JPH05164869A - 燃料集合体 - Google Patents
燃料集合体Info
- Publication number
- JPH05164869A JPH05164869A JP3333217A JP33321791A JPH05164869A JP H05164869 A JPH05164869 A JP H05164869A JP 3333217 A JP3333217 A JP 3333217A JP 33321791 A JP33321791 A JP 33321791A JP H05164869 A JPH05164869 A JP H05164869A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel
- pellet density
- assembly
- fuel assembly
- water
- 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】
【構成】熱中性子炉で、プルトニウム燃料を用いる場合
には、ウラン燃料を用いた場合に比べて燃料集合体内の
ギャップ水に近い周辺部の燃料棒でより大きな出力ピー
クを生じ易いため、ペレット密度の大きな燃料３，４を
用いて、中性子スペクトルを硬くし、燃焼初期のその部
分での反応度への寄与を小さくする。 【効果】ペレット密度が一様の燃料を用いた場合に比
べ、燃料経済性を悪化させることなく、燃料集合体内の
出力分布の平坦化を図ることができる。
には、ウラン燃料を用いた場合に比べて燃料集合体内の
ギャップ水に近い周辺部の燃料棒でより大きな出力ピー
クを生じ易いため、ペレット密度の大きな燃料３，４を
用いて、中性子スペクトルを硬くし、燃焼初期のその部
分での反応度への寄与を小さくする。 【効果】ペレット密度が一様の燃料を用いた場合に比
べ、燃料経済性を悪化させることなく、燃料集合体内の
出力分布の平坦化を図ることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、沸騰水型原子炉に用い
る燃料集合体に係り、特に、ウラン・プルトニウムの混
合酸化物燃料（ＭＯＸ燃料）をもつ燃料集合体内の出力
分布平坦化に好適な燃料集合体に関する。
る燃料集合体に係り、特に、ウラン・プルトニウムの混
合酸化物燃料（ＭＯＸ燃料）をもつ燃料集合体内の出力
分布平坦化に好適な燃料集合体に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、沸騰水型原子炉では、チャンネ
ルボックスの中に複数の燃料棒が配置され、チャンネル
ボックスの外には、沸騰していないギャップ水が存在す
る。従って、このギャップ水の周辺では、局所的に中性
子減速の良い状態が生じ、中性子スペクトルが軟らかく
なっている。
ルボックスの中に複数の燃料棒が配置され、チャンネル
ボックスの外には、沸騰していないギャップ水が存在す
る。従って、このギャップ水の周辺では、局所的に中性
子減速の良い状態が生じ、中性子スペクトルが軟らかく
なっている。
【０００３】一方、核分裂性プルトニウム、例えば239
Ｐｕ は、熱エネルギ領域（１ｅＶ以下）の核分裂断面
積が、235Ｕに比べて二倍以上大きい。しかも、239Ｐｕ
は、図２に示すように、熱エネルギ領域の核分裂断面積
の、それよりエネルギの高い領域における核分裂断面積
の比が、図３に示した235Ｕに比べて大きい。従って、
現行の熱中性子炉にプルトニウム燃料を用いた場合、ウ
ラン燃料を用いた場合に比べ、ギャップ水に近い周辺部
の燃料の出力が大きくなり易い。
Ｐｕ は、熱エネルギ領域（１ｅＶ以下）の核分裂断面
積が、235Ｕに比べて二倍以上大きい。しかも、239Ｐｕ
は、図２に示すように、熱エネルギ領域の核分裂断面積
の、それよりエネルギの高い領域における核分裂断面積
の比が、図３に示した235Ｕに比べて大きい。従って、
現行の熱中性子炉にプルトニウム燃料を用いた場合、ウ
ラン燃料を用いた場合に比べ、ギャップ水に近い周辺部
