JPH09304566A - Reactor fuel element and fuel assembly - Google Patents
Reactor fuel element and fuel assemblyInfo
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- JPH09304566A JPH09304566A JP8124287A JP12428796A JPH09304566A JP H09304566 A JPH09304566 A JP H09304566A JP 8124287 A JP8124287 A JP 8124287A JP 12428796 A JP12428796 A JP 12428796A JP H09304566 A JPH09304566 A JP H09304566A
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- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は原子炉で用いられる
燃料要素及び燃料集合体に係り、特に沸騰水型原子炉に
利用する混合酸化物を使用した燃料に可燃性毒物を取り
入れるのに好適な原子炉燃料要素及び燃料集合体に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel element and a fuel assembly used in a nuclear reactor, and more particularly, it is suitable for incorporating a burnable poison into a fuel using a mixed oxide used in a boiling water reactor. Reactor fuel element and fuel assembly.
【０００２】[0002]
【従来の技術】沸騰水型原子炉に使用する核燃料集合体
は、これまでは基本的に核燃料物質としてウランを使用
している。すなわち、ウランの酸化物（ＵＯ2 ）を円筒
形状に成型し焼結したペレットをジルコニウム合金の被
覆管に封入したウラン燃料棒を製造し、この燃料棒を多
数本重ねて燃料集合体としている。2. Description of the Related Art A nuclear fuel assembly used in a boiling water reactor has basically used uranium as a nuclear fuel material. That is, a uranium fuel rod is manufactured in which a pellet obtained by molding a uranium oxide (UO 2 ) into a cylindrical shape and sintering it is enclosed in a zirconium alloy cladding tube, and stacking a large number of this fuel rod to form a fuel assembly.
【０００３】また、１体の燃料集合体は複数のウラン燃
料棒から構成される。このウラン燃料棒を構成する被覆
管は全て同等の物質であり、かつほぼ同等の形状である
が、被覆管の内部に装填されるウランのペレットは、全
て均一の仕様とはなっていない。すなわち、燃料の径方
向及び軸方向に関してウラン濃縮度（全ウラン中に含ま
れるウラン２３５含有量の割合）が異なる燃料ペレット
が配置されている。さらに、燃料の反応初期の反応度を
抑制するために、一部の燃料棒にはウラン酸化物に可燃
性毒物としてガドリニア（Ｇｄ2 Ｏ3 ）を混合した状態
でペレットを成型したガドリニア入りペレットが充填さ
れている。この燃料棒はガドリニア入り燃料棒と呼ばれ
ている。Further, one fuel assembly is composed of a plurality of uranium fuel rods. Although all the cladding tubes constituting this uranium fuel rod are of the same substance and have substantially the same shape, the pellets of uranium loaded inside the cladding tube are not all of uniform specifications. That is, fuel pellets having different uranium enrichments (ratio of uranium 235 content in all uranium) in the radial and axial directions of the fuel are arranged. Further, in order to suppress the reactivity at the initial stage of the reaction of the fuel, some fuel rods have gadolinia-containing pellets formed by molding uranium oxide with gadolinia (Gd 2 O 3 ) as a burnable poison. It is filled. This fuel rod is called a gadolinia-containing fuel rod.
【０００４】また近年、原子炉で燃焼を終了した使用済
の燃料集合体を再処理施設で再処理し、高放射線をもつ
余分な核***生成物を除去することにより、使用済燃料
集合体中の残留ウラン、及び原子炉での燃焼過程で生成
され核燃料物質として利用価値の高いプルトニウムを回
収して再利用する核燃料リサイクルが行われようとして
いる。この核燃料リサイクルの一環として、再処理で回
収されたプルトニウム酸化物（ＰｕＯ2 ）にウラン酸化
物（ＵＯ2 ）を混合することにより、混合酸化物燃料
（mixed-oxide fuel；以下、ＭＯＸ燃料という）を製造
し、軽水炉で利用するプル・サーマル利用（Plutonium
thermal utilization ）の計画が進められようとしてい
る。こうした核燃料リサイクルにより燃料の経済性を向
上させることができる。Further, in recent years, spent fuel assemblies that have finished burning in a nuclear reactor are reprocessed in a reprocessing facility to remove excess fission products having high radiation, so that the spent fuel assemblies in the spent fuel assemblies are removed. Nuclear fuel recycling is being conducted to recover and reuse residual uranium and plutonium, which has a high utility value as a nuclear fuel material generated in the combustion process in a nuclear reactor. As part of this nuclear fuel recycling, by mixing uranium oxide (UO 2 ) with plutonium oxide (PuO 2 ) recovered by reprocessing, mixed-oxide fuel (hereinafter referred to as MOX fuel) To manufacture and use it in light water reactors (Plutonium
The plan for thermal utilization is about to be advanced. Such nuclear fuel recycling can improve fuel economy.
【０００５】沸騰水型軽水炉で使用されるＭＯＸ燃料
は、ウラン燃料の中に含まれるウランペレットの代わり
にＭＯＸペレットを封入して製造される。このＭＯＸ燃
料は基本的にはウラン燃料の代替として使用されるた
め、ウラン燃料と互換性があること、共存性があること
が求められる。すなわち、現行のウラン燃料の少なくと
も一部をＭＯＸ燃料に置換した際にも、ウラン燃料の場
合と実質的に同等の反応特性や燃焼性能を有することが
要求される。よって、ＭＯＸ燃料の設計についてはウラ
ン燃料をベースとして検討されている。つまり、ＭＯＸ
燃料のプルトニウム富化度（ＭＯＸ燃料中のプルトニウ
ムの含有割合）の径方向及び軸方向の分布を、ウラン燃
料と同様の出力や反応度が得られるように設計する方針
である。[0005] MOX fuel used in a boiling water reactor is produced by enclosing MOX pellets instead of uranium pellets contained in uranium fuel. Since this MOX fuel is basically used as a substitute for uranium fuel, it must be compatible with and coexistent with uranium fuel. That is, when at least a part of the current uranium fuel is replaced with MOX fuel, it is required to have substantially the same reaction characteristics and combustion performance as those of the uranium fuel. Therefore, the design of MOX fuel is being studied based on uranium fuel. That is, MOX
The policy is to design the distribution of plutonium enrichment of fuel (content of plutonium in MOX fuel) in the radial and axial directions so that the same output and reactivity as those of uranium fuel can be obtained.
【０００６】一方、従来の沸騰水型原子炉の中には、燃
料集合体中の燃料棒の一部にガドリニア入り特殊燃料棒
を用いるものもある。図８（ａ）は従来の燃料集合体の
縦断面図、図８（ｂ）は図８（ａ）のＢ−Ｂ矢視方向断
面図、また図９は従来の沸騰水型原子炉のウラン燃料集
合体における種々のガドリニア入り特殊燃料棒の配置の
一例を示す断面図である。燃料集合体１２は燃料棒６
と、内部に冷却材が存在するウォータロッド７とを、ス
ペーサ８により例えば９行９列の正方格子状に束ねて、
上部タイプレート９及び下部タイプレート１０により固
定して燃料棒束とし、この燃料棒束をチャンネルボック
ス１１で包囲して構成される。なお、図中で記号Ｇがガ
ドリニア入り特殊燃料棒を表す。このように例えば１体
の燃料集合体中の燃料棒のうち一部をガドリニア入り特
殊燃料棒とすることで、炉心における余剰反応度を適切
な範囲に制御する。On the other hand, in some conventional boiling water reactors, special fuel rods containing gadolinia are used as part of the fuel rods in the fuel assembly. 8 (a) is a vertical cross-sectional view of a conventional fuel assembly, FIG. 8 (b) is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. 8 (a), and FIG. 9 is a uranium of a conventional boiling water reactor. It is a sectional view showing an example of arrangement of various special fuel rods containing gadolinia in a fuel assembly. The fuel assembly 12 is the fuel rod 6
And the water rods 7 in which the coolant is present are bundled by a spacer 8 into a square grid of 9 rows and 9 columns,
A fuel rod bundle is fixed by an upper tie plate 9 and a lower tie plate 10, and the fuel rod bundle is surrounded by a channel box 11. In the figure, the symbol G represents a special fuel rod containing gadolinia. Thus, for example, by making a part of the fuel rods in one fuel assembly a special fuel rod containing gadolinia, the excess reactivity in the core is controlled within an appropriate range.
