JPS6246292A - 原子炉用燃料集合体 - Google Patents

原子炉用燃料集合体

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JPS6246292A
JPS6246292A JP60185738A JP18573885A JPS6246292A JP S6246292 A JPS6246292 A JP S6246292A JP 60185738 A JP60185738 A JP 60185738A JP 18573885 A JP18573885 A JP 18573885A JP S6246292 A JPS6246292 A JP S6246292A
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JP
Japan
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fuel
fuel assembly
uranium
mox
rods
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Application number
JP60185738A
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English (en)
Inventor
持田 貴顕
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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    • 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
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
  • Liquid Carbonaceous Fuels (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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、加圧水型原子炉用燃料集合体と炉心に係り、
特に、ウラン・プルトニウム混合酸化物(以下MOXと
称する。)を燃料として用いる燃料集合体に関する。
〔発明の背景〕
第2図は、米国特許第4231843号公報Fig2に
記載の典型的な加圧水型原子炉用燃料集合体の構造図で
、第3図は、この燃料集合体の水平断面図を示したもの
である。
第2図に示す燃料集合体42は、燃料ペレットを被覆管
でおおった燃料棒52と案内シンプル60を格子状に配
列し、これを数個のグリッド54と上部ノズル58及び
下部ノズル59で固定した構造をしている この燃料集
合体には、核分裂制御用のボロンを封入した制御棒62
が案内シンプル60の中にそう入することができ、核反
応を制御している。制御棒62は上部で支柱58によシ
本体66に固定されている。このような制御棒の集まり
はスパイダー64と呼ばれている。スパイダー64は制
御棒駆動機構70と連結しており、駆動機構の上下運動
により、制御棒を燃料集合体内に出し入れする構造とな
っている。代表的な例では、燃料集合体には264本の
燃料棒と、24本の制御棒案内用シンプルと、中央に1
本の計装用シンプル61が17X17の格子状に配列さ
れている。第3図は、このような燃料集合体の水面断面
を示した図で、52は燃料棒を、61は計装用案内シン
プルを、62は制御棒を、60は制御棒用案内シンプル
を示す。
加圧水型原子炉用燃料集合体には、燃料として濃縮ウラ
ンが用いられてきた。軽水炉でウランを燃料として用い
るためには、ウラン235を濃縮する必要があり、濃縮
度3.2wt%程度のウランが用いられている。
また、このような加圧水型燃料集合体では、制御棒がそ
う人されない場合には、制御棒案内用シンプル内に飽和
水が満されているために、制御棒案内用シンプル付近で
中性子の減速が過剰となる領域が局所的に存在する。し
かし、第3図に示すように、案内用シンプルは集合体内
に均質に配置されているために、燃料棒の局所出力ピー
クは小さく、ウラン燃料の場合、一様濃縮度の17X1
7燃料棒配列での局所出力ピーク(最大燃料棒出力/平
均燃料棒出力)は1.07程度である。このように、P
WR燃料集合体では、熱中性子束分布が一様でちるため
に、局所出力ピークが小さく、濃縮度を一様にできるこ
とが特徴である。
最近、プルトニウムを軽水炉で燃料として用いる技術の
開発がさかんに行われており、これは一般にプルサーマ
ルの名で知られるようになってきた。
ウラン燃料は、UO□O形でペレットになっているが、
プルサーマルの燃料では、UO2+PuO2(ウラン・
プルトニウム混合酸化物)、即ち、Mixed Qxi
deの形で使われるため、MOX燃料と呼ばれている。
プルトニウムを軽水炉で用いる場合には、プルトニウム
