JP7168528B2 - fuel assembly - Google Patents

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Description

本発明は、燃料集合体に係り、特に、沸騰水型原子炉に適用するのに好適な燃料集合体に関する。 The present invention relates to fuel assemblies, and more particularly to fuel assemblies suitable for use in boiling water reactors.

沸騰水型原子炉の炉心には、複数の燃料集合体が装荷されている。燃料集合体は、核燃料物質(例えば、酸化ウラン)を含む複数の燃料ペレットを充填し、密封された複数の燃料棒、燃料棒の上端部を支持する上部タイプレート、燃料棒の下端部を支持する下部タイプレート、燃料棒間の間隔を保持する複数の燃料スペーサ、水ロッド、及び横断面が正方形状である角筒状のチャンネルボックスを有する。チャンネルボックスは、上端部が上部タイプレートに取り付けられて下部タイプレートに向かって伸びており、軸方向に配置された複数の燃料スペーサによって束ねられた複数の燃料棒を取り囲んでいる。水ロッドは燃料集合体の横断面の中央部に配置され、水ロッドの周囲には、複数の燃料棒が配置される。水ロッドの下端部が下部タイプレートに支持され、水ロッドの上端部が上部タイプレートに支持される。各燃料棒は、被覆管を有し、この被覆管の下端部を下部端栓で封鎖して被覆管の上端部を上部端栓で封鎖しており、核燃料物質を含む複数の燃料ペレットを被覆管内に充填して構成される。被覆管内には、ガスプレナムが、それらの燃料ペレットが充填された領域の上方に形成される。 A core of a boiling water reactor is loaded with a plurality of fuel assemblies. The fuel assembly contains a plurality of fuel pellets containing nuclear fuel material (e.g., uranium oxide), a plurality of sealed fuel rods, an upper tie plate supporting the upper ends of the fuel rods, and supporting the lower ends of the fuel rods. It has a lower tie plate, a plurality of fuel spacers for maintaining the spacing between the fuel rods, water rods, and a rectangular tubular channel box with a square cross section. The channel box has an upper end attached to the upper tie plate and extends toward the lower tie plate and surrounds a plurality of fuel rods bounded by a plurality of axially disposed fuel spacers. A water rod is arranged in the central portion of the cross section of the fuel assembly, and a plurality of fuel rods are arranged around the water rod. The lower ends of the water rods are supported by the lower tie plate and the upper ends of the water rods are supported by the upper tie plate. Each fuel rod has a cladding tube, the lower end of which is closed with a lower end plug and the upper end of the cladding tube is closed with an upper end plug, and a plurality of fuel pellets containing nuclear fuel material are coated. It is configured by filling in a tube. Within the cladding, a gas plenum is formed above the region filled with those fuel pellets.

原子炉から取り出された使用済燃料集合体に含まれるウラン燃料を再処理して得られるプルトニウム(Pu)とウランの混合酸化物燃料(MOX燃料)は、核燃料物質として使用される。核燃料物質であるMOX燃料を含む燃料集合体は、MOX燃料集合体と呼ばれる。核資源の有効活用等の観点から、MOX燃料集合体を原子炉の炉心に装荷して発電する、プルサーマル発電が実施される。 Mixed oxide fuel (MOX fuel) of plutonium (Pu) and uranium obtained by reprocessing uranium fuel contained in spent fuel assemblies removed from nuclear reactors is used as a nuclear fuel material. A fuel assembly containing MOX fuel, which is a nuclear fuel material, is called a MOX fuel assembly. From the viewpoint of effective use of nuclear resources, plu-thermal power generation is implemented in which MOX fuel assemblies are loaded into the core of a nuclear reactor to generate power.

MOX燃料集合体のプルトニウム含有量を従来の燃料集合体よりも増加させる、高富化度化したMOX燃料集合体の使用が検討されている。高富化度化したMOX燃料集合体の燃焼初期においては、この燃料集合体は熱中性子を吸収しやすいため、炉心の中性子スペクトルが硬くなり、制御棒を挿入しても反応度が抑制しづらくなる。そのため、高富化度化したMOX燃料集合体を用いた原子炉では、制御棒の反応度抑制能力を示す、制御棒価値が低下する。 The use of highly enriched MOX fuel assemblies that increase the plutonium content of the MOX fuel assemblies over conventional fuel assemblies is under consideration. At the early stage of combustion of highly enriched MOX fuel assemblies, the fuel assemblies tend to absorb thermal neutrons, so the neutron spectrum in the core becomes hard and it becomes difficult to suppress the reactivity even if control rods are inserted. . Therefore, in a nuclear reactor using highly enriched MOX fuel assemblies, the control rod worth, which indicates the reactivity suppression capability of the control rods, decreases.

このような問題を改善して制御棒価値を向上させる技術の一例が、特開平10-311889号公報及び特開2004-361296号公報に記載されている。 An example of technology for improving the control rod value by improving such problems is described in JP-A-10-311889 and JP-A-2004-361296.

特開平10-311889号公報は、沸騰水型原子力プラントに用いられる燃料集合体を記載する。この燃料集合体は、正方配列の複数の燃料棒を有し、上端部及び下端部が上部タイプレート及び下部タイプレートに支持される燃料棒(以下、全長燃料棒という)の燃料有効長よりも短い燃料有効長を有する燃料棒(以下、部分長燃料棒という)を、燃料棒の正方配列の最外周領域の各辺に2本ずつ配置している。最外周領域よりも内側には、全長燃料棒のみが配置される。最外周の部分長燃料棒に隣接する燃料棒は、全長燃料棒とする。制御棒に隣接する燃料集合体の最外周を部分長燃料棒にする構造により、当該部で燃料棒に吸収される熱中性子が少なくなるため、制御棒で吸収される中性子が増え、制御棒価値が向上する。 JP-A-10-311889 describes a fuel assembly for use in a boiling water nuclear power plant. This fuel assembly has a plurality of fuel rods in a square arrangement, and the upper and lower ends of the fuel rods supported by the upper tie plate and the lower tie plate (hereinafter referred to as full length fuel rods) are longer than the effective fuel length of the fuel rods. Two fuel rods having a short active fuel length (hereinafter referred to as partial length fuel rods) are arranged on each side of the outermost peripheral region of the square array of fuel rods. Only full-length fuel rods are arranged inside the outermost peripheral region. The fuel rods adjacent to the outermost part length fuel rods are full length fuel rods. Due to the structure that the outermost periphery of the fuel assembly adjacent to the control rod is a part-length fuel rod, fewer thermal neutrons are absorbed by the fuel rod at that part, so more neutrons are absorbed by the control rod. improves.

特開2004-361296号公報に記載された燃料集合体は、高富化度のMOX燃料を充填した燃料棒を、横断面の中央部に配置し、燃料棒に劣化ウランの酸化物または2wt%以下の酸化プルトニウムを含むMOX燃料を充填した燃料棒を、制御棒に面して配置する。その燃料集合体は、チャンネルボックスを有し、チャンネルボックスの、制御棒に面する側壁部の内面または外面に固体減速材を付帯している。特開2004-361296号公報に記載された燃料集合体は、特開平10-311889号公報に記載された燃料集合体と同様に、制御棒で吸収される中性子の量を増加させ、制御棒価値を向上させる。 The fuel assembly described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-361296 has a fuel rod filled with highly enriched MOX fuel arranged in the center of the cross section, and the fuel rod contains depleted uranium oxide or 2 wt% or less. of plutonium oxide are placed facing the control rods. The fuel assembly has a channel box with a solid moderator on the inner or outer surface of the sidewalls of the channel box facing the control rods. The fuel assembly described in JP-A-2004-361296, like the fuel assembly described in JP-A-10-311889, increases the amount of neutrons absorbed by the control rod, and increases the control rod value. improve.

特開平10-311889号公報JP-A-10-311889 特開2004-361296号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-361296

特開平10-311889号公報に記載された、複数の燃料棒を正方配列している燃料集合体は、燃料集合体の横断面において最外周領域においてコーナー部を除いた位置に2本の部分長燃料棒を隣接させて配置することにより、燃料集合体内の、部分長燃料棒よりも上方の部分で最外周領域における燃料棒の本数が減少する。この結果、その最外周領域での熱中性子の吸収量が減少し、その燃料集合体に隣接して配置された制御棒での熱中性子の吸収量が増えるため、制御棒価値が向上する。 A fuel assembly in which a plurality of fuel rods are arranged in a square, which is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-311889, has two partial lengths at positions excluding corner portions in the outermost peripheral region in the cross section of the fuel assembly. The adjacent arrangement of the fuel rods reduces the number of fuel rods in the outermost region of the fuel assembly above the part length rods. As a result, the amount of thermal neutrons absorbed in the outermost peripheral region decreases, and the amount of thermal neutrons absorbed in the control rods arranged adjacent to the fuel assembly increases, so the value of the control rods increases.

しかしながら、複数の部分長燃料棒を最外周領域に配置している、特開平10-311889号公報に記載された燃料集合体では、燃料集合体内の最外周領域における、部分長燃料棒よりも上方の部分において、冷却材である軽水の割合が多くなるため、軽水によって吸収される中性子の量が、部分長燃料棒の上端よりも下方の部分でのその量に比べて多くなる。燃料集合体内の核燃料物質の燃焼が進むと、すなわち、運転サイクルの末期に近づくと、核燃料物質による熱中性子の吸収量が少なくなり、特に、燃料集合体内の最外周領域の、部分長燃料棒の真上の部分で軽水中の熱中性子束が増大し、その部分における軽水による熱中性子の吸収量が増加する。このため、運転サイクルの末期における制御棒価値が悪化する。 However, in the fuel assembly described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-311889, in which a plurality of part-length fuel rods are arranged in the outermost region, the fuel rods in the outermost region in the fuel assembly are located above the part-length fuel rods. Since the proportion of the light water coolant is greater in the portion , the amount of neutrons absorbed by the light water is greater than in the portion below the top of the part-length rod. As the burning of the nuclear fuel material in the fuel assembly progresses, i.e., nearing the end of the operation cycle, the amount of thermal neutrons absorbed by the nuclear fuel material decreases. The thermal neutron flux in the light water increases in the upper part, and the absorption of thermal neutrons by the light water in that part increases. As a result, the control rod worth at the end of the operating cycle deteriorates.

また、複数の部分長燃料棒を最外周領域に配置することにより軽水による中性子の吸収量が増大するため、冷温時における燃料集合体への反応度添加量を示すスウィングが大きく減少する。制御棒価値を格段に向上させるために部分長燃料棒を燃料集合体の最外周領域へ多数配置した場合には、スウィング、すなわち、冷温時における燃料集合体への反応度添加量が大きく負となる。しかし、その反応度添加量が大きく負となるような燃料集合体は、ボイド係数が正となる可能性があり、安全設計上好ましくない。 In addition, by arranging a plurality of part-length fuel rods in the outermost region, the amount of neutrons absorbed by light water is increased, so the swing, which indicates the amount of reactivity added to the fuel assembly at cold temperatures, is greatly reduced. When a large number of part-length fuel rods are arranged in the outermost region of the fuel assembly in order to significantly improve the control rod value, swing, that is, the amount of reactivity added to the fuel assembly at cold temperatures becomes large and negative. Become. However, a fuel assembly whose reactivity addition amount is large and negative may have a positive void coefficient, which is not preferable in terms of safety design.

