JPS61201192A - 核燃料棒 - Google Patents
核燃料棒Info
- Publication number
- JPS61201192A JPS61201192A JP60041952A JP4195285A JPS61201192A JP S61201192 A JPS61201192 A JP S61201192A JP 60041952 A JP60041952 A JP 60041952A JP 4195285 A JP4195285 A JP 4195285A JP S61201192 A JPS61201192 A JP S61201192A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- end plug
- cladding tube
- nuclear fuel
- fuel rod
- sintered
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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-
- 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
Landscapes
- Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は軽水炉の炉心に装荷される核燃料棒に係り、特
に、被覆管と下部端栓との平均１易度差を小さくした核
燃料棒に関する。
に、被覆管と下部端栓との平均１易度差を小さくした核
燃料棒に関する。
（発明の技術的背…）
従来、軽水炉用の核燃料棒は、第５図に示すように構成
され、被覆管１１内に円柱状の多数の二酸化ウラン（Ｕ
Ｏ２）焼結ペレット１２を積層状に収納している。被覆
管１１は焼結ペレット１２を被覆するために４ｆｉ性に
浸れ、かつ中性子吸収断面積が小さい等の利点を有する
ジルコニウム合金、例えば、ジルカロイ−２やジルカロ
イ−４のＡ９肉管にて形成されている。
され、被覆管１１内に円柱状の多数の二酸化ウラン（Ｕ
Ｏ２）焼結ペレット１２を積層状に収納している。被覆
管１１は焼結ペレット１２を被覆するために４ｆｉ性に
浸れ、かつ中性子吸収断面積が小さい等の利点を有する
ジルコニウム合金、例えば、ジルカロイ−２やジルカロ
イ−４のＡ９肉管にて形成されている。
同様に、焼結ペレット１２を収容した後に被覆管１１の
上下両端を水密に止栓する上部端栓１３および下部端栓
１４も、溶接容易性、前記特性の観点から、ジルコニウ
ム合金を用いている。
上下両端を水密に止栓する上部端栓１３および下部端栓
１４も、溶接容易性、前記特性の観点から、ジルコニウ
ム合金を用いている。
この上部端栓１３と、最上部に積層された焼結ベレッｈ
１２ ａとの間にはブレナム１５が形成されてＪ３す
、このブレナム１５にはゲッタ１６とブレナムスプリン
グ１７とが配置されていて焼結べレット１２を弾圧支持
させ、また、ヘリウム等のガスが収容されるようになっ
ている。
１２ ａとの間にはブレナム１５が形成されてＪ３す
、このブレナム１５にはゲッタ１６とブレナムスプリン
グ１７とが配置されていて焼結べレット１２を弾圧支持
させ、また、ヘリウム等のガスが収容されるようになっ
ている。
このような従来の核燃料棒を使用して運転した場合には
、下部端栓１４は、最下部に位置している焼結ペレット
１２ｂの下端面に接しているために、焼結ペレット１２
ｂの側周面のみから充填ガスを介して熱が伝わる被覆管
１１に比較して、焼結ペレット１２ｂの下端面からの熱
が伝わりやすい。したがって、下部端栓１４は被覆管１
１よりも高温になって温度差を生じ、この温度差に伴う
熱膨張差により、下部端栓１４は被覆管１１に比し大ぎ
く膨張する。これにより、製造時には第７図に示すよう
