JP2972177B2 - Fuel element and fuel assembly for thermal neutron reactor - Google Patents

Fuel element and fuel assembly for thermal neutron reactor

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JP2972177B2
JP2972177B2 JP10078283A JP7828398A JP2972177B2 JP 2972177 B2 JP2972177 B2 JP 2972177B2 JP 10078283 A JP10078283 A JP 10078283A JP 7828398 A JP7828398 A JP 7828398A JP 2972177 B2 JP2972177 B2 JP 2972177B2
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    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、熱中性子炉で用い
る燃料要素及び燃料集合体に関し、更に詳しく述べる
と、内側部分の核分裂性物質濃度が外側部分の核分裂性
物質濃度よりも高い核燃料物質からなるか、あるいは内
側部分が核燃料物質からなり外側部分が燃料親物質から
なる二重ペレットを用いた熱中性子炉用燃料要素及び燃
料集合体に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel element and a fuel assembly for use in a thermal neutron reactor. More specifically, the present invention relates to a fuel element and a fuel assembly in which the inner portion has a higher fissile material concentration than the outer portion. The present invention relates to a fuel element and a fuel assembly for a thermal neutron reactor using double pellets comprising an inner portion made of a nuclear fuel material and an outer portion made of a fuel parent material.

【0002】[0002]

【従来の技術】熱中性子炉に用いられる燃料要素は、通
常、多数の燃料ペレットを被覆管内に封入した構造であ
る。燃料ペレットとしては、一般に、二酸化ウランある
いはウラン・プルトニウム混合酸化物(MOX)からな
る核燃料物質により製造される均一ペレットが用いられ
ている。
2. Description of the Related Art A fuel element used in a thermal neutron reactor generally has a structure in which a large number of fuel pellets are sealed in a cladding tube. As the fuel pellets, generally, uniform pellets made of nuclear fuel material composed of uranium dioxide or uranium-plutonium mixed oxide (MOX) are used.

【0003】ところで原子炉の稼働率を上げるために
は、原子炉の運転期間を長期化することが要求される。
そこで燃料集合体を長期間燃焼させる必要があり、その
ためには燃料中の核分裂物質濃度を高める必要がある。
しかし、単に燃料中の核分裂物質濃度の高い燃料要素を
用いた燃料集合体では、次のような問題が生じる。 燃焼初期の余剰反応度が上昇し、炉心径方向出力ピー
キングが増加する。 燃料集合体内中央部の熱中性子束が減少することか
ら、燃料集合体内の局所出力ピーキング係数が増加す
る。
In order to increase the operating rate of a nuclear reactor, it is necessary to extend the operating period of the nuclear reactor.
Therefore, it is necessary to burn the fuel assembly for a long time, and for that purpose, it is necessary to increase the concentration of fissile material in the fuel.
However, a fuel assembly using a fuel element having a high fissile material concentration in fuel simply has the following problems. The excess reactivity in the initial stage of combustion increases, and the power peaking in the core radial direction increases. Since the thermal neutron flux in the center of the fuel assembly decreases, the local power peaking coefficient in the fuel assembly increases.

【0004】上記の対策としては、燃焼初期の余剰反
応度を抑制するために可燃性毒物を添加した燃料要素を
用いる技術がある。具体的には、二酸化ウラン又はウラ
ン・プルトニウム混合酸化物の中に酸化ガドリニウムを
固溶させた均一ペレット、あるいは二酸化ウラン又はウ
ラン・プルトニウム混合酸化物のペレットの中心部に酸
化ガドリニウム棒を挿入した二重ペレットが用いられて
いる。
As a countermeasure for the above, there is a technique using a fuel element to which a burnable poison is added in order to suppress the excess reactivity in the initial stage of combustion. Specifically, gadolinium oxide is solid-dissolved in uranium dioxide or a mixed oxide of uranium and plutonium, or a uniform pellet in which gadolinium oxide is dissolved, or a gadolinium oxide rod is inserted into the center of a pellet of uranium dioxide or a mixed oxide of uranium and plutonium. Heavy pellets are used.

