JPS591996B2 - 原子炉燃料要素 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は原子炉燃料要素に係り、特に核分裂生成ガスを
収納するガスプレナムの有効体積を増力口した原子炉燃
料要素に関するものである。

液体金属冷却高速増殖炉（以下単に高速炉と称す）の原
子炉燃料要素（以下単に燃料要素と称す）は、その内部
に、炉心燃料部、下部および上部ブランケット燃料部の
他、ガスプレナムが設けられている。

高速炉では燃料の燃焼度を１００，０００メガワット・
日／トン以上とし、線熱出力密度を最大約４００Ｗ／ｃ
ｒＩｌと高くするので、核分裂生成ガスの放出量が多い
。

この核分裂生成ガスが燃料要素内に蓄積され、燃料要素
内の圧力かひじように高くなるのを防止するため、この
核分裂生成ガスを収納するガスプレナムが燃料要素内に
設けられている。

一般の高速炉に使用される燃料要素内のガスプレナムは
、炉心燃料部よりも長く、燃料要素全長の約４０％にも
およぶ。

このような長大なガスプレナムが燃料要素内に設けられ
ているので、燃料要素輸送中における炉心燃料ペレット
およびブランケット燃料ペレット等の移動および振動を
抑制する機構が必要となる。

この機構は、一般にガスプレナム内に設けられている。

燃料要素のガスプレナム附近の詳細を第１図に示す。

燃料要素１は、被覆管２、炉心燃料ペレット３、ブラン
ケット燃料ペレット４、端栓５等から構成される。

被覆管２の両端部は端栓５によって密封されている。

図示されていないが、被覆管２内の下部に、幾つかのブ
ランケット燃料ペレット４が装填され、下部ブランケッ
ト燃料部が形成される。

下部ブランケット燃料部の上部には、幾つかの炉心燃料
ペレット３が装填され、炉心燃料部が形成される。

更に燃上燃料部の上部には、幾つかのブランケット燃料
ペレット４が装填され、上部ブランケット燃斜部が形成
される。

ブランケット燃料ペレット４は、炉心燃料ペレット３に
比べて、核分裂性物質（例えばウラン２３５、プルトニ
ウム２３９）の含有量が少なく、核分裂親物質（例えば
ウラン２３８）の含有量が多い。

