JPH1164561A - 原子炉の炉心および燃料集合体 - Google Patents
原子炉の炉心および燃料集合体Info
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- JPH1164561A JPH1164561A JP9218577A JP21857797A JPH1164561A JP H1164561 A JPH1164561 A JP H1164561A JP 9218577 A JP9218577 A JP 9218577A JP 21857797 A JP21857797 A JP 21857797A JP H1164561 A JPH1164561 A JP H1164561A
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- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
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- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 最外周Ｇｄ配置型の燃料でも反応度特性の異
なる燃料集合体群を容易に設計する。 【解決手段】 図２の高Ｇｄ燃料の方が図１の低Ｇｄ燃
料よりも最外周Ｇｄ（タイプ７）を正方格子のコーナー
により近い位置に配置し、Ｇｄ濃度を高くする。集合体
内部に配置するＧｄ燃料棒（タイプ６）は、最外周Ｇｄ
よりＧｄ濃度を低く設定する。
なる燃料集合体群を容易に設計する。 【解決手段】 図２の高Ｇｄ燃料の方が図１の低Ｇｄ燃
料よりも最外周Ｇｄ（タイプ７）を正方格子のコーナー
により近い位置に配置し、Ｇｄ濃度を高くする。集合体
内部に配置するＧｄ燃料棒（タイプ６）は、最外周Ｇｄ
よりＧｄ濃度を低く設定する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、沸騰水型原子炉
（以下、ΒＷＲという。）の燃料集合体と炉心に関す
る。
（以下、ΒＷＲという。）の燃料集合体と炉心に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、原子力発電の経済性向上のため
に、燃料の高燃焼度化が進められている。このような高
燃焼度用燃料集合体の一例を図７（ａ）〜（ｃ）により
説明する。なお、図７（ａ）は燃料集合体の全体構造を
示し、（ｂ）は（ａ）のＢ−Β矢視断面を、（ｃ）は
（ａ）のＣ−Ｃ矢視断面を示している。
に、燃料の高燃焼度化が進められている。このような高
燃焼度用燃料集合体の一例を図７（ａ）〜（ｃ）により
説明する。なお、図７（ａ）は燃料集合体の全体構造を
示し、（ｂ）は（ａ）のＢ−Β矢視断面を、（ｃ）は
（ａ）のＣ−Ｃ矢視断面を示している。
【０００３】燃料集合体１は、通常の長尺燃料棒２、上
部の燃料を欠如させた短尺燃料棒３、および太径ウォー
タロッド６をスペーサ８で９行９列に正方格子状に束ね
て（以下、９×９正方格子という。）、これを上部タイ
プレート４および下部タイプレート５に固定して燃料棒
束とし、この燃料棒束をチャンネルボックス７で包囲し
て構成される。長尺燃料棒２と上部タイプレート４との
間には外部スプリング９が介在する。
部の燃料を欠如させた短尺燃料棒３、および太径ウォー
タロッド６をスペーサ８で９行９列に正方格子状に束ね
て（以下、９×９正方格子という。）、これを上部タイ
プレート４および下部タイプレート５に固定して燃料棒
束とし、この燃料棒束をチャンネルボックス７で包囲し
て構成される。長尺燃料棒２と上部タイプレート４との
間には外部スプリング９が介在する。
【０００４】図８は、図７に示した燃料集合体１の構成
でウラン燃料集合体を設計した場合の例を示すもので、
（ａ）は燃料棒の配置構成を、（ｂ）は燃料棒タイプに
よる軸方向の濃縮度分布を示す。このウラン燃料集合体
は、燃料集合体平均濃縮度 3.9wt％、可燃性毒物である
ガドリニア（Ｇｄ2 Ｏ3 ）を添加した可燃性毒物入り燃
料棒（以下、Ｇｄ燃料棒という。）１６本（Ｇｄ2 Ｏ3
濃度 5.5wt％）で、運転期間１８か月程度、取出燃焼度
45GWd/t程度を目標としたものである。図８（ａ）にお
いて、升目に付した数字１〜７は、ウラン燃料棒のタイ
プを示し、Ｗはウォーターロッド、Ｃ／Ｒは制御棒挿入
側を示している。
でウラン燃料集合体を設計した場合の例を示すもので、
（ａ）は燃料棒の配置構成を、（ｂ）は燃料棒タイプに
よる軸方向の濃縮度分布を示す。このウラン燃料集合体
は、燃料集合体平均濃縮度 3.9wt％、可燃性毒物である
ガドリニア（Ｇｄ2 Ｏ3 ）を添加した可燃性毒物入り燃
料棒（以下、Ｇｄ燃料棒という。）１６本（Ｇｄ2 Ｏ3
濃度 5.5wt％）で、運転期間１８か月程度、取出燃焼度
45GWd/t程度を目標としたものである。図８（ａ）にお
いて、升目に付した数字１〜７は、ウラン燃料棒のタイ
プを示し、Ｗはウォーターロッド、Ｃ／Ｒは制御棒挿入
側を示している。
【０００５】この燃料集合体においては、図８（ｂ）に
示すように、１〜５のタイプの燃料棒は、記号ａを最高
としてｅを最低とするウラン235 濃縮度をもつ長尺ウラ
ン燃料棒であり、６は濃縮度ａの短尺燃料棒、７は濃縮
度ｃのＧｄ燃料棒である。ここでは、濃縮度種類数はａ
〜ｅの５種類であり、軸方向の濃縮度分布は、上下の天
然ウランブランケット領域を除き、一様分布となってい
る。
示すように、１〜５のタイプの燃料棒は、記号ａを最高
としてｅを最低とするウラン235 濃縮度をもつ長尺ウラ
ン燃料棒であり、６は濃縮度ａの短尺燃料棒、７は濃縮
度ｃのＧｄ燃料棒である。ここでは、濃縮度種類数はａ
〜ｅの５種類であり、軸方向の濃縮度分布は、上下の天
然ウランブランケット領域を除き、一様分布となってい
る。
【０００６】現行の炉心では、運転期間（長さ）の変
動に対し融通性を持たせるため、取出燃焼度の高い炉
心に炉心特性を悪化させずスムーズに移行させるため、
炉心の径方向出力分布を平坦化し熱的特性を改善する
ために、反応度特性が異なる２種類の燃料集合体を併用
している。すなわち、各運転サイクルごとに炉心に装荷
する各燃料集合体の体数を調整し、適切な炉心特性（熱
的特性、余剰反応度など）を実現している。
動に対し融通性を持たせるため、取出燃焼度の高い炉
心に炉心特性を悪化させずスムーズに移行させるため、
炉心の径方向出力分布を平坦化し熱的特性を改善する
ために、反応度特性が異なる２種類の燃料集合体を併用
している。すなわち、各運転サイクルごとに炉心に装荷
する各燃料集合体の体数を調整し、適切な炉心特性（熱
的特性、余剰反応度など）を実現している。
【０００７】現行の設計では、基準となる運転期間・取
出燃焼度を固定しており、燃料集合体の反応度特性を変
える方法として、「集合体平均濃縮度は同じとしＧｄ本
数、濃度のみを変える方法」が採用されている。先に示
した図８は、１種類の燃料から炉心を作ると想定して設
計した例であるので、これを基にＧｄ本数が２種類の燃
料集合体群を設計すると、図９、図１０のような燃料集
合体群が得られる。ここで、図９は、Ｇｄ本数が少なく
Ｇｄ反応度価値が低い燃料集合体（以下、低Ｇｄ燃料と
略す。）、図１０は、Ｇｄ本数が多くＧｄ反応度価値が
高い燃料集合体（以下、高Ｇｄ燃料と略す。）である。
図８から図１０の下部断面の40％ボイド状態での無限増
倍率を比べると、図１１のようになる。図１１におい
て、曲線Ａは図９に示す低Ｇｄ燃料、曲線Ｂは図８に示
