(57)【要約】核分裂原子炉の燃料要素（１）のための燃料チャネル（５）であって、燃料要素は、注入口（９）と、排出口（１１）と、複数の細長い燃料棒（３）とを備え、燃料棒は、各々、核燃料を含み、核分裂原子炉の作動の間、エネルギーを流動媒体に移動させるように配置される。燃料要素は、注入口と排出口との間の燃料棒の周囲に構成されるケーシング（７）を備える。ケーシングは、核分裂原子炉の作動の間、注入口から排出口まで燃料棒に沿って流動媒体を誘導するように構成され、かつ、燃料棒からの放射線に供される。ケーシングはセラミック材料から製造される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
核分裂原子炉のための燃料要素（１）に含まれるように配置される燃料チャネル（５）であって、前記燃料要素（１）は、注入口（９）と、排出口（１１）と、複数の細長い燃料棒（３）とを備え、前記燃料棒（３）は、各々、核燃料を含み、前記核分裂原子炉の作動の間、エネルギーを流動媒体に移動させるように配置され、前記燃料チャネル（５）は、前記注入口（９）と前記排出口（１１）との間の前記燃料棒（３）の周囲に構成されるケーシング（７）を備え、前記ケーシング（７）は、前記核分裂原子炉の作動の間、前記注入口（９）から前記排出口（１１）まで前記燃料棒（３）に沿って前記流動媒体を誘導するように構成され、かつ、前記燃料棒（３）からの放射線に供され、前記燃料チャネル（５）の前記ケーシング（７）はセラミック材料から製造されることを特徴とする、燃料チャネル（５）。
【請求項２】
前記セラミック材料が、炭化ケイ素と、その他の可能な残存物質とを含む、請求項１に記載の燃料チャネル（５）。
【請求項３】
前記セラミック材料が、９０重量パーセントより多い炭化ケイ素と、その他の可能な残存物質とからなる、請求項２に記載の燃料チャネル（５）。
【請求項４】
前記セラミック材料が、炭化ケイ素の繊維（３４）を含む第１の層（３０）を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料チャネル（５）。
【請求項５】
前記繊維（３４）が、トウ（３９）に紡がれる、請求項４に記載の燃料チャネル（５）。
【請求項６】
前記炭化ケイ素の繊維（３４）は外皮面を有し、前記繊維（３４）の大部分の外皮面は摩擦を減少させるコーティング（３６）を含む、請求項４または５に記載の燃料チャネル（５）。
【請求項７】
前記燃料チャネル（５）が長手方向軸（Ｌ）を含み、前記第１の層（３０）は一次層（３０ａ）を含み、前記一次層（３０ａ）において前記繊維（３４）が主に第１の方向に沿って配置される、請求項４〜６のいずれか一項に記載の燃料チャネル（５）。
【請求項８】
前記第１の方向が、前記燃料チャネル（５）の長手方向軸（Ｌ）に平行ではない、請求項７に記載の燃料チャネル（５）。
【請求項９】
前記第１の層（３０）が、前記一次層（３０ａ）に隣接する二次層（３０ｂ）を含み、前記二次層（３０ｂ）は炭化ケイ素の繊維（３４）を含み、前記二次層（３０ｂ）における繊維（３４）は主に第２の方向に沿って配置され、前記第１の方向および前記第２の方向は平行ではない、請求項７または８に記載の燃料チャネル（５）。
【請求項１０】
前記第１の方向および前記第２の方向は、前記燃料チャネル（５）の長手方向軸（Ｌ）に平行ではない、請求項９に記載の燃料チャネル（５）。
【請求項１１】
前記第１の層（３０）が、前記繊維（３４）の間の中空空間内に充填材（３８）を含み、前記充填材（３８）は炭化ケイ素を含み、前記繊維（３４）および前記充填材（３８）は異なる材料構造を有する、請求項４〜１０のいずれか一項に記載の燃料チャネル（５）。
【請求項１２】
