JPH0493694A

JPH0493694A - 超ウラン元素消滅処理用燃料および燃料集合体

Info

Publication number: JPH0493694A
Application number: JP2205253A
Authority: JP
Inventors: Masao Suzuki; 鈴木　聖夫; Kazuo Arie; 和夫有江; Masatoshi Kawashima; 正俊川島
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-08-03
Filing date: 1990-08-03
Publication date: 1992-03-26

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、超ウラン元素の消滅処理技術に係り、特に超
ウラン元素を消滅処理させる高速炉の炉心に装荷される
超ウラン元素消滅処理用燃料および燃料集合体に関する
。

（従来の技術）沸騰水型原子炉等の熱中性子炉から８される使用済燃料
の中には、高レベル放射性廃棄物であるネプチニウム−
２３７（２３７Ｎｐ）　、アメリシウム−２４１（２４
１Ａｍ）　、アメリシウム−２４３（２４３Ａｍ）、キ
ュ　’Ｊ’）ムー２４２（２４２Ｃｍ）やキューリラム
−２４４（”Ｃｍ）等の超ウラン元素（Ｔｈａｎｋ−Ｕ
ｒａｎｉｕｍ　　：以下、ＴＲＵ元素という。）が含ま
れており、このＴＲＵ元素からプルトニウムを取り除い
たマイナーアクチノイド２３７　　　２４＋　　　　２
４３核種の中には、　　Ｎｐや　　Ａ　ｍ　、　　　　Ａ　
ｍのように半減期が２１４万年、４３２年、７３８０年
と極めて長く、短期間にて消滅処理させることができな
い核種が存在する。このため、ＴＲＵ元素であるマイナ
ーアクチノイド核種を核変換等により半減期の小さな核
種に変換し、短期間にて消滅処理させることが望まれて
いる。

従来のＴＲＵ元素の消滅処理技術の１つに、熱中性子炉
に比べて中性子エネルギーが極めて高い高速炉を用い、
この高速炉の炉心に装荷される燃料中にＴＲＵ元素を充
填させて核変換させることにより、ＴＲＵ元素を消滅処
理させるものが考えられている（１．１９８３年１２月
日本原子力研究所発行の不定期刊行物：ＪＡＥＲＩ−Ｍ
　　８３２１７の“アクチノイド専焼高速炉概念の検討
”大杉俊隆氏他２名。２．昭和６３年日本原子力学会秋
の大会予稿集Ｆ７“ＦＢＨによるＴＲＵの消滅処理”笹
原、松村氏）。

従来のＴＲＵ元素の消滅処理技術は、消滅処理２３７　
　　２４＋　　　　２４３の主な対象である　　Ｎｌ）、　　　　Ａｍ、　　　　
Ａｍのアクチノイド核種に対して第５図（Ａ）〜（Ｃ）
に示す核変換を高速炉の炉心で生じさせて上記のアクチ
ノイド核種を消滅させるようになっている。

なお、第５図（Ａ）〜（Ｃ）において、Ｆ、　　Ｐ。

は核分裂生成物（ＦｉｃＳｉｏｎ　Ｐｒｏｄｕｃｔ）で
あり、口枠で示す核種は、高速炉における中性子エネル
ギーに対して核分裂を起こし易いもの、すなわち、エネ
ルギー平均した核分裂断面積が約１バーン以上と大きな
ものを示している。

従来のＴＲＵ元素の消滅処理技術は、高速炉の炉心の特
徴を生かしたものであり、この特徴には（１）高速炉炉
心の中性子エネルギーが高いため、　　Ｎｐ、　　　Ａ
ｍ、　　　　Ａｍ等で中性子捕獲が起こりにくく、ＴＲ
Ｕ元素の炉心装荷に伴う高速炉の中性子経済への悪影響
が比較的小さいこと（なお、中性子捕獲断面積は、中性
子エネルギーか高くなるに従って小さくなる。）、（２
）高速炉炉心は、熱中性子炉に比べて中性子束エネルギ
レベルが一般に約１桁高いため、エネルギー平均したＴ
ＲＵ元素の核分裂・中性子捕獲断面積が小さくてもＴＲ
Ｕ元素に核変換を生じさせることができ、ＴＲＵ元素の
高い消滅効率を得ることができること、かある。

