JPS6319032B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、高速増殖炉の燃料集合体に関する。
高速増殖炉は原子炉の炉心で核分裂等により発生
する中性子を燃料親物質に吸収させて新しい核分
裂物質を生産する、いわゆる増殖を行なわせ、こ
れによつて燃料の有効利用が図れる特徴を有す
る。このような高速増殖炉の炉心は、一般に円柱
状に形成され、この炉心の周囲部を燃料親物質を
主成分とする軸方向及び径方向ブランケツトで囲
設している。このような炉心構成は、第１図に示
す如く、複数個の燃料棒１をワイヤスペーサー３
で間隔を保持しながら束ねてチヤンネル２中に入
れた燃料集合体を多数個円柱状に配置することに
よつてつくられる。第２図は炉心部に相当する燃
料集合体内の燃料棒の構成を説明する図である。
従来の燃料棒では、被ふく管４の中の炉心部に富
化厚の高いプルトニウムあるいはウラン等から成
る核分裂性物質の燃料ペレツト５だけが充てんさ
れ、さらに炉心部の上方と下方に天然ウランまた
は減損ウランよりなる燃料親物質のブランケツト
ペレツト６が充てんされている。このような燃料
棒から構成される燃料集合体を装荷した時、燃料
ペレツト５が充てんされている領域が炉心を、ブ
ランケツトペレツト６が充てんされている領域が
軸方向ブランケツトを形成する。そして燃料親物
質が炉心から漏れ出る中性子を捕獲することによ
り、有用な核分裂物質が生産される。

上記の増殖作用の定量的な基準値として、増殖
率と倍増時間が挙げられる。増殖率は、核分裂性
物質の消費量に対する新核分裂性物質の生成量の
比率で表わされ、できるだけ高いことが望まし
い。また倍増時間は、原子炉の初めに装荷したの
と同量の核分裂性物質を再生産するのに要する時
間で、これは短いことが望まれ、この倍増時間短
縮が高速増殖炉の改良上最も主眼とされている。

ところで、倍増時間は、増殖率が高いほど短く
なるほか、原子炉の比出力（単位燃料装荷重量当
りの出力）に反比例するという傾向がある。よつ
て炉心内の出力分布を平坦化すれば、燃料設計で
上限が抑えられる出力密度の最大値を上げずに炉
心の平均比出力を上げることができ、倍増時間の
短縮が可能となる。

従来、第２図に示すように富化度の高い燃料ペ
レツト５を、燃料棒の炉心部に相当する全長にわ
たつて充てんした燃料棒から構成される燃料集合
体では、炉心の軸方向の出力ピーキング大きいと
いう問題があつた。

本発明の目的は、炉心の軸方向の出力分布を平
坦化し、増殖性能を向上できる高速増殖炉の燃料
集合体構造を提供することである。

本発明の高速増殖炉燃料集合体では、多数個の
燃料棒を束ねて構成される高速増殖炉燃料集合体
において、燃料ペレツトを充填した第１の燃料棒
と、軸方向の途中部分にブランケツトペレツトを
充填してそのブランケツトペレツトを上下方向か
らはさむように燃料ペレツトを充填した第２の燃
料とを各々複数本混在させたことを特徴とし、こ
の特徴点により、軸方向出力分布の平坦化を達成
することができる。

以下、本発明を実施例にて詳細に説明する。

第３図に、本発明の第１の実施例における燃料
集合体の横断面図ａと、燃料棒中のペレツト配列
図ｂを示す。本実施例では、前記の第１の燃料棒
８と前記第２の燃料棒９を、第３図ａに示すよう
に均一に配置している。ブランケツトペレツトを
充てんした部分では核分裂物質が少ないため、出
力は低く、平均の軸方向出力分布は、第４図に示
す如く平坦化される。本実施例で、燃料棒８と燃
料棒９を併用するのは、次の理由による。燃料棒
９を全て燃料集合体内に装荷した場合、ブランケ
ツトペレツトを充てんした部分では核分裂物質が
少ないため出力が落ち込むこと、燃焼が進むにつ
れて増殖作用による核分裂物質が蓄積して出力が
上昇し、燃焼による出力変動が大きくなることを
防ぐためである。すなわち、燃料棒８を併用する
ことで、燃焼初期には燃料棒８に出力を分坦さ
せ、燃焼が進んだ段階で燃料棒９に出力を分坦さ
せることにより、燃焼に伴う軸方向出力分布の変
動を抑えることができる。

