JPH05119176A - 核燃料集合体 - Google Patents
核燃料集合体Info
- Publication number
- JPH05119176A JPH05119176A JP3281768A JP28176891A JPH05119176A JP H05119176 A JPH05119176 A JP H05119176A JP 3281768 A JP3281768 A JP 3281768A JP 28176891 A JP28176891 A JP 28176891A JP H05119176 A JPH05119176 A JP H05119176A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel
- nuclear fuel
- fuel rod
- added
- nuclear
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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-
- 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
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 核的に悪影響を与えることおなく、可燃性毒
物入り核燃料棒の中心温度を低下させることにより、機
械的に健全な核燃料集合体を提供する。 【構成】 ウラン等の核物質ペレットからなる通常の燃
料棒と、可燃性毒物入りペレットからなる燃料棒を格子
状に配列した核燃料集合体において、後者内のＨｅ充填
圧力を、前者のそれよりも高くする。 【効果】 可燃性毒物入り核燃料棒の中心温度を下げる
ことができ、核燃料集合体の健全性を確保できるので、
燃料の経済性を向上することができる。
物入り核燃料棒の中心温度を低下させることにより、機
械的に健全な核燃料集合体を提供する。 【構成】 ウラン等の核物質ペレットからなる通常の燃
料棒と、可燃性毒物入りペレットからなる燃料棒を格子
状に配列した核燃料集合体において、後者内のＨｅ充填
圧力を、前者のそれよりも高くする。 【効果】 可燃性毒物入り核燃料棒の中心温度を下げる
ことができ、核燃料集合体の健全性を確保できるので、
燃料の経済性を向上することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、核燃料集合体に係り、
特に一部燃料棒の熱特性を改善した核燃料集合体に関す
る。
特に一部燃料棒の熱特性を改善した核燃料集合体に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来の核燃料集合体は、特開昭６３−２
３３３９５号公報にも記載されているように、通常の核
燃料棒とガドリニア（Ｇｄ2Ｏ3）等の可燃性毒物入り燃
料棒数本とから構成されている。Ｇｄ2Ｏ3入り燃料棒の
効用は、初期反応度を抑制すると共に、核燃料集合体内
の出力分布を平坦化することである。
３３３９５号公報にも記載されているように、通常の核
燃料棒とガドリニア（Ｇｄ2Ｏ3）等の可燃性毒物入り燃
料棒数本とから構成されている。Ｇｄ2Ｏ3入り燃料棒の
効用は、初期反応度を抑制すると共に、核燃料集合体内
の出力分布を平坦化することである。
【０００３】上記の核燃料集合体において、可燃性毒物
としてＧｄ2Ｏ3を二酸化ウラン（ＵＯ2）に混合し、圧
縮成形後、高温で焼結して得られるペレット、すなわち
（Ｕ、Ｇｄ）Ｏ2固溶体を被覆管に装填してなる可燃性
毒物入り燃料棒は、ＵＯ2ペレットのみを装填した燃料
棒と比較して実効的な熱伝導度が小さくなる傾向を持つ
と考えられる。一般的には、純粋なＵＯ2の方が（Ｕ、
