JP3062770B2 - 燃料集合体の構造 - Google Patents
燃料集合体の構造Info
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- JP3062770B2 JP3062770B2 JP3229805A JP22980591A JP3062770B2 JP 3062770 B2 JP3062770 B2 JP 3062770B2 JP 3229805 A JP3229805 A JP 3229805A JP 22980591 A JP22980591 A JP 22980591A JP 3062770 B2 JP3062770 B2 JP 3062770B2
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は燃料集合体の構造に関す
る。詳しくは、本発明は、発電用軽水型原子炉（軽水
炉）に用いる燃料集合体の構造に関するものである。さ
らに詳しくは、核燃料資源の利用率を向上するために転
換比を高め、かつ、核燃料の製造、再処理等に要する燃
料サイクル費を低減するために炉心内での燃焼度を高め
た軽水炉用高転換型燃料集合体に関するものである。
る。詳しくは、本発明は、発電用軽水型原子炉（軽水
炉）に用いる燃料集合体の構造に関するものである。さ
らに詳しくは、核燃料資源の利用率を向上するために転
換比を高め、かつ、核燃料の製造、再処理等に要する燃
料サイクル費を低減するために炉心内での燃焼度を高め
た軽水炉用高転換型燃料集合体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の軽水炉においては、低濃縮度燃料
で構成される単位燃料棒格子の水対燃料体積比を２程度
とすることにより、十分減速された中性子（低速中性
子）による反応が支配的であるような燃料集合体が用い
られている。しかしながら、この場合、燃料中における
２３５Ｕなどの核分裂性物質の炉心内装荷量が少なくて
済むとともに、効率良く燃焼させることができるという
利点があるが、２３８Ｕなどの親物質が中速中性子を吸
収することによって生ずる２３９Ｐｕなどの新たな核分
裂性物質の生成量が少ないという欠点がある。核分裂性
物質の消滅率に対する生成率の比は転換比と称し、従来
の軽水炉では、０．５程度の値である。そのため、天然
ウラン資源（２３５Ｕの含有率約０．７％）の中で利用
可能な割合（利用率）は、僅かに１％程度であり、核分
裂性物質消耗型の炉であると言わざるを得ない。
で構成される単位燃料棒格子の水対燃料体積比を２程度
とすることにより、十分減速された中性子（低速中性
子）による反応が支配的であるような燃料集合体が用い
られている。しかしながら、この場合、燃料中における
２３５Ｕなどの核分裂性物質の炉心内装荷量が少なくて
済むとともに、効率良く燃焼させることができるという
利点があるが、２３８Ｕなどの親物質が中速中性子を吸
収することによって生ずる２３９Ｐｕなどの新たな核分
裂性物質の生成量が少ないという欠点がある。核分裂性
物質の消滅率に対する生成率の比は転換比と称し、従来
の軽水炉では、０．５程度の値である。そのため、天然
ウラン資源（２３５Ｕの含有率約０．７％）の中で利用
可能な割合（利用率）は、僅かに１％程度であり、核分
裂性物質消耗型の炉であると言わざるを得ない。
【０００３】転換比が１％を超えると、天然ウラン資源
を１００％近く利用することが可能になるので、これを
目標とする高速増殖炉の開発が待たれてはいるが、現状
では高速増殖炉の時代の到来は、諸般の事情により、な
お相当先になるものと見られている。従って、基幹エネ
ルギ源としての発電用軽水炉の利用は、今後長期にわた
ることが予想される。しかし、従来の軽水炉に依存し続
けるとすれば、近い将来に核分裂性物質を消費し尽くす
恐れがあるので、転換比を高めた高転換軽水炉の研究開
発が各国で進められている。
を１００％近く利用することが可能になるので、これを
目標とする高速増殖炉の開発が待たれてはいるが、現状
では高速増殖炉の時代の到来は、諸般の事情により、な
お相当先になるものと見られている。従って、基幹エネ
ルギ源としての発電用軽水炉の利用は、今後長期にわた
ることが予想される。しかし、従来の軽水炉に依存し続
けるとすれば、近い将来に核分裂性物質を消費し尽くす
恐れがあるので、転換比を高めた高転換軽水炉の研究開
発が各国で進められている。
【０００４】このような軽水炉においては、炉心内の低
速中性子の割合を小さく、中・高速中性子の割合を大き
くする（中性子スペクトルを硬くする）ため、燃料棒の
配列を稠密化し、単位燃料棒格子の水対燃料体積比を１
程度以下にした燃料集合体が用いられる。しかしなが
ら、単に稠密化しただけでは、燃料の核的反応度価値が
