JPS5824886A - 燃料集合体 - Google Patents

燃料集合体

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JPS5824886A
JPS5824886A JP56123340A JP12334081A JPS5824886A JP S5824886 A JPS5824886 A JP S5824886A JP 56123340 A JP56123340 A JP 56123340A JP 12334081 A JP12334081 A JP 12334081A JP S5824886 A JPS5824886 A JP S5824886A
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護 永野
庄一 渡辺
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Nippon Genshiryoku Jigyo KK
Nippon Atomic Industry Group Co Ltd
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Nippon Genshiryoku Jigyo KK
Nippon Atomic Industry Group Co Ltd
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    • 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)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

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】 本発明は沸騰水型原子炉(以下BWRと呼ぶ)に係る。
一般にBWRの炉心には、チャンネルボックス内に多数
の燃料棒を装荷して成る燃料集合体が多数体配置されて
いる。而して、前記の燃料棒は被覆管内傾酸化ウラン等
の燃料ペレットを多数充填して構成されている。
ところで、一般に原子炉では炉心周辺部や上下端部近傍
では、中性子の漏洩が大きく炉心中心部に比し、核分裂
物質や可燃性毒物の燃焼が遅れる。
特にBWRでは、チャンネルボックス内を流れる冷却材
中にはボイドが発生しておシ、ボイド率は炉心上部和犬
きく下部程小さいので、上部桟中性子の漏洩が大きく、
従って炉心上部は中心部に比し出力は低く、核分裂物質
や可燃性毒物の燃焼は遅れる。第1図は燃焼サイクル終
了時のBWR炉心の燃焼度分布を示している。この図か
ら炉心下部や上部の燃焼が遅れていること、特に上部の
遅れが著しいことがわかる。
可燃性毒物の含有量は、炉心の反応度調節、炉停止余裕
を見込んで定められる。
一方、可燃性毒物は炉心の反応度を低下させる作用を有
するものであるから、燃料集合体中の可燃性毒物の量は
、初装荷燃料集合体が第1回の燃焼サイクルを終了する
までに、丁度全量が燃えつきてしまう程度の量であるこ
とが燃料の経済性にとって望ましい。しかし乍ら、炉心
内の出力分布は一様ではないので、炉心全体の可燃性毒
物が燃焼サイクル終了時に燃えつきるように設計するこ
とは実際上不可能である。
そこで従来は、炉心中央部の燃料が最初の1サイクルの
燃焼で達する燃焼度において、可燃性毒物が丁度燃えつ
きるようその含有量を定めている。
従って、燃焼が炉心中央に比し特に遅れる炉心上端にお
いては、燃焼度は、サイクル増分燃焼度に相当するまで
達しておらず、その結果初装荷燃料集合体の上部にあっ
ては可燃性毒物が残存している。なお、炉心中央部の1
サイクル中の増分燃焼度は、おおよそ炉心平均の増分燃
焼度に等しいので、以後サイクル増分燃焼度とは炉心平
均の値を指している。第2図は従来のか心の第1サイク
ル終了時の可燃性毒物の炉心軸方向分布図で、この図か
ら炉心上端部、下端部、特に上端部の可燃性毒物残存量
が大であることがわかる。
可燃性毒物は反応度的には負のものであるから、上記の
如く大量に残留することは燃料経済性の点で好ましくな
い。
炉心上部の可燃性毒物の量を中央部のそれより小とする
ことによって炉心上部においても、燃焼サイクル終了時
の可燃性毒物の残存量を小さくすることが可能であり、
燃料経済性の向上をはかることができる。なお、上記の
ように炉心上部の可燃性毒物含有量を減じれば、炉心上
部の反応度が上昇するが、炉心上部の核分裂物質含有量
