JPH0611585A - 燃料棒 - Google Patents
燃料棒Info
- Publication number
- JPH0611585A JPH0611585A JP4168868A JP16886892A JPH0611585A JP H0611585 A JPH0611585 A JP H0611585A JP 4168868 A JP4168868 A JP 4168868A JP 16886892 A JP16886892 A JP 16886892A JP H0611585 A JPH0611585 A JP H0611585A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- uranium
- enrichment
- amount
- produced
- fuel
- Prior art date
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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】
【目的】 燃焼により生成するマイナーアクチノイドお
よびウラン同位体組成を変化させるウラン同位体の生成
量を従来より少なくし、ウラン資源のより有効な利用を
図る。 【構成】 被覆管２内に濃縮度１％の燃料ペレット３と
濃縮度５％の燃料ペレット４が交互に１：１の割合で混
合され、装填されることにより、平均濃縮度が３％とな
る燃料棒１が構成される。
よびウラン同位体組成を変化させるウラン同位体の生成
量を従来より少なくし、ウラン資源のより有効な利用を
図る。 【構成】 被覆管２内に濃縮度１％の燃料ペレット３と
濃縮度５％の燃料ペレット４が交互に１：１の割合で混
合され、装填されることにより、平均濃縮度が３％とな
る燃料棒１が構成される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、原子炉炉心に装荷され
る燃料棒に係り、特に燃焼によって生成するマイナーア
クチノイドおよびウラン同位体の増加の少ない燃料棒に
関する。
る燃料棒に係り、特に燃焼によって生成するマイナーア
クチノイドおよびウラン同位体の増加の少ない燃料棒に
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来原子力プラントにおける核燃料は、
主に炉心での熱出力が均一になるようにそれぞれ所定の
ウラン濃縮度を有する燃料棒によって構成されており、
一本の燃料棒中には同一濃縮度のペレットが連続して装
填されている。
主に炉心での熱出力が均一になるようにそれぞれ所定の
ウラン濃縮度を有する燃料棒によって構成されており、
一本の燃料棒中には同一濃縮度のペレットが連続して装
填されている。
【０００３】この燃料ペレットは二酸化ウランの粉末を
成型・焼結することによって製造される。天然ウランは
質量数 234、 235、 238の３つの同位体からなり、濃縮
ウランはこの同位体組成中、熱中性子により核分裂を起
こす 235Ｕの割合（濃縮度）を濃縮工程により高めたも
のである。したがって、初期の燃料ペレット中のウラン
は、質量数 234、 235、 238のウラン同位体によって構
成されている。
成型・焼結することによって製造される。天然ウランは
質量数 234、 235、 238の３つの同位体からなり、濃縮
ウランはこの同位体組成中、熱中性子により核分裂を起
こす 235Ｕの割合（濃縮度）を濃縮工程により高めたも
のである。したがって、初期の燃料ペレット中のウラン
は、質量数 234、 235、 238のウラン同位体によって構
成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、原子炉
炉心で燃焼したウラン燃料中には、中性子反応によって
ウランから生成される様々なアクチノイドが存在する。
高速増殖炉の燃料となるプルトニウムもその１つであ
る。ウランから生成されるアクチノイドのうち、現在の
核燃料サイクルにおいては燃料とならず生成量も比較的
少ないネプツニウム、アメリシウム、キュリウム等の核
種をマイナーアクチノイドと総称している。また、同様
に、中性子反応によって質量数 232、236 のウラン同位
体が生成される。このため、燃焼によりウランの同位体
構成は初期とは異なったものとなる。このようなマイナ
ーアクチノイドおよび質量数 232、236 のウラン同位体
は、燃焼度の増大に伴って生成量が増加する。
炉心で燃焼したウラン燃料中には、中性子反応によって
ウランから生成される様々なアクチノイドが存在する。
高速増殖炉の燃料となるプルトニウムもその１つであ
る。ウランから生成されるアクチノイドのうち、現在の
核燃料サイクルにおいては燃料とならず生成量も比較的