第５図に、本発明の第２の実施例における燃料
集合体の横断面図を示す。本実施例では、第１の
実施例における前記第２の燃料棒を燃料集合体の
中央部に集め、前記第１の燃料棒をその周辺部に
配している。本実施例では、軸方向出力分布が平
坦化されるという効果の他に次のような別の効果
が期待できる。燃料集合体断面内で、富化度の高
い領域と、親物質からなる領域とに分離すること
により、富化度の高い領域で平均の中性子エネル
ギーが高くなり、核分裂性物質の中性子捕獲反応
の核分裂反応に対する比率が減少し、吸収反応あ
たりの発生数が大きくなる。一方、親物質からな
る領域では、富化度の高い周辺部に比べると燃料
親物質の原子数密度が高く、また中性子の平均エ
ネルギーが低くなり燃料親物質の核分裂反応率は
減少し、逆に中性子捕獲反応率は増大する。すな
わち、親物質からなる領域を集合体断面内で局在
化することで、増殖性能が向上する。

第６図に、本発明の第３の実施例における燃料
集合体の横断面図を示す。本実施例では、第２の
実施例とは逆に、前記第２の燃料棒を周辺部に配
している。本実施例では、第２の実施例のもつ軸
方向出力分布平坦化、増殖性能の向上という効果
の他に別の効果が期待できる。ブランケツトペレ
ツトを充てんした燃料棒全体の出力が小さいた
め、冷却材（通常液体金属）の炉心軸方向への温
度上昇は、チヤンネル３に近い部分では小さくな
り、チヤンネル２に接する冷却材温度は、集合体
の中心部を流れる冷却材の温度よりも低くなる。
この結果、チヤンネルの熱変形を抑制できる可能
性がある。

第７図は、本発明の第４の実施例における燃料
棒中のペレツト配列図を示す。本実施施例では、
前記第２の燃料棒１０において、ブランケツトペ
レツトを充てんする領域を、燃料集合体の燃料部
分の長さＬの半分の位置よりも炉心下方にくるよ
うにしている。高速増殖炉では、炉心の余剰反応
度制御ならびに径方向出力分布平坦化のために、
制御棒は炉心上方部から挿入される。制御棒が挿
入されると制御棒の中性子吸収効果により、軸方
向出力分布は炉心下方に歪み、出力密度のピーク
値は炉心下半部で生じる。本実施例の如くブラン
ケツトペレツト７からなる領域を下方に配置する
ことにより、制御棒挿入時の軸方向出力ピーキン
グの増大を抑制でき、炉心出力分布は平坦化でき
る。

第８図に、本発明の第５の実施例における燃料
棒中のペレツト配列図を示す。本実施例では前記
第２の燃料棒１１において、ブランケツトペレツ
トとして、他の燃料ペレツト５よりも長さの短い
ブランケツトペレツト１２を充てんしている点に
特徴がある。短いブランケツトペレツトが使用で
きるのは、出力が低いため核分裂ガスの放出が少
なく、核分裂ガスをペレツト内に閉じ込めるため
に、ペレツトの表面積と体積との比率を小さくす
る必要がなく、ペレツトの長さを短くできるため
である。ブランケツトペレツトを他のペレツトと
区別することで、製作時のミスを軽減でき、再処
理の上でも、核分裂物質を多く含むブランケツト
ペレツトを他のペレツトから分離できるので、再
処理過程での回収効率の向上が期待できる。

以上説明したように、本発明の燃料集合体を装
荷した高速増殖炉では、軸方向出力分布が平坦化
され、かつ燃焼に伴う出力変動も小さく、増殖性
能の向上が期待できる。

次に本発明の燃料集合体を装荷した高速増殖炉
では、径方向出力分布の平坦化ができる。すなわ
ち、本発明の燃料集合体構造において、前記第１
の燃料棒と第２の燃料棒の本数の比率、あるい
は、第２の燃料棒においてブランケツトペレツト
を充てんする領域の長さを集合体が装荷される炉
心径方向位置に応じて変化させる。