Ｇｄ）Ｏ2より熱伝導度が高い。このため、可燃性毒物
入り燃料棒の熱的な制約が、集合体全体を律する可能性
がある。
としてＧｄ2Ｏ3を二酸化ウラン（ＵＯ2）に混合し、圧
縮成形後、高温で焼結して得られるペレット、すなわち
（Ｕ、Ｇｄ）Ｏ2固溶体を被覆管に装填してなる可燃性
毒物入り燃料棒は、ＵＯ2ペレットのみを装填した燃料
棒と比較して実効的な熱伝導度が小さくなる傾向を持つ
と考えられる。一般的には、純粋なＵＯ2の方が（Ｕ、
Ｇｄ）Ｏ2より熱伝導度が高い。このため、可燃性毒物
入り燃料棒の熱的な制約が、集合体全体を律する可能性
がある。
【０００４】昨今軽水炉の経済性を向上させるために、
核燃料の高燃焼度化および高出力化が計画されている。
この場合、燃料の照射下における挙動として、燃料棒の
中心部温度が上昇し、燃料ペレットからのＦＰガス放出
量が増加し、その結果として、燃料ペレットと被覆管と
の機械的相互作用が増大すると考えられている。
核燃料の高燃焼度化および高出力化が計画されている。
この場合、燃料の照射下における挙動として、燃料棒の
中心部温度が上昇し、燃料ペレットからのＦＰガス放出
量が増加し、その結果として、燃料ペレットと被覆管と
の機械的相互作用が増大すると考えられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】原子炉内における燃焼
の進行と共に、燃料棒内には熱伝導度の低いＫｒやＸｅ
が放出される。これらのＦＰガスの放出により、燃料棒
のプレナム部や燃料ペレットと被覆管との間隙に、予め
封入されたＨｅガスが希釈されて、ガスの実効的な熱伝
達率が低下する結果、燃料棒の中心温度が上昇するもの
と考えられる。
の進行と共に、燃料棒内には熱伝導度の低いＫｒやＸｅ
が放出される。これらのＦＰガスの放出により、燃料棒
のプレナム部や燃料ペレットと被覆管との間隙に、予め
封入されたＨｅガスが希釈されて、ガスの実効的な熱伝
達率が低下する結果、燃料棒の中心温度が上昇するもの
と考えられる。
【０００６】そこで、燃料棒内の初期封入Ｈｅ量を多く
する、すなわち、Ｈｅの充填圧力を高くすることによっ
て、ＦＰガスによる希釈の割合を減少させ、燃焼に伴う
熱伝達率の低下を遅らせる効果が期待できる。
する、すなわち、Ｈｅの充填圧力を高くすることによっ
て、ＦＰガスによる希釈の割合を減少させ、燃焼に伴う
熱伝達率の低下を遅らせる効果が期待できる。
【０００７】前記のように（Ｕ、Ｇｄ）Ｏ2ペレットの
方がＵＯ2ペレットよりも熱伝導率が低く、使用中の温
度が高くなると考えられるので、初期封入Ｈｅ圧は
（Ｕ、Ｇｄ）Ｏ2入り燃料棒の方を高くすることによ
り、ギャップ熱伝達率の低下を遅延させることができ、
ＵＯ2燃料棒の温度に近ずけることが可能となる。
方がＵＯ2ペレットよりも熱伝導率が低く、使用中の温
度が高くなると考えられるので、初期封入Ｈｅ圧は
（Ｕ、Ｇｄ）Ｏ2入り燃料棒の方を高くすることによ
り、ギャップ熱伝達率の低下を遅延させることができ、
ＵＯ2燃料棒の温度に近ずけることが可能となる。
【０００８】本発明の目的は、核的な悪影響を与えるこ
となく、可燃性毒物入り燃料棒内のＨｅガス圧力をより
高くして、燃料棒の中心温度を低下させることにより、
経済的で、健全な核燃料集合体を提供することにある。
となく、可燃性毒物入り燃料棒内のＨｅガス圧力をより
高くして、燃料棒の中心温度を低下させることにより、
経済的で、健全な核燃料集合体を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の核燃料集合体の構成は、ＵＯ2等の核燃料物
質からなる核燃料ペレットを充填してなる通常の複数本
の燃料棒と、可燃性毒物を添加した核燃料ペレットを充
填してなる複数本の燃料棒とをスペ−サを用いて格子状
に適正配列した核燃料集合体において、可燃性毒物添加
