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JPH1026683A - Metallic fuel element for reactor and its manufacture - Google Patents

Metallic fuel element for reactor and its manufacture

Info

Publication number
JPH1026683A
JPH1026683A JP8183163A JP18316396A JPH1026683A JP H1026683 A JPH1026683 A JP H1026683A JP 8183163 A JP8183163 A JP 8183163A JP 18316396 A JP18316396 A JP 18316396A JP H1026683 A JPH1026683 A JP H1026683A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
metal fuel
fuel
cladding tube
alloy
metal
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
Application number
JP8183163A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takashige Ogata
孝成 尾形
Toru Ogawa
徹 小川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Central Research Institute of Electric Power Industry
Japan Atomic Energy Agency
Original Assignee
Central Research Institute of Electric Power Industry
Japan Atomic Energy Research Institute
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Central Research Institute of Electric Power Industry, Japan Atomic Energy Research Institute filed Critical Central Research Institute of Electric Power Industry
Priority to JP8183163A priority Critical patent/JPH1026683A/en
Publication of JPH1026683A publication Critical patent/JPH1026683A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a metallic fuel element in which radioactive wastes are reduced in its manufacture. SOLUTION: A metallic fuel element is provided with a covering pipe 2, with many granular metallic fuel pellets 1 which are filled into the covering pipe 2 and with rodium 5 which is filled into the gap between the metallic fuel pellets 1 and that between the metallic fuel pellets 1 and the covering pipe 2 and which transmits the heat of the metallic fuel pellets 1 to the covering pipe 2. The metallic fuel element is manufactured in such a way that an alloy for a fuel is melted so as to be granulated, that the metal fuel pellets 1 are formed and that the metallic fuel pellets 1 and the rodium 5 are filled into the covering pipe 2.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、核燃料として金属
燃料を使用する原子炉用金属燃料要素及びその製造方法
に関する。さらに詳しくは、本発明は、金属燃料の製造
において鋳型の使用を不要にできる原子炉用金属燃料要
素及びその製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a metal fuel element for a nuclear reactor using a metal fuel as a nuclear fuel and a method for manufacturing the same. More specifically, the present invention relates to a metal fuel element for a nuclear reactor, which can eliminate the need for a mold in the manufacture of a metal fuel, and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、ウラン合金等の金属燃料を使用し
て燃料体を製造する場合には、鋳型を用いた鋳造によっ
て燃料体を円柱形状に成形することが一般的であった。
即ち、図4に従来の高速炉用金属燃料要素の一般的な構
造を示す。この金属燃料要素は、円柱形状の燃料体10
1をナトリウム105と共に被覆管102に収容し、上
部端栓103と下部端栓104とで密封したものであ
る。この金属燃料要素において、円柱形状の燃料体10
1と被覆管102との間には、燃料体101のスエリン
グ量を考慮して所定距離の隙間が設けられており、これ
らの隙間には、燃料体101から被覆管102への熱伝
達を良好にするためにナトリウム105が充填される。
なお、ナトリウム105と上部端栓103との間のガス
プレナム106には核分裂生成ガスが溜められる。燃料
体101は、ウラン合金やプルトニウム合金等の燃料用
合金であって、鋳型を用いた鋳造によって円柱状に成形
される。即ち、石英製のパイプ状の鋳型に溶かした燃料
用合金を注入して冷却し、凝固した燃料用合金を鋳型か
ら取り出した後、その両端を所定の長さに切り揃えて、
一定の長さを持つ円柱状の燃料体を得ている(B. R. Se
idel, L. C. Walters and Y. I. Chang, "Advances in
Metallic Nuclear Fuel," Journal of Metals, No.4, v
ol.39,(1987).)。
2. Description of the Related Art Conventionally, when producing a fuel body using a metal fuel such as a uranium alloy, it has been general to form the fuel body into a cylindrical shape by casting using a mold.
That is, FIG. 4 shows a general structure of a conventional metal fuel element for a fast reactor. The metal fuel element has a cylindrical fuel body 10.
1 is housed in a cladding tube 102 together with sodium 105, and sealed with an upper end plug 103 and a lower end plug 104. In this metal fuel element, the cylindrical fuel body 10
1 and a cladding tube 102 are provided with gaps of a predetermined distance in consideration of the swelling amount of the fuel body 101, and these gaps provide good heat transfer from the fuel body 101 to the cladding tube 102. Is filled with sodium 105.
The fission gas is stored in the gas plenum 106 between the sodium 105 and the upper end plug 103. The fuel body 101 is a fuel alloy such as a uranium alloy or a plutonium alloy, and is formed into a cylindrical shape by casting using a mold. That is, the melted fuel alloy is injected into a quartz pipe-shaped mold and cooled, and after the solidified fuel alloy is removed from the mold, both ends are trimmed to a predetermined length.
A cylindrical fuel body with a certain length has been obtained (BR Se
idel, LC Walters and YI Chang, "Advances in
Metallic Nuclear Fuel, "Journal of Metals, No.4, v
ol.39, (1987).).

