JPH02222863A - 沸騰水型原子炉用燃料集合体 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （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関する
。

（従来の技術） 沸騰水型原子炉で、従来用いられている燃料集合体の一
例を第７図に示す。同図に示すように、燃料集合体１は
、チャンネルボックス２と、このチャンネルボックス内
に８行８列の正方格子状に配列された燃料棒３と、集合
体径方向中央部付近に配置されたウォータロッド８とか
ら構成されている。燃料棒被覆管、（図示せず）内には
、濃縮ウラン酸化物を焼結した円筒状の燃料ベレットが
封入されている。隣接するチャンネルボックス２゜２の
間の水ギャップには、十字型制御棒９が挿入される。ま
た、炉心は燃料集合体と水ギャップとから成る炉心格子
６より構成される。

沸騰水型原子炉では、出力運転時はチャンネル内部は沸
騰水で占められるが、チャンネル外部（水ギャップ）及
びウォータロッド内は非沸騰水で占められる。これらの
水は燃料の冷却材であるとともに中性子の減速材の役割
を果たしている。

沸騰水型原子炉では、水ギャップ及びウォータロッド内
が非沸騰水で、燃料棒のまわりが沸騰水であるため、燃
料集合体全体でも減速材分布が不均一であるという特徴
がある。

（発明が解決しようとする課８） ところで、ウラン資源の有効利用と燃料経済性の向上が
求められている。熱中性子炉燃料の中性子無限増倍率は
熱群の寄与がほとんどを占め、Ｋ−ｐηｆ（１） と近似される。ここで、 ｐ：共鳴を逃れる確率 η：熱中性子再生率 ｆ：熱中性子利用率 である。従って、反応度増加のためには熱中性子利用率
あるいは共鳴を逃れる確率を向上することが重要である
。沸騰水型原子炉の燃料集合体では、前述の様に集合体
径方向の減速材分布が不均一であるため、水ギャップで
の熱中性子束が大きく、水ギャップでの水による熱中性
子吸収が大きいため熱中性子利用率の低下をもたらす原
因となる。

従って、熱中性子利用率の向上を図るためには、集合体
内にウォータロッドを配置することにより、減速材分布
を均一化し熱中性子束平坦化を図ったほうがよい。とこ
ろが、第６図のように集合体内にウォータロッドを増加
する場合にはウォータロッドに面する燃料棒本数が増加
することになる。

燃料中に含まれるウラン２３８は共鳴エネルギ中性子の
強い吸収体であるが、他の燃料がある場合には相互遮蔽
効果により共鳴吸収を逃れる確率は増加する。しかし、
ウォータロッドには共鳴中性子を遮蔽する効果がないこ
とから、ウオータロ・ソドが増加する場合には、共鳴中
性子に対する燃料棒間の空間的な相互遮蔽効果が減少し
、共鳴吸収を逃れる確率が減少する。このため、ウォー
タロッドの増加による熱中性子利用率増加効果が相殺さ
れ、無限増倍率の増加が得られないという欠点があった
。また、ウォータロッドの数が増えると、ウォータロッ
ドと燃料棒に囲まれる沸騰水部の割合いが増加し、燃料
部割合いが減少するため、同一の水素対ウラン原子数比
を実現する場合は集合体ウラン重量が減少するため、燃
料経済性の低下をもたらすという問題があった。

