JP2006029797A - Nuclear fuel assembly - Google Patents

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    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance the criticality safety of a nuclear fuel assembly for a reactor and to reduce power generation costs. <P>SOLUTION: Each of nuclear fuel rods loaded into the nuclear fuel assembly is filled with nuclear fuel pellets to which two or more kinds of combustible toxicants and an appropriate solid moderator are added. This provides a fuel assembly with an infinite multiplication factor of 1.0 or less. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、原子炉の炉心に装荷せる核燃料集合体に関する。 The present invention relates to a nuclear fuel assembly that can be loaded into a reactor core.

図１は沸騰水型原子炉に装荷せる核燃料物質を内包する従来の核燃料集合体（３０）の概略斜視図である（特許文献1）。核燃料集合体（３０）は、多数本正方格子状に配列された核燃料物質を内封している円柱形状の核燃料棒（３１）と、それ等の上端及び下端を夫々支持する上側結合板（３２）及び下側結合板（３３）と、前記核燃料棒（３１）の高さ途中に位置して核燃料棒（３１）間の間隔を規制する数個のスペーサ（３４）と、これ等を４面で覆うチャンネルボックス（３５）とから構成される。
図２は従来の核燃料棒（３１）の概観図である。ジルカロイ製の被覆管（４１）と、この被覆管（４１）の上下開口端を気密閉塞する上部端栓（４２）及び下部端栓（４３）と、被覆管（４１）内に装填される多数個の核燃料ペレット（４４）と、スプリング（４５）とから構成されている。核燃料ペレット（４４）は核***し易いウラン２３５を濃縮した濃縮ウラニウムの酸化物またはウラニウムとプルトニウムの混合酸化物（MOX）からなる。
図３は従来の核燃料集合体（３０）からなる炉心平面の部分図である。運転状態においては大半の制御棒（２２）は原子炉の下に引き抜かれている。制御棒（２２）の抜けたあとは漏洩水流路（２０）の水だけとなる。
現在稼動中の水冷却型原子炉は、高価な濃縮ウランや再処理費用が高いプルトニウムの節約のために、中性子速度が減速された速さの遅い中性子を利用している。速さの遅い中性子はウラニウム２３５やプルトニウムを核***させ易い。したがって、核燃料が少なくてすむ。冷却水速度を速くして蒸気ボイドに対して水の割合を多くしたり、核燃料棒（３１）の間の主冷却材通路（３６）を広げて水領域を広げたり、漏洩材通路（２０）領域を広げたりして飽和蒸気に対して液体水の割合をできるだけ多くして、中性子速度を減速させている。
図４は従来の核燃料集合体（３０）の断面図である。漏洩材通路（２０）領域に２面で接しているコーナー核燃料棒（３１１）に装荷せる核燃料ペレット（４４）の核***性物質の富化度は最も低い。（３１１）に隣接し漏洩材通路（２０）領域に１面で接している第一種周辺核燃料棒（３１２）の核***性物質の富化度は前者よりもやや高い。（３１２）に隣接し漏洩材通路（２０）領域に１面で接している第二種周辺核燃料棒（３１３）の核***性物質の富化度は前者よりもやや高い。漏洩材通路（２０）領域に接していない中部核燃料棒（３１４）の核***性物質の富化度は最も高い。中部核燃料棒（３１４）のうちの数本は富化度を若干低くして可燃性毒物ガドリニアを２〜１０ｗｔ％添加した可燃性毒物重添加核燃料棒（３１５）である。可燃性毒物としては熱中性子吸収性能が高いガドリニウムの酸化物であるガドリニアが用いられていることが多い。漏洩材通路（２０）領域を設けたことにより周辺核燃料の富化度を低くできている。可燃性毒物重添加核燃料棒（３１５）を装荷したことにより、制御棒の構成を変えることなく初期余剰反応度を制御できる範囲に保って核燃料集合体（３０）に装荷できる核***性物質の富化度を高めることにより使用期間を延長させ経済性を高めている。
図５は核燃料棒と主冷却材通路（３６）の冷却材とからなる核燃料棒セルに関する無限増倍係数kinfの燃焼度依存性を示す模式図である。実線は可燃性毒物が添加されていない場合を示し、破線は可燃性毒物が大量に重添加されている場合で長期間kinfを抑制する。点線は可燃性毒物が少量添加されている場合で短期間でkinfは可燃性毒物が添加されていない値になる。可燃性毒物を添加することによりkinfを1.0以下の未臨界とすることもできると共に燃焼が進んだ場合には毒物の効果が消滅し可燃性毒物が添加されていない場合の値に近づいている。
：昭61-37591、「核燃料集合体」。 FIG. 1 is a schematic perspective view of a conventional nuclear fuel assembly (30) containing nuclear fuel material loaded in a boiling water reactor (Patent Document 1). The nuclear fuel assembly (30) includes a cylindrical nuclear fuel rod (31) enclosing a nuclear fuel material arranged in a square lattice, and an upper coupling plate (32) for supporting the upper end and the lower end thereof. ) And the lower coupling plate (33), several spacers (34) which are located in the middle of the height of the nuclear fuel rod (31) and regulate the interval between the nuclear fuel rods (31), and these are arranged on four surfaces And a channel box (35) covered with.