【0003】一方、金属燃料ではない酸化物燃料を使用
した燃料要素として、顆粒状のMOX燃料(混合酸化物
燃料)を被覆管に振動を与えながら充填して高い燃料密
度とするいわゆる振動充填燃料要素が知られている。す
なわち、再処理から供給される低除染プルトニウム/ウ
ラン混合硝酸溶液をゲル化工程において顆粒化し、焼結
によって得た顆粒状MOX燃料を振動下に被覆管に充填
することで、燃料ピン(燃料要素)を製造することがで
きる。この振動充填燃料要素の開発は、豊富な実績のあ
るペレット型MOX燃料要素が世界的に採用されるに至
り、中止されていた。しかしながら、振動充填による製
造方法では、MOX燃料の粉砕工程・混合工程・造粒工
程・成形工程、さらにはペレットの研削工程を不要にで
きるので、近年注目されつつある。
On the other hand, as a fuel element using an oxide fuel which is not a metal fuel, a so-called vibration-filled fuel which is filled with a granular MOX fuel (mixed oxide fuel) while giving vibration to a cladding tube to obtain a high fuel density. The elements are known. That is, the low decontamination plutonium / uranium mixed nitric acid solution supplied from the reprocessing is granulated in the gelling step, and the granular MOX fuel obtained by sintering is filled into the cladding tube under vibration, whereby the fuel pin (fuel Element) can be manufactured. The development of this vibrating filled fuel element was halted due to the worldwide adoption of a pellet-type MOX fuel element with a proven track record. However, the manufacturing method based on vibration filling has been attracting attention in recent years because the MOX fuel pulverization step, mixing step, granulation step, molding step, and pellet grinding step can be dispensed with.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、金属燃
料を使用した燃料要素については、鋳型を用いた鋳造に
よって円柱形状の金属燃料を成形しているので、鋳型が
放射性廃棄物となって、放射性廃棄物を減少させるとい
う要請に反してしまう。
However, as for a fuel element using a metal fuel, since a cylindrical metal fuel is formed by casting using a mold, the mold becomes radioactive waste and the radioactive waste is produced. Contrary to the demand to reduce things.

【0005】そこで、鋳型を用いずに燃料体の製造を可
能にするという観点から、酸化物燃料要素についての振
動充填燃料要素を、金属燃料を使用した燃料要素に適用
することについて検討した。
[0005] In view of the fact that a fuel body can be manufactured without using a mold, application of a vibration-filled fuel element for an oxide fuel element to a fuel element using a metal fuel has been studied.

【0006】しかしながら、各粒状燃料体で発生した熱
を被覆管に良好に伝えるためには、ペレット成形と同様
に各粒状燃料体の充填率を高めて間隙を出来るだけ埋め
る必要がある一方、金属燃料は酸化物燃料に比べてスエ
リング量が大きく、被覆管の破損等防止のためには各粒
状燃料体の間の間隙を広く残しておく必要がある。即
ち、振動充填方法を金属燃料に適用するためには、粒状
燃料体の充填に関し、相反する条件をともに高度に満た
さなければならず、その適用は困難である。
However, in order to effectively transmit the heat generated in each granular fuel to the cladding tube, it is necessary to increase the filling rate of each granular fuel and fill the gap as much as possible, as in the case of pellet molding. The fuel has a larger swelling amount than the oxide fuel, and it is necessary to leave a wide gap between the granular fuel bodies in order to prevent breakage of the cladding tube. That is, in order to apply the vibration filling method to the metal fuel, both of the contradictory conditions regarding the filling of the granular fuel body must be highly satisfied, and the application is difficult.

【0007】本発明は、放射性廃棄物を減らすことが可
能な原子炉用金属燃料要素及びその製造方法を提供する
ことを目的とする。
An object of the present invention is to provide a metal fuel element for a nuclear reactor capable of reducing radioactive waste and a method for manufacturing the same.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに請求項1記載の原子炉用金属燃料要素は、被覆管
と、この被覆管内に充填された多数の粒状の金属燃料体
と、該金属燃料体の間及び該金属燃料体と被覆管との間
の間隙に充填されて当該金属燃料体の熱を被覆管に良好
に伝える熱伝達媒体を備えるようにしている。
In order to achieve the above object, a metal fuel element for a nuclear reactor according to claim 1 comprises a cladding tube, a plurality of granular metal fuel bodies filled in the cladding tube, and A heat transfer medium is provided between the metal fuel bodies and in the gap between the metal fuel body and the cladding tube to transfer heat of the metal fuel body to the cladding tube well.