本発明は、かかる問題に対処してなされたもので、中性
子利用率の向上を目的としてウォータロッド数を増加す
る場合でも十分の反応度効果があり、またウラン重量も
増加できる。８３騰水型原子炉用燃料集合体を提供する
ものである。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明は、チャンネルボッ
クス内に燃料棒を規則正しく配列した沸騰水型原子炉用
燃料集合体において、炉心格子サイズを８行８列（以下
８×８）集合体と同じに保ち、燃料棒配列をｌ０ＸＩＯ
とし燃料棒間の距離及びチャンネルボックスと燃料棒の
間の距離を約２〜３１麿程度とし、かつ、集合体中央に
燃料棒配列にして２Ｘ２相当のウォータロッドを配置し
、さらに集合体最外周より３，４層目に燃料棒配列にし
て２×２相当のウォータロッドを集合体対角線位置に対
称的に４本配置することを特徴とするものである。　　
（作　用） 本発明の燃料集合体は、燃料棒配列をｌ０ＸＩＯとし燃
料棒間距離及びチャンネルボックスと燃料棒の間の距離
を２〜３鰭程度に狭め、また集合体内部にウォータロッ
ドを効率的に配置する構成としているので、熱中性子利
用率を高めて無限増倍率の向上を図り、かつ燃料棒本数
を増加することにより高燃焼度化時に対応して水対燃料
比を増加する場合でも炉心ウラン量も増加でき、また熱
的制限も緩和することができる。

（実施例） 本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の一実施例の沸騰水型原子炉用燃料集合
体を示すもので、この実施例の燃料集合体１では、従来
のチャンネルボックス２内の燃料棒配列をＩＯＸ　１０
として、従来の集合体よりも燃料棒ピッチを小さくし、
また燃料棒の間の距離及びチャンネルボックスと燃料棒
の間の距離を従来の約３，５關より狭めて約２．５ｍｍ
としている。燃料棒３の外径は約１１鰭である。集合体
中央部には２×２相当の大径ウォータロッド４を配置し
ている。

さらに集合体最外周より３．４層目に２×２相当の大径
ウォータロッド５を集合体対角線位置に対称的に４本配
置している。水ギヤツプ幅は従来の燃料と同一である。

本実施例の集合体内の燃料棒本数は８０本で、ウォータ
ロッドを増加し水対燃料比を従来の燃料集合体に比べて
大幅に増加しているにもかかわらず、燃料棒本数は従来
の６２本にくらべて増加している。

第２図は、上記実施例の熱中性子利用率ｆと共鳴を逃れ
る確率ｐ及び無限増倍率に対する熱群の寄与にの従来の
燃料集合体に対する相対変化を示したものであり、熱中
性子利用率ｆの向上により無限増倍率が増加しているこ
とがわかる。一方、共鳴を逃れる確率ｐは殆ど変化して
いないことがわかる。

このように本実施例で熱中性子利用率が向上したのは、
ウォータロッドの効果的配置による熱中性子束平坦化の
効果と、燃料棒間距離を減少した結果、燃料棒周囲の水
による熱中性子吸収が減少した効果による。本実施例で
は、ウォータロッドの太さを燃料棒配列にして２Ｘ２相
当としている。

これは、ウォータロッドか細すぎると必要なウォータロ
ッド本数が増加しウォータロッドに面する燃料棒本数が
増加して不利であること、一方、ウォータロッドを太く
していくとウォータロッド平均熱中性子束が増加し、つ
いには、水ギヤツプ平均熱中性子束を越えてしまう場合
には熱中性子利用率の向上は望めないため、両者の間の
適切な太さとしたことによる。また、ウォータロッドの
位置については、本実施例では、集合体最外周から３．
４層目より内側に配置している。

第３図はチャンネルボックスとウォータロッド中心間の
距離と、ウォータロッド内の水による熱中性子吸収の関
係を示したもので、ウォータロッド中心を集合体最外周
より２層以上離して配置する場合には、ウォータロッド
と水ギャップの干渉による熱中性子吸収の増加は小さい
ことがわかる。

