JPS61202192A - 使用済原子炉燃料の貯蔵方法 - Google Patents

使用済原子炉燃料の貯蔵方法

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JPS61202192A
JPS61202192A JP60042845A JP4284585A JPS61202192A JP S61202192 A JPS61202192 A JP S61202192A JP 60042845 A JP60042845 A JP 60042845A JP 4284585 A JP4284585 A JP 4284585A JP S61202192 A JPS61202192 A JP S61202192A
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JP
Japan
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fuel
fuel rods
multiplication factor
groups
rods
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JP60042845A
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English (en)
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賢二 吉田
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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    • 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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  • Feeding, Discharge, Calcimining, Fusing, And Gas-Generation Devices (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】 [発明の技術分野] 本発明は原子炉から取り出された使用済燃料の貯蔵方法
に関し、さらに詳しくは燃料貯蔵プールの未臨界性を安
全に維持しながら燃料を高密度に貯蔵しうる上記燃料の
貯蔵方法に関する。
[発明の技術的背景とその問題点] 原子炉から取り出された使用済燃料は再処理の問題等か
ら長期保管の必要性が高まっており、その貯蔵に当って
は、貯蔵容積をできるだけ小さくするために高密度に貯
蔵することが要請されている。そのため近年では原子炉
から取り出された燃料集合体を燃料棒単位まで解体し、
より小さい燃料棒間隔で燃料棒を配置して貯蔵する動き
が出ている。
ここで燃料集合体および燃料棒の構成を簡単に説明する
。第14図は沸騰水型原子炉の燃料集合体の縦断面図で
ある。同図に示されるように、燃料集合体は、角筒状の
チャンネルボックス1内に多数の燃料棒2が格子状に配
列し、これらの燃料棒2の上下端を上部タイプレート3
および下部タイプレート4によって保持し、上部、下部
両タイブレー1・間に適当な間隔で配設された複数のス
ペーサ5によって各燃料棒2の相互の間隔を保持するよ
うに構成されている。各燃料棒2は、第12図に示すよ
うに二酸化ウランを含有する円筒状の燃料ペレット6を
被覆管7内に装填し、被覆管7の上部をプレナムスプリ
ング8を介して上部端栓9で密封し、被覆管7の下部は
下部端栓10で密封して構成されたものである。
このように構成された燃料集合体を前記したように燃料
棒単位まで解体し、燃料棒をより小さい間隔で貯蔵して
貯蔵密度を上げようとすると、最も問題になるのは貯蔵
プールの未臨界性確保の点である。すなわち、使用済み
燃料棒には未だ多種の中性子発生物質が含まれているの
で、燃料貯蔵プールにおける燃料の貯蔵密度を上げると
、当然中性子の発生を増大させ、貯蔵プールの未臨界性
を確保することが困難になる。特に燃料の高濃縮[発明
の目的コ 本発明は上記情況に鑑みてなされたもので、その目的は
貯蔵プールの未臨界性を安全に確、保しながら使用済燃
料を高密度に貯蔵する方法を提供Jることである。
[発明の概要] 本発明は使用済原子炉燃料の貯蔵方法に係わるもので、
使用済燃料集合体を燃料棒単位まで解体し、該燃料棒を
中性子無限増倍率の大ぎさにしたがって2の倍数群また
は3の倍数群にグループ分けし、次に同一群の燃料棒が
互いに隣接げる位胃に配置されないように上記燃料棒を
正方格子状または三角格子状に配置して水中に保管する
ことを特徴とするものである。
本発明において上記のように使用済燃料棒を配置保管す
る理由を以下に説明する。
燃料貯蔵プールの未臨界性を表現する一般的な物理量と
