JPH0213885A - 燃料集合体 - Google Patents
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- JPH0213885A JPH0213885A JP63162543A JP16254388A JPH0213885A JP H0213885 A JPH0213885 A JP H0213885A JP 63162543 A JP63162543 A JP 63162543A JP 16254388 A JP16254388 A JP 16254388A JP H0213885 A JPH0213885 A JP H0213885A
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- 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
Landscapes
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、沸騰水型原子炉に用いる燃料集合体に係り、
特に、軸方向出力分布平坦化に好適な燃料集合体に関す
る。
特に、軸方向出力分布平坦化に好適な燃料集合体に関す
る。
沸騰水型原子炉では、一般に、燃料下部から冷却材で、
かつ、減速材である軽水が流入し、炉内の発熱によりボ
イドが発生する。すなわち、燃料の下部でボイド率が低
く、上部で高いボイド率の分布が生じ、水の密度は、燃
料下部で大きく、上部で小さくなる。
かつ、減速材である軽水が流入し、炉内の発熱によりボ
イドが発生する。すなわち、燃料の下部でボイド率が低
く、上部で高いボイド率の分布が生じ、水の密度は、燃
料下部で大きく、上部で小さくなる。
さて、ボイド率が高くなり、水の密度が小さくなると、
中性子が減速され難くなり、中性子スペクトルは硬くな
る。すると、２３１１Ｕの核分裂断面積が小さくなり
２Ｂ＆ Ｕ の捕獲断面積は大きくなる。このため、軸
方向に−様な濃縮度の燃料を用いた場合、燃焼初期では
、燃料上部の中性子増倍率は燃料下部に比べて低くなる
。すなわち、燃料上部の出力が下部に比べて小さくなり
、出力分布は下ピークの形を示す。
中性子が減速され難くなり、中性子スペクトルは硬くな
る。すると、２３１１Ｕの核分裂断面積が小さくなり
２Ｂ＆ Ｕ の捕獲断面積は大きくなる。このため、軸
方向に−様な濃縮度の燃料を用いた場合、燃焼初期では
、燃料上部の中性子増倍率は燃料下部に比べて低くなる
。すなわち、燃料上部の出力が下部に比べて小さくなり
、出力分布は下ピークの形を示す。
一方、燃焼末期では、ボイド率の高い燃料上部では、２
３１５ Ｕ が下部より多く残存しており、また、２８
８Ｕの転換により！８９ｐｕ が多く存在する。このよ
うに、燃料上部に下部より多くの核分裂性物質が存在す
るために、燃焼末期では、出力は上部にピークをもつ分
布となる。
３１５ Ｕ が下部より多く残存しており、また、２８
８Ｕの転換により！８９ｐｕ が多く存在する。このよ
うに、燃料上部に下部より多くの核分裂性物質が存在す
るために、燃焼末期では、出力は上部にピークをもつ分
布となる。
従来、これらの開運を解決し、軸方向の出力分布の平坦
化を実現する手段として、主に次のような方策が採られ
てきた。
化を実現する手段として、主に次のような方策が採られ
てきた。
（１）軸方向で燃料の濃縮度を変化させる。
（２）軸方向で可燃性毒物の量を変化させる。
（１）は、特開昭５３−４０１８８号公報に示されてい
るように、燃焼初期で出力が小さくなる燃料上部の濃縮
度を下部よりも高くし、軸方向出力分布の平坦化を図る
ものである。
るように、燃焼初期で出力が小さくなる燃料上部の濃縮
度を下部よりも高くし、軸方向出力分布の平坦化を図る
ものである。
また、（２）は、特開昭５４−１９０９３号公報に示さ
