JPS646421B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPS646421B2 JPS646421B2 JP58059284A JP5928483A JPS646421B2 JP S646421 B2 JPS646421 B2 JP S646421B2 JP 58059284 A JP58059284 A JP 58059284A JP 5928483 A JP5928483 A JP 5928483A JP S646421 B2 JPS646421 B2 JP S646421B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel
- rods
- fuel assembly
- moderator
- burnable poison
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 185
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 claims description 98
- 239000002574 poison Substances 0.000 claims description 96
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 20
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 16
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 11
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims description 8
- 229910052987 metal hydride Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 150000004681 metal hydrides Chemical group 0.000 claims description 8
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 4
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 3
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 claims 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 claims 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 43
- CMIHHWBVHJVIGI-UHFFFAOYSA-N gadolinium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Gd+3].[Gd+3] CMIHHWBVHJVIGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 42
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 36
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 23
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 12
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 11
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 10
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 description 9
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 9
- 229910052770 Uranium Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 6
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 6
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 6
- JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N uranium(0) Chemical compound [U] JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- QSGNKXDSTRDWKA-UHFFFAOYSA-N zirconium dihydride Chemical compound [ZrH2] QSGNKXDSTRDWKA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910000568 zirconium hydride Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 5
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 5
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N Heavy water Chemical compound [2H]O[2H] XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 239000003440 toxic substance Substances 0.000 description 2
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 2
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 2
- YZCKVEUIGOORGS-OUBTZVSYSA-N Deuterium Chemical compound [2H] YZCKVEUIGOORGS-OUBTZVSYSA-N 0.000 description 1
- 239000011358 absorbing material Substances 0.000 description 1
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 description 1
- ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N beryllium atom Chemical compound [Be] ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- -1 cesium hydride Chemical compound 0.000 description 1
- 230000008094 contradictory effect Effects 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 1
- 229910052805 deuterium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- JEGUKCSWCFPDGT-UHFFFAOYSA-N h2o hydrate Chemical compound O.O JEGUKCSWCFPDGT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 239000003758 nuclear fuel Substances 0.000 description 1
