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公開番号2025013458
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-24
出願番号2024192839,2021541577
出願日2024-11-01,2020-01-10
発明の名称原子炉燃料集合体および生産のためのプロセス
出願人ビーダブリューエックスティーアドバンストテクノロジーズ、エルエルシー
代理人弁理士法人浅村特許事務所
主分類G21C 3/324 20060101AFI20250117BHJP(核物理;核工学)
要約【課題】核燃料集合体を提供すること。
【解決手段】原子炉炉心のための核燃料集合体であって、核燃料集合体は、少なくとも1つの燃料コンパクトを含み、少なくとも1つの燃料コンパクトは、内部体積を画定する燃料コンパクト被覆チューブと、複数の燃料ピンであって、それぞれの燃料ピンは、内部体積を画定するピン被覆チューブ、および、ピン被覆チューブの内部体積の中に配設されている核分裂性燃料を含む、複数の燃料ピンとを含み、複数の燃料ピンは、燃料コンパクト被覆チューブの内部体積の中に配設されており、燃料コンパクトの断面形状は、燃料コンパクト被覆チューブによって画定されている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
原子炉炉心のための核燃料集合体であって、前記核燃料集合体は、少なくとも１つの燃料コンパクトを含み、前記少なくとも１つの燃料コンパクトは、
内部体積を画定する燃料コンパクト被覆チューブと、
複数の燃料ピンであって、それぞれの燃料ピンは、内部体積を画定するピン被覆チューブ、および、前記ピン被覆チューブの前記内部体積の中に配設されている核分裂性燃料を含む、複数の燃料ピンと
を含み、
前記複数の燃料ピンは、前記燃料コンパクト被覆チューブの前記内部体積の中に配設されており、前記燃料コンパクトの断面形状は、前記燃料コンパクト被覆チューブによって画定されている、核燃料集合体。
続きを表示（約 930 文字）【請求項２】
前記複数の燃料ピンの中の前記核分裂性燃料は、燃料ペレット、複数の燃料カーネル、および燃料粉末のうちの１つである、請求項１に記載の核燃料集合体。
【請求項３】
それぞれの燃料コンパクトのそれぞれの燃料ピンおよび前記燃料コンパクト被覆チューブは、前記燃料コンパクトの断面形状を結果として生じさせるスウェージ加工プロセスの前に、実質的に円筒形状になっている、請求項１に記載の核燃料集合体。
【請求項４】
前記核燃料集合体は、少なくとも１つの燃料カートリッジをさらに含み、前記少なくとも１つの燃料カートリッジは、
内部体積を画定する外側壁部を含む格子構造体と；
前記格子構造体の前記内部体積を通って延在する少なくとも１つのフロー・チャネルと；
前記格子構造体の内部に配設されている少なくとも１つの格子サイトと
を含み、
少なくとも１つの燃料コンパクトは、前記少なくとも１つの格子サイトのうちの対応する１つの中に配設されており、
前記少なくとも１つの燃料コンパクトの断面形状は、前記少なくとも１つの格子サイトのうちの前記対応する１つの断面形状と同じである、請求項３に記載の核燃料集合体。
【請求項５】
前記少なくとも１つの燃料カートリッジは、複数の燃料カートリッジを含み、それぞれの燃料カートリッジは、上部壁部および底部壁部をさらに含み、前記上部壁部および前記底部壁部は、前記格子構造体の両側に配設されており、それぞれの格子サイトがシールされた体積を画定するようになっている、請求項４に記載の核燃料集合体。
【請求項６】
それぞれの燃料カートリッジの前記上部壁部および前記底部壁部は、複数のアパーチャーを画定しており、それぞれのアパーチャーは、前記燃料カートリッジの対応するフロー・チャネルの場所に対応している、請求項４に記載の核燃料集合体。
【請求項７】
前記核燃料集合体は、複数の燃料カートリッジを含み、前記複数の燃料カートリッジは、端と端を接続して配設され、互いに固定されている、請求項６に記載の核燃料集合体。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
優先権の主張
本出願は、２０１９年１月１８日に出願された米国仮特許出願第６２／７９４，３２０号の優先権を主張し、その開示は、参照により本明細書に組み込まれている。
続きを表示（約 2,700 文字）【０００２】
現在開示されている発明は、概して、原子炉に関し、より具体的には、炉心を構築する際に使用するための燃料集合体、および、それらの燃料集合体を生産するためのプロセスに関する。
【背景技術】
【０００３】
