JPH03183989A - 燃料集合体 - Google Patents
燃料集合体Info
- Publication number
- JPH03183989A JPH03183989A JP1322531A JP32253189A JPH03183989A JP H03183989 A JPH03183989 A JP H03183989A JP 1322531 A JP1322531 A JP 1322531A JP 32253189 A JP32253189 A JP 32253189A JP H03183989 A JPH03183989 A JP H03183989A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel
- pellet
- mox
- pellets
- fuel rod
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- 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、軽水炉に使用される燃料集合体に関する。
（従来の技術）
軽水炉で通常用いられている燃料集合体は二酸化ウラン
を成型、焼結したペレットを被覆管に装填して燃料棒と
し、これを格子状に配列したものである。一方、近年で
は使用済燃料の再処理で得られたプルトニウムを軽水炉
で利用する計画が推進されている。軽水炉でブリトニウ
ムを利用する方法としては、プルトニウム酸化物を二酸
化ウランと混合して成型、焼結したペレットを用いるこ
とが一般的であり、このような燃料をＭＯＸ燃料と呼ん
でいる。
を成型、焼結したペレットを被覆管に装填して燃料棒と
し、これを格子状に配列したものである。一方、近年で
は使用済燃料の再処理で得られたプルトニウムを軽水炉
で利用する計画が推進されている。軽水炉でブリトニウ
ムを利用する方法としては、プルトニウム酸化物を二酸
化ウランと混合して成型、焼結したペレットを用いるこ
とが一般的であり、このような燃料をＭＯＸ燃料と呼ん
でいる。
ＭＯＸ燃料にはディスクリート型とアイランド型の２種
類がある。ディスクリート型では全ての燃料棒がＭＯＸ
燃料、すなわちプルトニウム酸化物を二酸化ウランと混
合して成型、焼結したペレットを用いて構成されている
。これに対しアイランド型とは前記のＭＯＸ燃料ペレッ
トを装填した燃料棒（以下、ＭＯＸ燃料燃料いう）と、
通常の二酸化ウランペレットを装填した燃料棒（以下、
ＵＯ２燃料燃料中う）を混用したものである。
類がある。ディスクリート型では全ての燃料棒がＭＯＸ
燃料、すなわちプルトニウム酸化物を二酸化ウランと混
合して成型、焼結したペレットを用いて構成されている
。これに対しアイランド型とは前記のＭＯＸ燃料ペレッ
トを装填した燃料棒（以下、ＭＯＸ燃料燃料いう）と、
通常の二酸化ウランペレットを装填した燃料棒（以下、
ＵＯ２燃料燃料中う）を混用したものである。
ＭＯＸ燃料棒ではプルトニウム−２３９の中性子吸収断
面積がウラン−２３５よりも大きいため、Ｕ○２燃料棒
よりも相対的反応度が低下する。アイランド型ＭＯＸ燃
料では反応度低減の大きい制御棒近傍にＵＯ２燃料棒を
配置することにより、ＭＯＸ燃料とＵＯ２燃料の核特性
をほぼ同等にすることができる。また外周部のＵＯ２燃
料棒がじゃへい体となるため、ＭＯＸ燃料燃料質の放射
線量を低減する効果もある。このようにアイランド型Ｍ
ＯＸ燃料はプルトニウムの軽水炉利用を推進する上でき
