JPH11287881A - 燃料集合体 - Google Patents

燃料集合体

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JPH11287881A
JPH11287881A JP10091228A JP9122898A JPH11287881A JP H11287881 A JPH11287881 A JP H11287881A JP 10091228 A JP10091228 A JP 10091228A JP 9122898 A JP9122898 A JP 9122898A JP H11287881 A JPH11287881 A JP H11287881A
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JP
Japan
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fuel
fuel assembly
enrichment
assembly
rods
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JP10091228A
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English (en)
Inventor
Hiroko Haraguchi
裕子 原口
Katsumasa Haikawa
勝正 配川
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明の目的は、平均濃縮度が増加した燃料集
合体において、使用済み燃料を再処理して得られた回収
ウランの燃料集合体内の使用割合を高める燃料集合体を
提供することである。 【解決手段】燃料集合体において、燃料集合体内の最高
濃縮度の燃料ペレットに、使用済み燃料を再処理して得
られた回収ウランを使用する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、軽水型原子炉用燃
料集合体、特に使用済み燃料を再処理して回収したウラ
ンを用いた燃料集合体に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の軽水型原子炉、例えば沸騰水型原
子炉では、平均約3〜4重量%の濃縮ウランを有する燃
料集合体を使用している。
【0003】従来の燃料集合体の例を図1に示す。燃料
集合体13は、複数燃料棒11及びチャンネルボックス
12から構成される。チャンネルボックス12の外部に
は制御棒14あるいは中性子検出器計装管15を配置す
るようにしているため、各燃料集合体13の間隔は、制
御棒14等の装置が挿入されるだけ広げられ、周囲は冷
却水で満たされている。燃料棒11の上下端は、図示さ
れていない上部および下部タイプレートに指示されてい
る。チャンネルボックス12は、上部タイプレートに固
定され、燃料棒11の束を取り囲んでいる。16はウォ
ータロッド、17は燃料棒間の冷却材の流れる冷却材領
域である。冷却材はチャンネルボックス12内を下方よ
り上方に向かって流れる。
【0004】燃焼に伴って炉心内では、主に次のような
現象が起こる。
【0005】(1)核分裂性物質(ウラン235,プル
トニウム239,プルトニウム241)の消耗。
【0006】(2)燃料親物質(ウラン238,プルト
ニウム240)の核分裂性物質への変換。
【0007】(3)核分裂生成物の蓄積。
【0008】燃焼に伴うウラン235の重量割合の変化
の一例を図2に示す。図2に示すように使用済み燃料に
は、約0.8 重量%のウラン235がまだ含まれてい
る。したがって、ウラン資源を有効に活用するため、使
用済み燃料を再処理して回収したウラン(以下回収ウラ
ンと略記する)を再び濃縮プラントへ供給し、必要な濃
度にまで濃縮して再利用することが考えられる。
【0009】一方、沸騰水型原子炉では、中性子が核分
裂性物質に吸収されて核分裂が起こり、この際にエネル
ギーとともに放出される中性子が次の核分裂を引き起こ
す連鎖反応によりエネルギーを出し続ける。原子炉を構
成する燃料集合体には、燃焼初期からある量の核分裂性
物質が装荷されており、燃料集合体が炉心に装荷されて
