JP2953789B2 - 核燃料集合体 - Google Patents
核燃料集合体Info
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- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
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- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、沸騰水型原子炉に装荷
され、核燃料物質を含む燃料棒として一部軸方向の長さ
の短い燃料棒（短尺燃料棒）を含む核燃料集合体におい
て、スクラム反応度特性の低下を防止して原子炉の安全
性を高めることができる核燃料集合体に関する。
され、核燃料物質を含む燃料棒として一部軸方向の長さ
の短い燃料棒（短尺燃料棒）を含む核燃料集合体におい
て、スクラム反応度特性の低下を防止して原子炉の安全
性を高めることができる核燃料集合体に関する。
【０００２】
【従来の技術】図５に、沸騰水型原子炉に装荷される核
燃料集合体１の構造を示す。チャンネルボックス２内に
は、核燃料物質を納めた燃料棒３と中性子減速棒として
のウォータロッド４とが、スペーサ５で互いに隔離され
ながら、軸方向を垂直にして８行８列の格子状に収納さ
れる。この核燃料集合体１においては、燃料棒３の長さ
はすべて等しい。このため、燃料棒３とウォータロッド
４の両端はそれぞれ上部タイプレート６と下部タイプレ
ート７で支持・固定されるが、各燃料棒３の上端と下端
の位置（高さ）は揃えることができる。
燃料集合体１の構造を示す。チャンネルボックス２内に
は、核燃料物質を納めた燃料棒３と中性子減速棒として
のウォータロッド４とが、スペーサ５で互いに隔離され
ながら、軸方向を垂直にして８行８列の格子状に収納さ
れる。この核燃料集合体１においては、燃料棒３の長さ
はすべて等しい。このため、燃料棒３とウォータロッド
４の両端はそれぞれ上部タイプレート６と下部タイプレ
ート７で支持・固定されるが、各燃料棒３の上端と下端
の位置（高さ）は揃えることができる。
【０００３】ところで、最近、経済性の向上のため、燃
料の高燃焼度化がすすんでいる。これに伴い、ピーキン
グ係数が上昇して燃料棒３の１本当りの熱的特性が悪化
するので、これを緩和するため、核燃料集合体内に格子
状に配列される燃料棒３の格子数を従来の８行８列の格
子数より増やす設計が考えられている。しかし、格子数
の増加により、チャンネルボックス２内における圧力損
失が増大し、安定性が低下するなど問題が発生してき
た。
料の高燃焼度化がすすんでいる。これに伴い、ピーキン
グ係数が上昇して燃料棒３の１本当りの熱的特性が悪化
するので、これを緩和するため、核燃料集合体内に格子
状に配列される燃料棒３の格子数を従来の８行８列の格
子数より増やす設計が考えられている。しかし、格子数
の増加により、チャンネルボックス２内における圧力損
失が増大し、安定性が低下するなど問題が発生してき
た。
【０００４】そこで、こうした問題を解決するため、図
６の（Ａ）に示す従来の軸方向長さの燃料棒（以下「長
尺燃料棒」と呼ぶ）３に対して、図６の（Ｂ）に示す、
長尺燃料棒３より軸方向長さの短い短尺燃料棒８が考案
された。長尺燃料棒３および短尺燃料棒８とも、被覆管
９の下端を下部端栓１０で封止し、燃料ペレット１１を
下方から順次充填する。そして最上部の燃料ペレットの
上に、燃焼時に燃料ペレット１１の膨脹を吸収するエク
スパンションスプリング１２を配置した後上部端栓１３
で被覆管９の上端を封止する。短尺燃料棒８は長尺燃料
棒３に比べ、被覆管９が短く、収納される燃料ペレット
１１の数が少ない。
６の（Ａ）に示す従来の軸方向長さの燃料棒（以下「長
尺燃料棒」と呼ぶ）３に対して、図６の（Ｂ）に示す、
長尺燃料棒３より軸方向長さの短い短尺燃料棒８が考案
された。長尺燃料棒３および短尺燃料棒８とも、被覆管
９の下端を下部端栓１０で封止し、燃料ペレット１１を
下方から順次充填する。そして最上部の燃料ペレットの
上に、燃焼時に燃料ペレット１１の膨脹を吸収するエク
スパンションスプリング１２を配置した後上部端栓１３
で被覆管９の上端を封止する。短尺燃料棒８は長尺燃料
棒３に比べ、被覆管９が短く、収納される燃料ペレット
１１の数が少ない。
【０００５】そして、この短尺燃料棒８を長尺燃料棒３
と混在させて９行９列の格子状に配列した核燃料集合体