前記セラミック材料は炭化ケイ素を含む第２の層（３２）を含み、前記第２の層（３２）は前記第１の層（３０）の少なくとも１つの側に隣接し、前記第１の層（３０）は第１の密度を有し、前記第２の層（３２）は第２の密度を有し、前記第２の密度は前記第１の密度より高い、請求項４〜１１のいずれか一項に記載の燃料チャネル（５）。
【請求項１３】
前記第２の層（３２）が第１の副層（３２ａ）および第２の副層（３２ｂ）を含み、前記第１の副層（３２ａ）は前記第１の層（３０）の第１の側に隣接し、前記第２の副層（３２ｂ）は前記第１の層（３０）の第２の側に隣接する、請求項１２に記載の燃料チャネル（５）。
【請求項１４】
前記炭化ケイ素が、前記核分裂原子炉の作動の前に、一定線量の放射線で処理され、前記一定線量の放射線は、前記核分裂原子炉の作動の間、照射により誘発された前記ケーシング（７）の永久歪みを減少させるようになされる、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の燃料チャネル（５）。
【請求項１５】
前記炭化ケイ素の一定線量の放射線が、２ｎｖｔ未満、好ましくは０．１〜１ｎｖｔである、請求項１４に記載の燃料チャネル（５）。
【請求項１６】
前記燃料チャネル（５）が、前記流動媒体を誘導するための１つ以上の内側チャネル（２０）を備え、前記チャネル（２０）は、前記セラミック材料から製造され、任意の形状であってもよい、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の燃料チャネル（５）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、核分裂原子炉のための燃料要素に含まれるように配置される燃料チャネルに関する。燃料要素は、注入口と、排出口と、複数の細長い燃料棒とを備え、その燃料棒は、各々、核燃料を含み、核分裂原子炉の作動の間、エネルギーを流動媒体に移動させるように配置される。燃料チャネルは、注入口と排出口との間の燃料棒の周囲に構成されるケーシングを備える。ケーシングは、核分裂原子炉の作動の間、注入口から排出口まで燃料棒に沿って流動媒体を誘導するように構成され、かつ、燃料棒からの放射線に供される。
【背景技術】
【０００２】
核分裂原子炉において燃料要素を作動している間、燃料チャネルの機能は流動媒体を誘導することであり、軽水炉は燃料要素の燃料棒に沿って水を含む。作動の間、燃料チャネルは、燃料棒からの放射線および流動媒体からの化学反応環境に供される。
【０００３】
燃料チャネルは、通常、ジルコニウム合金から製造される。その低い中性子断面積、良好な機械特性および比較的高い耐食性に起因して燃料チャネルにおいてジルコニウムが使用される。異なる種類のジルコニウム合金が利用可能である。
【０００４】
ジルコニウム合金の有益な特性にも関わらず、ジルコニウム合金から製造される燃料チャネルは原子炉における環境により影響を受けるので、その材料は膨張する。ジルコニウム合金の膨張により、燃料チャネルの元の寸法と比べて、燃料チャネルの寸法の永久歪み、例えば伸長が生じる。ジルコニウム合金の膨張により、異方性（ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃｌｙ）が生じ、その結果、元は線形の燃料チャネルがその長手方向軸から離れて曲がる。
【０００５】
燃料チャネルにおけるジルコニウム合金の永久歪みは、燃料棒からの放射線ならびに腐食および水素ピックアップにより誘導される。水素ピックアップはジルコニウム合金における水素化物の形態で集中され、永久歪みに加えて、燃料チャネルの機械的特性の弱体化も生じる。
【０００６】
燃料チャネルは、いわゆる沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）に使用され、流動媒質は液相から蒸気相に徐々に変わる水であり、その水は燃料棒に沿って燃料チャネルにより誘導される。
【０００７】
