JPH07270561A - 燃料集合体及び原子炉炉心 - Google Patents
燃料集合体及び原子炉炉心Info
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- JPH07270561A JPH07270561A JP6062411A JP6241194A JPH07270561A JP H07270561 A JPH07270561 A JP H07270561A JP 6062411 A JP6062411 A JP 6062411A JP 6241194 A JP6241194 A JP 6241194A JP H07270561 A JPH07270561 A JP H07270561A
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- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
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Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明の目的は、炉心の平均濃縮度を高めても
余剰反応度を抑えて、運転性に優れた高燃焼度初装荷炉
心を達成できる燃料集合体及び原子炉炉心を提供するこ
とにある。 【構成】本燃料集合体は、９行９列の正方格子状に燃料
棒１と，可燃性毒物であるガドリニアが入った燃料棒２
とが配列されており、中央部の７格子分の位置に太径の
水ロッド３が２本配置されている。ガドリニア入燃料棒
１２本のうち１０本は水ロッドに接しておらず、且つ、
最外周の燃料棒格子及び最外周から２層目のコーナー部
の燃料棒格子に２方向以上で接していない。２本のガド
リニア入燃料棒のみが、周囲８格子のうち１格子に水ロ
ッド領域を含む位置に配置されている。
余剰反応度を抑えて、運転性に優れた高燃焼度初装荷炉
心を達成できる燃料集合体及び原子炉炉心を提供するこ
とにある。 【構成】本燃料集合体は、９行９列の正方格子状に燃料
棒１と，可燃性毒物であるガドリニアが入った燃料棒２
とが配列されており、中央部の７格子分の位置に太径の
水ロッド３が２本配置されている。ガドリニア入燃料棒
１２本のうち１０本は水ロッドに接しておらず、且つ、
最外周の燃料棒格子及び最外周から２層目のコーナー部
の燃料棒格子に２方向以上で接していない。２本のガド
リニア入燃料棒のみが、周囲８格子のうち１格子に水ロ
ッド領域を含む位置に配置されている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は燃料集合体に係り、特
に、沸騰水型原子炉の初装荷炉心に用いるのに好適な燃
料集合体に関する。
に、沸騰水型原子炉の初装荷炉心に用いるのに好適な燃
料集合体に関する。
【０００２】
【従来の技術】初装荷炉心では、装荷された燃料集合体
の一部分が第１サイクルの運転終了後に取り出され、新
しい燃料集合体と交換される。第１サイクルで取り出さ
れる燃料集合体は、第２サイクル以降も炉心内に滞在す
る他の燃料集合体に比べて発生エネルギーが少ない。そ
こで、核分裂性物質の有効活用を図るために、炉内滞在
期間に応じてウラン濃縮度を変えた複数の燃料集合体を
用いる初装荷炉心が知られている。
の一部分が第１サイクルの運転終了後に取り出され、新
しい燃料集合体と交換される。第１サイクルで取り出さ
れる燃料集合体は、第２サイクル以降も炉心内に滞在す
る他の燃料集合体に比べて発生エネルギーが少ない。そ
こで、核分裂性物質の有効活用を図るために、炉内滞在
期間に応じてウラン濃縮度を変えた複数の燃料集合体を
用いる初装荷炉心が知られている。
【０００３】このような従来技術として、特開平5−249
270 号公報の表１に記載された初装荷炉心があり、この
炉心は、ウランの平均濃縮度が３.４ 重量％の高濃縮度
燃料集合体，２.３ 重量％の中濃縮度燃料集合体、及び
１.１ 重量％の低濃縮度燃料集合体の３種類から構成さ
れている。本従来例では、第１サイクルで取り出す燃料
集合体を低濃縮度燃料集合体のみとし、第２サイクルで
取り出す燃料集合体を低濃縮度及び中濃縮度燃料集合体
とすることにより、取り出し燃料集合体中の残留核分裂
性物質の量を低減している。
270 号公報の表１に記載された初装荷炉心があり、この
炉心は、ウランの平均濃縮度が３.４ 重量％の高濃縮度
燃料集合体，２.３ 重量％の中濃縮度燃料集合体、及び
１.１ 重量％の低濃縮度燃料集合体の３種類から構成さ
れている。本従来例では、第１サイクルで取り出す燃料
集合体を低濃縮度燃料集合体のみとし、第２サイクルで
取り出す燃料集合体を低濃縮度及び中濃縮度燃料集合体
とすることにより、取り出し燃料集合体中の残留核分裂
性物質の量を低減している。
【０００４】また、上記公報の表２に、燃料経済性を高