燃料棒内のＨｅ充填圧力を、前記通常の燃料棒内のＨｅ
充填圧力よりも高くするようにしたことである。
の本発明の核燃料集合体の構成は、ＵＯ2等の核燃料物
質からなる核燃料ペレットを充填してなる通常の複数本
の燃料棒と、可燃性毒物を添加した核燃料ペレットを充
填してなる複数本の燃料棒とをスペ−サを用いて格子状
に適正配列した核燃料集合体において、可燃性毒物添加
燃料棒内のＨｅ充填圧力を、前記通常の燃料棒内のＨｅ
充填圧力よりも高くするようにしたことである。
【００１０】
【作用】Ｇｄ2Ｏ3入り燃料棒は、初期反応度を抑制する
ことと、燃料集合体内の出力分布を平坦化するために、
最適な位置に配列して使用される。軽水炉の燃料集合体
の場合には、その横断面（図１参照）における各燃料棒
の濃縮度は、従来は最外周（１層目）燃料棒の濃縮度が
低く、２層目より内側の燃料棒はそれより高い設計とな
っていたが、最新の設計では最外周が高く、２層目およ
びその内側にある燃料棒の濃縮度は低くなっている。
ことと、燃料集合体内の出力分布を平坦化するために、
最適な位置に配列して使用される。軽水炉の燃料集合体
の場合には、その横断面（図１参照）における各燃料棒
の濃縮度は、従来は最外周（１層目）燃料棒の濃縮度が
低く、２層目より内側の燃料棒はそれより高い設計とな
っていたが、最新の設計では最外周が高く、２層目およ
びその内側にある燃料棒の濃縮度は低くなっている。
【００１１】しかし、通常１層目にある燃料棒の濃縮度
はすべて同じであり、２層目も同様である。いずれにし
ても、Ｇｄ2Ｏ3添加燃料棒は２層目またはそれより内側
に配列されており、燃焼度が約１０ＧＷｄ／ｔＵに達す
る時点では、核的な毒作用はほとんど消滅する。
はすべて同じであり、２層目も同様である。いずれにし
ても、Ｇｄ2Ｏ3添加燃料棒は２層目またはそれより内側
に配列されており、燃焼度が約１０ＧＷｄ／ｔＵに達す
る時点では、核的な毒作用はほとんど消滅する。
【００１２】ところが、ＵＯ2中に固溶したＧｄイオン
は初期に添加したまま残ることとなり、（Ｕ、Ｇｄ）Ｏ
2ペレットの熱伝導度はＵＯ2と同様に燃焼度の進行に伴
って徐徐に低下する。しかし、ギャップに存在するＨｅ
量を考えると、初期に高圧封入したＧｄ2Ｏ3入り燃料棒
内のＨｅ量の方がＵＯ2燃料棒内のＨｅ量より多く、燃
焼の進行に伴うＦＰガスによる希釈の割合がＵＯ2のそ
れより少なく、ギャップ熱伝達率はＵＯ2のそれより高
く維持されるため、（Ｕ、Ｇｄ）Ｏ2ペレットの中心温
度を、ＵＯ2燃料棒と同圧力で封入した場合に比べて低
くすることができる。
は初期に添加したまま残ることとなり、（Ｕ、Ｇｄ）Ｏ
2ペレットの熱伝導度はＵＯ2と同様に燃焼度の進行に伴
って徐徐に低下する。しかし、ギャップに存在するＨｅ
量を考えると、初期に高圧封入したＧｄ2Ｏ3入り燃料棒
内のＨｅ量の方がＵＯ2燃料棒内のＨｅ量より多く、燃
焼の進行に伴うＦＰガスによる希釈の割合がＵＯ2のそ
れより少なく、ギャップ熱伝達率はＵＯ2のそれより高
く維持されるため、（Ｕ、Ｇｄ）Ｏ2ペレットの中心温
度を、ＵＯ2燃料棒と同圧力で封入した場合に比べて低
くすることができる。
【００１３】一方、Ｇｄ2Ｏ3添加燃料の濃縮度を下げた
場合には、燃料の線出力が低下するので、Ｈｅガス加圧
との相乗効果によって、燃料の中心温度をＵＯ2燃料と
同等に保持したまま原子炉の運転ができることになる。
場合には、燃料の線出力が低下するので、Ｈｅガス加圧
との相乗効果によって、燃料の中心温度をＵＯ2燃料と
同等に保持したまま原子炉の運転ができることになる。
【００１４】なお、核燃料物質としては、ＵＯ2の他に
ＵＯ2とＰｕＯ2との混合物またはこれらの固溶体を用
い、また、可燃性毒物としてＧｄ2Ｏ3他にＥｕ2Ｏ3、Ｓ
ｍ2Ｏ3などを用いてもその効果は同等である。
ＵＯ2とＰｕＯ2との混合物またはこれらの固溶体を用