を図７に示す。図５と対応する箇所には同一の符号を付
す。
と混在させて９行９列の格子状に配列した核燃料集合体
を図７に示す。図５と対応する箇所には同一の符号を付
す。
【０００６】この核燃料集合体１４においては、短尺燃
料棒８（斜線を付した）は、下部タイプレート７には取
り付けられるが、上部タイプレート６には届かない。
料棒８（斜線を付した）は、下部タイプレート７には取
り付けられるが、上部タイプレート６には届かない。
【０００７】図８および図９は、それぞれ図７のVIII−
VIII線およびIX−IX線断面図である。図８に示すよう
に、短尺燃料棒８は、太径の２本のウォータロッド４を
取り囲みながら９行９列に計６６本配列される長尺燃料
棒３の中にあって、外側から２行目・２列目に計８個配
置されるが、短尺燃料棒８が届かないIX−IX線断面領域
においては、空隙１６が生ずる。
VIII線およびIX−IX線断面図である。図８に示すよう
に、短尺燃料棒８は、太径の２本のウォータロッド４を
取り囲みながら９行９列に計６６本配列される長尺燃料
棒３の中にあって、外側から２行目・２列目に計８個配
置されるが、短尺燃料棒８が届かないIX−IX線断面領域
においては、空隙１６が生ずる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ところで、核燃料集合
体は、炉心燃料の安全性および健全性の観点から、核燃
料集合体全体として平坦な出力分布を達成する必要があ
る。そこで、特開昭６１−２４０１９３号公報において
は、燃料棒としては長尺燃料棒３だけを含む核燃料集合
体１について、径方向および軸方向においてそれぞれ核
***性物質、例えばウラン２３５の量を異ならせた核設
計を提案している。
体は、炉心燃料の安全性および健全性の観点から、核燃
料集合体全体として平坦な出力分布を達成する必要があ
る。そこで、特開昭６１−２４０１９３号公報において
は、燃料棒としては長尺燃料棒３だけを含む核燃料集合
体１について、径方向および軸方向においてそれぞれ核
***性物質、例えばウラン２３５の量を異ならせた核設
計を提案している。
【０００９】図１０の（Ａ）はこの核設計における核燃
料集合体２０の径方向断面図である。各燃料棒は碁盤の
目状に模式化して示し、各燃料棒内の数字・記号２１〜
２５およびＧ5 は、含有される核***性物質量と可燃性
毒物量が異なる燃料棒の種類を示す参照符号である。記
号Ｗはウォータロッドを表す。
料集合体２０の径方向断面図である。各燃料棒は碁盤の
目状に模式化して示し、各燃料棒内の数字・記号２１〜
２５およびＧ5 は、含有される核***性物質量と可燃性
毒物量が異なる燃料棒の種類を示す参照符号である。記
号Ｗはウォータロッドを表す。
【００１０】また図１０の（Ｂ）は、この核燃料集合体
２０に収納される長尺燃料棒２１〜２５およびＧ5 の軸
方向のウラン２３５の濃縮度および可燃性毒物濃度を示
す。
２０に収納される長尺燃料棒２１〜２５およびＧ5 の軸
方向のウラン２３５の濃縮度および可燃性毒物濃度を示
す。
【００１１】長尺燃料棒２１〜２５とＧ5 はウラン２３
５の濃縮度がそれぞれ異なり、燃料棒２１，２３，２
４，２５，Ｇ5 はそれぞれ濃縮度が３．８、３．５、
３．０、１．９および３．５％である。また燃料棒２２
は軸方向において濃縮度が異なる（中央部２２ｂが高く
（３．８％）、上部２２ａと下部２２ｃが低い（２．８
％））。その結果、燃料棒全体で軸方向にみた平均濃縮
度は、上下端の天然ウランブランケット２６に含まれる
ウラン２３５量０．７１重量％を除外すると、下部から
３．１５、３．３５、３．１５重量％となる。燃料棒Ｇ
5 は軸方向において下部から順次５．０、４．０および
２．５重量％と３段階で減少する濃度の可燃性毒物（ガ
トリニア；Ｇｄ２Ｏ３）を含む。可燃性毒物は核燃料の
燃焼の際、中性子を吸収して反応度を低下させる。
５の濃縮度がそれぞれ異なり、燃料棒２１，２３，２
４，２５，Ｇ5 はそれぞれ濃縮度が３．８、３．５、
３．０、１．９および３．５％である。また燃料棒２２
は軸方向において濃縮度が異なる（中央部２２ｂが高く
（３．８％）、上部２２ａと下部２２ｃが低い（２．８
％））。その結果、燃料棒全体で軸方向にみた平均濃縮
度は、上下端の天然ウランブランケット２６に含まれる
ウラン２３５量０．７１重量％を除外すると、下部から
３．１５、３．３５、３．１５重量％となる。燃料棒Ｇ
5 は軸方向において下部から順次５．０、４．０および
