JPS5946587A - 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】 ［発明の技術分野］ 本発明は燃料集合体に係わり、特にプルトニウムを富化
した燃料棒よりなる燃料集合体に関する。

［発明の技術的背景］ 第１図は従来の燃料集合体を示す斜視図である。

この燃料集合体は、図示しない多数の燃料ペレットを詰
めた複数の燃料棒１ａど、この燃料棒１ａを内部に配列
する四角形状のチャンネルボックス２ａと、このヂャン
ネルボックス２ａＪ二部にあって把手３ａを有する上部
タイブレー！〜３ｈと、前記チャンネルボックス下部２
ａにあってコアサポート上に設けられる下部タイプレー
ト４ａより構成されている。そして前記燃１’３１棒１
ａの規則的に配列された束の軸方同数箇所に各燃料棒お
よびチャンネルボックスとの間隙を維持するためのスペ
ーサ５ａが設けられている。

第２図はこのように構成された従来の燃料集合体の燃料
棒の配置を示す横断面図であり、この燃料集合体は濃縮
ウランのみからなる燃料棒により構成されている。

すなわち図において符号１は最高濃縮度撚ｒ１棒、符号
２は高濃縮度燃料棒、符号３〜５は中間濃縮度燃料棒、
符号６は低濃縮度燃料棒、符号７は最低濃縮度燃料棒、
符号８はつＡ−タロラド、符号９は可燃性毒物であるガ
ドリニアの濃度が１〜８％のガドリニア入り燃料棒で、
これらが合計６４本図示のように配置しである。なお図
において符号１０ａは制御棒を示している。

第３図はプルトニウムを富化した燃料棒からなる従来の
燃料集合体の燃料棒の配置を示す横断面図であり、図に
おいて符号１１はプルトニウム最高富化燃料棒、符号１
２はプルトニウム高官化燃料棒、符＠１３．１／４はプ
ルトニウム中間富化燃料棒、符号１５はプルトニウム低
富化燃料棒、符号１６はプルトニウム最低富化燃料棒、
符号１７はプルトニウムを富化したガドリニア燃料棒を
示している。

この第３図から明らかなように、一般にプルトニウムを
富化した燃料棒では、第２図に示したプルトニウムを富
化しない濃縮ウランのみからなる燃料棒から構成される
燃料集合体に比較して、符号１７ｒ：示されるガドリニ
ア燃料棒の本数が多くなっている。

すなわち、一般にプルトニウム富化燃料では、Ｕ　Ｏ２
燃判に比べて中性子スペクトルが硬いため、ガドリニア
の価値がＵＯ２燃利０場合とかなり異なつＣおり、ガド
リニアの中ｔＣ子吸収断面積は熱群中ｆ１子エネルギー
に対して大きく熱外に対して小さいので、中ｆ［子スペ
クトルが硬くなるとガドリニアの反応度価値が下がり、
同時にガドリニアの燃焼速度が遅くなる。そこでガドリ
ニアにＪ：る反応度制御をＵ○２燃籾と同様に行なうた
めにはガドリニアＨａを薄くし、またガドリニア入り燃
料棒の本数を多くづる必要がある。

そこで、例えば第２図に示ずＵ　Ｏ２燃料のガドリニア
が３ｗ　１０　ｘ８木であるのに対して、第３図に示す
プル１〜ニウム富化燃Ｉｔ棒では、１．５ｗ１０Ｘ１１
本とされている。

第４図は第２図に示した濃縮ウラン燃料からなる燃料集
合体の燃焼度と無限増倍率との関係を示すもので、図に
おいて横軸には燃焼度が縦軸には無限増倍率がとられ、
図中破線で示される曲線ａは可燃性毒物であるガドリニ
アが装填さねてぃない場合の無限増倍率を、実線ひ示さ
れる曲線すは、第２図のように構成された燃ｒ１集合体
の無限Ｊｌ！１倍率を示している。

３− そして、第２図に示す燃料集合体を炉心に１／４づつ装
荷した場合の平行炉心のサイクル末期での炉心平均無限
増倍率は、第４図に示す点イ、口、ハ、二の無限増倍率
の平均値として求めることができ、ここでは約１．０５
となっている。

第５図は第３図に示したプルトニウム富化燃料棒からな
る燃お１集合体の運転時の無限増倍率と燃焼度変化との
関係を示すもので、図において横軸には燃焼度が縦軸に
は無限増倍率がとられており、図において破線で示され
る曲線Ｃはガドリニアが装填されていない場合の無限増
倍率の変化を、また実線で示される曲線ｄは、第３図に
示す燃料集合体の無限増倍率の変化を示している。ここ
で破線で示されるガドリニアが装填されていない場合の
燃料集合体を炉心に１／４づつ装荷した平行炉心のサイ
クル末期での炉心平均無限増倍率は点ホ、へ、［・、ヂ
の無限増倍率の平均値として求めることができ、この値
は前述した第２図に示す燃料集合体の値と同じ１．０５
となっている。

