JPH03214094A - 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
- JPH03214094A JPH03214094A JP2007151A JP715190A JPH03214094A JP H03214094 A JPH03214094 A JP H03214094A JP 2007151 A JP2007151 A JP 2007151A JP 715190 A JP715190 A JP 715190A JP H03214094 A JPH03214094 A JP H03214094A
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- Japan
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- fuel
- gadolinia
- fuel assembly
- concentration
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- 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】
［発明のト１的Ｊ
（産′Ｌ−１−の利用分野）
本発明は、特に高燃焼度に好適な、経済性の向」−シた
沸騰水型原子炉用燃料集合体に関する。
沸騰水型原子炉用燃料集合体に関する。
（従来の技術）
沸騰水型原子炉の炉心では、炉心下部から−Ｌ方に向か
う冷却材の流れに沿って冷却材中にボイドが発生するた
めに、減速材の密度は炉心下部で大きく上部で小さくな
る。このために出力ビーキングが炉心下部に生じやすく
、これを低減することがこれまでの重要な３題であった
。ところが近年では、燃料要素の熱的・機械的強度の向
上に伴ない、出力ビーキングの許容範囲内で、発電コス
ト低減のために燃料経済性を向−Ｅさせることが要求さ
れるようになってきた。この点からみると、前記した炉
心を下方向の減速材密度分布を燃料経済性の向上に利用
することができる。すなわち、運転の１サイクルにおい
て、初期から中期にかけては出力分布を下部ピークで運
転し、末期には出力分布を４一方ピークとする。これに
より、運転中には燃料上部のウラン２３５の燃焼を抑制
するとともにプルトニウムを蓄積し、末期においては燃
料］一部に十分残っているウラン２３５と蓄積したプル
トニウムを効率的に燃焼させることができる。
う冷却材の流れに沿って冷却材中にボイドが発生するた
めに、減速材の密度は炉心下部で大きく上部で小さくな
る。このために出力ビーキングが炉心下部に生じやすく
、これを低減することがこれまでの重要な３題であった
。ところが近年では、燃料要素の熱的・機械的強度の向
上に伴ない、出力ビーキングの許容範囲内で、発電コス
ト低減のために燃料経済性を向−Ｅさせることが要求さ
れるようになってきた。この点からみると、前記した炉
心を下方向の減速材密度分布を燃料経済性の向上に利用
することができる。すなわち、運転の１サイクルにおい
て、初期から中期にかけては出力分布を下部ピークで運
転し、末期には出力分布を４一方ピークとする。これに
より、運転中には燃料上部のウラン２３５の燃焼を抑制
するとともにプルトニウムを蓄積し、末期においては燃
料］一部に十分残っているウラン２３５と蓄積したプル
トニウムを効率的に燃焼させることができる。
このような効果を十分に発揮するために提案されている
燃料集合体の一例として、特開昭５８−１９ｆｉ４８３
では、上部のウラン濃縮反を下部より大きくし、かつ、
可燃性毒物であるガドリニアを含有する燃料棒の本数を
上部で下部よりも多くしている。
燃料集合体の一例として、特開昭５８−１９ｆｉ４８３
では、上部のウラン濃縮反を下部より大きくし、かつ、
可燃性毒物であるガドリニアを含有する燃料棒の本数を
上部で下部よりも多くしている。
また、特開昭８２−２７６４９４では、前記した例に加
えて上部のガドリニア濃度を下部よりも小さくしている
。いづれの例においても、運転サイクル初期には出力分
布を下方ピークに、末期には上方ピ〜りにすることがで
きる。
えて上部のガドリニア濃度を下部よりも小さくしている
。いづれの例においても、運転サイクル初期には出力分
布を下方ピークに、末期には上方ピ〜りにすることがで
きる。
（発明が解決しようとする課題）
現在、燃料経済性を向上させる一つの手段として、燃料
の濃縮麿を高め、取出燃焼度を現在の約３（１０００Ｍ
Ｗｄ／ｌから順次高燃焼度化していくことが計画されて
いる。ところが、上記のごとき発明は、このような高燃
