JPH0333689A - 佛騰水型原子炉 - 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） 本発明はプルトニウム燃料を含何する燃料集合体とウラ
ン燃料のみを含有する燃料集合体とを混在させて用いる
１！ＩＩｉｒｇ１．水型原子炉に関する。

（従来の技術） 現在稼働中の沸騰水型原子炉はウラン燃料が用いられて
いるが、ウラン燃料は燃焼することによってプルトニウ
ムを生成する。生成したプルトニウムの中には核分裂性
物質の２３９Ｐｕ及び２４１Ｐｕが含まれているため、
ウラン資源有効利用等の観点から、これを再び原子燃料
として使用することが望まれている。プルトニウムを原
子燃料として使用するには、燃料効率から考えて高速増
殖炉が好ましいが、現在高速増萌Ｔｈの開発か遅れてい
ること、再処理によって得られるプルトニウムが近い将
来大量に発生することから、高速増殖炉が実用化される
までプルトニウムの利用を待てない状況にある。このた
め、現在所動している沸騰水型原子炉で使用することが
考えられている。

ところか、沸騰水型原子炉はウラン燃料を使用するもの
として設計されているため、ウランとは核特性の異なる
プルトニウムを使用するとなると種々の問題の生ずるこ
とか予想される。

ウランとプルトニウムとの核特性上のｌｄも大きな相違
点は中性子束スペクトルである。核分裂性物質である　
　Ｐｕや２４１Ｐｕの熱中性子吸収断３９ 面積が　　Ｕより大きいこと、２４０Ｐｕによる中３５ 性子共鳴吸収が２３５Ｕより大きいこと等によって、プ
ルトニウムを使用した燃料の中性子束スペクトルはウラ
ン燃料よりも硬くなり、中性子減速効果が低下する。そ
の結果、プルトニウムを使用した燃料ではウラン燃料に
対してボイド係数絶対値の増大に伴う過渡特性の余裕の
低下、軸方向出力分布歪の増大あるいは減速月反応係数
のｊＱ大に１゛トう炉停止余裕の低下等をまねく。

沸騰水型原子炉におけるプルトニウムの利用の可能性に
ついて説明する。通常、Ｓ騰水型原ｒ炉ではひとつの燃
料集合体は３〜４サイクルのあいだ炉心に滞在する。換
言すれば、炉心は１年１−１燃料（新燃料）、２年目燃
料、３年１１燃料及び４年目燃料により構成される。第
３図は、７８４　ＭＷｅ沸騰水！！！原子炉でプル！・
ニウムを使用する代表的であり、炉心の１／４を取り出
して炉心内の燃料集合体の配置を表わしたものである。

炉心は、ウラン１年口燃料、ウラン・プルトニウム混合
型（以下、混合型と称す。）１年目燃料、ウラン２年口
燃料、混合型２年目燃料、ウラン３′４−目燃料、混合
型３年目燃料、ウラン４年口燃料、混合型４年目燃料で
構成されている。

前記のように混合型燃料は、ウラン燃料と一緒に用いら
れることが一般的であるため、混合型燃料ではベースと
なるウラン燃料との互換性と両立性が重要である。また
、ウラン燃料と混合型燃料の共用ではなく、混合型燃料
のみの使用も考えられるが、この場合にも、ウラン燃料
から混合型燃料へ移行していく段階で両者の混在状態が
存（１三すること、あるいは再処理事情によるプルトニ
ウム供給の不確かさ、プルトニウム組成の不確かさ、運
転計画変更への対応等、ウラン燃料との係わりは深く、
互換性、両立性についての配慮が欠かせない。

次に従来考えられているウラン燃料と泥合Ｊ（９燃料に
ついて説明する。第１０図は、ウラン燃料及び混合型燃
料の燃料集合体で、燃料集合体１は、細長い円筒状の燃
料棒２が多数本結束された結束体により構成されている
。この結束体は、スペーサ５によって燃料棒２間が等間
隔に保持されており、また結束体内には、燃料棒２のほ
かにウォタロッド６が組み込まれている。この結束体の
外周は、チャンネルボックス７で包囲され、このチャン
ネルボックス７は上部が上部タイプレート３に、下部が
下部タイプレート４に接合されている。

燃料棒２は、被覆管内に図示しない１１社状の燃料ペレ
ットが多数装填されたものであり、この被覆管の上下両
端は、上部端栓８および下部端栓９で溶接密閉されてい
る。ウラン燃料の燃料ペレットは、ウランのみであるの
に文１して、／ｌ’Ａｌ’混合型燃料ペレットは、ウラ
ンペレットとウラン・プルトニウムペレットまたはプル
トニウムのベレットとの混合燃料である。上部端栓８は
、上部タイプレート３中の支持空所に押入することかで
きる延長部を備えており、また下部端栓９は、ド部タイ
プレート４中の支持空所に嵌合する嵌合部を備えている
。

前記ウォータロッド６は、下部に冷却水入り口孔１０が
設けられ、上部には冷却水出口孔１１が設けられている
。そして、このウォータロッド６内を冷却水が下方から
上方へ流れる構成となっている。

