JPS6276488A - 原子炉用燃料集合体 - Google Patents

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、高転換バーブ型原子炉に好適な原子炉用燃料
集合体に係り、ｆｉに、減速祠対燃ｆｉｌの体積化を調
整可能とした原子炉用撚ｆｉｔ集合体に関する。

（発明の技術的行頭とその問題点） 従来の軽水型原子炉（１−Ｗ　Ｒ）の炉心について沸騰
水型原子炉（［３Ｗ　Ｒ）の炉心を一例として第８図を
参照して説明する。

第８図は沸騰水型原子炉の炉心の概略平面を示してＪ３
す、原子炉圧力容器（図示じず）内の炉心部にシュラウ
ド１が収容されている。シュラウド１内には平面矩形の
燃料集合体２と十字状の制皿棒３が収容されている。燃
料集合体２は、通常１体を１組として１つの燃料支持金
員（図示Ｕず）により支持され、イの４体の燃料集合体
２相Ｈの十字状間隔には、１字状のｆｆ１ｌＪ御捧３が
挿脱自在に介挿される。この制御棒３には、運Φス時炉
心外へ引き抜かれる第１の制御棒３ａと、運転時炉心１
８内に挿入されている第２の制御棒３ｂとがある。

一方、燃１１集合体２は、第９図に示すように構成され
、角筒状のヂ１１ンネルボックス４内に複数本の燃料棒
５を格子状に配列して収容している。

これら燃Ｐ１捧５の軸方向中間部はスベーリ６に、」ニ
下両端部は上部タイブレート７、下部タイプレ−ト８Ｉ
こよりそれぞれ束状に結束される。しかも各燃ｒ１棒５
相互間には間隙が設定され、各間隙が冷ＩＪＩ　＋Ａ流
路に形成される。

そして、原子炉の定常運転が行なわれる場合には、第２
の制御棒３１）が炉心内に挿入され、この制御棒３ｂに
Ｊ、−）で炉心内の過剰の中性子が吸収されて、運転制
御が行なわれていた。しかし、このために中性子吸収量
のむだがあった。

ところで、軽水型原子炉で生成され苔槓されたプルトニ
ウム（Ｐ　ｕ　２３９　）は使用演み燃料の再処理によ
り回収され、これを高速増殖炉（ＦＢＲ）にて再び使用
して核燃料の有効利用を図ろうとする。これが理想的な
核燃ＰＩサイクルである。

しかし、高速増殖炉のぼ設コストが軽水型原子炉のもの
に比べて茗じるしく高く、高速増殖炉の実用化時期も、
かなり遠のいているというのが最近の一致した認識とな
っている。

ぞこで、核燃料有効利用の観点から、軽水型原子炉にお
いて減速材を少なくして中性子速度の減速を抑制し、Ｕ
　　による中性子吸収量を大きくし、Ｐｕ　　　をある
程度９−成、蓄積した後、ｐｕを〔Ｊ　　ととムに燃焼
さＵることにＪ：つて反応１σ利＋’／を図ろうという
プランが提案されている。

しかしながら現在の炉心構成ぐは、−核分裂で発生した
高速中性子（ｎ、）が減速材である軽水中の水素原子と
衝突して熱中性子（ｎｔ＞に減速されるが、この熱中性
子（ｎ　　）ではＵ　　をＰ　ＬＪ２３９に核変換する
中速中性子（ｎＩｌｌ）が効率よく発生せず、ｐｕ　　
　の生産および蓄積には限界があった。

さらに、燃焼初期には、減速材対燃料の体積比（以下、
水対・プラン体積比という）を比較的小さくし、燃焼末
期に水対ウラン体積比を比較的大きくしたような炉心に
するためには、実験時等に燃わ１集合体２を解体、再組
立する必要がある。

しかしながら、従来の燃料集合体では解体、再組立を行
なうことは、多大な工数を要し、コスト的にも、作業考
の放射線被曝の観点からも種々問題があった。

（発明の目的） 本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、解体Ｊ３よ
びｉ’Ｍ　ＩＩ立を行なわずに水対ウラン比を調整する
ことができ、高転換バーナ型原子炉にＱＴ適な原子炉用
燃料集合体を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

↓）ホした目的を達成づるために本発明は、？！２数本
の燃料棒を束状に結束してなる原子炉用燃料集合体にお
いて、上記複数本の燃ｒ１棒のうち所要数の燃料棒を挿
脱自在に構成したことに特徴がある。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例について第１図〜第７図を参照し
て説明覆る。

