JP4023509B2 - 2ストリーム炉心 - Google Patents
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Description
4.0wt% 以上にすると45GWd/tを超える取出燃焼度を達成できることが記載されている。
核燃料物質を含み可燃性毒物を含まない第1燃料棒、および核燃料物質および可燃性毒物を含む第2燃料棒を有する第1燃料集合体と、前記第1燃料棒及び前記第2燃料棒とを有し、前記第1燃料集合体よりも前記第2燃料棒の本数が多い第2燃料集合体とが装荷された2ストリーム炉心において、
前記第1燃料集合体に含まれる燃料棒のうち濃縮ウラン領域の濃縮度が最も高い燃料棒の数が、前記第2燃料集合体に含まれるその数よりも多く、
前記第1燃料集合体の最外周を除いた領域に配置されている、濃縮ウラン領域の濃縮度が最も高い第1燃料棒である最高濃縮度燃料棒の本数が、前記第2燃料集合体の最外周を除いた領域に配置されている前記最高濃縮度燃料棒の本数よりも多く、
前記第1燃料集合体の最外周を除いた領域に配置されている燃料棒の前記第2燃料棒の前記濃縮ウラン領域の平均濃縮度が前記第2燃料集合体の最外周を除いた領域に配置されている前記第2燃料棒のその平均濃縮度よりも低い。
前記第1および前記第2燃料集合体に含まれる燃料棒のうち、前記最高濃縮度燃料棒の濃縮ウラン領域の濃縮度をeH、複数種類の前記第2燃料棒のうち濃縮ウラン領域の最も高い濃縮度をeM、2番目に高い濃縮ウラン領域の濃縮度をeL、
前記第1燃料集合体に含まれる、濃縮ウラン領域の濃縮度がeM及びeLの各第2燃料棒の本数をM1及びL1、
前記第2燃料集合体に含まれる、濃縮ウラン領域の濃縮度がeM及びeLの各第2燃料棒の本数をM2及びL2とするとき、
(M2−M1)(eH−eM)=(L1−L2)(eH−eL) …(数1)
とする。
前記第1燃料集合体に含まれる燃料棒のうち、前記最高濃縮度燃料棒および前記第2燃料棒のいずれでもない燃料棒の濃縮ウラン領域の平均濃縮度が、前記第2燃料集合体のその平均濃縮度に等しくする。
前記第1燃料集合体に含まれる前記第2燃料棒の前記濃縮ウラン領域の可燃性毒物濃度の平均が、前記第2燃料集合体に含まれる前記第2燃料棒のその平均よりも高くする。
燃料集合体の最外周よりも内側の領域に配置された全燃料棒は、濃縮ウラン領域の濃縮度が燃料集合体内に配置された燃料棒の中で最高である最高濃縮度燃料棒,短尺燃料棒及び前記第2燃料棒であり、
燃料棒に含まれる燃料ペレットの濃縮度を高い方からe1,e2,e3とするとき、前記第1燃料棒の一部が濃縮ウラン領域に濃縮度e1の燃料ペレットを充填した燃料棒である最高濃縮度燃料棒であり、
前記第2燃料棒は、濃縮ウラン領域に濃縮度e2で可燃性毒物を含む燃料ペレットを充填した第3燃料棒と、濃縮ウラン領域に濃縮度e3で可燃性毒物を含む燃料ペレットを充填した第4燃料棒とを備え、
前記第4燃料棒の濃縮ウラン領域の可燃性毒物の平均濃度を、前記第3燃料棒のその平均濃度よりも高くする。
第4燃料棒の濃縮ウラン領域の可燃性毒物の平均濃度を、前記第3燃料棒のその平均濃度よりも高くすることにより、燃料集合体に含まれる前記第2燃料棒の濃縮ウラン領域の平均濃縮度を抑えつつ、可燃性毒物濃度が高い燃料集合体が形成できる。これにより、可燃性毒物による反応度抑制効果を長く維持することができる。
5.0wt%≧e1≧4.9wt% …(数2)
を満足する。
