JPS6252492A - 核燃料集合体 - Google Patents
核燃料集合体Info
- Publication number
- JPS6252492A JPS6252492A JP60193438A JP19343885A JPS6252492A JP S6252492 A JPS6252492 A JP S6252492A JP 60193438 A JP60193438 A JP 60193438A JP 19343885 A JP19343885 A JP 19343885A JP S6252492 A JPS6252492 A JP S6252492A
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- JP
- Japan
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- nuclear fuel
- fuel assembly
- cladding tube
- fuel
- burnable poison
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- 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)
- Catalysts (AREA)
- Solid Fuels And Fuel-Associated Substances (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する核燃料集合体に関
する。
する。
原子炉を一定の期間運転するためには、運転初期におい
て、運転中の核分裂の燃料による反応度劣化分だけの余
剰反応度を有している必要がある。
て、運転中の核分裂の燃料による反応度劣化分だけの余
剰反応度を有している必要がある。
また、原子炉を臨界に保つためにはこの余剰反応度を制
御する必要がある。従来は、その方法として、中性子吸
収物質からなる制御棒を炉心に挿入する方法、及び燃料
中にＧｄｘＯｓなどの中性子吸収断面積の大きい可燃性
毒物を混入した特殊燃料棒を含む燃料集合体を炉心に装
荷する方法が多く併用されていた。一方燃料集合体内の
出力分布平坦化及び燃料の均一化を図るため、集合体内
に中性子の減速を促す水ロンドを挿入する集合体が使わ
れている。第３図に従来の沸騰水型原子炉の燃料集合体
の例を示す。チャンネルボックス７の内部に６２本の燃
料棒１〜５と、２本の水ロッド６が挿入されている。ま
た燃料棒のうち、５に示す燃料棒には原子炉の余剰反応
度を制御するために中性子吸収物質であるＣｄを含むベ
レットが充填されている。−力水ロツド６の中には冷却
水が流されており、燃料集合体中央部での冷却水の量を
相対的に多くシ、中性子減速効果により燃料の反応度を
高め集合体内での局所出力分布の平坦化を図っている。
御する必要がある。従来は、その方法として、中性子吸
収物質からなる制御棒を炉心に挿入する方法、及び燃料
中にＧｄｘＯｓなどの中性子吸収断面積の大きい可燃性
毒物を混入した特殊燃料棒を含む燃料集合体を炉心に装
荷する方法が多く併用されていた。一方燃料集合体内の
出力分布平坦化及び燃料の均一化を図るため、集合体内
に中性子の減速を促す水ロンドを挿入する集合体が使わ
れている。第３図に従来の沸騰水型原子炉の燃料集合体
の例を示す。チャンネルボックス７の内部に６２本の燃
料棒１〜５と、２本の水ロッド６が挿入されている。ま
た燃料棒のうち、５に示す燃料棒には原子炉の余剰反応
度を制御するために中性子吸収物質であるＣｄを含むベ
レットが充填されている。−力水ロツド６の中には冷却
水が流されており、燃料集合体中央部での冷却水の量を
相対的に多くシ、中性子減速効果により燃料の反応度を
高め集合体内での局所出力分布の平坦化を図っている。
また水ロンドは燃料集合体内のボイド率変化に伴う反応
変化を小さくする役割も持っている。前述のような従来
の燃料集合体における問題点は、中性子毒物を含まない
燃料棒と、核分裂物質の濃縮度は同じでも中性子毒物を
含む燃料棒とを別個につくる必要があり、燃料ペレット
の製造から組立までの燃料製造管理が複雑で、製造コス
トの上昇をもたらしていることである。
変化を小さくする役割も持っている。前述のような従来
の燃料集合体における問題点は、中性子毒物を含まない
燃料棒と、核分裂物質の濃縮度は同じでも中性子毒物を
含む燃料棒とを別個につくる必要があり、燃料ペレット
の製造から組立までの燃料製造管理が複雑で、製造コス
トの上昇をもたらしていることである。