【0009】したがって、粒状の金属燃料体の間及び金
属燃料体と被覆管との間には隙間が発生し、金属燃料体
が放射線照射あるいは核分裂生成ガスの発生等により膨
張(スエリング)した場合にも、各金属燃料体の間隙が
狭くなることであるいは金属燃料体が移動することでス
エリングを吸収し、被覆管の破損等を防止する。また、
金属燃料体の間及び金属燃料体と被覆管との間の間隙に
は熱伝達媒体が充填されてるいるので、金属燃料体の熱
が良好に被覆管に伝えられる。しかも、粒状の燃料用合
金を被覆管に流し込むことで、金属燃料体を充填でき
る。特に、金属燃料体の粒径を被覆管の内径に比べて十
分に小さくすることで、燃料用合金の被覆管への充填を
一層容易にする。また、燃料用合金の粒状化には、鋳型
等が不要である。
Therefore, a gap is generated between the granular metal fuel body and between the metal fuel body and the cladding tube, and the metal fuel body expands (swells) due to irradiation or generation of fission gas. Also, the swelling is absorbed by the narrow gap between the metal fuel bodies or the movement of the metal fuel bodies, thereby preventing the cladding tube from being damaged. Also,
The gap between the metal fuel body and the gap between the metal fuel body and the cladding tube is filled with a heat transfer medium, so that the heat of the metal fuel body is well transmitted to the cladding tube. Moreover, the metal fuel body can be filled by pouring the granular fuel alloy into the cladding tube. In particular, by making the particle diameter of the metal fuel body sufficiently smaller than the inner diameter of the cladding tube, the fuel alloy can be more easily filled into the cladding tube. In addition, a mold or the like is not required for granulating the fuel alloy.

【0010】ここで、熱伝達媒体としては、使用中に液
体となる金属、例えばナトリウム、水銀、鉛、カリウム
またはそれらの合金等が使用可能であるが、中でも請求
項2の発明のように、ナトリウムを採用することが好ま
しい。この場合、液体ナトリウムを冷却材として使用す
る高速増殖炉の使用に好適である。
Here, as the heat transfer medium, a metal which becomes liquid during use, for example, sodium, mercury, lead, potassium, or an alloy thereof can be used. Preferably, sodium is employed. In this case, it is suitable for use in a fast breeder reactor using liquid sodium as a coolant.

【0011】さらに、請求項3記載の金属燃料要素の製
造方法は、燃料用合金を溶融させた後粒状化して金属燃
料体を形成し、当該金属燃料体と熱伝達媒体を被覆管に
充填するものである。この場合、燃料用合金を粒状化す
るには、溶融させたものを滴下ないし飛散あるいは噴流
と衝突させるなどの様々の方法で鋳型を用いずに成形で
きる。しかも、各金属燃料体の大きさを被覆管の内径よ
りも十分に小さくなるように粒径調整を行っていれば、
容易に被覆管への装填が実施できる。
Further, according to a third aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a metal fuel element, wherein a metal alloy is formed by melting a fuel alloy and then granulating the metal alloy, and the metal fuel element and a heat transfer medium are filled in a cladding tube. Things. In this case, in order to granulate the fuel alloy, the molten alloy can be formed without using a mold by various methods such as dripping, scattering, or colliding with a jet. In addition, if the particle size is adjusted so that the size of each metal fuel body is sufficiently smaller than the inner diameter of the cladding tube,
It can be easily loaded into the cladding tube.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、本発明の構成を図面に示す
実施の一形態に基づいて詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The configuration of the present invention will be described below in detail based on an embodiment shown in the drawings.

【0013】図1に本発明を適用した原子炉用金属燃料
要素の実施の一形態を示す。この金属燃料要素は、例え
ば液体ナトリウムを冷却材とする高速増殖炉用のもので
ある。この金属燃料要素は、燃料用合金を粒状に成形し
た金属燃料体1を多数被覆管2内に充填して成る。な
お、被覆管2は例えばスチール製であり、その上下両端
が上部端栓3及び下部端栓4を溶接することで閉塞され
ている。また、ナトリウム5と上部端栓3との間には核
分裂生成ガスを溜めるガスプレナム6が設けられてい
る。金属燃料体1を被覆管2の内径よりも十分に小径の
粒状に構成し、それを多数充填する場合、各金属燃料体
1の間及び各金属燃料体1と被覆管2との間には間隙が
存在し、熱伝達の悪化が懸念される。そのため、当該間
隙には熱伝達媒体としてのナトリウム5が充填され、各
金属燃料体1で発生した熱を被覆管2に良好に伝えるよ
うにしている。
FIG. 1 shows an embodiment of a metal fuel element for a nuclear reactor to which the present invention is applied. This metal fuel element is for a fast breeder reactor using, for example, liquid sodium as a coolant. The metal fuel element is formed by filling a large number of clad tubes 2 with a metal fuel body 1 obtained by molding a fuel alloy into granules. The cladding tube 2 is made of steel, for example, and its upper and lower ends are closed by welding the upper end plug 3 and the lower end plug 4. Further, a gas plenum 6 for storing fission gas is provided between the sodium 5 and the upper end plug 3. When the metal fuel body 1 is formed into a granular shape having a diameter sufficiently smaller than the inner diameter of the cladding tube 2 and a large number of the particles are filled, a space between each metal fuel body 1 and between each metal fuel body 1 and the cladding tube 2 is required. There is a gap, and there is a concern that heat transfer may deteriorate. Therefore, the gap is filled with sodium 5 as a heat transfer medium, so that the heat generated in each metal fuel body 1 is transmitted well to the cladding tube 2.

