JP2972177B2 - 熱中性子炉用燃料要素及び燃料集合体 - Google Patents
熱中性子炉用燃料要素及び燃料集合体Info
- Publication number
- JP2972177B2 JP2972177B2 JP10078283A JP7828398A JP2972177B2 JP 2972177 B2 JP2972177 B2 JP 2972177B2 JP 10078283 A JP10078283 A JP 10078283A JP 7828398 A JP7828398 A JP 7828398A JP 2972177 B2 JP2972177 B2 JP 2972177B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel
- thermal neutron
- fuel assembly
- neutron reactor
- pellets
- 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 - Fee Related
Links
Classifications
-
- 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
Landscapes
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Description
る燃料要素及び燃料集合体に関し、更に詳しく述べる
と、内側部分の核***性物質濃度が外側部分の核***性
物質濃度よりも高い核燃料物質からなるか、あるいは内
側部分が核燃料物質からなり外側部分が燃料親物質から
なる二重ペレットを用いた熱中性子炉用燃料要素及び燃
料集合体に関するものである。
常、多数の燃料ペレットを被覆管内に封入した構造であ
る。燃料ペレットとしては、一般に、二酸化ウランある
いはウラン・プルトニウム混合酸化物(MOX)からな
る核燃料物質により製造される均一ペレットが用いられ
ている。
は、原子炉の運転期間を長期化することが要求される。
そこで燃料集合体を長期間燃焼させる必要があり、その
ためには燃料中の核***物質濃度を高める必要がある。
しかし、単に燃料中の核***物質濃度の高い燃料要素を
用いた燃料集合体では、次のような問題が生じる。 燃焼初期の余剰反応度が上昇し、炉心径方向出力ピー
キングが増加する。 燃料集合体内中央部の熱中性子束が減少することか
ら、燃料集合体内の局所出力ピーキング係数が増加す
る。
応度を抑制するために可燃性毒物を添加した燃料要素を
用いる技術がある。具体的には、二酸化ウラン又はウラ
ン・プルトニウム混合酸化物の中に酸化ガドリニウムを
固溶させた均一ペレット、あるいは二酸化ウラン又はウ
ラン・プルトニウム混合酸化物のペレットの中心部に酸
化ガドリニウム棒を挿入した二重ペレットが用いられて
いる。
の局所出力ピーキング係数を低減するために、核***物
質濃度を変化させた多種類の燃料要素を配列することが
検討されている。
含有する燃料要素は出力抑制効果が大きく、局所的に出
力の極めて少ない燃料要素が偏在することになり、燃料
集合体内局所出力ピーキング係数を更に増加させる問題
が生じる。また、このような可燃性毒物入りの燃料要素
を製作するためには、核燃料製造施設の中に、可燃性毒
物を含有しない燃料要素と、含有する燃料要素を作るラ
インが独立に2系統必要となり、製造コストの上昇を招
く。
の燃料要素を使用すると、その燃料製造過程におけるキ
ャンペーン数の増加、製造・製品管理の複雑化などによ
り、やはり製造コストの上昇を招く。
大きくならないために可燃性毒物を必要とせず、燃料集
合体内の局所出力ピーキング係数が大きくならないため
に核***物質濃度を変化させた燃料要素を多種類使用す
る必要が無く、且つ燃焼に伴う反応度の低下が緩やか
で、長期間燃焼させることができる熱中性子炉用燃料要
素及び燃料集合体を提供することである。
***性物質濃度が外側部分の核***性物質濃度よりも高
い核燃料物質からなる多数の二重ペレットを、被覆管内
に封入した熱中性子炉用燃料要素である。また本発明
は、内側部分が核燃料物質からなり、外側部分が燃料親
物質からなる多数の二重ペレットを、被覆管内に封入し
た熱中性子炉用燃料要素である。いずれにしても本発明
では、二重ペレットの外側部分の自己遮蔽効果を利用し
て余剰反応度を抑制しており、この点に特徴がある。
配列して束ねることで燃料集合体を構成する。なお、上
記の核燃料物質あるいは燃料親物質は、例えばウラン、
プルトニウム、あるいはトリウムを含有する酸化物燃料
などである。また外側部分の核燃料物質あるいは燃料親
物質は金属燃料でもよい。金属燃料は酸化物燃料と比較
して熱伝導度が良い分、熱的に有利である。
