JPH07218672A - 可燃性毒物集合体 - Google Patents

可燃性毒物集合体

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JPH07218672A
JPH07218672A JP6028932A JP2893294A JPH07218672A JP H07218672 A JPH07218672 A JP H07218672A JP 6028932 A JP6028932 A JP 6028932A JP 2893294 A JP2893294 A JP 2893294A JP H07218672 A JPH07218672 A JP H07218672A
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JP
Japan
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control rod
rod guide
guide tube
cross
bpr
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Withdrawn
Application number
JP6028932A
Other languages
English (en)
Inventor
Kenichi Kitagawa
健一 北川
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Nuclear Fuel Industries Ltd
Original Assignee
Nuclear Fuel Industries Ltd
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Publication date
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 制御棒案内管に挿入するBPRを細径化する
ことにより、制御棒案内管内の冷却材流量を増大せしめ
て、上記案内管内の昇温を低減する。 【構成】 BPR1、あるいはシンブルプラグ2も加え
て、これらの軸直交断面積が制御棒案内管内部の軸直交
断面積の約60%以下となるよう細径化して形成すると
共に、この細径化に伴う中性子吸収効果の減少を、上記
BPR1が含有する中性子吸収元素量の増加により補償
せしめたことを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、PWR燃料集合体の制
御棒案内管内に一定期間挿入され、主に新燃料の過剰な
反応度を中性子を吸収することにより抑制する可燃性毒
物集合体(以下BPRAという)に関するものである。
【0002】
【従来の技術】原子炉に装荷された燃料集合体は、所定
のエネルギーを発生した後に取り出されて新燃料と交換
される。この新燃料の装荷される割合は、通常、全装荷
体数の1/4〜1/3程度であるが、新燃料は、継続し
て使用される燃料と比較して反応度が高いために、炉内
の燃料配置を決める際には新燃料の出力を下げ、出力の
平坦化を図る必要がある。この一方策として、新燃料と
可燃性毒物とを組み合わせて装荷する方法がある。
【0003】可燃性毒物は、中性子に対して非常に大き
い吸収断面積を有し、また吸収反応後は比較的中性子に
対して吸収断面積の小さい物質に変化する元素であり、
主に新燃料と組み合わせて初期反応度を抑制する目的で
使用される。
【0004】可燃性毒物を燃料集合体と組み合わせる手
段としては、可燃性毒物を管状の被覆管内に密閉して可
燃性毒物棒(以下BPRという)を形成すると共に、こ
のBPR複数本をクラスタ状に束ねて燃料集合体の上部
から挿入する方法(BPRA)と、燃料棒内に装填され
る核分裂性物質の酸化物である燃料ペレット内にあらか
じめ混入させる方法(ガドリニア入り燃料)とが、現在
商用炉で実用化されている。
【0005】一般に上記BPR内には、ほう素等の中性
子吸収断面積の大きい元素が、ガラス状またはアルミナ
との混合焼結体として封入されている。これら焼結体等
の中性子吸収物質の濃度は、燃料集合体の出力平坦化の
観点や炉心全体の核特性の観点、あるいは求められる初
期反応度抑制効果等から最適化される。
【0006】一方、図3は、17×17型PWR用燃料
集合体と組み合わせて使用されるBPRAの外観を示し
たものであり、このBPRAは、複数本の長尺のBPR
1′と制御棒案内管内流量調整用の短尺のシンブルプラ
グ2′とを上部で束ねたクラスタ型構造を有している。
上記BPRA8は、図4に示す如き燃料集合体Nの内部
に、上方から該燃料集合体の制御棒案内管内を通るよう
にして挿入される。なお、図5および図6は、BPRA
