(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向で核燃料アセンブリ（１００）内のタイプレート（１１４）の下に嵌合するような形状にされ、少なくとも１つの保持穴（１６０）を画成し、動作する原子炉内で中性子束に曝されるとき、実質的にその物理的および中性子的特性を維持する材料から製作されるタイプレート付属部品（１５０）と、
動作する原子炉内で中性子束に曝されるとき、実質的に放射性同位元素に転換するように構成され、前記少なくとも１つの保持穴（１６０）内に配置される少なくとも１つの照射ターゲット（１７０）と、
を備え、
前記タイプレート付属部品（１５０）が、前記核燃料アセンブリ（１００）の燃料棒の端部プラグが前記タイプレート付属部品（１５０）を通過しかつ前記タイプレートに入るのを可能にするような形状にされかつ位置決めされる、複数の穴（１５５）をさらに含む、
核燃料アセンブリ（１００）内で使用するための放射性同位元素製造構造体。
【請求項２】
前記複数の穴（１５５）が、前記タイプレート付属部品（１５０）を前記タイプレート（１１４）に抗して固定できるように、前記燃料棒（１８／１９）に抗して着座するような形状にされる、請求項１に記載の構造体。
【請求項３】
前記タイプレート付属部品（１５０）が、前記タイプレート付属部品（１５０）を前記核燃料アセンブリ（１００）を取り囲むチャンネルに結合させる少なくとも１つの横方向伸張部（１６５）をさらに含み、
前記少なくとも１つの横方向伸張部（１６５）が前記タイプレート付属部品（１５０）を前記燃料アセンブリ（１００）内で一定の軸方向位置に保持するように構成される、
請求項１に記載の構造体。
【請求項４】
前記タイプレート付属部品（１５０）が、対応する前記少なくとも１つの保持穴（１６０）の上で前記タイプレート付属部品（１５０）に接合されるキャップ（１６１）をさらに含み、
前記キャップ（１６１）が前記保持穴（１６０）内に前記照射ターゲット（１７０）をシールしかつ封じ込めるような形状にされる、
請求項１に記載の構造体。
【請求項５】
前記照射ターゲット（１７０）が、イリジウム−１９１、セレン−７４、ストロンチウム−８８、およびコバルト−５９のうちの少なくとも１つである、請求項１に記載の構造体。
【請求項６】
複数の照射ターゲット（１７０）が前記保持穴（１６０）内に配置され、前記複数のうちの少なくとも最初の照射ターゲット（１７０）が第１の材料であり、前記複数のうちの第２の照射ターゲット（１７０）のうちの少なくとも１つが第２の材料である、請求項１に記載の構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実施形態例は一般に、原子力発電所の燃料構造体およびその中で製造される放射性同位元素に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に原子力発電所は、核分裂によって電力を発生させるために、中に配列される燃料を有する原子炉炉心を含む。米国の原子力発電所の一般的な設計は、燃料を原子炉炉心内に配置される燃料アセンブリまたは複数の燃料アセンブリとして、一緒に束ねられる複数の燃料棒内に配列することである。これらの燃料棒は通常、アセンブリの全体にわたる様々な軸方向位置で燃料棒をアセンブリ構成材に接合するいくつかの要素を含む。
【０００３】
図１に示すように、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）などの原子炉の従来型の燃料アセンブリ１０は、上側タイプレート１４および下側タイプレート１６を取り囲む外側チャンネル１２を含むことができる。複数の全長の燃料棒１８および／または部分長の燃料棒１９を、燃料アセンブリ１０内にマトリックスで配列し、複数のスペーサ２０を通過させることができる。燃料棒１８および１９は、一般に上側タイプレート１４および下側タイプレート１６のところで始まりかつ終端し、連続的に燃料アセンブリ１０の全長にわたって延び、ただし部分長の棒１９は全て、全長の棒１８より下の垂直位置のところで終端する。上側端部プラグ１５および／または下側端部プラグ１７は、燃料棒１８および１９を上側タイプレート１４および下側タイプレート１６に接合でき、部分長の棒１９の場合は、下側端部プラグ１７のみが使用される。タイロッド２８は、上側タイプレート１４および下側タイプレート１６に固定して接合され燃料アセンブリ１０のための取り扱い点を提供する、燃料アセンブリ１０内の角の位置に配置される全長の棒であることができる。端部プラグ１５および１７は、それぞれ上側タイプレート１４および下側タイプレート１６と対合でき、タイロッド２８の場合はそれらを通過でき、燃料棒１８または１９を軸方向に燃料アセンブリ１０内に固定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００８／００７６９５７号
