JP2860615B2 - プルトニウム専焼用燃料集合体 - Google Patents
プルトニウム専焼用燃料集合体Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はプルトニウム専焼用軽水
炉に利用する核燃料集合体、特にプルトニウムを少ない
量で効率よく燃焼させる上記核燃料集合体に関するもの
である。
炉に利用する核燃料集合体、特にプルトニウムを少ない
量で効率よく燃焼させる上記核燃料集合体に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】核反応において原子炉中に通常、プルト
ニウムが形成されるが、今後、その蓄積は益々進む状勢
にある。一方、ウラン資源には限度があり、これを全部
燃焼したとしても得られるエネルギー総量は有限であ
り、ウラン資源の節約が求められている。
ニウムが形成されるが、今後、その蓄積は益々進む状勢
にある。一方、ウラン資源には限度があり、これを全部
燃焼したとしても得られるエネルギー総量は有限であ
り、ウラン資源の節約が求められている。
【０００３】そこで増殖と転換を柱とした核燃料サイク
ルの確立が重要な課題となり、それには前記プルトニウ
ムを有効に利用することが最も望ましいものとして、プ
ルトニウムの利用が注目されている。
ルの確立が重要な課題となり、それには前記プルトニウ
ムを有効に利用することが最も望ましいものとして、プ
ルトニウムの利用が注目されている。
【０００４】ところで、軽水炉におけるこのようなプル
トニウム(Pu)の利用は燃料として二酸化プルトニウム
（ PuO2 ）を低濃縮度ウラン（天然ウラン，減損ウラン
など）酸化物に混合したMOX の形態がとり入れられ燃料
集合体の構成材および外形寸法を従来の加圧水型原子炉
の燃料集合体のそれと基本的に同じくしてそれらを同時
に装荷することにより行われている。
トニウム(Pu)の利用は燃料として二酸化プルトニウム
（ PuO2 ）を低濃縮度ウラン（天然ウラン，減損ウラン
など）酸化物に混合したMOX の形態がとり入れられ燃料
集合体の構成材および外形寸法を従来の加圧水型原子炉
の燃料集合体のそれと基本的に同じくしてそれらを同時
に装荷することにより行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記燃料
は、これを軽水炉に装荷すると、ウラン酸化物中のＵ−
２３８が中性子を吸収し、Ｕ−２３８→Ｐｕ−２３９→
Ｐｕ２４０→Ｐｕ２４１→Ｐｕ２４２のＰｕ生成チエイ
ンを経てＰｕを生成するが、ＭＯＸ中のＵ−２３８が中
性子吸収物質として作用し、核反応を維持するために
は、それを補償するＰｕ量を多く入れておく必要があっ
た。
は、これを軽水炉に装荷すると、ウラン酸化物中のＵ−
２３８が中性子を吸収し、Ｕ−２３８→Ｐｕ−２３９→
Ｐｕ２４０→Ｐｕ２４１→Ｐｕ２４２のＰｕ生成チエイ
ンを経てＰｕを生成するが、ＭＯＸ中のＵ−２３８が中
性子吸収物質として作用し、核反応を維持するために
は、それを補償するＰｕ量を多く入れておく必要があっ
た。
【０００６】本発明は上述の如き実状にもとづき、これ
に対処して従来のウラン燃料を用いた燃料集合体と同一
形状でウラン酸化物に代わり、 PuO2 と特定された非核
燃料物質との混合をはかることにより従来のウラン燃料
と外部形状を同一とし、かつ同等の核特性、熱水力特性
をもたせて今までのMOX に比し少ないPu量で何ら劣らな
いエネルギーを発生させPuのより一層の効率的利用を達
成することを目的とするものである。
に対処して従来のウラン燃料を用いた燃料集合体と同一
形状でウラン酸化物に代わり、 PuO2 と特定された非核
燃料物質との混合をはかることにより従来のウラン燃料
と外部形状を同一とし、かつ同等の核特性、熱水力特性
をもたせて今までのMOX に比し少ないPu量で何ら劣らな
いエネルギーを発生させPuのより一層の効率的利用を達
成することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】即ち、上記目的に適合す