少ないネプツニウム、アメリシウム、キュリウム等の核
種をマイナーアクチノイドと総称している。また、同様
に、中性子反応によって質量数 232、236 のウラン同位
体が生成される。このため、燃焼によりウランの同位体
構成は初期とは異なったものとなる。このようなマイナ
ーアクチノイドおよび質量数 232、236 のウラン同位体
は、燃焼度の増大に伴って生成量が増加する。
【０００５】ところで、マイナーアクチノイドは燃料に
なりにくくかつ半減期が長いため、核燃料サイクルにお
いては、燃料再処理工程によって放射性廃棄物として分
離しなければならない。また、質量数 232、236 のウラ
ン同位体は、従来の濃縮方法では単一核種としての分離
は困難であるため、再利用に適さない同位体組成のウラ
ンとなることがある。これらのウラン試料の利用にあた
っては、他の同位体組成のウランとの混合等の操作を加
えないと、再利用に供することができない。したがっ
て、マイナーアクチノイドおよびウラン同位体組成を変
化させるウラン同位体の生成量は少ないほど好ましい。
しかしながら、従来の燃料棒においては、燃焼によりウ
ランから生成されるマイナーアクチノイドおよびウラン
同位体組成に変化を及ぼすウラン同位体の生成量等の制
御については特に考慮されていない。
なりにくくかつ半減期が長いため、核燃料サイクルにお
いては、燃料再処理工程によって放射性廃棄物として分
離しなければならない。また、質量数 232、236 のウラ
ン同位体は、従来の濃縮方法では単一核種としての分離
は困難であるため、再利用に適さない同位体組成のウラ
ンとなることがある。これらのウラン試料の利用にあた
っては、他の同位体組成のウランとの混合等の操作を加
えないと、再利用に供することができない。したがっ
て、マイナーアクチノイドおよびウラン同位体組成を変
化させるウラン同位体の生成量は少ないほど好ましい。
しかしながら、従来の燃料棒においては、燃焼によりウ
ランから生成されるマイナーアクチノイドおよびウラン
同位体組成に変化を及ぼすウラン同位体の生成量等の制
御については特に考慮されていない。
【０００６】本発明は、かかる点に対処してなされたも
ので、燃料ペレットの装填方法を工夫することにより、
燃焼により生成するマイナーアクチノイドおよびウラン
同位体組成を変化させるウラン同位体の生成量を従来よ
り少なくし、ウラン資源のより有効な利用を図ることが
できる燃料棒を提供することを目的とする。
ので、燃料ペレットの装填方法を工夫することにより、
燃焼により生成するマイナーアクチノイドおよびウラン
同位体組成を変化させるウラン同位体の生成量を従来よ
り少なくし、ウラン資源のより有効な利用を図ることが
できる燃料棒を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の燃料
棒は、濃縮度の異なる燃料ペレットが２種類以上装填さ
れていることを特徴とする。
棒は、濃縮度の異なる燃料ペレットが２種類以上装填さ
れていることを特徴とする。
【０００８】
【作用】炉心において燃焼により生成する 232Ｕ量は、
図２に示すように、燃焼度とともに増加する。また、初
期濃縮度の違いにより 232Ｕ生成量も異なってくる。図
２において、曲線ａは濃縮度１％、曲線ｂは濃縮度３
％、曲線ｃは濃縮度５％におけるそれぞれ燃焼度と 232
Ｕ生成量との関係を示している。一般に、濃縮度、燃焼
度等が増加するに従って核種の生成量も増加する。しか
しながら、図３に燃焼度を一定にしたときの初期濃縮度
と 232Ｕ生成量との関係を示すように、 232Ｕ生成量は
ほぼ濃縮度３％付近において最大となっている。
図２に示すように、燃焼度とともに増加する。また、初
期濃縮度の違いにより 232Ｕ生成量も異なってくる。図
２において、曲線ａは濃縮度１％、曲線ｂは濃縮度３
％、曲線ｃは濃縮度５％におけるそれぞれ燃焼度と 232
Ｕ生成量との関係を示している。一般に、濃縮度、燃焼
度等が増加するに従って核種の生成量も増加する。しか
しながら、図３に燃焼度を一定にしたときの初期濃縮度
と 232Ｕ生成量との関係を示すように、 232Ｕ生成量は
ほぼ濃縮度３％付近において最大となっている。
【０００９】このような初期濃縮度と 232Ｕ生成量との
関係から明らかなように、 232Ｕ生成量の少ない濃縮度
の燃料ペレットを２種類以上用いて平均濃縮度が所望の
濃縮度となるように混合装填することにより、同一濃縮
度の燃料ペレットを装填したものよりも、燃焼により生
成する核種の生成量を小さくすることができる。
関係から明らかなように、 232Ｕ生成量の少ない濃縮度
の燃料ペレットを２種類以上用いて平均濃縮度が所望の
濃縮度となるように混合装填することにより、同一濃縮
度の燃料ペレットを装填したものよりも、燃焼により生
成する核種の生成量を小さくすることができる。
