JP2009270871A

JP2009270871A - Nuclear fuel assembly

Info

Publication number: JP2009270871A
Application number: JP2008120120A
Authority: JP
Inventors: Toshihisa Shirakawa; 白川利久
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-05-02
Filing date: 2008-05-02
Publication date: 2009-11-19

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nuclear fuel assembly having little radiation exposure in a manufacturing process. <P>SOLUTION: An empty fuel bundle 190 unfilled with nuclear fuel pellets 14, is filled with A nuclear fuel pellets 14 and sealed airtightly, and a channel box 105 with a fastener is mounted thereon, to thereby form an improved-1 nuclear fuel assembly 230. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、BWR（沸騰水型原子炉）の核燃料集合体の製造に関する。 The present invention relates to the manufacture of nuclear fuel assemblies for BWRs (boiling water reactors).

図１は従来の核燃料集合体（３０）の概略斜視図及び核燃料バンドル（４０）の縦断面図である（非特許文献1。非特許文献２）。核燃料バンドル（４０）は、核燃料物質を内封している円柱形状の核燃料棒（１）を多数本正方格子状に配列し、核燃料棒（１）の束を上端及び下端とで結合支持しつつ冷却材の出入口ともなる上部タイプレート（２）及び下部タイプレート（３）と、核燃料棒（１）の高さ途中に数個位置して核燃料棒（１）間の間隔を規制するスペーサ（４）で構成されている。上部タイプレート（２）にはトッテ（２１）等が付いている。核燃料棒（１）の伸びを考慮して核燃料棒（１）の上には膨張スプリング（６）をはめている。核燃料バンドル（４０）の4面をチャンネルボックス（５）で覆い、チャンネルボックス（５）の上部を上部タイプレート（２）に締付部品（９）で結合して核燃料集合体（３０）とする。スペーサ（４）は水棒（６１）に付帯せる留具で支えられている。
冷却材である水は、核燃料集合体（３０）の底部からチャンネルボックス（５）の内側に入り核燃料棒（１）から受熱して蒸気を発生させる。
通常、BWRでは上記核燃料集合体（３０）からチャンネルボックス（５）を除いた、チャンネルボックス（５）を付ける前の核燃料棒（１）の束を組み上げたものを核燃料バンドル（４０）と呼んでいる。核燃料バンドル（４０）は発電所に輸送され、梱包を外して直立の位置で保管される。原子炉に装荷する前に核燃料バンドル（４０）にチャンネルボックス（５）を締付部品（９）で固着させ核燃料集合体（３０）とする。
図２は、従来の核燃料集合体（３０）を構成する主要部品の概観図である。
右端上に示した核燃料棒（１）は、ジルカロイの被覆管（１１）と、この被覆管（１１）の上下開口端を気密閉塞する上部端栓（１２）及び下部端栓（１３）と、上部スプリング（１５）と、上部プレナム（１６）と、被覆管（１１）内に核燃料である濃縮ウランの酸化物を円柱状に焼結してなる多数個の核燃料ペレット（１４）から構成されている。核燃料棒（１）の平面配列を右端中程に示した。正方格子状に配列されたる核燃料棒（１）の束は、チャンネルボックス（５）で包まれている。正方格子状に配列されたる核燃料棒（１）の間隙の冷却材通路を冷却材が流れる。核燃料棒（１）数本は、核燃料ペレット（１４）が充填されてなく被覆管（１１）の中を冷却材が流れる水棒（６１）にすることがある。上部端栓（１２）及び下部端栓（１３）は被覆管（１１）の外側からTIG溶接する。右端下に示したように、TIG溶接は被覆管（１１）の外側から溶接するため核燃料棒（１）を配列させてからの溶接は困難である。チャンネルボックス（５）は、ジルコニム合金製の板を角筒に成形し溶接して作られる。
左端上に示した上部タイプレート（２）は、ステンレス鋼鋳物で作られており、核燃料集合体（３０）を原子炉に出し入れする際の吊り下げ用のトッテ（２１）等が付いている。
上部タイプレート（２）の底面を下に示した。核燃料棒（１）の上部端栓（１２）を差し込むための上部端栓差込口（２２）が格子状に配列されている。上部端栓差込口（２２）の間は冷却材通路になる空隙である。
左端から２番目の上に示した下部タイプレート（３）は、ステンレス鋼鋳物で作られている。下部タイプレート（３）の上面を下に示した。核燃料棒（１）の下部端栓（１３）を差し込むための下部端栓差込口（３２）が格子状に配列されている。下部端栓差込口（３２）の間は冷却材通路になる空隙である。
左端から３番目の上に示したスペーサ（４）は、ニッケル合金またはジルコニウム合金で作られている。スペーサ（４）の平面図を下に示した。格子状に組んだ格子板（４１）と、格子板（４１）の交点にランタンスプルング（４２）を配置した構造である。格子板（４１）の空隙部を核燃料棒（１）が貫通する。
タイロッドと呼ばれる数本の核燃料棒（１）は、下部端栓（１３）がネジ構造になっており下部タイプレート（３）の下部端栓差込口（３２）にネジ留めされ、上部端栓（１２）もネジ構造になっており上部タイプレート（２）を突き抜けてネジ留めされる。その結果、核燃料棒（１）の束は上部タイプレート（２）と下部タイプレート（３）とにより結合される。
核燃料集合体（３０）を構成する各部品の組み立て主要手順を以下に示す。
１被覆管（１１）の下端に下部端栓（１３）をTIG溶接する。
２下部端栓（１３）を敷設した被覆管（１１）に多数個の核燃料ペレット（１４）を充填する。
３核燃料ペレット（１４）を充填し終えた被覆管（１１）に上部スプリング（１５）を装荷し上部プレナム（１６）にヘリウムガスを充填した後上部端栓（１２）をTIG溶接して密封し、核燃料棒（１）とする。
４スペーサ（４）を取り付けた水棒（６１）を下部タイプレート（３）に差込み、冶具で固定してから核燃料棒（１）をスペーサ（４）の間隙部に貫通させ、核燃料棒（１）の下部端栓（１３）を下部タイプレート（３）の下部端栓差込口（３２）に取り付けていく。
５核燃料棒（１）の束の上部端栓（１２）それぞれに膨張スプリング（６）をつけた後、上部タイプレート（２）の上部端栓差込口（２２）に上部端栓（１２）をはめ込み核燃料バンドル（４０）を完成する。
６ジルコニム合金製の板を角筒に成形し溶接して予め作られたチャンネルボックス（５）を締付部品（９）で核燃料バンドル（４０）に固着させ、核燃料集合体（３０）を完成する。
：同文書院、1982年、三島良積「核燃料工学」：オーム社、1989年、浅田他「原子力ハンドブック」。 FIG. 1 is a schematic perspective view of a conventional nuclear fuel assembly (30) and a longitudinal sectional view of a nuclear fuel bundle (40) (Non-Patent Document 1, Non-Patent Document 2). In the nuclear fuel bundle (40), a large number of cylindrical nuclear fuel rods (1) enclosing nuclear fuel material are arranged in a square lattice shape, and a bundle of nuclear fuel rods (1) is coupled and supported at the upper end and the lower end. Spacers (4) which are located at some midpoint in the height of the nuclear fuel rod (1) and regulate the distance between the nuclear fuel rods (1) and the upper tie plate (2) and the lower tie plate (3) which also serve as the coolant inlet / outlet ). The upper tie plate (2) is provided with a totte (21). In consideration of the extension of the nuclear fuel rod (1), an expansion spring (6) is fitted on the nuclear fuel rod (1). The four sides of the nuclear fuel bundle (40) are covered with the channel box (5), and the upper part of the channel box (5) is joined to the upper tie plate (2) with the fastening parts (9) to form the nuclear fuel assembly (30). . The spacer (4) is supported by a fastener attached to the water rod (61).
Water as a coolant enters the inside of the channel box (5) from the bottom of the nuclear fuel assembly (30), receives heat from the nuclear fuel rod (1), and generates steam.
