JPH0267991A - 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】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、高燃焼度および長期連続運転における燃料
の初期の余剰反応度および出力ビーキングを抑制できる
ようにした、原子炉用クラスタ型燃料集合体に関するも
のである。

〈従来の技術〉 原子炉用燃料集合体においてバーナブルポイズンを利用
するものとしては、例えば実開昭５８−１８［１４９Ｂ
号公報で提案されている。この燃料集合体は、咳燃料物
質としてプルトニウム−ウラン混合酸化物を使用した多
数の核燃料棒を同心円周上に多層配設した圧力管型原子
炉用のクラスタ型燃料集合体において、燃料配列上、中
間層に位置する核燃料棒のうちの複数本を、ノ＜−ナブ
ルポイズン入り濃縮ウラン酸化物燃料棒とし、このバー
ナブルポイズン入り核燃料棒を略均一分布状態で配設し
てなるものである。かような燃料集合体によれば、高燃
焼度を目指す場合に、局所ピーキングをあまり悪化させ
ずに、また炉心特性に大きな影響を与えずに出力ミスマ
ツチを燃料交換後の必要な期間抑制することができる。

〈発明が解決しようとする課題〉 上記の従来技術においてはバーナブルポイズンを濃縮ウ
ラン酸化物に添加した燃料棒を使用しているため、余剰
反応の抑制効果は大きｔｌが、バーナブルポイズンの消
滅が速いため、余剰反応抑制効果の持続性に問題があっ
た。

しかしながら、高燃焼度および１２ケ月〜１８ケ月とい
った長期連続運転を目標とする場合には、燃料の初期の
余剰反応度および出力ビーキングの抑制効果が大きく、
しかもこれらの抑制効果が核的および熱的制限条件を満
足するように長期間持続することが要求される。

そこでこの発明は、高燃焼度および長期連続運転に必要
な初期の余剰反応度および出力キーピングの抑制効果が
大きく、しかもこれら抑制効果が持続できるような燃料
集合体をｆＪｌ　供することを目的としてなされたもの
である。

く課題を解決するための手段〉 すなわちこの発明は、咳燃料物質として濃縮ウラン酸化
物またはプルトニウム−ウラン混合酸化物を使用した多
数の核燃料棒を同心円周上に多層配設した原子炉用のク
ラスタ型燃料集合体において、核燃料棒のうちの複数本
を、ノ＜−ナブルポイズン入り濃縮ウラン酸化物燃料棒
およびバーナブルポイズン入りプルトニウム−ウラン混
合酸化物燃料棒として混入配置せしめたことを特徴とす
る原子炉用燃料集合体である。

この発明の好ましい実施態様においては、同心円周上の
中間層に位置する核燃料棒のうちの複数本を、バーナブ
ルポイズン入り濃縮ウラン酸化物燃料棒およびバーナブ
ルポイズン入りプルトニウム−ウラン混合酸化物燃料棒
として、これらバーナブルポイズン入り燃料棒を略均一
分布状態で配設する。あるいはまた、同心円周上の内層
に位置する核燃料棒のうちの複数本をバーナブルポイズ
ン入り濃縮ウラン酸化物燃料棒とし、中間層に位置す°
る核燃料棒のうちの複数本をバーナブルポイズン入りプ
ルトニウム−ウラン混合酸化物燃料棒として配設するこ
ともできる。

く作　用〉 プルトニウムに、は同位体として　　Ｐｕ２４０　　　
　　　　　２４１　　　　　　　　２４２Ｐ　ｕ　等力
。

２３９Ｐｕ　　　　　Ｐｕ、　　　　Ｐｕ。

あり、これら同位体は異なるエネルギー依存の中性子吸
収断面積をもつ。このうち核分裂に寄与する２３９Ｐｕ
および２４１Ｐｕは、第１図及び第２図かられかるよう
に、２３５Ｕの中性子吸収断面積より大きく、中性子エ
ネルギー０．０２５ｅＶ近傍で　　Ｐｕは　　Ｕの１．
５倍、２４１Ｐｕは２３５Ｕの　２．０倍となる。また
２３９Ｐｕおよび　　Ｐｕは、中性子エネルギー０．３
ｅＶ近傍で大きな共鳴吸収断面積を持つ。