わめて実用性の高い燃料として位置づけられている。
面積がウラン−２３５よりも大きいため、Ｕ○２燃料棒
よりも相対的反応度が低下する。アイランド型ＭＯＸ燃
料では反応度低減の大きい制御棒近傍にＵＯ２燃料棒を
配置することにより、ＭＯＸ燃料とＵＯ２燃料の核特性
をほぼ同等にすることができる。また外周部のＵＯ２燃
料棒がじゃへい体となるため、ＭＯＸ燃料燃料質の放射
線量を低減する効果もある。このようにアイランド型Ｍ
ＯＸ燃料はプルトニウムの軽水炉利用を推進する上でき
わめて実用性の高い燃料として位置づけられている。
この従来のアイランド型ＭＯＸ燃料において、ＭＯＸ燃
料棒とＵＯ２燃料棒とは、ベレン１〜の組成、すなわち
プルトニウム酸化物を混合するかどうかが異なるだけで
、その他の寸法、形状はすべて同じであった。
料棒とＵＯ２燃料棒とは、ベレン１〜の組成、すなわち
プルトニウム酸化物を混合するかどうかが異なるだけで
、その他の寸法、形状はすべて同じであった。
（発明が解決しようとする課題）
アイランド型ＭＯＸ燃料に用いられているＭＯＸ燃料燃
料質ＯＸ燃料ペレットは、ＵＯ２燃料棒のＵＯ２ペレッ
トより熱伝導度が小さいことが知られている。従って、
同じ線出力密度を経験する燃料棒で比較すると、ＭＯＸ
燃料棒のペレット最高温度はＵ○２燃料棒より高くなる
ことになる。
料質ＯＸ燃料ペレットは、ＵＯ２燃料棒のＵＯ２ペレッ
トより熱伝導度が小さいことが知られている。従って、
同じ線出力密度を経験する燃料棒で比較すると、ＭＯＸ
燃料棒のペレット最高温度はＵ○２燃料棒より高くなる
ことになる。
ペレット温度が高くなると、ペレットから燃料棒内部へ
の気体状の核分裂生成物（％Ｐガス）の放出量が増大し
、燃料棒内圧が増大することになり、燃料棒の性能上好
ましくない。
の気体状の核分裂生成物（％Ｐガス）の放出量が増大し
、燃料棒内圧が増大することになり、燃料棒の性能上好
ましくない。
本発明の目的は、上記事情を鑑みて、ＭＯＸ燃料棒のペ
レット温度を下げることにより、ＭＯＸ燃料燃料質Ｏ２
燃料棒の燃料棒性能を同等とし、健全性の優れたＭＯＸ
燃料集合体を提供することにある。
レット温度を下げることにより、ＭＯＸ燃料燃料質Ｏ２
燃料棒の燃料棒性能を同等とし、健全性の優れたＭＯＸ
燃料集合体を提供することにある。
（課題を解決するための手段）
本発明は、ＭＯＸ燃料棒を採用するＭＯＸ燃料集合体に
おいて、ＭＯＸ燃料燃料質レットと被覆管との間隙を、
Ｕ０２燃料捧のペレットと被覆管との間隙より小さくす
ることにより、ＭＯＸ燃料棒のペレット温度を低下させ
る。
おいて、ＭＯＸ燃料燃料質レットと被覆管との間隙を、
Ｕ０２燃料捧のペレットと被覆管との間隙より小さくす
ることにより、ＭＯＸ燃料棒のペレット温度を低下させ
る。
３
（作用）
ペレットと被覆管との間隙を小さくすることにより、ペ
レット−被覆管との間隙（ギャップ）の熱伝達係数を改
善することができる。このギャップ熱伝達係数の改善に
より、ペレット表面温度を低減でき、最終的にペレット
最高温度を下げることができる。これにより、ＦＰ外ガ
ス出量の低減、燃料棒内圧の低減を図ることができ、Ｍ
ＯＸ燃料集合体の燃料棒の健全性を向上させることがで
きる。
レット−被覆管との間隙（ギャップ）の熱伝達係数を改
善することができる。このギャップ熱伝達係数の改善に
より、ペレット表面温度を低減でき、最終的にペレット
最高温度を下げることができる。これにより、ＦＰ外ガ
ス出量の低減、燃料棒内圧の低減を図ることができ、Ｍ
ＯＸ燃料集合体の燃料棒の健全性を向上させることがで
きる。
（実施例）