沸騰水型原子炉は、燃料要素の間の位置内に移動され、および燃料要素の間の位置外に移動される制御棒により制御される。沸騰水型原子炉の燃料チャネルの長い長さに起因して、燃料チャネルの少しの不均一な永久歪みでさえ、燃料チャネルを大きく曲げてしまう場合がある。燃料チャネルの非常に大きな曲がり（屈曲）において、燃料要素間の位置内への原子炉の制御棒の配置（移動）が、制御棒と燃料チャネルとの間の摩擦接触により妨害される場合がある。
【０００８】
特許文献１は、ジルコニウム合金から構成される燃料チャネルのための製造方法を提示している。
【０００９】
特許文献２は、焼結助剤としてＢ４Ｃの形態のホウ素を含む炭化ケイ素材料を提示しており、ここで、多くのホウ素はホウ素１１である。ホウ素１１は、約２０％のホウ素１０の天然の同位体組成を有するホウ素より低い中性子断面積を有することにより、この材料が核分裂原子炉に使用されるように適合される。さらに、天然の同位体組成のホウ素１０を有するホウ素より低い中性子照射気体により影響を受けると、ホウ素１１は形成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第２００３／００５３５８２号明細書
【特許文献２】米国特許第２００７／０１８９９５２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の第１の目的は、改良された寸法安定性を有し、特に、燃料チャネルの曲がりを生じる不均一な永久歪みを減少させる燃料チャネルを提供することである。本発明の第２の目的は、従来技術による燃料チャネルと比べて改良された耐食性を有する燃料チャネルを提供することである。本発明の第３の目的は、燃料要素の有用な寿命を越える有用な寿命を有する燃料チャネルを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
これらの目的は、燃料チャネルのケーシングがセラミック材料から製造されることを特徴付とする上述の燃料チャネルにより得られる。
【００１３】
本発明の一実施形態によれば、セラミック材料は、炭化ケイ素と、その他（バランス）の可能な残存物質（ａ  ｂａｌａｎｃｅ  ｏｆ  ｐｏｓｓｉｂｌｅ  ｒｅｓｉｄｕａｌ  ｓｕｂｓｔａｎｃｅ）とを含むか、または含有する。
【００１４】
化学式ＳｉＣを有する炭化ケイ素は、当該技術分野による燃料チャネルの永久歪みに関する問題を減少させる特性を有する。炭化ケイ素は、ジルコニウム合金と比べて、低く予測可能な放射線照射により引き起こされる膨張を有する。炭化ケイ素の放射線照射により引き起こされる膨張は、ジルコニウム合金の放射線照射により引き起こされる膨張の約３分の１である。さらに、炭化ケイ素の放射線照射により引き起こされる膨張は、全ての方向において主に均一である。すなわち、膨張は等方性である。従って、燃料チャネルの曲がりに関する問題が減少する。
【００１５】
炭化ケイ素は、当該技術分野によって使用されるジルコニウム合金と比べて、高い耐食性を有する。炭化ケイ素上で起こり得る腐食はさらに、材料内に二次相を生じないか、または限られた範囲でのみ生じる。従って、腐食により誘発される膨張は少しであるか、または無視できるほどである。従って、燃料チャネルの曲がりに関する問題はさらに低減される。燃料チャネルの改良された特性によって、核分裂原子炉における燃料チャネルの有効な寿命期間が延長される。
【００１６】
炭化ケイ素はまた、ジルコニウム合金と比べて、低い中性子断面積を有する。低い中性子断面積の主な機能は、寄生的中性子吸収を減少させ、それにより、燃料の経済性を改善することである。
【００１７】
セラミック材料の可能な残存物質は、意図されない不純物および可能な添加物、例えばホウ素１１を含有するＢ４Ｃ、黒鉛、炭素化合物などを含む。
【００１８】