FIG. 2 is a schematic view of a conventional nuclear fuel rod (31). Zircaloy-coated tube (41), upper end plug (42) and lower end plug (43) for hermetically closing the upper and lower opening ends of the coated tube (41), and a large number of tubes loaded in the coated tube (41) It consists of a single nuclear fuel pellet (44) and a spring (45). The nuclear fuel pellet (44) is made of enriched uranium oxide or uranium and plutonium mixed oxide (MOX) enriched with uranium 235 which is easily fissioned.
FIG. 3 is a partial plan view of a core composed of a conventional nuclear fuel assembly (30). In operation, most of the control rods (22) are pulled under the reactor. After the control rod (22) comes out, only the water in the leakage water channel (20) is obtained.
Currently operating water-cooled nuclear reactors use slow neutrons with reduced neutron speeds to save expensive enriched uranium and plutonium, which has high reprocessing costs. Slow neutrons tend to fission uranium 235 and plutonium. Therefore, less nuclear fuel is required. Increase the cooling water speed to increase the ratio of water to steam voids, widen the main coolant passage (36) between the nuclear fuel rods (31) to widen the water area, or the leakage passage (20) The neutron velocity is reduced by increasing the ratio of liquid water to saturated vapor as much as possible to increase the area.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a conventional nuclear fuel assembly (30). The nuclear fuel pellets (44) loaded on the corner nuclear fuel rods (311) in contact with the leakage material passage (20) region on two sides have the lowest enrichment of the fissile material. The enrichment of the fissile material in the first-type peripheral nuclear fuel rod (312) adjacent to (311) and in contact with the leakage material passage (20) region on one side is slightly higher than the former. The enrichment of the fissile material in the second-type peripheral nuclear fuel rod (313) adjacent to (312) and in contact with the leakage material passage (20) region on one side is slightly higher than the former. The enrichment of the fissile material in the middle nuclear fuel rod (314) not in contact with the leaked material passage (20) region is the highest. Several of the central nuclear fuel rods (314) are burnable poison heavy-added nuclear fuel rods (315) with slightly lower enrichment and 2-10 wt% of combustible poison gadolinia added. As the flammable poison, gadolinia which is an oxide of gadolinium having high thermal neutron absorption performance is often used. By providing the leakage material passage (20) region, the enrichment of the peripheral nuclear fuel can be lowered. Enrichment of fissile material that can be loaded into the nuclear fuel assembly (30) while maintaining the initial excess reactivity without changing the control rod configuration by loading the flammable poison heavy-added nuclear fuel rod (315) By increasing the degree, the period of use is extended and the economy is improved.
FIG. 5 is a schematic diagram showing the burnup dependence of the infinite multiplication factor kinf for a nuclear fuel rod cell comprising a nuclear fuel rod and a coolant in the main coolant passage (36). The solid line indicates the case where no flammable poison is added, and the broken line suppresses kinf for a long period when a large amount of the flammable poison is added. The dotted line indicates that a small amount of flammable poison is added, and kinf becomes a value with no flammable poison added in a short period of time. By adding a flammable poison, the kinf can be made subcritical to 1.0 or less, and when the combustion proceeds, the effect of the poison disappears and approaches the value when no flammable poison is added.
: Sho 61-37591, “Nuclear Fuel Assembly”.