このためプルトニウム−ウラン混合酸化物を使用した核
燃料棒（以下Ｐ　ｕ　Ｏ−Ｕ　０２燃料棒という）は、
濃縮ウラン酸化物を使用した核燃料棒（以下ＵＯ□燃料
棒という）に比べて燃料棒内の中性子自己遮蔽効果が大
きく、燃料棒内での中性子束低下は大きくなる。したが
って、Ｐ　ｕ　ＯＵ　Ｏ２燃料棒にバーナブルポイズン
を添加して出力ビーキングや余剰反応度を抑制しようと
する場合は、ＵＯ２燃料棒にバーナブルポイズンを添加
して使用した場合に比べて、初期の反応度抑制効果が小
さく、かつ燃焼によるバーナブルポイズンの消滅効果が
小さいため、出力ビーキングの変化が小さいことになる
。

余剰反応度および出力ビーキングの抑制効果の特性が異
なるバーナブルポイズン入りＰｕ０２−ＵＯ２燃料棒お
よびバーナブルポイズン入りＵＯ□入り燃料棒を、燃料
集合体内の燃料棒として混入配置せしめれば、バーナブ
ルポイズン入りＰ　ｕ　Ｏ２−Ｕ　Ｏ２燃料棒だけを混
入配置した場合の変化と、バーナブルポイズン入りＵＯ
２燃料棒だけを混入配置した場合の変化との中間を示し
、初期の余剰反応度および出力ビーキングの抑制効果が
大きく、かつこれらの抑制効果が長期間持続することに
なる。

〈実施例〉 以下に図面に示す実施例を参照してこの発明をさらに説
明する。第３図から第８図までの各図中において、同じ
要素には同じ参照番号を付すことにより説明を省略する
。

第３図は３６本の燃料棒を同心円周上に配設した原子炉
用燃料集合体であり、カランドリア管１および圧力管２
の二重管の中に、天然ウランに平均約２　、５ｖｔ％の
核分裂性Ｐｕを富化したＰ　ｕ　ＯＵ　Ｏ２燃料棒また
は約２．８ｗｔ％濃縮のＵＯ□燃料Ｉ４％３が内層、中
間層および外層として配列されている。この実施例にお
いては、中間層に約０．５ｗｔ％の酸化ガドリニウム入
りＵＯ２燃料棒４と約０．８ｗｔ％の酸化ガドリニウム
入りＰｕ０２−Ｕｏ２燃料棒５が一本置きに配置されて
いる。なお、図中番号６は中心支持管を示す。

バーナブルポイズンとしては、上記した酸化ガドリニウ
ム（Ｇｄ２ｏ３）をはじめとして、ホウ素（Ｂ）やカド
ミウム（Ｃｄ）等の従来から用いられているバーナブル
ポイズンがこの発明でも使用できる。

この第３図の配置の燃料集合体における実効増倍率の燃
焼に伴う変化を、酸化ガドリニウム入りＵＯ２燃料棒だ
けを混入配置した場合と、酸化ガドリニウム入りＰｕＯ
２−Ｕｏ２燃料棒だけを混入配置した場合と比較して第
９図に示す。第９図のグラフは、酸化ガドリニウム入り
ＵＯ２燃料棒と酸化ガドリニウム入りＰ　ｕ　Ｏ２Ｕ　
Ｏ２燃料棒とを１つの燃料集合体に混入配置させたこの
発明の場合の実効増倍率の燃焼に伴う変化（実線）は、
酸化ガドリニウム入りＵＯ２燃料棒だけを混入配置した
場合の変化（２点鎖線）と、酸化ガドリニウム入りＰ　
ｕ　０２　　Ｕ　Ｏ□燃料棒だけを混入配置した場合の
変化（１点鎖線）との中間を示す。このことは、初期の
余剰反応度を抑制でき、かつ長期連続運転に対応して持
続的に余剰反応度の抑制ができることを示している。ま
た、これに対応して出力ビーキングの抑制が可能となる
。

