JPH0376435B2 - - Google Patents
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- JPH0376435B2 JPH0376435B2 JP57020815A JP2081582A JPH0376435B2 JP H0376435 B2 JPH0376435 B2 JP H0376435B2 JP 57020815 A JP57020815 A JP 57020815A JP 2081582 A JP2081582 A JP 2081582A JP H0376435 B2 JPH0376435 B2 JP H0376435B2
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- Japan
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- fuel
- uranium
- core
- enrichment
- reactor
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- 238000009835 boiling Methods 0.000 claims description 11
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Classifications
-
- 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
- Jet Pumps And Other Pumps (AREA)
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は、中性子の有効利用を図るべく改良さ
れた沸騰水形原子炉用燃料集合体に関する。
れた沸騰水形原子炉用燃料集合体に関する。
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。そして圧力容器１の上方には気水分離器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の周壁には、上部に主蒸気出口ノズル７、
その下方に給水ノズル８がそれぞれ設けられてい
る。
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。そして圧力容器１の上方には気水分離器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の周壁には、上部に主蒸気出口ノズル７、
その下方に給水ノズル８がそれぞれ設けられてい
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、それらの燃料棒１０……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によりそ
れぞれ支持し、さらに上下タイプレート１１，１
２間の複数箇所をスペーサ１３……にて支持する
ことによつて燃料棒１０……の相互の間隔を一定
に保つように構成されている。
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、それらの燃料棒１０……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によりそ
れぞれ支持し、さらに上下タイプレート１１，１
２間の複数箇所をスペーサ１３……にて支持する
ことによつて燃料棒１０……の相互の間隔を一定
に保つように構成されている。
前記燃料棒１０は、第４図に示す如く、例えば
ジルカロイよりなる被覆管１４内に円柱状ペレツ
トとして形成された多数のウラン燃料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、各ウラン燃料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。なお、図中１
７は被覆管１４の上端開口を密閉する栓体であ
る。
ジルカロイよりなる被覆管１４内に円柱状ペレツ
トとして形成された多数のウラン燃料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、各ウラン燃料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。なお、図中１
７は被覆管１４の上端開口を密閉する栓体であ
る。
そこで、炉心３におけるウラン燃料の核分裂に
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（図
示せず）を通過した蒸気は復水器（図示せず）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。
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（図
示せず）を通過した蒸気は復水器（図示せず）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。
ところで、従来の燃料集合体にあつては、燃料
棒１０内に封入するウラン燃料１５……の濃縮度
をすべて同一としており、炉心３の上下方向の
235U濃縮度分布は第５図の如く一様となつてい
た。
棒１０内に封入するウラン燃料１５……の濃縮度
をすべて同一としており、炉心３の上下方向の
235U濃縮度分布は第５図の如く一様となつてい
た。
一方、炉心３内では蒸気（以下ボイドと称す）
が発生しており、ボイド率（二相流中におけるボ
イドの容積比率）は第６図の曲線Ｖの如く炉心３