【特許文献２】米国特許出願公開第２００８／００３１８１１号
【特許文献３】米国特許出願公開第２００７／０２９７５５４号
【特許文献４】米国特許出願公開第２００７／０１３３７３４号
【特許文献５】米国特許出願公開第２００７／０１３３７３１号
【特許文献６】米国特許出願公開第２００６／０１２６７７４号
【特許文献７】米国特許出願公開第２００６／００６２３４２号
【特許文献８】米国特許出願公開第２００５／０１０５６６６号
【特許文献９】米国特許出願公開第２００５／０１１８０９８号
【特許文献１０】米国特許出願公開第２００４／００９１４２１号
【特許文献１１】米国特許出願公開第２００４／０１９６９４２号
【特許文献１２】米国特許出願公開第２００４／０１９６９４３号
【特許文献１３】米国特許出願公開第２００４／０１０５５２０号
【特許文献１４】米国特許出願公開第２００３／０１７９８４４号
【特許文献１５】米国特許出願公開第２００３／００１２３２５号
【特許文献１６】米国特許出願公開第２００３／００１６７７５号
【特許文献１７】米国特許出願公開第２００３／０１０３８９６号
【特許文献１８】米国特許出願公開第２００２／００３４２７５号
【特許文献１９】米国特許第６，２３３，２９９号
【特許文献２０】米国特許第６，１９２，０９５号
【特許文献２１】米国特許第４，４９３，８１３号
【特許文献２２】米国特許第５，８６７，５４６号
【特許文献２３】米国特許第４，６６３，１１１号
【特許文献２４】米国特許第４，６１７，９８５号
【特許文献２５】米国特許第３，９４０，３１８号
【特許文献２６】米国特許第４，４６２，９５６号
【特許文献２７】米国特許第４，１９６，０４７号
【特許文献２８】米国特許第４，８５９，４３１号
【特許文献２９】米国特許第５，６８２，４０９号
【特許文献３０】米国特許第５，３５５，３９４号
【特許文献３１】米国特許第４，４７５，９４８号
【特許文献３２】米国特許第４，５３２，１０２号
【特許文献３３】米国特許第５，５９６，６１１号
【特許文献３４】米国特許第６，４５６，６８０号
【特許文献３５】米国特許第５，５１３，２２６号
【特許文献３６】米国特許第６，０５６，９２９号
【特許文献３７】米国特許第６，８０４，３１９号
【特許文献３８】米国特許第６，７５１，２８０号
【特許文献３９】米国特許第６，８９５，０６４号
【特許文献４０】米国特許第５，９１０，９７１号
【特許文献４１】米国特許第５，７５８，２５４号
【特許文献４２】米国特許第５，６３３，９００号
【特許文献４３】米国特許第５，１４５，６３６号
【特許文献４４】米国特許第５，０５３，１８６号
【特許文献４５】米国特許第４，７２９，９０３号
【特許文献４６】米国特許第６，８９６，７１６号
【特許文献４７】米国特許第６，６７８，３４４号
【特許文献４８】米国特許第６，１６０，８６２号
【特許文献４９】米国特許第５，６１５，２３８号
【特許文献５０】米国特許第５，４００，３７５号
【特許文献５１】米国特許第４，２８４，４７２号
【特許文献５２】米国特許第３，９９８，６９１号
【特許文献５３】米国特許第４，５９７，９３６号
【特許文献５４】米国特許第７，２３５，２１６号
【特許文献５５】米国特許第５，８７１，７０８号
【特許文献５６】米国特許第７，１５７，０６１号
【特許文献５７】米国特許第４，７８２，２３１号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態例は、放射性同位元素を発生させるために、照射ターゲットを有するタイプレート付属部品および、実施形態例タイプレート付属部品を使用する燃料アセンブリ、ならびにそれらを使用する方法を対象とする。実施形態例タイプレート付属部品は、照射ターゲットを保持穴内に挿入しかつ封じ込めることができる複数の保持穴を含むことができる。この照射ターゲットは、核燃料アセンブリを含む動作する原子炉炉心内で照射され、実施形態例タイプレート付属部品を取り外すことによって使用済の核燃料アセンブリから取り入れることができる有用な放射性同位元素を生じさせることができる。
