JPS6112557B2 - - Google Patents
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- JPS6112557B2 JPS6112557B2 JP54000610A JP61079A JPS6112557B2 JP S6112557 B2 JPS6112557 B2 JP S6112557B2 JP 54000610 A JP54000610 A JP 54000610A JP 61079 A JP61079 A JP 61079A JP S6112557 B2 JPS6112557 B2 JP S6112557B2
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- fuel
- fuel assembly
- fissile material
- gadolinia
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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
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Description
本発明は炉停止余裕の大きい燃料集合体に関す
る。 従来、炉停止余裕の大きい原子炉用燃料集合体
として、上部を天然ウランにする案があつた。し
かし、このような燃料集合体では炉停止余裕はあ
り余るが、原子炉運転時における出力が大幅に炉
心下部ピークになり原子炉の運転は困難であつ
た。 本発明は上述の事情を考慮してなされたもの
で、核分裂性物質を節約し、かつ炉停止余裕の大
きい燃料集合体を得ることを目的としている。以
下本発明の第1実施例について図面を基にして説
明する。本発明の燃料集合体は、下記に示す2種
類の燃料棒から構成されている。 第1種:核分裂性物質が均質に分布している燃料
棒。 第2種:上部領域核分裂性物質<下部領域核分裂
性物質量、 となるように核分裂性物質を軸方向に分布させた
燃料棒。 上記2種類の燃料棒を多数組合せることによ
り、上部領域核分裂性物質<下部領域核分裂性物
質量、と軸方向に核分裂性物質を分布させた燃料
集合体を得ることができる。このような構成によ
り無限増倍率は、上部領域より下部領域を低く抑
えることができる。図面は上述の燃料集合体の一
実施例であつて、チヤンネル10内に燃料棒1,
2,3,4,5,G,Bおよびウオーターロツド
Wを正方配列して構成されている。各燃料棒のU
235濃縮度(%)を表に示す。
る。 従来、炉停止余裕の大きい原子炉用燃料集合体
として、上部を天然ウランにする案があつた。し
かし、このような燃料集合体では炉停止余裕はあ
り余るが、原子炉運転時における出力が大幅に炉
心下部ピークになり原子炉の運転は困難であつ
た。 本発明は上述の事情を考慮してなされたもの
で、核分裂性物質を節約し、かつ炉停止余裕の大
きい燃料集合体を得ることを目的としている。以
下本発明の第1実施例について図面を基にして説
明する。本発明の燃料集合体は、下記に示す2種
類の燃料棒から構成されている。 第1種:核分裂性物質が均質に分布している燃料
棒。 第2種:上部領域核分裂性物質<下部領域核分裂
性物質量、 となるように核分裂性物質を軸方向に分布させた
燃料棒。 上記2種類の燃料棒を多数組合せることによ
り、上部領域核分裂性物質<下部領域核分裂性物
質量、と軸方向に核分裂性物質を分布させた燃料
集合体を得ることができる。このような構成によ
り無限増倍率は、上部領域より下部領域を低く抑
えることができる。図面は上述の燃料集合体の一
実施例であつて、チヤンネル10内に燃料棒1,
2,3,4,5,G,Bおよびウオーターロツド
Wを正方配列して構成されている。各燃料棒のU
235濃縮度(%)を表に示す。
【表】
次に本発明の作用効果を説明する。
沸騰水型原子炉においては、減速材である水が
炉心下部から流入し、それが次第に燃料棒から発
生する熱によつて熱せられ気泡が発生し、炉心最
上部付近ではボイド70%にもなる。気泡が発生し
ているということは減速材である水が少いことを
意味し、核分裂により発生した高速中性子の減速
が不十分となり、核分裂性物質と反応しやすい熱
中性子が減少する。 それ故、炉心上部ではその部分の核分裂性物質
量が減少しても、中性子束との積に比例する炉心
出力の減少量は核分裂性物質量の減少量とは比例
しない。一方炉停止時には、気泡の発生がないの
で熱中性子分布はコサイン状で中心部が最高とな
る。 上述の様に運転時には上部の炉心出力は小さい
ので、長時間運転後は炉心上部核分裂性物質量が
炉心下部核分裂性物質量より大きくなる。この時
点で原子炉を停止させると炉心上部の気泡がなく
なり、代りに減速材である水が満たされ熱中性子
も増加する。 従つて、熱中性子と核分裂性物質とが反応して
発生する中性子分布は上部1/4程と下部3/4との割
合は8対2にも達することが、三次元原子炉シユ