の上方ほど高くなつている。そしてボイド率が高
いと出力は低下するので、上下方向を炉心出力分
布をみると、第６図の曲線Ｐで示す如く、上端で
は低下、下方へ向うにしたがつて高くなり、下端
近傍部で最高となる。ただし最下端部では中性子
の漏れが発生するため最上端部と同様に出力が出
ず、急激に低下するようになる。
が発生しており、ボイド率（二相流中におけるボ
イドの容積比率）は第６図の曲線Ｖの如く炉心３
の上方ほど高くなつている。そしてボイド率が高
いと出力は低下するので、上下方向を炉心出力分
布をみると、第６図の曲線Ｐで示す如く、上端で
は低下、下方へ向うにしたがつて高くなり、下端
近傍部で最高となる。ただし最下端部では中性子
の漏れが発生するため最上端部と同様に出力が出
ず、急激に低下するようになる。
ところで、炉心３の実効増倍率Keffは平均無限
増倍率∽に比例する。また炉心３の上端から下
方へ向つてＺの位置における炉心出力をＰ、無限
増倍率をＫ∽とするとき、平均無限増倍率∽
は、 ∽＝∫K∽・Ｐ・dZ／∫P・dZ で近似的に表わすことができる。
増倍率∽に比例する。また炉心３の上端から下
方へ向つてＺの位置における炉心出力をＰ、無限
増倍率をＫ∽とするとき、平均無限増倍率∽
は、 ∽＝∫K∽・Ｐ・dZ／∫P・dZ で近似的に表わすことができる。
ここで、無限増倍率Ｋ∽は 235U濃縮度にほぼ
比例するが、従来では燃料棒１０内の上下方向の
235U濃縮度分布がほぼ一様であつたため、平均
無限増倍率∽は炉心出力の如何に拘らずほぼ一
定となつていた。このため、炉心３の上下端部
の、出力が低い部分ではウラン燃料１５より照射
される中性子が冷却水加熱のために有効に利用さ
れず、したがつて炉心３の反応度を高めるために
は不利であつた。
比例するが、従来では燃料棒１０内の上下方向の
235U濃縮度分布がほぼ一様であつたため、平均
無限増倍率∽は炉心出力の如何に拘らずほぼ一
定となつていた。このため、炉心３の上下端部
の、出力が低い部分ではウラン燃料１５より照射
される中性子が冷却水加熱のために有効に利用さ
れず、したがつて炉心３の反応度を高めるために
は不利であつた。
本発明は、無限増倍率Ｋ∽の上下方向の分布が
炉心の上下方向出力分布と同一傾向を呈するよう
に 235U濃縮度分布を設定して中性子の有効利用
を図り、平均無限増倍率∽を高めることによ
り、ウラン燃料を増加することなしに炉心反応度
を高めう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。
炉心の上下方向出力分布と同一傾向を呈するよう
に 235U濃縮度分布を設定して中性子の有効利用
を図り、平均無限増倍率∽を高めることによ
り、ウラン燃料を増加することなしに炉心反応度
を高めう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。
本発明に係る沸騰水形原子炉用燃料集合体は、
燃料棒内のウラン235濃縮度を上下端部で最も低
くし、かつ下端部近傍で最も高くなるように上端
から下方へ向つて漸次的に高くしたものである。
このような濃縮度分布を与えることによつて、炉
心出力の高い部分ほどウラン燃料の中性子照射も
多くなり、中性子の有効利用が図られるので、炉
心反応度を高めることができるのである。
燃料棒内のウラン235濃縮度を上下端部で最も低
くし、かつ下端部近傍で最も高くなるように上端
から下方へ向つて漸次的に高くしたものである。
このような濃縮度分布を与えることによつて、炉
心出力の高い部分ほどウラン燃料の中性子照射も
多くなり、中性子の有効利用が図られるので、炉
心反応度を高めることができるのである。
以下、本発明の一実施例を第７図及び第８図を
参照して説明する。
参照して説明する。
第７図は、沸騰水形原子炉用燃料集合体を構成
する多数の燃料棒のうちの１本を示すもので、こ
の燃料棒１０１は、細長い被覆管１０２の内部に
円柱状ペレツトとして形成された多数のウラン燃
料１０３Ａ，１０３Ｂ，……，１０３Ｎを積重
ね、上端よりばね１０４で押えて、被覆管１０２
の上下端をそれぞれ上部栓体１０５及び下部栓体
１０６で封止した構成のものである。上記ウラン
燃料１０３Ａ，１０３Ｂ，……，１０３Ｎは酸化
ウランの粉末を焼結して円柱状に形成したもので
あるが、それらの 235U濃縮度はすべて一定では
なく、第８図の如く差をつけてある。すなわち上
下端部では約0.71重量％と天然ウラン程度の低さ
であるが、上端から下方へ向うにしたがつて、例
えば1.5重量％、2.0重量％、2.5重量％と段階的に
高くなり、下端近傍部で約3.0重量％と最高にな
るように設定されている。以上の 235U濃縮度分
布は同図中に仮想線で示す炉心出力分布と同一傾
向を呈するものである。
する多数の燃料棒のうちの１本を示すもので、こ
の燃料棒１０１は、細長い被覆管１０２の内部に
円柱状ペレツトとして形成された多数のウラン燃
料１０３Ａ，１０３Ｂ，……，１０３Ｎを積重
ね、上端よりばね１０４で押えて、被覆管１０２
の上下端をそれぞれ上部栓体１０５及び下部栓体
１０６で封止した構成のものである。上記ウラン
燃料１０３Ａ，１０３Ｂ，……，１０３Ｎは酸化
ウランの粉末を焼結して円柱状に形成したもので
あるが、それらの 235U濃縮度はすべて一定では
なく、第８図の如く差をつけてある。すなわち上
下端部では約0.71重量％と天然ウラン程度の低さ
であるが、上端から下方へ向うにしたがつて、例
えば1.5重量％、2.0重量％、2.5重量％と段階的に
高くなり、下端近傍部で約3.0重量％と最高にな
るように設定されている。以上の 235U濃縮度分
布は同図中に仮想線で示す炉心出力分布と同一傾
向を呈するものである。
以上のような構成であると、燃料棒１０１内の
235U濃縮度分布が炉心出力分布と同一傾向を呈