【０００７】この従来のウラン燃料集合体をＭＯＸ燃料
に置き換える際には、ガドリニア入り特殊燃料棒につい
ては、ＭＯＸにガドリニア（Ｇｄ2 Ｏ3 ）を混合した後
にペレット成型を行って製造されるガドリニア入りＭＯ
Ｘペレットを採用することも考えられる。しかしなが
ら、ガドリニアとウラン酸化物を混合し成型したペレッ
トに関しては既に原子炉での燃焼実績があるのに対し
て、ガドリニアとプルトニウム酸化物、またはガドリニ
アとＭＯＸを混合し成型したペレットに関しては、現時
点では燃焼実績がない。また、中性子吸収作用の大きい
プルトニウムにガドリニアを混合することで、ガドリニ
ア自身による中性子吸収効果が低下する。When the conventional uranium fuel assembly is replaced with MOX fuel, the gadolinia-containing special fuel rod is produced by mixing MOX with gadolinia (Gd 2 O 3 ) and then pelletizing. MO
It is also possible to adopt X pellets. However, while pellets made by mixing gadolinia and uranium oxide have already been burned in nuclear reactors, pellets made by mixing gadolinia and plutonium oxide or gadolinia and MOX are currently available. There is no record of combustion. Further, by mixing gadolinia with plutonium, which has a large neutron absorption effect, the neutron absorption effect of gadolinia itself is reduced.
【０００８】さらに、ＭＯＸ燃料加工工程においては、
プルトニウムの拡散防止及び作業員の被曝の低減という
観点から、燃料製造設備がグローブボックスの中に設置
されており、設備のクリーンアップ等の保守が難しいた
め、製造設備内の中性子毒物による汚染を極力排除する
ことが望ましい。Further, in the MOX fuel processing process,
From the perspective of preventing plutonium diffusion and reducing worker exposure, the fuel manufacturing facility is installed in the glove box and maintenance such as equipment cleanup is difficult, so contamination by neutron poisons in the manufacturing facility is minimized. It is desirable to exclude it.
【０００９】以上のことから、現時点でのＭＯＸ燃料設
計において、ガドリニアを含む燃料棒については、ガド
リニア入りＭＯＸペレットを採用せずに、従来のウラン
燃料設計において使用されている、ウランにガドリニア
を混合して成型したペレットを採用している。From the above, in the MOX fuel design at the present time, for the fuel rod containing gadolinia, the gadolinia is mixed with the uranium used in the conventional uranium fuel design without adopting the MOX pellet containing gadolinia. The pellets are then used.
【００１０】また、従来の沸騰水型原子炉の燃料集合体
に用いられる燃料棒には、核燃料物質及び可燃性毒物の
濃度を変えた数種類の燃料ペレットを製造し、燃料棒の
軸方向をいくつかの部位に分割し、その分割された部位
毎に異なる種類の燃料ペレットを配置したものがある。
この構成により、軸方向で核燃料物質及び可燃性毒物の
濃度が異なる燃料棒とすることで、軸方向出力分布の平
坦化を図ることができる。Further, for the fuel rods used in the fuel assemblies of conventional boiling water reactors, several types of fuel pellets having different concentrations of nuclear fuel material and burnable poisons are manufactured, and the number of axial direction of the fuel rods is determined. There is one in which fuel pellets of different types are arranged for each of the divided portions.
With this configuration, the fuel rods having different concentrations of the nuclear fuel material and the burnable poison in the axial direction can be used to flatten the axial power distribution.
【００１１】[0011]
【発明が解決しようとする課題】上述のプル・サーマル
利用の観点から、燃料中のプルトニウム富化度を増加さ
せ高燃焼度化を図った設計を行うにあたっては、ガドリ
ニア入り燃料棒の本数を増加させる必要がある。一方
で、上述したように、従来のＭＯＸ燃料設計において、
ガドリニア入り特殊燃料棒にＭＯＸペレットを用いるこ
とは困難である。From the viewpoint of utilizing the above-mentioned pull thermal, the number of gadolinia-containing fuel rods is increased in order to increase the burnup by increasing the plutonium enrichment in the fuel. Need to let. On the other hand, as mentioned above, in the conventional MOX fuel design,
It is difficult to use MOX pellets for gadolinia-containing special fuel rods.
【００１２】従って、一定量のプルトニウムを利用して
ＭＯＸ燃料棒とウラン燃料棒の並存するＭＯＸ燃料を設
計する場合には、ガドリニア入り特殊燃料棒にＭＯＸを
使用することができないため、それだけ燃料全体に占め
るＭＯＸ燃料棒の割合を多くする必要がある。ところ
が、ウラン燃料棒と比較してＭＯＸ燃料棒の製造には時
間や手間がかかるため、ＭＯＸ燃料棒を多くするほど、
燃料の経済性は低下する。Therefore, when a MOX fuel rod and a uranium fuel rod coexist with each other using a certain amount of plutonium, the MOX cannot be used for the gadolinia-containing special fuel rod, so that the whole fuel is consumed. It is necessary to increase the ratio of MOX fuel rods to the total. However, compared to uranium fuel rods, it takes more time and labor to manufacture MOX fuel rods.
Fuel economy is reduced.
【００１３】また、燃料棒の軸方向の出力分布を平坦化
するためには、上述の従来の方法によれば、核燃料物質
や可燃性毒物の濃度の異なる数種類のペレットを製造す
る必要があるため、製造に時間や費用を多く要する。Further, in order to flatten the axial power distribution of the fuel rod, according to the above-mentioned conventional method, it is necessary to manufacture several kinds of pellets having different concentrations of the nuclear fuel material and the burnable poison. However, it takes a lot of time and money to manufacture.
【００１４】また、燃料棒中の燃料ペレットが高燃焼度
となったり、あるいは急激に出力が上昇したとき等に
は、ペレットと周囲の燃料被覆管との間に相互作用（ペ
レット−被覆管相互作用）が生じることがある。この相
互作用は、燃料の健全性を保つうえでは望ましいことで
はない。Further, when the fuel pellets in the fuel rods have a high burnup, or when the output suddenly rises, there is an interaction between the pellets and the surrounding fuel cladding tube (pellet-cladding tube mutual interaction). Action) may occur. This interaction is not desirable for maintaining fuel integrity.
【００１５】本発明は上記の複数の課題に鑑みてなされ
たものであり、ガドリニア入り特殊燃料棒にＭＯＸ燃料
ペレットを採用することで、燃料全体に占めるＭＯＸ燃
料棒の割合を増加させることなく、かつ燃料の経済性を
より向上させた原子炉燃料要素及び燃料集合体を提供す
ることを目的とする。The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and by adopting MOX fuel pellets for a gadolinia-containing special fuel rod, it is possible to increase the proportion of MOX fuel rods in the whole fuel, It is also an object of the present invention to provide a reactor fuel element and a fuel assembly that further improve fuel economy.
【００１６】また本発明は、燃料棒の軸方向の出力分布
を容易に平坦化することのできる構造を有する原子炉燃
料要素を提供する。また本発明は、ペレットと被覆管の
直接の接触を防ぐことにより、ペレット−被覆管相互作
用を防止する構造を有する原子炉燃料要素を提供する。The present invention also provides a reactor fuel element having a structure capable of easily flattening the axial power distribution of a fuel rod. The present invention also provides a nuclear reactor fuel element having a structure for preventing pellet-cladding interaction by preventing direct contact between the pellet and the cladding.
