JPH04122887A - 燃料集合体 - Google Patents

燃料集合体

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JPH04122887A
JPH04122887A JP2242386A JP24238690A JPH04122887A JP H04122887 A JPH04122887 A JP H04122887A JP 2242386 A JP2242386 A JP 2242386A JP 24238690 A JP24238690 A JP 24238690A JP H04122887 A JPH04122887 A JP H04122887A
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JP
Japan
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fuel
plutonium
output
rods
fuel assembly
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JP2242386A
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English (en)
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Kazuya Ishii
一弥 石井
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Hitachi Ltd
Original Assignee
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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、沸騰水型原子炉に用いる燃料集合体に係り、
特に、燃料集合体内の出力分布平坦化に好適な燃料集合
体に関する。
〔従来の技術〕
一般に、沸騰水型原子炉では、チャンネルボックスの中
に複数の燃料棒が配置され、チャンネルボックスの外に
は、沸騰していないギャップ水が存在する。従って、こ
のギャップ水の周辺では、局所的に中性子減速の良い状
態が生じ、中性子スペクトルが軟くなっている。
一方、核***性プルトニウム、例えば、28θPuは第
2図に示すように、熱エネルギ領域(1eV以下)の核
***断面積の、それよりエネルギの高い領域における核
***性断面積に対する比が、第3図に示した286U 
に比べて大きい。従って、現行の熱中性子炉にプルトニ
ウム燃料を用いた場合、ウラン燃料を用いた場合に比べ
てギャップ水に近い周辺部の燃料の出力が大きくなり易
い。
この問題を解決し、出力分布平坦化を実現する従来の手
段は、例えば、特開昭60−147685号公報が挙げ
られる。これは、出力のピークが生じ易い周辺部の燃料
の核***性プルトニウム富化度を他の領域の燃料より低
くシ、出力分布の平坦化を図るものである。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、上記従来技術は、中性子スペクトルが硬い燃料
集合体の中央部分に相対的に核***性プルトニウム富化
度の高い燃料を用いているため、次のような問題が生じ
る。すなわち、中央部分では、中性子スペクトルが周辺
部に比べて硬いため、燃焼が進みにくく、燃焼末期では
、核***性物質が周辺部より多く残存しており、また、
親物質(例えば28δU)の転換により核***性物質(
例えば23[1pu)が多く生成している。このように
、中央部には周辺部より多くの核***性物質が存在する
ために、燃焼の末期では、出力は中央部分にピークをも
つ分布となる。また、中央部分に多くの核***性物質が
燃え残ることになり、燃料経済性という観点からは好ま
しくない。
本発明の目的は、燃料の経済性を悪化させることなく、
燃料集合体体内の出力分布の平坦化を図ることにある。
〔課題を解決するための手段〕 上記目的は、燃焼初期に出力の高くなる周辺部に、23
7Np を含む燃料を用いることにより、達成される。
〔作用〕
237NP は、235U 、 239 p uに比べ
核***断面積が非常に小さく核***性物質ではないが、
中性子を吸収して288Np となり、半減期2.12
日で238pu となる。さらに !38pu は、中
性子を吸収して核***性核種である239pu へと変
換する。また1代表的な親物質である288Uの熱中性
子に対する捕獲断面積が2.7バーンであるのに対して
、287Np  の熱中性子に対する捕獲断面積は16
9バーン、2aspu のそれは547バーンであり、
238U より二桁大きい。このため、1L37Np 
 を含む燃料は、237 N P  を含まない燃料に
比べて、中性子増倍率が小さくなり、転換比が大きくな
る。また、この効果は、熱エネルギ領域での反応の割合
が大きいほど、すなわち、中性子スペクトルが軟らかな
いほど大きくなる。
従って、237NP を含む燃料を、ギャップ水に近く
中性子スペクトルが軟くなっている燃料集合体の周辺部
の燃料に用いることにより、燃焼の初期に出力が高くな
る傾向のある周辺部の燃料の出力を低くすることができ
、周辺部の核***性プルトニウム富化度を低くすること
なく燃料集合体内の出力分布の平坦化を図ることができ
る。また、相対的に中央部の燃料の核***性プルトニウ
ム富化度を高くしないので、前述のように、燃料経済性
を悪化させないですむ。さらに、237 N P  を
用いることにより、燃焼初期の中性子増倍率が低くなる
ので、余剰反応度低減にも役立つ。
また、上述のように、Z i57 N P  は、中性
子を吸収して、二段階の反応で2j19pu へと転換
し、また、237Np  を用いると転換比が増大する
から、燃焼に伴う中性子無限増倍率の低下の割合は、2
117Np  を用いない燃料に比べて小さくなり、燃
焼末期には、中性子無限増倍率の値はほぼ等しくなる。
従って、!37Np を用いた場合でも、237Np 
を用いない場合と同じだけの燃焼度が得られ、燃料経済
性を損なうことはない。
一方、287Np は、半減期が約2×10♂年と非常