ミレーターコードにより確められている。 この炉心上部1/4程度の核分裂性物質が減つた
ならば、炉心上部1/4程度に存在する中性子が平
均よりも多いので発生する中性子は核分裂性物質
のへり高より減少する。こうして、炉停止余裕は
大きく、運転時の炉出力は変わらないという良い
特性の燃料集合体が得られる。 核分裂性物質を他の非核分裂性物質に代替、も
しくは濃縮度を低下させた分、核分裂性物質の省
資源となる。 以下、本発明の第2から第5実施例の構成とそ
の効果を説明する。 実施例 2 炉心内の1部の燃料棒を2領域に分割し、上部
の核分裂性物質量<下部の核分裂性物質量、とし
上部には固定弱吸収材(例えば酸化アルミニウ
ム、ジルコニウム)を詰め、下部には核分裂性物
質を詰めている。そして上部の燃料集合体平均核
分裂性物質量<下部の燃料集合体平均核分裂性物
質量としている。 前述の構成により第2実施例は炉心上部の運転
時の出力を大きく落すことなく、炉停止余裕を増
すことができる。 実施例 3 炉心内の1部の燃料棒2領域に分割し、上部に
固定減速材(酸化ベリウム、炭酸バリウム等)を
下部に核分裂性物質を詰めて構成している。そし
て上部の燃料集合体平均核分裂性物質量を下部の
燃料集合体平均核分裂性物質量より少なくしてい
る。この第3実施例によれば本発明の作用はより
助長される。 即ち出力運転時、炉心上部は気泡が大量に発生
しているので減速作用が小さい。そこに減速作用
のある物質を持つてくるため中性子の減速が促進
され、核分裂が多く発生するので出力の低下は殆
ど生じなくなる。一方、炉心停止時には気泡が発
生しないので中性子は充分に減速される。そのた
め更に中性子の減速作用を増しても変わらない。
長時間運転後に炉停止をした時には、炉心上部1/
3に存在している中性子は平均より多いため、そ
の部分の燃料棒に核分裂性物質がなければ中性子
の発生は少なく炉停止余裕は大きい。 実施例 4 炉心内の1部の燃料棒を2領域に分割し、上部
にトリウムを、下部に核分裂性物質を詰めた構成
としている。そして上部の燃料集合体平均核分裂
性物質量を下部の燃料集合体平均核分裂性物質量
より小さくしている。 このナトリウムはウラン−238に比し、低い中
性子速度でも核分裂をする(充分遅い中性子とは
核分裂を起こさない)。そのため、出力運転時に
は出力低下はそれ程大きなものではないが、出力
運転を長期間行なうと、トリウムはウラン−233
という核分裂性物質となり長期運転における出力
に寄与する。 一方、炉心初期における炉停止時においては、
上部に充分減速された中性子とは核分裂しないト
リウムが含まれているため炉停止余裕は充分にあ
る。さらに出力運転後の炉停止時には炉心全体の
核分裂性物質量が減つているため、トリウムであ
る部分がウラン−233になつても充分炉停止を満
たすことができる。 実施例 5 炉心内の1部の燃料棒2領域に分割し、上部の
燃料集合体平均核分裂性物質量を下部の燃料集合
体平均核分裂性物質量より少なくし、更に燃料集
合体内の上部にガドリニア量を下部のガドリニア
量より少なくした構成にしている。 燃焼初期においては、核分裂性物質が一様にな
つていても気泡の為に炉心底部に出力ピークが発
生するが、上部の核分裂性物質を減らしたことに
よつてさらにボトムのピークが大きくなる。 それ故、燃料集合体の下部に、中性子吸収断面
積の大きいガドリニアを入れることによつて中性
子吸収断面積の小さい制御棒を入れたのと同り効
果となり、ボトムの出力ピークを小さくすること
ができる。 燃焼後期には、炉心上部の核分裂性物質が燃え
残り、上部の出力が大きくなる傾向をもつので気
泡が存在していても炉心出力は平担化してくる。
一方、ガドリニアは燃焼して、中性子吸収能力が
殆んどなくなつてしまう。 この様にして、炉停止余裕は充分に大きく、か
つ炉心の運転中の出力分布が平担な炉心特性を得
ることができる。なお、三次元原子炉シユミレー
ターコードにより検討した結果、下端より1/2〜
1/3に境界をもたせることにすれば、さらに出力
分布の平担化が行われる。
炉心下部から流入し、それが次第に燃料棒から発
生する熱によつて熱せられ気泡が発生し、炉心最
上部付近ではボイド70%にもなる。気泡が発生し
ているということは減速材である水が少いことを
意味し、核分裂により発生した高速中性子の減速
が不十分となり、核分裂性物質と反応しやすい熱
中性子が減少する。 それ故、炉心上部ではその部分の核分裂性物質
量が減少しても、中性子束との積に比例する炉心
出力の減少量は核分裂性物質量の減少量とは比例
しない。一方炉停止時には、気泡の発生がないの
で熱中性子分布はコサイン状で中心部が最高とな
る。 上述の様に運転時には上部の炉心出力は小さい
ので、長時間運転後は炉心上部核分裂性物質量が
炉心下部核分裂性物質量より大きくなる。この時
点で原子炉を停止させると炉心上部の気泡がなく
なり、代りに減速材である水が満たされ熱中性子
も増加する。 従つて、熱中性子と核分裂性物質とが反応して