【００１７】[0017]
【課題を解決するための手段】上記目的を解決するため
に、本発明においては、プルトニウムとウランの酸化物
を混合して得られる混合酸化物（ＭＯＸ）から成るＭＯ
Ｘペレットを複数積層して燃料被覆管の内部に収納した
原子炉燃料要素において、前記ＭＯＸペレット間の少な
くとも一部に、核燃料物質と可燃性毒物との混合物を配
設したことを特徴とする原子炉燃料要素を提供する。こ
の構成により、ＭＯＸに可燃性毒物を混合して成型され
る可燃性毒物入りＭＯＸペレットを用いることなく、可
燃性毒物入りＭＯＸ特殊燃料棒を容易に構成することが
できる。In order to solve the above-mentioned object, in the present invention, MO composed of mixed oxide (MOX) obtained by mixing plutonium and uranium oxide.
In a nuclear reactor fuel element in which a plurality of X pellets are stacked and housed inside a fuel cladding tube, a mixture of a nuclear fuel material and a burnable poison is arranged at least at a part between the MOX pellets. Providing a reactor fuel element. With this configuration, the MOX special fuel rod containing the burnable poison can be easily configured without using the MOX pellet containing the burnable poison that is formed by mixing the burnable poison with the MOX.
【００１８】さらにこの混合物においては、前記核燃料
物質としてウラン酸化物（ＵＯ2 ）を、また前記可燃性
毒物としてガドリニア（Ｇｄ2 Ｏ3 ）を、それぞれ用い
たものが考えられる。この構成により、現行の沸騰水型
原子炉において使用実績の豊富な物質を原子炉燃料要素
の構成物質に採用することができる。Further, in this mixture, it is possible to use uranium oxide (UO 2 ) as the nuclear fuel substance and gadolinia (Gd 2 O 3 ) as the burnable poison. With this configuration, it is possible to adopt, as a constituent material of the reactor fuel element, a material that has been used extensively in the existing boiling water reactor.
【００１９】また本発明においては、プルトニウムとウ
ランの酸化物を混合して得られる混合酸化物（ＭＯＸ）
から成るＭＯＸペレットを複数積層して燃料被覆管の内
部に収納した原子炉燃料要素において、前記ＭＯＸペレ
ット間の少なくとも一部に、核***性物質以外の物質と
可燃性毒物との混合物を配設したことを特徴とする原子
炉燃料要素を提供する。この構成により、ＭＯＸに可燃
性毒物を混合して成型される可燃性毒物入りＭＯＸペレ
ットを採用することなく、可燃性毒物入りＭＯＸ特殊燃
料棒を容易に構成することができる。Further, in the present invention, a mixed oxide (MOX) obtained by mixing plutonium and uranium oxide.
In a reactor fuel element in which a plurality of MOX pellets made of is stacked and housed inside a fuel cladding tube, a mixture of a substance other than a fissile material and a burnable poison is arranged at least at a part between the MOX pellets. A fuel element for a nuclear reactor is provided. With this configuration, the MOX special fuel rod containing the burnable poison can be easily configured without using the MOX pellet containing the burnable poison that is formed by mixing the burnable poison with the MOX.
【００２０】さらにこの混合物においては、前記可燃性
毒物としてガドリニア（Ｇｄ2 Ｏ3）を用いたものが考
えられる。この構成により、現行の沸騰水型原子炉にお
いて使用実績の豊富な物質を原子炉燃料要素の構成物質
に採用することができる。加えてこの混合物において
は、前記核***性物質以外の物質としては化学的に安定
な酸化物あるいは窒化物を用いたものが考えられる。こ
の構成により、可燃性毒物入りＭＯＸ特殊燃料棒の製
造、管理等が容易となり、かつ設計の自由度が増す。Further, in this mixture, it is considered that gadolinia (Gd 2 O 3 ) is used as the burnable poison. With this configuration, it is possible to adopt, as a constituent material of the reactor fuel element, a material that has been used extensively in the existing boiling water reactor. In addition, it is conceivable that, in this mixture, a chemically stable oxide or nitride is used as the substance other than the fissile substance. With this configuration, the manufacture and management of the MOX special fuel rod containing the burnable poison can be facilitated and the degree of freedom in design can be increased.
【００２１】さらに本発明では、前記混合物は円板形状
のディスクであり、かつ燃料積層部は少なくとも２つの
領域に分けられ、この分けられた各領域における領域容
積に対する前記混合物ディスクの数の比が、前記燃料積
層部中の下部に位置する領域ほど大きいことを特徴とす
る原子炉燃料要素を提供する。この構成により、燃料の
軸方向出力分布を容易に平坦化することができる。Further, in the present invention, the mixture is a disc-shaped disc, and the fuel stack portion is divided into at least two regions, and the ratio of the number of the mixture discs to the region volume in each of the divided regions is determined. A reactor fuel element is characterized in that it is larger in a region located in a lower portion of the fuel stack. With this configuration, the axial power distribution of the fuel can be easily flattened.
【００２２】また本発明では、前記混合物は円板形状の
ディスクであり、かつ燃料積層部は少なくとも２つの領
域に分けられ、この分けられた各領域における前記混合
物ディスクの厚さが、前記燃料積層部中の下部に位置す
る領域ほど大きいことを特徴とする原子炉燃料要素を提
供する。この構成により、燃料の軸方向出力分布を容易
に平坦化することができる。Further, in the present invention, the mixture is a disc-shaped disc, and the fuel stack portion is divided into at least two regions, and the thickness of the mixture disc in each of the divided regions is the fuel stack. Provided is a reactor fuel element characterized in that the region located at the lower part of the section is larger. With this configuration, the axial power distribution of the fuel can be easily flattened.
【００２３】さらに本発明では、前記混合物は円板形状
のディスクであり、かつこのディスクの厚さが２ｍｍ以
下であることを特徴とする原子炉燃料要素を提供する。
この構成により、原子炉燃料集合体を構成する燃料棒を
全て前記ディスクが配設された可燃性毒物入りＭＯＸ特
殊燃料棒とした場合に、現行の沸騰水型原子炉の燃料集
合体と比較して、可燃性毒物による余剰反応度抑制効果
を実質的に同等とし、かつ現行の燃料集合体とディスク
を配設した燃料集合体とでウラン酸化物含有量に有為な
差がみられないように設定することができる。Furthermore, the present invention provides a reactor fuel element, wherein the mixture is a disc-shaped disc, and the disc has a thickness of 2 mm or less.
With this configuration, when all the fuel rods constituting the reactor fuel assembly are MOX special fuel rods containing burnable poisons in which the above-mentioned disks are arranged, compared with the fuel assemblies of the existing boiling water reactor. And the effect of suppressing the excess reactivity by the burnable poisons is substantially equalized, and there is no significant difference in the uranium oxide content between the current fuel assembly and the fuel assembly with the disk. Can be set to.
【００２４】さらに本発明では、前記混合物は円板の円
周部に前記ＭＯＸペレットを固定する堰を設けて成形し
たディッシュであることを特徴とする原子炉燃料要素を
提供する。すなわちこの混合物ディッシュは、ディッシ
ュ外周部の厚さがディッシュの外周部を除いた部分の厚
さよりも大きい構造を有する。この構成により、燃料被
覆管と燃料ペレットの直接の接触を防ぐことによって、
ペレット−被覆管相互作用の防止を図ることができる。Further, the present invention provides the reactor fuel element, wherein the mixture is a dish formed by forming a weir for fixing the MOX pellets on the circumference of a disk. That is, this mixture dish has a structure in which the thickness of the outer peripheral portion of the dish is larger than the thickness of the portion excluding the outer peripheral portion of the dish. With this configuration, by preventing direct contact between the fuel cladding tube and the fuel pellets,
The pellet-cladding interaction can be prevented.