【0005】また、上記の対策としては、燃料集合体
の局所出力ピーキング係数を低減するために、核分裂物
質濃度を変化させた多種類の燃料要素を配列することが
検討されている。
In order to reduce the local output peaking coefficient of the fuel assembly, an arrangement of various types of fuel elements having different fissile material concentrations has been studied as the above countermeasure.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかし、可燃性毒物を
含有する燃料要素は出力抑制効果が大きく、局所的に出
力の極めて少ない燃料要素が偏在することになり、燃料
集合体内局所出力ピーキング係数を更に増加させる問題
が生じる。また、このような可燃性毒物入りの燃料要素
を製作するためには、核燃料製造施設の中に、可燃性毒
物を含有しない燃料要素と、含有する燃料要素を作るラ
インが独立に2系統必要となり、製造コストの上昇を招
く。
However, a fuel element containing a burnable poison has a large output suppressing effect, and a fuel element having an extremely small output is unevenly distributed locally. The problem of further increase arises. In addition, in order to manufacture such a fuel element containing a burnable poison, two independent lines of a fuel element not containing a burnable poison and a line for producing the fuel element containing a burnable poison are required in a nuclear fuel manufacturing facility. This leads to an increase in manufacturing costs.

【0007】他方、核分裂物質濃度を変化させた多種類
の燃料要素を使用すると、その燃料製造過程におけるキ
ャンペーン数の増加、製造・製品管理の複雑化などによ
り、やはり製造コストの上昇を招く。
[0007] On the other hand, when using many types of fuel elements with varied fissile material concentrations, the number of campaigns in the fuel manufacturing process increases, and manufacturing and product management become complicated, which also increases manufacturing costs.

【0008】本発明の目的は、燃焼初期の余剰反応度が
大きくならないために可燃性毒物を必要とせず、燃料集
合体内の局所出力ピーキング係数が大きくならないため
に核分裂物質濃度を変化させた燃料要素を多種類使用す
る必要が無く、且つ燃焼に伴う反応度の低下が緩やか
で、長期間燃焼させることができる熱中性子炉用燃料要
素及び燃料集合体を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a fuel element which does not require a burnable poison because the excess reactivity does not increase in the initial stage of combustion, and changes the fissile material concentration in order to prevent the local power peaking coefficient in the fuel assembly from increasing. It is an object of the present invention to provide a fuel element and a fuel assembly for a thermal neutron reactor, which do not require the use of many kinds of, and whose reactivity decreases slowly with combustion and can be burned for a long period of time.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、内側部分の核
分裂性物質濃度が外側部分の核分裂性物質濃度よりも高
い核燃料物質からなる多数の二重ペレットを、被覆管内
に封入した熱中性子炉用燃料要素である。また本発明
は、内側部分が核燃料物質からなり、外側部分が燃料親
物質からなる多数の二重ペレットを、被覆管内に封入し
た熱中性子炉用燃料要素である。いずれにしても本発明
では、二重ペレットの外側部分の自己遮蔽効果を利用し
て余剰反応度を抑制しており、この点に特徴がある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a thermal neutron reactor in which a large number of double pellets made of a nuclear fuel material whose fissile material concentration is higher than that of an outer portion are enclosed in a cladding tube. Fuel element. Further, the present invention is a fuel element for a thermal neutron reactor in which a large number of double pellets having an inner portion made of a nuclear fuel material and an outer portion made of a fuel parent material are sealed in a cladding tube. In any case, in the present invention, the excess reactivity is suppressed by utilizing the self-shielding effect of the outer portion of the double pellet, which is characterized in this point.

