JPS63169595A

JPS63169595A - 燃料集合体

Info

Publication number: JPS63169595A
Application number: JP62000493A
Authority: JP
Inventors: 服部　慎司; 敦子池田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-01-07
Filing date: 1987-01-07
Publication date: 1988-07-13

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）この発明は、原子炉の炉心に装荷される燃ｒ４集合体に
係り、特にウラン・ブルトニｆクム燃料棒が装荷された
燃料集合体に関する。

（従来の技術）原子炉の炉心にはウラン燃料集合体の伯、ウラン・プル
（・ニウム燃料集合体（以下ＭＯｘ燃料集合体という。

）が装荷される。このＭＯＸ燃料集合体は、ウラン・プ
ルトニウム混合酸化物が充填されたウラン・プルトニウ
ム燃料棒（以下、ＭＯ×燃料棒という。）が複数装荷さ
れた燃料集合体である。そして、このＭＯＸ燃籾集合体
は、使用済燃料棒を再処理して得られるプル１−ニウム
を可能な限り多量に利用して、ウラン資源を節減するこ
とに意義がある。

第７図および第８図は、ＦＭ騰氷水型原子炉用いられる
従来のＭＯＸ燃料集合体のそれぞれ横断面図および縦断
面図である。第７図に示すように、ＭＯＸ燃料集合体は
ウラン燃料棒１１’、１２’１３’　、１４’　、Ｇ’
　と、ＭＯＸ燃ｒ燃棒１棒Ｐ１Ｐ　′とウォータロッド
Ｗとを８行８列の正方格子状に配列して構成される。ま
た、第８図に示すように、ウラン燃料棒１１’　、１２
’　　１３’　、１４′の　　Ｕ濃縮麿はそれぞれ３，
５ｗｔ％、３゜２ｗｔ％、２．□ｗｔ％、１，９ｗｔ％
であり、ＭＯＸ燃利捧Ｐ’、Ｐ２’のＰｕ富化度はそれ
ぞれ４゜７ｗｔ％、３，５ｗｔ％であるよう構成される
。

ところで、ウラン燃料棒１１′〜１４’、Ｇ’とＭＯＸ
燃利捧Ｐ’、Ｐ２’　では核分裂の形態が異なるため、
燃焼の進行に伴う燃料棒の出力変化は異なった傾向を示
す。

第１０図は従来のＭＯＸ燃料集合体におけるウラン燃料
棒とＭＯＸ燃料燃料燃焼の進行に伴う局所出力の変化を
示したグラフである。曲線１５゜１６．１７は第７図の
座標（Ｇ、１）位置のウラン燃料棒１３′、第７図の座
標（０，３）位置のＭ　ＯＸ燃料棒Ｐ　′、第７図の座
標（Ｄ、２）位置のＭＯＸ燃料棒Ｐ２′のそれぞれ局所
出力を表している。ここに、局所出力とは、６２本の燃
料棒の平均出力を１に規格化した場合の各燃料棒の出力
である。

ウラン燃料棒１１′〜１４’、Ｇ’では、燃焼２３５　
　。

に伴って　　Ｕか減少するため、局所出力は曲線１５の
ように次第に減少する。これに対し、ＭＯＸ燃料棒では
、　　Ｐｕと　　Ｐｕが核分裂によって減少するが、　
　ｐｕが中性子を捕獲して咳分裂性核種である　　Ｐｕ
に変わるため、燃焼の進行に伴う出力低下はウラン燃料
棒１１′〜１４′、Ｇ′に比べ穏やかになる。局所出力
の観点からは、第１０図の曲線１６．１７に示すように
、ＭＯＸ燃料燃料局所出力は、燃焼の進行に伴う低下傾
向が非常に少ない。

一方、ウラン燃料棒１１′〜１４’　、Ｇ’およびＭＯ
Ｘ燃料棒Ｐ、Ｐ２’の各燃料棒は、第９図に示すように
構成される。各燃料棒は、被覆管１８内に燃料ベレット
１９を充填して構成され、被覆管１８の上部にプレナム
部２０が設けられる。

