JPH04109193A - 燃料集合体 - Google Patents
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- JPH04109193A JPH04109193A JP2225079A JP22507990A JPH04109193A JP H04109193 A JPH04109193 A JP H04109193A JP 2225079 A JP2225079 A JP 2225079A JP 22507990 A JP22507990 A JP 22507990A JP H04109193 A JPH04109193 A JP H04109193A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
- G21C3/30—Assemblies of a number of fuel elements in the form of a rigid unit
- G21C3/32—Bundles of parallel pin-, rod-, or tube-shaped fuel elements
- G21C3/326—Bundles of parallel pin-, rod-, or tube-shaped fuel elements comprising fuel elements of different composition; comprising, in addition to the fuel elements, other pin-, rod-, or tube-shaped elements, e.g. control rods, grid support rods, fertile rods, poison rods or dummy rods
- G21C3/328—Relative disposition of the elements in the bundle lattice
-
- 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
- Physics & Mathematics (AREA)
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- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
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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、燃料集合体に係り特に沸騰水型原子炉に使用
され、ウラン・プルトニウム混合酸化物燃料(以下、M
OX燃料と呼ぶ)が充填された燃料集合体に関するもの
である。
され、ウラン・プルトニウム混合酸化物燃料(以下、M
OX燃料と呼ぶ)が充填された燃料集合体に関するもの
である。
沸騰水型原子炉に用いられる燃料集合体の構造を第5図
に示す、4は上部タイプレート、5はチャンネルファス
ナ、6はチャンネルボックス、8はスペーサ、9は下部
タイプレート、10は燃料棒である。
に示す、4は上部タイプレート、5はチャンネルファス
ナ、6はチャンネルボックス、8はスペーサ、9は下部
タイプレート、10は燃料棒である。
沸騰水型原子炉のD格子と呼ばれる炉心は、第6図に示
すように隣接する燃料集合体とのギャップ間隔が異なっ
ており、制御棒12が挿入される側(制御棒側)のギャ
ップ間隔(第6図のDz、以降、広ギャップと呼ぶ)は
、制御棒11が挿入されない側(制御棒がない側)のギ
ャップ間隔(第6図のDz、以降、狭ギャップと呼ぶ)
より広い、このため、広ギヤツプ側では、チャンネルボ
