JPS58113785A

JPS58113785A - 燃料集合体

Info

Publication number: JPS58113785A
Application number: JP56215374A
Authority: JP
Inventors: 律夫吉岡
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1981-12-26
Filing date: 1981-12-26
Publication date: 1983-07-06

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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の燃料集合体に関する。

発明の技術的背景一般に従来の沸騰水形原子炉の燃料集合体は第１図およ
び第２図に示す如く検数されている拳すなわち、１はチ
ャンネルボックスであって、このチャンネルが，クスＪ
内には燃料バンドル主が収容されている。このＳ科パン
ドルＬ＃ｉ下端に下部タイプレート３、上端に上部タイ
グレート４を有し、この下部タイゾレート３と上部タイ
プレート４との間にたとえば８行８列合計６４本の燃料
棒６および水棒６，６が格子状に配一されている．そし
て、この燃料集合体は断面十字形の制御棒７の鳩囲に４
体配置されて単位格子を楠成し、この単位格子を多数格
子状に配列して炉心ｔｂ成している。

そして、これら燃料集合体祉炉心内で３〜４炉心年の間
燃焼され、約１炉心年毎に全＆荷体数の１７４〜ｌ／３
の燃料集合体が新燃料集合体と交換される。ところで、
燃料集合体は燃焼が進むに従って内部の燃料のウラン２
３５９度が低下してゆき、無限増倍率か低下してゆく。

このため、燃焼末期では反応度が低下して必要な出力か
得られなくなる。このため、燃料のウラン２３Ｓｌ１１
度を高くしておく必要があるが、ウラン２３５濃度を＾
くすると燃焼初期においては反応度が過大となり、必要
な炉心の停止余裕が少なくなる不具合を生じる。このた
め従来の燃料集合体は一部の燃料中に可燃性毒物たとえ
はガドリニアを混入し、燃焼初期において無限増倍率が
低くなるように構成され、燃焼初期において反応度が過
大となるのを防止している。そして、第２図に示す如く
このガドリニアを含んだ燃料棒５・・・（第２図中符号
Ｇを附して示す）Ｆｉ燃料集合体の周辺部に配置される
。

また、燃料集合体のチャンネルがプラス１内を流れる冷
却材（軽水）は水蒸気すなわちがイドを含んでおり、見
かけ上の比重が小さい、こねに対してチャンネルが、ジ
ス１外の冷却材にはゲイトが含まれていない、そして、
ｍａ水水泳原子炉はこの冷却材か中性子の減速材を兼用
しているので、燃料集合体の絢辺部では中性子の減速作
用が大きく、中心部では減速作用が小さい、このため燃
料集合体の周辺部の燃料棒５・・・け出力が大きく、ま
た中心部の燃料棒５・・・打出力が低くなり、この燃料
集合体内での出力分布か不均一となる。このため、燃料
集合体の中心部には燃料棒５・・・の代りに水棒６，６
（第２し１中符号Ｗを附して示す）が配置されている。

これら水＠６９６は中空管状をなし、上端部および下端
部には流通孔が形成されている。そして、ボイドを含ま
ない冷却材（軽水）がとの水棒６，６内に流入するよう
に構成されている。

よってこの水％６．６内に存在するがイドを含まない冷
却材によって中性子の減速がなされ、燃料集合体の中心
部の燃料棒５・・・の出力を増加し、この燃料集合体内
の出力分布が均一化するように構成されている。

背型技術の間馳点前記従来のものは燃料中にｂ］燃性毒物を混入していた
ため、この１」轡・性毒物の反応度ｖＩ４整の特性が満
足すべきものではなく、また出力分布の均一化が不光分
である叫の不具合があった。

