JPS60201284A - 燃料集合体 - Google Patents

燃料集合体

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JPS60201284A
JPS60201284A JP59057358A JP5735884A JPS60201284A JP S60201284 A JPS60201284 A JP S60201284A JP 59057358 A JP59057358 A JP 59057358A JP 5735884 A JP5735884 A JP 5735884A JP S60201284 A JPS60201284 A JP S60201284A
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JP
Japan
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fuel
water
rods
rod
assembly
Prior art date
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Pending
Application number
JP59057358A
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English (en)
Inventor
中溝 弘
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Genshiryoku Jigyo KK
Nippon Atomic Industry Group Co Ltd
Original Assignee
Nippon Genshiryoku Jigyo KK
Nippon Atomic Industry Group Co Ltd
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Publication date
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    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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  • Inert Electrodes (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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、沸騰水型軽水炉の燃料集合体に係わ、す、更
に詳細には運転停止時における沸騰水型軽水炉の反応度
を低く抑えることのできる燃料集合体に関する。
〔発明の技術的背景〕
沸騰水型軽水炉の燃料集合体は、格子状に配列された多
数の燃料棒から構成されている。第1図に示すように燃
料棒1は、その外側をジルコニウム合金から成る燃料被
覆管2によって覆われている。燃料被覆管2の上端と下
端は上部端栓3または下部端栓4によって密封されてい
る。燃料被覆管2の内部には、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が多数装填されている。
第2図は燃料集合体の断面構造を表わしたものである。
チャンネルボックス6内には、燃料棒1が通常8行8列
の格子状に配列されている。この燃料棒1の周囲にはイ
ン−チャンネル水(軽水)8が流れている。
さて沸騰水型軽水炉(以下原子炉と略称する。)では、
軸方向(炉心高さ方向)にボイド率分布が生じ、ボイド
率の小さな炉心下部の方がボイド率の大きな炉心上部よ
りも中性子の熱化が進む。このため原子炉を運転すると
、通常、燃料棒1の上部の焼料よりも下部の焼料の方が
より燃焼する。
従っである期間にわたって原子炉の運転を行うと、上部
の燃料ペレットには下部のそれよりも多く核分裂性のU
235(ウラン235)が燃え残る。また非核分裂性の
U”8 (ウラン238)もこれら上部の燃料ペレット
の部分で核分裂性のp u239(プルトニウム239
)およびp u24+ (プルトニウl、241)によ
り多く核変換し、これらが蓄積していくことになる。す
なわち核分裂性物質の重量率の軸方向分布が全ノードに
わたって初期的に一様であったとすれば、この重量率は
第3図の曲線Aで示すように、燃料の上部の方が下部よ
りも大きくなるようになる。
このように核分裂性物質の重量率が燃料の」二部の方で
大きくなると、原子炉停止時における冷態時相対出力は
、例えば第4図の曲線Bで示したようになる。すなわち
燃料上部における冷態時相対出力は下部に比べて非常に
大きな値をとることになる。一般に原子炉の停止時にお
ける冷態時実効増倍率が臨界値に接近し、いわゆる“炉
