JPS62132192A - 沸騰水型原子炉用燃料集合体 - Google Patents
沸騰水型原子炉用燃料集合体Info
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- JPS62132192A JPS62132192A JP60272969A JP27296985A JPS62132192A JP S62132192 A JPS62132192 A JP S62132192A JP 60272969 A JP60272969 A JP 60272969A JP 27296985 A JP27296985 A JP 27296985A JP S62132192 A JPS62132192 A JP S62132192A
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- Japan
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- fuel
- fuel assembly
- uranium
- enrichment
- boiling water
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- 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
- Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (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。
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、沸騰水型原子炉に装荷される燃料集合体に係
り、特に燃料経済性向上に寄与する燃料集合体に関する
。
り、特に燃料経済性向上に寄与する燃料集合体に関する
。
沸騰水型原子炉では、燃料集合体のチャンネルゲックス
外部に制御棒や中性子検出器計装管を配しており、その
ため燃料集合体間の間隔はそれらの装置が挿入されるだ
け広げられ、冷却水で満たされている。このため燃料集
合体周辺部の燃料棒は、燃料集合体中心部の燃料棒に比
べて水対ウラン比が実効的に大きくなる。その結果、燃
料集合体周辺部は、軽水による中性子減速が有効に働き
、熱中性子束が大きくなυ、また中性子インポータンス
が高くなり、従って、燃料集合体内の局所量カーーキン
グが生ずる傾向がある。
外部に制御棒や中性子検出器計装管を配しており、その
ため燃料集合体間の間隔はそれらの装置が挿入されるだ
け広げられ、冷却水で満たされている。このため燃料集
合体周辺部の燃料棒は、燃料集合体中心部の燃料棒に比
べて水対ウラン比が実効的に大きくなる。その結果、燃
料集合体周辺部は、軽水による中性子減速が有効に働き
、熱中性子束が大きくなυ、また中性子インポータンス
が高くなり、従って、燃料集合体内の局所量カーーキン
グが生ずる傾向がある。
従来は、燃料集合体周辺部の燃料ペレットの濃縮度を中
心部のそれより低くすることにより、燃料集合体内の局
所出力ビーキング係数を低くおさえ、線出力密度の低減
を図っていた。しかし、そのような濃縮度分布は、中性
子インボータンスの高い燃料集合体周辺部にペレット濃
縮度の低い燃料棒を配置するので、燃料経済性の面では
好ましくない。
心部のそれより低くすることにより、燃料集合体内の局
所出力ビーキング係数を低くおさえ、線出力密度の低減
を図っていた。しかし、そのような濃縮度分布は、中性
子インボータンスの高い燃料集合体周辺部にペレット濃
縮度の低い燃料棒を配置するので、燃料経済性の面では
好ましくない。
本発明の目的は、燃料集合体の核的非均質性を有効に利
用することによって、ウラン−２３５の燃焼およびウラ
ン−２３８からプルトニウム−２３９への転換を効果的
に行い、燃料経済性の向上した沸騰水型原子炉燃料集合
