(57)【要約】【課題】原子炉炉心（１０）用の燃料集合体（１４）を提供すること。【解決手段】燃料集合体（１４）は、核燃料棒（１８）および／または同位体生成棒（２０）からなる複数の棒（１８／２０）を含むことができる。各棒（１８／２０）は複数の相互に連結された棒セグメント（４０）を含み、少なくとも１つの棒（１８／２０）の棒セグメント（４０）の少なくとも２つは、相異なる外径（Ｄ）を有する。さらに、燃料集合体（１４）は、軸方向に隣接し相互に連結された棒セグメント（４０）の間で確実に保持される複数の棒スペーサグリッド（３４）を含むことができる。軸方向に隣接した棒セグメント（４０）間で相互に連結された棒スペーサグリッド（３４）は、実質的に等しく隔置された棒（１８／２０）の配列を形成する。さらに、燃料集合体（１４）は、配列された棒（１８／２０）が収容される細長い管状チャネル（２２）を含むことができる。【選択図】図２
2009133852.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉炉心（１０）用の燃料集合体（１４）であって、
燃料棒（１８）および同位体生成棒（２０）の少なくとも１つを含む複数の棒（１８／２０）であって、各棒（１８／２０）が複数の相互に連結された棒セグメント（４０）を含み、少なくとも１つの棒（１８／２０）の前記棒セグメント（４０）の少なくとも２つが相異なる外径（Ｄ）を有する複数の棒（１８／２０）と、
実質的に等しく隔置された棒（１８／２０）の配列を形成するために軸方向に隣接し相互に連結された棒セグメント（４０）の間で確実に保持される複数の棒スペーサグリッド（３４）と、
前記配列された棒（１８／２０）が収容される細長い管状チャネル（２２）と
を備える燃料集合体（１４）。
【請求項２】
各棒セグメント（４０）が、各棒セグメント（４０）がそれぞれの濃縮値を有し、少なくとも１つの棒（１８／２０）の前記棒セグメント（４０）の少なくとも２つが相異なる濃縮値を有するように核燃料の１つおよび複数の同位体生成ターゲットを保持するための内部キャビティ（６６）を含むことを特徴とする請求項１記載の燃料集合体（１４）。
【請求項３】
各棒セグメント（４０）がそれぞれの軸方向長さ（Ｌ）を有し、少なくとも１つの棒（１８／２０）の前記棒セグメント（４０）の少なくとも２つが相異なる軸方向長さ（Ｌ）を有することを特徴とする請求項１記載の燃料集合体（１４）。
【請求項４】
各棒セグメント（４０）が、内部キャビティ（６６）を有する中央本体（５４）と、堅牢な第１の端部（５８）と、部分的に堅牢な第２の端部（６２）とを有し、前記第１および第２の端部（５８および６２）が、前記スペーサグリッド（３４）のそれぞれの１つがそれらの間で固定的に保持されるように軸方向に隣接した棒セグメント（４０）を相互に連結するために対合可能であることを特徴とする請求項１記載の燃料集合体（１４）。
【請求項５】
前記第１および第２の端部（５８および６２）が低核反応断面積材料から製作されることを特徴とする請求項４記載の燃料集合体（１４）。
【請求項６】
前記第１の端部（５８）が雄ねじコネクタ（７０）を備え、前記第２の端部（６２）が、軸方向に隣接した棒セグメント（４０）を相互に連結するために前記雄ねじコネクタ（７０）に確実に対合するように構造化された雌ねじレセプタクル（７４）を含むことを特徴とする請求項４記載の燃料集合体（１４）。
【請求項７】
各スペーサグリッド（３４）が複数の相互に連結された環状ディスク（８２）を含み、各環状ディスク（８２）が、それぞれの各環状ディスク（８２）が軸方向に隣接し相互に連結された棒セグメント（４０）間で確実に保持されることが可能なように前記雄ねじコネクタ（７０）を受け入れるような大きさにされた開口（７８）を含むことを特徴とする請求項６記載の燃料集合体（１４）。
【請求項８】
各環状ディスク（８２）が、前記原子炉炉心（１０）の中での方位に関してそれぞれの各環状ディスク（８２）の下に相互に連結された前記それぞれの棒セグメント（４０）の前記外径（Ｄ）に実質的に等しいかまたは小さい外径（ｄ）を有するように構造化されることを特徴とする請求項７記載の燃料集合体（１４）。
【請求項９】
前記堅牢な第１の端部および前記部分的に堅牢な第２の端部（５８および６２）が、軸方向に隣接した棒セグメント（４０）の各相互連結が、
前記それぞれのスペーサグリッド（３４）の第１の側面（８６）に隣接した堅牢な材料の第１のセクションであって、閉じ込められた破片および前記それぞれの軸方向に隣接した棒セグメント（４０）の前記相互連結による擦過損傷によって前記それぞれの中央本体（５４）の前記内部キャビティ（６６）が破壊されるのを防止するのに十分な軸方向長さ（Ｎ）を有する堅牢な材料の第１のセクションと、