以下、本発明の一実施例を第１図から第４図を用いて説
明する。
明する。
この実施例のアイランド型ＭＯＸ燃料は、燃料集合体中
央部分にＭＯＸ燃料棒を、また燃料集合体外周部分にＵ
Ｏ２燃料燃料棒置・している。第１図は、アイラニド型
ＭＯＸ燃料の一例を示す燃料集合体の横断面１・４であ
り、２ａはＭＯＸ燃料棒、２ｂはＵＯ２燃料棒を示して
いる。また、３はウォータロッド、１０は制御棒である
。
央部分にＭＯＸ燃料棒を、また燃料集合体外周部分にＵ
Ｏ２燃料燃料棒置・している。第１図は、アイラニド型
ＭＯＸ燃料の一例を示す燃料集合体の横断面１・４であ
り、２ａはＭＯＸ燃料棒、２ｂはＵＯ２燃料棒を示して
いる。また、３はウォータロッド、１０は制御棒である
。
４−
このようなアイランド型ＭＯＸ燃料に本発明を適用した
例を第２図に示す。ＭＯＸ燃料棒２ａ、ＵＯ２燃料棒２
ｂの上下端は、上部端栓５、下部端栓６により密封され
ている。ＭＯＸ燃料棒２ａ、ＵＯ，燃料棒２ｂは、上部
端栓５、下部端栓６を介１によ−り全体が囲まれている
。また、軸方向に７ケ所設けられたスペーサ４により、
燃料棒２の互いの間隙が保持されている。膨張スプリン
グ９は、燃料棒２の互いの軸方向の熱膨張の差を吸収す
るように構成されている。
例を第２図に示す。ＭＯＸ燃料棒２ａ、ＵＯ２燃料棒２
ｂの上下端は、上部端栓５、下部端栓６により密封され
ている。ＭＯＸ燃料棒２ａ、ＵＯ，燃料棒２ｂは、上部
端栓５、下部端栓６を介１によ−り全体が囲まれている
。また、軸方向に７ケ所設けられたスペーサ４により、
燃料棒２の互いの間隙が保持されている。膨張スプリン
グ９は、燃料棒２の互いの軸方向の熱膨張の差を吸収す
るように構成されている。
第３図はＵＯ，燃料棒２ｂの横断面図、第４図はＭＯＸ
燃料棒２ａの横断面図である。
燃料棒２ａの横断面図である。
燃料集合体外周部分のＵＯ，燃料棒２ｂのペレット９ｂ
と被覆管１０ｂとの間隙Ａより、燃料集合体中央部分の
ＭＯＸ燃料棒のペレット９ａと被覆管１０ａいずれもジ
ルカロイ製である。ＭＯＸ燃料棒２ａとＵＯ２燃料燃料
棒とを格子状に配列させているために、被覆管の外径を
変更することは好ましくない。
と被覆管１０ｂとの間隙Ａより、燃料集合体中央部分の
ＭＯＸ燃料棒のペレット９ａと被覆管１０ａいずれもジ
ルカロイ製である。ＭＯＸ燃料棒２ａとＵＯ２燃料燃料
棒とを格子状に配列させているために、被覆管の外径を
変更することは好ましくない。
そこで上記のように間隙を変更するためにはベレン１−
の外径を変更している。すなわち、燃料集合体外周部分
のＵＯ□燃料燃料ｂのペレット９ｂの外径Ｃより、燃料
集合体中央部分のＭＯＸ燃料燃料ａのペレット９ａの外
径りを大きくしている。
の外径を変更している。すなわち、燃料集合体外周部分
のＵＯ□燃料燃料ｂのペレット９ｂの外径Ｃより、燃料
集合体中央部分のＭＯＸ燃料燃料ａのペレット９ａの外
径りを大きくしている。
ペレット９ａと被覆管１０ａとの間隙を小さくすること
により、ペレット−被覆管との間隙の熱伝達係数を改善
することができる。これによりペレット９ａの表面温度
を低減でき、最終的にペレッ１〜９８の最高温度を下げ
ることができる。ペレット９ａの温度の低減はＦＰガス
放出量を低減することができ、ＭＯＸ燃料燃料燃料性能
を向上させることができる。
により、ペレット−被覆管との間隙の熱伝達係数を改善
することができる。これによりペレット９ａの表面温度
を低減でき、最終的にペレッ１〜９８の最高温度を下げ
ることができる。ペレット９ａの温度の低減はＦＰガス
