JPS5975184A - 燃料集合体 - Google Patents
燃料集合体Info
- Publication number
- JPS5975184A JPS5975184A JP57185726A JP18572682A JPS5975184A JP S5975184 A JPS5975184 A JP S5975184A JP 57185726 A JP57185726 A JP 57185726A JP 18572682 A JP18572682 A JP 18572682A JP S5975184 A JPS5975184 A JP S5975184A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel
- rod
- fuel assembly
- control rod
- control
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Fuel-Injection 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。
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、特に燃料健全性を向上させ
るのに好適な沸騰水型原子炉用燃料集合体に関するもの
である。
るのに好適な沸騰水型原子炉用燃料集合体に関するもの
である。
原子炉は、多数の燃料棒を束ねた燃料集合体と中性子吸
収材を含有する制御棒により構成されている。
収材を含有する制御棒により構成されている。
第１図は８００ＭＷｅ級の沸騰水型原子炉の水平方向断
面の模式図で、第２図は第１図の単位セル１０の詳細拡
大図である。単位セル１０は、断面が十字型の制御棒２
０と、制御棒１０を取り囲んで装荷された４体の燃料集
合体３０とよりなり、この単位セル１０を多数、規則正
しく配列して原子炉が構成されている。４０は燃料集合
体３０の燃料棒、５０は燃料集合体のチャンネルボック
スである。
面の模式図で、第２図は第１図の単位セル１０の詳細拡
大図である。単位セル１０は、断面が十字型の制御棒２
０と、制御棒１０を取り囲んで装荷された４体の燃料集
合体３０とよりなり、この単位セル１０を多数、規則正
しく配列して原子炉が構成されている。４０は燃料集合
体３０の燃料棒、５０は燃料集合体のチャンネルボック
スである。
第３図は第２図の燃料集合体３０の鉛直方向断面図であ
る。燃料集合体３０は、同図（ａ）に示すように、約５
０〜６５本の燃料棒４０、それを束ねるスペーサ６０、
上部タイブレー１−７０、下部タイプレート８０および
チャンネルボックス５０とからなっている。燃料棒４０
は、上部、下部に端栓を有しており、それぞれ上部タイ
プレート７０、下部タイブレート８０の穴に組み込んで
燃料棒４０を固定しである。また燃料棒４０は、第３図
（ｂ）に示すように、ジルコニウム合金の被覆管４０ａ
内に二酸化ウラン（ＵＯ２）のベレツ）４０ｂを密封し
た構造となっており、被覆管４０ａの上部には、ペレッ
トから放出された核分裂生成物を収容するだめのプレナ
ム４０ｃが設けである。被覆管４０ａはウランの核分裂
によって生成した放射性物質を封じ込める機能を有して
いる。
る。燃料集合体３０は、同図（ａ）に示すように、約５
０〜６５本の燃料棒４０、それを束ねるスペーサ６０、
上部タイブレー１−７０、下部タイプレート８０および
チャンネルボックス５０とからなっている。燃料棒４０
は、上部、下部に端栓を有しており、それぞれ上部タイ
プレート７０、下部タイブレート８０の穴に組み込んで
燃料棒４０を固定しである。また燃料棒４０は、第３図
（ｂ）に示すように、ジルコニウム合金の被覆管４０ａ
内に二酸化ウラン（ＵＯ２）のベレツ）４０ｂを密封し
た構造となっており、被覆管４０ａの上部には、ペレッ
トから放出された核分裂生成物を収容するだめのプレナ
ム４０ｃが設けである。被覆管４０ａはウランの核分裂
によって生成した放射性物質を封じ込める機能を有して