Usually, in BWR, the bundle of nuclear fuel rods (1) before the channel box (5) is removed from the nuclear fuel assembly (30) is called the nuclear fuel bundle (40). Yes. The nuclear fuel bundle (40) is transported to the power plant, unpacked and stored in an upright position. Before loading into the nuclear reactor, the channel box (5) is fixed to the nuclear fuel bundle (40) with the fastening parts (9) to form the nuclear fuel assembly (30).
FIG. 2 is a schematic view of main components constituting the conventional nuclear fuel assembly (30).
The nuclear fuel rod (1) shown on the right end includes a Zircaloy cladding tube (11), an upper end plug (12) and a lower end plug (13) that hermetically close the upper and lower opening ends of the cladding tube (11), An upper spring (15), an upper plenum (16), and a plurality of nuclear fuel pellets (14) formed by cylindrically sintering concentrated uranium oxide as a nuclear fuel in a cladding tube (11). Yes. The planar arrangement of the nuclear fuel rod (1) is shown in the middle of the right end. A bundle of nuclear fuel rods (1) arranged in a square lattice is wrapped in a channel box (5). The coolant flows through the coolant passage in the gap between the nuclear fuel rods (1) arranged in a square lattice. Several nuclear fuel rods (1) may become water rods (61) that are not filled with nuclear fuel pellets (14) and in which coolant flows through the cladding (11). The upper end plug (12) and the lower end plug (13) are TIG welded from the outside of the cladding tube (11). As shown below the right end, TIG welding is performed from the outside of the cladding tube (11), so that it is difficult to perform welding after arranging the nuclear fuel rods (1). The channel box (5) is made by forming a plate made of a zirconium alloy into a square tube and welding it.
The upper tie plate (2) shown at the upper left is made of a stainless steel casting, and has a tote (21) for hanging the nuclear fuel assembly (30) in and out of the nuclear reactor.
The bottom of the upper tie plate (2) is shown below. Upper end plug insertion ports (22) for inserting the upper end plugs (12) of the nuclear fuel rods (1) are arranged in a lattice pattern. The space between the upper end plug insertion ports (22) is a gap serving as a coolant passage.
The lower tie plate (3) shown at the top second from the left end is made of a cast stainless steel. The upper surface of the lower tie plate (3) is shown below. Lower end plug insertion ports (32) for inserting the lower end plugs (13) of the nuclear fuel rods (1) are arranged in a lattice pattern. A space between the lower end plug insertion port (32) is a coolant passage.
The spacer (4) shown at the top third from the left end is made of nickel alloy or zirconium alloy. A plan view of the spacer (4) is shown below. This is a structure in which a lantern sprung (42) is arranged at the intersection of a lattice plate (41) assembled in a lattice shape and the lattice plate (41). The nuclear fuel rod (1) passes through the gap of the lattice plate (41).
Several nuclear fuel rods (1) called tie rods have a lower end plug (13) having a screw structure and are screwed into the lower end plug insertion port (32) of the lower tie plate (3). (12) also has a screw structure, and is screwed through the upper tie plate (2). As a result, the bundle of nuclear fuel rods (1) is joined by the upper tie plate (2) and the lower tie plate (3).
The main assembly procedure of the parts constituting the nuclear fuel assembly (30) is shown below.
1 The lower end plug (13) is TIG welded to the lower end of the cladding tube (11).
(2) Fill the cladding tube (11) with the lower end plug (13) with a large number of nuclear fuel pellets (14).
An upper spring (15) is loaded on the cladding tube (11) that has been filled with the three nuclear fuel pellets (14), and helium gas is filled in the upper plenum (16), and then the upper end plug (12) is sealed by TIG welding. The nuclear fuel rod (1).
4 Insert the water rod (61) with the spacer (4) into the lower tie plate (3), fix it with a jig, and then pass the nuclear fuel rod (1) through the gap of the spacer (4). ) Is attached to the lower end plug insertion port (32) of the lower tie plate (3).
After attaching an expansion spring (6) to each of the upper end plugs (12) of the bundle of five nuclear fuel rods (1), the upper end plug (12) is inserted into the upper end plug insertion port (22) of the upper tie plate (2). To complete the nuclear fuel bundle (40).
A 6-zirconium alloy plate is formed into a square tube and welded to fix a pre-made channel box (5) to the nuclear fuel bundle (40) with a fastening part (9), thereby completing the nuclear fuel assembly (30). .
: Dobunshoin, 1982, Yoshizumi Mishima "Nuclear Fuel Engineering" : Ohm, 1989, Asada et al. “Nuclear Handbook”.

