JPS6093990A - 加圧水型原子炉用の燃料集合体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、加圧水型原子炉用の燃料集合体に関する。

加圧水型原子炉用として意図された集合体の各々は、一
般に、集合体の縦方向に配列され且つ集合体の横方向に
スペーサにより離間して保持された平行な燃料棒のクラ
スタからなる。棒と棒との間に設けられる空間は、炉心
が中に浸漬されている冷却水の循環と、棒の各々の周り
における減速用水の層の形成とを可能とする。

加圧水型原子炉は、大量の天然ウランを消費することに
加えて、集合体の中に含まれるこのウランの僅かな部分
が現実にエネルギの発生のために゛利用されるにすぎな
いので、比較的に低い発生量を有する。

燃しながら、照射済み集合体内の物質の再処理により、
転換炉の燃料装荷の一部を形成するために使用しうるプ
ルトニウムを回収することができる。然しなから、これ
らの転換炉は、従来、大きい工業的及び商業的な開発を
経ていない。

それ故、原子炉の炉心集合体を形成する棒の中へ導入さ
れる燃料の一部を形成するために、回収されたゾル）ニ
ウムを使用することが提案された。

この方法では、原子炉の燃料装荷の中へ大量のグルトニ
９ムを導入することが不ｉＪ能であり、更に、加圧水型
原子炉の炉心内で中性子のエネルギを午えられたこのゾ
ル）ニウムが満足な方法で使用されない。特に、このグ
ル）ニウムは、それに含まれている核分裂性アイソトー
プから非核分裂性アイソトープの形成により劣化される
。

この欠点は、異なる型の燃料集合体を並置し、その集合
体の若干が通常の距離だけ１９Ａてられたウラン酸化物
の棒を含み、池の集合体が、綱網ウランの棒を隔ててい
る距離よりはるかに小さい距離だけ隔てられ且つゾル）
ニウムで満された棒を含むような、非均質構造体の原子
炉の炉心をｎ［画することにより除去することができる
。従って、中性子スペクトルの硬化は、減速用水の薄い
層により包囲されたノルドニウムの棒を含む集合体内で
生じる。この型の原子炉用の炉心は、ＦＲＡＭＡＴＯＭ
Ｅ＆　Ｃｉｅによるフランス特許出願に記載されている
。

然し、この炉心は、原子炉内に異なる型の集合体を使用
することに通ずる。

より一般的に、そして回収されたノルドニウムの使用に
言及することなく、加圧水型原子炉の発生量を改善する
ために、これらの原子炉の中性子スペクトルを高エネル
ギの方ヘクフトさせ、劣化ウランのような燃料親物質の
ある割合を燃料集合体と組合せることが提案された。こ
れらの原子炉に対しては、燃料棒を広く離間させない低
減速型燃料集合体を計画することが必要である。また、
核分裂性集合体と燃料親集合体との少くとも２つの型の
集合体を用いることが必要である。最後に、もしも核分
裂性物質の生成を伴なう低減速型の原子炉の運転から通
常の運転へ変えることを望むならば、原子炉の燃料装荷
を完全に変えることが必要である。

スペクトルシフト制御をもつ原子炉も提案された。例え
ば１フラマトーム（ＦＲＡＭＡＴＯＭＥ　）によるフラ
ンス特許出願ｆ！／／ど、θ／／　とｇ−／／♂、０／
、２に記載されており、この原子炉においては、燃料集
合体の案内管の一部が、原子炉の運転サイクルの第１の
部分の間に劣化ウランの棒を受入れることができ、この
劣化ウランの棒は、集合体内の減速用水の量を減少させ
、低エネルギ中性子を吸収する物ｇｔｔ−集合体の中へ
挿入し、核分裂性物質へ変換されることができる。スに
りトルシフト制御をもつこのような原子炉は、プルトニ
ウムを含む低減速型集合体をスペクトルシフト集合体と
並列して導入することを条件として、回収されたグル）
ニウムの再使用を可能とすることができる。それにも拘
らず、この原子炉は、原子炉の燃料再装荷作業を複雑に
し、炉心を形成する種々の集合体のより厳格な管理を必
要とする。

それ故、本発明の目的は、燃料集合体の縦方向に配列さ
れ、冷却水の循環と燃料棒のＩＭつでの減速水の層の形
成とを可能とするように燃料集合体の横方向に離間され
た、平行な・黙利棒のクラスタからなる加圧水型原子炉
用の燃料集合体であって、低減速型原子炉の炉心の設計
ｆｉ？単純化し、特にスベクトルシフト制御をもつ原子
炉内で良好な条件下で回収されたプルトニウムを使用す
ることのできる燃料果合体を提供することである。