- 230000007096 poisonous effect Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 231100000167 toxic agent Toxicity 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
- G21C3/30—Assemblies of a number of fuel elements in the form of a rigid unit
- G21C3/32—Bundles of parallel pin-, rod-, or tube-shaped fuel elements
- G21C3/326—Bundles of parallel pin-, rod-, or tube-shaped fuel elements comprising fuel elements of different composition; comprising, in addition to the fuel elements, other pin-, rod-, or tube-shaped elements, e.g. control rods, grid support rods, fertile rods, poison rods or dummy rods
- G21C3/328—Relative disposition of the elements in the bundle lattice
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- 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
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S376/00—Induced nuclear reactions: processes, systems, and elements
- Y10S376/90—Particular material or material shapes for fission reactors
- Y10S376/904—Moderator, reflector, or coolant materials
- Y10S376/906—Metal
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
- Fuel-Injection Apparatus (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、燃料集合体に係り、特に沸騰水型原
子炉に用いるのに好適な燃料集合体に関するもの
である。
子炉に用いるのに好適な燃料集合体に関するもの
である。
原子炉を一定の期間運転するためには、運転初
期において、運転中の核分裂物質の燃焼による反
応度劣化分だけの余剰反応度を有している必要が
ある。そして、原子炉を臨界に保つために、この
余剰反応度を制御する必要があり、従来その方法
として、中性子吸収物質からなる制御棒を炉心に
挿入する方法、および燃料中にGd2O3等の中性子
吸収断面積の大きい可燃性毒物を混入した燃料棒
を含んでいる燃料集合体を炉心に装荷する方法が
多く併用されている。
期において、運転中の核分裂物質の燃焼による反
応度劣化分だけの余剰反応度を有している必要が
ある。そして、原子炉を臨界に保つために、この
余剰反応度を制御する必要があり、従来その方法
として、中性子吸収物質からなる制御棒を炉心に
挿入する方法、および燃料中にGd2O3等の中性子
吸収断面積の大きい可燃性毒物を混入した燃料棒
を含んでいる燃料集合体を炉心に装荷する方法が
多く併用されている。
最近、燃焼度の増大を図つた燃料、すなわち長
寿命燃料の開発が行われている。長寿命燃料にお
ける燃料経済の向上を図るためには、濃縮度を高
くする必要がある。しかし、濃縮度の増加によ
り、次の問題が生じる。第一の問題は、濃縮度の
増加に伴ない燃焼初期で制御しなければならない
余剰反応度が増大し、従来のガドリニア
(Gd2O3)入り燃料棒を使つた燃料集合体では、
ガドリニア入り燃料棒の本数を多くする必要があ
る。さらに、中性子の平均エネルギーが高くなる
ため、ガドリニア入り燃料棒1本あたりの余剰反
応度制御効果が減少する。このため、燃料集合体
内におけるガドリニア入り燃料棒の本数がさらに
増加することになる。濃縮度増加の第二の問題点
は、中性子エネルギーの増加により、ボイド率変
化に伴う反応度変化率が大きくなり、また制御棒
価値が低下する。
寿命燃料の開発が行われている。長寿命燃料にお
ける燃料経済の向上を図るためには、濃縮度を高
くする必要がある。しかし、濃縮度の増加によ
り、次の問題が生じる。第一の問題は、濃縮度の
増加に伴ない燃焼初期で制御しなければならない
余剰反応度が増大し、従来のガドリニア
(Gd2O3)入り燃料棒を使つた燃料集合体では、
ガドリニア入り燃料棒の本数を多くする必要があ
る。さらに、中性子の平均エネルギーが高くなる
ため、ガドリニア入り燃料棒1本あたりの余剰反
応度制御効果が減少する。このため、燃料集合体
内におけるガドリニア入り燃料棒の本数がさらに
増加することになる。濃縮度増加の第二の問題点
は、中性子エネルギーの増加により、ボイド率変
化に伴う反応度変化率が大きくなり、また制御棒
価値が低下する。
上記の問題点を解決する燃料集合体として特開
昭53−41696号公報に示された燃料集合体が(そ
れの第3図参照)が提案されている。この燃料集
合体は、8行8列に棒が配置されたものであつ
て、核燃料物質からなる燃料ペレツトを充填した
第1燃料棒、前記燃料ペレツト中にガドリニアを
混合した第2燃料棒及び減速材(例えばB″、ベ
リリウム、炭素、これらの化合物、軽水及び重
水)と可燃性毒物(例えばB10,Gd及びこれらの
化合物)が充填された可燃性毒物入り減速棒をチ
ヤンネルボツクスに配置したものである。第2燃
料棒は、チヤンネルボツクスの4つのコーナ部に
それぞれ1本ずつ計4本存在している。4本の可
燃性毒物入り減速棒は、チヤンネルボツクスの中
央に隣接して配置されている。この燃料集合体
は、前述したように内部に充填されている物質が
異なつている3種類のロツドを有している。従つ
て、燃料集合体の製造工程が複雑になる。特に、
特開昭53−4169号公報の燃料集合体は、可燃性毒
物を含まない燃料棒と、核分裂物質の濃縮度は同
じであつても可燃性毒物を含む燃料棒を別個に作
る必要がある。このため、燃料ペレツトの製造か
ら燃料棒組立までの燃料製造管理が複雑になる。
昭53−41696号公報に示された燃料集合体が(そ
れの第3図参照)が提案されている。この燃料集
合体は、8行8列に棒が配置されたものであつ
て、核燃料物質からなる燃料ペレツトを充填した
第1燃料棒、前記燃料ペレツト中にガドリニアを
混合した第2燃料棒及び減速材(例えばB″、ベ
リリウム、炭素、これらの化合物、軽水及び重
水)と可燃性毒物(例えばB10,Gd及びこれらの
化合物)が充填された可燃性毒物入り減速棒をチ
ヤンネルボツクスに配置したものである。第2燃
料棒は、チヤンネルボツクスの4つのコーナ部に
それぞれ1本ずつ計4本存在している。4本の可
燃性毒物入り減速棒は、チヤンネルボツクスの中
央に隣接して配置されている。この燃料集合体
は、前述したように内部に充填されている物質が
異なつている3種類のロツドを有している。従つ
て、燃料集合体の製造工程が複雑になる。特に、
特開昭53−4169号公報の燃料集合体は、可燃性毒
物を含まない燃料棒と、核分裂物質の濃縮度は同
じであつても可燃性毒物を含む燃料棒を別個に作
る必要がある。このため、燃料ペレツトの製造か
ら燃料棒組立までの燃料製造管理が複雑になる。
本発明の第1の目的は、製造工程を単純化でき
しかも大きな余剰反応度制御効果を得ることがで
きる燃料集合体を提供することにある。
しかも大きな余剰反応度制御効果を得ることがで
きる燃料集合体を提供することにある。
本発明の第2の目的は、燃料経済性を向上でき
る燃料集合体を提供することにある。