２．５重量％と３段階で減少する濃度の可燃性毒物（ガ
トリニア；Ｇｄ２Ｏ３）を含む。可燃性毒物は核燃料の
燃焼の際、中性子を吸収して反応度を低下させる。
【００１２】この燃料棒によれば、原子炉の運転サイク
ルを通じて軸方向に平坦な出力分布が得られる。
ルを通じて軸方向に平坦な出力分布が得られる。
【００１３】しかし、この核設計を上述の短尺燃料棒を
含む核燃料集合体１４に適用すると、次のような問題点
が起こる。図１１は、核燃料集合体１４中の無限増倍率
を燃焼度（燃焼時間のパラメータ）との関係でみたもの
である。
含む核燃料集合体１４に適用すると、次のような問題点
が起こる。図１１は、核燃料集合体１４中の無限増倍率
を燃焼度（燃焼時間のパラメータ）との関係でみたもの
である。
【００１４】この図から、燃焼度の小さい領域（燃焼初
期）においては、短尺燃料棒８が存在せず核燃料物質量
が（相対的に）少ない径方向断面（図７のIX−IX線断
面；上部断面）の無限増倍率は、短尺燃料棒８が存在し
て核燃料物質が（相対的に）多い径方向断面（図７のVI
II−VIII線断面；下部断面）の無限増倍率に比べて小さ
いことが分る。なお、両断面において、断面平均の核分
裂性物質の濃縮度および可燃性物質の量は等しくしてあ
る。
期）においては、短尺燃料棒８が存在せず核燃料物質量
が（相対的に）少ない径方向断面（図７のIX−IX線断
面；上部断面）の無限増倍率は、短尺燃料棒８が存在し
て核燃料物質が（相対的に）多い径方向断面（図７のVI
II−VIII線断面；下部断面）の無限増倍率に比べて小さ
いことが分る。なお、両断面において、断面平均の核分
裂性物質の濃縮度および可燃性物質の量は等しくしてあ
る。
【００１５】核***性物質の濃縮度と可燃性毒物の量を
等しくしてもなお生ずるこの無限増倍率の差は、下部断
面は上部断面に比べて冷却材の通過面積が小さいため減
速材量が少なく中性子スペクトルが硬く、可燃性毒物に
よる反応度低下量が少ないことから起る。
等しくしてもなお生ずるこの無限増倍率の差は、下部断
面は上部断面に比べて冷却材の通過面積が小さいため減
速材量が少なく中性子スペクトルが硬く、可燃性毒物に
よる反応度低下量が少ないことから起る。
【００１６】燃焼初期においてこのように軸方向の無限
増倍率に差異があると、原子炉の運転サイクルを通して
軸方向の平坦な出力分布を得ることは難しく、燃焼初期
においては下部断面の無限増倍率が高いため、図１２に
示すように、軸方向の下部で出力が高くなる。そして運
転サイクルの末期になると、図１３に示すように、今度
は初期に燃焼があまり進行せず燃料の残留割合が高い軸
方向上部が、サイクル初期に燃料の燃焼が進んだ軸方向
下部より出力が高くなる。
増倍率に差異があると、原子炉の運転サイクルを通して
軸方向の平坦な出力分布を得ることは難しく、燃焼初期
においては下部断面の無限増倍率が高いため、図１２に
示すように、軸方向の下部で出力が高くなる。そして運
転サイクルの末期になると、図１３に示すように、今度
は初期に燃焼があまり進行せず燃料の残留割合が高い軸
方向上部が、サイクル初期に燃料の燃焼が進んだ軸方向
下部より出力が高くなる。
【００１７】ところで、沸騰水型原子炉においては、ス
クラム時には、原子炉の底部から制御棒が挿入される。
したがって、運転サイクルの末期にスクラムが生じたと
きは、出力分布が軸方向の上部に偏っているため、軸方
向の下方から制御棒が挿入されても反応度の低下割合は
小さい。すなわち、サイクル末期にはスクラム反応度特
性が劣化するため、原子炉の安全性確保の上で支障が生
ずることになる。
クラム時には、原子炉の底部から制御棒が挿入される。
したがって、運転サイクルの末期にスクラムが生じたと
きは、出力分布が軸方向の上部に偏っているため、軸方
向の下方から制御棒が挿入されても反応度の低下割合は
小さい。すなわち、サイクル末期にはスクラム反応度特
性が劣化するため、原子炉の安全性確保の上で支障が生
ずることになる。
【００１８】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、沸騰水型原子炉において、短尺燃料棒を含む場合で
も、スクラム反応度特性の劣化を防止して原子炉の安全
性を高めることができる核燃料集合体を提供することを
目的とする。
で、沸騰水型原子炉において、短尺燃料棒を含む場合で
も、スクラム反応度特性の劣化を防止して原子炉の安全
性を高めることができる核燃料集合体を提供することを