近年、有り余ったプルトニウム（Pu）の蓄積を削減するために、Puを核燃料とする動きがある。核燃料ペレット（１４）を濃縮ウランの酸化物の代わりにPuとウラン（U）の混合酸化物であるMOXを充填した核燃料棒（１）を多数本束ねたMOX核燃料集合体で発電する動きがある。
Puは、Uと比べて中性子やガンマ線（γ線）の放出量が多い。したがって、図２に示されたような手順を踏んで核燃料集合体（３０）を組み立てる作業員は、中性子やγ線による放射線被爆が多くなる恐れが高い。
作業員の放射線被爆が少ない核燃料集合体を製造したい。 In recent years, there has been a movement to use Pu as nuclear fuel to reduce the accumulation of excess plutonium (Pu). There is a move to generate power from nuclear fuel pellets (14) that are bundled with many fuel rods (1) filled with MOX, which is a mixed oxide of Pu and uranium (U), instead of enriched uranium oxide. .
Pu emits more neutrons and gamma rays (γ rays) than U. Therefore, the worker who assembles the nuclear fuel assembly (30) by following the procedure shown in FIG. 2 is highly likely to be exposed to radiation exposure by neutrons and γ rays.
I want to produce a nuclear fuel assembly with low radiation exposure for workers.

従来の被覆管（１１）の上端内面にネジミゾを施した螺旋被覆管（１１１）に核燃料物質を内封することなく大気圧程度のヘリウムを内包し下開口端を下部端栓（１３）で気密閉塞し上端を仮栓（１７０）で覆い気密閉塞した空核燃料棒（１８０）を製造しておく。空核燃料棒（１８０）の多数本を正方格子状配列した束の下端を下部タイプレート（３）で支持し、空核燃料棒（１８０）の束の高さ途中に数個位置して空核燃料棒（１８０）間の間隔をスペーサ（４）で規制した空核燃料バンドル（１９０）とする。
空核燃料バンドル（１９０）の仮栓（１７０）を除去した空核燃料棒（１８０）毎に、核燃料ペレット（１４）を充填し、上部スプリング（１５）を装荷し、上部プレナム（１６）にヘリウムを加圧充填し、螺旋被覆管（１１１）の内側半径よりも若干小さい半径の側面にネジ山を施した下段の円柱の上に下段の円柱よりも細い円柱の上面にねじ込みのためのプラスのミゾを施している2段円柱上部端栓（１２１）を螺旋被覆管（１１１）のネジミゾにネジ込み更に2段円柱上部端栓（１２１）を螺旋被覆管（１１１）に気密閉塞した改良核燃料棒（１０１）の正方格子状配列の束となす。各改良核燃料棒（１０１）の上に膨張スプリング（６）を装着したその上に上部タイプレート（２）をはめ込んで改良核燃料バンドル（１４０）とする。
水棒（６１）のない改良核燃料バンドル（１４０）を留具付チャンネルボックス（１０５）で内蔵して改良１核燃料集合体（２３０）とする。
2段円柱上部端栓（１２１）を螺旋被覆管（１１１）に気密閉塞するには、TIG溶接や超音波溶接やフリーズシールや回転摩擦接着でよい。2段円柱上部端栓（１２１）を螺旋被覆管（１１１）に気密閉塞し易くするためには、螺旋被覆管（１１１）の上端近傍を樹脂性の仮のスペーサで補強すればよい。施栓後仮のスペーサを除去する。
核燃料ペレット（１４）を螺旋被覆管（１１１）に充填し易くするためには、核燃料ペレット（１４）の密度を高め、チャンファは下側のみにし、上側チャンファとディシュを無くし、その分半径を小さくする。更には、粒径の異なる数種類のMOXの粉末を振動充填すればよい。 A helical cladding tube (111) having a screw groove on the inner surface of the upper end of a conventional cladding tube (11) contains helium at about atmospheric pressure without enclosing nuclear fuel material, and the lower opening end is hermetically sealed with a lower end plug (13). An air nuclear fuel rod (180) which is closed and covered with a temporary stopper (170) and hermetically closed is manufactured. A lower tie plate (3) supports the lower end of a bundle in which a large number of air nuclear fuel rods (180) are arranged in a square lattice pattern, and several empty nuclear fuel rods are positioned in the middle of the bundle of air nuclear fuel rods (180). Let the space between (180) be the air-core fuel bundle (190) regulated by the spacer (4).
Each empty nuclear fuel rod (180) from which the temporary plug (170) of the empty nuclear fuel bundle (190) has been removed is filled with nuclear fuel pellets (14), the upper spring (15) is loaded, and helium is added to the upper plenum (16). A positive groove for screwing into the upper surface of a cylinder that is thinner than the lower cylinder, on a lower cylinder that is pressure filled and threaded on the side of the spiral cladding tube (111) with a radius slightly smaller than the inner radius. The two-stage cylinder upper end plug (121) having been provided with a screw is inserted into the screw groove of the spiral cladding tube (111), and the two-stage cylinder upper end plug (121) is hermetically closed to the spiral cladding tube (111) ( 101). An improved nuclear fuel bundle (140) is obtained by fitting an upper tie plate (2) onto an improved spring (6) mounted on each improved nuclear fuel rod (101).
An improved nuclear fuel bundle (140) without a water rod (61) is built in a channel box (105) with a fastener to form an improved nuclear fuel assembly (230).
TIG welding, ultrasonic welding, freeze sealing, and rotational friction bonding may be used to hermetically close the two-stage cylindrical upper end plug (121) to the spiral cladding tube (111). In order to make the two-stage cylindrical upper end plug (121) hermetically close to the spiral cladding tube (111), the vicinity of the upper end of the spiral cladding tube (111) may be reinforced with a temporary resin spacer. Remove temporary spacer after plugging.
In order to make it easier to fill the nuclear fuel pellets (14) into the spiral cladding tube (111), the density of the nuclear fuel pellets (14) is increased, the chamfer is only on the lower side, the upper chamfer and dish are eliminated, and the radius is reduced accordingly. To do. Furthermore, several types of MOX powders having different particle diameters may be vibrationally filled.