特開2004-361296号公報では、前述のように、制御棒価値は向上する。一般的に、燃料棒内の核燃料物質による熱中性子の吸収は、U235等の核分裂性核種によるものが支配的である。しかし、中速中性子に対しては、U238等の親核種による共鳴吸収も存在する。そのため、特開2004-361296号公報では、燃料集合体の横断面において、チャンネルボックスの、制御棒と対向する側壁部の内面に面する最外周領域の部分に配置された燃料棒に含まれる核分裂性核種の割合を、仮に0%としても、親核種等の中性子の共鳴吸収が制御棒価値へ与える影響は無視できない。 In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-361296, the control rod worth is improved as described above. In general, the absorption of thermal neutrons by the nuclear fuel material in the fuel rods is predominantly by fissionable nuclides such as U235. However, for medium-speed neutrons, there are also resonance absorptions by parent nuclides such as U238. Therefore, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-361296, in the cross section of the fuel assembly, the nuclear fission contained in the fuel rods arranged in the outermost peripheral region facing the inner surface of the side wall facing the control rods of the channel box Even if the ratio of nuclei is 0%, the influence of resonance absorption of neutrons such as parent nuclides on the control rod value cannot be ignored.

本発明の目的は、運転サイクルを通して制御棒価値を向上できる燃料集合体を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a fuel assembly capable of improving control rod worth throughout the operating cycle.

上記した目的を達成する本発明の特徴は、下部燃料支持部材と、上部燃料支持部材と、上部燃料支持部材に上端部が取り付けられて下部燃料支持部材に向かって伸びている筒状のチャンネルボックスと、下端部が下部燃料支持部材に支持されて上端部が上部燃料支持部材に支持され、核燃料物質を含む複数の燃料棒とを備え、複数の燃料スペーサによって束ねられた複数の燃料棒が、チャンネルボックスの内側に配置された燃料集合体であって、
複数の燃料棒が複数の第1燃料棒と第2燃料棒を含んでおり、
第1燃料棒の燃料有効長が燃料集合体の第1燃料有効長であって、前記第2燃料棒の燃料有効長が第1燃料有効長よりも短い第2燃料有効長であり、
第2燃料棒が、内部において、中性子吸収断面積が軽水よりも小さい物質を充填した物質充填領域を、第1燃料有効長の上端から、この上端の下方に位置する第2燃料有効長の上端に亘って形成しており、
第2燃料棒を、チャンネルボックスを構成する複数の側壁部のうち、制御棒と対向する側壁部の内面に面する、最外周領域の部分に配置することにある。
A feature of the present invention which accomplishes the objects set forth above is a lower fuel support member, an upper fuel support member, and a tubular channel box attached at an upper end to the upper fuel support member and extending toward the lower fuel support member. and a plurality of fuel rods having lower ends supported by the lower fuel support member and upper ends supported by the upper fuel support member and containing nuclear fuel material, the plurality of fuel rods bundled by a plurality of fuel spacers; A fuel assembly located inside the channel box,
the plurality of fuel rods includes a plurality of first fuel rods and a second fuel rod;
The active fuel length of the first fuel rod is the first active fuel length of the fuel assembly, and the active fuel length of the second fuel rod is the second active fuel length shorter than the first active fuel length,
The second fuel rod has a material-filled region filled with a material having a neutron absorption cross section smaller than that of light water. is formed over
The second fuel rods are arranged in the outermost peripheral region facing the inner surface of the side wall facing the control rods, among the plurality of side walls forming the channel box.

第2燃料棒が、内部において、中性子吸収断面積が軽水よりも小さい物質を充填した物質充填領域を、第1燃料有効長の上端から、この上端の下方に位置する第2燃料有効長の上端に亘って形成しており、この第2燃料棒を、チャンネルボックスを構成する複数の側壁部のうち、制御棒と対向する側壁部の内面に面する、最外周領域の部分に配置しているので、制御棒と対向する側壁部の内面に面する、最外周領域の部分における軽水が減少して軽水によって吸収される中性子の量が減少し、運転サイクルの末期においても制御棒価値が向上する。このため、運転サイクルを通して制御棒価値を向上させることができる。 The second fuel rod has a material-filled region filled with a material having a neutron absorption cross section smaller than that of light water. The second fuel rods are arranged in the outermost peripheral region facing the inner surface of the side wall facing the control rods among the plurality of side walls constituting the channel box. Therefore, the amount of light water in the outermost peripheral region, which faces the inner surface of the side wall facing the control rod, is reduced, the amount of neutrons absorbed by the light water is reduced, and the control rod value is improved even at the end of the operation cycle. . Therefore, control rod worth can be improved throughout the operating cycle.

上記の目的は、下部燃料支持部材と、上部燃料支持部材と、上部燃料支持部材に上端部が取り付けられて下部燃料支持部材に向かって伸びている筒状のチャンネルボックスと、下端部が下部燃料支持部材に支持されて上端部が上部燃料支持部材に支持され、核燃料物質を含む複数の燃料棒と、上部燃料支持部材の1つのコーナー部に取り付けられてチャンネルボックスを上部燃料支持部材に取り付けているチャンネルファスナとを備え、複数の燃料スペーサによって束ねられた複数の燃料棒が、チャンネルボックスの内側に配置された燃料集合体であって、
複数の燃料棒が複数の第1燃料棒と第2燃料棒を含んでおり、
第1燃料棒の燃料有効長が燃料集合体の第1燃料有効長であって、第2燃料棒の燃料有効長が第1燃料有効長よりも短い第2燃料有効長であり、
第2燃料棒が、内部において、中性子吸収断面積が軽水よりも小さい物質を充填した物質充填領域を、第1燃料有効長の上端から、この上端の下方に位置する第2燃料有効長の上端に亘って形成しており、
第2燃料棒を、チャンネルボックスを構成する複数の側壁部のうち、チャンネルファスナ側のコーナー部から一方向に伸びる側壁部の内面に面している、最外周領域の部分に配置することによっても達成できる。
The above object includes a lower fuel support member, an upper fuel support member, a tubular channel box attached at its upper end to the upper fuel support member and extending toward the lower fuel support member, and a lower end at the lower fuel support member. a plurality of fuel rods supported by support members and having their upper ends supported by the upper fuel support member and containing nuclear fuel material; and a channel box attached to one corner of the upper fuel support member and attached to the upper fuel support member. a fuel assembly having a plurality of fuel rods bound by a plurality of fuel spacers disposed inside a channel box, the fuel assembly comprising:
the plurality of fuel rods includes a plurality of first fuel rods and a second fuel rod;
The active fuel length of the first fuel rod is the first active fuel length of the fuel assembly, and the active fuel length of the second fuel rod is the second active fuel length shorter than the first active fuel length,
The second fuel rod has a material-filled region filled with a material having a neutron absorption cross section smaller than that of light water. is formed over
By arranging the second fuel rods in the outermost peripheral region facing the inner surface of the side wall portion extending in one direction from the corner portion on the side of the channel fastener, among the plurality of side wall portions constituting the channel box. achievable.

第2燃料棒が、内部において、中性子吸収断面積が軽水よりも小さい物質を充填した物質充填領域を、第1燃料有効長の上端から、この上端の下方に位置する第2燃料有効長の上端に亘って形成しており、第2燃料棒を、チャンネルボックスを構成する複数の側壁部のうち、チャンネルファスナ側のコーナー部から一方向に伸びる側壁部の内面に面している、最外周領域の部分に配置するので、チャンネルファスナ側のコーナー部から一方向に伸びる側壁部の内面に面する、最外周領域の部分における軽水が減少して軽水によって吸収される中性子の量が減少し、運転サイクルの末期においても制御棒価値が向上する。このため、運転サイクルを通して制御棒価値を向上させることができる。 The second fuel rod has a material-filled region filled with a material having a neutron absorption cross section smaller than that of light water. and the second fuel rods are formed in the outermost peripheral region facing the inner surface of the side wall portion extending in one direction from the corner portion on the channel fastener side among the plurality of side wall portions constituting the channel box , the amount of light water in the outermost peripheral region facing the inner surface of the side wall portion extending in one direction from the corner portion of the channel fastener side is reduced, the amount of neutrons absorbed by the light water is reduced, and the operation Control rod worth increases even at the end of the cycle. Therefore, control rod worth can be improved throughout the operating cycle.

本発明によれば、運転サイクルを通して制御棒価値を向上させることができる。 According to the present invention, control rod worth can be improved throughout the operating cycle.

本発明の好適な一実施例である、改良型沸騰水型原子力プラントに適用される実施例1の燃料集合体の横断面を示し、図4のI-I断面図である。FIG. 5 is a sectional view taken along line II of FIG. 4, showing a cross section of the fuel assembly of Example 1 applied to an improved boiling water nuclear power plant, which is a preferred example of the present invention; 図1の燃料集合体に含まれる各燃料棒の軸方向における核分裂性プルトニウム富化度分布を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing the fissile plutonium enrichment distribution in the axial direction of each fuel rod included in the fuel assembly of FIG. 1; 図1に示す燃料集合体が装荷される、改良型沸騰水型原子力プラントの原子炉の縦断面図である。2 is a longitudinal cross-sectional view of a reactor of an advanced boiling water nuclear plant loaded with the fuel assemblies shown in FIG. 1; FIG. 図1に示す燃料集合体の縦断面図である。FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the fuel assembly shown in FIG. 1; 図1に示す燃料棒H2のHe充填領域及びガスプレナム付近の縦断面図である。FIG. 2 is a vertical cross-sectional view of the vicinity of the He filling region and gas plenum of the fuel rod H2 shown in FIG. 1; 図5に示す燃料棒H2の他の例である燃料棒H4のガス充填領域及びガスプレナム付近の縦断面図である。FIG. 6 is a vertical cross-sectional view of a fuel rod H4, which is another example of the fuel rod H2 shown in FIG. 5, near a gas filling region and a gas plenum; 図1に示す燃料集合体が装荷された炉心の一部の平面図である。FIG. 2 is a plan view of a portion of the core loaded with the fuel assemblies shown in FIG. 1; 図7のVI-VI断面図である。FIG. 8 is a sectional view taken along line VI-VI of FIG. 7; 沸騰水型原子炉で用いられるケース1の燃料集合体の、部分長燃料棒の上端よりも上方の位置での横断面図である。1 is a cross-sectional view of a Case 1 fuel assembly used in a boiling water reactor at a position above the top of a part length rod; FIG. 沸騰水型原子炉で用いられるケース2の燃料集合体の、部分長燃料棒の上端よりも上方の位置での横断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a Case 2 fuel assembly used in a boiling water reactor at a position above the top of the part length rods; 沸騰水型原子炉で用いられるケース3の燃料集合体の、部分長燃料棒の上端よりも上方の位置での横断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of a Case 3 fuel assembly used in a boiling water reactor at a position above the top of the part length rods; 沸騰水型原子炉で用いられるケース4の燃料集合体の、部分長燃料棒の上端よりも上方の位置での横断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of a Case 4 fuel assembly used in a boiling water nuclear reactor at a position above the top of the part length rods; ケース1~4の燃料集合体の燃焼度平均した制御棒価値の比較の図である。FIG. 5 is a comparison of burnup-averaged control rod worths for fuel assemblies of Cases 1-4. ケース4の燃料集合体水平断面を軸方向上端からある一定範囲設けた際の、制御棒価値の改善率(%)と軸方向範囲の関係を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the control rod worth improvement rate (%) and the axial range when the fuel assembly horizontal cross section of case 4 is provided within a certain range from the axial upper end. 本発明の好適な他の実施例である、改良型沸騰水型原子力プラントに適用される実施例2の燃料集合体に含まれる各燃料棒の軸方向における核分裂性プルトニウム富化度分布を示す説明図である。Explanation showing the fissile plutonium enrichment distribution in the axial direction of each fuel rod contained in the fuel assembly of Example 2 applied to an advanced boiling water nuclear power plant, which is another preferred example of the present invention It is a diagram. 本発明の好適な他の実施例である、改良型沸騰水型原子力プラントに適用される実施例3の燃料集合体の横断面図である。Fig. 10 is a cross-sectional view of a fuel assembly of Example 3 applied to an improved boiling water nuclear power plant, which is another preferred example of the present invention; 図16の燃料集合体に含まれる各燃料棒の軸方向における核分裂性プルトニウム富化度分布を示す説明図である。FIG. 17 is an explanatory diagram showing the fissile plutonium enrichment distribution in the axial direction of each fuel rod included in the fuel assembly of FIG. 16;

本発明者等は、種々の検討を重ね、運転サイクルを通して制御棒価値を向上させることができる新たな燃料集合体を見出した。この検討結果及び新たに見出した燃料集合体の概要について以下に説明する。 The inventors of the present invention have made various studies and found a new fuel assembly that can improve the control rod worth throughout the operation cycle. The results of this study and the outline of the newly found fuel assembly will be described below.