（発明が解決しようとする課題） 前記従来の沸騰水型原子炉においては、ウランとプルト
ニウムの核特性が異なるにも拘らず、ウラン燃料と混合
型燃料の構造を同一にしているため、混合型燃料ではウ
ラン燃料に対してボイド係数絶対値の増大に伴う過渡特
性の余裕の低下、軸方向出力分面歪の増大あるいは減速
材反応度係数の増大に伴う炉停止余裕の低下′：ＩＪ′
の諸問題をまねき、ウラン燃料の特性と混合型燃料の特
性の均衡のとれた炉心を作ることか困難であった。

本発明は、このような点を４慮してなされたちので、ウ
ラン燃料と混合型燃料を使用する沸騰水型原子炉におい
て、混合型燃料の特性をウラン燃料と同等の特性にする
ことによって安全かつ安定した運転のできる沸騰水型原
子炉を堤供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明の第１の発明は、前記目的を達成する手段として
、プルトニウム燃料とウラン燃料との混合型燃料を封入
した混合型燃料棒を白゛する混合型燃料集合体と、ウラ
ン燃料を封入したウラン燃料棒のみを有するウラン燃料
集合体とが装萄される沸騰水型原子炉において、前記混
合型燃料枠の混合型燃料を、プルトニウム燃料とディス
ク状の天然ウランとを交互に積重ねて構成するようにし
たことを特徴とする。

また、本発明の第２の発明は、前記目的を達成する手段
として、プルトニウム燃料とウラン燃料との混合型燃料
を天然ウランプランケットととちに封入した混合型燃料
棒を有する混合型巣ａ体と、ウラン燃料を天然ウランプ
ランケットとともに封入したウラン燃料棒のみを有する
ウラン燃料集合体とが装荷される沸騰水型原子炉におい
て、前記混合型燃料棒の天然ウランプランケットの長さ
を、前記ウラン燃料枠の天然ウランプランケットの長さ
よりも長くしたことを特徴とする。

（作　用） 本発明の第１の発明に係る沸騰水型原子炉においては、
混合型燃料棒の混合型燃料をプルトニウム燃料とディス
ク状の天然ウランとを交互に積重ねて構成しており、ま
た本発明の狛２の発明に係る沸騰水型原子炉においては
、混合型燃料枠の天然ウランプランケットの長さを、ウ
ラン燃料棒のそれよりも長くするようにしている。

そしてこれにより、いずれの場合も、混合型燃料集合体
の水対燃料比が、ウラン燃料集合体の水対燃料比よりも
大きくなる。このため、混合型燃料集合体内の中性子束
スペクトルはウラン燃料集合体と同等になり、中性子減
速効果も間等になる。

その粘果、混合型燃料集合体のボイド係数、輔方向出力
分布、炉停止余裕等の緒特性はウラン燃料集合体と同等
となり、均衡のとれた炉心となる。

（実施例） 以下、本発明の第１実施例を第１囚ないし第７図を参照
して説明する。

第３園は、本発明に係る沸騰水型原子炉の燃料集合体炉
心内配置の一例を示すもので、炉心の］／４を示してい
る。

この炉心は、第３図に示すように、ウラン１年目燃料２
１、混合型１年目燃料２１Ａ１ウラン２年目燃料２２、
混合型２年目燃料２２Ａ１ウラン３年目燃料２３、混合
型３年目燃料２３Ａ１ウラン４年目燃料２４、混合型４
年口燃料２４Ａで構成される。

第４図は、本発明の原子炉に装倚されるウラン燃料集合
体の燃料棒配置を示し、また味５図は、同様の混合型燃
料集合体の燃料棒配置を示すもので、燃料棒２とウォー
タロッド６とが、８行８列に規則正しく配列されている
。なお、各図中、記号Ｕはウラン燃料棒、Ｐは混合型燃
料棒、Ｇはガドリニア添加燃料棒、Ｗはウォータロッド
を表わし、また、符号には制御棒を示す。

前記燃料棒２は、ウラン燃料棒Ｕも混合型燃料棒Ｐも、
基本的には同一構造を（−ｒＬでいるが、後述するよう
に、燃料ペレット３２の構成が相好に５′４なっている
。

すなわち、燃料棒２は、第６図に示すように、ジルカロ
イ製の被覆管３１内に、燃料ペレット３２を上下方向に
積層充垣するとともに、被覆管３１の上下開口部を、ジ
ルカロイ製の端栓３３３４で溶接密封して構成されてお
り、前記燃料ペレット３２の上下端部には、中性予成１
１川の天然ウランブランケット３５がそれぞれ設けられ
ている。

ウラン燃料棒Ｕの燃料ペレット３２は、第２図に示すよ
うに、ウラン酸化物の粉末を正縮戊型後に焼成したウラ
ンペレット３６のみで構成されており、一方、前記混合
型燃料棒Ｐの燃料ベレ・ノド３２は、第１図に示すよう
に、プルトニウムあるいはウラン・プルトニウムペレッ
ト ク状の天然ウランペレット３８とを交万に積重ねて構成
されている。