放出量を低減することができ、ＭＯＸ燃料燃料燃料性能
を向上させることができる。
なお、ペレットと被覆管の間隙を小さくすることは、運
転中におけるペレットと被覆管の機械的相互作用（Ｐｅ
１１．ｅｔ Ｃｌａｄｄｉｎｇ Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏ
ｎ ： Ｐ ＣＩ ）量を増大させることになる。ＰＣ
Ｉ量が増大すると被覆管に発生する応力が大きくなり、
被覆管の損傷につながることが考えられる。しかし、以
下に示す２つの理由により、アイランド型ＭＯＸ燃料集
合体においては、ＭＯＸ燃料棒はＵＯ，燃料棒よりもＰ
ＣＩ特性が楽な方向に緩和されている。
転中におけるペレットと被覆管の機械的相互作用（Ｐｅ
１１．ｅｔ Ｃｌａｄｄｉｎｇ Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏ
ｎ ： Ｐ ＣＩ ）量を増大させることになる。ＰＣ
Ｉ量が増大すると被覆管に発生する応力が大きくなり、
被覆管の損傷につながることが考えられる。しかし、以
下に示す２つの理由により、アイランド型ＭＯＸ燃料集
合体においては、ＭＯＸ燃料棒はＵＯ，燃料棒よりもＰ
ＣＩ特性が楽な方向に緩和されている。
（ｔ）ＭＯＸ燃料ペレットではＵＯ２，燃料ペレットに
比べてペレットのクリープ量が大きい。ペレットのクリ
ープはＰＣＩを緩和する働きがあるため、ＭＯＸ燃料棒
は相対的にＵＯ，燃料棒よりもＰＣＩ特性がよいと考え
られる。
比べてペレットのクリープ量が大きい。ペレットのクリ
ープはＰＣＩを緩和する働きがあるため、ＭＯＸ燃料棒
は相対的にＵＯ，燃料棒よりもＰＣＩ特性がよいと考え
られる。
■ 第１図に示したように、制御棒側の最外周部にはＵ
Ｏ２燃料棒が配置されている。この位置は、制御棒操作
により出力変動が生じる場合に、一般的に出力変動幅が
最も大きい。燃料集合体の中心部分に位置するＭＯＸ燃
料棒は運転条件の面からいっても、ＵＯ２燃料棒よりＰ
ＣＩ上相上相対架になっている。
Ｏ２燃料棒が配置されている。この位置は、制御棒操作
により出力変動が生じる場合に、一般的に出力変動幅が
最も大きい。燃料集合体の中心部分に位置するＭＯＸ燃
料棒は運転条件の面からいっても、ＵＯ２燃料棒よりＰ
ＣＩ上相上相対架になっている。
以上の他、試験炉で実施された出力急昇試験においても
、ＭＯＸ燃料棒はＵＯ２燃料棒より耐ＰＣＩ性能が良く
、より高い出力まで燃料の健全性を維持できることが確
認されている。また同様な７− ＵＯ２燃料棒についての出力急昇試験において、ペレッ
トと被覆管の間隙を約１／２にしても、燃料の健全性を
維持できる出力範囲に差がなかった。
、ＭＯＸ燃料棒はＵＯ２燃料棒より耐ＰＣＩ性能が良く
、より高い出力まで燃料の健全性を維持できることが確
認されている。また同様な７− ＵＯ２燃料棒についての出力急昇試験において、ペレッ
トと被覆管の間隙を約１／２にしても、燃料の健全性を
維持できる出力範囲に差がなかった。
以上より、本発明のようにＭＯＸ燃料棒のペレットと被
覆管との間隙を、ＵＯ２燃料燃料棒小さくしても、特に
ＭＯＸ燃料棒のペレットと被覆管との間隙をＵＯ２燃料
棒の１／２にしたとしても、ＰＣＩ上の問題が生じるこ
とはない。
覆管との間隙を、ＵＯ２燃料燃料棒小さくしても、特に
ＭＯＸ燃料棒のペレットと被覆管との間隙をＵＯ２燃料
棒の１／２にしたとしても、ＰＣＩ上の問題が生じるこ
とはない。
この実施例によれば、ＭＯＸ燃料燃料ＵＯ２燃料燃料棒
ＣＩ特性の差を考慮しており、ＰＣＩ上の問題を生じる
