JPH0712973A - 燃料集合体及び原子炉炉心 - Google Patents
燃料集合体及び原子炉炉心Info
- Publication number
- JPH0712973A JPH0712973A JP5143287A JP14328793A JPH0712973A JP H0712973 A JPH0712973 A JP H0712973A JP 5143287 A JP5143287 A JP 5143287A JP 14328793 A JP14328793 A JP 14328793A JP H0712973 A JPH0712973 A JP H0712973A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- burnable poison
- fuel
- burnable
- rod
- poison
- 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
Links
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
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】管内水位が可変な水ロッドを備えた燃料集合体
において、可燃性毒物入り燃料棒２の可燃性毒物として
中性子吸収断面積の異なる複数の可燃性毒物元素を用
い、可燃性毒物入り燃料棒の上半部の領域に、中性子吸
収断面積が相対的に小さいボロン等の可燃性毒物元素を
下半部の領域よりも多く配置し、下半部の領域に、中性
子吸収断面積が相対的に大きいガドリニウム等の可燃性
毒物元素を上半部の領域よりも多く配置する。 【効果】燃料棒上下方向の出力分布と運転サイクル末期
の水平方向の出力分布が平坦化できる。
において、可燃性毒物入り燃料棒２の可燃性毒物として
中性子吸収断面積の異なる複数の可燃性毒物元素を用
い、可燃性毒物入り燃料棒の上半部の領域に、中性子吸
収断面積が相対的に小さいボロン等の可燃性毒物元素を
下半部の領域よりも多く配置し、下半部の領域に、中性
子吸収断面積が相対的に大きいガドリニウム等の可燃性
毒物元素を上半部の領域よりも多く配置する。 【効果】燃料棒上下方向の出力分布と運転サイクル末期
の水平方向の出力分布が平坦化できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、沸騰水型原子炉の燃料
集合体及び、この燃料集合体を装荷した炉心に関する。
集合体及び、この燃料集合体を装荷した炉心に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の沸騰水型原子炉用燃料集合体は、
特開昭54−121389号公報に記載されているように、中性
子の減速を促進させるために冷却水のみが流れる管（以
下、水ロッドと称する）を持つ燃料集合体を炉心内に装
荷している。水ロッドの採用により、燃料集合体中での
熱中性子束の分布が平坦化でき、ウラン原子に対する水
素原子の数を増大できるため、炉心に装荷された核燃料
を有効に活用できる。
特開昭54−121389号公報に記載されているように、中性
子の減速を促進させるために冷却水のみが流れる管（以
下、水ロッドと称する）を持つ燃料集合体を炉心内に装
荷している。水ロッドの採用により、燃料集合体中での
熱中性子束の分布が平坦化でき、ウラン原子に対する水
素原子の数を増大できるため、炉心に装荷された核燃料
を有効に活用できる。
【０００３】しかし、さらに核燃料物質の有効利用を図
るためには、核燃料物質の燃焼にともなって炉心内の水
素原子数を変え、中性子エネルギを調節する方法が有効
である。
るためには、核燃料物質の燃焼にともなって炉心内の水
素原子数を変え、中性子エネルギを調節する方法が有効
である。
【０００４】特開昭57−125390号及び特開昭57−125391
号公報は、低速中性子吸収水押棒及びこの水押棒よりも
反応度価値の大きいステンレンス鋼で構成される中速中
性子吸収棒を設け、これらの水押棒の炉心への挿入量を
制御して炉心内の冷却水量を調整することを述べてお
り、特開昭61−38589 号公報は、水ロッド内にウラン２
３５の濃度の低い燃料棒を設置し、この燃料棒のウラン
２３５の消失前後における水ロッド内のボイド量の変化
を利用することを述べている。また、特開昭63−73187
号公報は、炉心冷却水流量を調節することによって、可