沸騰水型原子炉(BWR)に用いられるMOX燃料集合体に用いられるMOX燃料(ウランとプルトニウムの混合酸化物燃料)において、核分裂性プルトニウムの富化度を高めた場合、前述したように、制御棒価値が減少するという問題が生じる。 When increasing the enrichment of fissile plutonium in MOX fuel (mixed oxide fuel of uranium and plutonium) used in MOX fuel assemblies used in boiling water reactors (BWR), as described above, control The problem arises that the bar value is reduced.

沸騰水型原子炉で用いられる制御棒は、中心軸から四方に伸びる、中性子吸収材を含む4枚のブレードを有する。この制御棒は横断面が十字形をしており、2枚のブレードが、炉心内で、燃料集合体のチャンネルボックス(横断面が正方形状の角筒)の1つのコーナー部から伸びる、チャンネルボックスの2つの側壁部に対向している。なお、そのチャンネルボックスは、4つの側壁部により構成される。 A control rod used in a boiling water reactor has four blades containing neutron absorbing material extending in all directions from a central axis. This control rod has a cruciform cross section, and two blades extend from one corner of the fuel assembly channel box (square tube with a square cross section) in the core. facing the two side walls of the . The channel box is composed of four side walls.

制御棒価値の向上には、燃料集合体内の燃料棒で発生し、燃料集合体相互間に存在する水ギャップ領域等で熱エネルギーまで減速された中性子が、より多く制御棒まで到達し、この制御棒で吸収される必要がある。そのため、燃料集合体の横断面において、チャンネルボックスの側壁部のうち、制御棒と対向する側壁部の内面に面する、最外周領域の部分に、熱中性子を吸収しやすい物質を配置しないという対策が考えられる。熱中性子を吸収しやすい代表的な物質としては、燃料棒に充填されたU235等の核分裂性核種がある。このため、燃料集合体の横断面において、チャンネルボックスの4つの側壁部のうち、制御棒と対向する側壁部の内面に面する、最外周領域の部分に配置される燃料棒に充填された核燃料物質の核分裂性プルトニウムの富化度を低下させることにより、制御棒価値が向上すると考えられる。 In order to improve the value of the control rod, more neutrons generated in the fuel rods in the fuel assemblies and decelerated to thermal energy in the water gap regions between the fuel assemblies reach the control rods. Needs to be absorbed with a stick. Therefore, in the cross section of the fuel assembly, the outermost peripheral region of the side wall of the channel box facing the inner surface of the side wall facing the control rod is not arranged with a material that easily absorbs thermal neutrons. can be considered. Typical substances that easily absorb thermal neutrons include fissionable nuclides such as U235 filled in fuel rods. For this reason, in the cross section of the fuel assembly, among the four side wall portions of the channel box, the nuclear fuel filled in the fuel rods arranged in the outermost peripheral region facing the inner surface of the side wall portion facing the control rods. It is believed that reducing the fissile plutonium enrichment of the material will increase the control rod worth.

また、沸騰水型原子炉で用いられる燃料集合体では、燃料棒内の核燃料物質に含まれる核分裂性核種(例えば、U235,Pu239等)の核分裂によって発生する中性子は、主に水ギャップ領域で減速される。この水ギャップ領域は、燃料集合体相互間に形成される。燃料集合体の最外周領域に配置された燃料棒内の核燃料物質による熱中性子の吸収は、制御棒価値を悪化させる要因となる。その燃料棒内には、U238等の親核種が存在しており、この親核種は、中速中性子を共鳴吸収する。すなわち、チャンネルボックスの4つの側壁部のうち、制御棒と対向する2つの側壁部のそれぞれの内面に面する、最外周領域の部分に配置される燃料棒に充填された核燃料物質の核分裂性プルトニウムの富化度を低下させるだけではなく、核燃料物質を排除することによって、制御棒価値はさらに改善できると考えられる。 In addition, in fuel assemblies used in boiling water reactors, neutrons generated by fission of fissionable nuclides (e.g., U235, Pu239, etc.) contained in the nuclear fuel material in the fuel rods are mainly moderated in the water gap region. be done. This water gap region is formed between the fuel assemblies. Absorption of thermal neutrons by the nuclear fuel material in the fuel rods arranged in the outermost region of the fuel assembly is a factor that deteriorates the control rod worth. A parent nuclide such as U238 is present in the fuel rod, and this parent nuclide resonantly absorbs medium-speed neutrons. That is, of the four side walls of the channel box, the fissile plutonium of the nuclear fuel material filled in the fuel rods arranged in the outermost peripheral region facing the inner surface of each of the two side walls facing the control rods It is believed that control rod worth can be further improved by not only reducing the enrichment of , but also by eliminating nuclear fuel material.

以上に述べたことを考慮すると、チャンネルボックスの、制御棒と対向する2つの側壁部のそれぞれの内面に面する、最外周領域の部分に配置される燃料棒内の核燃料物質の一部を排除することにより、その最外周の部分での熱中性子の吸収量が減り、制御棒価値が向上すると考えられる。ただし、その部分に配置される燃料棒内の一部の核燃料物質を排除する替りに、排除する核燃料物質と同量の軽水をその部分に設けると、最外周領域のその部分でその軽水による熱中性子の吸収が発生する。 In view of what has been said above, some of the nuclear fuel material in the fuel rods located in the outermost region facing the inner surface of each of the two sidewalls of the channel box facing the control rods is eliminated. By doing so, the amount of thermal neutrons absorbed by the outermost periphery is reduced, and the value of the control rod is considered to be improved. However, instead of removing some of the nuclear fuel material in the fuel rods arranged in that part, if light water of the same amount as the nuclear fuel material to be removed is provided in that part, the heat of the light water will be generated in that part of the outermost region. Neutron absorption occurs.

燃料集合体内で核燃料物質による熱中性子の吸収量が少なくなり、特に、燃料集合体内の最外周領域の上記の部分で軽水中の熱中性子束が増大し、その部分における軽水による熱中性子の吸収量が増加する。このため、運転サイクルの末期における制御棒価値が悪化する。 The amount of thermal neutrons absorbed by the nuclear fuel material in the fuel assembly decreases, and in particular, the thermal neutron flux in the light water increases in the above-mentioned portion of the outermost peripheral region in the fuel assembly, and the amount of thermal neutrons absorbed by the light water in that portion. increases. As a result, the control rod worth at the end of the operating cycle deteriorates.

その課題を解消するために、発明者らは、チャンネルボックスを構成する複数の側壁部(例えば、4つの側壁部)のうち、制御棒と対向する2つの側壁部のそれぞれの内面に面する、最外周領域の部分に配置される燃料棒内に、軽水よりも中性子吸収断面積が小さいガスを充填したガス充填領域を形成することを思い付いた。このガス充填領域をそれらの燃料棒内に形成することによって、制御棒価値を効果的に向上できるのではと考えた。 In order to solve the problem, the inventors found that of the plurality of side walls (e.g., four side walls) that make up the channel box, two side walls facing the control rod face the inner surface of each, I came up with the idea of forming a gas-filled region filled with a gas having a neutron absorption cross section smaller than that of light water in the fuel rods arranged in the outermost region. It was thought that the control rod worth could be effectively improved by forming this gas-filled region in those fuel rods.

発明者らは、以上の検討結果を基に、種々の燃料集合体による制御棒価値の向上度合いを評価した。以下にその評価結果について説明する。 Based on the results of the above studies, the inventors evaluated the degree of improvement in control rod worth due to various fuel assemblies. The evaluation results will be described below.

ケース1ないし4の4つのケースのそれぞれに対し、制御棒価値の向上度合いを評価した。ケース1では、一般的な沸騰水型原子炉で使用される燃料集合体、すなわち、図9に示す燃料集合体10Aが用いられる。図9は、燃料集合体10Aの上部、すなわち、燃料集合体10Aの後述の部分長燃料棒の上端よりも上方の位置での横断面を示している。燃料集合体10Aのチャンネルボックス16は、4つの側壁部、すなわち、側壁部16A,16B,16C及び16Dを有し、隣り合う側壁部同士が互いに繋がっている。側壁部16A及び16Bのそれぞれが、水ギャップ領域44内に存在する制御棒33の2枚のブレードのそれぞれと対向している。燃料集合体10Aは、チャンネルボックス16内に、10行10列に配列された複数の燃料棒11を有する。10行10列に配列された全ての燃料棒11は、下端部が下部タイプレート(図示せず)によって支持されて上端部が上部タイプレート(図示せず)によって支持される全長燃料棒12であり、充填された核燃料物質に含まれる核分裂性プルトニウム(Puf)の富化度が5.61wt%である燃料棒1である。チャンネルボックス16内に配置された燃料棒11の本数は、78本である。図9のチャンネルボックス16の内面から2列目の燃料棒配列の、燃料棒を示す丸印が記載されていない位置、及び燃料集合体10Aの横断面の中央部の、燃料棒を示す丸印が記載されていない位置には、全長燃料棒よりも軸方向の長さが短く、下端部が下部タイプレートに支持されて上端部が上部タイプレートに支持されていない部分長燃料棒が配置される。燃料経済性、及び燃料集合体の横断面での出力平坦化のため、2本のウォーターロッドWRが燃料集合体の横断面の中央部に配置される。燃料集合体の横断面において、2本のウォーターロッドWRが占める領域は、8本の燃料棒11の配置が可能な領域に相当する。 For each of the four cases 1 to 4, the degree of improvement in control rod worth was evaluated. In Case 1, a fuel assembly used in a typical boiling water reactor, that is, a fuel assembly 10A shown in FIG. 9 is used. FIG. 9 shows a cross section at the upper portion of the fuel assembly 10A, that is, at a position above the upper ends of the below-described part length rods of the fuel assembly 10A. The channel box 16 of the fuel assembly 10A has four side walls, namely side walls 16A, 16B, 16C and 16D, with adjacent side walls connecting to each other. Each of the sidewalls 16A and 16B faces each of the two blades of the control rod 33 present within the water gap region 44. As shown in FIG. The fuel assembly 10A has a plurality of fuel rods 11 arranged in 10 rows and 10 columns inside a channel box 16 . All the fuel rods 11 arranged in ten rows and ten columns are full length fuel rods 12 whose lower ends are supported by a lower tie plate (not shown) and whose upper ends are supported by an upper tie plate (not shown). and the enrichment of fissile plutonium (Puf) contained in the filled nuclear fuel material is 5.61 wt %. The number of fuel rods 11 arranged in the channel box 16 is 78. Positions of the fuel rod array on the second row from the inner surface of the channel box 16 in FIG. Positions not marked with are part-length rods that are shorter in axial length than full-length rods, with lower ends supported by the lower tie plate and upper ends not supported by the upper tie plate. be. Two water rods WR are placed in the center of the fuel assembly cross-section for fuel economy and power flattening across the fuel assembly cross-section. In the cross section of the fuel assembly, the area occupied by the two water rods WR corresponds to the area where eight fuel rods 11 can be arranged.

後述の燃料集合体10Bないし10Dのそれぞれの燃料集合体でも、燃料集合体10Aの横断面と同じ位置に部分長燃料棒が配置される。 Fuel assemblies 10B to 10D, which will be described later, also have part-length fuel rods arranged at the same position as the cross section of the fuel assembly 10A.