低下するので、炉内での十分な燃焼期間と燃焼度（炉心
装荷中の単位燃料量当りの発生エネルギ量）を得るため
には、燃料の濃縮度を数倍に高める必要があり、その結
果、転換比が低下するとともに、燃料サイクル費が高く
なるという問題点がある。さらに、プルトニウム富化燃
料を用いる場合には、富化度を高め過ぎると、炉心内で
のボイド発生などによって減速材密度が減少すると、核
分裂反応が促進される（正の反応度フィードバック効
果）という不安定な炉になることが分かっており、転換
比、燃焼度および安全性の三者を同時に満足する炉心概
念を見出すことはきわめて困難であるとされている。
速中性子の割合を小さく、中・高速中性子の割合を大き
くする（中性子スペクトルを硬くする）ため、燃料棒の
配列を稠密化し、単位燃料棒格子の水対燃料体積比を１
程度以下にした燃料集合体が用いられる。しかしなが
ら、単に稠密化しただけでは、燃料の核的反応度価値が
低下するので、炉内での十分な燃焼期間と燃焼度（炉心
装荷中の単位燃料量当りの発生エネルギ量）を得るため
には、燃料の濃縮度を数倍に高める必要があり、その結
果、転換比が低下するとともに、燃料サイクル費が高く
なるという問題点がある。さらに、プルトニウム富化燃
料を用いる場合には、富化度を高め過ぎると、炉心内で
のボイド発生などによって減速材密度が減少すると、核
分裂反応が促進される（正の反応度フィードバック効
果）という不安定な炉になることが分かっており、転換
比、燃焼度および安全性の三者を同時に満足する炉心概
念を見出すことはきわめて困難であるとされている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、これ
らの問題点を解決した軽水炉用高転換型燃料集合体の構
造を提供することにある。
らの問題点を解決した軽水炉用高転換型燃料集合体の構
造を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本願発明者は、この目的
達成のため鋭意研究の結果、燃料棒配列を稠密化した燃
料集合体の周囲に幅１〜２ｃｍの水ギャップを設けるこ
とによって、燃料の核的反応度価値を大幅に増大させる
ことができること、しかしそのために、燃焼初期におけ
る燃料集合体内の出力分布が歪み、水ギャップ近傍での
出力が過大になるが、これは水ギャップ内に中性子吸収
体である可燃性毒物板などを設け、更に、集合体周辺部
に位置する燃料棒の濃縮度（あるいは富化度）を低下さ
せることによって、出力分布を平坦化させることが可能
であることに想到し、本発明の単位燃料棒格子の水対燃
料体積比が１以下になるように稠密に配列された燃料棒
で構成された燃料集合体から成り、炉心内に装荷された
状態において、隣接する燃料集合体の間に板状の可燃性
毒物と水ギャップを配置したことを特徴とする燃料集合
体の構造を発明するに至った。
達成のため鋭意研究の結果、燃料棒配列を稠密化した燃
料集合体の周囲に幅１〜２ｃｍの水ギャップを設けるこ
とによって、燃料の核的反応度価値を大幅に増大させる
ことができること、しかしそのために、燃焼初期におけ
る燃料集合体内の出力分布が歪み、水ギャップ近傍での
出力が過大になるが、これは水ギャップ内に中性子吸収
体である可燃性毒物板などを設け、更に、集合体周辺部
に位置する燃料棒の濃縮度（あるいは富化度）を低下さ
せることによって、出力分布を平坦化させることが可能
であることに想到し、本発明の単位燃料棒格子の水対燃
料体積比が１以下になるように稠密に配列された燃料棒
で構成された燃料集合体から成り、炉心内に装荷された
状態において、隣接する燃料集合体の間に板状の可燃性
毒物と水ギャップを配置したことを特徴とする燃料集合
体の構造を発明するに至った。
【０００７】燃料棒配列を稠密化した燃料集合体の周囲
に幅１〜２ｃｍの水ギャップを設けることによって、燃
料の核的反応度価値を大幅に増大させることができるの
は、水ギャップによって、低速中性子の割合が増大（中
性子スペクトルが軟化）し、集合体周辺部に位置する燃
料棒の核分裂率が増大するためである。
に幅１〜２ｃｍの水ギャップを設けることによって、燃
料の核的反応度価値を大幅に増大させることができるの
は、水ギャップによって、低速中性子の割合が増大（中
性子スペクトルが軟化）し、集合体周辺部に位置する燃
料棒の核分裂率が増大するためである。
【０００８】このような構造の稠密燃料集合体を使用す
る軽水炉においては、低濃縮度（或いは低富化度）の
燃料が使用できるので、極端に稠密化することなく、高
転換比が得られるとともに、プルトニウム富化燃料の場
合でも、集合体内の減速材密度低下に伴う反応度を負の
範囲に抑えることができ、また、
る軽水炉においては、低濃縮度（或いは低富化度）の