いる。
ところで、燃料健全性を向上させ、原子炉運転上の熱的
余裕をできるだけ多くとるためには、燃料棒４０の出力
分布を平坦化し、局所的な出力ピークが生じないように
する必要がある。このため、従来、燃料集合体３０内水
平方向断面において、燃料棒４０のウラン濃縮度分布が
最適になるように設計しである。また、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し、″な
らし運転″を行う方法、いわゆるＰ ＣＩ ＯＭＲ運転
が実施例 ＰＣＩＯＭＲ運転は、燃料健全性を向上させる有効な運
転法であるが、このために原子炉の稼動率が約５％程度
低下してしまうので、近年、燃料健全性を確保し、かつ
、原子炉の稼動率を向上できる改良された運転法が提案
され、実施されている。
余裕をできるだけ多くとるためには、燃料棒４０の出力
分布を平坦化し、局所的な出力ピークが生じないように
する必要がある。このため、従来、燃料集合体３０内水
平方向断面において、燃料棒４０のウラン濃縮度分布が
最適になるように設計しである。また、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し、″な
らし運転″を行う方法、いわゆるＰ ＣＩ ＯＭＲ運転
が実施例 ＰＣＩＯＭＲ運転は、燃料健全性を向上させる有効な運
転法であるが、このために原子炉の稼動率が約５％程度
低下してしまうので、近年、燃料健全性を確保し、かつ
、原子炉の稼動率を向上できる改良された運転法が提案
され、実施されている。
この運転方法は、
（１）炉心内の制御棒のうち、通常運転時に炉内に挿入
する制御棒を限定する。
する制御棒を限定する。
（１１） この制御棒の周囲には、反応度の低い燃料
集合体、例えば、燃焼の進んだ燃料集合体を配置する（
このようにして構成される単位セルを制御セルと呼ぶ。
集合体、例えば、燃焼の進んだ燃料集合体を配置する（
このようにして構成される単位セルを制御セルと呼ぶ。
）。
（１１Ｄ この原子炉を運転するにあたっては、ＰＣ
ＴＯＭＲ運転で必要とする制御棒パターン交換および調
整の実施回数をできるだけ減少させ、稼動率を向上させ
る。
ＴＯＭＲ運転で必要とする制御棒パターン交換および調
整の実施回数をできるだけ減少させ、稼動率を向上させ
る。
のようにするもので、以下これをＣＣ運転法と呼ぶこと
にする。
にする。
ＣＣ運転法の特徴は、上記（ｉ） 、 ０ｉｉ）により
炉内の燃料集合体のうち、制御棒に隣接して燃焼する燃
料集合体が限定され、かつ、制御棒隣接期間が従来の運
転にくらべて長くなることである。この場合、新しい現
象として、制御棒履歴効果が生じ、制御セルとして配置
された燃料集合体の部分から゛ 制御棒を引き抜くと、
燃料集合体内の出力分布に局所的な出力ピークを生ずる
ことが知られている。
炉内の燃料集合体のうち、制御棒に隣接して燃焼する燃
料集合体が限定され、かつ、制御棒隣接期間が従来の運
転にくらべて長くなることである。この場合、新しい現
象として、制御棒履歴効果が生じ、制御セルとして配置
された燃料集合体の部分から゛ 制御棒を引き抜くと、
燃料集合体内の出力分布に局所的な出力ピークを生ずる
ことが知られている。
上記（１１）のように、制御セル内に反応度の低い燃料
集合体を配置する理由は、制御棒履歴効果による燃料棒
出力の増加を抑制するためである。制御棒履歴効果とは
、制御棒が引き抜かれた場合に、燃料集合体内の燃料棒
のうち、特に制御棒鉛直方向中心軸側のコーナーロッド
（以下制御棒中心側のコーナーロッドという。）の出力
が局所的に大きくなる現象である。その要因は、制御棒
が隣接して燃焼することによる片燃え効果、すなわち、
制御棒中心側のコーナー領域燃料棒の燃焼遅れおよび中
性子スペクトル硬化によるコーナー領域にある燃料棒の
プルトニウム（ＰＬＩ）蓄積促進等にある。
集合体を配置する理由は、制御棒履歴効果による燃料棒
出力の増加を抑制するためである。制御棒履歴効果とは