る燃料集合体を提供することにある。
上記第1の目的を達成する本発明の第1の特徴
は、可燃性毒物及び減速材を有する複数の減速棒
を備え、燃料集合体内の全可燃性毒物が減速棒内
に充填され、減速棒間に燃料棒が配置されること
にある。
は、可燃性毒物及び減速材を有する複数の減速棒
を備え、燃料集合体内の全可燃性毒物が減速棒内
に充填され、減速棒間に燃料棒が配置されること
にある。
上記第2の目的を達成する本発明の第2の特徴
は、減速棒の本数が4本以上でかつ前記燃料棒と
前記減速棒との合計本数の15%以下の範囲にある
ことを、第1の特徴の要件に付加したことにあ
る。
は、減速棒の本数が4本以上でかつ前記燃料棒と
前記減速棒との合計本数の15%以下の範囲にある
ことを、第1の特徴の要件に付加したことにあ
る。
本発明は、以下に述べる検討結果に基づいてな
されたものである。
されたものである。
一般に、軽水炉で使用されるガドリニア等の可
燃毒物質の中性子吸収断面積は、中性子のエネル
ギーが低くなると増加する。従つて中性子のエネ
ルギーの低い、すなわち中性子スペクトルが軟か
い環境に可燃毒物質をおけば、その余剰反応度制
御効果を高めることができる。またボイド率変化
に伴う反応度変化率も、燃料集合体の中性子エネ
ルギーが低くなると小さくなる。本発明は、この
特性を利用して可燃性毒物を燃料棒よりも中性子
スペクトルの軟らかい減速棒内に充填することに
より、可燃性毒物による余剰反応度制御効果を高
めたものである。また、可燃性毒物を含む減速棒
を隣接して配置した場合には、隣接して配置され
た減速棒の相互作用によつて、可燃性毒物による
中性子吸収により近傍の熱中性子エネルギーが高
くなり、可燃性毒物を含む減速棒の余剰反応度制
御効果が小さくなる。従つて、可燃性毒物を含む
減速棒間に燃料棒を介在させることによつて、可
燃性毒物を含む減速棒の持つている余剰反応度制
御効果を効果的に発揮させることができ、燃料集
合体の余剰反応度制御効果をより高めることがで
きる。その結果、従来の燃料集合体における可燃
性毒物入棒(可燃性毒物入燃料棒及び可燃性毒物
入減速棒)の本数よりも少ない本数の可燃性毒物
を含む減速棒で、所要の余剰反応度制御を行なう
ことができる。
燃毒物質の中性子吸収断面積は、中性子のエネル
ギーが低くなると増加する。従つて中性子のエネ
ルギーの低い、すなわち中性子スペクトルが軟か
い環境に可燃毒物質をおけば、その余剰反応度制
御効果を高めることができる。またボイド率変化
に伴う反応度変化率も、燃料集合体の中性子エネ
ルギーが低くなると小さくなる。本発明は、この
特性を利用して可燃性毒物を燃料棒よりも中性子
スペクトルの軟らかい減速棒内に充填することに
より、可燃性毒物による余剰反応度制御効果を高
めたものである。また、可燃性毒物を含む減速棒
を隣接して配置した場合には、隣接して配置され
た減速棒の相互作用によつて、可燃性毒物による
中性子吸収により近傍の熱中性子エネルギーが高
くなり、可燃性毒物を含む減速棒の余剰反応度制
御効果が小さくなる。従つて、可燃性毒物を含む
減速棒間に燃料棒を介在させることによつて、可
燃性毒物を含む減速棒の持つている余剰反応度制
御効果を効果的に発揮させることができ、燃料集
合体の余剰反応度制御効果をより高めることがで
きる。その結果、従来の燃料集合体における可燃
性毒物入棒(可燃性毒物入燃料棒及び可燃性毒物
入減速棒)の本数よりも少ない本数の可燃性毒物
を含む減速棒で、所要の余剰反応度制御を行なう
ことができる。
減速材として原子炉の冷却材である水よりも中
性子吸収能力の大きな固体減速材(例えば金属水
素化物であるZrH2及びCeH2等)を用いて上記減
速棒を構成することによつて、可燃性毒物をより
中性子スペクトルの軟らかい領域に位置させるこ
とができるので、余剰反応度制御効果を更に高め
ることができる。
性子吸収能力の大きな固体減速材(例えば金属水
素化物であるZrH2及びCeH2等)を用いて上記減
速棒を構成することによつて、可燃性毒物をより
中性子スペクトルの軟らかい領域に位置させるこ
とができるので、余剰反応度制御効果を更に高め
ることができる。
本発明における燃料集合体内の可燃性毒物入減
速棒の本数の好ましい範囲は、以下のようにして
決定される。
速棒の本数の好ましい範囲は、以下のようにして
決定される。
可燃性毒物入り減速棒は、可燃性毒物が燃え尽
きた後は、従来の燃料集合体内に設置された水ロ
ツド棒と同じく、中性子減速材として機能する。
燃料集合体内の燃料棒を可燃性毒物入り減速棒お
よび可燃性毒物を含まない減速棒でおきかえた場
合、減速材対燃料比が増加する。この減速材対燃
料比の増加は、燃料の濃縮度を同一とした場合、
中性子無限増倍率を高める結果になる。従つて一
定量の取出し燃焼度を確保するために必要な天然
ウラン量は、1体の燃料集合体において第1図に
示すように節約できることがわかつた。
きた後は、従来の燃料集合体内に設置された水ロ
ツド棒と同じく、中性子減速材として機能する。
燃料集合体内の燃料棒を可燃性毒物入り減速棒お
よび可燃性毒物を含まない減速棒でおきかえた場
合、減速材対燃料比が増加する。この減速材対燃
料比の増加は、燃料の濃縮度を同一とした場合、
中性子無限増倍率を高める結果になる。従つて一
定量の取出し燃焼度を確保するために必要な天然
ウラン量は、1体の燃料集合体において第1図に
示すように節約できることがわかつた。
第1図は、燃料棒の一部は可燃性毒物入り減速
棒でおきかえた時の単位燃焼度を得るための天然
ウランの節約効果を示す。減速材としては、水と
同じ水素密度を有する物質を想定して求めた。曲
線41が8×8配列の燃料集合体、曲線42が9
×9配列の燃料集合体の場合の解析例である。減
速材としてZrH2を用いた場合には、曲線41及
び42は、天然ウラン節約量のピーク値が約3.0
%になり、減速棒の本数の領域は第1図と同じで
ある。減速棒の増加とともに省ウラン効果は増大
し、8×8配列の燃料集合体では4本、9×9配
列では、5本でピーク値をとり、さらに本数を増
加させると、省ウラン効果は減少し、8×8配列
では10本以上、9×9配列では13本以上にする
と、燃料経済性は悪化する。従つて、燃料経済性
を悪化させない範囲で挿入できる減速棒の本数
は、燃料集合体内のロツド本数の約15%の範囲で
ある。一方、必要とする可燃性毒物入り減速棒の
本数は、余剰反応度制御量で決定されるが、現在
の沸騰水型原子炉の標準的な燃料の濃縮度2.8%
の場合の所要余剰反応度制御量は、約20%ΔK/K
以上であり、後述するように、可燃性毒物入り減
速棒1本あたりの余剰反応度制御量は、約5%で
あるので、8×8燃料集合体では4本以上の可燃
性毒物入り減速棒を装荷する必要がある。この本
数は、全ロツド数の6%に相当する。従つて、可
燃性毒物入り減速棒の総和は、4本以上でかつそ
の最大は燃料棒本数の15%以内にすることが望ま
しい。
棒でおきかえた時の単位燃焼度を得るための天然
ウランの節約効果を示す。減速材としては、水と
同じ水素密度を有する物質を想定して求めた。曲
線41が8×8配列の燃料集合体、曲線42が9
×9配列の燃料集合体の場合の解析例である。減
速材としてZrH2を用いた場合には、曲線41及
び42は、天然ウラン節約量のピーク値が約3.0
%になり、減速棒の本数の領域は第1図と同じで
ある。減速棒の増加とともに省ウラン効果は増大
し、8×8配列の燃料集合体では4本、9×9配
列では、5本でピーク値をとり、さらに本数を増
加させると、省ウラン効果は減少し、8×8配列
では10本以上、9×9配列では13本以上にする
と、燃料経済性は悪化する。従つて、燃料経済性
を悪化させない範囲で挿入できる減速棒の本数
は、燃料集合体内のロツド本数の約15%の範囲で
ある。一方、必要とする可燃性毒物入り減速棒の
本数は、余剰反応度制御量で決定されるが、現在
の沸騰水型原子炉の標準的な燃料の濃縮度2.8%
の場合の所要余剰反応度制御量は、約20%ΔK/K
以上であり、後述するように、可燃性毒物入り減
速棒1本あたりの余剰反応度制御量は、約5%で
あるので、8×8燃料集合体では4本以上の可燃
性毒物入り減速棒を装荷する必要がある。この本
数は、全ロツド数の6%に相当する。従つて、可