本発明の一実施形態によれば、前記セラミック材料は、主に炭化ケイ素を含む。
【００１９】
本発明の一実施形態によれば、セラミック材料は、９０重量パーセントより多い炭化ケイ素と、その他の可能な残存物質とを含む。
【００２０】
本発明の一実施形態によれば、前記セラミック材料は、炭化ケイ素の繊維を含む第１の層を含む。
【００２１】
繊維の形態で少なくとも部分的に存在する炭化ケイ素によって、均一のセラミック材料と比べて、得られるセラミック材料の機械的特性が改良される。特に、炭化ケイ素の繊維は、均一のセラミック材料と比べて、燃料チャネルの延性を改良する。さらに、繊維は、セラミック材料における亀裂伝播を減少させることに寄与する。
【００２２】
本発明の一実施形態によれば、繊維はトウに紡がれる。繊維のトウは燃料チャネルの機械的強度を増加させる。
【００２３】
本発明の一実施形態によれば、炭化ケイ素の各々の繊維は外皮面を有し、その繊維の外皮面またはその繊維の大部分の外皮面は、摩擦を減少させるコーティングを含む。
【００２４】
本発明の一実施形態によれば、繊維は、形態周囲に繊維を巻くことによって第１の層が製造され得る長さを有する。
【００２５】
繊維上の摩擦を減少させるコーティングは、繊維間、および繊維と存在し得る周囲材料との間の滑りを可能にし、材料の延性を改良する。さらに、滑りにより、核分裂原子炉における近接のコンポーネントに対する物理的衝突に耐えるように燃料チャネルの改良された強度が生じる。
【００２６】
本発明の一実施形態によれば、摩擦を減少させるコーティングは、全体的にまたは主に、低い中性子断面積を有する物質から構成される。代替の実施形態において、摩擦を減少させるコーティングは、主に、窒化ホウ素、黒鉛、炭素化合物などを含む。好ましい実施形態において、コーティングは窒化ホウ素を含み、窒化ホウ素中のホウ素は、主にホウ素１１の同位体組成を有し、窒化ホウ素中の窒素は主に窒素１５の同位体組成を有する。
【００２７】
本発明の一実施形態によれば、燃料チャネルは長手方向軸を含み、第１の層は一次層を含み、その一次層において、繊維は主に、燃料チャネルの長手方向軸と平行でない第１の方向に沿って配置される。本発明の一実施形態によれば、第１の層の繊維またはトウの少なくとも一部は、燃料チャネルの長手方向軸と平行である。好ましくは、第１の方向および燃料チャネルの長手方向軸は１５〜７５°の角を形成する。
【００２８】
本発明の一実施形態によれば、第１の層は一次層に近接して二次層を含み、二次層は炭化ケイ素の繊維を含み、二次層における繊維は主に、燃料チャネルの長手方向軸と非平行でもあり得る第２の方向に沿って配置され、第１および第２の方向は平行ではない。本発明の一実施形態によれば、二次層の繊維またはトウの少なくとも一部は燃料チャネルの長手方向軸と平行である。好ましくは、第２の方向および燃料チャネルの長手方向軸は１５〜７５°の角を形成する。
【００２９】
一次層における繊維は第１の方向に沿って配置され、二次層における繊維は第２の方向に沿って配置され、燃料チャネルの改良された機械的強度が得られる。
【００３０】
本発明の一実施形態によれば、第１の層は繊維間の中空空間内に充填材を含み、その充填材は炭化ケイ素を含み、その繊維および充填材は異なる材料構造を有する。充填材によって、第１の層のより高い密度が得られ、燃料チャネルの機械的強度が増加する。
【００３１】
本発明の一実施形態によれば、前記セラミック材料は炭化ケイ素を含む第２の層を含み、第２の層は第１の層の少なくとも１つの側に隣接し、第１の層は第１の密度を有し、第２の層は第２の密度を有し、第２の密度は第１の密度より高い。好ましくは、セラミック材料は主に炭化ケイ素を含む。
【００３２】
任意選択である第２の層によって、緻密層が第１の層の少なくとも１つの側に生成される。従って、起こり得る多孔が第１の層の１つの側から少なくとも囲まれる。
【００３３】