（発明か解決しようとする課題）しかし、従来の丁ＲＵ元素の消滅処理技術においては、
ＴＲＵ元素の消滅処理を行なう際、高速炉炉心に装荷さ
れるＴＲＵ元素の装荷量や炉心配置について格別な考慮
がなされていない。強いて言えば、ＴＲＵ元素の消滅効
率を高めるために、極力多くのＴＲＵ元素を炉心に装荷
するという自明な技術事項程度であった。

しかし、多量のＴＲＵ元素を高速炉炉心に装荷すると、
次に示す課題か生ずる可能性がある。

（１）消滅処理対象であるＴＲｌＪ元素のマイナーアク
チノイド核種をウラン・プルトニウム混合燃料に添加す
ると、混合燃料の融点が低下する。

この融点低下による炉心の燃料溶融を回避するために、
炉の出力を下げる等の対策が必要となり、結果的にＴＲ
Ｕ元素の消滅効率が低下する。

（２）消滅処理対象となるＴＲＵ元素は、第５図（Ａ）
〜（Ｄ）からもわかるように、ＴＲＵ元素の代表的なマ
イナーアクチノイド核種自身は一般に核分裂を起こしに
くく、中性子捕獲により核分裂を起こし易い核分裂性核
種に変換される。したかって、高速炉の炉心にＴＲＵ元
素を多量に装荷し過ぎると、中性子照射に伴うＴＲＵ元
素の中性子捕獲により新たに生成される核分裂性核種量
が核分裂により消滅する核分裂性核種量を上廻り、高速
炉の余剰反応度が増加する。

このため、ＴＲＵ元素の装荷量、炉心配置を適切に定め
ないと、炉の出力分布や中性子束分布に過大な歪が生じ
、炉の安全上、特性上の問題が生じる。

（３）消滅処理対象となるＴＲＵ元素は、α崩壊が起こ
り易い核種が多く、かつ、そのα崩壊の際に放出される
α線のエネルギーは、概ね、４〜６ＭｅＶと比較的高い
。したがって、燃料に添加するマイナーアクチノイド核
種によっては、その添加量が多くなると、高速炉の炉心
に装荷する前の新燃料の状態から、発熱量やγ線、中性
子等の線源強度が過大となる。そして、このマイナーア
クチノイド核種を収容した新燃料集合体の組立、貯蔵、
輸送時等において、α線エネルギーの除熱が困難となり
、最悪の場合には燃料が過熱し、破損するおそれかある
。

本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、高
速炉の出力密度の低下や出力分布の歪み等を生じさせな
いで、ＴＲＵ元素を効率よく消滅処理させることができ
る超ウラン元素消滅処理用燃料および燃料集合体を提供
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）本発明に係る超ウラン元素消滅処理用燃料は、上述した
課題を解決するために燃料被覆管内にＴＲＵ燃料物質を
充填させてＴＲＵ燃料ピンを構成し、上記ＴＲＵ燃料物
質は、濃縮ウランやウラン・プルトニウム混合燃料から
なる燃料物質と劣化ウランや天然ウラン、減損ウランか
らなる燃料親物質との少なくとも一方に、Ｎｐ、Ａｍ、
Ｃｍ等の超ウラン元素を含有させたものである。

また、上述した課題を解決するために、超ウラン元素消
滅処理用燃料は、ＴＲＵ燃料ピンの炉心燃料温度が高い
領域にはＡｍ、、Ｃｍの含有率の高いＴＲＵ燃料を、炉
心下部領域にはＮｐの含有率の高いＴＲＵ燃料を配置し
たものである。

一方、本発明に係る超ウラン元素消滅処理用燃料集合体
は、上述した課題を解決するためにラッパ管内に複数本
の燃料ピンを収容し、少なくとも一部の燃料ピンは燃料
被覆管内にＴＲＵ燃料物質を充填させたＴＲＵ燃料ピン
で構成したものである。

また、上述した課題を解決するために、本発明の超ウラ
ン元素消滅処理用燃料集合体はラッパ管内に収容される
燃料ピンはＴＲＵ燃料物質を充填させたＴＲＵ用燃料ピ
ンと、濃縮ウランやウラン・プルトニウム混合燃料から
なる燃料物質を充填させた燃料物質ピンとから構成され
るようにしたものであり、さらに、ＴＲＴＪ燃料物質に
Ｓｒ、アルカリ金属等の放射性核分裂生成物を含有させ
たものである。

（作用）本発明の超ウラン元素消滅処理用燃料および燃料集合体
は、上述した請求項に記載したように構成したので、Ｔ
ＲｔＪ燃料ピンにＴＲＵ燃料物質を充填させても、炉の
出力密度の低下や炉心軸方向の出力分布の歪み等を防止
し、炉心の冷却効率を改善することができ、ＴＲＵ元素
を効率よく消滅させることができる。

ＴＲＵ燃料集合体に組み込まれるＴＲＵ燃料ピンに、炉
心燃料温度か高い領域にＡｍ、Ｃｍの含有率の高いＴＲ
Ｕ燃料を、炉心下部領域にＮｐの含有率の高いＴＲＵ燃
料を配置することにより、燃料の溶融を確実に防止し、
炉出力密度を充分に維持してＴＲＵ元素の消滅を効率よ
く行なうことかできる。

（実施例）以下、本発明の一実施例について添付図面を参照して説
明する。

第１図は高速炉の炉心に装荷される本発明の超ウラン元
素消滅処理用燃料集合体の一例を示すものである。この
燃料集合体１０は下部に液体ナトノウム（Ｎａ）や液体
ＮａＫ、ヘリウム（Ｈｅ）ガス等の冷却材を流入させる
冷却材人口１１が、その上部に冷却材出口１２かそれぞ
れ形成され、燃料チャンネルとしての角筒状、例えば六
角形断面を有するラッパ管１３内に複数本の燃料ピン１
４が束ねられて収容される。ラッパ管１３内に収容され
る燃料ピン１４はＴＲＵ　（Ｔｒａｎｓ−Ｕ「ａｎｉｕ
ｍ　＋超ウラン元素）燃料ピン１５のみで構成しても、
また、第２図に示すようにＴＲＵ燃料ピン１５と通常の
燃料物質ピン１６とから構成してもよい。

燃料集合体１０をＴＲＵ燃料ピン１５のみで構成したＴ
ＲＵ燃料集合体の場合には、ＴＲＵ燃料ピン１５の配列
上の考慮が不要となり、ＴＲＵ燃料集合体１０の製造・
組立上の管理が容易となり、かつ除熱や遮蔽対策等の特
殊な対策が必要となる燃料集合体の数を最小にすること
ができ、炉心管理や燃料取扱い上の経済性が向上する。

また、ＴＲＵ燃料集合体１０をＴＲＵ燃料ピン１５と通
常の燃料物質ピン１６とから構成した場合には、ＴＲＵ
元素の存在により運転による炉出力の変化が小さくなり
、炉心の冷却効率を低下させることなく、また、炉内構
造物の健全性の維持を図りつつ効率よ（、ＴＲＵ元素を
消滅させることかできる。

第２図は、ＴＲＵ燃料ピン１５をＴＲＵ燃料集合体１０
のラッパ管１３内にほぼ一様に分散配置した例を示す。

ＴＲＵ燃料ピン１５を一様に分散配置することにより、
ＴＲＵ元素の存在によりＴＲＵ燃料ピン１５の周りの比
較的低温の冷却材と、通常の燃料物質ピン１６燗りの比
較的高温の冷却材の混合が促進され、通常の燃料物質ピ
ン１６の燃料被覆管温度が低減され、炉心の冷却効率の
向上、通常の燃料物質ピン１６の長寿命化を図ることが
でき、高速炉の経済性・安全性を向上させるることがで
きる。

ところで、ＴＲＵ燃料ピン１５は第３図に示すように、
燃料被覆管１８内にＴＲＵ燃料物質１９が充填され、そ
の上下部を上部端栓２０および下部端栓２１で閉塞した
ものである。ＴＲＵ燃料物質１９は、通常の燃料物質お
よび劣化ウランや天然ウラン、減損ウランからなる燃料
親物質の少なくとも一方に、マイナーアクチノイド核種
であるＮｐ（ネプチニウム）、Ａｍ（アメリシウム）お
よびＣｍ（キューリラム）等のＴＲＵ元素（超ウラン元
素）を含有させたものである。ここに、通常の燃料物質
は、濃縮ウランやウラン・プルトニウム混合燃料（プル
トニウムを富化したウラン燃料）からなる燃料物質をい
う。この燃料物質には、酸化ウラン等の酸化物燃料が用
いられるが、この酸化物燃料に代えて金属燃料を用いて
もよい。マイナーアクチノイド核種は、原子番号９３以
上のＴＲＵ元素からプルトニウム（Ｐ　ｕ）を除いタア
クチノイド核種をいう。