前記それぞれのスペーサグリッド（３４）の反対方向の第２の側面（９０）に隣接した堅牢な材料の第２のセクションであって、閉じ込められた破片および前記それぞれの軸方向に隣接した棒セグメント（４０）の前記相互連結による擦過損傷によって前記それぞれの中央本体（５４）の前記内部キャビティ（６６）が破壊されるのを防止するのに十分な軸方向長さ（Ｙ）を有する堅牢な材料の第２のセクションと
を有するように対合可能であることを特徴とする請求項４記載の燃料集合体（１４）。
【請求項１０】
前記原子炉炉心（１０）の中の方位に関して、堅牢な材料の前記第１のセクションが、前記それぞれのスペーサグリッド（３４）の上に配置され、前記軸方向長さ（Ｎ）が前記それぞれのスペーサグリッド（３４）の下に配置された堅牢な材料の前記第２のセクションの前記軸方向長さ（Ｙ）より長いことを特徴とする請求項９記載の燃料集合体（１４）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本教示は、原子炉燃料集合体アッセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
この項目の中の記述は、本開示に関する背景情報を単に提供するものであり、従来技術を法的な手順で扱うものではないかもしれない。
【０００３】
沸騰水型原子炉などの原子炉は一般に、液体の減速剤または冷却材、例えば、液体の水が、中および周りを流れる多数の燃料集合体からなる原子炉炉心を含む。燃料集合体の中で核反応は、冷却材が炉心を通り抜けるとき、冷却材を蒸気に転化させるために用いられる熱を生成する。次いで、蒸気は電力を生成するために用いられる。典型的には、燃料集合体のそれぞれは、細長い管状チャネルの中に収容される密封され垂直に直立した複数の燃料棒を含む。チャネルの中では、各燃料集合体の燃料棒は、オープンセルの複数の行および列を形成する複数の相互に連結されたスペーサからなる２つ以上のスペーサグリッドによって隔置された構造の中に保持される。各セルは、そこを通って延びるその他の点では長く可撓性の燃料棒のそれぞれの１つを有し、燃料棒が原子炉の中で冷却材の流れの動力学の下で１つの燃料棒を別の燃料棒に研磨接触させることを防止する働きをする。さらに、スペーサは、最適な核特性のための設計された燃料棒対燃料棒の間隔を維持し、減速剤の混合を促進する。
【０００４】
燃料棒は一般に、それぞれの集合体の全体の長さに実質的に等しい長さを有するモノリシック構造物である。さらに、典型的には、燃料棒のそれぞれは、それぞれの棒のほぼ全体の長さに延びる内部軸方向の孔を含む。核燃料、例えば、ウラニウム２３５は、核反応を生成するために内部孔の中に置かれる。したがって、そのような各燃料棒の中の燃料の濃縮レベルは棒の長さに沿って概して均一である。
【０００５】
さらに、最も知られているスペーサは、極めて複雑な設計を有し、この設計は、それぞれの集合体を通る冷却材の流れを妨げることがあり、集合体の中を流れる破片を閉じ込める場合が多い。かかる閉じ込められた破片は、冷却材の流れおよび損傷燃料棒によって燃料棒に対して振動し、はためき、またはガタガタ揺れる場合があり、原子炉の中で燃料の水への露出の可能性をもたらす。
【特許文献１】米国特許出願公開第１１／００２，６８０号公報
【特許文献２】米国特許出願公開第１１／００２，６７７号公報
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
様々な態様により、原子炉炉心用の燃料集合体が提供される。様々な実施形態では、燃料集合体は、核燃料棒および／または同位体生成棒からなる複数の棒を含むことができる。各棒は複数の相互に連結された棒セグメントを含み、少なくとも１つの棒の棒セグメントの少なくとも２つが相異なる外径を有する。さらに、燃料集合体は、軸方向に隣接し相互に連結された棒セグメントの間で確実に保持される複数の棒スペーサグリッドを含むことができる。軸方向に隣接した棒セグメントに相互に連結された棒スペーサグリッドは、実質的に等しく隔置された棒の配列を形成する。燃料集合体は、配列された棒が収容される細長い管状チャネルをさらに含むことができる。
【０００７】
様々な他の実施形態では、燃料集合体は、核燃料棒および／または同位体生成棒からなる複数の棒を含むことができる。各棒は複数の相互に連結された棒セグメントを含み、各棒セグメントは、核燃料または複数の同位体生成ターゲットのいずれかを保持するための内部キャビティを有する。少なくとも１つの棒の棒セグメントの少なくとも２つは、相異なる外径、相異なる軸方向長さ、相異なる核燃料濃縮値および／または相異なる同位体ターゲットを有することができる。さらに、燃料集合体は、実質的に等しく隔置された棒の配列を形成するために軸方向に隣接し相互に連結された棒セグメント間で確実に保持される複数の棒スペーサグリッドを含むことができる。
【０００８】