8が燃料集合体N内に挿入された状態を、上方および横
方向から見た図である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図7は、上
記制御棒案内管に上記BPRを挿入した際の水平断面図
であるが、中性子吸収物質B′が充填されたBPR被覆
管1a′と制御棒案内管Sとの間には一定の間隙9′が
形成され、BPRAの挿入時には、この間隙9′内を冷
却水が流れることになる。
【0008】即ち、上記制御棒案内管内には、通常ある
割合の冷却材が、燃料集合体下部から上方に向けて流れ
ているが、上記BPRAの挿入により制御棒案内管内の
圧力損失が増大し、その流量は減少する。また、BPR
Aを構成するBPRは、燃料内で中性子やγ線が照射さ
れることによりそれ自体が発熱するため、上述の流量減
少の作用と相まって、制御棒案内管内の冷却材の昇温、
ひいては制御棒案内管の加熱が引き起こされ、さらにこ
の制御棒案内管の加熱によって、管内面の酸化腐食が促
進される。この酸化腐食が過度に進行すると制御棒案内
管の健全性が損なわれ、燃料集合体の機械的強度が失わ
れることにつながる可能性がある。
【0009】本発明は叙上の如き実状に対処し、上記B
PRを細径化することにより、制御棒案内管内の冷却材
流量を増大せしめて、上記案内管内の昇温を低減するこ
とを目的とするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】即ち、上記目的に適合す
る本発明のBPRAの特徴は、前記シンブルプラグと共
に集束された上記BPRの外径を、その軸直交断面積が
上記制御棒案内管内部の軸直交断面積の約60%以下と
なるよう細径化して形成すると共に、この細径化に伴う
中性子吸収効果の減少を、上記BPRが含有する中性子
吸収元素量の増加により補償せしめたところにある。ま
た、上記本発明のBPRAにおいて、上記シンブルプラ
グの外径を、上記可燃性毒物棒と同程度に細径化するこ
とも、圧力損失のバランスを保つ上で好適である。
【0011】
【作用】上記本発明のBPRAにおいては、BPRAの
反応抑制効果を保持したまま制御棒案内管内の昇温を低
減させることができ、これにより制御棒案内管内面の酸
化腐食を抑制せしめて、燃料集合体の機械的健全性を確
保することができる。
【0012】
【実施例】以下、更に添付図面を参照して、本発明の実
施例を説明する。
【0013】図1は本発明実施例のBPRAの全体図、
図2は同実施例のBPRを制御棒案内管に挿入した際の
水平断面図である。
【0014】上記実施例のBPRAは、図1に示すよう
に、中性子吸収物質Bが装填された複数のBPR1に一
部シンブルプラグ2を混入して、これらを上部構造体3
の端板4にナットにより固定し、また、上記上部構造体
3は、図1に示すように、上記端板4上に立設したスリ
ーブ5にホールドダウンスプリング6を嵌挿すると共
に、上記スリーブ5の上部にホールドダウンバー7を外
嵌し、上記ホールドダウンスプリング6にてこのホール
ドダウンバー7を弾支した基本的構成を有している。上
記中性子吸収物質Bは、ほう素等の中性子吸収断面積の
大きい既知の元素が、ガラス状またはアルミナとの混合
焼結体として形成されたものが一般的であり、図2に示
す如く上記BPRA1の被覆管1aに密封される。
【0015】一方、本発明では、制御棒案内管S内の冷
却材の充分な流量を確保するために、図2に示す上記B
PR1の軸直交断面の面積が、このBPR1を挿入する
燃料集合体の制御棒案内管S内部の中空部分の軸直交断
面積の約60%以下となるように上記全部のBPR1を
均一に細径化している。このように、上記BPRの軸直
交断面積を従来の70%から例えば60%前後に減じる
ことにより、約20%の制御棒案内管内の流量増が見込
まれ、温度上昇抑制が可能となる。そして、これらBP
R1の細径化に伴う中性子吸収効果の減少を、上記BP
R1の前記中性子吸収物質Bが含有する、前記ほう素等
の中性子吸収元素の量を増大させることによって、従来
通りの中性子吸収効果と同等に補償している。なお、図
中9はBPR被覆管1aと制御棒案内管Sとの間隙を示
している。
【0016】上記BPR1の中性子吸収作用は、上記中
性子吸収物質Bの表面積に比例することから、上記BP
Rの細径化と中性子吸収作用の補償とのバランスをとる
ためには、前記中性子吸収元素の増加量は、細径化によ
り減少する上記中性子吸収物質Bの表面積の比だけ高め
るようにすればよい。
【0017】即ち、Coを細径化前の中性子吸収元素の
濃度、Cを細径化後の同元素の濃度、Doを細径化前の
中性子吸収物質Bの外径、Dを細径化後の同物質Bの外
径とすると、上記した関係は、C=Co・Do/Dで評
される。
【0018】他方、上記BPR1の細径化により、BP