る本発明の特徴とするところは、プルトニウム専焼用燃
料集合体であって、先ず、ＺｒＯ２，ＭｇＯ，Ａｌ２Ｏ
３，ＺｒＣから選ばれた少なくとも一種の非核燃料物質
を母材とし、ＰｕＯ ２ を前記母材としての非核燃料物質
と混合し、これによりペレットを作成すると共に、該ペ
レットを充填し、燃料棒を作成して同時に装荷されるＵ
Ｏ２，ＭＯＸ各燃料集合体と同一形状で、かつ等価な核
特性をもつ燃料集合体に配置構成せしめる点にある。上
述したＺｒＯ ２ ，ＭｇＯ，Ａｌ ２ Ｏ ３ ，ＺｒＣは何れも
比較的高融点で、良好な熱伝達性を有し、かつ中性子照
射による変形、膨脹が少なく、しかも中性子吸収も比較
的小さい特性をもっている。 また、本発明は上記構成と
共に、更に上記ＰｕＯ２と非核燃料物質との混合割合も
重要であり、非核燃料物質が８０％以上であることが好
ましく、ＰｕＯ２は通常、１０〜１５％である。しか
し、原則的に本発明燃料集合体を軽水炉に装荷した場合
に、従来のウラン燃料と略類似した核特性をもち、炉心
の安全性が確保されなければならないことから、以下の
範囲内とすることが肝要である。 但し、ｘ；等価とするウラン燃料濃縮度（ｗｔ％） ｙ；使用するＰｕ中の核分裂性Ｐｕ（Ｐｕ−ｆｉｓｓ）
の割合（ｗｔ％） ａ；１１３ ｂ；＋５〜−５ なお、上記ａは核計算により集合体の増倍率の燃焼特性
がウラン燃料と類似したものとなるように定められてい
る値であり、また、ｂはＰｕの保存期間によりＰｕ
２４１が崩壊し、増倍率が変化した場合にも核特性がウ
ラン燃料と類似したものとなるように定められている値
である。更に、上記ＰｕＯ２と非核燃料物質との混合組
成はそのままでもよいが、人工放射性同位元素生成のた
めに不純物を別途、添加してもよい。このような不純物
としては４０Ｃａ，５４Ｆｅ，５９Ｃｏ，１２４Ｓｎな
どが挙げられ、上記混合組成に対し適宜混合することが
できる。そして、上記組成をもって混合されたＰｕＯ２
と非核燃料物質あるいは更に添加された不純物はペレッ
トとして形成され、燃料棒に配置作成されて、既知の手
段によって同時に炉内に装荷されるＵＯ２，ＭＯＸ各燃
料集合体と略同一形状かつ等価な核特性をもつ燃料集合
体に形成され、ＵＯ２、ＭＯＸ各燃料集合体と同時に炉
心に装荷されて共用に付される。
る本発明の特徴とするところは、プルトニウム専焼用燃
料集合体であって、先ず、ＺｒＯ２，ＭｇＯ，Ａｌ２Ｏ
３，ＺｒＣから選ばれた少なくとも一種の非核燃料物質
を母材とし、ＰｕＯ ２ を前記母材としての非核燃料物質
と混合し、これによりペレットを作成すると共に、該ペ
レットを充填し、燃料棒を作成して同時に装荷されるＵ
Ｏ２，ＭＯＸ各燃料集合体と同一形状で、かつ等価な核
特性をもつ燃料集合体に配置構成せしめる点にある。上
述したＺｒＯ ２ ，ＭｇＯ，Ａｌ ２ Ｏ ３ ，ＺｒＣは何れも
比較的高融点で、良好な熱伝達性を有し、かつ中性子照
射による変形、膨脹が少なく、しかも中性子吸収も比較
的小さい特性をもっている。 また、本発明は上記構成と
共に、更に上記ＰｕＯ２と非核燃料物質との混合割合も
重要であり、非核燃料物質が８０％以上であることが好
ましく、ＰｕＯ２は通常、１０〜１５％である。しか
し、原則的に本発明燃料集合体を軽水炉に装荷した場合
に、従来のウラン燃料と略類似した核特性をもち、炉心
の安全性が確保されなければならないことから、以下の
範囲内とすることが肝要である。 但し、ｘ；等価とするウラン燃料濃縮度（ｗｔ％） ｙ；使用するＰｕ中の核分裂性Ｐｕ（Ｐｕ−ｆｉｓｓ）
の割合（ｗｔ％） ａ；１１３ ｂ；＋５〜−５ なお、上記ａは核計算により集合体の増倍率の燃焼特性
がウラン燃料と類似したものとなるように定められてい
る値であり、また、ｂはＰｕの保存期間によりＰｕ
２４１が崩壊し、増倍率が変化した場合にも核特性がウ
ラン燃料と類似したものとなるように定められている値
である。更に、上記ＰｕＯ２と非核燃料物質との混合組
成はそのままでもよいが、人工放射性同位元素生成のた
めに不純物を別途、添加してもよい。このような不純物
としては４０Ｃａ，５４Ｆｅ，５９Ｃｏ，１２４Ｓｎな
どが挙げられ、上記混合組成に対し適宜混合することが