に形成された被覆管１１の下端部を、膨張時には第８図
に示すように拡径させて変形する。その結果、下部端栓
１４には熱応力が、被覆管１１には曲げ応力がそれぞれ
発生する。
、下部端栓１４は、最下部に位置している焼結ペレット
１２ｂの下端面に接しているために、焼結ペレット１２
ｂの側周面のみから充填ガスを介して熱が伝わる被覆管
１１に比較して、焼結ペレット１２ｂの下端面からの熱
が伝わりやすい。したがって、下部端栓１４は被覆管１
１よりも高温になって温度差を生じ、この温度差に伴う
熱膨張差により、下部端栓１４は被覆管１１に比し大ぎ
く膨張する。これにより、製造時には第７図に示すよう
に形成された被覆管１１の下端部を、膨張時には第８図
に示すように拡径させて変形する。その結果、下部端栓
１４には熱応力が、被覆管１１には曲げ応力がそれぞれ
発生する。
この下部端栓１４の熱応力は原子炉の出力変化に伴って
変動し、原子炉の出力変化の履歴例を示すと第９図のよ
うになる。また、下部端栓１４の熱応力変化は出力変化
履歴に伴い第１０図に示されたようになり、熱応力の変
化回数と変化頻度に応じて、下部端栓１４には疲労が蓄
積されていく。
変動し、原子炉の出力変化の履歴例を示すと第９図のよ
うになる。また、下部端栓１４の熱応力変化は出力変化
履歴に伴い第１０図に示されたようになり、熱応力の変
化回数と変化頻度に応じて、下部端栓１４には疲労が蓄
積されていく。
したがって、このような下部端栓１４の疲労寿命の観点
から、出力頻度および変化の巾については自ずと制限が
あり、これが原子炉運転上では大きな制約を与え、また
安全管理上での問題点ともなっていた。
から、出力頻度および変化の巾については自ずと制限が
あり、これが原子炉運転上では大きな制約を与え、また
安全管理上での問題点ともなっていた。
本発明は、このような従来の下部端栓に生じた熱応力を
緩和し、疲労寿命を高め、より広範囲な炉出力変動を可
能にする核燃料棒を提供することを目的とする。
緩和し、疲労寿命を高め、より広範囲な炉出力変動を可
能にする核燃料棒を提供することを目的とする。
上述した目的を達成するために本発明は、ジルコニウム
合金製被覆管内に複数個の二酸化ウラン焼結ペレットを
積層して充填し、この被１管の上端を上部端栓にて、下
端を下部端栓にてそれぞれ止栓Ｊる核燃料棒において、
上記被覆管内の最下部に位置する焼結ペレットと下部端
栓との間に、ジルコニウム合金に比し熱伝導率が劣らず
、かつ定格運転時の焼結ペレット表面温度に比し低い融
点を有するギャップ充填材を介在したものである。
合金製被覆管内に複数個の二酸化ウラン焼結ペレットを
積層して充填し、この被１管の上端を上部端栓にて、下
端を下部端栓にてそれぞれ止栓Ｊる核燃料棒において、
上記被覆管内の最下部に位置する焼結ペレットと下部端
栓との間に、ジルコニウム合金に比し熱伝導率が劣らず
、かつ定格運転時の焼結ペレット表面温度に比し低い融
点を有するギャップ充填材を介在したものである。
以下、第１図ないし第４図を参照して本発明の一実施例
を説明する。
を説明する。
第１図は本発明の一実施例を示す核燃料棒の縦所面図で
あり、図中符号１はジルコニウム合金製の被覆管であり
、この被覆管１内には円柱状の多数の二酸化ウラン焼結
ペレット２が積層状にして装填されている。そして被覆
管１の上端開口には上部端栓３を溶着して密閉し、この
下部端栓３と最上部に位置する焼結ペレット２ａとの間
に形成されたブレナム４にはゲッタ５を一端に有するブ
レナムスプリング６を介挿し、ヘリウム等のガスを収容
するようになっている。
あり、図中符号１はジルコニウム合金製の被覆管であり
、この被覆管１内には円柱状の多数の二酸化ウラン焼結
ペレット２が積層状にして装填されている。そして被覆
管１の上端開口には上部端栓３を溶着して密閉し、この
下部端栓３と最上部に位置する焼結ペレット２ａとの間
に形成されたブレナム４にはゲッタ５を一端に有するブ