からその燃焼期間を終えて炉心から取り出されるまでの
燃料集合体の寿命は、その燃料集合体に含まれる核分裂
性物質によってほぼ定められている。
【0010】燃料集合体の燃焼の指標として、燃焼度と
いうものが用いられるが、これは燃料集合体に含まれる
燃料単位重量当たり発生する熱量で定められている。原
子炉に装荷される燃料の経済性を向上させるためには、
できるだけ原子炉内に装荷される期間を長くして燃焼度
を増加させることが必要となる。
【0011】燃料集合体に含まれる核燃料物質が多いほ
ど、燃料集合体の燃焼度は増加することになるので、燃
料の燃焼度を高めて経済性を向上させるためには、燃料
集合体に含まれる核分裂性物質を増加させること、すな
わち、燃料集合体のウラン235の平均濃縮度を増加す
ることが行われてきた。
【0012】このように、ウラン資源の有効活用には、
高燃焼度化するために平均濃縮度を増加した燃料集合体
において、使用済み燃料を再処理して得られた回収ウラ
ンの燃料集合体内の使用割合を高める必要性が生じた。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、燃料の
経済性を向上させるために、取出燃焼度を高めようとす
ると、燃料集合体の平均濃縮度が増加する。
【0014】本発明の目的は、平均濃縮度が増加した燃
料集合体において、使用済み燃料を再処理して得られた
回収ウランの燃料集合体内の使用割合を高める燃料集合
体を提供することである。
【0015】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、燃料集合体において、燃料集合体内の
最高濃縮度燃料ペレットに、使用済み燃料を再処理して
得られた回収ウランを使用する。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を用
いて説明する。
【0017】図3(a),(b)は、本発明の実施例を示
すものである。図3の燃料集合体は、上下端に天然ウラ
ンブランケットを有し、燃料棒11の濃縮度分布はAが
最高濃縮度の燃料ペレットを使用し、以下順にB,C,
D,Eと燃料ペレットの濃縮度が低くなっている。ま
た、それぞれの燃料棒の濃縮度分布の違いにより燃料棒
タイプを1〜5としている。ここで、燃料棒タイプPは
短尺燃料棒、Gは可燃性毒物であるガドリニアを含む燃
料棒である。また16はウォータロッドである。沸騰水
型原子炉用燃料集合体は、図1に示したように、燃料集
合体周辺部に多くの減速材(軽水)を有している。その
結果、中性子減速効果は、燃料集合体周辺部で大きくな
る。このため、燃料集合体内の燃料棒の配置は、熱的余
裕を確保するため、燃料集合体内の径方向の出力分布を
平坦化するために、濃縮度の低い燃料棒は燃料集合体の
外周に配置し、濃縮度の高い燃料棒は燃料集合体中央部
に配置されている。
【0018】このような配置のために、最高濃縮度の燃
料ペレットは燃料集合体中央部に配置され、燃料集合体
の平均濃縮度が増加すれば最高濃縮度の燃料ペレットの
装荷割合も高くなる。このため、最高濃縮度の燃料ペレ
ットに回収ウランを使用することにより、回収ウラン使
用量を高めることができる。本実施例では、回収ウラン
使用体積割合は約28%となる。また、回収ウランを使
用するペレット種類を1種類にすることにより燃料成形
加工費を低減できる。
【0019】図4(a),(b)には、本発明を適用した
第2の実施例を示す。図4の燃料集合体は、上下端に天
然ウランブランケットを有し、燃料棒11の濃縮度分布
はAが最高濃縮度の燃料ペレットを使用し、以下順に
B,C,D,Eと燃料ペレットの濃縮度が低くなってい
る。また、それぞれの燃料棒の濃縮度分布の違いにより
燃料棒タイプを1〜5としている。ここで、燃料棒タイ
プPは短尺燃料棒、Gは可燃性毒物であるガドリニアを
含む燃料棒である。また16はウォータロッドである。
【0020】本実施例では、短尺燃料棒Pに最高濃縮度
の燃料ペレットを使用した例である。短尺燃料棒Pに最
高濃縮度の燃料ペレットを使用したことにより、装荷割
合が増加し、本実施例では回収ウラン使用体積割合は約
32%となる。また、実施例1と同様、回収ウランを使
用するペレット種類を1種類にすることにより燃料成形
加工費を低減できる。
【0021】図5(a),(b)には、本発明を適用した