【００１０】
【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明
する。
する。
【００１１】図１は、本発明の燃料棒１の一実施例を示
したもので、燃料棒１の１部の断面を拡大して示すよう
に、被覆管２内に濃縮度１％の燃料ペレット３と濃縮度
５％の燃料ペレット４が交互に１：１の割合で混合さ
れ、装填されている。これにより、平均濃縮度が３％と
なる燃料棒１が構成される。
したもので、燃料棒１の１部の断面を拡大して示すよう
に、被覆管２内に濃縮度１％の燃料ペレット３と濃縮度
５％の燃料ペレット４が交互に１：１の割合で混合さ
れ、装填されている。これにより、平均濃縮度が３％と
なる燃料棒１が構成される。
【００１２】次に、上記構成の燃料棒における燃焼によ
り生成する核種、例えば 232Ｕの生成量を、同一濃縮度
の燃料ペレットからなる従来の燃料棒と比較して説明す
る。
り生成する核種、例えば 232Ｕの生成量を、同一濃縮度
の燃料ペレットからなる従来の燃料棒と比較して説明す
る。
【００１３】同一濃縮度の燃料ペレットからなる従来の
燃料棒の場合、図２に示すように、炉心において燃焼に
より生成する 232Ｕ量は燃焼度とともに増加する。しか
しながら、初期濃縮度の違いによる 232Ｕ生成量は図３
に示すように３％付近においてその最大値を有してい
る。これは 232Ｕが図４に示すような複雑な過程を経て
生成されることによる。
燃料棒の場合、図２に示すように、炉心において燃焼に
より生成する 232Ｕ量は燃焼度とともに増加する。しか
しながら、初期濃縮度の違いによる 232Ｕ生成量は図３
に示すように３％付近においてその最大値を有してい
る。これは 232Ｕが図４に示すような複雑な過程を経て
生成されることによる。
【００１４】ここで、図４はマイナーアクチノイドおよ
びウラン同位体の生成パスを示したもので、天然ウラン
に存在する質量数 234、 235、 238の３つのウラン同位
体を出発核種として、中性子と反応し、さらに放射性壊
変を伴うことによって 232Ｕが生成されるまでの過程を
示している。この生成パスは、大別して４つの反応経路
（１）、（２）、（３）、（４）に分けることができ
る。このうち、反応経路（１）、（２）は（ｎ、２ｎ）
反応によるものであり、反応経路（３）、（４）は主に
熱中性子捕獲反応によるものである。各反応経路の 232
Ｕ生成量への寄与の割合は燃焼度によって異なってくる
ものの、 232Ｕはこれらの４つの反応経路により主に生
成される。
びウラン同位体の生成パスを示したもので、天然ウラン
に存在する質量数 234、 235、 238の３つのウラン同位
体を出発核種として、中性子と反応し、さらに放射性壊
変を伴うことによって 232Ｕが生成されるまでの過程を
示している。この生成パスは、大別して４つの反応経路
（１）、（２）、（３）、（４）に分けることができ
る。このうち、反応経路（１）、（２）は（ｎ、２ｎ）
反応によるものであり、反応経路（３）、（４）は主に
熱中性子捕獲反応によるものである。各反応経路の 232
Ｕ生成量への寄与の割合は燃焼度によって異なってくる
ものの、 232Ｕはこれらの４つの反応経路により主に生
成される。
【００１５】ところで、一般に核種の生成量Ａは以下の
式によって表される。 Ａ＝Ｎ・σ・Φ・ｔ ただし、Ｎ；標的核種数 σ；反応断面積 Φ；入射粒子束 ｔ；時間 である。
式によって表される。 Ａ＝Ｎ・σ・Φ・ｔ ただし、Ｎ；標的核種数 σ；反応断面積 Φ；入射粒子束 ｔ；時間 である。
【００１６】ここで、図５に初期濃縮度の違いによる炉
心での中性子スペクトルの変化を示す。図中、実線ｄ、
点線ｅ、一点鎖線ｆは、それぞれ１、３、５％の初期濃
縮度における中性子スペクトルである。この図から明ら
かなように、高エネルギー領域においては初期濃縮度に
よる変化はほとんどないが、低エネルギー側の熱中性子
エネルギー領域においては、初期濃縮度が大きくなると
中性子束強度が小さくなっている。すなわち、 232Ｕ生
成に寄与する中性子スペクトルにおいて、初期濃縮度が
大きくなるほど全中性子に対する熱中性子の割合が相対
的に減少することを示している。このことは、上記反応
式の入射粒子束Φが変化し、図４に示す232Ｕ生成パス
のうち、反応経路（３）、（４）の熱中性子捕獲反応に
よる割合が相対的に減少することを示す。しかしなが
ら、濃縮度の増加によって、反応経路（３）、（４）に
おける標的核種数Ｎは増加する。一方、（ｎ、２ｎ）反
応はエネルギーの高い高速中性子による反応（図５の斜
線部分）であるため、初期濃縮度の違いによるスペクト
ルの変化の影響はあまり受けず、反応経路（１）、
（２）による 232Ｕ生成量は初期濃縮度の違いにほとん
ど影響を受けない。
心での中性子スペクトルの変化を示す。図中、実線ｄ、