一実施形態を示す横断面図である。ここでは新型転換炉
(ATR)に適用した例を示している。まず新型転換炉
について概略説明しておく。原子炉本体は、多数のカラ
ンドリア管10が正方格子状に配列され各カランドリア
管10の外側が重水D2 Oで満たされているカランドリ
アタンク、各カランドリア管10に挿入されている圧力
管12、該圧力管12内に装荷される燃料集合体、及び
遮蔽体などからなる。燃料集合体は、圧力管12内で炉
心下部から流入する軽水冷却材H2 Oによって冷却さ
れ、加熱されて沸騰した冷却材は蒸気となり上昇して蒸
気ドラムへと向かう。なお、圧力管12とカランドリア
管10との間には、熱遮蔽として炭酸ガスCO2 を供給
する。
14を束にしたクラスター型で、各燃料要素14は多数
の燃料ペレットを被覆管16に充填した構造である。燃
料要素14は、3層の同心円周上に配列され、上下両端
をタイプレートで固定するとともに、水平方向の構造的
安定を図るためにスペーサを設け、スペーサ間をスペー
サタイロッド18で固定する。
ペレットとして二重ペレット20を用いる。例えば内側
部分22は核***性物質濃度が高い核燃料物質からな
り、外側部分24は、核***性物質濃度が低い核燃料物
質からなる構造である。このような多数の二重ペレット
20を被覆管16内に封入して燃料要素14とする。
質からなり、外側部分が燃料親物質からなる二重ペレッ
トを用いて燃料要素を構成することもできる。
のみからなる燃料要素のみを束ねて燃料集合体とする構
成があるが、その他、このような二重ペレットと均一ペ
レットとを組み合わせる構成もある。後者の場合、例え
ば、中央部に酸化ウラン又はウラン・プルトニウム混合
酸化物からなる均一ペレットを被覆管に封入した燃料要
素を配置し、外側に二重ペレットを被覆管に封入した燃
料要素を配置した燃料集合体を配置する例がある。ある
いは、軸方向の上下部に酸化ウラン又はウラン・プルト
ニウム混合酸化物からなる均一ペレットが位置し、その
中央部に二重ペレットが位置するように被覆管内に装填
して燃料要素とし、それを束ねて燃料集合体とする構
成、更にはそれら両方の技術を組み合わせて燃料集合体
を構成することもできる。
状の外側部材に円柱状又は粒子状の内側部材を挿入する
方法で製作できる。例えば、劣化ウラン−ジルコニウム
合金燃料を、中心軸に沿って貫通孔を開け、その貫通孔
に核***性物質濃度の高い細径のウラン・プルトニウム
混合酸化物燃料を挿入するか、あるいは粒子状のウラン
・プルトニウム混合酸化物燃料を充填するなどの方法が
採用できる。
レットを用いた燃料集合体(実施例)と均一ペレットを
用いた燃料集合体(比較例)とについて、比較検討した
結果を説明する。
裂性物質濃度が外側部分の核***性物質濃度よりも高い
核燃料物質からなる二重ペレットを用いた燃料集合体の
場合であり、比較例1は均一ペレットを用いた燃料集合
体の場合である。想定した原子炉は新型転換炉であり、
燃料集合体の構成は図1に示す通りである。解析に用い
た燃料ペレットの詳細を表1に示す。
した燃料集合体の実効増倍率の燃焼度変化を図2に示
す。比較例1の燃料集合体は、燃焼初期の余剰反応度が
大きくなり、酸化ガドリニウム等の可燃性毒物を添加
し、余剰反応度を抑制する必要がある。しかし実施例1
の燃料集合体は、その必要が無く、燃焼に伴う反応度の
低下も緩やかである。これは、実施例1の燃料集合体で
は、燃料要素断面における外側部分に燃料親物質が多く
含まれているため、これらの燃料親物質による中性子の
遮蔽効果によるものである。
集合体の局所出力ピーキング係数の燃焼度変化の比較を
示すものである。比較例1の燃料集合体では、核***性
物質濃度を燃料集合体内で一様としたため、燃料集合体
の外層で大きな出力ピーキングが生じ、局所出力ピーキ
ング係数が過度に増大している。これを低減するために
は、核***物質濃度を変化させた燃料要素を多種類使用
する必要がある。しかし、実施例1の燃料集合体では、
局所出力ピーキング係数が小さいため、核***物質濃度
を変化させた燃料要素を多種類使用する必要が無い。ま
た外側燃料要素の燃焼に伴う出力ピーキングの低下も緩
やかであり、熱除去の観点からも有利である。これら
は、前述と同様の理由により、実施例1で用いた燃料要
素は燃焼に伴う出力の低下が緩やかなためである。更に
実施例1の燃料集合体では局所出力ピーキング係数が小
さい状態、すなわち平坦な出力分布で燃焼が進行するた
め、一部の燃料要素だけの燃焼が極端に進行することを
防止することができ、燃料要素の機械的及び熱的健全性
を確保することができる。
裂性物質からなり、外側部分が燃料親物質からなる二重
ペレットを用いた燃料集合体の場合であり、比較例2は
均一ペレットを用いた燃料集合体の場合である。想定し
