JPS601591A - 可燃性毒物燃料要素及びその製造方法 - Google Patents
可燃性毒物燃料要素及びその製造方法Info
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- JPS601591A JPS601591A JP58109713A JP10971383A JPS601591A JP S601591 A JPS601591 A JP S601591A JP 58109713 A JP58109713 A JP 58109713A JP 10971383 A JP10971383 A JP 10971383A JP S601591 A JPS601591 A JP S601591A
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- 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
- Solid Fuels And Fuel-Associated Substances (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〕
本発明は可燃性毒物燃料要素、特に、原子炉の初期の余
剰反応度を中性子吸収断面積の犬なる可燃性毒物で抑制
し、燃焼にともなうこの可燃性毒物の原子数密度の減少
によって、余剰反応度が解放されるようになっている、
所謂可燃性毒物燃料要素に関するものである。
剰反応度を中性子吸収断面積の犬なる可燃性毒物で抑制
し、燃焼にともなうこの可燃性毒物の原子数密度の減少
によって、余剰反応度が解放されるようになっている、
所謂可燃性毒物燃料要素に関するものである。
可燃性毒物燃料は、中性子吸収断面積の大なる物質が原
子炉内で中性子照射を受け、中性子捕獲反応によって、
崩壊チェーン上の別の核種に変換することによって、中
性子吸収率に変化を生じ、反応度制御能力が中性子照射
時間の函数として比較的急激に変化する燃料である。
子炉内で中性子照射を受け、中性子捕獲反応によって、
崩壊チェーン上の別の核種に変換することによって、中
性子吸収率に変化を生じ、反応度制御能力が中性子照射
時間の函数として比較的急激に変化する燃料である。
従来、このような可燃性毒物燃料は、可燃性毒物を粉末
状にしたものをウラン（Ｕ）又はプルトニウム（Ｐｕ
）燃料物質、もしくはこれらの混合物からなる燃料物質
に配合し、ベレットに焼結加工して燃料ピンに成形して
用いられている。
状にしたものをウラン（Ｕ）又はプルトニウム（Ｐｕ
）燃料物質、もしくはこれらの混合物からなる燃料物質
に配合し、ベレットに焼結加工して燃料ピンに成形して
用いられている。
第１図は軽水炉用の可燃性毒物入り燃料ピンを配列した
軽水炉用の燃料集合体の一例の説明図で、１はラッパー
管、２は可燃性毒物を含捷ない燃料ピン、３ｉｌＳｌ：
可燃性毒物入り（以下、単に彷物入シと称する）燃料ピ
ン、４は冷却４Ｎを示している。
軽水炉用の燃料集合体の一例の説明図で、１はラッパー
管、２は可燃性毒物を含捷ない燃料ピン、３ｉｌＳｌ：
可燃性毒物入り（以下、単に彷物入シと称する）燃料ピ
ン、４は冷却４Ｎを示している。
この場合、可燃性毒物を含丑ない燃料ピン２と毒物入り
燃料ピン３とは混在させ、中性子束分布や出力分布が局
所的に過度な歪を受けないように分散させている。
燃料ピン３とは混在させ、中性子束分布や出力分布が局
所的に過度な歪を受けないように分散させている。
毒物入り燃料ピン中の可燃性毒物の粒子の等価半径は約
５０〜２００μであるが、可燃性病物の形状とサイズは
予め慎重に設定されたものではなく、燃料との重量比を
設定して配合されているため、可燃性執拗の中性子吸収
率を人為的に変えて、余剰反応度と燃焼反応度は随意に
変えることはできなかった。。
５０〜２００μであるが、可燃性病物の形状とサイズは
予め慎重に設定されたものではなく、燃料との重量比を
設定して配合されているため、可燃性執拗の中性子吸収
率を人為的に変えて、余剰反応度と燃焼反応度は随意に
変えることはできなかった。。
本発明は、これらの問題点を除去し、余剰反応度と燃料
反応度を随意に変えることのできる可燃性毒物燃相要素
を提供することを目的とするものである。
反応度を随意に変えることのできる可燃性毒物燃相要素
を提供することを目的とするものである。
本発明は、燃料物質中に中性子吸収断面積の太なる可燃
性毒物を有し、原子炉の初期の余剰反応度を該可燃性毒
物で抑制し、燃焼にともなう該可燃性毒物の原子数密度
の減少により余剰反応度が解放される可燃性毒物燃料要
素において、前記可燃性毒物が一種の物質よりなる球状
体又は複数種の物質が層状に積層してなる球状体よりな
り、これらの球状体が前記燃料物質中に分散配設されて
いることを第１の特徴とし、同じく可燃性毒物燃料要素
において、前記可燃性毒物が一種又は隣接する複数種の
物質よシなる棒状体あるいは一種の物質よりなる膜状体
又は複数種の物質が層状をなす膜状体よりなり、これら
の棒状体又は膜状体が前記燃料物ａ中に配設されている
ことを第２の特徴とし、同じく可燃性毒物燃料要素の製
造方法において、前記可燃性毒物の少なくとも一種を用
い、該可燃性毒物の形状、該可燃性毒物の組み合せ、該
可燃性毒物の表面積、該可燃性毒物の前記燃料物質中の
装着場所等の少なくとも一つを選択して中性子吸収率←
Ｍと燃料要素内部への中性子貫通割合を調整して配設す
ることを槁３の特徴とするものである。
性毒物を有し、原子炉の初期の余剰反応度を該可燃性毒
物で抑制し、燃焼にともなう該可燃性毒物の原子数密度
の減少により余剰反応度が解放される可燃性毒物燃料要
素において、前記可燃性毒物が一種の物質よりなる球状
体又は複数種の物質が層状に積層してなる球状体よりな
り、これらの球状体が前記燃料物質中に分散配設されて
いることを第１の特徴とし、同じく可燃性毒物燃料要素
において、前記可燃性毒物が一種又は隣接する複数種の
物質よシなる棒状体あるいは一種の物質よりなる膜状体
又は複数種の物質が層状をなす膜状体よりなり、これら
の棒状体又は膜状体が前記燃料物ａ中に配設されている
ことを第２の特徴とし、同じく可燃性毒物燃料要素の製
造方法において、前記可燃性毒物の少なくとも一種を用
い、該可燃性毒物の形状、該可燃性毒物の組み合せ、該
可燃性毒物の表面積、該可燃性毒物の前記燃料物質中の
装着場所等の少なくとも一つを選択して中性子吸収率←
Ｍと燃料要素内部への中性子貫通割合を調整して配設す
ることを槁３の特徴とするものである。
第２図は一例として酸化ガドリニウム（カドリニア）（
Ｇｄ２０３ ）を軽水炉の可燃性毒物として使用した場
合の相対的な反応度変化を示す。この図は３０％Ｇｄ２
Ｏ３を含む耐物入り燃料ピンを装荷した場合を示し、横
軸には燃焼度（ＧＷＤ／［）、縦軸にはＧｄ２Ｏ３反応
度価値とＱｄＮ位体の組成変化（相対値）がとってあり
、ＡはＧｄ１５５〜Ｑｄ１５７のガドリニア反応度価値
、Ｂ及びＣはそれぞれＱ、ｄ１５及びＱｄ１５７の組成
変化を示している。
