JPH03237390A - 加圧水型原子炉用燃料集合体の毒物要素 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は加圧水型原子炉用燃料集合体の毒物要素に関す
るものであり、更に詳細には、加圧水型原子炉の炉心余
剰反応度の抑制、減速材温度係数などの反応度係数の制
御及び出力分布の平坦化等の目的で毒物（中性子吸収材
）要素を装備せしめた燃料集合体において、制御棒クラ
スターが挿入される燃料集合体への毒物要素の配置とそ
のための毒物要素の構造に関するものである。

［従来の技術］ 加圧水型原子炉（ＰＷＲ）で使用されている従来の毒物
要素は一般に棒状の形態をしており、このような毒物線
を必要本数だけシンブルプラグ棒と共に燃料集合体内の
制御棒案内シンブル（中空管）に対応させてクラスタ状
に組み合わせて可燃毒物棒集合体とし、燃料集合体内の
所定の制御棒案内シンブル内に毒物線が挿入状態となる
ようにして使用している。

このように制御棒案内シンブル内に毒物線が挿入された
燃料集合体には、当然のことながら制御棒クラスタを挿
入することはできず、従って従来の毒物線は、炉心の制
御棒クラスタが配置されていない位置に装荷される燃料
集合体にのみ挿入可能であった。

すなわち、加圧水型原子炉用の燃料集合体においては、
制御棒クラスタが燃料集合体内の制御棒案内シンブルに
上方から挿入できるようになっている。炉内では、ある
選択的位置に装荷された燃料集合体にのみ制御棒クラス
タが挿入される。

ＰＷＲは、制御棒クラスタをほぼ全引抜状態にして運転
を行なう。従って、制御棒クラスタ挿入位置に装荷され
る燃料集合体に過大な出力ビーキングが発生する場合に
は、これを別の手段で抑制する必要がある。また、その
集合体の出力分担が高すぎれば、反応度停止余裕や制御
棒飛出し事故時の安全パラメータ等が制限値を逸脱する
場合もある。この様な場合、従来の毒物棒では制御棒ク
ラスターと共存できないため、設計段階で燃料装荷パタ
ーンの変更を行なう事により対処する以外に対策を講じ
ることができなかった。ところが５使用する燃料の構成
によっては炉心の安全性を確保できないケースも発生し
、その場合には使用する燃料を変更する必要が生じるこ
ともありえた。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の毒物棒では、前述のように炉心の制御棒クラスタ
が配置されていない位置に装荷される燃料集合体にのみ
挿入可能であったため、ＰＷＲの運転に対して次のよう
な核特性上の欠点および問題点をもたらしている。すな
わち、 ａ、制御棒クラスター位置で発生する出力ビーキングを
直接制御できない。

ｂ、制御棒の反応度停止余裕や、制御棒飛出し事故時の
制御棒価（！　（ワース）なと、制御棒クラスター位置
の出力分布やピーキングに影響を与える安全パラメータ
を直接制御できない。

Ｃ６毒物棒の使用場所が限られるため、燃料運用上のフ
レキシビイリティが抑制される。

従って本発明で解決すべき課題は、ＰＷＨの運転に対す
る前述のような核特性上の欠点および問題点を除去する
ために、ＰＷＲ炉心の制御棒クラスタが配置された位置
に装荷される場合でも制御棒クラスタの挿脱を妨げずに
共存可能に毒物要素を装備した燃料集合体を提供するこ
とであり、そのための毒物要素の特別な構造を提供する
ことである。

［課題を解決するための手段〕 請求項１に記載の発明は加圧水型原子炉用燃料集合体の
制御棒案内シンブル内に装着される毒物要素を提供する
ものであり、この毒物要素は、中性子吸収能を有する金
属材からなり、一端から軸心方向に制御棒の挿脱を許容
する中空部を有する管状構造を備えている。

請求項２に記載の発明に係る毒物要素では、請求項１の
発明の構成に加えて、毒物要素が軸方向に毒物の濃度分
布をもつことを特徴としている。

［作　用］ 本発明における毒物要素は、基本的にＰＷＲ燃料集合体
の制御棒案内シンブル内に着脱可能に装着でき、且つ軸
方向の中空部を有する管状構造を持っており、中空部の
内部に対して一端から制御棒の挿入又は引抜きが可能な
構造である。この管状の毒物要素は所望本数を組合せて
クラスタ状として使用することもでき、より毒物要素と
しての効果を強めることも可能である。

本発明に係る毒物要素は制御棒クラスタと共存可能であ
り、これを装備した燃料集合体をＰＷＲ炉心に装荷する
ことにより、先に述べた従来技術での欠点・問題点、す
なわち制御棒クラスター位置で発生する出力ビーキング
の直接制御と、制御棒の反応度停止余裕や、制御棒飛出
し事故時の制御棒価値（ワース）など、制御棒クラスタ
ー位置の出力分布やピーキングに影響を与える安全パラ
メータの直接制御とが本発明による毒物要素によってい
ずれも可能となり、また毒物要素の使用場所の制限も解
消されるため、燃料運用上のフレキシビイリテイを大幅
に高めることが可能である。