【０００６】
実施形態例タイプレート付属部品は、上側タイプレート、燃料棒、および／または燃料アセンブリを取り囲むチャンネルを介して燃料アセンブリに接続することができる。実施形態例タイプレートは、中の照射ターゲットを一定の、低レベルの中性子束に暴露し、それによって照射ターゲットのかなりの量を使用可能な放射性同位元素に転換することができるように、燃料アセンブリ内で固定軸方向位置に保持することができる。
【０００７】
実施形態例は、同様な要素が同様な参照番号で示され、例示の目的でのみ与えられ、したがって本明細書での実施形態例を限定しない、添付の図面を詳細に説明することによって、より明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】タイプレート付属品を全く有さない従来技術の燃料アセンブリの図である。
【図２】実施形態例タイプレート付属品を有する実施形態例燃料アセンブリの図である。
【図３】実施形態例タイプレート付属品の詳細図である。
【図４】中の照射ターゲットを示す実施形態例タイプレートの詳細図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施形態例のうちの詳細な例示的実施形態が本明細書で開示される。しかしながら、本明細書で開示される特定の構造的および機能的詳細は、実施形態例を説明する目的のための単なる見本にすぎない。この実施形態例はしかしながら、多くの代替の形態で実施することができ、本明細書で記載される実施形態例にのみ限定されると見なすべきではない。
【００１０】
様々な要素を説明するために用語、第１の、第２の等が本明細書で使用されるが、これらの要素はこれらの用語によって限定されるべきではないことは理解されるであろう。これらの用語は、１つの要素を別の要素から区別するためにのみ使用される。例えば、実施形態例の範囲から逸脱することなく、第１の要素は第２の要素と名づけることができ、同様に第２の要素は第１の要素と名づけることができる。本明細書で使用されるとき、用語「および／または」は、１つまたは複数の関連する記載される項目の任意のおよび全ての組み合わせを含む。
【００１１】
ある要素が別の要素に「接続」、「連結」、「対合」、「取り付け」または「固定」されていると呼ばれるとき、それは他の要素に直接的に接続または連結されていることができ、あるいは介在する要素が存在することもできる。対照的に、ある要素が別の要素に「直接的に接続」または「直接的に連結」されていると呼ばれるとき、介在する要素は全く存在しない。要素間の関係を説明するために使用される他の言葉（例えば、「間に」と「直接的に間に」、「隣接して」と「直接的に隣接して」、等）も同様に解釈すべきである。
【００１２】
本明細書で使用される術語は、特定の実施形態のみを説明するためであり実施形態例の限定を意図していない。本明細書で使用されるとき、単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」および「その（ｔｈｅ）」は、文体が明白にそうではないと示す場合を除き、複数形も同様に含むことが意図されている。本明細書で使用されるとき、用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」および／または「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」は、述べられた特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または構成部品の存在を特定するが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成部品、および／またはそれらの群の存在を除外しない。
【００１３】