【００２５】また本発明では、プルトニウムとウランの
酸化物を混合して得られる混合酸化物（ＭＯＸ）から成
るＭＯＸペレットを含む原子炉燃料要素を具備する原子
炉燃料集合体において、前記ＭＯＸペレットを含む原子
炉燃料要素の少なくとも一部が、前記ＭＯＸペレット間
の少なくとも一部に核燃料物質と可燃性毒物との混合物
を配設した原子炉燃料要素であることを特徴とする原子
炉燃料集合体を提供する。この構成により、ＭＯＸに可
燃性毒物を混合して成型される可燃性毒物入りＭＯＸペ
レットを採用することなく、可燃性毒物を利用したＭＯ
Ｘ燃料を容易に構成することができる。Further, according to the present invention, in a reactor fuel assembly including a reactor fuel element including a MOX pellet made of a mixed oxide (MOX) obtained by mixing oxides of plutonium and uranium, the MOX pellets are At least a part of the reactor fuel element including is a reactor fuel element in which a mixture of a nuclear fuel material and a burnable poison is disposed in at least a part between the MOX pellets; provide. With this structure, the MOX containing the burnable poison is used without using the MOX pellet containing the burnable poison, which is formed by mixing the burnable poison with the MOX.
X-fuel can be easily constructed.
【００２６】また本発明では、プルトニウムとウランの
酸化物を混合して得られる混合酸化物（ＭＯＸ）から成
るＭＯＸペレットを含む原子炉燃料要素を具備する原子
炉燃料集合体において、前記ＭＯＸペレットを含む原子
炉燃料要素の少なくとも一部が、前記ＭＯＸペレット間
の少なくとも一部に核***性物質以外の物質と可燃性毒
物との混合物を配設した原子炉燃料要素であることを特
徴とする原子炉燃料集合体を提供する。この構成によ
り、ＭＯＸに可燃性毒物を混合して成型される可燃性毒
物入りＭＯＸペレットを採用することなく、可燃性毒物
を利用したＭＯＸ燃料を容易に構成することができる。Further, according to the present invention, in a reactor fuel assembly including a reactor fuel element including a MOX pellet made of a mixed oxide (MOX) obtained by mixing an oxide of plutonium and uranium, the MOX pellet is used. At least a part of the reactor fuel element including the reactor fuel element, wherein a mixture of a substance other than a fissile material and a burnable poison is arranged at least in a part between the MOX pellets. Providing a fuel assembly. With this configuration, it is possible to easily configure the MOX fuel that uses the burnable poison, without using the MOX pellet containing the burnable poison that is formed by mixing the burnable poison with MOX.
【００２７】[0027]
【発明の実施の形態】以下本発明の第１の実施形態につ
いて、図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の
実施形態に係る原子炉燃料要素の切欠断面図である。こ
こに掲げた原子炉燃料要素は可燃性毒物入りＭＯＸ特殊
燃料棒である。ＭＯＸペレット２が燃料被覆管１の内部
に積層され収納されており、ＭＯＸペレット２間には核
燃料物質と可燃性毒物との混合物３が配設されている。
こうして混合物３をＭＯＸペレット２に挟み込むことで
燃料ペレット列を形成し、燃料被覆管１に封入し、可燃
性毒物入りＭＯＸ特殊燃料棒５を成形する。これによ
り、可燃性毒物をＭＯＸに混合し成形することなく、可
燃性毒物入りＭＯＸ特殊燃料棒を製造することができ
る。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a cutaway sectional view of a reactor fuel element according to a first embodiment of the present invention. The reactor fuel elements listed here are MOX special fuel rods containing burnable poisons. The MOX pellets 2 are stacked and housed inside the fuel cladding tube 1, and a mixture 3 of a nuclear fuel material and a burnable poison is disposed between the MOX pellets 2.
Thus, the mixture 3 is sandwiched between the MOX pellets 2 to form a fuel pellet row, which is enclosed in the fuel cladding tube 1 to form the MOX special fuel rod 5 containing the burnable poison. Thereby, the MOX special fuel rod containing the burnable poison can be manufactured without mixing the burnable poison with the MOX and molding the mixture.
【００２８】またこの混合物３は円板形状のディスクで
あり、この混合物ディスク３の直径はＭＯＸペレット２
の直径と実質的に同等である。またこの混合物３は、核
燃料物質としてウラン酸化物を、また可燃性毒物として
ガドリニアを、それぞれ採用したものが望ましい。ウラ
ン酸化物とガドリニアとの混合により成型されたペレッ
トまたはディスクは、既に実用炉における燃焼実績を有
するものである。The mixture 3 is a disc-shaped disc, and the diameter of the mixture disc 3 is the MOX pellet 2.
Is substantially equal to the diameter of. Further, it is desirable that this mixture 3 adopts uranium oxide as a nuclear fuel substance and gadolinia as a burnable poison. Pellets or disks formed by mixing uranium oxide and gadolinia have already been burned in practical furnaces.
【００２９】以下本発明の第２の実施形態について説明
する。第２の実施形態に係る原子炉燃料要素は、第１の
実施形態に係る原子炉燃料要素においてＭＯＸペレット
間に配設される混合物３として、核燃料物質と可燃性毒
物との混合物に代えて、核***性物質以外の物質と可燃
性毒物との混合物を採用したものである。この構成によ
り、可燃性毒物をＭＯＸに混合し成形することなく、可
燃性毒物入りＭＯＸ特殊燃料棒を製造することができ
る。The second embodiment of the present invention will be described below. The reactor fuel element according to the second embodiment is a mixture 3 of nuclear fuel materials and burnable poisons, which is disposed between MOX pellets in the reactor fuel element according to the first embodiment, in place of It employs a mixture of substances other than fissile substances and burnable poisons. With this configuration, the MOX special fuel rod containing the burnable poison can be manufactured without mixing the burnable poison with the MOX and molding the mixture.
【００３０】またこの混合物３は円板形状のディスクで
あり、この混合物ディスク３の直径はＭＯＸペレット２
の直径と実質的に同等である。またこの混合物３は、核
***性物質以外の物質としてアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）
を、また可燃性物質としてガドリニアを、それぞれ採用
したものが望ましい。また核***性物質以外の物質とし
ては、アルミナ以外にも、化学的に安定な酸化物あるい
は窒化ケイ素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）等の窒化物を採用すること
が考えられる。こうして核燃料物質を含まない混合物３
をＭＯＸペレット２内に挟み込む構造とすることによ
り、第１の実施形態と比較して製造、保守、管理等が容
易となり、また設計の自由度も増すことになる。The mixture 3 is a disc-shaped disc, and the diameter of the mixture disc 3 is the MOX pellet 2.
Is substantially equal to the diameter of. This mixture 3 is made of alumina (Al 2 O 3 ) as a substance other than the fissile material.
And gadolinia as the combustible substance are preferably used. In addition to alumina, chemically stable oxides or nitrides such as silicon nitride (Si 3 N 4 ) may be used as the materials other than the fissile material. Mixture 3 thus free of nuclear fuel material
With the structure sandwiched between the MOX pellets 2 in the MOX pellet 2, manufacturing, maintenance, management, etc. are easier than in the first embodiment, and the degree of freedom in design is increased.