近年、核燃料物質がテロリストに狙われるのではないかと心配されている。その類推から原子炉の核燃料に関しても原子爆弾として悪用されるのではないかと心配されている。実際は核***性物質の富化度が数％であることからその懸念はさしたるものではないが、原子爆弾には直ぐにはなり得ないようにしておけば安全対策費が安くなり、強いては発電コストを軽減することができる。
図4に見るように従来の核燃料集合体（３０）では、可燃性毒物が添加されていない核燃料棒が大半であり、これ等の核燃料棒セルのkinfは1.0以上になっている。したがって、これ等の核燃料ペレットは連鎖反応を持続させて、原子爆発もどき低性能ではあるが高速燃焼が可能な場合が生じる。 In recent years, there are concerns that nuclear fuel materials may be targeted by terrorists. From the analogy, there is a concern that nuclear fuel in the reactor may be misused as an atomic bomb. In fact, this is not a concern because the fissile material is only a few percent enriched. However, if it is not possible to immediately become an atomic bomb, the cost of safety measures will be reduced, and power generation costs will be reduced. Can be reduced.
As shown in FIG. 4, in the conventional nuclear fuel assembly (30), most of the nuclear fuel rods are not added with flammable poisons, and the kinf of these nuclear fuel rod cells is 1.0 or more. Therefore, these nuclear fuel pellets continue the chain reaction, and there is a case where high-speed combustion is possible although the atomic explosion returns and the performance is low.

全核燃料棒（３１）の各々に核燃料に２種類以上で１ｗｔ％以下の可燃性毒物を添加し焼結または溶融または混合した核燃料ペレットを充填する。
可燃性毒物は核燃料であるウラン２３５やプルトニウムよりも中性子吸収断面積が格段に大きいが、中性子を吸収した後は中性子吸収断面積が格段に小さくなる物質である。可燃性毒物を２ｗｔ％以上添加した場合には自己遮蔽効果により燃焼する割合が減少する。可燃性毒物を１ｗｔ％以下添加した場合には自己遮蔽効果がなく急激に燃焼する。
一般に可燃性毒物は熱中性子に対して吸収断面積が大きいが、高速中性子に対しては小さい。そこで、減速材を添加することにより高速中性子を熱中性子にして可燃性毒物による中性子吸収作用を更に高めるのに有効である。
本発明のマルチ可燃性毒物添加核燃料集合体（１３０）のどの核燃料棒の核燃料ペレットにも可燃性毒物が含まれているためkinfは1.0以下の未臨界であるから、持続的連鎖反応は起こりえない。
可燃性毒物としては、ガドリニウム、ユーロピウム、サマリウム、ジスプロニウム、エルビウム、カドミウム、ハフニウムがある。前記可燃性毒物の酸化物の融点が高くかつ化学的に安定であるため酸化物の形態で使用される場合が多い。
固体減速材としては炭素、ベリリウムおよびその酸化物がある。
その他、可燃性毒物と固体減速材を兼ねたものとして、硼素、リチウムがある。天然硼素に含まれる硼素１０は可燃性毒物であり硼素１１は固体減速材である。天然リチウムに含まれるリチウム６は可燃性毒物でありリチウム７は固体減速材である。その酸化物や炭酸リチウムは融点が高く化学的に安定である。
可燃性毒物と固体減速材とが化合されたものとして、炭化硼素を代表とする前記可燃性毒物の炭化物があり、硼化ユーロピウムを代表とする前記可燃性毒物の硼化物が有効である。前記可燃性毒物の酸化物と酸化硼素との混合酸化物であるバテライテ型硼酸塩（例えばサマリウム（Sm）と硼素（B）と酸素（O）からSmBO3）も有効である。
核燃料と固体減速材とが化合されたものとして、ウランカーバイド（UC）やウランジルコニウムカーバイド（UZｒC）があり、これに2種類以上の可燃性毒物を添加した核燃料ペレットを内蔵せる核燃料集合体が有効である。高濃縮ウランと可燃性毒物との複酸化物に１種類以上の可燃性毒物と固体減速材を添加した核燃料ペレットを内蔵せる核燃料集合体も有効である。
核燃料と可燃性毒物と固体減速材とが化合された、硼素１１濃縮の硼化ウラン（UB2、UB4、UB12）の場合には１種類以上の可燃性毒物を添加すればよい。
２種類以上の可燃性毒物を１ｗｔ％以下添加した核燃料粒子を炭素で被覆した可燃性毒物被覆燃料粒子を核燃料棒とした核燃料集合体も有効である。
使用済み燃料を再処理して揮発性ガスは除去するが微量の可燃性毒物が含まれている核***生成物とウランとプルトニウムとマイナーアクチニドを分離せずに、そこに可燃性毒物と固体減速材も適宜添加した濃縮ウランまたは核兵器やプルサーマル使用済み核燃料からの核***しにくいプルトニウムを継ぎ足した核燃料ペレットを内蔵せる核燃料集合体も有効である。数回再処理を繰り返した場合は、バリウム等の蓄積された単なる不純物の核***生成物は適宜分離取り出す。 Each of the nuclear fuel rods (31) is filled with nuclear fuel pellets obtained by adding two or more types of combustible poisons to the nuclear fuel and sintering or melting or mixing them.
