JPH0269694A - 沸騰水型原子炉用燃料集合体 - Google Patents
沸騰水型原子炉用燃料集合体Info
- Publication number
- JPH0269694A JPH0269694A JP63220388A JP22038888A JPH0269694A JP H0269694 A JPH0269694 A JP H0269694A JP 63220388 A JP63220388 A JP 63220388A JP 22038888 A JP22038888 A JP 22038888A JP H0269694 A JPH0269694 A JP H0269694A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel
- water
- rod
- reactivity
- boiling water
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- Pending
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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)
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】
［発明の目的］
（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関する
。
。
（従来の技術）
沸騰水型原子炉に用いられている従来の燃料集合体の一
例を第７図に示す。この図に示すように、燃料集合体３
１は、チャンネルボックス３２と、このチャンネルボッ
クス内に９行９列の正方格子状に配列された燃料棒３３
と、集合体の径方向中央部付近に配されたウォータロッ
ド３４とから構成されている。燃料棒３３は燃料棒被覆
管内に濃縮ウラン酸化物を焼結した円筒状の燃料ペレッ
トが封入されて構成されている。
例を第７図に示す。この図に示すように、燃料集合体３
１は、チャンネルボックス３２と、このチャンネルボッ
クス内に９行９列の正方格子状に配列された燃料棒３３
と、集合体の径方向中央部付近に配されたウォータロッ
ド３４とから構成されている。燃料棒３３は燃料棒被覆
管内に濃縮ウラン酸化物を焼結した円筒状の燃料ペレッ
トが封入されて構成されている。
この燃料集合体は、出力運転時にはチャンネル内部が沸
騰水で占められるが、チャンネル外部（ギャップ）及び
ウォータロット内は非沸騰水で占められる。これらの水
は燃料の冷却材であるとともに中性子の減速材の役割を
果たしている。熱中性子炉燃料の無限増倍率は四囚子公
式を用いて次のように表すことができる。
騰水で占められるが、チャンネル外部（ギャップ）及び
ウォータロット内は非沸騰水で占められる。これらの水
は燃料の冷却材であるとともに中性子の減速材の役割を
果たしている。熱中性子炉燃料の無限増倍率は四囚子公
式を用いて次のように表すことができる。
Ｋ■＝εηｆｐ
ここで、
ε：高速中性子核分裂効果
η：中性子再生率
ｆ：熱中性子利用率
ｐ：共鳴を逃れる確率
でおる。
沸騰水型原子炉では、燃料を塊状（ペレット）とし、燃
料と減速材の分布を非均質とすることにより、燃料中の
ウラン２３８ににる中性子の共鳴吸収を小ざくし、中性
子の減速を良くしている。ただし、減速材としての水は
中性子吸収体でもあるため、非均質化は同時に熱中性子
利用率の低下をもたらし、これら二つの効果は相反する
方向に作用する。
料と減速材の分布を非均質とすることにより、燃料中の
ウラン２３８ににる中性子の共鳴吸収を小ざくし、中性
子の減速を良くしている。ただし、減速材としての水は
中性子吸収体でもあるため、非均質化は同時に熱中性子
利用率の低下をもたらし、これら二つの効果は相反する
方向に作用する。
第８図に沸騰水型軽水炉における減速材密度と無限増倍
率の関係を示す。この図に示されるように、出力運転時
には減速不足であるため、減速材密度を増加すると共鳴
を逃れる確率の増加効果が大きくなって無限増倍率は増
加する。一方、冷温時には減速過剰であるため、減速材
密度を増加すると水による熱中性子吸収が増加して熱中
