JPH0854484A - 原子炉の燃料集合体 - Google Patents
原子炉の燃料集合体Info
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- JPH0854484A JPH0854484A JP6188134A JP18813494A JPH0854484A JP H0854484 A JPH0854484 A JP H0854484A JP 6188134 A JP6188134 A JP 6188134A JP 18813494 A JP18813494 A JP 18813494A JP H0854484 A JPH0854484 A JP H0854484A
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- 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
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- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 Ｐｕを含有する燃料集合体の初期余剰反応度
を効果的に抑制する。 【構成】 核燃料物質を含有する燃料棒２を多数束ねて
形成される燃料集合体において、核燃料物質としてプル
トニウムを含有する燃料棒を配置するとともに、プルト
ニウムの核分裂共鳴ピークと重なるような共鳴吸収ピー
クを持つ可燃性中性子毒、たとえばＥｕ、Ｓｍ、または
Ｃｄを核燃料物質とともに含有する燃料棒を配置する。
を効果的に抑制する。 【構成】 核燃料物質を含有する燃料棒２を多数束ねて
形成される燃料集合体において、核燃料物質としてプル
トニウムを含有する燃料棒を配置するとともに、プルト
ニウムの核分裂共鳴ピークと重なるような共鳴吸収ピー
クを持つ可燃性中性子毒、たとえばＥｕ、Ｓｍ、または
Ｃｄを核燃料物質とともに含有する燃料棒を配置する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、原子炉炉心に装荷する
プルトニウム（Ｐｕ）を含む燃料集合体に関する。
プルトニウム（Ｐｕ）を含む燃料集合体に関する。
【０００２】
【従来の技術】エネルギー資源を有効に利用することは
資源に乏しい日本にとって非常に重要なことであるが、
これは原子力エネルギーについてもあてはまることであ
る。この観点から、現在稼動中の軽水炉において燃料の
燃焼とともに生成されるＰｕを使用済燃料より取り出
し、再びこれを燃料として使用することが非常に望まれ
ている。
資源に乏しい日本にとって非常に重要なことであるが、
これは原子力エネルギーについてもあてはまることであ
る。この観点から、現在稼動中の軽水炉において燃料の
燃焼とともに生成されるＰｕを使用済燃料より取り出
し、再びこれを燃料として使用することが非常に望まれ
ている。
【０００３】このようなＰｕを燃料として装荷すべき原
子炉の形態としては、高速増殖炉が最も好ましい。しか
しながら、高速増殖炉の開発が遅れている現時点におい
ては、Ｐｕを現在稼動中の軽水炉用燃料として適用する
プルサーマル方式がより現実的である。ただし、ウラン
燃料を使用するよう設計された現在稼働中の軽水炉にプ
ルトニウム燃料を使用する場合には、ウラン（Ｕ）とＰ
ｕは核特性に違いがあるため、注意が必要である。
子炉の形態としては、高速増殖炉が最も好ましい。しか
しながら、高速増殖炉の開発が遅れている現時点におい
ては、Ｐｕを現在稼動中の軽水炉用燃料として適用する
プルサーマル方式がより現実的である。ただし、ウラン
燃料を使用するよう設計された現在稼働中の軽水炉にプ
ルトニウム燃料を使用する場合には、ウラン（Ｕ）とＰ
ｕは核特性に違いがあるため、注意が必要である。
【０００４】原子炉、特に沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）に
使用される燃料集合体は、図１に示すように、燃料ペレ
ット１を装荷した複数の燃料棒２を正方配列に集束した
ものであり、燃料棒２は軸方向に複数個配置しているス
ペーサ３によって束ねられ、上下端部は上部タイプレー
ト４および下部タイプレート５によりそれぞれ固定され
ている。さらに、外周はチャンネル６によって覆われて
いる。燃料ペレット１を形成する核燃料物質には二酸化
ウラン（ＵＯ2 ）が用いられている。このような燃料集
合体の燃焼度を上げるためには、核分裂性物質であるＵ
-235の割合を多くした濃縮度の高い燃料を装荷する必要
があるが、その結果運転初期では出力過剰となるので、