体構造を提供することにある。
用することによって、ウラン−２３５の燃焼およびウラ
ン−２３８からプルトニウム−２３９への転換を効果的
に行い、燃料経済性の向上した沸騰水型原子炉燃料集合
体構造を提供することにある。
本発明の沸騰水型燃料集合体は、燃料集合体の周辺部に
含まれる燃料棒の平均濃縮度を燃料集合体の中心部に含
まれる燃料棒の平均濃縮度より高くシ、前者の平均濃縮
度／後者の平均濃縮度なる比を２以上としたことを特徴
とするものである。
含まれる燃料棒の平均濃縮度を燃料集合体の中心部に含
まれる燃料棒の平均濃縮度より高くシ、前者の平均濃縮
度／後者の平均濃縮度なる比を２以上としたことを特徴
とするものである。
以下、本発明の原理・思想について解説する。
以下の説明では燃料集合体中の燃料棒が９Ｘ９格子に配
列されたものを例にとって説明する。これは、上記本発
明のような濃縮度分布を採用すると燃料棒の線出力密度
が高くなる傾向にあるので、現行の８×８格子を９×９
格子に変更して、線出力密度の上昇を抑えるためである
。ｌ０ＸＩＯ格子、または１１×１１格子としても同様
である。
列されたものを例にとって説明する。これは、上記本発
明のような濃縮度分布を採用すると燃料棒の線出力密度
が高くなる傾向にあるので、現行の８×８格子を９×９
格子に変更して、線出力密度の上昇を抑えるためである
。ｌ０ＸＩＯ格子、または１１×１１格子としても同様
である。
第２図は、燃料集合体内の中性子束空間分布の一般的傾
向を示す。Ｃは燃料集合体の中心部、Ａは外周部、Ｂは
中間部を示す。カーブ５が熱エネルギー領域中性子束、
カーブ６が共鳴エネルギー領域中性子束、カーブ７が高
速エネルギー領域中性子束のグラフである。燃料集合体
の中心部は、熱エネルギー領域中性子束が減少するため
、中性子平均エネルギーが高くなっている。したがって
、燃料経済性上、集合体中心部は、ウラン−２３５の有
効利用には適さず、ウラン−２３８からプルトニウム−
２３９への転換を有効に行わせるに適する領域であると
言える。
向を示す。Ｃは燃料集合体の中心部、Ａは外周部、Ｂは
中間部を示す。カーブ５が熱エネルギー領域中性子束、
カーブ６が共鳴エネルギー領域中性子束、カーブ７が高
速エネルギー領域中性子束のグラフである。燃料集合体
の中心部は、熱エネルギー領域中性子束が減少するため
、中性子平均エネルギーが高くなっている。したがって
、燃料経済性上、集合体中心部は、ウラン−２３５の有
効利用には適さず、ウラン−２３８からプルトニウム−
２３９への転換を有効に行わせるに適する領域であると
言える。
第３図は、平均濃縮度が等しい燃料棒で構成した燃料集
合体内の燃料棒局所出力分布を示したものである。図中
の数値はその位置に配置された燃料棒の局所出力ビーキ
ング係数である。燃料経済性上、中心領域（図中、太線
工より内側の出力ビーキング係数０．８以下の領域）は
ウラン−２３５の有効利用には適せず、ウラン２３８か
らプルトニウム−２３９への転換に適する領域と考えら
れ、周辺領域（図中、太線Ｊよシ外側の出カーーキング
係数０．９以上の領域）はウラン−２３５の有効利用に
適する領域と考えられる。各燃料棒の存する層を燃料集
合体の外側の燃料棒から中心に向って順に１．２．・・
・Ｎ−１，Ｎ層と定義したとき、中心領域はＮ、Ｎ−１
層（第３図で太線Ｉよシ内側の領域：出力ビーキング係
数０．８以下の領域） 周辺領域は１，２層（第３図で
太線Ｊより外側の領域；出力ビーキング係数０．９以上
の領域）となる。
合体内の燃料棒局所出力分布を示したものである。図中
の数値はその位置に配置された燃料棒の局所出力ビーキ
ング係数である。燃料経済性上、中心領域（図中、太線
工より内側の出力ビーキング係数０．８以下の領域）は
ウラン−２３５の有効利用には適せず、ウラン２３８か
らプルトニウム−２３９への転換に適する領域と考えら
れ、周辺領域（図中、太線Ｊよシ外側の出カーーキング
係数０．９以上の領域）はウラン−２３５の有効利用に
