JPS6335952B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6335952B2 JPS6335952B2 JP58126203A JP12620383A JPS6335952B2 JP S6335952 B2 JPS6335952 B2 JP S6335952B2 JP 58126203 A JP58126203 A JP 58126203A JP 12620383 A JP12620383 A JP 12620383A JP S6335952 B2 JPS6335952 B2 JP S6335952B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel
- blanket
- pellet
- pellets
- fissile
- 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.)
- Expired
Links
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
Landscapes
- Structure Of Emergency Protection For Nuclear Reactors (AREA)
- Fuel-Injection Apparatus (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、高速炉用燃料要素に係り、特に高速
炉の核分裂反応の進行の過程で生ずる燃料被覆管
の破損を防止しうる高速炉用燃料要素に関する。
炉の核分裂反応の進行の過程で生ずる燃料被覆管
の破損を防止しうる高速炉用燃料要素に関する。
高速炉に使用される燃料要素は、第１図に示さ
れるように、ステンレス製の燃料被覆管１内に、
核分裂性物質を富化した核燃料からなる燃料ペレ
ツト２、および、核分裂親物質を主とする核燃料
からなる燃料ペレツト３を、充てんしてなる。核
分裂性物質を富化した核燃料からなる燃料ペレツ
ト２を炉心燃料ペレツト、核分裂親物質を主とす
る核燃料からなる燃料ペレツト３をブランケツト
燃料ペレツトと呼ぶ。燃料ペレツトは両者とも第
１図ｂに示すように、長さ約１cm程度の円柱形を
している。ペレツトの直径は、燃料被覆管１の内
径よりも、わずかに小さく、そのため、燃料ペレ
ツトと、燃料被覆管の間には、ギヤツプ４が生じ
ている。
れるように、ステンレス製の燃料被覆管１内に、
核分裂性物質を富化した核燃料からなる燃料ペレ
ツト２、および、核分裂親物質を主とする核燃料
からなる燃料ペレツト３を、充てんしてなる。核
分裂性物質を富化した核燃料からなる燃料ペレツ
ト２を炉心燃料ペレツト、核分裂親物質を主とす
る核燃料からなる燃料ペレツト３をブランケツト
燃料ペレツトと呼ぶ。燃料ペレツトは両者とも第
１図ｂに示すように、長さ約１cm程度の円柱形を
している。ペレツトの直径は、燃料被覆管１の内
径よりも、わずかに小さく、そのため、燃料ペレ
ツトと、燃料被覆管の間には、ギヤツプ４が生じ
ている。
現在、ブランケツト燃料ペレツトは、核分裂親
物質である 238U， 240Pu等の酸化物焼結体が主
に用いられ、炉心燃料ペレツトは核分裂親物質
238U， 240Puと共に約15％の重量比で核分裂性物
質 241Pu， 239Pu， 235Uを含む酸化物焼結体が
用いられている。ブランケツト燃料ペレツトは、
炉心燃料ペレツト部分の上下に配置されるのが普
通である。炉心燃料ペレツト部分では、核分裂性
物質が核分裂を起し、大きな熱エネルギーと、数
個の中性子を放出する。ブランケツト燃料ペレツ
ト部分では、核分裂を起す確率は小さいが、核分
裂親物質である 238U， 240Puが、炉心燃料部分
から放出される中性子を吸収し、核分裂性物質
241Puに変化する反応が起る。発生した熱エネル
ギーは、燃料被覆管の外側を流れる冷却材ナトリ
ウムによつて除熱される。
物質である 238U， 240Pu等の酸化物焼結体が主
に用いられ、炉心燃料ペレツトは核分裂親物質
238U， 240Puと共に約15％の重量比で核分裂性物
質 241Pu， 239Pu， 235Uを含む酸化物焼結体が
用いられている。ブランケツト燃料ペレツトは、
炉心燃料ペレツト部分の上下に配置されるのが普
通である。炉心燃料ペレツト部分では、核分裂性
物質が核分裂を起し、大きな熱エネルギーと、数
個の中性子を放出する。ブランケツト燃料ペレツ
