JPH0342438B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は沸騰水形原子炉用の燃料集合体に関す
る。

〔発明の技術的背景〕

沸騰水形原子炉の従来の燃料集合体を第１図か
ら第３図を参照して説明する。第１図中１は下部
タイプレートであつて、燃料集合体はこの下部タ
イプレート１と、複数個のスペーサ２と、上部タ
イプレート３によつて支持される多数本の細長い
燃料棒４と、２本のウオータ・ロツド５およびこ
れらを包囲するチヤンネル・ボツクス４ａからな
つている。

燃料棒４は被覆管８内に複数個の円柱状UO₂燃
料ペレツト９を装てんされたものであり、被覆管
８の上下両端は端栓６，７で密封されている。上
部端栓６は上部タイプレート３中の支持空所に挿
入される延長部を備えている。下部端栓７は下部
タイプレート１中に支持空所に嵌合するテーパ部
を備えている。このようにして燃料集合体は上下
タイプレート１，３と燃料棒４を上下タイプレー
ト１，３で保持して、一つの集合体となつてい
る。

燃料棒４は第２図に示すように燃料集合体の長
手方向に垂直な面内で相互に等間隔を存してたと
えば８行８列に正方配列されている。また最外周
の燃料棒４とチヤンネル・ボツクス４ａとの間隙
を水ギヤツプと呼んでいるが、この水ギヤツプも
前記燃料棒４相互の間隔とほぼ等しく設定されて
いる。このような燃料集合体はさらに４体のもの
を正方配列してその中央に制御棒１０を配置し一
つの単位格子を形成している。そして、燃料集合
体には燃料集合体の横断面内の出力の平均化のた
めに２本のウオータ・ロツド５，８本のガドリニ
ア入り燃料棒１２が組み込まれている。前記ウオ
ータ・ロツド５は横断面内のほぼ中央部に配置さ
れている。またガドリニア入り燃料棒１２は燃料
ペレツトに熱中性子を吸収する可燃性毒物として
のガドリニア（Gd₂O₃）を数％混入したものであ
る。そして、ガドリニア入り燃料棒１２は正方配
列された燃料棒の最外周から２周目に配置されて
いる。

前記ウオータ・ロツド５は第３図に示すように
スペーサ２に横断面内のほぼ中央部に挿入され、
その構造はジルカロイ製中空管２０の両端に同じ
くジルカロイ製の上部端栓２１と下部端栓２２と
を溶接したものとなつている。又、この中空管２
０にはスペーサ２の間隔を保証するためのタブ２
３が合計14個溶接されている。中空管２０の下端
付近には複数個の冷却水入口孔２４が、そして上
端付近には複数個の冷却水出口孔２５が設けられ
ており、原子炉の運転中には中空管２０の内部を
冷却水が下方から上方へ流通するように構成され
ている。

前記燃料棒４は下表に示すようにU₂₃₅含有率を
５段階に変化させた５種類のものが製作されてい
る。

■■■ 亀の甲 ［0017］ ■■■ これら５種類の燃料棒４は燃料集合体の横断面
内の熱中性子束分布にしたがつて第２図に示した
如く各燃料棒４の出力分布を均一化するように配
置されている。すなわち、熱中性子束レベルが最
も正方配列の四隅の燃料棒（以下、コーナーロツ
ドと称する。）を最もU₂₃₅含有率が低いＶの燃料
棒とし、熱中性子束レベルが低下するに従つて
U₂₃₅含有率を高い燃料棒を配置している。

〔背景技術の問題点〕

前記従来の燃料集合体では次のような不具合が
あつた。

まず、U₂₃₅の含有率を変化させた５種類の燃料
棒４を製造しなければならず燃料棒４の製造が困
難であつた。また、５種類の燃料棒を第２図に示
すように配置して燃料集合体を組立てる必要があ
り組立て作業の管理が非常に複雑になる欠点もあ
つた。

そして、熱中性子束レベルの高い燃料集合体外
周部に配置された燃料棒のU₂₃₅含有率が低いため
に燃料集合体全体の反応度が低くなるという欠点
もあつた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、正方配列された各燃料棒の
U₂₃₅含有率を均一にして燃料棒の製造および燃料
集合体の組立てを容易にすることができ、しかも
各燃料棒の反応度を均一化して燃料経済性を向上
させることができる燃料集合体を提供することに
ある。

〔発明の概要〕

本発明による燃料集合体は、細長円筒形の燃料
棒を正方配列し前記燃料棒の周囲に炉水を通流さ
せるようにした沸騰水形原子炉用の燃料集合体に
おいて、前記正方配列の中央部に４本以上のウオ
ータ・ロツドを配置し、前記正方配列の外周部に
複数本の可燃性毒物入りの燃料棒を配置し、各燃
料棒を核分裂性核種の含有率を均一としたもので
ある。

〔発明の実施例〕

第４図および第５図を参照して本発明の第１実
施例を説明する。なお、図中従来と同様のものに
は同一符号を付して説明する。

図中１０２は燃料棒であつて、これら各燃料棒
１０２には８行８列の正方配列における配置場所
にかかわらず核分裂性核種としてのU₂₃₅を均一に
2.8％含有したUO₂ペレツトが収容されている。
そして、前記正方配列の中央部には４本のウオー
タ・ロツド５……が配置されている。また、前記
正方配列の最外周には前記コーナーロツドを囲む
ように８本のガドリニア入り燃料棒１０４……が
配置されている。このガドリニア入り燃料棒１０
４のU₂₃₅含有率も2.8％である。