を炉心中央のそれよりも減少させることにより、反応度
の上昇を抑制することができる。
第3図は燃料集合体の無限増倍率の燃焼度推移を示す模
式図であって、これを使用して燃料集合体上部の核分裂
物質、可燃性毒物の含有量の決め方を説明する。第3図
中、破線で示した曲線C7は従来炉心の炉心上部におi
る無限増倍率の燃焼度推移を示す。可燃性毒物を含む燃
料集合体の無限増倍率は燃焼の進行につれ増大し、可燃
性毒物が燃えつきた所で図中にP点で示す最大値に達し
、以後燃焼の進行につれ減少する。前記最大値P点の燃
焼度は図中Ecで示したサイクル増分燃焼度にほぼ相当
する。
ところで、燃焼サイクルの終了時には、全炉心に装荷さ
れた燃料の中、燃焼のよシ進行した燃料一が取出され新
燃料と交換される。従ってNサイクル以上の燃焼サイク
ルを経験した炉心にあっては、燃料集合体を燃焼度によ
ジグループ分けすると、Nグループに大別することがで
きる。このような炉心はNバッチ炉心と呼ばれている。
第3図のEl、E2.E3.・・・・・・・・・ENは
、各グループの燃料集合体のサイクル終了時の炉心上部
における燃焼度を示している。前記したように、炉心上
部での燃焼は炉心平均に比し遅れるので、燃焼サイクル
を1回経験したグループ1の燃料集合体の炉心上部の燃
焼度E1は炉心平均燃焼度Ecよシ小である。また、E
2〜ENは、燃焼サイクルを2回〜N回経験したグルー
プ2からグループNの燃料集合体の炉心上部の燃焼度で
あシ、近似的に次のようにあられされる。
En=nE1 (ただしn=1〜N)・・・・・・・・
・・・・(1)今、本発明においてはサイクル終了時の
炉心上部の可燃性毒物残存量をできるだけ小さくしよう
としている。燃焼度E、近傍で上部の可燃性毒物が燃え
つき、無限増倍率が最大となるように燃料集合体を構成
すれば、サイクル終了時の炉心上部の可燃性毒物残存量
を最小限とすることができる。
第3図の一点鎖線で示した曲線C2は、前記の如くして
得た無限増倍率の燃焼度推移を示す。而して、炉心上部
の燃焼度E1近傍で可燃性毒物が燃焼しつくすようにす
ることは可燃性毒物含有量を減少させることによって実
現している。例えば、可燃性毒物としてガドリニアを使
用する場合には、ガドIJ ニアの濃度W。d(重量%
)とガドリニアが燃えつきる燃焼度E。a (GWD/
MT )との間には、近似的に次の関係が成立する。
Ecdご2・We d・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・(2)従って、
上式(2)からQ点の燃焼度E1において燃えつきるガ
ドリニアの含有量を求めることができる0 また、炉心上部における可燃性毒物の量を減少させると
、炉心上部の無限増倍率を上昇させる効果があることは
前述した通シであるが、炉心上部の核分裂性物質含有量
を減少させて前記の上昇を抑制している。例えば、核分
裂物質としてウラン235を使用する場合には、ウラン
235の濃縮度と無限増倍率との間には次の関係がある
。すなわち、ウラン235の平均濃縮度がJ(重量%)
の燃料集合体の無限増倍率Kを、ΔK(%ΔK)だけ変
化させるのに必要な濃縮度の変化△e(重量%)は、次
式(3)によって近似的に与えられる。
△e20.1ΔK・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・(8)従って、式(
3)により核分裂物質の含有量を求めることにより、無
限増倍率の上昇を抑制することができる。第3図中実線
で示した曲線C3は、上記の如くして式(2)、式(3
)により求めた無限増倍率の燃焼度推移を示す。
上記の曲線C3は曲線C1と以下の関係を有するものと
することが望ましい。すなわち、第3図の曲線C1と同
C3に囲まれた区域を燃焼度E1〜ENの各点において
縦軸方向に分割し、各区画の中曲線C3が上方にある部
分の面積を燃焼度の低い方からA1A2  下にある部
分または区画の面積を燃焼度の低い方からS、 、 S
2・・・・・・・・・SNとする時、面積A、、A2は
本発明により従来よシも無限増倍率が増大した領域であ
シ% S、〜SNは減少した領域である。従って、Nバ
ッチ炉心に対して曲線C4と同C3との間に近似的忙、 A、+A2二 Σ Sn ・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・(4)n−1 が成立するようにすれば、曲線C3の無限増倍率を有す
る燃料集合体から成る炉心は、従来炉心と炉心上部の特