目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成する手段として、核燃料物質を含有する燃料棒と、核
燃料物質および可燃性毒物を含有する燃料棒とを、チャ
ンネルボックス内に正方格子状に束ねて構成し、かつ前
記燃料棒を、軸方向長さの異なる長尺燃料棒と短尺燃料
棒とで構成して軸方向に核燃料物質量を異ならしめた核
燃料集合体において、前記チャンネルボックス内の燃料
棒配列の外層から２列目に配置される可燃性毒物含有の
燃料棒の配置位置を、核燃料物質量が相対的に少ない軸
方向領域においては、核燃料物質量が相対的に多い軸方
向領域における可燃性毒物含有の燃料棒の配置位置に比
べ、チャンネルボックスの四隅のコーナより平均的に離
れた位置とするとともに、前記核燃料物質量が相対的に
少ない軸方向領域の径方向断面における可燃性毒物を含
む燃料棒の本数は、前記核燃料物質量が相対的に多い軸
方向領域の径方向断面における可燃性毒物を含む前記燃
料棒の本数と同数としたことを特徴とする。
成する手段として、核燃料物質を含有する燃料棒と、核
燃料物質および可燃性毒物を含有する燃料棒とを、チャ
ンネルボックス内に正方格子状に束ねて構成し、かつ前
記燃料棒を、軸方向長さの異なる長尺燃料棒と短尺燃料
棒とで構成して軸方向に核燃料物質量を異ならしめた核
燃料集合体において、前記チャンネルボックス内の燃料
棒配列の外層から２列目に配置される可燃性毒物含有の
燃料棒の配置位置を、核燃料物質量が相対的に少ない軸
方向領域においては、核燃料物質量が相対的に多い軸方
向領域における可燃性毒物含有の燃料棒の配置位置に比
べ、チャンネルボックスの四隅のコーナより平均的に離
れた位置とするとともに、前記核燃料物質量が相対的に
少ない軸方向領域の径方向断面における可燃性毒物を含
む燃料棒の本数は、前記核燃料物質量が相対的に多い軸
方向領域の径方向断面における可燃性毒物を含む前記燃
料棒の本数と同数としたことを特徴とする。
【００２０】
【作用】本発明に係る核燃料集合体においては、軸方向
において核燃料物質量の多い領域と少ない領域、および
冷却材通過面積の少ない領域と多い領域とが生じてお
り、これが軸方向出力密度の差異となって表われる。
において核燃料物質量の多い領域と少ない領域、および
冷却材通過面積の少ない領域と多い領域とが生じてお
り、これが軸方向出力密度の差異となって表われる。
【００２１】ところで、チャンネルボックス四隅のコー
ナ付近では、熱中性子束が他の径方向領域に比べて多い
ため、四隅のコーナ付近に可燃性毒物入り燃料棒を多く
配置すると、反応度低下量が多くなる。
ナ付近では、熱中性子束が他の径方向領域に比べて多い
ため、四隅のコーナ付近に可燃性毒物入り燃料棒を多く
配置すると、反応度低下量が多くなる。
【００２２】そこで本発明においては、外層から２列目
に配置される可燃性毒物含有の燃料棒の配置位置を、核
燃料物質量が相対的に少ない軸方向領域においては、他
の軸方向領域における可燃性毒物含有の燃料棒の配置位
置に比べ、チャンネルボックスの四隅のコーナより平均
的に離れた位置とし、可燃性毒物による反応度低下量を
少なくしている。そしてこれにより、平坦な軸方向出力
密度分布が得られ、運転サイクルのどの時期において
も、燃料棒の軸方向下方から挿入される制御棒に対し、
反応度特性の劣化を生じさせることなく、スクラム時に
おいても原子炉の安全性を高めることが可能となる。
に配置される可燃性毒物含有の燃料棒の配置位置を、核
燃料物質量が相対的に少ない軸方向領域においては、他
の軸方向領域における可燃性毒物含有の燃料棒の配置位
置に比べ、チャンネルボックスの四隅のコーナより平均
的に離れた位置とし、可燃性毒物による反応度低下量を
少なくしている。そしてこれにより、平坦な軸方向出力
密度分布が得られ、運転サイクルのどの時期において
も、燃料棒の軸方向下方から挿入される制御棒に対し、
反応度特性の劣化を生じさせることなく、スクラム時に
おいても原子炉の安全性を高めることが可能となる。
【００２３】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。
明する。
【００２４】図２の（Ａ）は、本発明に係る核燃料集合
体を示す径方向断面図であり、この核燃料集合体３０
は、燃料棒をチャンネルボックス４０内に９行９列の格
子状に束ね配置して構成されている。
体を示す径方向断面図であり、この核燃料集合体３０
は、燃料棒をチャンネルボックス４０内に９行９列の格