めるために、高濃縮度燃料集合体の割合を増した例が記
載されている。しかし、初装荷炉心の平均濃縮度が高く
なるため余剰反応度が大きくなり、第１サイクル末期か
ら第２サイクル初期にかけて多数の制御棒を挿入して余
剰反応度を抑える必要がある。
めるために、高濃縮度燃料集合体の割合を増した例が記
載されている。しかし、初装荷炉心の平均濃縮度が高く
なるため余剰反応度が大きくなり、第１サイクル末期か
ら第２サイクル初期にかけて多数の制御棒を挿入して余
剰反応度を抑える必要がある。
【０００５】余剰反応度を調整するためには燃料体中の
可燃性毒物量を調整することが良く知られており、平均
濃縮度が３重量％を超える高濃縮燃料では、初期の中性
子無限増倍率を１.０ 程度に抑えるために１割以上の燃
料棒に可燃性毒物が混入される。余剰反応度を小さくす
るには燃料ペレット中に含まれるガドリニア等の可燃性
毒物量を増すことが有効であるが、可燃性毒物の混入に
よって熱伝導率などが変化するため、混入量には制限が
ある。このため、上記公報には、炉心最外周に比較的濃
縮度の高い燃料集合体を装荷することにより、炉心から
の中性子漏れを増大させて余剰反応度を低下させる技術
が記載されている。
可燃性毒物量を調整することが良く知られており、平均
濃縮度が３重量％を超える高濃縮燃料では、初期の中性
子無限増倍率を１.０ 程度に抑えるために１割以上の燃
料棒に可燃性毒物が混入される。余剰反応度を小さくす
るには燃料ペレット中に含まれるガドリニア等の可燃性
毒物量を増すことが有効であるが、可燃性毒物の混入に
よって熱伝導率などが変化するため、混入量には制限が
ある。このため、上記公報には、炉心最外周に比較的濃
縮度の高い燃料集合体を装荷することにより、炉心から
の中性子漏れを増大させて余剰反応度を低下させる技術
が記載されている。
【０００６】また、その他の従来技術として、特開平3
−128482 号公報には燃料集合体中の熱中性子束分布が
概念的に示されており、図２のような燃料集合体の構成
が開示されている。本燃料集合体は、９行９列の正方格
子状に燃料棒１と可燃性毒物入り燃料棒２が配列されて
おり、中央部の９格子分の位置に水ロッド３が配置され
ている。
−128482 号公報には燃料集合体中の熱中性子束分布が
概念的に示されており、図２のような燃料集合体の構成
が開示されている。本燃料集合体は、９行９列の正方格
子状に燃料棒１と可燃性毒物入り燃料棒２が配列されて
おり、中央部の９格子分の位置に水ロッド３が配置され
ている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記第１の従来技術に
記載の炉心最外周に濃縮度の高い燃料集合体を装荷する
方法では、炉心最外周の位置での中性子束分布の傾きが
大きく、１サイクル滞在した後では燃料集合体の燃焼度
は炉心の内側と外側とで差がつくため、核分裂性物質の
量も不均一になる。このような燃料集合体を次の運転サ
イクルで炉心の内側に装荷した場合、燃料集合体内の出
力ピーキングが大きくなり易いので、次のサイクルの運
転においては慎重な配慮を要し、運転が複雑となる。
記載の炉心最外周に濃縮度の高い燃料集合体を装荷する
方法では、炉心最外周の位置での中性子束分布の傾きが
大きく、１サイクル滞在した後では燃料集合体の燃焼度
は炉心の内側と外側とで差がつくため、核分裂性物質の
量も不均一になる。このような燃料集合体を次の運転サ
イクルで炉心の内側に装荷した場合、燃料集合体内の出
力ピーキングが大きくなり易いので、次のサイクルの運
転においては慎重な配慮を要し、運転が複雑となる。
【０００８】また、上記第２の従来技術に記載の燃料集
合体では、燃料集合体内の詳細な熱中性子束分布を考慮
して可燃性毒物入り燃料棒の配置を決定していないの
で、ウランの平均濃縮度を高めた場合に、余剰反応度を
確実に低下させることは困難である。
合体では、燃料集合体内の詳細な熱中性子束分布を考慮
して可燃性毒物入り燃料棒の配置を決定していないの
で、ウランの平均濃縮度を高めた場合に、余剰反応度を
確実に低下させることは困難である。
【０００９】本発明の目的は、炉心の平均濃縮度を高め
ても余剰反応度を抑えて、運転性に優れた高燃焼度初装
荷炉心を達成できる燃料集合体及び原子炉炉心を提供す
ることにある。
ても余剰反応度を抑えて、運転性に優れた高燃焼度初装
荷炉心を達成できる燃料集合体及び原子炉炉心を提供す
ることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、内部に核分裂性物質を充填した第１燃料
棒と，内部に核分裂性物質及び可燃性毒物を充填した第
２燃料棒とが格子状に配置され、中央部に水ロッドが配
置された燃料集合体において、前記第２燃料棒は、全燃
料棒の１割以上を占めると共に、最外層及び最外層から
２層目のコーナー部を除く格子位置に配置され、前記最