ト部分では、核分裂を起す確率は小さいが、核分
裂親物質である 238U， 240Puが、炉心燃料部分
から放出される中性子を吸収し、核分裂性物質
241Puに変化する反応が起る。発生した熱エネル
ギーは、燃料被覆管の外側を流れる冷却材ナトリ
ウムによつて除熱される。
核分裂反応に伴つて、高い放射能を有する核分
裂性生成物（FP）が生ずる。FPのうち揮発性を
有するものは、ガスとなつて、第１図ａのガスプ
レナム５に蓄積される。
裂性生成物（FP）が生ずる。FPのうち揮発性を
有するものは、ガスとなつて、第１図ａのガスプ
レナム５に蓄積される。
燃料被覆管１の役割は、燃料ペレツトと冷却材
ナトリウムとの接触を防止し、FPガスを燃料要
素中に留めて、外部へ放出しないようにすること
である。燃料被覆管１が破損すると、FPガスの
放出が起り、燃料ペレツトとナトリウムの接触が
起る。核分裂にあずかる燃料ペレツトの表面は約
900℃以上の高温となるので、ナトリウムの沸と
うを招き、原子炉の事故に致る危険性がある。
ナトリウムとの接触を防止し、FPガスを燃料要
素中に留めて、外部へ放出しないようにすること
である。燃料被覆管１が破損すると、FPガスの
放出が起り、燃料ペレツトとナトリウムの接触が
起る。核分裂にあずかる燃料ペレツトの表面は約
900℃以上の高温となるので、ナトリウムの沸と
うを招き、原子炉の事故に致る危険性がある。
核分裂生成物のうちセシウム（Cs）は、比較
的高い揮発性を有し、移動度が大きいために次の
ような問題を起すことが知られている。核分裂反
応は、炉心燃料ペレツト部分で多く起るので、
Gsの生成量も主に炉心燃料ペレツト部分で大き
い。加えて、炉心燃料ペレツト部分が核分裂によ
る放出エネルギーが大きいため、非常に高温であ
り、生成したCsは、気化して、燃料要素の被覆
管内に放出される。放出されたCsは、第１図ａ
のギヤツプ４を通つて、上下のブランケツト燃料
部分へ拡散を始める。ブランケツト燃料ペレツト
部分では、核分裂反応の割合は小さいので、ペレ
ツト温度は、炉心燃料ペレツトに比べてかなり低
い。そのため、拡散してきたCsガスは、ブラン
ケツト燃料ペレツト部分で、固体の金属Csとな
り、ブランケツト燃料ペレツト表面に凝着する。
ここで、Csと、ブランケツト燃料ペレツトの
UO4との間で、 2Cs＋UO4→Cs2UO4（セシウムウランタイト） で表わされる反応が起ることが知られている。こ
の反応で生成した、Cs2UO4の結晶密度が小さい
ために、Cs2UO4の凝着部分の体積が大きくなり、
第２図に概念的に示すような盛り上りが生ずる。
的高い揮発性を有し、移動度が大きいために次の
ような問題を起すことが知られている。核分裂反
応は、炉心燃料ペレツト部分で多く起るので、
Gsの生成量も主に炉心燃料ペレツト部分で大き
い。加えて、炉心燃料ペレツト部分が核分裂によ
る放出エネルギーが大きいため、非常に高温であ
り、生成したCsは、気化して、燃料要素の被覆
管内に放出される。放出されたCsは、第１図ａ
のギヤツプ４を通つて、上下のブランケツト燃料
部分へ拡散を始める。ブランケツト燃料ペレツト
部分では、核分裂反応の割合は小さいので、ペレ
ツト温度は、炉心燃料ペレツトに比べてかなり低
い。そのため、拡散してきたCsガスは、ブラン
ケツト燃料ペレツト部分で、固体の金属Csとな
り、ブランケツト燃料ペレツト表面に凝着する。
ここで、Csと、ブランケツト燃料ペレツトの
UO4との間で、 2Cs＋UO4→Cs2UO4（セシウムウランタイト） で表わされる反応が起ることが知られている。こ
の反応で生成した、Cs2UO4の結晶密度が小さい
ために、Cs2UO4の凝着部分の体積が大きくなり、
第２図に概念的に示すような盛り上りが生ずる。
このCs2UO4による盛り上り部分７は、ブラン
ケツト燃料ペレツトと、炉心燃料ペレツトの境界
付近が大きく、燃料要素の炉内滞在時間が長くな
ると、被覆管へ応力が働き、この応力による被覆
管の歪によつて、ついには、燃料被覆管の破損に
致る可能性がある。
ケツト燃料ペレツトと、炉心燃料ペレツトの境界
付近が大きく、燃料要素の炉内滞在時間が長くな
ると、被覆管へ応力が働き、この応力による被覆
管の歪によつて、ついには、燃料被覆管の破損に
致る可能性がある。
本発明の目的は、核反応によつて発生する
Cs2UO4生成に伴う燃料被覆管の破損を防止しう
る高速炉用燃料要素を提供するにある。
Cs2UO4生成に伴う燃料被覆管の破損を防止しう
る高速炉用燃料要素を提供するにある。
