NUCLEAR REACTOR FUEL ELEMENT

The present invention relates to a nuclear engineering field which can be used for manufacture of a nuclear reactor fuel element of a pressurized water reactor core of stationary, transport and packaged plants. The distributed nuclear reactor fuel element comprises: a cylindrical cladding having an end cap; a cross-shaped compensator disposed inside the cladding with a help of a spacer; and a nuclear fuel particle having 7 to 93% by weight of ^(235)U isotopes manufactured in the form of granules of uranium dioxide and/or grits of an intermetallic uranium compound U (Al, Si)_3. 본 발명은 핵 공학 분야에 관한 것으로, 고정식, 운송 및 포장 플랜트(stationary, transport and packaged plant)의 가압 수형 원자로 노심(pressurized water reactor core)의 핵 연료 요소의 제조에 사용될 수 있다. 분산 원자로 연료 요소는 말단 캡(end cap)을 갖는 실린더형 클래딩(cladding), 스페이서의 도움으로 상기 클래딩 내부에 배치된 십자형 보상기(compensator), 및 이산화우라늄의 과립 및/또는 금속간 우라늄 화합물 U(Al,Si)의 그릿(grit)의 형태로 제조되는 7 내지 93 중량%의U 동위원소를 갖는 핵 연료 입자를 포함한다. 상기 핵 연료 요소의 노심은, 인접 프로파일링 영역에서 평균 선형 우라늄 밀도의 값이 상이하고, 길이가 30 mm 이상인 둘 이상의 프로파일링 영역으로 구성되는데, 이들은 길이, 핵 연료 유형, 핵 연료 입자 분획 크기, 우라늄 중에서U 우라늄 동위원소의 중량 퍼센트, 보상기의 단면적 값이 동일하거나 상이하다. 상기 클래딩은 스테인리스 스틸 또는 니켈-크롬 합금, 또는 지르코늄 합금으로 제조된다. 임의의 프로파일링 영역에서 스테인리스 스틸 또는 니켈-크롬 합금으로 제조된 클래딩에서, 평균 선형 우라늄 밀도는 금속간 우라늄 화합물 U(Al,Si)의 형태로 핵 연료에 대해 0.25 내지 1.77 g/cm의 범위 내에서 일정한 값을 가지고, 이산화우라늄 과립의 형태로 핵 연료에 대해 0.35 내지 3.90 g/cm의 범위 내에서 일정한 값을 갖는다. 임의의 프로파일링 영역에서 지르코늄 합금으로 제조된 클래딩에서, 평균 선형 우라늄 밀도는 금속간 우라늄 화합물 U(Al,Si)의 형태로 핵 연료에 대해 0.23 내지 1.57 g/cm의 범위 내에서 일정한 값을 가지고, 이산화우라늄 과립의 형태로 핵 연료에 대해 0.34 내지 3.35 g/cm의 범위 내에서 일정한 값을 갖는다. 청구된 발명의 기술적 결과는, - 사용 동안 핵 연료 원소의 치수의 최소 변화 및 온전함을 보존하면서, 더 높은 값의 전력 밀도 및 에너지 수율을 제공하는 핵 연료 요소; - 보상기의 단면적을 변화시킴으로써, 및/또는 핵 연료 유형을 변화시킴으로써, 및/또는 핵 연료 입자의 크기 범위를 변화시킴으로써, 우라늄 및/또는U 동위원소 밀도를 변화시키는 것으로 인해 노심의 길이 방향으로 핵분열성 핵종(fissionable nuclides)의 선형 밀도의 영역 프로파일링 가능성; - 7 내지 93 중량%의U 동위원소의 양으로 핵 연료의 사용; - 핵 연료 우라늄 밀도, 클래딩 튜브의 직경, 클래딩 튜브의 두께, 보상기의 표면적, 및 원자로 연료 원소의 단면적에서의 비율, 평균 선형 우라늄 밀도의 변경 범위 확대.