す基準燃料、曲線Ｃは図７に示す高Ｇｄ燃料のそれぞれ
無限増倍率の燃焼変化を示している。これより、図９の
低Ｇｄ燃料と図１０の高Ｇｄ燃料の燃料集合体群を50％
ずつ炉心に装荷した場合の余剰反応度は、図８の燃料集
合体を全部炉心に装荷した場合とはほぼ同程度になるこ
とがわかる。現在の炉心管理では、これらの燃料集合体
群を用いて、運転期間が基準より長くなる場合は高Ｇ
ｄ燃料の装荷割合を増加させ（逆に、運転期間が短くな
る場合は低Ｇｄ燃料の装荷割合を増加させ）、取出燃
焼度の高い炉心に移行する場合は、低Ｇｄ燃料の装荷割
合を増加させ、炉心の径方向出力分布を平坦化し熱的
特性を改善する場合は、径方向出力の高い位置に高Ｇｄ
燃料を配置するなどを行って、良好な反応度特性、熱的
特性を実現している。
出燃焼度を固定しており、燃料集合体の反応度特性を変
える方法として、「集合体平均濃縮度は同じとしＧｄ本
数、濃度のみを変える方法」が採用されている。先に示
した図８は、１種類の燃料から炉心を作ると想定して設
計した例であるので、これを基にＧｄ本数が２種類の燃
料集合体群を設計すると、図９、図１０のような燃料集
合体群が得られる。ここで、図９は、Ｇｄ本数が少なく
Ｇｄ反応度価値が低い燃料集合体（以下、低Ｇｄ燃料と
略す。）、図１０は、Ｇｄ本数が多くＧｄ反応度価値が
高い燃料集合体（以下、高Ｇｄ燃料と略す。）である。
図８から図１０の下部断面の40％ボイド状態での無限増
倍率を比べると、図１１のようになる。図１１におい
て、曲線Ａは図９に示す低Ｇｄ燃料、曲線Ｂは図８に示
す基準燃料、曲線Ｃは図７に示す高Ｇｄ燃料のそれぞれ
無限増倍率の燃焼変化を示している。これより、図９の
低Ｇｄ燃料と図１０の高Ｇｄ燃料の燃料集合体群を50％
ずつ炉心に装荷した場合の余剰反応度は、図８の燃料集
合体を全部炉心に装荷した場合とはほぼ同程度になるこ
とがわかる。現在の炉心管理では、これらの燃料集合体
群を用いて、運転期間が基準より長くなる場合は高Ｇ
ｄ燃料の装荷割合を増加させ（逆に、運転期間が短くな
る場合は低Ｇｄ燃料の装荷割合を増加させ）、取出燃
焼度の高い炉心に移行する場合は、低Ｇｄ燃料の装荷割
合を増加させ、炉心の径方向出力分布を平坦化し熱的
特性を改善する場合は、径方向出力の高い位置に高Ｇｄ
燃料を配置するなどを行って、良好な反応度特性、熱的
特性を実現している。
【０００８】一般に、高燃焼度化のための燃料集合体平
均濃縮度の増加は、反応度調整に必要なＧｄ燃料棒本数
（以下、Ｇｄ本数と略す。）を増加させる。すなわち、
出力運転時の余剰反応度を保つために、平均濃縮度増加
による反応度上昇を抑えるようＧｄの負の反応度価値を
高める必要があり、通常の設計はＧｄ本数を増加してい
る。また、濃縮度の増加はウラン235 による熱中性子の
吸収量を増加させ、その分Ｇｄによる熱中性子の吸収量
が減少してＧｄ燃料棒１本あたりの負の反応度価値が減
少するので、これを補うためにＧｄ本数をより増加しな
ければならない。しかしながら、一般に、Ｇｄ本数の増
加は燃焼初期の局所出力ピーキング（ＬＰＦ）を増加さ
せる傾向がある。また、通常、Ｇｄ燃料棒は熱伝導率が
ウラン燃料棒より劣るので濃縮度を下げウラン燃料棒よ
り局所出力を下げた設計を行っており、燃料集合体平均
濃縮度を増加するためにはＧｄ燃料棒以外の燃料棒の濃
縮度を高める必要がある。この場合、集合体最外周の燃
料棒の濃縮度を増加させた場合は燃焼初期の局所出力ピ
ーキングが、また集合体内部の燃料棒の濃縮度を増加さ
せた場合は燃焼後期の局所出力ピーキングが増加する可
能性がある。さらに、先述の高Ｇｄ燃料の場合は、Ｇｄ
本数が増加し過ぎ、Ｇｄ燃料棒の配置の自由度が少なく
なり燃料設計が難しくなる場合がある。
均濃縮度の増加は、反応度調整に必要なＧｄ燃料棒本数
（以下、Ｇｄ本数と略す。）を増加させる。すなわち、
出力運転時の余剰反応度を保つために、平均濃縮度増加
による反応度上昇を抑えるようＧｄの負の反応度価値を
高める必要があり、通常の設計はＧｄ本数を増加してい
る。また、濃縮度の増加はウラン235 による熱中性子の
吸収量を増加させ、その分Ｇｄによる熱中性子の吸収量
が減少してＧｄ燃料棒１本あたりの負の反応度価値が減
少するので、これを補うためにＧｄ本数をより増加しな
ければならない。しかしながら、一般に、Ｇｄ本数の増
加は燃焼初期の局所出力ピーキング（ＬＰＦ）を増加さ
せる傾向がある。また、通常、Ｇｄ燃料棒は熱伝導率が
ウラン燃料棒より劣るので濃縮度を下げウラン燃料棒よ
り局所出力を下げた設計を行っており、燃料集合体平均
濃縮度を増加するためにはＧｄ燃料棒以外の燃料棒の濃
縮度を高める必要がある。この場合、集合体最外周の燃
料棒の濃縮度を増加させた場合は燃焼初期の局所出力ピ
ーキングが、また集合体内部の燃料棒の濃縮度を増加さ
せた場合は燃焼後期の局所出力ピーキングが増加する可
能性がある。さらに、先述の高Ｇｄ燃料の場合は、Ｇｄ
本数が増加し過ぎ、Ｇｄ燃料棒の配置の自由度が少なく
なり燃料設計が難しくなる場合がある。
【０００９】Ｇｄ本数を減らすには、例えば、特開平７
−３０１６８８号公報記載の燃料のように、燃料集合体
の最外周位置にＧｄ燃料棒を配置する（以下、最外周Ｇ
ｄと略す。）のが有効である。なぜなら、燃料集合体最
外周位置はチャンネルボックス間の非沸騰水領域（以
下、水ギャップ領域という。）で減速された熱中性子が
流入するのでＧｄ燃料棒１本あたりの負の反応度価値が
大きいので、その分、Ｇｄ本数を低減できるからであ
る。ただし、最外周Ｇｄでは、Ｇｄ燃料棒１本あたりの
負の反応度価値が大きいので、場合によっては、これだ
けで所要の反応度に調整できる場合がある。この場合、
仮に、運転期間変更などで反応度を高めるような設計変
更が必要となった場合、１本あたりの反応度価値が大き
い最外周Ｇｄを削除しては反応度が上がり過ぎるし、最
外周Ｇｄを削除したことで周囲の局所出力が高くなる場
合が考えられる。つまり、最外周Ｇｄは１本あたりの反
応度価値が大きいためにＧｄ本数を減らすのには有用で
あるが、反応度価値が大き過ぎる場合は設計の融通性に
かけるところがあり、また、削除した最外周Ｇｄの周囲
の燃料棒の局所出力を高くする。したがって、ＬＰＦを
悪化させずに反応度を調整する何らかの方法が必要であ
る。
−３０１６８８号公報記載の燃料のように、燃料集合体
の最外周位置にＧｄ燃料棒を配置する（以下、最外周Ｇ
ｄと略す。）のが有効である。なぜなら、燃料集合体最
外周位置はチャンネルボックス間の非沸騰水領域（以
下、水ギャップ領域という。）で減速された熱中性子が
流入するのでＧｄ燃料棒１本あたりの負の反応度価値が
大きいので、その分、Ｇｄ本数を低減できるからであ
る。ただし、最外周Ｇｄでは、Ｇｄ燃料棒１本あたりの
負の反応度価値が大きいので、場合によっては、これだ
けで所要の反応度に調整できる場合がある。この場合、
仮に、運転期間変更などで反応度を高めるような設計変
更が必要となった場合、１本あたりの反応度価値が大き
い最外周Ｇｄを削除しては反応度が上がり過ぎるし、最
外周Ｇｄを削除したことで周囲の局所出力が高くなる場
合が考えられる。つまり、最外周Ｇｄは１本あたりの反
応度価値が大きいためにＧｄ本数を減らすのには有用で
あるが、反応度価値が大き過ぎる場合は設計の融通性に
かけるところがあり、また、削除した最外周Ｇｄの周囲
の燃料棒の局所出力を高くする。したがって、ＬＰＦを
悪化させずに反応度を調整する何らかの方法が必要であ
る。
【００１０】また、特開平７−３０１６８８号公報に記
載された核分裂性プルトニウムを含むＭＯΧ燃料集合体