性子利用率が低下し、無限増倍率は減少する。このため
、一般に水対燃料比を増加すると、出力運転時と冷温時
の無限増倍率の差は減少する方向となる。
率の関係を示す。この図に示されるように、出力運転時
には減速不足であるため、減速材密度を増加すると共鳴
を逃れる確率の増加効果が大きくなって無限増倍率は増
加する。一方、冷温時には減速過剰であるため、減速材
密度を増加すると水による熱中性子吸収が増加して熱中
性子利用率が低下し、無限増倍率は減少する。このため
、一般に水対燃料比を増加すると、出力運転時と冷温時
の無限増倍率の差は減少する方向となる。
（発明が解決しようとする課題）
近年、ウラン資源の有効利用と燃料経済性の向上が求め
られているが、このためには燃料の高燃焼度化が有効で
おる。高燃焼度化のためにウラン濃縮度を増加すると、
出力運転時と冷温時の反応度差が増加することにより、
炉停止余裕が減少する。出力運転時と冷温時の反応度差
を減少ざけるためには、前述のように水対燃料比を増加
すればよい。しかし、この水対燃料比が出力運転時の反
応度を最大とする最適な水対燃料比よりも大きい場合は
、燃料経済性の損失が生じる。また、水対燃料比を増加
しないで冷温時の無限増倍率を下げるためには、燃料中
に添加する可燃性汚物の濃度を濃くしてもよいが、この
場合も出力運転の反応度損失が生じるため、燃料経済性
の損失が生じることになる。
られているが、このためには燃料の高燃焼度化が有効で
おる。高燃焼度化のためにウラン濃縮度を増加すると、
出力運転時と冷温時の反応度差が増加することにより、
炉停止余裕が減少する。出力運転時と冷温時の反応度差
を減少ざけるためには、前述のように水対燃料比を増加
すればよい。しかし、この水対燃料比が出力運転時の反
応度を最大とする最適な水対燃料比よりも大きい場合は
、燃料経済性の損失が生じる。また、水対燃料比を増加
しないで冷温時の無限増倍率を下げるためには、燃料中
に添加する可燃性汚物の濃度を濃くしてもよいが、この
場合も出力運転の反応度損失が生じるため、燃料経済性
の損失が生じることになる。
本発明はかかる問題に対してなされたもので、出力運転
時の反応度は高く保ちつつ、冷温時の反応度は低くする
ことにより、燃料経済性を向上しつつ、炉停止余裕も改
善することのできる燃料集合体を提供するものである。
時の反応度は高く保ちつつ、冷温時の反応度は低くする
ことにより、燃料経済性を向上しつつ、炉停止余裕も改
善することのできる燃料集合体を提供するものである。
［発明の構成１
（課題を解決するための手段）
本発明は、燃料集合体内に配置した一本または複数本の
ウォータロッドの周囲の燃料棒位置に、ある程度の沸騰
水領域を設けることによって、上記問題点を解決したも
のである。
ウォータロッドの周囲の燃料棒位置に、ある程度の沸騰
水領域を設けることによって、上記問題点を解決したも
のである。
すなわち本発明は、チャンネルボックス内に燃料棒を規
則正しく配列した燃料集合体において、集合体内部に１
本または複数本のウォータロッドを配置し、そのうち少
なくとも１本のつを一タロツドに隣接する燃利俸列の全
部または一部を沸騰水領域に変えてなることを特徴とす
るものである。
則正しく配列した燃料集合体において、集合体内部に１
本または複数本のウォータロッドを配置し、そのうち少
なくとも１本のつを一タロツドに隣接する燃利俸列の全
部または一部を沸騰水領域に変えてなることを特徴とす
るものである。
（作 用）
沸騰水型原子炉では、出力運転時にはチャンネル内部は
沸騰水で満たされており、ウォータロッドを除くチャン
ネル内水領域では蒸気の泡くボイド）が生じているため
、減速材密度は非沸騰水領域に比べて小ざくなっている
。このため、この領域にお【ブる水による熱中性子の吸
収は、水ギャップ及びウォータロッド内部の非沸騰水領
域での吸収に比べて小さくなっている。
沸騰水で満たされており、ウォータロッドを除くチャン
ネル内水領域では蒸気の泡くボイド）が生じているため
、減速材密度は非沸騰水領域に比べて小ざくなっている
。このため、この領域にお【ブる水による熱中性子の吸
収は、水ギャップ及びウォータロッド内部の非沸騰水領
域での吸収に比べて小さくなっている。
本発明では、従来、燃料棒によって占められていたつを
一タロツド周辺の一部または全部を沸騰水領域としたが