動部なしで管内の減速材液面高さを変化させることので
きる水ロッド（以下、スペクトルシフト型水ロッドと称
する）を提案している。スペクトルシフト型水ロッド
は、炉心冷却材流量を制御することで水ロッド管内の液
面高さが変化する。すなわち、管内液面高さは炉心冷却
材流量を増大させると上昇し、減少させると下降する。
一方、冷却材である水は、中性子減速効果を持つので、
水ロッド管内の液面の上昇は、原子炉炉心の反応度を増
大させる。従って、炉心冷却材流量を増大させて水ロッ
ド管内の液面を上昇させることにより、核分裂性物質の
燃焼によって起きた反応度の損失を補償することができ
る。このため、出力運転中の原子炉炉心の反応度を制御
するために、炉心に挿入して反応度を制御する制御棒を
挿入する必要がなくなる。すなわち、制御棒挿入のない
炉心流量制御のみによる運転が可能となる。また、運転
サイクル前半には、原子炉の余分な反応度を抑えて、適
切なレベルに反応度を維持するため、炉心流量を少なく
して水ロッド管内の液面を低い位置に保つことになる。
したがって、燃料の上部領域では水ロッド管内のボイド
率が１００％となるので、中性子の減速は十分でなく、
ウラン２３８のプルトニウムへの転換が促進される。こ
のように、運転サイクル前半には、燃料上部領域でプル
トニウムの蓄積を図り、また後半に炉心流量の増大によ
り水ロッド管内の液面を上昇させて中性子減速効果を高
めて、プルトニウムを燃焼させることができ、核燃料物
質の有効利用が図ることができる。
号公報は、低速中性子吸収水押棒及びこの水押棒よりも
反応度価値の大きいステンレンス鋼で構成される中速中
性子吸収棒を設け、これらの水押棒の炉心への挿入量を
制御して炉心内の冷却水量を調整することを述べてお
り、特開昭61−38589 号公報は、水ロッド内にウラン２
３５の濃度の低い燃料棒を設置し、この燃料棒のウラン
２３５の消失前後における水ロッド内のボイド量の変化
を利用することを述べている。また、特開昭63−73187
号公報は、炉心冷却水流量を調節することによって、可
動部なしで管内の減速材液面高さを変化させることので
きる水ロッド（以下、スペクトルシフト型水ロッドと称
する）を提案している。スペクトルシフト型水ロッド
は、炉心冷却材流量を制御することで水ロッド管内の液
面高さが変化する。すなわち、管内液面高さは炉心冷却
材流量を増大させると上昇し、減少させると下降する。
一方、冷却材である水は、中性子減速効果を持つので、
水ロッド管内の液面の上昇は、原子炉炉心の反応度を増
大させる。従って、炉心冷却材流量を増大させて水ロッ
ド管内の液面を上昇させることにより、核分裂性物質の
燃焼によって起きた反応度の損失を補償することができ
る。このため、出力運転中の原子炉炉心の反応度を制御
するために、炉心に挿入して反応度を制御する制御棒を
挿入する必要がなくなる。すなわち、制御棒挿入のない
炉心流量制御のみによる運転が可能となる。また、運転
サイクル前半には、原子炉の余分な反応度を抑えて、適
切なレベルに反応度を維持するため、炉心流量を少なく
して水ロッド管内の液面を低い位置に保つことになる。
したがって、燃料の上部領域では水ロッド管内のボイド
率が１００％となるので、中性子の減速は十分でなく、
ウラン２３８のプルトニウムへの転換が促進される。こ
のように、運転サイクル前半には、燃料上部領域でプル
トニウムの蓄積を図り、また後半に炉心流量の増大によ
り水ロッド管内の液面を上昇させて中性子減速効果を高
めて、プルトニウムを燃焼させることができ、核燃料物
質の有効利用が図ることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の水ロッドでは、
水ロッド内の水による中性子の減速効果が大きいため、
水ロッド周辺の燃料の反応度が高くなり、そこでの出力
がその他の場所に比べ相対的に高くなる。それを抑える
には、水ロッドの周辺に可燃性毒物を配置し、そこでの
中性子吸収を増加させることが適当である。この可燃性
毒物には、主にガドリニア（ガドリニウムの酸化物）が
用いられている。ガドリニウムは、熱中性子に対する吸
収断面積が著しく大きいため、少ない混入量で余剰反応
度を制御できる点に特徴がある。
水ロッド内の水による中性子の減速効果が大きいため、
水ロッド周辺の燃料の反応度が高くなり、そこでの出力
がその他の場所に比べ相対的に高くなる。それを抑える
には、水ロッドの周辺に可燃性毒物を配置し、そこでの