焼度燃料に対してはその効果を十分に発揮できないこと
が明らかになった。
の濃縮麿を高め、取出燃焼度を現在の約３（１０００Ｍ
Ｗｄ／ｌから順次高燃焼度化していくことが計画されて
いる。ところが、上記のごとき発明は、このような高燃
焼度燃料に対してはその効果を十分に発揮できないこと
が明らかになった。
すなわち、前記した減速材密度分布により出力分布が下
方ピークとなるため、燃料の燃焼は下部の方が上部より
も進み、その結果燃料の反応度は下部の方が早く低下す
る。従って、出力分布は、第１サイクルの１）期におい
て最も下方ピークであり、第１サイクル末期さらに第２
．３サイクル・・・と燃焼が進むにつれて徐々に平坦化
されてく。高燃焼度燃料では、サイクル長さの長期化や
燃料の炉内滞在期間の延長のためにこのような傾向がさ
らに強く、出力分布はむしろ上方ピークとなりやすい。
方ピークとなるため、燃料の燃焼は下部の方が上部より
も進み、その結果燃料の反応度は下部の方が早く低下す
る。従って、出力分布は、第１サイクルの１）期におい
て最も下方ピークであり、第１サイクル末期さらに第２
．３サイクル・・・と燃焼が進むにつれて徐々に平坦化
されてく。高燃焼度燃料では、サイクル長さの長期化や
燃料の炉内滞在期間の延長のためにこのような傾向がさ
らに強く、出力分布はむしろ上方ピークとなりやすい。
また、高燃焼度燃料では、燃料集合体あたりの燃料棒本
数を現行の６０−１３２本から７０本以上に増やすこと
が考えられており、その場合には出力ビーキングの制限
が現在よりも緩和され、これを積極的に利用して燃料経
済性の向上のためにより一層下方ピークで運転すると、
燃焼度分布によって上方ピークとなる傾向がますます強
まる。このような燃焼度分布による作用のため、上記し
た発明による燃料集合体では、運転サイクル初期から中
期にかけて出力分布を十分に下方ピークとすることがで
きない。
数を現行の６０−１３２本から７０本以上に増やすこと
が考えられており、その場合には出力ビーキングの制限
が現在よりも緩和され、これを積極的に利用して燃料経
済性の向上のためにより一層下方ピークで運転すると、
燃焼度分布によって上方ピークとなる傾向がますます強
まる。このような燃焼度分布による作用のため、上記し
た発明による燃料集合体では、運転サイクル初期から中
期にかけて出力分布を十分に下方ピークとすることがで
きない。
ところで、可燃性毒物を含有する燃料では、可燃性毒物
が燃え尽きるまでの一時期では燃焼とともに反応度が増
大するため、燃料下部の燃焼が上部よりも早く進むとサ
イクルの途中では下部の反応度が増大し出力分布が下方
ピークになる。特開昭０２−２７８４９４ではこのよう
な理由によるサイクル途中での極反の下方ピークを避け
るめに、燃料下部の可燃性４物濃疫を上部よりも高くし
ている。
が燃え尽きるまでの一時期では燃焼とともに反応度が増
大するため、燃料下部の燃焼が上部よりも早く進むとサ
イクルの途中では下部の反応度が増大し出力分布が下方
ピークになる。特開昭０２−２７８４９４ではこのよう
な理由によるサイクル途中での極反の下方ピークを避け
るめに、燃料下部の可燃性４物濃疫を上部よりも高くし
ている。
ところが、］二記のように高燃焼度燃料では燃焼度分布
によって上方ピークとなりやすいために、このような可
燃性毒物濃度分布は逆にサイクル中の下方ピークを妨げ
ることとなり、その結果サイクル末期の出力分布を十分
上方ピークにすることができなくなる。
によって上方ピークとなりやすいために、このような可
燃性毒物濃度分布は逆にサイクル中の下方ピークを妨げ
ることとなり、その結果サイクル末期の出力分布を十分
上方ピークにすることができなくなる。
本発明の目的は、以上の課題を解決して、特に高燃焼度
燃料１において、運転サイクル初期から中期にかけて十
分下方ピークで運転し、サイクル末期で上方ピークとな
る運転を可能にすることによって燃料経済性を向」−さ
せることである。
燃料１において、運転サイクル初期から中期にかけて十
分下方ピークで運転し、サイクル末期で上方ピークとな
る運転を可能にすることによって燃料経済性を向」−さ
せることである。
［発明の構成］
（課題を解決するための手段）
以上の課題を解決するために、本発明では、多数の燃料
棒を束ねて構成される沸騰水型原子炉用燃料集合体にお
いて、可燃性毒物を含む燃料棒の本数が燃料集合体の下
部よりも上部において多（、かつ、可撚性毒物の濃度が
燃料集合体の下部よりも上部において高くする。さらに
、効果を増大させるために、核分裂性物質含ｆｍを燃料
集合体の下部よりもに部において多くしてもよい。
