JPS5950387A

JPS5950387A - 燃料集合体

Info

Publication number: JPS5950387A
Application number: JP57160360A
Authority: JP
Inventors: 律夫吉岡; 和毅肥田
Original assignee: Nippon Genshiryoku Jigyo KK; Tokyo Shibaura Electric Co Ltd; Nippon Atomic Industry Group Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Nippon Genshiryoku Jigyo KK; Nippon Atomic Industry Group Co Ltd
Priority date: 1982-09-14
Filing date: 1982-09-14
Publication date: 1984-03-23
Also published as: JPH059759B2

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等の燃料集合体に関する。

〔発明の技術的背景〕

沸騰水形原子炉の燃料集合体は複数本の燃料棒から構成
されておシ、この燃料棒１は第１図に示す如く構成され
ている。すなわち、２はジルコニウム合金からなる燃料
被覆管であって、・この燃料被覆管２の上端および下端
は上部端栓３および下部端栓４によって密封されている
。

そして、この燃料被覆管２内には酸化ウラン等の粉末を
焼結した短円柱状の燃料ペレット５・・・が装填されて
いる。そして、このような燃料棒５およびウォータロッ
ドは第２図に示す如く８行８列の格子状に配列されてチ
ャンネルデックス６内に収容され、燃料集合体を構成し
ている。

上記燃料ペレット５・・・を形成する燃料物質すなわち
ウランは核分裂物質であるウラン２３５の濃縮度ｉ　３
．０重量−程度まで高めたものが使用されている。そし
て、燃料棒ノ中に装填される燃料ペレット５・・の濃縮
度は第３図に示す如く炉心の高さ方向にわたって均一で
−１）、よって燃料集合体全体についても濃縮度の分布
は一様となっている。また、上記燃料集合体を構成する
燃料棒１・・・のうち燃料集合体１体につき７本程度の
燃料棒は燃料ペレット中にガドリニア（ＧｄｚＯ３）等
の可燃性毒物を含有するいわゆるガドリニア人燃料棒が
用いられている。そして、このガドリニアは中性子を吸
収するとともに中性子の照射によって中性子吸収能力が
減少してゆき、燃焼初期において無限増率が過となるの
を防止し、必要な停止余裕を確保する。すなわち、この
ような燃料集合体は炉心内での長期間の燃焼を可能とす
るため、大きな燃焼度が得られるように構成する必要が
あシ、このためには燃料の濃縮度を高める必要がある。

しかし、無限増倍率は燃焼の進行に伴って第５図のＡＩ
＋Ａ２に示す如く無限増倍率が直線的に減少してゆく。

よって燃料の濃縮度を高め、燃焼の末期においても無限
増倍率７１．０以上にしようとすると燃焼の初期におい
て無限増倍率が過大となり、原子炉の停止に必要な停止
余裕が得られなくなる。しかし、上記の如くガドリニア
を混入することにより、このガドリニアが中性子全吸収
するので第５図のＢ１’＋Ｂ２に示す如く燃焼初期の無
限増倍木が低下し、必要な停止余裕が得られる。また、
このガドリニアは中性子の照射によって中性子吸収能力
が低下してゆき、無゛限増倍率がｉＪ（下う゛る燃焼末
期においてはこのガドリニアによる無限増倍率の低下は
生じない。

よってこの方゛トリニアによって燃焼期間中における無
限増倍率が平均化される。址だ、このガドリニアは燃料
交換から次の燃料交換１での間の燃焼期間すなわち１サ
イクル中に完全に燃焼されるようにその風が設定されて
いる。なお、第５図中のＡ　（＋　Ｂ　ｌはボイド率が
０％の場合、Ａ、、Ｂ２はボイド率が７０チの場合であ
る。

〔背景技術の問題点〕

炉心の上面および下面からは中性子が炉心外に漏れるた
め炉心の上端部および下端部においては中性子束密度が
小さくなる。このため炉心の上端部および下端部では燃
焼の進行が遅くなる。このため、たとえば１サイクル中
における燃焼度は第６図に示す如く炉心の上端部および
下端部における燃焼度は低下する。このため、炉心の上
端部および下端部においてガドリニアが完全に燃焼され
ずに残存し、このガドリニアの残存によって第７図に示
す如く炉心の上端部および下５ｒ：Ｍ　部において反応
度損失が生じる。そして、このような反応度損失により
炉心の平均無限増倍率は約０．３％低下し、これによ多
燃料経済性が約３％低下する。また、このような燃料の
反応度損失によって燃料交換から次の燃料交換までの長
さすなわちサイクル長さが短かくなシ原子炉の稼働率が
低下する不具合も生じる。