外層及び前記コーナー部に２方向以上で接する格子位置
にある第２燃料棒の数と，周囲の８格子に前記水ロッド
を含む格子位置にある第２燃料棒の数との和は、それ以
外の格子位置にある第２燃料棒の数よりも少ないことを
特徴とする。
に、本発明は、内部に核分裂性物質を充填した第１燃料
棒と，内部に核分裂性物質及び可燃性毒物を充填した第
２燃料棒とが格子状に配置され、中央部に水ロッドが配
置された燃料集合体において、前記第２燃料棒は、全燃
料棒の１割以上を占めると共に、最外層及び最外層から
２層目のコーナー部を除く格子位置に配置され、前記最
外層及び前記コーナー部に２方向以上で接する格子位置
にある第２燃料棒の数と，周囲の８格子に前記水ロッド
を含む格子位置にある第２燃料棒の数との和は、それ以
外の格子位置にある第２燃料棒の数よりも少ないことを
特徴とする。
【００１１】
【作用】ガドリニア等の可燃性毒物はエネルギーの低い
熱中性子に対する中性子吸収断面積が大きいので、少量
でも燃料体の中性子増倍率を大幅に低減できる。第１サ
イクル末期から第２サイクル初期にかけての余剰反応度
を低減するには、燃焼に伴う可燃性毒物の減少速度を遅
くして可燃性毒物を温存することが有効である。可燃性
毒物の消耗を抑えるには、周囲から流れ込む熱中性子の
量が少ない位置に可燃性毒物入燃料棒を配置して中性子
吸収反応率を低減すればよい。
熱中性子に対する中性子吸収断面積が大きいので、少量
でも燃料体の中性子増倍率を大幅に低減できる。第１サ
イクル末期から第２サイクル初期にかけての余剰反応度
を低減するには、燃焼に伴う可燃性毒物の減少速度を遅
くして可燃性毒物を温存することが有効である。可燃性
毒物の消耗を抑えるには、周囲から流れ込む熱中性子の
量が少ない位置に可燃性毒物入燃料棒を配置して中性子
吸収反応率を低減すればよい。
【００１２】上記熱中性子の量が少ない位置を求めるた
めに、図２と同じ燃料棒と水ロッドの配置で、燃料棒中
のウラン濃縮度が全て４重量％でガドリニアを含まず、
冷却材ボイド率が４０％の場合における燃料集合体中の
熱中性子分布を解析した例を図３に示す。同図で格子内
の数値は熱中性子束密度の相対値である。図３から、燃
料集合体最外周と水ロッド付近に加えて、燃料集合体の
最外周から２層目のコーナー部においても、水ギャップ
の影響が大きく、熱中性子束密度が高いことがわかる。
めに、図２と同じ燃料棒と水ロッドの配置で、燃料棒中
のウラン濃縮度が全て４重量％でガドリニアを含まず、
冷却材ボイド率が４０％の場合における燃料集合体中の
熱中性子分布を解析した例を図３に示す。同図で格子内
の数値は熱中性子束密度の相対値である。図３から、燃
料集合体最外周と水ロッド付近に加えて、燃料集合体の
最外周から２層目のコーナー部においても、水ギャップ
の影響が大きく、熱中性子束密度が高いことがわかる。
【００１３】図３の解析結果から、ガドリニアの燃焼遅
延のためには、水ギャップの影響を受ける最外周と最外
周から２層目のコーナー部、及び水ロッド領域からでき
るだけ離れた位置に可燃性毒物入燃料棒を配置すること
が効果的であることがわかる。即ち、水ギャップや水ロ
ッドの領域は熱中性子束密度が非常に高いので、直接そ
こから熱中性子が流れ込むような位置は除外すると共
に、最外周や最外周から２層目のコーナー部など、減速
材は多くないが熱中性子束が高い位置に対しては、これ
らの位置に２面以上で接する位置も熱中性子の流れ込み
が大きいので除外すべきである。
延のためには、水ギャップの影響を受ける最外周と最外
周から２層目のコーナー部、及び水ロッド領域からでき
るだけ離れた位置に可燃性毒物入燃料棒を配置すること
が効果的であることがわかる。即ち、水ギャップや水ロ
ッドの領域は熱中性子束密度が非常に高いので、直接そ
こから熱中性子が流れ込むような位置は除外すると共
に、最外周や最外周から２層目のコーナー部など、減速
材は多くないが熱中性子束が高い位置に対しては、これ
らの位置に２面以上で接する位置も熱中性子の流れ込み
が大きいので除外すべきである。
【００１４】具体的には、例えば、図４の領域４のよう
に、９行９列の正方格子配置の場合、最外周と最外周か
ら２層目のコーナー部、これらに２方向以上で接する格
子位置、及び周囲の８格子中に水ロッド領域を含む格子
位置を除く位置に可燃性毒物入燃料棒を配置すればよ
い。可燃性毒物入燃料棒の半数以上をこの低熱中性子束
領域に配置することにより可燃性毒物の減少速度は遅く
なり、第１サイクル末期や第２サイクル初期における炉
心内の可燃性毒物量を温存できるので、余剰反応度を確
実に抑えることができる。従って、炉心の平均濃縮度を
高めても余剰反応度を適正に抑えることができ、運転性
に優れた高燃焼度初装荷炉心を達成することができる。
に、９行９列の正方格子配置の場合、最外周と最外周か
ら２層目のコーナー部、これらに２方向以上で接する格
子位置、及び周囲の８格子中に水ロッド領域を含む格子