第１図は本発明に係る原子炉用燃料集合体の一実施例の
要部を一部切欠して示しており、この燃ｉｌｌ集合体Δ
は？！、！数本の燃ｔｌ棒１０を６角格ｒ状に配９１１
シ、これらの下端部を冷７Ｊ１材導入口を右４る下部タ
イブレー１〜１１により支持している。また、これら燃
料棒］Ｏの軸／）上申間部で（１Ｆ−下方向に複数設配
み９された綿ｉ１Ｌ角筒状のスベーリ１２により、燃料
棒１０相Ｕ間を径方向に等間隔をＪ３いて束状に結束し
、これら燃料棒１０相互間の間隙を冷却材の流路に形成
している。さらに、これら燃ｒ１捧１０の上端部は、上
部タイブレート１３により支持されている。

上部タイブレート１３は第２の上部プレート１３△のほ
ぼ中央部上に、冒降自在に構成さ゛れた第１の下部タイ
ブレート１３Ｂを載置して、上下２段に分ＩＰｆｌ自在
に積み重ねてＪ３す、第１の上＆１クーイブレート１３
Ｂは第２図に示づ−ように構成されている。

ザなわら、第１の上部タイブレー１−１３１３はばぽ６
角形に形成された本体枠１４の各コープ部の下端にガイ
ドチューブ１５を１木づつ垂直方向にそれぞれ植設し、
本体枠１４の下端面には距形の切り欠さ１６を一辺Ｊ３
ぎに、合計３箇所、切欠形成している。これら切り火ぎ
１６は、第′１の下部タイブレート１３１３を昇降さＵ
る際に、図示しない５１５１機等冒降機０把み貝により
把持て′きるようになっている。各ガイドチューブ１５
には所定の燃料棒１０がボルト締め、もしくは溶接等に
より結合される。

一方、第２の上部タイブレート１３Ａはほぼ６角形に形
成された盤状の本体ブレート１７に、複数の挿入孔１８
を６角格子状に配列された複数本の燃料棒１０にそれぞ
れ対応させて穿設している。

これら挿入孔１８は第１の上部タイブレート１３Ｂのガ
イドチューブ１５に結合された６本の燃料棒１０を目通
させる貫通孔と、これ以外の燃料棒１０の上端部を挿入
させて、これらを支持するだめの支持用挿入孔とを有す
る。

本体プレート１７上面の外縁部には一辺おきに矩形片状
のチャンネルガイド１９が立設され、図示しないヂャン
ネルボックス内に挿入する際の挿入ガイドに形成される
。これらチャンネルガイド１つについても上記挿入孔１
８が高さ方向に穿設されると共に、その板厚方向に口過
する矩形の貫通孔２０がそれぞれ穿設され、図示しない
把み具により把持できるようになっている。

本実施例はこのように構成されているので、第１の上部
タイブレー１−１３　Ｂを昇降させることにより、この
第１の１一部タイブレート１３１３に結合された所要数
の燃料棒１０を燃料集合体Ａより挿脱づ“ることができ
る。

次に本実施例の作用について第４図および第５図に基づ
いて説明する。

原子炉の燃焼初期においては、第１の上部タイブレート
１３Ｂを第２の上部タイプレート１３Ａ上に載置して原
子炉運転を行なう。この場合の燃料集合体Δの水平方向
断面は第４図に示すように、燃料棒１０の全本数が挿入
状態にある。これにより、燃料棒１０に比べて、その周
隙を流れる冷却材、すなわち水Ｗの体積比、即ち、水対
ウラン体積比が比較的小さい。したがって、中性子の減
速が悪化し、熱中性子（ｎｔ）は、比較的少く、中速中
性子（ｎ、）が比較的増加する。その結果、Ｕ　　は中
速中性子（ｎ　　）を捕獲してＰｕ２３９を多く生産す
る。また、熱中性子、（ｎｔ）が比較的少いため、Ｕ２
３５の消耗は、抑制され、さらには、高速中性子（ｎ、
）が増加することによってＵ２３８の積分′裂が増加す
る。

次に、原子炉の燃焼末期においては、第１の上部タイブ
レート１３Ｂを上方に吊り上げた状態で原子炉運転を行
なう。この場合の燃料集合体Ａの水平方向断面は第５図
に示ずように、第１の上部タイブレート１３Ｂの吊り上
げに伴なって所要数の燃料棒１０が燃料集合体Ａより引
き扱かれ、その引き抜かれた分だけ水体積比が増加する
。これにより、中性子の減速が比較的良好になり、熱中
性子（ｎｔ）が比較的増加して、それまで生産・蓄積さ
れていた多聞のｐｕ　　　と、節約したＵ　　を反応さ
せて、引続き燃焼を継続できる。