〔発明の目的〕

本発明は以上の事実にもとづいてなされたもので、その
１」的とす本ところは燃料の経済性を向」ニし、またサ
イクル長を長くして原子炉の稼働率を向上させることが
できる燃料集合体を提供することにある。

〔発明の概−反〕

本発明は鱈料集合体の上端部または下端部に他の部分よ
シ核分裂物質の濃度が低く、かつガドリニア等の可燃性
毒物を含有しない低濃度領域を形成したものである。し
たがってこの低濃度領域では反応度が低く、中性子束密
度も低いので炉心の上面または下面よシ漏れる中性子の
量がきわめて小８くなり、燃料の経済性が向上する。ま
た、この低濃度領域には可燃性毒物が含有されていない
ので可燃性毒物が残存することはなく、反応度損失が生
じることがないのでサイクル長さを長くすることができ
、原子炉の稼働率を向上させることができるものである
。

〔発明の実施例〕

以下第８図ないし第１３図を参照して本発明の第１実施
例を説明する。図中１０１は燃料棒であって、以下の如
く構成されている。１θ２はその燃料被覆管であってジ
ルコニウム合金で形成きれている。そしてこの燃料被覆
管１０２の上端および下端は上部端栓１０３および下部
端栓１０４によって密封されている。そして、この燃料
被覆管１０′２内には酸化ウラン等の粉末を焼結した短
円柱状の燃料ベレット１０５・Ｓ・が装填されている。

そして、この燃料棒１０１の複数本と１〜２本のウォー
タロッド（図示せず）は第９図に示す如く８行８列の格
子状に配列されて結束され、さらにチャンネルボックス
１　’０６内に収容され、燃料集合体を構成している。

そして、この燃料棒１０１の有効長さのうち下端から有
効長さの１／２４の領域は低濃度領域１０７に形成され
ている。そして、この低濃度領域１０７には他の部分に
装填されている燃料ペレット１０５・・・のウラン２３
５の濃縮度よシ低い濃縮度の燃料ペレット１０５・・・
が装填されている。この低濃度領域１０７に装填されて
いる燃料ペレット１０５は天然ウランの酸化物を焼結し
たものであって、そのウラン２３５濃度すなわち濃縮度
は０．７１重量％である。また、他の領域に装填されて
いる燃料ペレットはそのウラン２３５濃度すなわち濃縮
度が３．１０重量％であって、従来の３．０重量％より
高くなっておシ、低濃度領域１０７を形成したことによ
る平均濃縮度の低下を補償し、全体の平均濃縮度が従来
のものと等しくなるように構成されている。よってこの
ような燃料棒１０１がら構成された燃料集合体もその下
端から有効長の１／２４の領域が低濃度領域となってい
る。また、これら燃料棒１θ１のうちの８本は燃料ベレ
ッ）　１０５・・・中に可燃性物質たとえばガドリニャ
を混入したいわゆるガドリニア人燃料棒１０１・・・が
用いられている。そして、このガドリニア人燃料棒１０
１・・・は第１１図に示す如く低濃度領域１０７を除く
他の領域に装填されている燃料ペレット１０５・・・に
のみ４．０重量％のガドリニアが混入されており、低濃
度領域１０７に装填されている燃料ペレット１ｏ５・・
・にはガドリニアが混入されていない。なお、このガド
リニア人燃料棒１０１−・・は従来の７本よ９１本多い
８本が用いられておシ、燃料集合体全体のガドリニア含
有量は従来と略等しくなっている。

以上の如く構成された本発明の第１実施例は下部の低濃
度領域１０７のウラン２３５濃縮度。

が低いのでこの領域の反応度が低く、よって中性子束密
度も小さくなる。よってその分だけ炉心の下面から炉心
外に漏れる中性子の量が少なくなる。またこの低濃度領
域１０７にはガドリニアが混入されていないので、ガド
リニアの残存が生じることはなく、反応度損失は生じな
い。

したがって燃料の経済性が向上し、またサイクル長さを
長くすることができ、原子炉の稼働率を向上させること
ができる。また、この第１実施例のものは燃料集合体全
体の平均濃縮圧、ガドリニアの含有量を従来のものと等
しくしているので、核特性が従来のものと等しく、従来
の燃料集合体との互換性が得られる。

なお、第１２図には低濃度領域１０７の長さと中性子漏
れ量の減少量との関係を示す。この第１２図から明らか
なように低濃度領域１０７の長さが有効長の１／１２ま
での間はこの低濃度領域１０７の長さが長くなるに従っ
て中性子漏れ減少量が大きくなｐ、１７１２以上ではほ
ぼ一定となる。よって、中性子漏れ減少の効果を大きく
するにはこの低＾度領域１σ７の長さを約１／１２以上
とすればよい。しかし、この低濃度領域１０７の長さを
あまシ長くすると平均濃縮度が低下し、第１３図に示す
如くサイクル長さの増加率は逆に減少してしまう。そし
て、このザイ・クル長さの増加率は低濃度領域ｒｏ７の
長さが有効長の１／２４〜１／１２の間で最大となるの
で、低濃度領域１０７の長さは有効長の１／２４程度が
好ましい。