【００３１】以下本発明の第３の実施形態について、図
面を参照して説明する。図２（ａ）は本発明の第３の実
施形態に係る原子炉燃料要素の切欠断面図である。ここ
に掲げた原子炉燃料要素は、混合物３をＭＯＸペレット
２間に挟み込んだ、第１の実施形態に係る燃料要素とほ
ぼ同様の構造を有する、可燃性毒物入りＭＯＸ特殊燃料
棒である。この混合物３は可燃性毒物を含む円板形状の
ディスクであり、その材質は第１または第２の実施形態
における混合物と同じである。またここでは燃料積層部
を適当な位置で上下２領域に分割し、燃料積層部の下部
領域においてはＭＯＸペレット２が２個に１個の割合で
混合物ディスク３を配設するのに対し、燃料積層部の上
部領域においてはＭＯＸペレット２が８個に１個の割合
で混合物ディスク３を配設している。A third embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 2A is a cutaway sectional view of a reactor fuel element according to a third embodiment of the present invention. The reactor fuel element listed here is a burnable poison-containing MOX special fuel rod having a structure similar to that of the fuel element according to the first embodiment in which the mixture 3 is sandwiched between the MOX pellets 2. This mixture 3 is a disc-shaped disc containing a burnable poison, and its material is the same as that of the mixture in the first or second embodiment. Further, here, the fuel stack is divided into upper and lower two regions at appropriate positions, and in the lower region of the fuel stack, the MOX pellets 2 are provided with the mixture disk 3 at a ratio of one to two. In the upper region of the laminated portion, the mixture disks 3 are arranged at a ratio of one in eight MOX pellets 2.
【００３２】この構成によれば、燃料積層部の上部より
も下部の方が可燃性毒物の濃度が高くなるため、第１ま
たは第２の実施形態と比較して、燃料棒の軸方向の出力
分布の平坦化を図ることができる。また、従来の出力分
布平坦化の方法のように核燃料物質及び可燃性毒物の濃
度の異なる数種類の燃料ペレットを製造する必要がない
ため、製造に要する時間や費用をより少なくすることが
できる。According to this configuration, the concentration of the burnable poison in the lower portion of the fuel stack is higher than that in the upper portion, so that the axial output of the fuel rod is higher than that in the first or second embodiment. The distribution can be flattened. Further, unlike the conventional method of flattening the power distribution, it is not necessary to manufacture several types of fuel pellets having different concentrations of the nuclear fuel material and the burnable poison, so that the time and cost required for the manufacturing can be further reduced.
【００３３】本発明の第４の実施形態は、第３の実施形
態の変形例である。図２（ｂ）は第４の実施形態に係る
原子炉燃料要素の切欠断面図である。ここに掲げた可燃
性毒物入りＭＯＸ特殊燃料棒は、ＭＯＸペレット２が２
個に１個の割合で混合物ディスク３ａまたは３ｂを配設
している。この混合物ディスク３ａ及び３ｂは可燃性毒
物を含むもので、その材質は第１または第２の実施形態
における混合物と同様である。またここでは燃料積層部
を適当な位置で上下２領域に分割し、燃料積層部の下部
領域に配設する混合物ディスク３ｂの厚さを、燃料積層
部の下部領域に配設する混合物ディスク３ａの厚さより
大きいものとする。The fourth embodiment of the present invention is a modification of the third embodiment. FIG. 2B is a cutaway sectional view of the reactor fuel element according to the fourth embodiment. The MOX special fuel rods containing combustible poisons listed here have 2 MOX pellets.
The mixture disks 3a or 3b are arranged in a ratio of one to one. The mixture disks 3a and 3b contain a burnable poison, and the material thereof is the same as that of the mixture in the first or second embodiment. Further, here, the fuel laminated portion is divided into two upper and lower regions at appropriate positions, and the thickness of the mixture disc 3b arranged in the lower region of the fuel laminated portion is the same as that of the mixture disc 3a arranged in the lower region of the fuel laminated portion. It shall be larger than the thickness.
【００３４】この構成によれば、燃料積層部の上部より
も下部の方が可燃性毒物の濃度が高くなるため、第３の
実施形態と同様の効果が得られる。また、第３及び第４
の実施形態においては燃料積層部を上下２領域に分割し
て各領域毎に挟み込む混合物ディスク３の数または厚さ
を設定しているが、この燃料積層部を適当な位置で３以
上の領域に分割し各領域毎に挟み込む混合物３の数また
は厚さを適切に設定して、複数の段階構成とすること
で、燃料棒軸方向出力分布の平坦化の効果をより一層高
めることができる。特に現行のウラン燃料における、核
燃料物質や可燃性毒物の濃度を軸方向に複数の段階構成
とした燃料棒の構造を加味して、上記の方法で可燃性毒
物入りＭＯＸ特殊燃料棒を構成することで、ウラン燃料
との互換性の向上に寄与することができる。According to this structure, the concentration of the burnable poison in the lower portion of the fuel stack is higher than that in the upper portion thereof, so that the same effect as that of the third embodiment can be obtained. Also, the third and fourth
In the embodiment, the fuel stack is divided into upper and lower two regions and the number or thickness of the mixture disks 3 sandwiched in each region is set. However, the fuel stack is divided into three or more regions at appropriate positions. By appropriately setting the number or thickness of the mixture 3 to be divided and sandwiched in each region to form a plurality of stages, the effect of flattening the fuel rod axial output distribution can be further enhanced. In particular, in consideration of the structure of a fuel rod in which the concentrations of nuclear fuel substances and burnable poisons in the current uranium fuel are axially arranged in multiple stages, a MOX special fuel rod containing burnable poisons is constructed by the above method. Thus, it is possible to contribute to improvement in compatibility with uranium fuel.
【００３５】以下本発明の第５の実施形態について図面
を参照して説明する。第５の実施形態は、第１乃至第４
の実施形態においてＭＯＸペレット２に挟み込む混合物
３の大きさを規定するものである。図３は第５の実施形
態に係る原子炉燃料要素における混合物３の斜視図であ
る。ここに示すように、混合物３は円板形状のディスク
をしており、このディスクの厚さｄを２ｍｍ以下と設定
する。この構成により、現行の沸騰水型原子炉の燃料集
合体と比較して実質的に同等の反応特性を得ることがで
きる。A fifth embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. The fifth embodiment is the first to fourth embodiments.
In the above embodiment, the size of the mixture 3 sandwiched between the MOX pellets 2 is defined. FIG. 3 is a perspective view of the mixture 3 in the reactor fuel element according to the fifth embodiment. As shown here, the mixture 3 is a disc-shaped disc, and the thickness d of the disc is set to 2 mm or less. With this configuration, it is possible to obtain substantially the same reaction characteristics as that of the fuel assembly of the existing boiling water reactor.