Ｇｄ２０３ ）を軽水炉の可燃性毒物として使用した場
合の相対的な反応度変化を示す。この図は３０％Ｇｄ２
Ｏ３を含む耐物入り燃料ピンを装荷した場合を示し、横
軸には燃焼度（ＧＷＤ／［）、縦軸にはＧｄ２Ｏ３反応
度価値とＱｄＮ位体の組成変化（相対値）がとってあり
、ＡはＧｄ１５５〜Ｑｄ１５７のガドリニア反応度価値
、Ｂ及びＣはそれぞれＱ、ｄ１５及びＱｄ１５７の組成
変化を示している。
Ｇｄ２Ｏ３中のＧｄＮ位体は、Ｇｄ−１５２゜Ｇ ｄ、
−１５４、Ｇ ｄ １５５ 、 Ｇ ｄ −１５６。
−１５４、Ｇ ｄ １５５ 、 Ｇ ｄ −１５６。
Ｇ ｄ −１５７、Ｇ ｄ −１５８及びＱｄ−１６０
の７ａｉ類であるが、その中で質ｉ数が奇数のものは熱
中性子に対して大きな吸収断面積を持っている。
の７ａｉ類であるが、その中で質ｉ数が奇数のものは熱
中性子に対して大きな吸収断面積を持っている。
すなわち、Ｑｄ−１５５及びＧｄ−１５７はそれ断
ぞれ６１００バーン及び２５４００バーンの吸収戸積を
持っており、燃料核種Ｕ−２３５の核分裂断面積１．８
バーンにくらべて、約３４００〜１４０００倍も太きい
。従って、Ｇｄｚ０３はＵＯ２にくらべて約１００００
倍の中性子吸収断面積を持っているため、中性子バラン
ス上、ごく少量でも反応度を制御することが可能となる
。
持っており、燃料核種Ｕ−２３５の核分裂断面積１．８
バーンにくらべて、約３４００〜１４０００倍も太きい
。従って、Ｇｄｚ０３はＵＯ２にくらべて約１００００
倍の中性子吸収断面積を持っているため、中性子バラン
ス上、ごく少量でも反応度を制御することが可能となる
。
第２図において、中性子吸収率が燃焼度６５００ ＭＷ
Ｄ／ ｉ以下で急激に低下するのは、Ｃ）ｄ−１５５と
Ｇｄ−１５７の急激な減少によるものであり、６５ｏ
ＯＭＷＤ ／ を以上ではソ一定の中性子吸収率を保持
しているのは、吸収断面積の小さい偶数核Ｇｄ−１５２
、Ｇｄ−１５６，Ｇｄ−１５８゜Ｇｄ−ｆ１６０の幇与
によるものである。
Ｄ／ ｉ以下で急激に低下するのは、Ｃ）ｄ−１５５と
Ｇｄ−１５７の急激な減少によるものであり、６５ｏ
ＯＭＷＤ ／ を以上ではソ一定の中性子吸収率を保持
しているのは、吸収断面積の小さい偶数核Ｇｄ−１５２
、Ｇｄ−１５６，Ｇｄ−１５８゜Ｇｄ−ｆ１６０の幇与
によるものである。
第３図は、（）ｄ２０３を重量比で３％含む毒物入り燃
料と通常の燃料の無限増倍率の燃焼度変化の−ｆｌｌを
示すもので横軸、縦軸には、それぞれ燃焼度（ＭＷＤ／
ｌ）及び無限増倍率１（〜がとってあり、Ｄは可燃性毒
物を含捷ない燃料、Ｅは毒物入り（３重量％Ｇｄ２Ｏ３
含有）燃料の場合を示している。燃焼度０では、約５％
の反応度に抑制されているが、この反応度抑止力は燃焼
とともに漸次弱まり、反応度は漸次増加していく。約６
５００へ・ハＶＤ／ｌでＧｄ２Ｏ３中の主要核種がはソ
燃えつきるため、反応度はピークに達し、それ以降は通
常の燃料の燃料特性に近くなる。
料と通常の燃料の無限増倍率の燃焼度変化の−ｆｌｌを
示すもので横軸、縦軸には、それぞれ燃焼度（ＭＷＤ／
ｌ）及び無限増倍率１（〜がとってあり、Ｄは可燃性毒
物を含捷ない燃料、Ｅは毒物入り（３重量％Ｇｄ２Ｏ３
含有）燃料の場合を示している。燃焼度０では、約５％
の反応度に抑制されているが、この反応度抑止力は燃焼
とともに漸次弱まり、反応度は漸次増加していく。約６
５００へ・ハＶＤ／ｌでＧｄ２Ｏ３中の主要核種がはソ
燃えつきるため、反応度はピークに達し、それ以降は通
常の燃料の燃料特性に近くなる。
本発明は、とのような可燃性偶物の中性子吸収率を人為
的に変え、余剰反応度と燃焼反応度の時間変化を随意に
かえうる可燃性毒物燃料要素であって、強い中性子吸収
率を原子炉内に挿入した場合、中性子の共鳴吸収反応に
ともなって、特定のエネルギーの中性子が遮蔽効果を受
け、吸収材の深部まで浸透しない点、または、必ずしも
共鳴吸収反応に関与しない場合でも、その中性子吸収断
面積が顕著に大きい場合は、吸収材の表面から深部に向
う中性子に対して空間的な遮蔽効果を受け、深部に１で
到達しない点に着目したものである。
的に変え、余剰反応度と燃焼反応度の時間変化を随意に
かえうる可燃性毒物燃料要素であって、強い中性子吸収
率を原子炉内に挿入した場合、中性子の共鳴吸収反応に
ともなって、特定のエネルギーの中性子が遮蔽効果を受
け、吸収材の深部まで浸透しない点、または、必ずしも
共鳴吸収反応に関与しない場合でも、その中性子吸収断
面積が顕著に大きい場合は、吸収材の表面から深部に向
う中性子に対して空間的な遮蔽効果を受け、深部に１で
到達しない点に着目したものである。
次にその検討内容について説明する。前述のように、中
性子弾吸収材では、中性子束が吸収材の表面から深部に
いくにつれ、漸次減少していく。
性子弾吸収材では、中性子束が吸収材の表面から深部に
いくにつれ、漸次減少していく。
説明を簡単にするため、平板状可燃性毒物の表面に熱中
性子を照射した場合について述べる。
性子を照射した場合について述べる。
入射中性子束が可燃性毒物に吸収されないで透過してい
く割合を中性子透過係数αとすると、平板状吸収材に対
するαは、 α−（１”０）’ｅＸＩ）［： ”。］十Ｘ４ ・Ｅ＋
（Ｘｏｌ −（１）ｘｏ−２Σ、・Ｔ ・・（３） であられされる。ここでΣ８は吸収材の巨視的中性子吸
収断面積、Ｔは平板の厚さを示す。第４図は軽水炉中に
平板状のＧｄ２Ｏ３可燃性毒物を挿入した場合の平板の
厚さと中性子透過係数との関係を示すもので、横軸及び
縦軸にそれぞれ平板の厚さくμ）及び中性子透過係数が
とっである。
く割合を中性子透過係数αとすると、平板状吸収材に対
するαは、 α−（１”０）’ｅＸＩ）［： ”。］十Ｘ４ ・Ｅ＋
（Ｘｏｌ −（１）ｘｏ−２Σ、・Ｔ ・・（３） であられされる。ここでΣ８は吸収材の巨視的中性子吸
収断面積、Ｔは平板の厚さを示す。第４図は軽水炉中に
平板状のＧｄ２Ｏ３可燃性毒物を挿入した場合の平板の
厚さと中性子透過係数との関係を示すもので、横軸及び
縦軸にそれぞれ平板の厚さくμ）及び中性子透過係数が
とっである。
Ｇｄ２Ｏ３板の厚さを変えた場合の透過率αの変化から
あきらかなように、厚さ１０μの平板“では、約６０％
の中性子がＮｅ過するが、５０μになると約１０チにま
で小さくなる。すなわち、約９０％の中性子束がＧｄ２
Ｏ３板中で吸収される。顆粒状Ｇｄ２’Ｏａに対しても
、同じ傾向を示すので、可燃性毒物の厚さや粒径を変え
ることによって、中性子の吸収率を制御することが可能
である。同様に、中性子の吸収率は可燃性粉物の表面積
に比例するので、その表面に空孔を設けることによって
も中性子吸収率をかえることができる。
あきらかなように、厚さ１０μの平板“では、約６０％
の中性子がＮｅ過するが、５０μになると約１０チにま
で小さくなる。すなわち、約９０％の中性子束がＧｄ２
Ｏ３板中で吸収される。顆粒状Ｇｄ２’Ｏａに対しても
、同じ傾向を示すので、可燃性毒物の厚さや粒径を変え
ることによって、中性子の吸収率を制御することが可能
である。同様に、中性子の吸収率は可燃性粉物の表面積