Combustible poisons are substances whose neutron absorption cross sections are much larger than uranium 235 and plutonium, which are nuclear fuels, but after neutron absorption, neutron absorption cross sections are much smaller. When the flammable poison is added in an amount of 2 wt% or more, the burning rate is reduced due to the self-shielding effect. When 1 wt% or less of a flammable poison is added, there is no self-shielding effect and it burns rapidly.
In general, flammable poisons have a large absorption cross-section for thermal neutrons but small for fast neutrons. Therefore, the addition of a moderator is effective in making fast neutrons into thermal neutrons and further enhancing the neutron absorption action by the flammable poison.
Since the nuclear fuel pellet of any nuclear fuel rod of the multi-flammable poison-added nuclear fuel assembly (130) of the present invention contains a flammable poison, the kinf is subcritical of 1.0 or less, so that a continuous chain reaction may occur. Absent.
Combustible poisons include gadolinium, europium, samarium, dyspronium, erbium, cadmium, and hafnium. Since the melting point of oxides of the flammable poisons is high and chemically stable, they are often used in the form of oxides.
Solid moderators include carbon, beryllium and oxides thereof.
Other materials that combine flammable poisons and solid moderators include boron and lithium. Boron 10 contained in natural boron is a flammable poison and boron 11 is a solid moderator. Lithium 6 contained in natural lithium is a flammable poison and lithium 7 is a solid moderator. The oxide and lithium carbonate have a high melting point and are chemically stable.
As a combination of the combustible poison and the solid moderator, there is a carbide of the combustible poison represented by boron carbide, and a boride of the combustible poison represented by europium boride is effective. Vaterite-type borates (for example, samarium (Sm), boron (B), and oxygen (O) to SmBO 3 ), which are mixed oxides of the flammable poison oxide and boron oxide, are also effective.
There are uranium carbide (UC) and uranium zirconium carbide (UZrC) as a combination of nuclear fuel and solid moderator, and a nuclear fuel assembly that incorporates nuclear fuel pellets to which two or more types of flammable poisons are added is effective. It is. A nuclear fuel assembly that incorporates nuclear fuel pellets in which one or more types of flammable poisons and solid moderators are added to a double oxide of highly enriched uranium and flammable poisons is also effective.
In the case of boron 11 enriched uranium boride (UB 2 , UB 4 , UB 12 ), which is a combination of nuclear fuel, flammable poison and solid moderator, one or more flammable poisons may be added.
A nuclear fuel assembly using flammable poison-coated fuel particles coated with carbon to which 1% by weight or less of two or more kinds of flammable poisons are added is coated with carbon.
Reprocessing spent fuel to remove volatile gases, but without separation of fission products and uranium, plutonium and minor actinides that contain traces of flammable poisons, there are flammable poisons and solid moderators In addition, nuclear fuel assemblies containing nuclear fuel pellets supplemented with enriched uranium or nuclear weapons that have been added as appropriate, or plutonium that is difficult to fission from spent nuclear fuel, are also effective. When reprocessing is repeated several times, accumulated fission products of simple impurities such as barium are appropriately separated and extracted.