他の態様によると、原子炉炉心用の燃料集合体のための棒が提供される。この棒は、燃料棒または同位体生成棒を含むことができる。様々な実施形態では、棒は複数の相互に連結された棒セグメントを含むことができ、各棒セグメントは、核燃料または複数の同位体生成ターゲットを保持するための内部キャビティを含む。さらに、棒は、それぞれの軸方向に隣接した棒セグメントの相互連結で閉じ込められた破片による擦過損傷によって内部キャビティが破壊されるのを防止するのに十分な軸方向長さを有する堅牢な第１の端部を含むことができる。さらに、棒は、それぞれの軸方向に隣接した棒セグメントの相互連結で閉じ込められた破片による擦過損傷によってそれぞれの中央本体の内部キャビティが破壊されるのを防止するのに十分な軸方向長さを有する部分的に堅牢な第２の端部を含むことができる。様々な実装形態では、棒は、相異なる外径、相異なる軸方向長さ、相異なる核燃料濃縮値および／または相異なる同位体ターゲットを有する棒セグメントの少なくとも２つを含むことができる。
【０００９】
本教示の応用範囲のさらなる分野が本明細書で提供される説明から明らかとなろう。説明および具体的な実施例は、例示の目的のみを意図されており、本教示の範囲を限定するように意図されているものではないということを理解されたい。
【００１０】
本明細書で説明される図面は、例示を目的としたものにすぎず、決して本教示の範囲を限定するように意図されるものでない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下の様々な例の実施形態の説明は、実際は単に一例であり、決してこの開示、その用途または使用を限定するように意図されるものではない。さらに、以下で説明する様々な実施形態よってもたらされる利点は、実際は一例であり、すべての実施形態が同一の利点または同一の程度の利点をもたらすものとは限らない。
【００１２】
図１を参照すると、発電原子炉炉心１０の例示的な一部分、例えば、沸騰水型原子炉炉心の一部分の斜視断面図が提供されている。発電原子炉炉心１０のこの例示的な一部分は、４つの燃料集合体アッセンブリ１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃおよび１４Ｄを含む。これら燃料集合体アッセンブリの中をまたはこれら燃料集合体アッセンブリの周りを、燃料集合体１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃおよび１４Ｄが取り付けられ原子炉が機能すると、液体の減速剤または冷却材が流れる。略して、燃料集合体アッセンブリ１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃおよび１４Ｄは、以降では単に燃料集合体１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃおよび１４Ｄと呼ぶ。各燃料集合体１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃおよび１４Ｄの中で核反応は、電力を生成するために用いられる蒸気に冷却材を転化させるために用いられる熱を生成する。各燃料集合体１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃおよび１４Ｄは、構造、形態および機能において実質的に同一である。したがって、簡単にわかりやすくするために、本明細書では燃料集合体１４Ａのみを説明する。
【００１３】
また図２を参照すると、燃料集合体１４Ａは一般に、複数の燃料棒１８と、様々な実施形態では複数の同位体生成棒２０とを含む。さらに、燃料集合体１４Ａは、上部タイプレート２６および下部タイプレート３０を囲む外部チャネル２２を含む。複数の燃料棒１８および同位体生成棒２０は、燃料集合体１４Ａの長さに沿って縦方向または軸方向に一方から他方に隔置された複数のスペーサグリッド３４によって燃料集合体１４Ａの中の配列に配置される。燃料棒１８、同位体生成棒２０および典型的には１つまたは複数のウォータロッド３８は、燃料棒１８と同位体生成棒２０の間の原子炉冷却材の流れのための通路を画成するためにスペーサグリッド３４によって燃料集合体１４Ａの中で互いに隔置された関係、すなわち配列で維持される。一般に、燃料集合体１４Ａは、所望の配列、例えば、３つから１０のスペーサグリッド３４の中に燃料棒１８、同位体生成棒２０およびウォータロッド３８を維持するために必要とされるように燃料集合体１４Ａの軸方向長さ全体に沿って隔置された任意の数のスペーサグリッド３４を含むことができる。
【００１４】