点線ｅ、一点鎖線ｆは、それぞれ１、３、５％の初期濃
縮度における中性子スペクトルである。この図から明ら
かなように、高エネルギー領域においては初期濃縮度に
よる変化はほとんどないが、低エネルギー側の熱中性子
エネルギー領域においては、初期濃縮度が大きくなると
中性子束強度が小さくなっている。すなわち、 232Ｕ生
成に寄与する中性子スペクトルにおいて、初期濃縮度が
大きくなるほど全中性子に対する熱中性子の割合が相対
的に減少することを示している。このことは、上記反応
式の入射粒子束Φが変化し、図４に示す232Ｕ生成パス
のうち、反応経路（３）、（４）の熱中性子捕獲反応に
よる割合が相対的に減少することを示す。しかしなが
ら、濃縮度の増加によって、反応経路（３）、（４）に
おける標的核種数Ｎは増加する。一方、（ｎ、２ｎ）反
応はエネルギーの高い高速中性子による反応（図５の斜
線部分）であるため、初期濃縮度の違いによるスペクト
ルの変化の影響はあまり受けず、反応経路（１）、
（２）による 232Ｕ生成量は初期濃縮度の違いにほとん
ど影響を受けない。
【００１７】図６は、同一燃焼度で反応断面積σと時間
ｔが同じ場合の、１、３、５％の初期濃縮度における
232Ｕ生成量の比を示したものである。図６に示すよう
に、初期濃縮度１％と５％の値の平均値（見掛けの濃縮
度は３％）は均一な３％の値に比べ２０％程度低い値を
とることが判る。
ｔが同じ場合の、１、３、５％の初期濃縮度における
232Ｕ生成量の比を示したものである。図６に示すよう
に、初期濃縮度１％と５％の値の平均値（見掛けの濃縮
度は３％）は均一な３％の値に比べ２０％程度低い値を
とることが判る。
【００１８】以上の説明からも明らかなように、燃料棒
中に２種類以上の濃縮度の異なるペレットを混合するこ
とにより、燃焼により生成する 232Ｕの量を同一濃縮度
のペレットにより構成される従来の燃料棒より低減する
ことができる。このため、使用済みウランの再利用が容
易となり、ウラン資源のより有効な利用を図ることがで
きる。
中に２種類以上の濃縮度の異なるペレットを混合するこ
とにより、燃焼により生成する 232Ｕの量を同一濃縮度
のペレットにより構成される従来の燃料棒より低減する
ことができる。このため、使用済みウランの再利用が容
易となり、ウラン資源のより有効な利用を図ることがで
きる。
【００１９】また、図７に示すように、 232Ｕから天然
壊変により生じる娘核種のうち、特に 232Ｔｌは２Ｍｅ
Ｖ程度の高エネルギーガンマ線を放出するため、 232Ｕ
の生成量を低減することにより、被ばくの原因となる娘
核種を減少させることができ、使用済みウランの再処理
後の加工等の取扱いを容易にすることができる。
壊変により生じる娘核種のうち、特に 232Ｔｌは２Ｍｅ
Ｖ程度の高エネルギーガンマ線を放出するため、 232Ｕ
の生成量を低減することにより、被ばくの原因となる娘
核種を減少させることができ、使用済みウランの再処理
後の加工等の取扱いを容易にすることができる。
【００２０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
燃焼によりウランから生成されるマイナーアクチノイド
およびウラン同位体組成を変化させるウラン同位体の生
成量を、同一濃縮度のペレットにより構成される従来の
燃料棒と比較して小さくすることができる。これによ
り、使用済みウランの再処理にあたって、マイナーアク
チノイドの分離による放射性廃棄物の発生量の低減を図
ることができるとともに、ウラン同位体組成の変化が抑
えられ再利用が容易となる。
燃焼によりウランから生成されるマイナーアクチノイド
およびウラン同位体組成を変化させるウラン同位体の生
成量を、同一濃縮度のペレットにより構成される従来の
燃料棒と比較して小さくすることができる。これによ
り、使用済みウランの再処理にあたって、マイナーアク
チノイドの分離による放射性廃棄物の発生量の低減を図
ることができるとともに、ウラン同位体組成の変化が抑
えられ再利用が容易となる。
【００２１】また、 232Ｕの生成量が減少することによ
り、同一出力で運転した時の使用済みのウランにおける
232Ｕの娘核種の量も減少するため、再処理して再利用
する場合に、ウランの加工等の取扱い時の被ばくを低減
することができ、加工等の取扱いが容易となる。
り、同一出力で運転した時の使用済みのウランにおける
232Ｕの娘核種の量も減少するため、再処理して再利用
する場合に、ウランの加工等の取扱い時の被ばくを低減
することができ、加工等の取扱いが容易となる。
【図１】本発明の一実施例の燃料棒の一部拡大断面を示
す図である。
す図である。
【図２】炉心において燃焼により生成する 232Ｕ量の変
化を示すグラフである。
化を示すグラフである。
【図３】初期濃縮度の違いによる 232Ｕ生成量の変化を