位置を除く位置に可燃性毒物入燃料棒を配置すればよ
い。可燃性毒物入燃料棒の半数以上をこの低熱中性子束
領域に配置することにより可燃性毒物の減少速度は遅く
なり、第１サイクル末期や第２サイクル初期における炉
心内の可燃性毒物量を温存できるので、余剰反応度を確
実に抑えることができる。従って、炉心の平均濃縮度を
高めても余剰反応度を適正に抑えることができ、運転性
に優れた高燃焼度初装荷炉心を達成することができる。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。
る。
【００１６】（実施例１）図１に本発明による燃料集合
体の第１の実施例の横断面を示す。本燃料集合体は、９
行９列の正方格子状に燃料棒１と，可燃性毒物であるガ
ドリニアが入った燃料棒２とが配列されており、中央部
の７格子分の位置に太径の水ロッド３が２本配置されて
いる。燃料棒１のうち８本は他よりも長さが短い短尺燃
料棒（図１のｐ）である。太径水ロッド３は、中央部で
の中性子減速効果を高め燃料経済性を高める効果があ
り、短尺燃料棒は、燃料集合体上部断面での冷却材流路
面積を大きくして、冷却材流れの圧力損失を低減する効
果がある。
体の第１の実施例の横断面を示す。本燃料集合体は、９
行９列の正方格子状に燃料棒１と，可燃性毒物であるガ
ドリニアが入った燃料棒２とが配列されており、中央部
の７格子分の位置に太径の水ロッド３が２本配置されて
いる。燃料棒１のうち８本は他よりも長さが短い短尺燃
料棒（図１のｐ）である。太径水ロッド３は、中央部で
の中性子減速効果を高め燃料経済性を高める効果があ
り、短尺燃料棒は、燃料集合体上部断面での冷却材流路
面積を大きくして、冷却材流れの圧力損失を低減する効
果がある。
【００１７】図１の燃料集合体の平均濃縮度(平均的な
ウラン２３５の濃縮度）は約３.７重量％であり、下部
の平均濃縮度よりも上部の平均濃縮度を高くして軸方向
出力分布の平坦化を図っている。また、短尺燃料棒以外
の燃料棒では、燃料有効部の下端から燃料有効長の１／
２４の領域と，燃料有効部の上端から燃料有効長の２／
２４の領域におけるウラン濃縮度(ウラン２３５の濃縮
度）は０.７重量％である。これにより、炉心上下端か
らの中性子漏れを低減して経済性を高めることができ
る。
ウラン２３５の濃縮度）は約３.７重量％であり、下部
の平均濃縮度よりも上部の平均濃縮度を高くして軸方向
出力分布の平坦化を図っている。また、短尺燃料棒以外
の燃料棒では、燃料有効部の下端から燃料有効長の１／
２４の領域と，燃料有効部の上端から燃料有効長の２／
２４の領域におけるウラン濃縮度(ウラン２３５の濃縮
度）は０.７重量％である。これにより、炉心上下端か
らの中性子漏れを低減して経済性を高めることができ
る。
【００１８】ガドリニア入燃料棒２は１２本あり、全燃
料棒数７４本の１６％である。全てのガドリニア入燃料
棒は、最外周及び最外周から２層目のコーナー部以外に
配置されている。ガドリニア入燃料棒１２本のうち１０
本は水ロッドに接しておらず、且つ、最外周の燃料棒格
子及び最外周から２層目のコーナー部の燃料棒格子に２
方向以上で接していない。２本のガドリニア入燃料棒の
みが、周囲８格子のうち１格子に水ロッド領域を含む位
置に配置されている。ガドリニアの濃度は7.5重量％で
ある。
料棒数７４本の１６％である。全てのガドリニア入燃料
棒は、最外周及び最外周から２層目のコーナー部以外に
配置されている。ガドリニア入燃料棒１２本のうち１０
本は水ロッドに接しておらず、且つ、最外周の燃料棒格
子及び最外周から２層目のコーナー部の燃料棒格子に２
方向以上で接していない。２本のガドリニア入燃料棒の
みが、周囲８格子のうち１格子に水ロッド領域を含む位
置に配置されている。ガドリニアの濃度は7.5重量％で
ある。
【００１９】第１の実施例と特性を比較するための比較
例を図５に示す。図５の燃料集合体は、ガドリニア入燃
料棒１２本のうち８本は、外周から２層目のコーナー部
燃料棒と最外周燃料棒に２方向で接する位置に置かれて
おり、他の４本は周囲８格子のうち１格子に水ロッド領
域を含む位置に置かれている。図５の燃料集合体は図１
の燃料集合体に使われている燃料棒の配置のみを変えた
ものであり、平均濃縮度やガドリニア濃度は図１の燃料
集合体と同一である。
例を図５に示す。図５の燃料集合体は、ガドリニア入燃
料棒１２本のうち８本は、外周から２層目のコーナー部
燃料棒と最外周燃料棒に２方向で接する位置に置かれて
おり、他の４本は周囲８格子のうち１格子に水ロッド領
域を含む位置に置かれている。図５の燃料集合体は図１
の燃料集合体に使われている燃料棒の配置のみを変えた
ものであり、平均濃縮度やガドリニア濃度は図１の燃料
集合体と同一である。
【００２０】図６に第１の実施例と比較例の中性子無限
増倍率と燃焼度の関係を求めた解析例を示す。同図か
ら、第１の実施例の燃料集合体では比較例に比べて、燃