この目的のために、本発明の燃料集合体は：中性子を放
出し且つ中性子反応を維持するように核分裂性ウランに
濃縮され、減速用水の層が中性子を熱領域へもたらすの
に十分であるように離間された、主としてウラン酸化物
を含む第１群の棒からなる周辺領域と； 主としてシルトニウム及び／又は核分裂性ウランに劣化
されたウランを含み、周辺領域内の棒と棒とを隔てる距
離よりかなり小さい距離だけ隔てられた第２群の棒から
なる中心領域と；を包含する。

この燃料集合体は、スペクトルシフト棒を受入れること
のできる一群の案内管を周辺領域に組み込むのが好まし
い。

本発明による燃料集合体の２つの実施態様を、添付図面
を参照して非限定的な実施例として以下に説明する。

第１図には、正方形の横断面をもつ燃料果合体を形成す
るクラスタの横断面が見られ、集合体の周辺部分１に位
置決めされた燃料棒が、正方形の網目グリッドの中に配
列されている。このグリッドは、／♂×／にグリッドで
あり、搾２が、スせ−サグリッドによって相互に若干の
距離に保持されている。グリッド内の若干の場所が、集
合体の補強と棒の案内との両方を保証する案内管３によ
り占められている。。

集合体の中心部分４け、第２グリツドの棒５からなり、
この棒５は、輪郭付けられた縦スイーサ６により、周辺
部分１における柿２の間隔より著しく小さい間隔で保持
されている。実合体の中心部分４は、７０本の棒の７０
列に配列されたｌｏ。

本の燃料棒を含んでいる。中心部分を形成するこのクラ
スタ４は、周辺部分の案内管と神とを支持するための横
グリッドにより一群として保持されることができる。

周辺部分の棒２は、核分裂性ウランに濃縮されたウラン
酸化物のペレットで―された被覆加工管からなり、地方
、中心部分の棒５は、回収されたグル）ニウムで満され
た被覆加工管からなる。

集合体全体は、濃縮ウランを含む２７６本の核分裂性の
棒２と、棒を集合体へ導入することを可能とする≠≠本
の案内管３と、集合体の低減速部分を形成する７００本
のゾル）ニクム棒５とを包含する。

７００本の棒５は、ｇ／個の輪郭付けられたスペーサ６
により互に小さい距離に保持されている。

第２図は、輪郭付けられたスペーサ６の周りのプルトニ
ウムを含むｔ本の棒５の配列を示し、スペーサ６は、ｇ
、乙ｊ　ｍｍの外径を有するこれらの棒５の軸線と軸線
との間に９．７　！；　ｍｍの距離を維持している。棒
５の外側端の内側には、燃料物質が、そのｇ脹を可能と
する若干の隙間をもって配置されている。

原子炉の中性子スペクトルを硬化させるため、及び核分
裂性物質へ変換されうる導入された核分裂性物質の量を
増大させるため、原子炉の運転サイクルの最初の部分の
間に、≠グ本又は多数の案内管の群が劣化したウランの
棒を受入れることができる。濃縮ウランを含む集合体の
ｊＭ辺部分により生じた中性子は、集合体の中心部分４
にあるプル）ニウムの核分裂性アイソトープの核分裂を
生じさせる。これらの核分裂により生じた中性子は、集
合体の低減速領域で発生されるので、高エネルイの中性
子である。従って、低エネルギ中性子の東の場合に起る
、非核分裂性アイソドーグの形成によるプル）ニウムの
劣化が避けられる。

原子炉の運転サイクルの第λの部分の間、集合体内に形
成された核分裂性物質が用いられ、それによって原子炉
の装荷燃料中に最初に導入される燃料の生産高を増大さ
せることを可能ならしめる。

原子炉の装荷燃料を形成するために、等しい集合体を並
置し、各集合体は、濃縮ウランの棒と案内管とを含む周
辺領域と、ゾル）ニウムの棒を含む中心部分とを包含す
る。

炉心集合体の若干については、すべての案内管がスペク
トルシフト棒を受入れ、池の炉心集合体については、若
干の案内管がスペクトルシフト神を受入れ、池の案内管
が出力制御用の原子炉反応制御棒を受入れている。然し
なから、集合体それ自体は、スペクトルシフト棒のみを
受入れるか又はスにクトルシフト停と制御棒との両方を
受入れるかの如何を問わず、等しいままである。

第３図は、本発明による集合体の卑施態様の別の形態全
示し、この集合体は、６角形の横断面を有する。集会体
の周辺部分は、核分裂性ウランに濃縮されたウラン酸化
物を含む７０本の棒と、スペクトルシフト制御棒及び／
又は原子炉制御棒として劣化ウランの欅を受入れるよう
に麗図された≠ｇ本の案内管１２とからなる。