すなわち、可燃性毒物は中性子を吸収して燃焼初期にお
いて燃料集合体の無限増倍率を抑制し、燃焼の進行とと
−もに中性子の吸収により燃焼され、中性子吸収能力が
低下してゆき無限増倍率抑制効果が減少してゆく、そし
て、この可燃性毒物による燃料集合体の無限増倍率抑制
の特性Ｆｉ第３囚に曲＆１．で示す如く燃焼度が約１炉
心部経過するまでの間は燃焼の進行とともに無＠増倍率
の抑制効果が減少して無限増倍率を増加させ、約１炉心
年で完全に燃焼し、その抜Ｆｉ燃料のウラン２３５濃度
の低下により無限増倍率が低下してゆく特性が好ましい
。そして、このような％性によ抄、原子炉の定期点検時
に炉心に装荷されている全燃料集合体数のＩＡ〜１／３
の燃料集合体を新燃料集合体と交換して運転すると、こ
の新燃料集合体の無限増倍率の増加によって他の旧燃料
集合体の無限増倍率の減少を補償し、１炉心年の間すな
わち定期点検時の燃料交換から次の定期点検時の燃料交
換までの間炉心全体の無限増倍率を略一定に維持し、炉
心全体の反応度が一定に維持される。しかし、可燃性毒
物に用いられるガドリニア勢は中性子吸収能力であり、
その中性子吸収はその表面だけでおこなわれる。このた
め、可燃性毒物による反応度抑制の特性はとの可燃性毒
物の表面積対ｍｌ比によって変化し、この表面極対重量
比が大きくなると可燃性毒物の燃焼速度が大きくなり、
１炉心年までの間の燃焼の進行に対する無限増倍率の増
加率が大きくなる。しかし、従来の如くとの可燃性毒物
を燃料中に混入するとこのＥＪ燃性毒物の表釦積対重量
比を大きくできない、このため従来のものは第３図の曲
線すに示す如く１炉心年までの間の無限増倍率の増加率
が小さくなり、旧燃料集合体の無限増倍率の減少を充分
に補償する°ことができなかった拳また、このｐ」燃性
＃６物を燃料中に混入するとこの可燃性毒物を含んだ燃
料棒の出力が低下し、燃料集合体内の出力分布の均一化
を妨ける不具合もあった。

発明の目的本発明は燃焼初期における反応度抑制の％性に１ぐれ、
かつ出力分布を均一化することができる燃料集合体を得
ることにある。

発明の概要本発Ｆ１４は中心部に派速判を有し、またこの減速材を
囲んで設けられた可燃性毒物とを有する反応度駒警棒を
燃料棒とともにチャンネル？。

クス内に収容したものである。したがってこの反応度−
麺棒は水棒として作用するとともに可燃性毒物は減速拐
を囲んで設けられているので中性子ＦｉＯＪ燃性毒物の
外面および内面に吸収され、このｒ１燃性ｍ物の銅山１
積対体槓比が大きくなり、反応度抑制効果の特性か良好
となる。またこの可燃性毒物は水麺を兼用する反応度駒
警棒に設けられているので燃料中に可燃性毒物を混入さ
せる必要はなく、燃料棒の出力が低下することがないの
で出力分布が均一化するものである。

発明の実施例第４図ないし第８図を参照して本発明の第１実施例を説
明する。図中１０１はチャンネルがックスであって、こ
のチャンネルがツクス１０１内には燃料バンドル１０２
が収容されている。

この燃料バンドル１０２の下端には下部タイグレート１
０３、上端には上部タイグレー）　１０４が設けられ、
こハら下部タイグレート１０３と上部タイグレード１０
４との間に＃′ｉ８行８列合計６４本の燃料棒１０５−
・・および反応度−整棒１０６．１０６が設けられてい
る。そして、この燃料集合体は断面十字状の制御棒１０
７の周囲に４体配置されて単位格子を構成し、この単位
格子を多数格子状に配列して炉心が構成される。

ぞして、上記反応度訳警棒ｉ　０６　、１　ａｌｌは紀
６図ないし第７図に示す如く構成されている。

し、中ＪＯＩＩＦｉ被ａｔ管体であって、ジルコニウム
合金製の外管１０ｇ＆と内管Ｊ　０１ｌｂを有し二重ｉ
１構造をなしている。千して、この被伽管体１０１４の
下端部には下部端栓１０９が、また上端部には上部端栓
１１０が設けられており、この下部端栓１０９は前記下
部タイプレート１０３に嵌合し、また上部端栓１１０Ｆ
ｉ上部タイグレート１ｏａに鉄台され、この反応度調整
＠１０６゜ノ０６を所定位置に固定するように構成され
ている。そして、この被合管体１０Ｂの外管１０８ａと
内１に１０８ｂとの間にｔｉ可燃性毒物１１１が光填さ
れている。この＋１＋４燃性毒物１１１は中性子吸収ｌ
ＩＩ而極面１００パーン以上の中性子強吸収物質たとえ
ばガドリニウム（Ｇｄ　）の金＾岸体か用いられており
、このガドリニウムの金属単体を管状に形成して外管１
０８＊と内管ＪＯ８ｂとの間に介在させたものである。