燃性毒物入り減速棒の総和は、4本以上でかつそ
の最大は燃料棒本数の15%以内にすることが望ま
しい。
次に減速棒一本当たりに混入させる可燃性毒物
の好ましい量について説明する。可燃性毒物が運
転期間の末期に残つていると、中性子吸収により
反応度が低下するため、原子炉を臨界にするため
に燃料濃縮度を高くする必要があり、燃料経済性
を悪くする。第2図は、燃料初期に減速棒中に存
在する可燃性毒物であるガドリニアの量と、それ
が燃えつきるまでの燃料の燃焼度の関係を示した
ものである。従来、沸騰水型原子炉の連続運転期
間は、9月から15ケ月であり、燃料燃焼度に換算
すると、出力密度50kw/の場合7GWd/t〜
12GWd/tである。従つて、運転末期にガドリ
ニアが残存しない範囲で1本の減速棒中に混入で
きる量は、0.35g/cm3〜0.6g/cm3である。この
量は、炉心平均値であり、原子炉内の出力分布を
考慮すると、出力の低いところでは、運転末期で
の燃料燃焼度は、炉心平均の40%程度である。出
力の低い炉心領域でも、運転末期にガドリニアが
燃え残らないためには、減速棒中に混入するガド
リニアの量は、0.15g/cm3〜0.6g/cm3の範囲が
よい。ガドリニアの量をさらに低くすると、運転
開始後すぐにガドリニアがなくなり、余剰反応度
制御効果が失なわれる。
の好ましい量について説明する。可燃性毒物が運
転期間の末期に残つていると、中性子吸収により
反応度が低下するため、原子炉を臨界にするため
に燃料濃縮度を高くする必要があり、燃料経済性
を悪くする。第2図は、燃料初期に減速棒中に存
在する可燃性毒物であるガドリニアの量と、それ
が燃えつきるまでの燃料の燃焼度の関係を示した
ものである。従来、沸騰水型原子炉の連続運転期
間は、9月から15ケ月であり、燃料燃焼度に換算
すると、出力密度50kw/の場合7GWd/t〜
12GWd/tである。従つて、運転末期にガドリ
ニアが残存しない範囲で1本の減速棒中に混入で
きる量は、0.35g/cm3〜0.6g/cm3である。この
量は、炉心平均値であり、原子炉内の出力分布を
考慮すると、出力の低いところでは、運転末期で
の燃料燃焼度は、炉心平均の40%程度である。出
力の低い炉心領域でも、運転末期にガドリニアが
燃え残らないためには、減速棒中に混入するガド
リニアの量は、0.15g/cm3〜0.6g/cm3の範囲が
よい。ガドリニアの量をさらに低くすると、運転
開始後すぐにガドリニアがなくなり、余剰反応度
制御効果が失なわれる。
本発明の効果を大きくするには、可燃性毒物入
り減速棒を構成する中性子減速材は、その減速能
が大きいものが良い。中性子減速能の最も大きい
物質は水素である。したがつて、水素の含有量の
大きな材料が減速材として好ましい。従来の水ロ
ツドの中には、280℃近傍の軽水が流れているが、
その水素密度は5×1022/cm3であり、この値以上
の水素密度を持つ減速材が望ましい。軽水中の水
素密度より大きくする理由は、沸騰水型炉の場
合、燃料集合体外側に水ギヤツプ領域が存在する
ため、燃料集合体内での熱中性子群のエネルギー
は、燃料集合体の横断面において中央部で高く、
周辺部で低くなつている。水ギヤツプ領域の面積
よりも小さい、断面積の減速棒で上記の熱中性子
群のエネルギー分布を是正し、集合体全体の中性
子エネルギーを下げるには、減速棒には、軽水よ
りも減速能の大きい物質を用いる。
り減速棒を構成する中性子減速材は、その減速能
が大きいものが良い。中性子減速能の最も大きい
物質は水素である。したがつて、水素の含有量の
大きな材料が減速材として好ましい。従来の水ロ
ツドの中には、280℃近傍の軽水が流れているが、
その水素密度は5×1022/cm3であり、この値以上
の水素密度を持つ減速材が望ましい。軽水中の水
素密度より大きくする理由は、沸騰水型炉の場
合、燃料集合体外側に水ギヤツプ領域が存在する
ため、燃料集合体内での熱中性子群のエネルギー
は、燃料集合体の横断面において中央部で高く、
周辺部で低くなつている。水ギヤツプ領域の面積
よりも小さい、断面積の減速棒で上記の熱中性子
群のエネルギー分布を是正し、集合体全体の中性
子エネルギーを下げるには、減速棒には、軽水よ
りも減速能の大きい物質を用いる。
この条件を満たす減速材としては、ジルコニウ
ム・ハイドライド(Zr、H2)及びセシウム・ハ
イドライド(Ce、H2)等の金属水素化物がある。
これらの金属水素化物は、固体減速材である。
Zr、H2に含まれる水素密度は、7.2×1022/cm3で
ある。またCeH2に含まれる水素密度は、7.0×
1022/cm3である。
ム・ハイドライド(Zr、H2)及びセシウム・ハ
イドライド(Ce、H2)等の金属水素化物がある。
これらの金属水素化物は、固体減速材である。
Zr、H2に含まれる水素密度は、7.2×1022/cm3で
ある。またCeH2に含まれる水素密度は、7.0×
1022/cm3である。
以上、述べたように、本発明の燃料集合体で
は、特開昭53−41696号公報に示された燃料集合
体よりも可燃性毒物を含んでいるロツド(前述し
た第2燃料棒及び可燃性毒物入り減速棒)の本数
を少なくして余剰反応度を制御できる。このた
め、第2燃料棒(燃料ペレツト中に可燃性毒物を
混入した燃料棒)が不要となるので、燃料集合体
の製造工程を著しく単純化できる。さらに上記従
来例の燃料集合体は、第2燃料棒を有しているの
でローカルピーキングが大きくなり、その分燃料
集合体内に配置された他の第1燃料棒(可燃性毒
物を含有していない燃料ペレツトを充填)の濃縮
度分布(燃料集合体の横断面内での)を調節して
燃料集合体の横断面内の出力の平坦化を図つてい
た。従つて、従来例では、濃縮度の異なる種類の
第1燃料棒を多く必要とした。本発明では第2燃
料棒が存在していないので、ローカルピーキング
が低くなり、従来例の如くローカルピーキングの
抑制を行う必要がない。従つて、濃縮度の異なる
第1燃料棒の種類が、従来例よりも減少する。こ
れも、燃料集合体の製造工程の単純化に大きく寄
与する。
は、特開昭53−41696号公報に示された燃料集合
体よりも可燃性毒物を含んでいるロツド(前述し
た第2燃料棒及び可燃性毒物入り減速棒)の本数
を少なくして余剰反応度を制御できる。このた
め、第2燃料棒(燃料ペレツト中に可燃性毒物を
混入した燃料棒)が不要となるので、燃料集合体
の製造工程を著しく単純化できる。さらに上記従
来例の燃料集合体は、第2燃料棒を有しているの
でローカルピーキングが大きくなり、その分燃料
集合体内に配置された他の第1燃料棒(可燃性毒
物を含有していない燃料ペレツトを充填)の濃縮
度分布(燃料集合体の横断面内での)を調節して
燃料集合体の横断面内の出力の平坦化を図つてい
た。従つて、従来例では、濃縮度の異なる種類の
第1燃料棒を多く必要とした。本発明では第2燃
料棒が存在していないので、ローカルピーキング
が低くなり、従来例の如くローカルピーキングの
抑制を行う必要がない。従つて、濃縮度の異なる
第1燃料棒の種類が、従来例よりも減少する。こ
れも、燃料集合体の製造工程の単純化に大きく寄
与する。
可燃性毒物を中性子スペクトルの軟らかい減速
棒内に充填すると共に可燃性毒物を含む減速棒間
に燃料棒を介在させているので、余剰反応度制御
効果をより向上させることができる。
棒内に充填すると共に可燃性毒物を含む減速棒間
に燃料棒を介在させているので、余剰反応度制御
効果をより向上させることができる。
なお、前述した金属水素化物は、常温から原子
炉運転状態の高温の領域にわたつて密度変化が小
さい。このため、可燃性毒物入り減速棒に金属水
素化物を用いることによつて低温時と高温時にお
ける反応度の差をより小さくできる。これは、原
子炉停止に必要な制御棒反応度の低減につなが
り、制御棒本数の低減を可能にする。
炉運転状態の高温の領域にわたつて密度変化が小
さい。このため、可燃性毒物入り減速棒に金属水
素化物を用いることによつて低温時と高温時にお
ける反応度の差をより小さくできる。これは、原
子炉停止に必要な制御棒反応度の低減につなが
り、制御棒本数の低減を可能にする。
上記の検討結果に基づいてなされた本発明の好
適な一実施例である燃料集合体を以下に説明す
る。本実施例の燃料集合体は、沸騰水型原子炉に