以降に述べるケース2ないし4の各燃料集合体10Bないし10Dのそれぞれも、プルトニウム装荷量を同等にするため、燃料棒11の本数をケース1の燃料集合体10Aと同じにしている。図10、図11および図12のそれぞれは、燃料集合体10B,10C及び10Dのそれぞれにおける、部分長燃料棒の上端より上方の位置での横断面を示している。 Each of the fuel assemblies 10B to 10D of Cases 2 to 4, which will be described later, has the same number of fuel rods 11 as the fuel assembly 10A of Case 1 in order to equalize the plutonium loading. 10, 11 and 12 each show a cross section at a position above the top of the part length rods in each of the fuel assemblies 10B, 10C and 10D.

ケース2では、図10に示す燃料集合体10Bが用いられる。燃料集合体10Bは、燃料集合体10Aと同様に、10行10列に配列された複数の燃料棒11として全長燃料棒12を用いている。燃料集合体10Aでは、チャンネルボックス16の内面に隣接する最外周領域35、及び最外周領域35よりも内側の中央領域のそれぞれに配置される燃料棒11は、それぞれ燃料棒1であって核燃料物質に含まれる核分裂性プルトニウムの富化度が5.61wt%と同じであるのに対し、燃料集合体10Bでは、最外周領域35に配置される燃料棒11は全て燃料棒3であり、最外周領域35よりも内側の中央領域に配置される燃料棒11は全て燃料棒2である。各燃料棒3に充填された核燃料物質に含まれる核分裂性プルトニウムの富化度は、前述の燃料棒1に充填された核燃料物質のその富化度よりも低く、4.30wt%であり、各燃料棒2に充填された核燃料物質に含まれる核分裂性プルトニウムの富化度は、前述の燃料棒1に充填された核燃料物質のその富化度よりも高く、6.73wt%である。燃料集合体10Bでは、最外周領域35に配置される燃料棒3の核分裂性プルトニウムの富化度は、中央領域に配置される燃料棒2の核分裂性プルトニウムの富化度よりも低くなっている。しかしながら、燃料集合体10Bにおける核分裂性プルトニウムの平均富化度は、燃料集合体10Aにおける核分裂性プルトニウムの平均富化度と同じである。 In case 2, the fuel assembly 10B shown in FIG. 10 is used. Like the fuel assembly 10A, the fuel assembly 10B uses full-length fuel rods 12 as a plurality of fuel rods 11 arranged in 10 rows and 10 columns. In the fuel assembly 10A, the fuel rods 11 arranged in the outermost peripheral region 35 adjacent to the inner surface of the channel box 16 and the central region inside the outermost peripheral region 35 are respectively fuel rods 1 and nuclear fuel material. The enrichment of fissile plutonium contained in the fuel assembly 10B is the same as 5.61 wt%, whereas in the fuel assembly 10B, all the fuel rods 11 arranged in the outermost peripheral region 35 are fuel rods 3, and the outermost peripheral All of the fuel rods 11 arranged in the central region inside the region 35 are the fuel rods 2 . The enrichment of fissile plutonium contained in the nuclear fuel material filled in each fuel rod 3 is 4.30 wt%, which is lower than the enrichment of the nuclear fuel material filled in the fuel rod 1 described above. The enrichment of fissile plutonium contained in the nuclear fuel material filled in the fuel rod 2 is higher than that of the nuclear fuel material filled in the fuel rod 1 described above, and is 6.73 wt%. In the fuel assembly 10B, the fissile plutonium enrichment of the fuel rods 3 arranged in the outermost region 35 is lower than the fissile plutonium enrichment of the fuel rods 2 arranged in the central region. . However, the average enrichment of fissile plutonium in fuel assembly 10B is the same as the average enrichment of fissile plutonium in fuel assembly 10A.

燃料集合体10Bでも、この燃料集合体の横断面の中央部に、燃料集合体10AのウォーターロッドWRと同じ太さを有する2本のウォーターロッドWRを配置している。 In the fuel assembly 10B as well, two water rods WR having the same thickness as the water rods WR of the fuel assembly 10A are arranged in the central portion of the cross section of this fuel assembly.

ケース3では、図11に示す燃料集合体10Cが用いられる。燃料集合体10Cは、ケース1の燃料集合体10Aの横断面の中央に配置された2本のウォーターロッドWRの替りに燃料棒11の外径と同じ外径を有する8本のウォーターロッドWRを有している。燃料集合体10Cは、燃料集合体10Aの横断面の中央部で2本のウォーターロッドWRが配置された位置に8本の燃料棒1を配置し、8本のウォーターロッドWRは、チャンネルボックス16の、制御棒33と対向する2つの側壁部16A及び16Bの各内面に面する最外周領域35のそれぞれの部分に、4本ずつ分けて配置される。78本の燃料棒1及び8本のウォーターロッドWRが、図11に示すように、10行10列に配列されている。燃料棒1の核分裂性プルトニウムの富化度は、燃料集合体10Aと同じく5.61wt%である。また、燃料集合体10Cにおける核分裂性プルトニウムの平均富化度は、燃料集合体10Aにおける核分裂性プルトニウムの平均富化度と同じである。 In case 3, the fuel assembly 10C shown in FIG. 11 is used. The fuel assembly 10C has eight water rods WR having the same outer diameter as the fuel rods 11 instead of the two water rods WR arranged in the center of the cross section of the fuel assembly 10A of the case 1. have. In the fuel assembly 10C, eight fuel rods 1 are arranged at positions where two water rods WR are arranged in the central portion of the cross section of the fuel assembly 10A, and the eight water rods WR are arranged in a channel box 16. , four of them are arranged in each portion of the outermost peripheral region 35 facing the inner surfaces of the two side wall portions 16A and 16B facing the control rod 33. As shown in FIG. 78 fuel rods 1 and 8 water rods WR are arranged in 10 rows and 10 columns as shown in FIG. The fissile plutonium enrichment of the fuel rod 1 is 5.61 wt %, the same as that of the fuel assembly 10A. The average fissile plutonium enrichment in the fuel assembly 10C is the same as the average fissile plutonium enrichment in the fuel assembly 10A.

ケース4では、図12に示す燃料集合体10Dが用いられる。燃料集合体10Dは、燃料集合体10Cにおいてチャンネルボックス16の4つの側壁部のうち、制御棒33と対向する2つの側壁部16A及び16Bの各内面に面する、最外周領域35のそれぞれの部分で、ウォーターロッドWRが配置された各位置に燃料棒H1を配置している。すなわち、燃料集合体10Dは、チャンネルボックス16の2つの側壁部16A及び16Bの各内面に面する、最外周領域35のそれぞれの部分に燃料棒H1を配置している。燃料集合体10Dでは、78本の燃料棒1及び8本の燃料棒H1が、図12に示すように、10行10列に配列されている。燃料棒1及び燃料棒H1のそれぞれの核分裂性プルトニウムの富化度は、燃料集合体10Aと同じく5.61wt%である。燃料集合体10Dにおける核分裂性プルトニウムの平均富化度も、燃料集合体10Aにおける核分裂性プルトニウムの平均富化度と同じである。燃料棒H1は、内部に核分裂性プルトニウムを含むMOX燃料(核燃料物質)を充填した核燃料物質充填領域、及びガス充填領域である、ヘリウムガスを充填したHe充填領域を形成しており、その核燃料物質充填領域及びHe充填領域のそれぞれのノード数は図2に示す燃料棒H2におけるそれらの領域のノード数と同じである。 In case 4, the fuel assembly 10D shown in FIG. 12 is used. In the fuel assembly 10D, each portion of the outermost peripheral region 35 facing the inner surface of each of the two side wall portions 16A and 16B facing the control rods 33 among the four side wall portions of the channel box 16 in the fuel assembly 10C. , a fuel rod H1 is arranged at each position where the water rod WR is arranged. That is, in the fuel assembly 10D, fuel rods H1 are arranged in respective portions of the outermost peripheral region 35 facing the inner surfaces of the two side wall portions 16A and 16B of the channel box 16. As shown in FIG. In the fuel assembly 10D, 78 fuel rods 1 and 8 fuel rods H1 are arranged in 10 rows and 10 columns as shown in FIG. The fissile plutonium enrichment of each of the fuel rods 1 and H1 is 5.61 wt%, the same as that of the fuel assembly 10A. The average fissile plutonium enrichment in the fuel assembly 10D is also the same as the average fissile plutonium enrichment in the fuel assembly 10A. The fuel rod H1 forms a nuclear fuel material filling region filled with MOX fuel (nuclear fuel material) containing fissile plutonium inside, and a He filling region filled with helium gas, which is a gas filling region. The number of nodes in each of the fill region and He fill region is the same as the number of nodes in those regions in fuel rod H2 shown in FIG.

以上のケース1~ケース4の各燃料集合体について、燃料集合体の冷温時における制御棒価値を求め、燃焼度に対応して変化する制御棒価値の平均値を求めた。この得られた制御棒価値の平均値を図13に示す。図13に示されたケース1~4のそれぞれの燃料集合体に対する各制御棒価値は、燃料集合体10Aの、部分長燃料棒の上端よりも上方における図9に示された横断面での燃料棒配置、燃料集合体10Bの、部分長燃料棒の上端よりも上方における図10に示された横断面での燃料棒配置、燃料集合体10Cの、部分長燃料棒の上端よりも上方における図11に示された横断面での燃料棒配置、及び燃料集合体10Dの、部分長燃料棒の上端よりも上方における図12に示された横断面での燃料棒配置が各燃料集合体の軸方向において持続されるとして求められた。 For each of the fuel assemblies of Cases 1 to 4 above, the control rod worth was obtained when the fuel assembly was cold, and the average value of the control rod worth that varies with burnup was obtained. FIG. 13 shows the average values of the obtained control rod worths. Each control rod value for each of the fuel bundles of cases 1-4 shown in FIG. Rod Arrangement, fuel assembly 10B above the top of the part length rods, fuel rod arrangement in the cross section shown in FIG. 10, fuel assembly 10C above the top of the part length rods. 11, and for fuel assembly 10D above the tops of the part length rods, the cross section shown in FIG. Called as sustained in direction.

ケース1~4のうち、ケース4の、チャンネルボックス16の4つの側壁部のうち、制御棒と対向する2つの側壁部の各内面に面する、最外周領域35のそれぞれの部分に、燃料棒H1を配置している燃料集合体10D(ケース4)で、制御棒価値が最も大きくなった。燃料集合体10Dで制御棒価値が最も大きくなる理由は、上記のように最外周領域35に配置された燃料棒H1の作用により、最外周領域35での核分裂性核種による熱中性子の吸収、U238等の親核種による中速中性子の吸収、及び軽水による中性子の吸収が減少するからである。 Of the four side walls of the channel box 16, of the cases 1 to 4, each part of the outermost peripheral region 35 facing the inner surface of each of the two side walls facing the control rods is provided with a fuel rod. The fuel assembly 10D (Case 4) in which H1 is arranged has the largest control rod worth. The reason why the control rod worth is the largest in the fuel assembly 10D is that the fuel rods H1 arranged in the outermost peripheral region 35 as described above absorb thermal neutrons by fissile nuclides in the outermost peripheral region 35, U238 This is because the absorption of medium-velocity neutrons by parent nuclides such as , and the absorption of neutrons by light water is reduced.

次に、発明者らは、炉心の反応度を効率的に抑制するために、ケース4の燃料集合体10Dにおいて図12に示す横断面を軸方向のどの部分に設置するかを検討した。 Next, in order to efficiently suppress the reactivity of the core, the inventors studied where in the axial direction the cross section shown in FIG.