示すグラフである。
示すグラフである。
【図４】炉心における 232Ｕ生成パスを示す図である。
【図５】各初期濃縮度における炉心での中性子スペクト
ルを示すグラフである。
ルを示すグラフである。
【図６】燃焼度、反応断面積（σ）および時間（ｔ）の
条件が同じ場合の初期濃縮度による 232Ｕ生成量比の変
化を示す図である。
条件が同じ場合の初期濃縮度による 232Ｕ生成量比の変
化を示す図である。
【図７】232Ｕの天然壊変系列を示す図である。
１………燃料棒 ２………被覆管 ３………濃縮度１％の燃料ペレット ４………濃縮度５％の燃料ペレット
Claims (1)
- 【請求項１】 ウラン２３５の濃縮度の異なる燃料ペレ
ットが２種類以上装填されていることを特徴とする燃料
棒。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4168868A JPH0611585A (ja) | 1992-06-26 | 1992-06-26 | 燃料棒 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4168868A JPH0611585A (ja) | 1992-06-26 | 1992-06-26 | 燃料棒 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0611585A true JPH0611585A (ja) | 1994-01-21 |
Family
ID=15876057
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4168868A Withdrawn JPH0611585A (ja) | 1992-06-26 | 1992-06-26 | 燃料棒 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0611585A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8842802B2 (en) * | 2006-10-16 | 2014-09-23 | Global Nuclear Fuel-Americas, Llc. | Fuel rods for nuclear reactor fuel assemblies and methods of manufacturing thereof |
| CN113643838A (zh) * | 2021-07-27 | 2021-11-12 | 西南科技大学 | 一种具有展平堆芯轴向功率功能的非均匀ma嬗变棒 |
| US12159728B2 (en) | 2016-09-26 | 2024-12-03 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Light water reactor fuel assembly, light water reactor core and MOX fuel assembly production method |
-
1992
- 1992-06-26 JP JP4168868A patent/JPH0611585A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8842802B2 (en) * | 2006-10-16 | 2014-09-23 | Global Nuclear Fuel-Americas, Llc. | Fuel rods for nuclear reactor fuel assemblies and methods of manufacturing thereof |
| US12159728B2 (en) | 2016-09-26 | 2024-12-03 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Light water reactor fuel assembly, light water reactor core and MOX fuel assembly production method |
| CN113643838A (zh) * | 2021-07-27 | 2021-11-12 | 西南科技大学 | 一种具有展平堆芯轴向功率功能的非均匀ma嬗变棒 |
| CN113643838B (zh) * | 2021-07-27 | 2023-08-11 | 西南科技大学 | 一种具有展平堆芯轴向功率功能的非均匀ma嬗变棒 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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