一般に、燃料棒１８は、中性子束を生成する核燃料、例えば、ウランを含み、一方、同位体生成ターゲット棒２０は、所望の放射性同位体を製造するために中性子束によって照射される照射ターゲットを含む。照射ターゲットは、カドミウム、コバルト、イリジウム、ニッケル、タリウムなど任意の所望の同位体から製作することができる。様々な実施形態では、燃料棒１８および同位体生成ターゲット棒２０は、燃料棒１８が核燃料を含み、同位体生成ターゲット棒２０が照射ターゲットを含むことを除いて実質的に同一の構造を有する。したがって、簡単にするために、燃料棒１８の構造、機能、構成部品、要素、アッセンブリ、特徴、特質などのみをさらに以下で説明する。
【００１５】
次いで図３および４を参照すると、様々な実施形態では、燃料棒１８（および同位体生成ターゲット棒２０）は、複数の相互に連結された棒セグメント４０からなる複数セグメントの棒であってよい。複数セグメントの各燃料棒１８は、複数セグメントのそれぞれの各燃料棒１８が任意の所望の軸方向長さを概ね有することができるように相互に連結された１つまたは複数の棒セグメント４０を含む。例えば、複数の棒セグメント４０は、図３に示すセグメント化された燃料棒１８Ａなどの全長がセグメント化された燃料棒を構成するために相互に連結することができ、ならびに／あるいは１つまたは複数の棒セグメント４０は、図３に示すセグメント化された燃料棒１８Ｂおよび／または１８Ｃなどの部分長がセグメント化された燃料棒を構成するために相互に連結することができる。より詳細には、全長がセグメント化された各燃料棒１８Ａは、上部タイプレート２６と下部タイプレート３０の間の距離（図２に示す）でほぼ等しい集合した軸方向長さを有する複数の棒セグメント４０から構成される。さらに、全長がセグメント化された各燃料棒１８Ａは、集合した全長の燃料棒１８Ａのそれぞれの上端部および下端部に連結された上端部ピン４２および下端部ピン４６を含むことができる。上端部ピン４２および下端部ピン４６は、チャネル２２の中で全長がセグメント化されたそれぞれの各燃料棒１８Ａの端部を安定化させるためにそれぞれの上部タイプレート２６および下部タイプレート３０と対合するように構造化される。
【００１６】
さらに、部分長がセグメント化された各燃料棒１８Ｂおよび１８Ｃは、上部タイプレート２６と下部タイプレート３０の間の軸方向長さより短い任意の所望の軸方向長さを有するように構成される。例えば、部分長がセグメント化された各燃料棒１８Ｂおよび１８Ｃは、上部タイプレート２６と下部タイプレート３０の間の距離の３／４、１／２、１／４などにほぼ等しい軸方向長さを有するように構成されてよい。さらに、部分長がセグメント化された各燃料棒１８Ｂおよび１８Ｃは、それぞれの集合した部分長の燃料棒１８Ｂおよび１８Ｃの上端部および／または下端部に連結された上端部ピン４２および／または下端部ピン４６を含むことができる。上端部ピン４２および下端部ピン４６のそれぞれは、チャネル２２の中で部分長がセグメント化されたそれぞれの各燃料棒１８Ｂおよび１８Ｃの端部を安定化させるために上部タイプレート２６および下部タイプレート３０のそれぞれの１つならびにスペーサグリッド３４の１つと対合するように構造化される。代替としては、部分長がセグメント化された各燃料棒１８Ｂおよび１８Ｃは、それぞれの集合した部分長の燃料棒１８Ｂおよび１８Ｃのそれぞれの上端部または下端部に連結された上端部ピン４２または下端部ピン４６と、それぞれの複数セグメントの部分長の燃料棒１８Ｂおよび１８Ｃの反対方向の上端部または下端部に連結された第１のコネクタ５０（以下で詳細に説明する）とを含むことができる。したがって、上端部ピン４２または下端部ピン４６は、上部タイプレート２６および下部タイプレート３０のそれぞれの１つと対合するように構造化され、第１のコネクタ５０は、チャネル２２の中で部分長がセグメント化されたそれぞれの各燃料棒１８Ｂおよび１８Ｃの端部を安定化させるためにスペーサグリッド３４の１つと対合するように構造化される。
【００１７】
次いで図４および５を参照すると、各棒セグメント４０は、任意の所望の軸方向または縦方向の長さおよび／または外径Ｄを有することができる。したがって、複数セグメントの各燃料棒１８（および同位体生成棒２０）は、様々な長さの棒セグメント４０を相互に連結することによって任意の所望の集合した、または累積した長さを有するように組み立てることができる。さらに、複数セグメントの各燃料棒１８（および同位体生成棒２０）は、様々な直径の棒セグメント４０を相互に連結することによってそれぞれの集合したセグメント化された棒１８（または２０）の軸方向長さに沿って１つまたは複数の外径を有するように組み立てられる。したがって、図４は例示的な燃料棒セグメントおよび／または同位体生成棒セグメント４０を示しており、本明細書中の付随の説明は、それぞれの各棒セグメント４０の長さおよび／または直径にかかわらず複数セグメントの各燃料棒１８および／または同位体生成棒２０の各棒セグメント４０に関連しているということを理解されたい。
【００１８】