これを制御するために可燃性中性子毒を用いている。
使用される燃料集合体は、図１に示すように、燃料ペレ
ット１を装荷した複数の燃料棒２を正方配列に集束した
ものであり、燃料棒２は軸方向に複数個配置しているス
ペーサ３によって束ねられ、上下端部は上部タイプレー
ト４および下部タイプレート５によりそれぞれ固定され
ている。さらに、外周はチャンネル６によって覆われて
いる。燃料ペレット１を形成する核燃料物質には二酸化
ウラン（ＵＯ2 ）が用いられている。このような燃料集
合体の燃焼度を上げるためには、核分裂性物質であるＵ
-235の割合を多くした濃縮度の高い燃料を装荷する必要
があるが、その結果運転初期では出力過剰となるので、
これを制御するために可燃性中性子毒を用いている。
【０００５】可燃性中性子毒とは、ガドリニウム（Ｇ
ｄ）のように中性子を吸収する性質が強く、しかも中性
子を吸収すると中性子を吸収する性質の弱い物質に変化
するものである。このため、可燃性中性子毒は核分裂性
物質が過剰にある運転初期には中性子を吸収して核分裂
性物質と中性子の核反応を抑制し、核分裂性物質の消費
にともなって可燃性中性子毒も消費されてその中性子吸
収能力は低下する。
ｄ）のように中性子を吸収する性質が強く、しかも中性
子を吸収すると中性子を吸収する性質の弱い物質に変化
するものである。このため、可燃性中性子毒は核分裂性
物質が過剰にある運転初期には中性子を吸収して核分裂
性物質と中性子の核反応を抑制し、核分裂性物質の消費
にともなって可燃性中性子毒も消費されてその中性子吸
収能力は低下する。
【０００６】燃料集合体には核燃料物質のみからなる燃
料ペレットを装荷した燃料棒の他に、核燃料物質のみな
らず可燃性中性子毒も含んだ燃料ペレットを装荷した燃
料棒が数本ないし十数本入っており、このようにして初
期余剰反応度の抑制が行われている。
料ペレットを装荷した燃料棒の他に、核燃料物質のみな
らず可燃性中性子毒も含んだ燃料ペレットを装荷した燃
料棒が数本ないし十数本入っており、このようにして初
期余剰反応度の抑制が行われている。
【０００７】図２にウラン燃料およびプルトニウム燃料
に含まれる主な同位体の中性子吸収断面積（中性子吸収
の度合い）を示す。この図には可燃性中性子毒として現
在広く用いられているＧｄの中性子吸収断面積も合わせ
て示してある。Ｐｕ同位体の中で熱中性子により核分裂
を引き起こすものはＰｕ-239およびＰｕ-241であるが、
これらはＵ-235よりも熱中性子吸収断面積が大きいこと
がわかる。このため、プルトニウム燃料ではウラン燃料
よりも中性子スペクトルが硬化する（エネルギーの高い
中性子の割合が多くなる）ことが予想される。また、Ｐ
ｕ-238、Ｐｕ-240およびＰｕ-242は熱中性子による核分
裂は起こさないうえに、図２からもわかるように、非常
に大きな共鳴吸収ピークを有している。このため、これ
らの同位体からなるＰｕを含む燃料では、Ｕのみを含ん
だ燃料よりもさらに多くの核分裂性物質を装荷しなけれ
ばならず、中性子スペクトルはさらに硬化することにな
る。
に含まれる主な同位体の中性子吸収断面積（中性子吸収
の度合い）を示す。この図には可燃性中性子毒として現
在広く用いられているＧｄの中性子吸収断面積も合わせ
て示してある。Ｐｕ同位体の中で熱中性子により核分裂
を引き起こすものはＰｕ-239およびＰｕ-241であるが、
これらはＵ-235よりも熱中性子吸収断面積が大きいこと
がわかる。このため、プルトニウム燃料ではウラン燃料
よりも中性子スペクトルが硬化する（エネルギーの高い
中性子の割合が多くなる）ことが予想される。また、Ｐ
ｕ-238、Ｐｕ-240およびＰｕ-242は熱中性子による核分
裂は起こさないうえに、図２からもわかるように、非常
に大きな共鳴吸収ピークを有している。このため、これ
らの同位体からなるＰｕを含む燃料では、Ｕのみを含ん
だ燃料よりもさらに多くの核分裂性物質を装荷しなけれ
ばならず、中性子スペクトルはさらに硬化することにな
る。
【０００８】このようなＰｕを含む燃料における中性子
スペクトルの硬化は、ウラン燃料を使用するように設計
されている現在稼働中の軽水炉へＰｕを装荷した場合
に、いくつかの問題を引き起こす。
スペクトルの硬化は、ウラン燃料を使用するように設計
されている現在稼働中の軽水炉へＰｕを装荷した場合
に、いくつかの問題を引き起こす。
【０００９】たとえば、燃料集合体を構成する燃料棒の
うち特定の数本ないし十数本には可燃性中性子毒が含有
されており、その物質には現在Ｇｄが広く用いられてい
る。Ｇｄは、図２に示したように、低エネルギーの中性
子に対しては大きな吸収断面積を持っているが、エネル
ギーの大きな中性子になるほど吸収断面積は極端に小さ