また、前記従来の燃料集合体における他の太きな問題点
は、燃料の長寿命化により燃料経済性の向上を図るため
には、濃縮度を高くする必要があるが、それに伴って以
下の問題を生じることである。
は、燃料の長寿命化により燃料経済性の向上を図るため
には、濃縮度を高くする必要があるが、それに伴って以
下の問題を生じることである。
第１は濃縮度の増加に伴い燃料初期で制御しなければな
らない余剰反応度が増大し、従来のＧｄ入り燃料を使用
した集合体では、Ｇｄ入り燃料棒の本数を多くする必要
があるとともに、中性子の平均エネルギーが高くなるた
め、Ｇｄ入り燃料棒の一本当りの余剰反応度制御効果が
減少することである。第２の問題点は、炉心の中性子の
平均エネルギーが高くなることにより、ボイド率変化に
伴う反応度の変化が大きくなり炉停止時における安定性
が悪くなる。
らない余剰反応度が増大し、従来のＧｄ入り燃料を使用
した集合体では、Ｇｄ入り燃料棒の本数を多くする必要
があるとともに、中性子の平均エネルギーが高くなるた
め、Ｇｄ入り燃料棒の一本当りの余剰反応度制御効果が
減少することである。第２の問題点は、炉心の中性子の
平均エネルギーが高くなることにより、ボイド率変化に
伴う反応度の変化が大きくなり炉停止時における安定性
が悪くなる。
また制御棒価値が低下することである。
これらの問題を解決する手段として、特願昭５８−５９
２８４号出願において、可燃性毒物としてＧｄを用いま
た減速材として水素密度の高いＺ ｒ Ｈｚを用いた固
体減速棒が提案されている。
２８４号出願において、可燃性毒物としてＧｄを用いま
た減速材として水素密度の高いＺ ｒ Ｈｚを用いた固
体減速棒が提案されている。
しかしながら、前述の手段においても、Ｚ ｒ Ｈｘが
高温で不安定であることおよびＺ ｒ Ｈｚの成形性が
悪いことなどの問題が残されており、前述の問題点を効
果的に解決するには至っていなかった。
高温で不安定であることおよびＺ ｒ Ｈｚの成形性が
悪いことなどの問題が残されており、前述の問題点を効
果的に解決するには至っていなかった。
すなわち、Ｚ ｒ Ｈ２の高温での不安定さを、第４図
のＺｒ−Ｈ状態図および第５図のＺ ｒ −Ｈ合金の解
離圧の図を参照して説明すると、水素の解離圧は５００
℃の場合（α十β）相で概ね１０−”＋ｍＨｇであるが
、水素含有量が増加しているδ相になると解離圧が急激
に増加する。また水素と金属元子との比が１．５以上に
なると、水素化物が極めて脆くなることが知られており
、これに更に可燃性毒物のＧｄ、”Ｂ、Ｈｆ、Ｅｕ、Ｄ
ｙを添加するとますます脆化が起こり成形性が一段と劣
化することになる。更に可燃性毒物を水素化物に添加す
ることにより水素の含有量が減少し、効率が低下するこ
とになる０以上のとおり、従来の燃料集合体においては
前記のとおりの問題が残されており、それらの問題を解
決する技術の開発が待たれていた。
のＺｒ−Ｈ状態図および第５図のＺ ｒ −Ｈ合金の解
離圧の図を参照して説明すると、水素の解離圧は５００
℃の場合（α十β）相で概ね１０−”＋ｍＨｇであるが
、水素含有量が増加しているδ相になると解離圧が急激
に増加する。また水素と金属元子との比が１．５以上に
なると、水素化物が極めて脆くなることが知られており
、これに更に可燃性毒物のＧｄ、”Ｂ、Ｈｆ、Ｅｕ、Ｄ
ｙを添加するとますます脆化が起こり成形性が一段と劣
化することになる。更に可燃性毒物を水素化物に添加す
ることにより水素の含有量が減少し、効率が低下するこ
とになる０以上のとおり、従来の燃料集合体においては
前記のとおりの問題が残されており、それらの問題を解
決する技術の開発が待たれていた。
本発明の目的は、Ｚｒ水素化物を中性子減速材とし、さ
らに可燃性毒物を含有した核燃料被覆管に前記減速材を
収容した新しい構造の固体連棒が配備された核燃料集合
体を提供することにある。
らに可燃性毒物を含有した核燃料被覆管に前記減速材を
収容した新しい構造の固体連棒が配備された核燃料集合
体を提供することにある。
本発明者等は、前述の問題点を解決した核燃料集合体を
得るべく鋭意研究した結果、核燃料集合体における燃料
棒被覆管を以下に述べる構造とすることで前記問題点が
解決されることを知見して本発明を完成したものである
。
得るべく鋭意研究した結果、核燃料集合体における燃料
棒被覆管を以下に述べる構造とすることで前記問題点が
解決されることを知見して本発明を完成したものである
。
すなわち、前記問題点を解決するためには、Ｇｄ、”Ｂ
、Ｈｆ、Ｅｕ、Ｄｙあるいはそれらの化合物などの可燃
性毒物と水素化合物とを勿離することが必要であり、そ
のための手段として、（１）第１図に示す如く可燃性毒