れているように、出力の大きくなる燃料下部で上部より
も可燃性毒物であるガドリニアの濃度を高めて、軸方向
の出力分布の平坦化を図る。
れているように、出力の大きくなる燃料下部で上部より
も可燃性毒物であるガドリニアの濃度を高めて、軸方向
の出力分布の平坦化を図る。
しかし、上記従来技術のうち前者は、ボイド率の高い燃
料上部に高濃縮度の燃料を用いているため、次のような
開運が生じる。すなわち、ボイド率が高い上部は、運転
時と冷温時の水対燃料原子数比の変化が大きくなる。つ
まり、第２図に示すように、そのような領域に高濃縮度
の燃料を用いると、低濃縮度の燃料に比べて運転時と冷
温時の中性子増倍率の差が大きくなる。従って、炉停止
余裕が小さくなり、炉停止余裕の確保の観点からは好ま
しくない。
料上部に高濃縮度の燃料を用いているため、次のような
開運が生じる。すなわち、ボイド率が高い上部は、運転
時と冷温時の水対燃料原子数比の変化が大きくなる。つ
まり、第２図に示すように、そのような領域に高濃縮度
の燃料を用いると、低濃縮度の燃料に比べて運転時と冷
温時の中性子増倍率の差が大きくなる。従って、炉停止
余裕が小さくなり、炉停止余裕の確保の観点からは好ま
しくない。
また、後者は、燃焼の初期では、高濃度のガドリニアに
より燃料下部の出力を小さくし、軸方向出力分布の平坦
化を実現できるが、燃焼末期には、軸方向の出力分布は
改善されず、かえって、高濃度のガドリニアを用いてい
るため、燃え残りの問題がおこる可能性がある。
より燃料下部の出力を小さくし、軸方向出力分布の平坦
化を実現できるが、燃焼末期には、軸方向の出力分布は
改善されず、かえって、高濃度のガドリニアを用いてい
るため、燃え残りの問題がおこる可能性がある。
本発明の目的は、炉の停止余裕を確保しながら、軸方向
出力分布の平坦化を図ることにある。
出力分布の平坦化を図ることにある。
上記目的は、２３６Ｕ の濃縮度を変えずに、燃焼初期
で出力の大きくなる燃料の下部に、２３６Ｕ の一部の
代りにｚＢ４ Ｕ を含む燃料を用いることにより達成
される。
で出力の大きくなる燃料の下部に、２３６Ｕ の一部の
代りにｚＢ４ Ｕ を含む燃料を用いることにより達成
される。
上述のように、燃料下部では、ボイド率が低く減速材で
ある水の密度が大きいため、中性子は十分に減速され中
性子スペクトルは軟らかくなっている。一方、！３１Ｕ
の熱中性子に対する捕獲断面積が約２．７バーンであ
るのに対して、ｚ３ａｕ の熱中性子に対する捕獲断面
積は約１００．２ バーンで、２”８Ｕ の断面積の約
四十倍である。このため、２３８ Ｕ の一部の代りに
ｚＢ４ Ｕ を含む燃料は、”４Ｕ を含まない燃料に
比べて、中性子増倍率が低くなり、転換比が高くなる。
ある水の密度が大きいため、中性子は十分に減速され中
性子スペクトルは軟らかくなっている。一方、！３１Ｕ
の熱中性子に対する捕獲断面積が約２．７バーンであ
るのに対して、ｚ３ａｕ の熱中性子に対する捕獲断面
積は約１００．２ バーンで、２”８Ｕ の断面積の約
四十倍である。このため、２３８ Ｕ の一部の代りに
ｚＢ４ Ｕ を含む燃料は、”４Ｕ を含まない燃料に
比べて、中性子増倍率が低くなり、転換比が高くなる。
従って ２８８ Ｕ の一部の代りに２８４ Ｕ を含
む燃料をボイド率の低い燃料下部に用いることにより。
む燃料をボイド率の低い燃料下部に用いることにより。
上部に比べて出力の大きくなる傾向のある下部の出力を
小さくすることができ、上部の濃縮度を高くすることな
く軸方向の出力分布の平坦化を図ることができる。また
、上部の濃縮度を高くしないので、前述のように、炉の
停止余裕を悪化させないですむ。さらに、燃料の下部で
、２３４Ｕ を用いることにより反応度を小さくできる
ので、燃焼初期の余剰反応度低減にも役立つ。
小さくすることができ、上部の濃縮度を高くすることな