【００３６】以下に本実施形態の作用について詳述す
る。ここでは可燃性毒物としてガドリニアを考える。Ｍ
ＯＸ燃料集合体を構成する全ての燃料棒を、第１の実施
形態に対応するガドリニア入りＭＯＸ特殊燃料棒とした
場合について、３次元モンテカルロ計算を行い、燃料集
合体燃焼初期における冷温時での余剰反応度抑制効果率
（Ｇｄワース）を評価した。ここでは、混合物ディスク
３におけるガドリニアの濃度を９５％と設定し、混合物
ディスク３の厚さを１ｍｍ、２ｍｍ及び４ｍｍとした場
合の評価結果のグラフを図４に示す。図４のグラフの横
軸はディスクピッチ、縦軸はＧｄワースである。グラフ
の横軸のディスクピッチとは、ガドリニア入りＭＯＸ特
殊燃料棒における混合物ディスク３間の距離をいう。ま
たグラフに点線で示した現行の沸騰水型原子炉における
Ｇｄワースは、代表的にガドリニア濃度５％のガドリニ
アとウランを混合して整形したペレットを用いたガドリ
ニア入りウラン燃料棒１１本を含む現行の燃料集合体に
ついての計算値である。ガドリニア入りＭＯＸ特殊燃料
棒においては、現行の燃料との互換性を鑑みて、この計
算値に実質的に同等のＧｄワースをもつことが望まし
い。The operation of this embodiment will be described in detail below. Here, we consider gadolinia as a burnable poison. M
Three-dimensional Monte Carlo calculation was performed in the case where all the fuel rods forming the OX fuel assembly were gadolinia-containing MOX special fuel rods corresponding to the first embodiment, and surplus at the time of cold temperature at the initial stage of fuel assembly combustion. The reactivity suppression effect rate (Gd worth) was evaluated. Here, FIG. 4 shows a graph of the evaluation results when the gadolinia concentration in the mixture disc 3 is set to 95% and the thickness of the mixture disc 3 is set to 1 mm, 2 mm, and 4 mm. The horizontal axis of the graph in FIG. 4 is the disk pitch, and the vertical axis is Gd worth. The disk pitch on the horizontal axis of the graph means the distance between the mixture disks 3 in the MOX special fuel rod containing gadolinia. In addition, the Gdworth in the current boiling water reactor shown by the dotted line in the graph is the current Gdworth containing 11 gadolinia-containing uranium fuel rods, which are pellets shaped by mixing gadolinia and uranium with a gadolinia concentration of 5%. Is a calculated value for the fuel assembly of. In the gadolinia-containing MOX special fuel rod, it is desirable to have a Gd worth substantially equivalent to this calculated value in view of compatibility with the existing fuel.
【００３７】このグラフに示すように、ディスク３の厚
さが大きく、またディスク３のピッチが小さいほど、ガ
ドリニアによる余剰反応度抑制効果が高いことがわか
る。また、ディスク３の厚さが１ｍｍの場合はディスク
ピッチが４ｃｍ程度となるように、すなわち約１ｃｍ厚
の燃料ペレット２が４個に１個の割合でディスク３を挟
み込んだ場合、現行の燃料集合体と実質的に同等の反応
度が得られることがわかる。またディスク３の厚さが２
ｍｍの場合はディスクピッチを５ｃｍ程度に、さらにデ
ィスク３の厚さが４ｍｍの場合はディスクピッチを６ｃ
ｍ程度となるように設計すれば、現行の燃料集合体と実
質的に同等の反応度が得られる。As shown in this graph, it is understood that the larger the thickness of the disk 3 and the smaller the pitch of the disk 3, the higher the effect of suppressing the excess reactivity by gadolinia. When the disc 3 has a thickness of 1 mm, the disc pitch is about 4 cm, that is, when the fuel pellets 2 having a thickness of about 1 cm are sandwiched at a ratio of one to four, the current fuel assembly is used. It can be seen that substantially the same degree of reactivity as the body is obtained. Moreover, the thickness of the disk 3 is 2
When the disc 3 has a thickness of 4 mm, the disc pitch is about 6 cm.
By designing to be about m, a reactivity substantially equivalent to that of the current fuel assembly can be obtained.
【００３８】また、ディスク３が挟まれていない燃料ペ
レット２のみからなる燃料集合体と比較して、燃料ペレ
ット２間にディスク３を挟み込むことで燃料集合体中の
ウラン酸化物の量が減少するが、現行の燃料との互換性
を考えるうえで、このウラン酸化物の減少分（ＵＯ2 イ
ンベントリ減少分）を適切に設定することも重要であ
る。そこで、ＭＯＸ燃料集合体を構成する全ての燃料棒
を、第１の実施形態に対応するガドリニア入りＭＯＸ特
殊燃料棒とした場合について、ガドリニアディスクの厚
さを４ｍｍ、２ｍｍ及び１ｍｍとした場合のディスクピ
ッチとＵＯ2 インベントリ減少分の相関を評価した。そ
の評価結果のグラフを図５に示す。図５に横軸はディス
クピッチ、縦軸はＵＯ2 インベントリ減少分である。ペ
レット間にディスクを配設した場合に、現行の沸騰水型
原子炉の燃料集合体と比較してウラン酸化物含有量に有
為な差がないように、ここではＵＯ2 インベントリ減少
分が現行の燃料集合体のＵＯ2 インベントリ減少分の１
５０％以内となるように設定する。そのためには、図５
のグラフによれば、ディスク３の厚さが１ｍｍの場合に
はディスクピッチを５ｃｍ程度に、またディスク３の厚
さが２ｍｍのときにはディスクピッチを１０ｃｍ程度と
すればよいことがわかる。また計算によれば、ディスク
３の厚さが４ｍｍのときにはディスクピッチを２０ｃｍ
以上とする必要があることがわかる。Further, the amount of uranium oxide in the fuel assembly is reduced by sandwiching the disk 3 between the fuel pellets 2 as compared with the fuel assembly including only the fuel pellets 2 in which the disk 3 is not sandwiched. However, it is important to set the amount of uranium oxide reduction (UO 2 inventory reduction) appropriately in consideration of compatibility with existing fuels. Therefore, in the case where all the fuel rods forming the MOX fuel assembly are the MOX special fuel rods with gadolinia corresponding to the first embodiment, the gadolinia discs have a thickness of 4 mm, 2 mm and 1 mm. The correlation between the pitch and the decrease in UO 2 inventory was evaluated. A graph of the evaluation result is shown in FIG. In FIG. 5, the horizontal axis shows the disk pitch and the vertical axis shows the amount of UO 2 inventory reduction. In order to make no significant difference in the uranium oxide content compared to the current boiling water reactor fuel assemblies when the disks are arranged between the pellets, the UO 2 inventory reduction amount is used here. Of fuel assembly UO 2 inventory reduction
Set it to be within 50%. To do this, see FIG.
From the graph, it can be seen that when the thickness of the disc 3 is 1 mm, the disc pitch is about 5 cm, and when the thickness of the disc 3 is 2 mm, the disc pitch is about 10 cm. According to the calculation, when the thickness of the disc 3 is 4 mm, the disc pitch is 20 cm.
It is understood that it is necessary to make the above.
【００３９】この結果、ディスク３の厚さが４ｍｍの場
合には、ディスクピッチをいかに設定しても、ガドリニ
アによる余剰反応度の抑制効果を従来の燃料集合体と実
質的に同等とすることと、ＵＯ2 インベントリ減少量を
適正に設定することを両立させることは不可能である。
従って、ディスク３の厚さを２ｍｍ以下と設定すること
により、現行の沸騰水型原子炉の燃料集合体と比較し
て、ガドリニアによる余剰反応度の抑制効果とＵＯ2 イ
ンベントリ減少量をともに適正に設定することが可能と
なる。As a result, when the thickness of the disk 3 is 4 mm, no matter how the disk pitch is set, the effect of suppressing the excess reactivity due to gadolinia is substantially equal to that of the conventional fuel assembly. , UO 2 inventory reduction amount cannot be set appropriately.
Therefore, by setting the thickness of the disk 3 to 2 mm or less, compared with the fuel assembly of the existing boiling water reactor, both the effect of suppressing the excess reactivity by gadolinia and the amount of UO 2 inventory reduction are properly adjusted. It becomes possible to set.