の燃料の出力が大きくなり易い。
【０００４】この問題を解決し、出力分布平坦化を実現
する従来の手段として、例えば、特開昭60−147685号公
報を挙げられる。これは、出力のピークが生じ易い周辺
部の燃料の核分裂性プルトニウム富化度を他の領域の燃
料より低くし、出力分布の平坦化を図るものである。
する従来の手段として、例えば、特開昭60−147685号公
報を挙げられる。これは、出力のピークが生じ易い周辺
部の燃料の核分裂性プルトニウム富化度を他の領域の燃
料より低くし、出力分布の平坦化を図るものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技術
は、中性子スペクトルが硬い燃料集合体の中央部分に相
対的に核分裂性プルトニウム富化度の高い燃料を用いて
いるため、次のような問題が生じる。すなわち、中央部
分では、中性子スペクトルが硬いため燃焼が進みにく
く、燃焼末期では、核分裂性物質が周辺部より多く残存
しており、また、親物質（例えば、238Ｕ）の転換によ
り、核分裂性物質（例えば、239Ｐｕ）が多く生成して
いる。このように、中央部には周辺部より多くの核分裂
性物質が存在するために、燃焼末期では、出力は中央部
分にピークをもつ分布となる。また、中央部分に多くの
核分裂性物質が燃え残ることになり、燃料経済性という
観点からは好ましくない。
は、中性子スペクトルが硬い燃料集合体の中央部分に相
対的に核分裂性プルトニウム富化度の高い燃料を用いて
いるため、次のような問題が生じる。すなわち、中央部
分では、中性子スペクトルが硬いため燃焼が進みにく
く、燃焼末期では、核分裂性物質が周辺部より多く残存
しており、また、親物質（例えば、238Ｕ）の転換によ
り、核分裂性物質（例えば、239Ｐｕ）が多く生成して
いる。このように、中央部には周辺部より多くの核分裂
性物質が存在するために、燃焼末期では、出力は中央部
分にピークをもつ分布となる。また、中央部分に多くの
核分裂性物質が燃え残ることになり、燃料経済性という
観点からは好ましくない。
【０００６】本発明の目的は、燃料経済性を悪化させる
ことなく、燃料集合体内の出力分布の平坦化を図ること
にある。
ことなく、燃料集合体内の出力分布の平坦化を図ること
にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的は、中性子スペ
クトルが軟らかく、燃焼初期に出力の高くなる周辺部
に、他の領域の燃料に比べて、ペレット密度の大きな燃
料を用いることにより達成される。
クトルが軟らかく、燃焼初期に出力の高くなる周辺部
に、他の領域の燃料に比べて、ペレット密度の大きな燃
料を用いることにより達成される。
【０００８】
【作用】以下、本発明の作用を説明する。
【０００９】一般に、水素対燃料原子数比が大きくなる
と、燃料原子一個当りの水素原子の割合が大きくなるた
め、中性子は減速され易くなり、結果として中性子スペ
クトルが軟らかくなる。図２，図３に示したように、核
分裂性核種は、熱エネルギ領域で大きな核分裂断面積を
もつので、一般に中性子スペクトルが軟らかくなると燃
焼初期での中性子無限増倍率は増大する。
と、燃料原子一個当りの水素原子の割合が大きくなるた
め、中性子は減速され易くなり、結果として中性子スペ
クトルが軟らかくなる。図２，図３に示したように、核
分裂性核種は、熱エネルギ領域で大きな核分裂断面積を
もつので、一般に中性子スペクトルが軟らかくなると燃
焼初期での中性子無限増倍率は増大する。
【００１０】一方、ペレット密度が小さい燃料を同じ形
状の燃料集合体で用いると、燃料物質の量が減るため
に、水素対燃料原子数比が大きくなる。その結果、中性
子スペクトルが軟らかくなり、燃焼初期での中性子無限
増倍率は増大する。
状の燃料集合体で用いると、燃料物質の量が減るため
に、水素対燃料原子数比が大きくなる。その結果、中性
子スペクトルが軟らかくなり、燃焼初期での中性子無限
増倍率は増大する。
【００１１】具体例として、図４に、プルトニウム燃料