燃料が使用できるので、極端に稠密化することなく、高
転換比が得られるとともに、プルトニウム富化燃料の場
合でも、集合体内の減速材密度低下に伴う反応度を負の
範囲に抑えることができ、また、
【０００９】燃焼初期においては、可燃性毒物の効果
により、燃料の反応度価値が小さく抑えられると共に、
燃料集合体内の中性子スペクトルは硬く、高転換比が得
られ、燃焼が進むにしたがって、可燃性毒物が徐々に消
滅して水ギャップの効果が回復するため、集合体の周辺
部から中央部に向かって中性子スペクトルの軟い領域が
増大する。
により、燃料の反応度価値が小さく抑えられると共に、
燃料集合体内の中性子スペクトルは硬く、高転換比が得
られ、燃焼が進むにしたがって、可燃性毒物が徐々に消
滅して水ギャップの効果が回復するため、集合体の周辺
部から中央部に向かって中性子スペクトルの軟い領域が
増大する。
【００１０】このような作用は、中性子スペクトルシフ
トと称し、これにより、高い燃焼度が得られると共に、
全燃焼期間を通じて炉心の余剰反応度が小さく抑えられ
るので、炉心の反応度制御に必要な制御棒の反応度価値
が小さくて済むことになる。
トと称し、これにより、高い燃焼度が得られると共に、
全燃焼期間を通じて炉心の余剰反応度が小さく抑えられ
るので、炉心の反応度制御に必要な制御棒の反応度価値
が小さくて済むことになる。
【００１１】
【実施例】本発明の一具体例〔加圧型軽水炉（ＰＷＲ）
用の高転換型燃料集合体の構造〕を図面について説明す
る。図１において、燃料棒１は、通常の軽水炉使用済燃
料を再処理して得られるプルトニウムを用いて、核分裂
性プルトニウム同位体の富化度が約５％になるように、
減損ウランと混合した後、酸化物として焼結した直径約
８．２ｍｍの燃料ペレットを外径約９．５ｍｍのジルコ
ニウム合金製などの被覆管に収納したものである。
用の高転換型燃料集合体の構造〕を図面について説明す
る。図１において、燃料棒１は、通常の軽水炉使用済燃
料を再処理して得られるプルトニウムを用いて、核分裂
性プルトニウム同位体の富化度が約５％になるように、
減損ウランと混合した後、酸化物として焼結した直径約
８．２ｍｍの燃料ペレットを外径約９．５ｍｍのジルコ
ニウム合金製などの被覆管に収納したものである。
【００１２】この燃料棒１を、単位燃料棒格子の水対燃
料体積比が約０．８になるように、三角格子状に約２０
０本束ねて燃料集合体２とする。図には示されていない
が、燃料集合体２の内部には、従来のＰＷＲと同様に、
制御棒、中性子検出器などを挿入するための管が約２０
ヶ所設けられている。
料体積比が約０．８になるように、三角格子状に約２０
０本束ねて燃料集合体２とする。図には示されていない
が、燃料集合体２の内部には、従来のＰＷＲと同様に、
制御棒、中性子検出器などを挿入するための管が約２０
ヶ所設けられている。
【００１３】燃料集合体２の外周は、厚さ約２ｍｍの硼
素含有のステンレス鋼（硼素含有率約０．３％）製など
の可燃性毒物板３で取り囲まれており、適当なスペーサ
を用いることによって、炉心内に装荷された状態におい
て、相隣接する燃料集合体間に巾約１５ｍｍの水ギャッ
プ４が形成される。
素含有のステンレス鋼（硼素含有率約０．３％）製など
の可燃性毒物板３で取り囲まれており、適当なスペーサ
を用いることによって、炉心内に装荷された状態におい
て、相隣接する燃料集合体間に巾約１５ｍｍの水ギャッ
プ４が形成される。
【００１４】この燃料集合体を用いた軽水減速炉心の核
的特性に関する試計算の結果に依れば、燃焼初期におい
て、転換比０．９以上、余剰反応度約１％、集合体内径
方向出力ピーキング係数は１．３以下であり、可燃性毒
物（硼素）の消滅によって約８％の反応度が加わるの
で、十分に高い燃焼度を得られることが期待できる。ま
た、集合体内の減速材密度低下に伴う反応度は、全ての
場合に、負の範囲であるので、出力異常上昇時には、負
の反応度フィードバック効果が働く安全な炉心とするこ
とができる。
的特性に関する試計算の結果に依れば、燃焼初期におい
て、転換比０．９以上、余剰反応度約１％、集合体内径
方向出力ピーキング係数は１．３以下であり、可燃性毒
物（硼素）の消滅によって約８％の反応度が加わるの
で、十分に高い燃焼度を得られることが期待できる。ま
た、集合体内の減速材密度低下に伴う反応度は、全ての
場合に、負の範囲であるので、出力異常上昇時には、負
の反応度フィードバック効果が働く安全な炉心とするこ
とができる。
【００１５】
【効果】本発明による燃料集合体を用いた発電用軽水炉
では、従来の軽水炉に比べて、高い転換比が得られるの
で、天然ウラン資源の利用率を大巾に増大することがで
き、今後長期にわたる軽水炉の利用が可能となる。ま
た、高い燃焼度が得られるので、燃料の製造、再処理な