子状に束ね配置して構成されている。
【００２５】なお、断面が円形の各燃料棒内の数字・記
号３１〜３４およびＰ，Ｇ1 ，Ｇ2 ，Ｇ3 は、核燃料物
質（ウラン）量および可燃性毒物量の異なる燃料棒の種
類を示す参照符号であり、記号Ｗはウォータロッドを表
わす。
号３１〜３４およびＰ，Ｇ1 ，Ｇ2 ，Ｇ3 は、核燃料物
質（ウラン）量および可燃性毒物量の異なる燃料棒の種
類を示す参照符号であり、記号Ｗはウォータロッドを表
わす。
【００２６】また図２の（Ｂ）は、この核燃料集合体３
０に収納されている長尺燃料棒３１〜３４およびＧ1 ，
Ｇ2 ，Ｇ3 並びに短尺燃料棒Ｐの軸方向のウラン濃縮度
（核燃料物質量）と可燃性毒物としてのガドリニウム含
有量を示す。ウラン濃縮度ａ，ｂ，ｃ，ｄの大きさは、
ａ＞ｂ＞ｃ＞ｄであり、ガドリニウム含有量Ｘ，Ｙ，Ｚ
の大きさは、Ｘ＞Ｙ＞Ｚである。
０に収納されている長尺燃料棒３１〜３４およびＧ1 ，
Ｇ2 ，Ｇ3 並びに短尺燃料棒Ｐの軸方向のウラン濃縮度
（核燃料物質量）と可燃性毒物としてのガドリニウム含
有量を示す。ウラン濃縮度ａ，ｂ，ｃ，ｄの大きさは、
ａ＞ｂ＞ｃ＞ｄであり、ガドリニウム含有量Ｘ，Ｙ，Ｚ
の大きさは、Ｘ＞Ｙ＞Ｚである。
【００２７】本実施例に係る核燃料集合体３０は、チャ
ンネルボックス２内に長尺燃料棒３１〜３４および
Ｇ1 ，Ｇ2 ，Ｇ3 を計６６本、短尺燃料棒Ｐを８本、そ
してウォータロッドＷを２本納めて構成される。長尺燃
料棒３２は軸方向においてウラン濃縮度が異なり、下部
がｃ、中央部がａ、上部がｃである。また長尺燃料棒Ｇ
1 におけるガドリニウム含有量も軸方向で異なり、下部
がＸ、中央部がＹ、上部がＺである。
ンネルボックス２内に長尺燃料棒３１〜３４および
Ｇ1 ，Ｇ2 ，Ｇ3 を計６６本、短尺燃料棒Ｐを８本、そ
してウォータロッドＷを２本納めて構成される。長尺燃
料棒３２は軸方向においてウラン濃縮度が異なり、下部
がｃ、中央部がａ、上部がｃである。また長尺燃料棒Ｇ
1 におけるガドリニウム含有量も軸方向で異なり、下部
がＸ、中央部がＹ、上部がＺである。
【００２８】また本実施例においては、高さｌ3 の短尺
燃料棒Ｐ（ウラン濃縮度ｂ）を含むため、核燃料集合体
の下方部分（高さｌ1 から高さｌ3 まで）の軸方向領域
は、短尺燃料棒が存在しない高さｌ3 から高さｌ6 まで
の軸方向領域に比べてウラン量が多い。逆に、高さｌ3
からｌ6 までの軸方向領域断面は、高さｌ1 から高さｌ
3 までの軸方向領域断面に比べて、減速材の通過面積が
大きい。
燃料棒Ｐ（ウラン濃縮度ｂ）を含むため、核燃料集合体
の下方部分（高さｌ1 から高さｌ3 まで）の軸方向領域
は、短尺燃料棒が存在しない高さｌ3 から高さｌ6 まで
の軸方向領域に比べてウラン量が多い。逆に、高さｌ3
からｌ6 までの軸方向領域断面は、高さｌ1 から高さｌ
3 までの軸方向領域断面に比べて、減速材の通過面積が
大きい。
【００２９】しかし、本実施例においては、長尺燃料棒
Ｇ2 ，Ｇ3 が存在する。長尺燃料棒Ｇ2 の高さｌ1 から
高さｌ3 までのウラン濃縮度はｃで、高さｌ3 から高さ
ｌ5 までのウラン濃縮度はａである。また、この長尺燃
料棒Ｇ2 のガドリニウム含有量は、下部がＸで、中央部
の高さｌ2 から高さｌ3 までの領域がＹで、他の領域で
は可燃性毒物は含有されていない。すなわち、長尺燃料
棒Ｇ2 において、高さｌ1 から高さｌ3 までの軸方向領
域では、長尺燃料棒Ｇ1 と同一であり、高さｌ3 からｌ
5 までの軸方向領域では、長尺燃料棒３１と同一であ
る。
Ｇ2 ，Ｇ3 が存在する。長尺燃料棒Ｇ2 の高さｌ1 から
高さｌ3 までのウラン濃縮度はｃで、高さｌ3 から高さ
ｌ5 までのウラン濃縮度はａである。また、この長尺燃
料棒Ｇ2 のガドリニウム含有量は、下部がＸで、中央部
の高さｌ2 から高さｌ3 までの領域がＹで、他の領域で
は可燃性毒物は含有されていない。すなわち、長尺燃料
棒Ｇ2 において、高さｌ1 から高さｌ3 までの軸方向領
域では、長尺燃料棒Ｇ1 と同一であり、高さｌ3 からｌ
5 までの軸方向領域では、長尺燃料棒３１と同一であ
る。
【００３０】一方、長尺燃料棒Ｇ3 の高さｌ1 から高さ
ｌ3 までのウラン濃縮度はａで、高さｌ3 から高さｌ5
までの軸方向領域のウラン濃縮度はｃである。また、ガ
ドリニウム含有量は、上部がＺで、中央部の高さｌ3 か
ら高さｌ4 までの領域がＹで、他の領域では可燃性毒物
は含有されていない。すなわち、長尺燃料棒Ｇ3 におい
