JP2729325B2 - 燃料集合体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、沸騰水型原子炉（BWR）に用いられるウラ
ン・プルトニウム混合酸化物（MOX）燃料集合体に関す
るものである。

［従来の技術］ プルトニウム資源の有効利用の観点から、MOX燃料の
採用に関する検討が積極的に行われている。従来より、
BWR用のMOX燃料集合体の燃料棒スプリット設計について
は、アイランド方式、ディスクリート方式アトー
ル方式の３種類が知られており、各々以下のような特徴
を有している。

アイランド方式…第６図に示すように、バンドル外周
部にはプルトニウムを含まないウラン燃料を配置し、内
部のみにプルトニウム入り燃料を配置したものであり、
実質的にウラン燃料集合体と同等の制御棒価値を持たせ
ることができる。

ディスクリート方式…第７図に示すように、プルトニ
ウム入り燃料をウラン燃料と混在させて全燃料棒に分散
配置したものであり、より多くのプルトニウム装荷重を
確保できる。

アトール方式…第８図に示すように、アイランド方式
とは逆に、バンドル外周部のみにプルトニウム入り燃料
棒を配置したものであり、に比較して寿命の増加を
図ることができる。

尚、第６図〜第８図において、１〜４の数字で表わし
た燃料棒はウラン燃料であり、その濃縮度は１＞２＞３
＞４である。P1〜P6は天然ウラン＋プルトニウム混在燃
料を示し、富化度はP1＞P2＞……＞P6である。またＧは
可燃性毒物入り燃料料棒を示している。更にＷはウオー
ターロッド、Ｂはチャンネルボックス、CRは制御棒であ
る。

従来のBWR用MOX燃料集合体は、これらの何れか
の方式による燃料棒スプリット構成を単独に用いて構成
されている。

［発明が解決しようとする課題］ 従来のMOX燃料集合体においては、前述のように何れ
かの方式を個別に用いているので以下のような不具合が
生じる。

すなわち、アイランド方式では燃料集合体外周部での
反応度利得が小さく、ディスクリート方式やアトール方
式に比べて寿命が低下し、プルトニウム資源利用が低
い。またディスクリート方式およびアトール方式では、
燃料集合体外周部におけるプルトニウム入り燃料棒によ
る制御棒価値の低下および線出力密度の増大を招く欠点
がある。

このように、の方式を個別に用いる従来のMOX
燃料集合体では、各方式の利点と同時に欠点も強調され
てしまうという問題がある。

従って本発明の目的は、BWR用MOX燃料集合体におい
て、制御棒価値の低下及び線出力密度の増大をまねくこ
となく、MOX燃料集合体の寿命を延ばし、経済性の向上
とウランおよびプルトニウム資源の有効利用を可能とす
ることである。

［課題を解決するための手段］ 請求項１に記載の発明に係るBWR用MOX燃料集合体で
は、軸方向の燃料有効長範囲を上部，中部，下部の三領
域に区分し、上部領域と下部領域では集合体バンドル外
周部にプルトニウムを含まない燃料棒スプリット構成と
し、中部領域では集合体バンドル外周部にプルトニウム
を含む燃料棒スプリット構成としたものである。

請求項２に記載の発明に係るBWR用MOX燃料集合体で
は、前記上部領域と前記下部領域をアイランド方式の燃
料棒スプリット構成とし、それに対して前記中部領域を
ディスクリート方式またはアトール方式の何れかの燃料
棒スプリット構成としたものである。

請求項３に記載の発明に係るBWR用MOX燃料集合体で
は、前記上部領域の上端部または前記下部領域の下端部
の少なくとも何れか一方に天然ウランブランケット領域
を設けたものである。