どの頻度を減らすことができ、燃料サイクル費を節減す
ることができる。
では、従来の軽水炉に比べて、高い転換比が得られるの
で、天然ウラン資源の利用率を大巾に増大することがで
き、今後長期にわたる軽水炉の利用が可能となる。ま
た、高い燃焼度が得られるので、燃料の製造、再処理な
どの頻度を減らすことができ、燃料サイクル費を節減す
ることができる。
【図１】本発明の燃料集合体の構造の一具体例の水平断
面の概要説明図である。
面の概要説明図である。
１ 燃料棒 ２ 燃料集合体 ３ 可燃性毒物板 ４ 水ギャップ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−262993（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−61990（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−37290（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−184486（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G21C 3/328 G21C 3/326
Claims (1)
- 【請求項１】単位燃料棒格子の水対燃料体積比が１以下
になるように稠密に配列された燃料棒で構成された燃料
集合体から成り、炉心内に装荷された状態において、隣
接する燃料集合体の間に板状の可燃性毒物と水ギャップ
を配置したことを特徴とする燃料集合体の構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3229805A JP3062770B2 (ja) | 1991-06-03 | 1991-06-03 | 燃料集合体の構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3229805A JP3062770B2 (ja) | 1991-06-03 | 1991-06-03 | 燃料集合体の構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04357493A JPH04357493A (ja) | 1992-12-10 |
| JP3062770B2 true JP3062770B2 (ja) | 2000-07-12 |
Family
ID=16897948
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3229805A Expired - Fee Related JP3062770B2 (ja) | 1991-06-03 | 1991-06-03 | 燃料集合体の構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3062770B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1123765A (ja) * | 1997-05-09 | 1999-01-29 | Toshiba Corp | 原子炉の炉心 |
| JP4516085B2 (ja) | 2007-02-28 | 2010-08-04 | 株式会社日立製作所 | 軽水炉 |
| JP2008139321A (ja) * | 2007-12-27 | 2008-06-19 | Toshiba Corp | 燃料集合体および原子炉の炉心 |
| JP5524573B2 (ja) * | 2009-10-30 | 2014-06-18 | 株式会社日立製作所 | 沸騰水型原子炉の炉心及び沸騰水型原子炉用燃料集合体 |
| JP5524582B2 (ja) * | 2009-11-18 | 2014-06-18 | 株式会社日立製作所 | 沸騰水型原子炉の炉心及び沸騰水型原子炉用燃料集合体 |
| JP5524581B2 (ja) * | 2009-11-18 | 2014-06-18 | 株式会社日立製作所 | 沸騰水型原子炉の炉心及び沸騰水型原子炉用燃料集合体 |
-
1991
- 1991-06-03 JP JP3229805A patent/JP3062770B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04357493A (ja) | 1992-12-10 |
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Legal Events
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