性を殆んど等しくなし得る。
本発明は上記の知見に基きなされたもので、炉心の健全
性、燃焼特性を損うことなく、燃料の経済性を向上させ
得る沸騰水型原子炉を提供する。
以下、第4図以下につき本発明の詳細な説明する。第4
図において、■は図示は1箇のみとした4体1群の燃料
集合体2の十字状間隙に挿抜自在に挿入された十字状H
jIl fill棒である。また、燃料集合体2は断面
はぼ正方形状のチャンネルボックス3内に、一方の対角
線」二の対角線交点をはさんで 7− 隣接する”装置を除き62本の燃料棒4を格子状に配置
し、前記対角線交点をはさんで隣接する位置にはそれぞ
れ水棒5を配置して構成されている。
各燃料棒4は、第5図に示すように被覆管6内に多数の
燃料ペレット7を挿入充填し、被覆管6上下端を端栓8
,9により密封して構成されている。
なお、被覆管6上部にはプレナム1oが形成され、燃料
ベレット7にはプレナム内に配置したばね11によシば
ね力が加えられている。而して、これらの燃料棒は、上
部と下部とでは核分裂物質であるウラン235、可燃性
毒物の含有量が異るものが数種類使用されている。第4
図中、各燃料棒に附したローマ数字は燃料棒の種別を示
す。第6図は各種別の燃料棒の構造を模式的に示す。す
なわち、I、V、VI、■の燃料棒はウラン235含有
量3、9 Wlo(重量%)、2.5 wlo、  2
.2 Wlo、  1.7W/。の燃料ベレットを充填
して成るものであシ、いずれもウラン235の含有量は
全長にわたって均一 である。また、■、■■および■
の燃料棒は、境界12の上下においてウラン235の含
有量の異る 8− 燃料ベレットが充填されている。■の燃料棒では境界1
2上方にはウラン2353.3W/  下方には3.9
W10.Hの燃料棒では上方には2.9 W/  下1 方には3.3W101■の燃料棒では上方に2.5 W
/下方に2.9 Wloのペレットがそれぞれ充填され
ている。上記から明らかなようにこれら燃料棒では、上
部のウラン235含有量が下部のそれより小とされてい
る。
また■の燃料棒では、ウラン235の含有量は全長にわ
たり2.9 W/。とされているが、境界12上方のペ
レットはガドリニア含有量35w/ 下方のペレットは
ガドリニア含有量4.5W/ として、上部のガドリニ
ア含有量を小としである。なお、■〜■、Vl、I[の
燃料棒における境界12は、燃料集合体2の下端からそ
の全長の1以上の点に位置されている。
上記の如く構成した燃料集合体においては、上部のウラ
ン235の含有量が下部のそれより小である種別m、’
m、rvの燃料棒と、上部のガドリニア含有量が下部の
それより小である燃料棒が装荷されているので、炉心に
装荷されるウラン235の節約がはかられ、且つ、燃焼
サイクル終了時に上部に残留するガドリニア量を小とす
ることができる。
従って、燃料の経済性を向上させることができる。
第7図は上記の効果を確認するために行った実験の結果
を示す。この図において、実線で示した曲線C4は燃焼
サイクル終了時の本発明による炉心の残存ガドリニア量
の軸方向分布、点線で示しだ曲線C5は従来の炉心の残
存ガドリニア量の軸方向分布であり、この図から本発明
により燃焼サイクル終了時の残存ガドリニア量が減少さ
れていることがわかる。
さらに、前記実施例においてウラン235含有量を異ら
しめる境界12を下端から全長の−にとった時、燃料集
合体平均濃縮度は3.04 W/。であシ、全長にわた
シ濃縮度一様な従来のそれは3.09W/。
であるから Q、 Q 5 W/、のウラン235を節
約することができる。
第8図の実線で示した曲線C6は前記実施例の炉心上部
の無限増倍率の燃焼度推移、破線で示した白点Ecは前
記構成の燃料集合体を3バツチ炉心に装荷した時に得ら
れるザイクル増分燃焼度である。
また、前記3バツチ炉心に装荷された燃料集合体の炉心
上部は、平均的にはサイクル初期から末期捷でに燃焼度
E。からElまで燃焼するもの、同E1からE2まで燃
焼するもの、同E2からE、まで燃焼するものの3グル
ープに分れている。これは、従来の炉心においても同様
である。
従って、炉心上部の平均の無限増倍率は前3グループの
無限増倍率の平均であり、第9図は炉心上部の無限増倍
率の燃焼度推移を示す。この図において実線の曲線C8
は前記実施例、点線の曲線C9は従来の炉心をそれぞれ
示している。この図から、本発明において、炉心上部の
ウラン235含有量、ガドリニア含有量を減じたにもか
かわらず、炉心上部の特性が従来炉心と殆んど変らない