【００４０】以下本発明の第６の実施形態について、図
面を参照して説明する。図６は第６の実施形態に係る原
子炉燃料要素の切欠断面図である。第６の実施形態に係
る原子炉燃料要素は第１または第２の実施形態の変形例
であり、ＭＯＸペレット２間に混合物４を挟み込んだ可
燃性毒物入りＭＯＸ特殊燃料棒である。この混合物４の
上面図を図７（ａ）に、また図７（ａ）におけるＡ−Ａ
矢視方向の断面図を図７（ｂ）に、それぞれ示す。この
混合物４の材質及び配置については第１または第２の実
施形態における混合物３と同様である。但しこの混合物
４は、円板の円周部に燃料ペレット２を固定する堰を設
けた、ディッシュ形状のものである。すなわち、図７
（ｂ）の断面図に示すように、この混合物ディッシュ４
の円周端部４ｂの厚さはディッシュ４の中間部４ａの厚
さよりも大きく設計されている。また、混合物ディッシ
ュ４の中間部４ａも円形で、その直径４ｃは燃料ペレッ
ト２の直径より若干大きめにとる。そしてこのディッシ
ュ中間部４ａにペレット２をはめ込む。すなわち、円周
端部４ｂの厚さを大きくすることで、ディッシュ４の少
なくとも片面にできる凹状の堰により、燃料ペレット２
をディッシュ４にキャップ状にはめ込むことができる。
このとき、ディッシュ端部４ｂは燃料被覆管１とＭＯＸ
ペレット２の中間の間隙に位置する。この構成により第
１乃至第５の実施形態と同様の効果が得られると同時
に、ＭＯＸペレット２が燃料被覆管１と直接接触して干
渉することを防ぐことができるから、ペレット−被覆管
相互作用の防止を図ることができる。A sixth embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 6 is a cutaway sectional view of a reactor fuel element according to a sixth embodiment. The reactor fuel element according to the sixth embodiment is a modification of the first or second embodiment, and is a burnable poison-containing MOX special fuel rod in which a mixture 4 is sandwiched between MOX pellets 2. The top view of this mixture 4 is shown in FIG. 7 (a) and also in FIG. 7 (a).
A cross-sectional view in the direction of the arrow is shown in FIG. The material and arrangement of this mixture 4 are the same as those of the mixture 3 in the first or second embodiment. However, the mixture 4 has a dish shape in which a weir for fixing the fuel pellets 2 is provided on the circumferential portion of the disc. That is, FIG.
As shown in the sectional view of (b), this mixture dish 4
The thickness of the circumferential end portion 4b is designed to be larger than the thickness of the intermediate portion 4a of the dish 4. The middle portion 4a of the mixture dish 4 is also circular, and its diameter 4c is slightly larger than the diameter of the fuel pellet 2. Then, the pellet 2 is fitted into the dish intermediate portion 4a. That is, by increasing the thickness of the circumferential end portion 4 b, the fuel pellet 2 can be formed by the concave weir formed on at least one surface of the dish 4.
Can be fitted into the dish 4 like a cap.
At this time, the dish end portion 4b is connected to the fuel cladding tube 1 and the MOX.
It is located in the middle of the pellet 2. With this configuration, the same effects as those of the first to fifth embodiments can be obtained, and at the same time, it is possible to prevent the MOX pellets 2 from directly contacting and interfering with the fuel cladding tube 1, and thus the pellet-cladding interaction. Can be prevented.
【００４１】本発明の第７の実施形態に係る燃料集合体
は、図８及び図９に示した従来の燃料集合体において、
燃料としてＭＯＸを使い、図９で記号Ｇで示した可燃性
毒物入り特殊燃料棒として、第１乃至第６の実施形態に
係る原子炉燃料要素、すなわちＭＯＸペレット間に可燃
性毒物入り混合物を配設してなる可燃性毒物入りＭＯＸ
特殊燃料棒を用いたものである。また図９に掲げた燃料
配置以外にも可燃性毒物入りＭＯＸ特殊燃料棒の配置に
はさまざまなパターンが考えられる。上述したように、
この構成によりプル・サーマル利用により燃料の経済性
が向上するとともに、従来のウラン燃料と同等の反応特
性が得られる。The fuel assembly according to the seventh embodiment of the present invention is the same as the conventional fuel assembly shown in FIGS.
Using MOX as the fuel, the burnable poison-containing special fuel rod shown by the symbol G in FIG. 9 has the burnable poison-containing mixture disposed between the reactor fuel elements according to the first to sixth embodiments, that is, the MOX pellets. MOX with combustible poisons
It uses a special fuel rod. In addition to the fuel arrangement shown in FIG. 9, various patterns can be considered for the arrangement of the MOX special fuel rod containing burnable poison. As mentioned above,
With this structure, the fuel economy is improved by utilizing the pull thermal, and the reaction characteristics equivalent to those of the conventional uranium fuel can be obtained.
【００４２】[0042]
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、可燃
性毒物をＭＯＸに混合することなく、ＭＯＸペレット間
に可燃性毒物を含む混合物を配設して可燃性毒物入りＭ
ＯＸ特殊燃料棒を製造することにより、製造に要する時
間や費用を低減し、かつ保守、管理が容易な、可燃性毒
物を装填したＭＯＸ燃料を実現することができる。また
同時に、特に混合物の配置や形状を工夫することで、現
行の沸騰水型原子炉における燃料集合体と実質的に同等
の反応特性及び燃焼性能を得ることができる。また混合
物の形状を工夫することで、ペレット−被覆管相互作用
の防止を図り、燃料の健全性に寄与することができる。As described above, according to the present invention, the mixture containing the burnable poison is provided between the MOX pellets without mixing the burnable poison with the MOX.
By manufacturing the OX special fuel rod, it is possible to realize the MOX fuel loaded with the burnable poison, which can reduce the time and cost required for manufacturing and can be easily maintained and managed. At the same time, particularly by devising the arrangement and shape of the mixture, it is possible to obtain substantially the same reaction characteristics and combustion performance as the fuel assembly in the existing boiling water reactor. Further, by devising the shape of the mixture, it is possible to prevent the pellet-clad tube interaction and contribute to the integrity of the fuel.
【図１】本発明の第１及び第２の実施形態に係る原子炉
燃料要素の切欠断面図である。FIG. 1 is a cutaway sectional view of a reactor fuel element according to first and second embodiments of the present invention.
【図２】（ａ）は本発明の第３の実施形態に係る原子炉
燃料要素の切欠断面図、（ｂ）は本発明の第４の実施形
態に係る原子炉燃料要素の切欠断面図である。2A is a cutaway sectional view of a reactor fuel element according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a cutaway sectional view of a reactor fuel element according to a fourth embodiment of the present invention. is there.
【図３】本発明の第５の実施形態に係る原子炉燃料要素
におけるＭＯＸペレット間に挟み込む混合物ディスクの
斜視図である。FIG. 3 is a perspective view of a mixture disk sandwiched between MOX pellets in a reactor fuel element according to a fifth embodiment of the present invention.
【図４】ガドリニアによる余剰反応度抑制効果率と混合
物ディスクピッチとの相関を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing a correlation between a surplus reactivity suppression effect ratio by gadolinia and a mixture disc pitch.
【図５】混合物ディスクの配設に伴う燃料集合体中のウ
ラン酸化物減少量と混合物ディスクピッチとの相関を示
すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the correlation between the amount of uranium oxide reduction in a fuel assembly and the mixture disc pitch as the mixture disc is arranged.
【図６】本発明の第６の実施形態に係る原子炉燃料要素
の切欠断面図である。FIG. 6 is a cutaway cross-sectional view of a reactor fuel element according to a sixth embodiment of the present invention.
【図７】（ａ）は本発明の第６の実施形態に係る原子炉
燃料要素におけるＭＯＸペレット間に挟み込む混合物デ
ィッシュの上面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ矢視
方向の断面図である。FIG. 7 (a) is a top view of a mixture dish sandwiched between MOX pellets in a reactor fuel element according to a sixth embodiment of the present invention, and FIG. 7 (b) is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 7 (a). It is a figure.
【図８】（ａ）は従来の燃料集合体の縦断面図、（ｂ）
は（ａ）のＢ−Ｂ矢視方向断面図である。FIG. 8A is a vertical sectional view of a conventional fuel assembly, and FIG.
FIG. 6A is a sectional view taken along line BB of FIG.
