JPH0549958B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は沸騰水形原子炉、圧力管形重水炉等の
熱中性子原子炉の燃料集合体に関する。

［発明の技術的背景とその問題点］ 一般に、原子炉からより多くの熱を取り出すた
め、燃料集合体内の出力分布をできるだけ平坦化
することが行われている。例えば、沸騰水形原子
炉では核分裂性核種濃度の異なる多種類の燃料棒
を適切に配置して燃料集合体内の出力分布をより
平坦化することが行われている。そしてこの場合
燃料集合体中心部では一般に核分裂性核種濃度の
高い燃料が用いられている。

そしてこのような燃料集合体では、使用済みと
なつた燃料集合体内部には、まだかなりの核分裂
性核種の燃え残りが存在している。そこでこのよ
うな燃え残りを減らす１つの方法として、核分裂
性核種の燃料集合体内における分布を一様とし、
燃料集合体外周部または外周近傍に可燃性毒物を
含む燃料棒を配置してなる燃料集合体が開発され
ている。

しかしながら、このような燃料集合体では、可
燃性毒物を含む燃料棒内において半径方向熱中性
子束分布が燃料棒の周方向でかなり変化するた
め、可燃性毒物と核分裂性核種の燃焼特性が周方
向によつて異なり、燃料の健全性上好ましくない
という問題がある。

すなわち、このような燃料棒では、第１図に示
すように、燃料棒１内の可燃性毒物が燃料末期に
はいわゆる片燃えを起こし、燃料棒１内に図のａ
として示すように大幅に偏心して存在することと
なる。

そしてこのような場合には燃料棒１に曲がりを
生じる可能性があり、冷却特性の悪化または機械
的損傷の原因となるおそれがある。

また沸騰水形原子炉の燃料集合体にプルトニウ
ムを用いる場合には、燃料集合体中心部にプルト
ニウムを配置し、外周部にウラン燃料を配置する
アイランド型と呼ばれる方式が採用されるが、こ
の方式ではプルトニウムの中性子吸収特性が大き
いことや製造上の理由から可燃性毒物は燃料集合
体外周部に配置される。このような場合にも前述
した燃料集合体と同様な問題が生ずる。

さらに新型転換炉（ATR）のような圧力管形
重水炉では、燃料集合体の外周が大量の中性子減
速材（重水）でとり囲まれているため最外周の燃
料棒では、特に大きな熱中性子束分布の異方性を
生じる。

すなわち、新型転換炉における燃料集合体にお
いてもウラン濃縮度あるいはプルトニウム富化度
の上昇に伴い、Gd₂O₃のような可燃性毒物の導入
が検討されており、このような可燃性毒物をペレ
ツト内に一様に含む通常の可燃性毒物入り燃料棒
をこの新型転換炉に使用する場合には、前述した
燃料集合体と同様の問題が生ずる。

［発明の目的］ 本発明はかかる従来の事情に対処してなされた
もので、中性子毒物（可燃性毒物）を含む燃料棒
およびこれに隣接する燃料棒の内部の半径方向中
性子束分布の異方性を抑制し、燃焼に伴う燃料棒
の健全性を向上することができるとともに、燃料
集合体内の出力分布の平坦化を図ることのできる
燃料集合体を提供しようとするものである。

［発明の概要］ すなわち本発明は、四角形状のチヤンネルボツ
クス内に複数本の燃料棒を規則的に配列してなる
燃料集合体おいて、前記チヤンネルボツクス内の
コーナー部に配設される前記燃料棒を、軸心部分
に熱中性子吸収物質を含有し外周部分には熱中性
子吸収物質を含有しない核燃料物質で形成したこ
とを特徴とする燃料集合体である。

［発明の実施例］ 以下本発明の詳細を図面に示す一実施例につい
て説明する。

第２図は本発明の一実施例の燃料集合体を示す
もので、図において符号２は四角形状のチヤンネ
ルボツクスを示しており、このチヤンネルボツク
ス２内には複数の燃料棒３が規則的に配列され収
容されている。図において×印は水棒を示してお
り、符号Ｇは半径方向に一様に、例えばGd₂O₃か
らなる可燃性毒物を含む燃料棒３を示している。

そしてこの実施例では、チヤンネルボツクス２
のコーナー部にはそれぞれ軸心部分に熱中性子吸
収物質を含有し、外周部分には熱中性子吸収物質
を含有しない核燃料物質からなる燃料棒３ａが配
設されている。

第３図はこのような燃料棒３ａの詳細を示すも
ので、図において符号４は燃料被覆管を示してお
り、この燃料被覆管４内には軸心部分に熱中性子
吸収物質５を含有し、外周部分には熱中性子吸収
物質５を含有しない核燃料物質からなるペレツト
６が挿入されている。ここで熱中性子吸収物質５
としては、UO₂−Gd₂O₃、Al₂O₃−Gd₂O₃、SiO₂
−Gd₂O₃等のような物質が用いられる。