【0010】本発明では、このような燃料要素を多数本
配列して束ねることで燃料集合体を構成する。なお、上
記の核燃料物質あるいは燃料親物質は、例えばウラン、
プルトニウム、あるいはトリウムを含有する酸化物燃料
などである。また外側部分の核燃料物質あるいは燃料親
物質は金属燃料でもよい。金属燃料は酸化物燃料と比較
して熱伝導度が良い分、熱的に有利である。
In the present invention, a fuel assembly is formed by arranging and bundling a number of such fuel elements. The above nuclear fuel material or fuel parent material is, for example, uranium,
Plutonium or oxide fuel containing thorium. Further, the nuclear fuel material or the parent material of the outer portion may be a metal fuel. Metal fuels are thermally advantageous because they have better thermal conductivity than oxide fuels.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】図1は本発明に係る燃料集合体の
一実施形態を示す横断面図である。ここでは新型転換炉
(ATR)に適用した例を示している。まず新型転換炉
について概略説明しておく。原子炉本体は、多数のカラ
ンドリア管10が正方格子状に配列され各カランドリア
管10の外側が重水D2 Oで満たされているカランドリ
アタンク、各カランドリア管10に挿入されている圧力
管12、該圧力管12内に装荷される燃料集合体、及び
遮蔽体などからなる。燃料集合体は、圧力管12内で炉
心下部から流入する軽水冷却材H2 Oによって冷却さ
れ、加熱されて沸騰した冷却材は蒸気となり上昇して蒸
気ドラムへと向かう。なお、圧力管12とカランドリア
管10との間には、熱遮蔽として炭酸ガスCO2 を供給
する。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing one embodiment of a fuel assembly according to the present invention. Here, an example in which the present invention is applied to an advanced conversion furnace (ATR) is shown. First, the new conversion furnace will be briefly described. The reactor body includes a calandria tank in which a number of calandria tubes 10 are arranged in a square lattice and the outside of each of the calandria tubes 10 is filled with heavy water D 2 O, a pressure tube 12 inserted in each of the calandria tubes 10, It consists of a fuel assembly loaded in the pressure pipe 12, a shield, and the like. The fuel assembly is cooled by the light water coolant H 2 O flowing from the lower part of the core in the pressure pipe 12, and the heated and boiled coolant becomes steam and rises toward the steam drum. In addition, between the pressure pipe 12 and the calandria pipe 10, carbon dioxide CO 2 is supplied as a heat shield.

【0012】燃料集合体は、ここでは28本の燃料要素
14を束にしたクラスター型で、各燃料要素14は多数
の燃料ペレットを被覆管16に充填した構造である。燃
料要素14は、3層の同心円周上に配列され、上下両端
をタイプレートで固定するとともに、水平方向の構造的
安定を図るためにスペーサを設け、スペーサ間をスペー
サタイロッド18で固定する。
The fuel assembly is a cluster type in which 28 fuel elements 14 are bundled, and each fuel element 14 has a structure in which a large number of fuel pellets are filled in a cladding tube 16. The fuel elements 14 are arranged on three layers of concentric circles. The upper and lower ends are fixed by tie plates, spacers are provided for structural stability in the horizontal direction, and spacers are fixed by spacer tie rods 18.

【0013】拡大して図示したように、本発明では燃料
ペレットとして二重ペレット20を用いる。例えば内側
部分22は核分裂性物質濃度が高い核燃料物質からな
り、外側部分24は、核分裂性物質濃度が低い核燃料物
質からなる構造である。このような多数の二重ペレット
20を被覆管16内に封入して燃料要素14とする。
As shown in an enlarged view, the present invention uses a double pellet 20 as a fuel pellet. For example, the inner portion 22 is made of a nuclear fuel material having a high fissile material concentration, and the outer portion 24 is made of a nuclear fuel material having a low fissile material concentration. A large number of such double pellets 20 are sealed in the cladding tube 16 to form the fuel element 14.

【0014】また他の例としては、内側部分が核燃料物
質からなり、外側部分が燃料親物質からなる二重ペレッ
トを用いて燃料要素を構成することもできる。
As another example, the fuel element can be formed by using a double pellet whose inner portion is made of a nuclear fuel material and whose outer portion is made of a fuel parent material.

