JPH03189594A - 燃料集合体および原子炉の炉心 - 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〕 本発明はガス冷却炉に係り、特に、超ウラン元素の消滅
に好適な燃料集合体および炉心に関する。

〔従来の技術〕

冷却材としてヘリウムガスや炭酸ガスを使用する、いわ
ゆる、ガス冷却炉の燃料集合体は、減速材を兼ねる六角
柱状の黒鉛ブロックにあけた多数の穴に、濃縮ウランの
炭化物からなる微小な粒子状燃料を充てんして構成され
る。燃料の周囲には冷却材流路が設けられ、ここを冷却
材であるヘリウムガス等が流れていく。ガス冷却炉の炉
心は燃料集合体を、縦横に積み重ねて円柱状に形成され
る。

近年、軽水炉の使用済み燃料から発生する半減期が数百
万年と非常に長いネプチニウム等の超ウラン元素を消滅
するために、通常のウラン燃料に超ウラン元素を均一に
混合する概念が検討されている（特開昭６０−１３９０
６５号公報）。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術では、超ウラン元素がウランに比べ、熱中
性子あるいは共鳴エネルギ領域の中性子に対して吸収効
果が大きいので、原子炉の臨界に必要な反応度を確保す
るためには、ウランの濃縮度を高める必要がある。

本発明の目的は、上記の問題を解決し、超ウラン元素の
効率的な消滅に好適な燃料集合体および原子炉の炉心を
提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明では、超ウラン元素の核分裂断面積が共鳴エネル
ギ領域よりも熱中性子領域で大きくなることに看Ｈし、
超ウラン元素を、減速材である黒鉛と燃料の原子数比が
大きく、熱中性子の割合が多い領域に充てんされる燃料
には多く、黒鉛と燃料の原子数比が小さい領域に充てん
される燃料には少なく混合する。

〔作用〕

上記の構成により、本発明では、超ウラン元素を一様に
混合する従来技術に比へ、超ウラン元素による核分裂対
中性子吸収の比を増大し、炉心の反応度を確保すること
ができる。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例に従って説明する。第１図ないし
第３図は、本発明の第一の実施例であり、ガス冷却炉の
燃料集合体に適用したものである。

第１図は、燃料集合体の水平断面図であり、第２図は燃
料集合体の斜視図、第３図は燃料集合体の垂直断面図で
ある。燃料集合体１０は、黒鉛ブロック３中に設けた多
数の孔の内、半径方向周辺部のものは、濃縮ウランに超
ウラン元素を富化した混合炭化物からなる燃料を充てん
した燃料棒１１とし、その内側のものは３１縮ワランの
炭化物力１らなる燃料を充てんした燃料棒１とすると共
に、これからの発熱を冷却材チャネル２を流れるヘリウ
ムガス（図示せず）で冷却して構成する。

上記の実施例の効果を、第４図に水平断面図（全炉心の
１／４）を、第５図に垂直断面図（全炉心の１／２）を
それぞれ示したガス冷却炉の炉心に基づいて評価した。

この炉心は、燃料集合体１０を縦横に積み重ねて構成さ
れている。炉心および燃料の仕様並びに運転条件を第１
表に示す。

すなわち、原子炉熱出力は約２５０万ｋＷ、電気出力は
約１００万ｋＷ、炉心高さは６．４．ｍ、燃料集合体数
は４６１６体である。運転期間は１２ケ月で、燃料交換
バッチ数は４としている。燃料は、ウラン炭化物とトリ
ウム酸化物からなり、その重金属重量比は８：９２であ
る。ウラン濃縮度は約９０％としている。超ウラン元素
を富化した燃料ではトリウムの内、０．５％　を超ウラ
ン元素で置き換えたものとしている。超ウラン元素の重
量組成比は、軽水炉の使用済み燃料を再処理したものを
想定し、第１表に示したものを使用した。

第　　１　　表 すなわち、ネプチニウム−２３７が約８０％で、アメリ
シウム−２４３が約１０％、残りがアメリシウム−２４
１、キュリウム−２４２、および、キュリウム−２４４
で、プルトニウムを含まないものとした。プルトニウム
をわずかに含む組成を用いる場合は、ウランの重量比を
調整する必要がある。