上部ブランケット燃料部の上方にカスプレナム６が形成
されている。

このガスプレナム６内にはコイルバネ７が配置されてい
る。

コイルバネ７の下端部は上部ブランケット燃料部の最上
部に存在するブランケット燃料ペレット４の上端面に接
触している。

ブランケット燃料ペレット４および炉心燃料ペレット３
はコイルバネ７の作用によって下方に押えつけられてい
る。

したがって、これらの燃料ペレットは燃料要素１の輸送
中に移動し、振動することはない。

又原子炉運転中に生ずるペレットの膨張もコイルバネ７
により吸収され周辺の構成物に及ぼす影響を緩和してい
る。

第２図に他の例を示す。最上部のブランケット燃料ペレ
ット４の上部に押え板８が載置され、その上にスリーブ
９が設けられている。

スリーブ９は押え板１０を介してその上部に存在するコ
イルバネ１１の作用によって押え板８に押え付けられる
。

すなわち、押え板１０、スリーブ９および押え板８は、
コイルバネ１１の力を各燃料ペレットに伝達する役割を
持っている。

押え板１０およびスリーブ９の側壁には幾つかの貫通孔
が設けられている。

ガスプレナム内に第１図および第２図に示す部材を配置
すると、各々の部材の占有する体積によって、ガスプレ
ナム内の有効体積が減少する。

その割合は、第１図の場合で約２０〜３０％、第２図の
場合で約１０〜２０％である。

燃料要素の寿命は、燃料要素内に蓄積される核分裂生成
ガスの圧力上昇の影響を受けて増大する被覆管の応力に
基づいて制限される。

すなわち、核分裂生成ガスの蓄積による燃料要素の内圧
が増加することによって被覆管に生じる応力が、許容値
を越えると燃料要素は寿命となる。

燃料要素の寿命を延ばすためには、ガスプレナムの容積
を大きくすればよい。

しかし、ガスプレナムの容積を大きくすると、燃料要素
の全長が長くなり、原子炉容器を大きくする必要が生じ
る。

また、燃料要素の下端と上端との間における圧力損失が
大きくなるので、冷却材を供給する冷却材循環ポンプの
容量を大きくする必要がある。

一方、被覆管の肉厚を厚（することによっても燃料要素
の寿命が延びる。

しかし、被覆管に吸収される中性子量が増加する。

本発明は、上記した従来技術の欠点をなくし、核分裂生
成物質を収納するプレナムの有効体積を増加させること
を目的とする。

本発明の特徴は、直線状であって燃料ペレットの膨張に
より密封容器の半径方向にたわむ細線部と、この細線部
の両端に形成されたループ部とよりなるプレナムスペー
サを、密封容器内のプレナム内に設けたことにある。

本発明の好適な実施例を第３図および第４図に基づいて
以下に述べる。

従来の実施例と同一の構成は同一の符号で示す。

燃料要素３９に設けられたガスプレナム６内には第４図
に示すようなプレナムスペーサ１５が複数個重ねられて
配置されている。

プレナムスペーサ１５は、ループ部１６と直線部１７と
から成り、直線部１７の両端部にループ部１６が形成さ
れている。

プレナムスペーサ１５は第５図に示す形状にしてもよい
。

第４図に示すループ部１６には軸方向に一巻きのループ
か存在するのみであるが、ループを多重巻さ、すなわち
、密に巻かれたコイル状にしてもよい。

このプレナムスペーサ１５は、直径約１１ｎｒ／Ｌのス
テンレスの一本の細線で作られ、プレナムスペーサ１５
の高さＨは約１０ｃＩｎであり、後述のように輸送中に
おけるペレット荷重等に対してはたわまず、原子炉運転
中のペレット膨張に対しては直線部１７がたわんでこれ
を吸収するような細線である。

ガスプレナム内には、このようなプレナムスペーサ１５
がループ部１６を接触させて積重ねられている。

ループ部１６の直径りは、被覆管２の内径に等しく、ま
たは被覆管２の内径よりも少さく被覆管２の内径から細
線の直径を差引いたものよりも大きくする必要がある。

このようなプレナムスペーサ１５をガスプレナム６内に
１０個積重ねた場合において、ガスプレナム６の有効体
積は、第２図に示す実施例のガスプレナム６の有効体積
に比べて、約６％増加する。

したがって、核分裂生成ガスの収容量が増し、燃料要素
の寿命を延ばすことができる。

また、ガスプレナム６の長さを短縮させ原子炉を小型化
することも可能となる。

最上部のプレナムスペーサ１５と端栓５との間にコイル
バネ１１を配置する。

コイルバネ１１は、最下部のプレナムスペーサ１５と上
部ブランケット燃斜部の最上部に存在するブランケット
燃料ペレット４との間、またはプレナムスペーサ１５間
に配置してもよい。

コイルバネ１１をガスプレナム６内に配置せず、プレナ
ムスペーサ１５のみを配置してもよい。

ガスプレナム６内に配置されたプレナムスペーサ１５は
、燃料要素輸送中に約２ｋｇ程度の荷重を受ける。

第６図にプレナムスペーサ１５の軸方向にカロえられる
荷重とプレナムスペーサ１５の圧縮率の関係を示す。

図から明らかなように荷重とプレナムスペーサ１５の圧
縮率は比例関係にあり、プレナムスペーサ１５は直径１
． ｍｍの細線で作られているが、輸送中の座屈の恐れ
はない。

したがって、プレナムスペーサ１５により常に燃料ペレ
ットを押えられるので、燃料要素輸送中における燃料ペ
レットの移動および振動を抑制することができる。

プレナムスペーサの形状は、種々のものか考えられる。

第７図から第１０図にその変形例を示す。第７図に示す
プレナムスペーサ２０は、細線の一端でループ部２１を
形成し、ループ部２１の下方に直結部２２、ループ部２
３を形成した後、細線を上方に曲げて直線部２４を形成
し、更に細線の他端をループ部２１の外周または内周に
沿って曲げたものである。

このプレナムスペーサ２０においては二つの直線部が形
成されるので、細線の直径を細くすることができる。

第８図に示すプレナムスペーサ２５は、細線の両端部に
形成されるループ部２６とループ部２７との間に、複数
の直線部２８と、一または二以上のループ部２９を形成
したものである。