【0015】本発明としては、このような二重ペレット
のみからなる燃料要素のみを束ねて燃料集合体とする構
成があるが、その他、このような二重ペレットと均一ペ
レットとを組み合わせる構成もある。後者の場合、例え
ば、中央部に酸化ウラン又はウラン・プルトニウム混合
酸化物からなる均一ペレットを被覆管に封入した燃料要
素を配置し、外側に二重ペレットを被覆管に封入した燃
料要素を配置した燃料集合体を配置する例がある。ある
いは、軸方向の上下部に酸化ウラン又はウラン・プルト
ニウム混合酸化物からなる均一ペレットが位置し、その
中央部に二重ペレットが位置するように被覆管内に装填
して燃料要素とし、それを束ねて燃料集合体とする構
成、更にはそれら両方の技術を組み合わせて燃料集合体
を構成することもできる。
According to the present invention, there is a configuration in which only such a fuel element consisting of double pellets is bundled to form a fuel assembly, but there is also a configuration in which such a double pellet and a uniform pellet are combined. . In the latter case, for example, a fuel element in which uniform pellets made of uranium oxide or uranium-plutonium mixed oxide are enclosed in a cladding tube is disposed in the center, and a fuel element in which double pellets are enclosed in a cladding tube is disposed outside. There is an example of disposing a fuel assembly. Alternatively, uniform pellets made of uranium oxide or uranium-plutonium mixed oxide are located in the upper and lower portions in the axial direction, and the pellets are loaded into the cladding so that the double pellets are located in the center, and bundled. Alternatively, a fuel assembly can be formed by combining both technologies.

【0016】なお本発明で用いる二重ペレットは、円筒
状の外側部材に円柱状又は粒子状の内側部材を挿入する
方法で製作できる。例えば、劣化ウラン−ジルコニウム
合金燃料を、中心軸に沿って貫通孔を開け、その貫通孔
に核分裂性物質濃度の高い細径のウラン・プルトニウム
混合酸化物燃料を挿入するか、あるいは粒子状のウラン
・プルトニウム混合酸化物燃料を充填するなどの方法が
採用できる。
The double pellet used in the present invention can be produced by a method in which a cylindrical or particulate inner member is inserted into a cylindrical outer member. For example, a depleted uranium-zirconium alloy fuel is formed with a through-hole along the central axis, and a small-diameter uranium-plutonium mixed oxide fuel having a high fissile material concentration is inserted into the through-hole, or particulate uranium is inserted. -A method such as filling with plutonium mixed oxide fuel can be adopted.

【0017】[0017]

【実施例】以下、実施例1〜4で、本発明による二重ペ
レットを用いた燃料集合体(実施例)と均一ペレットを
用いた燃料集合体(比較例)とについて、比較検討した
結果を説明する。
EXAMPLES Hereinafter, in Examples 1 to 4, the results of a comparative study of a fuel assembly using double pellets according to the present invention (Example) and a fuel assembly using uniform pellets (Comparative Example) will be described. explain.

【0018】(実施例1)実施例1は、内側部分の核分
裂性物質濃度が外側部分の核分裂性物質濃度よりも高い
核燃料物質からなる二重ペレットを用いた燃料集合体の
場合であり、比較例1は均一ペレットを用いた燃料集合
体の場合である。想定した原子炉は新型転換炉であり、
燃料集合体の構成は図1に示す通りである。解析に用い
た燃料ペレットの詳細を表1に示す。
Example 1 Example 1 is a case of a fuel assembly using a double pellet made of a nuclear fuel material in which the concentration of fissile material in the inner part is higher than that in the outer part. Example 1 is a case of a fuel assembly using uniform pellets. The assumed reactor is a new conversion reactor,
The structure of the fuel assembly is as shown in FIG. Table 1 shows details of the fuel pellets used in the analysis.