適用されるものである。第3図は、本実施例の燃
料集合体の横断面を示している。燃料集合体1
は、チヤンネルボツクス2内に59本の燃料棒3及
び5本の可燃性毒物入り減速棒15を配置したも
のである。燃料棒3及び可燃性毒物入り減速棒1
5の上下端部は、図示されていないが上部タイプ
レート及び下部タイプレートにてそれぞれ保持さ
れている。チヤンネルボツクス2は、上部タイプ
レートに取付けられる。
適な一実施例である燃料集合体を以下に説明す
る。本実施例の燃料集合体は、沸騰水型原子炉に
適用されるものである。第3図は、本実施例の燃
料集合体の横断面を示している。燃料集合体1
は、チヤンネルボツクス2内に59本の燃料棒3及
び5本の可燃性毒物入り減速棒15を配置したも
のである。燃料棒3及び可燃性毒物入り減速棒1
5の上下端部は、図示されていないが上部タイプ
レート及び下部タイプレートにてそれぞれ保持さ
れている。チヤンネルボツクス2は、上部タイプ
レートに取付けられる。
燃料棒3は、両端が密封された被覆管内にUO2
からなる多数の燃料ペレツトを充填して構成され
る。これらの燃料ペレツト、すなわち燃料棒3内
には、可燃性毒物が含まれていない。燃料棒3と
しては、符号11,12,13及び14を付した
4種類の燃料棒が存在する。燃料棒11のウラン
濃縮度は3.1重量%、燃料棒12のウラン濃縮度
は2.8重量%、燃料棒13のそれは2.4重量%及び
燃料棒14のそれは1.8重量%である。燃料棒1
1,12,13及び14は、第3図のようにチヤ
ンネルボツクス2内に配置されている。このよう
な濃縮度を有する59本の燃料棒3の平均濃縮度は
2.77重量%である。制御棒4は燃料集合体1の1
つのコーナ部可燃性毒物棒入り減速棒15は、燃
料棒3の場合と同じ寸法の被覆管内に、燃料ペレ
ツトのかわりに、単位体積あたり0.37g/cm3のガ
ドリニアを含むペレツト状のジルコニウムハイド
ライドを充てんしている。可燃性毒物入り減速棒
15は、制御棒8に面している燃料集合体1のコ
ーナーとそれと対角方向に位置している燃料集合
体1のコーナーを結ぶ対角線に対して対称の位置
に配置されている。これは、燃料集合体1内の出
力分布、すなわち中性子束分布が制御棒挿入時お
よび引抜き時にかかわらず対角線に対して対称で
ある性質を保持し、非対称によつて生じる燃料燃
焼度のばらつきを小さくするためである。また、
可燃性毒物入り減速棒15は互いに隣り合わない
ように配置している。これは、特開昭53−41696
号公報に示す如く複数の可燃性毒物入り減速棒が
互いに近接すると、その相互作用によつて可燃性
毒物による中性子吸収により近傍の熱中性子エネ
ルギーが高くなることを避けるためである。前述
の如く熱中性子エネルギーが高くなつた場合には
可燃性毒物入り減速棒15の余剰反応度制御効果
が小さくなり、本発明の目的と相反する結果とな
る。
からなる多数の燃料ペレツトを充填して構成され
る。これらの燃料ペレツト、すなわち燃料棒3内
には、可燃性毒物が含まれていない。燃料棒3と
しては、符号11,12,13及び14を付した
4種類の燃料棒が存在する。燃料棒11のウラン
濃縮度は3.1重量%、燃料棒12のウラン濃縮度
は2.8重量%、燃料棒13のそれは2.4重量%及び
燃料棒14のそれは1.8重量%である。燃料棒1
1,12,13及び14は、第3図のようにチヤ
ンネルボツクス2内に配置されている。このよう
な濃縮度を有する59本の燃料棒3の平均濃縮度は
2.77重量%である。制御棒4は燃料集合体1の1
つのコーナ部可燃性毒物棒入り減速棒15は、燃
料棒3の場合と同じ寸法の被覆管内に、燃料ペレ
ツトのかわりに、単位体積あたり0.37g/cm3のガ
ドリニアを含むペレツト状のジルコニウムハイド
ライドを充てんしている。可燃性毒物入り減速棒
15は、制御棒8に面している燃料集合体1のコ
ーナーとそれと対角方向に位置している燃料集合
体1のコーナーを結ぶ対角線に対して対称の位置
に配置されている。これは、燃料集合体1内の出
力分布、すなわち中性子束分布が制御棒挿入時お
よび引抜き時にかかわらず対角線に対して対称で
ある性質を保持し、非対称によつて生じる燃料燃
焼度のばらつきを小さくするためである。また、
可燃性毒物入り減速棒15は互いに隣り合わない
ように配置している。これは、特開昭53−41696
号公報に示す如く複数の可燃性毒物入り減速棒が
互いに近接すると、その相互作用によつて可燃性
毒物による中性子吸収により近傍の熱中性子エネ
ルギーが高くなることを避けるためである。前述
の如く熱中性子エネルギーが高くなつた場合には
可燃性毒物入り減速棒15の余剰反応度制御効果
が小さくなり、本発明の目的と相反する結果とな
る。
本実施例の効果を従来例との比較で明らかにす
る。比較の対象とする従来例は、水ロツド2本、
ガドリニア入り燃料棒(第2燃料棒)6本を含む
(残りは第1燃料棒)8×8格子の燃料集合体で、
燃料棒の平均濃縮度は2.77重量%である。またガ
ドリニア入り燃料棒中のガドリニア濃度は、0.30
g/cm3であり、燃料集合体全体のガドリニアの総
量は本実施例と等しい。第4図に上記二つの燃料
集合体の燃焼を伴う中性子無限増倍率の変化を示
す。曲線18は従来例、曲線19は本実施例に対
応する。二つの曲線で、燃焼初期の中性子無限増
倍率はほぼ等しくなつている。すなわち、両者で
ガドリニアによる余剰反応度制御量は同じである
ことを意味する。従来例でのガドリニア燃料棒1
本あたりの反応度制御量は、3.8%Δk/kである
のに対し、本実施例では、可燃性毒物入り減速棒
1本あたりの制御量は、4.9%Δk/kであり、28
%増加する。この結果、従来のガドリニア入り燃
料棒よりも少ない本数の可燃性毒物入り減速棒
で、余剰反応度を制御できることがわかる。
る。比較の対象とする従来例は、水ロツド2本、
ガドリニア入り燃料棒(第2燃料棒)6本を含む
(残りは第1燃料棒)8×8格子の燃料集合体で、
燃料棒の平均濃縮度は2.77重量%である。またガ
ドリニア入り燃料棒中のガドリニア濃度は、0.30
g/cm3であり、燃料集合体全体のガドリニアの総
量は本実施例と等しい。第4図に上記二つの燃料
集合体の燃焼を伴う中性子無限増倍率の変化を示
す。曲線18は従来例、曲線19は本実施例に対
応する。二つの曲線で、燃焼初期の中性子無限増
倍率はほぼ等しくなつている。すなわち、両者で
ガドリニアによる余剰反応度制御量は同じである
ことを意味する。従来例でのガドリニア燃料棒1
本あたりの反応度制御量は、3.8%Δk/kである
のに対し、本実施例では、可燃性毒物入り減速棒
1本あたりの制御量は、4.9%Δk/kであり、28
%増加する。この結果、従来のガドリニア入り燃
料棒よりも少ない本数の可燃性毒物入り減速棒
で、余剰反応度を制御できることがわかる。
本実施例で、可燃性毒物入り減速棒の減速材と
して、水素密度が軽水より大きいジルコニウムハ
イドライドを使用した効果について説明する。本
実施例での可燃性毒物入り減速棒の減速材を仮に
軽水とした場合の余剰反応度制御量は、1本あた
り、4.5%Δk/kであり、ジルコニウムハイドラ
イドの場合より、約8%反応度制御量は小さくな
り、余剰反応度制御の点で、本実施例のほうが優
れていることがわかる。
して、水素密度が軽水より大きいジルコニウムハ
イドライドを使用した効果について説明する。本
実施例での可燃性毒物入り減速棒の減速材を仮に
軽水とした場合の余剰反応度制御量は、1本あた
り、4.5%Δk/kであり、ジルコニウムハイドラ
イドの場合より、約8%反応度制御量は小さくな
り、余剰反応度制御の点で、本実施例のほうが優
れていることがわかる。
次に燃料経済性について説明する。第4図で燃
焼が進んだ時点で、本実施例の中性子無限増倍率
が、従来例よりも上回つている。これは、本実施
例の可燃性毒物入り減速棒が、ガドリニア中の
155Gd及び157Gdがなくなつた後は、従来の水ロツ
ド以上の中性子減速効果を持ち(ジルコニウムハ
イドライドを使用)5本の水ロツド以上の減速機
能を有する。従つて、本実施例では、比較の対象
とした平均濃縮度が等しい従来例よりも燃料経済
性が3%改善される。
焼が進んだ時点で、本実施例の中性子無限増倍率
が、従来例よりも上回つている。これは、本実施