次に、本実施例の作用について説明する。

前述のように、ウラン燃料棒Ｕの燃料ペレット３２は、
ウランペレット３６を上下方向に槓重ねて構成されてお
り、一方、混合型燃料棒Ｐの燃料ペレット３２は、プル
トニウムあるいはウラン・プルトニウムペレット３７と
天然ウランペレット３８とを上下方向に交互に積重ねて
構成されている。このため、混合型燃料集合体の水対燃
料比が、ウラン燃料集合体の水対燃料比よりも大きくな
り、混合型燃料集合体内の中性子束スペクトルは、ウラ
ン燃料集合体とほぼ等しくなっている。その結果、混合
型燃料集合体のボイド係数、軸方向出力１ 分布、炉停止余裕等の諸特性を、ウラン燃料果合体と同
等とすることができる。

第７図は本発明と従来技術との炉停止余裕の特性比較を
示した図であるが、従来技術ては混合型燃料果合体の中
性子束スペクトルか硬化していることにより、制御棒価
値が低下し、曲線Ａの如く炉停止余裕を確保することが
困難であったか、本発明では混合型燃料集合体の水対燃
料比を大ぎくし、中性子束スペクトルをウラン燃料果合
体と同等になるまで軟化しているため、制御棒価値は向
上し、曲線Ｂの如く炉停止余俗の確保が可能となる。

第８図および第９図は、本発明の第２実施例を示すもの
で、前記第１実施例とは光なる方法で、混合型燃料果合
体の水対燃料比を、ウラン燃料果合体の水対燃料比より
も大きくするようにしたものである。

すなわち、本実施例では、第８図および第９図に示すよ
うに、燃料ペレット３２とともに封入される混合型燃料
棒Ｐの天然ウランブランケット２ ３５の長さを、ウラン燃料棒Ｕの天然ウランブランケッ
ト３５の長さよりも長くするようにしている。

このように、混合型燃料棒Ｐを有する混合型燃料集合体
の水対燃料比が、ウラン燃料集合体の水対燃料比よりも
大きくなり、混合型燃料集合体内の中性子束スペクトル
がウラン燃料集合体と同等となり、中性子減速効果も１
１１１等となる。このため、前記第１実施例と同様の効
果が期待できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の第１の発明は、混合型燃
料を、プルトニウム燃料とディスク状の天然ウランとを
交互に積重ねて構成し、また本発明の第２の発明は、混
合型燃料棒の天然ウランブランケットの長さを、ウラン
燃料棒の天然ウランブランケットの長さよりも長くする
ようにしているので、混合型燃料集合体の水対燃料比を
、ウラン燃料集合体の水対燃料比よりも大きくすること
ができる。このため、ウラン燃料集合体と混合型燃料集
合体を共用しても、従来のウラン燃料果合体のみの炉心
に劣らず、良好な特性を６゛シ、安全かつ安定した運転
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例に係る沸騰水型原子炉で用
いられる混合型燃料棒の燃料構成を示す説明図、第２図
は同様のウラン燃料枠の燃料構成を示す説明図、第３図
は燃料集合体の炉心内配置図、第４図はウラン燃料集合
体の燃料枠とウォタロツドの配置図、第５図は混合型燃
料果合体の燃料棒とウォータロッドの配置図、第６園は
本実施例に係る燃料棒の縦断面図、第７図は本発明と従
来との炉停止余裕を比較した図、第８図は本発明の第２
実施例を示す第１図相当図、第９図は同様の第２図相当
図、第１０図は従来の燃料集合体を示す縦断面図である
。 １・・・燃料集合体、２・・・燃料棒、３１・・・被覆
管、３２・・・燃料ペレット、３５・・・天然ウランブ
ランケット、３６・・・ウランペレット、３７・・・プ
ルトニウムあるいはウラン・プルトニウムペレット、３
８・・・天然ウランペレッ！・、 Ｕ・・・ウラン燃料搾、 Ｐ・・・混合型燃料棒。 出、願人代理人 佐 藤 紺 ５ 第 図 弗 図 第 １ 図 」「−一 ］ −− ニー　　　　　　　、−二）−、，１２特開平３ ３３６８９　（６） １！山９９９９替二′ 第 ８ 図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、プルトニウム燃料とウラン燃料との混合型燃料を封
   入した混合型燃料棒を有する混合型燃料集合体と、ウラ
   ン燃料を封入したウラン燃料棒のみを有するウラン燃料
   集合体とが装荷される沸騰水型原子炉において、前記混
   合型燃料棒の混合型燃料を、プルトニウム燃料とディス
   ク状の天然ウランとを交互に積重ねて構成したことを特
   徴とする沸騰水型原子炉。 ２、プルトニウム燃料とウラン燃料との混合型燃料を天
   然ウランブランケットとともに封入した混合型燃料棒を
   有する混合型集合体と、ウラン燃料を天然ウランブラン
   ケットとともに封入したウラン燃料棒のみを有するウラ
   ン燃料集合体とが装荷される沸騰水型原子炉において、
   前記混合型燃料棒の天然ウランブランケットの長さを、
   前記ウラン燃料棒の天然ウランブランケットの長さより
   も長くしたことを特徴とする沸騰水型原子炉。