JPH05323072A - 加圧水型原子炉用燃料集合体 - Google Patents

加圧水型原子炉用燃料集合体

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JPH05323072A
JPH05323072A JP4058764A JP5876492A JPH05323072A JP H05323072 A JPH05323072 A JP H05323072A JP 4058764 A JP4058764 A JP 4058764A JP 5876492 A JP5876492 A JP 5876492A JP H05323072 A JPH05323072 A JP H05323072A
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JP
Japan
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fuel
fuel assembly
neutron
fuel rod
rods
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Withdrawn
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JP4058764A
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English (en)
Inventor
Keiji Sakamoto
圭史 坂本
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Nuclear Fuel Industries Ltd
Original Assignee
Nuclear Fuel Industries Ltd
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Publication date
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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】 【目的】 PWR燃料集合体において上下端部の中性子
漏れを補償して中性子経済を改善すると共に、再処理物
質を有効利用する。 【構成】 燃料棒1の上下端部(有効長の各約10%の
部分)に使用済み燃料棒の再処理工程で生ずる237P
を含有させ、軸方向ブランケット4とする。237P
核***性物質239 Puへの転換比が大きく、燃料棒1の
上下端での中性子漏れが補償される。237P を燃料棒
の有効長全体にわたって均一に含有させ、可燃性吸収材
として利用しても良く、例えば237P 濃度0.1%の
燃料棒80本は中性子吸収棒20本分の余剰反応抑制効
果を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、加圧水型原子炉(以下
PWRと略称する)用の燃料集合体の改良に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】図5は従来の一般的なPWR燃料集合体
の構造を示す説明図であり、図6は図5の燃料集合体の
模式的な横断面図である。なお、図5では燃料棒数を省
略しているが17×17型集合体として説明する。図に
おいて燃料棒10はマトリックス状に配列された状態で
支持格子7に支持されている。17×17型集合体で
は、燃料集合体20の中にほぼ均一に制御棒案内管2が
24本配置されており、この制御棒案内管2内には中性
子吸収棒が挿入される。中央部には計装用の案内管3が
1本配置されている。又、所定本数(図の例では16
本)の燃料棒の燃料中には可燃性吸収材(Burnable Abs
orber )として強吸収体のガドリニアGd23 が混入
されている。図ではガドリニアを含有する燃料棒を符号
12で示す。上記のような燃料集合体の上下端部にはそ
れぞれノズル8a、8bが設けられ、上部ノズル8aの
上側にはリーフスプリング9が具備されている。
【0003】一方、原子炉内で燃焼した使用済み燃料中
には、種々の核***生成物元素の他、燃え残った235
U,238 Uや新たに生成された239 Pu,240 Pu,
241 Puの他、237P (ネプツニウム)などが含まれ
る。使用済み燃料は原子炉から取り出されて冷却された
後、再処理され、U(ウラン)、Pu(プルトニウム)
が回収される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来のP
WR燃料集合体においては次のような問題点があった。
PWRにおいては冷却材として軽水がバルク沸騰を起こ
さないため、炉心の上下方向(燃料棒の軸方向)にわた
って235 Uの濃度がほぼ均一である。しかし、燃料集合
体の上下端では中性子の漏れが大きいため、235 Uの燃
え残りが多く、図7に示されるように上下端部の出力分
担が極めて低い。図7において、曲線aは燃焼初期の、
曲線bは燃焼末期の出力分布を示し、曲線cは全体とし
ての取り出し燃焼度分布を示す。図に明らかなようにP
WRの出力分布は軸方向にほぼ対称であるが、上下端で
は取り出し燃焼度が極端に低くなっている。このこと