で、高Ｇｄ燃料、低Ｇｄ燃料を考えた場合、Ｇｄを含有
する燃料棒は照射実績のあるウラン燃料棒を用いている
ので、高Ｇｄ燃料の方が燃料集合体１体あたりのプルト
ニウム装荷量が減少することとなり、プルトニウムの消
費の観点からは望ましくない。さらに、特開平７−２４
４１８１号公報に記載されているようにＭＯＸ燃料集合
体のプルトニウムの組成は再処理時の使用済み燃料や再
処理後の冷却期間に依存して変動しており、プルトニウ
ムの組成に応じて反応度特性が変わるので、良好な炉心
特性を維持するためにプルトニウムの組成に応じてＧｄ
反応度価値を調整する必要がある。一般に、核分裂性プ
ルトニウムの割合が高い（以下、高Ρｕｆ組成とい
う。）場合は、反応度の燃焼勾配が急となり、核分裂性
プルトニウムの割合が低い（以下、低Ｐｕｆ組成とい
う。）場合は、反応度の燃焼勾配が緩やかとなる傾向が
あるので、炉心特性に大きな影響を与えないよう、プル
トニウム組成に応じて燃料集合体平均ＰｕＯ2 富化度
や、Ｇｄ燃料棒設計を調節する必要がある。しかしなが
ら、最外周Ｇｄは、１本あたりの反応度価値が大きいた
めに、Ｇｄ本数を減らしプルトニウム装荷量を高めるの
には有用である一方、抑制反応度の微調整がしにくくな
る。
載された核分裂性プルトニウムを含むＭＯΧ燃料集合体
で、高Ｇｄ燃料、低Ｇｄ燃料を考えた場合、Ｇｄを含有
する燃料棒は照射実績のあるウラン燃料棒を用いている
ので、高Ｇｄ燃料の方が燃料集合体１体あたりのプルト
ニウム装荷量が減少することとなり、プルトニウムの消
費の観点からは望ましくない。さらに、特開平７−２４
４１８１号公報に記載されているようにＭＯＸ燃料集合
体のプルトニウムの組成は再処理時の使用済み燃料や再
処理後の冷却期間に依存して変動しており、プルトニウ
ムの組成に応じて反応度特性が変わるので、良好な炉心
特性を維持するためにプルトニウムの組成に応じてＧｄ
反応度価値を調整する必要がある。一般に、核分裂性プ
ルトニウムの割合が高い（以下、高Ρｕｆ組成とい
う。）場合は、反応度の燃焼勾配が急となり、核分裂性
プルトニウムの割合が低い（以下、低Ｐｕｆ組成とい
う。）場合は、反応度の燃焼勾配が緩やかとなる傾向が
あるので、炉心特性に大きな影響を与えないよう、プル
トニウム組成に応じて燃料集合体平均ＰｕＯ2 富化度
や、Ｇｄ燃料棒設計を調節する必要がある。しかしなが
ら、最外周Ｇｄは、１本あたりの反応度価値が大きいた
めに、Ｇｄ本数を減らしプルトニウム装荷量を高めるの
には有用である一方、抑制反応度の微調整がしにくくな
る。
【００１１】さらに、最外周Ｇｄを採用した場合、採用
しない場合に比べ、燃料集合体の軸方向上下の反応度差
が大きくなる傾向がある。というのは、ボイド率の低い
燃料集合体下部領域では、Ｇｄを最外周に配置しようが
内部に配置しようがＧｄ反応度価値は大きく変わらない
が、ボイド率の高い燃料集合体上部領域では、非沸騰水
領域に近い最外周にＧｄを配置した方がＧｄの反応度価
値は大きくなるからである。したがって、最外周Ｇｄを
用いない従来までの設計に比べて軸方向上下反応度差が
大きくなり、軸方向出力分布の下部ピークが大きくなる
傾向がある。
しない場合に比べ、燃料集合体の軸方向上下の反応度差
が大きくなる傾向がある。というのは、ボイド率の低い
燃料集合体下部領域では、Ｇｄを最外周に配置しようが
内部に配置しようがＧｄ反応度価値は大きく変わらない
が、ボイド率の高い燃料集合体上部領域では、非沸騰水
領域に近い最外周にＧｄを配置した方がＧｄの反応度価
値は大きくなるからである。したがって、最外周Ｇｄを
用いない従来までの設計に比べて軸方向上下反応度差が
大きくなり、軸方向出力分布の下部ピークが大きくなる
傾向がある。
【００１２】一方、通常、燃料集合体の非制御棒挿入側
のコーナー付近の非沸騰水領域には計装管があり、熱中
性子を計測している。特開平７−３０１６８８号公報記
載の燃料では、最外周Ｇｄと制御棒の干渉効果による低
温時制御棒価値の低下（炉停止余裕の悪化）を打ち消す
ために、コーナー位置に上部の燃料を欠如させた短尺燃
料棒（以下、コーナーＰＬＲという。）を配置してい
た。つまり、コーナー位置の水の中性子吸収反応で、低
温時の反応度自体を下げることができたが、短尺燃料棒
の上端で熱中性子分布が大きく歪むため、コーナー位置
に隣接した熱中性子検出器では燃料集合体全体の平均的
な軸方向出力分布を計測するのが難しくなる恐れがあ
る。
のコーナー付近の非沸騰水領域には計装管があり、熱中
性子を計測している。特開平７−３０１６８８号公報記
載の燃料では、最外周Ｇｄと制御棒の干渉効果による低
温時制御棒価値の低下（炉停止余裕の悪化）を打ち消す
ために、コーナー位置に上部の燃料を欠如させた短尺燃
料棒（以下、コーナーＰＬＲという。）を配置してい
た。つまり、コーナー位置の水の中性子吸収反応で、低
温時の反応度自体を下げることができたが、短尺燃料棒
の上端で熱中性子分布が大きく歪むため、コーナー位置
に隣接した熱中性子検出器では燃料集合体全体の平均的
な軸方向出力分布を計測するのが難しくなる恐れがあ
る。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】高燃焼度化（平均濃縮
度増加）に起因したＧｄ本数の増加に伴う熱的特性の悪
化を改善するために導入した最外周Ｇｄ配置型の燃料の
場合、Ｇｄ燃料棒１本あたりの反応度価値が大きいこ
と、最外周Ｇｄと燃料集合体内部のＧｄの燃焼速度が異
なること、また、軸方向上下の反応度差が大きくなるこ
となどにより、軸方向の反応度特性が良好で、かつ、運
転期間変動に対する融通性確保などのために導入された
反応度特性の異なる２種類の燃料集合体を設計するのが
難しくなる。特に、種々のプルトニウム組成をもつΜＯ
Χ燃料集合体では、最外周Ｇｄの採用により、プルトニ
ウム組成に応じて反応度調整を行った設計が難しくなる
場合がある。また、最外周Ｇｄによる低温時制御棒価値
低下に伴う炉停止余裕の悪化を防ぐために導入したコー
ナーΡＬＲを有する燃料では、燃料集合体全体の平均的
な軸方向出力分布を計測するのが難しくなる場合があ
る。
度増加）に起因したＧｄ本数の増加に伴う熱的特性の悪
化を改善するために導入した最外周Ｇｄ配置型の燃料の
場合、Ｇｄ燃料棒１本あたりの反応度価値が大きいこ
と、最外周Ｇｄと燃料集合体内部のＧｄの燃焼速度が異
なること、また、軸方向上下の反応度差が大きくなるこ
となどにより、軸方向の反応度特性が良好で、かつ、運
転期間変動に対する融通性確保などのために導入された
反応度特性の異なる２種類の燃料集合体を設計するのが
難しくなる。特に、種々のプルトニウム組成をもつΜＯ
Χ燃料集合体では、最外周Ｇｄの採用により、プルトニ
ウム組成に応じて反応度調整を行った設計が難しくなる
場合がある。また、最外周Ｇｄによる低温時制御棒価値
低下に伴う炉停止余裕の悪化を防ぐために導入したコー
ナーΡＬＲを有する燃料では、燃料集合体全体の平均的
な軸方向出力分布を計測するのが難しくなる場合があ
る。
【００１４】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたもので、最外周Ｇｄ配置型の燃料でも、反応度特性
の異なる燃料集合体群を容易に設計可能な原子炉の炉心
を提供することを目的とする。
れたもので、最外周Ｇｄ配置型の燃料でも、反応度特性
の異なる燃料集合体群を容易に設計可能な原子炉の炉心
を提供することを目的とする。
【００１５】また本発明は、コーナーＰＬＲ型の燃料で
も、燃料集合体全体の平均的な軸方向出力分布を問題な
く計測可能であるような原子炉用燃料集合体および原子