まず、超ウラン元素混合燃料の燃焼特性を、黒鉛対燃料
体積比をパラメータとして調べた。第６図および第７図
に示すように、超ウラン元素を０．５　ｗ　ｔ％混合し
た場合（破線ｂ）、超ウラン元素を混合しない場合（破
線ａ）に比べ、燃焼初期の中性子無限増倍率は、黒鉛対
燃料体積比によらず減少する。しかし、燃焼末期（燃焼
度約４５０Ｗｄ／ｌ）の中性子無限増倍率は、第６図に
比べ第７図のように、黒鉛対燃料体積比が大きくなると
、超ウラン元素を混合しない場合よりも大きくなること
がわかる。したがって、黒鉛対燃料体積比が大きな領域
に超ウラン元素を多く装荷することで、超ウラン元素を
均一に装荷する場合に比べ、炉心の反応度を大きくする
ことができ、所定の反応度を得るために必要なウランの
濃縮度を低滅することができる。

以上のように、本発明の実施例では、炉心の反応度を確
保できるので、超ウラン元素を効率的に消滅させること
ができる。

次に、本発明を重水炉の燃料集合体に適用した場合につ
いて説明する。第８図は、燃料集合体の水平断面図であ
る。本実施例では、燃料として濃縮ウラン酸化物をジル
カロイの被覆管に充てんした燃料棒を複数束ねたものを
、ジルカロイの円筒（圧力管）１４で囲み、その中を流
れる軽水で冷却する構成となっている。圧力管１４、お
よび、カランドリア管４２の外側には減速材として重水
３１がみたさており、減速材対燃料体積比は実効的に燃
料集合体の周辺部ほど大きくなる。従って、周辺部に装
荷される燃料棒に超ウラン元素を混合した燃料を充てん
し、内側に装荷される燃料棒には超ウラン元素を富化し
ない構成とすることにより、超ウラン元素を効率的に消
滅することができる。

本発明に基づく燃料集合体１０１から重水炉の炉心を構
成することができる。第９図は炉心の水平断面図（全炉
心の１／４のみ図示）である。

上記の実施例では、超ウラン元素を富化した燃料として
、濃縮ウランの炭化物、および、酸化物を使用したが、
その他の燃料、例えば、濃縮ウランのかわりにプルトニ
ウムを富化した劣化ウランを使用しても１本発明は有効
である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、従来技術に比べ、超ウラン元素による
中性子の無駄な吸収を低減することができ、炉心の反応
度を確保することができる。従って、超ウラン元素を効
率的に消滅させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す燃料棒の水平断面図、第
２図および第３図は、それぞれ１本発明の実施例を示す
燃料集合体の斜視図、垂直断面図、第４図および第５図
は、本発明の実施例を示す炉心の水平断面図および垂直
断面図、第６図および第７図は、本発明の原理を示す燃
料の反応度特性の比較図、第８図は本発明の実施例を示
す燃料集合体の水平断面図、第９図は本発明の実施例を
示す炉心の水平断面図である。 １・・・燃料棒（超ウラン元素富化せず）、１１・・・
燃料棒（超ウラン元素富化）、２・・・冷却材チャネル
、３・・・黒鉛ブロック、１０・・・燃料集合体（ガス
冷却炉）、１０１・・・燃料集合体（重水炉）、１２・
・・重水炉の燃料棒（超ウラン元素富化せず）、１３・
・・重水炉の燃料棒（超ウラン元素富化）、１４・・・
圧力管、１８・・・被覆管、２１・・・冷却水、３１・
・・重水減速材、４１・・・カランドリアタンク、４２
・・・カラスドリア管、５１・・・制御棒。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、核分裂性物質を含む燃料にネプチニウム、プルトニ
   ウム、アメリシウム、キュリウム等の超ウラン元素を富
   化したものを充てんした燃料棒と中性子の速度を減じる
   減速材とからなるものにおいて、前記減速材と前記燃料
   の原子数比が大きい領域ほど前記超ウラン元素の富化度
   を高くしたことを特徴とする燃料集合体。 ２、特許請求の範囲第１項に記載の燃料集合体を含む原
   子炉の炉心。