JPS60196696A - 核燃料集合体 - Google Patents
核燃料集合体Info
- Publication number
- JPS60196696A JPS60196696A JP59052155A JP5215584A JPS60196696A JP S60196696 A JPS60196696 A JP S60196696A JP 59052155 A JP59052155 A JP 59052155A JP 5215584 A JP5215584 A JP 5215584A JP S60196696 A JPS60196696 A JP S60196696A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- nuclear fuel
- fuel assembly
- paraffin
- light water
- neutron
- 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
Links
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
- Solid Fuels And Fuel-Associated Substances (AREA)
- Catalysts (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、原子炉の核燃料集合体に係り、特に核燃料集
合体内の出力分布の平坦化を図り得る核燃料集合体に関
する。
合体内の出力分布の平坦化を図り得る核燃料集合体に関
する。
従来の沸騰水型原子炉（以下ＢＷＲと略称する、、）に
おいては、第１図に示すように複数本の燃料棒２を正方
格子状に束ねてチャンネルボックス３の中に入れ、１つ
の核燃料集合体１を構成している。この核燃料集合体１
内の各燃料棒２の間には、各燃料棒２が核分裂反応によ
って発生する熱を炉外へ取り出すため、冷却拐として軽
水が下部から上部に向は流れている。また、各核燃料集
合体１の間には、制御棒等のための間隙が存在し、その
間隙すなわちチャンネルボックス３の外側にも軽水が存
在する。
おいては、第１図に示すように複数本の燃料棒２を正方
格子状に束ねてチャンネルボックス３の中に入れ、１つ
の核燃料集合体１を構成している。この核燃料集合体１
内の各燃料棒２の間には、各燃料棒２が核分裂反応によ
って発生する熱を炉外へ取り出すため、冷却拐として軽
水が下部から上部に向は流れている。また、各核燃料集
合体１の間には、制御棒等のための間隙が存在し、その
間隙すなわちチャンネルボックス３の外側にも軽水が存
在する。
ＢＷＲにおいて、軽水は冷却材として使用されるととも
に、中性子の減速材として用いられている。核分裂反応
に伴ない生成したエネルギーの高い高速中性子は、核分
裂物質のＵ２３′の反応断面積が高エネルギー側で極め
て小さいことからそのままでは次の核分裂を引き起こす
ことができず、軽水と衝突してそのエネルギーを奪われ
、減速されて熱中性子になることにより次なる核分裂を
引き起こし、核分裂連鎖反応を維持し得る。
に、中性子の減速材として用いられている。核分裂反応
に伴ない生成したエネルギーの高い高速中性子は、核分
裂物質のＵ２３′の反応断面積が高エネルギー側で極め
て小さいことからそのままでは次の核分裂を引き起こす
ことができず、軽水と衝突してそのエネルギーを奪われ
、減速されて熱中性子になることにより次なる核分裂を
引き起こし、核分裂連鎖反応を維持し得る。
前述の如く、ＢＷＲにおいては、各核燃料集合体間に比
較的多量の軽水が存在するので、中性子の減速効果が核
燃料集合体内部より大きく、そのため核燃料’ＪＳ ’
９体周辺部の熱中性子束は集合体内よりも大きくなる。
較的多量の軽水が存在するので、中性子の減速効果が核
燃料集合体内部より大きく、そのため核燃料’ＪＳ ’
９体周辺部の熱中性子束は集合体内よりも大きくなる。
核分裂反応の頻度は熱中性子束にほぼ比例するため、上
記のことにより核燃料集合体周辺部において出力ビーキ
ングがかなり大きくなる。
記のことにより核燃料集合体周辺部において出力ビーキ
ングがかなり大きくなる。
また、核燃料集合体内では、燃料棒より発生した熱によ
って軽水が沸騰し、ボイドが発生する。
って軽水が沸騰し、ボイドが発生する。