に比例するので、その表面に空孔を設けることによって
も中性子吸収率をかえることができる。
可燃性毒物ｉを含む体系の無限増倍率に〜、ｐ、および
実効増倍率１＜ｅ＋ｒ＋ｐは であられされる。ここでくνΣｆφ〉、〈Σ１φ〉はそ
れぞれ中性子発生反応率、中性子吸収反応率をあられし
、〈ＤＢ２φ〉は中性子が炉心部から単位時間に漏洩し
ていく割合をあられす。第５式の分母における総和は、
可燃性毒物のなかのすべての核種の中性子吸収率の総和
をとることをあられす。第５式を用いると、可燃性毒物
の反応度ρは、で与えられる。ここでｋｅｆｔ は可燃
性毒物を含まない状態での実効増倍率をあられす。これ
は第５式において、可燃性毒物の寄与を無視した式で近
似計算できる。
実効増倍率１＜ｅ＋ｒ＋ｐは であられされる。ここでくνΣｆφ〉、〈Σ１φ〉はそ
れぞれ中性子発生反応率、中性子吸収反応率をあられし
、〈ＤＢ２φ〉は中性子が炉心部から単位時間に漏洩し
ていく割合をあられす。第５式の分母における総和は、
可燃性毒物のなかのすべての核種の中性子吸収率の総和
をとることをあられす。第５式を用いると、可燃性毒物
の反応度ρは、で与えられる。ここでｋｅｆｔ は可燃
性毒物を含まない状態での実効増倍率をあられす。これ
は第５式において、可燃性毒物の寄与を無視した式で近
似計算できる。
上述のように、可燃性毒物の反応度はその中性子吸収率
からめることができる。中性子束分布φ（ｒ、Ｅ）（ｒ
：空間座標、Ｅ：エネルギー）を持つ体系に、巨視的中
性子吸収断面積Σ、：、（ｒ、Ｅ＋を持つ可燃性毒物ｉ
を挿入した場合の中性子吸収率〈Σ、。ｊ、φ〉は （１） 〈Σ３．．φ＞ −ｆｆΣ−、ｐ（ｒ、Ｅ）φ（ｒ、Ｅ
）ｄｒ”ｄＥ−Σ１．ｐ・φ・ΔＶ・・・（７） で与えられる。ここでｄＥ３は体積要素をあられす。
からめることができる。中性子束分布φ（ｒ、Ｅ）（ｒ
：空間座標、Ｅ：エネルギー）を持つ体系に、巨視的中
性子吸収断面積Σ、：、（ｒ、Ｅ＋を持つ可燃性毒物ｉ
を挿入した場合の中性子吸収率〈Σ、。ｊ、φ〉は （１） 〈Σ３．．φ＞ −ｆｆΣ−、ｐ（ｒ、Ｅ）φ（ｒ、Ｅ
）ｄｒ”ｄＥ−Σ１．ｐ・φ・ΔＶ・・・（７） で与えられる。ここでｄＥ３は体積要素をあられす。
同様にして、可燃性書物以外の燃料の中性子吸収率〈Σ
８φ〉と中性子発生反応率〈νΣｆφ〉は〈Σ、φ〉ミ
〃Σ、（ｒ、Ｅ）φ（ｒ、Ｅ）ｄｒ３ｄＥ＝Ｘ、Ｊ−Δ
ｖ ・（ｓ）くνΣｆφ＞−ｆｆνΣｒ（ｒ、Ｅ）φ（
ｒ、 Ｅ） ｄｒ ３ｄＥ−ｖΣｌ’φ・ΔＶ−（９）
で与えられる。第７式から第９式における積分は炉心全
領域、全エネルギー範囲についての積分をあられし、右
辺は巨視的断面積、平均中性子束、および炉心体積（Δ
Ｖ）をあられす。
８φ〉と中性子発生反応率〈νΣｆφ〉は〈Σ、φ〉ミ
〃Σ、（ｒ、Ｅ）φ（ｒ、Ｅ）ｄｒ３ｄＥ＝Ｘ、Ｊ−Δ
ｖ ・（ｓ）くνΣｆφ＞−ｆｆνΣｒ（ｒ、Ｅ）φ（
ｒ、 Ｅ） ｄｒ ３ｄＥ−ｖΣｌ’φ・ΔＶ−（９）
で与えられる。第７式から第９式における積分は炉心全
領域、全エネルギー範囲についての積分をあられし、右
辺は巨視的断面積、平均中性子束、および炉心体積（Δ
Ｖ）をあられす。
中性子吸収断面積が極度に大きく、可燃性毒物を挿入し
たことによって、中性子束の空間分布が顕著に歪を受け
る場合は、菓７式の平均中性子束φは中性子が可燃性青
物から逃げ出す確率Ｐ６１、を用いて、 φ−Ｐ８．。・φ０ ・・・００） ・・・α１） でめることができる。第５図は可燃性毒物中の中性子衝
突確率の計ｑ、法の説明図で、５は可燃性毒物、６は表
面上の面積素ｄＳ、７は面積素上の方向の立体角ｄΩ、
１０は中性子が可燃性毒物中を衝突ぜず飛行する距離Ｓ
（Ω）を示すもので、この図の示すように第１１式のベ
クトルΩ＋”１ばそれぞれ中性子が逃げ出す方向、接平
面ｄＳ。
たことによって、中性子束の空間分布が顕著に歪を受け
る場合は、菓７式の平均中性子束φは中性子が可燃性青
物から逃げ出す確率Ｐ６１、を用いて、 φ−Ｐ８．。・φ０ ・・・００） ・・・α１） でめることができる。第５図は可燃性毒物中の中性子衝
突確率の計ｑ、法の説明図で、５は可燃性毒物、６は表
面上の面積素ｄＳ、７は面積素上の方向の立体角ｄΩ、
１０は中性子が可燃性毒物中を衝突ぜず飛行する距離Ｓ
（Ω）を示すもので、この図の示すように第１１式のベ
クトルΩ＋”１ばそれぞれ中性子が逃げ出す方向、接平
面ｄＳ。
法線方向を示し、Ｓは司燃性習ｉ物中のΩ方向の飛程を
あられす。
あられす。
第１０式と第１１式からあきらかなように、可燃性毒物
の中性子吸収率は、毒物の重量だけでなく、その幾可形
状にも依存する。
の中性子吸収率は、毒物の重量だけでなく、その幾可形
状にも依存する。
可燃性毒物の反応度が数チ程度の比較的小さい場合の実
効増倍率ｌ（。ｆｆ、 ｐは、青物を含まない場合の無
限増倍係数に−を用いて、第５式からで近似的にめるこ
とができる。第１２式の中性子吸収率くＤＢ２φ〉のｋ
ｅｆｌ、ｐへの寄与は、軽水炉では約２チ、大型高速増
殖炉では約１０チである。
効増倍率ｌ（。ｆｆ、 ｐは、青物を含まない場合の無
限増倍係数に−を用いて、第５式からで近似的にめるこ
とができる。第１２式の中性子吸収率くＤＢ２φ〉のｋ
ｅｆｌ、ｐへの寄与は、軽水炉では約２チ、大型高速増
殖炉では約１０チである。
この寄与率は炉心の燃焼によって大きく変化しないので
、可燃性毒物の反応度をめる場合は無視できる。従って
、第１２式は で近似できる。これからあきらかなように、ｋ、＋＋＋
ｐおよび第６式で定義した反応度ρの計算は、可燃性毒
物の中性子吸収率の計算に帰着する。そこで、一般的な
可燃性毒物に対する中性子吸収率について以下に述べる
。
、可燃性毒物の反応度をめる場合は無視できる。従って
、第１２式は で近似できる。これからあきらかなように、ｋ、＋＋＋
ｐおよび第６式で定義した反応度ρの計算は、可燃性毒
物の中性子吸収率の計算に帰着する。そこで、一般的な
可燃性毒物に対する中性子吸収率について以下に述べる
。
第６図に任意の形状からなる可燃性毒物が多重層を形成
している場合の断面を示す。この図で１゜２．３，４．
・・・帽（はそれぞれ異なる種類の可燃性毒物を示し
ている。とのように多重に積湘されている場合の中性子
吸収率〈Σｊｌｐφ〉はで与えられる。ここでΦは可燃
性毒物がない場合の中性子束、ΔｖｅとΔＶｋはそれぞ
れ炉心体積、ｋ１１目の領域の可燃性置物の体積をらら
れし、Σｌ、ｐ はに領域の巨視的中性子吸収断面積を
あられす。ｆｋｌ−ｉｋ番目の領域における中性子遮蔽
因子で、以下のとおり定義する。
している場合の断面を示す。この図で１゜２．３，４．
・・・帽（はそれぞれ異なる種類の可燃性毒物を示し
ている。とのように多重に積湘されている場合の中性子
吸収率〈Σｊｌｐφ〉はで与えられる。ここでΦは可燃
性毒物がない場合の中性子束、ΔｖｅとΔＶｋはそれぞ
れ炉心体積、ｋ１１目の領域の可燃性置物の体積をらら
れし、Σｌ、ｐ はに領域の巨視的中性子吸収断面積を
あられす。ｆｋｌ−ｉｋ番目の領域における中性子遮蔽
因子で、以下のとおり定義する。