【0019】表1の2種類の燃料ペレットを用いて構成
した燃料集合体の実効増倍率の燃焼度変化を図2に示
す。比較例1の燃料集合体は、燃焼初期の余剰反応度が
大きくなり、酸化ガドリニウム等の可燃性毒物を添加
し、余剰反応度を抑制する必要がある。しかし実施例1
の燃料集合体は、その必要が無く、燃焼に伴う反応度の
低下も緩やかである。これは、実施例1の燃料集合体で
は、燃料要素断面における外側部分に燃料親物質が多く
含まれているため、これらの燃料親物質による中性子の
遮蔽効果によるものである。
FIG. 2 shows the change in burnup of the effective multiplication factor of a fuel assembly constituted by using the two types of fuel pellets shown in Table 1. The excess reactivity of the fuel assembly of Comparative Example 1 in the initial stage of combustion becomes large, and it is necessary to add a burnable poison such as gadolinium oxide to suppress the excess reactivity. However, Example 1
This fuel assembly does not need to be used, and the decrease in reactivity accompanying combustion is moderate. This is due to the neutron shielding effect of the fuel assembly of the first embodiment, because the outer portion of the fuel element cross section contains a large amount of the fuel parent material.

【0020】[0020]

【表1】 [Table 1]

【0021】図3は、上記のように構成した2種の燃料
集合体の局所出力ピーキング係数の燃焼度変化の比較を
示すものである。比較例1の燃料集合体では、核分裂性
物質濃度を燃料集合体内で一様としたため、燃料集合体
の外層で大きな出力ピーキングが生じ、局所出力ピーキ
ング係数が過度に増大している。これを低減するために
は、核分裂物質濃度を変化させた燃料要素を多種類使用
する必要がある。しかし、実施例1の燃料集合体では、
局所出力ピーキング係数が小さいため、核分裂物質濃度
を変化させた燃料要素を多種類使用する必要が無い。ま
た外側燃料要素の燃焼に伴う出力ピーキングの低下も緩
やかであり、熱除去の観点からも有利である。これら
は、前述と同様の理由により、実施例1で用いた燃料要
素は燃焼に伴う出力の低下が緩やかなためである。更に
実施例1の燃料集合体では局所出力ピーキング係数が小
さい状態、すなわち平坦な出力分布で燃焼が進行するた
め、一部の燃料要素だけの燃焼が極端に進行することを
防止することができ、燃料要素の機械的及び熱的健全性
を確保することができる。
FIG. 3 shows a comparison of the burn-up change of the local output peaking coefficient of the two fuel assemblies constructed as described above. In the fuel assembly of Comparative Example 1, since the fissile material concentration was uniform in the fuel assembly, large output peaking occurred in the outer layer of the fuel assembly, and the local output peaking coefficient was excessively increased. In order to reduce this, it is necessary to use many types of fuel elements with varied fissile material concentrations. However, in the fuel assembly of the first embodiment,
Since the local output peaking coefficient is small, it is not necessary to use many types of fuel elements with varied fissile material concentrations. In addition, the output peaking caused by the combustion of the outer fuel element is moderately reduced, which is advantageous from the viewpoint of heat removal. These are because, for the same reason as described above, the fuel element used in the first embodiment has a gradual decrease in output accompanying combustion. Further, in the fuel assembly according to the first embodiment, the combustion proceeds with a small local output peaking coefficient, that is, a flat power distribution. Therefore, it is possible to prevent the combustion of only some of the fuel elements from extremely proceeding. The mechanical and thermal integrity of the fuel element can be ensured.