なお、’ａＪ燃性嵩物Ｉｌｌとしてはこの他に他の中性
子？％吸吸収負負とえはサマリウム（ＳＥＩｍ　）、ユ
ーロピウム（Ｅｕ）、　カドミウム（ｃｄ）、ジスプロ
シウム（Ｄｙ　）、ボロン（Ｂ）、インジウム（Ｉｎ）
、ハフニウム（Ｈｆ）あるいはこわらの化合物が用いら
れる。また、この＠ｅＩ管体１０８の上端部ふよぴ下端
部には外管１０８１および内管Ｊ　０８　ｂを貫通して
流通孔１１２．１１２が設けられている。そして、これ
ら流通孔１１２゜１１２からがイドを含まない冷却材（
軽水）がこの被覆管体１０８内に流入されてお染、この
被接管体１０８内の冷却材（軽水）ｉｔ減速材として作
用するように構成されている。

次にとの＃１実施例の作用管説明する。

燃料棒１０５・・・中の燃料の核反応によって発生した
高速中性子は冷却材（軽水）によって減速されて熱中性
子となり、次の核反応をひき起す。そして、上記反応度
−警棒１０６．リリ内にはボイドを含まない冷却材（＊
水）が収容されているので、この反応度−整＊ｘｏｇｅ
１０６Ｊｆｉ水棒と同様に作用し、この燃料集合体の中
央部の燃料棒１０５・・・の出力を増大させ、この燃料
集合体内の出力分布を均一化する。

また、この反応ｍ、ｍ％捧１ｏ　ｅ　、　Ｊ　ｏ　ｅ中
のｂ］燃燃性動物１１ｘｔｄ中性子吸収し、燃焼初期に
おいて無限増倍率を抑え、反応度を抑制する。

そして、このｂ」燃性＃物１１１は外管１０８１と内管
１０８ｂとの間の空間すなわち被ａＩ管体１０Ｂ内の冷
却拐（軽水）を囲む横状の空間内に光填されているので
、その表面積が大きく、表面積対重１比が大きい、すな
わち、可燃性毒物はその表面で熱中性子のみを吸収し、
高速中性子Ｈ１＆収しない、よって外部から照射される
熱中性子はこの可燃性ｌＩ物１１１の外表面で吸収され
、高速中性子ｒ１このｎｌ燃性毒物１１１を透過して内
部の冷却材（動水）すなわち減速拐で減速されて熱中性
子とな９、ＴＪＪ燃性毒物１１１の内嵌・田１で吸収さ
れる。よってこの可燃性毒物１１１は外表向および内表
面で中性子を吸収するので、この口」燃性毒物１１１の
表面積としては外表１と内表面の合ｉｔ面槓かその六面
槓となり、その！Ｘ（８）極対皇を比は大きくなる。よ
ってこの口」燃性毒物１１１の燃焼速成は大きくなり、
この可燃性毒物１１ノによる無限増倍率抑制の特性すな
わち反応度抑制の特性は第８図の曲線Ｃに示す如く１炉
心年噂での間の無限増倍率の増加率が大きくなり、良好
な反応度抑制の特性が得られる。なお、第８図の曲線ｄ
′ｒｉ従来例の特性を示す。

また、この可燃性毒物１１１は水棒を兼用する反応度Ｉ
Ｉ＃ｌ整棒１警棒６　、１０６内に設けられ、燃料棒１
０５・・・の燃料中には含まれないので、ｈ」燃性毒物
を燃料中に混入した場合の如くその燃料外の出力を低下
させ、出力分布を不均一にするような不具合を生じるこ
とがない。

なお、燃焼初期においてはこの反応度Ｎ　！１　禅１０
６．１０６内の冷却材で減速された熱中性子は可燃性毒
物１１１に吸収されて外部には放射されないので、水棒
としての作用はなくなる□ が、この特性は燃焼初期における反応度抑制に寄与し、
不具合は生じない。

なお、本発明は上記の第−実施例には限定されない。

たとえは鋲９図に示す第２実施例の如く核種管体１０８
内に細管Ｉ　Ｊ　３１に設け、この細管１１３内にも可
燃性毒物１１１を光填したものでもよい。

また、第１０図に示す集３実施例の如く被接管体１ｏｔ
ｉ’内に＝ｘｉｓ造の助士字形のリブ部１１４を形成し
、とのリプ部１１４内にも可燃性に物１１１を充填した
ものでもよい。

また、第１１図に示す第４実施例の如く桧伽管体Ｊ（１
／の断面形状を正方形とした本のでもよい・さらに第１２図に示す第５夾施例の如く抜機ｔＪ　ｏ　
ｔｒ’の断（３）形状を凹凸のある根状としたものでも
よい。

さらに、反応度調整棒は２本に限らず、第１３図に示す
第６夾施例の如く４本の反応度調整棒１０６・・・を燃
料集合体の中央部に配電してもよい。

また、第１４図に示す第７夾施例の如く徊数本たとえは
４本分に相邑する大径の反応度調整ｈ１０ダを燃料集合
体の中央部に配置してもよい。

さらに＝４燃性毒物は中性子強吸収物鵞の金−単体に限
らず、他の金−との合金、あるいは他の物質との化合物
の粉末、さらにはこの中性予価吸収物質の粉末を他の物
質の粉末と混合したものを用いてもよい。