第４図は燃料棒間圧Ｍｒと熱中性子利用率ｆの関係を示
す。燃料棒間距離ｒが減少すると燃料棒周囲の水による
熱中性子吸収が減少して熱中性子利用率ｆが増加する。

また、本実施例でウォータロッドを増加したにも関わら
ず共鳴を逃れる確率が従来とほぼ同じくなったのは、ウ
ォータロッド増加による共鳴中性子に対する燃料棒間相
互遮蔽効果の減少効果と燃料棒間距離が減少したことに
よる共鳴中性子に対する燃料棒間相互遮蔽効果の増加効
果とが互いに相殺した結果である。第４図にはウォータ
ロッドを増加しない場合の燃料棒間距離ｒと共鳴を逃れ
る確率ｐの関係を示す。燃料棒間距離が減少すると共鳴
中性子に対する燃料棒間相互遮蔽効果が増加するため、
共鳴を逃れる確率は増加する。また、本実施例では、４
本のウォータロッドを集合体中心に配置した１本のウォ
ータロッドの回りの集合体対角線位置に配置することに
より、ウォータロッドに面する燃料棒総本数を減少させ
、ウォータロッド増加による共鳴吸収の増加を最少限に
している。すなわち、第６図に示す集合体では、５本の
ウォータロッド７に面する燃料棒３の総本数は８０本で
あるが、本実施例では、５本のウォータロッド４．５に
面する燃料棒３の総本数は４４本に減少しでいる。この
ように本実施例では、ウォータロッドの増加による共鳴
を逃れる確率の低下を、ウォータロッドの効率的配置と
燃料棒間距離の減少により補うことにより、熱中性子利
用率を増加して燃料経済性の優れた燃料集合体を得るこ
とができる。

さらに、本発明では燃料棒間隔が狭まった結果、燃料棒
数が従来に比べて増加する。このため、高燃焼度化時に
対応して、集合体内にウォータロッドを配置して水対燃
料比を増加する場合でも、燃料棒本数およびウラン重量
を従来より増加できる。

燃料棒本数の増加は、ウォータロッド配置による熱中性
子束平坦化と相俟って最大線出力密度に対する熱的余裕
を増加する。しかもウラン重量の増加は経済性を向上す
る効果をもたらす。

第５図は本発明の他の実施例の横断面図であり、上記実
施例と同一部分には同一符号を附してその説明は省略す
る。

第５図に示すように、炉心格子サイズは変えずに水ギヤ
ツプ幅を１２＋＋ａ程度に減少しその分、チャンネルボ
ックスを拡げる。これにより、チャンネルボックス内の
沸騰水部すなわち冷却材流路を増加することができる。

第１図の実施例の燃料集合体では、燃料棒の周囲の冷却
材流路が従来に比べ狭１１ので、最少限界出力比に対す
る熱的な制限が厳しくなる恐れがある。本実施例による
とこのような問題が解消されて最少限界出力比に対する
熱的な余裕が向上する。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明の燃料集合体では、炉心格子
サイズを変更することなく、熱中性子利用率を高めるこ
とにより高い燃料経済性を有するとともに、高燃焼度化
時にも対応できるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の横断面図、第２図は本発明
と従来の燃料集合体の反応度の違いを説明するための図
１、第３図はウォータロッドとチャンネルボックス間距
離と、熱中性子吸収の関係を示す図、第４図は燃料棒間
距離と熱中性子利用率及び共鳴を逃れる確率の関係を示
す図、第５図は本発明の他の実施例の横断面図、第６図
は集合体内にウォータロッドを増加する場合の概念図、
第７図は従来の燃料集合体の横断面図である。 １・・・燃料集合体 ２・・・チャンネルボックス ３・・・燃料棒 ４．５・・・大径ウォータロッド ６・・・炉心格子 （８７３３）　　代理人　弁理士　猪　股　祥　晃（ほ
かユ名） 第　１　図 第 図 茅 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. チャンネルボックス内に燃料棒を規則正しく配列した沸
   騰水型原子炉用燃料集合体において、炉心格子サイズを
   ８行８列集合体と同一とした上で、燃料棒配列を１０行
   １０列とし、燃料棒間距離及びチャンネルボックスと燃
   料棒の間の距離を約２〜３ｍｍとし、また、燃料集合体
   中央部に燃料棒配列にして２行２列相当の太さのウォー
   タロッドを配置し、さらに集合体最外周より３、４層目
   に燃料棒配列にして２行２列相当のウォータロッドを集
   合体対角線位置に４本対称に配置したことを特徴とする
   沸騰水型原子炉用燃料集合体。