第４図は、５４本の燃料棒を配設してなる燃料集合体に
おいて、中間層に酸化ガドリニウム入りＵＯ２燃料棒４
と酸化ガドリニウム入りＰ　ｕ　Ｏ２Ｕ　Ｏ９燃料棒５
とを２本置きに混入配置した実施例を示す。

第５図、第６図、第７図および第８図は、いずれも内層
に酸化ガドリニウム入りＵｏ２燃料棒４を、中間層に酸
化ガドリニウム入りＰ　ｕ　Ｏ２Ｕ　Ｏ２燃料棒５をそ
れぞれ混入配置した実施例を示す。

バーナブルポイズン入りＵｏ２燃料棒４とバーナブルポ
イズン入りＰｕＯ２−Ｕｏ２燃料棒５とは必ずしも同数
本混入させる必要はないが、それぞれできるだけ均一分
布状態となるように略等間隔で規則正しく配置すること
が望ましい。

〈発明の効果〉 以上の説明かられかるようにこの発明によれば、核燃料
物質として濃縮ウラン酸化物またはプルトニウム−ウラ
ン混合酸化物を使用した多数の核燃料棒を多層配設した
原子炉用燃料集合体において、核燃料棒のうちの複数本
を、バーナブルポイズン入りＵｏ２燃料棒およびバーナ
ブルポイズン入りＰｕ０２−Ｕｏ２燃料棒として混入配
置せしめることによって、高燃焼度および長期連続運転
に必要な、初期の余剰反応度および出力ビーキングの抑
制効果が大きく、がつこれらの抑制が核的および熱的制
限条件を満足するように長期に持続できる特性を持つ燃
料集合体を搗洪することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はウランおよびプルトニラムの各種
同位体の中性子吸収断面積を示すグラフ： 第３図、第４図、第５図、第６図、第７図および第８図
はこの発明の各種実施例を示す断面図； 第９図は第３図に示したこの発明の燃料集合体の実効増
倍率の燃焼に伴う変化を示すグラフである。 １・・・カランドリア管、　２・・・圧力管、　３・・
・濃縮ウラン酸化物燃料棒またはプルトニウム−ウラン
混合酸化物燃料棒、　４・・・バーナブルポイズン入り
濃縮ウラン酸化物燃料棒、　　５・・・バーナブルポイ
ズン入りプルトニウム−ウラン混合酸化物燃料棒。 特許出願人　　動力炉・咳燃料開発事業間代　　理　　
人　　　　　尾　　股　　行　　推算２図 （ｅｖ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、核燃料物質として濃縮ウラン酸化物またはプルトニ
   ウム−ウラン混合酸化物を使用した多数の核燃料棒を同
   心円周上に多層配設した原子炉用のクラスタ型燃料集合
   体において、核燃料棒のうちの複数本を、バーナブルポ
   イズン入り濃縮ウラン酸化物燃料棒およびバーナブルポ
   イズン入りプルトニウム−ウラン混合酸化物燃料棒とし
   て混入配置せしめたことを特徴とする原子炉用燃料集合
   体。 ２、同心円周上の中間層に位置する核燃料棒のうちの複
   数本を、バーナブルポイズン入り濃縮ウラン酸化物燃料
   棒およびバーナブルポイズン入りプルトニウム−ウラン
   混合酸化物燃料棒として、これらバーナブルポイズン入
   り燃料棒を略均一分布状態で配設したことを特徴とする
   請求項１記載の燃料集合体。 ３、同心円周上の内層に位置する核燃料棒のうちの複数
   本をバーナブルポイズン入り濃縮ウラン酸化物燃料棒と
   し、中間層に位置する核燃料棒のうちの複数本をバーナ
   ブルポイズン入りプルトニウム−ウラン混合酸化物燃料
   棒として配設したことを特徴とする請求項１記載の燃料
   集合体。 ４、バーナブルポイズンはＧｄ＿２Ｏ＿３、ＢまたはＣ
   ｄから選ばれることを特徴とする請求項１、２または３
   記載の燃料集合体。