【0014】なお、燃料用合金としては、例えばウラン
に必要に応じていくつかの元素(例えば、ジルコニウ
ム、モリブデン等)を添加したウラン合金、プルトニウ
ムに必要に応じていくつかの元素(例えば、ジルコニウ
ム、モリブデン等)を添加したプルトニウム合金、ウラ
ン合金にプルトニウムを添加した合金等がある。
As fuel alloys, for example, uranium alloys obtained by adding some elements (eg, zirconium, molybdenum, etc.) to uranium as needed, and several elements (eg, zirconium, etc.) added to plutonium as needed. , Molybdenum, etc.), and an alloy obtained by adding plutonium to a uranium alloy.

【0015】次に、金属燃料体の製造方法について説明
する。
Next, a method for producing a metal fuel assembly will be described.

【0016】金属燃料要素は、先ず、所定の大きさに粒
状化した金属燃料体1を得、次いで、この粒状の金属燃
料体1とナトリウム5を被覆管2に充填することで製造
される。
The metal fuel element is manufactured by first obtaining a metal fuel body 1 granulated to a predetermined size, and then filling the clad tube 2 with the granular metal fuel body 1 and sodium 5.

【0017】詳述すると、先ず、燃料用合金をこの燃料
用合金と化学的な反応を起こさない雰囲気下において溶
融させてから粒状に成形する。燃料用合金を粒状に成形
する方法としては、例えば不活性ガス雰囲気下で燃料用
合金を溶融し、更に不活性ガスの冷却雰囲気中に滴下さ
せて、滴下途中で冷却して凝固させる方法が考えられ
る。その凝固の際、溶融した燃料用合金の表面張力が大
きいことに起因して、滴下された燃料用合金は球に近い
粒状になると考えられる。一般に、流体を滴下する場
合、各々の粒はほぼ一定の重量および大きさとなるた
め、上記のように製造した粒状燃料合金の1粒1粒もほ
ぼ一定の重量および大きさとなる。また、粒状に凝固し
た燃料用合金の大きさを、被覆管2の内径に比べて十分
に小さくなるように調整すれば、燃料用合金を容易に被
覆管2に装填することができる。
More specifically, first, the fuel alloy is melted in an atmosphere that does not cause a chemical reaction with the fuel alloy, and then is formed into granules. As a method of forming the fuel alloy into granules, for example, a method in which the fuel alloy is melted in an inert gas atmosphere, then dropped into a cooling atmosphere of the inert gas, and cooled and solidified during the dropping is considered. Can be At the time of the solidification, it is considered that the dropped fuel alloy becomes granular close to a sphere due to the large surface tension of the molten fuel alloy. Generally, when a fluid is dropped, each particle has a substantially constant weight and size, so that each particle of the granular fuel alloy produced as described above also has a substantially constant weight and size. Further, by adjusting the size of the fuel alloy solidified into particles to be sufficiently smaller than the inner diameter of the cladding tube 2, the fuel alloy can be easily loaded into the cladding tube 2.

【0018】この方法によれば、溶融した燃料用合金の
滴下量を変えることで燃料体1の粒径を調節することが
できると共に、鋳型を用いないので放射性廃棄物の発生
を抑えることができる。また、連続して金属燃料体1を
製造できるので、鋳型を用いて金属燃料体を製造する場
合に比べて生産性を向上させることができる。
According to this method, the particle size of the fuel body 1 can be adjusted by changing the amount of the molten fuel alloy dripped, and the generation of radioactive waste can be suppressed because no mold is used. . Further, since the metal fuel assembly 1 can be manufactured continuously, the productivity can be improved as compared with the case where the metal fuel assembly is manufactured using a mold.

【0019】ただし、燃料用合金を粒状に成形する方法
としては、上述の方法に限るものではなく、粒状物を得
る手段として周知のアトマイズ法や急冷凝固法等の使用
も可能であり、特に限定されるものではない。
However, the method for forming the fuel alloy into granules is not limited to the above-mentioned method, and a well-known atomizing method or rapid solidification method can be used as a means for obtaining granules. It is not something to be done.