焼初期の中性子無限増倍率が約０.８ ％大きく、ガドリ
ニアが燃え尽きる１５ＧＷｄ／ｔから２０ＧＷｄ／ｔに
かけての中性子無限増倍率が約０.６ ％小さい。第１の
実施例の方が、燃焼初期はガドリニアによる中性子吸収
量が少ないので中性子無限増倍率が大きくなる。また、
燃焼が進むと、第１の実施例の方がより多くのガドリニ
アが残っているため中性子無限増倍率は小さくなる。
増倍率と燃焼度の関係を求めた解析例を示す。同図か
ら、第１の実施例の燃料集合体では比較例に比べて、燃
焼初期の中性子無限増倍率が約０.８ ％大きく、ガドリ
ニアが燃え尽きる１５ＧＷｄ／ｔから２０ＧＷｄ／ｔに
かけての中性子無限増倍率が約０.６ ％小さい。第１の
実施例の方が、燃焼初期はガドリニアによる中性子吸収
量が少ないので中性子無限増倍率が大きくなる。また、
燃焼が進むと、第１の実施例の方がより多くのガドリニ
アが残っているため中性子無限増倍率は小さくなる。
【００２１】第１の実施例と比較例の燃料集合体を炉心
に装荷した場合の余剰反応度特性の解析例を図７に示
す。この炉心は、ウランの平均濃縮度３.７ 重量％の高
濃縮度燃料集合体が５０％，２.５重量％の中濃縮度燃
料集合体が２０％，１.２重量％の低濃縮度燃料集合体
が３０％で構成され、高濃縮度燃料集合体として第１の
実施例又は比較例のものを用い、中濃縮度及び低濃縮度
燃料集合体は同一条件にしている。尚、中濃縮度燃料集
合体は濃度７.５ 重量％のガドリニア３本を含み、低濃
縮度燃料集合体はガドリニアを含まない。図７から、比
較例の燃料集合体を装荷した炉心はサイクル中期から末
期にかけて余剰反応度が３％程度になるが、第１の実施
例の燃料集合体を装荷した炉心では、余剰反応度を２.
７ ％以下に抑えることができる。このように、余剰反
応度を抑えることにより、炉心の運転に必要な制御棒を
約４本少なくすることができる。
に装荷した場合の余剰反応度特性の解析例を図７に示
す。この炉心は、ウランの平均濃縮度３.７ 重量％の高
濃縮度燃料集合体が５０％，２.５重量％の中濃縮度燃
料集合体が２０％，１.２重量％の低濃縮度燃料集合体
が３０％で構成され、高濃縮度燃料集合体として第１の
実施例又は比較例のものを用い、中濃縮度及び低濃縮度
燃料集合体は同一条件にしている。尚、中濃縮度燃料集
合体は濃度７.５ 重量％のガドリニア３本を含み、低濃
縮度燃料集合体はガドリニアを含まない。図７から、比
較例の燃料集合体を装荷した炉心はサイクル中期から末
期にかけて余剰反応度が３％程度になるが、第１の実施
例の燃料集合体を装荷した炉心では、余剰反応度を２.
７ ％以下に抑えることができる。このように、余剰反
応度を抑えることにより、炉心の運転に必要な制御棒を
約４本少なくすることができる。
【００２２】（実施例２）次に、図８を用いて本発明に
よる燃料集合体の第２の実施例を説明する。図８は第２
の実施例の横断面を示す図である。本燃料集合体は、図
２の燃料集合体と同様に９行９列の正方格子状に燃料棒
１とガドリニア入燃料棒２とが配列され、中央の９格子
分の位置に太径の水ロッド３が配置されている。燃料棒
は全て同じ有効長を持ち、燃料集合体の平均濃縮度は
３.７ 重量％である。
よる燃料集合体の第２の実施例を説明する。図８は第２
の実施例の横断面を示す図である。本燃料集合体は、図
２の燃料集合体と同様に９行９列の正方格子状に燃料棒
１とガドリニア入燃料棒２とが配列され、中央の９格子
分の位置に太径の水ロッド３が配置されている。燃料棒
は全て同じ有効長を持ち、燃料集合体の平均濃縮度は
３.７ 重量％である。
【００２３】ガドリニア入燃料棒２は１２本あり、全燃
料棒数７２本の１７％に相当する。ガドリニア入燃料棒
２の配置は、図２で最外周から２層目のコーナー部のも
のを１層内側に置き換えた構成になっている。即ち、全
てのガドリニア入燃料棒２は最外周と最外周から２層目
のコーナー部以外に配置されている。１２本のガドリニ
ア入燃料棒のうち８本は、最外周の格子や最外周から２
層目のコーナー格子に２方向以上で接しておらず、且
つ、周囲の８格子に水ロッド領域を含まない位置に配置
されている。残りの４本のガドリニア入燃料棒のみが、
周囲の８格子中の１格子が水ロッド領域となる位置に配
置されている。ガドリニアの濃度は７.５重量％であ
る。
料棒数７２本の１７％に相当する。ガドリニア入燃料棒
２の配置は、図２で最外周から２層目のコーナー部のも
のを１層内側に置き換えた構成になっている。即ち、全
てのガドリニア入燃料棒２は最外周と最外周から２層目
のコーナー部以外に配置されている。１２本のガドリニ
ア入燃料棒のうち８本は、最外周の格子や最外周から２
層目のコーナー格子に２方向以上で接しておらず、且
つ、周囲の８格子に水ロッド領域を含まない位置に配置
されている。残りの４本のガドリニア入燃料棒のみが、
周囲の８格子中の１格子が水ロッド領域となる位置に配
置されている。ガドリニアの濃度は７.５重量％であ