【0022】(実施例2)実施例2は、内側部分が核分
裂性物質からなり、外側部分が燃料親物質からなる二重
ペレットを用いた燃料集合体の場合であり、比較例2は
均一ペレットを用いた燃料集合体の場合である。想定し
た原子炉は新型転換炉であり、燃料集合体の構成は図1
に示したのと同様である。解析に用いた燃料ペレットの
詳細を表2に示す。
Example 2 Example 2 is a case of a fuel assembly using double pellets in which the inner part is made of a fissile material and the outer part is made of a fuel parent material. Comparative Example 2 is a uniform pellet. This is the case of the fuel assembly using the fuel assembly. The assumed nuclear reactor is a new type of converter, and the structure of the fuel assembly is shown in Fig. 1.
Is the same as shown in FIG. Table 2 shows details of the fuel pellets used for the analysis.

【0023】[0023]

【表2】 [Table 2]

【0024】上記のように構成した2種の燃料集合体の
実効増倍率の燃焼度変化を図4に示す。また局所出力ピ
ーキング係数の燃焼度変化の比較を図5に示す。これら
も実施例1の場合と同様の傾向となる。
FIG. 4 shows the change in the burnup of the effective multiplication factor of the two types of fuel assemblies configured as described above. FIG. 5 shows a comparison of changes in the burnup of the local output peaking coefficient. These also have the same tendency as in the first embodiment.

【0025】(実施例3)実施例3も実施例2と同様、
内側部分が核分裂性物質からなり、外側部分が燃料親物
質からなる二重ペレットを用いた燃料集合体の場合であ
る。想定した原子炉は新型転換炉であり、燃料集合体の
構成は図1に示したのと同様である。解析に用いた燃料
ペレットの詳細を表3に示す。
(Embodiment 3) Embodiment 3 is also similar to Embodiment 2,
This is the case of a fuel assembly using double pellets in which the inner part is made of fissile material and the outer part is made of a fuel parent material. The assumed nuclear reactor is a new type of converter, and the configuration of the fuel assembly is the same as that shown in FIG. Table 3 shows details of the fuel pellets used in the analysis.

【0026】[0026]

【表3】 [Table 3]

【0027】上記のように構成した2種の燃料集合体の
実効増倍率の燃焼度変化を図6に、また局所出力ピーキ
ング係数の燃焼度変化の比較を図7に示す。これらも実
施例1及び実施例2の場合と同様の傾向となる。
FIG. 6 shows a change in the burnup of the effective multiplication factor of the two fuel assemblies configured as described above, and FIG. 7 shows a comparison of a change in the burnup of the local output peaking coefficient. These also have the same tendency as in the first and second embodiments.

【0028】(実施例4)実施例4は、内側部分が核分
裂性物質からなり、外側部分が熱伝導度の良い劣化ウラ
ンの金属燃料からなる二重ペレットを用いた燃料集合体
の場合である。なお、比較例4は、均一ペレットを用い
た燃料集合体の場合であり、Pu重量が等しくなるよう
設定したものである。また、チャンネル出力はいずれの
場合も同一条件である。想定した原子炉は新型転換炉で
あり、燃料集合体は、中心部にスペーサ支持管が挿通さ
れ、内層に12本、中間層に18本、外層に24本の燃
料要素を同心円周上に配列した構成である。解析に用い
た燃料ペレットの詳細を表4に示す。
(Embodiment 4) Embodiment 4 is a case of a fuel assembly using a double pellet made of a metal fuel of depleted uranium having an inner portion made of fissile material and an outer portion having good thermal conductivity. . Comparative Example 4 is a case of a fuel assembly using uniform pellets, and is set so that Pu weights are equal. The channel output is the same under all conditions. The assumed nuclear reactor is a new type of reactor, and the fuel assembly has a spacer support tube inserted in the center, 12 fuel elements in the inner layer, 18 fuel elements in the intermediate layer, and 24 fuel elements in the outer layer arranged concentrically. This is the configuration. Table 4 shows details of the fuel pellets used in the analysis.