一般的に、冷温時の炉心においては、中性子束のピークは炉心の軸方向において上部に存在する。そのため、燃料集合体10Dの、部分長燃料棒の上端よりも上方における図12に示された横断面での燃料棒配置を、軸方向において、燃料集合体10Dの上部に形成することにより、炉心の反応度を効率的に抑制できると考えられる。 Generally, in a cold core, the peak of neutron flux exists in the upper part in the axial direction of the core. Therefore, by forming the fuel rod arrangement in the cross section shown in FIG. It is considered that the reactivity of

以上の検討を反映し、発明者らは、燃料集合体10Dの上記の横断面での燃料棒配置を、燃料集合体10Dの燃料有効長(第1燃料有効長)の上端からその下端に向かってどの程度の範囲に形成すればよいかを見極めるために、その燃料有効長の上端から下方に向かって、ノードに対応した制御棒価値の改善率を求め、この改善率がどのように変化するかを確認した。なお、炉心に装荷した燃料集合体が全てMOX燃料集合体である全MOX平衡炉心の冷温時の出力分布を用いることによって、燃料集合体10Dの、特定のノードにおける横断面を変更した際の制御棒価値の改善率を求めることができる。なお、プルトニウムを含んでいる燃料集合体10Dの燃料有効長(第1燃料有効長)を軸方向において24分割したときの一つが1ノードであり、この燃料有効長は24ノードとなる。燃料集合体10Dの燃料有効長をLとしたとき、その1ノードの長さはL/24である。 Reflecting the above considerations, the inventors arranged the fuel rod arrangement in the cross section of the fuel assembly 10D from the upper end of the effective fuel length (first effective fuel length) of the fuel assembly 10D toward the lower end. In order to ascertain to what extent the fuel effective length should be formed, the improvement rate of the control rod worth corresponding to the node is obtained downward from the upper end of the effective fuel length, and how this improvement rate changes I checked whether In addition, by using the power distribution at the cold temperature of the entire MOX equilibrium core in which all the fuel assemblies loaded in the core are MOX fuel assemblies, the control when changing the cross section at a specific node of the fuel assembly 10D is performed. The percentage improvement in bar value can be determined. When the active fuel length (first active fuel length) of the fuel assembly 10D containing plutonium is divided into 24 in the axial direction, one node is 1 node, and the active fuel length is 24 nodes. Assuming that the effective fuel length of the fuel assembly 10D is L, the length of one node is L/24.

燃料棒の燃料有効長は、燃料棒内で核燃料物質が充填されている領域の軸方向の長さである。また、燃料集合体の燃料有効長(第1燃料有効長)は、燃料集合体内で核燃料物質が存在している領域の軸方向の長さである。燃料集合体に燃料有効長が異なる複数の燃料棒が含まれている場合には、燃料有効長が最も長い燃料棒における燃料有効長が、その燃料集合体の燃料有効長となる。燃料有効長Lは、燃料集合体の燃料有効長及びこの燃料有効長と同じである燃料棒の燃料有効長を表している。 The active fuel length of a fuel rod is the axial length of the region within the fuel rod that is filled with nuclear fuel material. The effective fuel length (first effective fuel length) of the fuel assembly is the length in the axial direction of the region in which the nuclear fuel material exists within the fuel assembly. When a fuel assembly includes a plurality of fuel rods having different effective fuel lengths, the effective fuel length of the fuel rod having the longest effective fuel length is the effective fuel length of the fuel assembly. The active fuel length L represents the active fuel length of the fuel assembly and the active fuel length of the fuel rod which is the same as the active fuel length.

燃料集合体10Dの燃料有効長の24ノードに亘って、燃料集合体10Dの部分長燃料棒の上端よりも上方の位置での図12に示された横断面における燃料棒配置が形成されたときの、制御棒価値の改善率を100%とする場合において、図12に示された横断面におけるその燃料棒配置が、燃料集合体10Dの燃料有効長の上端から下方に向かう或るノード範囲で形成された際の、そのノード範囲に対する制御棒価値の改善率(%)の変化を、図14に示す。 When the fuel rod arrangement in the cross section shown in FIG. 12 above the upper ends of the part length rods of the fuel assembly 10D is formed over the 24 nodes of the active fuel length of the fuel assembly 10D. , when the control rod worth improvement rate is 100%, the fuel rod arrangement in the cross section shown in FIG. The change in percentage improvement in control rod worth for that node range as formed is shown in FIG.

燃料集合体10Dの、部分長燃料棒の上端よりも上方の位置での図12に示された横断面における燃料棒配置を、燃料有効長の上端から下方に向かう18ノードの範囲に形成すれば、すなわち、チャンネルボックス16の4つの側壁部のうち、制御棒と対向する2つの側壁部の各内面に面する、最外周領域35のそれぞれの部分に配置される複数の燃料棒H1の、燃料集合体10Dの燃料有効長の上端から下方に向かって伸びるHe充填領域の軸方向の長さを、18ノード(18L/24)にすれば、制御棒価値の改善率は、図14に示すように、100%まで向上する。チャンネルボックス16の、制御棒と対向する2つの側壁部の各内面に面する、最外周領域35のそれぞれの部分に配置される複数の燃料棒H1のHe充填領域の長さを、18ノード(18L/24)を超える長さにしても、燃料集合体10Dの燃料インベントリーがさらに減少するだけであり、制御棒価値の改善率はさらに向上しない。 If the fuel rod arrangement in the cross section shown in FIG. 12 at a position above the upper end of the part length fuel rods of the fuel assembly 10D is formed in the range of 18 nodes downward from the upper end of the active fuel length, That is, of the four side wall portions of the channel box 16, the fuel of the plurality of fuel rods H1 arranged in the respective portions of the outermost peripheral region 35 facing the inner surfaces of the two side wall portions facing the control rods. If the axial length of the He filling region extending downward from the upper end of the effective fuel length of the assembly 10D is set to 18 nodes (18L/24), the control rod worth improvement rate is as shown in FIG. to 100%. 18 nodes ( Lengths greater than 18L/24) only further reduce the fuel inventory of the fuel assembly 10D and do not further improve the rate of control rod worth improvement.

燃料集合体10Dにおいて、チャンネルボックス16の、制御棒と対向する2つの側壁部の各内面に面する、最外周領域35のそれぞれの部分に配置される複数の燃料棒H1において、燃料集合体10Dの燃料有効長の上端から下方に向かって伸びるHe充填領域の軸方向の長さを、2ノード(2L/24)以上にすれば、制御棒価値の改善率は、図14に示すように、著しく増加する。ここで、制御棒価値の改善率とは、He充填領域の軸方向の長さを「0」であるときの制御棒価値に対する制御棒価値の増加割合である。なお、He充填領域の軸方向の長さを「0」であるときの制御棒価値は0%である。 In the fuel assembly 10D, in the plurality of fuel rods H1 arranged in the respective portions of the outermost peripheral region 35 facing the inner surfaces of the two side walls of the channel box 16 facing the control rods, the fuel assembly 10D If the axial length of the He filling region extending downward from the upper end of the effective fuel length of is set to 2 nodes (2L/24) or more, the control rod worth improvement rate is, as shown in FIG. increase significantly. Here, the improvement rate of the control rod worth is the rate of increase of the control rod worth with respect to the control rod worth when the axial length of the He-filled region is "0". The control rod worth is 0% when the axial length of the He-filled region is "0".

このため、燃料棒H1を含む燃料集合体10Dでは、チャンネルボックス16のそれらの側壁部の各内面に面する最外周領域35のそれぞれの部分に配置される複数の燃料棒H1の、燃料集合体10Dの燃料有効長の上端から下方に向かって伸びるHe充填領域の軸方向の長さを、2ノード(2L/24)以上18ノード(18L/24)以下の範囲内の長さにすればよい。これにより、制御棒価値は著しく向上する。 For this reason, in the fuel assembly 10D including the fuel rods H1, the fuel assembly of the plurality of fuel rods H1 arranged in the respective portions of the outermost peripheral region 35 facing the inner surfaces of the side walls of the channel box 16. The length in the axial direction of the He-filled region extending downward from the upper end of the 10D effective fuel length should be within the range of 2 nodes (2L/24) or more and 18 nodes (18L/24) or less. . This significantly improves control rod worth.

また、「チャンネルボックス16のそれらの側壁部の各内面に面する最外周領域35のそれぞれの部分に配置される複数の燃料棒H1の、燃料集合体10Dの燃料有効長の上端から下方に向かって伸びるHe充填領域の軸方向の長さを、2ノード(2L/24)以上18ノード(18L/24)以下の範囲内の長さにする」ことは、「ガス充填領域の下端と燃料棒H1の燃料有効長(第2燃料有効長)の上端との境界の位置が、燃料集合体10Dの燃料有効長(第1燃料有効長)の上端から2L/24だけ下方に位置する位置と、第1燃料有効長の上端から18L/24だけ下方に位置する位置の範囲内に存在する位置である」ことに該当する。 In addition, "a plurality of fuel rods H1 arranged in the respective portions of the outermost peripheral region 35 facing the inner surfaces of the side walls of the channel box 16, downward from the upper end of the effective fuel length of the fuel assembly 10D. The axial length of the He-filled region extending from the bottom of the gas-filled region to the length within the range of 2 nodes (2L/24) or more and 18 nodes (18L/24) or less. The position of the boundary between H1 and the upper end of the effective fuel length (second effective fuel length) is located 2L/24 downward from the upper end of the effective fuel length (first effective fuel length) of the fuel assembly 10D; It is a position that exists within the range of positions that are positioned downward by 18L/24 from the upper end of the first effective fuel length."

チャンネルボックス16の4つの側壁部のうち、制御棒と対向する2つの側壁部の各内面に面する、最外周領域35のそれぞれの部分に配置された燃料棒H1の、燃料集合体10Dの燃料有効長の上端から下方に向かって伸びるHe充填領域の軸方向の長さを、7ノード(7L/24)の長さにすれば、図14において点線で示すように、制御棒価値の改善率は、50%を超える。 Of the four side walls of the channel box 16, the fuel of the fuel assembly 10D of the fuel rods H1 arranged in the respective portions of the outermost peripheral region 35 facing the inner surfaces of the two side walls facing the control rods. If the axial length of the He-filled region extending downward from the upper end of the effective length is set to the length of 7 nodes (7L/24), as shown by the dotted line in FIG. is greater than 50%.

好ましくは、そのHe充填領域の軸方向の長さを、7ノード(7L/24)以上18ノード(18L/24)以下の範囲内の長さにすることよって、制御棒価値の改善率を50%を超え100%以下の範囲内にすることができ、制御棒価値がさらに向上する。 Preferably, the axial length of the He filling region is within the range of 7 nodes (7L/24) or more and 18 nodes (18L/24) or less, so that the control rod worth improvement rate is 50%. % to 100% or less, which further improves the control rod worth.

また、「そのHe充填領域の軸方向の長さを、7ノード(7L/24)以上18ノード(18L/24)以下の範囲内の長さにする」ことは、「第2燃料有効長の上端とHe充填領域の下端の境界の位置が、第1燃料有効長の上端から7L/24だけ下方に位置する位置と、第1燃料有効長の上端から18L/24だけ下方に位置する位置の範囲内に存在する位置である」ことに該当する。 Further, "making the axial length of the He filling region within the range of 7 nodes (7L/24) or more and 18 nodes (18L/24) or less" means "the second fuel effective length The position of the boundary between the upper end and the lower end of the He filling region is located at a position located downward by 7L/24 from the upper end of the first effective fuel length and at a position located downward by 18L/24 from the upper end of the first effective fuel length. It is a position that exists within the range".

He充填領域は、中性子吸収断面積が軽水よりも小さいガスを充填したガス充填領域である。このガス充填領域に充填される、中性子吸収断面積が軽水よりも小さいガスとしては、Heガス、アルゴンガス、窒素ガス、酸素ガス及び空気のいずれかが用いられる。 The He-filled region is a gas-filled region filled with a gas having a neutron absorption cross section smaller than that of light water. Any of He gas, argon gas, nitrogen gas, oxygen gas, and air is used as the gas having a smaller neutron absorption cross-section than that of light water, which is filled in the gas-filled region.

