JPH07333374A

JPH07333374A - 燃料集合体

Info

Publication number: JPH07333374A
Application number: JP6131580A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Ishii; 一弥石井
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-06-14
Filing date: 1994-06-14
Publication date: 1995-12-22

Abstract

(57)【要約】【構成】熱中性子炉において、プルトニウム燃料を用い
る場合には、ウラン燃料を用いた場合に比べ、燃料集合
体１内のギャップ水に近い周辺部の燃料棒でより大きな
出力ピークを生じ易いので、そのような領域に、濃縮度
の低いウラン燃料に富化したプルトニウム燃料を用いる
ことにより、その領域での中性子増倍率を低くし、燃焼
初期でのその部分における反応度への寄与を小さくす
る。【効果】濃縮度一定のウラン燃料に富化したプルトニウ
ム燃料を用いた場合に比べ、燃料経済性を悪化させるこ
となく、燃料集合体内の出力分布の平坦化を図ることが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、沸騰水型原子炉に用い
る燃料集合体に係り、特に、ウラン・プルトニウムの混
合酸化物燃料（ＭＯＸ燃料）を有する燃料集合体内の出
力分布平坦化に好適な燃料集合体に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、沸騰水型原子炉では、チャンネ
ルボックスの中に複数の燃料棒が配置され、チャンネル
ボックスの外には、沸騰していないギャップ水が存在す
る。従って、このギャップ水の周辺では、局所的に中性
子減速の良い状態が生じ、中性子スペクトルが軟らかく
なっている。

【０００３】一方、核分裂性プルトニウム、例えば²³⁹
Ｐｕは、熱エネルギ領域（１ｅＶ以下）の核分裂断面
積が、²³⁵Ｕに比べて２倍以上大きい。しかも、²³⁹Ｐｕ
は、図２に示すように、熱エネルギ領域の核分裂断面積
の、それよりエネルギの高い領域における核分裂断面積
の比が、図３に示した²³⁵Ｕに比べて大きい。従って、
現行の熱中性子炉にプルトニウム燃料を用いた場合、ウ
ラン燃料を用いた場合に比べ、ギャップ水に近い周辺部
の燃料の出力が大きくなり易い。

【０００４】この問題を解決し、出力分布平坦化を実現
する従来の手段として、例えば、特開昭60−147685号公
報を挙げられる。これは、出力のピークが生じ易い周辺
部の燃料の核分裂性プルトニウム富化度を他の領域の燃
料より低くし、出力分布の平坦化を図るものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来技術は、
中性子スペクトルが硬い燃料集合体の中央部分に相対的
に核分裂性プルトニウム富化度の高い燃料を用いている
ため、次のような問題が生じる。すなわち、中央部分で
は、中性子スペクトルが硬いため燃焼が進みにくく、燃
焼末期では、核分裂性物質が周辺部より多く残存してお
り、また、親物質（例えば²³⁸Ｕ）の転換により、核分
裂性物質（例えば²³⁹Ｐｕ）が多く生成している。この
ように、中央部には周辺部より多くの核分裂性物質が存
在するために、燃焼末期では、出力は中央部分にピーク
を有する分布となる。また、中央部分に多くの核分裂性
物質が燃え残ることになり、燃料経済性という観点から
は好ましくない。

【０００６】本発明の目的は、燃料経済性を悪化させる
ことなく、燃料集合体内の出力分布の平坦化を図ること
にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的は、中性子スペ
クトルが軟らかく、燃焼初期に出力の高くなる周辺部
に、他の領域の燃料に比べて、濃縮度の低いウラン燃料
に富化したプルトニウム燃料を用いることにより達成さ
れる。

【０００８】

【作用】以下、本発明の作用を説明する。

【０００９】一般に、高出力の燃料棒の出力を低めるに
は、燃料棒１本の単位セルで考えて、その燃料棒の中性
子増倍率を他の燃料棒に比べ相対的に低くすれば良い。
上記従来技術は、核分裂性プルトニウム富化度を低める
ことにより、周辺部の燃料棒の中性子増倍率を低くして
いる。