【0020】次に、下端開口が下部端栓4によって気密
に塞がれた被覆管2に、必要量の金属燃料体1及びナト
リウム5を充填し、金属燃料体1を沈降させる。例え
ば、固体のナトリウム5を挿入した被覆管2に必要量の
金属燃料体1を非振動下において入れた後、加熱によっ
てナトリウム5を溶解させる。ただし、この方法に限る
ものではなく、被覆管2への挿入前に必要量の金属燃料
体1と溶融させたナトリウム5との混合物を作り、この
混合物を被覆管2内に注入し、金属燃料体1を沈降させ
ても良く、また、その他の方法・手順によって金属燃料
体1及びナトリウム5を充填し、金属燃料体1を沈降さ
せても良い。
Next, the cladding tube 2 whose lower end opening is hermetically closed by the lower end plug 4 is filled with a required amount of the metal fuel body 1 and sodium 5 and the metal fuel body 1 is settled. For example, after a required amount of the metal fuel body 1 is put in the cladding tube 2 into which the solid sodium 5 is inserted without vibration, the sodium 5 is dissolved by heating. However, the present invention is not limited to this method, and a mixture of the required amount of the metal fuel body 1 and the melted sodium 5 is prepared before insertion into the cladding tube 2, and the mixture is injected into the cladding tube 2, The body 1 may be settled, or the metal fuel body 1 and sodium 5 may be filled by other methods and procedures to settle the metal fuel body 1.

【0021】金属燃料体1の粒状化は、被覆管2の内径
に比べて極めて小さいものとすれば足り鋳型などを使わ
なくとも成形できることから、金属燃料体を成形する際
に従来必要とされた鋳型などの放射性廃棄物を減らすこ
とができる。また、金属燃料体1を単に沈降するだけな
ので、各金属燃料体1間に十分な間隙を残すことができ
る。即ち、金属燃料は酸化物燃料に比べてスエリング量
が大きいが、各金属燃料体1の間にスエリングによる影
響を回避するための間隙を形成することができると共
に、単に充填、沈降させるだけなので生産性の向上に寄
与できる。
Granulation of the metal fuel body 1 is sufficient if it is extremely small compared to the inner diameter of the cladding tube 2 and can be formed without using a mold or the like. Radioactive waste such as molds can be reduced. Further, since the metal fuel assemblies 1 are merely settled, a sufficient gap can be left between the metal fuel assemblies 1. That is, although the swelling amount of the metal fuel is larger than that of the oxide fuel, a gap can be formed between the respective metal fuel bodies 1 to avoid the influence of the swelling, and the metal fuel is merely charged and settled. It can contribute to improvement of the performance.

【0022】ここで、1本の被覆管2の中に充填される
金属燃料体1の成分比と重量とは、以下のようにして各
々所定値となるように管理すれば良い。即ち、金属燃料
体1の成分比は、例えば燃料用合金の原料を溶融する際
に、その成分比を調整することにより所定の値に管理す
ることができる。また、金属燃料体1の重量は、例えば
ナトリウム5中に各金属燃料体1を沈降させた状態で当
該金属燃料体1の高さを測定することにより管理するこ
とができる。ただし、これらの方法以外の方法によって
金属燃料体1の成分比及び重量を管理しても良いことは
勿論である。
Here, the component ratio and the weight of the metal fuel body 1 filled in one cladding tube 2 may be managed so as to have predetermined values as follows. That is, the component ratio of the metal fuel body 1 can be controlled to a predetermined value by adjusting the component ratio when, for example, melting the raw material of the fuel alloy. The weight of the metal fuel assembly 1 can be managed by measuring the height of the metal fuel assembly 1 in a state where each metal fuel assembly 1 is settled in, for example, sodium 5. However, it goes without saying that the component ratio and the weight of the metal fuel body 1 may be controlled by a method other than these methods.

【0023】金属燃料体1とナトリウム5を充填した
後、被覆管2の上部開口に上部端栓3を溶接して当該開
口を気密に塞ぐ。このとき、ガスプレナム6には、例え
ばアルゴンを封入しておく。
After the metal fuel body 1 and the sodium 5 are filled, the upper end plug 3 is welded to the upper opening of the cladding tube 2 to hermetically close the opening. At this time, for example, argon is sealed in the gas plenum 6.

【0024】金属燃料要素を高速増殖炉に装荷した場合
に金属燃料体1に発生する熱は、各金属燃料体1間を充
填するナトリウム5によって良好に被覆管2に伝えられ
る。したがって、鋳型を用いた鋳造によって成形された
燃料体と同様に使用することができる。また、放射線照
射あるいは核分裂生成ガスによって各金属燃料体1にス
エリングが発生しても、各金属燃料体1の間には十分な
間隙が設けられかつ各々金属燃料体1が自由に移動可能
なので、被覆管2の破損等が防止される。
When the metal fuel element is loaded in the fast breeder reactor, the heat generated in the metal fuel body 1 is transmitted to the cladding tube 2 by the sodium 5 filling between the metal fuel bodies 1. Therefore, it can be used similarly to a fuel body formed by casting using a mold. Further, even if swelling occurs in each metal fuel body 1 due to irradiation or fission gas, a sufficient gap is provided between each metal fuel body 1 and each metal fuel body 1 can move freely. Breakage of the cladding tube 2 is prevented.