中性子吸収断面積が軽水よりも小さいガスの替りに、中性子吸収断面積が軽水よりも小さい固体物質を用いても、中性子吸収断面積が軽水よりも小さいガス、例えば、Heガスで生じる効果を得ることができる。中性子吸収断面積が軽水よりも小さい固体物質としては、黒鉛、ベリリウム、酸化ベリリウム及び炭化ベリリウムのいずれかが用いられる。中性子吸収断面積が軽水よりも小さいガス及び中性子吸収断面積が軽水よりも小さい固体物質は、中性子吸収断面積が軽水よりも小さい物質である。なお、中性子吸収断面積が軽水よりも小さい物質としては、中性子吸収断面積が軽水よりも小さいガス及び中性子吸収断面積が軽水よりも小さい固体物質の少なくとも一つを用いるとよい。 Even if a solid substance with a neutron absorption cross section smaller than that of light water is used instead of a gas with a neutron absorption cross section smaller than that of light water, the effect produced by a gas with a neutron absorption cross section smaller than that of light water, such as He gas, is obtained. be able to. Any one of graphite, beryllium, beryllium oxide, and beryllium carbide is used as the solid material having a neutron absorption cross section smaller than that of light water. A gas with a neutron absorption cross section smaller than that of light water and a solid material with a neutron absorption cross section smaller than that of light water are materials with a neutron absorption cross section smaller than that of light water. As the substance having a neutron absorption cross section smaller than that of light water, at least one of a gas having a neutron absorption cross section smaller than that of light water and a solid substance having a neutron absorption cross section smaller than that of light water may be used.

中性子吸収断面積が軽水よりも小さいガス及び中性子吸収断面積が軽水よりも小さい固体物質等の、中性子吸収断面積が軽水よりも小さい物質の充填領域(物質充填領域)の、燃料集合体の燃料有効長Lの上端から下方に向かって伸びる軸方向の長さは、2L/24以上18L/24以下の範囲内の長さである。その物質充填領域の軸方向の長さは、好ましくは、7L/24以上18L/24以下の範囲内の長さである。 Fuel in a fuel assembly in a filling region (material filling region) of a material with a neutron absorption cross section smaller than that of light water, such as a gas with a neutron absorption cross section smaller than that of light water and a solid material with a neutron absorption cross section smaller than that of light water. The length in the axial direction extending downward from the upper end of the effective length L is within the range of 2L/24 or more and 18L/24 or less. The axial length of the material-filled region is preferably in the range of 7 L/24 to 18 L/24.

上記の検討結果を反映した、本発明の好適な実施例を、以下に図面を用いて説明する。 A preferred embodiment of the present invention reflecting the above study results will be described below with reference to the drawings.

本発明の好適な一実施例である、改良型沸騰水型原子力プラントに適用される実施例1の燃料集合体を、図1、図2及び図4を用いて説明する。 A fuel assembly of Example 1 applied to an improved boiling water nuclear power plant, which is a preferred example of the present invention, will be described with reference to FIGS. 1, 2 and 4. FIG.

本実施例の燃料集合体を説明する前に、この燃料集合体が適用される改良型沸騰水型原子力プラント(ABWRプラント)の原子炉の概略構造を、図3に基づいて説明する。この原子炉20は、原子炉圧力容器21を有し、複数の燃料集合体(図示せず)が装荷された炉心23を原子炉圧力容器21内に配置している。原子炉圧力容器21内において、円筒状の炉心シュラウド22が炉心23を取り囲む。さらに、炉心23の上方に配置された上部格子板24が炉心シュラウド22に取り付けられ、炉心23の下方に配置された炉心支持板25が炉心シュラウド22に取り付けられる。原子炉圧力容器21内で上部格子板24よりも上方に配置された気水分離器26が、炉心シュラウド22の上端部に設置される。さらに、蒸気乾燥器27が、気水分離器26の上方に配置されて原子炉圧力容器21の内面に設置される。 Before describing the fuel assembly of this embodiment, the schematic structure of a nuclear reactor of an advanced boiling water nuclear power plant (ABWR plant) to which this fuel assembly is applied will be described with reference to FIG. This nuclear reactor 20 has a reactor pressure vessel 21 in which a core 23 loaded with a plurality of fuel assemblies (not shown) is arranged. A cylindrical core shroud 22 surrounds a core 23 within a reactor pressure vessel 21 . Furthermore, an upper lattice plate 24 arranged above the core 23 is attached to the core shroud 22 , and a core support plate 25 arranged below the core 23 is attached to the core shroud 22 . A steam separator 26 located above the upper grid plate 24 in the reactor pressure vessel 21 is installed at the upper end of the core shroud 22 . Furthermore, a steam dryer 27 is arranged above the steam separator 26 and installed on the inner surface of the reactor pressure vessel 21 .

環状のダウンカマ28が、炉心シュラウド22の外面と原子炉圧力容器21の内面の間に形成される。ダウンカマ28内に配置されたインターナルポンプ30が、原子炉圧力容器21の底部を貫通して下方に向かって伸びており、原子炉圧力容器21に取り付けられる。主蒸気配管31および給水配管32が、原子炉圧力容器21に接続される。 An annular downcomer 28 is formed between the outer surface of the core shroud 22 and the inner surface of the reactor pressure vessel 21 . An internal pump 30 located within the downcomer 28 extends downward through the bottom of the reactor pressure vessel 21 and is attached to the reactor pressure vessel 21 . A main steam line 31 and a feedwater line 32 are connected to the reactor pressure vessel 21 .

下部プレナム29が、原子炉圧力容器21内で炉心23の下方に形成される。下部プレナム29には、複数の制御棒案内管(図示せず)が配置されている。燃料集合体10(図1参照)の核分裂を制御する、横断面が十字形をしている制御棒33(図11参照)が、それらの制御棒案内管内に別々に配置される。複数の制御棒駆動機構ハウジング(図示せず)が、原子炉圧力容器21の底部に取り付けられ、その底部から下方に向かって伸びている。制御棒駆動機構(図示せず)が、それぞれの制御棒駆動機構ハウジング内に配置され、制御棒33に連結されている。制御棒33は中性子吸収材を含む4枚のブレードを有し、4枚のブレードは制御棒の中心軸から四方に向かって伸びている。 A lower plenum 29 is formed within the reactor pressure vessel 21 below the core 23 . A plurality of control rod guide tubes (not shown) are arranged in the lower plenum 29 . Control rods 33 (see FIG. 11) having a cruciform cross-section, which control the fission of the fuel assembly 10 (see FIG. 1), are arranged separately in their control rod guide tubes. A plurality of control rod drive mechanism housings (not shown) are attached to the bottom of reactor pressure vessel 21 and extend downwardly therefrom. Control rod drives (not shown) are disposed within respective control rod drive housings and are coupled to control rods 33 . The control rod 33 has four blades containing neutron absorbing material, and the four blades extend in all directions from the central axis of the control rod.

炉心23に装荷された複数の燃料集合体10は、図4に示すように、複数の燃料棒11、上部タイプレート(上部燃料支持部材)14、下部タイプレート15(下部燃料支持部材)、軸方向に配置された複数の燃料スペーサ17、及びチャンネルボックス16を有する。 A plurality of fuel assemblies 10 loaded in the core 23, as shown in FIG. It has a plurality of vertically arranged fuel spacers 17 and a channel box 16 .

複数の燃料棒11は、下端部が下部タイプレート15に支持されて上端部が上部タイプレート14に支持される複数の全長燃料棒12、及び軸方向の長さが全長燃料棒12よりも短く、下端部が下部タイプレート(下部燃料支持部材)15に支持されて上端部が上部タイプレート(上部燃料支持部材)14に支持されていない複数の部分長燃料棒13を含んでいる。 The plurality of fuel rods 11 includes a plurality of full-length fuel rods 12 having lower ends supported by a lower tie plate 15 and upper ends supported by an upper tie plate 14, and an axial length shorter than the full-length fuel rods 12. , a plurality of part length fuel rods 13 supported at their lower ends by a lower tie plate (lower fuel support member) 15 and unsupported at their upper ends by an upper tie plate (upper fuel support member) 14 .

全長燃料棒12及び部分長燃料棒13は、被覆管(図示せず)を有し、この被覆管の下端部を下部端栓(図示せず)で封鎖して被覆管の上端部を上部端栓(図示せず)で封鎖し、核燃料物質を用いて製造された複数の燃料ペレット(図示せず)を被覆管内に充填して構成される。ガスプレナム(図示せず)が、被覆管内で、それらの燃料ペレットが充填された領域の上方に形成される。 The full length fuel rods 12 and the part length fuel rods 13 have a cladding tube (not shown) with a lower end plug (not shown) closing the upper end of the cladding tube to the upper end. The cladding tube is closed with a plug (not shown) and filled with a plurality of fuel pellets (not shown) made from nuclear fuel material. A gas plenum (not shown) is formed within the cladding tube above the region filled with those fuel pellets.

全ての燃料棒11は、相互間に冷却水流路となる所定幅のスペースを形成するように、燃料棒11の軸方向において所定の間隔に配置された複数の燃料スペーサ17によって束ねられている。複数の燃料スペーサ17によって束ねられた燃料棒11の束は、横断面が正方形状の角筒であるチャンネルボックス16内に配置される。このチャンネルボックス16は、互いに繋がっている4つの側壁部16A,16B,16C及び16Dにより構成されている。側壁部16A,16B,16C及び16Dを有するチャンネルボックス16は、横断面が正方形状の角筒である。チャンネルボックス16は、上端部が上部タイプレート14に取り付けられ、上部タイプレート14から下部タイプレート15に向かって伸びている。チャンネルボックス16は、上部タイプレート14及び下部タイプレート15のそれぞれの側面を取り囲んでいる。ハンドル20Aが、上部タイプレート14の上面に設けられ、上部タイプレート14から上方に向かって伸びている。 All the fuel rods 11 are bundled by a plurality of fuel spacers 17 arranged at predetermined intervals in the axial direction of the fuel rods 11 so as to form a space of a predetermined width serving as a cooling water flow path between them. A bundle of fuel rods 11 bundled by a plurality of fuel spacers 17 is arranged in a channel box 16 which is a rectangular tube having a square cross section. The channel box 16 is composed of four side walls 16A, 16B, 16C and 16D that are connected to each other. A channel box 16 having side walls 16A, 16B, 16C, and 16D is a rectangular tube having a square cross section. A channel box 16 is attached at its upper end to the upper tie plate 14 and extends from the upper tie plate 14 towards the lower tie plate 15 . A channel box 16 surrounds each side of the upper tie plate 14 and lower tie plate 15 . A handle 20A is provided on the upper surface of the upper tie plate 14 and extends upwardly from the upper tie plate 14 .

チャンネルボックス16の上部タイプレート14への取り付けは、チャンネルファスナ18によって行われる。チャンネルボックス16の上端部に設けられたチャンネルクリップ43A及び43B(図7参照)のそれぞれが、上部タイプレート14の4つのコーナー部のうちで2つのコーナー部に設けられ上部タイプレート14の上面から上方に向かって伸びる2つのポストの上に置かれる。上部タイプレート14の4つのコーナー部のうちで制御棒33側に位置する1つのポスト14Aの上に置かれた、チャンネルボックス16の上端部の1つのコーナー部に設けられたチャンネルクリップ43A(図7及び図8参照)が、チャンネルファスナ18に係合されたねじ19Aによりポスト14Aに取り外し可能に固定される(図8参照)。このように、チャンネルファスナ18は、チャンネルボックス16をポスト14Aに固定される。他のチャンネルクリップ43Bが、チャンネルボックス16の横断面において、チャンネルクリップ43Aが設けられた、チャンネルボックス16の一つのコーナー部を通る対角線方向でそのコーナー部と対向する他のコーナー部でチャンネルボックス16の上端部に取り付けられている。チャンネルクリップ43Bは、上部タイプレート14の上面から上方に向かって伸びる他のポストの上に置かれる。 Attachment of the channel box 16 to the upper tie plate 14 is accomplished by channel fasteners 18 . Channel clips 43A and 43B (see FIG. 7) provided at the upper end of the channel box 16 are provided at two corners among the four corners of the upper tie plate 14, respectively. It rests on two posts that extend upwards. A channel clip 43A (Fig. 7 and 8) is removably secured to post 14A by screw 19A engaged with channel fastener 18 (see FIG. 8). Thus, channel fasteners 18 secure channel box 16 to post 14A. Another channel clip 43B is attached to the channel box 16 in the cross section of the channel box 16 at the other corner diagonally opposite the corner of the channel box 16 through which the channel clip 43A is provided. attached to the upper end of the A channel clip 43B rests on another post that extends upwardly from the upper surface of the upper tie plate 14 .

