JPS59133489A - 燃料集合体 - Google Patents

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は燃料集合体に係り、特に沸騰水形原子炉におけ
る燃料健全性の向上に好適な燃料集合体に関するもので
ある。

〔従来技術〕

通常、沸騰水形原子炉の炉心は、多数本の燃料棒音束ね
た燃料集合体複数本と中性子吸収材を含有する複数の制
御棒とよ多構成しである。

第１図は沸騰水形原子炉の炉心の水平方向断面図で、第
２図は第１図の単位セル１０の拡大断面図である。単位
セルｌＯは、第２図に示すように、断面が十字形の制御
棒２０と、制御棒２ｏを取シ囲むように装荷された４体
の燃料集合体３ｏよ多構成されていて、炉心は、第１図
に示すように、第２図の構成の単位セルｌＯ會多数規則
正しく配列して構成しである。そして、燃料集合体３ｏ
は、多数の燃料棒４０を束ねてあシ、これがチャンネル
ボックス５０に収納しである。

第３図（ａ）は燃料集合体３０の鉛直方向断面図である
。燃料集合体３０は、約５０〜６５本の燃料棒４０、そ
れを束ねるスペーサ６０．上部タイブレーク７０、下部
タイプレート８０およびチャンネルボックス５０とから
なる。

燃料棒４０は、第３図の）に示すように、ジルコニウム
会合の被覆管４Ｏａ内に二酸化ウラン（ＵＯりのペレッ
ト４０ｂ會密封して構造としており、被覆’１４０ａは
ウランの核分裂によって生成される放射性物質ヲ封じ込
める作用紫している。

ところで、原子炉運転上の熱ｄつ余裕ケ大きくとシ、燃
料健全性が冒い運転ケするだめには、炉心内の燃料集合
体出力分布をできるだけ平担化する必要がある。また、
沸騰水形原子炉では、炉心下部から上部に向ってボイド
が発生するため、一般に燃料集合体３０の軸方向出力分
布は、下方膨らみの分布となる。近年、このようなボイ
ド特性を考慮し、燃料集合体３０の上下に反応度の高低
金つけ、出力分布を平担化する改良型が提案されている
（特開昭５３−４０１８８号公報参照）。

一方、原子炉運転法の観点からは、燃料棒４０の出力の
急上昇を防止する「ならし運転」を行う方法、いわゆる
ＰＣＩＱＭＲ運転が実施されている。

ＰＣＩＱＭＲ運転は、燃料健全性維持に有効な運転法で
あるが、原子炉の稼動率が約５チ程度低下する。このた
め、最近、燃料健全性ケ確保し、かつ、原子炉の稼１Ｉ
ｉ１］率？向上できる改良運転法が提案され、芙際に適
用されている。

この運転方法は、 （１）　　炉心内の制御ｌｌ］俸２０のうち、通常運転
時に炉内に挿入する制御棒２０を限定する。

０）　この制醐）俸２０の周囲には、反応度の低い燃料
集会体、例えば、燃焼が進んだ燃料集合体３０全配置す
る（こうして構成された単位セル１０ｉ制帥セルと呼ん
でいる。）。このようにしたのは、後述の制御棒履歴効
果による出力上列を抑制するためである。

（３）この原子炉全運転するにあたっては、ＰＣＩＱＭ
ＦＬ運転を必要とする制御棒パターン交換および調整の
実施面１８ヲできるだけ減少させ、稼動率？向上きせる
。

というものであり、以下これｋ　ＣＣ（Ｃｏｎｔｒｏｌ
Ｃｅｌｌ　）運転法と呼ぶことにする。

ＣＣ運転法の特徴は、上記（１）、　（３）項により炉
内の燃料集合体３０のうち、制御棒２０に隣接して燃焼
する燃料集合体３０が限定され、かつ、制御棒隣接期間
が従来の運転法にくらべて長いことである。このため、
新しい現象として制御棒履歴効果（Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｂ
ｌａｄｅ　）Ｈｉｓｔｏｒｙ　Ｅｆｆｅｃｔｓ　）が生
じる。制御棒履歴効果とは、燃料集合体３０が制御棒２
０に長期間隣接して燃焼後、制御棒２０が引き抜かれた
場合に、この燃料集合体３０内の燃料棒４０のうち、特
にＩＩＪ御伸鉛直方向中心軸側のコーナー燃料棒（以下
コーナー燃料棒という。）４０の出力が局所的に大きく
なる現象である。その装置は、制御棒２０が隣接してい
る状態で燃焼することによる片燃え効果、すなわち、コ
ーナー燃料棒の燃焼遅れおよび中性子スペクトル硬化に
よる燃料棒のプルトニウム（Ｐｕ）蓄積促進吟である。