【００１０】図４に、異なった濃縮度のウラン燃料に富
化したプルトニウム燃料の中性子無限増倍率の燃焼変化
の比較を示す。なお、中性子無限増倍率は、天然ウラン
（濃縮度０.７ｗｔ％）に富化した核分裂性プルトニウ
ム富化度３.５ｗｔ％のプルトニウム燃料の値との差を
示している。また、劣化ウランの濃縮度は０.２ｗｔ％
なので、図に示した燃料の核分裂性核種の濃度は、ほぼ
同じとなる。燃焼初期には、同じ核分裂性核種濃度で
も、劣化ウランに富化したプルトニウム燃料は、天然ウ
ランに富化したプルトニウム燃料に比べ、中性子無限増
倍率が約０.９％Δｋ低くなる。しかし、平均の取出燃
焼度である３０ＧＷｄ／ｔでは、ほぼ同じ値となる。

【００１１】従って、中性子スペクトルの軟らかい、ギ
ャップ水に近い周辺部に、他の領域に比べ濃縮度の低い
ウラン燃料に富化したプルトニウム燃料を用いることに
より、燃焼を通して出力分布の平坦化を図ることができ
る。つまり、燃焼初期において出力が高くなり、燃焼末
期には低くなる傾向のあるギャップ水に近い周辺部の出
力を、その領域の核分裂性プルトニウム富化度を低くす
ることなく、燃焼初期において低め、かつ燃焼末期にお
いて高めることが可能となる。また、相対的に中央部の
燃料の核分裂性プルトニウム富化度を高くしないので、
上述のように、燃料経済性を悪化させないですむ。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の燃料集合体を実施例を用いて
説明する。

【００１３】図１は、本発明になる燃料集合体の第１の
実施例を示したものである。本実施例では、燃料集合体
１は四角形状をしており、チャンネルボックス２，２８
本の燃料棒３，３２本の燃料棒４と１本の水ロッド５と
から成っている。また、本燃料集合体の水対燃料体積比
は約３.２で、中性子スペクトルの軟らかい体系であ
る。燃料棒３は、劣化ウラン（濃縮度０.２ｗｔ％）に
富化したプルトニウム燃料を装荷したもの、燃料棒４
は、天然ウラン（濃縮度０.７ｗｔ％）に富化したプル
トニウム燃料を装荷したものである。なお、燃料棒３，
４とも、核分裂性プルトニウム富化度は３.５ｗｔ％で
ある。

【００１４】本実施例では、ギャップ水に近く、出力が
高くなり易い周辺部の燃料に、他の領域に比べ、濃縮度
の低いウラン燃料に富化したプルトニウム燃料を用いる
ことにより、そこでの中性子増倍率を低くし、出力を低
減している。その結果、濃縮度一定のウラン燃料に富化
したプルトニウム燃料を用いた場合に比べ、燃料集合体
内の出力ピーキングが約１.３％小さくなり、出力分布
を改善する効果がある。また、中央部の核分裂性プルト
ニウム富化度を高めないので、燃料経済性を損なうこと
がない。

【００１５】図５は、本発明になる燃料集合体の第２の
実施例を示す図である。本実施例の燃料集合体は、４０
本の燃料棒３と２０本の燃料棒４で構成されている。

【００１６】ところで、水ロッドの中の水は、ギャップ
水と同様に沸騰していないので、水ロッドの周辺では、
局所的に中性子減速の良い状態が生じている。この点を
考慮して、本実施例では、ギャップ水及び水ロッドの周
辺には、濃縮度の低いウラン燃料に富化したプルトニウ
ム燃料を用いた。その結果、濃縮度一定のウラン燃料に
富化したプルトニウム燃料を用いた場合に比べ、燃料集
合体内の出力ピーキングが約２.１％小さくなり、出力
分布を改善する効果がある。また、中央部の核分裂性プ
ルトニウム富化度を高めないので、燃料経済性を損なう
ことがない。