［作 用］ 本発明では、沸騰水型原子炉に用いられるMOX燃料集
合体の燃料棒スプリット構成について、集合体の軸方向
の燃料有効長範囲を好ましくはほぼ均等に三分割し、上
部領域及び下部領域には、集合体バンドル外周部にプル
トニウムを含まないアイランド方式などの燃料棒スプリ
ット構成を用い、また中部領域には、集合体バンドル外
周部にプルトニウムを含むアトール又はディスクリート
方式などの燃料棒スプリット構成を用いることを基本理
念としている。この場合、軸方向分割の割合は三領域共
に燃料有効長の1/3程度とすることが好ましいが、上部
領域と下部領域については、上部領域の上端と下部領域
の下端との何れか一方または双方に、天然ウランのみの
設計によるブランケット領域を例えば燃料有効長の1/24
程度の割合で配置してもよい。

本発明における集合体のバンドル形状は特に制限はな
く、例えば、燃料棒配列が縦横８×８の正方格子状配列
または９×９の正方格子状配列などの何れでも良く、ま
たその内部に配置されるウォータロッドの形状及び本数
も特に制限はない。

本発明においては、MOX燃料集合体において例えばア
トール方式とアイランド又はディスクリート方式とを軸
方向に分割して組み合わせることができ、軸方向上部及
び下部領域ではアイランド方式の利点を生かしてアトー
ル又はディスクリート方式の欠点をなくし、逆に中部領
域ではアトール又はディスクリレート方式の利点を生か
してアイランド方式の欠点をなくすなど、各方式の持つ
利点を生かしつつ、一方でこれらの方式が持つ欠点を補
うような設計が可能となるものである。

すなわち、本発明による分割スプリット方式の作用効
果を列挙すると以下の通りである。

（１）原子炉停止の際に重要となる軸方向上部領域につ
いてアラインド方式の燃料棒スプリット構成を採用でき
るので、冷温時におけるチャンネルボックス周辺の熱中
性子束の低下を避け、制御棒価値の低下を防ぐことが可
能である。

（２）軸方向下部領域についてアイランド方式の燃料棒
スプリット構成を採用できるので、集合体外周部付近の
燃料棒の反応度を低下することにより軸方向下部領域に
おける局所ピーキングを低下させることができる。特に
BWRでは、燃料集合体の軸方向出力分布は下部でピーク
となるのが通常であり、線出力は、この出力と局所ピー
キングとの積に比例する。プルトニウム入り燃料棒は、
その燃焼中期から末期にかけて局所ピーキングが増加す
る。アイランド方式では、この局所ピーキングの増加を
抑えるので線出力密度の低下に寄与する。

（３）軸方向中部領域については、アトール又はディス
クリート方式の燃料棒スプリット構成を採用できるの
で、燃料集合体の寿命の増大とプルトニウム資源の有効
利用を図ることができる。

従って本発明によれば、燃料集合体の軸方向設計を、
上中下の三領域で分割した燃料棒スプリット構成とした
ので、アイランド方式、アトール方式、ディスクリート
方式など、各々の方式の利点のみを有効に利用すること
ができるものである。

［実施例］ 本発明の実施例を図面を用いて説明する。第１図は本
発明の第１実施例による燃料集合体の軸方向分割領域を
説明する模式図であり、この場合、燃料集合体の燃料有
効長の全長を24ノードとすると、各々８ノード分ずつ上
部領域A1と中部領域A2と下部領域A3との三領域に区画さ
れている。上部領域A1にはアイランド方式の燃料棒スプ
リット構成を採用し、中部領域A2にはディスクリート又
はアイランド方式の燃料棒スプリット構成を採用し、さ
らに下部領域A3にはアイランド方式の燃料棒スプリット
構成を採用して、全体としての燃料集合体を構成してい
る。

第２図に示す第２実施例では、上部領域A1の上端部と
下部領域A3の下端部に各々約１ノード分の天然ウランブ
ランケット領域A4を設けてあり、従って上部領域A1と下
部領域A3ではそれぞれ７ノード分程度の範囲でアイラン
ド方式の燃料棒スプリット構成をとり、中部領域A2は８
ノード分程度の範囲でディスクリート又はアトール方式
の燃料棒スプリット構成を採用している。

