JPH0251094A - 燃料集合体,燃料棒及び炉心 - Google Patents

燃料集合体,燃料棒及び炉心

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JPH0251094A
JPH0251094A JP63199884A JP19988488A JPH0251094A JP H0251094 A JPH0251094 A JP H0251094A JP 63199884 A JP63199884 A JP 63199884A JP 19988488 A JP19988488 A JP 19988488A JP H0251094 A JPH0251094 A JP H0251094A
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JP
Japan
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fuel
region
weight ratio
rods
regions
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JP63199884A
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English (en)
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Kazuya Ishii
一弥 石井
Taisuke Bessho
別所 泰典
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • 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

  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、沸騰水型原子炉に用いる燃料集合体に係り、
特に、炉停止余裕を確保するのに好適な燃料集合体に関
する。
〔従来の技術〕
沸騰水型原子炉では、減速材である水の密度が、運転時
には約280℃と高温になり、かつ、ボイドが発生する
ため、常温時(約20℃)に比べて小さくなる。このた
め、炉心が潜在的にもつ反応度は、一般に、運転時より
も常温時の方が大きくなる。
一方、原子炉の設計では、安全性の観点から、常温状態
で、万一、もっとも反応度価値の大きい制御棒が挿入不
能となっても、原子炉が確実に停止できることが要求さ
れている。すなわち、もっとも反応度価値の大きい制御
棒が挿入されない状態での中性子実効増倍率と臨界状態
の中性子実効増倍率1.0  との差を十分確保する必
要がある。
特に、高燃焼度化を図るには、高濃縮燃料を用いること
が必要となり、この場合、炉停止余裕の確保が重要な課
題となる。この炉停止余裕を確保する手段として、 (1)燃料集合体配置の変更 (2)制御棒の反応度価値を高める (3)可燃性毒物入り燃料棒の使用 が採られてきた。
(1)では、制御棒の反応度価値が平均化するように燃
料をシャラフリングする。しかし、この手段は1時間が
かかり、プラント設備利用率を低下させるという欠点が
ある。
(2)は挿入可能な制御棒の反応度制御能力を高めるこ
とにより、炉停止余裕を確保するものである。しかし、
運転時の余剰反応度制御では、制御棒による出力分布の
歪みが大きくなるなどの欠点がある。
(3)は、ガドリニアなどの中性子吸収材を燃料に添加
することにより、燃料の反応度を抑え、余剰反応度制御
と共に炉停止余裕を確保する。特に。
炉停止余裕確保の観点から、燃料上部に可燃性毒物の多
い領域を設けた燃料集合体が、特開昭59−10218
8号公報に提示されている。燃料の上部への対策が炉の
停止余裕にとって有効なのは、(a)燃料の下方から冷
却材である水が流入し、ボイドが発生する通常の沸騰水
型原子炉では、水の密度の高い燃料下部の出力が高くな
る傾向があり、燃料の上部の燃焼が下部に比べて進みに
くいため、上部に燃料物質が多く残存する。