は、中性子の有効利用、及び核燃料物質の有効利用の面
で問題であり、燃料サイクルコストの面で改善の余地が
ある。
【0005】上記の問題の対策としては、上下端部に濃
縮ウランの代わりに天然ウランを配した例が既知である
が、この対策法は出力の上がりにくい部分の核***性物
質の量を減じることにより無駄をなくするというだけの
消極的なものであり、軸方向出力ピーキング自体はより
大きくなるため、新たな改善策が求められていた。
【0006】一方、使用済み燃料の再処理工程で発生す
237P は、親物質(中性子を捕獲後、壊変して核分
裂性物質になる物質)でありながら従来利用されていな
かった。
【0007】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
であり、PWRにおける炉心上下端部での中性子漏れを
補償して中性子経済を改善でき、かつ使用済み燃料中の
親物質の有効利用の点でも有利な燃料集合体を提供する
ことを目的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】請求項1の燃料集合体
は、複数の燃料棒が束ねられたPWR燃料集合体におい
て、上記の課題を達成するために、前記燃料棒内に237
P を含有するものである。請求項2の燃料集合体は、
燃料棒の端部に前記237P を含有しているものであ
る。請求項3の燃料集合体は、燃料棒の有効長全長に渡
って237P を含有しているものである。
【0009】
【作用】本発明において燃料棒中に添加する237P
は、前述したように使用済み燃料棒に含まれるものであ
り、従来は、なんら有効利用されていなかったものであ
るが、下記に示されるように中性子を吸収して238 Nと
なり、半減期2.12日で238 Puとなる。更に、238
Puは、中性子を吸収して核***性物質である239Pu
へと変換する。
【0010】上記の237P と同様に、濃縮ウラン中の
238 Uも下記のように中性子を吸収して239 Uとなり、
半減期23.5分で239 Np、更に中性子を吸収して半
減期2.35日で核***性物質239 Puとなるが、237
P の中性子捕獲断面積σa1は169バーンであるのに
対して、238 Uの中性子捕獲断面積σa2は2.7バーン
であり、2桁の差がある。即ち、核***性物質への転換
比は、238 Uに比べて237P の方がはるかに大きく、
核***物質の生成が顕著である。 従って、237P を中性子漏れの大きい燃料棒の上下端
に添加して軸方向ブランケットとすれば、上下端部で核
***性物質への転換比が大きくなり、中性子漏れが補償
され中性子経済が向上する。又、原子炉運転サイクルの
長さが長くなり、かつ使用済み燃料棒から回収される
239 Puも増加するので総合的にみて燃料サイクルコス
ト低減に有効である。軸方向ブランケットとして天然ウ
ランを用いた場合、上下端部の出力分担が更に低くな
り、軸方向出力分布が悪化する(出力ピーキング係数が
大きくなる)が、237P を用いれば出力ピーキング係
数を悪化させずに転換比の向上を図ることができる。
【0011】又、237P を燃料棒の有効長全長に渡っ
て均一に添加すれば、転換比の向上と共に余剰反応度の
低減を図ることができ、可燃性吸収材として利用でき
る。従来可燃性吸収材として用いられていたガドリニア
は出力ピーキング係数の悪化が避けられなかったが、
237P を使用すればピーキング係数を悪化させること
なく、余剰反応を抑制できる。従来使用されているガド
リニアは、濃度を低くする程急激に減衰してしまうため
(ガドリニアが燃えつきる)、低濃度で多数の燃料棒に
含有させるには適さず、かつ、低濃度では後述する実施
例のように中性子吸収棒16〜20本相当の吸収能力を
もたせることは困難である。又、ガドリニア含有燃料棒
は製作コストが高く、この点でも不利である。
【0012】
【実施例】
実施例:1 図1(a)は本発明第1実施例による燃料集合体の模式
的な横断面図、図1(b)は本実施例で用いる燃料棒の
模式的な構成図である。本実施例の燃料集合体は17×
17型(濃縮度4.0%)の燃料集合体であり、、計装
用案内管3、制御棒案内管2の配置は従来(図6)のも
のと同様である。従来の燃料集合体と異なる点は、集合
体を構成するすべての燃料棒の上端部及び下端部に237
P を添加して軸方向ブランケット4としている点であ
る。この237P 含有ブランケット4の長さL1 (=L
2 )は、燃料棒有効長Lの約10%とした。
【0013】上記のような本実施例の燃料集合体と、従
来の天然ウランブランケットを用いた燃料集合体につい
て、両者の転換比を比較した。具体的には、天然ウラン
ブランケットの場合の転換比を1とし、237P の添加
濃度を変化させて転換比の増大率(237P 含有ブラン
ケットでの転換比/天然ウラン含有ブランケットでの転
換比)を求めた。この結果を図2に示す。図に明らかな
ように、237P 濃度が高くなる程転換比増大率は上昇
し、237P 添加濃度が0.2%のとき、約13%転換
比が増大している。
【0014】実施例:2 本実施例では、237P を可燃性吸収材として燃料棒の
有効長全長に渡って均一に添加した。燃料集合体を構成
するすべての燃料棒に237P を添加するか、もしくは
多数の燃料棒に237P を添加して均一に配置すれば、