図４を詳細に参照すると、各棒セグメント４０は一般に、中央本体部５４と、第１の端部５８と、反対方向の第２の端部６２とを含む。様々な実装形態では、第１の端部５８および第２の端部６２の少なくとも１つは、中央本体部５４の内部キャビティ６６にアクセスするために中央本体部５４とは別の構成部品である（第１の部分５８だけをそのようなものとして示す）。内部キャビティ６６は、核燃料（または同位体生成棒２０の場合は複数の照射ターゲット）を保持するように構造化される。したがって、キャビティ６６は、第１の端部５８および／または第２の端部６２が中央本体４０のそれぞれの端部に連結される前にアクセス可能である。具体的には、所望の濃縮を有する所望の核燃料または同位体ターゲットが、内部キャビティ６６の中に配置されると、第１の端部５８および／または第２の端部６２は、棒セグメント４０の中に核燃料または同位体ターゲットを密封するために中央本体部５４のそれぞれの端部に連結、すなわち、溶接される。
【００１９】
本明細書で用いられる際には、核燃料および同位体ターゲットに適用される用語「濃縮」は、核燃料タイプ、核燃料濃縮値、同位体ターゲットタイプおよび同位体ターゲット濃縮値を包括的に意味するように定義されているということを理解されたい。
【００２０】
様々な実施形態では、第１の端部５８は、軸方向長さＭを有し、軸方向長さＹを有するベース７２から延びる軸方向長さＸを有する雄ねじコネクタ７０、例えば、ねじ付きスタッドまたは支柱を含む。様々な実装形態では、雄ねじコネクタ７０と、ベース７２とを含む第１の端部５８は、堅牢な材料から製作される。例えば、様々な実施形態では、第１の端部５８は、ジルコニウム、ジルカロイ−２、ジルカロイ−４、または任意の他の適した低核反応断面積材料など堅牢な低核反応断面積材料から製作される。さらに、様々な実施形態では、第２の端部６２は、軸方向長さＮを有し、雌ねじレセプタクル７４、例えば、軸方向長さＡを有する堅牢な壁７５および軸方向長さＢを有する堅牢なベース７６を有するねじ付き内部孔を含む。様々な実装形態では、堅牢なベース７６および堅牢な壁７５を含む第２の端部６２は、ジルコニウム、ジルカロイ−２、ジルカロイ−４、または任意の他の適した低核反応断面積材料など低核反応断面積材料から製作される。
【００２１】
雄ねじコネクタ７０および雌ねじレセプタクル７４は、それぞれの棒セグメント４０を相互に連結するために対合可能であるように構造化される。より具体的には、様々な実施形態では、雄ねじコネクタ７０および雌ねじレセプタクル７４は、以下で詳細に説明するようにそれぞれのスペーサグリッド３４の開口７８（図６に示す）を通って相互に連結される。雄ねじコネクタ７０は、本明細書では第１の端部５８の一部として説明され、示されており、雌ねじレセプタクル７４は、本明細書では第２の端部６２の一部として説明され、示されているが、様々な実施形態では、第１の端部５８が雌ねじレセプタクル７４を含むことができ、第２の端部６２が雄ねじコネクタ７０を含むことができることが想定される。さらに、任意の組み立てられた複数セグメントの燃料棒１８のそれぞれの最上部および最下部の棒セグメント４０の雄ねじコネクタ７０および雌ねじレセプタクル７４は、それぞれの上端部ピン４２および下端部ピン４６に連結することができる。さらに、雄ねじコネクタ７０および雌ねじレセプタクル７４は、それぞれの棒セグメント４０を相互に連結するために係合すること、すなわちともにねじ付けすることができるねじ山を含むものとして示されているが、雄ねじコネクタ７０および雌ねじレセプタクル７４は、それぞれのスペーサグリッド開口７８を通って相互に連結するのに適した任意の対合可能な連結デバイスまたは構成部品を備えることができ、依然として本開示の範囲の中に収まるということを理解されたい。例えば、様々な実施形態では、雄ねじコネクタ７０および雌ねじレセプタクル７４は、タングおよびレセプタ、内部フックならびにループなどをそれぞれ備えることができる。
【００２２】
次いで図６および７を参照すると、様々な実施形態では、燃料集合体１４Ａのスペーサグリッド３４は、複数の相互に連結された環状ディスク８２からなる。各環状ディスク８２は、厚さＴを有し、それぞれのスペーサグリッド開口７８を含む。様々な実施形態では、各環状ディスク８２は、ジルコニウム、ジルカロイ−２、ジルカロイ−４、または任意の他の適した低核反応断面積材料など低核反応断面積材料から製作することができる。例えば、様々な実装形態では、スペーサグリッド３４は、相互に連結された環状ディスク８２および開口７８を形成するために機械プレス加工された低核反応断面積材料の単一のシートから製作することができる。
【００２３】