できる。そして、上記組成をもって混合されたＰｕＯ２
と非核燃料物質あるいは更に添加された不純物はペレッ
トとして形成され、燃料棒に配置作成されて、既知の手
段によって同時に炉内に装荷されるＵＯ２，ＭＯＸ各燃
料集合体と略同一形状かつ等価な核特性をもつ燃料集合
体に形成され、ＵＯ２、ＭＯＸ各燃料集合体と同時に炉
心に装荷されて共用に付される。
【０００８】
【作用】上記本発明に係る燃料集合体はＵＯ２，ＭＯＸ
各燃料集合体と同一形状、等価核特性のためそれら燃料
集合体と共に軽水炉心内に配置装荷される。このとき、
中性子吸収物質としてのＵ−２３８が含まれていないこ
とからＭＯＸ燃料に比べて少ないＰｕ量でＭＯＸ燃料利
用と同一のエネルギーを発生させることが可能となり、
また取り出しＰｕ中のＰｕ−ｆｉｓｓが極端に低く、価
値は大幅に低下する。また、４０Ｃａ，５４Ｆｅ，５９
Ｃｏ，１２４Ｓｎなどの不純物を添加するときは、中性
子吸収反応により下記の如く有用な人工放射性同位元素
を生成したこれを利用することが可能となる。４０Ｃａ
（ｎ，γ）４１Ｃａ， ５４Ｆｅ（ｎ，γ）５５Ｆｅ，
５９Ｃｏ（Ｎｎ，γ）６０Ｃｏ，１２４Ｓｎ（ｎ，
γ）１２５Ｓｎ
各燃料集合体と同一形状、等価核特性のためそれら燃料
集合体と共に軽水炉心内に配置装荷される。このとき、
中性子吸収物質としてのＵ−２３８が含まれていないこ
とからＭＯＸ燃料に比べて少ないＰｕ量でＭＯＸ燃料利
用と同一のエネルギーを発生させることが可能となり、
また取り出しＰｕ中のＰｕ−ｆｉｓｓが極端に低く、価
値は大幅に低下する。また、４０Ｃａ，５４Ｆｅ，５９
Ｃｏ，１２４Ｓｎなどの不純物を添加するときは、中性
子吸収反応により下記の如く有用な人工放射性同位元素
を生成したこれを利用することが可能となる。４０Ｃａ
（ｎ，γ）４１Ｃａ， ５４Ｆｅ（ｎ，γ）５５Ｆｅ，
５９Ｃｏ（Ｎｎ，γ）６０Ｃｏ，１２４Ｓｎ（ｎ，
γ）１２５Ｓｎ
【０００９】
【実施例】以下、更に本発明の実施例を具体的に説明す
る。先ず本発明燃料集合体において燃料例として下記
（ａ）記載のものを８７万ＫＷ級ＰＷＲに装荷するもの
として設けた。同時に比較のためＵＯ２燃料，ＭＯＸ燃
料の各核燃料集合体についても下記（ｂ），（ｃ）の如
く設け、これらについても夫々取り出し時の組成並びに
装荷、取り出し時の集合体１体辺りのＰｕ量（ｋｇ）を
求めた。
る。先ず本発明燃料集合体において燃料例として下記
（ａ）記載のものを８７万ＫＷ級ＰＷＲに装荷するもの
として設けた。同時に比較のためＵＯ２燃料，ＭＯＸ燃
料の各核燃料集合体についても下記（ｂ），（ｃ）の如
く設け、これらについても夫々取り出し時の組成並びに
装荷、取り出し時の集合体１体辺りのＰｕ量（ｋｇ）を
求めた。
【００１０】また、集合体無限増倍率の燃焼特性の比較
をも行った。それら各結果を表１，表２及び表３に併記
すると共に図１に示す。 ａ）本発明燃料 Al2 O 3 − PuO2 燃料（図１の１点
鎖線） １）材料 Al2 O 3 − PuO2 ２）組成 プルトニウム同位体組成及び PuO2 含有量を後記表１に
炉心装荷時の組成を示す。 ｂ）ウラン燃料（図１の実線） １）材料 UO2 ２）ウラン同位体組成 濃縮度4.1 wt％ ｃ）MOX 燃料（図１の点線） １）材料 UO2 − PuO2 ２）組成 ウラン同位体組成 天然ウラン プルトニウム同位体組成及びプルトニウム富化度は
後記表１に炉心装荷時の組成を示す 次に表１，表２及び表３を掲げる。 以下余白
をも行った。それら各結果を表１，表２及び表３に併記
すると共に図１に示す。 ａ）本発明燃料 Al2 O 3 − PuO2 燃料（図１の１点
鎖線） １）材料 Al2 O 3 − PuO2 ２）組成 プルトニウム同位体組成及び PuO2 含有量を後記表１に
炉心装荷時の組成を示す。 ｂ）ウラン燃料（図１の実線） １）材料 UO2 ２）ウラン同位体組成 濃縮度4.1 wt％ ｃ）MOX 燃料（図１の点線） １）材料 UO2 − PuO2 ２）組成 ウラン同位体組成 天然ウラン プルトニウム同位体組成及びプルトニウム富化度は
後記表１に炉心装荷時の組成を示す 次に表１，表２及び表３を掲げる。 以下余白