このプレナム部２０は、燃焼の進行に伴って生成される
核分裂生成ガスによって、燃料棒内圧が過度に上昇する
のを防止するものである。

（発明が解決しようとする問題点）燃焼の進行に伴って生成された核分裂生成ガスの一部は
、燃料ベレット１９内に蓄積されるが、他はプレナム部
２０に放出される。この核分裂生成ガスの放出率は燃料
ベレット１９の温度に太きく依存し、温度が高い程放出
率が＾くなる。一方、上述のように、ＭＯＸ燃料燃料’
、Ｐ２’はつラン燃料棒１１′〜１４’、Ｇ’　と比べ
て燃焼が進んだ時点でも出力が高く、燃料ペレット１９
の温度が高くなる。そのため、ＭＯＸ燃料棒Ｐ１′。

Ｐ　′では、核分裂生成ガスのプレナム部２０内への放
出量が多くなり、燃料棒の内圧が高くなる。

Ｌ　／）１し、従来のＭＯＸ燃料集合体では、ウラン燃
料棒１１’　〜１４’　、Ｇ’　とＭＯＸ燃料燃料１’
　、Ｐ２　’　とのプレナム部２ｏが同−艮ざに構成さ
れている。したがって、プルトニウムの有効利用を図る
ために、ＭＯＸ燃料燃料１′。

Ｐ２′のＰｕ富化度を従来の４．７ｗｔ％、３，６ｗｔ
％よりも高くすると、ＭＯＸ燃料棒Ｐ１゜Ｐ２’の燃料
棒内圧が過度に高くなり、ＭＯＸ燃料棒Ｐ’、Ｐ２’の
信頼性が損われ、ＭＯＸ燃料集合体の健全性を確保でき
ないおそれがある。

この発明は、上記事実を考慮してなされたものであり、
燃料集合体の健全性を確保しつつ、プルトニウムの有効
利用を図ることができる燃料集合体を提供プることを目
的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段）この発明は、ウラン酸化物を充填したウラン燃料棒と、
ウラン・プルトニウム混合酸化物を充填したＭＯＸ燃料
棒とを多数条ねて構成された燃料集合体において、上記
ＭＯＸ燃料棒のプレナム部長さが上記ウラン燃料棒のプ
レナム部長さより長く構成されたものである。

（作用）したがって、この発明に係る燃料集合体は、ＭＯＸ燃料
棒のＰｕ富化度を高めても、核分裂生成ガスの発生量は
」曽加するものの、Ｍ　ＯＸ燃料棒内の圧力１畔を回避
することができる。

（実施例）以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第３図はこの発明の燃料集合体の一実施例を概略して示
す横断面図、第４図は第３図の縦断面図、第１図は第３
図の燃料集合体のＭＯＸ燃料棒の構造を示す縦断面図、
第２図は第３図の燃料集合体におけるウラン燃料棒の構
造を示す縦断面図である。

第３図に示すように、ＭＯＸ燃料集合体２１は、ウラン
燃料棒１１．１２，１３．１４．Ｇと、ＭＯ×燃料棒ｐ
、ｐ２とウォータロッドＷを、８行８列の正方格子状に
配列して構成される。

第４図に示すように、ウラン燃料棒１１．１２゜１３．
１４の２３５Ｕ濃縮度はそれぞれ２，９ｗｔ％。

２．６ｗｔ％、２．１ｗｔ％、ｌ、５ｗｔ％に構成され
る。また、ウラン燃料棒Ｇは２３５Ｕ′１Ｎ５縮度が２
゜５ｗｔ％でガドリニウムＧｄが４，５ｗｔ％混入され
た燃料棒である。さらに、ＭＯＸ燃料棒Ｐ１゜Ｐ２のｐ
ｕ富化度は、それぞれ７．Ｑｗｔ％、５゜□ｗｔ％とな
るよう構成される。

さて、ＭＯＸ燃料棒Ｐ、Ｐ２は第１図に示寸ように、ウ
ラン燃料棒１１〜１４．Ｇは第２図に示すようにそれぞ
れ構成される。

ウラン燃料棒１１〜１４．Ｇは被覆管２２内に燃料ベレ
ット２３を積層して充填して構成される。

被覆管２２の上下開口部にはそれぞれ上部端栓２４およ
び下部端栓２５が溶接され、ウラン燃料棒１１〜１４．
Ｇは密閉構造に設けられる。これら上部端栓２４および
下部端栓２５は、被覆管２２とともにジルカロイ製であ
る。

