JPH0499991A - 燃料集合体 - Google Patents

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。

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は主として第６図に示すように多
数体の燃料集合体１、制御棒２及び核計装針の一つであ
る局所出力領域モニタ３などによって構成されている。

燃料集合体１は十字形にブレードが組合わされた制御棒
２の囲わりに４体が１組となるよう配置されている。局
所出力領域モニタ３は炉心の径方向には基本的に４本の
制御棒２をとり囲む、すなわち、１６体の燃料集合体１
をとり囲む四角位置に配置されている。

燃料集合体１は第７図に示すように、多数の燃料棒４及
びウォータロット５をスペーサ６によって正方格子状に
束ね、上下をタイプレート７．８により固定している。

更に、その外側はチャンネルボックス９によって覆われ
ている。

このように、従来の燃料集合体１は全て同一の長さを有
する燃料棒４がチャンネルボックス９内に配列されてお
り、燃料棒４の上下端は上下のタイプレート７．８の位
置で固定されている。しかし、最近の燃料の高燃焼度化
に伴い炉心の核的または熱水力的特性の低下を防止する
ため、燃料棒のうちの何本かは他の燃料棒よりも短くす
る設計が考えられている。この短い燃料棒を以下短尺燃
料棒４ｓと呼ぶ。第８図にこのような構造を採用した燃
料集合体１ａの例を示す。第８図中性号４ｓで示したも
のが短尺燃料棒である。

本例での短尺燃料棒４ｓの燃料集合体１ａでの配置位置
を第９図（ａ）に示す。第９図は第８図に示した燃料集
合体の一断面を模式的に表わしたものである。この例は
９×９の格子状に燃料棒を配列した燃料集合体の例であ
り、第１０図に示した短尺燃料棒４ｓは９Ｘ９の格子を
３×３の格子に分割した際の中心に位置する場所に８本
配置されている。

このため、第９図（ｂ）に示すように燃料集合体の上部
ではこの８本の位置には短尺燃料棒が存在してないこと
になる。

このように、短尺燃料棒４ｓを採用している燃料集合体
１ａでは燃料棒４，４ｓ中の核燃料物質量、例えばウラ
ン量が軸方向で異なることになる。すなわち、一部の燃
料棒が存在してない軸方向上部では、全ての燃料棒が詰
っている下部に比較して相対的にウラン量が少ない。

第１０図は通常の長さの長尺燃料棒４と短尺燃料４１Ｊ
４ｓの縦断面と、その有効長を示したものである。

これらの長尺燃料棒４と短尺燃料棒４ｓとは構成は同様
であるが長さが異なるだけである。

すなわち、被覆管１０内に燃料ペレット１１が装填され
、被覆管１１の上下両端には端栓１２．１３が設けられ
て密封し、上部の燃料ペレット１１と上部端栓１２との
間にはコイルばね１４が介在されている。

次に作用を定量的に評価した結果にもとづいて説明する
。

はじめに、局所出力領域モニタの配置の概要について述
べる。局所出力領域モニタは第６図に示：３ し・たように炉心の径方向に規則的に配置されているが
、各位置では炉心の軸方向に沿って４つの局所出力領域
モニタが配設されている。この４つの組をストリングと
呼んでいる。このストリング中での局所出力領域モニタ
３の構造は第１１図に示すようになっている。すなわち
、第１１図に示したように局所出力領域モニタ３はカバ
ーチューブ１５内に検出器１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｇおよ
び１７Ｄが軸方向に所定の間隔で配列され、各検出器に
はそれぞれ信号ケーブル１６が接続され、信号が導出さ
れる。この明細書ではカバーチューブ１５内の各検出器
を下から１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｇ、１７Ｄと呼ぶ。

一般に、軸方向の諸量について述べる場合、沸騰水型原
子炉では炉心軸方向を２４分割する。そして、各分割の
単位をノードと呼ぶ。この場合、局所出力領域モニタの
検出器１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｇ、１７Ｄ（以下、単にＡ
、Ｂ、Ｃ，、Ｄと記す）はそれぞれ３ノードと４ノード
、９ノードと１０ノード、１５ノードと１６ノード、１
２ノードと２２ノードの間に概ね配置されている。

