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'''燃料棒'''(ねんりょうぼう、Fuel rod)は[[原子炉]]の炉心の部品のひとつ。棒状の燃料棒は炉心内での[[核燃料]]の標準的な形状であり、複数本の燃料棒が束ねられ[[燃料集合体]]と呼ばれるユニットが組まれる。[[制御棒]]と共に複数個の燃料集合体によって[[炉心]]が構成される。核燃料の交換作業は燃料集合体の単位で行なわれる。
 
==概要==
原子炉で使用される核燃料は、熱交換効率や安全性、取り扱いの便宜のために、1センチほどの円柱状の[[燃料ペレット]]から始まって、最後は大きな[[燃料集合体]]に組み上げられている。
 
まず、核燃料は[[燃料ペレット]]と呼ばれる長さ1cm、直径1cm弱ほど長方形の小さなセラミックに焼き固められる。この燃料ペレットが約350個、一直線にまとめられて、[[ジルコニウム]][[合金]]製の[[燃料被覆管]]と呼ばれる4mほどの長さの細い管に詰めまれ、バネと共に両端が密封される。この状態が燃料棒である。この燃料棒を百数十本から2百本以上集めて間隔を空けて束になる様に金属で固定した物が燃料集合体であり、原子炉の炉心で使用される。
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[[Image:Nuclear fuel pellets.jpeg|thumb|200px|right|燃料ペレット]]
===燃料ペレット===
核燃料をセラミックに焼き固められた[[燃料ペレット]](Fuel Pellet)が燃料被覆管に封入される。
 
===被覆管===
[[燃料被覆管]]ねんりょうひふくかん、Fuel tube)は[[ジルコニウム]]合金で出来た、厚さ2mm、直径1cm強で、長さが約4mのきわめて細長い形状の管である。
 
このような細長く特殊な材質のパイプを高品質で製造することが難しく、初期の原子炉で使用された被覆管では、ピンホールの発生などによる核分裂生成物(FP)の漏出事故が発生している。このうち原因の多くが原子炉運転中の出力変化に伴ない、燃料棒の温度変化によって生じる熱応力によるものと判明してからは、燃料棒の健全性を保つため原子炉出力の急な変化を避けように運転が行なわれている。すなわち緊急の場合を除き、原子炉の起動と停止は、一日以上の時間をかけてゆっくりと行われ、燃料棒に対して余計なヒートショックを与えないような配慮がなされている。
 
被覆管は運転中に発生する[[核分裂生成物]](FP)を外部に漏らさないために運転中のあらゆる条件下、及び想定される事故の環境下で健全性を保つ必要がある。また内部の核分裂物質は[[原子核分裂]]に伴なう崩壊熱を放出しているため、高温に耐え、かつ[[冷却材]]に熱がよく伝わるように熱伝導率の高い物質で無ければならない。冷却材と反応して健全性を損なうことの無いように、安定した物質であることも重要である。さらに燃料ペレットは運転中の温度変化や、生成した核分裂生成物(FP)による膨張つまり「[[スエリング]]」や、縮小つまり「焼きしまり」といった体積変化を起こすため、燃料被覆管に局所的な応力を発生させる。これらの応力に耐えて、また原子炉運転中の震動等に耐える機械的な強度を持たせる必要がある。
 
[[Image:Nuclear_fuel_element.jpg|right|thumb|350px|[[加圧水型原子炉]]の[[燃料集合体]] 原子力貨物船 NSサバンナ号のもの。]]
===燃料棒===
[[燃料棒]](Fuel rod)と燃料集合体は炉の形式により形態が異なる。
 
燃料棒は[[燃料ペレット]]を[[燃料被覆管]]に封入して、端栓で気密にしたものである。最上部の燃料ペレットの上端から上部端栓までには、プレナムと呼ばれる空間があり、プレナムスプリングによって燃料ペレットを抑えつけ、動揺を抑えている。プレナムは発生した気体状の核分裂生成物(FP)を閉じ込めると同時に、ガス発生に伴なう内部の圧力上昇を最小限に抑えている。また内部は[[ヘリウム|ヘリウムガス]]によって加圧されているが、これは燃料棒が[[沸騰水型原子炉]](BWR)で73[[気圧]]、[[加圧水型原子炉]](PWR)では158気圧に達する運転条件下で使用されるため、あらかじめ内部をヘリウムで加圧して運転時の外圧と平衡を保つようにするためである。原子炉の定期検査中には燃料棒の外観検査を行って健全性を検査する。
 
===燃料集合体===
燃料棒が複数本束ねられて[[燃料集合体]](Fuel bundles)を構成する。例えばPWRでは179~264本の燃料棒が束ねられて1つの燃料集合体を構成し、121~193個の燃料集合体によって炉心が構成される。BWRでは91~96本の燃料棒が束ねられて1つの燃料集合体を構成し、368~800個の燃料集合体によって炉心が構成される。 燃料集合体にはあらかじめ、制御棒の挿入される空間が設けてあり、実質的には制御棒も燃料集合体の一部となっている。
 
==関連項目==
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*[[原子力発電所]]
*[[低濃縮ウラン燃料]]
*[[燃料被覆管]]
 
[[Category:原子力|ねんりょうほう]]