におけるペレット密度と中性子無限増倍率との関係を示
す。なお、中性子無限増倍率は、ペレット密度１０.５
ｇ ／ｃｃ（従来の燃料）の場合を基準としてその差を
示している。また、核分裂性プルトニウム富化度は、
３.５ｗ／ｏ である。燃焼初期には、同じ核分裂性プル
トニウム富化度でも、ペレット密度が約１０％小さくな
ると、中性子無限増倍率が約１％Δｋ大きくなる。しか
し、平均の取出燃焼度である３０ＧＷｄ／ｔでは、その
差が約０.３％Δｋ に縮小する。
におけるペレット密度と中性子無限増倍率との関係を示
す。なお、中性子無限増倍率は、ペレット密度１０.５
ｇ ／ｃｃ（従来の燃料）の場合を基準としてその差を
示している。また、核分裂性プルトニウム富化度は、
３.５ｗ／ｏ である。燃焼初期には、同じ核分裂性プル
トニウム富化度でも、ペレット密度が約１０％小さくな
ると、中性子無限増倍率が約１％Δｋ大きくなる。しか
し、平均の取出燃焼度である３０ＧＷｄ／ｔでは、その
差が約０.３％Δｋ に縮小する。
【００１２】従って、中性子スペクトルの軟らかい、ギ
ャップ水に近い周辺部に、他の領域に比べてペレット密
度の大きな燃料を用いることにより、燃焼を通して出力
分布の平坦化を図ることができる。つまり、燃焼初期に
おいて出力が高くなり、燃焼末期には低くなる傾向のあ
るギャップ水に近い周辺部の出力を、その領域の核分裂
性プルトニウム富化度を低くすることなく、燃焼初期に
おいて低め、かつ、燃焼末期において高めることが可能
となる。また、相対的に中央部の燃料の核分裂性プルト
ニウム富化度を高くしないので、上述のように、燃料経
済性を悪化させないですむ。
ャップ水に近い周辺部に、他の領域に比べてペレット密
度の大きな燃料を用いることにより、燃焼を通して出力
分布の平坦化を図ることができる。つまり、燃焼初期に
おいて出力が高くなり、燃焼末期には低くなる傾向のあ
るギャップ水に近い周辺部の出力を、その領域の核分裂
性プルトニウム富化度を低くすることなく、燃焼初期に
おいて低め、かつ、燃焼末期において高めることが可能
となる。また、相対的に中央部の燃料の核分裂性プルト
ニウム富化度を高くしないので、上述のように、燃料経
済性を悪化させないですむ。
【００１３】
【実施例】以下、本発明の燃料集合体を実施例を用いて
説明する。
説明する。
【００１４】図１は、本発明になる燃料集合体の第一の
実施例を示したものである。本実施例では、燃料集合体
１は四角形状をしており、チャンネルボックス２，二十
八本の燃料棒３，３２本の燃料棒４と一本の水ロッド５
とからなっている。また、本燃料集合体の水対燃料体積
比は約３.２ で、中性子スペクトルの軟らかい体系であ
る。燃料棒３は、燃料ペレット密度が１０.７５ｇ／ｃ
ｃ のプルトニウム燃料を装荷したもの、燃料棒４は、
燃料ペレット密度が１０.２８ｇ／ｃｃ のプルトニウム
燃料を装荷したものである。集合体平均の燃料ペレット
密度は、従来の燃料と同様１０.５ｇ／ｃｃ である。な
お、燃料棒３，４とも、核分裂性プルトニウム富化度は
３.５ｗ／ｏ で、天然ウランに富化している。
実施例を示したものである。本実施例では、燃料集合体
１は四角形状をしており、チャンネルボックス２，二十
八本の燃料棒３，３２本の燃料棒４と一本の水ロッド５
とからなっている。また、本燃料集合体の水対燃料体積
比は約３.２ で、中性子スペクトルの軟らかい体系であ
る。燃料棒３は、燃料ペレット密度が１０.７５ｇ／ｃ
ｃ のプルトニウム燃料を装荷したもの、燃料棒４は、
燃料ペレット密度が１０.２８ｇ／ｃｃ のプルトニウム
燃料を装荷したものである。集合体平均の燃料ペレット
密度は、従来の燃料と同様１０.５ｇ／ｃｃ である。な
お、燃料棒３，４とも、核分裂性プルトニウム富化度は
３.５ｗ／ｏ で、天然ウランに富化している。
【００１５】本実施例では、ギャップ水に近く、出力が
高くなり易い周辺部の燃料に、他の領域に比べペレット
密度の大きな燃料を用いることにより、そこでの中性子
スペクトルを硬くし、出力を低減している。その結果、