【0025】また、異なる粒径の金属燃料体1を充填
し、その配合割合を種々変えることで当該金属燃料体1
の充填率を調節することができる。
Further, the metal fuel bodies 1 having different particle diameters are filled and the mixing ratio thereof is changed variously so that the metal fuel bodies 1 are mixed.
Can be adjusted.

【0026】なお、上述の形態は本発明の好適な形態の
一例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明
の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能であ
る。例えば、上述の説明では、高速増殖炉に使用する金
属燃料要素を例にしているが、高速増殖炉に限るもので
はなく、例えば軽水炉、重水炉、ガス炉等その他の原子
炉に使用する金属燃料要素に適用しても良いことは勿論
である。
Although the above-described embodiment is an example of a preferred embodiment of the present invention, the present invention is not limited to this embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. For example, in the above description, the metal fuel element used in the fast breeder reactor is taken as an example, but the present invention is not limited to the fast breeder reactor, but may be used in other nuclear reactors such as light water reactors, heavy water reactors, and gas reactors. Of course, it may be applied to the element.

【0027】また、上述の説明は、液体ナトリウムを冷
却材として使用する高速増殖炉用の金属燃料要素につい
てのものであり、ナトリウムを熱伝達媒体5として使用
しているが、必ずしもナトリウムを熱伝達媒体5として
使用する必要はなく、例えば水銀、鉛、カリウム等を熱
伝達媒体5として使用しても良い。ただし、冷却材と熱
伝達媒体5との反応等を考慮して適切に選択する必要が
ある。
The above description is about a metal fuel element for a fast breeder reactor using liquid sodium as a coolant. Although sodium is used as the heat transfer medium 5, sodium is not necessarily used for heat transfer. It is not necessary to use the medium 5, and for example, mercury, lead, potassium or the like may be used as the heat transfer medium 5. However, it is necessary to appropriately select the coolant in consideration of the reaction between the heat transfer medium 5 and the like.

【0028】さらに、上述の説明では、被覆管2をスチ
ール製としているが、被覆管2の材質としてはスチール
に限るものではなく、例えばジルコニウム合金やマグネ
シウム合金、アルミ合金等の使用も可能である。
Further, in the above description, the cladding tube 2 is made of steel. However, the material of the cladding tube 2 is not limited to steel. For example, a zirconium alloy, a magnesium alloy, an aluminum alloy or the like can be used. .

【0029】[0029]

【実施例】次に、金属燃料要素の実施例について説明す
るが、この実施例に限るものではないことは勿論であ
る。
Next, an embodiment of a metal fuel element will be described, but it is needless to say that the present invention is not limited to this embodiment.

【0030】図2に、粒状の金属燃料体1を製造するた
めの装置の一例を示す。図中符号7は溶解した燃料用合
金、符号8は底部に孔を持つ容器、符号9は滴下され凝
固途中の燃料用合金、符号10は凝固を完了した燃料用
合金、符号11は容器底部に溜まった粒状の燃料用合
金、符号12はアルゴンガス、符号13は冷却用アルゴ
ンガス、符号14は冷却用アルゴンガスを保持する密閉
容器、符号15は燃料用合金を溶解するための加熱ヒー
タ、符号16は冷却用アルゴンガス13を冷却するため
の冷媒を流すパイプ、符号17は容器14の底部を冷却
するための冷媒を流すパイプである。
FIG. 2 shows an example of an apparatus for producing the granular metal fuel body 1. In the figure, reference numeral 7 denotes a molten fuel alloy, reference numeral 8 denotes a container having a hole at the bottom, reference numeral 9 denotes a fuel alloy which is dripped and solidifying, reference numeral 10 denotes a fuel alloy which has been solidified, and reference numeral 11 denotes a bottom of the container. The accumulated granular fuel alloy, reference numeral 12 denotes argon gas, reference numeral 13 denotes cooling argon gas, reference numeral 14 denotes a sealed container holding the cooling argon gas, reference numeral 15 denotes a heater for melting the fuel alloy, and reference numeral Reference numeral 16 denotes a pipe through which a refrigerant for cooling the cooling argon gas 13 flows, and reference numeral 17 denotes a pipe through which a refrigerant for cooling the bottom of the container 14 flows.

