JPS5928691A

JPS5928691A - 燃料集合体

Info

Publication number: JPS5928691A
Application number: JP57138602A
Authority: JP
Inventors: 持田　貴顕; 淳一山下
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1982-08-11
Filing date: 1982-08-11
Publication date: 1984-02-15

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】本発明は燃料集合体に係り、特に経済性に優れた燃料集
合体に関する。

第１図に沸騰水型原子炉燃料集合体の構造を示す。１は
チャンネル・ファスナを、２はチャンネル・ボックスを
、３は燃料棒を、４はスペーサを、５は下部タイプレー
トを、６は膨張スプリングを、７は上部タイブレートを
それぞれ示す。

第２図は上記燃料集合体の横断面を示しており、チャン
ネル・ボックスの内側に、ａ綿度の異なる燃料棒が８行
８列の格子状に並べられている。

燃料集合体の各燃料棒の出力Ｐは次式で与えられる。

Ｐ−φ・σｆ−Ｎ　　　　　　・・・・・・（１）ここ
で　φ　：燃料棒位置の熱中性子束σ、：核分裂性物質
の核分裂断面積Ｎ　；燃料棒の核分裂性物質の原子密度沸騰水型原子炉では、減速材密度分布の不均一性および
燃料による中性子吸収効果等により、熱中性子束分布は
燃料集合体の外周部で大きく、中心部では反対に小さく
なっている。従って燃料集合体内の燃料棒が全て同じ濃
縮度（核分裂物質の原子密度）の場合には、上式に、よ
って燃料集合体の外周部燃料棒の出力が大きく、中心部
で小さくなるため、燃料集合体内の相対出力分布は、外
周部で大きくなる。

そこで従来は、燃料集合体内の各燃料棒の出力を均一化
するために、燃料集合体外周部の濃縮度（核分裂性物質
の原子密度）を下げ、中心部ではこれを上げるという方
法を採用してきた。（第１図参照）また、燃料集合体の無限増倍率を向上させるためには、
熱中性子束の大きな領域では、燃料棒の濃縮度（核分裂
性物質の原子密度）を大きくし、熱中性子束の小さな領
域では、これを小さくした方が効果的である。しかしな
がら、従来の燃料集合体では、熱中性子束の大きな集合
体外周部に濃縮度の高い燃料棒を配置した場合、その燃
料棒の局所出力が増し、熱的余裕が悪化するという欠点
があった。

このため、従来の燃料集合体の濃縮度（核分裂性物質の
原子密度）分布は、燃料集合体内の相対出力を平坦化し
、局所出力ビーキングを低下させることを主な目的とし
ており、無限増倍率を向上させる燃料棒配置については
考慮してぃなかった。

また、従来の技術では、燃料棒出力の平坦化を図るため
に、多種類の燃料濃縮度を用いておわ、濃縮度分布の複
雑化、更には燃料製造工程の増大を招いている。

本発明の目的は、燃料経済性の優れた燃料集合体を提供
することにある。

核分裂性物質を含む燃料ベレットのかわりに減速材を封
入した燃料棒（以下、ウォーターロッドと呼ぶ）を燃料
集合体中央部に４本配置し、集合体内の水対ウラン比の
分布の均一化を図り、中央部のスペクトルをソフト化す
る。さらに集合体内の燃料棒濃縮度配置を改良すること
により、無限増倍率を向上させる。

本発明では、燃料集合体の熱中性子分布を平坦化するた
めに、第１図にてＡで示される破線の内側（以下、中央
部と呼ぶ）とその外側（以下、周辺部と呼ぶ）の水対ウ
ラン比がほぼ同一となるように中央部のウォーター・ロ
ッドの数を決定する。

第１は、代表的８×８格子に於いて、中央部のウォータ
ー・ロッドの数と、中央部の水対ウラン比の関係を示し
たものである。この表によると、中央部の水対ウラン比
を、周辺部の水対ウラン比と同等にするためには、ウォ
ーター・ロッドを４本配置するのが、最適であることが
わかる。

表１．ウォーターロッド本数と集合体中央部水対ウラン
比第３図に、集合体中央部にウォーターロッドを４本配
電した本発明の実施例を示す。本実施５ｕでは４本ウォ
ーターロッドのうち２本は、他の燃料棒より外径を太く
している。また燃料棒配置については、ウォーター・ロ
ッドを４本とした効果を比較するために、中央部の濃縮
度を高くシ、周辺部の濃縮度を低くした、従来型の配列
としである。

