JPH03210500A - 燃料集合体 - Google Patents
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- JPH03210500A JPH03210500A JP2003613A JP361390A JPH03210500A JP H03210500 A JPH03210500 A JP H03210500A JP 2003613 A JP2003613 A JP 2003613A JP 361390 A JP361390 A JP 361390A JP H03210500 A JPH03210500 A JP H03210500A
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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、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、燃料下部でボイド率が低く、
上部で高いという、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。
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、燃料下部でボイド率が低く、
上部で高いという、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
性子が減少されにくくなり、中性子スペクトルは硬くな
る。すると、２３δＵの核分裂断面積が小さくなり、２
８８Ｕ の捕獲断面積は大きくなる。このため、軸方向
−様濃縮度の燃料を用いた場合、燃焼初期では、燃料上
部の中性子増幅率は燃料下部に比べて小さくなる。すな
わち、燃料上部の出力が下部に比べて低くなり、ａ力分
布は下ピークの形を示す。
性子が減少されにくくなり、中性子スペクトルは硬くな
る。すると、２３δＵの核分裂断面積が小さくなり、２
８８Ｕ の捕獲断面積は大きくなる。このため、軸方向
−様濃縮度の燃料を用いた場合、燃焼初期では、燃料上
部の中性子増幅率は燃料下部に比べて小さくなる。すな
わち、燃料上部の出力が下部に比べて低くなり、ａ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
８５ Ｕ が下部より多く残存しており、また、２３６
Ｕ の転換によりＺ ３ ｅ ｐ ｕ 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。
８５ Ｕ が下部より多く残存しており、また、２３６
Ｕ の転換によりＺ ３ ｅ ｐ ｕ 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、これらの問題を解決し、軸方向出力分布の平坦化
を実現する手段として、主に次のようなものが採られて
きた。
を実現する手段として、主に次のようなものが採られて
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号公報に開示されて
いるように、燃焼初期で８カが低くなる燃料上部の濃縮
度を下部よりも高くシ、軸方向出カ分布の平担化を図る
ものである。
いるように、燃焼初期で８カが低くなる燃料上部の濃縮
度を下部よりも高くシ、軸方向出カ分布の平担化を図る
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、出力の高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、軸方向出
力分布の平担化を図るものである。
れているように、出力の高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、軸方向出
力分布の平担化を図るものである。
しかし、上記従来技術のうち前者は、ボイド率の高い燃
料上部に相対的に高濃縮度の燃料を用いているため、次
のような問題が生じる。すなわちボイド率が高い上部は
、運転時と冷温時の水素対燃料原子数比の変化が大きい
。一方、第２図に模式的に示すように、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、
運転時と冷温時の中性子無限増倍率の差が大きくなる。
料上部に相対的に高濃縮度の燃料を用いているため、次
のような問題が生じる。すなわちボイド率が高い上部は
、運転時と冷温時の水素対燃料原子数比の変化が大きい
。一方、第２図に模式的に示すように、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、
運転時と冷温時の中性子無限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、その確保という観点
からは好ましくない。
からは好ましくない。
また、後者は、燃焼初期においては、高濃度のガドリニ
アにより燃料下部の出方を低くし、軸方向出力分布平坦
化を実現できるが、燃焼末期には、軸方向出力分布は改
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。
アにより燃料下部の出方を低くし、軸方向出力分布平坦