の核特性がウラン燃料と多少異なるために、燃料集合体
の核設計において2〜3の工夫を必要とする。その第一
が、制御棒価値低下に対する対策である。プルトニウム
中には、共鳴吸収断面積の大きなpu−240が含1れ
るために、中性子が熱エネルギー1でに減速される確率
が小さくなり、相対的には熱中性子束が減少するので、
中性子スペクトルは硬くなる。
このため、制御棒が熱中性子を吸収する能力(制御棒価
値)が低下する。これは、原子炉の出力制御及び停止に
多数の制御棒を必要とすることを意味する。この対策と
してPWRでは、MOX燃料集合体の量と、配置を制限
している。
第4図は、典型的PWRの燃料集合体配置と制御棒取付
位置を示したもので、この図中の1つの四角が燃料集合
体で、炉心は193体の燃料集合体で構成され、このう
ち制御棒取付位置は53ケ所である。PWRで、プルサ
ーマルを行う場合には、炉心を、ウラン燃料集合体とM
OX燃料集合体で構成し、制御棒取付位置の燃料集合体
はウラン燃料集合体に限定する配置をしている。これに
より、制御棒価値低下の問題には対応できるがPWRで
用いられるMOX燃料集合体の数は制限され、通常炉心
全集合体の1/3程度といわれており、残りの2/3は
ウラン燃料集合体となる。このような、MOX燃料集合
体の数の制限は、プルトニウム利用量の制限となり、プ
ルトニウム利用による省ウラン効果を最大限に活用する
観点からは望ましいものではない。
第2の解決す〉き問題は、MOX燃料集合体の出力ビー
キングの問題であった、これは、PWRでのプルサーマ
ルでは、ウラン燃料とMOX燃料が混在するために、隣
接するウラン燃料集合体とMOX燃料集合体との間に熱
中性子束分布のミスマツチが生じるためである。この様
子を第5図に模式的に示す。Nt o x燃料集合体の
中性子スペクトルはウラン燃料集合体のスペクトルより
硬いために、熱中性子が少なくなるので隣りにウラン燃
料集合体がある場合、境界面に熱中性子分布の傾きが生
じる。この結果、ウラン燃料集合体からMOX燃料集合
体に熱中性子の流れ込みが生じる。この結果、MOX燃
料集合体の外周部の燃料棒出力が高くなり、出力ビーク
を生じることになる。この対策として、PWR用MOX
燃料集合体では外周部燃料棒のプルトニウム富化度を低
下させて、核分裂量を低下させて出力ピークの発生を防
いでいる。
第6図は、上記の対策をとったPWR用燃料集合体の例
で、3種類の富化度(高富化度は3.8wt%、中宮化
度は3.2wt%、低富化度は2.6wt%)から構成
され、燃料集合体中央部の燃料棒は富化度が高く、燃料
集合体外周部の富化度を低くしているのが特徴であり、
このような、MOX燃料集合体は、ディスクリート型と
呼ばれている。
この例のようなMOX燃料集合体id、周辺部の富化度
を低下せざるを得ないため、プルトニウムの利用量が減
少しており、省ウランの観点からは望ましいものではな
かった。
〔発明の目的〕
本発明は、このような情況に鑑みてなされたもので、プ
ルトニウム利用量の増大とプルトニウム利用量増加によ
る炉心特性悪化を改善することを両立させた、燃料集合
体及び炉心を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明では、プルトニウムの利用量全増加するために、
MOX燃料集合体については、富化度分布をやめて、外
周部も高富化度MOX・燃料棒とし、出力ビーキングの
問題を解決するために、従来のウラン燃料集合体の外周
部をMOX燃料棒とした新しい型の燃料集合体を導入し
、これ全M OX W料東合体に隣接させて配置させて
いるものである。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の一実施例全図を用いて説明する。
第1図は、本発明で用いられる燃料集合体(第1燃料集
合体と以下呼ぶことにする。)のウラン・MOX棒配置
を示したもので、燃料棒は四角で示してあり、17×1
7の格子を形成している。この燃料集合体は、外周部の
64本が、富化度2.6wj%のMOX燃料棒で、内部
は濃縮度3.2Wtφのウラン燃料棒である。この第1
燃料集合体は従来技術で用いられていた濃縮度3.2W
t係の濃縮度一様分布のウラン燃料集合体の代りに用い
られる。
第1燃料集合体は、制御棒案内シンプル周りの燃るウラ
ン燃料集合体と同様である。壕だ、全燃料棒の約25チ
がMOX燃料棒であるため、プルトニウム利用量が増大
しており、ウラン利用量は節約される。また、外周部が
低富化度のM OX燃料棒であるため、隣接するMOX
燃料集合体との境界面での熱中性子のミスマツチが小さ
くなっておね、MOX燃料集合体での局所出力ビーキン
グ増大も解決させる。
第8図は、本発明で用いられる。’、f OX燃料集合
体の例で(以下、第2燃料集合体と呼ぶ)、燃料棒は全
て富化度3.8wt%の高富化度撚(1棒でちり、富化
度は1種類である。これは、従来技術で用いられるM 
OX燃料集合体(第6図)の代りに用いられる。第2燃