e1/e2≧1.1
e2/e3≧1.1 …(数3)
を満足する。
。
4.9は濃縮度4.9wt%を意味する。また、Gを付した数字(例えばG4.5)はガドリニア濃度(wt%)を意味する。
以下、沸騰水型原子炉に適用した実施例1の2ストリーム炉心図1,図7および図8を用いて説明する。
5.5wt% の燃料ペレットを装荷している。燃料棒G2のガドリニア濃度は、燃料棒
G1のそれよりも高い。
wt%、燃料集合体6の最外周に配置されている燃料棒の濃縮ウラン領域の平均濃縮度は4.26wt% であり同一である。
4.9wt%から5.0wt%を用いる場合、これ以上燃料棒の濃縮度を高めることはできない。したがって、燃料集合体の内側領域で可燃性毒物入り燃料棒以外のウランを増やすためには、燃料集合体の最高濃縮度燃料棒の本数を増やす必要がある。
次に発明者らが見出したより長時間にわたって反応度抑制効果を維持する方法について述べる。
本発明の実施例2の2ストリーム炉心を説明する。本実施例の2ストリーム炉心は、図8の燃料集合体5を図2(a)に示す燃料集合体5A(タイプ1燃料集合体)とし、燃料集合体6を図2(a)に示す燃料集合体6A(タイプ2燃料集合体)としたものである。
wt%であり、燃料集合体6Aの可燃性毒物入り燃料棒4の平均ガドリニア濃度4.7
wt%よりも高い。
wt%である。燃料集合体5Aおよび6Aの最高濃縮度燃料棒である燃料棒aの濃縮度はe1、可燃性毒物入り燃料棒4には、濃縮ウラン領域の濃度がe2=4.4wt% である燃料棒G1と、濃縮ウラン領域の濃縮度がe3=3.9wt% の燃料棒G2とがある。燃料棒G2のガドリニア濃度は燃料棒G1のそれよりも高い。
H1+M1+L1=H2+M2+L2 …(数4)
とするのである。
H1×eH+M1×eM+L1×eL=H2×eH+M2×eM+L2×eL
…(数5)
とする必要がある。(数4)および(数5)を整理して、
(M2−M1)(eH−eM)=(L1−L2)(eH−eL) …(数1)
が成り立つようにすれば、最高濃縮度燃料棒と可燃性毒物入り燃料棒4との総数は燃料集合体5Aと燃料集合体6Aで同じで、かつ、最高濃縮度燃料棒と可燃性毒物入り燃料棒4に含まれるウラン235の総量を燃料集合体5Aと燃料集合体6Aで同じとすることができる。
=0.5wt%の条件を加味すれば、
(M2−M1)=2(L1−L2) …(数6)
となる。
(M2+L2)−(M1+L1)=N …(数7)
であり、(数6)および(数7)より、2種類の可燃性毒物入り燃料棒4の各々について整理すると、
L1−L2=N
M2−M1=2N …(数8)
となる。
本発明の実施例3の2ストリーム炉心を説明する。本実施例の2ストリーム炉心は図8の燃料集合体5を図3(a)に示す燃料集合体5B(タイプ1燃料集合体)とし、燃料集合体6を図3(a)に示す燃料集合体6B(タイプ2燃料集合体)としたものである。
4.51wt% 、燃料集合体6Bの最外周に配置されている燃料棒の濃縮ウラン領域の平均濃縮度は4.51wt%であり同一である。
燃料集合体の最外周よりも内側に配置された燃料棒は最高濃縮度燃料棒である燃料棒g,可燃性毒物入り燃料棒4である燃料棒G4および燃料棒G5である。
wt%である。燃料集合体5Bおよび6Bの最高濃縮度燃料棒である燃料棒gの濃縮ウラン領域の濃縮度はe1、可燃性毒物入り燃料棒4には、濃縮ウラン領域の濃度がe2=
4.4wt% である燃料棒G4と、濃縮ウラン領域の濃縮度がe3=3.9wt% の燃料棒G5とがある。燃料棒G5のガドリニア濃度は燃料棒G4のそれよりも高い。