中性子吸収を増加させることが適当である。この可燃性
毒物には、主にガドリニア（ガドリニウムの酸化物）が
用いられている。ガドリニウムは、熱中性子に対する吸
収断面積が著しく大きいため、少ない混入量で余剰反応
度を制御できる点に特徴がある。
【０００６】スペクトルシフト型水ロッドでは、従来の
水ロッドと構造が異なることから、いくつかの課題を生
じる。すなわち、まず第一に、冷却材中に気泡が発生す
る沸騰水型原子炉は、炉心軸方向上部と下部の気泡量の
違いで水密度が異なるが、下部が液層，上部が気層で構
成されているスペクトルシフト型ロッドを採用した場合
には、さらにその差が大きくなる。
水ロッドと構造が異なることから、いくつかの課題を生
じる。すなわち、まず第一に、冷却材中に気泡が発生す
る沸騰水型原子炉は、炉心軸方向上部と下部の気泡量の
違いで水密度が異なるが、下部が液層，上部が気層で構
成されているスペクトルシフト型ロッドを採用した場合
には、さらにその差が大きくなる。
【０００７】第二に、水ロッド内の液面の高さが、サイ
クル初期からサイクル末期にかけて上昇するという液面
高さの変化があげられる。ガドリニアの様な吸収が大き
い可燃性毒物は、時間にともなう燃焼率も大きく、運転
サイクル末期では、ほぼ燃焼しつくされている。燃焼末
期には、液面はスペクトルシフト型ロッドの上端にまで
達するため、蒸気率が高い炉心上部の中で水ロッドの周
辺のみ中性子エネルギスペクトルが軟らかくなり、可燃
性毒物が燃焼しつくされている状況では、炉心上部の他
の場所に比べ水ロッド周辺の出力が局所的に高くなる
（第二の課題）。本発明の目的は、スペクトルシフト型
水ロッドを使用した際に生じる上記の課題一及び二を解
決することにある。
クル初期からサイクル末期にかけて上昇するという液面
高さの変化があげられる。ガドリニアの様な吸収が大き
い可燃性毒物は、時間にともなう燃焼率も大きく、運転
サイクル末期では、ほぼ燃焼しつくされている。燃焼末
期には、液面はスペクトルシフト型ロッドの上端にまで
達するため、蒸気率が高い炉心上部の中で水ロッドの周
辺のみ中性子エネルギスペクトルが軟らかくなり、可燃
性毒物が燃焼しつくされている状況では、炉心上部の他
の場所に比べ水ロッド周辺の出力が局所的に高くなる
（第二の課題）。本発明の目的は、スペクトルシフト型
水ロッドを使用した際に生じる上記の課題一及び二を解
決することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の燃料集合体は、
可燃性毒物入り燃料棒の可燃性毒物として中性子吸収断
面積の異なる複数の可燃性毒物元素を用い、可燃性毒物
入り燃料棒の上半部の領域に、中性子吸収断面積が相対
的に小さいボロン等の可燃性毒物元素を下半部の領域よ
りも多く配置し、下半部の領域に、中性子吸収断面積が
相対的に大きいガドリニウム等の可燃性毒物元素を上半
部の領域よりも多く配置して構成する。さらに、スペク
トルシフト型水ロッドに隣接した位置に配置する可燃性
毒物入り燃料棒では、前記可燃性毒物入り燃料棒本数を
一種類の可燃性毒物元素からなる可燃性毒物入り燃料棒
本数よりも多くなるように構成する。
可燃性毒物入り燃料棒の可燃性毒物として中性子吸収断
面積の異なる複数の可燃性毒物元素を用い、可燃性毒物
入り燃料棒の上半部の領域に、中性子吸収断面積が相対
的に小さいボロン等の可燃性毒物元素を下半部の領域よ
りも多く配置し、下半部の領域に、中性子吸収断面積が
相対的に大きいガドリニウム等の可燃性毒物元素を上半
部の領域よりも多く配置して構成する。さらに、スペク
トルシフト型水ロッドに隣接した位置に配置する可燃性
毒物入り燃料棒では、前記可燃性毒物入り燃料棒本数を
一種類の可燃性毒物元素からなる可燃性毒物入り燃料棒
本数よりも多くなるように構成する。
【０００９】本発明の原子炉の炉心は、燃料集合体を少
なくとも一種類装荷して構成する。
なくとも一種類装荷して構成する。
【００１０】
【作用】本発明における集合体では、熱中性子吸収断面
積の大きいガドリニアなどを可燃性毒物入り燃料棒の下
部に配置し、ガドリニウム−１５７に比べ、熱中性子吸
収断面積が１／１００程度のボロン−１０などを可燃性
毒物入り燃料棒の上部に配置することで、軸方向下部の
熱中性子の吸収量を増やし、そこでの出力分布の増大を
抑制することができる（第一の課題の解決）。
積の大きいガドリニアなどを可燃性毒物入り燃料棒の下
部に配置し、ガドリニウム−１５７に比べ、熱中性子吸