に長く、また、人間の体内許容量が10μgと非常に少
ないので、廃棄物として処理するのは危険である。従っ
て、287 N P  をプルトニウムと一緒にリサイ
クルすることは、237Np の拡散の防止にも役立つ
〔実施例〕
以下1本発明の燃料集合体を実施例を用いて説明する。
第1図は、本発明の燃料集合体の第一の実施例を示した
ものである。本実施例では、燃料集合体1は四角形状を
しており、チャンネルボックス2、四本の燃料棒3.5
6本の燃料棒4と二本の水ロッド5とから成っている。
また、本燃料集合体の水対燃料体積比は3.4 で、中
性子スペクトルの軟らかい体系である。燃料棒3は、1
.6%の237Np を含むプルトニウム燃料を装荷し
たもの、また、燃料棒4は、237Np を含まないプ
ルトニウム燃料を装荷したものである。なお、235U
 の濃縮度、核***性プルトニウム富化度は、燃料棒3
.4とも、それぞれ1 、3 w / o 、 2 、
5 w / 。
である。
本実施例では、ギャップ水に近い周辺部の燃料のうち、
最も出力が高くなり易いコーナ部の燃料に、2δ7Np
 を含んだ燃料を用いることにより、そこでの中性子吸
収を大きくし、出力を低減している。その往来、燃料集
合体内の出力ビーキングが約0.03小さくなり、出力
分布を改善する効果がある。また、中央部の核***性プ
ルトニウム富化度を高めないので、燃料の経済性を損な
うことがない。
第4図に、本燃料集合体における燃焼初期でのボイド率
と中性子無限増倍率の関係を示す。図に示したように、
’1B7Np を含む燃料を用いることにより、!”N
p  を含まない燃料のみで構成した燃料集合体に比べ
、燃焼初期での中性子無限増倍率を約1.4%八に小さ
くすることができる。この結果、余剰反応度を低減する
こともできる。
第5図は、本燃料集合体におけも燃焼初期でのボイド率
と燃料集合体平均の転換比の関係を示す。
図に示すように、2 B 7 N P  を含む燃料を
用いることにより、jZJ17NP  を含まない燃料
のみで構成した燃料集合体に比べ、燃料集合体平均の転
換比を約3.1%大きくすることができる。この結果、
239pu などの核***性核種への転換を促進するこ
とができ、燃焼による中性子無限増倍率の低下の割合を
小さくできる。これにより、燃焼末期に、237 N 
P  を用いない場合と同程度の反応度が得られる。
第6図は、本発明になる燃料集合体の第二の実施例を示
す図である。本実施例の燃料集合体は、四本の燃料棒6
と56本の燃料棒7で構成されている。燃料棒6は、下
部1/3の領域に1.7w10の287Np を含むプ
ルトニウム燃料9を、上部2/3の領域に1 、6 w
 / o  の237Np を含むプルトニウム燃料8
を装荷したものであり、燃料棒7は、下部1/3の領域
に0.1w10 のZ37Np を含むプルトニウム燃
料11を、上部2/3の領域に237Np を含まない
プルトニウム燃料10を装荷したものである。なお、プ
ルトニウム燃料8〜11の285U の濃縮度を核***
性プルトニウム富化度は、それぞれ1.3w10,2.
5w10である。
ところで、燃料軸方向下部では、ボイド率が低く、上部
に比べて中性子スペクトルが軟らかなっている。そのた
め、軸方向の出力分布は下部にピークをもつ。本実施例
では、この点を考慮して、軸方向下部での”87Np 
 の含有割合を多くした。
これにより、軸方向の出力分布をも改善することができ
る。
第7図は、本発明になる燃料集合体の第三の実施例を示
す図である。本実施例の燃料集合体は、四本の燃料棒1
2.24本の燃料棒13と34本の燃料棒14で構成様
れている。燃料棒12は、1.6w10  の28”l
 N Pを含む濃縮度3.Ow/。
のウラン燃料を装荷したもの、燃料棒13は、”7Np
  を含まない濃縮度3.0w10  のウラン燃料を
装荷したもの、燃料棒14は、287Np を含まない
富化度3.5w10  のプルトニウム燃料を装荷した
ものである。なお、プルトニウムは天然ウランに富化し
ている。
本実施例では、出力ビーキング低減のために。
ギャップ水に近い周辺部の燃料にウラン燃料を用いてい
る。しかし、この場合でも、プルトニウム燃料を用いた
場合と同様に、コーナ部の燃料に出力のピークが生じ易
い。この点を考慮して、本実施例では、コーナ部に23
7 N P  を含むウラン燃料を用いた。これにより
、出力分布をより平坦化できる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、ギャップ水に近い周辺部に!37Np
  を含む燃料を用いることにより、燃料集合体内の出
力分布の平坦化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の燃料集合体の第一の実施例の平面図、
第2図は中性子エネルギと239pu の核***断面積
の関係を示す説明図、第3図は中性子エネルギと285
Uの核***断面積の関係を示す説明図、第4図は第一の
実施例におけるボイド率と中性子無限増倍率の関係を示
す説明図、第5図は第一の実施例におけるボイド率と転
換比の関係を示す説明図、第6図、第7図は本発明の燃
料集合体の第二、第三の実施例を示す説明図である。 1・・・燃料集合体、2・・・チャンネルボックス、3
1、.6w10  の287N P  を含むプルトニ
ウム燃料を装荷した燃料棒、4・・・237NP を含
まないプルトニウム燃料を装荷した燃料棒、5・・・水
ロッド、6・・・燃料棒、7・・・燃料棒、8・・・1
.6w10  のZ37Np  を含むプルトニウム燃
料、9・・1.7w10の2117Np  を含むプル
トニウム燃料、10・・・1237Np  を含まない
プルトニウム燃料、11・・・0.1w10  のL 
87 N P  を含むプルトニウム燃料、12−1.
6w10  の2117Np を含むウラン燃料を装荷
した燃料棒、13・・・237Np を含まないウラン
燃料を装荷した燃料棒、14・・・287Np を含ま
ないプルトニウム燃料を装荷した燃料棒。 茅 図 り 7)クロツド 第 ■ 市4・i子エネル七 (e V ) 鳩 記 中411嘘レキ。 (eV) 拓 “4 必 2θ 1θ ホ゛4)幸(7−) ス 目 2θ 4σ ボ゛4 ド事(−4) 8θ 草 ム 必 沸軒坏を 橘Prl+7