第3の実施例を示す。図5の燃料集合体は、上下端に天
然ウランブランケットを有し、燃料棒11の濃縮度分布
はAが最高濃縮度の燃料ペレットを使用し、以下順に
B,C,D,E,Fと燃料ペレットの濃縮度が低くなっ
ている。また、それぞれの燃料棒の濃縮度分布の違いに
より燃料棒タイプを1〜7としている。ここで、燃料棒
タイプPは短尺燃料棒、Gは可燃性毒物であるガドリニ
アを含む燃料棒である。また16はウォータロッドであ
る。本発明例では、可燃性毒物であるガドリニアを含む
燃料棒Gに最高濃縮度のペレットを使用した例である。
これにより、本実施例では、回収ウラン使用体積割合は
約45%となる。
【0022】図6(a),(b)には、本発明を適用した
第4の実施例を示す。図6の燃料集合体は、上下端に天
然ウランブランケットを有し、燃料棒11の濃縮度分布
はAが最高濃縮度の燃料ペレットを使用し、以下順に
B,C,D,Eと燃料ペレットの濃縮度が低くなってい
る。また、それぞれの燃料棒の濃縮度分布の違いにより
燃料棒タイプを1〜5としている。ここで、Gは可燃性
毒物であるガドリニアを含む燃料棒、21はウォータボ
ックスである。本実施例では、回収ウランの使用体積割
合は、約23%となる。
【0023】図7(a),(b)には、本発明を適用した
第5の実施例を示す。図7の燃料集合体は、上下端に天
然ウランブランケットを有し、燃料棒11の濃縮度分布
はAが最高濃縮度の燃料ペレットを使用し、以下順に
B,C,D,Eと燃料ペレットの濃縮度が低くなってい
る。また、それぞれの燃料棒の濃縮度分布の違いにより
燃料棒タイプを1〜5としている。ここで、Gは可燃性
毒物であるガドリニアを含む燃料棒、21はウォータボ
ックスである。本実施例では、回収ウランの使用体積割
合は、約47%となる。
【0024】図8(a),(b)には、本発明を適用した
第6の実施例を示す。図8の燃料集合体は、上下端に天
然ウランブランケットを有し、燃料棒11の濃縮度分布
はAが最高濃縮度の燃料ペレットを使用し、以下順に
B,C,Dと燃料ペレットの濃縮度が低くなっている。
また、それぞれの燃料棒の濃縮度分布の違いにより、燃
料棒タイプを1〜4としている。ここで、燃料棒タイプ
Pは短尺燃料棒、Gは可燃性毒物であるガドリニアを含
む燃料棒である。また16はウォータロッドである。本
発明例では、回収ウラン使用体積割合は約49%とな
る。
【0025】図9(a),(b)には、本発明を適用した
第6の実施例を示す。図9の燃料集合体は、上下端に天
然ウランブランケットを有し、燃料棒11の濃縮度分布
はAが最高濃縮度の燃料ペレットを使用し、以下順に
B,C,D,Eと燃料ペレットの濃縮度が低くなってい
る。また、それぞれの燃料棒の濃縮度分布の違いにより
燃料棒タイプを1〜5としている。ここで、Gは可燃性
毒物であるガドリニアを含む燃料棒、22はウォータク
ロスである。本実施例では、回収ウランの使用体積割合
は、約46%となる。
【0026】
【発明の効果】本発明によれば、高燃焼度化に伴い平均
濃縮度が増加した燃料集合体において、使用済み燃料を
再処理して得られた回収ウランの燃料集合体内の使用割
合を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の燃料集合体の横断面図。
【図2】燃焼に伴うウラン235の重量割合の変化の例
を示す特性図。
【図3】(a)及び(b)は図1の燃料集合体の断面図
及びその燃料濃縮度とガドリニア分布の例を示す図。
【図4】(a)及び(b)は第2の実施例による燃料集
合体の断面図及びその燃料濃縮度とガドリニア分布の例
を示す図。
【図5】(a)及び(b)は第3の実施例による燃料集
合体の断面図及びその燃料濃縮度とガドリニア分布の例
を示す図。
【図6】(a)及び(b)は第4の実施例による燃料集
合体の断面図及びその燃料濃縮度とガドリニア分布の例
を示す図。
【図7】(a)及び(b)は第5の実施例による燃料集
合体の断面図及びその燃料濃縮度とガドリニア分布の例
を示す図。
【図8】(a)及び(b)は第6の実施例による燃料集
合体の断面図及びその燃料濃縮度とガドリニア分布の例
を示す図。
【図9】(a)及び(b)は第7の実施例による燃料集
合体の断面図及びその燃料濃縮度及びガドリニア分布の
例を示す図。
【符号の説明】