本発明では、放射線源である核燃料を取り扱う前にできるだけ核燃料集合体（３０）を構成する部品を組み立てた空核燃料バンドル（１９０）を製造することにより、作業員の放射線被爆を低減させた。
特に、核燃料ペレット（１４）を充填した従来の核燃料棒（１）を1本1本扱うことは、核燃料棒（１）本数分からの放射線を受けることになる。一方、本発明では、核燃料ペレット（１４）を充填した改良核燃料棒（１０１）の束の段階で放射線被爆を受ける。核燃料は放射線源であるが、放射線の吸収体でもある。改良核燃料バンドル（１４０）の内側の核燃料からの放射線は、外側の核燃料によって吸収される。したがって、改良核燃料バンドル（１４０）全体からの外部への放射線影響は自己遮蔽により軽減されている。
空核燃料バンドル（１９０）を製造してから核燃料ペレット（１４）を充填できるのは、
螺旋被覆管（１１１）の上から2段円柱上部端栓（１２１）を接着できるようにしたからである。被覆管（１１）の外周から上部端栓（１２）を溶接する従来のやりかたでは、核燃料棒（１）の束になってからの被覆管（１１）に外周から上部端栓（１２）を溶接することは困難である。
大気圧程度のヘリウムを気密閉塞した空核燃料棒（１８０）を採用したことにより、改良核燃料棒（１０１）の下側の核燃料ペレット（１４）と螺旋被覆管（１１１）の隙間にもヘリウムが十分存在できる。従来のように、核燃料ペレット（１４）の上端からヘリウムを加圧充填しただけでは下側の核燃料ペレット（１４）と被覆管（１１）の隙間にヘリウムが十分存在できない。その結果、核燃料ペレット（１４）から被覆管（１１）への熱の伝わりが不十分になる恐れがあった。
仮栓（１７０）の螺旋被覆管（１１１）内側部分に水素ゲッタや湿気吸収材を施しておけば、螺旋被覆管（１１１）内側に若干量存在している水素や湿気による螺旋被覆管（１１１）の腐食を減らすことができる。 In the present invention, before the nuclear fuel that is a radiation source is handled, the radiation exposure of the worker is reduced by manufacturing the air nuclear fuel bundle (190) in which the components constituting the nuclear fuel assembly (30) are assembled as much as possible.
In particular, the handling of each conventional nuclear fuel rod (1) filled with nuclear fuel pellets (14) receives radiation from the number of nuclear fuel rods (1). On the other hand, in the present invention, radiation exposure is applied at the stage of a bundle of improved nuclear fuel rods (101) filled with nuclear fuel pellets (14). Nuclear fuel is a radiation source, but also a radiation absorber. Radiation from the nuclear fuel inside the modified nuclear fuel bundle (140) is absorbed by the outer nuclear fuel. Therefore, external radiation effects from the entire improved nuclear fuel bundle (140) are reduced by self-shielding.
The nuclear fuel pellet (14) can be filled after the air fuel bundle (190) is manufactured.
This is because the two-stage cylindrical upper end plug (121) can be bonded from the top of the spiral cladding tube (111). In the conventional method of welding the upper end plug (12) from the outer periphery of the cladding tube (11), the upper end plug (12) is welded from the outer periphery to the cladding tube (11) after being bundled with the nuclear fuel rod (1). It is difficult to do.
By adopting an empty nuclear fuel rod (180) hermetically closed with helium at atmospheric pressure, helium is sufficient in the gap between the nuclear fuel pellet (14) below the improved nuclear fuel rod (101) and the spiral cladding tube (111). Can exist. As in the prior art, sufficient helium cannot be present in the gap between the lower nuclear fuel pellet (14) and the cladding tube (11) simply by pressure-filling helium from the upper end of the nuclear fuel pellet (14). As a result, heat transfer from the nuclear fuel pellet (14) to the cladding tube (11) may be insufficient.
If a hydrogen getter or a moisture absorbing material is applied to the inner portion of the spiral cladding tube (111) of the temporary stopper (170), a slight amount of hydrogen or moisture is present inside the spiral cladding tube (111). ) Corrosion can be reduced.

MOXを核燃料とした核燃料集合体（３０）を製造加工する際に作業員の被爆を少なくする改良核燃料集合体（１３０）とその製造加工法が提供できた。 An improved nuclear fuel assembly (130) that reduces the exposure of workers when manufacturing and processing a nuclear fuel assembly (30) that uses MOX as a nuclear fuel, and its manufacturing and processing method were provided.