また、通常の燃料物質ピン１６は燃料被覆管内に、通常
の酸化物燃料物質を焼結させたいわゆる燃料ペレット（
金属燃料でもよい。）が複数個充填され、その上下端を
上部端栓および下部端栓で閉塞したものであり、燃料被
覆管内の少なくとも一部、例えば上下部にガスプレナム
部が形成される。

なお、ＴＲＵ燃料ピン１５および通常の燃料物質ピン１
６は上部および下部端栓で密封した密封タイプについて
説明したが、必ずしも完全密封タイプである必要はなく
、核分裂により発生する核分裂生成ガス（以下、ＦＰガ
スいとう。）を燃料ピン１５．１６外に放出することが
できる、いゎゆるベント型燃料ピンでもよい。

第３図は、超ウラン元素消滅処理用燃料としてのＴＲＵ
燃料ピン１５の一例を示すものである。

この燃料ピン１５は軸方向に多数のＴＲＵ燃料領域を設
けたもので、燃料被覆管１８の炉心上部領域にはマイナ
ーアクチノイド核種のうち、ＡｍＣｍの含有率が高いＴ
ＲＵ燃料１９ａが配置され、炉心下部領域にはＮｐ含有
率の高いＴＲＵ燃料１９ｃが配置される一方、中性子束
レベルの高い炉心の高さ中心領域にもＴＲＵ燃料１９ｂ
が配置され、各ＴＲＵ燃料１９ａ、１９ｂ、１９ｃ間に
通常の燃料２２が配置されてＴＲＵ燃料物質１９が構成
される。燃料被覆管１８の上部にガスプレナム部２３が
形成され、その上下端は上部端栓２゜および下部端栓２
１で閉塞される。ガスプレナム部２３内には、ＴＲＵ燃
料物質１９を安定的に保持するためにスプリングが必要
に応じて介装される。

ＴＲＵ燃料ピン１５の燃料被覆管１８内に充填されるＴ
ＲＵ燃料１９ａ、１９ｂ、１９ｃを第４図（Ａ）に示す
ように配置することにより、高速炉の炉心軸方向出力分
布曲線Ａは実線で示すようになり、通常の燃料物質ピン
１６の場合の破線で示す炉心軸方向出力分布曲線Ｂより
、ピーク８カが低減され、炉特性やＴＲＵ元素の消滅効
率が改善される。ＴＲＵ燃料ピン１５内に充填されたＴ
ＲＵ燃料１９ａ〜１９ｃの代表的なマイナーアクチノイ
ド核種である２、３７Ｎ、　　２４１　　　２４３Ａｍ
、　　　　Ａｍ。

Ｃｍ、　　　　（ｍは、高速炉の炉心に装荷されて運転
されると第５図（Ａ）〜（Ｄ）に示すように中性子を捕
獲して核分裂性核種に変換され、ＴＲＵ元素を消滅させ
ることができる。

また、ＴＲＵ燃料ピン１５はＴＲＵ燃料要素１９を燃料
被覆管１８内に充填させることにより、マイナーアクチ
ノイド核種の存在により燃料の融点低下の問題が生じる
。ＴＲＵ元素の融点は、Ｎｐが６４０℃、Ａｍが９９４
℃、Ｃｍが１３４０°Ｃであり、Ｎｐ含有によるＴＲＵ
燃料１９ｃの融点低下割合が最も大きい。

通常の炉心設計では、高速炉の異常時においても燃料の
溶融が生じないように設計されており、第３図に示すＴ
ＲＵ燃料ビン１５においては、燃料温度が高い炉心領域
は、金属燃料の場合には炉心上部領域、酸化物燃料の場
合炉心の高さ中心領域であるが、この燃料温度が高い領
域には、ＡｍＣｍの含有率の高いＴＲＵ燃料１９ａを配
置し、燃料温度が低い炉心下部領域には、Ｎｐの含有率
の高いＴ、　ＲＵ燃料１９ｃを配置する。融点低下割合
の大きなＮｐを含有するＴＲＵ燃料１９ｃを燃料温度が
低い炉心が領域に配置することにより、Ｎｐ等のＴＲＵ
元素含有による燃料融点低下が炉心のａカ密度の決定に
直接影響せず、炉心のａカ密度を下げることなく効率よ
（ＴＲＵ元素の消滅を図ることができる。