〔発明の目的〕

本発明は上記に鑑みてなされたもので、その目的とする
ところは、燃料健全性？向上でき、かつ、原子炉稼動率
全向上できる燃料集合体を提供することにある。

−〔発明の概要〕 本発明は、沸騰水形原子炉のボイド特性および制御棒履
歴効果に関する知見に基づいておシ、選択的に挿入可能
の制御＊を囲むように装荷される４体の燃料集合体の上
記制御棒の鉛直方向中心軸側のコーナー燃料棒およびそ
の周辺の燃料棒のうち少なくとも１本以上の燃料棒は軸
方向の下端から全長の１／３と７／１２の間で上部領域
と下部領域とに分割し、上記上部領域の燃料の反応度が
上記下部領域の燃料の反応度よシ低い構成としたことを
特徴としている。

〔発明の夾流側〕

一般に燃料集合体の軸に垂直な平面でのウラン濃縮度分
布は、燃料集合体の中心部で高く、周辺部で比較的低く
なっている。これは、燃料集会体の周辺には飽和温度に
近いギャップ水がめシ、濃縮度分布會均−にすると、ギ
ャップ水による中性子の熱化のために燃料集合体の中心
部にくらべて周辺部の出力が非常に尚くな−リ、いわゆ
る局所用ピーキングが過大となるので、それケ防止する
ためである。

一方、燃料集合体内でボイドが発生すると、ボイド体積
率が大きい程、燃料集合体の周辺部の中性子減速材割合
が中心部のそれにくらべて大きくなり、周辺部のインボ
ータンスが大きくなる。このため、燃料集合体の周辺ロ
ンドのウラン−縮度２低くしても、高ボイド領域、すな
わち、燃料集合体の上部では制（財）伸側コーナーロツ
ドケ含む周辺ｐラドで局所出力ビーキングが生ずる。

また、制御棒履歴効果は、制御神側コーナーロンドでそ
の影響（出力ビーキングの増加）が最大であシ、かつ、
燃料集合体内ボイド率が大きい程ゲルトニウム蓄積が促
進され、制御棒隣接期間当シの局部ピーキング増加割合
が大きくなる。したがって、燃料集合体の制御１ｌｌｌ
ｌ俸側コ一ナーロンド上部のウラン濃縮度ｅｆｉケ下部
より低くすれば、制御俸履歴効果？有効に抑えることが
できる。

一方、燃料集合体の軸方向出力分布の観点からは、軸方
向ボイド効果ケ相殺するために、燃料集合体の軸に垂直
な平面での平均ウラン濃縮度１ｅとしたとき、燃料集合
体下部のｅ＝１上部のτより低くした方がよい。

そこで、本発明においては、沸騰水型原子炉用燃料集合
体としては、 （１）燃料集合体の平均ウラン濃縮度ｅ（１上部で高く
、下部で低いものとした。

（１１）　　かつ、制御棒側コーナーロンドのウラン濃
縮度ｅＷｗｋＴ部にくらべて上部を低くシ、燃料集合体
軸方向出力分布全平担化し、さらに、制御棒履歴効果を
制（２）するようにした。

以下本発明全第４図に示した実施列および第５図を用い
て詳細に説明する。

第４図は本発明の燃料集合体の一実流側を示す水平方向
断面図で、第２図と同一部分は同じ符号で示し、ここで
は説明を省略する。第４図には、８Ｘ８＝６４本の燃料
棒４０よりなる燃料集合体３０が示してあり、燃料集合
体３０の上部のウラン平均濃縮度ｉは２．１重量１下部
のそれは１．９重量％としである。また、各燃料棒４０
に充填する燃料ペレットとしてウラン濃縮度２．５，２
．１゜１．７．　１．４．　１．２重量％の５種類を用
意し、燃料棒４０としては、第４図に示すように、１〜
７の番号全つけた６ａ１類として、これらＩＪ示のよう
に配置した。番号１〜７の各燃料棒の燃料ペレットのウ
ラン濃縮度は第１表に示した。なお、第４図の番号８の
ものは水ロッドを示す。