本発明の実施例4の2ストリーム炉心を説明する。本実施例の2ストリーム炉心は図8の燃料集合体5を図4(a)に示す燃料集合体5C(タイプ1燃料集合体)とし、燃料集合体6を図4(a)に示す燃料集合体6C(タイプ2燃料集合体)としたものである。
14本配置されている。
4.69wt% 、燃料集合体6Cの最外周に配置されている燃料棒の濃縮ウラン領域の平均濃縮度は4.69wt% であり同一である。燃料集合体5Cの最外周を除いた領域に配置されている燃料棒jおよびmの本数は36本であり、燃料集合体6Cのその本数32本より多い。
(L1−L2)(eH−eL)=4となり、(数1)を満足する。
wt%であり、燃料集合体6Cの可燃性毒物入り燃料棒4の平均ガドリニア濃度5.2
wt%よりも高い。
wt%である。燃料集合体5Cおよび6Cの最高濃縮度燃料棒である燃料棒jの濃縮ウラン領域の濃縮度はe1、可燃性毒物入り燃料棒4には、濃縮ウラン領域の濃度がe2=
4.5wt% である燃料棒G6と、濃縮ウラン領域の濃縮度がe3=4.0wt% の燃料棒G7とがある。燃料棒G7のガドリニア濃度は燃料棒G6のそれよりも高い。
本発明の実施例5の2ストリーム炉心を説明する。本実施例の2ストリーム炉心は、図8の燃料集合体5を図5(a)に示す燃料集合体5D(タイプ1燃料集合体)とし、燃料集合体6を図5(a)に示す燃料集合体6D(タイプ2燃料集合体)としたものである。
wt%であり、燃料集合体6Aの可燃性毒物入り燃料棒4の平均ガドリニア濃度4.6
wt%よりも高い。
wt%である。燃料集合体5Dおよび6Dの最高濃縮度燃料棒である燃料棒aの濃縮度はe1、可燃性毒物入り燃料棒4には、濃縮ウラン領域の濃度がe2=4.4wt% である燃料棒G1と、濃縮ウラン領域の濃縮度がe3=3.9wt% の燃料棒G2とがある。燃料棒G2のガドリニア濃度は燃料棒G1のそれよりも高い。
Claims (10)
- 核燃料物質を含み可燃性毒物を含まない第1燃料棒、および核燃料物質および可燃性毒物を含み最外周を除いた領域に配置される第2燃料棒を有する第1燃料集合体と、前記第1燃料棒及び前記第2燃料棒とを有し、前記第1燃料集合体よりも前記第2燃料棒の本数が多い第2燃料集合体とが装荷された2ストリーム炉心において、
前記第1燃料集合体に含まれる燃料棒のうち濃縮ウラン領域の濃縮度が最も高い燃料棒の数が、前記第2燃料集合体に含まれるその数よりも多く、前記第1燃料集合体の最外周を除いた領域に配置されている、濃縮ウラン領域の濃縮度が最も高い第1燃料棒である最高濃縮度燃料棒の本数が、前記第2燃料集合体の最外周を除いた領域に配置されている前記最高濃縮度燃料棒の本数よりも多く、
前記第1燃料集合体の最外周を除いた領域に配置されている燃料棒の前記第2燃料棒の前記濃縮ウラン領域の平均濃縮度が前記第2燃料集合体の最外周を除いた領域に配置されている前記第2燃料棒のその平均濃縮度よりも低く、
前記第1燃料集合体と前記第2燃料集合体の平均濃縮度が同じとなるように設定されていることを特徴とする2ストリーム炉心。 - 請求項1に記載の2ストリーム炉心において、前記第1および前記第2燃料集合体のうち少なくとも一方は、濃縮ウラン領域の濃縮度が異なる複数種類の前記第2燃料棒を含み、前記第1および前記第2燃料集合体に含まれる燃料棒のうち、前記最高濃縮度燃料棒の濃縮ウラン領域の濃縮度をeH、複数種類の前記第2燃料棒のうち濃縮ウラン領域の最も高い濃縮度をeM、2番目に高い濃縮ウラン領域の濃縮度をeL、