宇宙旅行の間に宇宙船を推進させるために核熱推進を利用する概念が知られている。既存の推進概念は、典型的に、燃料分散方法として知られる燃料集合体製造プロセスを利用する。燃料分散方法によって、ウランベースの燃料カーネルが生成され、カーネルは、直径が２００μｍから４００μｍのオーダーになっている。カーネルは、従来の内部ゲル化プロセスまたは高度なゾルゲル処理方法によって製作されることが多い。カーネルは、金属マトリックス材料（たとえば、タングステンなど）によってコーティングされ、燃料カーネルをカプセル化している。コーティングされると、粒子が、金属マトリックス材料（たとえば、タングステン粉末など）の中に埋め込まれ、熱間等静圧圧縮成形などのような冶金学的圧縮技法によって、モノリシックのパーツへと形成される。しかし、燃料集合体を生成させるための燃料分散方法に伴って、さまざまな困難が存在することが知られている。たとえば、４００μｍ未満の燃料カーネルを生成させるときには課題が存在し、同様に、耐火金属（たとえば、それに限定されないが、タングステン、モリブデンなど）によって燃料カーネルをコーティングすることに伴って課題が存在する。燃料カーネルの一貫性のないコーティングは、高い燃料パッキング・ファクター（たとえば、核熱推進用途において使用されることとなる燃料集合体にとって望ましいものなど）を実現しようとするときには、非常に問題になる可能性がある。具体的には、不適正にコーティングされた燃料カーネルは、互いに接触し、凝集する可能性があり、それは、燃料溶融および／または燃料損失につながる可能性がある。そのうえ、金属マトリックス材料の中のコーティングされた燃料カーネルの正確な場所が知られていないので、炉心中性子分析が害される可能性がある。コーティングされた燃料カーネルの凝集を防止する必要性は、十分な量のマトリックス材料（タングステン粉末）が使用されることを要求し、それは、上述の核熱推進用途において使用される燃料集合体にとって十分なパッキング・ファクターを実現する能力を妨げる可能性がある。
【０００４】
したがって、核熱推進集合体において使用するのに適切な燃料集合体、および、それを生産するためのプロセスに対する必要性が、少なくとも存在したままである。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の１つの実施形態は、原子炉炉心のための核燃料集合体であって、核燃料集合体は、少なくとも１つの燃料カートリッジを含み、少なくとも１つの燃料カートリッジは、内部体積を画定する外側壁部を備えた格子構造体と、格子構造体の内部体積を通って延在する少なくとも１つのフロー・チャネルと、格子構造体の内部に配設されている少なくとも１つの格子サイトと、少なくとも１つの格子サイトのうちの対応する１つの中に配設されている少なくとも１つの燃料コンパクトとを有する、核燃料集合体を提供する。少なくとも１つの燃料コンパクトの断面形状は、少なくとも１つの格子サイトのうちの対応する１つの断面形状と同じである。
【０００６】
本発明の別の実施形態は、原子炉炉心のための核燃料集合体であって、核燃料集合体は、少なくとも１つの燃料コンパクトを有しており、少なくとも１つの燃料コンパクトは、内部体積を画定する燃料コンパクト被覆チューブと、複数の燃料ピンであって、それぞれの燃料ピンは、内部体積を画定するピン被覆チューブ、および、ピン被覆チューブの内部体積の中に配設されている核分裂性燃料を含む、複数の燃料ピンとを含み、複数の燃料ピンは、燃料コンパクト被覆チューブの内部体積の中に配設されており、燃料コンパクトの断面形状は、燃料コンパクト被覆チューブによって画定されている、核燃料集合体を提供する。
【０００７】
添付の図面は、本明細書の中に組み込まれており、本明細書の一部を構成しており、添付の図面は、本発明の１つまたは複数の実施形態を図示しており、本説明とともに、本発明の原理を説明する役割を果たす。
【０００８】
ここで、本発明が、添付の図面を参照して、以降でより完全に説明されることとなり、図面には、本発明のいくつかの（すべてではないが）実施形態が示されている。実際に、本発明は、多くの異なる形態で具現化され得り、本明細書に記載されている実施形態に限定されるものとして解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が適用法的要件を満たすこととなるように提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本発明の実施形態にしたがって構築された燃料集合体を含む原子炉炉心の斜視図である。
図１に示されている燃料集合体の斜視図である。
図２に示されている燃料集合体の格子構造体の斜視図である。
図２に示されている燃料集合体の格子構造体の端面図である。
本発明の実施形態による燃料ピンの部分斜視図である。
本発明の実施形態による燃料コンパクトの端面図である。
図５に示されている燃料コンパクトに対して実施されているスウェージ加工動作の端面図である。
図５に示されている燃料コンパクトに対して実施されているスウェージ加工動作の端面図である。
図５に示されている燃料コンパクトに対して実施されているスウェージ加工動作の端面図である。
本発明の実施形態による完成した燃料コンパクトの端面図である。
本発明の実施形態による燃料カートリッジの組み立ての部分斜視図である。
燃料コンパクトが格子の中へ挿入された後の、図８に示されている燃料カートリッジの端面図である。
燃料集合体を形成するように組み立てられている、図９に示されている燃料カートリッジの斜視図である。
燃料集合体を形成するように組み立てられている、図９に示されている燃料カートリッジの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本明細書および図面における参照文字の繰り返しの使用は、本開示による本発明の同じまたは同様の特徴またはエレメントを表すことを意図している。
（【００１１】以降は省略されています）

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