棒を束ねて構成される沸騰水型原子炉用燃料集合体にお
いて、可燃性毒物を含む燃料棒の本数が燃料集合体の下
部よりも上部において多（、かつ、可撚性毒物の濃度が
燃料集合体の下部よりも上部において高くする。さらに
、効果を増大させるために、核分裂性物質含ｆｍを燃料
集合体の下部よりもに部において多くしてもよい。
（作 用）
燃料の下部に比べて上部では、可燃性毒物を含む燃料棒
の本数が多いために特に燃焼初期において反応度が低下
するので、本燃料を装荷した炉心の出力分布は運転サイ
クル初期において下方ピークとなる。さらに、上部の可
燃性毒物濃度が高いために可燃性毒物が燃え尽きる燃焼
度まで上部の反応度を低く維持できるので、本燃料を装
荷した炉心の出力分布をサイクル中期まで下方ピークの
まま維持することができる。さらに加えて、燃料上部の
核分裂性物質含−１：ｉ’量を下部よりも多くすること
によって、サイクル末期の出力分布をより一層上方ピー
クとすることができる。
の本数が多いために特に燃焼初期において反応度が低下
するので、本燃料を装荷した炉心の出力分布は運転サイ
クル初期において下方ピークとなる。さらに、上部の可
燃性毒物濃度が高いために可燃性毒物が燃え尽きる燃焼
度まで上部の反応度を低く維持できるので、本燃料を装
荷した炉心の出力分布をサイクル中期まで下方ピークの
まま維持することができる。さらに加えて、燃料上部の
核分裂性物質含−１：ｉ’量を下部よりも多くすること
によって、サイクル末期の出力分布をより一層上方ピー
クとすることができる。
（実施例）
本発明の一実施例を第１図に示す。第２図は本実施例の
燃料集合体の断面図であり、６２本の燃料棒１と２本の
ウォータロッド２とを正方格子状に配列し、これをチャ
ンネルボックス３で囲繞したものである。第１図に示す
とおり、本実施例では、上部の平均濃縮度は３．３９ｖ
ｔ％、ガドリニア入り燃料棒の本数は８本、ガドリニア
濃度は３．Ｏｖｔ％であり、下部の平均濃縮度は３．０
［ｉｗｔ％、ガドリニア入り燃料棒の本数は５本、ガド
リニア濃度は２、Ｏｖｔ％である。第３図は、ボイド率
４０％時の無限増倍率の燃焼変化であり、曲線４が燃料
上部、曲線５が燃料下部である。ガドリニア入り燃料棒
本数およびガドリニア濃度の差により、燃焼初期からガ
ドリニアが燃え尽きる燃焼度までは下部の無限増倍率が
上部より大きく、ガドリニアが燃え尽きた後は濃縮反差
のために逆転している。
燃料集合体の断面図であり、６２本の燃料棒１と２本の
ウォータロッド２とを正方格子状に配列し、これをチャ
ンネルボックス３で囲繞したものである。第１図に示す
とおり、本実施例では、上部の平均濃縮度は３．３９ｖ
ｔ％、ガドリニア入り燃料棒の本数は８本、ガドリニア
濃度は３．Ｏｖｔ％であり、下部の平均濃縮度は３．０
［ｉｗｔ％、ガドリニア入り燃料棒の本数は５本、ガド
リニア濃度は２、Ｏｖｔ％である。第３図は、ボイド率
４０％時の無限増倍率の燃焼変化であり、曲線４が燃料
上部、曲線５が燃料下部である。ガドリニア入り燃料棒
本数およびガドリニア濃度の差により、燃焼初期からガ
ドリニアが燃え尽きる燃焼度までは下部の無限増倍率が
上部より大きく、ガドリニアが燃え尽きた後は濃縮反差
のために逆転している。
比較のための従来例として、特開昭６２−２７８４９４
を第２図の燃料集合体に適用した例を第４図に示す。こ
の従来の燃料は第１図の実施例と比べて、濃縮度および
ガドリニア入り燃料棒本数は同一で、ガドリニア濃度が
に下で反転したものである。この従来の燃料の無限増倍
率は第３図中に点線で示してあり、曲線６が燃料」二部
、曲線７が燃料下部である。
を第２図の燃料集合体に適用した例を第４図に示す。こ
の従来の燃料は第１図の実施例と比べて、濃縮度および
ガドリニア入り燃料棒本数は同一で、ガドリニア濃度が
に下で反転したものである。この従来の燃料の無限増倍
率は第３図中に点線で示してあり、曲線６が燃料」二部
、曲線７が燃料下部である。
この従来の燃料では、燃焼初期とガドリニアが燃え尽き
る燃焼度とのほぼ中間で無限増倍率が上下逆転している
。
る燃焼度とのほぼ中間で無限増倍率が上下逆転している
。
本実施例の燃料と従来の燃料を装荷した炉心の特性を以
下に示す。第５図は炉心平均無限増倍率の上下差（上部
の無限像倍率から下部の無限増倍率を引いた値）である
。実線８が本実施例、点線９が従来例である。第３図の
無限増倍率は説明のために同じボイド率で上下を比較し
たものであるが、炉心に装荷すると上部ではボイド率が
高く下部では低いので無限増倍率の上下差はマイナス側
にシフトする。また、本炉心では燃料交換の際に炉心中
の約１７３の燃料が新燃料と交換されるので、炉心内に
