JPS6312270B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は沸騰水形原子炉の燃料集合体に関す
る。 一般に沸騰水形原子炉の燃料集合体Ａは第１図
に示す如く断面略正方形のチヤンネルボツクスＢ
内にたとえば８行８列の格子状に燃料棒Ｃ……を
配置して構成されている。そして、このような燃
料集合体Ａは断面十字形の制御棒Ｄの周囲に４体
ずつ配置されて単位格子を構成し、この単位格子
がさらに多数配置されて炉心を構成している。と
ころで、原子炉の運転中はこのチヤンネルボツク
ス外のいわゆるバイパス域には減速材としての軽
水のみが存在し、チヤンネルボツクスＢ内は冷却
材としての軽水と蒸気の混合流が存在する。した
がつて中性子の減速は主としてチヤンネルボツク
スＢ外のバイパス領域でおこなわれる。よつて燃
料集合体Ａ内の熱中性子束の分布は周辺部では
大、中央部では小となるため、周辺部の燃料棒Ｃ
……は激しく燃焼し、中央部の燃料棒は燃焼が低
くなる。そして、従来このような燃焼すなわち出
力の不均一を平均化するため、中央部に配置され
る燃料棒Ｃ……の燃料はウラン235の濃度を高く
し、周辺部の燃料棒Ｃ……の燃料はウラン235の
濃度を低くするいわゆるスプリツト分布を与えて
いる。第１図にはこのスプリツト分布の一例を示
し、各燃料棒Ｃ……に符された数字はその燃料の
ウラン235の濃度の大小を示し、１が最も濃度が
高く、数字が大きくなるに従つて濃度が低くなる
ものである。またＧはガドリニア等の可燃性毒物
が含有されていることを示し、Ｗは水棒を示す。
ところで、従来のものは燃料棒Ｃ……の燃料はい
ずれもウラン235の濃度が天然ウランより高い濃
縮ウランを使用していた。この濃縮ウランは複雑
な濃縮工程を経て製造されるもので、製造コスト
が高く、またこの濃縮ウランは法規上厳重な管理
が要求され、管理が面倒で管理のためのコストも
高い。このため従来から燃料のコスト低減が望ま
れていた。そして、このコスト低減のため燃料の
一部に天然ウランやトリウムを使用することが検
討されている。しかし、天然ウランは濃縮ウラン
に比べて製造コスト等が大幅に低いものではな
く、コスト低減の効果が少なく、またトリウムは
核的性質等のデータが不充分で現状では実用に供
し難いとともにかなり強度の放射性物質であるた
め取扱が面倒である等の不具合があつた。 本発明は以上の事情にもとづいてなされたもの
で、その目的とするところは使用済燃料である減
損ウランを使用した燃料棒を一部に使用すること
によつてコストを大幅に低減し、また取扱等も容
易な燃料集合体を得ることにある。 以下本発明を第２図に示す一実施例にしたがつ
て説明する。図中１は沸騰水形原子炉の燃料集合
体であつて、この燃料集合体１は断面略正方形の
チヤンネルボツクス２内に多数の燃料棒３を８行
８列の格子状に配置して構成されている。そし
て、この燃料集合体１は断面十字状の制御棒４の
周囲に４体ずつ配置されて単位格子を構成し、こ
の単位格子をさらに多数配置して炉心が構成され
る。そして、この燃料集合体１内の燃料棒３……
には第２図に示す如きスプリツト分布が与えられ
ている。なお、第２図の各燃料棒３……に符され
た数字は各燃料棒３……の燃料のウラン235濃度
の大小を示し、この数字とウラン235濃度の関係
を下表に示す。

【表】 また、燃料棒３……に符された符号Ｇはウラン
濃度3.2W／Ｏの燃料にガドリニアを3.5W／Ｏ添
加したものであることを示す。そして、四隅の燃
料棒３……のうち１本たとえば制御棒４の中心に
近接する隅の燃料棒３は使用済の減損ウランたと
えばウラン235が0.3W／Ｏの減損ウランを燃料と
したものが使用されている。なお、第２図中この
燃料棒３には符号Ｄを附して示す。また、中央部
には上記と同様の減損ウランを燃料として使用
し、かつこの燃料中に3.0W／Ｏのガドリニアを
添加し、さらに炭素、ベリリウム等の減速材を添
加した燃料棒３，３が３本配置されている。な
お、第２図中これらの燃料棒３，３には符号GD
を附して示す。そして、この燃料集合体１全体の
ウラン235の平均濃度は2.94W／Ｏとなつている。 以上の如く構成された本発明の一実施例は一部
の燃料棒３……に使用済の減損ウランを使用して
おり、この減損ウランは材料コストがきわめて低
く、かつ管理に要するコストも低いので燃料集合
体１のコストを低減することができる。そして、
この減損ウランを使用した燃料棒３……を配置す
る場所を特定の箇所としたので、このような減損
ウランを使用しても燃料集合体１の出力や出力分
布等にはほとんど影響を与えない。すなわち、原
子炉運転中にはチヤンネルボツクス内には冷却材
としての軽水と水蒸気との混合流が存在している
ためこのチヤンネルボツクス２内では高速中性子
の減速があまりおこなわれず、熱中性子が少な
く、これに対してチヤンネルボツクス２外のバイ
パス領域では減速材としての軽水のみが存在する
ので高速中性子の減速はこの領域で多くおこなわ
れる。したがつて燃料集合体１の隅に位置する燃
料棒３……は２面から熱中性子の照射を受けるた
め核反応が激しくおこなわれる。よつてこの隅の
位置に減損ウランを使用した燃料棒３を配置すれ
ばウラン235の濃度が低くても効率よく反応し、
出力の負担割合も比較的大きくなるので燃料集合
体１の出力が出力分布に与える影響を少なくする
ことができる。また、燃焼が進むと燃料中のウラ
