JPS5849838B2

JPS5849838B2 - 燃料集合体

Info

Publication number: JPS5849838B2
Application number: JP54150157A
Authority: JP
Inventors: 利久白川
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1979-11-20
Filing date: 1979-11-20
Publication date: 1983-11-07
Also published as: JPS5673386A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は沸騰水形原子炉の燃料集合体に関する。

一般に沸騰水形原子炉の燃料集合体はチャンネルボック
ス内に複数の燃料棒を収容して構成され、また各燃料棒
は被覆管内に燃料ペレットを収容した構造をなしている
。

ところで、燃料ペレットの燃焼に伴って生成された核分
裂生成物たとえばよう素、セシウムあるいはよう素がベ
ータ崩壊して生成されたキセノン等は比重が大であるの
で被覆管の下部に溜る傾向がある。

そしてこれら核分裂生成物等は熱伝導率が小さいので、
被覆管下部の燃料ペレットは上部の燃料ペレットに比べ
て放熱が悪く、温度が上昇する傾向にある。

また、沸騰水形原子炉では冷却材中でボイドが生成され
、このボイドの分布は下方では粗、上方で密であるから
、上方では高速中性子が熱中性子に減速される割合が少
なく、よって燃料棒の上下方向の出力分布は上方で小、
下方で大となる傾向をもつ。

したがって、これらの傾向が相乗的に作用して下方の燃
料ペレットは高温となり、膨張して被覆管に接触すると
ともに出力の上昇が急激におこなわれた場合には下方の
燃料ペレットが急に膨張して被覆管に激しく接触し、被
覆管を破損することがある等の不具合があった。

また、核分裂生成物中のよう素は化学的に活性が高く、
被覆管を腐食して被覆管の破損を招く要因となる等の不
具合があった。

このような不具合を解消するため、被覆管の内面全体に
燃料ペレットに対する滑動性のよい銅等のバリャ材を被
覆し、燃料ペレットの急激な膨張による被覆管への激し
い接触を緩和し、またよう素等による被覆管の腐食を防
止して被覆管の破損を防止する試みがなされた。

しかし、銅はその中性子吸収断面積が大きいため、この
ように被覆管に銅被覆を施すと中性子吸収が大きくなり
、燃料ペレットの燃焼度が低下し、燃料経済上きわめて
不利となる不具合があった。

本発明は以上の事情にもとづいてなされたもので、その
目的とするところは核分裂生成物等による被覆管下部の
破損を確実に防止して燃料の健全性を高め、かつ燃料ペ
レットの反応を阻害することなく燃料経済上の不利を招
くことのない燃料集合体を得ることにある。

以下本発明を図面に示す一実施例にしたがって説明する
。

図中１は燃料集合体であって、この燃料集合体１は断面
略正方形のチャンネルボックス２内に複数の燃料棒３・
・・を８行８列に配置して構成されている。

なお、４・・・は出力分布を調整するための水棒である
。

そして、上記燃料棒３・・・は中性子吸収断面積の小さ
なジルコニウム合金等からなる被覆管５内に複数の短円
柱状をなす酸化ウラニウム等の燃料ペレット６・・・を
収容したものであって、これら燃料ペレット６・・・外
周面と被覆管５内周面との間には所定の間隙が形成され
ている。

そして、この被覆管５の上端および下端には上部端栓７
および下部端栓８が溶接され、この被覆管５を封止して
いる。

なお、８は上部プレナム部である。

そして、この被覆管５内にはヘリウムガスが所定圧力で
加圧封入されている。

そしてこれらの燃料棒３・・・は上端部および下端部を
上部タイプレート９および下部タイプレート１０で支持
され、また中間部はスペーサ１１によって支持され、上
部チャンネルボックス２内に互に間隙を存して所定の配
置で配列されている。

そして、冷却材の軽水は上記チャンネルボックス２の下
部のノズル１２からこのチャンネルボックス２内に流入
して上方に流れ、各燃料棒３・・・を冷却するように構
成されている。

そして、上記の燃料棒３・・・のうちチャンネルボック
ス２の内周面に臨む燃料棒３・・・すなわち周辺部に位
置する燃料棒３・・・は、第３図ないし第５図に示す如
く被覆管５の中央部から下部にわたる全長のほぼ％の領
域の内面にバリャ材の被覆たとえば銅被覆１３が施され
ている。

この銅被覆１３は被覆管５の内部下面に銅を被着したの
ちこの被覆管５内に高温の水蒸気を流し、この銅被覆１
３と被覆管５内面との間に酸化膜を形成したものであり
、この酸化膜によって銅が被覆管５を構成するジルコニ
ウム合金内に拡散するのを防止するように構成されてい
る。