ところで、ＴＲＵ燃料ピン１５の燃料被覆管１８に充填
されるＴＲＵ燃料要素１９の代表的な７イナーアクチノ
イド核種である　　Ｎｐ、　　　　Ａｍ。

Ａｍ、　　　Ｃｍ、　　　Ｃｍは、第５図（Ａ）〜（Ｄ
）に示すように中性子吸収により核分裂性核種に変換さ
れるため、ＴＲＵ燃料ピン１５のみで構成したＴＲＵ燃
料集合体の出力は運転日数とともに第６図に符号ａで示
すように急激に増加する。したがって、ＴＲＵ燃料ピン
１５のみで構成したＴＲＵ燃料集合体の出力は、運転開
始時点では小さく、運転に従って大きく増加する。

また、第３図に示すように、ＴＲＵ燃料ピン１５と通常
の燃料物質ピン１６とを混合配置したＴＲＵ燃料集合体
１０では、通常の燃料物質ピン１６からの出力があるた
め、ＴＲＵ燃料集合体１０の出力は、第６図に符号すで
示すように運転開始時点においても比較的高く、また運
転によるＴＲＵ燃料集合体１０の出力変化割合は通常の
燃料物質ピン１６の核分裂性物質の減少と、ＴＲＵ燃料
要素１９の核分裂性物質への変換とが相殺されるため、
ＴＲＵ燃料ピン１５のみで構成された燃料集合体よりも
小さく滑かである。

炉心設計においては、炉心に装荷される燃料集合体の冷
却材流量は、燃料集合体の最大８力時に所定の除熱能力
を有するように定められる。ＴＲＵ燃料ピン１５のみで
構成されたＴＲＵ燃料集合体は運転開始時や開始後暫く
の期間、冷却材流量に相当するａカか比でおらず、出口
温度が低いため、冷却材出口温度か上昇せず、炉心の冷
却効率、炉内構造物の健全性上問題かある。

しかし、ＴＲＵ燃料ピン１５と通常の燃料物質ピン１６
とを混合配置した第２図に示すＴＲＵ燃料集合体１０の
場合には、運転開始時点や開始後暫くの期間においても
最大出力に比較的近い出力を出すために、ＴＲＵ燃料集
合体１ｏの出口温度が極端に低下することはなく、炉心
の冷却効率や炉内構造物の健全性の問題は回避できる。

また、第３図に示すように、ＴＲＵ燃料ピン１５の燃料
被覆管１８内に充填されるＴＲＵ燃料要素１９にストロ
ンチウム（Ｓｒ）やアルカリ金属（Ｃｓ等）、テクネチ
ウム（Ｔｃ）等の放射性核分裂生成物（Ｆ、　　Ｐ、　
）を混入させることにより、ＴＲＵ元素の消滅と同時に
長寿命の放射性核分裂生成物の炉内消滅、炉内管理が可
能となる。放射性廃棄物の処理や管理を炉外で行なう場
合に比べて容易となる。

例えば、９９ＴＣは高速炉の炉内において、中性子捕獲
（中性子吸収）等により放射性でない安定な核種に変換
され、また、９０Ｓｒや１３７Ｃ８は炉内滞在中に、自
然崩壊により、 ”Ｏ８ｒ　　−９０Ｙ　　、９０Ｚｒ　（安定）１３７
ｃ８−１３７１１］Ｂａ−１３７Ｂａ（安定）となり、
崩壊の結果束ずる　Ｚｒ、　　　　Ｂａは安定物質であ
り、次の燃料再処理により燃料中から取り除かれる。

第３図に示すＴＲＵ燃料ピン１５においては、ＴＲＵ燃
料１９ａ、１９ｂ、１９ｃを軸方向に分散配置した例を
示したが、ＴＲＵ元素による炉出力分布への影響を小さ
くするために、第７図に示すようにＴＲＵ燃料ビン１５
Ａを構成してもよい。

第３図と同一部位には同一符号を付して説明を省略する
。

このＴＲＵ燃料ピン１５Ａは、ＴＲＵ燃料要素１９であ
るＴＲＵ元素を含有させたＴＲＵ燃料１９ｂを比較的に
低い含有率（数重量％以下）で軸方向に一様に配置した
例を示す。ＴＲＵ燃料を一様に配置したＴＲＵ燃料ピン
１５Ａは、製造・組立や輸送上の管理が容易であり、製
造コストを低減できる一方、軸方向への８力分布への影
響が一様で小さいとの特徴を有する。また、このＴＲＵ
燃料ピン１５Ａは、ピン当りのＴＲＵ元素装荷量が多く
なり、ＴＲＵ元素の消滅効率の向上を図ることができる
。