る。
【００２４】本燃料集合体は、図２の燃料集合体に比べ
てガドリニアが燃え尽きる１５GWd／ｔから２０ＧＷｄ
／ｔにかけて、中性子無限増倍率が約０.５ ％小さい。
従って、本燃料集合体を装荷した炉心では、図２の燃料
集合体を装荷した炉心に比べて第１サイクル中期から末
期の余剰反応度を低減することができる。
てガドリニアが燃え尽きる１５GWd／ｔから２０ＧＷｄ
／ｔにかけて、中性子無限増倍率が約０.５ ％小さい。
従って、本燃料集合体を装荷した炉心では、図２の燃料
集合体を装荷した炉心に比べて第１サイクル中期から末
期の余剰反応度を低減することができる。
【００２５】（実施例３）次に、図９を用いて本発明に
よる燃料集合体の第３の実施例を説明する。図９は第３
の実施例の横断面を示す図である。本燃料集合体も、９
行９列の正方格子状に燃料棒１とガドリニア入燃料棒２
が配列されており、中央の９格子分の位置に角柱状の太
径水ロッド３が配置されている。燃料棒は全て同じ有効
長を持ち、燃料集合体の平均濃縮度は３.７ 重量％であ
る。
よる燃料集合体の第３の実施例を説明する。図９は第３
の実施例の横断面を示す図である。本燃料集合体も、９
行９列の正方格子状に燃料棒１とガドリニア入燃料棒２
が配列されており、中央の９格子分の位置に角柱状の太
径水ロッド３が配置されている。燃料棒は全て同じ有効
長を持ち、燃料集合体の平均濃縮度は３.７ 重量％であ
る。
【００２６】ガドリニア入燃料棒２は１０本あり、全燃
料棒数７２本の１４％に相当する。全てのガドリニア入
燃料棒は最外周と最外周から２層目のコーナー部には配
置されていない。１０本のガドリニア入燃料棒のうち８
本は、最外周の格子や最外周から２層目のコーナー格子
に２方向以上で接しておらず、且つ周囲の８格子に水ロ
ッド領域を含まない位置に配置されている。残りの２本
のガドリニア入燃料棒のみが、周囲の８格子中の１格子
が水ロッド領域となる位置に配置されている。ガドリニ
アの濃度は９重量％である。
料棒数７２本の１４％に相当する。全てのガドリニア入
燃料棒は最外周と最外周から２層目のコーナー部には配
置されていない。１０本のガドリニア入燃料棒のうち８
本は、最外周の格子や最外周から２層目のコーナー格子
に２方向以上で接しておらず、且つ周囲の８格子に水ロ
ッド領域を含まない位置に配置されている。残りの２本
のガドリニア入燃料棒のみが、周囲の８格子中の１格子
が水ロッド領域となる位置に配置されている。ガドリニ
アの濃度は９重量％である。
【００２７】本燃料集合体では、図１の燃料集合体に比
べてガドリニア入燃料棒の数が少ないので、他の燃料棒
の出力を下げて同じ平均出力を得ることができる。従っ
て、燃料集合体内の出力ピーキングを小さく抑えること
もできる。
べてガドリニア入燃料棒の数が少ないので、他の燃料棒
の出力を下げて同じ平均出力を得ることができる。従っ
て、燃料集合体内の出力ピーキングを小さく抑えること
もできる。
【００２８】（実施例４）次に、図１０を用いて本発明
による燃料集合体の第４の実施例を説明する。図１０は
第４の実施例の横断面を示す図である。本燃料集合体
は、ガドリニアを８重量％添加したガドリニア入燃料棒
２を１０本用いている。全てのガドリニア入燃料棒は最
外周と最外周から２層目のコーナー部には配置されてい
ない。１０本のガドリニア入燃料棒のうち４本は、最外
層の格子と最外周から２層目のコーナー格子に２方向で
接しているが、残りの６本は最外周の格子や最外周から
２層目のコーナー格子に２方向以上で接しておらず、且
つ周囲の８格子に水ロッド領域を含まない位置に配置さ
れている。
による燃料集合体の第４の実施例を説明する。図１０は
第４の実施例の横断面を示す図である。本燃料集合体
は、ガドリニアを８重量％添加したガドリニア入燃料棒
２を１０本用いている。全てのガドリニア入燃料棒は最
外周と最外周から２層目のコーナー部には配置されてい
ない。１０本のガドリニア入燃料棒のうち４本は、最外
層の格子と最外周から２層目のコーナー格子に２方向で
接しているが、残りの６本は最外周の格子や最外周から
２層目のコーナー格子に２方向以上で接しておらず、且
つ周囲の８格子に水ロッド領域を含まない位置に配置さ
れている。
【００２９】本燃料集合体は、図１の燃料集合体に比べ
てガドリニアが少ないので余剰反応度を抑える効果は小
さい。しかし、ガドリニア入燃料棒の数が少ないので燃
料集合体内の出力ピーキングを小さく抑えることがで
き、更に外周から２層目のコーナー部近くに４本のガド
リニア入燃料棒を配置しているため出力が高くなり易い
最外周のコーナー付近の出力が抑えられ、燃料集合体内
の出力分布が平坦化されるので、熱的余裕が大きい特徴
を有する。
てガドリニアが少ないので余剰反応度を抑える効果は小
さい。しかし、ガドリニア入燃料棒の数が少ないので燃
料集合体内の出力ピーキングを小さく抑えることがで