なお、上記チャンネルボックス２内に臨む燃料棒３・・
・以外の燃料棒３・・・にはその被覆管５内面に銅被覆
は施されていない。

そして、このように構成された燃料集合体１は断面十字
形の制御棒１４の周囲に４体づつ配置され、炉心を構成
するものである。

以上の如く構成された本発明の一実施例は燃料ペレット
６・・・の燃焼によって生成された核分裂生成物等は被
覆管５内に封じ込められ、外部に洩れることはない。

そして、これら被覆管５内にはへリウムガスが封入され
ており、核分裂生成物等はこのヘリウムガスにより比重
が大であるから被覆管の下部に溜る。

そして、ヘリウムガスはその熱伝導係数が４０ｓｍ
’ＣｒｒＬｔ．ｓｅｃ ”ｄｅｇ ’であるのに対し
て核分裂生成物はその熱伝導係数が数十ｃａｌ−ｃｍ
’ ・ｓｅｃ ’ ・ｄｅｇ ”程度のものであるから
下部の燃料ペレット６・・・は放熱が悪く、また前述の
如く沸騰水形原子炉では炉心下部で熱中性子束密度が高
くなる傾向があるので、下部の燃料ペレット６・・・の
反応が大きく、高温に加熱される傾向がある。

しかし、この一実施例のものは被覆管５の下部のみに銅
被覆１３が施されているのでこの銅被覆１３によって中
性子が吸収され、上記の傾向を相殺するので燃料棒３・
・・の上下方向の出力分布は均一となり、下部の燃料ペ
レット６・・・が過熱されるようなことはなく、この下
部の燃料ペレット６・・・の急激な膨張等による被覆管
５の破損を生じるようなことはない。

また、この銅被覆１３は被覆管５の下部に溜った核分裂
生成物のよう素等による被覆管５の腐食を肪止する。

また、この銅被覆１３は被覆管５下部の必要な部分のみ
に施されているから、反応度の低下は少なく、燃料経済
上の不利を招くこともない。

また、この銅被覆１３を施した燃料棒３・・・はチャン
ネルボックス２内面に臨む位置にのみ設けたので、全体
の反応度低下がきわめて少なく、燃料経済上きわめて有
利であり、かつ被覆管５の破損等も確実に防止できる。

すなわち、燃料棒３・・・の平均線出力密度は第６図に
示す如く制御棒１４を挿入した場合と第７図に示す如く
制御棒１４を引抜いた場合とでは異なり、この平均線出
力密度の差は制御棒１４に最も近い燃料棒３・・・すな
わちチャンネルボックス２の内面に臨む位置にある燃料
棒３・・・できわめて太き＜８ｋＷ／ｆｔもの差が生じ
、これらチャンネルボックス２の内面に臨む燃料棒３・
・・がその被覆管５の破損を生じやすいものである。

したがってこの被覆管５の破損が生じる可能性の大きな
燃料棒３・・・についてのみ銅被覆１３を施すことによ
って被覆管５の破損が防止でき、かつ燃料集合体１全体
の反応度の低下を最少にとどめることができるものであ
る。

なお、本発明は上記の一実施例には限定されず、たとえ
ば銅被覆を施す燃料棒はチャンネルボックスの内面に臨
む周辺部の燃料棒のみに限らず、必要に応じて他の燃料
棒の被覆管の下部内面に銅被覆を施してもよい。

また、銅被覆はニオブ、スズ、マグネシウム、カルシウ
ム、クロム、鉄、チタン、亜鉛、モリブデン、ジルコニ
ウム、アルミニウムなどから選らばれた少なくとも１種
からなる材料で置換することができる。

上述の如く本発明は燃料棒の被覆管の下半分の内面のみ
にバリャ材を被覆したものである。

したがってこのバリャ材の被覆によって中性子が吸収さ
れ下部の燃料ペレットが上部の燃料ペレットより反応度
が高くなり過熱される傾向が相殺されて燃料棒の上下方
向の出力分布が均一化され、燃料の健全性が向上される
とともにこのバリャ材の被覆によって燃料ペレットの膨
張による被覆管の破損や被覆管下部に溜る核分裂生成物
等による被覆管の腐食が防止され、かつこのバリャ材の
被覆は被覆管の下部のみに施されているものであるから
燃料集合体全体としての反応度の低下が少なく、燃料経
済上の不利を招くことがない等その効果は大である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図は斜視図、第２
図は横断面図、第３図は燃料棒の縦断面図、第４図は第
３図のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図、第５図は第３図のｖ
−Ｖ線に沿う断面図、第６図および第７図は燃料棒の平
均線出力を示す概略図である。１・・・・・・燃料集合体、２・・・・・・チャンネル
ボックス、３・・・・・・燃料棒、５・・・・・・被覆
管、６・・・・・・燃料ペレット、１３・・・・・・銅
被覆（バリャ被覆材）、１４・・・・・・制御棒。

Claims

【特許請求の範囲】１被覆管内に燃料ペレットを収容した複数の燃料棒を
チャンネルボックス内に収容したものにおいて、上記被
覆管内にヘリウムガスを加圧封入するとともに上記被覆
管のほぼ中央部から下部にわたるほぼＨの領域内面のみ
にバリャ被覆材を被覆したことを特徴とする燃料集合体
。２前記被覆管の下部内面にバリャ被覆材を被覆した燃
料棒は前記チャンネルボックスの内周面に臨む周辺部の
みに配置されていることを特徴とする前記特許請求の範
囲第１項記載の燃料集合体。３バリャ被覆材としては銅、ニオブ、スス、マグネシ
ウム、カルシウム、クロム、鉄、チタン、亜鉛、モリブ
デン、ジルコニウム、アルミニウムから選らばれた少な
くとも１種からなる材料で構成されたことを特徴とする
特許請求の範囲第１項または第２項記載の燃料集合供