第３図には、上部領域A1と下部領域A3に用いられるア
イランド方式の燃料棒スプリット構成による燃料集合体
の横断面における燃料要素の配置例が示されている。同
様に、中部領域A2に用いられる方式として、第４図にデ
ィスクリート方式場合の配置例を、また第５図にアトー
ル方式の場合の配置例を示す。これらの図において、１
〜４の数字で表わした燃料棒はウラン燃料であり、その
濃縮度は１＞２＞３＞４である。P1〜P4は天然ウラン＋
プルトニウム混在燃料を示し、富化度はP1＞P2＞P3＞P4
である。またＧは可燃性毒物入り燃料棒を示している。
更にWBはウオータボックス、Ｂはチャンネルボックス、
CRは制御棒である。

本発明では、軸方向中部領域A2にはディスクリート、
アトール方式のいずれの設計でも使用可能である。また
前記各実施例では上部領域A1と下部領域A3にアイランド
方式の燃料棒スプリット構成を採用したが、本発明にお
いて上部領域における燃料棒スプリットの設計は下部領
域の設計と同一の設計である必要はない。

第３図〜第５図に示した配置例は、大口径のウォータ
ボックスWBを中央部に有する９×９正方格子配列の燃料
棒配置の集合体に対するものであるが、本発明はウォー
タボックスの形状および燃料棒配置についてこの例に限
定されるものではない。

さらに、ウラン燃料の濃縮度及びプルトニウムを含む
燃料棒断面でのプルトニウム富化度は任意であり、ガド
リニア燃料棒の配列及び本数にも特に制限はない。

［発明の効果］ 以上に述べたように、本発明によれば、沸騰水型原子
炉のMOX燃料集合体において、アイランド方式及びアト
ール又はディスクリート方式などの各々利点と欠点をも
つ種々の方式を軸方向に分割して組合せることにより、
各方式の利点のみを生かし、線出力密度の増大と常温時
の制御棒価値の低下をまねくことなく集合体寿命を延ば
し、経済性の向上とウラン・プルトニウム資源の有効利
用を図ることができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例に係る燃料集合体の軸方向
分割領域を説明する模式図、第２図は同じく第２実施例
に係る燃料集合体の軸方向分割領域を説明する模式図、
第３図は本発明に係る燃料集合体の上部領域または下部
領域におけるアイランド方式の燃料スプリット構成によ
る集合体横断面での燃料要素の配置例を示す模式図、第
４図は本発明に係る燃料集合体の中部領域におけるディ
スクリート方式の燃料スプリット構成による集合体横断
面での燃料要素の配置例を示す模式図、第５図は本発明
に係る燃料集合体の中部領域におけるアトール方式の燃
料スプリット構成による集合体横断面での燃料要素の配
置例を示す模式図、第６図はアイランド方式の別の配置
例を示す集合体横断面の模式図、第７図はディスクリー
ト方式の別の配置例を示す集合体横断面の模式図、第８
図はアトール方式の別の配置例を示す集合体横断面の模
式図である。 （主要部分の符号の説明） A1:上部領域、A2:中部領域、A3:下部領域、A4:天然ウラ
ンブランケット領域、１〜4:ウラン燃料棒、P1〜P6:天
然ウラン＋プルトニウム混在燃料棒、G:可燃性毒物入り
燃料棒、WB:ウオータボックス、W:ウオータロッド、B:
チャンネルボックス、CR:制御棒。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】沸騰水型原子炉に用いられるウラン・プル
   トニウム混合酸化物燃料集合体において、軸方向の燃料
   有効長範囲が上部，中部，下部の三領域に区分され、上
   部領域と下部領域では集合体バンドル外周部にプルトニ
   ウムを含まない燃料棒スプリット構成を有し、中部領域
   では集合体バンドル外周部にプルトニウムを含む燃料棒
   スプリット構成を有することを特徴とする燃料集合体。
2. 【請求項２】上部領域と下部領域がアイランド方式の燃
   料棒スプリット構成を有し、中部領域がディスクリート
   方式またはアトール方式の何れかの燃料棒スプリット構
   成を有することを特徴とする請求項１に記載の燃料集合
   体。
3. 【請求項３】上部領域の上端部または下部領域の下端部
   の少なくとも何れか一方に天然ウランブランケット領域
   を有することを特徴とする請求項１に記載の燃料集合
   体。