、制御棒が引き抜かれた場合に、燃料集合体内の燃料棒
のうち、特に制御棒鉛直方向中心軸側のコーナーロッド
（以下制御棒中心側のコーナーロッドという。）の出力
が局所的に大きくなる現象である。その要因は、制御棒
が隣接して燃焼することによる片燃え効果、すなわち、
制御棒中心側のコーナー領域燃料棒の燃焼遅れおよび中
性子スペクトル硬化によるコーナー領域にある燃料棒の
プルトニウム（ＰＬＩ）蓄積促進等にある。
沸騰水型原子炉では、炉内に発生するボイドの影響から
、ボイド量の多い燃料集合体上部の方が下部より制御棒
履歴効果による局所出力への影響が大きいことが知られ
ている。
、ボイド量の多い燃料集合体上部の方が下部より制御棒
履歴効果による局所出力への影響が大きいことが知られ
ている。
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、燃料健全性を向上させ、かつ、原子炉稼動率
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。
ところは、燃料健全性を向上させ、かつ、原子炉稼動率
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。
本発明は、沸騰水型原子炉の制御棒履歴効果に関する知
見に基づいている。すなわち、制御棒の長期間挿入によ
りＵ２３８を含む燃料では、Ｕ ２３８ ＋ｎ 、ｐ
ｕ ２！１０ …、、°（１）の反応
により、プルトニウム（ＰＩ）の生成が進み、捷だ、制
御棒挿入時は、制御棒中心側のコーナーロッド付近の出
力が下がり、プルトニウムの燃焼がゆるやかであるだめ
、プルトニウムの蓄積が促進されることに着目してなさ
れたもので、燃料集合体の制御棒隣接時にこの制御棒の
鉛直方向中心軸に近接する角部に位置する燃料棒および
この燃料棒の周辺の燃料棒のうち少なくとも上記角部に
位置する燃料棒はプルトニウム酸化物と中性子吸収断面
が小さい高温材料との混合物の粉末焼結体を燃料として
充てんしたものとし、上記のＵ２′８からＩ）ＬＩ２３
９が生成される反応をなくし、ｐｕの生成、蓄積を起さ
ないようにした点にある。
見に基づいている。すなわち、制御棒の長期間挿入によ
りＵ２３８を含む燃料では、Ｕ ２３８ ＋ｎ 、ｐ
ｕ ２！１０ …、、°（１）の反応
により、プルトニウム（ＰＩ）の生成が進み、捷だ、制
御棒挿入時は、制御棒中心側のコーナーロッド付近の出
力が下がり、プルトニウムの燃焼がゆるやかであるだめ
、プルトニウムの蓄積が促進されることに着目してなさ
れたもので、燃料集合体の制御棒隣接時にこの制御棒の
鉛直方向中心軸に近接する角部に位置する燃料棒および
この燃料棒の周辺の燃料棒のうち少なくとも上記角部に
位置する燃料棒はプルトニウム酸化物と中性子吸収断面
が小さい高温材料との混合物の粉末焼結体を燃料として
充てんしたものとし、上記のＵ２′８からＩ）ＬＩ２３
９が生成される反応をなくし、ｐｕの生成、蓄積を起さ
ないようにした点にある。
以下本発明を第４図に示した実施例お」：び第５図、第
６図を用いて詳細に説明する。
６図を用いて詳細に説明する。
第４図は本発明の制御セル構成用の燃料集合体の一実施
例を示す水平方向断面の模式図である。
例を示す水平方向断面の模式図である。
燃料集合体３０ば、多数本の燃料棒をチャンネルボック
ス５０に収納した構成としてあり、その鉛直方向断面図
は第３図と同様となっている。燃料棒としては、最高濃
縮度燃料棒■、高濃縮度燃料棒■、中間高濃縮度燃料棒
■、中間濃縮度燃料棒■、中間低濃縮度燃料棒■、低濃
縮度燃料棒■、最低濃縮度燃料棒■、ウォータロッド［
相］などが図示のように配置してあり、４１で示しであ
る制御棒２０の中心側コーナーロッドである最低濃縮度
燃料棒■は、燃料としてＰｕＯ２とＺｒＯ２の粉末焼結
体を用いである。
ス５０に収納した構成としてあり、その鉛直方向断面図
は第３図と同様となっている。燃料棒としては、最高濃
縮度燃料棒■、高濃縮度燃料棒■、中間高濃縮度燃料棒
■、中間濃縮度燃料棒■、中間低濃縮度燃料棒■、低濃