本発明の一実施形態によれば、第２の層は第１の副層および第２の副層を含み、第１の副層は第１の層の第１の側に隣接し、第２の副層は第１の層の第２の側に隣接する。
【００３４】
本発明の一実施形態によれば、第２の層は流動媒体に対する障壁を形成する。好ましくは、第２の層は水および蒸気に対する障壁を生じるように構成される。好ましくは、障壁は水および蒸気を透過させないか、またはほとんど透過させない。
【００３５】
本発明の一実施形態によれば、炭化ケイ素は、核分裂原子炉における作動前に一定線量の放射線で処理され、一定線量の放射線は、核分裂原子炉の作動の間、ケーシングの放射線により誘発される永久歪みが減少されるようになされる。
【００３６】
炭化ケイ素材料の放射線照射により誘発される膨張は飽和レベルに到達するまで継続され、その後、放射線照射により誘発される膨張は起こらないか、またはごくわずかのみである。放射線で炭化ケイ素を予め処理することによって、作動の間に起こり得る放射線により誘発される膨張が減少される。従って、燃料チャネルの永久歪みおよび曲がりに関する問題がさらに低減される。
【００３７】
本発明の一実施形態によれば、炭化ケイ素に対する放射線量は、２ｎｖｔ未満、好ましくは０．１〜１ｎｖｔである。「ｎｖｔ」という単位は、燃料チャネルに提供される中性子束の尺度であり、１ｎｖｔは１ＭｅＶより大きいエネルギーを有する１０２１中性子／ｃｍ２に対応する。
【００３８】
本発明の一実施形態によれば、燃料チャネルは、流動媒体を誘導するための１つ以上の内側チャネルを備え、そのチャネルは前記セラミック材料から製造される。
【００３９】
内側チャネルは任意の形状であってもよい。内側チャネルは、原子炉における環境に曝露される燃料チャネルのケーシングと同様である。チャネルが前記セラミック材料から製造されることによって、核分裂原子炉の作動の間、チャネルの形成される永久歪みは減少する。
【００４０】
本発明の一実施形態によれば、燃料チャネルは４つの面（側（ｓｉｄｅ））を備え、ケーシングが少なくとも４つの壁部を備え、その壁部は、それらがケーシングの面を形成するように結合され、各々の壁部は前記セラミック材料から製造される。ケーシングが４つの壁部によって形成されることによって、燃料チャネルの製造手順が簡単になる。
【００４１】
本発明の一実施形態によれば、燃料チャネルは、燃料要素の有効な期間を超える期間の間、使用されるように構成される。
【００４２】
放射線に対する燃料チャネルのより高い抵抗性および高い耐食性によって、燃料チャネルは、燃料要素についての有効な期間、すなわち燃料要素の燃料棒についての有効な期間より核分裂原子炉においてより長期間有効になる。従って、燃料チャネルを再利用することが可能となり、燃料チャネルは、原子炉におけるいくつかの後の燃料要素の作動の間、使用される。燃料チャネルのこのような使用により、廃棄物処理を必要とする原子炉から放射される物質の量は減少する。
【００４３】
ここで、本発明を、本発明の異なる実施形態の説明および添付の図面の参照により詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係るケーシングを有する燃料チャネルを備える燃料要素を示す。
【図２】図２は、図１の燃料要素の断面図を示す。
【図３】図３は、図２の丸をつけた領域における燃料チャネルのケーシングの断面の拡大図を示す。
【図４】図４は、図１の燃料チャネルのケーシングの層を示す。
【図５】図５は、図４の丸をつけた領域の拡大図を示す。
【図６】図６は、トウに紡がれた繊維を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