ボイドは軽水を排斥させ、その結果核燃料集合体内の軽
水密度が低下して中性子減速能がおちることから、核燃
料集合体周辺部の出力ビーキングは更に大きくなる。
水密度が低下して中性子減速能がおちることから、核燃
料集合体周辺部の出力ビーキングは更に大きくなる。
この出力ビーキングを小さくするため、従来の核燃料集
合体においては中央部の単数または複数の燃料棒を、中
に軽水が通り得る中空の棒すなわちウォータロッドに置
き換えることにより、核燃料集合体内部の軽水密度を確
保して熱中性子束を周辺部に近づけるという方策がとら
扛ている。
合体においては中央部の単数または複数の燃料棒を、中
に軽水が通り得る中空の棒すなわちウォータロッドに置
き換えることにより、核燃料集合体内部の軽水密度を確
保して熱中性子束を周辺部に近づけるという方策がとら
扛ている。
本発明の目的は、上述した様な出力ビーキングを抑え、
燃焼を通じて出力分布をより平坦、かつ安定に保つこと
のできる核燃料集合体を提供することにある。
燃焼を通じて出力分布をより平坦、かつ安定に保つこと
のできる核燃料集合体を提供することにある。
上記の目的を達成するため、本発明では核燃料集合体内
の１〜数本の燃料棒を、被覆管内にパラフィンを充填、
密封した減速棒に置き換えて、核燃料集合体内の中性子
減速能を高め熱中性子束を大とすることによって、出力
分布の平坦化を容易にする。
の１〜数本の燃料棒を、被覆管内にパラフィンを充填、
密封した減速棒に置き換えて、核燃料集合体内の中性子
減速能を高め熱中性子束を大とすることによって、出力
分布の平坦化を容易にする。
中性子の減速は、主として中性子が他の原子の原子核に
衝突し、その保有する運動エネルギーを失なうことによ
って起こる。衝突１回あたりに運動エネルギーを失なう
効率は、衝突する原子核の質量が、中性子の質量に近い
ほど大きくなるのは力学的見地より明白である。中性子
の質量数はｌであるから、上述のことより、軽い元素の
原子核はど減速効率は高い。すなわち、水素が最も減速
効率の大きな元素であり、ＢＷＲにおいて軽水が減速材
として用いられているのも、軽水がその中に多量の水素
原子を含むことによる。
衝突し、その保有する運動エネルギーを失なうことによ
って起こる。衝突１回あたりに運動エネルギーを失なう
効率は、衝突する原子核の質量が、中性子の質量に近い
ほど大きくなるのは力学的見地より明白である。中性子
の質量数はｌであるから、上述のことより、軽い元素の
原子核はど減速効率は高い。すなわち、水素が最も減速
効率の大きな元素であり、ＢＷＲにおいて軽水が減速材
として用いられているのも、軽水がその中に多量の水素
原子を含むことによる。
本発明によるパラフィンの使用は、パラフィンが軽水を
上回る中性子減速能を有することによる。
上回る中性子減速能を有することによる。
パラフィンはＣゎＨ２，２の分子式で表わされ、質量数
１２の炭素原子と質量数１の水素原子を原子数にして約
１対２の割合で含む。その比重は約０．９であるので単
位体積あたりに含まれる水素原子の数すなわち水素ｇ７
−数密度は７．７ Ｘ １０ ”個／ ｏｔｌである。
１２の炭素原子と質量数１の水素原子を原子数にして約
１対２の割合で含む。その比重は約０．９であるので単
位体積あたりに含まれる水素原子の数すなわち水素ｇ７
−数密度は７．７ Ｘ １０ ”個／ ｏｔｌである。
一方、軽水は１−＋２０の分子式で表わされ、質量数１
６の酸素原子と、水素原子を原子数にして１対２の割合
で含む。その比重はｌであるのＣ１水素原子数密度は６
．７ Ｘ １０２２個／ ｃｎ？となる。
６の酸素原子と、水素原子を原子数にして１対２の割合
で含む。その比重はｌであるのＣ１水素原子数密度は６
．７ Ｘ １０２２個／ ｃｎ？となる。
物質の中性子減速能は、はぼその物質の水素原子数密度
に比例すると考えられるので、パラフィンは同体積の軽
水の１，１〜１．２倍の減速能を有する。また、水素以
外の構成元素である炭素と酸素を比較すると、パラフィ
ンを構成する炭素の方が質量数も小さく、原子数密度も
大きいので、上記以上の減速能をパラフィンが有するの
は明白である。
に比例すると考えられるので、パラフィンは同体積の軽
水の１，１〜１．２倍の減速能を有する。また、水素以
外の構成元素である炭素と酸素を比較すると、パラフィ
ンを構成する炭素の方が質量数も小さく、原子数密度も
