JPS6379094A - 燃料集合体 - Google Patents

燃料集合体

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JPS6379094A
JPS6379094A JP61223828A JP22382886A JPS6379094A JP S6379094 A JPS6379094 A JP S6379094A JP 61223828 A JP61223828 A JP 61223828A JP 22382886 A JP22382886 A JP 22382886A JP S6379094 A JPS6379094 A JP S6379094A
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fuel
uranium
burnable poison
fuel rods
area
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榎本 聡明
扇谷 俊亮
勇 豊吉
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Toshiba Corp
Hitachi Ltd
Tokyo Electric Power Co Holdings Inc
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Toshiba Corp
Tokyo Electric Power Co Inc
Hitachi Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、燃料経済性の向上を図った燃料集合体に関す
る。
(発明の技術的背景とその問題点〕 沸騰水形原子炉の炉心部に装荷される燃料集合体におい
て、近年、燃料経済性を向上させるために、燃料棒内に
おけるウラン濃縮度分布及び可燃性毒物(ガドリニア)
分布を適正化する検討がなされている。
例えば特開昭58−196483号公報の第6図(公知
例1)、並びに特開昭59−84184号公報の第1図
(公知例2)に示す燃料集合体ではウラン濃縮度を燃料
集合体の上部領域で高く、下部領域で低くしている。ま
た、可燃性毒物(ガドリニア)入り燃料棒の本数を燃料
集合体の上部領域で多く、下部領域で少なくしており、
これによって燃料経済性の向上を図っている。
しかしながら、電力需要のうち、原子力発電による依存
度が今後益々増大することが予想され、そのため燃料経
済性の一層の向上が要望されている。
また、公知例1.2に示す燃料集合体では、冷温時の中
性子インボータンスが高い燃料集合体上部領域において
、ウラン濃縮度が高くなっているので、可燃性毒物によ
る反応度抑制効果が小さくなるサイクル末期では、炉停
止余裕が若干小さくなる傾向があり、原子炉安全性の向
上を図る立場から、炉停止余裕を大きくするための改善
も要望されている。
ところで、炉停止余裕を大きくするための提案としでは
、特開昭58−179391号公報のFig、5A、5
B及びFig、4C(公知例3)、並びに特開昭58−
179392号公報のF iq。
5A〜5H及びFig、6A〜6)1(公知例4)があ
る。
これらの公知例3.4には、冷温時の中性子インボータ
ンスの高い燃料集合体上部領域のウラン濃縮度を低くし
、これによって炉停止余裕を改善することが開示されて
いる。
すなわち、公知例3.4では、ウラン濃縮度を燃料集合
体上部領域で低く、下部領域で高くし、かつ、可燃性毒
物(ガドリニア)の11度を燃料集合体上部領域で低く
、下部領域で高くしている。
しかしながら、公知例3.4に示された炉停止余裕改善
のための提案では、燃料経済性の向上を図った公知例1
.2の提案とはウラン1縮度分布、可燃性汚物分布がい
ずれも逆の条件となっている。
