JPH0429089A - 燃料集合体 - 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） 本発明は軽水炉に使用される燃料集合体に関する。

（従来の技術） 軽水炉で通常使用されている燃料集合体は二酸化ウラン
（ＵＯ３）を成型、焼結したペレットを被覆管に装填し
て燃料棒とし、これをチャンネルボックス内に格子状に
配列したものである。一方、近年では使用済燃料の再処
理で得られたプルトニウム（Ｐｕ）を軽水炉で利用する
計画が推進されている。軽水炉でプルトニウムを利用す
る方法としては、プルトニウム酸化物および二酸化ウラ
ン（ｌＪＯ２）を混合して成型、焼結したペレットを用
いることが一般的であり、このような燃料集合体をＭＯ
Ｘ燃料と呼んでいる。

ＭＯＸ燃料にはディスクリート型とアイランド型の２種
類がある。ディスクリート型ではほとんど全ての燃料棒
がＭＯＸ燃料、すなわち、プルトニウム酸化物および二
酸化ウランを混合して成型、焼結したペレットを用いて
構成されている。これに対しアイランド型とは前記のＭ
ＯＸ燃料ペレットを装填した燃料棒（以下、ＭＯＸ燃料
棒という）と、通常の二酸化ウラン又はＧｄ２Ｏ，を混
合した二酸化ウランを成型したペレットを装填した燃料
棒（以下、ＵＯ２燃料棒という）を混用したものである
。

アイランド型ＭＯＸ燃料を第３図および第４図に示す。

なお、第３図は第４図の横断面図である。

すなわち、正方角筒状のチャンネルボックス１内にはＭ
Ｃ）Ｘ燃料棒２ａとＵＯ□燃料棒２ｂとからなる複数の
燃料棒２およびウォータロッド３がスペーサ４を介して
ほぼ等間隔に配列されている。燃料棒２およびウォータ
ロッド３の上部端栓５および下部端栓６はそれぞれ上部
タイプレート７および下部タイプレート８に挿入されて
固定されている。

また、上部タイプレート７の下面と上部端栓５の下部と
の間には膨張ばね９が介在されている。

これら燃料集合体間には制御棒１０が挿入される。

ところで、ＭＯＸ燃料棒２ａではプルトニウム−２３９
の中性子断面積がウラン−２３５よりも大きいため、Ｕ
Ｏ□燃料棒２ｂよりも相対的に反応度が低下する。アイ
ランド型ＭＯＸ燃料では反応度低減の大きい制御棒１０
の近傍にＵＯ□燃料棒２ｂを配置することにより、ＭＯ
Ｘ燃料と通常のＵＯ２燃料の核特性をほぼ同等にするこ
とができる。また最外周部のＵＯ□燃料棒２ｂが遮断体
となるため、ＭＯＸ燃料棒２ａからの線量を低減する効
果もある。このようにアイランド型ＭＯＸ燃料はプルト
ニウムの軽水炉利用を推進する上できわめて実用性の高
い燃料として位置づけられる。

以上のような／　ＭＯＸ燃料棒とＵＯ□燃料棒を混用し
たＭＯＸ燃料またはほとんど全てがＭＯＸ燃料棒で構成
されたＭＯＸ燃料において、従来はＭＯｘ燃料燃料棒Ｏ
２燃料棒とはペレットの組成、すなわちプルトニウム酸
化物を混合するかどうかが異るだけで同一の被覆管を用
いていた。

（発明が解決しようとする課題） ＭＯＸ燃料に用いられているＭＯＸ燃料棒のＭＯＸ燃料
ペレットは、Ｕ０２燃料ベレットと比較してペレットの
クリープが大きいことが知られている。ペレットのクリ
ープは、ペレットと被覆管の機械的相互作用（以下ＰＣ
Ｉという）を緩和する働きがある。従って、同じ線出力
密度を経験する燃料棒で比較すると、ＵＯ，燃料棒より
も相対的にＭＯＸ燃料棒の方がＰＣＩ特性が良い。さら
に。

第３図に示すようなＭＯＸ燃料では、制御棒１０側の最
外周部にＵＯ２燃料燃料棒が配置されている。この位置
は一般的に出力変動が生じる場合に出力変動幅が最も大
きくなることから、運転条件の面からもＵＯ□燃料棒２
ｂの方がＰＣＩ特性は厳しくなると考えられる。

以上のように、ＵＯ２燃料棒はＭＯＸ燃料棒に比べ相対
的にＰＣＩ特性が厳しい。

また、ＰＣＩを軽減する改良型燃料集合体としては、ジ
ルコニウム合金製の被覆管の内側にジルコニウムの内張
り層（ライナ層）を設けたジルコニウムライナ燃料が提
案されているが、被覆管の内側にジルコニウムを内張す
するには、高度技術を要する。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり
、ＭＯＸ燃料棒とＵ０２燃料棒のＰＣＩ特性の差を考慮
し、性能に優れ、かつ経済的にも優れた燃料集合体を提
供することを目的としている。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は、二酸化ウランとＧｄ２Ｏ，の内少なくとも二
酸化ウランから成型されたペレットを被覆管に装填した
ＵＯ２燃料棒と、　プルトニウム酸化物および二酸化ウ
ランから成型されたペレットを被覆管に装填したＭＯＸ
燃料棒とをチャネルボックス内に格子状に配列してなる
燃料集合体において。