レナムスプリング６を介挿し、ヘリウム等のガスを収容
するようになっている。
一方、被服管１の下端開口は下部端栓７を溶着して密閉
し、下部端栓７と最下部に位置する焼結ペレット２ｂと
の間にはギャップ充填材８を介在ざじている。このギャ
ップ充填材８は、ジルコニウム合金、例えばジルカロイ
−２もしくはジルカロイ−４に比し熱伝導率が劣らず、
定格運転時の焼結ペレット２に比し低い融点を有するも
ので、例えば、スズ（Ｓｕ）または１Ｇ（Ｐｂ）が用い
られる。
し、下部端栓７と最下部に位置する焼結ペレット２ｂと
の間にはギャップ充填材８を介在ざじている。このギャ
ップ充填材８は、ジルコニウム合金、例えばジルカロイ
−２もしくはジルカロイ−４に比し熱伝導率が劣らず、
定格運転時の焼結ペレット２に比し低い融点を有するも
ので、例えば、スズ（Ｓｕ）または１Ｇ（Ｐｂ）が用い
られる。
すなわら、核燃料棒自体の定格運転時の径方向温度分布
は第６図に示すように、焼結ペレット２表面温度が約６
００℃であるから、この値に比し十分に低い融点を有す
るスズまたは鉛をギャップ充填材８に用いている。これ
らスズと鉛とにおける融点、熱伝導率を次表に示ず。（
（１１ｔ、、熱伝導率は融点での値を算出しである）。
は第６図に示すように、焼結ペレット２表面温度が約６
００℃であるから、この値に比し十分に低い融点を有す
るスズまたは鉛をギャップ充填材８に用いている。これ
らスズと鉛とにおける融点、熱伝導率を次表に示ず。（
（１１ｔ、、熱伝導率は融点での値を算出しである）。
また、第３図にジルコニウム合金の熱伝導率を示してい
るが、これによっても明らかなように、スズおよび鉛は
ともにジルコニウム合金に比し熱伝導率が極めて大きい
。
るが、これによっても明らかなように、スズおよび鉛は
ともにジルコニウム合金に比し熱伝導率が極めて大きい
。
したがって、ギャップ充填材８が、最下部に位置する焼
結ペレット２ｂと下部端栓７端面との間に配装されてい
ると、核燃料棒の燃焼初期において、ギャップ充填材８
は溶融し、第２図に示すように、下部端栓７と被覆管１
とのギャップ９に流入して、ここを埋める。したがって
、最下部の焼結ペレット２ｂより下部端栓７に伝熱され
た熱は下部端栓７に熱が滞ることなくギャップ充填材８
を介して被覆管１への伝熱が容易となり、下部端栓７と
被覆管１との平均温度差を従来と比較して小さくできる
。また、熱応力は、下部端栓７と被覆管１との平均温度
差に比例するので、本実施例によれば下部端栓７の熱応
力も小さくなることも明らかである。
結ペレット２ｂと下部端栓７端面との間に配装されてい
ると、核燃料棒の燃焼初期において、ギャップ充填材８
は溶融し、第２図に示すように、下部端栓７と被覆管１
とのギャップ９に流入して、ここを埋める。したがって
、最下部の焼結ペレット２ｂより下部端栓７に伝熱され
た熱は下部端栓７に熱が滞ることなくギャップ充填材８
を介して被覆管１への伝熱が容易となり、下部端栓７と
被覆管１との平均温度差を従来と比較して小さくできる
。また、熱応力は、下部端栓７と被覆管１との平均温度
差に比例するので、本実施例によれば下部端栓７の熱応
力も小さくなることも明らかである。
本発明は以上のように、最下部に位置する焼結ペレット
と下部端栓との間に、ジルコニウム合金に比し熱伝導率
が劣らず、かつ定格運転時の焼結ペレット表面温瓜に比
し低い融点を有するギャップ充填材を介在させたから、
運転燃゛焼後での定格到達とともに焼結ペレットの発熱
によって融体化したギャップ充填材が、下部端栓と被覆
管とのギトツブを埋めることになる。このため、上記ギ
ャップにヘリウム等のガスが存在する場合に比較して、
下部端栓の熱はギャップ充填材を介して被覆管へ伝わる
ので、下部端栓と被覆管との間の淘麻差が緩和できる。
と下部端栓との間に、ジルコニウム合金に比し熱伝導率
が劣らず、かつ定格運転時の焼結ペレット表面温瓜に比