また、第１４図ないし第１７図には本発明の第２実施例
を示す。この第２実施例は低濃度領域１０７’を上端部
に形成し、またその長さを有効長の１／１２としたもの
である。そして第１５図に示す如くこの低濃度領域１０
７′にはガドリニアを混入せず、他の領域に混入したも
のである。

なお、上記の点板外はこの第２実施例は前記第１実施例
と同様の構成である。なお、上記低濃度領域１０７′の
長さを有効長のＪ／１２としたのは以下の理由による。

すなわち、炉心上部はｒイド率が高いため、核的特性が
炉心下部とは異なる。したが−て、低濃度領域長さと中
性子漏五減少量との関係は第１６図に示す如く有効長の
約１７４１では低濃度領域長さが長くなるに従って中性
子漏れ減少量が大きくなシ、１／８以上では略一定とな
る。しかし、この低濃度領域１０７′の長さに対するサ
イクル長さ増加率は低濃度領域１０７′の長さが有効長
のＩＡを超すと逆にサイクル長さ増加率が低下する傾向
を生じ、このサイクル長さ増加率の最大値は低濃反領域
１０７′の長づが有効長の１／１２〜ＩＡの間にある。

したがってこの低濃夏領域１０７′の長さは有効長の１
７１２程度が最適である。

なお、本発明は上記の実施例には限定芒れない。

たとえば低濃度領域に装填する燃料は天然ウランに限ら
ず減損ウランあるいは濃縮度１．０重量％程度の微濃縮
ウランを用いてもよい。

また、最近では濃縮ウランの代シに天然ウランに核分裂
物質であるプルトニウム２３９を混合した燃料も開発さ
れているが、本発明はこのようなものにも適用できるこ
とはもちろんであるＯ〔発明の効果〕上述の如く本発明は燃料集合体の上端部または下端部に
他の部分より核分裂物質の濃度が低く、かつガドリニア
等の可燃性毒物を含有しない低濃度領域を形成したもの
である。したがってこの低濃度領域では反応度が低く、
中性子束密度も低いので炉心の上面または下面よｌ）潴
れる中性子の量がきわめて小さくなり、燃料の経済性が
向上する。また、この低濃度領域には可燃性毒物が含有
されていないので可燃性毒物が残存することはなく、反
応度損失が生じることがないのでサイクル長さを長くす
ることができ、原子炉の稼働率を向上させることができ
る等ギの効果は犬である。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は従来例を示し、第１図は燃料棒の
墳断面図、第２図は燃料集合体の平面図、第３図は濃縮
度の分布を示す線図、第４図はガドリニア量の分布を示
す線図である。また第５図は燃焼度と無限増倍率との関
係を示す線図、第６図は燃焼度の分布を示す線図、第７
図は反応度損失の分布を示す線図である。第８図ないし
第１３図は本発明の一実施例を示し、第８図は燃料棒の
縦断面図、第９図は燃料集合体の平面図、第１０図は濃
縮度の分布を示す線図、第１１図はガドリニア量の分布
を示す線図、Ｊ１２図は低濃度領域の長さと中性子漏れ
減少率との関係を示す線図、第１３図は低義度領域の長
さとサイクル長さ増加率との関係を示す線図である。ま
／と第１４図ないし第１７図は本発明の第２実施例を示
し、第１４図は濃縮度の分布を示す線図、第１５図はガ
ドリニア量の分布を示す線区、第１６図は低濃度領域の
長さと中性子漏れ減少量との関係を示す線図、第１７図
は低濃度領域長烙とサイクル長さ増加率との関係を示す
線図である。１０１・・・燃料棒、１０２・・・燃料被覆管、１０５
・・−ｆｆｉ　料’レット、１０６・・・チャンネルず
ックス、１、ｏ７．ｉｏ７’・・・低濃反領域。゛第３
図第４図第６図ゾ′＆：すＬ階（ＧＷＤ／ＳＴ）第７図々氏゛贋４φ失（０１０Δｋ）１縮反憶Ｚ、′ｔ。）第１１図第１２　図第１３図イ帥農ル４１式長さ第１４図１櫂々（重重０１０）第１５図第１６図第、１７　図イ谷環乃灸１芝戎長さ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）上端部または下端部に他の部分より核分裂物質の
濃度が低くかつ可燃性毒物を含有しない低濃度領域を形
成したことを特徴とする燃料集合体。
（２）前記低濃度領域には天然ウランが装填されている
ものであることを特徴とする燃料集合体０