従来の核燃料集合体はガドリニア1種のみを一部核燃料棒に重添加していたのに対し、どの核燃料棒も2種以上の可燃性毒物が添加されkinfが1.0以下の未臨界であるため、万一テロリストにより核燃料集合体が盗まれたとしても、何らかの処理により即発臨界にしようと企てたとしても、時間と手間と大掛かりな設備の用意が必要である。可燃性毒物の種類を秘密にすればなお一層安全性が高まる。
また、再処理や加工の段階から可燃性毒物を添加しておくことにより臨界安全性を考慮する必要がなくなり製造コストが安くなる。
運転開始時において、即発臨界の恐れが小さい状態から運転が始められるため短時間で所定の送電を開始することができるため発電コストが低下する。
特に、熱交換器で水とガスの熱交換をするガス冷却炉では、事故・故障により水が炉心に入ってきても反応度上昇が少なく安全性が高まる。 While conventional nuclear fuel assemblies only partially added one kind of gadolinia to nuclear fuel rods, each nuclear fuel rod is subcritical with two or more flammable poisons and kinf of 1.0 or less. Even if a nuclear fuel assembly is stolen by a terrorist, even if an attempt is made to make it promptly critical by some kind of processing, it is necessary to prepare time, labor, and extensive equipment. If the type of flammable poison is kept secret, the safety will be further increased.
Further, by adding a flammable poison from the stage of reprocessing or processing, it is not necessary to consider critical safety, and the manufacturing cost is reduced.
At the start of operation, since the operation can be started from a state where there is little risk of prompt criticality, the predetermined power transmission can be started in a short time, so the power generation cost is reduced.
In particular, in a gas-cooled furnace that exchanges heat between water and gas with a heat exchanger, even if water enters the core due to an accident or failure, the reactivity increases and safety increases.

発電コストが安く、製造時や運転開始時の事故の脅威に対して安全性が高く、かつ、容易には原爆にはならないためテロリストからの脅威が軽減された、未臨界な核燃料集合体が提供できた。   Providing subcritical nuclear fuel assemblies with low power generation costs, high safety against accident threats at the time of manufacture and start-up, and reduced threats from terrorists because they are not easily bombed did it.

図６は本発明のマルチ可燃性毒物添加核燃料集合体（１３０）の断面図である。核燃料棒（３１１）、（３１２）、（３１３）、（３１４）に可燃性毒物１として酸化カドミウム０．１ｗｔ％、可燃性毒物２として酸化サマリウム０．１ｗｔ％を添加した核燃料ペレットを内蔵した新コーナー核燃料棒（１３１１）、新第一種周辺核燃料棒（１３１２）、新第二種周辺核燃料棒（１３１３）、新中部核燃料棒（１３１４）とする。可燃性毒物が充分添加されていた重核燃料棒（３１５）には可燃性毒物２として酸化カドミウム０．１ｗｔ％を添加した核燃料ペレットを内蔵した新重核燃料棒（１３１５）とする。カドミウムは比較的廉価な物質である。サマリウムはウラン-235の核***効率が低い数eV〜10ｋeVでの中性子吸収断面積が大きい。ウランを効率良く燃焼させることができる。
通常、原子炉中の全核燃料集合体のうち1/3~1/4を新核燃料集合体に取り替えて運転するから、新核燃料集合体のkinfが１．０以下であっても、炉心に留まっている残り1/3~
2/4の核燃料集合体はkinfが1.0以上であるため出力運転をすることができる。
添加した可燃性毒物は微量でも中性子吸収作用が大きいため完全除去には多大の手間がかかるが、原子炉を運転するとすぐに燃焼してしまい運転の妨げとはならなくなる。
停止していた原子炉から制御棒を炉心から炉外に格納することにより原子炉を出力運転状態に持っていく場合、原子炉の最大反応度が臨界近辺近くまで低下しているため即発臨界への懸念が少なく安心して制御棒操作を素早く行えるため出力状態に早くもっていくことができる。 FIG. 6 is a cross-sectional view of the multi-flammable poison-added nuclear fuel assembly (130) of the present invention. Nuclear fuel rods (311), (312), (313), (314) with new built-in nuclear fuel pellets with cadmium oxide 0.1 wt% as flammable poison 1 and samarium oxide 0.1 wt% as flammable poison 2 A corner nuclear fuel rod (1311), a new first type peripheral nuclear fuel rod (1312), a new second type peripheral nuclear fuel rod (1313), and a new middle nuclear fuel rod (1314). The heavy nuclear fuel rod (315) to which the flammable poison has been sufficiently added is a new heavy nuclear fuel rod (1315) containing a nuclear fuel pellet to which 0.1 wt% of cadmium oxide is added as the flammable poison 2. Cadmium is a relatively inexpensive material. Samarium has a large neutron absorption cross section at several eV to 10 keV, where the fission efficiency of uranium-235 is low. Uranium can be burned efficiently.