ては、長尺燃料棒Ｇ2 とは逆で、高さｌ1 から高さｌ3
までの軸方向領域では、長尺燃料棒３１と同一であり、
高さｌ3 から高さｌ5 までの軸方向領域では長尺燃料棒
Ｇ1 と同一になっている。
ｌ3 までのウラン濃縮度はａで、高さｌ3 から高さｌ5
までの軸方向領域のウラン濃縮度はｃである。また、ガ
ドリニウム含有量は、上部がＺで、中央部の高さｌ3 か
ら高さｌ4 までの領域がＹで、他の領域では可燃性毒物
は含有されていない。すなわち、長尺燃料棒Ｇ3 におい
ては、長尺燃料棒Ｇ2 とは逆で、高さｌ1 から高さｌ3
までの軸方向領域では、長尺燃料棒３１と同一であり、
高さｌ3 から高さｌ5 までの軸方向領域では長尺燃料棒
Ｇ1 と同一になっている。
【００３１】以上のように、高さｌ3 から高さｌ5 まで
の減速材の通過面積の大きい軸方向領域の外層から２列
目に配置される可燃性毒物含有の燃料棒の配置は、高さ
ｌ1 から高さｌ3 までの減速材通過面積の小さい軸方向
領域の外層から２列目に配置される可燃性毒物含有の燃
料棒の配置より、チャンネルボックスの４隅のコーナか
ら、平均的に離れた位置に配置されることになる。
の減速材の通過面積の大きい軸方向領域の外層から２列
目に配置される可燃性毒物含有の燃料棒の配置は、高さ
ｌ1 から高さｌ3 までの減速材通過面積の小さい軸方向
領域の外層から２列目に配置される可燃性毒物含有の燃
料棒の配置より、チャンネルボックスの４隅のコーナか
ら、平均的に離れた位置に配置されることになる。
【００３２】図１の（Ａ）は、高さｌ3 から高さｌ5 ま
での軸方向領域の断面図で、可燃性毒物含有の燃料棒の
配置のみを示している。
での軸方向領域の断面図で、可燃性毒物含有の燃料棒の
配置のみを示している。
【００３３】図１の（Ｂ）は、高さｌ1 から高さｌ3 ま
での軸方向領域の断面図で、可燃性毒物含有の燃料棒の
配置のみを示している。
での軸方向領域の断面図で、可燃性毒物含有の燃料棒の
配置のみを示している。
【００３４】この図１の（Ａ）および（Ｂ）に示す例で
は、外層から２列目に配置されている可燃性毒物含有燃
料棒のうち、対角線上に制御棒が存在しない２隅のコー
ナ付近の可燃性毒物含有燃料棒について、可燃性毒物含
有燃料棒の配置が、図１の（Ｂ）に比べて、図１の
（Ａ）の方が、コーナから、平均的に離れた位置に配置
されている。すなわち、核燃料集合体内の外層から２列
目に、配置される可燃性毒物含有の燃料棒の配置位置
が、核燃料物質量が相対的に少ない軸方向領域において
は、他の軸方向領域における可燃性毒物含有の燃料棒の
配置位置に比べ、チャンネルボックスの４隅のコーナよ
り、平均的に離れた位置に配置された核設計になってい
る。
は、外層から２列目に配置されている可燃性毒物含有燃
料棒のうち、対角線上に制御棒が存在しない２隅のコー
ナ付近の可燃性毒物含有燃料棒について、可燃性毒物含
有燃料棒の配置が、図１の（Ｂ）に比べて、図１の
（Ａ）の方が、コーナから、平均的に離れた位置に配置
されている。すなわち、核燃料集合体内の外層から２列
目に、配置される可燃性毒物含有の燃料棒の配置位置
が、核燃料物質量が相対的に少ない軸方向領域において
は、他の軸方向領域における可燃性毒物含有の燃料棒の
配置位置に比べ、チャンネルボックスの４隅のコーナよ
り、平均的に離れた位置に配置された核設計になってい
る。
【００３５】図３は、核燃料集合体の中性子無限増倍率
を、図１１と同様に燃焼度（燃焼時間のパラメータ）と
の関係でみたものである。
を、図１１と同様に燃焼度（燃焼時間のパラメータ）と
の関係でみたものである。
【００３６】図３からも明らかなように、本実施例の核
燃料集合体３０は、その燃焼前半において、短尺燃料棒
Ｐが存在せず、核燃料物質量が少ない径方向断面（図２
の（Ｂ）の高さｌ3 からｌ6 までの領域の断面；上部断
面）も、短尺燃料棒Ｐが存在して核燃料物質量が多い径
方向断面（図２の（Ｂ）の高さｌ1 からｌ3 までの領域
の断面；下部断面）も、無限増倍率がほぼ等しいことが
分る。これは、核燃料物質量が少ない軸方向領域、すな
わち、減速材通過面積が大きいため、可燃性毒物による
反応度低下量が多い軸方向領域における可燃性毒物入り
燃料棒の配置を他の領域の配置よりも熱中性子束が低く
なるような位置に配置して、その効果を相殺しているた
めである。
燃料集合体３０は、その燃焼前半において、短尺燃料棒
Ｐが存在せず、核燃料物質量が少ない径方向断面（図２
の（Ｂ）の高さｌ3 からｌ6 までの領域の断面；上部断