は１サイクル目、２サイクル目、３サイクル目の燃料が
ほぼ同数混在しており、これらは各々第３図に示すよう
な範囲にある。第５図かられかるとおり、本発明による
燃料では、従来例に比べて、特にサイクル中期において
上下反応度差が小さいので出力分布が下方ピークになり
、その結果、サイクル末期の上下反応度反差はより一層
大きくなって出力分布は上方ピークとなる。
下に示す。第５図は炉心平均無限増倍率の上下差（上部
の無限像倍率から下部の無限増倍率を引いた値）である
。実線８が本実施例、点線９が従来例である。第３図の
無限増倍率は説明のために同じボイド率で上下を比較し
たものであるが、炉心に装荷すると上部ではボイド率が
高く下部では低いので無限増倍率の上下差はマイナス側
にシフトする。また、本炉心では燃料交換の際に炉心中
の約１７３の燃料が新燃料と交換されるので、炉心内に
は１サイクル目、２サイクル目、３サイクル目の燃料が
ほぼ同数混在しており、これらは各々第３図に示すよう
な範囲にある。第５図かられかるとおり、本発明による
燃料では、従来例に比べて、特にサイクル中期において
上下反応度差が小さいので出力分布が下方ピークになり
、その結果、サイクル末期の上下反応度反差はより一層
大きくなって出力分布は上方ピークとなる。
第６図に、出力分布の代わりに炉心平均ボイド率を示し
た。炉心平均ボイド率は、出力分布が下方ピークでその
ピーキング値か大きいほど大きくなり、逆に出力分布が
上方ピークでそのピーキング値が大きいほど小さくなる
。第６図において、実線ｌＯが本実施例、点線ＩＩが従
来例であり、本発明によって、サイクル初期から中期に
かけてボイド率が高く （すなわち下方ピーク）、サイ
クル末期ではボイド率が低く （すなわち上方ピーク）
できていることがわかる。その結果、平均濃縮度は等し
いながら、本実施例では従来例に比べて、サイクル末期
の実効増倍率が約０．４Δに増大している。
た。炉心平均ボイド率は、出力分布が下方ピークでその
ピーキング値か大きいほど大きくなり、逆に出力分布が
上方ピークでそのピーキング値が大きいほど小さくなる
。第６図において、実線ｌＯが本実施例、点線ＩＩが従
来例であり、本発明によって、サイクル初期から中期に
かけてボイド率が高く （すなわち下方ピーク）、サイ
クル末期ではボイド率が低く （すなわち上方ピーク）
できていることがわかる。その結果、平均濃縮度は等し
いながら、本実施例では従来例に比べて、サイクル末期
の実効増倍率が約０．４Δに増大している。
本発明の第２の実施例を第７図に示す。本燃料は取出燃
焼反約４５０００ＭＷｄへの超高燃焼度用燃料であり、
第８図にその断面図を示すように７４本の燃料棒１と２
本の大径のウォータロッド１２とからなっている。この
第２の実施例では燃料経済性向−Ｌのためにいくつかの
工夫が凝らされており、炉心外への中性子の漏れを低減
するために」二端部の全長の２１２４および下端部の全
長の１／２４の部分をガドリニアを含まない天然ウラン
とし、サイクル末期でのガドリニアの残留による反応度
損失の低減と炉停止余裕の増大のために上端部のすぐ下
の全長の３／２４の部分の濃縮度を低くガドリニア装荷
量を減らしている。本発明は、これらを除いた全長の１
８／２４を占める中央部分に適用されており、その上部
は下部に比べて、ガドリニア入り燃料棒の本数が４本多
く、その燃料棒のガドリニア濃度が１、Ｏｖｔ％高く、
さらに平均濃縮度は０．４ｖｔ％高い。この第２の実施
例のように、本発明は、端部を除く中央の大部分に適用
すればその機能は十分に発揮することができる。
焼反約４５０００ＭＷｄへの超高燃焼度用燃料であり、
第８図にその断面図を示すように７４本の燃料棒１と２
本の大径のウォータロッド１２とからなっている。この
第２の実施例では燃料経済性向−Ｌのためにいくつかの
工夫が凝らされており、炉心外への中性子の漏れを低減
するために」二端部の全長の２１２４および下端部の全
長の１／２４の部分をガドリニアを含まない天然ウラン
とし、サイクル末期でのガドリニアの残留による反応度
損失の低減と炉停止余裕の増大のために上端部のすぐ下
の全長の３／２４の部分の濃縮度を低くガドリニア装荷
量を減らしている。本発明は、これらを除いた全長の１
８／２４を占める中央部分に適用されており、その上部
は下部に比べて、ガドリニア入り燃料棒の本数が４本多
く、その燃料棒のガドリニア濃度が１、Ｏｖｔ％高く、
さらに平均濃縮度は０．４ｖｔ％高い。この第２の実施
例のように、本発明は、端部を除く中央の大部分に適用
すればその機能は十分に発揮することができる。
［発明の効果］
本発明によれば、特に高燃焼度燃料において、運転サイ