炉の炉心を提供することを目的とする。
も、燃料集合体全体の平均的な軸方向出力分布を問題な
く計測可能であるような原子炉用燃料集合体および原子
炉の炉心を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】すなわち、請求項１の発
明は、核燃料物質を含む燃料棒が正方格子状に配置され
る燃料集合体が少なくとも２種類装荷される原子炉の炉
心において、前記燃料集合体が可燃性毒物を含む可燃性
毒物入り燃料棒を最外周位置に有し、この可燃性毒物入
り燃料棒の最外周位置が前記種類の異なる燃料集合体の
間で異なることを特徴とする。
明は、核燃料物質を含む燃料棒が正方格子状に配置され
る燃料集合体が少なくとも２種類装荷される原子炉の炉
心において、前記燃料集合体が可燃性毒物を含む可燃性
毒物入り燃料棒を最外周位置に有し、この可燃性毒物入
り燃料棒の最外周位置が前記種類の異なる燃料集合体の
間で異なることを特徴とする。
【００１７】最外周Ｇｄ（最外周位置の可燃性毒物入り
燃料棒）を削除する方法は、１本あたりの反応度価値が
大きいため、反応度調整には適していないが、最外周Ｇ
ｄの位置をずらす方法は反応度調整に適している。すな
わち、水ギャップ領域の大きい燃料集合体コーナー位置
に近づくほどＧｄ反応度価値が大きくなるので、最外周
Ｇｄの位置の変化で反応度調整が可能となる。
燃料棒）を削除する方法は、１本あたりの反応度価値が
大きいため、反応度調整には適していないが、最外周Ｇ
ｄの位置をずらす方法は反応度調整に適している。すな
わち、水ギャップ領域の大きい燃料集合体コーナー位置
に近づくほどＧｄ反応度価値が大きくなるので、最外周
Ｇｄの位置の変化で反応度調整が可能となる。
【００１８】請求項２の発明は、請求項１の原子炉の炉
心において、前記最外周位置に配置される可燃性毒物入
り燃料棒の可燃性毒物濃度が前記種類の異なる燃料集合
体の間で異なることを特徴とする。
心において、前記最外周位置に配置される可燃性毒物入
り燃料棒の可燃性毒物濃度が前記種類の異なる燃料集合
体の間で異なることを特徴とする。
【００１９】最外周Ｇｄの位置の変化で反応度調整が可
能となるが、最外周Ｇｄの位置によって、可燃性毒物
（Ｇｄ）の燃焼速度が変わるので、可燃性毒物入り燃料
棒の位置によって可燃性毒物濃度を調整することが好ま
しい。
能となるが、最外周Ｇｄの位置によって、可燃性毒物
（Ｇｄ）の燃焼速度が変わるので、可燃性毒物入り燃料
棒の位置によって可燃性毒物濃度を調整することが好ま
しい。
【００２０】請求項３の発明は、請求項１または２の原
子炉の炉心において、前記燃料集合体が可燃性毒物入り
燃料棒を最外周位置以外の位置に有し、この最外周位置
以外の位置に配置される可燃性毒物入り燃料棒の可燃性
毒物濃度が当該燃料集合体の最外周位置に配置される可
燃性毒物入り燃料棒の可燃性毒物濃度よりも小さいこと
を特徴とする。
子炉の炉心において、前記燃料集合体が可燃性毒物入り
燃料棒を最外周位置以外の位置に有し、この最外周位置
以外の位置に配置される可燃性毒物入り燃料棒の可燃性
毒物濃度が当該燃料集合体の最外周位置に配置される可
燃性毒物入り燃料棒の可燃性毒物濃度よりも小さいこと
を特徴とする。
【００２１】燃料集合体内部の可燃性毒物入り燃料棒
は、水ギャップ領域から離れており、最外周Ｇｄ（最外
周位置の可燃性毒物入り燃料棒）に比べて、燃焼速度が
遅くなる。したがって、燃料集合体内部の可燃性毒物入
り燃料棒の可燃性毒物濃度を最外周Ｇｄより小さくする
ことで、運転サイクル末期における可燃性毒物の燃え残
りによる反応度損失を防ぐことができる。
は、水ギャップ領域から離れており、最外周Ｇｄ（最外
周位置の可燃性毒物入り燃料棒）に比べて、燃焼速度が
遅くなる。したがって、燃料集合体内部の可燃性毒物入
り燃料棒の可燃性毒物濃度を最外周Ｇｄより小さくする
ことで、運転サイクル末期における可燃性毒物の燃え残
りによる反応度損失を防ぐことができる。
【００２２】請求項４の発明は、核燃料物質を含む燃料
棒が正方格子状に配置される燃料集合体が複数装荷され
る原子炉の炉心において、前記燃料集合体が核分裂性プ
ルトニウムを含むＭＯΧ燃料棒を有するとともに、可燃
性毒物を含む可燃性毒物入り燃料棒を最外周位置に有
し、この可燃性毒物入り燃料棒の最外周位置が前記燃料
集合体間でそれぞれ装荷される全プルトニウム中の核分
裂性プルトニウムの含有割合に応じて異なることを特徴
とする。
棒が正方格子状に配置される燃料集合体が複数装荷され
る原子炉の炉心において、前記燃料集合体が核分裂性プ
ルトニウムを含むＭＯΧ燃料棒を有するとともに、可燃
性毒物を含む可燃性毒物入り燃料棒を最外周位置に有
し、この可燃性毒物入り燃料棒の最外周位置が前記燃料
集合体間でそれぞれ装荷される全プルトニウム中の核分
裂性プルトニウムの含有割合に応じて異なることを特徴
とする。
【００２３】種々のプルトニウム組成をもつＭＯΧ燃料
集合体では、核分裂性プルトニウムの組成比に応じて最
外周Ｇｄの位置を調整することにより、どの組成の燃料
を装荷しても炉心の反応度特性に大きな影響を与えない
ようにすることができる。
集合体では、核分裂性プルトニウムの組成比に応じて最
外周Ｇｄの位置を調整することにより、どの組成の燃料
を装荷しても炉心の反応度特性に大きな影響を与えない
ようにすることができる。
【００２４】請求項５の発明は、核燃料物質を含む燃料
棒が正方格子状に配置される燃料集合体が複数装荷され
る原子炉の炉心において、前記燃料集合体が核分裂性プ
ルトニウムを含むＭＯΧ燃料棒を有するとともに、可燃
性毒物を含む可燃性毒物入り燃料棒を最外周位置に有
し、この可燃性毒物入り燃料棒の可燃性毒物濃度が燃料
集合体間でそれぞれ装荷される全プルトニウム中の核分
裂性プルトニウムの含有割合に応じて異なることを特徴
とする。
棒が正方格子状に配置される燃料集合体が複数装荷され
る原子炉の炉心において、前記燃料集合体が核分裂性プ
ルトニウムを含むＭＯΧ燃料棒を有するとともに、可燃
性毒物を含む可燃性毒物入り燃料棒を最外周位置に有
し、この可燃性毒物入り燃料棒の可燃性毒物濃度が燃料
集合体間でそれぞれ装荷される全プルトニウム中の核分
裂性プルトニウムの含有割合に応じて異なることを特徴
とする。
【００２５】種々のプルトニウム組成をもつＭＯΧ燃料
集合体では、核分裂性プルトニウムの組成比に応じて最
外周Ｇｄの可燃性毒物濃度を調整することにより、どの
組成の燃料を装荷しても炉心の反応度特性に大きな影響
を与えないようにすることができる。
集合体では、核分裂性プルトニウムの組成比に応じて最
外周Ｇｄの可燃性毒物濃度を調整することにより、どの
組成の燃料を装荷しても炉心の反応度特性に大きな影響
を与えないようにすることができる。
【００２６】請求項６の発明は、請求項４の原子炉の炉
心において、核分裂性プルトニウムの含有割合が高い燃
料集合体は含有割合が低い燃料集合体に比べて、可燃性
毒物入り燃料棒の最外周位置が正方格子の四隅部に近い
ことを特徴とする。
心において、核分裂性プルトニウムの含有割合が高い燃
料集合体は含有割合が低い燃料集合体に比べて、可燃性
毒物入り燃料棒の最外周位置が正方格子の四隅部に近い
ことを特徴とする。
【００２７】核分裂性プルトニウムの含有割合が高いＭ
ＯΧ燃料集合体は燃焼初期の反応度が高いため、最外周
Ｇｄをコーナー位置に近づけることにより、Ｇｄ反応度
価値を高めて適切な反応度特性が得られる。
ＯΧ燃料集合体は燃焼初期の反応度が高いため、最外周
Ｇｄをコーナー位置に近づけることにより、Ｇｄ反応度