図３は、本発明の空核燃料バンドル（１９０）の縦断面図と空核燃料バンドル（１９０）を構成する各部品の概観図である。図３の右端に示すように、空核燃料バンドル（１９０）は、核燃料物質を内封していない空の空核燃料棒（１８０）の多数本正方格子状配列と、それ等の下端を支持する下部タイプレート（３）と、空核燃料棒（１８０）の高さ途中に数個位置して空核燃料棒（１８０）間の間隔を規制するスペーサ（４）から構成される。上部タイプレート（２）とチャンネルボックス（５）は装着していない。水棒（６１）にはスペーサ（４）を支えるための留具が付いている。
図３の右端から2番目の上に示した空核燃料棒（１８０）は、従来の被覆管（１１）の上端内面にネジミゾを施した螺旋被覆管（１１１）に大気圧程度のヘリウムを内包し、上端を仮栓（１７０）で覆い、下開口端を下部端栓（１３）で気密閉塞した。空核燃料棒（１８０）の平面配列を下に示した。下部端栓（１３）は螺旋被覆管（１１１）の下端に従来通りに外側からTIG溶接している。
図３の左端上に示した下部タイプレート（３）は、従来品と同じであってステンレス鋼鋳物で作られている。下部タイプレート（３）の上面を下に示した。図３の左から２番目の上に示したスペーサ（４）も従来通りである。
空核燃料バンドル（１９０）を構成する各部品の製造法を以下に示す。
１螺旋被覆管（１１１）の中の空気を大気圧程度のヘリウムガスに入れ替え、上部を仮栓（１７０）で仮に覆い、下端に従来通りに外側から下部端栓（１３）をTIG溶接密封して空核燃料棒（１８０）となす。
２スペーサ（４）を取り付けた留具の付いた水棒（６１）を下部タイプレート（３）に差込み、冶具で固定してから空核燃料棒（１８０）をスペーサ（４）の間隙部に貫通させ空核燃料棒（１８０）の下部端栓（１３）を下部タイプレート（３）の下部端栓差込（３２）にさし込み空核燃料バンドル（１９０）を完成する。
図４は、空核燃料バンドル（１９０）に核燃料を充填密封し本発明の改良核燃料バンドル（１３０）を完成するまでの製造法である。
３図４の左端は空核燃料バンドル（１９０）の代表的１本の空核燃料棒（１８０）から仮栓（１７０）を抜いた図である。
４図４の左から2番目の図は、仮栓（１７０）を除去した空核燃料棒（１８０）に核燃料ペレット（１４）を充填し、上部スプリング（１５）を装荷し、上部プレナム（１６）にヘリウムを加圧充填し、2段円柱上部端栓（１２１）を螺旋被覆管（１１１）のネジミゾにネジ込み、2段円柱上部端栓（１２１）を上から螺旋被覆管（１１１）にTIG溶接密封し改良核燃料棒（１０１）となす。2段円柱上部端栓（１２１）の下段は螺旋被覆管（１１１）の内側半径よりも若干小さい半径の円柱にネジ山を施し、上段は下段の円柱よりも細い円柱となっていて上面にねじ込みのためのプラスのミゾを施している。
５図４の左から3番目の図は、2段円柱上部端栓（１２１）の上から膨張スプリング（６）を装着した後、改良核燃料棒（１０１）の束に上部タイプレート（２）をはめ込み改良核燃料バンドル（１４０）を完成する。
改良核燃料バンドル（１４０）は、下部タイプレート（３）とスペーサ（４）とで規制されている空核燃料バンドル（１９０）の仮栓（１７０）を除去された空核燃料棒（１８０）毎に、核燃料ペレット（１４）が充填され、上部スプリング（１５）が装荷され、上部プレナム（１６）にヘリウムが加圧充填され、螺旋被覆管（１１１）の内側半径よりも若干小さい半径の側面にネジ山を施した下段の円柱の上に下段の円柱よりも細い円柱の上面にねじ込みのためのプラスのミゾを施している2段円柱上部端栓（１２１）を螺旋被覆管（１１１）のネジミゾにネジ込み更に2段円柱上部端栓（１２１）を螺旋被覆管（１１１）に気密閉塞した改良核燃料棒（１０１）の正方格子状配列の束の各々の上に膨張スプリング（６）を装着したその上に上部タイプレート（２）がはめ込まれている。スペーサ（４）は水棒（６１）に付帯せる留具で支持されている。
図５は、右側が改良核燃料集合体（１３０）の概観図で、左側が改良核燃料集合体（１３０）の縦断面図ある。
６改良核燃料バンドル（１４０）の上部タイプレート（２）に、チャンネルボックス（５）を締付部品（９）で固着させ改良核燃料集合体（１３０）を完成する。
水棒（６１）がない場合は、スペーサ（４）の落下を防止するための高さ位置決め留具を空核燃料棒（１８０）の１本の螺旋被覆管（１１１）に溶接しておく。 FIG. 3 is a longitudinal sectional view of the air nuclear fuel bundle (190) of the present invention and an outline view of each component constituting the air nuclear fuel bundle (190). As shown at the right end of FIG. 3, the empty fuel bundle (190) is composed of a large number of square lattice arrays of empty empty fuel rods (180) that do not enclose nuclear fuel material, and a lower portion that supports the lower ends thereof. It consists of a tie plate (3) and several spacers (4) that are positioned in the middle of the height of the air fuel rods (180) and regulate the distance between the air fuel rods (180). Upper tie plate (2) and channel box (5) are not installed. The water rod (61) has a fastener for supporting the spacer (4).
The air fuel rod (180) shown at the second top from the right end of FIG. 3 includes helium at about atmospheric pressure in a spiral cladding tube (111) in which the inner surface of the upper end of a conventional cladding tube (11) is threaded. The upper end was covered with a temporary stopper (170), and the lower opening end was hermetically closed with a lower end stopper (13). A planar array of air nuclear fuel rods (180) is shown below. The lower end plug (13) is TIG welded from the outside to the lower end of the spiral cladding tube (111) as usual.
The lower tie plate (3) shown on the left end of FIG. 3 is the same as the conventional product and is made of a stainless steel casting. The upper surface of the lower tie plate (3) is shown below. The spacer (4) shown on the second top from the left in FIG. 3 is also conventional.
The manufacturing method of each part which comprises an air nuclear fuel bundle (190) is shown below.
1 Replace the air in the spiral cladding tube (111) with helium gas at atmospheric pressure, temporarily cover the upper part with a temporary plug (170), and seal the lower end plug (13) from the outside to the bottom with TIG welding as usual. The empty fuel rod (180).
(2) Insert the water rod (61) with the fastener attached with the spacer (4) into the lower tie plate (3), fix it with the jig, and then penetrate the air fuel rod (180) through the gap of the spacer (4). The lower end plug (13) of the air nuclear fuel rod (180) is inserted into the lower end plug insertion (32) of the lower tie plate (3) to complete the air nuclear fuel bundle (190).
FIG. 4 shows a manufacturing method until the nuclear fuel bundle (190) is filled and sealed with nuclear fuel to complete the improved nuclear fuel bundle (130) of the present invention.
3 The left end of FIG. 4 is a view in which the temporary stopper (170) is removed from one representative nuclear fuel rod (180) of the nuclear fuel bundle (190).
4 The second figure from the left of FIG. 4 shows that the empty fuel rod (180) from which the temporary stopper (170) has been removed is filled with nuclear fuel pellets (14), the upper spring (15) is loaded, and the upper plenum (16). Helium is pressure-filled, and the upper end plug (121) of the two-stage cylinder is screwed into the screw groove of the spiral cladding tube (111), and the upper end plug (121) of the two-stage cylinder is connected to the spiral cladding pipe (111) from above by TIG. It is welded and sealed to form an improved nuclear fuel rod (101). The lower part of the upper end plug (121) of the two-stage cylinder is threaded on a cylinder whose radius is slightly smaller than the inner radius of the spiral cladding tube (111), and the upper part is a cylinder that is thinner than the lower cylinder and screwed into the upper surface. Has been given a plus groove for.
5 The third figure from the left in Fig. 4 shows the upper tie plate (2) attached to the bundle of the improved nuclear fuel rods (101) after the expansion spring (6) is mounted on the top end plug (121) of the two-stage cylinder. The inset improved nuclear fuel bundle (140) is completed.
An improved nuclear fuel bundle (140) is provided for each air nuclear fuel rod (180) from which the temporary plug (170) of the air nuclear fuel bundle (190) regulated by the lower tie plate (3) and the spacer (4) is removed. Filled with nuclear fuel pellets (14), loaded with upper spring (15), pressurized filled with helium in upper plenum (16), and threaded on the side with a radius slightly smaller than the inner radius of helical cladding (111) Screw the two-stage cylinder upper end plug (121) on the top of the lower cylinder that has been subjected to the screwing to the upper surface of the cylinder that is thinner than the lower cylinder, and screw it into the screw groove in the spiral cladding tube (111). In addition, an expansion spring (6) is mounted on each of the bundles of the square lattice array of the improved nuclear fuel rods (101) in which the upper end plug (121) of the two-stage cylinder is hermetically closed by the spiral cladding tube (111). In Part tie (2) it is fitted. The spacer (4) is supported by a fastener attached to the water rod (61).
FIG. 5 is an overview of the improved nuclear fuel assembly (130) on the right side, and a longitudinal sectional view of the improved nuclear fuel assembly (130) on the left side.
6 The channel box (5) is fixed to the upper tie plate (2) of the improved nuclear fuel bundle (140) with the fastening parts (9) to complete the improved nuclear fuel assembly (130).
When there is no water rod (61), a height positioning fastener for preventing the spacer (4) from falling is welded to one spiral cladding tube (111) of the air nuclear fuel rod (180).