化を実現できるが、燃焼末期には、軸方向出力分布は改
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。
力分布の平坦化を図ることにある。
上記目的は、２８５Ｕ の濃縮度を変えずに、燃焼初期
で出力の高くなる燃料下部に、 ２Ｂ’Ｕ の一部の代
りに２８７ Ｎ Ｐ を含む燃料を用いることにより
達成される。
で出力の高くなる燃料下部に、 ２Ｂ’Ｕ の一部の代
りに２８７ Ｎ Ｐ を含む燃料を用いることにより
達成される。
以下、本発明の詳細な説明する。
２３７ Ｎ Ｐ は、ｚＩＵに比べ核分裂断面積は非常
に小さく核分裂性物質ではないが、中性子を吸収して２
３♂Ｎｐとなり、半減期２．１２日で２３δＰｕとなる
。さらに、２３ａｐｕ は、中性子を吸収して核分裂性
核種である２８９ｐｕへと変換する。また、”’Ｕの熱
中性子に対する捕獲断面積が２．７バーンであるのに対
して、！３７Ｎｐ の熱中性子に対する捕獲断面積は１
６９バーン、２８δＰｕ のそれは５４７バーンで、
２３♂Ｕより二相大きい。このため、２３８Ｕの一部の
代りに２３７ Ｎ Ｐを含む燃料は ２３７Ｎｐ を含
まない燃料に比べて、中性子増倍率が小さくなり、転換
比が大きくなる。
に小さく核分裂性物質ではないが、中性子を吸収して２
３♂Ｎｐとなり、半減期２．１２日で２３δＰｕとなる
。さらに、２３ａｐｕ は、中性子を吸収して核分裂性
核種である２８９ｐｕへと変換する。また、”’Ｕの熱
中性子に対する捕獲断面積が２．７バーンであるのに対
して、！３７Ｎｐ の熱中性子に対する捕獲断面積は１
６９バーン、２８δＰｕ のそれは５４７バーンで、
２３♂Ｕより二相大きい。このため、２３８Ｕの一部の
代りに２３７ Ｎ Ｐを含む燃料は ２３７Ｎｐ を含
まない燃料に比べて、中性子増倍率が小さくなり、転換
比が大きくなる。
一方、２Ｂ？Ｎｐ は、主に、２８Ｂ Ｕ の中性子捕
獲により生成する。この燃焼に伴う２８７ Ｎ Ｐの新
たな生成による反応度の低下分は、２３５Ｕ の濃縮度
を変えないため、燃焼初期に２３７ Ｎ Ｐを含まない
場合とほぼ同じである。また、２δ’Ｐｕ は、はぼ
、２ｉ３７Ｎｐ の中性子捕獲による生成するので、
初期に含まれていたＺ ３７ Ｎ Ｐによる寄与を除い
た、燃焼に伴う２３δＰｕによる反応度の低下分につい
ても、２３７Ｎｐ と同様、初期に１８７ Ｎ Ｐを含
んでいたか否かによらず、はぼ同じになる。
獲により生成する。この燃焼に伴う２８７ Ｎ Ｐの新
たな生成による反応度の低下分は、２３５Ｕ の濃縮度
を変えないため、燃焼初期に２３７ Ｎ Ｐを含まない
場合とほぼ同じである。また、２δ’Ｐｕ は、はぼ
、２ｉ３７Ｎｐ の中性子捕獲による生成するので、
初期に含まれていたＺ ３７ Ｎ Ｐによる寄与を除い
た、燃焼に伴う２３δＰｕによる反応度の低下分につい
ても、２３７Ｎｐ と同様、初期に１８７ Ｎ Ｐを含
んでいたか否かによらず、はぼ同じになる。
従って、２！６Ｕの一部の代りに２３７ Ｎ Ｐを含む
燃料を、ボイド率が低く中性子スペクトルが軟らかくな
っている燃料下部に用いることにより、燃焼初期に上部
に比べ出力が高くなる傾向のある下部の出力を低くする
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、前述のように、炉停止余裕を悪化さ
せないですむ。さらに、燃料下部で、２３７Ｎｐ を用
いることにより燃焼初期において中性子無限増倍率が低
くなるので、余剰反応度低減にも役立つ。
燃料を、ボイド率が低く中性子スペクトルが軟らかくな
っている燃料下部に用いることにより、燃焼初期に上部
に比べ出力が高くなる傾向のある下部の出力を低くする
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、前述のように、炉停止余裕を悪化さ
せないですむ。さらに、燃料下部で、２３７Ｎｐ を用
いることにより燃焼初期において中性子無限増倍率が低
くなるので、余剰反応度低減にも役立つ。
一方、上述のように、２３７ Ｎ Ｐ は、中性子を
吸収して、二段階の反応で２３９Ｐｕへと転換し、また
、２８７Ｎｐ 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、２ Ｂ
７ Ｎ Ｐ を用いない燃料に比べ小さくなる。
吸収して、二段階の反応で２３９Ｐｕへと転換し、また
、２８７Ｎｐ 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、２ Ｂ
７ Ｎ Ｐ を用いない燃料に比べ小さくなる。
従って、燃焼末期において出力の低くなる傾向にある燃
料下部に ２８７ Ｎ Ｐ を含む燃料を用いること
により、燃焼末期においても、軸方向出力分布を改善で
きる。
料下部に ２８７ Ｎ Ｐ を含む燃料を用いること
により、燃焼末期においても、軸方向出力分布を改善で
きる。
以下、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、本発明になる燃料集合体の−の実施例を示し
たものである。本実施例では、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２．６２本の燃料棒３
と二本の水ロッド４とから成っている。また、本燃料集