、このことによる出力運転時の熱中性子利用率の低下は
、上記した理由により小ざい。
一タロツド周辺の一部または全部を沸騰水領域としたが
、このことによる出力運転時の熱中性子利用率の低下は
、上記した理由により小ざい。
一方、冷温時にはチャンネル内にボイドが生じないため
、チャンネル内は非沸騰水で満たされる。
、チャンネル内は非沸騰水で満たされる。
このため、燃料棒の存在しない領域も非沸騰水領域とな
り、ウォータロッドを中心とした広い水領域が形成され
ることになる。冷温時には減速材の熱中性子吸収による
反応度損失効果が大きいｔこめ、本発明の燃料集合体の
広い水領域は、熱中性子利用率を低下させ、冷温時の反
応度を低下させる効果がある。
り、ウォータロッドを中心とした広い水領域が形成され
ることになる。冷温時には減速材の熱中性子吸収による
反応度損失効果が大きいｔこめ、本発明の燃料集合体の
広い水領域は、熱中性子利用率を低下させ、冷温時の反
応度を低下させる効果がある。
したがって、本発明の燃料集合体では、出力運転時の反
応度を高く保ちながら、冷温時の反応度を低下させるこ
とができる。
応度を高く保ちながら、冷温時の反応度を低下させるこ
とができる。
（実施例）
本発明の実施例を図面を参照して説明する。
第１図は本発明の一実施例の沸騰水型原子炉用燃料集合
体を示すものである。この実施例の燃料集合体１ではチ
ャンネルボックス内の燃料棒３の配列を９行９列とし、
集合体中央に３行３列相当の超大径ウォータロッド４を
配している。つＡ −タロラド４の周囲には燃料棒位置
に燃料棒の存在しない領域５を設けている。なお、別の
実施例として、この領域５には、第２図に示されるよう
な集合体軸方向上部部分が欠如した部分長燃料棒６が設
置されていてもよい。
体を示すものである。この実施例の燃料集合体１ではチ
ャンネルボックス内の燃料棒３の配列を９行９列とし、
集合体中央に３行３列相当の超大径ウォータロッド４を
配している。つＡ −タロラド４の周囲には燃料棒位置
に燃料棒の存在しない領域５を設けている。なお、別の
実施例として、この領域５には、第２図に示されるよう
な集合体軸方向上部部分が欠如した部分長燃料棒６が設
置されていてもよい。
上記燃料集合体において、水対燃料原子数比は、第７図
の従来燃料と同じ出力運転時の反応度を最大とする最適
値に設定している。このため、燃料棒径は第７図の従来
燃料集合体に比へ太めになり、燃料棒間隔は少し狭くな
っている。
の従来燃料と同じ出力運転時の反応度を最大とする最適
値に設定している。このため、燃料棒径は第７図の従来
燃料集合体に比へ太めになり、燃料棒間隔は少し狭くな
っている。
この燃料集合体の効果を次に説明する。
第３図は水対燃料原子数比と無限増倍率との関係を、従
来の燃￥′４および本発明の燃料について示したもので
ある。出力運転時の平均的なチャンネル内ボイド率であ
る４０％ボイド率の場合における本実施例の燃料集合体
の無限増倍率は、従来の燃料集合体の無限増倍率とほぼ
等しいことがわかる。
来の燃￥′４および本発明の燃料について示したもので
ある。出力運転時の平均的なチャンネル内ボイド率であ
る４０％ボイド率の場合における本実施例の燃料集合体
の無限増倍率は、従来の燃料集合体の無限増倍率とほぼ
等しいことがわかる。
これは前１７Ｊ３したように、出力運転時にはチャンネ
ル内水領域でボイドが生じているため、この領域の減速
材密度が小さくなっており、このためこの領域の水によ
る熱中性子の吸収が水ギャップおよびウォータロッド内
領域における吸収に比べて小さいので、領域５を設けた
ことによる出力運転時の熱中性子利用率の低下が小さい
からである。
ル内水領域でボイドが生じているため、この領域の減速
材密度が小さくなっており、このためこの領域の水によ
る熱中性子の吸収が水ギャップおよびウォータロッド内
領域における吸収に比べて小さいので、領域５を設けた
ことによる出力運転時の熱中性子利用率の低下が小さい
からである。
一方冷温時にはチャンネル内にボイドが生じないので、
上記領１ｔｉ、５も非′Ｐｆ８騰水領域となり、領域５
が形成されたことによる広い水領域によって熱中性子利
用率が低下し、反応度低下効果か生ずる。
上記領１ｔｉ、５も非′Ｐｆ８騰水領域となり、領域５