(b)ボイド率が大きい燃料上部では、運転時と常温時
との反応度差が下部に比べて大きい。
という理由による。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、上記従来技術は、燃料の上部に多くの可燃性毒
物を添加しているため、運転時に下部より低い燃料上部
での反応度がさらに小さくなる。
このため、出力分布を燃料の下方へますます歪ませ、出
力分布平坦化の観点から好ましくない。
本発明の目的は、運転時の軸方向出力分布を悪化させる
ことなく、炉の停止余裕の増大を図ることにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的は、運転時と常温時の反応度の変化を小さくす
ることにより達成される。そのために、本発明の燃料集
合体では、運転時と常温時の水対燃料原子数比の変化が
大きく、反応度変化の大きい燃料上部に、283U を
含む燃料を用いる。あるいは、233U と同様の性質
をもつ他の核種、または、中性子吸収によりそのような
核種に転換する核種を含む燃料を、燃料の上部に用いる
[作用〕 以下、本発明の詳細な説明する。
第2図に、′85Uと233U の中性子エネルギに対
する再生率(ηニー個の中性子を吸収したときに新たに
発生する中性子数の平均値)の変化を示す。図に示した
ように、!86 Uは、共鳴エネルギ領域(1eV〜I
KeV)でのηRの値が、熱エネルギ領域(1eV以下
)での値9丁に比べて小さくなる。それに対し、ZIH
U は、共鳴エネルギ領域でのηRの値が、熱エネルギ
領域での値とほとんど同程度である。
一方、燃料上部では、運転時にはボイド率が高くなり水
対燃料原子数比が小さくなるため、中性子スペクトルは
硬くなり、共鳴エネルギ領域での反応の割合が大きくな
る。それに対し、常温時にはボイドは発生せず水対燃料
原子数比が大きくなるため、中性子スペクトルは軟らか
くなり、熱エネルギ領域での反応の割合が大きくなる。
従って、運転時にボイド率が高くなり、運転時と常温時
の水対燃料原子数比の差が大きく、中性子スペクトルの
変化の大きい燃料上部に、235Uを含む燃料の代りに
233U を含む燃料を用いることにより、運転時と常
温時の燃料の再生率(η)の差を小さくすることができ
る。すなわち、このことにより、運転時と常温時の反応
度変化を小さくすることができ、炉停止余裕の増大が図
れる。
また、運転時の反応度を小さくする必要がないので、軸
方向の出力分布を悪化させないですむ。
〔実施例〕
以下、本発明の燃料集合体を実施例を用いて詳細に説明
する。
第1図は、本発明の一実施例の燃料集合体を示す。燃料
集合体1は四角形状をしており、チャンネルボックス2
、六十二本の燃料体3と二本の水ロッド4から構成され
ている。また、本燃料集合体では水対燃料体積比は〜3
.0 で、中性子エネルギスペクトルの軟らかい体系で
ある。燃料体3は、上部1/3の領域では富化度1,8
5w/。
の233U を天然ウランに混合している。一方、下部
2/3の領域では、濃縮度3.70w10のウラン燃料
を装荷している。
上部1/3の領域に含まれている”u の重量は3.3
 kg、また、この領域に含まれている核分裂性物質2
33Uの重量は〜1.3 kgである。よっテ”U (
7)、全積分R性物質(”’U ト235u )に対す
る重量比は〜0.72 となる。これに対して、下部2
/3の領域に含まれる28IIUの重量は〜6.6kg
、z8δUの重量はOであるから、この領域での288
U の全核分裂性物質に対する重量比はOとなる。従っ
て、本燃料集合体は、下部領域よりも上部領域で283
U の全核分裂性物質に対する重量比が大きくなってい
る。
第3図に、本燃料集合体について中性子無限増倍率とボ
イド率の関係を示す。本発明の燃料集合体は上部1/3
に233U を装荷することにより、運転時のボイド率
70%の状態での中性子無限増倍率をあまり変えること
なく、冷温停止時の中性子無限増倍率をjullU濃縮
燃料だけで構成した燃料集合体に比べ、〜5%Δに/に
低くすることができる。この結果、炉停止余裕を〜1.