さて、従来の燃料集合体、すなわち、短尺燃料棒を具備
してない燃料集合体を炉心に装荷した場合の軸方向出力
分布の例を第１２図に示す。この軸方向出力分布は局所
出力領域モニタストリングをとり囲む４体の燃料集合体
の平均の軸方向出力分布である。第１２図中には検出器
Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄの位置に対応する所に矢印が示しである
。第１２図から明らかなように、各検出器Ａ、Ｂ、Ｃ，
Ｄ近傍の出力分布の変化は小さい。すなわち、隣接する
軸方向ノード間の出力の差は小さい。局所出力領域モニ
タ３は直接出力を測定する訳ではなく、出力に応じて発
生される中性子束、特に、熱中性子束を測定しているが
、出力分布が滑らかである場合には熱中性子束分布も滑
らかになっている。このため、検出器の読みは検出器の
多少の軸方向位置づれ等があっても、読み値が大きく変
わることはなく、非常に高い精度で、その位置の出力を
測定することができる。

次に、短尺燃料棒を具備した高燃焼度化対応の燃料集合
体について述べる。ここで述べるのはたとえば第１０図
に示した通常の長尺燃料棒４と、それより短尺の燃料棒
４ｓとを具備している燃料集合体である。

第１３図はこのような燃料集合体を炉心に装荷した場合
の軸方向出力分布の例を示している。この例では、短尺
燃料棒の軸方向有効長の上端は１５ノードと１６ノード
の間にあるため、このノードの間で出力の差が大きくな
っていることが分る。又、このように軸方向で核燃料物
質量が不連続的に異なっていると、出力分布の変化量以
上に熱中性子束分布の変化が大きくなる。この場合の軸
方向の熱中性子束分布を第１４図に示す。１５ノードと
１６ノードの間に熱中性子束のピークが現われている。

これはパワースパイクと呼ばれる。このパワースパイク
は核燃料物質が全く装荷されていない部分があると、そ
の部分より下方の方向から流れてきた熱中性子が核燃料
に吸収される割合が著しく低下するために生ずる現象で
ある。

（発明が解決しようとする課題） 前述のように局所出力領域モニタは熱中性子を測定して
いるため、熱中性子束分布が激しく変化している場所で
は、局所出力領域モニタの読みは著しく変動することに
なる。この結果、炉心性能監視上、著しく大きな問題を
誘起することとなる。

すなわち、高燃焼度化に対応するため、短尺燃料棒４ｓ
を採用している燃料集合体１ａでは軸方向でウラン量の
分布が異なる境界近傍において中性子束分布および出力
分布が大きく変化する。このような中性子束分布等が大
きく変化している近傍に局所出力領域モニタ３の検出器
が位置しているとその局所出力領域モニタ３の読みにバ
ラツキが大きくなる可能性があり、炉心の熱的状態を監
視するうえから精度が低下する。

このため、局所出力領域モニタ３が配設されている熱中
性子の検出位置と、短尺燃料棒の有効長の上端が近接し
ていることは好ましくない課題がある。

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、炉
心性能監視上の問題を誘起しない高燃焼変化対応の燃料
集合体を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は軸方向有効長の異なる複数の燃料棒をチャンネ
ルボックス内にスペーサを介して正方格子状に配列した
燃料集合体において、前記燃料棒はその軸方向有効長部
の上部端が前記燃料集合体が装荷された炉心内に配設さ
れている局所出力領域モニタの検出位置と近接していな
いように構成されていることを特徴とする。

また、軸方向有効長の異なる複数の燃料棒をチャンネル
ボックス内にスペーサを介して正方向格子状に配列され
た燃料集合体において、前記燃料集合体が装荷された炉
心内の局所出力領域モニタが配設されている側のコーナ
部に位置する燃料棒位置を四角の一コーナとする４×４
燃料棒格子内に配設されている燃料棒はその軸方向有効
長部の上部端が前記炉心内に配設されている局所出力領
域モニタの検出位置と近接していないように構成されて
いることを特徴とする。

