Fuel assembly
专利汇可以提供Fuel assembly专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且PURPOSE: To level off an output distribution in a fuel assembly throughout a burning period by setting at a specific value the average fissionable plutonium enrichment ratio between fuel rods containing inflammable poisons and those not containing them in fuel rods containing mixed-oxide fuel of uranium and plutonium.
CONSTITUTION: As to mixed-oxide (NOx) fuel of uranium and plutonium, because fuel rods 6 containing inflammable poisons make little delay in burning and the reducing speed of plutonium is slow, the equalization of the initial enrichment distribution makes it possible to level off an output distribution from the middle through last stages of burning. A fuel assembly 9 is constituted by fuel rods 1-5 (A-E) filled with different MOx fuel pellets of fissionable plutonium, poison-added fuel rods 6 (G) and a water rod 7. By setting the average enrichment ratio R between fuel rods 6 and fuel rods 1-5 at 1≤R≤2, an output distribution in a fuel assembly can be levelled off throughout a burning period.
COPYRIGHT: (C)1994,JPO&Japio，下面是Fuel assembly专利的具体信息内容。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は軽水炉用のウラン−プルトニウム混合酸化物（以下ＭＯｘ）燃料集合体に係り、
特に、可燃性毒物による集合体内の出力分布の平坦化に関する。
【０００２】
【従来の技術】原子炉を一定の期間運転するためには、
運転初期において運転中の核分裂性物質の燃焼による反応度の劣化分だけ余剰反応度を有している必要がある。
運転中に原子炉を臨界に保つためには、この余剰反応度を制御する必要があり、従来からの方法として、中性子吸収物質からなる制御棒を炉心に挿入する方法と、燃料ペレット中に中性子吸収断面積の大きい可燃性毒物を添加した燃料棒を含む燃料集合体を用いる方法とが併用されている。 濃縮ウランを燃料とするペレットに可燃性毒物を添加した集合体については、特開昭63−61991 号公報の図１にその一例が示されている。 また、ＭＯｘ燃料に可燃性毒物を添加した集合体の例は特開昭61−147184
号公報の図１に示されている。 この例では可燃性毒物がＭＯｘ燃料ペレットに添加されていることは明示されているが、ＭＯｘ燃料ペレットの富化度については、特に留意が配られていない。 そして、ウランを燃料とした燃料ペレットに可燃性毒物を添加する場合には、高濃縮度の燃料棒に可燃性毒物を添加すると、可燃性毒物が燃え尽きた時点で、他の燃料棒と比べ多量の核分裂性物質が残っているため、その燃料棒の出力が特に高くなる。 特定の燃料棒に熱的な負荷が集中することを避けるため、
一般に、可燃性毒物はもともと低い濃縮度の燃料棒に添加し、可燃性毒物が燃え尽きた時点での出力分布平坦化を図るのが普通である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ウラン燃料で可燃性毒物を用いた場合と同じように、ＭＯｘ燃料でも低富化度の燃料棒に可燃性毒物を添加した従来例を図４に示す。
１０，１１，１２，１３の核分裂性プルトニウム富化度はそれぞれ４.８，６.５，６.５，４.８重量％で、１７
の可燃性毒物の重量割合は３.０％、核分裂性プルトニウム富化度は５.０重量％である。 この例の燃焼初期と燃焼末期における第２燃料棒に対する第１燃料棒の出力比とＲの関係を図２に示す。 燃焼初期には、可燃性毒物によりウラン燃料の場合もＭＯｘ燃料の場合も同程度の出力のばらつきが燃料集合体内でみられる。 しかし、可燃性毒物と核分裂プルトニウムの吸収断面積がウラン燃料の場合ほど差がないため可燃性毒物が燃えると同時に核分裂性プルトニウムもかなりの割合で燃えてしまう。
そのために、ウラン燃料を用いた場合では燃焼末期において出力分布が平坦化されるが、ＭＯｘ燃料では燃焼初期の時点での富化度の差の影響を燃焼末期まで受けて出力分布は平坦化されない。