面）も、短尺燃料棒Ｐが存在して核燃料物質量が多い径
方向断面（図２の（Ｂ）の高さｌ1 からｌ3 までの領域
の断面；下部断面）も、無限増倍率がほぼ等しいことが
分る。これは、核燃料物質量が少ない軸方向領域、すな
わち、減速材通過面積が大きいため、可燃性毒物による
反応度低下量が多い軸方向領域における可燃性毒物入り
燃料棒の配置を他の領域の配置よりも熱中性子束が低く
なるような位置に配置して、その効果を相殺しているた
めである。
【００３７】したがって、本実施例の核燃料集合体３０
における軸方向の出力密度は、原子炉運転サイクルを通
じて軸方向における燃焼率の差が小さいため、図４に示
すように、原子炉運転サイクルの初期と末期を含め、常
にほぼ平坦である。
における軸方向の出力密度は、原子炉運転サイクルを通
じて軸方向における燃焼率の差が小さいため、図４に示
すように、原子炉運転サイクルの初期と末期を含め、常
にほぼ平坦である。
【００３８】よって、本実施例においては、スクラムが
運転サイクルのいかなる時期に発生しても、軸方向下方
から挿入される制御棒に対して良好な反応度特性を示
し、原子炉の安全性が保たれる。
運転サイクルのいかなる時期に発生しても、軸方向下方
から挿入される制御棒に対して良好な反応度特性を示
し、原子炉の安全性が保たれる。
【００３９】なお、前記実施例においては、軸方向の長
さが２種類、すなわち長尺燃料棒と短尺燃料棒の長さが
それぞれ１種類ずつの核燃料集合体を用いる場合につい
て説明したが、これに限られるものではなく、軸方向の
長さが３種類以上の核燃料集合体でも、軸方向の核燃料
物質量の多寡に対応して均一な軸方向出力密度が得られ
るように可燃性毒物入り燃料棒の配置を調整したものな
ら、本発明の範囲に含まれる。
さが２種類、すなわち長尺燃料棒と短尺燃料棒の長さが
それぞれ１種類ずつの核燃料集合体を用いる場合につい
て説明したが、これに限られるものではなく、軸方向の
長さが３種類以上の核燃料集合体でも、軸方向の核燃料
物質量の多寡に対応して均一な軸方向出力密度が得られ
るように可燃性毒物入り燃料棒の配置を調整したものな
ら、本発明の範囲に含まれる。
【００４０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の核燃料集
合体においては、短尺燃料棒を含むことにより、軸方向
において核燃料物質量の相違が生じても平坦な軸方向出
力密度分布が得られ、運転サイクルのどの時期において
も、スクラム時に挿入される制御棒に対して反応度特性
の劣化を生じることがなく、原子炉の安全性を高めるこ
とができる。
合体においては、短尺燃料棒を含むことにより、軸方向
において核燃料物質量の相違が生じても平坦な軸方向出
力密度分布が得られ、運転サイクルのどの時期において
も、スクラム時に挿入される制御棒に対して反応度特性
の劣化を生じることがなく、原子炉の安全性を高めるこ
とができる。
【図１】（Ａ）および（Ｂ）は本発明の一実施例に係る
核燃料集合体の軸方向に異なる位置での径方向断面にお
ける可燃性毒物入り燃料の配置状態をそれぞれ示す説明
図である。
核燃料集合体の軸方向に異なる位置での径方向断面にお
ける可燃性毒物入り燃料の配置状態をそれぞれ示す説明
図である。
【図２】（Ａ）は本発明の一実施例に係る核燃料集合体
の径方向断面図である。 （Ｂ）は各燃料棒の軸方向における核燃料物質量と可燃
性毒物量とを示すグラフである。
の径方向断面図である。 （Ｂ）は各燃料棒の軸方向における核燃料物質量と可燃
性毒物量とを示すグラフである。
【図３】本実施例に係る核燃料集合体の上部断面および
下部断面における燃焼度と中性子増倍率との関係を示す
グラフである。
下部断面における燃焼度と中性子増倍率との関係を示す
グラフである。
【図４】本実施例に係る核燃料集合体の原子炉運転サイ
クル初期および末期の軸方向出力密度を示すグラフであ
る。
クル初期および末期の軸方向出力密度を示すグラフであ
る。
【図５】燃料棒がすべて長尺燃料棒で構成される核燃料
集合体の軸方向断面図である。
集合体の軸方向断面図である。
【図６】（Ａ）は長尺燃料棒の軸方向断面図である。 （Ｂ）は短尺燃料棒の軸方向断面図である。
【図７】燃料棒が長尺燃料棒と短尺燃料棒とで構成され
る核燃料集合体の軸方向断面図である。
る核燃料集合体の軸方向断面図である。
【図８】図７のVIII−VIII線断面図である。
【図９】図７のIX−IX線断面図である。
【図１０】（Ａ）は燃料棒が長尺燃料棒だけの核燃料集