き、更に外周から２層目のコーナー部近くに４本のガド
リニア入燃料棒を配置しているため出力が高くなり易い
最外周のコーナー付近の出力が抑えられ、燃料集合体内
の出力分布が平坦化されるので、熱的余裕が大きい特徴
を有する。
【００３０】（実施例５）次に、図１１を用いて本発明
による燃料集合体の第５の実施例を説明する。図１１は
第５の実施例の横断面を示す図である。本燃料集合体
は、燃料棒が１０行１０列の正方格子状に配列され、中
央部の９格子分の領域に太径の水ロッド３が配置されて
いる。ガドリニア入燃料棒２は１４本あり、全燃料棒９
１本の１５％に相当する。燃料集合体のウラン平均濃縮
度は４重量％で、ガドリニア入燃料棒２のガドリニア濃
度は９重量％である。
による燃料集合体の第５の実施例を説明する。図１１は
第５の実施例の横断面を示す図である。本燃料集合体
は、燃料棒が１０行１０列の正方格子状に配列され、中
央部の９格子分の領域に太径の水ロッド３が配置されて
いる。ガドリニア入燃料棒２は１４本あり、全燃料棒９
１本の１５％に相当する。燃料集合体のウラン平均濃縮
度は４重量％で、ガドリニア入燃料棒２のガドリニア濃
度は９重量％である。
【００３１】全てのガドリニア入燃料棒は最外周と最外
周から２層目のコーナー部には配置されていない。１４
本のガドリニア入燃料棒のうち２本は、最外層の格子と
最外周から２層目のコーナー格子に２方向で接してお
り、また１本は周囲の８格子のうち１格子が水ロッド領
域となる格子位置に置かれている。しかし、残りの１１
本は最外周の格子や最外周から２層目のコーナー格子に
２方向以上で接しておらず、且つ周囲の８格子に水ロッ
ド領域を含まない位置に配置されている。
周から２層目のコーナー部には配置されていない。１４
本のガドリニア入燃料棒のうち２本は、最外層の格子と
最外周から２層目のコーナー格子に２方向で接してお
り、また１本は周囲の８格子のうち１格子が水ロッド領
域となる格子位置に置かれている。しかし、残りの１１
本は最外周の格子や最外周から２層目のコーナー格子に
２方向以上で接しておらず、且つ周囲の８格子に水ロッ
ド領域を含まない位置に配置されている。
【００３２】本燃料集合体は、他の実施例の燃料集合体
に比べて燃料棒数が多いため、熱的余裕が更に大きい特
徴を有する。
に比べて燃料棒数が多いため、熱的余裕が更に大きい特
徴を有する。
【００３３】
【発明の効果】本発明によれば、初装荷燃料中の可燃性
毒物の燃焼速度を遅くして可燃性毒物を温存することが
できるので、平均濃縮度を高くしても初装荷炉心運転サ
イクル末期における余剰反応度を抑えることができ、運
転性に優れた高燃焼度初装荷炉心を達成することができ
る。
毒物の燃焼速度を遅くして可燃性毒物を温存することが
できるので、平均濃縮度を高くしても初装荷炉心運転サ
イクル末期における余剰反応度を抑えることができ、運
転性に優れた高燃焼度初装荷炉心を達成することができ
る。
【図１】本発明による燃料集合体の第１の実施例の横断
面図。
面図。
【図２】従来技術の燃料集合体の横断面図。
【図３】燃料集合体中の熱中性子分布の解析例を示す
図。
図。
【図４】本発明において可燃性毒物入燃料棒の配置に適
する位置を示す図。
する位置を示す図。
【図５】第１の実施例の比較例を示す横断面図。
【図６】第１の実施例と比較例の中性子無限増倍率の解
析例を示す図。
析例を示す図。
【図７】第１の実施例と比較例の余剰反応度の解析例を
示す図。
示す図。
【図８】本発明による燃料集合体の第２の実施例の横断
面図。
面図。
【図９】本発明による燃料集合体の第３の実施例の横断
面図。
面図。
【図１０】本発明による燃料集合体の第４の実施例の横
断面図。
断面図。
【図１１】本発明による燃料集合体の第５の実施例の横
断面図。
断面図。
１…燃料棒、２…ガドリニア入燃料棒、３…水ロッド。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ２１Ｃ 5/00 ＧＤＢ Ａ 8908−2Ｇ Ｇ２１Ｃ 3/30 ＧＤＢ Ｘ 3/32 ＧＤＢ Ｅ (72)発明者 持田 貴顕 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 配川 勝正 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 山中 章広 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内
Claims (10)
- 【請求項１】内部に核分裂性物質を充填した第１燃料棒
と，内部に核分裂性物質及び可燃性毒物を充填した第２
燃料棒とが格子状に配置され、中央部に水ロッドが配置
された燃料集合体において、 前記第２燃料棒は、全燃料棒の１割以上を占めると共
に、最外層及び最外層から２層目のコーナー部を除く格
子位置に配置され、 前記最外層及び前記コーナー部に２方向以上で接する格