ことなく、ＭＯＸ燃料燃料ペレット温度を下げることに
より、アイランド型ＭＯＸ燃料集合体の燃料性能を向上
させることができる。
ＣＩ特性の差を考慮しており、ＰＣＩ上の問題を生じる
ことなく、ＭＯＸ燃料燃料ペレット温度を下げることに
より、アイランド型ＭＯＸ燃料集合体の燃料性能を向上
させることができる。
通常燃料棒使用中には、燃料棒内圧より燃料枠外の冷却
材圧力の方が高いため、照射下においては燃料被覆管の
径が減少する、いわゆるクリープダウンが生じる。最近
のＭＯＸ燃料棒の照射データによると、ＵＯ２燃料棒に
比べＭＯＸ燃料棒の方がクリープダウン量が大きい。本
発明では、ＭＯＸ燃料棒のペレットと被覆管との間隙を
小さく８− しているので、クリープダウンが進むと、ベレン１−と
被覆管が接触しペレットで被覆管のクリープダウンを防
止することになり、クリープダウン量についてもＵＯ，
燃料棒と同等にすることができる。
材圧力の方が高いため、照射下においては燃料被覆管の
径が減少する、いわゆるクリープダウンが生じる。最近
のＭＯＸ燃料棒の照射データによると、ＵＯ２燃料棒に
比べＭＯＸ燃料棒の方がクリープダウン量が大きい。本
発明では、ＭＯＸ燃料棒のペレットと被覆管との間隙を
小さく８− しているので、クリープダウンが進むと、ベレン１−と
被覆管が接触しペレットで被覆管のクリープダウンを防
止することになり、クリープダウン量についてもＵＯ，
燃料棒と同等にすることができる。
この実施例においては、被覆管の外径を変更することな
くＭＯＸ燃料棒のペレット外径を従来より大きくするこ
とにより、ＵＯ２燃料棒のペレットと被覆管との間隙よ
りＭＯＸ燃料棒の間隙を小さくしている。従ってこの実
施例の燃料は、従来燃料より多くの燃料ペレット重量を
装荷することができるので、燃料のサイクルコストを低
減でき、経済性に優れたアイランド型ＭＯＸ燃料集合体
を提供することができる。
くＭＯＸ燃料棒のペレット外径を従来より大きくするこ
とにより、ＵＯ２燃料棒のペレットと被覆管との間隙よ
りＭＯＸ燃料棒の間隙を小さくしている。従ってこの実
施例の燃料は、従来燃料より多くの燃料ペレット重量を
装荷することができるので、燃料のサイクルコストを低
減でき、経済性に優れたアイランド型ＭＯＸ燃料集合体
を提供することができる。
尚； ＭＯＸ燃料棒のペレットと被覆管との間隙をＵＯ
２燃料棒のペレットと被覆管より小さくする他の手段と
して、燃料棒の外径を変更してもよいし、被覆管の肉厚
を変更してもよい。
２燃料棒のペレットと被覆管より小さくする他の手段と
して、燃料棒の外径を変更してもよいし、被覆管の肉厚
を変更してもよい。
また、ＭＯＸ燃料棒の燃料集合体内の配置は本実施例に
限定されるものではない。
限定されるものではない。
本発明によれば、ＭＯＸ燃料燃料ペレッ１−と被覆管と
の間隙をＵＯ２Ｏ２燃料状レットと被覆管との間隙より
小さくしたので、ＭＯＸ燃料燃料ペレット温度を低下さ
せることができ、ＭＯＸ燃料集合体の燃料棒の健全性を
向上させることができる。
の間隙をＵＯ２Ｏ２燃料状レットと被覆管との間隙より
小さくしたので、ＭＯＸ燃料燃料ペレット温度を低下さ
せることができ、ＭＯＸ燃料集合体の燃料棒の健全性を
向上させることができる。
第１図は一実施例のアイランド型ＭＯＸ燃料集合体の横
断面図、第２図は一実施例の燃料集合体の全体構成を示
す図、第３図は一実施例のＵＯ２Ｏ２燃料状断面図、第
４図は一実施例のＭＯＸ燃料棒の横断面図である。 ２・・・燃料棒、 ２ａ・・・ＭＯＸ燃料燃料
２ｂ・・・ＵＯ２燃料棒、 ５・・・土部端栓、６