いくつかの代替の実施形態では、言及される機能／動作は、図に言及される順番から外れて起きる場合もあることも留意すべきである。例えば、続けて示される２つの図は、含まれるその機能性／動作に応じて、実際は実質的に同時に実施される場合があり、または時には逆の順番で実施される場合もある。
【００１４】
図２は、上側タイプレート１１４と、放射性同位元素製造構造体として個々にまたは一緒に機能することができる実施形態例タイプレート付属部品１５０とを含む実施形態例燃料アセンブリ１００を図示する。実施形態例燃料アセンブリ１００は、実施形態例タイプレート付属部品１５０を含むことを除き従来型の燃料アセンブリと同様であることができる。実施形態例燃料アセンブリ１００は、従来型の沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）型式燃料アセンブリに類似するとして示されているが、加圧水型原子炉（ＰＷＲ）型式燃料アセンブリおよび未完成の燃料束を含む、他の実施形態例も本発明によるタイプレート付属部品を伴って使用可能であり得る。
【００１５】
実施形態例タイプレート付属部品１５０は一般に長方形であり、燃料アセンブリ１００内の全長燃料棒１１８を枠に入れることができる。実施形態例タイプレート付属部品１５０の外側周囲は、実施形態例燃料アセンブリ１００内に実質的に均一な軸方向外形を形成できるように、燃料棒１１８によって形成される燃料アセンブリ１００の外側周囲のまわりを延びることができる。
【００１６】
実施形態例タイプレート付属部品１５０は、中空の中央部を有する全体的な長方形として示されているが、他の形状も可能である。例えば、実施形態例タイプレート付属部品は、４つの全ての側面の代わりに、実施形態例燃料アセンブリの１つまたは２つの側面にのみ沿って延びることができる。同様に、実施形態例タイプレート付属部品は、様々な厚さを有することができ、あるいは実施形態例燃料アセンブリの全横断面外形を通って延び、中空の中央部を有する代わりに、冷却剤が流れることができる流路を有することさえできる。実施形態例タイプレート付属部品は、実施形態例燃料アセンブリおよびその中のタイプレートに合致する、六角形、三角形、等の形状を含む他の形状も有することができる。
【００１７】
図２の実施形態例タイプレートでは、付属部品１５０は、実施形態例燃料アセンブリ１００の横断方向横断面に沿った燃料棒１１８の単一の列に等しい横断面縁部厚さを有することができる。すなわち、実施形態例タイプレート付属部品１５０は、実施形態例燃料アセンブリ１００内の外側燃料棒１１８を取り囲む、または燃料棒と同一の場所に配置することができる。このようにすると、実施形態例タイプレート付属部品１５０は、アセンブリ１００内の内部棒を通る冷却剤流れを著しく減少させない、または流れと干渉しないことができ、アセンブリ１００内の通常はより低い中性子束を伴う位置に配置することができる。
【００１８】
図２に示すように、実施形態例タイプレート付属部品１５０は、軸方向で上側タイプレート１１４の下に位置決めすることができる。実施形態例タイプレート付属部品１５０は、様々な方法で上側タイプレート１１４の下に保持することができる。例えば、実施形態例付属部品１５０は、上側タイプレート１１４に直接溶接すること、鍛造して上側タイプレート１１４に入れること、またはその他の方法で上側タイプレート１１４と構造的に連続にすることができ、摩擦的にかつ／または鍵と鍵穴方式で上側タイプレート１１４内に嵌合することができ、あるいはボルトまたはねじなどの留め具を介して上側タイプレート１１４に接合することができる。
【００１９】
別の付属部品任意選択品として、図２および図３に示すように、実施形態例タイプレート付属部品１５０は、１つまたは複数の燃料棒１１８および／または上側端部プラグ１２０が穴１５５を介し付属部品１５０を軸方向に通過し、上側タイプレート１１４に入るのを可能にすることができる。その結果燃料棒１１８は、実施形態例タイプレート付属部品１５０を上側タイプレート１１４の下で横断方向位置で固定することができる。実施形態例タイプレート付属部品１５０は、穴１５５内に着座する燃料棒１１８によって、またはアセンブリ１００内を軸方向に通る冷却剤の流れによって、ならびに／あるいは実施形態例タイプレート付属部品１５０を上側タイプレート１１４に対して固定することによって、タイプレート１１４の下の一定の軸方向位置に保持することができる。あるいは例えば、燃料棒１１８および／または上側端部プラグ１２０は、付属部品１５０を上側タイプレート１１４の下の一定の軸方向位置に保持できるように、実施形態例タイプレート付属部品１５０内にねじ込む、内に固定する、上に溶接する、等することができる。