Normally, 1/3 to 1/4 of all nuclear fuel assemblies in a nuclear reactor are operated with new nuclear fuel assemblies, so even if the kinf of the new nuclear fuel assemblies is 1.0 or less, it remains in the core. The remaining 1/3 ~
Since 2/4 nuclear fuel assemblies have a kinf of 1.0 or more, they can be driven.
The added flammable poison has a large neutron absorption effect even in a small amount, and thus complete removal takes a lot of trouble. However, when the reactor is operated, it burns immediately and does not hinder the operation.
When the control rod is stored from the reactor core to the outside of the reactor by bringing it out of the reactor, the maximum reactivity of the reactor is reduced to near criticality, so that it becomes prompt criticality. Therefore, the control rod can be operated quickly with peace of mind and the output state can be quickly reached.

図７は本発明の富化度種類を2種類とした准一様富化度マルチ可燃性毒物核燃料集合体（２３０）である。（３１２）、（３１３）の核燃料富化度を中央と同じにし可燃性毒物１として酸化カドミウム０．１ｗｔ％、可燃性毒物２として酸化エルビウム０．２ｗｔ％を添加した核燃料ペレットを内蔵した高富化度周辺核燃料棒（２３１２）とする。（３１４）には固体減速材として酸化ベリリウムを０．２ｗｔ％添加した核燃料ペレットを内蔵した減速中部核燃料棒（２３１４）とする。熱中性子吸収断面積が比較的小さいエルビウムやジスプロシウムを多く添加することにより燃焼が進んで核燃料が少なくなるまで熱中性子吸収作用を持続せしめる。減速不足の中部に固体減速材を添加したことにより、燃焼後期に可燃性毒物の効果がなくなった時に核***を活発にすることができるため長期間運転ができる。
富化度の種類が少ないことは燃料製造時の管理が簡単になりコスト低減になる。核燃料集合体中の富化度が高くなった分、長期間燃焼させることができるため原子炉稼働率が上がり発電コストを下げることができる。従来の可燃性毒物が多量に装荷されていた（３１５）の可燃性毒物が燃焼しきる時まで中性子吸収作用を維持し続けるため（２３１２）、（２３１３）の核燃料棒の出力が極端に上昇することがない。 FIG. 7 shows a quasi-uniform enrichment multi-combustible poison nuclear fuel assembly (230) with two enrichment types according to the present invention. (312), (313) nuclear fuel enrichment with the same nuclear fuel enrichment as the center, with built-in nuclear fuel pellets containing 0.1 wt% cadmium oxide as flammable poison 1 and 0.2 wt% erbium oxide as flammable poison 2 The peripheral nuclear fuel rod (2312). (314) is a deceleration middle nuclear fuel rod (2314) containing a nuclear fuel pellet to which 0.2 wt% of beryllium oxide is added as a solid moderator. By adding a large amount of erbium or dysprosium with a relatively small thermal neutron absorption cross-section, the thermal neutron absorption action is sustained until combustion progresses and nuclear fuel is reduced. The addition of a solid moderator in the middle of insufficient deceleration allows the fission to be activated when the effect of the flammable poison is lost in the later stage of combustion, thus enabling long-term operation.
The small number of types of enrichment simplifies management during fuel production and reduces costs. Since the degree of enrichment in the nuclear fuel assembly can be increased, the reactor can be burned for a long time, so that the reactor operation rate can be increased and the power generation cost can be reduced. In order to maintain the neutron absorption action until the combustible poison of (315) loaded with a large amount of the conventional combustible poison is completely burned (2312), the output of the nuclear fuel rod of (2313) is extremely increased. There is no.