【図９】従来の燃料集合体における種々のガドリニア入
り燃料棒の配置の一例を示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing an example of arrangement of various fuel rods with gadolinia in a conventional fuel assembly.
１ 燃料被覆管 ２ ＭＯＸ（混合酸化物）ペレット ３、４ 核燃料物質と可燃性毒物の混合物、または核分
裂性物質以外の物質と可燃性毒物の混合物1 Fuel Cladding Tube 2 MOX (Mixed Oxide) Pellets 3 and 4 Mixture of Nuclear Fuel Material and Combustible Poison, or Mixture of Non-Fissile Material and Combustible Poison
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ２１Ｃ 3/30 ＧＤＢＤ Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Office reference number FI technical display location G21C 3/30 GDBD
Claims (11)
て得られる混合酸化物から成るＭＯＸペレットを複数積
層して燃料被覆管の内部に収納した原子炉燃料要素にお
いて、前記ＭＯＸペレット間の少なくとも一部に、核燃
料物質と可燃性毒物との混合物を配設したことを特徴と
する原子炉燃料要素。1. A reactor fuel element in which a plurality of MOX pellets made of a mixed oxide obtained by mixing plutonium and uranium oxide are stacked and housed inside a fuel cladding tube, and at least one of the MOX pellets is provided between the MOX pellets. A reactor fuel element, characterized in that a mixture of a nuclear fuel material and a burnable poison is disposed in the section.
て得られる混合酸化物から成るＭＯＸペレットを複数積
層して燃料被覆管の内部に収納した原子炉燃料要素にお
いて、前記ＭＯＸペレット間の少なくとも一部に、核分
裂性物質以外の物質と可燃性毒物との混合物を配設した
ことを特徴とする原子炉燃料要素。2. A reactor fuel element in which a plurality of MOX pellets made of a mixed oxide obtained by mixing an oxide of plutonium and uranium are stacked and housed inside a fuel cladding tube, and at least one of the MOX pellets is provided between the MOX pellets. A reactor fuel element characterized in that a mixture of a substance other than a fissile substance and a burnable poison is disposed in the section.
2 Ｏ3 ）を用いることを特徴とする請求項１または２記
載の原子炉燃料要素。3. The gadolinia (Gd) is used as the burnable poison.
2 O 3 ) is used, The nuclear reactor fuel element according to claim 1 or 2.
Ｏ2 ）を用いることを特徴とする請求項１または３記載
の原子炉燃料要素。4. Uranium oxide (U) as the nuclear fuel material
O 2) reactor fuel element according to claim 1 or 3, wherein the use of.
化物あるいは窒化物を用いることを特徴とする請求項２
または３記載の原子炉燃料要素。5. An oxide or a nitride is used as the substance other than the fissile substance.
Alternatively, the nuclear reactor fuel element according to Item 3.
り、かつ燃料積層部は少なくとも２つの領域に分けら
れ、この分けられた各領域における領域容積に対する前
記混合物ディスクの数の比が、前記燃料積層部中の下方
に位置する領域ほど大きいことを特徴とする請求項１乃
至５記載の原子炉燃料要素。6. The mixture is a disc-shaped disc, and the fuel stack is divided into at least two regions, and the ratio of the number of the mixture discs to the region volume in each of the divided regions is the fuel. The reactor fuel element according to any one of claims 1 to 5, wherein a region located in a lower portion of the stacked portion is larger.
り、かつ燃料積層部は少なくとも２つの領域に分けら
れ、この分けられた各領域における前記混合物ディスク
の厚さが、前記燃料積層部中の下方に位置する領域ほど
大きいことを特徴とする請求項１乃至５記載の原子炉燃
料要素。7. The mixture is a disc-shaped disc, and the fuel stack is divided into at least two regions, and the thickness of the mixture disc in each of the divided regions is equal to that of the fuel stack. The reactor fuel element according to any one of claims 1 to 5, wherein the lower the region is, the larger the region is.
であることを特徴とする請求項１乃至７記載の原子炉燃
料要素。8. The reactor fuel element according to claim 1, wherein the mixture is a disk having a thickness of 2 mm or less.
ペレットを固定する堰を設けて成形したディッシュであ
ることを特徴とする請求項１乃至８記載の原子炉燃料要
素。9. The MOX is formed on the circumference of a disk.
The reactor fuel element according to claim 1, which is a dish formed by forming a weir for fixing pellets.
して得られる混合酸化物から成るＭＯＸペレットを含む
原子炉燃料要素を具備する原子炉燃料集合体において、
前記ＭＯＸペレットを含む原子炉燃料要素の少なくとも
一部が、前記ＭＯＸペレット間の少なくとも一部に核燃
料物質と可燃性毒物との混合物を配設した原子炉燃料要
素であることを特徴とする原子炉燃料集合体。10. A reactor fuel assembly comprising a reactor fuel element comprising MOX pellets comprising a mixed oxide obtained by mixing plutonium and uranium oxide.
At least a part of the reactor fuel element including the MOX pellets is a reactor fuel element in which a mixture of a nuclear fuel material and a burnable poison is disposed in at least a part between the MOX pellets. Fuel assembly.
して得られる混合酸化物から成るＭＯＸペレットを含む
原子炉燃料要素を具備する原子炉燃料集合体において、
前記ＭＯＸペレットを含む原子炉燃料要素の少なくとも
一部が、前記ＭＯＸペレット間の少なくとも一部に核分
裂性物質以外の物質と可燃性毒物との混合物を配設した
原子炉燃料要素であることを特徴とする原子炉燃料集合
体。11. A reactor fuel assembly comprising a reactor fuel element comprising a MOX pellet comprising a mixed oxide obtained by mixing plutonium and uranium oxide.
At least a part of the reactor fuel element including the MOX pellets is a reactor fuel element in which a mixture of a substance other than a fissile material and a burnable poison is disposed in at least a part between the MOX pellets. Reactor fuel assembly.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8124287A JPH09304566A (en) | 1996-05-20 | 1996-05-20 | Reactor fuel element and fuel assembly |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8124287A JPH09304566A (en) | 1996-05-20 | 1996-05-20 | Reactor fuel element and fuel assembly |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09304566A true JPH09304566A (en) | 1997-11-28 |
Family
ID=14881608
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8124287A Pending JPH09304566A (en) | 1996-05-20 | 1996-05-20 | Reactor fuel element and fuel assembly |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09304566A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1068789A (en) * | 1996-08-28 | 1998-03-10 | Hitachi Ltd | Mox fuel assembly and reactor core |
| KR102128532B1 (en) * | 2019-10-29 | 2020-06-30 | 한국과학기술원 | Disk-type Burnable Absorber for Nuclear Reactor Fuel |
-
1996
- 1996-05-20 JP JP8124287A patent/JPH09304566A/en active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1068789A (en) * | 1996-08-28 | 1998-03-10 | Hitachi Ltd | Mox fuel assembly and reactor core |
| KR102128532B1 (en) * | 2019-10-29 | 2020-06-30 | 한국과학기술원 | Disk-type Burnable Absorber for Nuclear Reactor Fuel |
| CN111863290A (en) * | 2019-10-29 | 2020-10-30 | 韩国科学技术院 | Nuclear fuel rod comprising a disc-shaped burnable absorber |
| EP3817007A1 (en) * | 2019-10-29 | 2021-05-05 | Korea Advanced Institute Of Science And Technology | Nuclear fuel rod including disk-type burnable absorber |
| CN111863290B (en) * | 2019-10-29 | 2021-08-27 | 韩国科学技术院 | Nuclear fuel rod comprising a disc-shaped burnable absorber |
| US11133115B2 (en) | 2019-10-29 | 2021-09-28 | Korea Advanced Institute Of Science And Technology | Nuclear fuel rod including disk-type burnable absorber |
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