ことがわかる。
なお、ウラン235、ガドリニア等の含有量を異らしめ
る境界12は、炉心の特性に応じてその位置を定められ
るものであるが、実際上は下端からまた、本発明は上記
実施例のみに限定され々い。
例えば、燃料棒、燃料集合体の構造は例示のものと異っ
てもよい。さらに、核分裂性物質もウラン235に限定
されず、可燃性毒物もガドリニアに限定されない。
【図面の簡単な説明】
第1図は炉心の燃焼サイクル終了時の軸方向燃焼度分布
を示す線図、第2図は従来炉心の燃焼サイクル終了時の
可燃性毒物濃度の軸方向分布を示す線図、第3図は本発
明の燃料集合体の無限増倍率を決定する方法を説明する
ための線図、第4図は本発明一実施例要部の断面図、第
5図は燃料棒の縦断面図、第6図は本発明において使用
する燃料棒の模式図、第7図は本発明の炉心の燃焼サイ
クル終了時のガドリニア残存量軸方向分布を従来炉心の
それと比較して示す線図、第8図は本発明の燃料集合体
の上部の無限増倍率の燃焼度推移を従来の燃料集合体の
それと比較して示す線図、第9図は3バツチ炉心に本発
明を適用した場合の炉心上部での無限増倍率の燃焼特性
を従来炉心のそれと比較して示す線図である。 出願代理人 弁理士  菊 池 五 部第4図 ? 542− X5m 第610 ■  ■  W 卒    亭    O 手続補正書(自 発) 2□%6.il、24 a 特許庁長官 島田春樹殿 1、事件の表示 昭和56年特 許 1第123340号2、発明の名称 沸騰水型原子炉 3、補正をする者 事件との関係  特許出願人 住 所   東〕;・:都港区三田3丁目13番12号
氏 名(名称)日本原子力事業株式会社4、代理人 住 所  東京都港区赤坂7丁目9番4号氏  名  
 (7207)  弁理士 菊 池 五 部5、 補正
命令の日付 6 補正により増加する発明の数 7、補正の対象 委任状および図面(浄書) 8、補正の内容 1.別紙の通り委任状を補充する。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)上部の核分裂物質含有量が下部のそれよシ小さな
    燃料棒と、上部の可燃性毒物含有量が下部のそれよシ小
    さな燃料棒と、核分裂物質可燃性毒物含有量が全長にわ
    たシ一様な燃料棒とを装荷して成る燃料集合体を炉心に
    装荷したことを特徴とする沸騰水型原子炉。
  2. (2)前記各含有量の境界を燃料集合体下端から全長の
    1以上の位置としたことを特徴とする特許請求の範囲第
    1項記載の沸騰水型原子炉。
JP56123340A 1981-08-06 1981-08-06 燃料集合体 Granted JPS5824886A (ja)

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JP56123340A JPS5824886A (ja) 1981-08-06 1981-08-06 燃料集合体

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JPS5824886A true JPS5824886A (ja) 1983-02-14
JPH0315717B2 JPH0315717B2 (ja) 1991-03-01

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63113391A (ja) * 1986-10-31 1988-05-18 株式会社東芝 燃料集合体
JPS63133095A (ja) * 1986-11-25 1988-06-04 株式会社東芝 沸騰水型原子炉の炉心

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5594183A (en) * 1979-01-10 1980-07-17 Tokyo Shibaura Electric Co Fuel assembly

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JPS63133095A (ja) * 1986-11-25 1988-06-04 株式会社東芝 沸騰水型原子炉の炉心

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JPH0315717B2 (ja) 1991-03-01

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