た原子炉は新型転換炉であり、燃料集合体の構成は図1
に示したのと同様である。解析に用いた燃料ペレットの
詳細を表2に示す。
実効増倍率の燃焼度変化を図4に示す。また局所出力ピ
ーキング係数の燃焼度変化の比較を図5に示す。これら
も実施例1の場合と同様の傾向となる。
内側部分が核***性物質からなり、外側部分が燃料親物
質からなる二重ペレットを用いた燃料集合体の場合であ
る。想定した原子炉は新型転換炉であり、燃料集合体の
構成は図1に示したのと同様である。解析に用いた燃料
ペレットの詳細を表3に示す。
実効増倍率の燃焼度変化を図6に、また局所出力ピーキ
ング係数の燃焼度変化の比較を図7に示す。これらも実
施例1及び実施例2の場合と同様の傾向となる。
裂性物質からなり、外側部分が熱伝導度の良い劣化ウラ
ンの金属燃料からなる二重ペレットを用いた燃料集合体
の場合である。なお、比較例4は、均一ペレットを用い
た燃料集合体の場合であり、Pu重量が等しくなるよう
設定したものである。また、チャンネル出力はいずれの
場合も同一条件である。想定した原子炉は新型転換炉で
あり、燃料集合体は、中心部にスペーサ支持管が挿通さ
れ、内層に12本、中間層に18本、外層に24本の燃
料要素を同心円周上に配列した構成である。解析に用い
た燃料ペレットの詳細を表4に示す。
用いた場合の照射に伴う燃料反応度変化を図8に示す。
また燃料集合体内出力分布を図9に示す。なお、実施例
4では金属燃料を使用しており、比較例4とは核物質重
量が異なるので、燃焼度を照射日数に換算し比較評価を
行う。これらも実施例1乃至3の場合と同様の傾向にな
る。
明の燃料集合体では、燃焼初期の余剰反応度を抑え、燃
焼中期以降も反応度を高くすることが可能であり、長期
間燃焼させることができることが分かる。また、燃焼期
間を通じて燃料集合体内の出力分布が平坦化されること
も分かる。これらの効果は、燃料要素断面における外側
部分の燃料親物質の割合が多いほど大きく、またU−2
38よりもTh−232の方が大きくなることも分か
る。
横断面において、燃料内側部分の核***物質濃度を外側
部分のそれよりも高くすること、あるいは外側部分を燃
料親物質で構成することにより、酸化ガドリニウム等の
可燃性毒物を必要とせず、また核***物質濃度を変化さ
せた多種類の燃料要素を使用すること無く、燃料中の核
***性物質濃度を高めて燃料集合体を長期間燃焼させる
ことが可能となる。そのため原子炉の稼働率を上げるこ
とができ、燃料製造コストを低減でき、全体として経済
性に優れた燃料要素及び燃料集合体が得られる。
図。
すグラフ。
焼度変化を示すグラフ。
すグラフ。
焼度変化を示すグラフ。
すグラフ。
焼度変化を示すグラフ。
を示すグラフ。
グ係数の変化を示すグラフ。
Claims (3)
- 【請求項1】 内側部分の核***性物質濃度が外側部分
の核***性物質濃度よりも高い核燃料物質からなる多数
の二重ペレットを、被覆管内に封入した熱中性子炉用燃
料要素において、前記二重ペレットは、内側部分の核燃
料物質がウラン、プルトニウム、あるいはトリウムを含
有する酸化物燃料からなり、外側部分の核燃料物質がウ
ラン、プルトニウム、あるいはトリウムを含有する金属
燃料からなることを特徴とする熱中性子炉用燃料要素。 - 【請求項2】 内側部分が核燃料物質からなり、外側部
分が燃料親物質からなる多数の二重ペレットを、被覆管
内に封入した熱中性子炉用燃料要素において、前記二重
ペレットは、内側部分の核燃料物質がウラン、プルトニ
ウム、あるいはトリウムを含有する酸化物燃料からな
り、外側部分の燃料親物質がウラン、プルトニウム、あ
るいはトリウムを含有する金属燃料からなることを特徴
とする熱中性子炉用燃料要素。 - 【請求項3】 請求項1又は2に記載の熱中性子炉用燃
料要素を配列して束ねた熱中性子炉用燃料集合体。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10078283A JP2972177B2 (ja) | 1998-03-11 | 1998-03-11 | 熱中性子炉用燃料要素及び燃料集合体 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10078283A JP2972177B2 (ja) | 1998-03-11 | 1998-03-11 | 熱中性子炉用燃料要素及び燃料集合体 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11258374A JPH11258374A (ja) | 1999-09-24 |
JP2972177B2 true JP2972177B2 (ja) | 1999-11-08 |
Family
ID=13657638