くなるために、Ｐｕを装荷して中性子スペクトルが硬く
なると、Ｇｄに吸収されない中性子の割合が増加する。
したがって、Ｇｄを含む燃料棒の本数およびその濃度が
等しい場合、図３に示すように、ＰｕＯ2 とＵＯ2 から
なる混合酸化物燃料（図中点線）では、ＵＯ2 燃料（図
中実線）に比べてＧｄによる初期余剰反応度抑制効果が
減少する。
うち特定の数本ないし十数本には可燃性中性子毒が含有
されており、その物質には現在Ｇｄが広く用いられてい
る。Ｇｄは、図２に示したように、低エネルギーの中性
子に対しては大きな吸収断面積を持っているが、エネル
ギーの大きな中性子になるほど吸収断面積は極端に小さ
くなるために、Ｐｕを装荷して中性子スペクトルが硬く
なると、Ｇｄに吸収されない中性子の割合が増加する。
したがって、Ｇｄを含む燃料棒の本数およびその濃度が
等しい場合、図３に示すように、ＰｕＯ2 とＵＯ2 から
なる混合酸化物燃料（図中点線）では、ＵＯ2 燃料（図
中実線）に比べてＧｄによる初期余剰反応度抑制効果が
減少する。
【００１０】また、同じく図３に示すように、Ｐｕを含
む混合酸化物の場合、Ｇｄ濃度を増すとますますスペク
トルが硬くなるために、それ以上Ｇｄを添加しても反応
度抑制効果が得られない飽和状態にＵＯ2 燃料よりも早
く達してしまう。これを補うためには、Ｇｄを含む燃料
棒の本数を増やすこと、あるいはＧｄの濃度を増やすこ
とにより対処することができるが、これらは燃料集合体
におけるＰｕ装荷量の減少をもたらす。プルサーマル計
画の目的の一つにはＰｕを消費することもあるために、
このような燃料集合体内のＰｕ装荷量の減少は好ましい
ことではない。
む混合酸化物の場合、Ｇｄ濃度を増すとますますスペク
トルが硬くなるために、それ以上Ｇｄを添加しても反応
度抑制効果が得られない飽和状態にＵＯ2 燃料よりも早
く達してしまう。これを補うためには、Ｇｄを含む燃料
棒の本数を増やすこと、あるいはＧｄの濃度を増やすこ
とにより対処することができるが、これらは燃料集合体
におけるＰｕ装荷量の減少をもたらす。プルサーマル計
画の目的の一つにはＰｕを消費することもあるために、
このような燃料集合体内のＰｕ装荷量の減少は好ましい
ことではない。
【００１１】また、近年プルサーマル燃料の採用に加え
て、軽水炉の稼動率を上げるために、燃料の高燃焼度化
への強い要求がある。高燃焼度を実現するためには燃料
に含まれる核分裂性物質の割合を高める必要があり、燃
料の初期反応度が今後ますます高まるのは必然である。
て、軽水炉の稼動率を上げるために、燃料の高燃焼度化
への強い要求がある。高燃焼度を実現するためには燃料
に含まれる核分裂性物質の割合を高める必要があり、燃
料の初期反応度が今後ますます高まるのは必然である。
【００１２】したがって、Ｐｕを含有する燃料を軽水炉
に適用するにあたって、その初期余剰反応度を効果的に
抑制する可燃性中性子毒が切に望まれている。
に適用するにあたって、その初期余剰反応度を効果的に
抑制する可燃性中性子毒が切に望まれている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
のウラン燃料からなる燃料集合体においては、その初期
余剰反応度の抑制を行うために一般にＧｄからなる可燃
性中性子毒が用いられているが、Ｐｕを含有する燃料集
合体の場合には、Ｇｄではその初期余剰反応度を効果的
に抑制することができないという問題があった。
のウラン燃料からなる燃料集合体においては、その初期
余剰反応度の抑制を行うために一般にＧｄからなる可燃
性中性子毒が用いられているが、Ｐｕを含有する燃料集
合体の場合には、Ｇｄではその初期余剰反応度を効果的
に抑制することができないという問題があった。
【００１４】本発明は、かかる事情に対処してなされた
もので、Ｐｕを含有していても可燃性中性子毒により効
果的に初期余剰反応度を抑制することができる原子炉の
燃料集合体を提供することを目的とする。
もので、Ｐｕを含有していても可燃性中性子毒により効
果的に初期余剰反応度を抑制することができる原子炉の
燃料集合体を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、核
燃料物質を含有する燃料棒を多数束ねて形成される燃料
集合体において、核燃料物質としてプルトニウムを含有
する燃料棒と、プルトニウムの核分裂共鳴ピークと重な
るような共鳴吸収ピークを持つ可燃性中性子毒を核燃料
物質とともに含有する燃料棒を有することを特徴とす
る。
燃料物質を含有する燃料棒を多数束ねて形成される燃料
集合体において、核燃料物質としてプルトニウムを含有
する燃料棒と、プルトニウムの核分裂共鳴ピークと重な