MOX燃料を熱中性子利用の従来と同じ核燃料集合体（３０）に充填して燃焼させるプルサーマル炉が計画されている。急速爆縮技術無しには軍事利用が困難ではあるがプルトニウムは軍事目的に利用され易いとされて利用が妨げられる傾向がある。本発明によりプルサーマルを利用したとしてもkinfが１．０以下の核燃料集合体を製造できるため未臨界であるから連鎖反応は原理的に生じない。プルサーマル炉の開発が促進され、危ぶまれているプルトニウムそのものの総量を発電コストを上昇させることなく減少させることができる。 A pull thermal furnace is planned in which MOX fuel is filled in the same nuclear fuel assembly (30) that uses thermal neutrons and burned. Although military use is difficult without rapid implosion technology, plutonium tends to be used for military purposes and tends to be hindered. Even if pull thermal is used according to the present invention, a nuclear fuel assembly having a kinf of 1.0 or less can be produced. The development of a pull thermal furnace is promoted, and the total amount of plutonium itself, which is in danger, can be reduced without increasing the power generation cost.

従来の核燃料集合体（３０）の概観斜視図。FIG. 3 is an overview perspective view of a conventional nuclear fuel assembly (30). 従来の核燃料棒（３１）の概観図。Overview of a conventional nuclear fuel rod (31). 従来の核燃料集合体（３０）と制御棒（２２）とからなる炉心平面の部分図。FIG. 3 is a partial plan view of a core plane including a conventional nuclear fuel assembly (30) and a control rod (22). 従来の核燃料集合体（３０）の断面図。Sectional drawing of the conventional nuclear fuel assembly (30). 核燃料棒セルに関する無限増倍係数kinfの燃焼度依存性を示す模式図。The schematic diagram which shows the burnup dependence of the infinite multiplication factor kinf regarding a nuclear fuel rod cell. 本発明のマルチ可燃性毒物添加核燃料集合体（１３０）の断面図。Sectional drawing of the multi-flammable poison addition nuclear fuel assembly (130) of this invention. 本発明の富化度種類を2種類とした准一様富化度マルチ可燃性毒物核燃料集合体（２３０）の断面図。Sectional drawing of the quasi-uniform enrichment multiflammable poison nuclear fuel assembly (230) which made two enrichment types of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

２０は漏洩材通路。
２２は制御棒。
３０は核燃料集合体。
３１は核燃料棒。
３２は上側結合板。
３３は下側結合板。
３４はスペーサ。
３５はチャンネルボックス。
３６は主冷却材通路。
４１は被覆管。
４２は上部端栓。
４３は下部端栓。
４４は核燃料ペレット。
４５はスプリング。
１３０は本発明のマルチ可燃性毒物添加核燃料集合体。
２３０は本発明の准一様富化度マルチ可燃性毒物添加核燃料集合体。
３１１はコーナー核燃料棒。
３１２は第一種周辺核燃料棒。
３１３は第二種周辺核燃料棒。
３１４は中部核燃料棒。
３１５は可燃性毒物重添加核燃料棒。
１３１１は新コーナー核燃料棒。
１３１２は新第一種周辺核燃料棒。
１３１３は新第二種周辺核燃料棒。
１３１４は新中部核燃料棒。
１３１５は新可燃性毒物重添加核燃料棒。
２３１２は高富化度周辺核燃料棒。
２３１４は減速中部核燃料棒。
20 is a leakage material passage.
22 is a control rod.
30 is a nuclear fuel assembly.
31 is a nuclear fuel rod.
32 is an upper coupling plate.
33 is a lower coupling plate.
34 is a spacer.
35 is a channel box.
36 is a main coolant passage.
41 is a cladding tube.
42 is an upper end plug.
43 is a lower end plug.
44 is a nuclear fuel pellet.
45 is a spring.
Reference numeral 130 denotes a multi-flammable poison-added nuclear fuel assembly of the present invention.
230 is a quasi-uniform enrichment multi-flammable poison-added nuclear fuel assembly of the present invention.
311 is a corner nuclear fuel rod.
312 is a first type peripheral nuclear fuel rod.
Reference numeral 313 denotes a second type peripheral nuclear fuel rod.
314 is a central nuclear fuel rod.
315 is a heavy fuel rod with flammable poison.
1311 is a new corner nuclear fuel rod.
1312 is a new type 1 peripheral nuclear fuel rod.
1313 is a new type 2 peripheral nuclear fuel rod.
1314 is a new central nuclear fuel rod.