【0029】[0029]

【表4】 [Table 4]

【0030】上記のように構成した2種の燃料集合体を
用いた場合の照射に伴う燃料反応度変化を図8に示す。
また燃料集合体内出力分布を図9に示す。なお、実施例
4では金属燃料を使用しており、比較例4とは核物質重
量が異なるので、燃焼度を照射日数に換算し比較評価を
行う。これらも実施例1乃至3の場合と同様の傾向にな
る。
FIG. 8 shows a change in fuel reactivity caused by irradiation when two types of fuel assemblies having the above-described structures are used.
FIG. 9 shows the power distribution in the fuel assembly. In Example 4, a metal fuel was used, and the weight of the nuclear material was different from that in Comparative Example 4. Therefore, the burn-up was converted into the number of irradiation days and comparative evaluation was performed. These also have the same tendency as in the first to third embodiments.

【0031】以上の各実施例についての解析から、本発
明の燃料集合体では、燃焼初期の余剰反応度を抑え、燃
焼中期以降も反応度を高くすることが可能であり、長期
間燃焼させることができることが分かる。また、燃焼期
間を通じて燃料集合体内の出力分布が平坦化されること
も分かる。これらの効果は、燃料要素断面における外側
部分の燃料親物質の割合が多いほど大きく、またU−2
38よりもTh−232の方が大きくなることも分か
る。
From the analysis of each of the above embodiments, the fuel assembly of the present invention can suppress the excess reactivity in the early stage of combustion and increase the reactivity even after the middle stage of combustion. You can see that it can be done. It can also be seen that the power distribution in the fuel assembly is flattened throughout the combustion period. These effects become larger as the proportion of the parent material in the outer part in the cross section of the fuel element increases, and the effect of U-2
It can also be seen that Th-232 is larger than 38.

【0032】[0032]

【発明の効果】本発明は、熱中性子炉で用いる燃料要素
横断面において、燃料内側部分の核分裂物質濃度を外側
部分のそれよりも高くすること、あるいは外側部分を燃
料親物質で構成することにより、酸化ガドリニウム等の
可燃性毒物を必要とせず、また核分裂物質濃度を変化さ
せた多種類の燃料要素を使用すること無く、燃料中の核
分裂性物質濃度を高めて燃料集合体を長期間燃焼させる
ことが可能となる。そのため原子炉の稼働率を上げるこ
とができ、燃料製造コストを低減でき、全体として経済
性に優れた燃料要素及び燃料集合体が得られる。
According to the present invention, in the cross section of a fuel element used in a thermal neutron reactor, the concentration of fissile material in the inner part of the fuel is made higher than that in the outer part, or the outer part is made of a fuel parent material. The fuel assembly is burned for a long time by increasing the fissile material concentration in the fuel without using burnable poisons such as gadolinium oxide, and without using various types of fuel elements with varied fissile material concentrations. It becomes possible. Therefore, the operating rate of the nuclear reactor can be increased, the fuel production cost can be reduced, and a fuel element and a fuel assembly that are excellent in overall economic efficiency can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る燃料集合体の一実施例の横断面
図。
FIG. 1 is a cross-sectional view of one embodiment of a fuel assembly according to the present invention.

【図2】実施例1における実効増倍率の燃焼度変化を示
すグラフ。
FIG. 2 is a graph showing a change in burnup of an effective multiplication factor in Example 1.

【図3】実施例1における局所出力ピーキング係数の燃
焼度変化を示すグラフ。
FIG. 3 is a graph showing a change in burnup of a local output peaking coefficient in Example 1.

【図4】実施例2における実効増倍率の燃焼度変化を示
すグラフ。
FIG. 4 is a graph showing a change in burnup of the effective multiplication factor in Example 2.

【図5】実施例2における局所出力ピーキング係数の燃
焼度変化を示すグラフ。
FIG. 5 is a graph showing a change in burnup of a local output peaking coefficient in Example 2.

【図6】実施例3における実効増倍率の燃焼度変化を示
すグラフ。
FIG. 6 is a graph showing a change in burnup of the effective multiplication factor in Example 3.