例の可燃性毒物入り減速棒が、ガドリニア中の
155Gd及び157Gdがなくなつた後は、従来の水ロツ
ド以上の中性子減速効果を持ち(ジルコニウムハ
イドライドを使用)5本の水ロツド以上の減速機
能を有する。従つて、本実施例では、比較の対象
とした平均濃縮度が等しい従来例よりも燃料経済
性が3%改善される。
前述の従来例は、特開昭53−41696号公報の第
1図の燃料集合体に該当する。この燃料集合体
は、上記従来例の第4図の特性Bのように燃焼度
の増加に伴つて反応度が変化する。上記公知例の
第3図の燃料集合体は、前述したように第1燃料
棒、第2燃料棒及び可燃性毒物入り減速棒を有し
ており、上記第4図の特性Cの如く反応度が変化
する。上記従来例は、特性Bと特性Cのピーク値
(燃料集合体内の可燃性毒物がなくなつた時点)
の差の分だけ核分裂物質を上記第3図の燃料集合
体に装荷でき、これにより燃焼度を高めるもので
ある。これに対して、本実施例は、燃料集合体内
の核分裂性物質の装荷量を変えないで可燃性毒物
が消失した時点で特性Bのピーク値よりも反応度
を向上させることができ、燃焼度を増加できる。
1図の燃料集合体に該当する。この燃料集合体
は、上記従来例の第4図の特性Bのように燃焼度
の増加に伴つて反応度が変化する。上記公知例の
第3図の燃料集合体は、前述したように第1燃料
棒、第2燃料棒及び可燃性毒物入り減速棒を有し
ており、上記第4図の特性Cの如く反応度が変化
する。上記従来例は、特性Bと特性Cのピーク値
(燃料集合体内の可燃性毒物がなくなつた時点)
の差の分だけ核分裂物質を上記第3図の燃料集合
体に装荷でき、これにより燃焼度を高めるもので
ある。これに対して、本実施例は、燃料集合体内
の核分裂性物質の装荷量を変えないで可燃性毒物
が消失した時点で特性Bのピーク値よりも反応度
を向上させることができ、燃焼度を増加できる。
すなわち、燃料経済性が向上する。これは、本
実施例において可燃性毒物入り減速棒に冷却水で
ある。軽水よりも減速能力の大きなZrH2を充填
していることに起因している。すなわち、本実施
例の可燃性毒物入り減速棒の中性子エネルギーが
著しく低くなるので、少量の可燃性毒物で大きな
余剰反応度制御効果を得ることができる。これと
ともに、本実施例では、可燃性毒物の消失時点点
ZrH2の大きな減速効果を得ることができるから
である。
実施例において可燃性毒物入り減速棒に冷却水で
ある。軽水よりも減速能力の大きなZrH2を充填
していることに起因している。すなわち、本実施
例の可燃性毒物入り減速棒の中性子エネルギーが
著しく低くなるので、少量の可燃性毒物で大きな
余剰反応度制御効果を得ることができる。これと
ともに、本実施例では、可燃性毒物の消失時点点
ZrH2の大きな減速効果を得ることができるから
である。
燃料集合体内における可燃性毒物の量を少なく
できるので、上記従来例の第3図の燃料集合体内
に配置されている第2燃料棒が不要となる。従つ
て製造の面倒な第2燃料棒の工程が不要となるの
で、本実施例の燃料集合体の製造工程が著しく単
純化できる。また、第2燃料棒がないので、前述
したようにローカルピーキングの抑制を行う必要
がない。これは、燃料棒3の濃縮度の種類を少な
くすることにつながり、結局は燃料集合体の製造
をより単純にする。
できるので、上記従来例の第3図の燃料集合体内
に配置されている第2燃料棒が不要となる。従つ
て製造の面倒な第2燃料棒の工程が不要となるの
で、本実施例の燃料集合体の製造工程が著しく単
純化できる。また、第2燃料棒がないので、前述
したようにローカルピーキングの抑制を行う必要
がない。これは、燃料棒3の濃縮度の種類を少な
くすることにつながり、結局は燃料集合体の製造
をより単純にする。
本発明の他の実施例について説明する。すでに
述べたように、可燃性毒物の余剰反応度制御効果
は、中性子エネルギーの低い環境におくことで増
大する。従つて、可燃性毒物入り減速棒も、一般
には、水ギヤツプに近い燃料集合体の周辺に配置
するほうが、余剰反応度制御効果は大きい。しか
し逆に、中性子エネルギーの低い環境に、可燃性
毒物入り減速棒を配置すると、可燃性毒物質が燃
えつきた後で弱いながらも減速棒中の減速材によ
り中性子が吸収される。この減速材による中性子
吸収効果は、燃料経済性を悪くする結果になる。
この結果は、 (i)可燃性毒物入り減速棒の位置、(ii)可燃性毒物
入り減速棒に含まれる減速材の巨視的吸収断面積
(Σa)と可燃性毒物入り減速棒の断面積の積、の
2つに支配される。第5図および第6図は、それ
ぞれ可燃性毒物入り減速棒の挿入位置、Σcと可
燃性毒物入り減速棒の断面積との積と中性子吸収
効果の関係を示したものである。これらより、減
速材による中性子吸収効果は、可燃性毒物入り減
速棒を燃料集合体の中心部に挿入するか、Σaと
可燃性毒物入り減速棒の断面積の積を減少(これ
は減速能の低下)させてやれば良い。このこと
は、余剰反応度制御効果の増大と減速材による中
性子吸収効果の減少は相反することを意味する。
しかし、減速能の低下による余剰反応度制御効果
の減少よりも、Σaと可燃性毒物入り減速棒の断
面積の積の減少による中性子吸収効果の減少のほ
うが大きいので、燃料経済性を向上させるため、
中性子吸収効果の大きい燃料集合体周辺部に挿入
された可燃性毒物入り減速棒に含まれる減速材の
Σaと可燃性毒物入り減速棒の断面積の積を中心
部のそれよりも小さくすれば、余剰反応度制御効
果を大きく減少させることなく、中性子経済を大
きく向上させることができる。可燃毒物入り減速
棒に含まれる減速材の巨視的吸収断面積と可燃毒
物入り減速棒の断面積の積を減少させるために
は、)減速材密度の減少、)吸収断面積の小
さな減速材、例えば重水素、炭素等の採用の方法
がある。第7図に示す実施例の燃料集合体5は、
1本の可燃性毒物入り減速棒15と4本の可燃性
毒物入り減速棒16を有している。4本の可燃性
毒物入り減速棒16内のジルコニウムハイドライ
ドの密度は、可燃性毒物入り減速棒15のそれよ
りも低く水素原子数密度が7.2×1022cm-3から2.5
×1022cm-3に減少させている。この実施例では、
可燃性毒物入り減速棒1本当たりの余剰反応度制
御量は、4.76%Δk/kと燃料集合体1の4.9%
Δk/kより減少するが、水素による中性子吸収
量が4.0%(反応度で約0.3%Δk/k)になり、燃
料経済性は向上する。
述べたように、可燃性毒物の余剰反応度制御効果
は、中性子エネルギーの低い環境におくことで増
大する。従つて、可燃性毒物入り減速棒も、一般
には、水ギヤツプに近い燃料集合体の周辺に配置
するほうが、余剰反応度制御効果は大きい。しか
し逆に、中性子エネルギーの低い環境に、可燃性
毒物入り減速棒を配置すると、可燃性毒物質が燃
えつきた後で弱いながらも減速棒中の減速材によ
り中性子が吸収される。この減速材による中性子
吸収効果は、燃料経済性を悪くする結果になる。
この結果は、 (i)可燃性毒物入り減速棒の位置、(ii)可燃性毒物
入り減速棒に含まれる減速材の巨視的吸収断面積
(Σa)と可燃性毒物入り減速棒の断面積の積、の
2つに支配される。第5図および第6図は、それ
ぞれ可燃性毒物入り減速棒の挿入位置、Σcと可
燃性毒物入り減速棒の断面積との積と中性子吸収
効果の関係を示したものである。これらより、減
速材による中性子吸収効果は、可燃性毒物入り減
速棒を燃料集合体の中心部に挿入するか、Σaと
可燃性毒物入り減速棒の断面積の積を減少(これ
は減速能の低下)させてやれば良い。このこと
は、余剰反応度制御効果の増大と減速材による中
性子吸収効果の減少は相反することを意味する。
しかし、減速能の低下による余剰反応度制御効果
の減少よりも、Σaと可燃性毒物入り減速棒の断
面積の積の減少による中性子吸収効果の減少のほ
うが大きいので、燃料経済性を向上させるため、
中性子吸収効果の大きい燃料集合体周辺部に挿入
された可燃性毒物入り減速棒に含まれる減速材の
Σaと可燃性毒物入り減速棒の断面積の積を中心
部のそれよりも小さくすれば、余剰反応度制御効
果を大きく減少させることなく、中性子経済を大
きく向上させることができる。可燃毒物入り減速
棒に含まれる減速材の巨視的吸収断面積と可燃毒
物入り減速棒の断面積の積を減少させるために
は、)減速材密度の減少、)吸収断面積の小
さな減速材、例えば重水素、炭素等の採用の方法
がある。第7図に示す実施例の燃料集合体5は、
1本の可燃性毒物入り減速棒15と4本の可燃性
毒物入り減速棒16を有している。4本の可燃性
毒物入り減速棒16内のジルコニウムハイドライ
ドの密度は、可燃性毒物入り減速棒15のそれよ
りも低く水素原子数密度が7.2×1022cm-3から2.5
×1022cm-3に減少させている。この実施例では、
可燃性毒物入り減速棒1本当たりの余剰反応度制
御量は、4.76%Δk/kと燃料集合体1の4.9%
Δk/kより減少するが、水素による中性子吸収
量が4.0%(反応度で約0.3%Δk/k)になり、燃
料経済性は向上する。
本発明の第1の特徴によれば、燃料集合体内の
全可燃性毒物を燃料集合体内の減速棒内に充填し
ているので製造の面倒な可燃性毒物入燃料棒が不
用となり燃料集合体の製造工程を単純化できると
共に、可燃性毒物を中性子スペクトルの軟らかい
減速棒内に充填すると共に可燃性毒物を含む減速
棒間に燃料棒を介在させているので余剰反応度制
御効果をより向上させることができる。
全可燃性毒物を燃料集合体内の減速棒内に充填し
ているので製造の面倒な可燃性毒物入燃料棒が不
用となり燃料集合体の製造工程を単純化できると
共に、可燃性毒物を中性子スペクトルの軟らかい
減速棒内に充填すると共に可燃性毒物を含む減速
棒間に燃料棒を介在させているので余剰反応度制
御効果をより向上させることができる。
本発明の第2の特徴によれば、第2の特徴の効
果に加えて、燃料集合体の燃料経済性を向上させ
ることができる。
果に加えて、燃料集合体の燃料経済性を向上させ
ることができる。
第1図は可燃性毒物入り減速棒と天然ウラン節
約効果の関係を示す線図、第2図は減速棒中の可
燃毒物の量と燃えつきるまでの燃料の燃焼度の関
係を示す線図、第3図は本発明の好適な一実施例
である燃料集合体の水平断面図、第4図は燃焼に
伴なう中性子無限増倍率の変化を示す線図、第5
図は燃料集合体横断面での中性子吸収効果を示す
特性図、第6図は減速材の巨視的吸収断面積と可
燃毒物棒入り減速棒断面積の積と中性子吸収効果
の関係を示す特性図、第7図は本発明の他の実施
例である燃料集合体の水平断面図である。 1,5……燃料集合体、2……チヤンネルボツ
クス、11,12,13,14……可燃性毒物を
含まない燃料棒、15,16……可燃性毒物を含
む減速棒。
約効果の関係を示す線図、第2図は減速棒中の可
燃毒物の量と燃えつきるまでの燃料の燃焼度の関
係を示す線図、第3図は本発明の好適な一実施例
である燃料集合体の水平断面図、第4図は燃焼に
伴なう中性子無限増倍率の変化を示す線図、第5
図は燃料集合体横断面での中性子吸収効果を示す
特性図、第6図は減速材の巨視的吸収断面積と可
燃毒物棒入り減速棒断面積の積と中性子吸収効果
の関係を示す特性図、第7図は本発明の他の実施
例である燃料集合体の水平断面図である。 1,5……燃料集合体、2……チヤンネルボツ
クス、11,12,13,14……可燃性毒物を
含まない燃料棒、15,16……可燃性毒物を含
む減速棒。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 多数の燃料棒を有する燃料集合体において、
可燃性毒物及び減速材を有する複数の減速棒を備
え、前記燃料集合体内の全可燃性毒物が前記減速
棒内に充填されており、前記減速棒間に前記燃料
棒が配置されていることを特徴とする燃料集合
体。 2 前記減速材が前記燃料集合体が装荷される原
子炉の冷却材よりも中性子減速能力の大きな固体
減速材である特許請求の範囲第1項記載の燃料集
合体。 3 前記減速材が金属水素化物である特許請求の
範囲第2項記載の燃料集合体。 4 前記減速棒に1本当たり0.15g/cm3から0.60
g/cm3の範囲の量の前記可燃性毒物を充填した特
許請求の範囲第1項または第2項記載の燃料集合
体。 5 前記減速棒内の前記減速材の巨視的中性子吸
収断面積と前記減速棒の断面積の積を、燃料集合
体中心からの距離の増加に伴い小さくする特許請
求の範囲第2項記載の燃料集合体。 6 前記減速材が金属水素化物である特許請求の
範囲第5項記載の燃料集合体。 7 前記減速棒に1本当たり0.15g/cm3から0.60
g/cm3の範囲の量の前記可燃性毒物を述填した特
許請求の範囲第5項または第6項記載の燃料集合
体。 8 多数の燃料棒を有する燃料集合体において、
可燃性毒物及び減速材を有する複数の減速棒を備
え、前記燃料集合体内の全可燃性毒物が前記減速
棒内に充填されており、前記減速棒間に前記燃料
棒が配置され、前記減速棒の本数が4本以上でか
つ前記燃料棒と前記減速棒との合計本数の15%以
下の範囲にある燃料集合体。 9 前記減速材が前記燃料集合体が装荷される原
子炉の冷却材よりも中性子減速能力の大きな固体
減速材である特許請求の範囲第8項記載の燃料集
合体。 10 前記減速材が金属水素化物である特許請求
の範囲第9項記載の燃料集合体。 11 前記減速棒に1本当たり0.15g/cm3から
0.60g/cm3の範囲の量の前記可燃性毒物を充填し
た特許請求の範囲第8項または第9項記載の燃料
集合体。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58059284A JPS59184885A (ja) | 1983-04-06 | 1983-04-06 | 燃料集合体 |
| EP84103753A EP0124775B1 (en) | 1983-04-06 | 1984-04-05 | Fuel assembly |
| US06/597,031 US4652427A (en) | 1983-04-06 | 1984-04-05 | Fuel assembly |
| DE8484103753T DE3466116D1 (en) | 1983-04-06 | 1984-04-05 | Fuel assembly |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58059284A JPS59184885A (ja) | 1983-04-06 | 1983-04-06 | 燃料集合体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59184885A JPS59184885A (ja) | 1984-10-20 |
| JPS646421B2 true JPS646421B2 (ja) | 1989-02-03 |
Family
ID=13108934
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58059284A Granted JPS59184885A (ja) | 1983-04-06 | 1983-04-06 | 燃料集合体 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4652427A (ja) |
| EP (1) | EP0124775B1 (ja) |
| JP (1) | JPS59184885A (ja) |
| DE (1) | DE3466116D1 (ja) |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4728487A (en) * | 1985-04-01 | 1988-03-01 | Westinghouse Electric Corp. | Standardized reduced length burnable absorber rods for a nuclear reactor |
| JPH0660948B2 (ja) * | 1985-04-12 | 1994-08-10 | 株式会社日立製作所 | 燃料集合体 |
| JPH073467B2 (ja) * | 1985-09-02 | 1995-01-18 | 株式会社日立製作所 | 核燃料集合体 |
| US4751041A (en) * | 1986-01-15 | 1988-06-14 | Westinghouse Electric Corp. | Burnable neutron absorber element |