第１４式のｆ、に関する階乗は、可燃性毒物の最外層か
ら順次遮蔽効果を受けてくることを示している。
ら順次遮蔽効果を受けてくることを示している。
巨視的中性子吸収断面積Σ、、厚さＴの平板状可燃性毒
物に対する遮蔽因子ｆｋは、第１式で定義した透過係数
αを用いて、 ｔ’ 、−１−ａ ・・・０の ２Ｘ。
物に対する遮蔽因子ｆｋは、第１式で定義した透過係数
αを用いて、 ｔ’ 、−１−ａ ・・・０の ２Ｘ。
であられされる。平板状Ｇ ｄ ２０３を可燃性毒物と
して使用した場合の、厚さと中性子遮蔽因子の関係を第
７図に示しである。この図の横軸及び縦軸にはそれぞれ
平板の厚さくμ）及び中性子遮蔽因子が示しである。こ
の図によると、約５０μでｆｋは約０２８になり、外部
の中性子束は表面で遮蔽されて、約２８％しか浸入しな
いことになる。
して使用した場合の、厚さと中性子遮蔽因子の関係を第
７図に示しである。この図の横軸及び縦軸にはそれぞれ
平板の厚さくμ）及び中性子遮蔽因子が示しである。こ
の図によると、約５０μでｆｋは約０２８になり、外部
の中性子束は表面で遮蔽されて、約２８％しか浸入しな
いことになる。
第８図は球状可燃性毒物を示し、同図（ａ）は単層球状
可燃性毒物、同図（１））はに個の多重層からなる球形
可燃性毒物の場合の断面を示している。ｒは単胤：球の
半径、ｒ、（ｎ＝１〜ｋ）は多層球の半径を示している
。第８図（ａ）に示す半径ｒの球形可燃性毒物に対する
透過係数α。、と遮蔽因子ｆ、ｐはα、ｐ−（：１−（
ρθ＋１）・ｅｘｐ （−ρ０１） ・・・αＧ）ρ０ ３１−α、ｐ ｆ、、＝−（） ・・・ａη ２ ２ρ０ ρｏ＝２Σ、・「 ・・・叫 で与えられる。第８図（ｂ）に示す内半径ｒｋ−１＋外
半径ｒｋの球殻可燃性毒物の場合も同様にあられすこと
ができる。遮蔽因子ｆｓｈ＋には ・・・Ｑ搬 ρ０ｋ＝２Σ＋＋ｋ・γに−（２０１ “ ｒｋ−１ ｒｋ−□ ・・・ｌ２ｖ ｒ。
可燃性毒物、同図（１））はに個の多重層からなる球形
可燃性毒物の場合の断面を示している。ｒは単胤：球の
半径、ｒ、（ｎ＝１〜ｋ）は多層球の半径を示している
。第８図（ａ）に示す半径ｒの球形可燃性毒物に対する
透過係数α。、と遮蔽因子ｆ、ｐはα、ｐ−（：１−（
ρθ＋１）・ｅｘｐ （−ρ０１） ・・・αＧ）ρ０ ３１−α、ｐ ｆ、、＝−（） ・・・ａη ２ ２ρ０ ρｏ＝２Σ、・「 ・・・叫 で与えられる。第８図（ｂ）に示す内半径ｒｋ−１＋外
半径ｒｋの球殻可燃性毒物の場合も同様にあられすこと
ができる。遮蔽因子ｆｓｈ＋には ・・・Ｑ搬 ρ０ｋ＝２Σ＋＋ｋ・γに−（２０１ “ ｒｋ−１ ｒｋ−□ ・・・ｌ２ｖ ｒ。
で与えられる。第９図は熱中性子炉で可燃性毒物として
球形のＧｄ２Ｏ３を用いた場合の可燃性毒物の半径と中
性子遮蔽因子との関係を示しているもので、横軸及び縦
軸にはそれぞれ半径（μ）及び中性子遮蔽因子がとって
あり、この図からあきらかなように、半径２００μで遮
蔽因子は約０．２４であり、表面に衝突した中性子の約
２４チが可燃性春物の中に入る。
球形のＧｄ２Ｏ３を用いた場合の可燃性毒物の半径と中
性子遮蔽因子との関係を示しているもので、横軸及び縦
軸にはそれぞれ半径（μ）及び中性子遮蔽因子がとって
あり、この図からあきらかなように、半径２００μで遮
蔽因子は約０．２４であり、表面に衝突した中性子の約
２４チが可燃性春物の中に入る。
基本的な形状に対する中性子遮蔽因子については上述し
たが、形状が初雑な一般の場合は、第１１式を用いて数
値解析、またはモンテ・カルロ法によって遮蔽因子をめ
ることができる。
たが、形状が初雑な一般の場合は、第１１式を用いて数
値解析、またはモンテ・カルロ法によって遮蔽因子をめ
ることができる。
以下、第１０図〜第２２図によって示しだ実施例につい
て説明する。
て説明する。
第１０図の実施例は、一種類の可燃性嶽物を使用した球
形可燃性毒物（以下単層球形可燃性毒物と称する）を使
用した毒物入り燃料ピンで、同図（ａ）の要部切欠断面
において１１は燃料ピン、１２は単層球形可燃性毒物を
示しており、同図Φ）には単層球形可燃性毒物の断面が
示しである。この実施例では、球形のサイズ（半径）を
かえることによって、反応度の大きさと燃焼特性を変え
ることができる。第１１図は第１０図に示した単層球形
可燃性毒物入り燃料を装荷した軽水炉において、球形の
サイズを変えた場合の、反応度（ｋ ａｆｔ ）の燃焼
時間変化を示したもので、横軸に燃焼時間（日）、縦軸
に実効増倍率（ｋ−＋ｒ）がとってあり、Ｆ、Ｇ及びＨ
はそれぞれ球形可燃性毒物の半径ｒが５０μ１１５θμ
及び３００μの場合を示している。この図は球形可燃性
毒物の半径が太きくなる程多量の中性子が吸収されて、
実効増倍率が小さくなっていることを示しており、同じ
可燃性毒物を使用しても、そのサイズによって反応度が
大幅にかわることがわかる。
形可燃性毒物（以下単層球形可燃性毒物と称する）を使
用した毒物入り燃料ピンで、同図（ａ）の要部切欠断面
において１１は燃料ピン、１２は単層球形可燃性毒物を
示しており、同図Φ）には単層球形可燃性毒物の断面が
示しである。この実施例では、球形のサイズ（半径）を
かえることによって、反応度の大きさと燃焼特性を変え
ることができる。第１１図は第１０図に示した単層球形
可燃性毒物入り燃料を装荷した軽水炉において、球形の
サイズを変えた場合の、反応度（ｋ ａｆｔ ）の燃焼
時間変化を示したもので、横軸に燃焼時間（日）、縦軸
に実効増倍率（ｋ−＋ｒ）がとってあり、Ｆ、Ｇ及びＨ
はそれぞれ球形可燃性毒物の半径ｒが５０μ１１５θμ
及び３００μの場合を示している。この図は球形可燃性
毒物の半径が太きくなる程多量の中性子が吸収されて、
実効増倍率が小さくなっていることを示しており、同じ
可燃性毒物を使用しても、そのサイズによって反応度が
大幅にかわることがわかる。
第１２図に示す実施例は複数種の可燃性毒物を層状に積
層した球形可燃性毒物（以下多重層球形可燃性毒物と称
する）を含む燃料ピンで、同図（ａ）は要部切欠断面を
示しており、１３は燃料ピン、１４は多重層球形用燃性
毒物を示しており、同図（ｂ）は同図（ａ）の多重層球
形可燃性動物の断面を示しており、この実施例では符号
１５．１６及び１７で示す３層に積層された可燃性毒物
よりなっている。可燃性毒物の選び方、各層の厚さのと
り方などは、炉心設計まだは炉の運転言４画から要求さ
れる必要反応度、出力分布１反応度の燃焼に伴う変化を
考慮して設定される。第１３図は第１２図の３重層球形
可燃性＃ｉ物入り燃料を軽水炉で使用した場合の反応度
の燃焼時間変化を例について比較したものである。３捗
類の可燃性毒物には、ボロンカーバイト（Ｂ４Ｃ）、酸
化ユーロピウム（Ｅｕ２０３ ）、Ｇｄ２Ｏ３を用い、
−例ハ各層（７）厚さが１００μの場合（同図（ａ）参
照）、他の例は第１層目のＢ４Ｃが５０μ、第２層目の
Ｅｕ ２０３が同じく５０μ、第３層目のＧｄｚＯ３が
２００μの場合（同図（ｂ）参照）の場合を示している
。横軸には燃焼時間（日）、縦軸には実効増倍率（ｋ、
＋＋）がとってあり■、及びＪばそれぞれ同図（ａ）、