価値を高めて適切な反応度特性が得られる。
【００２８】請求項７の発明は、請求項１、２、４、
５、または６の原子炉の炉心において、前記燃料集合体
が可燃性毒物入り燃料棒を最外周位置以外の位置に有
し、この最外周位置以外の位置に配置される可燃性毒物
入り燃料棒の少なくとも１部が軸方向下部に可燃性毒物
を含有することを特徴とする。
５、または６の原子炉の炉心において、前記燃料集合体
が可燃性毒物入り燃料棒を最外周位置以外の位置に有
し、この最外周位置以外の位置に配置される可燃性毒物
入り燃料棒の少なくとも１部が軸方向下部に可燃性毒物
を含有することを特徴とする。
【００２９】軸方向下部のみに可燃性毒物を混入させた
燃料棒を用いることで、最外周Ｇｄ配置型の燃料に見ら
れる軸方向出力分布の下部ピークを抑制することができ
る。
燃料棒を用いることで、最外周Ｇｄ配置型の燃料に見ら
れる軸方向出力分布の下部ピークを抑制することができ
る。
【００３０】請求項８の発明は、請求項１ないし７の原
子炉の炉心において、前記燃料集合体が、上部の燃料を
欠如させた短尺燃料棒を正方格子の四隅部に有すること
を特徴とする。
子炉の炉心において、前記燃料集合体が、上部の燃料を
欠如させた短尺燃料棒を正方格子の四隅部に有すること
を特徴とする。
【００３１】コーナーＰＬＲは、最外周Ｇｄ配置型の燃
料における低温時制御棒価値低下に伴う炉停止余裕の悪
化を改善することができる。
料における低温時制御棒価値低下に伴う炉停止余裕の悪
化を改善することができる。
【００３２】請求項９の発明は、請求項１ないし７の原
子炉の炉心において、前記燃料集合体が、上部の燃料を
欠如させた短尺燃料棒を正方格子の制御棒挿入側の三隅
部に有し、制御棒挿入側と反対側の隅部に上部の燃料を
欠如させない長尺燃料棒を有することを特徴とする。
子炉の炉心において、前記燃料集合体が、上部の燃料を
欠如させた短尺燃料棒を正方格子の制御棒挿入側の三隅
部に有し、制御棒挿入側と反対側の隅部に上部の燃料を
欠如させない長尺燃料棒を有することを特徴とする。
【００３３】中性子検出器に近いコーナー位置のみの燃
料棒を長尺燃料棒とするので、炉停止余裕を大きく悪化
させずに燃料集合体全体の平均的な軸方向出力分布を正
確に計測することができる。
料棒を長尺燃料棒とするので、炉停止余裕を大きく悪化
させずに燃料集合体全体の平均的な軸方向出力分布を正
確に計測することができる。
【００３４】請求項１０の発明は、核燃料物質を含む燃
料棒が正方格子状に配置される燃料集合体において、可
燃性毒物を含む可燃性毒物入り燃料棒が最外周位置およ
び最外周位置以外の位置に配置され、最外周位置以外の
位置に配置される可燃性毒物入り燃料棒の可燃性毒物濃
度が最外周位置に配置される可燃性毒物入り燃料棒の可
燃性毒物濃度よりも小さいことを特徴とする。
料棒が正方格子状に配置される燃料集合体において、可
燃性毒物を含む可燃性毒物入り燃料棒が最外周位置およ
び最外周位置以外の位置に配置され、最外周位置以外の
位置に配置される可燃性毒物入り燃料棒の可燃性毒物濃
度が最外周位置に配置される可燃性毒物入り燃料棒の可
燃性毒物濃度よりも小さいことを特徴とする。
【００３５】請求項３の発明の場合と同様に、燃料集合
体内部の可燃性毒物入り燃料棒の可燃性毒物濃度を最外
周Ｇｄより小さくすることで、運転サイクル末期におけ
る可燃性毒物の燃え残りによる反応度損失を防ぐことが
できる。
体内部の可燃性毒物入り燃料棒の可燃性毒物濃度を最外
周Ｇｄより小さくすることで、運転サイクル末期におけ
る可燃性毒物の燃え残りによる反応度損失を防ぐことが
できる。
【００３６】請求項１１の発明は、核燃料物質を含む燃
料棒が正方格子状に配置される燃料集合体において、可
燃性毒物を含む可燃性毒物入り燃料棒が最外周位置およ
び最外周位置以外の位置に配置され、最外周位置以外の
位置に配置される可燃性毒物入り燃料棒の少なくとも１
部が軸方向下部に可燃性毒物を含有することを特徴とす
る。
料棒が正方格子状に配置される燃料集合体において、可
燃性毒物を含む可燃性毒物入り燃料棒が最外周位置およ
び最外周位置以外の位置に配置され、最外周位置以外の
位置に配置される可燃性毒物入り燃料棒の少なくとも１
部が軸方向下部に可燃性毒物を含有することを特徴とす
る。
【００３７】請求項７の発明の場合と同様に、軸方向下
部のみに可燃性毒物を混入させた燃料棒を用いること
で、最外周Ｇｄ配置型の燃料に見られる軸方向出力分布
の下部ピークを抑制することができる。
部のみに可燃性毒物を混入させた燃料棒を用いること
で、最外周Ｇｄ配置型の燃料に見られる軸方向出力分布
の下部ピークを抑制することができる。
【００３８】請求項１２の発明は、請求項１０または１
１の燃料集合体において、上部の燃料を欠如させた短尺
燃料棒が正方格子の四隅部に配置されることを特徴とす
る。
１の燃料集合体において、上部の燃料を欠如させた短尺
燃料棒が正方格子の四隅部に配置されることを特徴とす
る。
【００３９】請求項８の発明の場合と同様に、短尺燃料
棒をコーナーに配置することにより、最外周Ｇｄ配置型
の燃料における低温時制御棒価値低下に伴う炉停止余裕
の悪化を改善することができる。
棒をコーナーに配置することにより、最外周Ｇｄ配置型
の燃料における低温時制御棒価値低下に伴う炉停止余裕
の悪化を改善することができる。
【００４０】請求項１３の発明は、請求項１０または１
１の燃料集合体において、上部の燃料を欠如させた短尺
燃料棒が正方格子の制御棒挿入側の三隅部に配置され、
制御棒挿入側と反対側の隅部に上部の燃料を欠如させな
い長尺燃料棒が配置されることを特徴とする。
１の燃料集合体において、上部の燃料を欠如させた短尺
燃料棒が正方格子の制御棒挿入側の三隅部に配置され、
制御棒挿入側と反対側の隅部に上部の燃料を欠如させな
い長尺燃料棒が配置されることを特徴とする。
【００４１】請求項９の発明の場合と同様に、中性子検
出器に近いコーナー位置のみの燃料棒を長尺燃料棒とす
るので、炉停止余裕を大きく悪化させずに燃料集合体全
体の平均的な軸方向出力分布を正確に計測することがで
きる。
出器に近いコーナー位置のみの燃料棒を長尺燃料棒とす
るので、炉停止余裕を大きく悪化させずに燃料集合体全
体の平均的な軸方向出力分布を正確に計測することがで
きる。
【００４２】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態を説明する。図１および図２は、本発明の第１
の実施の形態の炉心に装荷される反応度特性が異なる２
種類の原子炉用燃料集合体（９×９正方格子）を示すも
ので、図１が低Ｇｄ燃料の設計例を、図２が高Ｇｄ燃料
の設計例をそれぞれ示している。また、図１（ａ）およ
び図２（ａ）は燃料集合体の断面構成を示し、図１
（ｂ）および図２（ｂ）はそれぞれ燃料集合体を構成す
る燃料棒の各タイプの濃縮度およびサイズを示すととも
に、燃料集合体の軸方向の濃縮度分布を併記している。
施の形態を説明する。図１および図２は、本発明の第１
の実施の形態の炉心に装荷される反応度特性が異なる２
種類の原子炉用燃料集合体（９×９正方格子）を示すも
ので、図１が低Ｇｄ燃料の設計例を、図２が高Ｇｄ燃料
の設計例をそれぞれ示している。また、図１（ａ）およ
び図２（ａ）は燃料集合体の断面構成を示し、図１
（ｂ）および図２（ｂ）はそれぞれ燃料集合体を構成す
る燃料棒の各タイプの濃縮度およびサイズを示すととも
に、燃料集合体の軸方向の濃縮度分布を併記している。
【００４３】図１に示す低Ｇｄ燃料と図２に示す高Ｇｄ
燃料では、ともに燃料集合体平均濃縮度 3.9wt％、Ｇｄ