なお、燃料棒の軸方向有効長とは燃料棒それ自身の長さ
を言うのではなく、実際に被覆管内に核燃料物質が装填
されている部分の長さを言う。

（作用） 本発明によれば、局所出力領域モニタの検出器配設位置
近傍で中性子束分布および出力分布の変化を非常に小さ
くすることが可能である。この結果、局所出力領域モニ
タの読み値にバラツキおよび変動がなくなり、炉心内の
熱的性能の監視能力が一段と向上する。

（実施例） 第１図および第２図を参照しながら本発明に係る燃料集
合体の第１の実施例を説明する。

なお、本発明に係る燃料集合体における基本的構成は第
８図から第１０図に示した従来例と同様であり、本発明
が従来例と異なる点は燃料棒の軸方向有効長の上部端を
局所出力領域モニタの熱中性子を検出する検出器の位置
と一致させないように構成したことにある。したがって
、各回とも従来例と同一部分には同一符号を付して重複
する部分の説明は省略する。

すなわち、本実施例では第３図に示した長尺燃料棒４は
６６本、短尺燃料棒４ｓは８本である。なお、中央には
燃料棒４より太径の２本のウォータロッド５が配設しで
ある。

本実施例では、全ての短尺燃料棒４ｓの軸方向有効長は
同一である。

第１図にこれらの燃料棒の軸方向有効長と局所出力領域
モニタの検出器の軸方向位置との関係を示す。第２図に
軸方向ノードと相対熱中性子束との関係を示す。短尺燃
料棒４ｓの上部端位置は局所出力領域モニタ３の検出器
Ｃの位置からさらに１ノード上に位置している。すなわ
ち、１６ノードと１７ノード゛の境界に上端がある。通
常、沸騰水型原子炉の炉心の有効長は約３．７ｍあり、
　１ノードの巾は約１５ｃｍである。前述した熱中性子
束のパワースパイクは本境界の数■の範囲で生ずるもの
であり、１ノードずれていることにより、局所出力領域
モニタに対するパワースパイクの影響を著しく低減する
ことができる。なお、本実施例では短尺燃料棒の有効長
が下側に１ノードずれていても良い。勿論、１ノードに
こだわる必要はなく、それ以上前れていても良い。

次に、本発明に係る燃料集合体の第２の実施例について
第３図から第５図を参照しながら説明する。

沸騰水型原子炉においては、熱中性子の平均的な移動距
離は数ｍであるため、短尺燃料棒の上部で発生するパワ
ースパイクの影響は数■以上前れている所に対しては小
さくなる。

従って、局所出力領域モニタの検出器の位置から十分離
れている短尺燃料棒の有効長の上端は、局所出力領域モ
ニタの高さに近接していても大きな問題とはならない。

一方、局所出力領域モニタの配設されている側のコーナ
部方向に配置される短尺燃料棒についてはパワースパイ
クの影響は無視できないため、有効長の上端を局所出力
領域モニタの位置からずらす必要がある。

このような実施例の燃料集合体の燃料棒の組合わせを第
３図に示す。これらの燃料棒の有効長と、局所出力領域
モニタの位置との関係を第４図に示す。第３図に示した
短尺燃料棒のうち、４ｓが局所出力領域モニタの高さよ
り１ノードずれた位置に有効長を有する短尺燃料棒であ
り、４ｓａが局所出力領域モニタと同一の高さ位置にそ
の有効長の１短を有する短尺燃料棒である。

これらの燃料棒の格子配列は第９図と同じであるが、第
９図（ａ）中の４８で示す位置に配置される短尺燃料棒
Ｓが、局所出力領域モニタの高さより１ノードずれた位
置に有効長を有するものに相当する。

このように、少なくとも局所出力領域モニタが配設され
ている側のコーナ部に位置する燃料棒位置を四角の一コ
ーナとする４×４燃料棒格子内に配設される短尺燃料棒
については有効長部の上部端が局所出力領域モニタの配
設高さ位置と近接しないようにする。これにより、著し
く局所出力領域モニタへのパワースパイクの影響を軽減
することができる。