また、積層された各燃料ベレット２３の大部分は２３５
ＵＩｌ縮度の高い（例えばウラン燃料棒１１では２．９
ｗｔ％）ウラン燃料ベレットであるが、最上層および最
下層の燃料ベレット２３は、２３５、　　２３５Ｕ１１１００低い例えば天然ウラン（ｌ縮度０．７１ｗ
ｔ％）の燃料ベレットである。ここに、ウラン燃料ベレ
ットはウラン酸化物を焼結したものである。また、被覆
管２２内には、このような燃料ベレット２３の充填され
ないプレナム部２６が形成される。このプレナム部２６
は、燃料ベレット２３の燃焼に伴って生成される核分裂
生成がスの放出部として機能し、被覆管２２内の圧力が
過度に上昇するのを防止する。

一方、Ｍ　ＯＸ　ｆｆｉ　Ｆ’ｌ棒Ｐ、Ｐ２４．ｔ、被
Ｎ管２２内に燃料ベレット２７が積層して充填されたも
のである。被覆管２２には、上記ウラン燃料棒１１〜１
４．Ｇと同様に、上部端線２４および下部端線２５が溶
接される。積層された燃料ベレット２７は、その大部分
がｐｕ富七度の高いウラン・プルトニウム燃料ベレット
（例えばＭＯＸ燃料棒Ｐ１ではブルー・ニウム富化度７
．Ｑｗｔ％の燃料ベレット）である。しかし、積層され
た燃料ペレツト２７のうち最下層の燃料ベレットは、　
　Ｕ８１、　　２３５縮度の低い例えば天然ウラン（ＵＷ縮度０゜７１ｗｔ％
）からなる。ここに、ウラン・プルトニウム燃料ベレッ
トは、ウラン・プルトニウム混合酸化物を焼結したもの
である。

このように、ＭＯＸ燃料燃料、Ｐ２の燃料ベルブト２フは、ウラン燃料棒１１〜１４．Ｇの燃料ペレッ
］・２３に配置されていた２３５Ｕ、縮度の低い最上部
の燃料ベレットが取り外されている。

したがって、このＭＯＸ燃料棒Ｐ、Ｐ２のプレナム部２
８は、その長さノーがウラン燃料棒１１〜１４．Ｇのプ
レナム部２６の長さ１２より約１５ｃＩＩ長く構成され
る。つまり、プレナム部長さＪ２が従来の燃料棒と同様
に約３５Ｃ１１であるのに対し、プレナム部長さＪｌは
約５０ｃＲである。

第５図はウラン燃料棒とＭＯＸ燃料棒の燃焼の進行に伴
う局所出力の変化を示したグラフである。

この第５図では、第３図の座標（Ｃ，３）にあるＭＯＸ
燃料棒Ｐ１の局所出力が曲線２９で、第３図の座標（Ｄ
、２）にあるＭＯＸ燃料棒Ｐ２の局所出力が曲線３０で
、第３図の座標（０，１）にあるウラン燃料棒１３の局
所出力が曲線３１でそれぞれ示される。

この実施例では、ウラン燃料棒１１〜１４．Ｇの　　り
濃縮度を下げ、ＭＯＸ燃料棒Ｐ、、Ｐ２のｐｕ富化度を
高めたことから、ＭＯＸ燃料棒Ｐ１．Ｐ２の局所出力は
第５図に示すように、ウラン燃料棒１３の局所出力より
高くなる。しだがって、Ｎ、ｉ　ｏ　ｘ燃料棒Ｐ、Ｐ２
の燃料ベレット２７の温麿が高くなり、その９核分裂生
成ガスがプレナム部２８内へ多用に放出される。

しかし、Ｍ　ＯＸ燃料棒Ｐ、Ｆ〕２のプレナム部２８を
ウラン燃料棒１１〜１４．Ｇのプレナム部２６より長く
１７たことから、プレナム部２８の体積が増加し、第６
図に示すように、ＭＯＸ燃料棒ｐ、、ｐ、、の燃料棒内
圧力は、ウラン燃料棒１１−１４．Ｇの燃料棒内圧力ど
ほぼ同程度になるうところで、第６図の曲線３０にはウ
ラン燃料棒１１〜１＝１．Ｇの燃料棒内圧力を、曲線３
３１１　Ｍ　ＯＸＸ燃料棒〕　、Ｐ　の燃料棒内圧力を
それぞれ示したものである。