図１は核分裂原子炉のための燃料要素１を示す。燃料要素１は燃料チャネル５により囲まれる複数の細長い燃料棒３を備える。燃料チャネル５は、燃料要素１の注入口９と排出口１１との間の燃料棒３の周囲に構成されるケーシング７を備える。図１において、燃料要素の完全長は示されておらず、燃料要素１の上部および下部のみを示している。
【００４６】
燃料棒３は、例えば、燃料棒３周囲の流動媒体に移動されるエネルギーを生成するように構成される酸化ウラン（ＵＯ２）の形態の濃縮ウランを含む、核燃料を含む。流動媒体は液体または気体で存在する。従来の核分裂原子炉において流動媒体は水である。沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）および加圧水型原子炉（ＰＷＲ）において、流動媒体は水であり、水はその両方において冷却媒体および減速媒体として作用する。図１に開示される実施形態は沸騰水型原子炉に関する。沸騰水型原子炉において、燃料棒に沿って流動媒体を誘導することが必要である。また、他の種類の核分裂原子炉において、燃料チャネル５の使用が有益である。例えば、燃料チャネル５は、隣接する燃料要素１の間の流動媒体の直交流を防止するために加圧水型原子炉で使用されてもよい。
【００４７】
燃料チャネル５のケーシング７の機能は、燃料要素１の注入口９から排出口１１まで燃料棒３に沿って流動媒体を誘導することである。燃料チャネル５は細長く、燃料棒３の長手方向軸に主に平行である長手方向軸Ｌを有する。ケーシング７は、燃料棒３に沿って延び、燃料棒３から離れて方向付けられる４つの面を備える。燃料チャネル５は、上側開口部および下側開口部と、上側開口部と下側開口部との間の通路とを有する。燃料要素１を組み立てている間、燃料チャネル５のケーシング７は、燃料要素１の方向に移動させることによって燃料棒３の外側に押される。反対に、燃料チャネル５のケーシング７は、燃料要素１から離れた方向へ移動させることによって燃料棒３から取り除かれる。
【００４８】
図２は図１の燃料要素１の断面を示す。燃料チャネル５のケーシング７は実線で示す。
【００４９】
示した実施形態において、燃料要素１は、燃料棒３の４つの集合体、いわゆる燃料バンドル１３を備える。燃料バンドル１３の各々において燃料棒３は、燃料棒３の長さに沿って配置される、複数のスペーサ要素、いわゆるスペーサグリッド１５によって特定の位置に一緒に維持される（図１を参照のこと）。燃料チャネル５のケーシング７は４つの燃料バンドル１３を取り囲む。従って、燃料チャネル５は、燃料バンドル１３の各々について別個に燃料棒３の周囲で流動媒体を誘導する。
【００５０】
本実施形態において、燃料チャネル５のケーシング７は、４つの燃料バンドル１３において燃料棒３から別個に流体媒体の一部を誘導するための５つの内部チャネル２０を形成する。しかしながら、代替の実施形態において、ケーシング７は、異なる構造で１つより多くの内部チャネル２０を備える。５つの内部チャネル２０は、燃料要素１の断面から見て交差した形態のパターンで配置される。内部チャネル２０の１つは燃料要素１の断面の中心に配置される。他の４つの内部チャネル２０は４つの燃料バンドル１３の隣接する対の間に配置される。
【００５１】
内部チャネル２０の機能は、燃料棒３を取り囲む流動媒体から別々に流体媒体の一部を誘導することである。沸騰水型原子炉において、燃料棒３からエネルギーを受けている間、燃料棒３周囲の水は、燃料要素１の注入口９から排出口１１まで液相から蒸気相に徐々に移る。蒸気相は、液相より低い減速度を与える。内部チャネル２０内の液相の水を誘導することによって、核分裂過程の減速が増加し、蒸気相は燃料棒３周囲に存在する。従って、燃料棒３に沿った核分裂過程のより均一な減速が得られる。
【００５２】
図３は、図２の丸で囲んだ部分の詳細な図によって、燃料チャネル５のケーシング７の構造を示す。ケーシング７はセラミック材料から製造される。
【００５３】