及び（ｂ）の場合で、曲線■と曲線Ｊとの比較から明ら
かなように、初期の余剰反応度（１り。＋＋１）および
反応度の時間変化が著しく異なることがわかる。
層した球形可燃性毒物（以下多重層球形可燃性毒物と称
する）を含む燃料ピンで、同図（ａ）は要部切欠断面を
示しており、１３は燃料ピン、１４は多重層球形用燃性
毒物を示しており、同図（ｂ）は同図（ａ）の多重層球
形可燃性動物の断面を示しており、この実施例では符号
１５．１６及び１７で示す３層に積層された可燃性毒物
よりなっている。可燃性毒物の選び方、各層の厚さのと
り方などは、炉心設計まだは炉の運転言４画から要求さ
れる必要反応度、出力分布１反応度の燃焼に伴う変化を
考慮して設定される。第１３図は第１２図の３重層球形
可燃性＃ｉ物入り燃料を軽水炉で使用した場合の反応度
の燃焼時間変化を例について比較したものである。３捗
類の可燃性毒物には、ボロンカーバイト（Ｂ４Ｃ）、酸
化ユーロピウム（Ｅｕ２０３ ）、Ｇｄ２Ｏ３を用い、
−例ハ各層（７）厚さが１００μの場合（同図（ａ）参
照）、他の例は第１層目のＢ４Ｃが５０μ、第２層目の
Ｅｕ ２０３が同じく５０μ、第３層目のＧｄｚＯ３が
２００μの場合（同図（ｂ）参照）の場合を示している
。横軸には燃焼時間（日）、縦軸には実効増倍率（ｋ、
＋＋）がとってあり■、及びＪばそれぞれ同図（ａ）、
及び（ｂ）の場合で、曲線■と曲線Ｊとの比較から明ら
かなように、初期の余剰反応度（１り。＋＋１）および
反応度の時間変化が著しく異なることがわかる。
とのことから、多重層の相対的な厚さを変えることによ
って、必要な余剰反応度とその時間変化を制御すること
が可能となる。 ゛ 第１４図に示す実施例は、燃料ピンの中心軸１２、棒状
の多重層の可燃性毒物を挿入した燃料ピンで、同図（ａ
）は要部切欠断面、同図（ｂ）は棒状の多重層の可燃性
毒物の断面を示しており、１８は燃料ピン、１９は棒状
可燃性毒物を示し、符号２０．２１及び２２で３層に積
層された可燃性掛物を示している。この場合も第１２図
に示した球形多重層の場合と同様に、可燃性毒物の種類
、各層の厚さの選び方によって、幅広い反応度制御。
って、必要な余剰反応度とその時間変化を制御すること
が可能となる。 ゛ 第１４図に示す実施例は、燃料ピンの中心軸１２、棒状
の多重層の可燃性毒物を挿入した燃料ピンで、同図（ａ
）は要部切欠断面、同図（ｂ）は棒状の多重層の可燃性
毒物の断面を示しており、１８は燃料ピン、１９は棒状
可燃性毒物を示し、符号２０．２１及び２２で３層に積
層された可燃性掛物を示している。この場合も第１２図
に示した球形多重層の場合と同様に、可燃性毒物の種類
、各層の厚さの選び方によって、幅広い反応度制御。
出力分布等の燃焼度変化を必要に応じて制御することが
可能となる。反応度と出力分布とは強い関連を持ってお
り、空間点（ｘ、 ｙ、ｚ）における出力密度ｐ（ｘ、
ｙ、ｚｌは ｐ （ｘ、 ｙ＋ ｚ）γｋ −（ｘ、 ｙ、 ｚ）
・・・に）で近似できる。この式の右辺のｌ（−は第４
式で定義した量であり、可燃性書物が入ると小さくなる
。
可能となる。反応度と出力分布とは強い関連を持ってお
り、空間点（ｘ、 ｙ、ｚ）における出力密度ｐ（ｘ、
ｙ、ｚｌは ｐ （ｘ、 ｙ＋ ｚ）γｋ −（ｘ、 ｙ、 ｚ）
・・・に）で近似できる。この式の右辺のｌ（−は第４
式で定義した量であり、可燃性書物が入ると小さくなる
。
従って、例えば、第１４図の実施例の燃料ピンの構造の
燃料ベレットと通常の可燃性青物を含捷ない燃料ベレッ
トをベレット単位で不等間隔に交互に配列することによ
って、軸方向出力分布の平坦化を図ることができる。
燃料ベレットと通常の可燃性青物を含捷ない燃料ベレッ
トをベレット単位で不等間隔に交互に配列することによ
って、軸方向出力分布の平坦化を図ることができる。
第１５図の実施例は、燃料ベレットの中心軸に設けられ
た円筒形空孔の中に可燃性毒物球を装荷した燃料ピンの
要部切欠断面を示すもので、２３は燃料ピン、２４は燃
料２５内の可燃性可燃性毒物用装填、２６は減速材兼毒
物支持球、２７は可燃性毒物球、２８は可燃性毒物球２
７とは異なる可燃性毒物よりなる可燃性毒物球を示して
おり、この実施例の燃料ピンは数種類の可燃性毒物球、
この場合ｉｊ：２ ＫＭ類の可燃性毒物球２７及び２８
と減速材兼毒物支持球２６とを並用し、反応度、出力分
布等の制御に大きな自由度を持たせることができる。そ
してこれらの球状物質の装填１０序１間隔、減速４２兼
毒物支持球の物質の選定の仕方によって、反応度の制御
、出力分布の平坦化が容易に可能となる。
た円筒形空孔の中に可燃性毒物球を装荷した燃料ピンの
要部切欠断面を示すもので、２３は燃料ピン、２４は燃
料２５内の可燃性可燃性毒物用装填、２６は減速材兼毒
物支持球、２７は可燃性毒物球、２８は可燃性毒物球２
７とは異なる可燃性毒物よりなる可燃性毒物球を示して
おり、この実施例の燃料ピンは数種類の可燃性毒物球、
この場合ｉｊ：２ ＫＭ類の可燃性毒物球２７及び２８
と減速材兼毒物支持球２６とを並用し、反応度、出力分
布等の制御に大きな自由度を持たせることができる。そ
してこれらの球状物質の装填１０序１間隔、減速４２兼
毒物支持球の物質の選定の仕方によって、反応度の制御
、出力分布の平坦化が容易に可能となる。
第１６図の実施例は、多重層からなる穴めきフィルム状
可燃性毒物を燃料物質外表面に装着した燃料ピンを示す
もので、同図（ａ）は斜視状態、同図（ｂ）はその要部
断面斜視状態を示しており、２９は燃料ピン、３０は穴
あきフィルム状可燃性毒物、３１は穴あきフィルム状可
燃性毒物３０に設けられている空孔、３２．３３及び３
４は３層に積層された可燃性毒物を示している。この実
施例の燃料ピン２９においては、フィルム上の穴３１の
大きさによって、燃料ピン２９内に入射する中性子束の
大きさと可燃性青物に吸収される中性子数を調整するこ
とができる。毒物が多重層を形成している効果は第１２
図及び第１４図の場合と同様である。
可燃性毒物を燃料物質外表面に装着した燃料ピンを示す
もので、同図（ａ）は斜視状態、同図（ｂ）はその要部
断面斜視状態を示しており、２９は燃料ピン、３０は穴
あきフィルム状可燃性毒物、３１は穴あきフィルム状可
燃性毒物３０に設けられている空孔、３２．３３及び３
４は３層に積層された可燃性毒物を示している。この実
施例の燃料ピン２９においては、フィルム上の穴３１の
大きさによって、燃料ピン２９内に入射する中性子束の
大きさと可燃性青物に吸収される中性子数を調整するこ
とができる。毒物が多重層を形成している効果は第１２
図及び第１４図の場合と同様である。
第１７図の実施例は、多重１曽からなるフィルム状可燃
性掬物を、燃料物質の外側面に多段状に巻きつけた燃料
ピンで、同図（８泊斜視状態、同図（ｂ）はその要部断
面斜視状態を示しており、３５は燃料ピン、３７は多重
層の可燃性青物からなり燃料３６の外周面に所定の間隔
を置いて被着されているリボン状のフィルム状可燃性毒
物で、３８゜３９及び４０は３層に積層された可燃性毒
物を示している。この実施例は第１６図の実施例と同様