子位置にある第２燃料棒の数と，周囲の８格子に前記水
ロッドを含む格子位置にある第２燃料棒の数との和は、
それ以外の格子位置にある第２燃料棒の数よりも少ない
ことを特徴とする燃料集合体。 - 【請求項２】内部に核分裂性物質を充填した第１燃料棒
と，内部に核分裂性物質及び可燃性毒物を充填した第２
燃料棒とが正方格子状に配置され、中央部の連続する４
格子以上の領域に水ロッドが配置された燃料集合体にお
いて、 前記第２燃料棒は、全燃料棒の１割以上を占めると共
に、最外層及び最外層から２層目のコーナー部を除く格
子位置に配置され、 前記最外層及び前記コーナー部に２方向以上で接する格
子位置にある第２燃料棒の数と，周囲の８格子に前記水
ロッド領域を含む格子位置にある第２燃料棒の数との和
は、それ以外の格子位置にある第２燃料棒の数よりも少
ないことを特徴とする燃料集合体。 - 【請求項３】内部に核分裂性物質を充填した第１燃料棒
と，内部に核分裂性物質及び可燃性毒物を充填した第２
燃料棒とが格子状に配置され、中央部に水ロッドが配置
された燃料集合体において、 前記第２燃料棒は、全燃料棒の１割以上を占めると共
に、最外層及び最外層から２層目のコーナー部を除く格
子位置であって、該コーナー部及び前記水ロッドに隣接
する格子を除く格子位置に配置されることを特徴とする
燃料集合体。 - 【請求項４】請求項１乃至３の何れかに記載の燃料集合
体において、燃料集合体の平均のウラン濃縮度が３重量
％以上であることを特徴とする燃料集合体。 - 【請求項５】請求項１乃至３の何れかに記載の燃料集合
体において、前記第２燃料棒中の可燃性毒物の平均濃度
が６重量％以上であることを特徴とする燃料集合体。 - 【請求項６】請求項１乃至３の何れかに記載の燃料集合
体において、前記コーナー部の燃料棒は、他の燃料棒よ
りも燃料有効長が短いことを特徴とする燃料集合体。 - 【請求項７】請求項１乃至３の何れかに記載の燃料集合
体において、前記燃料棒は９行９列の正方格子状に配列
され、中央部の７格子分の領域に、円筒状の水ロッドが
２本配置されていることを特徴とする燃料集合体。 - 【請求項８】請求項１乃至３の何れかに記載の燃料集合
体において、前記燃料棒は９行９列の正方格子状に配列
され、中央部の９格子分の領域に、角柱状の水ロッドが
１本配置されていることを特徴とする燃料集合体。 - 【請求項９】請求項１乃至３の何れかに記載の燃料集合
体において、前記燃料棒は１０行１０列の正方格子状に
配列され、中央部の９格子分の領域に、角柱状の水ロッ
ドが１本配置されていることを特徴とする燃料集合体。 - 【請求項１０】請求項１乃至９の何れかに記載の燃料集
合体と，制御棒とを備えた原子炉炉心。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6062411A JPH07270561A (ja) | 1994-03-31 | 1994-03-31 | 燃料集合体及び原子炉炉心 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6062411A JPH07270561A (ja) | 1994-03-31 | 1994-03-31 | 燃料集合体及び原子炉炉心 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07270561A true JPH07270561A (ja) | 1995-10-20 |
Family
ID=13199387
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6062411A Pending JPH07270561A (ja) | 1994-03-31 | 1994-03-31 | 燃料集合体及び原子炉炉心 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07270561A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009145363A (ja) * | 2009-03-30 | 2009-07-02 | Toshiba Corp | 燃料集合体 |
-
1994
- 1994-03-31 JP JP6062411A patent/JPH07270561A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009145363A (ja) * | 2009-03-30 | 2009-07-02 | Toshiba Corp | 燃料集合体 |
| JP4496272B2 (ja) * | 2009-03-30 | 2010-07-07 | 株式会社東芝 | 燃料集合体 |
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