し低い融点を有するギャップ充填材を介在させたから、
運転燃゛焼後での定格到達とともに焼結ペレットの発熱
によって融体化したギャップ充填材が、下部端栓と被覆
管とのギトツブを埋めることになる。このため、上記ギ
ャップにヘリウム等のガスが存在する場合に比較して、
下部端栓の熱はギャップ充填材を介して被覆管へ伝わる
ので、下部端栓と被覆管との間の淘麻差が緩和できる。
これを、従来のものと比較した第４図を参照して説明す
る。第４図は、下部端栓−被覆管溶接部を通る径方向で
の温度分布を示しており、図中実線で示す本発明の場合
は、破線で示す従来例のものに比して、熱膨張の差が小
さいことが明らかである。
る。第４図は、下部端栓−被覆管溶接部を通る径方向で
の温度分布を示しており、図中実線で示す本発明の場合
は、破線で示す従来例のものに比して、熱膨張の差が小
さいことが明らかである。
また、熱応力は、下部端栓の平均ｆｉＡ度と被覆管の平
均温度の差に比例するのであり、したがって、これも緩
和できることになり、このように、熱応力が小さくなる
ので、出力変化に伴う熱応力変化も小さくなり、疲労寿
命が高まるものである。逆の見方をすれば、従来同程度
の疲労寿命のままとすれば、出力変化中または出力変動
頻度を増大させることができ、一層広範囲な出力変動を
可能にすることができる。
均温度の差に比例するのであり、したがって、これも緩
和できることになり、このように、熱応力が小さくなる
ので、出力変化に伴う熱応力変化も小さくなり、疲労寿
命が高まるものである。逆の見方をすれば、従来同程度
の疲労寿命のままとすれば、出力変化中または出力変動
頻度を増大させることができ、一層広範囲な出力変動を
可能にすることができる。
以上説明したように、本発明によれば、下部端栓と被覆
管との平均温度差を従来に比較して小さくすることがで
き、下部端栓の熱応力を緩和でき、それに伴い疲労寿命
も向上し、従来に比較して頻度および変動中が大きな出
力変動運転を可能とする等の優れた効果を奏する。
管との平均温度差を従来に比較して小さくすることがで
き、下部端栓の熱応力を緩和でき、それに伴い疲労寿命
も向上し、従来に比較して頻度および変動中が大きな出
力変動運転を可能とする等の優れた効果を奏する。
第１図は本発明の一実施例の核燃料棒の一部省略縦断面
図、第２図は燃焼初期における第１図の要部拡大図、第
３図はジルコニウム合金の熱伝導率を表わす図、第４図
は第１図で示す一実施例を従来例と比較して示す下部端
栓と被覆管との径方向での温度分布図、第５図は従来例
の一部省略縦断面図、第６図はＰＷＲとＢＷＲとにおけ
る燃料ペレットと被覆管との径方向温度分布を表ねず図
、第７図は従来例の製造時における下部端栓周りの形状
を示す部分拡大縦断面図、第８図は出力時における下部
端栓周りの変形状態を示す部分拡大縦断面図、第９図は
出力変化の一例を表わす出力履歴図、第１０図は第９図
の出力履歴に対応する従来の下部端栓の熱応力を表わす
賄歴図である。 ］・・・被覆管、２．２ａ、２ｂ・・・焼結ペレット、
３・・・上部端栓、４・・・ブレナム、５・・・ゲッタ
、６・・・ブレナムスプリング、７・・・下部端栓、８
・・・ギャップ充填材、９・・・ギャップ、 １１・・・被覆管、１２，１２ａ、１２ｂ・・・焼結ベ
レッｈ、１３・・・上部端栓、１４・・・下部端栓、１
５・・・ブレナム、１６・・・ゲッタ、１７・・−ブレ
ナムスプリング。 代理人弁理士 則 近 憲 佑（はか１名）第３図 熟仏鼻雫 Ｔｈｅｒｍａｌ ｃａｎｄｕｃｊｉｖｉ＋ｙ Ｍ／ｃｍ
、Ｋｌ ′第４図 天１本各ｑヒＢｒ４１ （ｆｉ／ｌ’ｆり）−＋［−ｔ
ｏ）第５図 第６図 第７図 第９図 出力 熱人力
図、第２図は燃焼初期における第１図の要部拡大図、第
３図はジルコニウム合金の熱伝導率を表わす図、第４図
は第１図で示す一実施例を従来例と比較して示す下部端
栓と被覆管との径方向での温度分布図、第５図は従来例