収断面積が１／１００程度のボロン−１０などを可燃性
毒物入り燃料棒の上部に配置することで、軸方向下部の
熱中性子の吸収量を増やし、そこでの出力分布の増大を
抑制することができる（第一の課題の解決）。
【００１１】また、ボロンなど吸収断面積が比較的小さ
い可燃性毒物元素は、燃焼率も小さいため、運転サイク
ル末期まで残存する。燃焼末期に高くなる傾向にある軸
方向上部のスペクトルシフト型水ロッド付近の出力ピー
キングは、この残存する可燃性毒物元素の熱中性子吸収
効果により抑制することができる(第二の課題の解決)。
い可燃性毒物元素は、燃焼率も小さいため、運転サイク
ル末期まで残存する。燃焼末期に高くなる傾向にある軸
方向上部のスペクトルシフト型水ロッド付近の出力ピー
キングは、この残存する可燃性毒物元素の熱中性子吸収
効果により抑制することができる(第二の課題の解決)。
【００１２】
【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。
【００１３】図１に本発明の第一の実施例を示す。図
中、（ａ）は燃料集合体の径方向断面の図で、（ｂ）は
（ａ）中の燃料棒の軸方向の構成である。１は核燃料物
質を充填した燃料棒、２は可燃性毒物を添加した可燃性
毒物入り燃料棒、３は冷却材流量により管内の液面高さ
を変えることのできるスペクトルシフト型水ロッドであ
る。可燃性毒物入り燃料棒の本数は１８本で、そのうち
水ロッドに隣接しているものは８本である。水ロッドに
隣接した可燃性毒物入り燃料棒の上部は可燃性毒物とし
て天然ボロンを含有し、下部にはガドリニアを含有して
いる。中性子エネルギスペクトルが軟らかく、熱中性子
束の大きい軸方向下部に大きな中性子吸収断面積を持つ
ガドリニアを配置したことにより、軸方向の出力分布を
平坦化している。また、運転サイクル末期にも、ボロン
は燃え残っているため、水ロッドの上端にまで達した水
の中性子減速効果により増加する熱中性子束を吸収で
き、出力を平坦化できる。
中、（ａ）は燃料集合体の径方向断面の図で、（ｂ）は
（ａ）中の燃料棒の軸方向の構成である。１は核燃料物
質を充填した燃料棒、２は可燃性毒物を添加した可燃性
毒物入り燃料棒、３は冷却材流量により管内の液面高さ
を変えることのできるスペクトルシフト型水ロッドであ
る。可燃性毒物入り燃料棒の本数は１８本で、そのうち
水ロッドに隣接しているものは８本である。水ロッドに
隣接した可燃性毒物入り燃料棒の上部は可燃性毒物とし
て天然ボロンを含有し、下部にはガドリニアを含有して
いる。中性子エネルギスペクトルが軟らかく、熱中性子
束の大きい軸方向下部に大きな中性子吸収断面積を持つ
ガドリニアを配置したことにより、軸方向の出力分布を
平坦化している。また、運転サイクル末期にも、ボロン
は燃え残っているため、水ロッドの上端にまで達した水
の中性子減速効果により増加する熱中性子束を吸収で
き、出力を平坦化できる。
【００１４】
【発明の効果】本発明によれば、燃料集合体上下方向の
出力分布と、運転サイクル末期での水平方向出力分布を
平坦化できる。
出力分布と、運転サイクル末期での水平方向出力分布を
平坦化できる。
【図１】本発明の一実施例の燃料集合体の説明図。
１…燃料棒、２…可燃性毒物入り燃料棒、３…水ロッ
ド。
ド。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石橋 洋子 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所エネルギー研究所内
Claims (3)
- 【請求項１】核燃料を充填した複数の燃料棒及び、可燃
性毒物を添加した複数の可燃性毒物入り燃料棒及び、集
合体に流入する冷却材流量により管内の液面高さを変え
ることのできる水ロッドから構成される燃料集合体にお
いて、前記可燃性毒物入り燃料棒の前記可燃性毒物は第
一の可燃性毒物元素と熱中性子に対する吸収断面積が前
記第一の可燃性毒物より小さい第二の可燃性毒物元素よ
りなり、軸方向の上半部の領域における前記第一の可燃
性毒物の平均濃度が下半部における前記第一の可燃性毒
物の平均濃度以下であり、軸方向の上半部の領域におけ
る前記第二の可燃性毒物の平均濃度が下半部における前
記第二の可燃性毒物の平均濃度以上であることを特徴と
する燃料集合体。 - 【請求項２】請求項１において、前記水ロッドに隣接す
る前記可燃性毒物入り燃料棒のうち、前記第二の可燃性