第１表に示すように、番号ｌと５の燃料棒は上部、下部
とも同一としであるが、番号２，３．４の燃料棒は上部
にウラン濃縮度が高い燃料ペレットを充填し、下部にウ
ラン濃縮度が低い燃料ペレットが充填しである。また、
番号６の制御棒側コーナーロンドはウラン濃縮度が低い
燃料ペレットを充填してあ多、しかも、上部全下部よシ
低くしである。

第１表 第４図によれば、燃料集合体３ｏの上下反応度差は、ボ
イド体積率が４０％の場合約３チで、上部が高くなって
いる。この結果、軸方向ボイド分布効果と上下反応度差
が相殺されて、軸方向出ヵピーキング１．４程度の比較
的平担な出力分布がサイクルを通じて得られる。

一方、燃料を炉内で燃焼させ、４サイクル目に制御セル
配置としてＣＣ運転した場合の制御棒側コーナロッド（
番号６の燃料棒）上部の局所出力ビーキングの例ケ第５
図に示す。第５図の実線ａは本発明に係る燃料集合体の
場合で、破線すは番号６の燃料棒の代シにウラン濃縮度
全下部、下部とも１．４重量％とした燃料棒ケ用いた場
合の結果である。なお、両者の燃料集合体の平均ウラン
濃縮度差は上部でｏ、ｏｏａ重筺チと小さく、本発明に
係る場合のように番号６の制御棒側コーナーロンドの上
部のウラン濃縮反ヲ下部のそれよシも小さくしても、軸
方向出力分布平担化効果は変らない。第５図よシ、本発
明に係る燃料集合体を用いれば、制御棒側コーナロッド
の上部の局所出力ビーキングが約ｌＯチ改善されること
がわかる。

この結果、本発明に係る燃料集合体ケ用いれば、比較的
平担な出力分布がサイクルヶ通じて得られ、かつ、サイ
クルが進んだ後に制御セル配置として（ｌｌ） も、制御棒履歴効果の影響が少なく、燃料健全性を向上
でき、かつ、原子炉稼動率を向上できる。

なお、上記した実施例では、燃料集合体３０の上下に反
応度差をつけるのに、燃料棒４０の上下の９ラン濃縮度
に差音つけるようにしたが、ガドリニア等の可燃性毒物
の濃度を燃料棒４０の上部で濃く、下部で薄くなるよう
にしてもよく、また、ワラン＃縮度差と可燃性毒物濃度
差と全併用するようにしてもよく、同様の効果が得られ
る。

また、制御棒履歴効果の抑制のみを目的とするなら、制
御俸側コーナーロンドのみウラン濃縮度全下部にくらべ
て上部を低くシ、その他の燃料棒は上部と下部とで差を
つけないようにしてもよい。

また、制御棒側コーナーロンド周辺の燃料棒４０もウラ
ン濃縮度全下部にくらべて上部會低くするようにすると
、さらに制御棒履歴効果は抑制できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、燃料健全性？向
上でき、かつ、原子炉稼動率全向上でき（１２） るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は沸騰水型原子炉の炉心の水平方向断面図、第２
図は第１の単位セルの拡大断面図、第３図は燃料集合体
の鉛直方向断面図、第４図は本発明の燃料集合体の一実
施例を示す水平方向断面図、第５図は制御棒側コーナー
ロンドの上部の局所出力ビーキングの変化？示す線図で
ある。 １０・・・単位セル、２０・・・制御棒、３０・・・燃
料集合体、４０・・・燃料棒、■・・・制御伸側コーナ
ーロンド。 代理人　弁理士　高橋明夫 （１３） 第　３１Ｊ （Ｑ） 箸　４　ｍ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、選択的に挿入可能な制御棒を囲むように４体装荷さ
   れる多数本の燃料棒からなる燃料集合体において、前記
   各燃料集合体の前記制御棒の鉛直方向中心軸側のコーナ
   ー燃料棒およびその周辺の燃料棒のうち少なくとも１本
   以上の燃料棒は軸方向の下端から全長のｌ／３と７／１
   ２の間で上部領域と下部領域とに分割してあシ、前記上
   部領域の燃料の反応度が前記下部領域の燃料の反応度よ
   シ低くしであることを特徴とする燃料集合体。 ２、前記燃料集合体は、軸方向の下端から全長の１／３
   と７／１２の間よシ上部の領域における無限実効増倍率
   が下部の領域における無限増倍率よシ高くしである特許
   請求の範凹第１項記載の燃料集合体。