の一部省略縦断面図、第６図はＰＷＲとＢＷＲとにおけ
る燃料ペレットと被覆管との径方向温度分布を表ねず図
、第７図は従来例の製造時における下部端栓周りの形状
を示す部分拡大縦断面図、第８図は出力時における下部
端栓周りの変形状態を示す部分拡大縦断面図、第９図は
出力変化の一例を表わす出力履歴図、第１０図は第９図
の出力履歴に対応する従来の下部端栓の熱応力を表わす
賄歴図である。 ］・・・被覆管、２．２ａ、２ｂ・・・焼結ペレット、
３・・・上部端栓、４・・・ブレナム、５・・・ゲッタ
、６・・・ブレナムスプリング、７・・・下部端栓、８
・・・ギャップ充填材、９・・・ギャップ、 １１・・・被覆管、１２，１２ａ、１２ｂ・・・焼結ベ
レッｈ、１３・・・上部端栓、１４・・・下部端栓、１
５・・・ブレナム、１６・・・ゲッタ、１７・・−ブレ
ナムスプリング。 代理人弁理士 則 近 憲 佑（はか１名）第３図 熟仏鼻雫 Ｔｈｅｒｍａｌ ｃａｎｄｕｃｊｉｖｉ＋ｙ Ｍ／ｃｍ
、Ｋｌ ′第４図 天１本各ｑヒＢｒ４１ （ｆｉ／ｌ’ｆり）−＋［−ｔ
ｏ）第５図 第６図 第７図 第９図 出力 熱人力
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、ジルコニウム合金製被覆管内に複数個の二酸化ウラ
ン焼結ペレットを積層して充填し、この被覆管の上端を
上部端栓にて、下端を下部端栓にてそれぞれ止栓する核
燃料棒において、上記被覆管内にて最下部に位置する焼
結ペレットと下部端栓との間に、ジルコニウム合金に比
し熱伝導率が劣らず、かつ定格運転時の焼結ペレット表
面温度に比し低い融点を有するギャップ充填材を介在さ
せたことを特徴とする核燃料棒。 ２、ギャップ充填材がスズまたは鉛である特許請求の範
囲第１項に記載の核燃料棒。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60041952A JPS61201192A (ja) | 1985-03-05 | 1985-03-05 | 核燃料棒 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60041952A JPS61201192A (ja) | 1985-03-05 | 1985-03-05 | 核燃料棒 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61201192A true JPS61201192A (ja) | 1986-09-05 |
Family
ID=12622534
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60041952A Pending JPS61201192A (ja) | 1985-03-05 | 1985-03-05 | 核燃料棒 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61201192A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2023550578A (ja) * | 2020-10-23 | 2023-12-04 | ゼネラル・アトミックス | 溶融金属を充填した炭化ケイ素燃料被覆管及び均一な分布製作方法 |
-
1985
- 1985-03-05 JP JP60041952A patent/JPS61201192A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2023550578A (ja) * | 2020-10-23 | 2023-12-04 | ゼネラル・アトミックス | 溶融金属を充填した炭化ケイ素燃料被覆管及び均一な分布製作方法 |
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