が形成されたことによる広い水領域によって熱中性子利
用率が低下し、反応度低下効果か生ずる。
第３図において、冷温時には本実施例燃料は水対燃料原
子数比が第７図の従来燃料に等しいが、無限増倍率は従
来燃料の無限増倍率に比べ低下していることがわかる。
子数比が第７図の従来燃料に等しいが、無限増倍率は従
来燃料の無限増倍率に比べ低下していることがわかる。
第４図は冷温時の熱中性子利用率を、本実施例および以
下に示す本発明の他の実施例の燃料集合体と第７図の従
来燃料とで比較したものであり、本発明の燃料集合体の
冷温時の熱中性子利用率の低下が大きいことがわかる。
下に示す本発明の他の実施例の燃料集合体と第７図の従
来燃料とで比較したものであり、本発明の燃料集合体の
冷温時の熱中性子利用率の低下が大きいことがわかる。
なあ、本発明のウォータロッドの周囲の燃料棒の存在し
ない′ｇＩＡ騰水領域は、出力運転時には集合体内の熱
中性子束分布を平坦化する効果も持っている。これは、
集合体内の減速材密度分布が均質化されることによって
いる。熱中性子吸収７ｆｆの平坦化は最大線出力密度の
低下をもたらし、炉心の運転性能を向上させる。
ない′ｇＩＡ騰水領域は、出力運転時には集合体内の熱
中性子束分布を平坦化する効果も持っている。これは、
集合体内の減速材密度分布が均質化されることによって
いる。熱中性子吸収７ｆｆの平坦化は最大線出力密度の
低下をもたらし、炉心の運転性能を向上させる。
第５図は、本発明の他の実施例の燃料集合体１１を示す
ものである。これは燃料棒配列を１０行１０列とし、集
合体中央に、第１図の実施例のウォータロッドとほぼ同
じ太さの超大径ウォータロッド１４を配している。ウォ
ータロッド１４の周囲には燃料棒の存在しない沸騰水領
域１５がほぼ燃料棒列にして一層分設定されている。本
例の燃料棒１３の径は第１図の実施例に比べて細くなっ
ているが、集合体ウラン重量は等しい。この燃料の水対
燃料原子数比は、出力運転時および冷温時とも第１図の
実施例とほぼ等しく、燃料性能についても第３図に示さ
れるように第１図の実施例とほぼ等しい性能が得られる
。
ものである。これは燃料棒配列を１０行１０列とし、集
合体中央に、第１図の実施例のウォータロッドとほぼ同
じ太さの超大径ウォータロッド１４を配している。ウォ
ータロッド１４の周囲には燃料棒の存在しない沸騰水領
域１５がほぼ燃料棒列にして一層分設定されている。本
例の燃料棒１３の径は第１図の実施例に比べて細くなっ
ているが、集合体ウラン重量は等しい。この燃料の水対
燃料原子数比は、出力運転時および冷温時とも第１図の
実施例とほぼ等しく、燃料性能についても第３図に示さ
れるように第１図の実施例とほぼ等しい性能が得られる
。
第６図は、本発明において複数のウォータロッドを有す
る実施例を示すものである。これは燃料棒配列を１０行
１０列とし、集合体中央付近に、２行２列相当の大径ウ
ォータロッド２４を５水均等に配置し、中央のウォータ
ロッドの周囲を燃料棒列にして約−腑分、燃料棒のない
沸騰水領域２５とした例である。本例の燃料棒２３の径
は第１図の実施例に比べて細くなっているが、集合体ウ
ラン重量はほぼ等しい。この実施例では、冷温時には５
本のウォータロッドと中央のウォータロッド周囲の燃料
棒の存在しない領域とが全て結合して非沸騰領域となり
、広い水領域を形成することから、水の熱中性子吸収に
よる熱中性子利用率の低下が先の２つの実施例にくらべ
更に大きくなる。この結果、第３図に示されるように冷
温時の無限増倍率は大幅に低下できる。
る実施例を示すものである。これは燃料棒配列を１０行
１０列とし、集合体中央付近に、２行２列相当の大径ウ
ォータロッド２４を５水均等に配置し、中央のウォータ
ロッドの周囲を燃料棒列にして約−腑分、燃料棒のない
沸騰水領域２５とした例である。本例の燃料棒２３の径
は第１図の実施例に比べて細くなっているが、集合体ウ
ラン重量はほぼ等しい。この実施例では、冷温時には５
本のウォータロッドと中央のウォータロッド周囲の燃料
棒の存在しない領域とが全て結合して非沸騰領域となり
、広い水領域を形成することから、水の熱中性子吸収に
よる熱中性子利用率の低下が先の２つの実施例にくらべ
更に大きくなる。この結果、第３図に示されるように冷
温時の無限増倍率は大幅に低下できる。
［発明の効果］
