JPS6076686A - 燃料集合体 - Google Patents

燃料集合体

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JPS6076686A
JPS6076686A JP58185330A JP18533083A JPS6076686A JP S6076686 A JPS6076686 A JP S6076686A JP 58185330 A JP58185330 A JP 58185330A JP 18533083 A JP18533083 A JP 18533083A JP S6076686 A JPS6076686 A JP S6076686A
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uranium
fuel
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博見 丸山
菊男 梅垣
貞夫 内川
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    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21CNUCLEAR REACTORS
    • G21C3/00Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
    • G21C3/30Assemblies of a number of fuel elements in the form of a rigid unit
    • G21C3/32Bundles of parallel pin-, rod-, or tube-shaped fuel elements
    • G21C3/326Bundles of parallel pin-, rod-, or tube-shaped fuel elements comprising fuel elements of different composition; comprising, in addition to the fuel elements, other pin-, rod-, or tube-shaped elements, e.g. control rods, grid support rods, fertile rods, poison rods or dummy rods
    • G21C3/328Relative disposition of the elements in the bundle lattice
    • 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
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    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、軽水型原子炉用燃料集合体、特に回収ウラン
を用いた燃料集合体に関するものである。
〔発明の背景〕
従来の軽水型原子炉、例えば沸騰水型原子炉では、平均
約3重量%の濃縮ウランを有する燃料集ている。
従来の燃料集合体の例を第1図に示す。燃料集合体3は
、複数燃料棒1およびチャンネルボックス2から構成さ
れる。チャンネルボックス2の外部には制御棒4或いは
中性子検出器側装管5を配置するようv([7ているた
め、各燃料集合体3の間隔け、制彷]棒4等の装置が挿
入されるだけ広けられ、周囲は冷却水で満たされている
。燃料棒1の上下端は、図示されていない上部および下
部タイプレートに支持されている。チャンネルカ11.
クス2は、上部タイプレートに固定され、燃料棒1の束
を取り囲んでいる。6 J”l’ウオークロッド、7は
燃料棒rb′5の冷却材の流れる冷却材領域である。
燃焼に伴って炉心内では、主に次のような現象が起る。
0)核分裂性物知(ウラン235.プルトニウム239
.プルトニウム24j)の消耗。
(1j)燃利親物負(ウラン238 、fシトニウム2
40)の核分裂性物質−・の変換。
へ1晶 ナシ 八 ηJ + dンAlrs ? 啼p
 チ番燃・九に伴うウラン235の重量割合の変化の一
例を第2図に示す。図に示すように、使用済み燃料にd
、約08重月チのウラン235がまだ含まれている。(
7たがって、ウラン資t’jを有効に活用するため、使
用済み燃料に−1”4処理して回11M +、7vウラ
ン(以下回収ウランと略記する)を再び濃縮プラントへ
供給I7、必要な濃度に゛まで@縮1−で再使用するこ
とが考えられる。L7かし回収ウランを再濃縮1. [
02燃利として再使用する場合には次のような問題点が
ある。
原子炉の中で燃焼か進むにられ、ウラン235は上記(