【００２０】
またさらに、実施形態例タイプレート付属部品１５０は、実施形態例燃料アセンブリ１００を取り囲む外側チャンネル１１２へと溶接することによって、および／または脱着可能に嵌合することによって、外側チャンネル１１２に取り付けることができる。（以下で論じる）横方向伸張部は、外側チャンネル１１２と実施形態例タイプレート付属部品１５０の間のそのような接触を促進することができる。
【００２１】
その結果、実施形態例燃料アセンブリ内で、実施形態例タイプレート付属部品は軸方向に上側タイプレートに近接して保持し、または上側タイプレートの下に取り付けることができる。この位置は、ただ上側タイプレートの取り外しのみで実施形態例タイプレート付属部品にアクセスできるので、組立分解中実施形態例タイプレート付属部品への容易なアクセスを提供する。
【００２２】
図３は、実施形態例タイプレート付属部品１５０の詳細図である。実施形態例タイプレート付属部品１５０は、外側チャンネル１１２の形状と合致する中空の長方形として示されているが、他の形状および向きが上記で論じたように可能である。実施形態例タイプレート付属部品１５０は、実施形態例タイプレート付属部品１５０が、動作する原子炉内に存在する中性子束に干渉しないように、または影響を与えないように、動作する原子炉炉心内の状態に曝されるとき、その物理的および中性子的特性を実質的に維持する材料から製作される。実施形態例タイプレート付属部品は、例えば、ステンレス鋼、インコネル、ニッケル合金、ジルコニウム合金、アルミニウム、等から製作することができる。
【００２３】
上記で論じたように、穴１５５は実施形態例タイプレート付属部品１５０を完全に貫通することができ、（陰線で示される）燃料棒１１８および／または上側端部プラグ１２０が通過するかつ／または実施形態例タイプレート付属部品１５０に接続するのを可能にする。そのようなものとして穴１５５は、燃料棒１１８および／または上側端部プラグ１２０の外径より十分に大きな内径で寸法設定することができる。図３の接合方法例は、燃料棒１１８と上側端部プラグ１２０の継ぎ目のショルダ１１７の上に「置かれている（ｓｉｔｔｉｎｇ）」実施形態例タイプレート付属部品１５０を示す。棒または端部プラグと実施形態例タイプレート付属部品との間の摩擦接触、鍵と鍵穴、スロット方式、または蟻継ぎ式接合部、溶接、および／または部品間の連続接続を含む、上記または以下で論じるいくつかの他の接合方法も使用できることがわかる。
【００２４】
実施形態例タイプレート付属部品１５０は、チャンネル１１２に対する位置決めおよび／またはチャンネル１１２との接続を容易にする１つまたは複数の横方向伸張部１６５を含むことができる。例えば横方向伸張部１６５は、実施形態例タイプレート付属部品１５０を実施形態例燃料アセンブリ１００内で中央に置くかつ／または固定するために、実施形態例タイプレート付属部品１５０の各側面でチャンネル１１２と接続または当接することができる。横方向伸張部１６５は、上側タイプレート１１４および実施形態例タイプレート付属部品１５０の中で一貫した軸方向外形を与えるように、上側タイプレート１１４の伸張部および／または形状とさらに合致することができる。
【００２５】
実施形態例タイプレート付属部品１５０は、図３の領域Ａの引き伸ばされた部分である図４に示すように、中に１つまたは複数の照射ターゲット１７０が配置され封じ込められる複数の保持穴１６０をその頂面に含む。穴１６０は、実施形態例タイプレート付属部品１５０を通過しないが、その代わりに照射ターゲット１７０が穴１６０内に嵌合できるのに十分な深さを有する。穴１６０は、穴１５５の周りにまたは間に幾何学的に配置することができる。別法として穴１６０は、付属部品１５０の構造的完全性が穴１６０の位置および／または数によって危うくならない限り、実施形態例タイプレート付属部品１５０の至るところに特定のパターンなしで撒き散らすことができる。
【００２６】