【００１７】図６は、本発明になる燃料集合体の第３の
実施例を示す図である。本実施例の燃料集合体は、４本
の燃料棒６，２４本の燃料棒７，１２本の燃料棒８と２
０本の燃料棒９で構成されている。燃料棒６は、濃縮度
２.０ｗｔ％のウラン燃料を装荷したもの、燃料棒７
は、劣化ウラン（濃縮度０.２ｗｔ％）に富化した核分
裂性プルトニウム富化度が２.０ｗｔ％のプルトニウム
燃料を装荷したもの、燃料棒８は、劣化ウラン（濃縮度
０.２ｗｔ％）に富化した核分裂性プルトニウム富化度
が４.５ｗｔ％のプルトニウム燃料を装荷したもの、燃
料棒９は、天然ウラン（濃縮度０.７ｗｔ％）に富化し
た核分裂性プルトニウム富化度が４.５ｗｔ％のプルト
ニウム燃料を装荷したものである。

【００１８】本実施例では、出力ピーキング低減のため
に、ギャップ水に近い周辺部の燃料の核分裂性プルトニ
ウム富化度を下げ、特に出力のピークが生じ易いコーナ
部には、ウラン燃料を用いた。これにより、周辺部及び
水ロッドに隣接する部分に濃縮度の低いウラン燃料に富
化したプルトニウム燃料を用いている効果と併せて、燃
料集合体内の出力分布をより平坦化できる。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、中性子スペクトルの軟
らかい、ギャップ水に近い周辺部、あるいは、水ロッド
に近い部分に、他の領域の燃料に比べて、濃縮度の低い
ウラン燃料に富化したプルトニウム燃料を用いることに
より、燃料経済性を悪化させることなく、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】

【図１】本発明の燃料集合体の第１の実施例を示す断面
図。

【図２】中性子エネルギと²³⁹Ｐｕの核分裂断面積との
関係を示す特性図。

【図３】中性子エネルギと²³⁵Ｕの核分裂断面積との関
係を示す特性図。

【図４】異なった濃縮度のウラン燃料に富化したプルト
ニウム燃料の中性子無限増倍率の燃焼変化の比較を示す
特性図。

【図５】本発明の燃料集合体の第２の実施例を示す断面
図。

【図６】本発明の燃料集合体の第３の実施例を示す断面
図。

【符号の説明】

１…燃料集合体、２…チャンネルボックス、３，４…燃
料棒、５…水ロッド。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】軽水を冷却材兼減速材とする原子炉の炉心
部に装荷され、使用済燃料から再処理して得られたプル
トニウムを燃料の全部または一部として装荷し、複数の
燃料棒から構成される燃料集合体において、プルトニウム燃料を富化するウラン燃料の濃縮度には複
数の種類があり、かつ、燃料集合体内を複数の領域に分
けたとき、濃縮度の低いウラン燃料に富化したプルトニ
ウム燃料を、運転時に水素対燃料原子数比が大きい領域
に配置したことを特徴とする燃料集合体。
【請求項２】請求項１において、前記燃料集合体内の燃
料を外側から１層目の燃料とその他の燃料とに分けたと
き、プルトニウム燃料を富化するウラン燃料の濃縮度が
外側で低くなるように構成した燃料集合体。
【請求項３】請求項１において、前記燃料集合体内の燃
料をチャンネルボックス外側のギャップ水、あるいは水
ロッドに隣接する燃料とその他の燃料とに分けたとき、
プルトニウム燃料を富化するウラン燃料の濃縮度がチャ
ンネルボックス外側のギャップ水、あるいは水ロッドに
隣接する燃料で低くなるように構成した燃料集合体。
【請求項４】請求項１，２または３において、プルトニウム燃料を富化する濃縮度の低いウラン燃料が
劣化ウランである燃料集合体。