i)に示したように核分裂反応により消耗すると共に、
一部は熱中性子を吸収I7てウラン236へ変換する。
さらにウラン236に中性子が吸収され、ひき続くβ崩
壊によってネプツニウム237が生成1てくる。ウラン
236.ネプツニウム23フ0Mtk割合の変化の一例
を第3図に示す。
曲線8はウラン2361曲線9はネプツニウム237を
示す。この図に示すように、使用済み燃料には約04重
奮チのウラン236.約0.03重蓋チのネプツニウム
237が金線れている。ウラン236.ネプツニウム2
37けともに中性子の吸収体であり、熱中性子に対する
吸収断面et iql、2200 m/seeの中性子
に対(2、ウラン238が2.7パーンであるのに比べ
、ウラン236が5.2パーン、ネプツニウム237が
170バーント大きい。
しfcがって回収ウランから得られる[JO2燃料全利
用する場合に11含捷ねでいるウラン236の濃度に対
応した反応度低下(反応度波ナルティという)が生じる
。これを角イト肖するには1 ウラン235の濃度全高
めなけハ、ばならないか、こねはウラン資源の有効利用
に反する結果となる。
ウラン236の濃度は、再濃縮プラントにおける回収ウ
ランと天然ウランの供給比率によって決定されるが、必
要天然ウランMを減少するため回収ウランの使用数を増
大すれば、UO燃料に含まれるウラン236の総量が壇
太し、その結果、反応度ペナルティの効果も増大すると
いう欠点が生じる。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、上記の欠点である反応度被ナルティー
が小さくなるように回収ウランを利用することにより、
必要天然ウラン溺”全減少できる軽水型原子炉用の燃料
集合体を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明け、格子状に配置された多数の燃料棒を不する軽
水型沖子炉用燃料集合体において、燃料棒か使用済み燃
料を肉処理し7て得らねた回収ウラン全さ有12、燃料
集合体の外層の燃料棒に金線ねるウラン231jf![
の平均値が、それ以外の燃料棒に含まれるウラン236
濃度の平均値より低くされていることを%徴とするもの
である。以下、これ全説明する。
ウラン235の濃度が同じ場合におけるウラン236の
■朧割合と反応度ペナルティの関係を第4図に示す。図
の曲線の形から明らかなように、ウラン236の濃度が
高いほど、ウラン236のJ原子あlこりの反応度ペナ
ルティが小さくなっている。これは、ウラン236の共
鳴吸収における自己遮蔽効果が太きいためである。した
がって、同最の回収ウランを用いる場合(UO2燃料に
同損のウラン236が金線れている場合)ii、ウラン
236を局在させる方が、反応度被ナルティーを小さく
できることになる。
第5図は、燃料集合体の最夕(層の燃料様に含まれるウ
ラン236濃度の平均値とそわ以外の燃料棒に含捷ねる
ウラン236濃度の平均(+〜と差を変えた場合の、ウ
ラン236による反応度Rナルテ(を示したものである
。たたし燃料集合体に含まれているウラン236の総量
は等し、ぐした。図より燃料集合体内でウラン236の
磁度分布に偏りをつけた力が反応度ペナルティが減少す
ることかわかる。これは前述したようにウラン236全
局存化させて自己遮蔽効果を犬きくした結果である。
−また似5図より最外層燃料棒に金線れるウラン236
濃度の平均値をそれ以外の燃料棒に含1れるウラン23
6濃度の平均値より小さくする方が、その逆VCするよ
り反応度ペナルティの減少量が大きいことがわかる。
沸騰水型原子炉の中性子スペクトルでは、ウラン236
の中イブL子吸収は共鳴エネルギー領域が中心である。
第6し)に、燃料集合体内の熱中性子束10、共鳴エネ
ルギー領域中性子束11の空間分布を示す。横軸は図中
右上に図解した位置を表わし、Cけ燃料集合体中央部を
示す。沸騰水型原子炉用燃料集合体は、第1図に示した
ように、燃料集合体周辺部に多くの減速月(軽水)を有
している。その結果、中性子減速効果は、燃料集合体周
辺部で大きくなる。そのため周辺部の共鳴エネルギー領
域の中性子束は、中央部のそれより約10チ増大し、第
5図に示すように、ウラン236の反応度ペナルティが
瑠太する。
以上のことから、ウラン236の反応度ペナルティを小
さくし必要天然ウランft’に減少するためには、燃料
集合体において、その周辺部以外の燃料棒にウラン23
6を局在させることが望捷しいことがわかる。
〔発明の実施例〕
以下、本発明を実施例によって詳しく説明する。
従来例1 比較のため、まず従来例金示す。第7図は、8行8列の
燃料棒に一定のウラン236娘度を有する燃料集合体の
従来例の横断面図である。1は燃料棒、2はチャンネル
ボックス、4は制御棒、6は水口、1゛である。燃料棒
の所に示さi″1′7いる数12 、13 、14. 