集合体の中心部分１４は、棒１０の間隔より著しく小さ
い間隔で、輪郭付けられたスペーサ１６により保持され
たプルトニウムの棒１５からなる。。

このようにして、集合体の頭［１４は、この集合体の低
減速部分を形成し、この部分において、中性子スペクト
ルの硬化が、減速水層の減少により得られる。

更に、中心領域における棒の直径を増大させることによ
り、減速水層を減少させることが可能である。

第３図に示す集合体の運転の方法は、この集合体が装荷
燃料の一部を形成する場合にこの集合体を原子炉の炉心
へ導入するとき、第１図と第２図に示す集合体の運転の
方法と完全に等しい。更に、他のすべての炉心集合体は
、第３図に示す集合体に等しい。この集合体は、例えば
フラットーム（ＦＲＡＭＡＴＯＭＥ　）によるフランス
ｌｆ！ｉ訂出願第２．３；／／、／７≠号と第２．３／
７．ｆｌ、６号に記載されているような６角形の断面を
もつ柱形ケーシングの中に全体的に包囲されている。

本発明は、上述の実施態様に限定されるものではなく、
それとは反対に、すべての変更形態を包含するものであ
る。

従って、原子炉の運転サイクルの最ｖＪの部分の間に高
エネルギ中性子の効果に基き核分裂性物質へ変換しつる
ある量の燃料親物質を周辺領域の棒の中へ導入すること
が可能である。

本発明による燃料集合体は、回収されたシルトニウムを
水冷型原子炉内で再循環させるために役立つのみならず
、核分裂性物質と燃料親物質との両方を含む低減速集合
体としても役立つこ七ができる。集合体の中心部分の棒
５又は１５は、この場合、回収されたゾル）ニウムの代
りに劣化ウランのような燃料親物質からなる。この場合
、本発明による燃料集合体は、低減速型原子炉の燃料装
荷が単一の型の集合体からなることを可能とするという
利点を有する。

スペクトルシフト棒を受入れることのできる案内管を周
辺部分に設けることにより、スペクトルシフト原子炉の
利点と低減速型原子炉の利点とが組合される。

集合体の中心部分の棒は、上述の輪郭付けられたスペー
サの代りに、これらの棒の外表面上にワイヤをス・譬イ
ラル状に巻きつけることにより、互に小さい距離だけ離
間して保持されることができる。

最後に、本発明による燃料集合体は、異なる減速要因を
有する領域を備えた炉心の非均質構造体を作ることを望
む場合に、いかなる水冷型原子炉にも適用することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による燃料集合体を形成するクラスタ
の横断面図で、正方形の断面を有する。 第２図は、第１図に示す集合体の中心領域の一部の部分
拡大図である〇 第３図は、本発明による燃料集合体を形成するクラスタ
の横断面図で、六角形の断面を有する。 ２．１０・・・第１群の棒、 １．１１・・・周辺領域、 ５．１５・・・第２群の棒、 ４．１４・・・中心領域、 ３．１２・・・案内管、 ６川スペーサ。 特開昭ＧＯ−９３９９０（５） イ２゜ 日９３　０？○　−１４ ００、＄’：　’　−４５ １１３情−１碑−一普一一９ずｍ１ぢＱ　○○蒼○ Ｑρ　０ ０”″パ　○　イ６ ００ １１ ｔｔ冷浴旧５♀ ハハ　ハハ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ａ　燃料集合体の縦方向に配列され、冷却水の循環と燃
   料棒の周りでの減速用水の層の形成とを可能とするよう
   に燃料集合体の横方向に離間して保持された、平行な燃
   料棒のクラスタにより形成された加圧水型原子炉用の燃
   料集合体において、前記集合体が： 中性子を放出し且つ中性子反応を維持するように核分裂
   性ウランに濃縮された主としてウラン酸化物を含み、減
   速用水の層が中性子を熱領域へもたらすのに十分なよう
   に離間された、第１群の棒２．１０からなる周辺領域１
   ．１１と；主としてグル）ニウム又は核分裂性ウランに
   劣化されたウランを含み、周辺領域１．１１の棒２．１
   ０を隔てる距離よりかなり小さい距離だけ隔てられた、
   第２群の棒５．１５からなる中心領域４．１４と； を包含する加圧水型原子炉用の燃料集合体。 Ｊ　中心領域４．１４内の棒５．１５を隔てる距離が、
   発生した中性子が高エネルギ領域にあるために十分な水
   の層を形成する％許請求の範囲第１項に記載の燃料集合
   体０ ３、　周辺領域内に、ス被りトルシフト棒ヲ受入れるこ
   とのできる案内管３．１２を包含する特許請求の範囲第
   １項又は第２項に記載の燃料集合体。 儀　集合体の中心領域４．１４の棒５．１５が、縦方向
   の輪郭付けられたスペーサ６により互に離間して維持さ
   れている特許請求の範囲第７項、第２項又は第３項に記
   載の燃料集合体。 文　集合体の中心領域４．１４の棒５．１５が、これら
   の棒の外側表面上にスノヤイラル状に巻き付けられたワ
   イヤにより互に離間して保持されている特許請求の範囲
   第７項、第２項又は第３項に記載の燃料集合体。