JPH0376434B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は原子炉の運転停止時の反応度を低く抑
えることができる沸騰水形原子炉用燃料集合体に
関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

沸騰水形原子炉は、第１図に示す如く原子炉圧
力容器１の中心部に多数の燃料集合体２を装荷し
て炉心３を構成している。また圧力容器１の内部
には冷却水４が炉心３の上方まで収容されてい
る。また、圧力容器１内の上部には気水分離器５
及び蒸気乾燥器６が収容されている。さらに圧力
容器１の周壁上部には主蒸気出口ノズル７、その
下方に給水入口ノズル８が設けられている。

前記燃料集合体２は、第２図及び第３図に示す
如く角筒状のチヤンネル９内に多数の燃料棒１０
をマトリツクス状（通常８×８本）に配列し、そ
れらの上下端を上部タイプレート１１及び下部タ
イプレート１２により支持し、かつ上下タイプレ
ート１１，１２間の複数箇所をスペーサ１３にて
支持することにより燃料棒１０……相互の間隔を
一定に保つように構成されている。

前記各燃料棒１０は、第４図に示す如く被覆管
１４の内部に多数の円柱状ペレツト１５……を積
重ね、上方よりばね１６で押えて封入した構成の
もので、各ペレツト１５は酸化ウランの粉末を焼
結して一定形状に形成される。

そこで、炉心３におけるウランの核分裂により
圧力容器１内の冷却水４を沸騰させ、これによつ
て発生した蒸気を気水分離器５及び蒸気乾燥器６
を通して主蒸気出口ノズル７より発電所のタービ
ン駆動用として取出す。またタービンを通過した
蒸気は復水器で冷却液化され、冷却水４として再
び給水入口ノズル８より圧力容器１内へ供給され
る。

第５図は原子炉運転時における各燃料集合体２
の熱中性子束分布を示すもので、集合体外周部は
多量の冷却水４に接するため熱中性子束Φは高
く、逆に集合体中央部では低くなつている。

一方、原子炉運転時における燃料集合体２の水
平断面における各所の出力Ｐは、第５図に示す如
くほぼ一様の分布となるようにすることが望まし
い。そこで出力Ｐが熱中性子束Φと核分裂断面積
Σとの積（Σ・Φ）として求められることから、
燃料集合体２の核分裂断面積Σを第５図の如く
集合体外周部で低く、中央部で高くなるようにし
て、燃料集合体各所の出力Ｐがほぼ一定となるよ
うにしている。このように運転時の出力分布は核
分裂断面積Σにより調整を図ることができるも
のであるが、さらに核分裂断面積Σ_fはウラン濃縮
度により変化する。したがつてウラン濃縮度の分
布を適当に設定することにより、燃料重合体各所
の運転時における出力をほぼ一定にすることがで
きる。

一方、運転停止時にあつては、無限増倍率Ｋ∽
の低下に伴ない過減速となるように設計されてい
る。第６図は冷温時の無限増倍率Ｋ∽の変化を
水／ウラン比をパラメータとして示したものであ
る。このように設計されているため、運転停止時
は温度低下に伴ない蒸気が減少し、その分冷却水
が増量するので水／ウラン比が高くなり、無限増
倍率Ｋ∽が減少して過減速となるのである。

ところで、燃料集合体２は多数の燃料棒１０中
に１〜２本のウオータ・ロツド１７……を混在さ
せている。このようなウオータ・ロツド１７をた
とえば４本用意し、それらを燃料集合体２の各所
に配置して、ウオータ・ロツド１７……の位置と
無限増倍率Ｋ∽との関係を調べたところ第７図の
結果を得た。すなわちウオータ・ロツド１７……
を集合体の中央部に配置したとき（第７図Ａ）無
限増倍率Ｋ∽は最も高く、Ｂ，Ｃと順次外周部へ
近づけていくにしたがつて低下し、最外周部のＤ
で最も低下する。しかも外周部に寄せるしたがつ
てその低下の度合が顕著になることが判明した。
このことから同一本数のウオータ・ロツド１７…
…を使用して無限増倍率Ｋ∽をできる限り低く押
えるためには集合体外周部、特に四隅部に配置す
るのが最も効果的であることが分る。

〔発明の目的〕

本発明は以上の検討結果にもとづきなされたも
ので、運転停止時の反応度を従来より低く抑える
ことができる沸騰水形原子炉用燃料集合体を提供
することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明に係る燃料集合体は、集合体四隅部上部
における燃料棒収容領域のウラン収容量を、全燃
料棒収容領域のウラン収容平均値より少量とした
ことを特徴とする。