く軸方向の出力分布の平坦化を図ることができる。また
、上部の濃縮度を高くしないので、前述のように、炉の
停止余裕を悪化させないですむ。さらに、燃料の下部で
、２３４Ｕ を用いることにより反応度を小さくできる
ので、燃焼初期の余剰反応度低減にも役立つ。
一方、！＋５４ｉＪ は、中性子を吸収して！＋１８Ｕ
へと転換する。また、上述のように、２３４Ｕ を用い
ると転換比が増大するから、燃焼が進んだ時点での中性
子増倍率の低下の割合は、２８４０ を用いない燃料に
比べ小さくなる。従って、”ａ４Ｕ を含む燃料を、燃
焼末期に出力の小さくなる傾向にある燃料下部に用いる
ことにより、燃焼末期にも、軸方向の出力分布の平坦化
を図ることができる。また、中性子増倍率の低下割合が
小さくなるので、燃料の濃縮度を増加させることなく、
燃料の長寿命化を図ることができる。
へと転換する。また、上述のように、２３４Ｕ を用い
ると転換比が増大するから、燃焼が進んだ時点での中性
子増倍率の低下の割合は、２８４０ を用いない燃料に
比べ小さくなる。従って、”ａ４Ｕ を含む燃料を、燃
焼末期に出力の小さくなる傾向にある燃料下部に用いる
ことにより、燃焼末期にも、軸方向の出力分布の平坦化
を図ることができる。また、中性子増倍率の低下割合が
小さくなるので、燃料の濃縮度を増加させることなく、
燃料の長寿命化を図ることができる。
以下１本発明の燃料集合体を実施例を用いて説明する。
第１図は、本発明の燃料集合体の第一実施例である。燃
料集合体１は四角形状をしており、チャンネルボックス
２、人士二本の燃料体３と二本の水ロッド４とから成っ
ている。また１本燃料集合体の水対燃料体積比は約３．
０ で、中性子スペクトルの軟らかい体系である。燃料
体３は、下部１７３の領域に約０，３４ｗ１０ の２
３４Ｕ を同じ量の２８８Ｕ の代りに含む濃縮ウラン
燃料６を、残り上部２／３の領域に”’Ｕ を含まない
濃縮ウラン燃料５を装荷したものである。”８６Ｈの濃
縮度は、燃料５，６とも３．７ｗ１０ である、なお、
２３４ Ｕは、天然に存在しているものを濃縮して用い
る。
料集合体１は四角形状をしており、チャンネルボックス
２、人士二本の燃料体３と二本の水ロッド４とから成っ
ている。また１本燃料集合体の水対燃料体積比は約３．
０ で、中性子スペクトルの軟らかい体系である。燃料
体３は、下部１７３の領域に約０，３４ｗ１０ の２
３４Ｕ を同じ量の２８８Ｕ の代りに含む濃縮ウラン
燃料６を、残り上部２／３の領域に”’Ｕ を含まない
濃縮ウラン燃料５を装荷したものである。”８６Ｈの濃
縮度は、燃料５，６とも３．７ｗ１０ である、なお、
２３４ Ｕは、天然に存在しているものを濃縮して用い
る。
第３図に１本燃料集合体におけるボイド率と中性子無限
増倍率の関係を示す。図に示したように、２δ４Ｕを含
む燃料は、すべてのボイド率において、２３４Ｕ を含
まない燃料に比べ中性子無限増倍率が小さくなる。従っ
て、２３４Ｕ を含まない燃料のみを用いた場合に中性
子無限増倍率が大きくなり出力が大きくなる傾向のある
ボイド率の低い燃料下部に、２３４Ｕ を０．３４ｗ１
０ 含む燃料を用いることにより、２３４０ を含まな
い燃料のみで構成した燃料集合体に比べ、ボイド率の低
い燃料下部で、中性子無限増倍率を約１．４％Δに／に
低くすることができる。この結果、燃料上部の濃縮度を
高めることなく、軸方向出力分布を改善できる。さらに
、燃料上部の濃縮度を高めることがなく、また、２♂４
Ｕを含む燃料を用いることにより、冷温時でも２３４Ｕ
を含む燃料を用いない場合に比べ中性子無限増倍率を
約１．２％Δに／に小さくすることができるので、炉停
止余裕も確保できる。
増倍率の関係を示す。図に示したように、２δ４Ｕを含
む燃料は、すべてのボイド率において、２３４Ｕ を含
まない燃料に比べ中性子無限増倍率が小さくなる。従っ