適する領域と考えられる。各燃料棒の存する層を燃料集
合体の外側の燃料棒から中心に向って順に１．２．・・
・Ｎ−１，Ｎ層と定義したとき、中心領域はＮ、Ｎ−１
層（第３図で太線Ｉよシ内側の領域：出力ビーキング係
数０．８以下の領域） 周辺領域は１，２層（第３図で
太線Ｊより外側の領域；出力ビーキング係数０．９以上
の領域）となる。
第４図、第５図は燃料集合体の周辺領域と中心領域との
平均濃縮度比を変化させたときの、夫々、燃焼初期（燃
焼度ｏＧｗｄ／ｌ）での、及び炉心平均燃焼度での反応
度の変化を示したものである。現行燃料集合体の平均濃
縮度比は約０．８である。上記の平均濃縮度比を大きく
すると、燃焼初期での、及び炉心平均燃焼度での反応度
はいずれも上昇する。余剰反応度制御の観点からは、燃
焼初期での反応度上昇は小さく、炉心平均燃焼度での反
応度上昇が大きいことが好ましい。第４図よシ、上記平
均濃縮度比を２以上にすると、燃焼初期の反応度上昇は
小さいことがわかる。これは、上記の平均濃縮度比を２
以上にすると（中心領域の平均濃縮度が約２ ｗｌｏよ
り小さくなると）、燃焼初期ではウラン−２３８への中
性子吸収効果の方が、中性子インポータンス利用による
反応度上昇効果より大きくなるためである。一方炉心平
均燃焼度での反応度は上記平均濃縮度比が２以上の場合
にも上昇する。これは、生産されたプルトニウム−２３
９が有効に利用されるためである。
平均濃縮度比を変化させたときの、夫々、燃焼初期（燃
焼度ｏＧｗｄ／ｌ）での、及び炉心平均燃焼度での反応
度の変化を示したものである。現行燃料集合体の平均濃
縮度比は約０．８である。上記の平均濃縮度比を大きく
すると、燃焼初期での、及び炉心平均燃焼度での反応度
はいずれも上昇する。余剰反応度制御の観点からは、燃
焼初期での反応度上昇は小さく、炉心平均燃焼度での反
応度上昇が大きいことが好ましい。第４図よシ、上記平
均濃縮度比を２以上にすると、燃焼初期の反応度上昇は
小さいことがわかる。これは、上記の平均濃縮度比を２
以上にすると（中心領域の平均濃縮度が約２ ｗｌｏよ
り小さくなると）、燃焼初期ではウラン−２３８への中
性子吸収効果の方が、中性子インポータンス利用による
反応度上昇効果より大きくなるためである。一方炉心平
均燃焼度での反応度は上記平均濃縮度比が２以上の場合
にも上昇する。これは、生産されたプルトニウム−２３
９が有効に利用されるためである。
前記した本発明の特徴とする燃料集合体の構成は以上の
所見を基づくものであり、以て燃料経済性を高めること
を可能にしたものである。
所見を基づくものであり、以て燃料経済性を高めること
を可能にしたものである。
第１図は本発明の燃料集合体の概念的断面図であり、図
中３は燃料集合体の周辺領域に配置された平均濃縮度の
高い燃料棒、４は中心領域に配置された平均濃縮度の低
い燃料棒を示す。
中３は燃料集合体の周辺領域に配置された平均濃縮度の
高い燃料棒、４は中心領域に配置された平均濃縮度の低
い燃料棒を示す。
以上の説明においては燃料としては、濃縮ウランを例に
とって説明したが、燃料集合体中心領域に配置する燃料
棒の燃料としては、天然ウラン、減損ウラン、劣化ウラ
ンも使用可能である。さらに周辺領域の燃料としては、
プルトニウムを含んだＭＯＸ燃料も使用できる。
とって説明したが、燃料集合体中心領域に配置する燃料
棒の燃料としては、天然ウラン、減損ウラン、劣化ウラ
ンも使用可能である。さらに周辺領域の燃料としては、
プルトニウムを含んだＭＯＸ燃料も使用できる。
なお、以上の説明では、燃料棒の線出力密度がきびしく
なるのを抑えるために、現行の８Ｘ８格子を９×９格子
に変更した場合を例にとって説明しだが、ＩＯ×１０ま
たは１１Ｘ１１格子でも同様である。また近年、被覆管
内壁にＣｕまたはＺｒの薄膜をはりつけ、燃料４レツト
と被覆管の相互作用を減少し、線出力密度を増大できる
新型の燃料棒が開発されつつあるが、このような燃料棒
の場合、８×８格子にも本発明は適用が可能である。