次いで、選択された棒セグメント４０は、それぞれの集合した複数セグメントの燃料棒１８（または同位体生成棒２０）が所望の累積した軸方向長さおよびこの累積した軸方向長さに沿った所望の直径Ｄおよび濃縮の配列を有するように相互に連結される。すなわち、燃料棒１８（および同位体生成棒２０）を組み立てるためには、特定の棒セグメント４０がそれらのそれぞれの長さＬ、直径Ｄおよびそれぞれの内部キャビティ６６と共に保持された燃料（または同位体ターゲット）の濃縮に基づいて選択される。より具体的には、複数の棒セグメント４０は、様々な相異なる長さＬ、直径Ｄおよび／または濃縮を有する棒セグメントの広い組合せを提供するように構成または製造することができる。次いで、燃料棒１８（または同位体生成棒２０）を組み立てるためには、複数の特定の棒セグメント４０は、それらのそれぞれの長さＬ、直径Ｄおよび濃縮に基づいて選択することができる。したがって、集合した複数セグメントの燃料棒１８（および同位体生成棒２０）は、軸方向に様々な直径Ｄおよび濃縮、すなわち、それぞれの集合した燃料棒１８（または同位体生成棒２０）の軸方向長さに沿って様々である直径Ｄおよび濃縮を有するように容易にすばやく組み立てることができる。
【００２４】
さらに、様々な実施形態では、棒セグメント４０の軸方向に隣接した各対を相互に連結するために、所望の長さＬ、直径Ｄおよび濃縮を有する第１の棒セグメント４０、例えば、図７の棒セグメント４０Ａの雄ねじコネクタ７０は、環状ディスク開口７８の選択された１つを通って挿入される。次いで、所望の長さＬ、直径Ｄおよび濃縮を有する第２の棒セグメント４０、例えば、図７の棒セグメント４０Ｂの雌ねじレセプタクル７４は、第１の棒セグメント４０Ｂの雄ねじコネクタ７０と固定的に相互に連結される。したがって、それぞれの環状ディスク８２は、第１の棒セグメント４０Ａおよび第２の棒セグメント４０Ｂの間で固定的に保持される。次いで、それぞれの所望の長さＬ、直径Ｄおよび濃縮を有する後続の棒セグメント４０は、第１の棒セグメント４０Ａおよび／または第２の棒セグメント４０Ｂならびに／あるいは他の後続の棒セグメント４０と相互に連結し、同様の方法でそれらの間に他のスペーサグリッド環状ディスク８２を保持することができる。したがって、複数セグメントの各燃料棒１８（または同位体生成棒２０）は、軸方向に様々な直径Ｄおよび軸方向に様々な核燃料（または同位体ターゲット）濃縮を有するように取り付けることができる。
【００２５】
それぞれの各棒セグメント４０の濃縮は、それぞれの各棒セグメント４０の直径Ｄ、ならびに／あるいはそれぞれの内部キャビティ６６の中に保持される燃料（または同位体ターゲット）の量および／またはそれぞれの燃料もしくは同位体ターゲットの品質に関連することができる。すなわち、より大きな直径の棒セグメント４０は、より多くの核燃料（または同位体ターゲット）がそれぞれのキャビティ６６の中に保持されることを可能にすることができる。しかしながら、同一の直径Ｄを有する２つの相異なる棒セグメント４０のキャビティ６６は、棒セグメント４０に同一の直径Ｄだが相異なる濃縮をもたらすために核燃料（または同位体ターゲット）の相異なる量および／または相異なる品質、すなわち、相異なる濃縮を保持することができる。さもなければ、相異なる直径Ｄ、したがって、相異なるサイズの内部キャビティ６６を有する棒セグメント４０は、同一の濃縮値だがより小さい直径の棒セグメント４０を有する核燃料（または同位体ターゲット）を保持することができ、核燃料（または同位体ターゲット）をより少なく保持することは、より低い濃縮を有することになる。さもなければ、第１の直径Ｄを有する棒セグメント４０が、第１の濃縮値を有する核燃料（または同位体ターゲット）を保持することができ、より小さい第２の直径Ｄを有する第２の棒セグメント４０が、より大きい第２の濃縮値を有する核燃料（または同位体ターゲット）を保持することができる。したがって、第１の棒セグメント４０は、より大きな直径Ｄを有するが第２の棒セグメント４０より低い濃縮を有することになる。
【００２６】
さらに、原子炉炉心１０の効率を改善するためには、冷却材の水素対ウラン（Ｈ／Ｕ）比が最大である燃料集合体１４Ａの下部、すなわち、原子炉炉心１０の下部の近くにより大きな直径のより高い濃縮の棒セグメント４０を有することが有利になる場合がある。さらに、冷却材の蒸気への転化によって燃料集合体１４Ａの長さに沿って起こり得るＨ／Ｕ比の減少を低減するために、複数にセグメント化されたそれぞれの各棒１８（および／または２０）の軸方向長さに沿って、上に行くにつれて直径が徐々に小さくなっていき、濃縮が徐々に低下していく棒セグメント４０を有することが有利になる場合がある。
【００２７】