ックス13より外側の減速材流路面積が大きく、中性子
の減速の効果が大きい。このため、燃料集合体12内の
各燃料棒14の8カは、広ギヤツプ側で高く、狭ギヤツ
プ側で低くなるという傾向がある。
すように隣接する燃料集合体とのギャップ間隔が異なっ
ており、制御棒12が挿入される側(制御棒側)のギャ
ップ間隔(第6図のDz、以降、広ギャップと呼ぶ)は
、制御棒11が挿入されない側(制御棒がない側)のギ
ャップ間隔(第6図のDz、以降、狭ギャップと呼ぶ)
より広い、このため、広ギヤツプ側では、チャンネルボ
ックス13より外側の減速材流路面積が大きく、中性子
の減速の効果が大きい。このため、燃料集合体12内の
各燃料棒14の8カは、広ギヤツプ側で高く、狭ギヤツ
プ側で低くなるという傾向がある。
従来のMOX燃料を含む燃料集合体(以下、MOX燃料
集合体という)のプルトニウムの富化度分布及びウラン
濃縮度分布例を第3図及び第4図に示す。
集合体という)のプルトニウムの富化度分布及びウラン
濃縮度分布例を第3図及び第4図に示す。
第3図は、ディスクリート型のMOX燃料集合体のプル
トニウム富化度分布及びウラン濃縮度分布例を示したも
のである。第3図において、11は制御棒を示し、12
はMOX燃料集合体を示す。
トニウム富化度分布及びウラン濃縮度分布例を示したも
のである。第3図において、11は制御棒を示し、12
はMOX燃料集合体を示す。
燃料集合体12は、チャンネルボックス13.燃料棒1
4及びウォータロッド15より構成される。
4及びウォータロッド15より構成される。
燃料棒14において、文字P1〜P6はウランに酸化プ
ルトニウムを含有させた燃料#(以降、MOX燃料棒と
呼ぶ)を示し、文字Gは、ウラン燃料棒(新燃料集合体
の状態でウランを含みプルトニウムを含まない燃料棒)
にガドリニアを含有させた燃料棒を示している。なお、
MOX燃料棒については、文字PI〜P8の添字の番号
が小さいものほどプルトニウムの富化度が高いことを示
している。
ルトニウムを含有させた燃料#(以降、MOX燃料棒と
呼ぶ)を示し、文字Gは、ウラン燃料棒(新燃料集合体
の状態でウランを含みプルトニウムを含まない燃料棒)
にガドリニアを含有させた燃料棒を示している。なお、
MOX燃料棒については、文字PI〜P8の添字の番号
が小さいものほどプルトニウムの富化度が高いことを示
している。
第4図は、アイランド型MOX燃料集合体のプルトニウ
ム富化度分布及びウラン濃縮度分布例を示したものであ
る。第4図の燃料棒14において。
ム富化度分布及びウラン濃縮度分布例を示したものであ
る。第4図の燃料棒14において。
数字1〜4はウラン燃料棒を示し、数字の小さいものほ
どウランの濃縮度が高いことを示している。
どウランの濃縮度が高いことを示している。
また1文字Ps、PxはMOX燃料燃料示し、文字Gは
ウラン燃料棒にガドリニアを含有させた燃料棒を示して
いる。
ウラン燃料棒にガドリニアを含有させた燃料棒を示して
いる。
ディスクリート型のMOX燃料集合体は1体当りのプル
トニウム装荷量を多くすることができるが、富化度の種
類を多数必要とする。また、アイランド型のMOX燃料
集合体はディスクリート型の逆に富化度種類を少なくで
きるが、燃料集合体1体当りのプルトニウム装荷量が少
なくなる。
トニウム装荷量を多くすることができるが、富化度の種
類を多数必要とする。また、アイランド型のMOX燃料
集合体はディスクリート型の逆に富化度種類を少なくで
きるが、燃料集合体1体当りのプルトニウム装荷量が少
なくなる。
また、一般にMOX燃料集合体は、U O2燃料集合体
に比べ中性子スペクトルが硬くなるため、可燃性毒物で
あるガドリニアの価値がU O2燃料集合体の場合とか
なり異なる。すなわち、ガドリニアの中性子吸収断面積
は、熱群中性子エネルギに対し大きく、これより大きな