に作用し、同様の効果を得ることができる。
性掬物を、燃料物質の外側面に多段状に巻きつけた燃料
ピンで、同図（８泊斜視状態、同図（ｂ）はその要部断
面斜視状態を示しており、３５は燃料ピン、３７は多重
層の可燃性青物からなり燃料３６の外周面に所定の間隔
を置いて被着されているリボン状のフィルム状可燃性毒
物で、３８゜３９及び４０は３層に積層された可燃性毒
物を示している。この実施例は第１６図の実施例と同様
に作用し、同様の効果を得ることができる。
以上の第１４図、第１５図、第１６図及び第１７図は何
れも複数種の可燃性青物を用いた多重に積層された例を
示したが、場合によっては一種の可燃性毒物で構成した
単層の場合にも同様の作用効果を得ることができる。
れも複数種の可燃性青物を用いた多重に積層された例を
示したが、場合によっては一種の可燃性毒物で構成した
単層の場合にも同様の作用効果を得ることができる。
寿謄←第１８図の実施例は、燃料ピンを被覆する被覆管
の内面に単層または多重層の穴あきフィルム状可燃性毒
物を装着した燃料ピンを示しており、同図（ａ）は要部
切欠状態、同図Φ）は横断面を示し７ており、４１は燃
料ピン、４２は被覆管、４３は単層または単層の穴あき
フィルム状可燃性毒物を示しており、このように被覆管
に設けた場合も前述の実施例と同様の作用効果を得るこ
とができる。寸だ場合によっては多重層のフィルム状可
燃性毒物を用いることもできる。
の内面に単層または多重層の穴あきフィルム状可燃性毒
物を装着した燃料ピンを示しており、同図（ａ）は要部
切欠状態、同図Φ）は横断面を示し７ており、４１は燃
料ピン、４２は被覆管、４３は単層または単層の穴あき
フィルム状可燃性毒物を示しており、このように被覆管
に設けた場合も前述の実施例と同様の作用効果を得るこ
とができる。寸だ場合によっては多重層のフィルム状可
燃性毒物を用いることもできる。
第１９図は、第１０図に示した単層球形可燃性毒物と第
１２図に示しだ３重層球形可燃性毒物を混合して使用し
た場合の軽水炉における反応度の時間変化を示す特性線
図で、横軸には燃焼時間（日）、縦軸には実効増倍率及
び実効増嵐倍率の差（％）がとっである。Ｋは単層球形
可燃性毒物（以下単層と称する）：３重層球形可燃性毒
物（以下３層と称する）比−１：１の場合の実効増１：
３の場合の実効増倍率と単層の場合との差（（５）を示
すもので、このように、Ｉぐ、Ｌの時間変化を単層球形
の時間Ｏの場合の実効増倍率に対する差で比較すると、
Ｍ、Ｎに示すように時間依存性に顕著な差のあることが
認められる。
１２図に示しだ３重層球形可燃性毒物を混合して使用し
た場合の軽水炉における反応度の時間変化を示す特性線
図で、横軸には燃焼時間（日）、縦軸には実効増倍率及
び実効増嵐倍率の差（％）がとっである。Ｋは単層球形
可燃性毒物（以下単層と称する）：３重層球形可燃性毒
物（以下３層と称する）比−１：１の場合の実効増１：
３の場合の実効増倍率と単層の場合との差（（５）を示
すもので、このように、Ｉぐ、Ｌの時間変化を単層球形
の時間Ｏの場合の実効増倍率に対する差で比較すると、
Ｍ、Ｎに示すように時間依存性に顕著な差のあることが
認められる。
第２０図の実施例は、燃料ピンの軸方向に、粒径の異な
る二種類の可燃性和物を使用して、軽水炉の出力分布の
平坦化を図ったもので、半径３００μと２００μの二種
類の毒物を炉心軸方向８分の１の区間と８分の２の区間
に一様に装荷した場合で、横軸には４１１１方向相対位
置、縦軸には出力（相対値）がとっである。Ｏは粉末Ｇ
ｄ２Ｏ３を軸方向に一様に装荷した場合、Ｐはこの実施
例の場合、Ｑは単層球形可燃性毒物挿入位置で、軸方向
相対位置３〜６には３００μ、６重量％ （７）Ｇ （
Ｊｚ ０３、軸方向相対位置６〜９には２００μ、６重
量％の０ｄ２０３を挿入したものである。
る二種類の可燃性和物を使用して、軽水炉の出力分布の
平坦化を図ったもので、半径３００μと２００μの二種
類の毒物を炉心軸方向８分の１の区間と８分の２の区間
に一様に装荷した場合で、横軸には４１１１方向相対位
置、縦軸には出力（相対値）がとっである。Ｏは粉末Ｇ
ｄ２Ｏ３を軸方向に一様に装荷した場合、Ｐはこの実施
例の場合、Ｑは単層球形可燃性毒物挿入位置で、軸方向
相対位置３〜６には３００μ、６重量％ （７）Ｇ （
Ｊｚ ０３、軸方向相対位置６〜９には２００μ、６重
量％の０ｄ２０３を挿入したものである。
第２１図の実施例は、多重層からなるフィルム状可燃性
毒物を燃料ベレットと燃料ベレットとの間に装填したも
ので、３層のフィルム状可燃性毒物を燃料ベレットと燃
料ベレットとの間に挿入して反応度の制御と軸方向出力
分布の平坦化を図ったものである。第２１図の（ａ）は
要部切欠き断面、同図中）は同図（２）の要部の断面の
詳細を示すもので、４５は燃料ピン、４６は燃料−くレ
ット、４７は多重層可燃性毒物で、４８．４９及び５０
は３層に積層された多重層可燃性毒物を構成する可燃性
毒物を示している。第２２図は第２１図に示した可燃性
毒物を、燃料ピンの軸方向下部よりｌ／８と２／８との
間に、２対１の割合で装荷して、軽水炉の軸方向出力分
布の平坦化を図った場合の特性線図で、横軸には軸方向
相対位置、縦軸に出力（相対値）がとってあり、Ｑはフ
ィルム状可燃性７ｊＪ物挿入位置で４６及び４７はそれ
ぞれ燃料−くレット及び多重層可燃性毒物を示し、Ｒは
可燃性毒物を含まない場合の出力分布、Ｓはフィルム状
可燃性毒物を含む燃料ピン上の出力分布の微少変動、Ｔ
は燃料集合体平均の出力分布を示している。この図から
明らかなように、この実施例の出力分布はフィルム状可
燃性毒物を挿入した所では鋸歯状の微少変動がおこるが
、可燃性毒物を含まない他の燃料ピンとの平均の出力分
布は曲線Ｔの示すようになり、大幅な平坦化が実現され
ている。
毒物を燃料ベレットと燃料ベレットとの間に装填したも
ので、３層のフィルム状可燃性毒物を燃料ベレットと燃
料ベレットとの間に挿入して反応度の制御と軸方向出力
分布の平坦化を図ったものである。第２１図の（ａ）は
要部切欠き断面、同図中）は同図（２）の要部の断面の
詳細を示すもので、４５は燃料ピン、４６は燃料−くレ
ット、４７は多重層可燃性毒物で、４８．４９及び５０
は３層に積層された多重層可燃性毒物を構成する可燃性
毒物を示している。第２２図は第２１図に示した可燃性
毒物を、燃料ピンの軸方向下部よりｌ／８と２／８との
間に、２対１の割合で装荷して、軽水炉の軸方向出力分
布の平坦化を図った場合の特性線図で、横軸には軸方向
相対位置、縦軸に出力（相対値）がとってあり、Ｑはフ
ィルム状可燃性７ｊＪ物挿入位置で４６及び４７はそれ
ぞれ燃料−くレット及び多重層可燃性毒物を示し、Ｒは
可燃性毒物を含まない場合の出力分布、Ｓはフィルム状
可燃性毒物を含む燃料ピン上の出力分布の微少変動、Ｔ
は燃料集合体平均の出力分布を示している。この図から
明らかなように、この実施例の出力分布はフィルム状可
燃性毒物を挿入した所では鋸歯状の微少変動がおこるが
、可燃性毒物を含まない他の燃料ピンとの平均の出力分
布は曲線Ｔの示すようになり、大幅な平坦化が実現され