発生する中性子分布は上部1/4程と下部3/4との割
合は8対2にも達することが、三次元原子炉シユ
ミレーターコードにより確められている。 この炉心上部1/4程度の核分裂性物質が減つた
ならば、炉心上部1/4程度に存在する中性子が平
均よりも多いので発生する中性子は核分裂性物質
のへり高より減少する。こうして、炉停止余裕は
大きく、運転時の炉出力は変わらないという良い
特性の燃料集合体が得られる。 核分裂性物質を他の非核分裂性物質に代替、も
しくは濃縮度を低下させた分、核分裂性物質の省
資源となる。 以下、本発明の第2から第5実施例の構成とそ
の効果を説明する。 実施例 2 炉心内の1部の燃料棒を2領域に分割し、上部
の核分裂性物質量<下部の核分裂性物質量、とし
上部には固定弱吸収材(例えば酸化アルミニウ
ム、ジルコニウム)を詰め、下部には核分裂性物
質を詰めている。そして上部の燃料集合体平均核
分裂性物質量<下部の燃料集合体平均核分裂性物
質量としている。 前述の構成により第2実施例は炉心上部の運転
時の出力を大きく落すことなく、炉停止余裕を増
すことができる。 実施例 3 炉心内の1部の燃料棒2領域に分割し、上部に
固定減速材(酸化ベリウム、炭酸バリウム等)を
下部に核分裂性物質を詰めて構成している。そし
て上部の燃料集合体平均核分裂性物質量を下部の
燃料集合体平均核分裂性物質量より少なくしてい
る。この第3実施例によれば本発明の作用はより
助長される。 即ち出力運転時、炉心上部は気泡が大量に発生
しているので減速作用が小さい。そこに減速作用
のある物質を持つてくるため中性子の減速が促進
され、核分裂が多く発生するので出力の低下は殆
ど生じなくなる。一方、炉心停止時には気泡が発
生しないので中性子は充分に減速される。そのた
め更に中性子の減速作用を増しても変わらない。
長時間運転後に炉停止をした時には、炉心上部1/
3に存在している中性子は平均より多いため、そ
の部分の燃料棒に核分裂性物質がなければ中性子
の発生は少なく炉停止余裕は大きい。 実施例 4 炉心内の1部の燃料棒を2領域に分割し、上部
にトリウムを、下部に核分裂性物質を詰めた構成
としている。そして上部の燃料集合体平均核分裂
性物質量を下部の燃料集合体平均核分裂性物質量
より小さくしている。 このナトリウムはウラン−238に比し、低い中
性子速度でも核分裂をする(充分遅い中性子とは
核分裂を起こさない)。そのため、出力運転時に
は出力低下はそれ程大きなものではないが、出力
運転を長期間行なうと、トリウムはウラン−233
という核分裂性物質となり長期運転における出力
に寄与する。 一方、炉心初期における炉停止時においては、
上部に充分減速された中性子とは核分裂しないト
リウムが含まれているため炉停止余裕は充分にあ
る。さらに出力運転後の炉停止時には炉心全体の
核分裂性物質量が減つているため、トリウムであ
る部分がウラン−233になつても充分炉停止を満
たすことができる。 実施例 5 炉心内の1部の燃料棒2領域に分割し、上部の
燃料集合体平均核分裂性物質量を下部の燃料集合
体平均核分裂性物質量より少なくし、更に燃料集
合体内の上部にガドリニア量を下部のガドリニア
量より少なくした構成にしている。 燃焼初期においては、核分裂性物質が一様にな
つていても気泡の為に炉心底部に出力ピークが発
生するが、上部の核分裂性物質を減らしたことに
よつてさらにボトムのピークが大きくなる。 それ故、燃料集合体の下部に、中性子吸収断面
積の大きいガドリニアを入れることによつて中性
子吸収断面積の小さい制御棒を入れたのと同り効
果となり、ボトムの出力ピークを小さくすること
ができる。 燃焼後期には、炉心上部の核分裂性物質が燃え
残り、上部の出力が大きくなる傾向をもつので気
泡が存在していても炉心出力は平担化してくる。
一方、ガドリニアは燃焼して、中性子吸収能力が
殆んどなくなつてしまう。 この様にして、炉停止余裕は充分に大きく、か
つ炉心の運転中の出力分布が平担な炉心特性を得
ることができる。なお、三次元原子炉シユミレー
ターコードにより検討した結果、下端より1/2〜
1/3に境界をもたせることにすれば、さらに出力
分布の平担化が行われる。
図面は本発明の一実施例を示す横断面図であ
る。 1……燃料棒、2……燃料棒、3……燃料棒、
4……燃料棒、5……燃料棒、B……燃料棒、G
……燃料棒、W……ウオーターロツド。
る。 1……燃料棒、2……燃料棒、3……燃料棒、
4……燃料棒、5……燃料棒、B……燃料棒、G
……燃料棒、W……ウオーターロツド。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 チヤンネ内に複数本の燃料棒及びウオーター
ロツトを正方配列し、前記燃料棒の少なくとも1
本はガドリニアが混入しているガドリニア入り燃
料棒である燃料集合体において、前記燃料棒の少
なくとも1本は高さ方向を2領域に分割し、上部
領域には固定減速材が詰められ、下部領域には核
分裂性物質が詰められており、燃料集合体内の前
記ガドリニアの含有量は上部領域より下部領域の