して中性子実行増倍率(KgI/)がある。
KeHは中性子の実際の増加の割合を示す無次元量で、
Kef/=  1.0ならば臨界の状態、K4//< 
1.0すらば未臨界の状態である。使用済燃料には多数
の中性子発生物質が含まれているので、中性子数増大を
防止するためには未臨界の状態を維持する必要がある。
Ke//は以下のパラメータで記述することが可能であ
る。
Ke、fl= K*  ・ P7:  −P丁ここでに
一二中性子無限増倍率 PF:中性子の減速途中のもれない確率2丁 :熱領域
に入ってからのもれない確率ところで各使用済燃料棒の
無限増倍率は、初期濃縮度、毒物I11度、燃焼度分布
、軸方向ボイド履歴等の差により異なってくるので、か
なり複雑な分布となる。
例えば第13図に示す如く、ガドリニウム等の可燃性毒
物を含まない燃料棒では、無限増倍率は燃焼度とともに
単調に減少し、初期濃縮度(E)とともに増加する。
また第14図に示す如く、可燃性毒物を含む燃料棒では
、燃焼初期から中期にかけて毒物の燃焼にともない無限
増倍率は増加し、毒物が燃えつきた後は単調に減少する
。この場合、初期毒物濃度(G)が高い程初期無限増倍
率は低下し、毒物が燃えつきる燃焼度も高くなる。
また第15図に示す如く、冷温時での無限増倍率は、高
温燃焼状態でのボイド率履歴(HV)が高い程高くなる
。これはボイド率が高いことによって中性子スペクトル
の硬化によるプルトニウムの蓄積が多(なるためである
、。
一方燃料貯蔵プールに燃料棒を貯蔵した場合、中性子実
効増倍率(1”ceff>は第19図に示す如く燃料棒
の無限増倍率が高い程高く、燃料棒ピッチP(第17図
参照)に関しである極値をもった特性となる。これは水
による中性子減速効果と中性子吸収効果の結果もたらさ
れたものである。なお第17図中、P=Aとなった時が
Pの最小値であり、この場合は燃料棒同士が互いに接触
している。ピッチが小さい程貯蔵密度が高くなり、かつ
に−ffも低下するので、ピッチは最小値Aの近傍に設
定することが有利である。したがって、この条件下で燃
料貯蔵プールの中性子実効増倍率の制限値(L。
通常Ke7f= 0.95に設定される)を満足するよ
うな無限増倍率であることが必要である。
使用済燃料の無限増倍率は、上記したように燃料棒の初
期濃縮度、毒物濃度、燃焼度分布、ボイド履歴等により
異なり、その値の分布幅は大きいので、任意の燃料棒を
任意の位置に配置すると、安全性を確保するためには最
大の無限増倍率を有する燃料棒を連続して配列した場合
を想定して貯蔵プールを設計しなければならなくなり、
かなりの容積を必要とすることになる。
本発明においては、使用済燃料棒を中性子無限倍増率の
大きさにしたがって2の倍数群または3の倍数群にグル
ープ分けし、前記したように互に隣接する位置に同一群
の燃料棒が配置されないように三角格子配置または正方
格子配置により保管するので、燃料棒の無限増倍率分布
が平坦化され、それにより貯蔵プールにおいて中性子実
効増倍率が局部的に増大することを防ぐことができる。
したがって本発明の燃料棒配置による貯蔵では、無作為
に燃料棒を配置保管した場合に比べて貯蔵プールの未臨
界性を十分に確保することができる。
さらに上記に加えて燃料棒の軸方向位置も隣接するもの
同士が逆向きになるようにすれば前記の平坦化が一層す
すめられる。
すなわち第18図に示すごとく燃料棒の軸方向燃焼度分
布は、一般的に上下両端で燃焼度が小さく、やや下部で
ピークとなっている。このような分布となるのは上下両
端で中性子が洩れ易いので出力が小さく、またボイドが
炉心下端より発生するので炉心下部の方が反応度が高い
ことに起因する。
また、ボイド履歴分布は第19図に記す如く軸方向上部
はど高くなっている。これらの結果、第20図に示す如
く軸方向無限増倍率分布は上部で高く(Kふ)、中間部
で最小となり(K部)、下部でやや高くなる(K、!>
。したがって、隣接する燃料棒の軸方向位置が逆になる
ように配置すれば、さらに実効増倍率の平均化がなされ
ることになる。
[発明の実施例] 本発明の実施例を図面を参照して説明する。
第1図は使用済燃料棒を無限増倍率の大きさの順に4群
に分けた場合の状態を示し、図面に示すように1群はK
O)I 〜KO12、If群はKm2〜K(X)J 、
 I[[群はKcoJ〜KOOS’、 IV群はK。o
%’以下の各範囲の無限増倍率の燃料棒群である。第2
図はこのように4群にグループ分けされた燃料棒を正方
格子状に配置した状態を示す図である。第2図に示すよ
うに、正方格子状に配置された燃料棒はすべて同一群に
属さない燃料棒が隣接するように配置されている。
第3図はこの4群にグループ分けされた燃料棒を同一群
のものが互に隣接しないようにして三角格子状に配置し
た状態を示している。第4図は使用済燃料棒を3つの群
I、IIおよび■にグループ分けした状態を示し、第5
図はこのグループ分けした燃料棒を同一群のものが互い
に隣接しないように三角格子状に配置した状態を示すも
のである。
第6図は本発明の効果を示すグラフである。任意の位置
に任意の燃料棒を配置する場合は無限増倍率の高い1群
の燃料棒が局所的にかたまって配置されることが起りう
るので、第6図にK。lで示す如く貯蔵プールの実行増
倍率の制限値(L)を越える可能性がある。ところが上
記実施例で示した如く配置位置に制限を加えることによ
り無限増倍率は以下のように平均化され、 Koo = (K、、+ + K(yZ+ Kg3) 
/ 3あるいは に= −(K、o/ +KO62+ Kco3+ t<
−、) / 4無限増倍率はK。lからに;に低下し、
貯蔵プールの中性子実効増倍率も低下して基準値り以下
となる。
第7図〜第9図は隣接する燃料棒の軸方向を互いに逆向
きにした例を示すもので、第10図はその効果を示す図
である。すなわち第7図は2本の隣接する燃料棒が軸方
向を逆にして配置されている状態を示すもので、それぞ
れの配置をTおよびBで表すと、T配置およびB配置が
交互になるように燃料棒を正方格子状および三角格子状
に配置したものは第8図および第9図に示されるように
なり、貯蔵プール内の燃料棒の無限増倍率はさらに平均
化される。第10図はその効果を示すもので、任意に配
置した場合に起りうる無限増倍率KLが第8図および第
9図に示すように配置したことによってKKになったこ
とを示している。
以上、本発明の実施例をいずれも沸騰水型原子炉用の燃
料について説明したが、本発明は沸騰水型原子炉用の燃
料のみでなく加圧水型炉用および新型転換炉用の燃料に
ついても適用することができる。
[発明の効果] 本発明の貯蔵方法によれば、貯蔵される燃料棒の中性子
無限増倍率が平均化されるので貯蔵プールの中性子実効
増倍率を低下させることができ、したがって貯蔵プール
の未臨界性を維持しながら使用済燃料を高密度に貯蔵す
ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図および第4図は本発明における燃料棒のグループ
分けを例示する図、第2図、第3図および第5図は本発
明における燃料棒の配置例を示す図、第6図は本発明の
効果を例示する図、第7図は本発明において隣接配置さ
れた燃料棒の軸方向を互いに逆向きにした状態を示す図
、第8図およ図は燃料棒の無限増倍率のパラメータ変化
を示す図、第16図は貯蔵プールに配置された燃料棒の
ピッチと実効増倍率の関係を示す図、第17図は貯蔵プ
ールに配置された燃料棒のピッチの説明図、第18図〜
第20図はそれぞれ軸方向位置における相対燃焼度分布
、ボイド履歴分布および無限増倍率分布を示す図である
。 1・・・・・・チャンネルボックス。 2・・・・・・燃料棒。 3・・・・・・燃料ベレット (7317)代理人 弁理士 則 近 憲 佑(ばか1
名) (Oδ〕インート((チωcwt罎C −へ70− 0−  苔   。i   c5 勾ト (If9s)  =4−鼾シい1′[ρ?“i(−=堝
↓居IJ實      (すi平蔓潰虻(−別kv#盤
賞 第 16 因 文K(事十歩トh°ソヶ (tm−) 上 第17図 奉 刀 トPす     簡 O○■○    工 ○○○○ ○○○○ (′)凸θ畠    10 第18図 Oイ、02.0 朋対痺旭洩 第19図     第20図 so      too           o  
      t、o      z、。 =01−

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)使用済燃料集合体を燃料棒単位まで解体し、該燃
    料棒を中性子無限増倍率の大きさにしたがって2の倍数
    群または3の倍数群にグループ分けし、次に同一群の燃
    料棒が互いに隣接する位置に配置されないように上記燃
    料棒を正方格子状または三角格子状に配置して水中に保
    管することを特徴とする使用済原子炉燃料の貯蔵方法。
  2. (2)正方格子状に配置する場合は燃料棒を2の倍数群
    にグループ分けする特許請求の範囲第1項記載の使用済
    原子炉燃料の貯蔵方法。
  3. (3)三角格子状に配置する場合は燃料棒を2の倍数群
    または3の倍数群にグループ分けする特許請求の範囲第
    1項記載の使用済原子炉燃料の貯蔵方法。
  4. (4)隣接する燃料棒の軸方向が互いに逆向きである特
    許請求の範囲第1項記載の使用済原子炉燃料の貯蔵方法
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008039509A (ja) * 2006-08-03 2008-02-21 Toshiba Corp 照射燃料の未臨界中性子増倍体系への装荷方法及び照射燃料の実効増倍率算出方法
JP2015200569A (ja) * 2014-04-08 2015-11-12 三菱重工業株式会社 燃料配置方法及び燃料取扱設備

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