第８図に示すＴＲＵ燃料ピン１５Ｂは燃料被覆管１８に
充填されるＴＲＵ燃料要素１９は、炉心高さ中心領域に
のみ、ＴＲＵ燃料１９ｂを配置した例を示し、この配置
により、ピーク出力を低減させ、炉心軸方向出力分布の
平坦化を図ることができる。これは、中性子束密度の高
い炉心高さ中心領域にＴＲＵ燃料１９ｂを配置すること
により、炉心軸方向出力分布の歪みを利用して出力ピー
クを抑え、その出力分布の平坦化を図り、炉特性を改善
してＴＲＵ元素の消滅効率を向上させたものである。

なお、この場合には、ＴＲＵ燃料１９ｂに含有されるＴ
ＲＵ元素の含有率（重量％）は第３図のＴＲＵ燃料ピン
１５の場合と同様、例えば１０％以上と比較的に高い。

また、超ウラン元素消滅処理用燃料集合体１０の第１実
施例においては、第２図に示すようにＴＲＵ燃料集合体
１０内にＴＲＵ燃料ピン１５を一様に分散配置した例を
示したが、第９図に示すように、ＴＲＵ燃料集合体１０
Ａの中心領域にＴＲＵ燃料ピン１５　（１５Ａ、１５Ｂ
）を集中配置し、ＴＲＵ燃料ピン１５の周りに通常の燃
料物質ピン１６を配置するようにしてもよい。

ＴＲＵ燃料ピン１５を中心領域に集中配置した場合、Ｔ
ＲＵ燃料集合体１０Ａは中心領域の中性子束密度が最も
高くなるため、ＴＲＵ元素の消滅効率の向上を図ること
ができる。

このＴＲＵ燃料集合体１０Ａにおいて、ＴＲＵ燃料ピン
１５　（１５Ａ、１５Ｂ）の周りに配置される燃料ピン
には、劣化ウランや天然ウラン、減損ウランからなる燃
料親物質ピンを配置してもよく、この劣化ウラン等の燃
料親物質ピンを配置することにより、ＴＲＵ燃料ピン１
５から発生するγ線や中性子等が遮蔽され、ＴＲＵ燃料
集合体１０Ａの輸送上、遮蔽上の対策が緩和される。

第１０図に示されるＴＲＵ燃料集合体１０Ｂは、ラッパ
管１３の管周壁に隣接する外周位置にＴＲＵ燃料ピン１
５　（１５Ａ、１５Ｂ）を配置した例である。ＴＲＵ燃
料ピン１５を配列した内側には通常の燃料物質ピン１６
が配置される。

一般に、燃料ピン１本当りの冷却材流量はラッパ管１３
の管周壁側がその中心領域より大きく、管壁側の燃料被
覆管１８の温度は中心領域より低くなる。

ＴＲＵ燃料集合体１０Ｂの燃料として金属燃料を採用す
る場合には、金属燃料と燃料被覆管１８との共晶反応を
防止するため、燃料被覆管温度をできるだけ低くする必
要がある。

第１０図に示すＴＲＵ燃料集合体１０Ｂは、冷却材流量
の多いラッパ管１３の管内周壁に沿ってＴＲＵ燃料ピン
１５を配置し、燃料被覆管温度の低減を図り、ＴＲＵ燃
料集合体１０Ｂの経済性を確保し、その寿命を向上させ
たものである。

また、ＴＲｔＪ燃料ピン１５　（１５Ａ、１５Ｂ）は、
充填されるＴＲＵ燃料物質１９にα崩壊の起こり易い、
代表的なマイナーアクチノイド核種が多く含まれており
、α崩壊の際に比較的高いα線エネルギーが放出される
ので、ＴＲＵ燃料ピン１５　（１５Ａ、１５Ｂ）やＴＲ
Ｕ燃料集合体１０（ＩＯＡ、ｌ０Ｂ）は、通常の燃料と
は異なる特別な製造、組立、除熱、遮蔽対策が必要であ
る。