物をＺｒ合金燃料棒被覆管８に含有させてしまうこと、
または、（２）第２図に示す如＜Ｚｒ合金被覆管８本体
の内面に、可燃性毒物を含有させたＺｒ合金の内張り層
９を設けること が有効であることを知見して本発明を完成したものであ
る。
、Ｈｆ、Ｅｕ、Ｄｙあるいはそれらの化合物などの可燃
性毒物と水素化合物とを勿離することが必要であり、そ
のための手段として、（１）第１図に示す如く可燃性毒
物をＺｒ合金燃料棒被覆管８に含有させてしまうこと、
または、（２）第２図に示す如＜Ｚｒ合金被覆管８本体
の内面に、可燃性毒物を含有させたＺｒ合金の内張り層
９を設けること が有効であることを知見して本発明を完成したものであ
る。
なお１本発明で用いられる前記燃料棒被覆管の素材とし
ては、ジルカロイ−２，ジルカロイ−４゜Ｚ ｒ −Ｉ
Ｎ ｂ 、 Ｚ ｒ −２、５Ｎ ｂ 、あるいはＺ
、ｒ−１，０Ｎｂ−１，０３ｎ−０，５Ｆｅ などの
公知のＺｒ合金を用いることができる。
ては、ジルカロイ−２，ジルカロイ−４゜Ｚ ｒ −Ｉ
Ｎ ｂ 、 Ｚ ｒ −２、５Ｎ ｂ 、あるいはＺ
、ｒ−１，０Ｎｂ−１，０３ｎ−０，５Ｆｅ などの
公知のＺｒ合金を用いることができる。
（１）の被覆管に可燃性毒物を含有させる場合は、耐食
性、加工性などの点から１〜１０ｗｔ％含有範囲にする
ことが好ましく、また（２）の被覆管の内面に可燃性毒
物を含有させたＺｒ合金の内張りを設ける場合には、そ
の含有量を（１）に比較して高くすることが可能で、そ
の内張りの厚さについては５００〜２０００μｍの厚さ
が適切である。
性、加工性などの点から１〜１０ｗｔ％含有範囲にする
ことが好ましく、また（２）の被覆管の内面に可燃性毒
物を含有させたＺｒ合金の内張りを設ける場合には、そ
の含有量を（１）に比較して高くすることが可能で、そ
の内張りの厚さについては５００〜２０００μｍの厚さ
が適切である。
本発明の核燃料集合体においては、前記（１）。
（２）に記載したＺｒ合金被覆管内に水素化物が収納さ
れ、第３図に示すように配備される。
れ、第３図に示すように配備される。
そして、前記被覆管の内部には水が満され、従来の水ロ
ンドと同様に、具体的には被覆管の下部より水が導入さ
れ上部より抜は出る構造を有している。また、被覆管内
部に収納されるＺｒ水素化物は、前述したとおり、水素
の解離圧および成形性の問題を解決するため、水素と金
属原子の原子比（ＺｒＨｘの値）は１．６以下、好しく
け１．５以下に抑えられる。
ンドと同様に、具体的には被覆管の下部より水が導入さ
れ上部より抜は出る構造を有している。また、被覆管内
部に収納されるＺｒ水素化物は、前述したとおり、水素
の解離圧および成形性の問題を解決するため、水素と金
属原子の原子比（ＺｒＨｘの値）は１．６以下、好しく
け１．５以下に抑えられる。
このＸの値は以下のように定めることができる原子炉冷
却水温度約２８０℃での水素密度（約５Ｘ １０ ”Ｈ
ａｔｏｍ／ ｃｄ）と同等な水素密度の値Ｘ＝１．３
と定めることができる。すなわち、Ｘが１．３以上であ
れば従来の水ロンドに比べて減速能力が高くなり、固体
減速枠の効果が向上する。
却水温度約２８０℃での水素密度（約５Ｘ １０ ”Ｈ
ａｔｏｍ／ ｃｄ）と同等な水素密度の値Ｘ＝１．３
と定めることができる。すなわち、Ｘが１．３以上であ
れば従来の水ロンドに比べて減速能力が高くなり、固体
減速枠の効果が向上する。
以下、本発明の好適な実施例について図面を参照して説
明する。
明する。
第６図は本発明の核燃料集合体における固体減速枠の構
造を示す図である。
造を示す図である。
多数の短尺のＺｒ水素化物１０がＺｒ合金製被覆管８に
収納されている。第６図（ａ）は被覆管８の内側にＺｒ
−５０％Ｇｄ又はＺｒ−１０％Ｈｆ合金を内張り９され
ている。この内張り９の厚さは８００〜１０００μｍで
ある。
収納されている。第６図（ａ）は被覆管８の内側にＺｒ
−５０％Ｇｄ又はＺｒ−１０％Ｈｆ合金を内張り９され
ている。この内張り９の厚さは８００〜１０００μｍで
ある。
また第６図（ｂ）はジルカロイ−２にＧｄ又はＨｆを５
％含有させた合金を用いて作成された被覆管を用いた例
である。
％含有させた合金を用いて作成された被覆管を用いた例
である。
前記第６図（、）および（ｂ）に示される被覆管の内部
にＺ ｒ Ｈ１，ａで表わされるＺｒ水素化物１０が装
荷されている。前記被覆管８の両端は、上部を上部端栓
１１で、また下部を下部端栓１２で溶接封止されている
。そして被覆管８の上部および下部には孔１３および１
４が開かれてお吐。
にＺ ｒ Ｈ１，ａで表わされるＺｒ水素化物１０が装