ガドリニアを可燃性吸収材として用いる場合のように出
力ピーキング係数を増大させることなく余剰反応度を抑
制できる。
【0015】237P 含有燃料棒の余剰反応度抑制効果
について、従来用いられている中性子吸収棒の抑制効果
と比較した。具体的には、17×17型(濃縮度4.0
%)燃料集合体において、237P 含有燃料棒の数と添
加濃度を変化させ、中性子吸収棒を16本、20本、2
4本配置した場合に相当する条件を求めた。この結果を
図3に示す。図において、曲線A,B,Cはそれぞれ中
性子吸収棒16本、20本、24本に相当する条件を示
している。図から、中性子吸収棒20本分の抑制効果を
得るには、例えば237P 濃度0.1%の燃料棒を約8
0本用いれば良いことがわかる。又、中性子吸収棒20
本の抑制効果は、ガドリニアを6wt%の濃度で添加し
た燃料棒16本分に相当する。上記の237P 0.1w
t%含有燃料棒を燃料集合体内に配置すれば、従来の中
性子吸収棒方式やガドリニア方式と同等の抑制効果が得
られ、かつピーキングを小さくする上でも有利である。
【0016】図4に、17×17型燃料集合体において
237P 含有燃料棒を40本配置した例を示す。図にお
いて、計装用案内管3、制御棒案内管2は前述した図6
の場合と同じであり、制御棒案内管は24本配置されて
いる。図4の例では、燃料集合体の4つのコーナー部に
それぞれ237P 含有燃料棒11を6本ずつ配置し、残
りの16本の237P 含有燃料棒は13×13の領域に
均一に配置した。余剰反応の起こりやすいコーナー部に
中性子吸収材としての237P を含む燃料棒11を配置
することでピーキングを抑えることができる。
【0017】
【発明の効果】以上にように本発明の燃料集合体では、
核***性物質への転換比の高い237P を燃料棒中に含
有させて軸方向ブランケットや可燃性吸収材として用い
ているので、燃料棒上下端部での中性子漏れを補償して
中性子経済を向上させることができ、又、ガドリニアの
ように出力ピーキングを悪化させることなく、余剰反応
度を抑制できる。又、本発明で用いる237P は使用済
み燃料棒に含まれるものであり、再処理物質の有効利用
を図ることができる。上記のような本発明の燃料集合体
を用いれば、燃料サイクルが長くなり、回収プルトニウ
ム量も増加するので、総合的な燃料サイクルコストを引
き下げることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明第1実施例による燃料集合体の
模式的な横断面図、(b)は(a)の燃料集合体に使用
する燃料棒の模式的な構成図。
【図2】237P 濃度と、天然ウランを軸方向ブランケ
ットに用いた場合に対する転換比増大率の関係を示すグ
ラフ。
【図3】中性子吸収棒24、20、16本に相当する余
剰反応度抑制効果を奏するための237P 含有燃料棒の
条件(濃度と配置本数)を示すグラフ。
【図4】237P 含有燃料棒の配置例を示す横断面図。
【図5】一般的な燃料集合体の構成図。
【図6】一般的な燃料集合体の横断面図。
【図7】従来のPWR燃料集合体の出力分布を示すグラ
フ。
【符号の説明】
1,11…237P 含有燃料棒、2…制御棒案内管、3
…計装用案内管、4…軸方向ブランケット、7…支持格
子、8a…上部ノズル、8b下部ノズル、9…リーフス
プリング、10…237P を含有しない燃料棒。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の燃料棒が束ねられた加圧水型原子
    炉用の燃料集合体において、前記燃料棒内に237P
    含有することを特徴とする加圧水型原子炉用燃料集合
    体。
  2. 【請求項2】 前記燃料棒は該燃料棒の端部に前記237
    P を含有していることを特徴とする請求1の加圧水型
    原子炉用燃料集合体。
  3. 【請求項3】 前記燃料棒は該燃料棒の有効長全長に渡
    って237P を含有していることを特徴とする請求項1
    の加圧水型原子炉用燃料集合体。
JP4058764A 1992-02-13 1992-02-13 加圧水型原子炉用燃料集合体 Withdrawn JPH05323072A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006064678A (ja) * 2004-08-30 2006-03-09 Toshiba Corp 原子炉の燃料集合体配置方法、燃料棒および燃料集合体
JP2007512505A (ja) * 2003-10-01 2007-05-17 アレヴァ エヌペ ガドリニウム含有量が異なる2つのロッドを含む加圧水型原子炉用の燃料集合体
JP2007514141A (ja) * 2003-11-27 2007-05-31 アレヴァ エヌペ プルトニウム非含有濃縮ウランを含む加圧水型原子炉用の燃料集合体

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JP2006064678A (ja) * 2004-08-30 2006-03-09 Toshiba Corp 原子炉の燃料集合体配置方法、燃料棒および燃料集合体

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Effective date: 19990518