したがって、それぞれの棒セグメント４０の濃縮を制御するための手段を実現すること、すなわち、より低い濃縮を実現することに加えて、各棒セグメント４０の直径Ｄは、燃料集合体１４Ａの軸方向長さに沿って、すなわち原子炉炉心１０の軸方向長さに沿ってより一貫したＨ／Ｕ比を維持できる能力を実現することができる。すなわち、上に行くにつれて直径が徐々に小さくなっていく棒セグメント４０を有するように燃料棒１８（および／または同位体生成棒２０）を組み立てることにより、原子炉炉心の底部から頂部への冷却材の面積を次第に大きくすることが可能になる。原子炉炉心１０の軸方向長さに沿って徐々に増加する冷却材面積は、それぞれの各燃料集合体１４の長さに沿ってより多くの水素を供給し、それによって、水から蒸気への冷却材の変化がＨ／Ｕ比に及ぼす効果を減少させる。
【００２８】
図７に最もよく示されているように、様々な実施形態では、それぞれの各スペーサグリッド３４の直径ｄまたはそれぞれの各環状ディスク８２は、自らの間にそれぞれのスペーサグリッド３４を保持する棒セグメント４０の下部の直径Ｄに実質的に等しいかまたは小さい。すなわち、各環状ディスク８２の直径ｄは、原子炉炉心１０の底部により近いそれぞれの環状ディスク８２を保持する対の棒セグメント４０の１つの直径Ｄに実質的に等しいかまたは小さい。したがって、「セットアップ」のオフセット、すなわち、下の棒セグメント４０の外部表面からそれぞれの環状ディスク８２の周辺外側表面へ直径の増加はない。これにより、棒セグメント４０の外側表面に沿って環状ディスク８２の周辺外側表面を横切って燃料集合体１４Ａを通る冷却材の流れに対する障害が大幅に低減される。さらに、それぞれの下の棒セグメント４０の直径Ｄに実質的に等しいかまたはより小さい各環状ディスク８２の直径ｄを有すると、環状ディスク８２と下の棒セグメント４０の接合でスペーサグリッド３４によって閉じ込められるようになる破片に対する可能性を実質的に低減させる。上述のように、閉じ込められた破片は、燃料集合体１４Ａの中を流れる冷却材によって燃料棒１８（および／または同位体生成棒２０）に対して振動し、はためき、またはガタガタ揺れる場合がある。閉じ込められた破片がそのように振動し、はためき、またはガタガタ揺れることは、燃料棒１８（および／または同位体生成棒２０）の擦過または研磨を引き起こし、次に棒１８および／または２０に重大な損傷を引き起こし、すなわち、棒セグメントの内部キャビティ６６を破るかまたは破壊する場合がある。
【００２９】
さらに、閉じ込められた破片による擦過または研磨によってそれぞれの棒セグメント４０の重大な損傷の恐れを実質的になくすために、各棒セグメント４０は、第１の端部５８および第２の端部６２を含む。具体的には、上述のように、各棒セグメント４０の第１の端部５８は、堅牢な材料、例えば、堅牢な低核反応断面積材料から作製することができる。さらに、上述のように、第２の端部ベース７６および内部孔の壁７５は、堅牢な材料、例えば、堅牢な低核反応断面積材料から製作される。さらに具体的には、図７に示すように、軸方向に隣接した棒セグメント４０、例えば、棒セグメント４０Ａおよび４０Ｂは、それらの間にそれぞれのスペーサ環状ディスク８２をともに保持して固定され結合されるとき、堅牢な雄ねじコネクタ７０は雌ねじレセプタクル７４の中に係合される。したがって、軸方向に隣接した棒セグメント４０が相互に連結されると、それぞれの第２の端部６２は、堅牢なベース７６と、雌ねじレセプタクル７４と、雌ねじレセプタクル７４の中に対合された堅牢な雄ねじコネクタ７０の一部とを含む。したがって、軸方向に隣接した棒セグメント４０が相互に連結されると、それぞれの第２の端部６２は実質的に堅牢である。
【００３０】
さらに、図７に明らかに示し、当業者によって容易に理解されるように、軸方向に隣接した棒セグメント４０が相互に連結されると、それぞれの第２の端部６２の全体長さＮがそれぞれの環状ディスク８２の第１のまたは頂部の表面８６に隣接し位置付けられ、一方、それぞれの第１の端部のベース７２の長さＹのみがそれぞれの環状ディスク８２の反対方向の第２のまたは底部の表面９０に隣接し位置付けられる。様々な実装形態では、棒セグメント４０およびスペーサグリッド３４は、上方に配置された、すなわち、原子炉炉心１０の頂部の方向を向く雄ねじコネクタ７０を有して相互に連結される。したがって、原子炉炉心１０の中の方位に関しては、軸方向に隣接した棒セグメント４０が相互に連結されると、それぞれのより上の棒セグメント４０の実質的に堅牢な第２の端部６２は、それぞれの環状ディスク８２の上に配置され、それぞれのより下の棒セグメント４０の堅牢な第１の端部のベース７２は、それぞれの環状ディスク８２の下に配置される。したがって、原子炉炉心１０の中の方位に関しては、隣接した棒セグメント４０のそれぞれの各相互連結は、堅牢な材料の第１のセクション、すなわちスペーサグリッドのそれぞれの各環状ディスク８２の上に長さＮを有する実質的に堅牢な第２の端部６２と、堅牢な材料の第２のセクション、すなわちスペーサグリッドのそれぞれの各環状ディスク８２の下に長さＹを有する第１の端部のベース７２とを有する。長さＮおよびＹは、閉じ込められた破片が任意の棒セグメント４０の中央本体部５４の擦過損傷を引き起こすことを防止するために適した任意の所望の長さであることができる。中央本体部５４への擦過損傷は、もし内部キャビティ６６がそのような擦過で破られたならば、核反応性材料、すなわち核燃料または放射性同位体ターゲットの露出を引き起こす場合がある。例えば、様々な実施形態では、長さＮおよびＹは、約１／２インチから１  １／２インチ以上であってよい。