| DE3854986T2 (de) * | 1987-11-07 | 1996-06-13 | Hitachi Ltd | Brennstabbündel |
| JP3037717B2 (ja) * | 1990-04-27 | 2000-05-08 | 株式会社東芝 | 原子炉の燃料集合体 |
| US5349618A (en) * | 1992-09-09 | 1994-09-20 | Ehud Greenspan | BWR fuel assembly having oxide and hydride fuel |
| JP3481648B2 (ja) * | 1993-05-18 | 2003-12-22 | 株式会社東芝 | 原子炉用燃料集合体および原子炉の初装荷炉心 |
| US5440598A (en) * | 1994-01-21 | 1995-08-08 | General Electric Company | Fuel bundle design for enhanced usage of plutonium fuel |
| US7139352B2 (en) * | 1999-12-28 | 2006-11-21 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Reactivity control rod for core |
| US7526751B2 (en) * | 2005-01-28 | 2009-04-28 | Alcatel-Lucent Usa Inc. | Macroscopic model for large scale software system and its behavior |
| US8000431B2 (en) * | 2008-11-20 | 2011-08-16 | Hamilton Sundstrad Corporation | Method and composition for moderated nuclear fuel |
| CN104916337B (zh) * | 2014-03-14 | 2017-11-24 | 江苏核电有限公司 | 一种控制棒微积分价值测量试验的数据处理方法 |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4127443A (en) * | 1960-05-04 | 1978-11-28 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Compact power reactor |
| FR1441629A (fr) * | 1965-04-26 | 1966-06-10 | Commissariat Energie Atomique | élément modérateur-combustible |
| GB1236331A (en) * | 1968-02-09 | 1971-06-23 | Hitachi Ltd | Pressure tube type fuel assembly for nuclear reactor |
| US3933582A (en) * | 1968-09-26 | 1976-01-20 | General Electric Company | Plutonium fuel adjacent burnable poison |
| SE335890B (ja) * | 1970-10-12 | 1971-06-14 | Asea Atom Ab | |
| JPS5149391A (ja) * | 1974-10-28 | 1976-04-28 | Hitachi Ltd | |
| US4071587A (en) * | 1975-09-25 | 1978-01-31 | General Atomic Company | Method of making ZrH fuel element |
| JPS5341696A (en) * | 1976-09-28 | 1978-04-15 | Toshiba Corp | Fuel assembly |
| JPS5413899A (en) * | 1977-07-04 | 1979-02-01 | Toshiba Corp | Nuclear fuel assembly |
| US4186050A (en) * | 1978-05-22 | 1980-01-29 | General Atomic Company | Nuclear reactors |
| JPS6039195B2 (ja) * | 1978-08-16 | 1985-09-04 | 株式会社東芝 | 燃料集合体 |
| JPS58113785A (ja) * | 1981-12-26 | 1983-07-06 | 株式会社東芝 | 燃料集合体 |
-
1983
- 1983-04-06 JP JP58059284A patent/JPS59184885A/ja active Granted
-
1984
- 1984-04-05 DE DE8484103753T patent/DE3466116D1/de not_active Expired
- 1984-04-05 EP EP84103753A patent/EP0124775B1/en not_active Expired
- 1984-04-05 US US06/597,031 patent/US4652427A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4652427A (en) | 1987-03-24 |
| JPS59184885A (ja) | 1984-10-20 |
| DE3466116D1 (en) | 1987-10-15 |
| EP0124775B1 (en) | 1987-09-09 |
| EP0124775A1 (en) | 1984-11-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3037717B2 (ja) | 原子炉の燃料集合体 | |
| JP3036810B2 (ja) | 燃料集合体 | |
| JP2663737B2 (ja) | 燃料集合体 | |
| US4652427A (en) | Fuel assembly | |
| US20110164720A1 (en) | Core of light water reactor and fuel assembly | |
| US5009840A (en) | Fuel assembly for nuclear reactor | |
| EP0199197B1 (en) | Fuel assembly | |
| JPS6039195B2 (ja) | 燃料集合体 | |
| JP2610254B2 (ja) | 沸騰水型原子炉 | |
| JP2966877B2 (ja) | 燃料集合体 | |
| JPS60201284A (ja) | 燃料集合体 | |
| JP3318210B2 (ja) | Mox燃料集合体及び炉心 | |
| JPS59147295A (ja) | 燃料集合体 | |
| JPS63127190A (ja) | 原子炉燃料集合体 | |
| JP3441149B2 (ja) | 原子炉の炉心 | |
| JP3788170B2 (ja) | 燃料集合体及び原子炉炉心 | |
| JPS60205281A (ja) | 沸騰水型原子炉用燃料集合体 | |
| JP2000258574A (ja) | 燃料集合体 | |
| JP2635694B2 (ja) | 燃料集合体 | |
| JP3051762B2 (ja) | 核燃料集合体 | |
| JP2953789B2 (ja) | 核燃料集合体 | |
| JPH07318674A (ja) | 燃料集合体 | |
| JPS62148885A (ja) | 燃料集合体 | |
| JPS6356513B2 (ja) | ||
| JPS59133489A (ja) | 燃料集合体 |