したがって、上記実施例によれば、ブルトニウムの有効
利用秀−図るべくＭＯＸ燃料燃料、Ｐ、。

のＰｕ富化度を高めても、ＭＯＸ燃料燃料　１゜Ｐ２の
プレナム部良さ１１をウラン燃料棒１１〜１４、Ｇのプ
レナム部長さノ。より良く構成したことから、ＭＯＸ燃
料棒ｐ、ｐ２の出力が上界して咳分裂生成ガスの発生針
が増加しでも、ＭＯＸ！５料捧Ｐ、Ｐ２の燃料棒内圧力
が過度に上界！Ｌることを回避できる。故に、ＭＯＸ燃
ね棒Ｐ１゜Ｐ２の信頼性が損われることがないので、Ｍ
ＯＸ燃料集合体の健全性を確保しつつプルトニウムの有
効利用を図ることができる。

なお、上記実施例では、プレナム部長さ！、を長くする
ために、ＭＯＸ燃料燃料、Ｐ、の燃料ベレッ１−２７に
おいて、最−ｈＦｌに天然ウランから成る燃料ベレット
が配置されないものにつき説明したが、最下層に天然ウ
ランからなる燃料ペレッ１−を配’Ｉｔ　シ、最下層に
天然ウランから成る燃料ベレッ１〜を配置しないように
してもよい。あるいは、燃料ベレット２７の最上層およ
び最下層に天然ウランから成る燃料ベレットを配置し、
ｐｕ富化度の高い燃料ベレットの数を減少させるように
してもよい。

（発明の効果〕以上のように、この発明に係る燃料集合体によれば、Ｍ
ＯＸ燃料棒のプレナム部長さをウラン燃料棒よりも長く
したことから、燃料集合体の健全性を確保しつつプル１
〜ニウムの有効利用を図ることができるという効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は第３図の燃料集合体のＭＯＸ燃料棒の構造を示
す縦断面図、第２図は第３図の燃料集合体のウラン燃料
棒の構造を示す縦断面図、第３図はこの発明に係る燃料
集合体の一実施例を概略して示１横断面図、第４図は第
３図の縦断面図、第５図は第３図の燃料集合体における
ウラン燃料棒どＭＯＸ燃料燃料燃焼の進行に伴う局所出
力の変化を示したグラフ、第６図は第３図の燃料集合体
に１１５けるウラン燃料棒とＭＯＸ燃料棒の燃料棒内圧
力の変化を示すグラフ、第７図および第８図は従来のＭ
ＯＸ燃料集合体のそれぞれ横断面図および縦断面図、第
９図は第７図および第８図の燃料棒の構成を示す縦断面
図、第１０図は第７図おにび第８図のＭＯＸ燃料集合体
におけるウラン燃料棒とＭ　ＯＸ燃料棒の局所出力変化
を示すグラフである。２１・・・ＭＯＸ燃料集合体、１１，１２．１３゜１４
、Ｇ・・・ウラン燃料棒、Ｐ、Ｐ２・・・ＭＯＸ燃料棒
、２６．２８・・・プレナム部、ノ　、ノ　・・・プレ
ナム部長さ。代理人弁理士　　則　近　憲　佑同　　　　　　　　三　　俣　　弘　　文第１面　　　
　　　蔓２回羊３　区第４固 ′Ｍｆ、規虜　（θＷｄ／ｌ）羊５０大τメ克Ａ　　ＣＣｒＷｄ／ｌ）茶６図Ａ　　ＢＣＤ　　ＥＦ　　θ　Ｈ＃＝７図第６図竿９民

Claims

【特許請求の範囲】１、ウラン酸化物を充填したウラン燃料棒と、ウラン・
プルトニウム混合酸化物を充填したウラン・プルトニウ
ム燃料棒とを多数束ねて構成された燃料集合体において
、上記ウラン・プルトニウム燃料棒のプレナム部長さが
上記ウラン燃料棒のプレナム部長さより長く構成された
ことを特徴とする燃料集合体。２、ウラン・プルトニウム燃料棒のプレナム部長さはウ
ラン燃料棒のプレナム部長さより約１５ｃｍ長く設けら
れた特許請求の範囲第１項記載の燃料集合体。