荷されている。前記被覆管８の両端は、上部を上部端栓
１１で、また下部を下部端栓１２で溶接封止されている
。そして被覆管８の上部および下部には孔１３および１
４が開かれてお吐。
冷却水が下から上へと被覆管８とＺｒ水素化物１０の間
隙を満して流れる。
隙を満して流れる。
なお前記被覆管の孔１３および１４は上部および下部に
限定されることなく、中間に設けられてもよく、また複
数個設けてもよい。
限定されることなく、中間に設けられてもよく、また複
数個設けてもよい。
さらに、本実施例では被覆管内に収納するＺｒ水素化物
を短尺のものを多数積み上げているが、その長さは同等
限定されることなく長尺でもあるいは一体でもよいこと
は当然のことである。
を短尺のものを多数積み上げているが、その長さは同等
限定されることなく長尺でもあるいは一体でもよいこと
は当然のことである。
またその形状は円柱形あるいは粒状であっても同様であ
る。
る。
本発明によれば、Ｚｒ水素化物と可燃性毒物としてのＣ
ｄ、”Ｂ、Ｈｆ、Ｅｕ、Ｄｙあるいはそれらの化合物と
が分離されているため、Ｚｒ水素化物に前記可燃性毒物
が混入せず、したがって成形性が劣化せず、かつ水素の
含有量の低下の問題も生じない効率的な核燃料集合体を
得ることがでたＺｒ合金被覆管を用いた場合の固体減速
枠の横断面図、第２図は、Ｚｒ合金被覆管に可燃性毒物
を含有させたＺｒ合金内張りを設けた場合の固体減速枠
の横断面図、第３図は本実施例における核燃料集合体の
概略図、第４図はＺｒ−Ｈ合金の平衡状態図、第５図は
Ｚ ｒ Ｈｘの解離圧を示す図および第６図（ａ）、（
ｂ）は固体減速枠の縦断面図である。
ｄ、”Ｂ、Ｈｆ、Ｅｕ、Ｄｙあるいはそれらの化合物と
が分離されているため、Ｚｒ水素化物に前記可燃性毒物
が混入せず、したがって成形性が劣化せず、かつ水素の
含有量の低下の問題も生じない効率的な核燃料集合体を
得ることがでたＺｒ合金被覆管を用いた場合の固体減速
枠の横断面図、第２図は、Ｚｒ合金被覆管に可燃性毒物
を含有させたＺｒ合金内張りを設けた場合の固体減速枠
の横断面図、第３図は本実施例における核燃料集合体の
概略図、第４図はＺｒ−Ｈ合金の平衡状態図、第５図は
Ｚ ｒ Ｈｘの解離圧を示す図および第６図（ａ）、（
ｂ）は固体減速枠の縦断面図である。
１〜５・・・燃料棒、６・・・水ロッド、７・・・チャ
ネルボックス、８・・・被覆管、９・・・可燃性毒物含
有内張り。
ネルボックス、８・・・被覆管、９・・・可燃性毒物含
有内張り。
１ｏ・・・Ｚｒ水素化物、］、１・・・上部端栓、１２
・・・下部端栓、１３．１４・・・被覆管の孔。
・・・下部端栓、１３．１４・・・被覆管の孔。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、格子状に配置された多数本の核燃料棒からなる核燃
料集合体において、少なくとも１部の核燃料棒が水より
も中性子減速能の大きな物質を可燃性毒物含有Ｚｒ合金
被覆管内に収納していることを特徴とする核燃料集合体
。 ２、前記可燃性毒物含有Ｚｒ合金被覆管が、Ｚｒ合金被
覆管本体と可燃性毒物を高濃度で含有する内張り層とよ
り構成されていることを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の核燃料集合体。 ３、前記可燃性毒物が、Ｇｄ、＾１＾０Ｂ、Ｈｆ、Ｅｕ
、Ｄｙ、およびそれらの化合物の中から選択された１種
以上の元素又は化合物であることを特徴とする特許請求
の範囲第１項又は第２項記載の核燃料集合体。 ４、前記中性子減速能の大きな物質がＺｒと水素を含む
化合物であることを特徴とする特許請求の範囲第１項な
いし第３項のいずれか記載の核燃料集合体。 ５、前記Ｚｒ合金被覆管の内部が冷却水で満されている
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第４項の
いずれか記載の核燃料集合体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60193438A JPH073467B2 (ja) | 1985-09-02 | 1985-09-02 | 核燃料集合体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60193438A JPH073467B2 (ja) | 1985-09-02 | 1985-09-02 | 核燃料集合体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6252492A true JPS6252492A (ja) | 1987-03-07 |