すなわち、このことは、もしガドリニアが装填４− されでいない従来形のプルトニウム富化燃￥Ｇｌ　ｌ”
ｉｑを仮定すれば、第２図に示した燃料集合体と同じサ
イクル増分燃焼度を得ることができることを示している
。

［背ｎ技術の問題貞］ しかしながら、一般に第３図に示すような燃料集合体で
は、実際にはガドリニアの燃焼が遅いため、第５図に実
線で示す曲線ｄのように変化し、点りおよび点ヌど点ホ
および点への無限増倍率の差の分だけ、第３図に示すプ
ルトニウム富化燃料棒ではυイクル増分燃焼度が第２図
に示す燃料集合体に比較し、小さくなっており、燃焼経
汎上マイナスとなっている。

すなわち第３図に示すような、従来のブルトニウム富化
燃Ｆ１集合体では、第５図に示したように、ガドリニア
の燃焼遅れを完全には回復することができず、ＵＯ２燃
料からなる燃料集合体に比べ経済的に不利となることは
避は難い。

また、このような燃料集合体では、ガドリニアの本数を
多くすることでバンドル内の局所出力分布をいびつなも
のとしているため、すでに述べた第３図に示すように、
符号１１〜１６で示される６種類の富化度の異なるプル
トニウム燃料棒を用いて局所出力分布の平坦化を図る必
要がある。

第６図に示す曲線ｅは、第３図に示ず６種類の異なるプ
ルトニウム富化度燃料棒からなる燃料集合体の局所出力
ビーキングと燃焼度との関係を示すもので、横軸には燃
焼度が縦軸には局所出力ビーキング係数がとられている
。図から明らかなように、このような燃お１集合体では
、燃焼期！１１（０〜５Ｇｗｄ／ｓｔ）間は単調に局所
出力は減少するが、燃焼中期以降はバンドル中央部の高
官化プルトニウム燃料棒の出力が大きくなり、局所出力
ビーキングは上昇する傾向を示すことになり、燃わＩの
健全上得策でない。

づなわち、これはガドリニア燃料棒を多くしたため、初
期局所出力分布の歪みを小さくするためにバンドル外周
部の燃料棒のプルトニウム富化度を少なくする必要があ
り、またガドリニアの燃焼が進んだ段階では熱中性子が
バンドル中央部に入り易くなり、バンドル中央部の高富
化度プルトニウム燃Ｆ１棒の外周部燃料棒に対する比出
力が大きくなるためである。

［発明の目的１ 本発明はかかる従来の事情に対処してなされたもので１
ガドリニアの燃焼遅れをなくし、燃１′！１の経済性を
向上することができるとともにバンドル内局所出カビ−
キングを全燃焼期間を通して小さく抑えることにより燃
ｒ１の健仝ｆ１を向上した燃料集合体を提供しようとす
るものである。

［発明の概要１ すなわち本発明は、プルトニウムを富化した複数の燃料
棒を四角形状に配設してなる燃料集合体において、この
燃料集合体の隅部に位置する前記燃Ｆ１棒はプルＩ・ニ
ウムを含まず天然ウランまたは低濃縮ウランよりなるこ
とを特徴とする燃料集合体である。

［発明の実施例］ 以下本発明の詳細を図面に示づ一実施例について説明す
る。

７− 第７図は本発明の一実施例の燃料集合体の横断面を示す
もので、符号１８はプル１〜ニウム高富化燃別棒、符号
１９はプルトニウム低富化燃料棒、符号２０はプルトニ
ウム最低富化燃わ１棒、符＠２１は天然ウランに３Ｗ１
０のガドリニアを含有させプルトニウムの含まれていな
い燃料棒を示している。

すなわち、この燃料集合体では、プルトニウム燃料棒の
種類は第３図に示す従来の燃料集合体の６種類から３種
類に減少されている。また、この燃料集合体で使用され
るプルトニウムの総量は第３図に示す燃料集合体のプル
トニウムの総量と同量とされている。

第８図に示す曲線ｆは、このように構成された燃料集合
体の運転時の無限増倍率と燃焼度との関係を示すもので
、横軸には燃焼度が縦軸には無限増倍率がとられている
。この第８図から明らかなＪ：うに、第７図のように構
成された燃料集合体では、燃焼初期においては燃料集合
体の隅部にガドリニア燃料棒を配することにより、ガド
リニアの８− 価値を従来の第３図に示す１１木のガドリニア入り燃料
棒の価値と同じ価値とすることができる。