【００３１】
したがって、それぞれのスペーサグリッド３４に閉じ込められて、燃料集合体１４Ａを通る冷却材の流れによってそれぞれの軸方向に隣接した棒セグメント４０の一方または両方を擦過または磨耗させる可能性のあるいかなる破片も、それぞれの堅牢な第１の端部のベース７２および／またはそれぞれの実質的に堅牢な第２の端部６２を擦過または磨耗させるだけである。さらに、冷却材が原子炉炉心１０を通って上方に流れるので、閉じ込められた破片は、より上の棒セグメント４０の実質的に堅牢な第２の端部６２に対して冷却材の流れによって振動し、はためき、またはガタガタ揺れる可能性が高い。したがって、それぞれの各棒セグメント４０の実質的に堅牢な第２の端部６２がそれぞれの環状ディスク８２の上に配置される様々な実施形態では、第２の部分６２の長さＮはそれぞれの第１の部分のベース７２の長さＹより長い。したがって、隣接した棒セグメント４０のそれぞれの各相互連結は、スペーサグリッドのそれぞれの各環状ディスク８２の下よりスペーサグリッドのそれぞれの各環状ディスク８２の上で堅牢な材料のより長い軸方向長さを有する。例えば、様々な実施形態では、長さＮは約１／２インチから１  １／２インチ以上であってよく、長さＹは１／８から７／８にほぼ等しく、Ｎの長さは、例えば、約１／４インチから１  １／４インチであることができる。
【００３２】
本明細書での説明は、実際は例示的なものにすぎず、したがって、説明されている要旨から逸脱しない変形形態は、本教示の範囲の中にあるものと意図されている。かかる変形形態は、本教示の精神および範囲からの逸脱としてみなされるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本開示の様々な実施形態による、燃料棒と、同位体生成ターゲット棒と、タイプレートと、スペーサグリッドと、チャネルとを含む複数の燃料集合体アッセンブリを示す原子炉炉心の一部の斜視断面図である。
【図２】本開示の様々な実施形態による、図１に示す原子炉炉心の一部に含まれる一例の燃料集合体アッセンブリの部分分解断面図である。
【図３】本開示の様々な実施形態による、図２に示す燃料集合体アッセンブリの中に含むことができる様々な複数セグメントの燃料棒および／または同位体生成ターゲット棒を示す図である。
【図４】本開示の様々な実施形態による、図３に示す複数セグメントの燃料棒および／または同位体生成ターゲット棒の中に含まれる燃料棒セグメントおよび／または同位体生成ターゲット棒セグメントの一例の図である。
【図５】本開示の様々な実施形態による、様々な軸方向長さおよび直径を有する図４に示す棒セグメントを含む、図３に示す複数セグメントの燃料棒および／または同位体生成棒の一例の図である。
【図６】本開示の様々な実施形態による、相互に連結された棒セグメント間で固定的に保持されたスペーサグリッドを示す、図２に示す一例の燃料集合体の一部の等角図である。
【図７】本開示の様々な実施形態による、図６に示す相互に連結された棒セグメント間で固定的に保持されたスペーサグリッドの一部の側面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０  原子炉炉心
１４Ａ  燃料集合体
１４Ｂ  燃料集合体
１４Ｃ  燃料集合体
１４Ｄ  燃料集合体
１８  燃料棒
２０  同位体生成ターゲット棒
２０Ａ  同位体生成ターゲット棒
２０Ｂ  同位体生成ターゲット棒
２０Ｃ  同位体生成ターゲット棒
２２  チャネル
２６  上部タイプレート
３０  下部タイプレート
３４  スペーサグリッド
３８  ウォータロッド
４０  棒セグメント
４２  上端部ピン
４６  下端部ピン
５０  第１のコネクタ
５４  中央本体部
５８  第１の端部
６２  第２の端部
６６  中央本体の内部キャビティ
７０  雄ねじコネクタ
７２  ベース
７４  雌ねじレセプタクル
７５  雌ねじレセプタクルの壁
７６  ベース
７８  スペーサグリッド開口
８２  スペーサグリッド環状ディスク
８６  環状ディスク第１の表面
９０  環状ディスク第２の表面
【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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【図７】
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