合体の水対燃料体積比は３．４ 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１／３の領域
に０．０８ ｗｌｏの２３７Ｎｐを同じ量の２３８Ｕ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２３ ？ Ｎ Ｐ を含まない濃縮ウラン燃料５を
装荷したものである。２３５Ｕ の濃縮度は、燃料５，
６とも３ 、７ ｗ ／ ｏである。なお、２３７Ｎｐ
は、現行ＢＷＲから取出した燃料に含まれている０、０
４Ｗ１０のものを再処理して用いる。
たものである。本実施例では、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２．６２本の燃料棒３
と二本の水ロッド４とから成っている。また、本燃料集
合体の水対燃料体積比は３．４ 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１／３の領域
に０．０８ ｗｌｏの２３７Ｎｐを同じ量の２３８Ｕ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２３ ？ Ｎ Ｐ を含まない濃縮ウラン燃料５を
装荷したものである。２３５Ｕ の濃縮度は、燃料５，
６とも３ 、７ ｗ ／ ｏである。なお、２３７Ｎｐ
は、現行ＢＷＲから取出した燃料に含まれている０、０
４Ｗ１０のものを再処理して用いる。
第３図に、本燃料集合体におけるボイド率と中性子無限
増幅率の関係を示す。図に示したように、２３７ＮＰ
を含む燃料は、それ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、２３７Ｎｐ 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
力が高くなる傾向のあるボイド率の低い燃料下部に、ｚ
３７Ｎｐ を０．０８ｗ１０含む燃料を用いることによ
り、２３７ Ｎ ｐ 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、燃焼初
期での中性子無限増倍率を約１．０％ Δに／に小さく
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、併せて、余剰
反応度を低減できる。さらに、燃料上部の濃縮度を高め
ないので、前述のように、炉停止余裕も確保できる。
増幅率の関係を示す。図に示したように、２３７ＮＰ
を含む燃料は、それ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、２３７Ｎｐ 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
力が高くなる傾向のあるボイド率の低い燃料下部に、ｚ
３７Ｎｐ を０．０８ｗ１０含む燃料を用いることによ
り、２３７ Ｎ ｐ 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、燃焼初
期での中性子無限増倍率を約１．０％ Δに／に小さく
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、併せて、余剰
反応度を低減できる。さらに、燃料上部の濃縮度を高め
ないので、前述のように、炉停止余裕も確保できる。
第４図に、本燃料集合体におけるボイド率と転換比の関
係を示す。図に示したように、２ ａ ７ Ｎ Ｐを含
む燃料は、それを含まない燃料に比べ転換比が高くなる
。従って、燃料が燃焼し易く、燃焼による中性子無限増
倍率の低下の割合が大きい燃料下部に、２８７Ｎｐを０
．０８ｗ１０含む燃料を用いることにより、２３７Ｎｐ
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４．３％大きくす
ることができる。この結果、２３１］ｐ１１ への転換
を促進することができ、燃焼による反応度の低下の割合
を小さくできる。これにより、燃焼末期においても、上
部に比べ出力の低くなる傾向のある下部で出力を高くす
ることができ、軸方向出力分布を改善できる。
係を示す。図に示したように、２ ａ ７ Ｎ Ｐを含
む燃料は、それを含まない燃料に比べ転換比が高くなる
。従って、燃料が燃焼し易く、燃焼による中性子無限増
倍率の低下の割合が大きい燃料下部に、２８７Ｎｐを０
．０８ｗ１０含む燃料を用いることにより、２３７Ｎｐ
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４．３％大きくす
ることができる。この結果、２３１］ｐ１１ への転換
を促進することができ、燃焼による反応度の低下の割合
を小さくできる。これにより、燃焼末期においても、上
部に比べ出力の低くなる傾向のある下部で出力を高くす
ることができ、軸方向出力分布を改善できる。
第５図は、本発明になる燃料集合体の第二の実施例を示
す図である。本実施例の燃料集合体は、下部１／３の領
域に０．０８ｗ１０の２３７Ｎｐを同じ量の２３８Ｕ
の代りに含み２３５Ｕに濃縮度が３．７ｗ１０の燃料６
を、上部２／３の領域に０，０４ｗ１０のＺ３７Ｎｐを
含み２３５Ｕの濃縮度が３．７ｗ１０の燃料９を装荷し
た燃料棒７が３６本、２３７Ｎｐを含まない２３５Ｕの
濃縮度が３ 、７ ｗ ／ 。
す図である。本実施例の燃料集合体は、下部１／３の領