るような共鳴吸収ピークを持つ可燃性中性子毒を核燃料
物質とともに含有する燃料棒を有することを特徴とす
る。
【００１６】プルトニウムの核分裂共鳴ピークと重なる
ような共鳴吸収ピークを持つ可燃性中性子毒としては、
核分裂性ＰｕであるＰｕ-239、Ｐｕ-241の核分裂共鳴ピ
ークが0.3eV 付近にあるため、0.4eV 近傍に大きな共鳴
吸収ピークを有するＥｕ（ユーロピウム）、0.1eV 近傍
に共鳴吸収ピークを有するＳｍ（サマリウム）、および
0.2eV 近傍に共鳴吸収ピークを有するＣｄ（カドミウ
ム）が挙げられる。
ような共鳴吸収ピークを持つ可燃性中性子毒としては、
核分裂性ＰｕであるＰｕ-239、Ｐｕ-241の核分裂共鳴ピ
ークが0.3eV 付近にあるため、0.4eV 近傍に大きな共鳴
吸収ピークを有するＥｕ（ユーロピウム）、0.1eV 近傍
に共鳴吸収ピークを有するＳｍ（サマリウム）、および
0.2eV 近傍に共鳴吸収ピークを有するＣｄ（カドミウ
ム）が挙げられる。
【００１７】これらのＥｕ、Ｓｍ、Ｃｄは、可燃性中性
子毒物として単独であるいは混合して用いることができ
る。特に、Ｅｕ、Ｓｍは希土類であり、それぞれＥｕ2
Ｏ3、Ｓｍ2 Ｏ3 の酸化物の化学形態で安定であり、同
じく酸化物の形態であるＵＯ2 やＰｕＯ2 のような核燃
料物質との共存性が非常によいという特徴を持つため、
酸化物で使用される。また、希土類どうしはそれぞれ物
理的および化学的性質が非常に似ているため、共存性も
非常によい。よって、例えば、Ｅｕ2 Ｏ3 −Ｓｍ2 Ｏ3
のような混合酸化物を可燃性中性子毒として用いること
もできる。
子毒物として単独であるいは混合して用いることができ
る。特に、Ｅｕ、Ｓｍは希土類であり、それぞれＥｕ2
Ｏ3、Ｓｍ2 Ｏ3 の酸化物の化学形態で安定であり、同
じく酸化物の形態であるＵＯ2 やＰｕＯ2 のような核燃
料物質との共存性が非常によいという特徴を持つため、
酸化物で使用される。また、希土類どうしはそれぞれ物
理的および化学的性質が非常に似ているため、共存性も
非常によい。よって、例えば、Ｅｕ2 Ｏ3 −Ｓｍ2 Ｏ3
のような混合酸化物を可燃性中性子毒として用いること
もできる。
【００１８】可燃性中性子毒を燃料棒に添加するにあた
って、可燃性中性子毒を核燃料物質と均一に混合しても
よいが、好しくは核燃料物質の外周に可燃性中性子毒を
配置する。
って、可燃性中性子毒を核燃料物質と均一に混合しても
よいが、好しくは核燃料物質の外周に可燃性中性子毒を
配置する。
【００１９】
【作用】中性子のエネルギーに対するＵ-235、Ｐｕ-23
9、Ｐｕ-241の核分裂断面積（核分裂の度合い）および
Ｇｄ、Ｅｕ（ユーロピウム）の中性子吸収断面積（中性
子吸収の度合い）を次表に示す。なお、Ｇｄ、Ｅｕ、Ｓ
ｍ（サマリウム）、Ｃｄ（カドミウム）の中性子吸収断
面積は図２からも読み取ることができる。
9、Ｐｕ-241の核分裂断面積（核分裂の度合い）および
Ｇｄ、Ｅｕ（ユーロピウム）の中性子吸収断面積（中性
子吸収の度合い）を次表に示す。なお、Ｇｄ、Ｅｕ、Ｓ
ｍ（サマリウム）、Ｃｄ（カドミウム）の中性子吸収断
面積は図２からも読み取ることができる。
【００２０】
【表１】 この表からも明らかなように、核分裂性ＰｕであるＰｕ
-239、Ｐｕ-241は0.3eV 付近に核分裂共鳴ピークを有し
ているために、スピードの速い中性子（0.2 〜0.5eV）
によって核分裂しやすく、一方Ｕ-235はスピードの遅い
中性子（0.05eV）によって核分裂しやすい。また、Ｇｄ
はスピードの遅い中性子（0.05eV）を非常によく吸収す
るものの、スピードの速い中性子（0.2 〜 0.5eV）に対
しては吸収効果は小さくなる。
-239、Ｐｕ-241は0.3eV 付近に核分裂共鳴ピークを有し
ているために、スピードの速い中性子（0.2 〜0.5eV）
によって核分裂しやすく、一方Ｕ-235はスピードの遅い
中性子（0.05eV）によって核分裂しやすい。また、Ｇｄ
はスピードの遅い中性子（0.05eV）を非常によく吸収す
るものの、スピードの速い中性子（0.2 〜 0.5eV）に対
しては吸収効果は小さくなる。
【００２１】軽水炉では、減速材である水との衝突によ
ってスピードの落ちた熱中性子は平均して約0.05eVのエ
ネルギーを持っており、Ｇｄはこれらの中性子を非常に
よく吸収するので、Ｕ-235の核分裂は著しく低下し反応
が抑制される。一方、それよりもスピードの速い中性子
（0.2 〜 0.5eV）は、Ｇｄに吸収されるよりもＰｕ-23
9、Ｐｕ-241の核分裂に寄与する度合いの方が大きいた
め、Ｐｕの装荷量が多くなるほどＧｄによる初期余剰反
応度抑制効果は小さくなる。
ってスピードの落ちた熱中性子は平均して約0.05eVのエ
ネルギーを持っており、Ｇｄはこれらの中性子を非常に
よく吸収するので、Ｕ-235の核分裂は著しく低下し反応
が抑制される。一方、それよりもスピードの速い中性子
（0.2 〜 0.5eV）は、Ｇｄに吸収されるよりもＰｕ-23
9、Ｐｕ-241の核分裂に寄与する度合いの方が大きいた
め、Ｐｕの装荷量が多くなるほどＧｄによる初期余剰反
応度抑制効果は小さくなる。
【００２２】したがって、このとき、核分裂性Ｐｕであ
るＰｕ-239、Ｐｕ-241の0.3eV 付近にある核分裂共鳴ピ
ークと重なるような共鳴吸収ピークを持つ物質が存在す
れば、核分裂に寄与するスピードの速い中性子（0.2 〜
0.5eV）を効率よく吸収することができる。すなわち、
核分裂性Ｐｕの核分裂共鳴ピークと重なるような共鳴吸
収ピークを持つ物質を可燃性中性子毒物に用いれば、Ｐ
ｕを含有する燃料集合体においても初期余剰反応度を効
果的に抑制することができる。
るＰｕ-239、Ｐｕ-241の0.3eV 付近にある核分裂共鳴ピ
ークと重なるような共鳴吸収ピークを持つ物質が存在す
れば、核分裂に寄与するスピードの速い中性子（0.2 〜
0.5eV）を効率よく吸収することができる。すなわち、
核分裂性Ｐｕの核分裂共鳴ピークと重なるような共鳴吸
収ピークを持つ物質を可燃性中性子毒物に用いれば、Ｐ
ｕを含有する燃料集合体においても初期余剰反応度を効
果的に抑制することができる。
【００２３】核分裂性Ｐｕの核分裂共鳴ピークと重なる
ような共鳴吸収ピークを持つ物質としては、図２に示す
ように、0.4eV 付近に大きな共鳴吸収ピークを有するＥ
ｕのほかにも、0.1eV 付近に共鳴吸収ピークを有するＳ
ｍ、0.2eV 付近に共鳴吸収ピークを有するＣｄが該当す
る。
ような共鳴吸収ピークを持つ物質としては、図２に示す
ように、0.4eV 付近に大きな共鳴吸収ピークを有するＥ
ｕのほかにも、0.1eV 付近に共鳴吸収ピークを有するＳ
ｍ、0.2eV 付近に共鳴吸収ピークを有するＣｄが該当す
る。
【００２４】燃料棒に可燃性中性子毒を混入させる場
合、可燃性中性子毒を核燃料物質からなる燃料ペレット
内に均一に混合してもよいが、可燃性中性子毒を燃料ペ
レットの周りにコーティングしたり、被覆管に混入した
りして核燃料物質の外周に配置するほうがより効果的で
ある。それは、燃料ペレットの外周部にある可燃性中性
子毒が燃料棒周りの熱中性子をまず吸収するため、熱中
性子が核燃料物質まで到達する可能性が少なくなり、核
燃料物質は熱中性子から遮蔽された状態となってより高
い反応度抑制効果が得られるからである。
合、可燃性中性子毒を核燃料物質からなる燃料ペレット
内に均一に混合してもよいが、可燃性中性子毒を燃料ペ
レットの周りにコーティングしたり、被覆管に混入した
りして核燃料物質の外周に配置するほうがより効果的で
ある。それは、燃料ペレットの外周部にある可燃性中性
子毒が燃料棒周りの熱中性子をまず吸収するため、熱中
性子が核燃料物質まで到達する可能性が少なくなり、核
燃料物質は熱中性子から遮蔽された状態となってより高
い反応度抑制効果が得られるからである。
【００２５】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しながら
説明する。
説明する。
【００２６】図１に示すようなＢＷＲに使用される燃料
集合体において、複数本の燃料棒２にＰｕを含む燃料ペ
レット１が装荷される。Ｐｕを含む燃料ペレット１は、
ＰｕＯ2 、またはＵＯ2 とＰｕＯ2 との混合物であるＵ
Ｏ2 −ＰｕＯ2 の化学形態を有する核燃料物質により形
成される。このようにして、燃料集合体平均でのＵＯ2
とＰｕＯ2 との重量割合が、例えばＵＯ2 ：ＰｕＯ2 ＝
９６：４程度となるようにＰｕが装荷される。
集合体において、複数本の燃料棒２にＰｕを含む燃料ペ
レット１が装荷される。Ｐｕを含む燃料ペレット１は、
ＰｕＯ2 、またはＵＯ2 とＰｕＯ2 との混合物であるＵ
Ｏ2 −ＰｕＯ2 の化学形態を有する核燃料物質により形
成される。このようにして、燃料集合体平均でのＵＯ2
とＰｕＯ2 との重量割合が、例えばＵＯ2 ：ＰｕＯ2 ＝
９６：４程度となるようにＰｕが装荷される。
【００２７】さらに、上記Ｐｕを含む燃料集合体におい
ては、核分裂性Ｐｕの核分裂共鳴ピークと重なるような
共鳴吸収ピークを持つ可燃性中性子毒を含んだ燃料棒２
が数本ないし十数本配置される。このような可燃性中性
子毒としてはＥｕ、Ｓｍ、またはＣｄが好適であり、こ
れらは単独でまたは混合して用いられる。
ては、核分裂性Ｐｕの核分裂共鳴ピークと重なるような
共鳴吸収ピークを持つ可燃性中性子毒を含んだ燃料棒２
が数本ないし十数本配置される。このような可燃性中性
子毒としてはＥｕ、Ｓｍ、またはＣｄが好適であり、こ
れらは単独でまたは混合して用いられる。
【００２８】さらには、このような核分裂性Ｐｕの核分
裂共鳴ピークと重なるような共鳴吸収ピークを持つ物質
と従来のＧｄとの混合物を可燃性中性子毒として用いる
こともできる。この場合には、それぞれの長所を兼ね備
えた効果的な可燃性中性子毒として作用する。またこの
場合には、Ｇｄも希土類であるため、酸化物の形態で安
定であり、かつ他の希土類酸化物との共存性も非常によ
いため、例えばＧｄ2Ｏ3 −Ｅｕ2 Ｏ3 、Ｇｄ2 Ｏ3 −
Ｓｍ2 Ｏ3 等の混合酸化物を可燃性中性子毒物に用いて
もよい。
裂共鳴ピークと重なるような共鳴吸収ピークを持つ物質
と従来のＧｄとの混合物を可燃性中性子毒として用いる
こともできる。この場合には、それぞれの長所を兼ね備
えた効果的な可燃性中性子毒として作用する。またこの
場合には、Ｇｄも希土類であるため、酸化物の形態で安
定であり、かつ他の希土類酸化物との共存性も非常によ
いため、例えばＧｄ2Ｏ3 −Ｅｕ2 Ｏ3 、Ｇｄ2 Ｏ3 −
Ｓｍ2 Ｏ3 等の混合酸化物を可燃性中性子毒物に用いて
もよい。
【００２９】上記可燃性中性子毒は、核燃料物質に均一
に混合してもよいが、燃料ペレットの周りにコーティン
グしたり、燃料棒被覆管に混入したりすることにより、
核燃料物質の外周に配置してもよい。
に混合してもよいが、燃料ペレットの周りにコーティン
グしたり、燃料棒被覆管に混入したりすることにより、
核燃料物質の外周に配置してもよい。
【００３０】図４（ａ）は、核燃料物質１１に上記可燃
性中性子毒１２を均一に混合した燃料ペレット１ａを、
また図５（ａ）は、核燃料物質１１の外周に可燃性中性
子毒１２を配置した燃料ペレット１ｂを示すもので、各
図（ｂ）はそれぞれの燃料ペレット１ａ、１ｂを炉心に
装荷した場合の熱中性子束の径方向分布Ｐa 、Ｐb を示
す。
性中性子毒１２を均一に混合した燃料ペレット１ａを、
また図５（ａ）は、核燃料物質１１の外周に可燃性中性
子毒１２を配置した燃料ペレット１ｂを示すもので、各
図（ｂ）はそれぞれの燃料ペレット１ａ、１ｂを炉心に
装荷した場合の熱中性子束の径方向分布Ｐa 、Ｐb を示
す。
【００３１】図４（ｂ）および図５（ｂ）に示す熱中性
子束の径方向分布Ｐa 、Ｐb からも明らかなように、核
燃料物質に可燃性中性子毒を均一に混合するよりも、核
燃料物質の外周に配置する方が、熱中性子が中央の核燃
料物質に到達する割合が少なくなるため、より高い反応
度抑制効果が得られる。
子束の径方向分布Ｐa 、Ｐb からも明らかなように、核
燃料物質に可燃性中性子毒を均一に混合するよりも、核
燃料物質の外周に配置する方が、熱中性子が中央の核燃
料物質に到達する割合が少なくなるため、より高い反応
度抑制効果が得られる。
【００３２】また図６は、Ｐｕを含む燃料集合体におけ
る可燃性中性子毒の添加濃度による反応度抑制効果の変
化を示すもので、縦軸に反応度抑制効果、横軸に可燃性
中性子毒濃度をとっている。図中、実線はＥｕを可燃性
中性子毒として用いた場合を、点線はＧｄを可燃性中性
子毒として用いた場合をそれぞれ示す。なお、反応度抑
制効果Ｅ、および可燃性中性子毒濃度Ｃp は次式で表さ
れるものとする。
る可燃性中性子毒の添加濃度による反応度抑制効果の変
化を示すもので、縦軸に反応度抑制効果、横軸に可燃性
中性子毒濃度をとっている。図中、実線はＥｕを可燃性
中性子毒として用いた場合を、点線はＧｄを可燃性中性
子毒として用いた場合をそれぞれ示す。なお、反応度抑
制効果Ｅ、および可燃性中性子毒濃度Ｃp は次式で表さ
れるものとする。
【００３３】
【数１】Ｅ＝（Ｋa −Ｋb ）／Ｋa ×１００（％） Ｃp ＝Ｗp ／（Ｗf ＋Ｗp ）×１００（wt％） ただし、 Ｋa ：可燃性中性子毒を含まないときの中性子増倍率 Ｋb ：可燃性中性子毒を含んだときの中性子増倍率 Ｗp ：可燃性中性子毒重量 Ｗf ：燃料重量 である。
【００３４】図６からも明らかなように、軽水炉用燃料
に可燃性毒物として現在広く用いられているＧｄは、ス
ピードの遅い中性子（0.05eV）を吸収する効果が非常に
高いため、点線で示すように少量添加しただけでも大き
な反応度抑制効果が得られるものの、スピードの速い中
性子（0.2 〜 0.5eV）に対しては吸収は小さくなるの
で、Ｐｕを含む燃料においてはある程度以上は反応度抑
制効果を期待することができない。
に可燃性毒物として現在広く用いられているＧｄは、ス
ピードの遅い中性子（0.05eV）を吸収する効果が非常に
高いため、点線で示すように少量添加しただけでも大き