水棒（６１）がなく、スペーサ（４）の落下を防止するための高さ位置決め留具を螺旋被覆管（１１１）に施さない場合は以下のようにする。
空核燃料バンドル（１９０）の縦断面図と、空核燃料バンドル（１９０）を構成する各部品の概観図は図３と同じである。
空核燃料バンドル（１９０）を構成する各部品の製造法を以下に示す。
１は実施例１と同じである。
２スペーサ（４）を取り付けた１本の留具の付いた空核燃料棒（１８０）を下部タイプレート（３）に差込んだ後冶具で固定してから、残りの空核燃料棒（１８０）をスペーサ（４）の間隙部に貫通させ各々の空核燃料棒（１８０）の下部端栓（１３）を下部タイプレート（３）に取り付けていき、空核燃料バンドル（１９０）を完成する。
空核燃料バンドル（１９０）に核燃料を充填密封し本発明の改良核燃料バンドル（１４０）を完成するまでの製造法は図４と同じである。
３は実施例１と同じである。
４は実施例１と同じである。
５は実施例１と同じである。改良核燃料バンドル（１４０）を完成する。
図６は、留具付チャンネルボックス（１０５）の概観図である。留具付チャンネルボッ
クス（１０５）は、ジルコニム合金製の板を角筒状に折り曲げ、スペーサ留具（１２５）を角筒状板の内側に固着せしめさせている。溶接用開端（１１５）は、角筒に成形するための溶接箇所を示す。
図７は、右側が改良１核燃料集合体（２３０）の概観図で左側が改良１核燃料集合体
（２３０）の縦断面図ある。図５の改良核燃料集合体（１３０）との違いは、留具の付いた水棒（６１）が無いことと、チャンネルボックス（５）をスペーサ留具（１２５）の付いた留具付チャンネルボックス（１０５）としたことである。
６留具付チャンネルボックス（１０５）で水棒（６１）が無い改良核燃料バンドル（１４０）を包み、各スペーサ（４）がスペーサ留具（１２５）の若干上にあることを確認した後、溶接用開端（１１５）を溶接し溶接線（１１６）で閉じ角筒に成形し、留具付チャンネルボックス（１０５）を上部タイプレート（２）に締付部品（９）で固着させ改良１核燃料集合体（２３０）を完成する。 When there is no water rod (61) and the height positioning fastener for preventing the spacer (4) from dropping is not applied to the spiral cladding tube (111), the following is performed.
The longitudinal sectional view of the air nuclear fuel bundle (190) and the outline view of each component constituting the air nuclear fuel bundle (190) are the same as in FIG.
The manufacturing method of each part which comprises an air nuclear fuel bundle (190) is shown below.
1 is the same as Example 1.
2 After inserting the empty nuclear fuel rod (180) with one fastener attached with the spacer (4) into the lower tie plate (3) and fixing it with a jig, the remaining empty nuclear fuel rod (180) The lower end plug (13) of each air nuclear fuel rod (180) is attached to the lower tie plate (3) through the gap portion of the spacer (4) to complete the air nuclear fuel bundle (190).
The manufacturing method from filling and sealing the nuclear fuel bundle (190) with the nuclear fuel to complete the improved nuclear fuel bundle (140) of the present invention is the same as that shown in FIG.
3 is the same as in Example 1.
4 is the same as in the first embodiment.
5 is the same as in the first embodiment. An improved nuclear fuel bundle (140) is completed.
FIG. 6 is an overview of the channel box with fastener (105). The channel box with a fastener (105) is formed by bending a plate made of a zirconium alloy into a rectangular tube and fixing the spacer fastener (125) to the inside of the rectangular tube. An open end for welding (115) indicates a welding location for forming into a square tube.
In FIG. 7, the right side is an overview of the improved nuclear fuel assembly (230), and the left side is a longitudinal sectional view of the improved nuclear fuel assembly (230). The difference from the improved nuclear fuel assembly (130) in FIG. 5 is that there is no water rod (61) with a fastener, and the channel box (5) is a channel box with a fastener with a spacer fastener (125). (105).
After wrapping the improved nuclear fuel bundle (140) without the water rod (61) in the channel box (105) with 6 fasteners and confirming that each spacer (4) is slightly above the spacer fastener (125), welding The open end (115) for welding is closed and formed into a square tube with a weld line (116), and a channel box (105) with a fastener is fixed to the upper tie plate (2) with a fastening part (9). Complete the body (230).