また、可燃性毒物に中性子き吸収物資の金属単体あるい
は他の金属との合金を用いる場合、この金属単体あるい
は合金が必要な耐食性、耐熱性および機栴的強度を有す
るような場合には級へ管体は必らずしも必要ではない。

また、前ｉｉｃ第１実施例では核種管体内にゲイトを含
まない冷却材（軽水）を流入させて減速材として使用し
ているが、他の減速材たとえｄｌ水郷の液体減速材を封
入してもよく、またベリリウム（Ｂｅ）、炭＆（Ｃ）、
ジルコニウム・ハイドライド（ＺｒＨｓ　）叫の固体減
速材を内部に収容してもよい。

また、”Ｊ燃性毒物を核燃料物質と混合して用いてもよ
い、このようにすればこの反応ｍ誠−ｕ棒内でも核反応
か生じ、燃料集合体の出力を増大させ、また出力分布を
より均一化することができる。

発明の効果本発明は減速材ととの地回を囲んで設けられ九町燃性毒
物とを壱する反応１ｔｌｋ！ｌＩＭｌｉｓ！−を燃料棒
とともＰＣチャンネルがックス内に収容したものである
。したがってこの可燃性毒物の内面および外面の合計面
積がその表面積となるので、この可燃性毒物の表面積が
大となり、表面極対ｌ量比が大きくなる。よってこのｌ
」燃性毒物の燃焼速度が犬となり、燃焼初期における無
限増倍率の増加率を充分に大きくすることができ、良好
な反応度抑制％性を得ることができる。また、この反応
度−警棒は内部に減速材が設けられており、水棒を兼用
しているのでこの反応＃Ｌ−整棒警棒けても燃料棒の本
数を減らすことがなく、かつ燃料中にヤＪ燃性毒物を混
入する必要がないので燃料棒の出力を低下させることも
なく、出力分布を之、−化フることかできる勢その効果
祉大である。

【図面の簡単な説明】

第１しｌないし第３図は従来例を示し、第１図り剥視し
１、第２図Ｆｉ第１図のｎ−■線に沿う断１ｉＩＩし１
、第３図は無限増倍率の抑制％性を示す−１である。納
４図ないし第８１社本発明の第１実施例を示し、第４図
は斜ａ１１、第５図は謝４図のｖ−ｖ＆Ｉに沿う断面図
、第６図は反応度一部幅の縦断１１１０図、第７図は第
６図の■−■線に沿う断ｂ】図、第８図は無限増倍率の
抑１１１特性を示す線図である。第９図は第２実施例の
反応度１整棒の横断面図、第１０図は第３実施例の反応
腹臥！１棒の横断面図、第１１図は第４実施例の反応度
１整棒の横断ｉ！Ｅ１図、第１２図は第５実１施例の反応度１整棒；・め横断面図である。第１３１：図は第６夾施例の燃料集合体の横断面図、第１４図は第
７実施色の燃料集合体の横断ｉｌＩ図である。１０１・・・チャンネルゲックス、１０６・・・燃料棒
、ｒｏｅ、ｚｏｅ’・・・反応度一部幅、ＪＯ８゜ｒ　
ｏ　ｓ’、ｒ゛１ｒ　ｏ　／　、　Ｊ　ｏ　ｓ”−・・
被樫管体、１０８ｍ・・・外管、１０８ｂ・・・内管、
Ｊｌｌ・・・司燃８毒物。出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦６第３図す＝、２Ｌ７ｔ　　□ 第５図第８図プ江メ°紘第９図　　　　　　第１０図第１３図０６

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　　チャンネルボックスと、このチャンネルボッ
クス内に収容された燃料棒と、上記チャンネルがックス
内に収容をれ減速材とこの減速材を囲んで設けられた１
」燃性毒物とを有する反応皺騙竪捧とを其伽したことを
％徴とする燃料集合体。
（２）　　前記反応度胸ｈ＊ｓは二重壁構造の中空管状
の被ａｉｗと、この被ａ管の微量に充填された可燃性毒
物と、この禄４！１管内に収容された軽水とから輪数さ
れていることを特徴とする特許許請求の範囲第１項記載
の燃料集合体。
（３）　　Ａｉｌ記反応度一贅棒の可燃性毒物は核燃料
物賀と混合されているものであることを％像とする前記
特許請求の範囲第１項記載の燃料集合体。