前記ＵＯ□燃料棒の被覆管のみにジルコニウムを内張り
して成ることを特徴とする。

（作用） Ｕ０２燃料棒はＭＯＸ燃料棒に比較して、ペレットのク
リープが小さく、また大きな出力変動幅を経験する可能
性があることから、ＰＣＩ特性は厳しくなると考えられ
る。本発明ではＵＯ□燃料燃料みに耐ＰＣＩ特性が特に
優れたジルコニウムを内張すした被覆管を使用し、ＭＯ
Ｘ燃料棒には量産性に優れたジルコニウム合金製の被覆
管を使用することから、性能的にも経済的にも優れてい
る燃料集合体が得られる。

（実施例） 以下、図面を参照にしながら、本発明の実施−例を説明
する。

本発明の第１実施例に係る燃料集合体の横断面図を第１
図に示す。なお、図中第３図と同一部分には同一符号で
示し、重複する部分の説明は省略する。

第１図に示したアイランド型ＭＯＸ燃料においては、チ
ャンネルボックス１の内周部のＵＯ２燃料燃料棒ｃのみ
にジルコニウムを内張すした被覆管を使用し、チャネル
ボックス１内の中央部のＭＯＸ燃料燃料ａｓにはジルコ
ニウム合金製の被覆管を使用している。ここで、ＵＯ□
燃料棒２ｂｃはペレットのクリープがＭＯＸ燃料棒２ａ
ｓに比べて相対的に小さく、また出力変動も大きくなる
位置に置かれているため、ＰＣＩ特性は厳しくなると考
えられる。

しかしながら、耐ＰＣＩ特性に優れているジルコニウム
を内張すした被覆管を用いているので、ＰＣＩ破損を効
果的に防止し、燃料の信頼性を向上させることができる
。一方、ＭＯＸ燃料棒２ａｓではＵ０２燃料棒２ｂｃと
比較するとＰＣＩに対して緩やかな条件と考えられるの
で量産性に優れたジルコニウム合金製の被覆管を用いて
性能を低下させることなく経済性を高めている。

以上説明したように、本実施例を用いることによって燃
料性能とともに経済性にも優れている燃料集合体を得る
ことができる。

また、同一の被覆管を用いた場合と比較して燃料性能お
よび信頼性を向上させることができ、さらには、ジルコ
ニウムを内張すした被覆管を用いた場合と比較して経済
性をはるかに向上させることができる。

なお、ジルコニウムを内張すした被覆管とジルコニウム
合金製の被覆管の両者を併用する場合、技術的な問題は
全くないので、容易に実施することができる。

次に、本発明の第２実施例に係る燃料集合体の横断面図
を第２図に示す。なお、図中第１図と同一部分には同一
符号で示し、重複する部分の説明は省略する。

第２図に示したＭＯＸ燃料では、ＭＯＸ燃料棒２ａｓと
ＵＯ□燃料棒２ｂｃが対角線を軸とし対称に配列されて
いる。この配列は核特性や運用上の条件等を考慮しなさ
れるものであり、第２図はその一例である。

このようなＭＯＸ燃料において、ＵＯ２燃料１２ｂｃの
みにジルコニウムを内張すした被覆管を使用し。

ＭＯＸ燃料棒２ａｓにはジルコニウム合金製の被覆管を
使用している。以上の構成によって第２実施例において
も第１実施例と同様な作用、効果を得ることができる。

〔発明の効果〕

上述したように、本発明によれば、ＵＯ２燃料棒の被覆
管のみにジルコニウムを内張りして構成しているので、
ＭＯＸ燃料燃料ＵＯ□燃料燃料ＰＣＩ特性の差を考慮し
た性能かつ経済性に優れたＭＯＸ燃料集合体を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例に係る燃料集合のＭＯＸ燃
料集合体を示す横断面図、第４図は従来の燃料集合体を
示す立面図である。 １・・・チャネルボックス　２・・燃料棒２ａ・ＭＯＸ
燃料棒　　　２ｂ・・・ＵＯ２燃料燃料棒ｓ・・・ジル
コニウム合金製の被覆管を用いたＭＯＸ燃料棒 ２ｂｃ・ジルコニウを内張すした被覆管を用いたＵＯ□
燃料棒 ３・・ウォータロッド　　４・・・スペーサ５・・・上
部端栓　　　　　６・・下部端栓７・上部タイプレート
　８・・・下部タイプレート９・・・膨張ばね　　　　
　１０・・制御捧代理人　弁理士　則　近　憲　佑 第 ■ 図 第 図 第 図 一 第

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 二酸化ウランとＧｄ＿２Ｏ＿３の内少なくとも二酸化ウ
   ランから成型されたペレットを被覆管に装填したＵＯ＿
   ２燃料棒と、プルトニウム酸化物および二酸化ウランか
   ら成型されたペレットを被覆管に装填したＭＯＸ燃料棒
   とをチャンネルボックス内に格子状に配列してなる燃料
   集合体において、前記ＵＯ＿２燃料棒の被覆管のみにジ
   ルコニウムを内張りして成ることを特徴とする燃料集合
   体。