以上のように構成された本発明の第１実施例は
次のような作用効果を奏する。

まず、正方配列の中央部に４本のウオータ・ロ
ツド５が配置されているので、正方配列の中央部
における中性子減速効果が大きくなり中央部の熱
中性子束が増加する。したがつて、ウオータ・ロ
ツド５周辺の燃料棒１０２の反応度が向上し、特
にウオータ・ロツド５に隣接する燃料棒では出力
が約10％向上する。よつて、燃料棒１０２のU₂₃₅
含有率が均一であつても正方配列の中央部に配置
された燃料棒の反応度を上昇させて出力を向上さ
せることができる。

次に、ガドリニア入り燃料棒１０４を正方配列
の最外周、特にコーナーロツドを囲む位置に配置
したもので正方配列の外周部における熱中性子束
を減少させることができる。したがつて、正方配
列の外周部に配置された燃料棒の反応度が低下し
U₂₃₅の含有率が均一であつても、外周部に配置さ
れた燃料棒の出力の異常に上昇することが防止さ
れる。

よつて、以上２つの作用により核燃料棒のU₂₃₅
含有率を均一にした場合でも燃料集合体の横断面
内における出力を平均化することができる。前記
第１実施例について、全燃料棒の平均出力に対す
る各燃料棒の出力の相対値を示す局所ピーキング
係数を算出すると1.22となり、従来のものと同様
の結果を得ている。

また、熱中性子束レベルの高い正方配列の外周
部に配置された燃料棒のU₂₃₅含有率が従来より増
加しているので外周部に配置された燃料棒の反応
度が上昇する。したがつて、燃料集合体全体につ
いて出力運転時におけるある核分裂反応系の連鎖
反応の起こり易すさを示す無限増倍率Ｋ∞と核燃
料の消費割合を示す燃焼度GWD／Ｔとの関係を
示すと第５図のようになる。第５図において実線
は第４図に示す第１実施例の特性曲線で、破線は
従来のものであり、前記燃焼度10GWD／Ｔ以上
では実線のＫ∞の値が0.5％程度向上しているこ
とが解る。よつて、第１実施例の方が従来と比較
して核燃料を有効に消費することができ、燃料経
済性を向上させることができる。

さらに、燃料棒１０２の核分裂性核種である
U₂₃₅を含有率を均一にすることができるので、燃
料棒１０２の製造および燃料集合体の組立て作業
及びその管理を容易にすることができる。

次に第６図を参照して本発明の第２実施例を説
明する。図中１０６は大径でかつ単一の円筒形ウ
オータ・ロツドである。このウオータ・ロツド１
０６は前記第１実施例における４本のウオータ・
ロツド１０４に相当する径に設定されている。

この第２実施例では前記第１実施例で得られる
利点に加えて、ウオータ・ロツド１０６が単一の
ものであるためさらに燃料集合体の組立てを容易
にすることができる。

なお、本発明は以上の二実施例に限定されるも
のではない。たとえば第１実施例におけるウオー
タ・ロツド１０４の本数は４本に限らず第７図に
示すように12本のものでもよい。また、ガドリニ
ア入り燃料棒１０４の配置・本数も第４図に示す
ものに限らず第８図に示すように熱中性子束の分
布に応じて調整することができる。

また第２実施例におけるウオータ・ロツド１０
６は円筒形のものに限らず角形断面を有するもの
でもよい。

さらに、第９図に示すように最も熱中性子束レ
ベルが高いコーナーロツドに円筒形の軸方向に中
空部が形成されたUO₂ペレツト１０８を装荷する
か、あるいは細径のものとするか、もしくはUO₂
粉末にZrO₂等の中性子を殆んだ吸収しないセラ
ミツクを混合して増量した低密度ペレツトを装荷
して、さらに一層出力分布の均一化を企ることも
できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、８行８列に正方配列された各
燃料棒のU₂₃₅含有率を均一とすることができ燃料
棒の製造および燃料集合体の組立て作業を容易に
することができる。また、各燃料棒の出力分布を
均一化して装荷された核燃料を有効に消費し燃料
経済性を向上させることができる等その効果は大
である。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は従来の燃料集合体を示す
図で、第１図は縦断面図、第２図は横断面図、第
３図はウオータ・ロツド５の斜視図、第４図ない
し第５図は本発明の第１実施例を示す図で第４図
は横断面図、第５図は第１実施例における無限増
倍率Ｋ∞の燃焼度GWD／Ｔに対する特性を示す
特性図、第６図は本発明の第２実施例を示す横断
面図、第７図ないし第９図はそれぞれ別の実施例
を示す横断面図である。 １０２……燃料棒、１０４……ガドリニア入り
燃料棒、５，１０６……ウオータ・ロツド、４ａ
……チヤンネル・ボツクス。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数の細長円筒形の燃料棒を８行８列に正方
   配列し、前記燃料棒の周囲に炉水を通流させるよ
   うにした沸騰水形原子炉用の燃料集合体におい
   て、中空管内に炉水を通流させるようにしたウオ
   ータ・ロツドを前記正方配列の中央部に４本以上
   配置し、前記正方配列の外周部に複数本の可燃性
   毒物入りの燃料棒を配置し、各燃料棒における核
   分裂性核種の含有率を均一としたことを特徴とす
   る燃料集合体。 ２ 前記ウオータ・ロツドはその本数分に相当す
   る単一のものであることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の燃料集合体。