又、この４×４格子内には短尺燃料棒を配置しない構造
も有効である。

なお、ここで述べた短尺燃料棒を具備する燃料集合体の
例は一例であり、第５図（ａ）、（ｂ）に示されるよう
な短尺燃料棒具備の他の燃料集合体設計の場合でも同様
に本発明を適用することが可能である。

また、短尺燃料棒の先端自身でパワースパイクをできる
だけ低減する工夫も必要である。このため、短尺燃料棒
の有効部の上端近傍に装填されている燃料ペレットでは
核分裂性物質含有量をその下方よりできるだけ低減した
り、先端部には天然ウラン、低減ウラン、劣化ウラン等
を装填することも有効である。

従って、上記変形例を本発明に適用した場合には局所出
力領域モニタの影響は更に低減することが可能である。

〔発明の効果〕

本発明によれば局所出力領域モニタの配設高さ位置近傍
で、中性子束分布および出力分布の変化を非常に小さく
することが可能である。この結果、局所出力領域モニタ
の読み値にバラツキおよび変動がなくなり、炉心内の熱
的性能の監視能力が一段と高くなる。これによって、十
分な信頼度を保ちながら高燃焼度化対応の燃料集合体を
提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る燃料集合体の第１の実施例におけ
る燃料棒の有効長と局所出力領域モニタとの位置関係を
示す配置図、第２図は同じく第１の実施例の効果を示す
特性図、第３図は本発明の第２の実施例におけるそれぞ
れの燃料棒の内部を対比して示す縦断面図、第４図は同
じく第２の実施例を示す特性図、第５図（ａ）および第
５図（ｂ）はそれぞれ本発明の燃料集合体を示す横断面
図、第６図から第１４図までは従来例を説明するための
もので、第６図は炉心を概略的に示す平面図、第７図お
よび第８図はそれぞれ燃料集合体を示す縦断面図、第９
図（ａ）および第９図（ｂ）はそれぞれ燃料集合体を示
す横断面図、第１０図はそれぞれの燃料棒の内部を対比
して示す縦断面図、第１１図は局所出力領域モニタの軸
方向を示す配置図、第１２図および第１３図はそれぞれ
燃料集合体を炉心に装荷した際の軸方向の出力分布図、
第１４図は同じく軸方向の熱中性子束分布図である。 １・・・燃料集合体、　　　２・・制御棒、３・・・局
所出力領域モニタ、　４・・・燃料棒、４ｓ・・・短尺
燃料棒、　　５・ウォータロッド、６・・・スペーサ、
　　　　７・８・・・タイプレート、９　・チャンネル
ボックス、　１０・・・被覆管、１１・・・燃料ペレッ
ト、　１２・・上部端栓、１３・・・下部端栓、　　　
１４・・・コイルばね、１５・・カバーチューブ、　１
６・・・信号ケーブル、１７Ａ・１７Ｂ・１７Ｃ・１７
Ｄ・・・検出器。 代理人　弁理士　猪　股　祥　晃（ほか１名）０．５ １．０ １．５ メｌ°灯上刃 ０．５ １．０ １．５ 刺疋り土か 芥 ／３ 副

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）軸方向有効長の異なる複数の燃料棒をチャンネル
   ボックス内にスペーサを介して正方格子状に配列した燃
   料集合体において、前記燃料棒はその軸方向有効長部の
   上部端が前記燃料集合体が装荷された炉心内に配設され
   ている局所出力領域モニタの検出位置と近接していない
   ように構成されていることを特徴とする燃料集合体。
2. （２）軸方向有効長の異なる複数の燃料棒をチャンネル
   ボックス内にスペーサを介して正方格子状に配列された
   燃料集合体において、前記燃料集合体が装荷された炉心
   内の局所出力領域モニタが配設されている側のコーナ部
   に位置する燃料棒位置を四角の一コーナとする４×４燃
   料棒格子内に配設されている燃料棒はその軸方向有効長
   部の上部端が前記炉心内に配設されている局所出力領域
   モニタの検出位置と近接していないように構成されてい
   ることを特徴とする燃料集合体。