【0031】加熱ヒータ15によって溶解された燃料用
合金7は、容器8に設けられた孔を通り、アルゴンガス
13中に滴下される。ここで、滴下をうまく行うため、
12のアルゴンガスと13の冷却用アルゴンガスとの間
には適度な差圧が設けられている。滴下された燃料用合
金9は、冷却用アルゴンガス13の中を通って落下する
間に凝固を完了し、密閉容器14の底部に溜まる。滴下
する燃料用合金が落下中に固まるようにするため、密閉
容器14内の冷却用アルゴンガス13は、パイプ16内
を流れる冷媒によって室温あるいはそれ以下に冷却す
る。尚、粒状の燃料用合金11の直径は、容器8の底部
に設けられる孔の直径及び上述の差圧を調整することに
よって制御できる。
The fuel alloy 7 melted by the heater 15 is dropped into the argon gas 13 through a hole provided in the container 8. Here, in order to perform the dripping successfully,
An appropriate differential pressure is provided between the 12 argon gas and the 13 cooling argon gas. The dropped fuel alloy 9 completes solidification while falling through the cooling argon gas 13 and accumulates at the bottom of the closed container 14. The cooling argon gas 13 in the closed vessel 14 is cooled to room temperature or lower by the refrigerant flowing in the pipe 16 so that the dropped fuel alloy solidifies during the fall. The diameter of the granular fuel alloy 11 can be controlled by adjusting the diameter of the hole provided at the bottom of the container 8 and the above-described differential pressure.

【0032】そこで、約1550℃に溶融させたウラン
合金(ジルコニウムを約30原子数パーセント含む)
を、容器8の底にあけた直径0.3mmの孔から滴下さ
せると共に、密閉容器14の高さを約1.5mに設定し
て試験を行った。その結果、粒径が約0.8mmの球形
の金属燃料体1を製造することができた。
Therefore, a uranium alloy melted at about 1550 ° C. (containing about 30 atomic percent of zirconium)
Was dropped from a hole having a diameter of 0.3 mm drilled at the bottom of the container 8 and the height of the closed container 14 was set to about 1.5 m for the test. As a result, a spherical metal fuel body 1 having a particle size of about 0.8 mm could be manufactured.

【0033】このようにして製造する金属燃料体1を、
図3に示すような外径が7.5mm、内径が6.5mm
の被覆管2に溶融させたナトリウムと共に充填する場合
について検討した。被覆管2内にその内径より十分小さ
な一種類の外径を有する金属燃料体1を充填する場合、
被覆管2内で金属燃料体1が存在する領域において、そ
の領域の空間を燃料用合金が占める体積割合を計算した
結果、理論的には最大で約74%となることがわかっ
た。しかし、一種類の外径の球体をある容器に充填する
場合、同割合は実際には60%程度となることが経験的
に知られており、そのような場合には2種類あるいはそ
れ以上の種類の外径を有する金属燃料体1を製造し、そ
の配合を調節することにより、同割合を大きくして所望
の同割合を得ることができる。ここで、従来の鋳型を用
いる鋳造によって成形した燃料体を使用する金属燃料要
素では、同割合を約75%に設計したものが最も良好な
使用実績を残している。したがって、図3に示す金属燃
料要素も、被覆管2内で金属燃料体1が存在する領域に
おいて、その領域の空間を燃料用合金が占める体積割合
を75%に設計すれば、同等の性能を有するものと判断
できる。
The metal fuel body 1 thus manufactured is
The outer diameter is 7.5 mm and the inner diameter is 6.5 mm as shown in FIG.
The case where the cladding tube 2 was filled with molten sodium was examined. When filling the cladding tube 2 with the metal fuel body 1 having one kind of outer diameter sufficiently smaller than its inner diameter,
As a result of calculating the volume ratio of the fuel alloy in the region where the metal fuel body 1 exists in the cladding tube 2, it was found that the theoretical ratio was about 74% at the maximum. However, it is empirically known that when a single type of sphere is filled in a container, the same ratio is actually about 60%. In such a case, two or more types of spheres are used. By manufacturing the metal fuel body 1 having various kinds of outer diameters and adjusting the composition thereof, the same ratio can be increased to obtain a desired same ratio. Here, among metal fuel elements using a fuel body molded by casting using a conventional mold, those designed to have the same ratio of about 75% have the best use results. Therefore, in the metal fuel element shown in FIG. 3, in a region where the metal fuel body 1 exists in the cladding tube 2, if the volume ratio of the fuel alloy occupying the space in the region is set to 75%, the same performance is obtained. It can be determined that it has.

【0034】この実施例からも明らかなように、粒状の
金属燃料体を製造するに際して、鋳型を用いる必要がな
く、また、製造後に粒状の燃料用合金自身に成形を施す
必要もないことが理解できる。したがって、放射性廃棄
物の減少と生産性の向上を図ることができる。
As is apparent from this embodiment, it is understood that there is no need to use a mold when manufacturing a granular metal fuel body, and it is not necessary to mold the granular fuel alloy itself after manufacturing. it can. Therefore, it is possible to reduce radioactive waste and improve productivity.