なるのを抑えるために、現行の８Ｘ８格子を９×９格子
に変更した場合を例にとって説明しだが、ＩＯ×１０ま
たは１１Ｘ１１格子でも同様である。また近年、被覆管
内壁にＣｕまたはＺｒの薄膜をはりつけ、燃料４レツト
と被覆管の相互作用を減少し、線出力密度を増大できる
新型の燃料棒が開発されつつあるが、このような燃料棒
の場合、８×８格子にも本発明は適用が可能である。
なお述べれば、特開昭５８−２６２９２号公報には、燃
料濃縮度を燃料集合体中心部で２．２％、同周辺部で３
．１〜３．３チとした燃料集合体が示されている。この
燃料集合体は、上下２領域燃料の使用で軸方向出力ビー
キングが減少した分、局所出力ビーキングを増大させ（
燃料集合体周辺部の濃縮度を中心部より高くシ）、燃料
経済性を向上させようとするものである。
料濃縮度を燃料集合体中心部で２．２％、同周辺部で３
．１〜３．３チとした燃料集合体が示されている。この
燃料集合体は、上下２領域燃料の使用で軸方向出力ビー
キングが減少した分、局所出力ビーキングを増大させ（
燃料集合体周辺部の濃縮度を中心部より高くシ）、燃料
経済性を向上させようとするものである。
一方、本発明においては、前述のように、燃料集合体中
心部を低濃縮度燃料領域、周辺部を高濃縮度燃料領域と
し、前者と後者との平均濃縮度比を２以上にしたことに
あり、これにより、燃料集合体中心部（低濃縮度燃料領
域）には所謂濃縮ウランに限らず、天然ウラン、劣化ウ
ラン等の低濃縮度のウランが使用される。かかる本発明
においては、燃焼初期では反応度上昇が小さく（第４図
）、その結果、天然ウラン（又は劣化ウラン）中のウラ
ン−２３８による中性子吸収が大きく、従って、余剰反
応度制御量が小さくてすみ、また、炉心平均燃焼度では
反応度上昇が大きく（第５図）、燃焼初期に生産された
ゲルトニウム−２３９が核燃料として有効に利用される
、ということが実現できるのである。
心部を低濃縮度燃料領域、周辺部を高濃縮度燃料領域と
し、前者と後者との平均濃縮度比を２以上にしたことに
あり、これにより、燃料集合体中心部（低濃縮度燃料領
域）には所謂濃縮ウランに限らず、天然ウラン、劣化ウ
ラン等の低濃縮度のウランが使用される。かかる本発明
においては、燃焼初期では反応度上昇が小さく（第４図
）、その結果、天然ウラン（又は劣化ウラン）中のウラ
ン−２３８による中性子吸収が大きく、従って、余剰反
応度制御量が小さくてすみ、また、炉心平均燃焼度では
反応度上昇が大きく（第５図）、燃焼初期に生産された
ゲルトニウム−２３９が核燃料として有効に利用される
、ということが実現できるのである。
本発明においては、局所ピーキングが従来よりも大きく
なるが、９×９格子またはそれ以上要素数の多い格子に
すれば、従来の８×８格子に比べて線出力密度が約２５
チ以上減少させることができるので、局所出力ビーキン
グが８×８格子に比べ３０％程度上昇しても熱的余裕が
低下しないようにすることが可能である。或いはまた、
前記した近年開発されつつある新型の燃料棒を用いるこ
とによっても熱的余裕を確保することができる。
なるが、９×９格子またはそれ以上要素数の多い格子に
すれば、従来の８×８格子に比べて線出力密度が約２５
チ以上減少させることができるので、局所出力ビーキン
グが８×８格子に比べ３０％程度上昇しても熱的余裕が
低下しないようにすることが可能である。或いはまた、
前記した近年開発されつつある新型の燃料棒を用いるこ
とによっても熱的余裕を確保することができる。
〔発明の実施例〕
以下、本発明を実施例によって詳細に説明する。
（実施例１）
第６図は、本実施例の燃料集合体の横断面を示す。燃料
棒としては表１に示す番号１１〜１４に示すものを使用
している。
棒としては表１に示す番号１１〜１４に示すものを使用
している。
燃料集合体の中心領域と周辺領域の平均濃縮度を表２に
示す。
示す。
表 ２
周辺領域と中心領域との平均濃縮度比は約２．５である
。本実施例は９×９格子であシ、従来の８×８格子の燃