クル初期から中期にかけて下方ピークで運転でき、この
間に燃料上部のウラン２３５の減損を抑制するとともに
プルトニウムを蓄積し、サイクル末期には出力分布を上
方ピークとすることがきるので、燃料上部のウラン２３
５およびプルトニウムを効率的に燃焼させることができ
る。この効果によって燃料経済性を向トさせることがで
きる。
クル初期から中期にかけて下方ピークで運転でき、この
間に燃料上部のウラン２３５の減損を抑制するとともに
プルトニウムを蓄積し、サイクル末期には出力分布を上
方ピークとすることがきるので、燃料上部のウラン２３
５およびプルトニウムを効率的に燃焼させることができ
る。この効果によって燃料経済性を向トさせることがで
きる。
第１図は本発明の第１の実施例の燃料の一ト下濃縮膚お
よびガドリニア分布を表す図、第２図は本発明の第１の
実施例の燃料の断面図、第３図は本発明の第１の実施例
の燃料の上部および下部の無眼増（Δ率の燃焼変化を表
す図、第４図は従来例の燃料の上ド濃縮位およびガドリ
ニア分布を表す図、第５図は本発明の第１の実施例の燃
料を装荷した炉心における無限増倍率の４−ド差を表す
図、第６図は本発明の第１の実施例の燃料を装荷した炉
心における平均ボイド率を表す図、第７図は本発明の第
２の実施例の燃料のＬＴ ｊａ縮庶およびガドリニア分
４１を表す図、第８図は本発明の第２の実施例の燃料の
断面図である。 １・・・燃料棒 ２・・・ウォータロッド ３・・・チャンネルボックス １２・・・大径つす タロラド
よびガドリニア分布を表す図、第２図は本発明の第１の
実施例の燃料の断面図、第３図は本発明の第１の実施例
の燃料の上部および下部の無眼増（Δ率の燃焼変化を表
す図、第４図は従来例の燃料の上ド濃縮位およびガドリ
ニア分布を表す図、第５図は本発明の第１の実施例の燃
料を装荷した炉心における無限増倍率の４−ド差を表す
図、第６図は本発明の第１の実施例の燃料を装荷した炉
心における平均ボイド率を表す図、第７図は本発明の第
２の実施例の燃料のＬＴ ｊａ縮庶およびガドリニア分
４１を表す図、第８図は本発明の第２の実施例の燃料の
断面図である。 １・・・燃料棒 ２・・・ウォータロッド ３・・・チャンネルボックス １２・・・大径つす タロラド
Claims (1)
- 多数の燃料棒を束ねて構成される沸騰水型原子炉用燃料
集合体において、可燃性毒物を含む燃料棒の本数が燃料
集合体の下部領域よりも上部領域において多く、かつ可
燃性毒物の濃度が燃料集合体の下部領域よりも上部領域
において高い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 |
|---|---|---|---|
| JP2007151A JP2963712B2 (ja) | 1990-01-18 | 1990-01-18 | 沸騰水型原子炉用燃料集合体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007151A JP2963712B2 (ja) | 1990-01-18 | 1990-01-18 | 沸騰水型原子炉用燃料集合体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03214094A true JPH03214094A (ja) | 1991-09-19 |
| JP2963712B2 JP2963712B2 (ja) | 1999-10-18 |
Family
ID=11658070
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2007151A Expired - Lifetime JP2963712B2 (ja) | 1990-01-18 | 1990-01-18 | 沸騰水型原子炉用燃料集合体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2963712B2 (ja) |
-
1990
- 1990-01-18 JP JP2007151A patent/JP2963712B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2963712B2 (ja) | 1999-10-18 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20070806 Year of fee payment: 8 |
|
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