1315 is a new burnable poison heavy-added nuclear fuel rod.
2312 is a highly enriched peripheral nuclear fuel rod.
2314 is a decelerating middle nuclear fuel rod.

Claims (3)

核燃料に２種類以上で１ｗｔ％以下の可燃性毒物を添加し焼結または溶融または混合した核燃料ペレットを内蔵せる核燃料棒を複数本結束したことを特徴とする核燃料集合体。 A nuclear fuel assembly comprising a bundle of a plurality of nuclear fuel rods containing nuclear fuel pellets obtained by adding two or more types of combustible poisons to nuclear fuel and sintering or melting or mixing them. 低富化度の核燃料と可燃性毒物１として酸化カドミウム０．１ｗｔ％、可燃性毒物２として酸化サマリウム０．１ｗｔ％を添加した核燃料ペレットを内蔵した低富化度コーナー核燃料棒（１３１１）と、高富化度の核燃料と可燃性毒物１として酸化カドミウム０．１ｗｔ％、可燃性毒物２として酸化エルビウム０．２ｗｔ％を添加した核燃料ペレットを内蔵した高富化度周辺核燃料棒（２３１２）と、高富化度の核燃料と可燃性毒物１として酸化カドミウム０．１ｗｔ％、可燃性毒物２として酸化サマリウム０．１ｗｔ％と固体減速材として酸化ベリリウム０．２ｗｔ％を添加した核燃料ペレットを内蔵した減速中部核燃料棒（２３１４）と、高富化度の核燃料と可燃性毒物１として酸化ガドリニウム２〜１０ｗｔ％、可燃性毒物２として酸化カドミウム０．１ｗｔ％を添加した核燃料ペレットを内蔵した新可燃性毒物重添加核燃料棒（１３１５）とからなる核燃料棒を結束したことを特徴とする本発明の准一様富化度マルチ可燃性毒物核燃料集合体（２３０）。 A low enrichment corner nuclear fuel rod (1311) containing a nuclear fuel pellet containing a low enrichment nuclear fuel and 0.1 wt% cadmium oxide as a flammable poison 1 and 0.1 wt% samarium oxide as a flammable poison 2; Highly enriched peripheral nuclear fuel rod (2312) containing highly enriched nuclear fuel and nuclear fuel pellets with 0.1 wt% cadmium oxide added as flammable poison 1 and 0.2 wt% erbium oxide added as flammable poison 2 Middle nuclear fuel rod with built-in nuclear fuel pellets with cadmium oxide 0.1 wt% as flammable poison 1 and 0.1 wt% samarium oxide as flammable poison 2 and 0.2 wt% beryllium oxide as solid moderator (2314), highly enriched nuclear fuel and flammable poison 1 as gadolinium oxide 2 to 10 wt%, flammable poison 2 as acid The quasi-uniform enrichment multi-flammable poison of the present invention, characterized in that the nuclear fuel rod is composed of a new burnable poison heavy-added nuclear fuel rod (1315) containing a nuclear fuel pellet added with 0.1 wt% of cadmium. Nuclear fuel assembly (230). 可燃性毒物としてはガドリニウム、ユーロピウム、サマリウム、ジスプロニウム、エルビウム、カドミウム、ハフニウム及びその酸化物、固体減速材としては炭素、ベリリウム及びその酸化物、可燃性毒物と固体減速材を兼ねた材料としては硼素、リチウム、可燃性毒物と固体減速材とが化合された材料としては前記可燃性毒物の炭化物や硼化物とにより可燃性毒物を2種類以上含み適宜固体減速材を含めた核燃料ペレット、または核燃料と固体減速材とが化合されたウランカーバイドやウランジルコニウムカーバイドに前記可燃性毒物を2種類以上添加した核燃料ペレット。
Combustible poisons are gadolinium, europium, samarium, dyspronium, erbium, cadmium, hafnium and their oxides, solid moderators are carbon, beryllium and their oxides, and flammable poisons and solid moderators are boron. As a combination of lithium, flammable poison and solid moderator, nuclear fuel pellets containing two or more types of flammable poisons and appropriate solid moderator, or nuclear fuel, with carbides and borides of the flammable poison Nuclear fuel pellets in which two or more of the above flammable poisons are added to uranium carbide or uranium zirconium carbide combined with a solid moderator.
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