［実施例］ 第１図に本発明の毒物要素を適用した加圧水型原子炉用
燃料集合体の一実施例を示す。第１図において、燃料集
合体は、軸方向に間隔をあけて複数の支持格子２を用い
ることにより複数本の燃料棒４と複数本の制御棒案内シ
ンブル６と一本の計装案内用シンブル８とを１４Ｘ１４
の正方格子配列のバンドルに束ね、各シンブル６．８の
上端を上部ノズル１０によって支持し、バンドル下端で
燃料棒４と各シンブル６．８を下部ノズル１２に支持せ
しめた構成を備えている。

ｉ２ａ、２ｂ図は前記燃料集合体に適合させた制御棒ク
ラスタ１４を示しており、この制御棒クラスタ１４は、
第２ａ図に示すように前記燃料集合体の制御棒案内シン
ブル６に対応した平面位置に複数本の制御棒１６を配置
し、第２ｂ図に示すように各制御棒１６をその上端で上
部構造体１８に垂下支持させた構成を備えている。

炉心内においては、成る選択的位置に装荷された燃料集
合体に対してこのような制御棒クラスタ１４が％ｘ図の
制御棒案内シンブル６に上方から挿入できるようになっ
ている。

制御棒案内シンブル６は、第３図に拡大して示すように
下端に数十ｃｍ＋程度の制御棒落下速度減速用の縮径部
２０を有する外径１３〜１４ｍｍの中空管からなり、前
記縮径部２０以外の部分には、その内壁に沿って二重管
状に本発明の要部に係る管状の毒物要素２２が上方から
挿入されている。

この管状の毒物要素２２は、内部に上方からの制御棒１
６の挿入又は引き抜きを許容する中空部２４を有し、従
ってこの中空部２４の内径は制御棒１６の外径より所定
の余裕間隙寸法だけ大きくされている。また前記管状毒
物要素は上端に外向きのフランジ２６を一体に有し、こ
のフランジ２６が制御棒案内シンブル６の上端縁に載置
されることにより、シンブル６内への落ち込みの防止と
軸方向位置決めとが果たされている。

このような管状毒物要素２２は、特に炉心内で制御棒ク
ラスタが配置される位置に装荷される燃料集合体に適用
可能であり、その場合、燃料集合体の制御棒案内シンブ
ル６に対して予め選ばれた位置のものに個々に管状毒物
要素２２が挿入される。尚、この管状毒物要素２２の装
着に当たり、前記位置のシンブル６に対応した配列で管
状毒物要素をクラスタ状に一体化しても良く、その場合
は一体化のためのクラスタ上部構造体は制御棒クラスタ
の挿脱に機械的干渉を与えない構造とすべきである。

管状毒物要素２２は中性子吸収効果をもつ物質を含有す
る材料又はそれ自体が中性子吸収効果をもつ材料からな
るものであり、例えば中性子吸収効果の大きいＢＩＧを
含有させた硼素入りステンレス鋼管などが適している。

管状毒物要素２２の毒物濃度は種々に選ぶことができ、
燃料集合体一体あたりの挿入本数や個々の管状毒物要素
の長さも最適な炉心特性が得られるように種々に設計す
ることができる。また、管状毒物要素２２の毒物濃度分
布は軸方向に均一な場合に限られることはなく、軸方向
の毒物濃度分布を変えることにより局所的な出力分布の
抑制にも対処可能である。

［発明の効果］ 以上に述べたように、本発明によれば、従来のＰＷＲ炉
心に比べて、より安全性の高い優れた核特性を持つ炉心
の設計が可能となり、また従来技術では炉心特性上の問
題から例えば濃縮度分布などの点で使用できなかった燃
料も使用できるようになり、燃料運用上のフレキシビイ
リティが高くなるものである。また、ガドリニア入り燃
料のように燃料要素部分に毒物を含ませたものと比較す
ると、本発明による毒物要素は燃料要素と別の構成要素
であるので、新燃料、燃焼燃料に関係なく脱着可能であ
る点で優れている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の毒物要素を通用した加圧水型原子炉用
燃料集合体の一実施例を示すｆｌｖＩＪ面図、第２ａ図
と５２ｂ図は前記燃料集合体に適合させた制御棒クラス
タを示す平面図と側面図、第３図は制御棒案内シンブル
と管状毒物要素の装着組立を要部の縦断面と共に示す説
明図である。 （主要部分の符号の説明） ６：制御棒案内シンブル、１６：制御棒、２２：管状毒
物要素、２４：中空部、２６：フランジ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、加圧水型原子炉用燃料集合体の制御棒案内シンブル
   内に装着される毒物要素であって、中性子吸収能を有す
   る金属材からなり、一端から軸心方向に制御棒の挿脱を
   許容する中空部を有する管状構造を備えたことを特徴と
   する毒物要素。 ２、軸方向に毒物の濃度分布をもつ請求項１に記載の毒
   物要素。