また、引き抜かれた燃料棒１０は、他の燃料集合体へ寿
命の範囲内で中性子吸収材として利用することも可能で
ある。

したがって、本実施例によれば、燃料集合体Δを解体す
ることなく、第１の上部タイブレート１３Ｂを吊り上げ
ることにより、所要数の塩１’ｌ棒１０を燃料集合（Ａ
Ａより引き抜き、水えｊウラン比を容易に変更すること
ができる。このために、燃料集合体Ａは原子炉燃焼初期
では、高転換低反応型となり、また、燃焼末期では蓄積
されたＰｕ２３９等を燃焼させる高燃焼型の燃料集合体
となり、中性子経済の向上により高燃焼を達成すること
ができる。

また、上部タイブレート２にガイド管６を設けているた
め、第２のタイブレート３との挿脱が簡単かつ確実であ
る。

なお、上述実施例では１つの燃料集合体△から６本の燃
料棒１０を挿脱自在とした場合について述べたが、本発
明はこれに限定されるものではなく、その本数は適宜変
することができる。例えば第１の上部タイブレート１３
Ｂを第６図に示すよう構成して挿脱自在の燃料棒１０を
増加させてもよい。この実施例は第１の上部タイブレー
ト１３Ｂの本体枠１４の各コーナに７本づつのガイドチ
ューブ２０を束状に結束してそれぞれ植設し、これらガ
イドチューブ２０に燃料棒１０をぞれぞれ結合して、挿
脱自在の燃料棒１０の本数の増加を図っている。但し、
この実施例の場合には、第７図に示す特殊なスペーサ２
１を必要とする。すなわち、このスペーサ２１は挿脱自
在の燃料棒１０を束として挿通させるための大きいスペ
ーサセル２１ａを設ける必要がある。

このように本実施例は第１の実施例のものに比して、挿
脱自在とした燃料棒１０の本数の増加が図られているの
で、水対ウラン比の変更幅が大きいという効果を奏する
。

なお、上述の各実施例では高転換バーナ型原子炉に適用
される燃料集合体について述べたが、本発明はこれに限
定されるものではなく、水対ウラン比の変更を必要とす
る原子炉一般に適用されるのは勿論である。

また、上述の各実施例では複数本の燃料棒を６角格子状
に配列した燃料集合体について述べたが、本発明は、複
数本の燃料棒を正方格子状、もしくはこれ以外の配列に
よる燃料集合体についても適用することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、複数本の燃料棒を束状に
結束してなる原子炉用燃料集合体において、上記複数本
の燃料棒のうち所要数の燃料棒を挿）税自在に構成した
。

したがって、本発明によれば、所要数の燃料棒を１Ｉｙ
ｉ　ｕｉすることにより燃料集合体の減速材対燃料の体
積化を容易に変更することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の要部を示づ斜視図、第２
図は、第１図で示す第１の上部タイブレートの斜視図、
第３図は、第１図で示す第２の十部タイブレートの斜視
図、第４図は、第１図で示ず実施例の高転換時における
水平方向断面図、第５図は、第１図で示す実施例の高燃
焼時にＬ！３【フろ水平方向断面図、第６図は本発明の
他の実施例の第１の上部タイブレートを示す斜視図、第
７図は第６図で示す実施例のスペーサの平面図、第８図
は従来の沸騰水型軽水炉の炉心の概略平面図、第９図は
第８図で示す従来の軽水型原子炉の燃料集合体を示す斜
視図である。 １０・・・燃料棒、１２・・・スペーサ、１３・・・上
部タイブレート、１３Ｂ・・・第１の上部タイブレート
、１３Ａ・・・第２の上部タイブレート、１４・・・本
体枠、１５・・・ガイドチューブ、１６・・・切り欠き
、１７・・・本体プレート、１８・・・挿入孔、１９・
・・チャンネルガイド、Ａ・・・燃料集合体、Ｗ・・・
水（冷却材）。 出願人代理人　　波　多　野　　　　久／３Ｂ 早　ｌ　図 弔　２　区 羊　３　図 第４　目 茶　５　図 奎　θ　図 卒　７　副 静６　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数本の燃料棒を束状に結束してなる原子炉用燃料
   集合体において、上記複数本の燃料棒のうち所要数の燃
   料棒を挿脱自在に構成したことを特徴とする原子炉用燃
   料集合体。 ２、挿脱自在の所要数の燃料棒は、昇降自在の上部タイ
   プレートに結合されている特許請求の範囲第１項に記載
   の原子炉用燃料集合体。