燃料棒（タイプ６、７）１２本、最外周Ｇｄ（タイプ
７）８本、タイプ６のＧｄ燃料棒のＧｄ2 Ｏ3 濃度 4.0
％濃度であり、タイプ１〜６の燃料棒の仕様（ウラン23
5 濃縮度ａ＞ｂ＞ｃ＞ｄ、Ｇｄ2 Ｏ3 濃度、燃料棒サイ
ズ等）は同じである。
燃料では、ともに燃料集合体平均濃縮度 3.9wt％、Ｇｄ
燃料棒（タイプ６、７）１２本、最外周Ｇｄ（タイプ
７）８本、タイプ６のＧｄ燃料棒のＧｄ2 Ｏ3 濃度 4.0
％濃度であり、タイプ１〜６の燃料棒の仕様（ウラン23
5 濃縮度ａ＞ｂ＞ｃ＞ｄ、Ｇｄ2 Ｏ3 濃度、燃料棒サイ
ズ等）は同じである。
【００４４】しかしながら、タイプ７の最外周ＧｄのＧ
ｄ2 Ｏ3 濃度は低Ｇｄ燃料（図１）では 8.0wt％であ
り、高Ｇｄ燃料（図２）では10.0wt％と高くなってい
る。また、最外周Ｇｄを除くＧｄ燃料棒（タイプ６）の
Ｇｄ2 Ｏ3 濃度はともに 4.0％と変わらないが、最外周
Ｇｄと比較すると低く設定されている。
ｄ2 Ｏ3 濃度は低Ｇｄ燃料（図１）では 8.0wt％であ
り、高Ｇｄ燃料（図２）では10.0wt％と高くなってい
る。また、最外周Ｇｄを除くＧｄ燃料棒（タイプ６）の
Ｇｄ2 Ｏ3 濃度はともに 4.0％と変わらないが、最外周
Ｇｄと比較すると低く設定されている。
【００４５】さらに、低Ｇｄ燃料と高Ｇｄ燃料の異なる
点は、図１（ａ）と図２（ａ）を比較して明らかなよう
に、高Ｇｄ燃料の最外周Ｇｄが正方格子のコーナーによ
り近い位置に配置されている。
点は、図１（ａ）と図２（ａ）を比較して明らかなよう
に、高Ｇｄ燃料の最外周Ｇｄが正方格子のコーナーによ
り近い位置に配置されている。
【００４６】本実施の形態の低Ｇｄ燃料と高Ｇｄ燃料の
下部断面の40％状態での無限増倍率を比べると、図３の
ようになる。図３において、曲線Ｌは低Ｇｄ燃料の無限
増倍率の燃焼変化、曲線Ｈは高Ｇｄ燃料の無限増倍率の
燃焼変化をそれぞれ示している。図３に示す本実施の形
態の無限増倍率の燃焼変化（曲線Ｌ、Ｈ）は、図１１に
示す従来のＧｄ本数を変える手法で設計した場合の無限
増倍率の燃焼変化（曲線Ａ、Ｃ）とほぼ同程度となって
いる。
下部断面の40％状態での無限増倍率を比べると、図３の
ようになる。図３において、曲線Ｌは低Ｇｄ燃料の無限
増倍率の燃焼変化、曲線Ｈは高Ｇｄ燃料の無限増倍率の
燃焼変化をそれぞれ示している。図３に示す本実施の形
態の無限増倍率の燃焼変化（曲線Ｌ、Ｈ）は、図１１に
示す従来のＧｄ本数を変える手法で設計した場合の無限
増倍率の燃焼変化（曲線Ａ、Ｃ）とほぼ同程度となって
いる。
【００４７】このことから、Ｇｄ本数を変えずに最外周
Ｇｄの位置を変えるだけで反応度調整を行うことができ
ることがわかる。
Ｇｄの位置を変えるだけで反応度調整を行うことができ
ることがわかる。
【００４８】また、図１（ａ）および図２（ａ）からも
明らかなように、取出燃焼度が増加したり運転期間が短
くなりＧｄ本数を増加しなければならなくなっても、Ｇ
ｄ配置の自由度は十分にある。
明らかなように、取出燃焼度が増加したり運転期間が短
くなりＧｄ本数を増加しなければならなくなっても、Ｇ
ｄ配置の自由度は十分にある。
【００４９】また、図１と図２ではＧｄ以外の燃料棒本
数は同じで、Ｇｄ燃料棒のＧｄ濃度を変えるだけで低Ｇ
ｄ燃料と高Ｇｄ燃料を作り分けることができるので、運
転期間の変動などで低Ｇｄ燃料と高Ｇｄ燃料の炉心装荷
体数が変更されても容易に対応することができる。
数は同じで、Ｇｄ燃料棒のＧｄ濃度を変えるだけで低Ｇ
ｄ燃料と高Ｇｄ燃料を作り分けることができるので、運
転期間の変動などで低Ｇｄ燃料と高Ｇｄ燃料の炉心装荷
体数が変更されても容易に対応することができる。
【００５０】なお、本実施の形態では、タイプ６の燃料
棒は燃料集合体内部に配置されているので、ここでは、
Ｇｄ濃度がタイプ７の最外周Ｇｄ燃料棒の半分以下とな
っている。
棒は燃料集合体内部に配置されているので、ここでは、
Ｇｄ濃度がタイプ７の最外周Ｇｄ燃料棒の半分以下とな
っている。
【００５１】図４および図５は、本発明の第２の実施の
形態の炉心に装荷されるＭＯＸ燃料集合体（９×９正方
格子）を示すもので、図４が低Ρｕｆ組成の燃料集合体
（以下、低Ρｕｆ組成燃料という。）の設計例を、図５
が高Ｐｕｆ組成の燃料集合体（以下、高Ρｕｆ組成燃料
という。）の設計例をそれぞれ示している。また、図４
（ａ）および図５（ａ）は燃料集合体の断面構成を示
し、図４（ｂ）および図図５（ｂ）はそれぞれ燃料集合
体を構成する燃料棒の各タイプの濃縮度およびサイズを
示し、燃料集合体の軸方向の濃縮度分布を併記してい
る。
形態の炉心に装荷されるＭＯＸ燃料集合体（９×９正方
格子）を示すもので、図４が低Ρｕｆ組成の燃料集合体
（以下、低Ρｕｆ組成燃料という。）の設計例を、図５
が高Ｐｕｆ組成の燃料集合体（以下、高Ρｕｆ組成燃料
という。）の設計例をそれぞれ示している。また、図４
（ａ）および図５（ａ）は燃料集合体の断面構成を示
し、図４（ｂ）および図図５（ｂ）はそれぞれ燃料集合
体を構成する燃料棒の各タイプの濃縮度およびサイズを
示し、燃料集合体の軸方向の濃縮度分布を併記してい
る。
【００５２】図４において、低Ρｕｆ組成燃料は集合体
平均ウラン235 濃縮度 0.9wt％、集合体平均ＰｕＯ2 富
化度 6.6wt％、プルトニウム組成の核分裂性プルトニウ
ム割合59.4％、ＭＯＸ燃料棒母材濃縮度 0.2wt％であ
り、タイプ１、５、６はＵＯ2燃料棒（ウラン235 濃縮
度ａ＜ｂ）、タイプ２、３、４はＭＯＸ燃料棒（ＰｕＯ
2 富化度Ａ＞Ｂ）である。また、タイプ１、４は上部が
欠けた短尺燃料棒であり、タイプ５はＧｄ2 Ｏ3 濃度
5.0wt％の最外周Ｇｄ燃料棒、タイプ６は軸方向下部の
みＧｄ2 Ｏ3 を 1.0wt％濃度で含むＧｄ燃料棒である。
平均ウラン235 濃縮度 0.9wt％、集合体平均ＰｕＯ2 富
化度 6.6wt％、プルトニウム組成の核分裂性プルトニウ
ム割合59.4％、ＭＯＸ燃料棒母材濃縮度 0.2wt％であ
り、タイプ１、５、６はＵＯ2燃料棒（ウラン235 濃縮
度ａ＜ｂ）、タイプ２、３、４はＭＯＸ燃料棒（ＰｕＯ
2 富化度Ａ＞Ｂ）である。また、タイプ１、４は上部が
欠けた短尺燃料棒であり、タイプ５はＧｄ2 Ｏ3 濃度
5.0wt％の最外周Ｇｄ燃料棒、タイプ６は軸方向下部の
みＧｄ2 Ｏ3 を 1.0wt％濃度で含むＧｄ燃料棒である。
【００５３】また図５において、高Ρｕｆ組成燃料は集
合体平均ウラン235 濃縮度 0.9wt％、集合体平均ＰｕＯ
2 富化度 5.2wt％、プルトニウム組成の核分裂性プルト
ニウム割合67.0％、ＭＯＸ燃料棒母材濃縮度 0.2wt％で
あり、タイプ１、５、６はＵＯ2 燃料棒（ウラン235 濃
縮度ａ＜ｂ）、タイプ２、３、４はＭＯＸ燃料棒（Ｐｕ
Ｏ2 富化度Ａ＞Ｂ）である。また、タイプ１、４は上部
が欠けた短尺燃料棒であり、タイプ５はＧｄ2 Ｏ3 濃度
6.0wt％のＧｄ燃料棒、タイプ６は軸方向下部のみＧｄ
2 Ｏ3 を 1.0wt％濃度で含むＧｄ燃料棒である。
合体平均ウラン235 濃縮度 0.9wt％、集合体平均ＰｕＯ
2 富化度 5.2wt％、プルトニウム組成の核分裂性プルト
ニウム割合67.0％、ＭＯＸ燃料棒母材濃縮度 0.2wt％で
あり、タイプ１、５、６はＵＯ2 燃料棒（ウラン235 濃
縮度ａ＜ｂ）、タイプ２、３、４はＭＯＸ燃料棒（Ｐｕ
Ｏ2 富化度Ａ＞Ｂ）である。また、タイプ１、４は上部
が欠けた短尺燃料棒であり、タイプ５はＧｄ2 Ｏ3 濃度
6.0wt％のＧｄ燃料棒、タイプ６は軸方向下部のみＧｄ