料集合体に比べ局所用カーーキングは約１５チ増大する
が線出力密度は約１０％小さくなる。また中性子インノ
ータンスを有効に利用したことで、炉心平均燃焼度での
反応度は約１チΔＫＯＯ増大（省ウラン効果で約５％〕
できる。
。本実施例は９×９格子であシ、従来の８×８格子の燃
料集合体に比べ局所用カーーキングは約１５チ増大する
が線出力密度は約１０％小さくなる。また中性子インノ
ータンスを有効に利用したことで、炉心平均燃焼度での
反応度は約１チΔＫＯＯ増大（省ウラン効果で約５％〕
できる。
（実施例２）
本実施例は、天然ウランを用いた場合である。
第７図に本実施例の燃料集合体の横断面を示す。
燃料棒としては表３に示す番号１５〜１８のものを使用
している。燃料集合体の中心領域と周辺領域の平均濃縮
度を表４に示す。
している。燃料集合体の中心領域と周辺領域の平均濃縮
度を表４に示す。
表 ３
表 ４
周辺領域と中心領域との平均濃縮度比は、約５．４であ
る。本実施例も９×９格子であり、線出力密度は従来の
８×８格子格子体に比べ約５１小さい。また炉心平均燃
焼度での反応度は、実施例１に比べさらに０．１１Δに
の高くすることができる。
る。本実施例も９×９格子であり、線出力密度は従来の
８×８格子格子体に比べ約５１小さい。また炉心平均燃
焼度での反応度は、実施例１に比べさらに０．１１Δに
の高くすることができる。
（実施例３）
本実施例は、省ウラン効果をさらに増大させるため、濃
縮度の低い燃料棒の割合を実施例１及び２より増加させ
たものである。第８図に本実施例の燃料集合体の横断面
を示す。燃料棒としては、表５に示す番号１９〜２２の
ものを使用した。燃料集合体の中心領域と周辺領域の平
均濃縮度は表６に示す。
縮度の低い燃料棒の割合を実施例１及び２より増加させ
たものである。第８図に本実施例の燃料集合体の横断面
を示す。燃料棒としては、表５に示す番号１９〜２２の
ものを使用した。燃料集合体の中心領域と周辺領域の平
均濃縮度は表６に示す。
表 ５
表 ６
周辺領域と中心領域との平均濃縮度比は約６．３である
。本実施例では、実施例２に比べ、燃焼初期での反応度
はほとんど上昇しないが、炉心平均燃焼度での反応度を
約０．４％Δにω（省ウラン効果で約２チ）増大するこ
とができる。
。本実施例では、実施例２に比べ、燃焼初期での反応度
はほとんど上昇しないが、炉心平均燃焼度での反応度を
約０．４％Δにω（省ウラン効果で約２チ）増大するこ
とができる。
なお、使用済燃料の再処理が行われた場合、燃料集合体
周辺領域の高濃縮度燃料のかわりにプルトニウムを含ん
だＭＯＸ燃料を用いることも可能である。プルトニウム
の核分裂断面積はウラン−２３５の約２倍で、本発明に
よシプルトニウムを有効に燃焼させることが可能になる
。また燃料集合体中心領域の低濃縮度燃料のかわりに回
収ウランを用いることも可能である。
周辺領域の高濃縮度燃料のかわりにプルトニウムを含ん
だＭＯＸ燃料を用いることも可能である。プルトニウム
の核分裂断面積はウラン−２３５の約２倍で、本発明に
よシプルトニウムを有効に燃焼させることが可能になる
。また燃料集合体中心領域の低濃縮度燃料のかわりに回
収ウランを用いることも可能である。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、燃料集合体の核
的非均質性を有効に利用してウラン−２３５の燃焼及び
ウラン−２３８からプルトニウム−２３９への転換を効
果的に行うことができるので燃料経済性を向上させるこ
とができる。
的非均質性を有効に利用してウラン−２３５の燃焼及び
ウラン−２３８からプルトニウム−２３９への転換を効
果的に行うことができるので燃料経済性を向上させるこ
とができる。
第１図は本発明燃料集合体を例示した断面図、第２図は
中性子束の燃料集合体内分布を示す線図、第３図は燃料
集合体内局所出カビ−キング分布図、第４図は燃料集合
体周辺領域と中心領域の平均濃縮度比と反応度（燃焼初