い、また、可燃性毒物としてＧｄ2Ｏ3他にＥｕ2Ｏ3、Ｓ
ｍ2Ｏ3などを用いてもその効果は同等である。
【００１５】
【実施例】以下本発明の１実施例を図１を用いて説明す
る。図１は本発明の１実施例の核燃料集合体の横断面図
である。図１において、１はガドリニア（Ｇｄ2Ｏ3）を
含有しない、通常の核燃料棒、２はガドリニア（Ｇｄ2
Ｏ3）を含有した核燃料棒、３はウオ−タロッド、４は
チャンネルボックスである。
る。図１は本発明の１実施例の核燃料集合体の横断面図
である。図１において、１はガドリニア（Ｇｄ2Ｏ3）を
含有しない、通常の核燃料棒、２はガドリニア（Ｇｄ2
Ｏ3）を含有した核燃料棒、３はウオ−タロッド、４は
チャンネルボックスである。
【００１６】燃料棒１は、直径１２．２７ｍｍ、肉厚
０．８６ｍｍ、長さ４ｍのジルカロイ−２製の燃料被覆
管内に、直径１０．３５ｍｍ、長さ１０．３ｍｍのＵＯ
2ペレット（密度約９６．５％ＴＤ）を約３．７ｍに積
層充填した後、スプリング等の部材を装填し、Ｈｅガス
を５気圧封入して上下両端を端栓溶接したものである。
０．８６ｍｍ、長さ４ｍのジルカロイ−２製の燃料被覆
管内に、直径１０．３５ｍｍ、長さ１０．３ｍｍのＵＯ
2ペレット（密度約９６．５％ＴＤ）を約３．７ｍに積
層充填した後、スプリング等の部材を装填し、Ｈｅガス
を５気圧封入して上下両端を端栓溶接したものである。
【００１７】燃料棒２は、２ｗｔ％Ｇｄ2Ｏ3入りのＵＯ
2ペレットを、上記の被覆管内に充填し、１０気圧のＨ
ｅガスを封入して上下両端を端栓溶接したものである。
ウオ−タロッド３はジルカロイ製の太径管からなり、胴
壁面には孔が設けられ冷却水が自由に通過できるように
なっている。チャンネルボックス４はジルコニウム合金
製であり、燃料棒を包括し、燃料集合体を形成するため
のものである。
2ペレットを、上記の被覆管内に充填し、１０気圧のＨ
ｅガスを封入して上下両端を端栓溶接したものである。
ウオ−タロッド３はジルカロイ製の太径管からなり、胴
壁面には孔が設けられ冷却水が自由に通過できるように
なっている。チャンネルボックス４はジルコニウム合金
製であり、燃料棒を包括し、燃料集合体を形成するため
のものである。
【００１８】本実施例によれば、上記の構成により、Ｇ
ｄ2Ｏ3入り燃料棒のギャップ熱伝達が改善され、燃料ペ
レットの中心温度を下げ、燃料集合体の健全性を向上さ
せることができる。さらに、本発明者らの検証により、
つぎのような事が判った。すなわち、（Ｕ、Ｇｄ）Ｏ2
中のＧｄ濃度が高い場合には、ＵＯ2の濃縮度を下げる
方法と組合せることにより、燃料中心温度を下げること
ができる。
ｄ2Ｏ3入り燃料棒のギャップ熱伝達が改善され、燃料ペ
レットの中心温度を下げ、燃料集合体の健全性を向上さ
せることができる。さらに、本発明者らの検証により、
つぎのような事が判った。すなわち、（Ｕ、Ｇｄ）Ｏ2
中のＧｄ濃度が高い場合には、ＵＯ2の濃縮度を下げる
方法と組合せることにより、燃料中心温度を下げること
ができる。
【００１９】Ｇｄ2Ｏ3を５ｗｔ％添加する場合には、濃
縮度を１０％下げれば通常のＵＯ2燃料の中心温度を達
成することができ、また、Ｇｄ2Ｏ3を１０ｗｔ％添加す
る場合には、濃縮度を２０％下げればよい。図１におい
て、燃料棒２のＧｄ2Ｏ3添加量を１０％とし、Ｕの濃縮
度を同一周方向上に隣接するＵＯ2燃料の濃縮度よりも
２０％下げることにより、Ｇｄ2Ｏ3添加燃料棒の中心温
度を通常のＵＯ2燃料棒のそれと同等にすることがで
き、核燃料集合体の機械的健全性を保持することができ
る。
縮度を１０％下げれば通常のＵＯ2燃料の中心温度を達
成することができ、また、Ｇｄ2Ｏ3を１０ｗｔ％添加す
る場合には、濃縮度を２０％下げればよい。図１におい
て、燃料棒２のＧｄ2Ｏ3添加量を１０％とし、Ｕの濃縮
度を同一周方向上に隣接するＵＯ2燃料の濃縮度よりも