2 %Δに/に増大させることができる。
第1図の例のように、z38U を用いた場合に運転時
と冷温停止時の反応度差を小さくできるのは、第2図で
説明したように、共鳴エネルギ領域(1〜10’eV)
での再生率ηR値が、熱エネルギ領域(1eV以下)で
のηTとほとんど同程度であることによる。
すなわち、運転時には平均中性子エネルギが高くなって
おり、再生率は共鳴エネルギ領域の値ηRとなり、冷温
停止時には、平均中性子エネルギが低くなるので、再生
率は熱エネルギ領域の値ηTとなる。238U の場合
、ηRとηTとがほとんど同程度であるので、運転時と
冷温停止時の反応度差も小さくなる。
従って、第1図の例と同様の効果は233Uのかわりに
別の核分裂性物質を用いても期待できる。
しかし、その核分裂性物質は、共鳴エネルギ領域のηR
値と熱エネルギ領域におけるη丁の比が、代表的な核分
裂性物質である235U のエネルギ領域におけるηR
235とηT235の比よりも大きい、つまり、 ηR/ηT〉 ηR233/ηT23!1なる関係を満
足することが必要である。
第一の実施例で用いた233U は、!32Th の(
n+ γ)反応により生成したものを再処理して使って
いる。
しかし、第4図の実施例のように、232T1.  を
使ってもよい。この燃料集合体101は、上部1/3の
領域に濃縮度3 、7 w / oのウランに3.0w
10のの”Th51を添加している。一方、下部2/3
の領域では濃縮度3.7w10のウランを装荷している
また、燃焼とともに234T)、  が、次の核反応、
zazTh(n 、 y ) 233Uを起し、上部で
233U が蓄積するので、これにより炉停止余裕改善
効果が得られる。
また、燃焼初期の余剰反応度が232Th による中性
子吸収により小さくなる。また、燃焼が進むにつれ、2
LI U が蓄積した反応度が高くなるので。
余剰反応度の制御が容易になるという利点もある。
第5図は、本発明の第三の実施例である。本実施例の燃
料集合体は上部1/3の領域に富化度1.85w10の
z33 U  を天然ウランに混合した燃料5を、下部
2/3の領域には濃縮度3.7w10のウラン燃料6を
装荷した燃料棒3が三十六本 233U を含まない2
36U の濃縮度が3.7w10の燃料6を装荷した燃
料棒32が玉子六本で構成している。
一般に、チャンネルボックス2の外側のギャップ水や水
ロッド4の中の水は沸騰していない。そのため、これら
の非沸騰水の周りでは局所的に中性子減速の良い状態が
生じ、出力のピークが生じやすい。この点を考慮して、
本実施例では集合体内出力分布を平坦化するため、これ
らのギャップ水や水ロッドの周りにはz33 U  を
含まない燃料棒を配置した。これにより、径方向の出力
分布を改善することができる。
本発明の燃料集合体を、1100MWe級沸騰水型原子
炉の炉心7に適用した例を第6図に示す。
この図に示すように、764体の集合体を、492本の
炉心内側領域8と、180体の外周領域9と92体の最
外周領域10に分け、外側領域9に、本発明の第一ない
し第三の実施例の燃料集合体を装荷する。一般に原子炉
の炉心では、炉心の外側領域9で出力が小さくなる傾向
があり、燃焼が遅れる傾向がある。特に炉心上部では中
性子の洩れと中性子スペクトルが硬いため出力は小さく
燃焼が遅れるので、炉停止余裕を厳しくする原因となる
。しかし、これら燃料集合体を外側領域9に装置すれば
、(高温)運転時と冷温停止時の反応度変化を小さくす
ることができるので、炉停止余裕が改善できる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、運転時と停止時の反応度差を小さくで
きるので、炉停止余裕を増すことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の燃料集合体の横断面図(a
)及び燃料棒の縦断面図(b)、第2図は中性子エネル
ギと再生率ηの関係を示す図、第3図は運転時及び冷温
停止時の中性子無限増倍率(koo)の変化を示す図、
第4図は本発明の第二の実施例の燃料集合体の横断面図
(a)及び燃料棒の縦断面図(b)、第5図は本発明の
第三の実施例の燃料集合体の横断面図(a)及び燃料棒
の縦断面図(b)、第6図は本発明の燃料集合体を装荷
した炉心の横断面図である。 L、101・・燃料集合体、2・・・チャンネルボック
ス、3,31.32・・・燃料棒、4・・・水ロッド、
5・・・233U  を含むウラン燃料、6・・・23
3 U  を含まないウラン燃料、7・・・炉心、8・