実施例１での空核燃料バンドル（１９０）を製造することにおいて、空核燃料バンドル（１９０）を逆立ちさせると、製造が簡単になる。即ち、
１螺旋被覆管（１１１）の中の空気を大気圧程度のヘリウムガスに入れ替え、下部端栓（１３）を施すべき端を仮栓（１７０）で仮に覆い、上部スプリング（１５）を装荷した後、上部端栓（１２）を従来通りに外側からTIG溶接密封して空核燃料棒（１８０）となす。
２スペーサ（４）を取り付けた水棒（６１）を上部タイプレート（２）に差込み、冶具で固定してから、空核燃料棒（１８０）をスペーサ（４）の間隙部に貫通させ空核燃料棒（１８０）の上部端栓（１２）に膨張スプリング（６）を装着した後、上部タイプレート（２）に取り付け、上部タイプレート（２）にチャンネルボックス（５）を締付部品で固着させ空核燃料集合体（１３０２）を完成する。
３空核燃料集合体（１３０２）を逆立ちさせ代表的１本の空核燃料棒（１８０）から仮栓（１７０）を抜く。
４仮栓（１７０）を抜いた空核燃料棒（１８０）に核燃料ペレット（１４）を充填し、ヘリウムガスを加圧充填した後、2段円柱下部端栓（１２１１）を螺旋被覆管（１１１）のネジミゾにネジ込み、2段円柱下部端栓（１２１１）を上から螺旋被覆管（１１１）にTIG溶接密封し改良核燃料棒（１０１）の束となす。
５2段円柱下部端栓（１２１１）の上から改良核燃料棒（１０１）の束に下部タイプレート（３）をはめ込み、チャンネルボックス（５）端を下部タイプレート（３）に溶接し逆立改良核燃料集合体（１３０１）を完成する。逆立ちを正常に戻す。 In manufacturing the air nuclear fuel bundle (190) in the first embodiment, if the air nuclear fuel bundle (190) is turned upside down, the manufacturing is simplified. That is,
1 After replacing the air in the spiral cladding tube (111) with helium gas at atmospheric pressure, temporarily covering the end to which the lower end plug (13) should be applied with the temporary plug (170), and loading the upper spring (15) The upper end plug (12) is TIG welded and sealed from the outside in the conventional manner to form an air nuclear fuel rod (180).
2 Insert the water rod (61) with the spacer (4) into the upper tie plate (2) and fix it with a jig. Then, the air nuclear fuel rod (180) is passed through the gap between the spacers (4). After attaching the expansion spring (6) to the upper end plug (12) of (180), it is attached to the upper tie plate (2), and the channel box (5) is fixed to the upper tie plate (2) with a fastening part and is empty. A nuclear fuel assembly (1302) is completed.
The three empty nuclear fuel assemblies (1302) are turned upside down, and the temporary stopper (170) is removed from one representative empty nuclear fuel rod (180).
4. After filling the empty nuclear fuel rod (180) from which the temporary stopper (170) is removed with the nuclear fuel pellet (14) and pressurizing and filling with helium gas, the two-stage cylindrical lower end plug (1211) is connected to the spiral cladding tube (111). The two-stage cylindrical lower end plug (1211) is TIG welded and sealed to the spiral cladding tube (111) from above to form a bundle of improved nuclear fuel rods (101).
Fit the lower tie plate (3) into the bundle of improved nuclear fuel rods (101) from the top of the 52-stage cylindrical lower end plug (1211) and weld the end of the channel box (5) to the lower tie plate (3). The assembly (1301) is completed. Return handstand back to normal.

Puの放射線が強いためにPuを核燃料とする核燃料集合体を製造するのが困難で製造コストが高かった。本発明の核燃料集合体であれば作業員の放射線被爆が軽減されるから、核燃料集合体の製造施設等が簡素になり従来のUを核燃料とした核燃料集合体程度の製造コストになり、発電コストの大幅な増大を招くことがない。したがって、Puの燃焼消滅が進み、核拡散上問題になるPuの蓄積がなくなる。 Due to the strong radiation of Pu, it was difficult to produce a nuclear fuel assembly using Pu as a nuclear fuel, and the production cost was high. Since the nuclear fuel assembly of the present invention reduces the radiation exposure of workers, the manufacturing facility of the nuclear fuel assembly is simplified, and the production cost is about the same as the conventional nuclear fuel assembly using U as the nuclear fuel. This will not cause a significant increase. Therefore, the burning and extinguishing of Pu progresses, and the accumulation of Pu that becomes a problem in nuclear diffusion is eliminated.