ペレット密度一様の燃料に比べ、燃料集合体内の出力ピ
ーキングが約０.５％ 小さくなり、出力分布を改善する
効果がある。また、中央部の核分裂性プルトニウム富化
度を高めないので、燃料経済性を損なうことがない。
高くなり易い周辺部の燃料に、他の領域に比べペレット
密度の大きな燃料を用いることにより、そこでの中性子
スペクトルを硬くし、出力を低減している。その結果、
ペレット密度一様の燃料に比べ、燃料集合体内の出力ピ
ーキングが約０.５％ 小さくなり、出力分布を改善する
効果がある。また、中央部の核分裂性プルトニウム富化
度を高めないので、燃料経済性を損なうことがない。
【００１６】図５は、本発明になる燃料集合体の第二の
実施例を示す図である。本実施例の燃料集合体は、四十
本の燃料棒３と二十本の燃料棒６で構成されている。燃
料棒６は、燃料ペレット密度が１０.０ｇ／ｃｃ のプル
トニウム燃料を装荷したものである。集合体平均の燃料
ペレット密度は、１０.５ｇ／ｃｃ である。なお、燃料
棒６の核分裂性プルトニウム富化度は３.５ｗ／ｏ で、
天然ウランに富化している。
実施例を示す図である。本実施例の燃料集合体は、四十
本の燃料棒３と二十本の燃料棒６で構成されている。燃
料棒６は、燃料ペレット密度が１０.０ｇ／ｃｃ のプル
トニウム燃料を装荷したものである。集合体平均の燃料
ペレット密度は、１０.５ｇ／ｃｃ である。なお、燃料
棒６の核分裂性プルトニウム富化度は３.５ｗ／ｏ で、
天然ウランに富化している。
【００１７】ところで、水ロッドの中の水は、ギャップ
水同様沸騰していないので、水ロッドの周辺では、局所
的に中性子減速の良い状態が生じている。この点を考慮
して、本実施例では、ギャップ水及び水ロッドの周辺に
は、ペレット密度の大きな燃料を用いた。その結果、ペ
レット密度一様の燃料に比べ、燃料集合体内の出力ピー
キングが約０.８％ 小さくなり、出力分布を改善する効
果がある。また、中央部の核分裂性プルトニウム富化度
を高めないので、燃料経済性を損なうことがない。
水同様沸騰していないので、水ロッドの周辺では、局所
的に中性子減速の良い状態が生じている。この点を考慮
して、本実施例では、ギャップ水及び水ロッドの周辺に
は、ペレット密度の大きな燃料を用いた。その結果、ペ
レット密度一様の燃料に比べ、燃料集合体内の出力ピー
キングが約０.８％ 小さくなり、出力分布を改善する効
果がある。また、中央部の核分裂性プルトニウム富化度
を高めないので、燃料経済性を損なうことがない。
【００１８】図６は、本発明になる燃料集合体の第三の
実施例を示す図である。本実施例の燃料集合体は、四本
の燃料棒７，二十四本の燃料棒８，十二本の燃料棒９と
二十本の燃料棒１０で構成されている。燃料棒７は、ペ
レット密度が１０.５ｇ ／ｃｃで濃縮度２.０ｗ／ｏ の
ウラン燃料を装荷したもの、燃料棒８は、ペレット密度
が１０.７５ｇ／ｃｃで核分裂性プルトニウム富化度が
２.０ｗ／ｏのプルトニウム燃料を装荷したもの、燃料
棒９は、ペレット密度が１０.７５ｇ／ｃｃ で核分裂性
プルトニウム富化度が４.５ｗ／ｏ のプルトニウム燃料
を装荷したもの、燃料棒１０は、ペレット密度が１０.
０５ｇ／ｃｃ で核分裂性プルトニウム富化度が４.５ｗ
／ｏ のプルトニウム燃料を装荷したものである。集合
体平均の燃料ペレット密度は、１０.５ｇ／ｃｃ であ
る。なお、プルトニウムは、天然ウランに富化してい
る。
実施例を示す図である。本実施例の燃料集合体は、四本
の燃料棒７，二十四本の燃料棒８，十二本の燃料棒９と
二十本の燃料棒１０で構成されている。燃料棒７は、ペ
レット密度が１０.５ｇ ／ｃｃで濃縮度２.０ｗ／ｏ の
ウラン燃料を装荷したもの、燃料棒８は、ペレット密度
が１０.７５ｇ／ｃｃで核分裂性プルトニウム富化度が
２.０ｗ／ｏのプルトニウム燃料を装荷したもの、燃料
棒９は、ペレット密度が１０.７５ｇ／ｃｃ で核分裂性
プルトニウム富化度が４.５ｗ／ｏ のプルトニウム燃料
を装荷したもの、燃料棒１０は、ペレット密度が１０.