2 Ｏ3 を 1.0wt％濃度で含むＧｄ燃料棒である。
【００５４】さらに図６に、本実施の形態の低Ρｕｆ組
成燃料（曲線ｌ）と高Ρｕｆ組成燃料（曲線ｈ）の中央
部断面の40％ボイド状態での無限増倍率の燃焼変化を示
す。これらの燃料集合体群は、炉心平均燃焼度（約 28G
Wd/t）時の無限増倍率が同じになるように燃料集合体平
均ＰｕＯ2 富化度を調整してある。
成燃料（曲線ｌ）と高Ρｕｆ組成燃料（曲線ｈ）の中央
部断面の40％ボイド状態での無限増倍率の燃焼変化を示
す。これらの燃料集合体群は、炉心平均燃焼度（約 28G
Wd/t）時の無限増倍率が同じになるように燃料集合体平
均ＰｕＯ2 富化度を調整してある。
【００５５】また図１２に、図４に示す低Ρｕｆ組成燃
料と燃料棒の配置構成が同じ高Ρｕｆ組成燃料の設計例
を示す。この高Ρｕｆ組成燃料は、図５に示す高Ρｕｆ
組成燃料とは最外周Ｇｄの位置が異なるだけで他の仕様
は全く同じである。この図１２に示す高Ρｕｆ組成燃料
の無限増倍率の燃焼変化を図４の低Ρｕｆ組成燃料（曲
線ｌ）と比較して図１３に曲線ｈ′で示す。図１３にお
いて、高Ρｕｆ組成燃料と低Ρｕｆ組成燃料の無限増倍
率が交差しており、特に燃焼初期において無限増倍率の
差が大きい。
料と燃料棒の配置構成が同じ高Ρｕｆ組成燃料の設計例
を示す。この高Ρｕｆ組成燃料は、図５に示す高Ρｕｆ
組成燃料とは最外周Ｇｄの位置が異なるだけで他の仕様
は全く同じである。この図１２に示す高Ρｕｆ組成燃料
の無限増倍率の燃焼変化を図４の低Ρｕｆ組成燃料（曲
線ｌ）と比較して図１３に曲線ｈ′で示す。図１３にお
いて、高Ρｕｆ組成燃料と低Ρｕｆ組成燃料の無限増倍
率が交差しており、特に燃焼初期において無限増倍率の
差が大きい。
【００５６】図１３に示すように、高Ρｕｆ組成燃料の
方が低Ρｕｆ組成燃料より反応度の燃焼勾配が急で、Ｇ
ｄ燃料棒がない状態では燃焼初期での無限増倍率が高く
なるので、本実施の形態の高Ρｕｆ組成燃料では、図５
（ａ）に示すようにＧｄ反応度価値が高くなる燃料集合
体コーナー位置に最外周Ｇｄを４本近づけて配置してい
る。
方が低Ρｕｆ組成燃料より反応度の燃焼勾配が急で、Ｇ
ｄ燃料棒がない状態では燃焼初期での無限増倍率が高く
なるので、本実施の形態の高Ρｕｆ組成燃料では、図５
（ａ）に示すようにＧｄ反応度価値が高くなる燃料集合
体コーナー位置に最外周Ｇｄを４本近づけて配置してい
る。
【００５７】これにより、図６からも明らかなように、
プルトニウムの組成比にかかわらず高Ρｕｆ組成燃料と
低Ρｕｆ組成燃料の無限増倍率の燃焼変化を近づけるこ
とができる。ただし、反応度の燃焼勾配が異なるので両
者を完全に一致させることは難しい。
プルトニウムの組成比にかかわらず高Ρｕｆ組成燃料と
低Ρｕｆ組成燃料の無限増倍率の燃焼変化を近づけるこ
とができる。ただし、反応度の燃焼勾配が異なるので両
者を完全に一致させることは難しい。
【００５８】また、本実施の形態では、最外周Ｇｄによ
る低温時制御棒価値の低下による炉停止余裕の悪化を防
ぐために、短尺燃料棒（タイプ１）をコーナー位置に配
置している。
る低温時制御棒価値の低下による炉停止余裕の悪化を防
ぐために、短尺燃料棒（タイプ１）をコーナー位置に配
置している。
【００５９】また、軸方向下部領域にＧｄを有する燃料
棒（タイプ６）を用いることで、軸方向出力分布の下部
ピークを抑えることができる。
棒（タイプ６）を用いることで、軸方向出力分布の下部
ピークを抑えることができる。
【００６０】なお、図４および図５において正方格子の
四隅に短尺燃料棒を配置しているが、非制御棒挿入側コ
ーナー部（図４および図５の斜線部）には、通常の長尺
ウラン燃料棒を配置することもできる。これにより、中
性子検出器に近いコーナー位置において、短尺燃料棒に
よる熱中性子分布の歪みを防ぐことができ、燃料集合体
全体の平均的な軸方向出力分布を正確に計測することが
できる。
四隅に短尺燃料棒を配置しているが、非制御棒挿入側コ
ーナー部（図４および図５の斜線部）には、通常の長尺
ウラン燃料棒を配置することもできる。これにより、中
性子検出器に近いコーナー位置において、短尺燃料棒に
よる熱中性子分布の歪みを防ぐことができ、燃料集合体
全体の平均的な軸方向出力分布を正確に計測することが
できる。
【００６１】
【発明の効果】以上詳しく述べてきたように、本発明に
よれば、最外周Ｇｄ配置型の燃料でも、最外周Ｇｄの位
置および濃度の変更により、反応度価値の異なる燃料集
合体群を容易に設計することができ、運転期間の変動に
対する融通性、取出燃焼度の高い炉心へのスムーズな移
行、径方向出力ピーキングの平坦化による熱的特性の改
善、ＭＯΧ燃料集合体におけるプルトニウム組成に応じ
た反応度調整が可能となり、良好な炉心特性を実現する
ことができる。
よれば、最外周Ｇｄ配置型の燃料でも、最外周Ｇｄの位
置および濃度の変更により、反応度価値の異なる燃料集
合体群を容易に設計することができ、運転期間の変動に
対する融通性、取出燃焼度の高い炉心へのスムーズな移
行、径方向出力ピーキングの平坦化による熱的特性の改
善、ＭＯΧ燃料集合体におけるプルトニウム組成に応じ
た反応度調整が可能となり、良好な炉心特性を実現する
ことができる。
【００６２】また、コーナーΡＬＲ型の燃料でも、非制
御棒挿入側コーナー部の短尺燃料棒のみを長尺燃料棒と
することにより、炉停止余裕を大きく悪化させずに燃料
集合体全体の軸方向平均出力分布を計測することができ
る。
御棒挿入側コーナー部の短尺燃料棒のみを長尺燃料棒と
することにより、炉停止余裕を大きく悪化させずに燃料
集合体全体の軸方向平均出力分布を計測することができ
る。
【図１】本発明の第１の実施の形態の沸騰水型原子炉の
炉心に装荷されるウラン燃料集合体の低Ｇｄ燃料の設計
例を示す図である。
炉心に装荷されるウラン燃料集合体の低Ｇｄ燃料の設計
例を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の沸騰水型原子炉の
炉心に図１の低Ｇｄ燃料とともに装荷されるウラン燃料
集合体の高Ｇｄ燃料の設計例を示す図である。
炉心に図１の低Ｇｄ燃料とともに装荷されるウラン燃料
集合体の高Ｇｄ燃料の設計例を示す図である。
【図３】図１の低Ｇｄ燃料と図２の高Ｇｄ燃料の無限増
倍率の燃焼変化を示す図である。
倍率の燃焼変化を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態の沸騰水型原子炉の
炉心に装荷されるＭＯＸ燃料集合体の低Ｐｕｆ組成燃料
の設計例を示す図である。
炉心に装荷されるＭＯＸ燃料集合体の低Ｐｕｆ組成燃料
の設計例を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態の沸騰水型原子炉の
炉心に装荷されるＭＯＸ燃料集合体の高Ｐｕｆ組成燃料
の設計例を示す図である。
炉心に装荷されるＭＯＸ燃料集合体の高Ｐｕｆ組成燃料
の設計例を示す図である。
【図６】図４の低Ｐｕｆ組成燃料と図５の高Ｐｕｆ組成
燃料の無限増倍率の燃焼変化を示す図である。
燃料の無限増倍率の燃焼変化を示す図である。
【図７】沸騰水型原子炉の高燃焼度用燃料集合体の縦断
面、Β−Ｂ矢視断面およびＣ−Ｃ矢視断面を示す図であ
る。
面、Β−Ｂ矢視断面およびＣ−Ｃ矢視断面を示す図であ
る。
【図８】従来の沸騰水型原子炉用ウラン燃料集合体の設
計例を示す図である。
計例を示す図である。
【図９】従来の沸騰水型原子炉用ウラン燃料集合体の低
Ｇｄ燃料の設計例を示す図である。
Ｇｄ燃料の設計例を示す図である。
【図１０】従来の沸騰水型原子炉用ウラン燃料集合体の