停止余裕”が小さくなるのは、このような燃料上部での
高い冷態時無限増倍率のためである。
このような問題点を解決するために、燃料上部のU2 
S の濃縮度を相対的に下げることが従来から各種試み
られている。このような試みによれば、原子炉停止時に
おける燃料上部の冷態時無限増倍率が低下し、原子炉の
未臨界性が保たれるのは確かである。しかしながらこれ
らの場合には原子炉運転時に新たな問題を発生させる。
これを第5図で説明する。同図で曲線Cは、燃料の濃縮
度が軸方向に−゛定の場合における平衡サイクルでの運
転時の軸方向分布を表わしたものである。下方に軽く出
力ピークが存在する。これに対して曲線りは燃料の上部
の濃縮度を相対的に下げた場合である。曲線Cに比べて
下方における出力ピークが著しく大きくなり、燃料の健
全性上好ましくない。もちろん燃料集合体の下部の濃縮
度を変えずに上部の濃縮度を下げることも可能であるが
、燃料集合体全体としてのU235 の量が減少するこ
とになる。このためサイクル燃焼度を一定に保つために
は取替燃料本数を増加させる必要が生じる。また燃料集
合体平均濃縮度を一定に保ったまま燃料上部のU235
 の量を減らすと、下部におけるU235 の量は更に
増加し、軸方向の出力分布の歪みはまずます大きくなる
〔発明の目的〕
本発明はこのような事情に鑑み、軸方向出力分布を歪ま
せず、炉停止余裕を向上させ、しかも従来と同等の燃焼
度を確保することのできる燃料集合体を提供することを
その目的とする。
〔発明の構成〕
本発明では、互いに隣接した所定数の燃料棒のそれぞれ
燃料ペレットの配置されるべき領域の一部を、チャンネ
ルボックス内を流れるイン−チャンネル水から遮蔽され
且つ燃料ペレットの存在しない空間領域(以下ボイド管
と称する。)あるいは燃料ペレットから遮蔽されかつイ
ン−チャンネル水を自在に通過させる管(以下ウォータ
ーロッドと称する。)によって構成する。これらの燃料
棒により、濃縮度分布および水対燃料体積比に軸方向分
布をつける。ボイド管やウォーターロッドは燃料集合体
の隅部に位置する燃料棒に配置することが効果的である
。また燃料集合体の四隅に位置するボイド管やウォータ
ーロッドの長さは、その周囲に隣接して配置されるボイ
ド管やウォーターロッドの長さと同一である必要はなく
、これらを異ならせてもよい。周囲に隣接するボイド管
やウォーターロッドの数を適宜増減させてもよい。
〔実施例〕
以下実施例につき本発明の詳細な説明する。
第6図および第7図は本実施例の燃料集合体を表わした
ものである。この燃料集合体は第2図で説明した燃料集
合体と同様に、チャンネルボックス6内に合計64本の
燃料棒1を規則的に配列したものである。このうちチャ
ンネルボックス6の4隅に配置された合計4本の燃料棒
IAと、チャンネルボックス6とこれらの燃料棒IAの
双方に隣り合ったそれぞれ2本の燃料棒IBは、燃料ペ
レットの配置されるべき領域の一部をボイド管あるいは
ウォーターロッドに置き換えた特別の燃料体である。こ
れら以外の領域に配置された合計52本の燃料棒ICは
通常用いられている燃料棒である。
第8図〜第10図はこれらの燃料棒の構造の違いを説明
するためのものである。このうち第8図は通常用いられ
ている燃料棒ICの構造である。
燃料棒IC中には上端すなわちプレナム下部から下端ま
で燃料ペレット5が積層されている。これに対して第9
図はボイド管を備えた燃料棒1ΔあるいはIBを表わし
たものである。燃料棒IA。
IBの上ε(9の本来燃料ペレット5が存在する部分ま
でボイド管(ガスブレナム領域)11となっている。ま
た第10図はウォーターロッドを備えた燃料棒IAある
いはIBを表わしたものである。
この燃It棒IA、IBではボイド管11の代わりにウ
ォーターロッド12が配置されている。ウォーターロッ
ド12の領域では、燃料被覆管2の周囲に通水孔が複数
個設けられており、矢印で示すようにイン−チャンネル
水8が管内を自在に通過できるようになっている。ウォ
ーターロッドの底部には隔離壁13が設けられており、
燃料ペレット5はイン−チャンネル水8から遮蔽されて
いる。
燃料棒IAと他の燃料棒IBでは、これらボイド管また
はウォーターロッドの占める長さが異なっている。すな
わち燃料棒IAにおけるこれらの長さをXとすると、燃
料棒IBではこれらの長さがx/2と短かくなっている
。ここで長さXは第8図に示した燃料棒ICにおける燃
料有効長の1/3に設定している。これらの長さおよび
2種類の燃料棒IA、IBにおける長さの比は、適宜変
更することができる。
さて本発明では燃料集合体の一部の燃料棒をボイド管あ
るいはウォーターロッドを配置した燃料棒IA、IBに
置き換えている。すなわち従来では燃料集合体の核燃料
の全体積を変更することなく軸方向の濃縮度分布をつけ
ていたのに対し、本発明では水対燃料体積比つまり燃料
集合体をあるノートで水平方向に見た場合の減速材と燃