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、使用済燃料から再処理して得られたプルトニウムを
    燃料の一部または全部として装荷する燃料集合体におい
    て、 プルトニウムと同時に^2^3^7Npをリサイクルし
    、かつ、前記燃料集合体内の燃料を外側から一層目の燃
    料とその他の燃料とに分けたとき、^2^3^7Npの
    平均の含有割合が外側の燃料で大きくなるように構成し
    たことを特徴とする燃料集合体。
JP2242386A 1990-09-14 1990-09-14 燃料集合体 Pending JPH04122887A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2693023A1 (fr) * 1992-06-26 1993-12-31 Framatome Sa Assemblage combustible contenant du plutonium et cÓoeur de réacteur utilisant un tel assemblage.
US9539966B2 (en) 2012-12-07 2017-01-10 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Vehicle body front section structure

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2693023A1 (fr) * 1992-06-26 1993-12-31 Framatome Sa Assemblage combustible contenant du plutonium et cÓoeur de réacteur utilisant un tel assemblage.
BE1008202A3 (fr) * 1992-06-26 1996-02-13 Framatome Sa Assemblage combustible contenant du plutonium et coeur de reacteur utilisant un tel assemblage.
US9539966B2 (en) 2012-12-07 2017-01-10 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Vehicle body front section structure

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