前記第1燃料集合体に含まれる、濃縮ウラン領域の濃縮度がeM及びeLの各第2燃料棒の本数をM1及びL1、
前記第2燃料集合体に含まれる、濃縮ウラン領域の濃縮度がeM及びeLの各第2燃料棒の本数をM2及びL2とするとき、
(M2−M1)(eH−eM)=(L1−L2)(eH−eL)
であることを特徴とする2ストリーム炉心。 - 請求項1または2に記載の2ストリーム炉心において、前記第1燃料集合体に含まれる燃料棒のうち、前記最高濃縮度燃料棒及び前記第2燃料棒のいずれでもない燃料棒の総数が、前記第2燃料集合体のその総数に等しく、
前記第1燃料集合体に含まれる燃料棒のうち、前記最高濃縮度燃料棒および前記第2燃料棒のいずれでもない燃料棒の濃縮ウラン領域の平均濃縮度が、前記第2燃料集合体のその平均濃縮度に等しい事を特徴とする2ストリーム炉心。 - 請求項1または2または3に記載の2ストリーム炉心において、前記第1燃料集合体に含まれる前記第2燃料棒の前記濃縮ウラン領域の可燃性毒物濃度の平均が、前記第2燃料集合体に含まれる前記第2燃料棒のその平均よりも高いことを特徴とする2ストリーム炉心。
- 請求項1または2または3に記載の2ストリーム炉心において、
前記第1燃料集合体は、
核燃料物質を含み可燃性毒物を含まない複数の第1燃料棒、及び核燃料物質および可燃性毒物を含む複数の第2燃料棒を有し、
燃料集合体の最外周よりも内側の領域に配置された全燃料棒は、濃縮ウラン領域の濃縮度が燃料集合体内に配置された燃料棒の中で最高である最高濃縮度燃料棒,短尺燃料棒及びまたは前記第2燃料棒であり、
燃料棒に含まれる燃料ペレットの濃縮度を高い方からe1,e2,e3とするとき、前記第1燃料棒の一部が濃縮ウラン領域に濃縮度e1の燃料ペレットを充填した燃料棒である最高濃縮度燃料棒であり、
前記第2燃料棒は、濃縮ウラン領域に濃縮度e2で可燃性毒物を含む燃料ペレットを充填した第3燃料棒と、濃縮ウラン領域に濃縮度e3で可燃性毒物を含む燃料ペレットを充填した第4燃料棒とを備え、
前記第4燃料棒の濃縮ウラン領域の可燃性毒物の平均濃度を、前記第3燃料棒のその平均濃度よりも高くすることを特徴とする2ストリーム炉心。 - 請求項5に記載の2ストリーム炉心において、
前記燃料ペレットの濃縮度e1が、
5.0wt%≧e1≧4.9wt%
を満足することを特徴とする2ストリーム炉心。 - 請求項5または6に記載の2ストリーム炉心において、
前記燃料ペレットの濃縮度e1,e2,e3が、
e1/e2≧1.1
e2/e3≧1.1
を満足する事を特徴とする2ストリーム炉心。 - 請求項5または6または7に記載の2ストリーム炉心において、
前記第1燃料集合体の最外周領域に前記最高濃縮度燃料棒の一部が配置されていることを特徴とする2ストリーム炉心。 - 請求項5または6または7または8に記載の2ストリーム炉心において、
前記第1燃料集合体の最外周よりも内側に配置された全燃料棒は、前記最高濃縮度燃料棒または前記第2燃料棒であることを特徴とする2ストリーム炉心。 - 請求項5または6または7または8または9に記載の2ストリーム炉心において、
前記第1燃料集合体の最外周コーナー以外に配置された全燃料棒は、前記最高濃縮度燃料棒または前記第2燃料棒であることを特徴とする2ストリーム炉心。
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