な反応度抑制効果が得られるものの、スピードの速い中
性子（0.2 〜 0.5eV）に対しては吸収は小さくなるの
で、Ｐｕを含む燃料においてはある程度以上は反応度抑
制効果を期待することができない。
【００３５】これに対して、核分裂性Ｐｕの核分裂共鳴
ピークと重なるような共鳴吸収ピークを持つＥｕは、ス
ピードの遅い中性子（0.05eV）を吸収する効果はＧｄほ
どはないものの、スピードの速い中性子（0.2 〜 0.5e
V）を効率よく吸収するため、その添加量を増やしてい
くと、結果的にＧｄよりも高い反応度抑制効果が得られ
るようになる。
ピークと重なるような共鳴吸収ピークを持つＥｕは、ス
ピードの遅い中性子（0.05eV）を吸収する効果はＧｄほ
どはないものの、スピードの速い中性子（0.2 〜 0.5e
V）を効率よく吸収するため、その添加量を増やしてい
くと、結果的にＧｄよりも高い反応度抑制効果が得られ
るようになる。
【００３６】以上の説明から明らかなように、本実施例
の燃料集合体においては、Ｐｕを装荷した場合に、可燃
性中性子毒として核分裂性Ｐｕの核分裂共鳴ピークと重
なるような共鳴吸収ピークを持つ物質を用いることによ
り、より効果的に初期余剰反応度を抑制することができ
る。
の燃料集合体においては、Ｐｕを装荷した場合に、可燃
性中性子毒として核分裂性Ｐｕの核分裂共鳴ピークと重
なるような共鳴吸収ピークを持つ物質を用いることによ
り、より効果的に初期余剰反応度を抑制することができ
る。
【００３７】
【発明の効果】上記したように、本発明によれば、Ｐｕ
を装荷した燃料集合体においても効果的に初期余剰反応
度を抑制することができる。
を装荷した燃料集合体においても効果的に初期余剰反応
度を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】燃料集合体の内部構造を示す斜視図である。
【図２】主な元素および核種の中性子吸収断面積を示す
図である。
図である。
【図３】Ｇｄ濃度によるＵＯ2 燃料およびＰｕを含む混
合酸化物燃料における反応度抑制効果を示すグラフであ
る。
合酸化物燃料における反応度抑制効果を示すグラフであ
る。
【図４】可燃性中性子毒を核燃料物質に均一に混合した
燃料ペレットの斜視図（ａ）と、この燃料ペレットにお
ける熱中性子束の径方向分布を示す図（ｂ）である。
燃料ペレットの斜視図（ａ）と、この燃料ペレットにお
ける熱中性子束の径方向分布を示す図（ｂ）である。
【図５】可燃性中性子毒を核燃料物質の外周に配置した
燃料ペレットの斜視図（ａ）と、この燃料ペレットにお
ける熱中性子束の径方向分布を示す図（ｂ）である。
燃料ペレットの斜視図（ａ）と、この燃料ペレットにお
ける熱中性子束の径方向分布を示す図（ｂ）である。
【図６】Ｐｕを含む燃料における可燃性中性子毒濃度に
よる反応度抑制効果を示すグラフである。
よる反応度抑制効果を示すグラフである。
１………燃料ペレット ２………燃料棒 ３………スペーサ ４………上部タイプレート ５………下部タイプレート ６………チャンネル
Claims (6)
- 【請求項１】 核燃料物質を含有する燃料棒を多数束ね
て形成される燃料集合体において、核燃料物質としてプ
ルトニウムを含有する燃料棒と、プルトニウムの核分裂
共鳴ピークと重なるような共鳴吸収ピークを持つ可燃性
中性子毒を核燃料物質とともに含有する燃料棒を有する
ことを特徴とする原子炉の燃料集合体。 - 【請求項２】 請求項１記載の燃料集合体において、燃
料棒中の前記可燃性中性子毒は核燃料物質の外周に配置
されていることを特徴とする原子炉の燃料集合体。 - 【請求項３】 請求項１または２記載の燃料集合体にお
いて、前記可燃性中性子毒はＰｕ-239とＰｕ-241の核分
裂共鳴ピークのある0.3eV 付近に共鳴吸収ピークを持つ
ことを特徴とする原子炉の燃料集合体。 - 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれか１項記載の
燃料集合体において、前記可燃性中性子毒としてユーロ
ピウム、サマリウムおよびカドミウムのうち少なくとも
１種を含有することを特徴とする原子炉の燃料集合体。 - 【請求項５】 請求項４記載の燃料集合体において、ユ
ーロピウムを酸化物の形態で含有することを特徴とする
原子炉の燃料集合体。 - 【請求項６】 請求項４記載の燃料集合体において、サ
マリウムを酸化物の形態で含有することを特徴とする原