中性子エネルギに対して小さいので、中性子スペクトル
が硬くなるとガドリニアの反応度価値が下り、同時にガ
ドリニアの燃焼速度が遅くなる。このためMOX燃料集
合体では、U○2燃料集合体(新燃料集合体の状態でプ
ルトニウムを含まない)に比べ、ガドリニア濃度を低く
し、ガドリニア入り燃料棒の本数を多くしている。
に比べ中性子スペクトルが硬くなるため、可燃性毒物で
あるガドリニアの価値がU O2燃料集合体の場合とか
なり異なる。すなわち、ガドリニアの中性子吸収断面積
は、熱群中性子エネルギに対し大きく、これより大きな
中性子エネルギに対して小さいので、中性子スペクトル
が硬くなるとガドリニアの反応度価値が下り、同時にガ
ドリニアの燃焼速度が遅くなる。このためMOX燃料集
合体では、U○2燃料集合体(新燃料集合体の状態でプ
ルトニウムを含まない)に比べ、ガドリニア濃度を低く
し、ガドリニア入り燃料棒の本数を多くしている。
本発明は、プルトニウム富化度の種類を低減し集合体一
体当りのプルトニウム装荷量を増大できる燃料集合体を
提供することを目的とする。
体当りのプルトニウム装荷量を増大できる燃料集合体を
提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は、チャンネルファ
スナが位置しない対向する2つのコーナーを結ぶ対角線
を境界として燃料集合体の横断面を、チャンネルファス
ナが位置するコーナー部を含む第1領域とチャンネルフ
ァスナが位置するコーナー部を含まない第2領域に分割
したとき、第1領域のプルトニウムの平均富化度を第2
領域のそれよりも低くし、可燃性毒物を含む燃料棒の本
数を第2領域よりも第1領域で多くしたものである。
スナが位置しない対向する2つのコーナーを結ぶ対角線
を境界として燃料集合体の横断面を、チャンネルファス
ナが位置するコーナー部を含む第1領域とチャンネルフ
ァスナが位置するコーナー部を含まない第2領域に分割
したとき、第1領域のプルトニウムの平均富化度を第2
領域のそれよりも低くし、可燃性毒物を含む燃料棒の本
数を第2領域よりも第1領域で多くしたものである。
上記のように、MOX燃料集合体の第1領域のプルトニ
ウム平均富化度を第2領域のそれよりも低くシ、この第
2領域よりも第1領域に可燃性毒物を含む燃料棒を多く
配置することは、燃料特性に次のように作用する。
ウム平均富化度を第2領域のそれよりも低くシ、この第
2領域よりも第1領域に可燃性毒物を含む燃料棒を多く
配置することは、燃料特性に次のように作用する。
燃料集合体の第1領域は広ギャップに隣接するので、チ
ャンネルボックス外側の減速材流路面積が大きく中性子
の減速効果が大きくなる。このため1局所的な出力ビー
キングは第1領域で高くなり、狭ギャップに面する第2
領域で低くなる。局所出力ビーキングを低く押えるため
には、燃料集合体平均のプルトニウム富化度を保存しつ
つ、第1領域のプルトニウム平均富化度を下げ、その分
第2領域のプルトニウム富化度を高くすることにより、
第1領域の出力ビーキングが低く第2の呂カビーキング
が高くなり、出力分布としては平坦にできる。
ャンネルボックス外側の減速材流路面積が大きく中性子
の減速効果が大きくなる。このため1局所的な出力ビー
キングは第1領域で高くなり、狭ギャップに面する第2
領域で低くなる。局所出力ビーキングを低く押えるため
には、燃料集合体平均のプルトニウム富化度を保存しつ
つ、第1領域のプルトニウム平均富化度を下げ、その分
第2領域のプルトニウム富化度を高くすることにより、
第1領域の出力ビーキングが低く第2の呂カビーキング
が高くなり、出力分布としては平坦にできる。
次に、第1領域及び第2領域のプルトニウム平均富化度
差を活用し、第1領域に可燃性毒物を含む燃料棒を多く
配置することにより、可燃性毒物であるガドリニアの反