1〜7…燃料棒タイプ、11…燃料棒、12…チャンネ
ルボックス、13…燃料集合体、14…制御棒、15…
中性子検出器計装管、16…ウォータロッド、17…冷
却材領域、21…ウォータボックス、22…ウォータク
ロス、P…短尺燃料棒、G…可燃性毒物含有燃料棒。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】軽水を冷却材とする原子炉の炉心部に装荷
    される核燃料物質を内蔵し、格子状に配置されている複
    数の燃料棒を有する燃料集合体において、燃料集合体内
    の最高濃縮度の燃料ペレットに、使用済み燃料を再処理
    して得られた回収したウランを使用することを特徴とす
    る燃料集合体。
  2. 【請求項2】請求項1において、ウラン加工施設での取
    り扱うウランの濃縮度が5重量%以下の場合、燃料集合
    体内の最高濃縮度の燃料ペレットの濃縮度が4.8 重量
    %以上の場合のみ、使用済み燃料を再処理して得られた
    回収したウランを使用することを特徴とする燃料集合
    体。
  3. 【請求項3】請求項1又は2において、前記燃料集合体
    の平均濃縮度が燃料集合体の高燃焼度化により増加し、
    3.5 重量%以上であることを特徴とする燃料集合体。
  4. 【請求項4】請求項1から3のいずれか1項において、
    前記複数の燃料棒のうち少なくとも1本はガドリニア等
    の可燃性毒物を含有する燃料棒を含むことを特徴とする
    燃料集合体。
  5. 【請求項5】請求項1から4のいずれか1項において、
    前記複数の燃料棒は、異なる燃料ペレット充填部長さを
    有する少なくとも2種類の燃料棒からなり、このうち燃
    料ペレット充填部長さが短い短尺燃料棒を少なくとも1
    本以上配置することを特徴とする燃料集合体。
  6. 【請求項6】請求項1から5のいずれか1項において、
    前記燃料集合体を構成する燃料棒が、9行9列の格子状
    に配置され、その中央部の燃料7本が配置可能な領域
    に、2本の太径ウォータロッドが配置されていることを
    特徴とする燃料集合体。
  7. 【請求項7】請求項1から3のいずれか1項において、
    前記燃料集合体を構成する燃料棒が、9行9列の格子状
    に配置されその中央部の燃料9本が配置可能な領域に、
    1本のウォータボックスが配置されていることを特徴と
    する燃料集合体。
  8. 【請求項8】請求項1から3のいずれか1項において、
    前記燃料集合体を構成する燃料棒が、10行10列の格
    子状に配置されていることを特徴とする燃料集合体。
JP10091228A 1998-04-03 1998-04-03 燃料集合体 Pending JPH11287881A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013245954A (ja) * 2012-05-23 2013-12-09 Nuclear Fuel Ind Ltd 沸騰水型原子炉用の燃料集合体、及び、燃料棒の配置方法
US9799414B2 (en) 2010-09-03 2017-10-24 Atomic Energy Of Canada Limited Nuclear fuel bundle containing thorium and nuclear reactor comprising same
US10176898B2 (en) 2010-11-15 2019-01-08 Atomic Energy Of Canada Limited Nuclear fuel containing a neutron absorber
US10950356B2 (en) 2010-11-15 2021-03-16 Atomic Energy Of Canada Limited Nuclear fuel containing recycled and depleted uranium, and nuclear fuel bundle and nuclear reactor comprising same

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