1つのチャンネルファスナ18は2つの板バネ19を有する。各板バネ19は、チャンネルボックス16の側面に沿い、ポスト14Aの上端から下方に向かって伸びている。チャンネルファスナ18の各板バネ19は、チャンネルファスナ18が取り付けられる燃料集合体10において、チャンネルボックス16の1つのコーナー部から直交する二方向に伸びる、チャンネルボックス16の2つの側壁部16A及び16Bの各外面に別々に対向して配置される。 One channel fastener 18 has two leaf springs 19 . Each leaf spring 19 extends downward along the side surface of the channel box 16 from the upper end of the post 14A. Each leaf spring 19 of the channel fastener 18 extends from one corner of the channel box 16 in two orthogonal directions in the fuel assembly 10 to which the channel fastener 18 is attached. It is positioned separately opposite each outer surface.

燃料集合体10は、4体ずつ、上端部が上部格子板24に形成された正方形の矩形孔内に挿入される。この矩形孔内に挿入された4体の燃料集合体10において、隣り合う2体の燃料集合体10に取り付けられた各チャンネルファスナ18の1つの板バネ19が、互いに接触し(図8参照)、該当する2体の燃料集合体10を、上部格子板24に形成されたその矩形孔に面する、上部格子板24の側面に押圧する。上部格子板24に形成された1つの矩形孔内に挿入された4体の燃料集合体は、それぞれに取り付けられたチャンネルファスナ18の板バネ19が、図7に示されるように、それぞれ接触することによって、上部格子板24の、その矩形孔に面する側面に押し付けられる。このため、上部格子板24に形成された1つの矩形孔内に挿入された4体の燃料集合体10の相互間に、制御棒33を挿入できる間隙、すなわち、水ギャップ領域44が形成される。制御棒33が燃料集合体10の相互間に全挿入されたとき、制御棒33の上端は、板バネ19の下端よりも下方に位置する(図8参照)。 Four fuel assemblies 10 are inserted into square rectangular holes formed in the upper grid plate 24 at their upper ends. In the four fuel assemblies 10 inserted into the rectangular holes, one leaf spring 19 of each channel fastener 18 attached to two adjacent fuel assemblies 10 comes into contact with each other (see FIG. 8). , the two fuel assemblies 10 in question are pressed against the sides of the upper grate plate 24 facing the rectangular holes formed in the upper grate plate 24 . The four fuel assemblies inserted into one rectangular hole formed in the upper lattice plate 24 are in contact with each other with the leaf springs 19 of the channel fasteners 18 attached thereto, as shown in FIG. This presses against the side of the upper grid plate 24 facing the rectangular hole. Therefore, a gap into which the control rods 33 can be inserted, that is, a water gap region 44 is formed between the four fuel assemblies 10 inserted in one rectangular hole formed in the upper grid plate 24. . When the control rods 33 are fully inserted between the fuel assemblies 10, the upper ends of the control rods 33 are positioned below the lower ends of the leaf springs 19 (see FIG. 8).

燃料集合体10は、図1に示すように、複数の燃料棒11を、燃料集合体10の横断面において、10行10列の正方格子でチャンネルボックス16内に配置している。複数の燃料棒11のうち複数の全長燃料棒12は、78本の燃料棒4及び8本の燃料棒(He燃料棒)H2を含んでいる(図2参照)。部分長燃料棒13である燃料棒5は、14本存在する(図2参照)。 As shown in FIG. 1, the fuel assembly 10 has a plurality of fuel rods 11 arranged in a channel box 16 in a square grid of 10 rows and 10 columns in the cross section of the fuel assembly 10 . A plurality of full-length fuel rods 12 of the plurality of fuel rods 11 include 78 fuel rods 4 and 8 fuel rods (He fuel rods) H2 (see FIG. 2). There are 14 fuel rods 5 that are part length fuel rods 13 (see FIG. 2).

燃料棒4の燃料有効長は燃料有効長Lである。各燃料棒4は、図2に示すように、核分裂性プルトニウム(Puf)の富化度が5.61wt%であるMOX燃料の複数の燃料ペレットを、燃料有効長Lの下端の位置から、燃料有効長Lの下端から23L/24の位置まで充填し、劣化ウランであるU2Oの複数の燃料ペレットを、燃料有効長Lの下端から23L/24の位置と燃料有効長Lの上端の間に充填している。各燃料棒H2の燃料有効長は20L/24である。各燃料棒H2は、核分裂性プルトニウムの富化度が5.61wt%であるMOX燃料の複数の燃料ペレットを、燃料有効長の下端の位置から、燃料有効長の下端から20L/24の位置まで充填し、中性子吸収断面積が軽水よりも小さいガス、例えば、Heを充填したHe充填領域48(図5参照)を、燃料棒4の燃料有効長の下端から20L/24の位置から、燃料集合体10の燃料有効長Lの上端に亘って形成している。He充填領域48は、燃料棒4の燃料有効長L、すなわち、燃料集合体10の燃料有効長Lの上端の位置とこの位置よりも下方の位置の間である4L/24の範囲に形成される。He充填領域48の軸方向の長さは、4L/24である。燃料棒H2は、MOX燃料等の核燃料物質を、そのHe充填領域(燃料有効長の下端から20L/24の位置と燃料有効長Lの上端の間)48に充填していない。燃料棒H2の燃料有効長は燃料棒4のそれよりも短くなっている。燃料棒H2の燃料有効長とガス充填領域であるHe充填領域48の軸方向長さの合計は、燃料棒4の燃料有効長Lと同じである。 The effective fuel length of the fuel rods 4 is the effective fuel length L. Each fuel rod 4, as shown in FIG. 2, has a plurality of fuel pellets of MOX fuel with an enrichment of fissile plutonium (Puf) of 5.61 wt%, from the position of the lower end of the fuel effective length L, fuel It is filled up to a position 23L/24 from the lower end of the effective length L, and a plurality of fuel pellets of U 2 O, which is depleted uranium, are placed between the position 23L/24 from the lower end of the effective fuel length L and the upper end of the effective fuel length L. is filled to The active fuel length of each fuel rod H2 is 20L/24. Each fuel rod H2 holds a plurality of fuel pellets of MOX fuel with a fissile plutonium enrichment of 5.61 wt% from the lower end of the active fuel length to the position 20L/24 from the lower end of the active fuel length. A He filling region 48 (see FIG. 5) filled with a gas having a neutron absorption cross section smaller than that of light water, for example He, is placed from a position 20L/24 from the lower end of the effective fuel length of the fuel rod 4 to the fuel assembly. It is formed over the upper end of the effective fuel length L of the body 10 . The He filling region 48 is formed in a range of 4L/24 between the position of the upper end of the effective fuel length L of the fuel rod 4, that is, the effective fuel length L of the fuel assembly 10, and the position below this position. be. The axial length of the He-filled region 48 is 4L/24. The fuel rod H2 is not filled with a nuclear fuel material such as MOX fuel in its He filling region (between the position 20L/24 from the lower end of the effective fuel length and the upper end of the effective fuel length L) 48 . The active fuel length of the fuel rod H2 is shorter than that of the fuel rod H4. The sum of the effective fuel length of the fuel rod H2 and the axial length of the He-filled region 48, which is the gas-filled region, is the same as the effective fuel length L of the fuel rod 4.

なお、燃料集合体10の燃料有効長Lは、燃料集合体10に含まれる、燃料有効長が最も長い燃料棒4の燃料有効長Lに等しい。 The effective fuel length L of the fuel assembly 10 is equal to the effective fuel length L of the fuel rod 4 included in the fuel assembly 10 and having the longest effective fuel length.

燃料棒5は、燃料有効長が燃料棒4の燃料有効長Lの14/24であり、核分裂性プルトニウムの富化度が5.61wt%であるMOX燃料の複数の燃料ペレットを、14L/24の燃料有効長に充填している。 The fuel rod 5 has a fuel effective length of 14/24 of the fuel effective length L of the fuel rod 4, and a plurality of fuel pellets of MOX fuel having a fissile plutonium enrichment of 5.61 wt%. is filled to the fuel effective length.

燃料集合体10では、最外周領域35における核分裂性プルトニウムの平均富化度と最外周領域35よりも内側の中央領域における核分裂性プルトニウムの平均富化度は同じである。 In the fuel assembly 10, the average enrichment of fissile plutonium in the outermost region 35 and the average enrichment of fissile plutonium in the central region inside the outermost region 35 are the same.

燃料棒4,5及びH2のそれぞれは、燃料ペレットから各燃料棒の被覆管の外面に接触する冷却水への熱の伝導を良好に維持するために、熱伝導率が高いヘリウムガスを密封された被覆管内に充填する。燃料棒内に熱伝導率が高いヘリウムガスを充填することは、従来から行われている。燃料棒4では、下端部が下部端栓により上端部が上部端栓により密封された被覆管内で、燃料有効長Lの上端よりも上方にヘリウムガスが充填されるガスプレナムが形成される。燃料棒5では、密封された被覆管内で、燃料棒5の燃料有効長(14L/24)の上端よりも上方にヘリウムガスが充填されるガスプレナム49が形成される。燃料棒H2では、He充填領域48の上端よりも上方に、すなわち、燃料棒4の燃料有効長Lの上端よりも上方に、ヘリウムガスが充填されるガスプレナム49が形成される。さらに、燃料棒4,5及びH2のそれぞれでは、各燃料棒内で燃料ペレットの外面と被覆管の内面の間の間隙(第1間隙という)にもヘリウムガスが充填されている。 Each of the fuel rods 4, 5 and H2 is sealed with helium gas, which has a high thermal conductivity, to maintain good heat conduction from the fuel pellets to the cooling water contacting the outer surface of the cladding tube of each fuel rod. Fill in the cladding tube. Filling fuel rods with helium gas, which has high thermal conductivity, has been conventionally practiced. In the fuel rod 4, a gas plenum filled with helium gas above the upper end of the effective fuel length L is formed in a cladding tube whose lower end is sealed by a lower end plug and whose upper end is sealed by an upper end plug. In the fuel rod 5, a gas plenum 49 filled with helium gas is formed above the upper end of the effective fuel length (14L/24) of the fuel rod 5 within the sealed cladding tube. In the fuel rod H2, a gas plenum 49 filled with helium gas is formed above the upper end of the He filling region 48, that is, above the upper end of the active fuel length L of the fuel rod 4. Furthermore, in each of the fuel rods 4, 5 and H2, the gap (referred to as the first gap) between the outer surface of the fuel pellet and the inner surface of the cladding within each fuel rod is also filled with helium gas.

制御棒33が複数の燃料集合体10の相互間に挿入されているとき、制御棒33の2枚のブレードは、図1に示すように、チャンネルボックス16の、制御棒33に面する1つのコーナー部、すなわち、チャンネルファスナ18が配置された、チャンネルボックス16の1つのコーナー部から、直交する二方向に伸びる2つの側壁部16A及び16Bの外面に対向している。横断面が正方形状のチャンネルボックス16は4つの側壁部を有しており、制御棒33の二枚のブレードは、チャンネルボックス16の4つの側壁部16A~16Dのうち上記の1つのコーナー部から伸びる2つの側壁部16A及び16Bに対向している。 When the control rods 33 are inserted between the plurality of fuel assemblies 10, the two blades of the control rods 33 are positioned in one of the channel boxes 16 facing the control rods 33, as shown in FIG. A corner portion, that is, one corner portion of the channel box 16 where the channel fastener 18 is arranged, faces the outer surfaces of two side wall portions 16A and 16B extending in two orthogonal directions. The channel box 16 having a square cross section has four side walls, and the two blades of the control rod 33 extend from one corner of the four side walls 16A to 16D of the channel box 16. It faces two extending side walls 16A and 16B.