セラミック材料は、炭化ケイ素およびその他の可能な残存物質を含むまたは含有する。セラミック材料は、第１の層３０および第２の層３２を含む。好ましい実施形態において、第１の層３０および第２の層３２の各々は、０．１から３ｍｍの間、好ましくは０．５ｍｍから１．５ｍｍの間の厚さを有する。
【００５４】
本発明の本実施形態におけるセラミック材料が第１の層３０および第２の層３２を含むとしても、第１の層３０のみが燃料チャネル５の機能に十分であることに留意されたい。しかしながら、第２の層３２の使用は燃料チャネル５の強度を向上させる。
【００５５】
第１の層３０は炭化ケイ素の繊維３４により構築される。好ましくは、繊維３４はトウ３９に紡がれる。トウ３９の例の概略的な構造を示す図６を参照のこと。各トウは、２００〜２０００個の個々の炭化ケイ素の繊維３４の集合である。
【００５６】
各繊維３４は外皮面を有する。外皮面は摩擦を減少させるコーティング３６でコーティングされる（図５を参照のこと）。摩擦を減少させるコーティング３６は、繊維３４またはトウ３９との間および繊維３４またはトウ３９と可能な周囲材料との間の滑りを可能にすることによって第１の層３０の延性を増加させる。摩擦を減少させるコーティング３６は、好ましくは、黒鉛、窒化ホウ素（この窒化ホウ素中のホウ素は、主にホウ素１１の同位体組成を有し、この窒化ホウ素中の窒化物は、主に窒素１５の同位体組成を有する）などの低い中性子断面積を有する材料である。好ましくは、炭化ケイ素の繊維３４は１〜２０μｍの直径を有する。
【００５７】
第１の層３０は、好ましくは、黒鉛の形態などの形態周囲に炭化ケイ素の繊維３４またはトウ３９を巻くことによって形成される。繊維３４またはトウ３９を形態周囲に巻くことによって、燃料チャネル５のケーシング７の４面が形成される。この形態は、上部開口部および下部開口部のサイズならびに上部開口部と下部開口部との間の通路を与える。従って、炭化ケイ素の繊維３４またはトウ３９は、形態の周囲で巻かれる繊維３４またはトウ３９の長さを有する。
【００５８】
代替として、セラミック材料の平らなシートが、繊維３４またはトウ３９がその形態に配置されることによって製造される。平らなプレートは一緒に結合されて、燃料チャネル５のケーシング７を形成する。また、内側チャネル２０に結合されるように配置される形態を有するセラミック材料のプレートは１つまたは複数の形態により製造されてもよい。
【００５９】
第１の層３０は炭化ケイ素の繊維３４またはトウ３９の間の中空空間内に充填材３８を含む。充填材３８は繊維３４の材料構造と異なる材料構造を有する炭化ケイ素を含む。充填材３８によって、第１の層３０の密度は増加する。従って、第１の層３０は、炭化ケイ素の繊維３４またはトウ３９と、炭化ケイ素の充填材３８とを含む複合構造として構築される。繊維３４および充填材３８は、摩擦を減少させるコーティング３６によって互いから少なくとも部分的に分離される。
【００６０】
本発明の一実施形態において、充填材３８は化学蒸気浸透法（ＣＶＩ）により製造された炭化ケイ素を含む。代替の実施形態において、充填材３８は、炭化ケイ素の繊維３４またはトウ３９の間の中空空間内に炭化ケイ素前駆体を適用することによって製造される。前駆体は炭化ケイ素への変換プロセスにより変換される。変換プロセスは、１０００℃〜２０００℃に前駆体を加熱することにより実施される。
【００６１】
第１の層３０は一次層３０ａおよび二次層３０ｂを含む。一次層３０ａにおける炭化ケイ素の繊維３４またはトウ３９は第１の方向に配置され、二次層３０ｂにおける炭化ケイ素の繊維３４またはトウ３９は第２の方向に配置される。第１の方向および第２の方向は平行ではない（図４および５を参照のこと）。本発明の一実施形態において、一次層３０ａおよび二次層３０ｂに加えて第１の層３０は２つまたはそれ以上の層を含む。
【００６２】