従来の核燃料集合体（３０）の概略斜視図及び核燃料バンドル（４０）の縦断面図。The schematic perspective view of the conventional nuclear fuel assembly (30), and the longitudinal cross-sectional view of a nuclear fuel bundle (40). 従来の核燃料集合体（３０）を構成する主要部品の概観図。The general view of the main components which comprise the conventional nuclear fuel assembly (30). 本発明の空核燃料バンドル（１９０）の縦断面図と空核燃料バンドル（１９０）を構成する各部品の概観図。The longitudinal cross-sectional view of the air nuclear fuel bundle (190) of this invention, and the general-view figure of each component which comprises the air nuclear fuel bundle (190). 空核燃料バンドル（１９０）に核燃料を充填密封し本発明の改良核燃料バンドル（１４０）を完成するまでの製造法。A manufacturing method until the nuclear fuel bundle (190) is filled and sealed with nuclear fuel to complete the improved nuclear fuel bundle (140) of the present invention. 改良核燃料集合体（１３０）の概観図と改良核燃料集合体（１３０）の縦断面図。FIG. 2 is an overview of the improved nuclear fuel assembly (130) and a longitudinal sectional view of the improved nuclear fuel assembly (130). 留具付チャンネルボックス（１０５）の概観図。Overview of channel box (105) with fasteners. 改良１核燃料集合体（２３０）の概観図と改良１核燃料集合体（２３０）の縦断面図。An overview of the improved 1 nuclear fuel assembly (230) and a longitudinal sectional view of the improved 1 nuclear fuel assembly (230).

Explanation of symbols

1は核燃料棒。
2は上部タイプレート。
3は下部タイプレート。
4はスペーサ。
5はチャンネルボックス。
6は膨張スプリング。
9は締付部品。
11は被覆管。
12は上部端栓。
13は下部端栓。
14は核燃料ペレット。
15は上部スプリング。
16は上部プレナム。
21はトッテ。
22は上部端栓差込口。
30は従来の核燃料集合体。
32は下部端栓差込口。
40は従来の核燃料バンドル。
41は格子板。
42はランタンスプリング。
61は水棒。
101は本発明の改良核燃料棒。
105は留具付チャンネルボックス。
111は螺旋被覆管。
115は溶接用開端。
116は溶接線。
121は2段円柱上部端栓。
125はスペーサ留具。
130は本発明の改良核燃料集合体。
140は本発明の改良核燃料バンドル。
170は仮栓。
180は本発明の空核燃料棒。
190は本発明の空核燃料バンドル。
230は本発明の改良１核燃料集合体。
1211は2段円柱下部端栓。
1301は逆立改良核燃料集合体。
1302は空核燃料料集合体。 1 is a nuclear fuel rod.
2 is the upper tie plate.
3 is the lower tie plate.
4 is a spacer.
5 is a channel box.
6 is an expansion spring.
9 is a fastening part.
11 is a cladding tube.
12 is an upper end plug.
13 is a lower end plug.
14 is a nuclear fuel pellet.
15 is the upper spring.
16 is the upper plenum.
21 is Totte.
22 is an upper end plug insertion port.
30 is a conventional nuclear fuel assembly.
32 is a lower end plug insertion port.
40 is a conventional nuclear fuel bundle.
41 is a lattice plate.
42 is a lantern spring.
61 is a water rod.
101 is an improved nuclear fuel rod of the present invention.
105 is a channel box with fasteners.
111 is a spiral cladding tube.
115 is an open end for welding.
116 is a welding line.
121 is a two-stage cylindrical upper end plug.
125 is a spacer fastener.
130 is an improved nuclear fuel assembly of the present invention.
140 is an improved nuclear fuel bundle of the present invention.
170 is a temporary stopper.
180 is an air nuclear fuel rod of the present invention.
190 is the air nuclear fuel bundle of the present invention.
230 is an improved single nuclear fuel assembly of the present invention.
1211 is a two-stage cylindrical lower end plug.
1301 is an inverted nuclear fuel assembly.
1302 is an air fuel assembly.

Claims

A helical cladding tube (111) having a screw groove on the inner surface of the upper end of the cladding tube (11) contains helium at about atmospheric pressure without enclosing nuclear fuel material, and the lower opening end is hermetically closed with a lower end plug (13). A lower tie plate (3) supports the lower end of a bundle of air-fuel rods (180) covered with a temporary stopper (170) and sealed in a square lattice pattern. An air-core fuel bundle (190), characterized in that a number of air-fuel rods (180) are positioned in the middle of the height and the distance between the air-fuel rods (180) is regulated by a spacer (4).

Each empty nuclear fuel rod (180) from which the temporary plug (170) of the empty nuclear fuel bundle (190) of claim 1 has been removed is filled with nuclear fuel pellets (14), loaded with an upper spring (15), and an upper plenum (16 )) Under pressure with helium and screwed onto the upper surface of a cylinder that is narrower than the lower cylinder on the lower cylinder that is threaded on the side with a radius slightly smaller than the inner radius of the spiral cladding tube (111). Screw the two-stage cylinder upper end plug (121) with a plus groove of the screw into the screw groove of the spiral cladding tube (111), and then the two-stage cylinder upper end plug (121) is hermetically closed to the spiral cladding tube (111). An improved nuclear fuel bundle (140), wherein an expansion spring (6) is mounted on each of the bundles of improved nuclear fuel rods (101), and an upper tie plate (2) is fitted thereon.

An improved nuclear fuel assembly (230) characterized in that an improved nuclear fuel bundle (140) without a water rod (61) is housed in a channel box (105) with a fastener.