【００１１】
【表１】
【００１２】 ＊１ 装荷時のＰｕ組成は、ウラン燃料取出３年後に分
離されたＰｕをさらに２年後に装荷するとして算出 ＊２ 装荷時はＰｕ＋Ａｍに対する組成、取出時はＰｕ
Ｏ２に対する組成 ＊３ 製造時の値
離されたＰｕをさらに２年後に装荷するとして算出 ＊２ 装荷時はＰｕ＋Ａｍに対する組成、取出時はＰｕ
Ｏ２に対する組成 ＊３ 製造時の値
【００１３】
【表２】
【００１４】
【表３】
【００１５】 ＊１ 装荷時のＰｕ組成は、ウラン燃料取出３年後に分
離されたＰｕをさらに２年後に装荷するとして算出 ＊４ 装荷時からの変化 また一方、図１に表れた集合体無限増倍率の比較より、
本発明に係るＡｌ２Ｏ３−ＰｕＯ２燃料はＭＯＸ燃料に
比し同増倍率がすぐれており、ウラン燃料に対しても何
ら実用上、遜色のないことが認められる。しかも、前記
表１，２及び表３の記載より取出しＰｕ中のＰｕＯ２−
ｆｉｓｓが極端に低く、価値が大幅に低下することが認
められ、本発明燃料は充分、有用であることが理解され
る。
離されたＰｕをさらに２年後に装荷するとして算出 ＊４ 装荷時からの変化 また一方、図１に表れた集合体無限増倍率の比較より、
本発明に係るＡｌ２Ｏ３−ＰｕＯ２燃料はＭＯＸ燃料に
比し同増倍率がすぐれており、ウラン燃料に対しても何
ら実用上、遜色のないことが認められる。しかも、前記
表１，２及び表３の記載より取出しＰｕ中のＰｕＯ２−
ｆｉｓｓが極端に低く、価値が大幅に低下することが認
められ、本発明燃料は充分、有用であることが理解され
る。
【００１６】
【発明の効果】本発明は以上のようにＰｕＯ２を母材と
しての非核燃料物質に混合し、ペレットを作成すると共
に、これを充填し燃料棒として同時に装荷されるＵ
Ｏ２、ＭＯＸ各燃料集合体と同一形状かつ等価な核特性
をもつように構成したものであり、ＰｕＯ２の利用にし
てもＭＯＸ燃料におけるＵ−２３８の如く中性子吸収物
質を含有しないため、プルトニウムを効率よく燃焼さ
せ、ＭＯＸ燃料の如くＰｕＯ２の補償をする必要はな
く、ＭＯＸに比べ少量のＰｕＯ２で充分同一のエネルギ
ーを発生することが可能となって、プルトニウムの一層
の有効利用を図ることができ、ウラン資源の節約に顕著
な効果が期待される。また、本発明燃料集合体によれば
使用後のプルトニウムはＰｕ−ｆｉｓｓ（核分裂性物
質）が少なく利用価値が大幅に低下し、プルトニウム専
焼用燃料集合体として極めて有効である。
しての非核燃料物質に混合し、ペレットを作成すると共
に、これを充填し燃料棒として同時に装荷されるＵ
Ｏ２、ＭＯＸ各燃料集合体と同一形状かつ等価な核特性
をもつように構成したものであり、ＰｕＯ２の利用にし
てもＭＯＸ燃料におけるＵ−２３８の如く中性子吸収物
質を含有しないため、プルトニウムを効率よく燃焼さ
せ、ＭＯＸ燃料の如くＰｕＯ２の補償をする必要はな
く、ＭＯＸに比べ少量のＰｕＯ２で充分同一のエネルギ
ーを発生することが可能となって、プルトニウムの一層
の有効利用を図ることができ、ウラン資源の節約に顕著
な効果が期待される。また、本発明燃料集合体によれば
使用後のプルトニウムはＰｕ−ｆｉｓｓ（核分裂性物
質）が少なく利用価値が大幅に低下し、プルトニウム専
焼用燃料集合体として極めて有効である。
【００１７】なお、本発明燃料集合体の組成中に４０Ｃ
ａ，５４Ｆｅなどの元素を混合するときは中性子吸収反
応で人工放射性同位元素が作成される。この時も従来の
ウラン燃料と外形形状を同一として同等の核特性、熱水
力特性をもたせることが可能である。
ａ，５４Ｆｅなどの元素を混合するときは中性子吸収反
応で人工放射性同位元素が作成される。この時も従来の
ウラン燃料と外形形状を同一として同等の核特性、熱水
力特性をもたせることが可能である。
【図１】集合体無限増倍率の燃焼特性の比較図であり、
実線はUO2 燃料、点線はMOX 燃料、１点鎖線は本発明の
Al2 O 3 − PuO2 燃料の場合を示す。
実線はUO2 燃料、点線はMOX 燃料、１点鎖線は本発明の