て、２３４Ｕ を含まない燃料のみを用いた場合に中性
子無限増倍率が大きくなり出力が大きくなる傾向のある
ボイド率の低い燃料下部に、２３４Ｕ を０．３４ｗ１
０ 含む燃料を用いることにより、２３４０ を含まな
い燃料のみで構成した燃料集合体に比べ、ボイド率の低
い燃料下部で、中性子無限増倍率を約１．４％Δに／に
低くすることができる。この結果、燃料上部の濃縮度を
高めることなく、軸方向出力分布を改善できる。さらに
、燃料上部の濃縮度を高めることがなく、また、２♂４
Ｕを含む燃料を用いることにより、冷温時でも２３４Ｕ
を含む燃料を用いない場合に比べ中性子無限増倍率を
約１．２％Δに／に小さくすることができるので、炉停
止余裕も確保できる。
第４図に、燃料集合体のボイド率と転換比の関係を示す
。図に示すように、ＬＢ４１３を含む燃料は、すべての
ボイド率で、！３４ Ｕ を含まない燃料に比べて転換
比が高くなる。従って、燃料が燃焼し易く燃焼による中
性子無限増倍率の低下の割合の大きい燃料下部に、２３
４Ｕ を０．３４ｗ１０ 含む燃料を含む燃料を用いる
ことにより、２３４Ｕ を含まない燃料のみで構成した
燃料集合体に比べ、ボイド率の低い燃料下部で、転換比
を約７％大きくすることがきる。この結果、２３５Ｕへ
の転換を促進することができ、燃焼による中性子無限増
倍率の低下の割合を小さくできる。これにより、燃焼の
末期にも、上部に比べて出力の小さくなる傾向のある下
部で出力を大きくすることができ、軸方向出力分布を改
善できる。また、中性子無限増倍率の低下の割合が小さ
くなり、燃料の濃縮度を増加させることなく、燃料の長
寿命化を図ることもできる。
。図に示すように、ＬＢ４１３を含む燃料は、すべての
ボイド率で、！３４ Ｕ を含まない燃料に比べて転換
比が高くなる。従って、燃料が燃焼し易く燃焼による中
性子無限増倍率の低下の割合の大きい燃料下部に、２３
４Ｕ を０．３４ｗ１０ 含む燃料を含む燃料を用いる
ことにより、２３４Ｕ を含まない燃料のみで構成した
燃料集合体に比べ、ボイド率の低い燃料下部で、転換比
を約７％大きくすることがきる。この結果、２３５Ｕへ
の転換を促進することができ、燃焼による中性子無限増
倍率の低下の割合を小さくできる。これにより、燃焼の
末期にも、上部に比べて出力の小さくなる傾向のある下
部で出力を大きくすることができ、軸方向出力分布を改
善できる。また、中性子無限増倍率の低下の割合が小さ
くなり、燃料の濃縮度を増加させることなく、燃料の長
寿命化を図ることもできる。
第５図は、本発明の燃料集合体の他の実施例である。本
実施例の燃料集合体は、下部１／３の領域に約０．３４
ｗ１０ の”’ Ｕ を同じ量の”’ Ｕの代りに
含み”Ｕ の濃縮度が３．７ｗ１０ の燃料６を、上
部２／３の領域に約０．１７ｗ１０ の！３４Ｕ を含
み２３ｆｉＵ の濃縮度が３．７ｗ１０ の燃料９を
装荷した燃料棒７が二十六本、２３４Ｕ を含まない２
３５Ｕの濃縮度が３，７ｗ１０ の燃料５を装荷した燃
料棒８が部子六本で構成されている。
実施例の燃料集合体は、下部１／３の領域に約０．３４
ｗ１０ の”’ Ｕ を同じ量の”’ Ｕの代りに
含み”Ｕ の濃縮度が３．７ｗ１０ の燃料６を、上
部２／３の領域に約０．１７ｗ１０ の！３４Ｕ を含
み２３ｆｉＵ の濃縮度が３．７ｗ１０ の燃料９を
装荷した燃料棒７が二十六本、２３４Ｕ を含まない２
３５Ｕの濃縮度が３，７ｗ１０ の燃料５を装荷した燃
料棒８が部子六本で構成されている。
他の実施例でも、既に説明した一実施例と同様の効果が
期待できる。
期待できる。
ところで、チャンネルボックス外側のギャップ水や水ロ
ッドの中の水は沸騰していないので、これらの非沸騰水
の周辺では局所的に中性子減速の良い状態が生じ、この
領域で出力のピークが生じ易い。この点を考慮して、本
実施例では、径方向出力分布の平坦化の観点から、これ