第９図ａは、前記第１の燃料棒と前記第２の燃
料棒の割合いが異なる本発明第３の実施例の２種
の燃料集合体を装荷した炉心断面を示したもの
で、第９図ｂは、各燃料集合体における前記第２
の燃料棒の割合と示す縦断面図である。本実施例
では、前記第２の燃料棒を多く含む燃料集合体１
３が炉心中央部に、前記第２の燃料棒の割合が小
さい燃料集合体１４が周辺部に装荷され、径方向
ブランケツト燃料１５がそれを取り囲んでいる。
図中１６は制御棒をあらわす。この炉心構成で
は、核分裂物質の炉心径方向の平均富化度は炉心
中央部で低く、周辺部で高くなり、従つて出力分
布は、径方向にも平坦化できる。

第１０図ａは、前記第２の燃料棒におけるブラ
ンケツトペレツト領域の長さが異なる本発明第３
の実施例の２種の燃料集合体と、前記第１の燃料
棒からなる燃料集合体を装荷した炉心断面を示し
たもので、第１０図ｂは、各燃料集合体の縦断面
図である。本実施例では、ブランケツトペレツト
充てん領域の長い燃料集合体１７が炉心中央部
に、ブランケツトペレツト充てん領域の短い燃料
集合体１８が周辺部に、前記第１の燃料棒からな
る燃料集合体１９が炉心の最外側に配置される。
この場合も、径方向の平均富化度は炉心中央部で
低く、周辺部で高くなり、従つて出力分布は径方
向に平坦化できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は燃料集合体の横断面図、第２図は燃料
棒の構成を示す縦断面図、第３図ａは、第１の実
施例における燃料集合体の横断面図、第３図ｂは
燃料棒のペレツト配置を示す縦断面図、第４図は
出力分布を示す特性図、第５図は、第２の実施例
における燃料集合体の横断面図、第６図は第３の
実施例における燃料集合体の横断面図、第７図
は、第４の実施例における燃料棒のペレツト配置
を示す縦断面図、第８図は、第５の実施例におけ
る燃料棒のペレツト配置を示す縦断面図、第９図
ａは、炉心構成を示す横断面図、第９図ｂは燃料
集合体内での燃料棒構成を説明する縦断面図、第
１０図ａは、炉心構成を示す横断面図、第１０図
ｂは燃料集合体内での燃料棒構成を示す横断面図
である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 多数個の燃料棒を束ねて構成される高速増殖
   炉燃料集合体において、燃料ペレツトを充填した
   第１の燃料棒と、軸方向の途中部分にブランケツ
   トペレツトを充填してそのブランケツトペレツト
   を上下方向からはさむように燃料ペレツトを充填
   した第２の燃料棒とを各々複数本混在させたこと
   を特徴とした高速増殖炉燃料集合体。 ２ 前記の第２の燃料棒を燃料集合体の横方向中
   心部に配置し、前記第１の燃料棒を周辺部に配置
   したことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
   載の燃料集合体。 ３ 前記の第１の燃料棒を燃料集合体の横方向中
   心部に配置し、前記第２の燃料棒を周辺部に配置
   したことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
   載の燃料集合体。 ４ 前記第２の燃料棒において、前記ブランケツ
   トペレツトを充てんする部分を、その中心部が、
   燃料棒の炉心軸方向高さの1/2より下方になるよ
   うに設置したことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項から第３項のいずれかに記載の燃料集合体。 ５ 前記第２の燃料棒において、前記ブランケツ
   トペレツトの軸方向長を、前記燃料ペレツトの軸
   方向長よりも短くしたことを特徴とする特許請求
   の範囲の第１項から第４項のいずれかに記載の燃
   料集合体。 ６ 前記第１および第２の燃料棒において、上下
   端部にブランケツトペレツトを充てんして、軸方
   向ブランケツトを形成したことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項から第５項のいずれかに記載の
   燃料集合体。