料の体積化に軸方向分布をつけている。
この本発明による利点を第11図と共に説明する。この
第11図は無限増倍率の減速材密度依存性を表わしたも
ので、曲線Eは従来の通常燃料の場合を、また曲線Fは
本発明の場合をそれぞれ示している。通常燃料の場合に
は、運転時(出力時)において水対燃料体積比が大きい
ほど無限増倍率が大きくなり、出力待機時に最大となり
、冷態時に再び小さな値をとる。これに対して本発明の
燃料による場合は、燃料上部のU235 の量を減らし
、核分裂性物質重量率を第3図Gに示すように燃料」二
81つで従来よりも少なくしている。このようにしても
、水対燃料体積比は大きくなる。従って燃料上部にみら
れるように運転時に無限増倍率は通常燃料使用時に比べ
て大きくなる。
次に原子炉停止時について考察する。通常燃料使用時に
は、第4図の曲線Bで示したように燃料上部で冷態時相
対出力が突出する。しかしながら本発明によれば燃料上
部におけるU235 の量を減少させることができ、冷
態時無限増倍率を大幅に低下させることができる。第1
1図の冷態時における曲線部分および第4図における曲
線I」がこれを表わしている。中性子は冷態時において
減速材により運転時以上に減速されるが、吸収される効
果がこれを上まわる。この結果無限増倍率は冷態時にふ
いて低下するが、一部をボイド管あるいはウォーターロ
ッドで構成した燃料棒の使用による水対燃料体積比の増
大はこの傾向を更に強めることになる。すなわち水対撚
イA体積比に軸方向分布をつけると、原子炉の運転時の
出力を低下させずに、炉停止余裕を増大させることがで
きる。
〔発明の効果〕
このように本発明によれば一部の燃料棒の燃料ペレット
をボイド管あるいはウォーターロッドに置き換えたので
、この分だけ燃料費を安くして従来と同等の燃焼度を得
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は燃料棒の一部断面図、第2図は燃料集合体の横
断面図、第3図は平衡サイクルにおける炉心平均の、核
分裂性物質重量率の軸方向分布を示す特性図、第4図は
平衡ザイクルにおける炉心平均の、冷態時相対出力の軸
方向分布を示す特性図、第5図は平衡サイクルにおける
炉心平均の、運転時相対出力の軸方向分布を示す特性図
、第6図は本発明の一実施例における燃料集合体の概略
構成を示す斜視図、第7図はこの燃料集合体における燃
料棒の配置を示す平面図、第8図は通常の燃料棒の構造
を示す一部断面図、第9図はボイド管を備えた本実施例
の燃料棒の構造を示す一部断面図、第10図はウォータ
ーロッドを備えた本実施例の燃料棒の構造を示す一部断
面図、第11図は無限増倍率の水対燃料体積比に対する
依存性を示す特性図である。 ■・・・・・・燃料棒、 5・・・・・・燃料ペレット、 6・・・・・チャンネルボックス、 8・・・・・・イン−チャンネル水。 第1図 第2図 第6図 第8図 第9図 第10図 第11図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、互いに隣接した所定数の燃料棒のそれぞれ燃料ペレ
    ットの配置されるべき領域の一部を、チャンネルポック
    ゛ス内を流れるイン−チャンネル水から遮蔽され且つ燃
    料ペレツトの存在しない空間領域あるいは燃料ペレット
    から遮蔽されかつイン−チャンネル水を自在に通過させ
    るインーチャンネル木通過領域としたことを特徴とする
    燃料集合体。 2、前記空間領域あるいは通過領域を一部に構成した燃
    料棒が、集合体の隅部およびその周囲に配置されている
    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。 3、前記空間領域あるいは通過領域の占める長さが集合
    体の隅部の燃料棒とその周囲に配置された燃料棒とでそ
    れぞれ異なることを特徴とする特許請求の範囲第2項記
    載の燃料集合体。
JP59057358A 1984-03-27 1984-03-27 燃料集合体 Pending JPS60201284A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61172092A (ja) * 1984-09-26 1986-08-02 ウエスチングハウス エレクトリック コ−ポレ−ション 沸騰水型原子炉用の燃料集合体
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US6181762B1 (en) 1997-03-28 2001-01-30 General Electric Company Nuclear fuel bundle having different peak power limits

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