ン238は中性子を吸収してプルトニウム239とな
り、これが熱中性子と反応して出力に寄与するよ
うになるが、減損ウランは初めからウラン235の
含有量が低く、かつ比較的プルトニウム239を多
く含んでいるので、プルトニウム239の出力に寄
与する割合が大きい。したがつてこの減損ウラン
を使用した燃料棒３……は燃料が進んでも出力が
低下することがないため、このような燃料棒３…
…を用いることにより燃料集合体１全体として燃
焼の進行に伴う反応度の低下の割合が減少する。
そして、通常燃料集合体１の燃料中には燃焼初期
の過剰の反応度を抑制して燃焼の進行に伴なう反
応度の変動を少なくするためガドリニア等の可燃
性毒物を添加することがおこなわれており、上記
の減損ウランを用いた燃料棒３……を配置するこ
とによつて燃料集合体１全体の燃焼の進行に伴う
反応度の低下割合が減少すればその分だけ可燃性
毒物の添加量を少なくできる。したがつてこの可
燃性毒物の添加量を少なくすることにより減損ウ
ランを用いた燃料棒３……を使用したことによる
出力の低下がある程度相殺され、このような燃料
棒３……を用いたことによる影響はほとんど生じ
ないものである。なお、通常燃料集合体１と他の
燃料集合体との間隙は制御棒４側の方が広いた
め、制御棒４が引抜かれた運転中の状態では制御
棒４の中心に近接する隅位置の燃料棒３が最も強
く熱中性子の照射を受ける。したがつてこの一実
施例の如くこの位置に減損ウランを用いた燃料棒
３を配置すれば最も効率よくこれを燃焼させるこ
とができる。また、燃料集合体１の中央部では前
述の如く熱中性子が少ないので、中央部に配置さ
れた減損ウランを用いた燃料棒３……はあまり反
応しない。しかし、この中央部では高速中性子が
多いので、減損ウラン中のウラン238はこの高速
中性子を吸収してプルトニウム239となり、燃焼
末期にはこのプルトニウム239が反応する。した
がつてこの中央部に配置された減損ウランを用い
た燃料棒３……は燃焼初期においてはあまり反応
せず、燃焼末期において反応度が高くなる傾向が
あり、燃料集合体１全体の燃焼の進行による反応
度の低下の割合を減少する。したがつて前記隅部
に配置された場合と同様にその分だけ可燃性毒物
の添加量が減少でき、この可燃性毒物の添加量の
減少によりこのような減損ウランを用いた燃料棒
３……を配置したことによる全体の出力低下等の
影響をほぼ相殺することができる。ただし、この
中央部では熱中性子が少ないため生成されたプル
トニウム239等を効率よく燃焼させることができ
ないので、この一実施例の如く減速材を添加する
ことが好ましい。そしてこのように減速材を添加
することによつて高速中性子の一部を減速して熱
中性子を生成し、これによつてプルトニウム239
等を燃焼させ、燃焼期間全体を通してこの減損ウ
ランを用いた燃料棒３……の反応度を上げること
ができる。しかし、このように減速材を添加した
場合には燃焼初期においても反応度が高くなり、
燃料集合体１全体の燃焼の進行に伴う反応度の減
少割合を少なくする作用が損なわれるので、この
一実施例の如く可燃性毒物を添加することが好ま
しい。 なお、本発明は上記の一実施例には限定されな
い。 たとえば隅部に配置される減損ウランを用いた
燃料棒は必らずしも制御棒の中心部に近接する隅
に配置する必要はなく、他の隅位置に配置しても
よい。 以上詳述したように、本発明による燃料集合体
は、複数本の燃料棒を格子状に配置してなる燃料
集合体において、使用済燃料から取出した減損ウ
ランを用いた燃料棒を四隅のうちの少なくとも一
箇所および中央部に配置し、上記上記中央部に配
置される燃料棒の燃料は、減速材及び可燃性毒物
を含有していることを特徴とするものである。し
たがつて、材料コスト、管理コスト等の低い減損
ウランを用いた燃料棒を一部に使用することによ
り燃料集合体の製造コストを大幅に低減させるこ
とができ、またウラン資源を有効に利用すること
ができるとともに減損ウランは管理が簡単である
ため燃料集合体の取扱も容易となる。また、この
減損ウランを用いた燃料棒を四隅のうちの少なく
とも一箇所および中央部に使用することにより、
燃料集合体全体の燃焼の進行に伴う反応度の低下
割合が少なくなり、その分だけ可燃性毒物の添加
量を少なくでき、この可燃性毒物の添加量の減少
により減損ウランを用いたことによる出力の低下
等の影響はほとんど相殺され実用上の支障を生じ
ることはない等、その効果は大である。 さらに、本発明における中央部に配置される減
損ウランを用いて製作された燃料棒は、減速材及
び可燃性毒物を含有しているので、燃焼を促進さ
せることができるとともに、燃焼の進行に伴う反
応度の減少割合を少なくする作用の低下を防止す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の燃料集合体のスプリツト分布
図、第２図は本発明の一実施例のスプリツト分布
図である。 １……燃料集合体、２……チヤンネルボツク
ス、３……燃料棒、４……制御棒。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 複数本の燃料棒を格子状に配置してなる燃料
   集合体において、使用済燃料から取出した減損ウ
   ランを用いた燃料棒を四隅のうちの少なくとも一
   箇所および中央部に配置し、上記上記中央部に配
   置される燃料棒の燃料は、減速材及び可燃性毒物
   を含有していることを特徴とする燃料集合体。