【図7】実施例3における局所出力ピーキング係数の燃
焼度変化を示すグラフ。
FIG. 7 is a graph showing a change in burnup of a local output peaking coefficient in Example 3.

【図8】実施例4における照射に伴う実効増倍率の変化
を示すグラフ。
FIG. 8 is a graph showing a change in effective multiplication factor accompanying irradiation in Example 4.

【図9】実施例4における照射に伴う局所出力ピーキン
グ係数の変化を示すグラフ。
FIG. 9 is a graph showing a change in local output peaking coefficient due to irradiation in Example 4.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 カランドリア管 12 圧力管 14 燃料要素 16 被覆管 20 二重ペレット 22 内側部分 24 外側部分 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Calandria pipe 12 Pressure pipe 14 Fuel element 16 Cladding pipe 20 Double pellet 22 Inner part 24 Outer part

フロントページの続き (72)発明者 小森 和也 茨城県那珂郡東海村大字村松4番地33 動力炉・核燃料開発事業団東海事業所 内・原子力技術株式会社所属 (56)参考文献 特開 平4−256892(JP,A) 特開 平2−6786(JP,A) 特開 昭64−110292(JP,A) 特開 平9−101396(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G21C 3/28 G21C 3/60 G21C 3/62 G21C 3/30 Continued on the front page (72) Inventor Kazuya Komori 4-33 Muramatsu, Tokai-mura, Naka-gun, Ibaraki Pref. Power reactor and Nuclear Fuel Development Corporation Tokai Works, affiliated to Nuclear Technology Co., Ltd. (56) References JP-A-4-4 256892 (JP, A) JP-A-2-6786 (JP, A) JP-A-64-110292 (JP, A) JP-A-9-101396 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6, DB name) G21C 3/28 G21C 3/60 G21C 3/62 G21C 3/30

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 内側部分の核分裂性物質濃度が外側部分
の核分裂性物質濃度よりも高い核燃料物質からなる多数
の二重ペレットを、被覆管内に封入した熱中性子炉用燃
料要素において、前記二重ペレットは、内側部分の核燃
料物質がウラン、プルトニウム、あるいはトリウムを含
有する酸化物燃料からなり、外側部分の核燃料物質がウ
ラン、プルトニウム、あるいはトリウムを含有する金属
燃料からなることを特徴とする熱中性子炉用燃料要素。
In a fuel element for a thermal neutron reactor , wherein a plurality of double pellets made of a nuclear fuel material having a higher fissile material concentration in an inner portion than a fissile material concentration in an outer portion are enclosed in a cladding tube, The pellet is the inner part of nuclear fuel
Material contains uranium, plutonium, or thorium
The outer portion of the nuclear fuel material
Metals containing orchid, plutonium, or thorium
A fuel element for a thermal neutron reactor, comprising a fuel.
【請求項2】 内側部分が核燃料物質からなり、外側部
分が燃料親物質からなる多数の二重ペレットを、被覆管
内に封入した熱中性子炉用燃料要素において、前記二重
ペレットは、内側部分の核燃料物質がウラン、プルトニ
ウム、あるいはトリウムを含有する酸化物燃料からな
り、外側部分の燃料親物質がウラン、プルトニウム、あ
るいはトリウムを含有する金属燃料からなることを特徴
とする熱中性子炉用燃料要素。
2. The thermal neutron reactor fuel element according to claim 1 , wherein a plurality of double pellets having an inner portion made of a nuclear fuel material and an outer portion made of a fuel parent material are sealed in a cladding tube.
The pellets consist of uranium and plutonium
Oxide fuels containing thorium or thorium
Uranium, plutonium, and
Or metal fuel containing thorium
Fuel element for thermal neutron reactor.
【請求項3】 請求項1又は2に記載の熱中性子炉用燃
料要素を配列して束ねた熱中性子炉用燃料集合体。
3. A fuel assembly for a thermal neutron reactor, wherein the fuel elements for a thermal neutron reactor according to claim 1 or 2 are arranged and bundled.
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