【０００４】本発明の目的は、燃焼期間全般にわたって集合体内の出力分布を平坦化することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】燃料集合体の第二層目より内側の燃料棒で、可燃性毒物が含まれている燃料棒を第１燃料棒とし可燃性毒物が含まれていない燃料を第２
燃料棒とし、第１燃料棒の核分裂性プルトニウム富化度と第２燃料棒の核分裂性プルトニウム富化度の比（Ｒ）
を１≦Ｒ≦２にするか、第１燃料棒のそれぞれの核分裂性プルトニウムが第２燃料棒のすべての核分裂性プルトニウム富化度と同じか、高くするか、可燃性毒物を集合体中で最高の富化度の燃料棒に添加することによって上記目的を達成する。
【０００６】
【作用】まず、集合体周辺のギャップ水の影響を受けない最外層を除く領域を対象として、可燃性毒物を混入する燃料棒の富化度と集合体内出力分布の関係を整理する。 可燃性毒物が存在している燃焼初期には、可燃性毒物を含む第１燃料棒の熱出力が他の燃料棒よりも小さいので、出力分布を平坦化するには、第１燃料棒の富化度を高くすべきである。 しかし、富化度を高くし過ぎると第１燃料棒の出力が、可燃性毒物を含まない第２燃料棒の出力よりも高くなり、出力平坦化を悪化させてしまう。 検討の結果、ＭＯｘ燃料では第１燃料棒富化度と第２燃料棒富化度の比（Ｒ）が２以下であれば平坦化効果が保たれることがわかった。
【０００７】一方、可燃性毒物が燃え尽きたあとの出力分布には、もともとの富化度分布と、第１燃料棒の燃え遅れの程度が影響する。 ウラン燃料では可燃性毒物入り燃料棒の燃え遅れの程度が大きいため、燃焼中期の出力分布平坦化のためには、はじめのウラン濃縮度を小さくしておく必要があった。 その後、燃焼とともに燃料棒間の核分裂性物質量の差が小さくなるため、はじめのウラン濃縮度分布に関係なく、燃焼末期の出力分布が平坦化される。 これに対して、ＭＯｘ燃料では、可燃性毒物入り燃料棒の燃え遅れはわずかであり、さらにプルトニウムの減少速度は遅いため、はじめの富化度分布を一様にすることで、燃焼中期から燃焼末期にかけての出力分布を平坦化が出来ることがわかった。 ここで、第２燃料棒の出力に対する第１燃料棒の出力の比とＲに関する図を図２に示す。 現行炉において、局所出力ピーキングの設計値の上限が１.３５ 程度であることから考えると、燃焼期間全般にわたって第２燃料棒の出力に対する第１燃料棒の出力の比を±３０％以内にするということは、燃焼期間全般で出力分布が平坦化されたと考えられる。 図２から１≦Ｒ≦２にすることによって第２燃料棒の出力に対する第１燃料棒の出力の比を±３０％以内にすることが出来ることがわかる。 また、燃焼中期から燃焼末期にかけての線出力密度に余裕がある場合は、ウラン燃料の場合とは逆に、富化度の高い燃料棒に可燃性毒物を入れることで、燃焼初期の出力分布平坦化が可能になる。
さらに、可燃性毒物には、１≦Ｒ≦２にすることによって、ウラン燃料で従来から用いられている可燃性毒物を低濃縮度のウラン燃料棒に添加する方法をＭＯｘ燃料に用いた場合に比べて、余剰反応度制御効果も増大できる。
【０００８】以上のように、１≦Ｒ≦２とすることにより燃焼期間全般にわたって集合体内出力分布が平坦化される。
【０００９】
【実施例】以下、本発明を実施例を用いて詳細に説明する。
【００１０】図１は本発明の燃料集合体の一実施例を示す水平断面図で１〜５で示してあるものはそれぞれ核分裂性プルトニウムの富化度の異なるＭＯｘ燃料ペレットを充填した燃料棒を示している。 ６はＭＯｘ燃料に可燃性毒物を添加した燃料棒であり、７は水ロッドである。
燃料棒１の核分裂性プルトニウム富化度は４.８ 重量％
可燃性毒物入り燃料棒の可燃性毒物の重量割合は３.０
％ で核分裂性プルトニウム富化度は４.８重量％ となっている。 図２に実施例と従来例の第２燃料棒に対する第１燃料棒の出力比とＲとの関係を示す。
【００１１】図３に本発明の別の一実施例の水平断面図を示す。 １，２と６で示してあるものは、それぞれＭＯ
ｘ燃料棒とＭＯｘ燃料に可燃性毒物を添加した可燃性毒物入り燃料棒である。 ８で示してあるものはウラン燃料棒である。 本実施例でも図１の例と同様の出力分布平坦化効果が保たれ、さらに最外層の一部にウラン燃料を用いているために、図１の集合体に比べて、平均的な中性子スペクトルがやわらかく、燃焼初期における可燃性毒物による反応度抑制効果が大きい。
【００１２】
【発明の効果】本発明によれば、燃焼期間全般にわたって集合体内の出力分布を平坦化し、余剰反応度も制御することが出来る。
【図１】本発明の一実施例の横断面図。
【図２】第２燃料棒の出力に対する第１燃料棒の出力比と第２燃料棒の平均富化度に対する第１燃料棒の平均富化度の比との関係の説明図。
【図３】本発明の第二実施例の説明図。
【図４】従来例を示した横断面図。
１〜５，１０〜１６…ＭＯｘ燃料棒、６，１７…可燃性毒物入り燃料棒、７…水ロッド、８…ウラン燃料棒、９
…チャンネルボックス。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl. 5識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 9216−2Ｇ Ｇ２１Ｃ 3/30 ＧＤＬ Ｗ
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