Csの凝着および、Cs2UO4の生成しやすい部分
が、炉心燃料ペレツトとブランケツト燃料ペレツ
トの境界、および、ブランケツト燃料ペレツト同
志の間隙部分であることが実験的に明らかにされ
ている。この点に着目して、本発明では、
Cs2UO4が生成しやすく、したがつて燃料被覆管
の破損の発生しやすい部分で、ブランケツト燃料
ペレツトの径を小さくし、燃料被覆管とのギヤツ
プを広くとることにより、Cs2UO4の生成による、
体積膨張を吸収するようにした。以下実施例を用
いて本発明を詳細に説明する。
が、炉心燃料ペレツトとブランケツト燃料ペレツ
トの境界、および、ブランケツト燃料ペレツト同
志の間隙部分であることが実験的に明らかにされ
ている。この点に着目して、本発明では、
Cs2UO4が生成しやすく、したがつて燃料被覆管
の破損の発生しやすい部分で、ブランケツト燃料
ペレツトの径を小さくし、燃料被覆管とのギヤツ
プを広くとることにより、Cs2UO4の生成による、
体積膨張を吸収するようにした。以下実施例を用
いて本発明を詳細に説明する。
第３図に本発明の実施例を示す。第３図ａは本
発明のブランケツト燃料ペレツトであつて、従来
のブランケツト燃料ペレツトに対し、円周に沿う
角部を落したものである。第３図ｂは、本発明の
ペレツトを被覆管内に充てんした状態を示す。炉
心燃料ペレツトは従来と同じものとする。第４図
は、燃料要素の長手方向のCs濃度の実験結果を
示している。局所的に見られるピークは、ブラン
ケツト燃料ペレツト間の間隙部分で発生してい
る。これを、モデル化したグラフが、第５図であ
つて、ペレツト間隙でのCs濃度が高いことを示
している。したがつて、Cs2CO4の生成による被
覆管破損が起りやすいのは、ブランケツト燃料ペ
レツト同志の間隙部分と考えられる。第３図の実
施例によれば、ブランケツト燃料同志の間隙部分
での被覆管とのギヤツプが大きくなる結果、この
部分でのCs2UO4の生成に基づく被覆管の破損は
防止される。
発明のブランケツト燃料ペレツトであつて、従来
のブランケツト燃料ペレツトに対し、円周に沿う
角部を落したものである。第３図ｂは、本発明の
ペレツトを被覆管内に充てんした状態を示す。炉
心燃料ペレツトは従来と同じものとする。第４図
は、燃料要素の長手方向のCs濃度の実験結果を
示している。局所的に見られるピークは、ブラン
ケツト燃料ペレツト間の間隙部分で発生してい
る。これを、モデル化したグラフが、第５図であ
つて、ペレツト間隙でのCs濃度が高いことを示
している。したがつて、Cs2CO4の生成による被
覆管破損が起りやすいのは、ブランケツト燃料ペ
レツト同志の間隙部分と考えられる。第３図の実
施例によれば、ブランケツト燃料同志の間隙部分
での被覆管とのギヤツプが大きくなる結果、この
部分でのCs2UO4の生成に基づく被覆管の破損は
防止される。
第４図によれば、Csの濃度は、燃料被覆管の
内面１mm2当り最大３×10-4ｇ／mm2である。ここ
で、 Cs原子量 Ｍ（Cs） 133 Cs2UO4原子量 Ｍ（Cs2UO4） 568 Cs2UO4密度 ρ 6.6ｇ／cm3 とすれば、蓄積するCs2UO4の厚さｓは ｓ＝568 133×２×３×10-4 6.6×10-3＝0.097mm である。したがつて、ブランケツト燃料ペレツト
の角を約100μｍ以上削り落すこととすれば、被
覆管の破損防止対策として十分である。燃料ペレ
ツトの角を削り落したことによる燃料ペレツトと
被覆管の間のギヤツプの増大は小さいので、ギヤ
ツプによる熱伝達率の減少は、わずかであり、燃
料ペレツト温度にあたえる影響は小さい。したが
つて、炉心燃料ペレツトとブランケツト燃料ペレ
ツトの境界において、炉心燃料ペレツトの角も削
り落とすことにしても、炉心燃料ペレツトの温度
に重大な変化は与えず、被覆管破損の防止効果を
さらに高めることができる。
内面１mm2当り最大３×10-4ｇ／mm2である。ここ
で、 Cs原子量 Ｍ（Cs） 133 Cs2UO4原子量 Ｍ（Cs2UO4） 568 Cs2UO4密度 ρ 6.6ｇ／cm3 とすれば、蓄積するCs2UO4の厚さｓは ｓ＝568 133×２×３×10-4 6.6×10-3＝0.097mm である。したがつて、ブランケツト燃料ペレツト
の角を約100μｍ以上削り落すこととすれば、被
覆管の破損防止対策として十分である。燃料ペレ
ツトの角を削り落したことによる燃料ペレツトと
被覆管の間のギヤツプの増大は小さいので、ギヤ
ツプによる熱伝達率の減少は、わずかであり、燃