以上）ホべたように、本発明の燃料集合体では、出力運
転時の熱中性子利用率を保持しつつ、冷温時の熱中性子
利用率を低下させることにより、出力運転時と冷温時の
反応度差を減少させ、炉停止余裕の大きな沸騰水型原子
炉用燃料集合体を提供できる。
転時の熱中性子利用率を保持しつつ、冷温時の熱中性子
利用率を低下させることにより、出力運転時と冷温時の
反応度差を減少させ、炉停止余裕の大きな沸騰水型原子
炉用燃料集合体を提供できる。
第１図は本発明の一実施例の燃料集合体の横断面図、第
２図は第１図の燃料集合体の変形例を説明するもので、
領域５に設置する燃料棒の説明図、第３図は水対燃料原
子数比と無限増倍率の関係を従来の燃料集合体および本
発明の各実施例の燃料集合体について示した図、第４図
は本発明の各実施例の燃料集合体の冷温時の熱中性子利
用率の低下を従来の燃料集合体と比較して示した図、第
５図および第６図は本発明の他の実施例の燃料集合体の
横断面図、第７図は従来の燃料集合体の一例を示す横断
面図、第８図は出力運転時と冷温時の反応度差を説明す
る図である。 ４、１４．２４・・・ウォータロッド ５、１５．２５・・・本発明により設置された沸騰水領
域 （８７３３）代理人
２図は第１図の燃料集合体の変形例を説明するもので、
領域５に設置する燃料棒の説明図、第３図は水対燃料原
子数比と無限増倍率の関係を従来の燃料集合体および本
発明の各実施例の燃料集合体について示した図、第４図
は本発明の各実施例の燃料集合体の冷温時の熱中性子利
用率の低下を従来の燃料集合体と比較して示した図、第
５図および第６図は本発明の他の実施例の燃料集合体の
横断面図、第７図は従来の燃料集合体の一例を示す横断
面図、第８図は出力運転時と冷温時の反応度差を説明す
る図である。 ４、１４．２４・・・ウォータロッド ５、１５．２５・・・本発明により設置された沸騰水領
域 （８７３３）代理人
Claims (1)
- （１）チャンネルボックス内に燃料棒を規則正しく配列
した燃料集合体において、集合体内部に１本または複数
本のウォータロッドを配置し、そのうち少なくとも１本
のウォータロッドに隣接する燃料棒列の全部または一部
を沸騰水領域に変えてなることを特徴とする沸騰水型原
子炉用燃料集合体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63220388A JPH0269694A (ja) | 1988-09-05 | 1988-09-05 | 沸騰水型原子炉用燃料集合体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63220388A JPH0269694A (ja) | 1988-09-05 | 1988-09-05 | 沸騰水型原子炉用燃料集合体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0269694A true JPH0269694A (ja) | 1990-03-08 |
Family
ID=16750339
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63220388A Pending JPH0269694A (ja) | 1988-09-05 | 1988-09-05 | 沸騰水型原子炉用燃料集合体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0269694A (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6398591A (ja) * | 1986-10-15 | 1988-04-30 | 株式会社日立製作所 | 燃料集合体 |
-
1988
- 1988-09-05 JP JP63220388A patent/JPH0269694A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6398591A (ja) * | 1986-10-15 | 1988-04-30 | 株式会社日立製作所 | 燃料集合体 |
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