| JPH073467B2 JPH073467B2 (ja) | 1995-01-18 |
Family
ID=16307990
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60193438A Expired - Lifetime JPH073467B2 (ja) | 1985-09-02 | 1985-09-02 | 核燃料集合体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH073467B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9799414B2 (en) | 2010-09-03 | 2017-10-24 | Atomic Energy Of Canada Limited | Nuclear fuel bundle containing thorium and nuclear reactor comprising same |
| US10176898B2 (en) | 2010-11-15 | 2019-01-08 | Atomic Energy Of Canada Limited | Nuclear fuel containing a neutron absorber |
| US10950356B2 (en) | 2010-11-15 | 2021-03-16 | Atomic Energy Of Canada Limited | Nuclear fuel containing recycled and depleted uranium, and nuclear fuel bundle and nuclear reactor comprising same |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5899789A (ja) * | 1981-12-09 | 1983-06-14 | 株式会社日立製作所 | 燃料集合体 |
| JPS58113785A (ja) * | 1981-12-26 | 1983-07-06 | 株式会社東芝 | 燃料集合体 |
| JPS59184885A (ja) * | 1983-04-06 | 1984-10-20 | 株式会社日立製作所 | 燃料集合体 |
-
1985
- 1985-09-02 JP JP60193438A patent/JPH073467B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5899789A (ja) * | 1981-12-09 | 1983-06-14 | 株式会社日立製作所 | 燃料集合体 |
| JPS58113785A (ja) * | 1981-12-26 | 1983-07-06 | 株式会社東芝 | 燃料集合体 |
| JPS59184885A (ja) * | 1983-04-06 | 1984-10-20 | 株式会社日立製作所 | 燃料集合体 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9799414B2 (en) | 2010-09-03 | 2017-10-24 | Atomic Energy Of Canada Limited | Nuclear fuel bundle containing thorium and nuclear reactor comprising same |
| US10176898B2 (en) | 2010-11-15 | 2019-01-08 | Atomic Energy Of Canada Limited | Nuclear fuel containing a neutron absorber |
| US10950356B2 (en) | 2010-11-15 | 2021-03-16 | Atomic Energy Of Canada Limited | Nuclear fuel containing recycled and depleted uranium, and nuclear fuel bundle and nuclear reactor comprising same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH073467B2 (ja) | 1995-01-18 |
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