・・炉心の内側領域、9・・・炉心の外側領域、10・
・・炉心の最外周領域、51、、.23zTh  ヲ含
ムウラン燃料、61、、.2327hを含まないウラン
燃料。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、多数本の燃料棒と水ロッドがチャンネルボックスで
    取り囲まれ、その中を冷却材が前記燃料棒の長手方向に
    沿つて流れるように構成した燃料集合体において、 前記燃料集合体を冷却材の流れ方向に沿つて燃料有効長
    の1/2の点より下流で二つの領域に分割し、下流側領
    域に含まれる^2^3^3Uの、領域に含まれる全核分
    裂性物質に対する重量比が、上流側領域の重量比よりも
    大きくなるように構成したことを特徴とする燃料集合体
    。 2、特許請求の範囲第1項において、 中性子エネルギが1〜10^3eVにおける一個の中性
    子を吸収したときに新たに発生する中性子数の平均値η
    _Rと1eV以下におけるη_Tの比が、前記中性子エ
    ネルギ範囲における^2^3^5Uのη_R^2^3^
    5とη_T^2^3^5の比に対してη_R/η_T>
    η_R^2^3^5/η_T^2^3^5となる関係を
    満足する少なくとも一種類の核分裂性物質を^2^3^
    3Uと置換えたことを特徴とする燃料集合体。 3、多数本の燃料棒と水ロッドがチャンネルボックスで
    取り囲まれ、その中を冷却材が前記燃料棒の長手方向に
    沿つて流れるように構成した燃料集合体において、 前記燃料集合体を冷却材の流れ方向に沿つて燃料有効長
    の1/2の点より下流で二つの領域に分割し、下流側領
    域に含まれる^2^3^2Thの前記領域に含まれる全
    核分裂性物質に対する重量比が、上流側領域の重量比よ
    りも大きくなるように構成したことを特徴とする燃料集
    合体。 4、燃料装荷部分を長さの異なる二つの領域に分割し、
    短い領域に含まれる^2^3^3Uの、前記領域に含ま
    れる全核分裂性物質に対する重量比が、他領域の前記重
    量比よりも大きくなるように構成したことを特徴とする
    燃料棒。 5、特許請求の範囲第4項において、中性子エネルギが
    1〜10^3eVにおける前記η_Rと1eV以下にお
    ける前記η_Tの比が、エネルギ範囲における^2^3
    ^5Uのη_R^2^3^5とη_T^2^3^5の比
    に対してη_R/η_T>η_R^2^3^5/η_T
    ^2^3^5となる関係に満足する、少なくとも、一種
    類の核分裂性物質を^2^3^3Uと置換えたことを特
    徴とする燃料棒。 6、燃料装荷部分を長さの異なる二つの領域に分割し、
    短い領域に含まれる^2^3^2Thの前記領域に含ま
    れる全核分裂性物質に対する重量比が、他域域の当該重
    量比よりも大きくなるように構成したことを特徴とする
    燃料棒。 7、特許請求の範囲第4項、第5項または第6項におい
    て、 前記チャンネルボックスに面した集合体断面の最外周部
    、及び、水ロッド近傍を除く場所に燃料棒を配置したこ
    とを特徴とする燃料集合体。 8、特許請求の範囲第1項、第2項、第3項または第7
    項において、 炉心の最外周を除く領域を半径方向に二つの領域に分割
    し、その外側の領域に燃料集合体を装荷したことを特徴
    とする原子炉の炉心。
JP63199884A 1988-08-12 1988-08-12 燃料集合体,燃料棒及び炉心 Pending JPH0251094A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009222617A (ja) * 2008-03-18 2009-10-01 Toshihisa Shirakawa 非プルトニウム系核燃料を用いた増殖可能な核燃料集合体及び軽水冷却bwrの炉心

Cited By (1)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009222617A (ja) * 2008-03-18 2009-10-01 Toshihisa Shirakawa 非プルトニウム系核燃料を用いた増殖可能な核燃料集合体及び軽水冷却bwrの炉心

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