆管4内に配設したものである。
【0013】本発明によって、原子炉出力上昇時に、燃
料ペレット端面部の熱膨張を抑制する効果がある。ま
た、燃料被覆管の破損時にも水素脆化を防止する効果が
ある。
料ペレット端面部の熱膨張を抑制する効果がある。ま
た、燃料被覆管の破損時にも水素脆化を防止する効果が
ある。
【0014】図2は、1体化成型した混合物の断面模式
図である。図2は、水素吸収性金属(Zrもしくはその
化合物)をベ−スとしてこれに可燃性毒物(Gdもしく
はその化合物)を混合したものである。図3は、水素吸
収性金属と可燃性毒物の微粒子を均等に混合したもので
ある。いずれの場合も、図1に示した実施例と同等の効
果を示すことはいうまでもない。
図である。図2は、水素吸収性金属(Zrもしくはその
化合物)をベ−スとしてこれに可燃性毒物(Gdもしく
はその化合物)を混合したものである。図3は、水素吸
収性金属と可燃性毒物の微粒子を均等に混合したもので
ある。いずれの場合も、図1に示した実施例と同等の効
果を示すことはいうまでもない。
【0015】なお、混合物を被覆する被膜については、
水素透過性にすぐれたものであればよい。例えば、パラ
ジウム、ランタン、セリウムを主成分とする物質は水素
透過性物質として検証されている。
水素透過性にすぐれたものであればよい。例えば、パラ
ジウム、ランタン、セリウムを主成分とする物質は水素
透過性物質として検証されている。
【0016】
【発明の効果】本発明によれば、原子炉出力上昇時に被
覆管内の燃料ペレット端面部の熱膨張を抑制し、被覆管
の局所的な応力集中を緩和することができる。さらに、
核燃料要素が破損することがあっても被覆管の水素脆化
を防止できるので、核燃料要素に対する信頼性を向上さ
せることができる。
覆管内の燃料ペレット端面部の熱膨張を抑制し、被覆管
の局所的な応力集中を緩和することができる。さらに、
核燃料要素が破損することがあっても被覆管の水素脆化
を防止できるので、核燃料要素に対する信頼性を向上さ
せることができる。
【図1】本発明の核燃料要素の部分縦断面図である。
【図2】水素吸収性金属に可燃性毒物粒子を混合した物
質の模式図である。
質の模式図である。
【図3】水素吸収性金属と可燃性毒物粒子を均等に混合
した物質の模式図である。
した物質の模式図である。
1 核燃料ペレット 2 水素吸収性金属と可燃性毒物粒子の混合物 3 水素透過性の被膜 4 被覆管 5 混合物A 6 混合物B
Claims (2)
- 【請求項1】 ジルコニウム合金からなる燃料被覆管の
内部に複数個の核燃料ペレットを積層して収納し、上下
の両端栓を密封してなる核燃料要素において、可燃性毒
物と水素吸収性のよい物質を、水素透過性のよい被膜で
被覆して一体化し、前記核燃料ペレット間に配設したこ
とを特徴とする核燃料要素。 - 【請求項2】 請求項1記載の核燃料要素において、前
記可燃性毒物の主成分は、ガドリニウムもしくはその化
合物、前記水素吸収材の主成分は、ジルコニウムもしく
はその化合物、それらの被覆材は、パラジウム、ランタ
ンもしくはセリウムを主成分とすることを特徴とする核
燃料要素。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2405135A JPH0540186A (ja) | 1990-12-21 | 1990-12-21 | 核燃料要素 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2405135A JPH0540186A (ja) | 1990-12-21 | 1990-12-21 | 核燃料要素 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0540186A true JPH0540186A (ja) | 1993-02-19 |
Family
ID=18514771
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2405135A Pending JPH0540186A (ja) | 1990-12-21 | 1990-12-21 | 核燃料要素 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0540186A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0621605A1 (en) * | 1993-04-23 | 1994-10-26 | Studsvik Nuclear Ab | Nuclear fuel rod with failure alleviating means |
| JP2014232099A (ja) * | 2013-05-01 | 2014-12-11 | 竹田 眞司 | 安全性が高い原子力発電と安全性が高い高速増殖炉及び放射性廃棄物処理と放射能汚染物質の除去方法、 |
| US20180330832A1 (en) * | 2017-05-09 | 2018-11-15 | Westinghouse Electric Company Llc | Annular nuclear fuel pellets with discrete burnable absorber pins |
| JP2021071470A (ja) * | 2019-10-29 | 2021-05-06 | コリア アドバンスド インスティチュート オブ サイエンス アンド テクノロジィ | ディスク型可燃性吸収体を含む核燃料棒、同核燃料棒の製造方法及び同核燃料棒を用いた原子炉 |
| CN114188043A (zh) * | 2021-10-29 | 2022-03-15 | 中广核研究院有限公司 | 燃料模块及其应用 |
-
1990
- 1990-12-21 JP JP2405135A patent/JPH0540186A/ja active Pending
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