方が多いことを特徴とする燃料集合体。 2 固定減速材は、酸化ベリウム、炭酸バリウ
ム、トリウム、酸化アルミニウム、ジルコニウム
の少なくとも1材料から成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 ガドリニア入り燃料棒の少なくとも1本は高
さ方向を燃料棒の下端から全長の1/3の位置で2
領域に分割し、上部領域のガドリニア量を下部領
域のガドリニア量よりも少なくしたことを特徴と
する特許請求の範囲第1項記載の燃料集合体。 4 高さ方向を2領域に分割した燃料棒は、チヤ
ンネル内最外層のうちコーナー部に収納されてい
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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61079A JPS5594183A (en) | 1979-01-10 | 1979-01-10 | Fuel assembly |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61079A JPS5594183A (en) | 1979-01-10 | 1979-01-10 | Fuel assembly |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5594183A JPS5594183A (en) | 1980-07-17 |
JPS6112557B2 true JPS6112557B2 (ja) | 1986-04-09 |
Family
ID=11478493
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61079A Granted JPS5594183A (en) | 1979-01-10 | 1979-01-10 | Fuel assembly |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5594183A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63106555U (ja) * | 1986-12-23 | 1988-07-09 |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4591479A (en) * | 1981-06-03 | 1986-05-27 | Nus Corporation | Boiling water reactor fuel bundle |
JPS5824886A (ja) * | 1981-08-06 | 1983-02-14 | 日本原子力事業株式会社 | 燃料集合体 |
SE500900C2 (sv) * | 1982-03-22 | 1994-09-26 | Gen Electric | Bränslepatron för kokvattenreaktor innehållande neutronabsorberande material |
US4629599A (en) * | 1982-03-22 | 1986-12-16 | General Electric Company | Burnable absorber arrangement for fuel bundle |
ES520008A0 (es) * | 1982-03-22 | 1984-04-16 | Gen Electric | Conjunto de combustible para nucleo de reactor. |
JPS59102188A (ja) * | 1982-12-06 | 1984-06-13 | 株式会社東芝 | 燃料集合体 |
JPS59147295A (ja) * | 1983-02-10 | 1984-08-23 | 株式会社東芝 | 燃料集合体 |
JP2663737B2 (ja) * | 1991-03-29 | 1997-10-15 | 株式会社日立製作所 | 燃料集合体 |
JP5006233B2 (ja) * | 2008-03-18 | 2012-08-22 | 白川 利久 | トリウム系核燃料を用いた増殖可能な核燃料集合体。 |
-
1979
- 1979-01-10 JP JP61079A patent/JPS5594183A/ja active Granted
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63106555U (ja) * | 1986-12-23 | 1988-07-09 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS5594183A (en) | 1980-07-17 |
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