【0035】[0035]

【発明の効果】以上説明したように、請求項1記載の原
子炉用金属燃料要素では、被覆管と、この被覆管内に充
填された多数の粒状の金属燃料体と、該金属燃料体間及
び被覆管との間隙に充填されて当該金属燃料体の熱を被
覆管に伝える熱伝達媒体を備えているので、金属燃料体
をスエリング量を考慮した所定の寸法に整形したり製造
に際して鋳型を用い必要がなく、且つ鋳造後の成形工程
も不要とすることができる。このため、放射性廃棄物を
削減することができる。また、鋳造後の成形が不要であ
るため、燃料体の製造工程を簡略化することができ、経
済性の向上に資することができる。
As described above, in the metal fuel element for a nuclear reactor according to the first aspect, a cladding tube, a large number of granular metal fuel bodies filled in the cladding tube, a space between the metal fuel bodies and Since the heat transfer medium that is filled in the gap with the cladding tube and transfers the heat of the metal fuel body to the cladding tube is provided, the metal fuel body is shaped into a predetermined size in consideration of the swelling amount, and a mold is used in manufacturing. It is not necessary, and a molding step after casting can be eliminated. Therefore, radioactive waste can be reduced. Further, since molding after casting is unnecessary, the manufacturing process of the fuel body can be simplified, which can contribute to improvement in economic efficiency.

【0036】また、請求項2記載の原子炉用金属燃料要
素は、熱伝達媒体としてナトリウムを使用しているの
で、冷却材として液体ナトリウムを使用する高速増殖炉
に適した金属燃料要素を提供することができる。
Further, since the metal fuel element for a nuclear reactor according to the present invention uses sodium as a heat transfer medium, a metal fuel element suitable for a fast breeder reactor using liquid sodium as a coolant is provided. be able to.

【0037】さらに、請求項3記載の金属燃料要素の製
造方法では、燃料用合金を溶融させた後粒状化して金属
燃料体を形成し、当該金属燃料体と熱伝達媒体を被覆管
に充填するので、燃料用合金を溶融させて滴下ないし飛
散あるいは噴流と衝突させるなどの様々の方法で鋳型を
用いずに粒状化できる。しかも、各金属燃料体の大きさ
を被覆管の内径よりも十分に小さくなるように粒径調整
を行うことで、被覆管への装填が容易に実施できる。
Further, in the method of manufacturing a metal fuel element according to the third aspect, the fuel alloy is melted and then granulated to form a metal fuel body, and the metal fuel body and the heat transfer medium are filled in the cladding tube. Therefore, the fuel alloy can be granulated without using a mold by various methods such as melting and colliding with a jet or a drop. In addition, by adjusting the particle size so that the size of each metal fuel body is sufficiently smaller than the inner diameter of the cladding tube, loading into the cladding tube can be easily performed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る金属燃料要素の実施形態の一例を
示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing an example of an embodiment of a metal fuel element according to the present invention.

【図2】粒状の金属燃料体を製造するための装置の一例
を示す断面図である。
FIG. 2 is a sectional view showing an example of an apparatus for producing a granular metal fuel body.

【図3】図2の装置によって製造された金属燃料体を充
填した金属燃料要素を示す断面図である。
FIG. 3 is a sectional view showing a metal fuel element filled with a metal fuel body manufactured by the apparatus of FIG. 2;

【図4】従来の金属燃料要素の断面図である。FIG. 4 is a sectional view of a conventional metal fuel element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 金属燃料体 2 被覆管 5 ナトリウム(熱伝達媒体) Reference Signs List 1 metal fuel body 2 cladding tube 5 sodium (heat transfer medium)

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被覆管と、この被覆管内に充填された多
数の粒状の金属燃料体と、該金属燃料体の間及び該金属
燃料体と前記被覆管との間の間隙に充填されて当該金属
燃料体の熱を被覆管に伝える熱伝達媒体を備えることを
特徴とする原子炉用金属燃料要素。
1. A cladding tube, a number of granular metal fuel bodies filled in the cladding tube, and a gap filled between the metal fuel bodies and between the metal fuel body and the cladding tube. A metal fuel element for a nuclear reactor, comprising a heat transfer medium that transfers heat of a metal fuel body to a cladding tube.
【請求項2】 前記熱伝達媒体はナトリウムであること
を特徴とする請求項1記載の原子炉用金属燃料要素。
2. The metal fuel element for a nuclear reactor according to claim 1, wherein said heat transfer medium is sodium.
【請求項3】 燃料用合金を溶融させた後粒状化して金
属燃料体を形成し、当該金属燃料体と熱伝達媒体を被覆
管に充填することを特徴とする原子炉用金属燃料要素の
製造方法。
3. The production of a metal fuel element for a nuclear reactor, characterized in that a fuel alloy is melted and then granulated to form a metal fuel body, and the metal fuel body and a heat transfer medium are filled in a cladding tube. Method.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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