域に０．０８ｗ１０の２３７Ｎｐを同じ量の２３８Ｕ
の代りに含み２３５Ｕに濃縮度が３．７ｗ１０の燃料６
を、上部２／３の領域に０，０４ｗ１０のＺ３７Ｎｐを
含み２３５Ｕの濃縮度が３．７ｗ１０の燃料９を装荷し
た燃料棒７が３６本、２３７Ｎｐを含まない２３５Ｕの
濃縮度が３ 、７ ｗ ／ 。
の燃料５を装荷した燃料棒８が２６本で構成されている
。
。
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、これらの水の周辺
では局所的に中性子減速の良い状態が生じ、その領域で
出力のピークが生じ易い。
ッドの中の水は沸騰していないので、これらの水の周辺
では局所的に中性子減速の良い状態が生じ、その領域で
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、径方向呂力分布平坦
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、２３７Ｎｐ を含む燃料を装荷した燃料体を配置し
た。これにより、軸方向のみでなく径方向の８力分布を
も改善することができる。
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、２３７Ｎｐ を含む燃料を装荷した燃料体を配置し
た。これにより、軸方向のみでなく径方向の８力分布を
も改善することができる。
本発明によれば、燃料下部に２Ｆ７ＮＰ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説明図、第２
図の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図は第１図におけるボイド
率と中性子無限増倍率の関係を示す特性図、第４図は第
１図におけるボイド率と転換比の関係を示す特性図、第
５図は本発明の第２の実施例を示す説明図である。 １・・・燃料集合体、２・・・チャンネルボックス、３
・・・第 １ 図 （α） （’Ｇ） 搭、柵棒３ 第２図 王転吟 冷渦吟 ７１＜ 木 文ゴ ｉ：＝： ｑズＬハナ、そ４壓ζ九
−Ｊミグ５ 図 芹〈イ ド゛ ４堅 （’／、、り 一 図 芹ζイ１ぐ″革５ （ｏ、′ｏ） ｇ、ｔ′ｌ−
図の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図は第１図におけるボイド
率と中性子無限増倍率の関係を示す特性図、第４図は第
１図におけるボイド率と転換比の関係を示す特性図、第
５図は本発明の第２の実施例を示す説明図である。 １・・・燃料集合体、２・・・チャンネルボックス、３
・・・第 １ 図 （α） （’Ｇ） 搭、柵棒３ 第２図 王転吟 冷渦吟 ７１＜ 木 文ゴ ｉ：＝： ｑズＬハナ、そ４壓ζ九
−Ｊミグ５ 図 芹〈イ ド゛ ４堅 （’／、、り 一 図 芹ζイ１ぐ″革５ （ｏ、′ｏ） ｇ、ｔ′ｌ−
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、冷却材が燃料棒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、 ＾２＾３＾７Ｎｐを含有し、かつ、その含有割合が冷却
材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 |
|---|---|---|---|
| JP2003613A JPH03210500A (ja) | 1990-01-12 | 1990-01-12 | 燃料集合体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003613A JPH03210500A (ja) | 1990-01-12 | 1990-01-12 | 燃料集合体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03210500A true JPH03210500A (ja) | 1991-09-13 |
Family
ID=11562342
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003613A Pending JPH03210500A (ja) | 1990-01-12 | 1990-01-12 | 燃料集合体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03210500A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006064678A (ja) * | 2004-08-30 | 2006-03-09 | Toshiba Corp | 原子炉の燃料集合体配置方法、燃料棒および燃料集合体 |
-
1990
- 1990-01-12 JP JP2003613A patent/JPH03210500A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006064678A (ja) * | 2004-08-30 | 2006-03-09 | Toshiba Corp | 原子炉の燃料集合体配置方法、燃料棒および燃料集合体 |
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