以上のように構成された燃料集合体では、燃料
集合体のコーナー部に位置する燃料棒内における
中性子束分布の異方性の大きい燃料棒３を第３図
に示すような燃料棒３ａで構成したので、従来こ
の部に配設される可燃性毒物入りの燃料棒１に生
じていた第１図に示すような可燃性毒物の燃え残
りによる偏心を防止することができる。

すなわち第４図に示すように、第３図に示した
燃料棒３ａでは、燃え残りの可燃性毒物の偏心を
図のｂに示すように燃料棒３ａの軸心部分に制限
することができる。

また以上のように構成された燃料集合体では、
燃料集合体の出力分布の平坦化を十分に図ること
ができる。なお、第２図において矢符は第３図に
示した燃料棒３ａがない場合の燃料棒３の異方性
の方向を示している。

第５図は本発明の他の実施例を示すもので、こ
の実施例では燃料集合体のコーナー部にそれぞれ
３個ずつ第３図に示す燃料棒３ａが配設されてい
る。

以上のように構成された燃料集合体では、燃料
棒内における中性子束分布の異方性の大きい燃料
棒を、さらにそれぞれのコーナー部において２本
ずつ第３図に示す燃料棒３ａに置き換えたため燃
料集合体の出力分布をさらに平坦化することがで
きるとともに、符号Ｇで示す燃料棒３の片燃え現
象を十分に抑制することができる。

第６図は本発明のさらに他の実施例を示すもの
で、この実施例ではコーナー部に位置する第３図
に示す燃料棒３ａを囲んでそれぞれ符号Ｇで示す
可燃性毒物入りの燃料棒３が配設されている。

以上のように構成された燃料集合体では、隣接
する符号Ｇで示される燃料棒３の片燃えを抑制す
ることができるとともに、燃料集合体内の出力分
布の平坦化を図ることができる。

第７図は本発明のさらに他の実施例を示すもの
で、この実施例では図示しない制御棒に隣接する
コーナー部に３本の第３図に示す燃料棒３ａが配
設され、これに隣接して符号Ｇで示す燃料棒３が
配設されている点を除いて第５図に示す燃料集合
体と同様に構成されている。

以上のように構成された燃料集合体では、燃料
棒内における中性子束分布の異方性の特に大きい
制御棒に隣接する燃料棒を第３図に示す燃料棒３
ａで構成したので、これに隣接する符号Ｇで示さ
れる燃料棒３の片燃え現象を抑制することができ
るとともに、燃料集合体内の出力分布を平坦化す
ることができる。

第８図は本発明のさらに他の実施例を示すもの
で、この実施例の燃料集合体では四角形状のチヤ
ンネルボツクス２の内部に十字形状のギヤツプ４
が形成され、燃料棒３はこのギヤツプ４により区
切られる４つの区画内に規則的に配列されてい
る。そしてそれぞれの区画のコーナー部に位置す
る燃料棒は第３図に示した燃料棒３ａにより構成
されている。

以上のように構成された燃料集合体では、燃料
集合体内における出力分布の平坦化をさらに向上
することができる。

第９図は圧力管形重水炉に本発明の燃料集合体
を適用した例を示すもので、この実施例では圧力
管５内に収容される最外周部に位置する燃料棒が
１つおきに第３図に示す燃料棒３ａに置き換えら
れている。なお図において符号６は断熱層を、符
号７はカランドリア管を示している。

以上のように構成された燃料集合体では、燃料
集合体内の出力分布を従来に比較して大幅に平坦
化することができる。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明の燃料集合体によれ
ば、可燃性毒物を含む燃料棒およびこの燃料棒に
隣接する燃料棒の内部の半径方向中性子束分布の
異方性を抑制することができるとともに、燃料集
合体内の出力分布の平坦化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は一様に可燃性毒物を含む燃料棒の片燃
え現象を説明するための説明図、第２図は本発明
の一実施例の横断面図、第３図は第２図のコーナ
ー部に配設される燃料棒の詳細を示す縦断面図、
第４図は本発明に用いられる燃料棒の片燃え現象
を説明するための説明図、第５図ないし第９図は
それぞれ本発明の他の実施例を示す燃料集合体の
横断面図である。 ２……チヤンネルボツクス、３，３ａ……燃料
棒、４……燃料被覆管、５……熱中性子吸収物
質。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 四角形状のチヤンネルボツクス内に複数本の
   燃料棒を規則的に配列してなる燃料集合体におい
   て、 前記チヤンネルボツクス内のコーナー部に配設
   される前記燃料棒を、軸心部分に熱中性子吸収物
   質を含有し外周部分には熱中性子吸収物質を含有
   しない核燃料物質で形成したことを特徴とする燃
   料集合体。