応度価値の低下をおさえることができる。すなわち、中
性子の減速効果が大きな第1領域のプルトニウム平均富
化度を低くすることにより、第1領域での中性子スペク
トルの硬化は緩和され、第2領域での中性子スペクトル
の硬化は大きくなる。第2領域にガドリニアを含む燃料
棒を配置することは、ガドリニアの反応度価値が低下す
るため、ガドリニアを含む燃料棒本数を増やすことにな
り、集合体当りのプルトニウム装荷量を減らしてしまう
ために逆効果となる。
差を活用し、第1領域に可燃性毒物を含む燃料棒を多く
配置することにより、可燃性毒物であるガドリニアの反
応度価値の低下をおさえることができる。すなわち、中
性子の減速効果が大きな第1領域のプルトニウム平均富
化度を低くすることにより、第1領域での中性子スペク
トルの硬化は緩和され、第2領域での中性子スペクトル
の硬化は大きくなる。第2領域にガドリニアを含む燃料
棒を配置することは、ガドリニアの反応度価値が低下す
るため、ガドリニアを含む燃料棒本数を増やすことにな
り、集合体当りのプルトニウム装荷量を減らしてしまう
ために逆効果となる。
第1領域にガドリニアを含む燃料棒を配置すれば、ガド
リニアの反応度価値は低下しないため、ガドリニアを含
む燃料棒を減らすことができ、集合体当りのプルトニウ
ム装荷量を増やすことができる。
リニアの反応度価値は低下しないため、ガドリニアを含
む燃料棒を減らすことができ、集合体当りのプルトニウ
ム装荷量を増やすことができる。
また、第1領域の広ギャップに隣接する最外周の燃料棒
の出力ビーキングを平坦化するために。
の出力ビーキングを平坦化するために。
プルトニウム富化度の種類は多くなっていたが。
第1領域にガドリニアを含む燃料棒を配置することによ
り、第1領域の出力分布がおさえられ、第1領域の広ギ
ャップに隣接する最外周燃料棒の出力ビーキングが平坦
になるため、プルトニウム富化度の種類を減らすことが
できる。
り、第1領域の出力分布がおさえられ、第1領域の広ギ
ャップに隣接する最外周燃料棒の出力ビーキングが平坦
になるため、プルトニウム富化度の種類を減らすことが
できる。
本発明の一実施例である燃料集合体を第1図により説明
する。第1図において、11は制御棒を表わし、12は
MOX燃料集合体を表わす。燃料集合体12はチャンネ
ルボックス13.燃料棒14、ウォータロッド15より
構成される。燃料集合体12の外観は、第5図と同じで
ある。燃料集合体12は、燃焼度0GWd/lの新燃料
集合体である。燃料棒14内には、MOX燃料よりなる
ペレット及びプルトニウムを含まないウラン酸化物にガ
ドリニアを混入したペレットのうちいずれかのペレット
が装填されている。燃料棒14において、1〜4の数字
の記されている燃料棒は。
する。第1図において、11は制御棒を表わし、12は
MOX燃料集合体を表わす。燃料集合体12はチャンネ
ルボックス13.燃料棒14、ウォータロッド15より
構成される。燃料集合体12の外観は、第5図と同じで
ある。燃料集合体12は、燃焼度0GWd/lの新燃料
集合体である。燃料棒14内には、MOX燃料よりなる
ペレット及びプルトニウムを含まないウラン酸化物にガ
ドリニアを混入したペレットのうちいずれかのペレット
が装填されている。燃料棒14において、1〜4の数字
の記されている燃料棒は。
MOX燃料棒である。その数字が小さいほどプルトニウ
ムの富化度が高い。また、文字Gが記入されている燃料
棒は、ウラン酸化物にガドリニアを含有させた上記ペレ
ットを充填したガドリニアを含む燃料棒を示している。
ムの富化度が高い。また、文字Gが記入されている燃料
棒は、ウラン酸化物にガドリニアを含有させた上記ペレ
ットを充填したガドリニアを含む燃料棒を示している。
燃料集合体12を炉心内に装荷したとき、チャンネルフ
ァスナ5は、制御棒11側、すなわち広ギヤツプ側に位