なお、ここで燃料棒収容領域とは、 Ｓ×Ｌ／Ｎ ただし、Ｓはチヤンネル内部の横断面積 Ｌは燃料棒内のペレツト収容部の長さ Ｎはチヤンネル内に収容可能な燃料棒の本数 をいうものとする。

以上のような構成にすると、集合体外周部のウ
ラン量の減少により、第７図の結果から明らかな
ように、最も効果的に無限増倍率Ｋ∽を低下させ
ることができる。

〔発明の実施例〕

まず第８図に示す第１実施例について説明す
る。

第８図Ａは燃料集合体の横断面を示すもので、
角筒状のチヤンネル１０１内に多数の燃料棒１０
２……がマトリツクス状（８×８本）に配列され
ており、最外周部、特に四隅部に位置する４本の
燃料棒１０５……の上部を他の燃料棒１２……よ
りも小径としている。

このようにすると、燃料棒１０５……に封入さ
れるウラン量は他の燃料棒１０２……より少量で
あり、しかも集合体上部における水対ウラン比が
高くなる。よつて運転停止時の無限増倍率Ｋ∽が
低下し、特に四隅部のウラン量を低下させたこと
により、無限増倍率のＫ∽の低下の度合は顕著と
なる。

したがつて、原子炉の運転停止時の反応度を低
く抑えることができる。

沸騰水形原子炉では、通常炉心上部にプルトニ
ウム（Pu）が多く蓄積されており、運転停止時
には炉心上部の反応度が炉心下部より高い傾向に
ある。そこで集合体四隅部の燃料棒１０５につい
て、特に上部のみ小径としてその部分のウラン量
を減少させると、わずかなウランの減量により効
果的に運転停止時の無限増倍率Ｋ∽を低下させる
ことができる。

同様の考え方にもとづき、第９図に示す第２実
施例のように集合体四隅部の燃料棒１０６の上部
のみを欠如し（すなわち燃料棒１０６を短かく
し）、あるいは図示しないが集合体四隅部の燃料
棒の上部にはウランの代りに減速材を封入した
り、ウラン燃料を中空ペレツトや低密度ペレツト
として封入し、ウラン量の減少を図ることによつ
ても所期の効果を得ることができる。

なお本発明は以上の実施例に必ずしも限定され
るものではない。たとえば従来の燃料重合体では
通常、集合体中央部に１〜２本のウオータ・ロツ
ドを配置しているがこのようなウオータ・ロツド
は従来通り用いてもよい。

〔発明の効果〕

以上、種々実施例にもとづいて説明したよう
に、本発明の燃料集合体は、集合体四隅部上部に
おける燃料棒収容領域のウラン収容量を、全燃料
棒収容領域のウラン収容量平均値より少量とした
ものである。

したがつて、本発明では運転停止時の無限増倍
率Ｋ∽が効果的に低下し、運転停止時の反応度を
低く抑えることができ、原子炉の安全性を向上さ
せることができる。

また、ボイド係数を小さくし、原子炉の急激な
圧力上昇などの過渡現象を緩和することができる
ので、この点においても安全性の向上が図られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は沸騰水形原子炉の概略図、第２図は燃
料集合体の横断面図、第３図は燃料集合体の斜視
図、第４図は燃料棒を一部切欠して示す側面図、
第５図は各燃料集合体の出力分布図、第６図は
水／ウラン比と無限増倍率との関係を示す図、第
７図はウオータ・ロツド位置と無限増倍率との関
係を示す図、第８図は本発明の第１実施例を示す
もので、Ａは燃料集合体の横断面図、ＢはＡのＢ
−Ｂ断面図、第９図は第２実施例を示す燃料集合
体の横断面図である。 １０１……チヤンネル、１０２，１０５，１０
６……燃料棒。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 集合体四隅部上部における燃料棒収容領域の
   ウラン収容量を、全燃料棒収容領域のウラン収容
   平均値より少量としたことを特徴とする沸騰水形
   原子炉用燃料集合体。 ２ 集合体四隅部に位置する燃料棒の上部を他の
   燃料棒より小径としたことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の沸騰水形原子炉用燃料集合
   体。 ３ 集合体四隅部に位置する燃料棒の上部を欠如
   したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の沸騰水形原子炉用燃料集合体。 ４ 集合体四隅部に位置する燃料棒の上部に封入
   されるウランを中空ペレツト又は低密度ペレツト
   としたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の沸騰水形原子炉用燃料集合体。