このことから明らかなように、燃料経済性の向上と、炉
停止余裕度の改善とを同時に実現することは極めて困難
とされていた。
〔発明の目的〕
第1の発明は、沸騰水形原子炉の炉心部に装荷される燃
料集合体における燃料経済性の、より一層の向上を図る
ことを目的とする。
また、第2の発明は、燃料経済性の向上と、原子炉安全
性の向上のための炉停止余裕、の確保とを同時に実現で
きる燃料集合体を提供することを目的とする。
(発明の概要) 第1の発明では、燃料集合体上下端部の少なくとも一方
に天然ウラン、微濃縮ウラン又は劣化ウランのいずれか
一つを入れ、それ以外の領域を上部領域と下部領域とに
区分して上部領域にais縮度ウラン、下部領域に低濃
縮度ウランを入れるとともに、数本の燃料棒はその全長
にわたって高濃度の可燃性毒物を入れた全長可燃性毒物
入り燃料棒とし、別の少数本の燃料棒は上部領域のみに
低濃度の可燃性毒物を入れた部分長可燃性毒物入り燃料
棒とする。
また第2の発明では、燃料集合体上下端部の少なくとも
一方に天然ウラン、微濃縮ウラン又は劣化ウランのいず
れか一つを入れ、それ以外の領域を上部領域、中央部領
域及び下部領域に区分して上部及び下部領域に低濃縮度
ウラン、中央部領域に高[i1度ウランを入れるととも
に、数本の燃料棒はその全長にわたって高濃度の可燃性
毒物を入れた全長可燃性毒物入り燃料棒とし、別の少数
本の燃料棒は中央部領域のみに低濃度の可燃性毒物を入
れた部分長可燃性毒物入り燃料棒とする。
〔発明の実施例〕
まず第1の発明の実施例を第1図に示ず。
図は、沸騰水形原子炉の炉心部に上下方向に向けて装荷
される多数の燃料集合体のうちの1体を模式的に示すも
ので、これはウラン燃料をもつ8X8本の燃料棒を上下
方向に向けて配賄した構成となっている。
上記燃料集合体は、上端部に天然ウラン〈濃縮度0.7
1%)を入れ、それ以外の領域を上部領域工及び下部領
域■に区分して上部領域■のウラン濃縮度を3.52%
とし、下部領域■のウラン濃縮度を3.33%とする。
なお、上端部の天然ウランの代りに微濃縮ウラン又は劣
化ウランとしてもよい。
また、8本の燃料棒(全長可燃性毒物入り燃料棒)には
全長にわたって濃度3.4%の可燃性毒物(ガドリニア
)を入れ、別の2本の燃料棒(部分長可燃性毒物入り燃
料棒)には上部領域■のみに濃度2.0%の可燃性毒物
(ガドリニア)を入れる。
以上のように構成することにより、サイクル前半では上
部領域工の反応度がガドリニアで抑制されるため、炉心
の軸方向出力分布が下部ピークとなり、炉心平均ボイド
率が増大し、プルトニウムの蓄積が促進される。一方、
サイクル末期にはガドリニアがほぼ燃え尽ぎるので、炉
心の軸方向出力分布はウラン濃縮度の高い上部領域エヘ
ピークが移り、このため炉心平均ボイド率が下がって、
ボイドによる反応度損失分が減少するとともに、サイク
ル前半で蓄積したプルトニウムも燃焼する。
このようにサイクル中に、炉心平均ボイド率を変化させ
ることにより中性子スペクトルを変化させ、スペクトル
シフト効果を生じさせることにより、サイクル末期の炉
心反応度は上昇し、燃料経済性が向上することになるの
である。
なお、上端部に天然ウラン、微濃縮ウラン又は劣化ウラ
ンのいずれか一つを入れることとしたのは、この部分で
は中性子インボータンスが低いので、低濃縮度のウラン
にすることによって燃料経済性を一層高めるためである
ここで、スペクトルシフト効果を最大とするためには、
上部領域工における2本の部分長可燃性毒物入り燃料棒
のガドリニア濃度を低くした方が効果的であるが、この
点について第2図により説明する。なお、第2図の縦軸
は無限増倍率(KoO)、横軸は燃焼度(Gwd/l)
を示す。
第2図中−点鎖線(符号A)は、ウラン濃縮度3.52
%で、濃度3.4%のガドリニア入り燃料棒が8本ある
場合について示している。
また、第2図中実線(符号B)は第1図の上部領域Iと