R1の挿入される制御棒案内管S内の圧力損失は低減さ
れるが、これに対してシンブルプラグ2が従来通りの外
径である場合は、このシンブルプラグ2が挿入されてい
る制御棒案内管S内の冷却材流量が、上記他の制御棒案
内管の圧力損失の低減によってさらに低下し、管S内の
冷却材温度が通常より上昇することになる。
【0019】この結果、シンブルプラグ2の挿入されて
いる制御棒案内管S内の水密度が下がり、中性子の減速
の程度が低下することにより、燃料集合体内の反応度バ
ランスが崩れるが、この事態を避けるために、上記シン
ブルプラグ2の外径もBPR1による圧力損失と同程度
になるように変更する。即ち、上記シンブルプラグ2の
外径も、図1に示す如く、細径化したBPR1の外径と
同程度に細径化することが望ましい。
【0020】なお、本措置により全体として、制御棒案
内管S内の冷却材流量が、BPR1およびシンブルプラ
グ2の細径化前と比べて増加し、その反面、相対的に燃
料棒セルを流れる冷却材の流量は減少するが、その程度
は充分小さく抑えることが可能であり、燃料の核的な特
性を変えない範囲で本発明の適用が可能である。
【0021】しかして、上記本発明実施例のBPRAに
おいては、BPR1及びシンブルプラグ2が挿入された
制御棒案内管S内の夫々の冷却材流量をバランスよく増
大させる一方、BPRAの反応度抑制効果を保持したま
ま上記制御棒案内管S内面の抑制せしめて、燃料集合体
の機械的健全性を確保することが可能である。
【0022】以上、本発明の一実施例を説明したが、上
記BPRAのクラスタ形状、あるいはBPRやシンブル
プラグの本数は、使用する燃料集合体の大きさやその他
の理由等により適宜変更が可能である。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のBPRA
は、BPR、あるいはシンブルプラグも加えて、これら
の軸直交断面積が制御棒案内管内部の軸直交断面積の約
60%以下となるよう細径化して形成すると共に、この
細径化に伴う中性子吸収効果の減少を、上記BPRが含
有する中性子吸収元素量の増加により補償せしめたもの
であり、BPRAの反応度抑制効果を保持したまま上記
制御棒案内管内の冷却材流量を増大せしめて、制御棒案
内管内の昇温を低減させることができ、これにより制御
棒案内管内面の酸化腐食を抑制せしめて燃料集合体の機
械的健全性を確保するとの顕著な効果を奏するものであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明実施例のBPRAを示す全体図で
ある。
【図2】同実施例のBPRを制御棒案内管に挿入した状
態を示す水平断面積である。
【図3】従来のBPRAを示す全体図である。
【図4】17×17型PWR燃料集合体の概要図であ
る。
【図5】BPRAが燃料集合体に挿入された状態を示す
平面図である。
【図6】同、部分側面図である。
【図7】制御案内管に従来のBPRを挿入した状態を示
す水平断面図である。
【符号の説明】
1 BPR 1a BPR被覆管 2 シンブルプラグ 3 上部構造体 4 端板 5 スリーブ 6 ホールドダウンスプリング 7 ホールドダウンバー B 中性子吸収物質 S 制御棒案内管

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の可燃性毒物棒とシンブルプラグと
    を燃料集合体の制御棒案内管の配置に合わせて集束して
    なる可燃性毒物集合体において、上記可燃性毒物棒の外
    径を、その軸直交断面積が上記制御棒案内管内部の軸直
    交断面積の約60%以下となるよう細径化して形成する
    と共に、この細径化に伴う中性子吸収効果の減少を、上
    記可燃性毒物棒が含有する中性子吸収元素量の増加によ
    り補償せしめたことを特徴とする可燃性毒物集合体。
  2. 【請求項2】 上記シンブルプラグの外径を、上記可燃
    性毒物棒と同程度に細径化した請求項1記載の可燃性毒
    物集合体。
JP6028932A 1994-01-31 1994-01-31 可燃性毒物集合体 Withdrawn JPH07218672A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101606205B (zh) 2006-12-18 2012-10-31 阿海珐核能公司 具有蜘蛛形支架的固定式组件,相应压水核反应堆堆芯及包括核燃料组件和这种固定式组件的组合体
CN104900288A (zh) * 2015-04-08 2015-09-09 中科华核电技术研究院有限公司 用于压水堆制备放射源的新型阻流塞组件及放射性棒

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