することにより、炉心上下端部の炉心出力が低い
部分では燃料バンドルの平均濃縮度を低く抑えて
燃料の節減が図られ、また炉心出力が高い部分で
は中性子の有効利用が図られて炉心の反応度が高
められることになる。
235U濃縮度分布が炉心出力分布と同一傾向を呈
することにより、炉心上下端部の炉心出力が低い
部分では燃料バンドルの平均濃縮度を低く抑えて
燃料の節減が図られ、また炉心出力が高い部分で
は中性子の有効利用が図られて炉心の反応度が高
められることになる。
以上詳述したように、本発明に係る沸騰水形原
子炉用燃料集合体は、燃料棒内のウラン235濃縮
度を上下端部で最も低くし、かつ下端部近傍で最
も高くなるように上端から下方へ向つて漸次的に
高くなるように設定し、炉心の上下方向の 235U
濃縮度分布が炉心の出力分布と同一傾向を呈する
ように構成されているので、炉心出力の高い、つ
まり中性子束の高い炉心下端近傍部では高い濃縮
度により中性子が炉心出力上昇のために有効に利
用され、炉心出力が高められる。また、中性子束
の低い炉心上下端部では濃縮度が低いため燃料バ
ンドルの平均濃縮度を低く抑えることができる。
このため燃料増加の必要がないばかりか、却つて
燃料の節減を図ることもできるなど、優れた効果
を得ることができる。また、本発明ではウラン
235の濃縮度分布が炉心の軸方向出力分布と同一
傾向と呈するので、燃焼末期においてウラン235
が燃え残るようなことがなく、ウラン235が燃え
残りを防止することができる。
子炉用燃料集合体は、燃料棒内のウラン235濃縮
度を上下端部で最も低くし、かつ下端部近傍で最
も高くなるように上端から下方へ向つて漸次的に
高くなるように設定し、炉心の上下方向の 235U
濃縮度分布が炉心の出力分布と同一傾向を呈する
ように構成されているので、炉心出力の高い、つ
まり中性子束の高い炉心下端近傍部では高い濃縮
度により中性子が炉心出力上昇のために有効に利
用され、炉心出力が高められる。また、中性子束
の低い炉心上下端部では濃縮度が低いため燃料バ
ンドルの平均濃縮度を低く抑えることができる。
このため燃料増加の必要がないばかりか、却つて
燃料の節減を図ることもできるなど、優れた効果
を得ることができる。また、本発明ではウラン
235の濃縮度分布が炉心の軸方向出力分布と同一
傾向と呈するので、燃焼末期においてウラン235
が燃え残るようなことがなく、ウラン235が燃え
残りを防止することができる。
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図は従来の沸騰水形原子炉の炉心の 235U濃
縮度分布図、第６図は沸騰水形原子炉の炉心のボ
イド率及び出力分布図、第７図は本発明の一実施
例を示す燃料棒の縦断面図、第８図は同実施例に
おける燃料棒内のウラン燃料のウラン235濃縮度
分布図である。 １０１……燃料棒、１０３Ａ，１０３Ｂ，…，
１０３Ｎ……ウラン燃料。
料集合体の断面図、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図は従来の沸騰水形原子炉の炉心の 235U濃
縮度分布図、第６図は沸騰水形原子炉の炉心のボ
イド率及び出力分布図、第７図は本発明の一実施
例を示す燃料棒の縦断面図、第８図は同実施例に
おける燃料棒内のウラン燃料のウラン235濃縮度
分布図である。 １０１……燃料棒、１０３Ａ，１０３Ｂ，…，
１０３Ｎ……ウラン燃料。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 燃料棒内のウラン235濃縮度を上下端部で最
も低くし、かつ下端部近傍で最も高くなるように
上端から下方へ向つて漸次的に高くしたことを特
徴とする沸騰水形原子炉用燃料集合体。 ２ 燃料棒内の上下端部におけるウラン235濃縮
度を0.71重量％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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57020815A JPS58139092A (ja) | 1982-02-12 | 1982-02-12 | 沸騰水形原子炉用燃料集合体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57020815A JPS58139092A (ja) | 1982-02-12 | 1982-02-12 | 沸騰水形原子炉用燃料集合体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58139092A JPS58139092A (ja) | 1983-08-18 |
| JPH0376435B2 true JPH0376435B2 (ja) | 1991-12-05 |
Family
ID=12037526
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57020815A Granted JPS58139092A (ja) | 1982-02-12 | 1982-02-12 | 沸騰水形原子炉用燃料集合体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58139092A (ja) |
-
1982
- 1982-02-12 JP JP57020815A patent/JPS58139092A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58139092A (ja) | 1983-08-18 |
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