JPS5845590A - 核燃料棒 - 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】 本発明は原子炉に用いる燃料棒に係り、４１に健全性の
向上のために軸方向に燃料ペレットの結晶粒度を異なら
しめた核燃料棒に関する。

第１図は従来から一般に用いられている核燃料棒を示す
もので、ジルカロイ製の被覆管１内には燃料ペレット２
が上下方向に積層充填されているとともに、被覆管１の
上下開口端部は、ジルカロイ製の端栓３，４によって溶
接密封されている。

そしてこの種の燃料棒においては、燃料棒内のガス圧が
過ｆＫ上昇するのを防止するため被覆管１内上部にプレ
ナムが設けられ、このプレナム内圧は、輸送時のペレッ
ト２の移動を防止するためステンレス鋼製のプレナムス
プリング５が配設されている。

ところで、原子炉運転中における燃料棒の健全性を議論
する上で現在量も重要視されているのは、被分裂生成ガ
ス（以下ＦＰガスと称す）とペレット・被覆管相互作用
（以下ＰＣＩと称す）である。

一般にＦＰガスは、Ｕ−２３５の核分裂に伴なってペレ
ットから燃料棒内空間に放出されるＸ＠、Ｋｎ等のガス
であるが、ＦＰガスの放出量が多くなると、燃料棒内の
圧力が過度に上昇して被覆管に過大な応力が発生すると
ともＫ、燃料棒内の腐蝕性雰囲気が高くなるので、燃料
棒の健全性を維持していく上で好ましくない。

一方、ＰＣＩは直接的にはペレットの径方向熱膨張およ
び照射膨張によってペレットと被覆管とが機械的に干渉
して被覆管に応力が発生する現象を云うが、間接的には
ペレットの割れた破片等がペレットと被覆管との間ｌＩ
Ｋ入って熱膨張および照射膨張に基づくベレットコラム
の軸方向自由膨張を阻害し、その結果ペレットが径方向
に膨張しようとするような場合に４ＰＣＩは発生する。

以上の２つの現象に対しては、ペレットの結晶粒度が大
きな影響を与えている。この影響については世界各国で
研究が進められているが、現在までのところでは、一般
にペレットの結晶粒度が大きいほどＦＰガスの放出率が
小さく、またクリープ速度も小さいと云われている。通
常結晶粒度の大きいものの直径は約４５ミクロンで小さ
いものの直径は約２＜クロンである。燃料棒の健全性の
上い方が好ましいが、クリープ速度は被覆管に与える応
力を緩和するので大きい方が望ましい。

このようにペレットの結晶粒度は、ＦＰガスの放出とＰ
ＣＩとの２つの現象に対して相反する影響を持っている
が、本発明はこの影響に着目し、軸方向ｖｃ　ペレット
の結晶粒度を異ならしめることにより健全性を向上させ
ることができる核燃料棒を提供することを目的とする。

以下本発明を第２図に示す一実施例によって説明する。

図において１はジルカロイ製の被覆管であり、この被覆
管１の上下開口端部はジルカロイ製の端＠３．４によっ
てＳ＊密封されている。この被覆管ｌ内には、その上下
方向中央部に結晶粒度の大きいベレット群認が配置され
ているとともに、このベレット詳稔を介してその上下位
置に結晶粒度の小さいベレット群ｎ、２３がそれぞれ配
置されている。そしてペレットｌｌＦ２２の上１１１に
形成されたプレナムには、ステンレス鋼製のプレナムス
プリング５が配設されている。

ここで、ペレットの結晶粒度がＦＰガスの放出およびＰ
ＣＩＫ与える影響な考える場合、第３図に示すように中
心ＩＢＫ結晶粒度の大きい組織６ｖ有するとともに周辺
部に結晶粒度の小さい組織７を有するペレットが理想的
である。すなわち、この種のペレットは、中心部は結晶
粒度が大きいためＦＰガスの放出量が少なく、また周辺
部は結晶　゛粒度が小さいためクリープ速度が大きく被
覆管に与える応力を緩和することができる。しかしなが
ら、このように同一平面において結晶粒度を調整するこ
とは現実的には極めて困難である。

ＦＰガスの放出がペレットの温度と燃焼度との関数であ
ることは周知であるが、特に温度に対して強い依存性を
有することが知られている。したがってＦＰガスの放出
については、ペレット高温Ｓ％すなわち高出力部につい
て考慮すれば充分である。

一般に燃料棒の出力は、運転中に軸方向に所要の分布を
有しているが、その分布は寿命中に経験する制御棒の操
作等によって変化する。第４図はこの変化を考慮した燃
料棒出力の軸方向分布を示すもので、包絡線８はその概
略を表わす。第４図からも明らかなように、寿命を通じ
て燃料棒の上部および下部では高出方を経験することは
なく、したがってＦＰガスの放出については、燃料棒の
軸方向中央部についてのみ考慮すれば足りることが判る
。

しかして、本発明に係る燃料棒においては、出力が高く
本来ＦＰガスの放出率が大きい燃料棒軸方向中央部に結
晶粒度の大きいベレット群を配置しているので、ＦＰガ
スの放出量を著しく抑制することができるとともに、出
力が低くＦＰガス放出の影響が少ない燃料棒の上下部に
は結晶粒度の小さいペレット群を配置しているので、こ
の部分のペレットは非常に柔かくペレットの破片＊に起
因するペレットと被覆管とありキングは非常に起こりＫ
＜＜なっており、したがってペレットの軸方向の自由膨
張が円滑となってこれに伴なうＰＣＩを軽減することが
でき−る。そしてＰｃｔの軽減効果は、それ以下のコラ
ム長さが長く熱膨張、照射膨張の軸方向全件びが大きい
燃料棒上Ｓにおいて著しい。

以上説明したように本発明は、ペレットコラムの上下方
向中央部位置に結晶粒度の大きい燃料ペレット群を配置
するとともに、このペレットＩＰを介して少なくともそ
の上部位置に結晶粒度の小さい燃料ペレット群を配置し
ているので、ＰＰガスの放出を抑制して燃料棒内圧力の
上昇、腐蝕性雰囲気の生成を有効に防止することができ
るとともに％　ＰＣＩＫよって被覆管に生じる応力を大
幅に軽減することができる。そし【これにより、原子炉
運転中における燃料棒の健全性を著しく向上させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１ＷＪは従来例を示す縦断面図、第２ｒ７ＩＡは本発
明の一実施例を示す縦断面図、第３図は燃料性能上理想
的なペレットを示す横断面図、第４図は燃料棒が寿命中
に経験する出力の軸方向分布を示すグラフである。 １・・・被覆管、３，４・・・端栓、１２・・・結晶粒
度の大きいペレット群、２２．２３・・・結晶粒度の小
さいペレット群。 出願人代理人　　猪　　股　　　　　清活　３　に 鱈　４　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被覆管と、この被覆管内に上下方向に積層充填され
   た燃料ペレットと、被覆管の両端部をそれぞれ密封する
   端栓とを具備する核燃料棒において、前記ペレットコラ
   ムの上下方向中央部位置に結晶粒度の大きい燃料ペレッ
   ト群を配置するとと４Ｋ、このベレットＩＰｖ介して少
   なくともその上部位置に結晶粒度の小さい燃料ペレット
   群を配置したことを特徴とする核燃料棒。 ２、結晶粒度の大きい燃料ペレット評【介してその上下
   位置に結晶粒度の小さい燃料ベレット評を配置したこと
   ｖ４Ｉ黴とする特許請求の範囲第１項記載の核燃料棒。