図５は単に、燃料チャネル５のケーシング７の構造に関する概略的な図であることに留意されたい。繊維３４またはトウ３９は、隣接する繊維３４またはトウ３９が互いに交差するように不規則であってもよい。一次層３０ａ、二次層３０ｂおよび可能な追加の層の各々はまた、互いの上に重なる繊維３４またはトウ３９をさらに含んでもよい。
【００６３】
任意選択の第２の層３２は、少なくとも部分的に第１の層３０を囲むように配置される。開示した実施形態において、第２の層３２は、一次層３０ａの片側および二次層３０ｂの片側で隣接するように配置される。従って、第２の層３２は、図３および４に示すように一次層３０ａに隣接する第１の副層（ｓｕｂ−ｌａｙｅｒ）３２ａおよび二次層３０ｂに隣接する第２の副層３２ｂに分けられる。第２の層３２は単に、一次層３０ａまたは二次層３０ｂのいずれかに隣接する１つの副層からなってもよいことに留意されたい。
【００６４】
第２の層３２は第１の層３０より高い密度を有する。従って、第２の層３２は水を透過しない障壁（バリア）を形成する。第２の層３２によって、第１の層３０に残っている多孔は囲まれる。好ましくは、第２の層３２は主に、炭化ケイ素の繊維３４を有さずに炭化ケイ素を含む。
【００６５】
本発明の好ましい実施形態において、第２の層３２は、充填材３８が第１の層３０における炭化ケイ素の繊維３４またはトウ３９の間の中空空間を充填するように充填材３８が適用されることに関連して形成される。従って、同じ製造工程が第１の層３０および第２の層３２の充填材３８を形成するために使用される。
【００６６】
炭化ケイ素によって、燃料チャネル５の寸法安定性が増加する。セラミック材料を含む燃料チャネル５にさらに生じ得る軽度の永久歪みは主に、炭化ケイ素の腐食および放射線特性に起因して均一性およびそれにより等方性を生じる。従って、炭化ケイ素は、燃料チャネル５の曲がりに関する問題の減少に寄与する。
【００６７】
本発明の一実施形態において、炭化ケイ素は、核分裂原子炉における作動前に一定線量の放射線で処理される。炭化ケイ素の照射は、原子炉で作動している間、燃料チャネル５で生じ得る永久歪みのさらなる減少を与える。
【００６８】
例えば、燃料チャネル５はその製造形態で照射される。代替として、炭化ケイ素は燃料チャネル５の製造前または間に照射される。一実施形態において、炭化ケイ素繊維は燃料チャネル５の製造前に照射される。代替の実施形態において、第１の層３０、続いて第２の層３２が照射される。代替の実施形態において、一次層３０ａ、二次層３０ｂおよび可能なさらなる層の各々は、第１の層３０の製造の間に照射される。その後、第２の層３２が照射される。
【００６９】
好ましくは、炭化ケイ素は、２ｎｖｔ未満（ここで１ｎｖｔは、１ＭｅＶより大きいエネルギーを有する１０２１中性子／ｃｍ２に対応する）である一定線量の放射線で照射される。好ましくは、炭化ケイ素コンポーネントは、０．１〜１ｎｖｔの一定線量の放射線で照射される。
【００７０】
本発明は、開示された実施形態に限定されないが、添付の特許請求の範囲内で変更および修飾されてもよい。
【００７１】
例えば、燃料チャネル５のケーシング７は、燃料チャネル５の４つの外側面を形成する外側ケーシング部分と、１つ以上の内側チャネル２０を形成する内側ケーシング部分を備えてもよい。チャネル２０は任意の形状であってもよい。
【００７２】
燃料チャネル５のケーシング７は１つ以上の壁部から構築されてもよく、その壁部はセラミック材料から製造される。壁部は互いに結合され、燃料チャネル５のケーシング７を一緒に形成する。好ましくは、壁部は平面または大部分が平面である。同様に、内側ケーシング部分は適切に形成された壁部により一緒に結合されてもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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