料ペレツト温度にあたえる影響は小さい。したが
つて、炉心燃料ペレツトとブランケツト燃料ペレ
ツトの境界において、炉心燃料ペレツトの角も削
り落とすことにしても、炉心燃料ペレツトの温度
に重大な変化は与えず、被覆管破損の防止効果を
さらに高めることができる。
以上述べたように、本発明によれば、高速炉用
燃料要素内のセシウムウランタイト生成による燃
料被覆管の破損を防止することができる。
燃料要素内のセシウムウランタイト生成による燃
料被覆管の破損を防止することができる。
第１図ａは高速炉用燃料要素の断面図、第１図
ｂは燃形ペレツトの外観図、第２図はCs2UO4生
成による被覆管のスウリングを示す概念図、第３
図ａは、本発明の好適な一実施例である燃料要素
の局部縦断面図、第３図ｂは第３図ａに示すブラ
ンケツト燃料ペレツトの形状を示す図、第４図
は、燃料要素内のCs濃度を示す実測結果の特性
図、第５図は第４図のグラフをモデル化した概念
図である。 １……燃料被覆管、２……炉心燃料ペレツト、
３……ブランケツト燃料ペレツト、４……ギヤツ
プ、５……ガスプレナム、６……スプリング、７
……Cs2UO4（セシウムウランタイト化物）。
ｂは燃形ペレツトの外観図、第２図はCs2UO4生
成による被覆管のスウリングを示す概念図、第３
図ａは、本発明の好適な一実施例である燃料要素
の局部縦断面図、第３図ｂは第３図ａに示すブラ
ンケツト燃料ペレツトの形状を示す図、第４図
は、燃料要素内のCs濃度を示す実測結果の特性
図、第５図は第４図のグラフをモデル化した概念
図である。 １……燃料被覆管、２……炉心燃料ペレツト、
３……ブランケツト燃料ペレツト、４……ギヤツ
プ、５……ガスプレナム、６……スプリング、７
……Cs2UO4（セシウムウランタイト化物）。
Claims (1)
- １ 燃料被覆管内に、核分裂性物質を富化した核
分裂親物質を主原料とする核燃料を円柱形に成形
してなる核燃料ペレツトを充てんした炉心燃料部
分と、核分裂親物質を主原料とする核燃料を円柱
形に成形してなる核燃料ペレツトを充てんしたブ
ランケツト燃料部分とを有する高速炉用燃料要素
において、ブランケツト燃料部分の核燃料ペレツ
トの形状を、核燃料ペレツトの円周に沿う角部を
削り落した形状とすることを特徴とする、高速炉
用燃料要素。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58126203A JPS6018792A (ja) | 1983-07-13 | 1983-07-13 | 高速炉用燃料要素 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58126203A JPS6018792A (ja) | 1983-07-13 | 1983-07-13 | 高速炉用燃料要素 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6018792A JPS6018792A (ja) | 1985-01-30 |
| JPS6335952B2 true JPS6335952B2 (ja) | 1988-07-18 |
Family
ID=14929260
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58126203A Granted JPS6018792A (ja) | 1983-07-13 | 1983-07-13 | 高速炉用燃料要素 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6018792A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0240832U (ja) * | 1988-09-13 | 1990-03-20 |
-
1983
- 1983-07-13 JP JP58126203A patent/JPS6018792A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0240832U (ja) * | 1988-09-13 | 1990-03-20 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6018792A (ja) | 1985-01-30 |
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