縮度燃料棒■、最低濃縮度燃料棒■、ウォータロッド［
相］などが図示のように配置してあり、４１で示しであ
る制御棒２０の中心側コーナーロッドである最低濃縮度
燃料棒■は、燃料としてＰｕＯ２とＺｒＯ２の粉末焼結
体を用いである。
ＺｒＯ２は高温材料で、中性子吸収断面積が小さい物質
で、融点は約２７００ｔＺであり、ＰｕＯ２の融点的２
４０００にくらべても高い融点であり、実用上問題とな
らない高温材料である。
で、融点は約２７００ｔＺであり、ＰｕＯ２の融点的２
４０００にくらべても高い融点であり、実用上問題とな
らない高温材料である。
第５図はｐ ｕ Ｏ２Ｚ ｒＯ２系の状態図ＣＤ、 Ｉ
ｉ’。
ｉ’。
Ｃａｒｒｏ Ｉ Ｉ、 Ｊ、 Ａｍ、 Ｃｅｒａｍ、
Ｓｏｃ、 、 ４６ ：１９５ （１９６３）参照〕で
ある。第５図よりｐｕｏ、、とＺｒＯ２とは、少なくと
も１２００ｔＺ’以上では任意の割合で固溶するため、
１６００Ｃ程度で焼結し、ペレット化できることがわか
る。
Ｓｏｃ、 、 ４６ ：１９５ （１９６３）参照〕で
ある。第５図よりｐｕｏ、、とＺｒＯ２とは、少なくと
も１２００ｔＺ’以上では任意の割合で固溶するため、
１６００Ｃ程度で焼結し、ペレット化できることがわか
る。
まだ、Ｚｒの熱中性子吸収断面積は約０．２バーンであ
り、Ｚｒ１ｄ従来より原子炉の燃料の被覆管材などとし
て用いられており、熱中性子吸収断面積が小さな物質と
して知られている。
り、Ｚｒ１ｄ従来より原子炉の燃料の被覆管材などとし
て用いられており、熱中性子吸収断面積が小さな物質と
して知られている。
上記した本発明に係る第４図に示す燃料集合体を用いる
と、制御棒２０の中心側コーナーロッド４１において、
従来のＵ０２燃料での（１）式の反応がないため、制御
棒２０挿入によるプルトニウムの蓄積促進がなく、プル
トニウム燃料の燃焼遅れだけとなる。
と、制御棒２０の中心側コーナーロッド４１において、
従来のＵ０２燃料での（１）式の反応がないため、制御
棒２０挿入によるプルトニウムの蓄積促進がなく、プル
トニウム燃料の燃焼遅れだけとなる。
制御棒中心側コーナーロッドがＵ Ｏ２燃料の場合、燃
料集合体平均燃焼度約１３０００ＭＷＤ／ＭＴより制御
棒を挿入し、制御棒を挿入した状態で６０００ＭＷＤ／
ＭＴ燃焼した後のＵ２３５とｐ ｕ ２３９との割合は
ほぼ１：１となる。このとき、上記コーナーロッドの局
所出力ビーキングは、制御棒挿入に加する。
料集合体平均燃焼度約１３０００ＭＷＤ／ＭＴより制御
棒を挿入し、制御棒を挿入した状態で６０００ＭＷＤ／
ＭＴ燃焼した後のＵ２３５とｐ ｕ ２３９との割合は
ほぼ１：１となる。このとき、上記コーナーロッドの局
所出力ビーキングは、制御棒挿入に加する。
第６図は本発明に係る燃料集合体の制御棒２０中心側コ
ーナーロツド４１の局所出力ビーキングの燃焼にともな
う変化例を示した線図である。本発明に係るように、コ
ーナーロッド４１としてＰｕＯ２−ＺｒＯ２燃料を充て
んしたものを用いると、局所出力ビーキングの変化は実
線ａで示すようになり、局所出力ビーキングの増加幅は
破線すで示した従来のものに比較して約１２％減少する
。これは、線出力密度にして約１ｋＷ／ｆｔの低減効果
であり、制御棒パターン交換の回数を減らすことにより
稼動率の向上につながるとともに、到達線出力密度の低
減により燃料の健全性が大幅に向上する。
ーナーロツド４１の局所出力ビーキングの燃焼にともな
う変化例を示した線図である。本発明に係るように、コ
ーナーロッド４１としてＰｕＯ２−ＺｒＯ２燃料を充て
んしたものを用いると、局所出力ビーキングの変化は実
線ａで示すようになり、局所出力ビーキングの増加幅は
破線すで示した従来のものに比較して約１２％減少する
。これは、線出力密度にして約１ｋＷ／ｆｔの低減効果
であり、制御棒パターン交換の回数を減らすことにより
稼動率の向上につながるとともに、到達線出力密度の低
減により燃料の健全性が大幅に向上する。
（９）
寸だ、制御棒挿入期間が長い場合には、制御棒中心側コ