、15および16は濃縮度の異なる燃相棒全不(〜、表
1に燃料棒12がら161でのウラン235.ウラン2
36の濃R’6度f7トす。
本燃料集合体を燃料東金体1とする。
表 1 実施例] 本発明の一実施例である燃料集合体の模式的横断ii’
n図を、第8図に示す。本実施例では、表2に示すよう
に、ウラン236は燃料集合体周辺部には含まねず、燃
料集合体中央部に局在している。
本実施例の燃料集合体を燃料集合体■とする。
衣 2 燃料集合体11のウラン235敲組度分布は、燃料集合
体1と同じで、燃料集合体に含まれるウラン236の総
髪、したがってオリ用されている回収ウランの縮短も同
じである。
燃料集合体Iを基準としたときの燃料集合体■の中性子
無限増倍率は約04%Δに高くなる。その結果、燃料集
合体Hのウラン235の濃縮度は、燃料集合体Iより低
くすることができ、所要天然ウラン量を約2チ減少する
ことができる。
実施例2 第9図は本発明の燃料集合体の他の実施例の模式的横断
面図である。本実施例け、実施例1よりさらに所安天然
つラン社を減少させるため 燃料乗合体中央部に含まれ
るウラン236洟度に分布金つけたものである。
すなわち、共鳴エネルギー領域中性子束の小さい燃料集
合体中心部のウラン236 濃度を篩くしたものである
。濃度分布は表3 IIc示づ゛。本実施例の燃料集合
体を燃料集合体1■とする。
表 3 燃料集合体1■のウラン濃#i度分布、および燃料集合
体に含1れるウラン236の総址は燃料集合体IIと同
じであるが、本実施例の中性子無限増倍率は燃料集合体
■より高くすることができ、所を天然ウラン猪ヲさらに
減少することができる。
〔発明の効果〕
て、燃料集合体最外層の燃料棒に含まれるウラン236
濃度の平均イ+8を、それ以外の燃料棒に金線ねるウラ
ン236濃度の平均飴よりも低くした結果、ウラン23
6の反応度−?ナルティを小さくシフ、必要天然ウラン
量金減少さぜることか可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の燃料集合体の横断面図、第2図は燃焼に
伴なうウラン235の変化を示す線図、第3図は燃焼に
伴なうウラン236、オフ0ソニウム237の変化を示
すhI1図 第4図11ウラン23(5の緯度と反応度
慇ナルティの関係を示″31″線図、第5図は燃料集合
体最外層の燃料棒に宮1れるウラン236濃度の平均値
とそれ以外の燃料棒に含丑れるウラン236@度の平均
値との差を変えた場合のウラン236による反応度ペナ
ルティを示す線図、第6図は燃料集合体内の熱中性子束
ふ・よび共鳴エネルギー領域中性子束の空間分布を示す
線図、第7図は燃料集合体の従来例の横断面図、第8図
および第9図は夫々本発明の実施例1および実116例
2の模式横断面図である。 1・・燃料棒、 2・・チャンネルボックス、 3・・・燃料集合体、 4・・・W+]御棒、5・・言
を装%7. 6−・・ウォータロッド、7・・・冷却材
碩域。 第1図 第2図 ス゛5−焼レヴl(Sイ?6) 第3図 燃焼度(僧0 第4図 一3″重量書’l B (′10) 第5図 集合体周辺り134uJ良−集合体中央8ρ酉υ5廐度
(%)第6図 集合イ本内のイ装置 第7図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 軽水を冷却材とする原子炉の炉心部に装荷される格子状
    に配tttされた多数の燃料棒を有する燃料集合体にお
    いて、使用済み燃料奢丙処理して得られた回収ウラン全
    燃料棒が含有し、燃料集合体の外層の燃料棒に含まれる
    ウラン236濃度の平均値か、それ以外の燃料棒に含−
    まれるウラン236I4度の平均値よりも低いこと全特
    徴とする燃料集合体。
JP58185330A 1983-10-04 1983-10-04 燃料集合体 Granted JPS6076686A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP58185330A JPS6076686A (ja) 1983-10-04 1983-10-04 燃料集合体
EP84111828A EP0136709B1 (en) 1983-10-04 1984-10-03 Fuel assembly
DE8484111828T DE3468953D1 (en) 1983-10-04 1984-10-03 Fuel assembly
US06/657,082 US4695425A (en) 1983-10-04 1984-10-03 Fuel assembly

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JPH0450551B2 JPH0450551B2 (ja) 1992-08-14

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