ている。
本発明は、余剰反応度と燃料反応度を随意に変えること
のできる可燃性毒物燃料要素を提供可能とするもので産
業上の効果の犬なるものである。
のできる可燃性毒物燃料要素を提供可能とするもので産
業上の効果の犬なるものである。
第１図は軽水炉用の可燃性毒物入り燃料ピンを配列した
セ崇す→Φ燃料集合体の一例の説明図、第２図は軽水炉
における３チのＧｄ２Ｏ３を可燃性毒物として含む燃料
を装荷した場合の可燃性毒物の反応度の燃焼度にともな
う相対変化を示す特性線図、第３図は軽水炉における可
燃性毒物を含む燃料と可燃性毒物を含１ない燃料の無限
増倍率の燃焼度変化を示す特性線図、第４図は軽水炉中
に平板状Ｇｄ２Ｏ３可燃性毒物を挿入した場合の平板の
厚さと中性子透過係数との関係を示す特性線図、第５図
は可燃性毒物中の中性子衝突確率の計算法の説明図、第
６図は任意の形状からなる可燃性毒物が多重層を形成し
ている場合の説明図、第７図は平板状Ｇｄ２Ｏ３可燃性
毒物の厚さと中性子連ゼ＆因子との関係を示す特性線図
、第８図（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ単層球形可燃性毒
物の説明図及び多重層からなる球形可燃性青物の要部説
明図、第９図（ｄｔｉｉ層Ｇｄ２Ｏ３球形可燃性毒物の
半径と中性子遮蔽因子との関係を示す特性線図、第１０
図（ａ）及び０））（ｄそれぞれ本発明の可燃性毒物燃
料要素の実施例の燃料ピンの要部切欠き断面図及び同図
（ａ）の要部の断面図、第１１図は第１０図の実施例の
燃焼時間と実効増倍率との関係を示す特性線図、第１２
図（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ同じく他の実施例の燃料
ピンの要部切欠き断面図及び同図（ａ）の要部の断面図
、第１３図は第１２図の実施例の燃焼時間と実効増倍率
との関係を示す特性線図、第１４図（ａ）及び（１〕）
はそれぞれ同じく他の実施例の燃料ピンの要部切欠き断
面図及び同図（ａ）の要部の断面図、第１５し１は同じ
く他の実施例の燃料ピンの要部切欠き断面図、第１６図
（ａ）及び（Ｉ〕）はそれぞハ他の実施例の斜視図及び
同図（ａ）の要部断面斜視図、第１７図（”）及び（ｂ
）はそれぞれ他の実施例の斜視図及び同図（ａ）の要部
断面斜視図、第１８図（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ他の
実施例の要部切欠き斜視図及び同図（ａ）の横断面図、
第１９図は同じく他の実施例の軽水炉における燃焼時間
と実効増倍率及び実効増倍率の差との関係を示す特性線
図、第２０図は同じく他の実施例の軽水炉における軸方
向相対位置と出力との関係を示す特性線図、第２１図（
ａ）及び（ｂ）はそれぞれ同じく他の実施例の要部切欠
き斜視図及び同図（ａ）の要部の断面図、第２２図は第
２１図の実施例を軽水炉に用いた場合の軸方向相対位置
と出方との関係を示す特性線図である。 １１・・・燃料ビン、１２・・・単層球形可燃性毒物、
１３・・・燃料ピン、１４・・・多重層球形可燃性毒物
、１５．１６．１７・・・可燃性毒物、１８・・燃料ピ
ン、１９・・・棒状可燃性病物、２０，２１．２２・・
・可燃性青物、２９・・・燃料ピン、３ｏ・・穴あきフ
ィルム状可燃性毒物、３１・・・穴、３２，３３．３４
・・・可燃性毒物、４１・・・燃料ピン、４２・・・被
覆管、４３・・・穴あきフィルム状可燃性毒物、４５・
・燃料ピン、４６・・・燃料ベレット、４７・・・多重
層可燃性青物、４８．４９．５０・・・可燃性毒物。 代理人 弁理士 長崎博男 ゛：パ ＼１． ： （ほか１名） 糖１図 ２１ 引７図 丸仏”ｘ尤Ｊ艷（ＧＷＤ／６） 弔へ＝図 ］λ耐うの１？３（μす Ｕ 弔６日 も−１図 平耐女の厚さくμ） 宅８図 （α） 糖ｑ図 −１−性（μ） （Ｃ１） 弔１２図 （６） １へ 弔１５図 弔１６図 先口図 （ａ）（鉗 高１８ （α） （ｇ） 竹
セ崇す→Φ燃料集合体の一例の説明図、第２図は軽水炉
における３チのＧｄ２Ｏ３を可燃性毒物として含む燃料
を装荷した場合の可燃性毒物の反応度の燃焼度にともな
う相対変化を示す特性線図、第３図は軽水炉における可
燃性毒物を含む燃料と可燃性毒物を含１ない燃料の無限
増倍率の燃焼度変化を示す特性線図、第４図は軽水炉中
に平板状Ｇｄ２Ｏ３可燃性毒物を挿入した場合の平板の
厚さと中性子透過係数との関係を示す特性線図、第５図
は可燃性毒物中の中性子衝突確率の計算法の説明図、第
６図は任意の形状からなる可燃性毒物が多重層を形成し
ている場合の説明図、第７図は平板状Ｇｄ２Ｏ３可燃性
毒物の厚さと中性子連ゼ＆因子との関係を示す特性線図
、第８図（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ単層球形可燃性毒
物の説明図及び多重層からなる球形可燃性青物の要部説
明図、第９図（ｄｔｉｉ層Ｇｄ２Ｏ３球形可燃性毒物の
半径と中性子遮蔽因子との関係を示す特性線図、第１０
図（ａ）及び０））（ｄそれぞれ本発明の可燃性毒物燃
料要素の実施例の燃料ピンの要部切欠き断面図及び同図
（ａ）の要部の断面図、第１１図は第１０図の実施例の
燃焼時間と実効増倍率との関係を示す特性線図、第１２
図（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ同じく他の実施例の燃料
ピンの要部切欠き断面図及び同図（ａ）の要部の断面図
、第１３図は第１２図の実施例の燃焼時間と実効増倍率
との関係を示す特性線図、第１４図（ａ）及び（１〕）
はそれぞれ同じく他の実施例の燃料ピンの要部切欠き断
面図及び同図（ａ）の要部の断面図、第１５し１は同じ
く他の実施例の燃料ピンの要部切欠き断面図、第１６図
（ａ）及び（Ｉ〕）はそれぞハ他の実施例の斜視図及び
同図（ａ）の要部断面斜視図、第１７図（”）及び（ｂ
）はそれぞれ他の実施例の斜視図及び同図（ａ）の要部
断面斜視図、第１８図（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ他の
実施例の要部切欠き斜視図及び同図（ａ）の横断面図、
第１９図は同じく他の実施例の軽水炉における燃焼時間
と実効増倍率及び実効増倍率の差との関係を示す特性線
図、第２０図は同じく他の実施例の軽水炉における軸方
向相対位置と出力との関係を示す特性線図、第２１図（
ａ）及び（ｂ）はそれぞれ同じく他の実施例の要部切欠
き斜視図及び同図（ａ）の要部の断面図、第２２図は第
２１図の実施例を軽水炉に用いた場合の軸方向相対位置
と出方との関係を示す特性線図である。 １１・・・燃料ビン、１２・・・単層球形可燃性毒物、
１３・・・燃料ピン、１４・・・多重層球形可燃性毒物
、１５．１６．１７・・・可燃性毒物、１８・・燃料ピ
ン、１９・・・棒状可燃性病物、２０，２１．２２・・
・可燃性青物、２９・・・燃料ピン、３ｏ・・穴あきフ
ィルム状可燃性毒物、３１・・・穴、３２，３３．３４
・・・可燃性毒物、４１・・・燃料ピン、４２・・・被
覆管、４３・・・穴あきフィルム状可燃性毒物、４５・