Al2 O 3 − PuO2 燃料の場合を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川本 忠男 大阪府堺市御池台３丁17番８号 (56)参考文献 特開 昭59−75184（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−84187（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G21C 3/328 G21C 3/62
Claims (2)
- 【請求項１】 プルトニウム専焼用燃料集合体であっ
て、ＺｒＯ２，ＭｇＯ，Ａｌ２Ｏ３，ＺｒＣから選ばれ
た少なくとも１種の非核燃料物質を母材とし、ＰｕＯ２
を前記母材としての非核燃料物質と混合し、ペレットを
作成すると共に、該ペレットを充填し燃料棒を作成して
同時に装荷されるＵＯ２ 燃料集合体、ＭＯＸ燃料集合体
と同一形状で、かつ等価な核特性をもつ燃料集合体に配
置構成せしめ、かつＰｕＯ ２ と母材としての非核燃料物
質との混合組成割合をＰｕＯ ２ の体積割合で下記式で定
められる範囲とすることを特徴とするプルトニウム専焼
用燃料集合体。 但し、ｘ；等価とするウラン燃料濃縮度（ｗｔ％） ｙ；使用するＰｕ中の核分裂性Ｐｕ（Ｐｕ−ｆｉｓｓ）
の割合（ｗｔ％） ａ；１１３ ｂ；＋５〜−５ - 【請求項２】 ＰｕＯ２と母材としての非核燃料物質と
の混合組成中に４０Ｃａ，５４Ｆｅ，５９Ｃｏ，１２４
Ｓｎから選ばれた１種以上の元素を添加混合せしめるこ
とを特徴とする請求項１記載のプルトニウム専焼用燃料
集合体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3309766A JP2860615B2 (ja) | 1991-10-28 | 1991-10-28 | プルトニウム専焼用燃料集合体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3309766A JP2860615B2 (ja) | 1991-10-28 | 1991-10-28 | プルトニウム専焼用燃料集合体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05119177A JPH05119177A (ja) | 1993-05-18 |
| JP2860615B2 true JP2860615B2 (ja) | 1999-02-24 |
Family
ID=17997011
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3309766A Expired - Fee Related JP2860615B2 (ja) | 1991-10-28 | 1991-10-28 | プルトニウム専焼用燃料集合体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2860615B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108417279B (zh) * | 2018-02-01 | 2020-05-01 | 中国工程物理研究院材料研究所 | 一种ZrC和UO2复合燃料芯块及其制备方法和应用 |
-
1991
- 1991-10-28 JP JP3309766A patent/JP2860615B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05119177A (ja) | 1993-05-18 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19981020 |
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| R250 | Receipt of annual fees |
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| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |