JPH0414316B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、加圧水型原子炉用の燃料集合体に関
する。

加圧水型原子炉用として意図された集合体の
各々は、一般に、集合体の縦方向に配列され且つ
集合体の横方向にスペーサにより離間して保持さ
れた平行な燃料棒のクラスタからなる。棒と棒と
の間に設けられる空間は、炉心が中に浸漬されて
いる冷却水の循環と、棒の各々の周りにおける減
速用水の層の形成とを可能とする。

加圧水型原子炉は、大量の天然ウランを消費す
ることに加えて、集合体の中に含まれるこのウラ
ンの僅かな部分が現実にエネルギの発生のために
利用されるにすぎないので、比較的に低い発生量
を有する。

燃しながら、照射済み集合体内の物質の再処理
により、転換炉の燃料装荷の一部を形成するため
に使用しうるプルトニウムを回収することができ
る。然しながら、これらの転換炉は、従来、大き
い工業的及び商業的な開発を経ていない。

それ故、原子炉の炉心集合体を形成する棒の中
へ導入される燃料の一部を形成するために、回収
されたプルトニウムを使用することが提案され
た。この方法では、原子炉の燃料装荷の中へ大量
のプルトニウムを導入することが不可能であり、
更に、加圧水型原子炉の炉心内で中性子のエネル
ギを与えられたこのプルトニウムが満足な方法で
使用されない。特に、このプルトニウムは、それ
に含まれている核分裂性アイソトープから非核分
裂性アイソトープの形成により劣化される。

この欠点は、異なる型の燃料集合体を並置し、
その集合体の若干が通常の距離だけ隔てられたウ
ラン酸化物の棒を含み、他の集合体が、濃縮ウラ
ンの棒を隔てている距離よりはるかに小さい距離
だけ隔てられ且つプルトニウムで満された棒を含
むような、非均質構造体の原子炉の炉心を計画す
ることにより除去することができる。従つて、中
性子スペクトルの硬化は、減速用水の薄い層によ
り包囲されたプルトニウムの棒を含む集合体内で
生じる。この型の原子炉用の炉心は、
FRAMATOME＆Cieによるフランス特許出願に
記載されている。

然し、この炉心は、原子炉内に異なる型の集合
体を使用することに通ずる。

より一般的に、そして回収されたプルトニウム
の使用に言及することなく、加圧水型原子炉の発
生量を改善するために、これらの原子炉の中性子
スペクトルを高エネルギの方へシフトさせ、劣化
ウランのような燃料親物質のある割合を燃料集合
体と組合せることが提案された。これらの原子炉
に対しては、燃料棒を広く離間させない低減速型
燃料集合体を計画することが必要である。また、
核分裂性集合体と燃料親集合体との少くとも２つ
の型の集合体を用いることが必要である。最後
に、もしも核分裂性物質の生成を伴なう低減速型
の原子炉の運転から通常の運転へ変えることを望
むならば、原子炉の燃料装荷を完全に変えること
が必要である。

スペクトルシフト制御をもつ原子炉も提案され
た。例えば、フラマトーム（FRAMATOME）
によるフランス特許出願82／18011と82／18012に
記載されており、この原子炉においては、燃料集
合体の案内管の一部が、原子炉の運転サイクルの
第１の部分の間に劣化ウランの棒を受入れること
ができ、この劣化ウランの棒は、集合体内の減速
用水の量を減少させ、低エネルギ中性子を吸収す
る物質を集合体の中へ挿入し、核分裂性物質を変
換されることができる。スペクトルシフト制御を
もつこのような原子炉は、プルトニウムを含む低
減速型集合体をスペクトルシフト集合体と並列し
て導入することを条件として、回収されたプルト
ニウムの再使用を可能とすることができる。それ
にも拘らず、この原子炉は、原子炉の燃料再装荷
作業を複雑にし、炉心を形成する種々の集合体の
より厳格な管理を必要とする。

それ故、本発明の目的は、燃料集合体の縦方向
に配列され、冷却水の循環と燃料棒の周りでの減
速水の層の形成とを可能とするように燃料集合体
の横方向に離間された、平行な燃料棒のクラスタ
からなる加圧水型原子炉用の燃料集合体であつ
て、低減速型原子炉の炉心の設計を単純化し、特
にスペクトルシフト制御をもつ原子炉内で良好な
条件下で回収されたプルトニウムを使用すること
のできる燃料集合体を提供することである。

この目的のために、本発明の燃料集合体は： 中性子を放出し且つ中性子反応を維持するよう
に核分裂性ウランに濃縮され、減速用水の層が中
性子を熱領域へもたらすのに十分であるように離
間された、主としてウラン酸化物を含む第１群の
棒からなる周辺領域と； 主としてプルトニウム及び／又は核分裂性ウラ
ンに劣化されたウランを含み、周辺領域内の棒と
棒とを隔てる距離よりかなり小さい距離だけ隔て
られた第２群の棒からなる中心領域と； を包含する。

この燃料集合体は、スペクトルシフト棒を受入
れることのできる一群の案内管を周辺領域に組み
込むのが好ましい。

本発明による燃料集合体の２つの実施態様を、
添付図面を参照して非限定的な実施例として以下
に説明する。

第１図には、正方形の横断面をもつ燃料集合体
を形成するクラスタの横断面が見られ、集合体の
周辺部分１に位置決めされた燃料棒が、正方形の
網目グリツドの中に配列されている。このグリツ
ドは、18×18グリツドであり、棒２が、スペーサ
グリツドによつて相互に若干の距離に保持されて
いる。グリツド内の若干の場所が、集合体の補強
と棒の案内との両方を保証する案内管３により占
められている。

集合体の中心部分４は、第２グリツドの棒５か
らなり、この棒５は、輪郭付けられた縦スペーサ
６により、周辺部分１における棒２の間隔より著
しく小さい間隔で保持されている。集合体の中心
部分４は、10本の棒の10列に配列された100本の
燃料棒を含んでいる。中心部分を形成することの
クラスタ４は、周辺部分の案内管と棒とを支持す
るための横グリツドにより一群として保持される
ことができる。

周辺部分の棒２は、核分裂性ウランに濃縮され
たウラン酸化物のペレツトで満された被覆加工管
からなり、他方、中心部分の棒５は、回収された
プルトニウムで満された被覆加工管からなる。

集合体全体は、濃縮ウランを含む216本の核分
裂性の棒２と、棒を集合体へ導入することを可能
とする44本の案内管３と、集合体の低減速部分を
形成する100本のプルトニウム棒５とを包含する。

100本の棒５は、81個の輪郭付けられたスペー
サ６により互に小さい距離に保持されている。

第２図は、輪郭付けられたスペーサ６の周りの
プルトニウムを含む４本の棒５の配列を示し、ス
ペーサ６は、8.65mmの外径を有するこれらの棒５
の軸線と軸線との間に9.75mmの距離を維持してい
る。棒５の外側罐の内側には、燃料物質が、その
膨脹を可能とする若干の隙間をもつて配置されて
いる。

原子炉の中性子スペクトルを硬化させるため、
及び核分裂性物質へ変換されうる導入された核分
裂性物質の量を増大させるため、原子炉の運転サ
イクルの最初の部分の間に、44本又は多数の案内
管の群が劣化したウランの棒を受入れることがで
きる。濃縮ウランを含む集合体の周辺部分により
生じた中性子は、集合体の中心部分４にあるプル
トニウムの核分裂性アイソトープの核分裂を生じ
させる。これらの核分裂により生じた中性子は、
集合体の低減速領域で発生されるので、高エネル
ギの中性子である。従つて、低エネルギ中性子の
束の場合に起る、非核分裂性アイソトープの形成
によるプルトニウムの劣化が避けられる。

原子炉の運転サイクルの第２の部分の間、集合
体内に形成された核分裂性物質が用いられ、それ
によつて原子炉の装荷燃料中に最初に導入される
燃料の生産高を増大させることを可能ならしめ
る。

原子炉の装荷燃料を形成するために、等しい集
合体を並置し、各集合体は、濃縮ウランの棒と案
内管とを含む周辺領域と、プルトニウムの棒を含
む中心部分とを包含する。

炉心集合体の若干については、すべての案内管
がスペクトルシフト棒を受入れ、他の炉心集合体
については、若干の案内管がスペクトルシフト棒
を受入れ、他の案内管が出力制御用の原子炉反応
制御棒を受入れている。然しながら、集合体それ
自体は、スペクトルシフト棒のみを受入れるか又
はスペクトルシフト棒と制御棒との両方を受入れ
るかの如何を問わず、等しいままである。

第３図は、本発明による集合体の実施態様の別
の形態を示し、この集合体は、６角形の横断面を
有する。集合体の周辺部分は、核分裂性ウランに
濃縮されたウラン酸化物を含む10本の棒と、スペ
クトルシフト制御棒及び／又は原子炉制御棒とし
て劣化ウランの棒を受入れるように意図された48
本の案内管１２とからなる。

集合体の中心部分１４は、棒１０の間隔より著
しく小さい間隔で、輪郭付けられたスペーサ１６
により保持されたプルトニウムの棒１５からな
る。このようにして、集合体の領域１４は、この
集合体の低減速部分を形成し、この部分におい
て、中性子スペクトルの硬化が、減速水層の減少
により得られる。

更に、中心領域における棒の直径を増大させる
ことにより、減速水層を減少させることが可能で
ある。

第３図に示す集合体の運転の方法は、この集合
体が装荷燃料の一部を形成する場合にこの集合体
を原子炉の炉心へ導入するとき、第１図と第２図
に示す集合体の運転の方法と完全に等しい。更
に、他のすべての炉心集合体は、第３図に示す集
合体に等しい。この集合体は、例えばフラマトー
ム（FRAMATOME）によるフランス特許出願
第2511174号と第2517866号に記載されているよう
な６角形の断面をもつ柱形ケーシングの中に全体
的に包囲されている。

本発明は、上述の実施態様に限定されるもので
はなく、それとは反対に、すべての変更形態を包
含するものである。

従つて、原子炉の運転サイクルの最初の部分の
間に高エネルギ中性子の硬化に基き核分裂性物質
へ変換しうるある量の燃料親物質を周辺領域の棒
の中へ導入することが可能である。

本発明による燃料集合体は、回収されたプルト
ニウムを水冷型原子炉内で再循環させるために役
立つのみならず、核分裂性物質と燃料親物質との
両方を含む低減速集合体としても役立つことがで
きる。集合体の中心部分の棒５又は１５は、この
場合、回収されたプルトニウムの代りに劣化ウラ
ンのような燃料親物質からなる。この場合、本発
明による燃料集合体は、低減速型原子炉の燃料装
荷が単一の型の集合体からなることを可能とする
という利点を有する。

スペクトルシフト棒を受入れることのできる案
内管を周辺部分に設けることにより、スペクトル
シフト原子炉の利点と低減速型原子炉の利点とが
組合される。

集合体の中心部分の棒は、上述の輪郭付けられ
たスペーサの代りに、これらの棒の外表面上にワ
イヤをスパイラル状に巻きつけることにより、互
いに小さい距離だけ離間して保持されることがで
きる。

最後に、本発明による燃料集合体は、異なる減
速要因を有する領域を備えた炉心の非均質構造体
を作ることを望む場合に、いかなる水冷型原子炉
にも適用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による燃料集合体を形成する
クラスタの横断面図で、正方形の断面を有する。
第２図は、第１図に示す集合体の中心領域の一部
の部分拡大図である。第３図は、本発明による燃
料集合体を形成するクラスタの横断面図で、六角
形の断面を有する。 ２，１０……第１群の棒、１，１１……周辺領
域、５，１５……第２群の棒、４，１４……中心
領域、３，１２……案内管、６……スペーサ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 燃料集合体の縦方向に配列され、冷却水の循
   環と燃料棒の周りでの減速用水の層の形成とを可
   能とするように燃料集合体の横方向に離間して保
   持された、平行な燃料棒のクラスタにより形成さ
   れた加圧水型原子炉用の燃料集合体において、前
   記集合体が： 中性子を放出し且つ中性子反応を維持するよう
   に核分裂性ウランに濃縮された主としてウラン酸
   化物を含み、減速用水の層が中性子を熱領域へも
   たらすのに十分なように離間された、第１群の棒
   ２，１０からなる周辺領域１，１１と； 主としてプルトニウム又は核分裂性ウランに劣
   化されたウランを含み、周辺領域１，１１の棒
   ２，１０を隔てる距離よりかなり小さい距離だけ
   隔てられた、第２群の棒５，１５からなる中心領
   域４，１４と； を包含する加圧水型原子炉用の燃料集合体。 ２ 中心領域４，１４内の棒５，１５を隔てる距
   離が、発生した中性子が高エネルギ領域にあるた
   めに十分な水の層を形成する特許請求の範囲第１
   項に記載の燃料集合体。 ３ 周辺領域内に、スペクトルシフト棒を受入れ
   ることのできる案内管３，１２を包含する特許請
   求の範囲第１項又は第２項に記載の燃料集合体。 ４ 集合体の中心領域４，１４の棒５，１５が、
   縦方向の輪郭付けられたスペーサ６により互に離
   間して維持されている特許請求の範囲第１項、第
   ２項又は第３項に記載の燃料集合体。 ５ 集合体の中心領域４，１４の棒５，１５が、
   これらの棒の外側表面上にスパイラル状に巻き付
   けられたワイヤにより互に離間して保持されてい
   る特許請求の範囲第１項、第２項又は第３項に記
   載の燃料集合体。