大きいので、上記以上の減速能をパラフィンが有するの
は明白である。
以下、実施例を用いて本発明を説明する。
第２図は本発明になる核燃料集合体の軸方向に垂直な断
面図である。核燃料集合体 は複数の燃料棒２と減速棒
５を正方格子状に配列し、」二部タイプレート（図示せ
ず）と下部タイプレート（図示せず）により固定され、
チャンネルボックス３によって囲まれている。減速捧４
は、核燃料集合体１の中央部付近に配置されている。減
速捧５の構造を第３図に示す。減速材であるパラフィン
５１は、ジルコニウム合金製の被覆管５２に充填され、
両端部は端栓５３を溶接することにより密封されている
。本実施例によれば、核燃料集合体中央部に、軽水より
も中性子減速能の高いパラフィンを配置することによっ
て、４１３合体周辺部との熱中性子束の大きさの差が小
さくでき、第４図に示す様に、出力分布の平坦な集合体
を得ることができる。第４図中の実線６は本実施例の出
力分布を示し、破線７は従来のウォータロッド使用の出
力分布、一点鎖線８は燃料棒のみすなわちウォータロッ
ドも他の減速棒も使用しない場合の出力分布を示す。
面図である。核燃料集合体 は複数の燃料棒２と減速棒
５を正方格子状に配列し、」二部タイプレート（図示せ
ず）と下部タイプレート（図示せず）により固定され、
チャンネルボックス３によって囲まれている。減速捧４
は、核燃料集合体１の中央部付近に配置されている。減
速捧５の構造を第３図に示す。減速材であるパラフィン
５１は、ジルコニウム合金製の被覆管５２に充填され、
両端部は端栓５３を溶接することにより密封されている
。本実施例によれば、核燃料集合体中央部に、軽水より
も中性子減速能の高いパラフィンを配置することによっ
て、４１３合体周辺部との熱中性子束の大きさの差が小
さくでき、第４図に示す様に、出力分布の平坦な集合体
を得ることができる。第４図中の実線６は本実施例の出
力分布を示し、破線７は従来のウォータロッド使用の出
力分布、一点鎖線８は燃料棒のみすなわちウォータロッ
ドも他の減速棒も使用しない場合の出力分布を示す。
本発明の第２の実施例を第５図に示す。本実施例では、
パラフィン５１を充填する被覆管５２の径が」二部に向
かうほど太くなっている。本実施例によ４しば、核燃料
集合体の軸に垂直な方向の出方分布が平坦化されるだけ
でなく、軸方向の出方分布もまた平坦化される。何故な
らば、核燃料集合体において発生したボイドは、軽水が
下部がら上部へ流れることや、ボイド自身の浮力により
上部に移動し、第６図のようなボイド率分布を発生させ
る。すなわち核燃料集合体において、上部はど軽水の密
度が下がり、中性子減速能が低下するので、出力は下部
にピーキングをもつ分布になる６第５図に示す減速棒５
を使用することにより、ボイド率増大に伴なう軽水の減
速能低下も補なうことができ、軸方向出力分布は平坦に
なる。尚、第５図では管径が連策的に変化する例を示し
たが、上部に向かうほどステップ状に管径が太（なる第
７図、あるいは、外径が一定であって、肉厚が」二部に
向かうほど薄くなる第８図の様な実施例でも第２の実施
例と同様の効果があるのは明白である。
パラフィン５１を充填する被覆管５２の径が」二部に向
かうほど太くなっている。本実施例によ４しば、核燃料
集合体の軸に垂直な方向の出方分布が平坦化されるだけ
でなく、軸方向の出方分布もまた平坦化される。何故な
らば、核燃料集合体において発生したボイドは、軽水が
下部がら上部へ流れることや、ボイド自身の浮力により
上部に移動し、第６図のようなボイド率分布を発生させ
る。すなわち核燃料集合体において、上部はど軽水の密
度が下がり、中性子減速能が低下するので、出力は下部
にピーキングをもつ分布になる６第５図に示す減速棒５
を使用することにより、ボイド率増大に伴なう軽水の減
速能低下も補なうことができ、軸方向出力分布は平坦に
なる。尚、第５図では管径が連策的に変化する例を示し
たが、上部に向かうほどステップ状に管径が太（なる第
７図、あるいは、外径が一定であって、肉厚が」二部に
向かうほど薄くなる第８図の様な実施例でも第２の実施
例と同様の効果があるのは明白である。
また、上記実施例において、減速機４の被覆管４１をジ
ルコニウム合金としたのは、ジルコニウム合金は一般に
中性子の吸収がほとんどなく、中性子経済性上良好であ
るためであって他の金属で措成されても購わない。
ルコニウム合金としたのは、ジルコニウム合金は一般に