料集合体は1、高富化度の燃料棒だけを用いているため
に、平均富化度は、第6図に示した従来技術によるM 
OX燃料集合体より高く、プルトニウム利用量が増大し
ており、また、燃焼度も増大する。1だ、この第2燃料
集合体に隣接する燃料集合体は、常に、hl;2P料集
合体、才たは第1燃料集合体であるために、第28料央
合体に隣接する燃料棒はM OX燃料棒である。促って
、高富化度燃料棒を外周部に配置した第2燃料集合体で
は、出カビ、−キングの増大はない。
第9図は、本発明に基づく原子炉ブヨ心の構成例を示し
たもので、白ヌキの四角は第1・燃料集合体を示す。×
印で示す四角は第2・燃料集合体で、これは、第4図に
示す制御棒取付位置に配置され制御棒価値の低下をふせ
いている。本炉心では、炉心の燃料棒の約84係がMO
X燃料であり、従来の炉心での最大値約79チより5%
以上S、f OX・黙料棒の割合が増えており、プルト
ニウムの利用量がふえている。これは、従来技術による
M OX炉心よりウラン節約が大きいことを示す。
尚、本発明の特徴は、MOX燃料集合体に隣接する面の
ウラン燃料棒をMOX燃料棒でおきかえた燃料集合体を
用いることであるため、ウラン炉心からプルサーマルへ
の移行サイクルでは、MOX燃料集合体の数が少ないた
めに、この間は、第10図に示すように、外周部4而の
うち1而f M OX燃料棒とした燃料集合体を用いる
ことも考えられる。この場合にも、プルトニウムの利用
量の増大をふやすことが可能であり、1だ、局所出力ビ
ーキングが大きくなることはない。
〔発明の効果〕
本発明によれば、吋水炉でのプルトニウム利用量が増大
し、省ウラン効果を犬さくすることかでさると同時に、
ゾルサーマルでの制御棒価値の低下、局所出力ビーキン
グの増大の問題を解決することができ、プルサーマルの
経済性向上及び炉心特性の向上が実現できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一実施例のPWR用燃料集合体のウ
ラン棒、MOX棒配列配列図2図は、典型的PWR用燃
料集合体と制御棒の構成図、第3図は、PWR,用燃料
集合体の水平断面図、第4図は、典型的なPWR炉心の
構成図、第5図は、ウラン燃料集合体とM OX燃料集
合体との間の中性子束分布のミスマツチ説明図、第6図
は、従来技術に基づ<MOX燃料集合体の富化度分布図
、第7図は、MOX燃料集合体とウラン燃料集合体の配
置図、第8図は、本発明に用いられるM OX燃料集合
体(第2燃料集合体)の説明図、第9図は、本発明に基
づく炉心構成の説明図、第10図は、本発明に基づく燃
料果合体の変形例の説明図である。 42・・・燃料集合体、52・・・燃料棒、54・・・
グリノ#1 図 区針珊I内シン7・ルロ クラン燃朝0本rZJ 11
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Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、加圧水型原子炉に用いられる、核分裂性物質を燃料
    として筒状の被覆管中に封入した燃料棒を複数個格子状
    に配列した燃料集合体において、少なくとも周辺部に位
    置する燃料棒の全て、又は一部が、核分裂物質としてプ
    ルトニウムとウランからなる混合酸化物を燃料に含み、
    中央部に位置する燃料棒は、未燃焼状態で核分裂物質と
    してウラン酸化物のみを含むことを特徴とする原子炉用
    燃料集合体。
JP60185738A 1985-08-26 1985-08-26 原子炉用燃料集合体 Pending JPS6246292A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007094509A1 (ja) 2006-02-17 2007-08-23 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Pwr原子炉用燃料集合体
JP2013231603A (ja) * 2012-04-27 2013-11-14 Nuclear Fuel Ind Ltd 加圧水型原子炉用燃料集合体

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2007094509A1 (ja) 2006-02-17 2007-08-23 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Pwr原子炉用燃料集合体
US8406369B2 (en) 2006-02-17 2013-03-26 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Fuel assembly for PWR nuclear reactor
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