ーナーロッド４１の周辺の燃料棒もＰｕＯ２−ｚ ｒＯ
２の粉末焼結体を充てんしたものとすることにより、稼
動率向上、燃料の健全性向上をはかることができる。
ーナーロッド４１の周辺の燃料棒もＰｕＯ２−ｚ ｒＯ
２の粉末焼結体を充てんしたものとすることにより、稼
動率向上、燃料の健全性向上をはかることができる。
以上説明したように、本発明によれば、燃料健全性を向
上させ、かつ、原子炉稼動率を向上させることができる
という効果がある。
上させ、かつ、原子炉稼動率を向上させることができる
という効果がある。
第１図は沸騰水型原子炉の水平方向断面の模式図、第２
図は第１図のＡ部（単位セル）詳細拡大図、第３図は第
２図の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の模式図、第
５図はｐ’ ｕ Ｏ２Ｚ ｒＯ２系の状態図、第６図は
本発明に係る燃料集合体の制御棒中心側コーナーロッド
の局所出力ビーキングの変化を示し一＠線図である。 １０・・・単位セル、２０・・・制御棒、３０・・・燃
料集合体、４０・・・燃料棒、４１・・・制御棒中心側
コーナー（１０） ｏラド（燃料棒）、５０・・・チャンネルボックス。 代理人 弁理士 長崎博男 （ほか１名） 第 ３ 日 （ＣＬ） 茅４図
図は第１図のＡ部（単位セル）詳細拡大図、第３図は第
２図の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の模式図、第
５図はｐ’ ｕ Ｏ２Ｚ ｒＯ２系の状態図、第６図は
本発明に係る燃料集合体の制御棒中心側コーナーロッド
の局所出力ビーキングの変化を示し一＠線図である。 １０・・・単位セル、２０・・・制御棒、３０・・・燃
料集合体、４０・・・燃料棒、４１・・・制御棒中心側
コーナー（１０） ｏラド（燃料棒）、５０・・・チャンネルボックス。 代理人 弁理士 長崎博男 （ほか１名） 第 ３ 日 （ＣＬ） 茅４図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 沸騰水型原子炉用燃料集合体において、制御棒隣接
時に該制御棒の鉛直方向中心軸に近接する角部に位置す
る燃料棒および該燃料棒の周辺の燃料棒のうち少なくと
も前記角部に位置する燃料棒はプルトニウム酸化物と中
性子吸収断面積が小さい高温材料との混合物の粉末焼結
体を燃料として充てんしであることを特徴とする燃料集
合体。 ２、前記高温材料はジルコニウム酸化物である特許請求
の範囲第１項記載の燃料集合体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57185726A JPS5975184A (ja) | 1982-10-21 | 1982-10-21 | 燃料集合体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57185726A JPS5975184A (ja) | 1982-10-21 | 1982-10-21 | 燃料集合体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5975184A true JPS5975184A (ja) | 1984-04-27 |
Family
ID=16175775
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57185726A Pending JPS5975184A (ja) | 1982-10-21 | 1982-10-21 | 燃料集合体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5975184A (ja) |
-
1982
- 1982-10-21 JP JP57185726A patent/JPS5975184A/ja active Pending
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