２０％下げることにより、Ｇｄ2Ｏ3添加燃料棒の中心温
度を通常のＵＯ2燃料棒のそれと同等にすることがで
き、核燃料集合体の機械的健全性を保持することができ
る。
【００２０】
【発明の効果】本発明によれば、可燃性毒物入り燃料棒
の中心温度を、通常の燃料棒の温度程度に下げることが
できるので、ＦＰガスの放出が抑制され、機械的相互作
用が緩和される。その結果、核燃料集合体の機械的健全
性が確保されることは勿論のこと高燃焼度化、高出力化
が達成されるため経済性向上に寄与することができる。
の中心温度を、通常の燃料棒の温度程度に下げることが
できるので、ＦＰガスの放出が抑制され、機械的相互作
用が緩和される。その結果、核燃料集合体の機械的健全
性が確保されることは勿論のこと高燃焼度化、高出力化
が達成されるため経済性向上に寄与することができる。
【図１】本発明の１実施例の核燃料集合体の横断面図で
ある。
ある。
１ 通常の核燃料棒 ２ ガドリニウム入り核燃料棒 ３ ウオ−タロッド ４ チャンネルボックス
Claims (4)
- 【請求項１】 ＵＯ2等の核燃料物質からなる核燃料ペ
レットを充填してなる通常の複数本の燃料棒と、可燃性
毒物を添加した核燃料ペレットを充填してなる複数本の
燃料棒とをスペ−サを用いて格子状に適正配列した核燃
料集合体において、可燃性毒物添加燃料棒内のＨｅ充填
圧力を、前記通常の燃料棒内のＨｅ充填圧力よりも高く
したことを特徴とする核燃料集合体。 - 【請求項２】 請求項１記載の核燃料集合体において、
核燃料としては、ＵＯ2またはＵＯ2とＰｕＯ2との混合
物あるいは固溶体を、可燃性毒物としては、Ｇｄ2Ｏ3ま
たはＥｕ2Ｏ3を用いることを特徴とする核燃料集合体。 - 【請求項３】 請求項１記載の核燃料集合体において、
該集合体の中心から同一周上に配置された可燃性毒物添
加燃料棒内の核分裂性物質の量を、隣接する通常の燃料
棒内の核分裂性物質の量よりも少なくすることを特徴と
する核燃料集合体。 - 【請求項４】 請求項３記載の核燃料集合体において、
可燃性毒物添加燃料棒内の核分裂性物質の量を制御する
方法は、ＵＯ2燃料の場合には、ウラン２３５の濃縮度
を、またＵＯ2とＰｕＯ2との混合物あるいは固溶体を燃
料とする場合には核分裂性Ｐｕの富化度を変えるように
することを特徴とする核燃料集合体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3281768A JPH05119176A (ja) | 1991-10-29 | 1991-10-29 | 核燃料集合体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3281768A JPH05119176A (ja) | 1991-10-29 | 1991-10-29 | 核燃料集合体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05119176A true JPH05119176A (ja) | 1993-05-18 |
Family
ID=17643706
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3281768A Pending JPH05119176A (ja) | 1991-10-29 | 1991-10-29 | 核燃料集合体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05119176A (ja) |
-
1991
- 1991-10-29 JP JP3281768A patent/JPH05119176A/ja active Pending
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