合体に従来の核設計を適用したときの径方向断面図であ
る。 （Ｂ）はこの核設計における各燃料棒の核燃料物質量と
可燃性毒物量を示すグラフである。
合体に従来の核設計を適用したときの径方向断面図であ
る。 （Ｂ）はこの核設計における各燃料棒の核燃料物質量と
可燃性毒物量を示すグラフである。
【図１１】この核設計を適用した核燃料集合体の上部断
面および下部断面における燃焼度と中性子増倍率との関
係を示すグラフである。
面および下部断面における燃焼度と中性子増倍率との関
係を示すグラフである。
【図１２】この核設計を適用した核燃料集合体の原子炉
運転サイクル初期の軸方向出力密度を示すグラフであ
る。
運転サイクル初期の軸方向出力密度を示すグラフであ
る。
【図１３】同様の核燃料集合体の原子炉運転サイクル末
期の軸方向出力密度を示すグラフである。
期の軸方向出力密度を示すグラフである。
３０ 核燃料集合体 ４０ チャンネルボックス ３１ 長尺燃料棒 ３２ 長尺燃料棒 ３３ 長尺燃料棒 ３４ 長尺燃料棒 Ｇ1 長尺燃料棒 Ｇ2 長尺燃料棒 Ｇ3 長尺燃料棒 Ｐ 短尺燃料棒
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G21C 3/328 GDB G21C 3/326 G21C 3/62
Claims (1)
- 【請求項１】核燃料物質を含有する燃料棒と、核燃料物
質および可燃性毒物を含有する燃料棒とを、チャンネル
ボックス内に正方格子状に束ねて構成し、かつ前記燃料
棒を、軸方向長さの異なる長尺燃料棒と短尺燃料棒とで
構成して軸方向に核燃料物質量を異ならしめた核燃料集
合体において、前記チャンネルボックス内の燃料棒配列
の外層から２列目に配置される可燃性毒物含有の燃料棒
の配置位置を、核燃料物質量が相対的に少ない軸方向領
域においては、核燃料物質量が相対的に多い軸方向領域
における可燃性毒物含有の燃料棒の配置位置に比べ、チ
ャンネルボックスの四隅のコーナより平均的に離れた位
置とするとともに、前記核燃料物質量が相対的に少ない
軸方向領域の径方向断面における可燃性毒物を含む燃料
棒の本数は、前記核燃料物質量が相対的に多い軸方向領
域の径方向断面における可燃性毒物を含む燃料棒の本数
と同数としたことを特徴とする核燃料集合体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2407049A JP2953789B2 (ja) | 1990-12-26 | 1990-12-26 | 核燃料集合体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2407049A JP2953789B2 (ja) | 1990-12-26 | 1990-12-26 | 核燃料集合体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04223295A JPH04223295A (ja) | 1992-08-13 |
| JP2953789B2 true JP2953789B2 (ja) | 1999-09-27 |
Family
ID=18516677
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2407049A Expired - Lifetime JP2953789B2 (ja) | 1990-12-26 | 1990-12-26 | 核燃料集合体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2953789B2 (ja) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5225876Y2 (ja) * | 1972-02-22 | 1977-06-13 | ||
| JPH042314Y2 (ja) * | 1986-06-20 | 1992-01-27 | ||
| JPH0225695U (ja) * | 1988-08-08 | 1990-02-20 |
-
1990
- 1990-12-26 JP JP2407049A patent/JP2953789B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04223295A (ja) | 1992-08-13 |
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