高Ｇｄ燃料の設計例を示す図である。
高Ｇｄ燃料の設計例を示す図である。
【図１１】図８〜図９に示す燃料集合体の無限増倍率の
燃焼変化を示す図である。
燃焼変化を示す図である。
【図１２】図５に対する沸騰水型原子炉用ΜΟＸ燃料集
合体の高Ｐｕｆ燃料の比較設計例を示す図である。
合体の高Ｐｕｆ燃料の比較設計例を示す図である。
【図１３】図４の低Ｐｕｆ組成燃料と図１２の高Ｐｕｆ
組成燃料の無限増倍率の燃焼変化を示す図である。
組成燃料の無限増倍率の燃焼変化を示す図である。
１………高燃焼度用燃料集合体 ２………長尺燃料棒 ３………短尺燃料棒 ４………上部タイプレート ５………下部タイプレート ６………太径ウォータロッド ７………チャンネルボックス ８………スペーサ ９………外部スプリング
Claims (13)
- 【請求項１】 核燃料物質を含む燃料棒が正方格子状に
配置される燃料集合体が少なくとも２種類装荷される原
子炉の炉心において、前記燃料集合体が可燃性毒物を含
む可燃性毒物入り燃料棒を最外周位置に有し、この可燃
性毒物入り燃料棒の最外周位置が前記種類の異なる燃料
集合体の間で異なることを特徴とする原子炉の炉心。 - 【請求項２】 前記最外周位置に配置される可燃性毒物
入り燃料棒の可燃性毒物濃度が前記種類の異なる燃料集
合体の間で異なることを特徴とする請求項１記載の原子
炉の炉心。 - 【請求項３】 前記燃料集合体が可燃性毒物入り燃料棒
を最外周位置以外の位置に有し、この最外周位置以外の
位置に配置される可燃性毒物入り燃料棒の可燃性毒物濃
度が当該燃料集合体の最外周位置に配置される前記可燃
性毒物入り燃料棒の可燃性毒物濃度よりも小さいことを
特徴とする請求項１または２記載の原子炉の炉心。 - 【請求項４】 核燃料物質を含む燃料棒が正方格子状に
配置される燃料集合体が複数装荷される原子炉の炉心に
おいて、前記燃料集合体が核分裂性プルトニウムを含む
ＭＯΧ燃料棒を有するとともに、可燃性毒物を含む可燃
性毒物入り燃料棒を最外周位置に有し、この可燃性毒物
入り燃料棒の最外周位置が前記燃料集合体間でそれぞれ
装荷される全プルトニウム中の核分裂性プルトニウムの
含有割合に応じて異なることを特徴とする原子炉の炉
心。 - 【請求項５】 核燃料物質を含む燃料棒が正方格子状に
配置される燃料集合体が複数装荷される原子炉の炉心に
おいて、前記燃料集合体が核分裂性プルトニウムを含む
ＭＯΧ燃料棒を有するとともに、可燃性毒物を含む可燃
性毒物入り燃料棒を最外周位置に有し、この可燃性毒物
入り燃料棒の可燃性毒物濃度が前記燃料集合体間でそれ
ぞれ装荷される全プルトニウム中の核分裂性プルトニウ
ムの含有割合に応じて異なることを特徴とする原子炉の
炉心。 - 【請求項６】 前記核分裂性プルトニウムの含有割合が
高い燃料集合体は含有割合が低い燃料集合体に比べて、
前記可燃性毒物入り燃料棒の最外周位置が正方格子の四
隅部に近いことを特徴とする請求項４記載の原子炉の炉
心。 - 【請求項７】 前記燃料集合体が可燃性毒物入り燃料棒
を最外周位置以外の位置に有し、この最外周位置以外の
位置に配置される可燃性毒物入り燃料棒の少なくとも１
部が軸方向下部に可燃性毒物を含有することを特徴とす
る請求項１、２、４、５、または６のいずれか１項に記
載の原子炉の炉心。 - 【請求項８】 前記燃料集合体が、上部の燃料を欠如さ
せた短尺燃料棒を正方格子の四隅部に有することを特徴
とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の原子炉
の炉心。 - 【請求項９】 前記燃料集合体が、上部の燃料を欠如さ
せた短尺燃料棒を正方格子の制御棒挿入側の三隅部に有
し、制御棒挿入側と反対側の隅部に上部の燃料を欠如さ
せない長尺燃料棒を有することを特徴とする請求項１な
いし７のいずれか１項に記載の原子炉の炉心。 - 【請求項１０】 核燃料物質を含む燃料棒が正方格子状
に配置される燃料集合体において、可燃性毒物を含む可
燃性毒物入り燃料棒が最外周位置および最外周位置以外
の位置に配置され、前記最外周位置以外の位置に配置さ
れる可燃性毒物入り燃料棒の可燃性毒物濃度が前記最外
周位置に配置される可燃性毒物入り燃料棒の可燃性毒物
濃度よりも小さいことを特徴とする燃料集合体。 - 【請求項１１】 核燃料物質を含む燃料棒が正方格子状
に配置される燃料集合体において、可燃性毒物を含む可
燃性毒物入り燃料棒が最外周位置および最外周位置以外
の位置に配置され、前記最外周位置以外の位置に配置さ
れる可燃性毒物入り燃料棒の少なくとも１部が軸方向下
部に可燃性毒物を含有することを特徴とする燃料集合
体。 - 【請求項１２】 上部の燃料を欠如させた短尺燃料棒が
正方格子の四隅部に配置されることを特徴とする請求項
１０または１１記載の燃料集合体。 - 【請求項１３】 上部の燃料を欠如させた短尺燃料棒が
正方格子の制御棒挿入側の三隅部に配置され、制御棒挿
入側と反対側の隅部に上部の燃料を欠如させない長尺燃
料棒が配置されることを特徴とする請求項１０または１
１記載の燃料集合体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21857797A JP3880696B2 (ja) | 1997-08-13 | 1997-08-13 | 原子炉の炉心および燃料集合体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21857797A JP3880696B2 (ja) | 1997-08-13 | 1997-08-13 | 原子炉の炉心および燃料集合体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1164561A true JPH1164561A (ja) | 1999-03-05 |
| JP3880696B2 JP3880696B2 (ja) | 2007-02-14 |
Family
ID=16722138
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21857797A Expired - Fee Related JP3880696B2 (ja) | 1997-08-13 | 1997-08-13 | 原子炉の炉心および燃料集合体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3880696B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013137269A (ja) * | 2011-12-28 | 2013-07-11 | Nuclear Fuel Ind Ltd | 沸騰水型原子炉用燃料集合体の組及び該組を装荷した原子炉炉心 |
-
1997
- 1997-08-13 JP JP21857797A patent/JP3880696B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013137269A (ja) * | 2011-12-28 | 2013-07-11 | Nuclear Fuel Ind Ltd | 沸騰水型原子炉用燃料集合体の組及び該組を装荷した原子炉炉心 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3880696B2 (ja) | 2007-02-14 |
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