０５ｇ／ｃｃ で核分裂性プルトニウム富化度が４.５ｗ
／ｏ のプルトニウム燃料を装荷したものである。集合
体平均の燃料ペレット密度は、１０.５ｇ／ｃｃ であ
る。なお、プルトニウムは、天然ウランに富化してい
る。
【００１９】本実施例では、出力ピーキング低減のため
に、ギャップ水に近い周辺部の燃料の核分裂性プルトニ
ウム富化度を下げ、特に出力のピークが生じ易いコーナ
部には、ウラン燃料を用いた。これにより、周辺部及び
水ロッドに隣接する部分にペレット密度が大きい燃料を
用いている効果と併せて、燃料集合体内の出力分布をよ
り平坦化できる。
に、ギャップ水に近い周辺部の燃料の核分裂性プルトニ
ウム富化度を下げ、特に出力のピークが生じ易いコーナ
部には、ウラン燃料を用いた。これにより、周辺部及び
水ロッドに隣接する部分にペレット密度が大きい燃料を
用いている効果と併せて、燃料集合体内の出力分布をよ
り平坦化できる。
【００２０】
【発明の効果】本発明によれば、中性子スペクトルの軟
らかい、ギャップ水に近い周辺部、あるいは、水ロッド
に近い部分に、他の領域の燃料に比べて、ペレット密度
の大きな燃料を用いることにより、燃料経済性を悪化さ
せることなく、燃料集合体内の出力分布の平坦化を図る
ことができる。
らかい、ギャップ水に近い周辺部、あるいは、水ロッド
に近い部分に、他の領域の燃料に比べて、ペレット密度
の大きな燃料を用いることにより、燃料経済性を悪化さ
せることなく、燃料集合体内の出力分布の平坦化を図る
ことができる。
【図１】本発明の燃料集合体の第一の実施例を示す断面
図。
図。
【図２】中性子エネルギと239Ｐｕ の核分裂断面積との
関係を示す説明図。
関係を示す説明図。
【図３】中性子エネルギと235Ｕ の核分裂断面積との関
係を示す説明図。
係を示す説明図。
【図４】プルトニウム燃料のペレット密度と中性子無限
増倍率との関係を示す説明図。
増倍率との関係を示す説明図。
【図５】本発明の燃料集合体の第二の実施例を示す断面
図。
図。
【図６】本発明の燃料集合体の第三の実施例を示す断面
図。
図。
１…燃料集合体、２…チャンネルボックス、３，４…プ
ルトニウム燃料を装荷した燃料棒、５…水ロッド。
ルトニウム燃料を装荷した燃料棒、５…水ロッド。
Claims (3)
- 【請求項１】軽水を冷却材兼減速材とする原子炉の炉心
部に装荷され、使用済燃料から再処理して得られたプル
トニウムを燃料の全部または一部として装荷し、複数の
領域からなる燃料集合体において、 領域平均のペレット密度が大きい燃料を、運転時に水素
対燃料原子数比が大きい領域に配置したことを特徴とす
る燃料集合体。 - 【請求項２】請求項１において、 前記燃料集合体内の燃料を外側から一層目の燃料とその
他の燃料とに分けたとき、平均の燃料ペレット密度が外
側で大きくなるように構成した燃料集合体。 - 【請求項３】請求項１において、 前記燃料集合体内の燃料をチャンネルボックス外側のギ
ャップ水、あるいは水ロッドに隣接する燃料とその他の
燃料とに分けたとき、平均の燃料ペレット密度がチャン
ネルボックス外側のギャップ水、あるいは、水ロッドに
隣接する燃料で大きくなるように構成した燃料集合体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3333217A JPH05164869A (ja) | 1991-12-17 | 1991-12-17 | 燃料集合体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3333217A JPH05164869A (ja) | 1991-12-17 | 1991-12-17 | 燃料集合体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05164869A true JPH05164869A (ja) | 1993-06-29 |
Family
ID=18263627
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3333217A Pending JPH05164869A (ja) | 1991-12-17 | 1991-12-17 | 燃料集合体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05164869A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005004167A1 (ja) * | 2003-06-30 | 2005-01-13 | Nuclear Fuel Industries, Ltd. | 加圧水型原子炉用ｍｏｘ燃料集合体 |
-
1991
- 1991-12-17 JP JP3333217A patent/JPH05164869A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005004167A1 (ja) * | 2003-06-30 | 2005-01-13 | Nuclear Fuel Industries, Ltd. | 加圧水型原子炉用ｍｏｘ燃料集合体 |
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