期での）の関係を示す線図、第５図は同じく周辺領域と
中心領域の平均濃縮度比と反応度（炉心平均燃焼度での
）の関係を示す線図、第６〜８図は夫々本発明実施例の
横断面図である。 １・・・チャンネルはツクス、 ２・・・制御棒、 ３・・・燃料棒（高濃縮
度）、４・・・燃料棒（低濃縮度）。 ゛ し、−−」 第１図 第２図 同 堡 第４図 甲）ｆ）ＭＥ塊の十何濃縮屓 第５図 中ノロ旬酊或の十功遷扁笈 第６図
中性子束の燃料集合体内分布を示す線図、第３図は燃料
集合体内局所出カビ−キング分布図、第４図は燃料集合
体周辺領域と中心領域の平均濃縮度比と反応度（燃焼初
期での）の関係を示す線図、第５図は同じく周辺領域と
中心領域の平均濃縮度比と反応度（炉心平均燃焼度での
）の関係を示す線図、第６〜８図は夫々本発明実施例の
横断面図である。 １・・・チャンネルはツクス、 ２・・・制御棒、 ３・・・燃料棒（高濃縮
度）、４・・・燃料棒（低濃縮度）。 ゛ し、−−」 第１図 第２図 同 堡 第４図 甲）ｆ）ＭＥ塊の十何濃縮屓 第５図 中ノロ旬酊或の十功遷扁笈 第６図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、格子状に配列された多数の燃料棒を具えた沸騰水型
原子炉用燃料集合体において、燃料集合体の周辺部に含
まれる燃料棒の平均濃縮度と燃料集合体の中心部に含ま
れる燃料棒の平均濃縮度との比を２以上としたことを特
徴とする沸騰水型原子炉用燃料集合体。 ２、燃料集合体の中心部に含まれる燃料棒の燃料として
天然ウランまたはそれ以下の濃縮度を有する燃料を用い
た特許請求の範囲第１項記載の沸騰水型原子炉用燃料集
合体。 ３、格子の各列各行が９本以上の燃料棒で構成されてい
る特許請求の範囲第１項または第２項記載の沸騰水型原
子炉用燃料集合体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60272969A JPS62132192A (ja) | 1985-12-04 | 1985-12-04 | 沸騰水型原子炉用燃料集合体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60272969A JPS62132192A (ja) | 1985-12-04 | 1985-12-04 | 沸騰水型原子炉用燃料集合体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62132192A true JPS62132192A (ja) | 1987-06-15 |
Family
ID=17521313
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60272969A Pending JPS62132192A (ja) | 1985-12-04 | 1985-12-04 | 沸騰水型原子炉用燃料集合体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62132192A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01178893A (ja) * | 1988-01-11 | 1989-07-17 | Nippon Atom Ind Group Co Ltd | 沸騰水型原子炉用燃料集合体 |
-
1985
- 1985-12-04 JP JP60272969A patent/JPS62132192A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01178893A (ja) * | 1988-01-11 | 1989-07-17 | Nippon Atom Ind Group Co Ltd | 沸騰水型原子炉用燃料集合体 |
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