同じく、ウラン濃縮度3.52%で、濃度3.4%のガ
ドリニア入り燃料棒が8本、濃度2.0%のガドリニア
入り燃料棒が2本ある場合について示している。
さらに、第2図中二点鎖線(符号C)は、ウラン濃縮度
3.52%で、濃度3.4%のガドリニア入り燃料棒が
10本ある場合について示している。
第2図中筒号りは、第1図の領IIIにおけるサイクル
末期燃焼度の範囲を示している。
そこで、上部領域■の特性は、実線(符号B)で示され
ているように、サイクル前半では反応度・抑制効果が大
きく、サイクル末期では、濃度2.0%のガドリニアを
入れた2本の燃料棒が存在しない図中−点鎖線(符@A
)の場合と同じになる。
これは軸方向出力分布をサイクル前半では下部領域■で
ピークとし、サイクル末期では上部領域工でピークとす
るのに適している。
2.0%ガドリニア入り燃料棒2本のガドリニアの濃度
を高め、3.4%にすると第2図の二点鎖線(符号C)
に示されるようにサイクル末期でもガドリニアの燃え残
り吊が多くなり、反応度が低下するとともに、スペクト
ルシフト効果も小さくなるので燃料経済性が低下する。
このように、2本の燃料棒を、上部領域工のみに低濃度
のガドリニアを入れた部分長可燃性毒物入り燃料棒とす
ることによって燃料経済性が向上することがわかる。
なお、第1の発明は上記実施例に限定されるものではな
い。例えば第3図のように、天然ウラン、wi濃縮ウラ
ンまたは劣化ウランのいずれか一つを下端部に入れても
よいし、第4図のように上端部と下端部に入れてもよい
次に第2の発明の実施例を第5図に示す。
図は燃料集合体を模式的に示すもので、上端部に天然ウ
ラン、微濃縮ウラン又は劣化ウランのいずれか一つを入
れることは第1図の実施例と同種であるが、本実施例で
はそれ以外の領域を下部領域■a、中央部領域■a及び
下部領域1[の3つ領域に区分し、上部領域■a及び下
部領域Iffaのウラン濃縮度をいずれも3.33%と
し、中央部領域flaのウラン濃縮度のみ3.52%と
する。
また、8本の燃料棒(全長可燃性毒物入り燃料棒)には
全長にわたって濃度3.4%の可燃性毒物(ガドリニア
)を入れ、別の2本の燃料棒(部分長可燃性毒物入り燃
料棒)には中央部領域1[aのみに濃度2.0%の可燃
性毒物(ガドリニア)を入れる。
以上の構成においても、中性子インポータンスが低い上
端部に天然ウランを使用することにより、燃料経済性の
向上が図られる。また中央部領域1[a及び下部領域f
laでは、ウラン濃縮度及びガドリニア入り燃料棒の本
数に差をつけることによってスペクトルシフト効果を生
じさせることができる。すなわち、ウラン濃縮度は中央
部領域IIaが下部領域11aよりも高く、ガドリニア
濃度は中央部領域■aのみにガドリニアをもつ部分可燃
性毒物入り燃料棒が2本あるため、中央部領域1[aの
方が高い。このため、サイクル前半では中央部領域■a
の反応度がガドリニアで抑制され炉心の軸方向出力分布
が下部ピークとなり、炉心平均ボイド率が増大するので
、プルトニウムの蓄積が促進されることになる。一方、
サイクル末期にはガドリニアがほぼ燃え尽きるので、炉
心の軸方向出力分布はウラン濃縮度の高い中央部領域I
Iaへピークが移り、炉心平均ボイド率が下がってボイ
ドによる反応度損失分が減少し、同時に、サイクル前半
で蓄積したプルトニウムも宸焼する。そしてこれらのス
ペクトルシフト効果から、サイクル末期の炉心反応度が
上昇し、燃料経済性が向上することになるのである。
また上部領域■aでは、ウラン濃縮度は3.33%と中
央部領域1iaより低く、ガドリニア濃度は2本の部分
可燃性毒物入り燃料棒の分だけ中央部領域1aより低い
。このように冷温時の中性子インポータンスが高い上部
領域工aのウラン濃縮度を低くすることにより、炉停止
余裕が向上することになる。なお上部領域工aの長さを
燃料有効長のl/8程度とすることによって、中央部!