第９図に示すプレナムスペーサ３０は、一部のループ部
をコイルバネ状にしたものである。

すなわち、プレナムスペーサ３０の両端部にはコイルバ
ネ部３１および３２か形成される。

第９図に示す例ではプレナムスペーサ３０の中央部にル
ープ部３３が形成され、その上下に直線部３４．３５が
存在する。

コイルバネ部３１、直線部３４、ループ部３３、直線部
３５およびコイルバネ部３２は一本の細線から作られて
いる。

このように構成することにより第３図に示す実施例のよ
うに、コイルバネとプレナムスペーサとの間にずれか生
じなく、コイルバネによる燃料ペレットの押付は力が減
殺されることがない。

すなわち、コイルバネによる燃料ペレットの押えかより
効果的に行なわれる。

コイルバネとプレナムスペーサ間にずれが生じると、プ
レナムスペーサのループ部か、被覆管内面の一部に接触
し、コイルバネによる押付は力の一部かその接触部分に
局部的に伝えられ、燃料ペレットを押える力が若干少な
くなるおそれかある。

このことは、第５図、第６図および第７図に示すような
プレナムスペーサを複数個カスプレナム内に配置した場
合にも言えることであり、それらが一体構造になったプ
レナムスペーサ（例えば第８図に示すようなプレナムス
ペーサ）をガスプレナム内に配置することにより、燃料
ペレットの押えが効果的に行なえる。

第９図に示す実施例の直線部およびループ部の数はガス
プレナムの長さに応じて任意に決定できる。

コイルバネ部をプレナムスペーサ３０の一端にのみ形成
し、プレナムスペーサ３０の他端にはループ部を形成し
てもよい。

コイルバネ部はループ部の変形であるとも言える。

更に第１０図に示すようにコイルバネ部３７をプレナム
スペーサ３６の中央部に形成してもよい。

プレナムスペーサ３６の両端部にはループ部３８が形成
されている。

プレナムスペーサのループ部間に存在する直線部は、幾
らか蛇行していてもよい。

以上の説明から明らかなように、ループ部はコイルバネ
受は或いはペレットとの接触部を形成するなどのもので
あるから、前述の実施例のように直線部と一体円形に成
形する必要はなく、別体の例えば円板であっても良い。

本発明によれば、スペーサの機能を損なうことなくプレ
ナムの有効体積を増力口することができる。

本発明は、ブランケット燃料ペレットが装填されるブラ
ンケット燃料要素に適用することも可能であり、沸騰水
型原子炉、力日圧水型原子炉等のような他の原子炉の原
子炉燃料要素に適用することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の一実施例である原子炉燃料要素のガスプ
レナム附近の縦断面図、第２図は従来の他の実施例であ
る原子炉燃料要素のガスプレナム附近の縦断面図、第３
図は本発明の一実施例である原子炉燃料要素のガスプレ
ナム附近の縦断面図、第４図および第５図は本発明の原
子炉燃料要素に適用されるプレナムスペーサの詳細図、
第６図は第４図に示すプレナムスペーサの圧縮率を示す
特性図、第７図から第１０図までは本発明の原子炉燃料
要素に適用される他のプレナムスペーサの詳細図。 符号の説明、２・・・・・・被覆管、４・・・・・・プ
ランケット燃料ペレット、６・・・・・・ガスプレナム
、１１・・・・・・コイルハネ、１５・・・・・・プレ
ナムスペーサ、１６・・・・・・ループ部、１７・・・
・・・直線部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 該分裂性物質を含む燃料ペレットが密封容器内に充
   填され、該分裂生成物を収納するプレナムが前記密封容
   器に形成される原子炉燃料要素において、直線状であっ
   て前記燃料ペレットの膨張により前記密封容器の半径方
   向にたわむ細線部と、この細線部の両端に形成されたル
   ープ部とよりなるプレナムスペーサを、前記密封容器内
   で前記燃料ペレットの振動を抑制するように前記プレナ
   ム内に設けた原子炉燃料要素。 ２ 前記ループ部の少なくとも一つを、直線部と一体成
   形されたコイルバネ状に形成した第１項記載の原子炉燃
   料要素。