・燃料ピン、４６・・・燃料ベレット、４７・・・多重
層可燃性青物、４８．４９．５０・・・可燃性毒物。 代理人 弁理士 長崎博男 ゛：パ ＼１． ： （ほか１名） 糖１図 ２１ 引７図 丸仏”ｘ尤Ｊ艷（ＧＷＤ／６） 弔へ＝図 ］λ耐うの１？３（μす Ｕ 弔６日 も−１図 平耐女の厚さくμ） 宅８図 （α） 糖ｑ図 −１−性（μ） （Ｃ１） 弔１２図 （６） １へ 弔１５図 弔１６図 先口図 （ａ）（鉗 高１８ （α） （ｇ） 竹
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 ■、 燃料物質中に中性子吸収断面積の犬なる可燃性毒
物を有し、原子炉の初期の余剰反応度を該可燃性毒物で
抑制し、燃焼にともなう該可燃性毒物の原子数密度の減
少により余剰反応度が解放される可燃性毒物燃料要素に
おいて、前記可燃性毒物が一種の物質よりなる球状体又
は複数種の物質が層状に積層してなる球状体よりなり、
これらの球状体が前記燃料物質中に分散配設されている
ことを特徴とする可燃性毒物燃料要素。 ２ 燃料物質中に中性子吸収断面積の犬なる可燃性毒物
を有し、原子炉の初期の余剰反応度を該可燃性毒物で抑
制し、燃焼にともなう該可燃性毒物の原子数密度の減少
により余剰反応度が解放される可燃性毒物燃料要素にお
いて、前記可燃性毒物が一種又は隣接する複数種の物質
よりなる棒状体あるいは一種の物質よりなる膜状体又は
複数種の物質が層状をなす膜状体よりなり、これらの棒
状体又は膜状体が前記燃料物質中に配設されていること
を特徴とする可燃性毒物燃料要素。 ３、前記棒状体が、前記複数種の物質が同心状に積層し
て構成され前記燃料要素の中心軸に一致して配設された
ものである特許請求の範囲第２項記載の可燃性毒物燃料
要素。 ４ 前記棒状体が、前記複数種の物質のそれぞれよりな
る球状体が減速材兼毒物支持球を介して、前記燃料要素
の中心軸に設けられた穴内に一列に充填配設されたもの
である特許請求の範囲第２項記載の可燃性毒物燃料要素
。 ５、 前記膜状体が、前記燃料物質の外周面に沿って積
層され、かつ穴を有するものである特許請求の範囲第２
項記載の可燃性毒物燃料要素。 ６、前記膜状体が、前記燃料物質の外周面に沿って所定
の間隔を置いて積層されたものである特許請求の範囲第
２項記載の可燃性毒物燃料要素。 ７、前記膜状体が、前記燃料要素の軸方向に積層され、
該軸方向に所定の間隔を置いて配設されたものである特
許請求の範囲第２項記載の可燃性毒物燃料要素。 ８ 前記膜状体が、前記燃料要素の被覆管内壁面に沿っ
て設けられたものである特許請求の範囲第２項記載の可
燃性毒物灯料要素。 ９ 燃料物質中に中性子吸収断面積の犬なる可燃性病物
を有し、原子炉の初期の余剰反応度を該可燃性毒物で抑
制し、燃焼にともなう該可燃性毒物の原子数密度の減少
により余剰反応度が解放される可燃性毒物燃料要素の製
造方法において、前記ｎ」燃性毒物の少なくとも一種を
用いＸ、該可燃性毒物の形状、該可燃性病物の組み合せ
、該可燃性毒物の表面積、該可燃性毒物の前記燃料物質
中の装着場所等の少なくとも一つを選択して中性子吸収
率←鯛＋と燃料要素内部への中性子貫通割合を調整して
配設することを特徴とする可燃性毒物燃料要素の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58109713A JPS601591A (ja) | 1983-06-17 | 1983-06-17 | 可燃性毒物燃料要素及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58109713A JPS601591A (ja) | 1983-06-17 | 1983-06-17 | 可燃性毒物燃料要素及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS601591A true JPS601591A (ja) | 1985-01-07 |
Family
ID=14517331
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58109713A Pending JPS601591A (ja) | 1983-06-17 | 1983-06-17 | 可燃性毒物燃料要素及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS601591A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60231195A (ja) * | 1984-04-28 | 1985-11-16 | 動力炉・核燃料開発事業団 | 可燃性毒物入り核燃料ペレツト |
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| JPH08325906A (ja) * | 1995-05-30 | 1996-12-10 | Mitsuo Fujisawa | 装飾品及びその製造方法 |
| US7067768B2 (en) | 2001-05-18 | 2006-06-27 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Motor driven resistance spot welding gun |
| JP2008145285A (ja) * | 2006-12-11 | 2008-06-26 | Global Nuclear Fuel-Japan Co Ltd | 大粒径ガドリニア分散燃料ペレット、燃料棒および燃料集合体 |
| US20180151261A1 (en) * | 2016-11-25 | 2018-05-31 | Korea Advanced Institute Of Science And Technology | Sintered nuclear fuel pellet and manufacturing method thereof |
| US11367537B2 (en) * | 2017-05-09 | 2022-06-21 | Westinghouse Electric Company Llc | Annular nuclear fuel pellets with central burnable absorber |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS49103093A (ja) * | 1973-02-09 | 1974-09-28 | ||
| JPS5135885A (ja) * | 1974-09-24 | 1976-03-26 | Hitachi Ltd |
-
1983
- 1983-06-17 JP JP58109713A patent/JPS601591A/ja active Pending
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