置する。
ァスナ5は、制御棒11側、すなわち広ギヤツプ側に位
置する。
第1図において、チャンネルファスナ5は、コーナー部
Aに位置し、上記タイプレート4に取付けられる。チャ
ンネルファスナ5が位置しない対向する2つのコーナー
部B及びCを結ぶ対角線を境に、燃料集合体12の横断
面をこの対角線よりコーナーA側である第1領域及びコ
ーナー部り側である第2領域に分割する。第2領域に含
まれるコーナー部りにはチャンネルファス5が位置しな
い。
Aに位置し、上記タイプレート4に取付けられる。チャ
ンネルファスナ5が位置しない対向する2つのコーナー
部B及びCを結ぶ対角線を境に、燃料集合体12の横断
面をこの対角線よりコーナーA側である第1領域及びコ
ーナー部り側である第2領域に分割する。第2領域に含
まれるコーナー部りにはチャンネルファス5が位置しな
い。
燃料集合体12のプルトニウム富化度分布は、第2領域
(狭ギヤツプ側領域)において最外周配置燃料棒以外は
、最高富化度燃料棒1とし、最外周コーナー部及び近傍
を中宮化度燃料棒3、その他の最外周部分は高富化度燃
料棒2としている。第1領域(広ギヤツプ側領域)にお
いて最外周配置燃料棒は、コーナー部A付近の最低富化
度燃料棒4、その他の中宮化度燃料棒3である。2層目
。
(狭ギヤツプ側領域)において最外周配置燃料棒以外は
、最高富化度燃料棒1とし、最外周コーナー部及び近傍
を中宮化度燃料棒3、その他の最外周部分は高富化度燃
料棒2としている。第1領域(広ギヤツプ側領域)にお
いて最外周配置燃料棒は、コーナー部A付近の最低富化
度燃料棒4、その他の中宮化度燃料棒3である。2層目
。
3層目の燃料棒は高富化度燃料棒2としている。
このようなプルトニウム富化度分布により、広ギヤツプ
側領域と狭ギヤツプ側領域でプルトニウムの平均富化度
に差をつけている。ガドリニアを含む燃料棒Gは、広ギ
ヤツプ側領域に多く配置している。
側領域と狭ギヤツプ側領域でプルトニウムの平均富化度
に差をつけている。ガドリニアを含む燃料棒Gは、広ギ
ヤツプ側領域に多く配置している。
次に、本発明の他の実施例である第2図を示す。
第1図においてガドリニア入り燃料棒Gの本数を8本か
ら1o本に増加したものが第2図の実施例があり、集合
体内のプルトニウム平均富化度は第1図と同様に、広ギ
ヤツプ側領域と狭ギヤツプ側領域で差をつけている。こ
のように、ガドリニア入り燃料棒0本数が多い場合は、
広ギヤツプ側領域に出来るだけ多くガドリニア入り燃料
棒を配置し、残りを狭ギヤツプ側領域のウォータロッド
の近傍に配置している。
ら1o本に増加したものが第2図の実施例があり、集合
体内のプルトニウム平均富化度は第1図と同様に、広ギ
ヤツプ側領域と狭ギヤツプ側領域で差をつけている。こ
のように、ガドリニア入り燃料棒0本数が多い場合は、
広ギヤツプ側領域に出来るだけ多くガドリニア入り燃料
棒を配置し、残りを狭ギヤツプ側領域のウォータロッド
の近傍に配置している。
これらの実施例では、いずれも、ウラン酸化物にガドリ
ニアを混入した燃料棒以外はすべて、MOX燃料燃料し
ているので、MOX燃料集合体一体当りのプルトニウム
装荷量を多くすることができる。また、MOX燃料集合
体内のプルトニウム富化度の種類を、従来のディスクリ
ート型’1tox燃料集合体6種類から4種類に低減す
ることができる。プルトニウムを燃料とする場合には、
燃料ペレットの成型加工を完全密封容器(グローブボッ
クス)内で行うため、プルトニウム富化度を変える際の
グローブボックスの洗浄は、ウランの場合に比べると時
間がかかり、製造時の稼動率低下が大きくなる。このた
め、MOX燃料集合体に用いるプルトニウム富化度の種
類を減少させることは、MOX燃料集合体の製造時間を
減少できる効果がある。
ニアを混入した燃料棒以外はすべて、MOX燃料燃料し