中性子の吸収がほとんどなく、中性子経済性上良好であ
るためであって他の金属で措成されても購わない。
さらに、パラフィンは上述の様にＣＩ＋ Ｈ２ｎ ４７
と表わされ、ｎがさまざまな整数値をとるものの混合物
であるが、ｎが大きいほど比重も大きく、融点沸点ども
に高いので、ｎの値の大きいものの方が好ましい。
と表わされ、ｎがさまざまな整数値をとるものの混合物
であるが、ｎが大きいほど比重も大きく、融点沸点ども
に高いので、ｎの値の大きいものの方が好ましい。
本発明によれば、核燃料集合体周辺部と中央部との熱中
性子束強度の格差が良好に低減でき、出力分布が平坦に
保たれるため、熱的余裕の確保が容易であり、また高燃
焼度に酎え得る核燃料集合体１図は従来の核燃料集合体
の軸に垂直な方向の断面図、第２図は本発明になる核燃
料集合体の軸に垂直な方向の断面図、第３図は本発明に
なる中性子減速棒構造図、第４図は出力分布の比較図、
第５図は本発明しこなる中性子減速能第２の実施例の構
造図、第６図はボイド分布図、第７図、第８図は本発明
第２の実施例の変形例図である。
性子束強度の格差が良好に低減でき、出力分布が平坦に
保たれるため、熱的余裕の確保が容易であり、また高燃
焼度に酎え得る核燃料集合体１図は従来の核燃料集合体
の軸に垂直な方向の断面図、第２図は本発明になる核燃
料集合体の軸に垂直な方向の断面図、第３図は本発明に
なる中性子減速棒構造図、第４図は出力分布の比較図、
第５図は本発明しこなる中性子減速能第２の実施例の構
造図、第６図はボイド分布図、第７図、第８図は本発明
第２の実施例の変形例図である。
１・・・核燃料集合体、２・・・燃料棒、３・・・チャ
ンネルボックス、４・・・ウォータロッド、５・・・中
性子減速能、５１・・・パラフィン、５２・・・被覆管
、５３・・・端栓、６・・・出力分布、７・・・出力分
布、８・・・出力分布。
ンネルボックス、４・・・ウォータロッド、５・・・中
性子減速能、５１・・・パラフィン、５２・・・被覆管
、５３・・・端栓、６・・・出力分布、７・・・出力分
布、８・・・出力分布。
代理人 弁理士 高橋明夫
纂）口
躬７０
桔３目
桔に
瘍ζ合体ＣＰＩＣ−らのアト銀
躬１
晃 ６邑
□ ホ゛イト”圭ｒプ〕
招′″’ｉ 口
／２
ブ〜
鰻
５″３
− Ｆ１７７−−
）２
）１
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、冷却材が通過できるチャンネル内へ複数本の燃料ピ
ンを相互に間隔をおいて装荷したものにおいて、上記チ
ャンネル内に、飽和鎖式炭化水素（パラフィン）を被覆
管に充填した単数または複数本の中性子減速捧を組込ん
だことを特徴とする核燃料集合体。 ２、」５記中性子減速機において上部に向かうほどパラ
フィンの充填旦を増したことを特徴とする特許請求の範
囲第１項の核燃料集合体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59052155A JPS60196696A (ja) | 1984-03-21 | 1984-03-21 | 核燃料集合体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59052155A JPS60196696A (ja) | 1984-03-21 | 1984-03-21 | 核燃料集合体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60196696A true JPS60196696A (ja) | 1985-10-05 |
Family
ID=12906961
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59052155A Pending JPS60196696A (ja) | 1984-03-21 | 1984-03-21 | 核燃料集合体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60196696A (ja) |
-
1984
- 1984-03-21 JP JP59052155A patent/JPS60196696A/ja active Pending
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