第４図は、本実施例での局所出力分布を示したもので、
ウォーター・ロッドを４本にしたことによる局所出力分
布の平坦化を示すものである。本実施例では、ウォータ
ー・ロッドを４本にしたことにより、中央部の熱中性子
束が増大するために中央部の出力は増大し、逆に周辺部
の出力が相対的に低下するために、ウォーターロッドを
２本としていた従来技術による場合の局所出力分布（第
５図）に比べて、ピーキングが約１％減少しているのが
わかる。

また、従来のように濃縮度の高い燃針棒を中央部に配置
している本実施例では、中央部の熱中性子束が増大する
ために、無限増倍率が増大する。

第６図はこれを説明したものであり、濃縮度が同一の場
合の無限増倍率を比較を示す。本実施例によると、従来
のウォーター・ロッド２本の場合に比べて、ガドリニア
の燃えつきた燃焼末期の無限増倍率は約０．５１Δに増
大し、これにより燃料取出し燃焼度は増大し、燃料経済
は向上する。

第７図は本発明の別の実施例を示す。本実施例では、軸
方向出力ビーキングの低下を目的として濃縮度上下２領
域燃料を用いており、又、周辺部の平均濃縮度を、中央
部の平均濃縮度より高くしであることが特徴である。こ
のような燃料棒濃縮度分布を持つ燃料集合体では、従来
のようにウォーターロッドが２本の場合、周辺部の局所
出力ビーキングが高くなっていたが、ウォーター・ロッ
ドを４木とすることにより、局所出力の上昇分を少なく
することができる。

第８図は局所出力ビーキングの燃焼変化の比較を示した
ものである。また、ウォーター・ロッドを４本としたこ
とにより、無限増倍率も上昇して２す、本実施例では無
限増倍率が従来に比べて約１係Δに向上している。

第９図は、本発明のもう一つの実施レリを示す。

ウォーター・ロッドを４本、中央部に配置した場合には
、熱中性子分布が平坦化されているために従来のように
′、濃縮度の異なる多く燃料棒を用いなくても、出力分
布を平坦化することガできる。

このため、第９図のψ１１のように燃料棒の種類を大工
程を削減できる効果もある。

本発明によれば、燃料集合体内のスペクトル分布を改良
することにより、燃料集合体の無限増倍率を向上するこ
とができるので、燃料取出燃焼度が増大し、より大きな
エネルギーを取出せるので燃料経済が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は燃料集合体構造図、第２図は燃料集合体説明図
、第３図は燃料集合体説明図（実施例１）、第４図は局
所出力分布図（実施例１）、第５図は局所出力分布図（
従来技術）、第６図は無限増倍率の燃焼変化図、第７図
は燃料集合体図及び濃縮度分布図（実施例２）、第８図
は局所出力分布の燃焼変化図、第９図は燃料集合体図及
び濃縮分布図（実施例３）である。１・・・チャンネルファスナー、２・・・チャンネルボ
ックス、３・・・燃料棒、４・・・スペーサ、５・・・
下部タイブレート、６・・・膨張スプリング、７・・・
上部タイプレート、１１・・・最高濃縮度・燃料棒、１
２・・・高濃縮度燃料棒、１３・・・中間高縮度燃料棒
、１４・・・中間低濃縮度燃料棒、１５・・・低濃縮度
燃料棒、１６・・・最低濃縮度燃料棒、１７．１８・・
・ガドリンア入り第　１　口第２図８茶３０

Claims

【特許請求の範囲】】、燃料棒を８行８列の格子状に配列した沸騰水型原子
炉用燃料集合体に於いて、中央部の４本の燃料棒は、核
分裂性物質のかわりに、減速材を封入したことを特徴と
する燃料集合体。２、特許請求の範囲第１項に於いて、燃料棒を軸方向に
２分割し燃料上部の濃縮度を、燃料下部の濃縮度より高
めたことを特徴とした燃料集合体。３、特許請求の範囲第１項、第２項に於いて、外周から
２層目捷での燃料棒の核燃料物質の平均濃度を、集合体
の平均濃度よシ高くしたことを特徴とする燃料集合体。４、特許請求の範囲第１項に於いて、３種類以下の濃縮
度種類から構成されることを特徴とする燃料集合体。