らのギャップ水や水ロッドの回りには、２３４Ｕ を含
む燃料を装荷した燃料棒を配置した。これにより、軸方
向のみでなく径方向の出力分布も改善することができる
。
ッドの中の水は沸騰していないので、これらの非沸騰水
の周辺では局所的に中性子減速の良い状態が生じ、この
領域で出力のピークが生じ易い。この点を考慮して、本
実施例では、径方向出力分布の平坦化の観点から、これ
らのギャップ水や水ロッドの回りには、２３４Ｕ を含
む燃料を装荷した燃料棒を配置した。これにより、軸方
向のみでなく径方向の出力分布も改善することができる
。
本発明によれば、燃料下部に２３４Ｕ を含む燃料を用
いることにより、炉停止余裕を確保しながら、軸方向の
出力分布の平坦化を図ることができる。
いることにより、炉停止余裕を確保しながら、軸方向の
出力分布の平坦化を図ることができる。
第１図は本発明の燃料集合体の一実施例の断面図、第２
図は濃縮ウラン燃料の水素対燃料原子数比と中性子増倍
率の関係を示す特性図、第３図はボイド率と中性子無限
増倍率の関係を示す特性図、第４図はボイド率と転換比
の関係を示す特性図、第５図は本発明の他の実施例の断
面図である。 １・・・燃料集合体、２・・・チャンネルボックス、３
・・・燃料棒、４・・・水ロッド、７・・・燃料棒。 第１図 ＣＤ−ン 燃Ｒ傅３ 第２図 ７Ｉ封−竹原子敢比一尺 第３図 ０ ２０ 卸 ｆｌ、、ｏ １ｌｔｏ ｔｏ。 木ｘ ｐ’卆（／。） 第４図 不゛イド卆（〃）
図は濃縮ウラン燃料の水素対燃料原子数比と中性子増倍
率の関係を示す特性図、第３図はボイド率と中性子無限
増倍率の関係を示す特性図、第４図はボイド率と転換比
の関係を示す特性図、第５図は本発明の他の実施例の断
面図である。 １・・・燃料集合体、２・・・チャンネルボックス、３
・・・燃料棒、４・・・水ロッド、７・・・燃料棒。 第１図 ＣＤ−ン 燃Ｒ傅３ 第２図 ７Ｉ封−竹原子敢比一尺 第３図 ０ ２０ 卸 ｆｌ、、ｏ １ｌｔｏ ｔｏ。 木ｘ ｐ’卆（／。） 第４図 不゛イド卆（〃）
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、冷却材が燃料棒の長手方向に沿つて流れるように構
成された燃料集合体において、 ＾２＾３＾４Ｕを含有し、かつ、その含有割合が冷却材
の流れの方向で異なるように構成したことを特徴とする
燃料集合体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63162543A JPH0213885A (ja) | 1988-07-01 | 1988-07-01 | 燃料集合体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63162543A JPH0213885A (ja) | 1988-07-01 | 1988-07-01 | 燃料集合体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0213885A true JPH0213885A (ja) | 1990-01-18 |
Family
ID=15756602
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63162543A Pending JPH0213885A (ja) | 1988-07-01 | 1988-07-01 | 燃料集合体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0213885A (ja) |
-
1988
- 1988-07-01 JP JP63162543A patent/JPH0213885A/ja active Pending
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