子炉の燃料集合体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6188134A JPH0854484A (ja) | 1994-08-10 | 1994-08-10 | 原子炉の燃料集合体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6188134A JPH0854484A (ja) | 1994-08-10 | 1994-08-10 | 原子炉の燃料集合体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0854484A true JPH0854484A (ja) | 1996-02-27 |
Family
ID=16218337
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6188134A Withdrawn JPH0854484A (ja) | 1994-08-10 | 1994-08-10 | 原子炉の燃料集合体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0854484A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009128250A1 (ja) * | 2008-04-16 | 2009-10-22 | 株式会社 東芝 | 原子燃料ペレットの製造方法、燃料集合体とその製造方法およびウラン粉末 |
| JP2009257912A (ja) * | 2008-04-16 | 2009-11-05 | Toshiba Corp | 原子燃料ペレットの製造方法 |
| JP2010122063A (ja) * | 2008-11-19 | 2010-06-03 | Toshiba Corp | 燃料集合体、その製造方法およびウラン粉末 |
| JP2012008128A (ja) * | 2010-06-25 | 2012-01-12 | Hamilton Sundstrand Corp | 核燃料組成物、原子炉および核燃料を固有の亜臨界状態にする方法 |
| JP2016522780A (ja) * | 2013-04-29 | 2016-08-04 | コミッサリア タ レネルジー アトミク エ オ エネルジー オルタネイティヴ | ウラン、ガドリニウム及び酸素で作られた新規物質及びその消耗性の中性子毒としての使用 |
| CN108885907A (zh) * | 2016-03-29 | 2018-11-23 | 奥卓安全核能公司 | 用可燃毒物作为烧结助剂制成的全陶瓷微封装燃料 |
| JP2021532364A (ja) * | 2018-07-24 | 2021-11-25 | ウエスト リアリティ、 エス．アール．オー． | 原子炉用核燃料の燃料混合物への添加 |
-
1994
- 1994-08-10 JP JP6188134A patent/JPH0854484A/ja not_active Withdrawn
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009128250A1 (ja) * | 2008-04-16 | 2009-10-22 | 株式会社 東芝 | 原子燃料ペレットの製造方法、燃料集合体とその製造方法およびウラン粉末 |
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| US8755483B2 (en) | 2010-06-25 | 2014-06-17 | Aerojet Rocketdyne Of De, Inc. | Nuclear fuel |
| JP2016522780A (ja) * | 2013-04-29 | 2016-08-04 | コミッサリア タ レネルジー アトミク エ オ エネルジー オルタネイティヴ | ウラン、ガドリニウム及び酸素で作られた新規物質及びその消耗性の中性子毒としての使用 |
| CN108885907A (zh) * | 2016-03-29 | 2018-11-23 | 奥卓安全核能公司 | 用可燃毒物作为烧结助剂制成的全陶瓷微封装燃料 |
| CN108885907B (zh) * | 2016-03-29 | 2023-12-22 | 奥卓安全核能公司 | 用可燃毒物作为烧结助剂制成的全陶瓷微封装燃料 |
| JP2021532364A (ja) * | 2018-07-24 | 2021-11-25 | ウエスト リアリティ、 エス．アール．オー． | 原子炉用核燃料の燃料混合物への添加 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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