I域■aと下部領域maのウラン濃縮度及びガドリニア
入り燃料棒の本数に差をつけることによって生まれるス
ペクトルシフト効果を損うことなく炉停止余裕を大きく
することができる。
要するに、本実施例では、第1図の実施例と同様に燃料
経済性の向上を図りつつ、炉停止余裕の向上をも図るこ
とができるものである。
さらに、本実施例のように2.0%濃度のガドリニアを
中央部領域Iaのみに入れた場合の効果は次のように説
明することができる。
いま、第5図の燃料集合体との比較のため、第6図のよ
うに上部領域■aにも2.0%1度のガドリニアを入れ
た燃料集合体を想定する。つまり、第6図の燃料集合体
では、2本の部分可燃性毒物入り燃料棒に、上部領域■
a及び中央部領域■aの2つの領域にわたって2.0%
濃度のガドリニアを入れると考えるのである。
そこで、第5図に示す燃料集合体(バンドルVとする。
)を用いた場合と、第6図に示す燃料集合体(バンドル
■とする。)を用いた場合の、原子炉運転時における実
効増倍率(Ken)を比較すると、第7図のようになる
第7図の比較から明らかなように、バンドル■ではサイ
クル初期において実効増倍率(Ke「「)が目標値に達
していない。このように実効増倍率(Keff)が小さ
いと、サイクル初期と言えども制御環による炉心出力の
制御が困難となるので好ましくないのである。またサイ
クル末期の実効増倍率<Keff>を見ると、バンドル
Vの方がバンドル■よりも燃料経済性の点で優れている
ことがわかる。
なお、第2の発明についても上記実施例に限らない。例
えば第8図のように、天然ウラン、微濃縮ウランまたは
劣化ウランのいずれか一つを下端部に入れてもよいし、
第9図のように上下両端部に入れてもよい。
〔発明の効果〕
以上のように、第1発明によれば、沸騰水形原子炉の炉
心部に装荷される燃料集合体において燃料経済性の向上
を図ることができる。
また第2の発明によれば、原子炉安全性の向上のための
炉停止余裕を充分確保しつつ沸噴水形原子炉のスペクト
ルシフト効果を増大させ、燃料経済性の向上を図ること
ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は第1の発明に係る実施例の燃料集合体を模式的
に示す図、第2図は同実施例の効果を説明するための無
限増倍率と燃焼度との関係を示す図、第3図及び第4図
は第1の発明に係るそれぞれ他の実施例の燃料集合体を
模式的に示す図、第5図は第2の発明に係る実施例の燃
料集合体を模式的に示す因、第6図は同実施例の燃料集
合体と対比される燃料集合体を模式的に示す図、第7図
は同実施例の効果を説明するための実効増倍率とサイク
ル燃焼度との関係を示す図、第8図及び第9図は第2の
発明に係るそれぞれ他の実施例の燃F11!合体を模式
的に示す図である。 ■・・・上部領域、■・・・下部領域、工a・・・上部
領域、■a・・・中央部領域、l[a・・・下部領域。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第1図 第2図 第3図            第4 図第5図 第6図 第8 図 第9 図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)上下方向に向けて配置される多数の燃料棒より構
    成され、沸騰水形原子炉の炉心部に装荷される燃料集合
    体において、上下端部の少なくとも一方に天然ウラン、
    微濃縮ウラン又は劣化ウランのいずれか一つを入れ、そ
    れ以外の領域を上部領域と下部領域とに区分して上部領
    域に高濃縮度ウラン、下部領域に低濃縮度ウランを入れ
    るとともに、数本の燃料棒はその全長にわたって高濃度
    の可燃性毒物を入れた全長可燃性毒物入り燃料棒とし、
    別の少数本の燃料棒は上部領域のみに低濃度の可燃性毒
    物を入れた部分長可燃性毒物入り燃料棒とすることを特
    徴とする燃料集合体。
  2. (2)上下方向に向けて配置される多数の燃料棒より構
    成され、沸騰水形原子炉の炉心部に装荷される燃料集合
    体において、上下端部の少なくとも一方に天然ウラン、
    微濃縮ウラン又は劣化ウランのいずれか一つを入れ、そ
    れ以外の領域を上部領域、中央部領域及び下部領域に区
    分して上部及び下部領域に低濃縮度ウラン、中央部領域
    に高濃縮度ウランを入れるとともに、数本の燃料棒はそ
    の全長にわたって高濃度の可燃性毒物を入れた全長可燃
    性毒物入り燃料棒とし、別の少数本の燃料棒は中央部領
    域のみに低濃度の可燃性毒物を入れた部分長可燃性毒物
    入り燃料棒とすることを特徴とする燃料集合体。
JP61223828A 1986-09-24 1986-09-24 燃料集合体 Expired - Lifetime JPH0636048B2 (ja)

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JPH0636048B2 JPH0636048B2 (ja) 1994-05-11

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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5464287A (en) * 1977-10-31 1979-05-23 Toshiba Corp Nuclear fuel assembly
JPS58196483A (ja) * 1982-05-12 1983-11-15 株式会社東芝 燃料集合体
JPS5984184A (ja) * 1982-11-05 1984-05-15 株式会社日立製作所 沸騰水型原子炉用燃料集合体
JPS60117182A (ja) * 1983-11-30 1985-06-24 株式会社東芝 沸騰水型原子炉用燃料集合体

Patent Citations (4)

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