ているので、MOX燃料集合体一体当りのプルトニウム
装荷量を多くすることができる。また、MOX燃料集合
体内のプルトニウム富化度の種類を、従来のディスクリ
ート型’1tox燃料集合体6種類から4種類に低減す
ることができる。プルトニウムを燃料とする場合には、
燃料ペレットの成型加工を完全密封容器(グローブボッ
クス)内で行うため、プルトニウム富化度を変える際の
グローブボックスの洗浄は、ウランの場合に比べると時
間がかかり、製造時の稼動率低下が大きくなる。このた
め、MOX燃料集合体に用いるプルトニウム富化度の種
類を減少させることは、MOX燃料集合体の製造時間を
減少できる効果がある。
なお1本発明は上記実施例のみに限定されない。
例えば、広ギヤツプ側領域のコーナー部の最低富化度の
MOX燃料棒をウラン燃料棒と置き換えて、MOX燃料
棒富化度種類を3種類としてもよい。
MOX燃料棒をウラン燃料棒と置き換えて、MOX燃料
棒富化度種類を3種類としてもよい。
この場合においてもMOX燃料の集合体当りのプルトニ
ウム装荷量は、はぼ最大に保ち、MOX燃料の成型加工
費は低減できる。
ウム装荷量は、はぼ最大に保ち、MOX燃料の成型加工
費は低減できる。
さらに、通常ウラン燃料集合体の燃料棒配列がこれまで
に示した8行8列配列から、9行9列配列に変更となっ
た場合には、MOX燃料集合体を9行9列配置にしたう
えで、本発明を実施することは可能である。
に示した8行8列配列から、9行9列配列に変更となっ
た場合には、MOX燃料集合体を9行9列配置にしたう
えで、本発明を実施することは可能である。
本発明の燃料集合体は、プルトニウム富化度の種類の低
減及び燃料集合体一体当りのプルトニウム装荷量の増加
ができるため、燃料集合体の製造時間を短縮でき、かつ
ウラン資源を節約することができる。
減及び燃料集合体一体当りのプルトニウム装荷量の増加
ができるため、燃料集合体の製造時間を短縮でき、かつ
ウラン資源を節約することができる。
第1図及び第2図は本発明の一実施例であるMOX燃料
集合体の横断面図、第3図及び第4図は従来のMOX燃
料集合体の横断面図、第5図は燃料集合体の一部切断斜
視図、第6図は燃料集合体の横断面図を示す。 4・・・上部タイプレート、5・・・チャンネルファス
ナ、8・・・スペーサ、9・・・下部タイプレート、1
1・・・制御棒、12・・・燃料集合体、13・・・チ
ャンネルボックス、14・・・燃料棒、15・・・ウォ
ータロッド。
集合体の横断面図、第3図及び第4図は従来のMOX燃
料集合体の横断面図、第5図は燃料集合体の一部切断斜
視図、第6図は燃料集合体の横断面図を示す。 4・・・上部タイプレート、5・・・チャンネルファス
ナ、8・・・スペーサ、9・・・下部タイプレート、1
1・・・制御棒、12・・・燃料集合体、13・・・チ
ャンネルボックス、14・・・燃料棒、15・・・ウォ
ータロッド。
Claims (1)
- 1、上部タイプレートと、下部タイプレートと、前記上
部タイプレート及び前記下部タイプレートに両端部が保
持される複数の燃料棒と、前記上部タイプレートの1つ
のコーナー部に取付けられたチャンネルファスナとを有
し、前記燃料棒の一部が可燃性毒物を含む燃料棒である
燃料集合体において、燃料集合体の横断面を、前記チャ
ンネルファスナが位置しない対向する2つのコーナー部
を結ぶ対角線を境界として、前記チャンネルファスナが
位置するコーナー部を含む第1領域と前記チャンネルフ
ァスナが位置するコーナー部を含まない第2領域に分割
したとき、前記第1領域のプルトニウム平均富化度が前
記第2領域のそれよりも低く、前記可燃性毒物を含む燃
料棒の本数が前記第2領域よりも前記第1領域で多いこ
とを特徴とした燃料集合体。
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