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10078283A Expired - Fee Related JP2972177B2 (ja) | 1998-03-11 | 1998-03-11 | 熱中性子炉用燃料要素及び燃料集合体 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2972177B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100558323B1 (ko) | 2004-05-19 | 2006-03-10 | 한국원자력연구소 | 이중구조 핵연료 소결체 제조방법 |
FR2870628B1 (fr) * | 2005-02-09 | 2006-07-14 | Korea Atomic Energy Res | Procede de fabrication d'une pastille de combustible nucleaire double frittee |
EP2869306A1 (en) | 2013-10-30 | 2015-05-06 | Thor Energy AS | A fuel assembly for a nuclear reactor |
-
1998
- 1998-03-11 JP JP10078283A patent/JP2972177B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH11258374A (ja) | 1999-09-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3531011B2 (ja) | 燃料集合体及び原子炉 | |
JP4970871B2 (ja) | 沸騰水型軽水炉炉心 | |
JP2972177B2 (ja) | 熱中性子炉用燃料要素及び燃料集合体 | |
JP3292587B2 (ja) | 燃料集合体 | |
JP3079609B2 (ja) | 燃料集合体 | |
JP3514869B2 (ja) | 沸騰水型原子炉用燃料集合体 | |
JP4351798B2 (ja) | 燃料集合体および原子炉 | |
JP3031644B2 (ja) | 燃料集合体及び炉心 | |
JP3036129B2 (ja) | 燃料集合体 | |
JPH0636047B2 (ja) | 原子炉用燃料集合体 | |
JP3318210B2 (ja) | Mox燃料集合体及び炉心 | |
JP2786656B2 (ja) | 高速炉の炉心及び燃料交換方法 | |
JP3894784B2 (ja) | 沸騰水型原子炉の燃料装荷方法 | |
JP2953789B2 (ja) | 核燃料集合体 | |
JP3051762B2 (ja) | 核燃料集合体 | |
JP2024076565A (ja) | 高速炉の燃料集合体及び高速炉の炉心 | |
JP2000298187A (ja) | 原子炉用燃料要素 | |
JPS6247115Y2 (ja) | ||
JPS6356513B2 (ja) | ||
WO2017145268A1 (ja) | 燃料集合体及びそれを装荷する炉心 | |
JPS58131588A (ja) | 沸騰水型原子炉 | |
JPH07111468B2 (ja) | 原子炉用燃料集合体 | |
JPS60205283A (ja) | 高速増殖炉 | |
JPS63231293A (ja) | 原子炉の炉心 | |
JP2000258574A (ja) | 燃料集合体 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20070827 Year of fee payment: 8 |
|
R360 | Written notification for declining of transfer of rights |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360 |
|
R371 | Transfer withdrawn |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20070827 Year of fee payment: 8 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20070827 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080827 Year of fee payment: 9 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |