JPS61226685A

JPS61226685A - 沸騰水型原子炉用燃料集合体

Info

Publication number: JPS61226685A
Application number: JP60066688A
Authority: JP
Inventors: 宏司平岩; 庄一渡辺
Original assignee: Toshiba Corp; Nippon Atomic Industry Group Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Nippon Atomic Industry Group Co Ltd
Priority date: 1985-04-01
Filing date: 1985-04-01
Publication date: 1986-10-08
Anticipated expiration: 2011-12-18
Also published as: JP2565861B2

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】〔発明の技術谷野〕本発明は沸騰水型原子炉に用いる燃料集合体に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

従来の沸騰水型原子炉では、出力運転時の炉心平均軸方
向出力分布は第９図の実線に示すように炉心下部に大き
な値をもつ形となっており、このためある期間運転した
後のウラン−２３５および核分裂性プルトニウムの軸方
向重量分布は、それぞれ第１０図の実線に示すように炉
心上部で大きな値をもつ形となっている。

その結果、原子炉運転停止時におけるインポータンス軸
方向分布は、第１１図の実線で示すように上部でピーク
をもつ形となっている。すなわち燃料上部の反応度価値
が燃料下部の反応度価値よりも大きくなっている。そし
てそれが炉停止余裕を減少させている原因となっている
。

従来かかる問題に対して、燃料上部の核燃料物質の濃縮
度を下げることが考えられているが、燃料上部の濃縮度
を下げる方法では、平均濃縮度を一定に保つように設計
されている場合、燃料下部の濃縮度を上げることになり
、その結果、運転時の軸方向出力分布のピークが大きく
なるので問題が生ずる。また下部の濃縮度を上げない場
合は目標の燃焼度を達成できないことになる。

〔発明の目的〕

本発明は上記問題を解決するためになされたものであっ
て、原子炉運転時の燃焼特性を変化させることなく炉停
止余裕を増大させることを目的とするものである。

〔発明の概要〕本発明は複数の燃料棒が規則的に配置されている沸騰水
型原子炉用燃料集合体において、最外側以外の位置に配
置された燃料棒のうちの一部または全部がその上部にお
いて核燃料が全く装荷されていないかまたは少量しか装
荷されていないことを特徴とする上記燃料集合体に関す
る。

燃料棒の上部に核燃料が全くまたは少量しか装荷されて
いない状態とするには、例えばその部分をプレナムとす
るとか、その部分に核分裂性物質を含まない中性子吸収
断面積の小さいセラミックペレットを充填するとかある
いは中空状の燃料ペレットを充填するなどの方法がある
。

このように燃料集合体の内側部分の燃料棒の上部に核燃
料を充填しないと、この部分には核分裂性物質であるウ
ラン−２３５および核分裂性プラトニウムが存在しない
と同時に、中性子吸収物質であるウラン−２３８も存在
しないことになる。そして。

出力運転時の燃料上部および内側部の状態をみると、燃
料上部では蒸気ボイド率が大きいので減速材と燃料の原
子数比が小さくなっており、また燃料内側部では燃料外
周部と比較して中性子スペクトルが高速溝側に移動して
いるので減速不十分な状態となっている。このような状
態であるので、これらの部分では中性子吸収物質である
ウラン−２３８が減少したことによる中性子実効増倍率
の増加効果が大きく、このため燃料ウランの減少によっ
て反応度の減少があってもそれをほぼ打ち消すことにな
り、全体としてはサイクル燃焼度の減少は約０．５％以
下となる。

一方炉停止時について説明すると、炉停止時には燃料上
部まで減速材の水があり、減速材と燃料の原子数比が大
きいので中性子スペクトルが出力運転時に比較してより
熱群側へ移動し、減速十分な状態となっている。したが
って燃料であるウラン−２３５および核分裂性プラトニ
、ウムを取り去ることによる効果が、中性子吸収物質で
あるウラン−２３８を取り去ることによる効果より大き
くなり、燃料集合体上部のインポータンスは減少する。

その結果、炉停止余裕を通常の燃料より増加させること
ができる。

−・般に炉停止余裕は濃縮度の増加に比例して減少し、
通常の燃料を基準にした場合１例えば濃縮度を０．５％
増加させると炉停止余裕が約０．５％に減少する。した
がって、炉停止余裕に制限がある場合、本発明の燃料集
合体を用いれば、濃縮度を通常の燃料より増加させた燃
料設計が可能となり、燃料の取出燃焼度を増加すること
ができる。この結果。

核燃料サイクルコストを減少でき、経済性の高い燃料が
設計できる。

〔発明の実施例〕

本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。

第１９図は本発明に係る燃料集合体の斜視図である。燃
料集合体１は２本のウォーターロッドと６２本の燃料棒
５を上部タイプレート２、スペーサー４、下部タイプレ
ート６により固定し、チャンネルボックス３で外側をと
りかこまれている。

第１図は本発明の燃料集合体の一実施例を示すもので燃
料集合体の燃料棒配置を説明する断面図である。第１図
において、燃料集合体７には外側２列に通常の燃料棒１
１が配置され、３列目以内には燃料棒上部の燃料ペレッ
トを一部取り去った燃料棒９，１０が配置されている。

８はウォーターロッドである。

第２図は第１図の燃料集合体の第１９図に示す境界１位
置より上の部分の断面を示す図である。斜線のある燃料
棒は燃料ペレットが封入されていることを示し、それ以
外のは燃料ペレットが封入されていないことを示してい
る。第３図および第４図は同様にそれぞれ第１９図に示
す境界■と■の間の部分および■より下の部分に相当す
る位置の第１図の燃料集合体の状態を示すものである。

第２〜４図から明らかなように、第１図に示す燃料集合
体は、■より下部では燃料ペレットが全部の燃料棒に充
填されているが（第４図）、■〜■の位置では燃料棒９
（６本）に燃料ペレットが存在せず（第３図）、さらに
Ｉより上部では燃料棒９および１０　（計１４本）に燃
料ペレットが存在していない（第２図）。

これら３種類の燃料棒９，１０．および１１の構成はそ
れぞれ第５，６および７図に示すようになっている。す
なわち、燃料棒９は境界■まで燃料ペレット１４が充填
され、それより上はプレナムスプリング１２の設計され
たプレナム部１３となっている。

燃料棒１０ではこの燃料ペレット１４とプレナム部１３
との境界が■の位置であり、燃料棒１１は通常の燃料棒
と同じく上部まで燃料ペレット１４が充填されている。

上記境界■および境界■の位置は、境界■より上の部分
が燃料棒の燃料有効部軸方向全長の１／２４゜さらに境
界ｌと境界■との間の長さが同じく軸方向全長のｌ／２
４となる位置である。境界■〜■の範囲で燃料重量は約
１０％減少し、境界■より上部では約２３％減少してい
る。したがって燃料重量の軸方向分布は第８図に示すよ
うな分布となり、燃料集合体全体としての燃料重量の減
少は約１．３％である。

上記実施例の燃料集合体を使用した場合の効果について
説明する。

出力運転時では、前記したように内部燃料棒の上部で中
性子が減速不十分な状態となっているので、中性子吸収
物質であるウラン−２３８を取り去ったことによる中性
子実効増倍率増加効果が大きく、それがウラン−２３５
の減少による反応度の減少を補って、全体としてのサイ
クル燃焼度の減少は０．５％以下である。

一方、このように上部の燃料ペレットを取り去ったこと
により、燃料重量は燃料集合体全体で約１．３％減少さ
れる。したがって核燃料サイクルコストは約０．８％減
少できることになる。

この実施例の燃料集合体の出力運転時の炉心平均軸方向
出力分布を従来の通常の燃料集合体のそれと比較して示
したのが第９図である。破線が本実施例のもので実線が
従来のものである。第９＠で示されるように、実線と破
線との差は小さく、本発明の燃料集合体では炉心下部の
出力ビーキング係数が炉心の熱的特性を変化させる種変
化しない。

次に炉停止時の効果について説明する。

第１０図は１サイクル経過後のウラン−２３５および核
分裂性プルトニウムの軸方向分布を示すもので、実線は
従来の燃料集合体の場合、破線は本実施例の場合である
。第１０図に示されるように、本実施例では燃料上部に
おいていずれも減少しており。

減少量はウラン−２３５の場合最大２０％となっている
。

この核分裂性物質の減少の効果は、既に述べたように、
炉停止時では中性子吸収物質であるウラン−２３８が減
少したことによる効果よりも大きくなり、その結果、炉
停止時の軸方向インポータンス分布は第１１図（破線が
本実施例、実線が従来例）のようになって１本実施例で
は燃料集合体上部の反応度は減少する。その結果本実施
例では炉停止余裕を通常の燃料と比較して約０．５％に
増加させることができる。したがって、もし炉停止余裕
を従来と同じ値にするとすれば、従来の燃料に比較して
約０．５％濃縮度を増加させることが可能となる。

上記実施例では燃料棒上部をプレナム部とすることによ
って燃料の存在しない状態を作成したが、燃料の存在し
ない状態の他の例として第１２〜１３図を示す。

第１２図に示す燃料棒はダミーペレットを充填したもの
で、すなわち核分裂性物質を含まない、たとえば酸化ジ
ルコニウムの焼結ペレットのような中性子吸収断面積の
低いセラミックペレット１５が燃料棒上部に充填されて
いる。

第１３図に示す燃料棒は境界■の上部で中空体積率４０
％の中空燃料ペレット１６を充填し、境界Ｉと■の間の
部分で中空体積率２０％の中空燃料ペレット１７を充填
したものである。この燃料棒を使用すれば、これ１種類
で燃料重量の軸方向分布を第８図のようにすることがで
きる６例えば第１４図に示す燃料集合体がそれであって
、燃料集合体の最外周に通常の上部まで燃料ペレットの
封入された燃料棒１１を配置し、それより内側にはすべ
てこの中空率を２段階にした燃料棒２０が配置されてい
る。

次に、本発明の燃料集合体の別の燃料棒配置例を以下に
示す、これらの配置によっても前記した実施例と同等の
効果を得ることができる。

第１５図は従来の燃料集合体と異なり、中央に大径ウォ
ーターロッド２１を配したもので、燃料棒は外周２列に
通常の燃料棒１１を配置し、第３列目に第５図の燃料棒
９を８本、第６図の燃料棒１０を４本配置したものであ
る。

第１６図は中央にウォーターロッド２３を十字型に配し
たもので、従来より細い燃料棒が９行９列配置されてお
り、３列目より内側に燃料棒９が６本。

燃料棒１０が１０本配置されている。

第１７図は第１図の燃料棒配置を変更したもので、各燃
料棒の数は同じである。

また、燃料重量の軸方向分布を種々変更することもでき
る。

第１８図に示すのは実施例に示す軸方向分布（第８図）
を変更して、上部、すなわち境界！より上の部分の燃料
重量をさらに減少させた例を示すものである。図中８が
第８図に示す分布であり、ｂが変更した分布である。こ
のように燃料重量分布を変更しても上記実施例と同様の
効果が得られる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明は燃料集合体の内側に配列
した燃料棒の上部を燃料が全くまたは少量しか装荷され
ていない状態としたことによって、出力運転時の熱的特
性を変化させることなく炉停止余裕を増加させることが
できたものである。また、それにより高い濃縮度の燃料
を設計することも可能となり、核燃料サイクルコストを
減少させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す燃料集合体断面図、第
２図は第１９図に示す燃料集合体の境界■より上部の断
面図、第３図は第１９図に示す燃料集合体の境界Ｉ〜■
の部分の断面図、第４図は第１９図に示す燃料集合体の
境界■より下部の断面図、第５図は第１図〜第４図に示
される燃料棒９の縦断面図、第６図は第１図〜第４図に
示される燃料捧第１０図の縦断面図、第７図は第１図〜
第４図に示される燃料棒１１の縦断面図、第８図は第１
図に示す燃料集合体の軸方向燃料重量分布図、第９図は
従来および本発明の各燃料集合体の出力運転時の軸方向
出力分布図、第１０図は同各燃料集合体の１サイクル運
転後の核分裂性物質軸方向分布図。第１１図は同各燃料集合体の冷態時のインポータンス分
布図、第１２図〜第１３図は本発明の燃料集合体におけ
る上部に燃料が全くまたは少量しか装荷されていない燃
料棒の実施例を示す縦断面図、第１４図〜第１７図は本
発明の燃料集合体の燃料棒配置の他の実施例を示す断面
図、第１８図は本発明の他の実施例の軸方向燃料重量分
布図、第１９図は燃料集合体の斜視図である。３・・・チャンネルボックス８．２１．２２・・・ウォーターロッド９．１０・・・
上部に燃料ペレットが封入されていない燃料棒１１・・
・従来の燃料棒　　　　　１２・・・プレナムスプリン
グ１４・・・燃料ペレット　　　　　　１５・・・ダミ
ーペレット１６、１７・・・中空状燃料ペレット２０・・・上部に中空状燃料ペレットが封入された燃料
棒（８７３３）　　代理人　弁理士　猪　股　祥　晃（
はが１名）第　　１　　図第　　２　　図第　　３　　図第　　４　　図第　　５　　図　　　　　　　　第　　６　７第　　７
　図（ｒｉｂ単白をン第８図ｊＨＭ：Ｊ二カ　（イシηｔ１．ｏＨ：弐虱冬トイと１
ン第　　９　　図箱公ｇＬ性刊物の皇童牟（イ土１．＊　　イｆ、）第１０図インｌす１−タンス第１１図第１２図第　１３　図第１５図第１６図第１７図（イＬ　ｌ！ＬＱ４ｒＬ）第１８図第１９図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）複数の燃料棒が規則的に配置されている沸騰水型
原子炉用燃料集合体において、最外側以外の位置に配置
された燃料棒のうちの一部または全部が、その上部にお
いて核燃料が全く装荷されていないかまたは少量しか装
荷されていないことを特徴とする沸騰水型原子炉用燃料
集合体。
（２）核燃料が全く装荷されていないかまたは少量しか
装荷されていない部分は、燃料棒の燃料有効部の上から
１／２４ないし１／１２の部分である特許請求の範囲第
１項記載の沸騰水型原子炉用燃料用集合体。
（３）燃料棒の上部において核燃料が全く装荷されてい
ない部分はプレナムとなっている特許請求の範囲第１項
記載の沸騰水型原子炉燃料集合体。
（４）燃料棒の上部において核燃料が全く装荷されてい
ない部分は核分裂性物質を含まないセラミックペレット
が充填されている特許請求の範囲第１項記載の沸騰水型
原子炉用燃料集合体。
（５）燃料棒の上部において核燃料が少量しか装荷され
ていない部分は中空状の燃料ペレットが装荷されている
特許請求の範囲第１項記載の沸騰水型原子炉用燃料集合
体。