毒物元素を含む可燃性毒物入り燃料棒の本数が前記第二
の可燃性毒物元素を含まない可燃性毒物入り燃料棒の本
数よりも多い燃料集合体。 - 【請求項３】請求項１または２において、前記燃料集合
体を少なくとも一体装荷した原子炉炉心。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5143287A JPH0712973A (ja) | 1993-06-15 | 1993-06-15 | 燃料集合体及び原子炉炉心 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5143287A JPH0712973A (ja) | 1993-06-15 | 1993-06-15 | 燃料集合体及び原子炉炉心 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0712973A true JPH0712973A (ja) | 1995-01-17 |
Family
ID=15335226
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5143287A Pending JPH0712973A (ja) | 1993-06-15 | 1993-06-15 | 燃料集合体及び原子炉炉心 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0712973A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015184130A (ja) * | 2014-03-24 | 2015-10-22 | 株式会社東芝 | 燃料集合体及び原子炉 |
-
1993
- 1993-06-15 JP JP5143287A patent/JPH0712973A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015184130A (ja) * | 2014-03-24 | 2015-10-22 | 株式会社東芝 | 燃料集合体及び原子炉 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5112570A (en) | Two-phase pressure drop reduction bwr assembly design | |
| JP2511581B2 (ja) | 沸騰水型原子炉炉心及び沸騰水型原子炉 | |
| US5017332A (en) | Two-phase pressure drop reduction BWR assembly design | |
| JP2663737B2 (ja) | 燃料集合体 | |
| JP3160341B2 (ja) | 燃料集合体 | |
| JPH0915361A (ja) | 初装荷炉心 | |
| JPH03179293A (ja) | 燃料集合体 | |
| JP2931573B2 (ja) | 燃料集合体 | |
| JP3958545B2 (ja) | 燃料集合体 | |
| JPS6039195B2 (ja) | 燃料集合体 | |
| JPH06214072A (ja) | 燃料集合体及び原子炉炉心 | |
| JP2563492B2 (ja) | 燃料集合体 | |
| JP2625404B2 (ja) | 燃料集合体 | |
| JPH06102385A (ja) | 燃料集合体および原子炉炉心 | |
| JP3237922B2 (ja) | 燃料集合体および沸騰水型原子炉用炉心 | |
| JPS61147183A (ja) | 燃料集合体 | |
| JP2550125B2 (ja) | 燃料集合体 | |
| JP3435874B2 (ja) | 燃料集合体及び原子炉炉心 | |
| JPS60177293A (ja) | 原子炉 | |
| JPH07107555B2 (ja) | 沸騰水型原子炉用制御棒とそれを用いた沸騰水型原子炉の運転方法 | |
| JP3347137B2 (ja) | 燃料集合体群および沸騰水型原子炉用炉心 | |
| JPH02249995A (ja) | 燃料集合体 | |
| JPH04122888A (ja) | 燃料集合体 | |
| JPS6193984A (ja) | 燃料集合体 | |
| JPS6258193A (ja) | 原子炉用運転制御棒 |