このため、ＴＲＵ燃料ピン１５には、特定のマイナーア
クチノイド核種であるＴＲＵ元素を所定の含有率で含有
させてＴＲＵ燃料要素１９を構成する。

ＴＲＵ燃料ピン１５は、炉心の高さ中心より下方の領域
に、炉心の高さ中心より上方の領域より多くのＴＲＵ燃
料物質領域を設けることが、燃料温度等の関係から好ま
しい。また、ＴＲＵ燃料は、炉心に制御棒を挿入するこ
とにより、中性子束レベルが高くなる炉心高さ中心領域
にＴＲＵ燃料領域を設けてＴＲＵ元素の消滅効率の向上
を図ることができ、これにより炉心軸方向出力分布の平
坦化が図れる。さらに、中性子束レベルが高くなる炉心
の高さ中心レベルより下方の領域にＴＲＵ燃料を配置す
ることにより、ＴＲＵ燃料の溶融を有効的かつ確実に回
避することができる。

〔発明の効果〕

以上に述べたように本発明に係る超ウラン元素消滅処理
用燃料および燃料集合体においては、炉運転中の燃料溶
融や炉心軸方向の８力分布の過大な変化、分布歪み等種
々の制約に基つく炉心特性の劣化を生じさせることなく
、炉心特性の改善を図り、炉心冷却効率の向上を図るこ
とかでき、炉心に装荷される燃料集合体や燃料ピンの安
全性や信頼性の向上が図れ、ＴＲｔ１元素の消滅効率を
改善し、向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る超ウラン元素消滅処理用燃料集合
体の一実施例を概略的に示す縦断面図、第２図は第１図
の■−ｎ線に沿う平断面図、第３図は上記燃料集合体に
充填される超ウラン元素消滅処理用燃料であるＴＲＵ燃
料ピンを示す縦断面図、第４図（Ａ）および（Ｂ）はＴ
ＲＵ燃料ピンのＴＲＵ燃料配置特性と軸方向出力分布と
を対応させて示す比較図、第５図（Ａ）〜（Ｄ）は超ウ
ラン元素（ＴＲＵ元素）である代表的なマイナーアクチ
ノイド核種の核変換パスを示す図、第６図はＴＲＵ燃料
ピンのみからなるＴＲＵ燃料集合体の運転日数によるａ
カ変化を示す図、第７図はＴＲＵ燃料ピンの第１変形例
を示す縦断面図、第８図はＴＲＵ燃料ピンの第２変形例
を示す縦断面図、第９図は超ウラン元素消滅処理用燃料
集合体であ１９−ＴＲＵ燃料要素、１９ａ、１９ｂ、１
９ｃ・・ＴＲＵ燃料、２０・・・上部端栓、２１・・・
下部端栓。

Claims

【特許請求の範囲】１、燃料被覆管内にＴＲＵ燃料物質を充填させてＴＲＵ
燃料ピンを構成し、上記ＴＲＵ燃料物質は、濃縮ウラン
やウラン・プルトニウム混合燃料からなる燃料物質と劣
化ウランや天然ウラン、減損ウランからなる燃料親物質
との少なくとも一方に、Ｎｐ、Ａｍ、Ｃｍ等の超ウラン
元素を含有させたことを特徴とする超ウラン元素消滅処
理用燃料。２、ＴＲＵ燃料ピンの炉心燃料温度が高い領域にはＡｍ
、Ｃｍの含有率の高いＴＲＵ燃料を、炉心下部領域には
Ｎｐの含有率の高いＴＲＵ燃料を配置した請求項１記載
の超ウラン元素消滅処理用燃料。３、ラッパ管内に複数本の燃料ピンを収容し、少なくと
も一部の燃料ピンは燃料被覆管内にＴＲＵ燃料物質を充
填させたＴＲＵ燃料ピンで構成したことを特徴とする超
ウラン元素消滅処理用燃料集合体。４、ラッパ管内に収容される燃料ピンはＴＲＵ燃料物質
を充填させたＴＲＵ用燃料ピンと、濃縮ウランやウラン
・プルトニウム混合燃料からなる燃料物質を充填させた
燃料物質ピンとから構成される請求項３記載の超ウラン
元素消滅処理用燃料集合体。５、ＴＲＵ燃料物質にＳｒ、アルカリ金属等の放射性核
分裂生成物を含有させた請求項３記載の超ウラン元素消
滅処理用燃料集合体。