照射ターゲット１７０は、保持穴１６０内に挿入するための小さな「種（ｓｅｅｄ）」の形状または小さな棒形状であることができる。穴１６０のサイズに基づいて、照射ターゲット１７０は穴１６０内に嵌合する幅と長さを有することができ、かつ例えば、ミリメートルの規模であることができる。固体、液体、および／またはガスを含む場合によっては異なる種類の母材を含むいくつかの照射ターゲット１７０を、単一の保持穴１６０内に配置することができる。別法として、各穴１６０は、同質の照射ターゲット１７０を封じ込めることができる。
【００２７】
照射ターゲット１７０は、動作する原子炉内でタイプレート１１４の下で遭遇する中性子束に曝されるとき、放射性同位元素に実質的に転換する様々な材料から作ることができる。中性子束は実施形態例燃料アセンブリ１００の軸方向端部のところでより低い可能性があるので（図２）、その中の実施形態例タイプレート付属部品および照射ターゲット１７０は同様により低い中性子束に曝される可能性がある。したがって、例えば動作する原子炉内で遭遇する中性子束に曝されるときイリジウム−１９２に転換できるイリジウム−１９１を含む、高い中性子断面積およびより短い半減期を有する材料が、照射ターゲット１７０として使用するのに好ましい可能性がある。同様に、例えばコバルト−５９、セレン−７４、ストロンチウム−８８、および／またはイリジウム−１９１を含む他の同位元素を照射ターゲット１７０として使用することができる。
【００２８】
保持穴１６０は、穴１６０を覆いかつ実施形態例タイプレート付属部品１５０に接合する、図４に示すキャップ１６１によってシールまたは閉鎖することができる。例えばキャップ１６１は、付属部品１５０の上に溶接し、あるいは穴１６０がねじ切りされている場合は穴１６０内にねじ込むことができる。照射ターゲット１７０の封じ込めを可能にするためにキャップ１６１を穴１６０の上に固定して取り付ける他の方法は知られており、実施形態例に使用可能である可能性がある。キャップ１６１は保持穴１６０に対する封じ込めを提供できるので、照射ターゲット１７０は、中性子束に曝されるとき有用な気体、液体、および／または固体の放射性同位元素を含みまたは製造することができ、それらが液体、気体または固体である場合でさえ、キャップ１６１によって保持穴１６０内に封じ込めることができる。
【００２９】
実施形態例タイプレート付属部品のより高い軸方向位置のために、その中に封じ込められる照射ターゲットは、長時間にわたりより低い量の中性子束によって照射されることができ、結果としてより高い断面積を有する照射ターゲットからより短い半減期を有する放射性同位元素の予想可能なかつ効果的な発生をもたらす。さらに、実施形態例タイプレート付属部品を配置できる上側タイプレート領域は低い腐蝕を伴うので、実施形態例タイプレート付属部品は、照射ターゲットに対する頑丈な格納容器を提供することができる。最後に、上側タイプレートは燃料棒または照射された燃料を乱すことなく照射された実施形態例燃料アセンブリから容易に取り外すことができ、実施形態例タイプレート付属部品およびその中の有用な放射性同位元素のより容易な取り入れが可能になる。実施形態例タイプレート付属部品はさらに、実施形態例タイプレート付属部品内の照射ターゲットから製造される固体、液体、またはガス放射性同位元素を保持しかつ封じ込めるための頑丈な格納容器も提供することができる。
【００３０】
このように実施形態例が説明されているが、実施形態例は日常の実験を通じて、かつさらなる発明的な活動なしで変更できることを当業者は理解するであろう。例えば、他の燃料型式、形状、および形態を実施形態例燃料アセンブリおよびタイプレート付属部品と一緒に使用することができる。変形形態は例示的な実施形態の趣旨および範囲からの逸脱として見なすべきではなく、当業者に明らかであろうような全てのそのような改変は、添付の特許請求の範囲内に含まれるものとする。
【符号の説明】
【００３１】
１８  燃料棒
１９  燃料棒
１００  核燃料アセンブリ
１１４  タイプレート
１５０  タイプレート付属部品
１５５  穴
１６０  保持穴
１６１  キャップ
１６５  横方向伸張部
１７０  照射ターゲット
【図１】
0005421638.tif 000002
【図２】
0005421638.tif 000003
【図３】
0005421638.tif 000004
【図４】
0005421638.tif 000005