また、ガドリニアの燃焼が進んだ段階においては、ガド
リニアを燃料集合体の隅部に配することにより、バンド
ル中央部への熱中ｆ’１子の侵入を容易としたため無限
増倍率を第３図に示す従来の燃ｒ１集合体よりも大きく
することができる。

従って、このように構成された燃料集合体では、ザイク
ル増分燃焼度を第３図に示す従来の燃ｒ１集合体よりも
大幅に増加することができ、燃料経済の向上を図ること
ができる。

第９図に示す曲線ｇは、第７図に示すように構成された
燃料集合体の運転時の局所出力ビーキングと燃焼度との
関係を示すもので、横軸には燃焼度が縦軸には局所出力
ビーキング係数がとられている。

すなわち、燃焼初期においては、第３図に示す６種類の
燃料棒を用いた従来形の燃料集合体とほぼ同様であるが
、燃焼が進むにつれて局所出力ビーキングは単調減少の
傾向を示（）でいる。このことは燃料被覆管の強度が低
下する高燃焼度時点において、局所出力を低く抑えるこ
とができることを意味しており、このような燃料集合体
では燃料健全性を大幅に向上することができる。

第１０図は本発明の他の一実施例を示すもので、制御棒
１０に隣接する隅部１１ａと対角線方向の隅部１２ａの
燃料棒１３ａの両横に符号２１で示される天然ウランに
３Ｗ１０のガドリニアが含有され、プル１−ニウムを含
まない燃料棒１４．ａ、１５ａが配設されていることを
除いて、第７図に示す燃料集合体と同様に構成されてい
る。

このＪ：うに構成された燃料集合体は、例えば、運転計
画の変動等によりサイクル初期の余剰反応度が異常に大
きくなった場合に使用される。

すなわち、第３図に示す従来の燃１１集合体では、燃焼
初期において約５％Δ１くの無限増倍率を減じるのに６
〜７木のガドリニア燃料棒を追加する必要があるが、本
発明によれば第１０図に示すように、２木のガドリニア
燃ｒ１棒１４ａ、１５ａを追加することにより達成する
ことができる。

なお第１０図に示す燃料集合体の無限増倍率と燃焼度と
の関係は、第７図で示した燃料集合体と同じであり、第
７図に示す燃料集合体とほぼ同じ燃料経済性を得ること
ができる。また、バンドルの局所出力ビーキングと燃焼
度どの関係では燃焼初期において、第７図の燃料集合体
に比較し約５％悪くなるが、燃焼の進行とどちにこの差
は減少していき、燃焼末期では第７図に示す燃料集合体
のそれとほぼ同等になる。

［発明の効果１ 以−に述べたように本発明の燃料集合体ににれば、ガド
リニアの１本当りの価値を大きくし、ＵＯ２燃料からな
る燃１１集合体のガドリニア燃料棒と同等の燃焼特性を
持たせることが可能となり、また、ガドリニアの燃焼遅
れにＪ：るサイクル増分燃焼度の減少をなくすことがで
き、経済性のよい燃料集合体を提供することができる。

また、異なるプルトニウム富化度の燃料棒の種類を減少
することができ、燃料集合体の製造を容易にし製造コス
トを低減することができる。

１１−

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の燃料集合体を示す外観図、第２図は従来
の濃縮ウランのみからなる燃Ｉｔ集合体の横断面図、第
３図は従来のプルトニウム富化燃料棒からなる燃料集合
体の横断面図、第４図は第２図に示す燃！３１集合体の
運転時の無限増倍率と燃焼度との関係を示すグラフ、第
５図は第３図に示す燃ａ’＋＋集合体の運転時の無限増
倍率と燃焼度との関係を示すグラフ、第６図は第３図に
示す燃料集合体の運転時の局所出力ビーキングと燃焼度
との関係を示すグラフ、第７図は本発明の一実施例の燃
料集合体を示す横断面図、第８図は第７図に示す燃料集
合体の運転時での無限増倍率を示すグラフ、第９図は第
７図に示す燃ｒ１集合体の局所出力ビーキングと燃焼度
との関係を示すグラフ、第１０図は本発明の伯の一実施
例の燃料集合体を示す横断面図である。 １ａ・・・・・・・・・・・・燃料棒 ２ａ・・・・・・・・・・・・ヂャンネルボックス１０
ａ・・・・・・・・・・・・制御棒１２− 第０図 流展 第１０図 ＋５ｄ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）プルトニウムを富化した複数の燃料棒を四角形状
   に配設してなる燃料集合体において、この燃料集合体の
   隅部に位置する前記燃料棒はプルトニウムを含まず天然
   ウランまたは減損ウランあるいは低濃縮ウランよりなる
   ことを特徴とする燃料集合体。
2. （２）燃料集合体の隅部に位置する燃料棒には、反応度
   制御用の可燃性毒物が添加されていることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の燃料集合体。