・・・下部端栓、 ７・・・」二部タイプレー
ト、８・・・下部タイプレート、 Ａ・・・ＵＯ２燃料棒のペレット−接置管ギャップＢ・
・・ＭＯＸ燃料棒のペレッ１−−被覆管ギャップ第 図 １１− ぐＮ ２ｂ 第 図 第 図
断面図、第２図は一実施例の燃料集合体の全体構成を示
す図、第３図は一実施例のＵＯ２Ｏ２燃料状断面図、第
４図は一実施例のＭＯＸ燃料棒の横断面図である。 ２・・・燃料棒、 ２ａ・・・ＭＯＸ燃料燃料
２ｂ・・・ＵＯ２燃料棒、 ５・・・土部端栓、６
・・・下部端栓、 ７・・・」二部タイプレー
ト、８・・・下部タイプレート、 Ａ・・・ＵＯ２燃料棒のペレット−接置管ギャップＢ・
・・ＭＯＸ燃料棒のペレッ１−−被覆管ギャップ第 図 １１− ぐＮ ２ｂ 第 図 第 図
Claims (1)
- （１）被覆管内に二酸化ウランを焼結したペレットを複
数積層し、その両端を上部端栓及び下部端栓により密封
してなる第一の燃料棒と、プルトニウム酸化物及び二酸
化ウランを混合し焼結したペレットを複数積層した第二
の燃料棒とを、それぞれ複数本格子状に配列し、その上
、下端を上部タイプレート及び下部タイプレートにより
保持してなる燃料集合体において、第二の燃料棒のペレ
ットと被覆管との間隙が、第一の燃料棒のペレットと被
覆管との間隙より小さいことを特徴とする燃料集合体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1322531A JPH03183989A (ja) | 1989-12-14 | 1989-12-14 | 燃料集合体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1322531A JPH03183989A (ja) | 1989-12-14 | 1989-12-14 | 燃料集合体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03183989A true JPH03183989A (ja) | 1991-08-09 |
Family
ID=18144709
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1322531A Pending JPH03183989A (ja) | 1989-12-14 | 1989-12-14 | 燃料集合体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03183989A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2022153525A (ja) * | 2017-09-18 | 2022-10-12 | ウエスチングハウス・エレクトリック・カンパニー・エルエルシー | 軽水炉および鉛高速炉向け高温セラミック原子燃料システム |
-
1989
- 1989-12-14 JP JP1322531A patent/JPH03183989A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2022153525A (ja) * | 2017-09-18 | 2022-10-12 | ウエスチングハウス・エレクトリック・カンパニー・エルエルシー | 軽水炉および鉛高速炉向け高温セラミック原子燃料システム |
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