チャンネルボックス16の4つの側壁部のうち、2つの側壁部16A及び16Bの各内面に面する、最外周領域35のそれぞれの部分、すなわち、チャンネルファスナ18によって上部タイプレート14に取り付けられたチャンネルボックス16の、チャンネルファスナ18側の1つのコーナー部から直交する二方向に伸びる2つの側壁部16A及び16Bの各内面に面する、最外周領域35のそれぞれの部分に、図1に示すように、4本の燃料棒H2が配置される。それらの側壁部16A及び16Bの各内面に面する、最外周領域35のそれぞれの部分では、この部分の中央に2本の燃料棒H2が隣接して配置され、この2本の燃料棒H2からチャンネルファスナ18側に1本の燃料棒4を介在させて1本の燃料棒H2が配置され、その2本の燃料棒H2からチャンネルファスナ18とは反対側に他の1本の燃料棒4を介在させて1本の燃料棒H2が配置される。 Of the four side walls of the channel box 16, respective portions of the outermost peripheral region 35 facing the respective inner surfaces of the two side walls 16A and 16B, i.e. the channel box attached to the upper tie plate 14 by the channel fasteners 18. As shown in FIG. Four fuel rods H2 are arranged. In each portion of the outermost peripheral region 35 facing the inner surface of each of the side walls 16A and 16B, two fuel rods H2 are arranged adjacently in the center of this portion and from these two fuel rods H2 One fuel rod H2 is arranged with one fuel rod 4 interposed on the side of the channel fastener 18, and another fuel rod 4 is connected from the two fuel rods H2 to the opposite side of the channel fastener 18. An intervening fuel rod H2 is arranged.

さらに、燃料集合体10の横断面における、チャンネルボックス16の内面から2列目の燃料棒配列(最外周領域35に内側で隣接する燃料棒配列)に、12本の燃料棒5が配置され、燃料集合体10の横断面の中央に2本の燃料棒5がチャンネルボックス16の1本の対角線の方向で隣接して配置される。燃料集合体の横断面では、燃料棒H2及び燃料棒5のそれぞれの配置位置以外の位置には、燃料棒4が配置される。 Furthermore, in the cross section of the fuel assembly 10, 12 fuel rods 5 are arranged in the second row of fuel rod array from the inner surface of the channel box 16 (the fuel rod array adjacent to the innermost peripheral region 35), Two fuel rods 5 are arranged adjacent to each other in a diagonal direction of a channel box 16 in the center of the cross section of the fuel assembly 10 . In the cross section of the fuel assembly, the fuel rods 4 are arranged at positions other than the arrangement positions of the fuel rods H2 and the fuel rods 5, respectively.

燃料集合体10の燃料棒H2では、図5に示すように、ヘリウムガスが、ガスプレナム49、He充填領域48、及び燃料ペレット46の外面と被覆管45の内面の間の第1間隙に充填されている。被覆管45の上端部は、上部端栓47によって封鎖されている。このため、ガスプレナム49とHe充填領域48の間、及びHe充填領域48とその第1間隙の間には、それぞれを仕切る仕切り部材が配置されていない。図5に示された破線50は、燃料集合体10の燃料有効長の上端、すなわち、燃料棒4の燃料有効長の上端を示している。He充填領域48は、燃料棒H2において、複数の燃料ペレット46を充填した、被覆管45内の核燃料物質充填領域の上端と破線50で示される燃料集合体10の燃料有効長の上端の間に形成され、ガスプレナム49は、被覆管45内で燃料集合体10の燃料有効長の上端(破線50)よりも上方に形成される。 In the fuel rod H2 of the fuel assembly 10, as shown in FIG. ing. The upper end of the cladding tube 45 is closed by an upper end plug 47 . Therefore, no partition member is arranged between the gas plenum 49 and the He-filled region 48 and between the He-filled region 48 and the first gap. A dashed line 50 shown in FIG. 5 indicates the upper end of the active fuel length of the fuel assembly 10 , that is, the upper end of the active fuel length of the fuel rods 4 . The He filling region 48 is located in the fuel rod H2 between the upper end of the nuclear fuel material filling region in the cladding tube 45 filled with a plurality of fuel pellets 46 and the upper end of the effective fuel length of the fuel assembly 10 indicated by the dashed line 50. A gas plenum 49 is formed within the cladding tube 45 above the upper end of the active fuel length of the fuel assembly 10 (dashed line 50).

燃料棒H2内に、Heガスを充填するHe充填領域48の替りに、アルゴンガス、窒素ガス、酸素ガス及び空気のいずれかを充填するガス充填領域を形成してもよい。燃料棒H2内にこのようなガス充填領域を形成する場合には、ガス充填領域に充填したアルゴンガス、窒素ガス、酸素ガスまたは空気が、ヘリウムガスが充填されるガスプレナム49及び上記の第1間隙に拡散することを防ぐ必要がある。 Instead of the He-filled region 48 filled with He gas, a gas-filled region filled with any one of argon gas, nitrogen gas, oxygen gas and air may be formed in the fuel rods H2. When forming such a gas-filled region in the fuel rod H2, argon gas, nitrogen gas, oxygen gas, or air filled in the gas-filled region is injected into the gas plenum 49 filled with helium gas and the first gap. should be prevented from spreading to

Heガス以外の、軽水よりも中性子吸収断面積が小さいガスとして、アルゴンガス、窒素ガス、酸素ガス及び空気のいずれかを用いた燃料集合体を以下に説明する。 A fuel assembly using any one of argon gas, nitrogen gas, oxygen gas and air as a gas having a neutron absorption cross section smaller than that of light water other than He gas will be described below.

この燃料集合体は、チャンネルボックス16の、制御棒33に対向する側壁部16A及び16Bの内面に面する最外周領域35の部分に、He充填領域48の替りにガス充填領域を形成した燃料棒H4を配置する。燃料棒H4を用いて燃料集合体10では、燃料棒H4は、燃料棒H2を用いた前述の燃料集合体10において燃料棒H2が配置された各位置に配置される。燃料棒H4を、図6を用いて説明する。 This fuel assembly is a fuel rod in which a gas-filled region is formed instead of the He-filled region 48 in the outermost peripheral region 35 of the channel box 16 facing the inner surfaces of the side walls 16A and 16B facing the control rods 33. Place H4. In the fuel assembly 10 using the fuel rods H4, the fuel rods H4 are arranged at each position where the fuel rods H2 were arranged in the above-described fuel assembly 10 using the fuel rods H2. The fuel rod H4 will be explained using FIG.

燃料棒H4は、アルゴンガス、窒素ガス、酸素ガス及び空気のいずれかを内部に封入した、密封された円柱状のジルコニウム合金(例えば、ジルカロイ2)製の中空の容器51を、燃料棒H4の密封された被覆管45内で燃料棒H4の核燃料物質充填領域(複数の燃料ペレット46を配置)の上端上に配置する。被覆管45の上端部は上部端栓47によって封鎖される。その容器51は、燃料棒H4内で核燃料物質充填領域とガスプレナム49の間に配置される。軽水よりも中性子吸収断面積が小さいガスを充填したガス充填領域48Aが、その容器51内に形成されており、燃料棒H4内で核燃料物質充填領域とガスプレナム49の間に存在する。燃料棒H4において、複数の燃料ペレット46が充填された核燃料物質充填領域の軸方向長さとガス充填領域48Aが内部に形成された容器51の軸方向長さの合計は、燃料棒H4を有する燃料集合体の燃料有効長と同じである。 The fuel rod H4 includes a sealed cylindrical hollow container 51 made of a zirconium alloy (for example, Zircaloy 2) containing any of argon gas, nitrogen gas, oxygen gas and air. The fuel rod H4 is placed on top of the nuclear fuel material filling region (where a plurality of fuel pellets 46 are placed) within the sealed cladding tube 45 . The upper end of cladding tube 45 is closed by upper end plug 47 . The vessel 51 is positioned between the nuclear fuel material filling region and the gas plenum 49 within the fuel rod H4. A gas-filled region 48A filled with a gas having a smaller neutron absorption cross-section than light water is formed within the container 51 and exists between the nuclear fuel material-filled region and the gas plenum 49 within the fuel rod H4. In the fuel rod H4, the sum of the axial length of the nuclear fuel material filling region filled with a plurality of fuel pellets 46 and the axial length of the container 51 in which the gas filling region 48A is formed is the fuel having the fuel rod H4. It is the same as the fuel effective length of the assembly.

内部にガス充填領域48Aが形成された容器51の外径は燃料棒H4の被覆管45の内径よりも小さく、その容器51の外面とその被覆管45の内面の間に、間隙(第2間隙という)が形成される。この第2間隙によって、核燃料物質充填領域内の燃料ペレット46の外面と被覆管45の内面に形成される第1間隙とガスプレナム49が連通される。ガス充填領域48Aを形成する容器51が内部に配置された燃料棒H4でも、第1間隙及びガスプレナム49にはヘリウムガスが充填される。ガス充填領域48Aを内部に形成する容器51が燃料棒H4の被覆管45内に配置されているため、この容器51内に充填されたアルゴンガス、窒素ガス、酸素ガスまたは空気が、第1間隙及びガスプレナム49内のヘリウムガス中に拡散することを防止できる。 The outer diameter of the container 51 in which the gas-filled region 48A is formed is smaller than the inner diameter of the cladding tube 45 of the fuel rod H4. ) is formed. Through this second gap, the gas plenum 49 communicates with the first gap formed between the outer surface of the fuel pellet 46 and the inner surface of the cladding tube 45 in the nuclear fuel material filling area. The first gap and the gas plenum 49 are also filled with helium gas in the fuel rod H4 in which the vessel 51 forming the gas filling region 48A is arranged. Since the container 51 which forms the gas filling region 48A inside is arranged in the cladding tube 45 of the fuel rod H4, the argon gas, nitrogen gas, oxygen gas or air filled in this container 51 is discharged into the first gap. And diffusion into the helium gas in the gas plenum 49 can be prevented.

中性子吸収断面積が軽水よりも小さい固体物質として、黒鉛、ベリリウム、酸化ベリリウム及び炭化ベリリウムのいずれかを用いた燃料集合体について説明する。 A fuel assembly using any one of graphite, beryllium, beryllium oxide, and beryllium carbide as a solid material having a neutron absorption cross section smaller than that of light water will be described.

この燃料集合体は、チャンネルボックス16の、制御棒33に対向する側壁部16A及び16Bの内面に面する最外周領域35の部分に、中性子吸収断面積が軽水よりも小さい固体物質である、例えば、黒鉛を充填した固体物質充填燃料棒を配置している。固体物質充填燃料棒は、燃料棒H2またはH4に相当する燃料棒である。その固体物質充填燃料棒は、燃料棒H2を用いた前述の燃料集合体10において燃料棒H2が配置された各位置に配置される。 This fuel assembly is a solid material having a neutron absorption cross section smaller than that of light water in the portion of the outermost peripheral region 35 of the channel box 16 facing the inner surface of the side wall portions 16A and 16B facing the control rods 33. For example, , arranging graphite-filled solid material-filled fuel rods. Solid material filled fuel rods are fuel rods corresponding to fuel rods H2 or H4. The solid material-filled fuel rods are arranged at each position where the fuel rods H2 are arranged in the aforementioned fuel assembly 10 using the fuel rods H2.

固体物質充填燃料棒は、被覆管45内において、複数の燃料ペレット46が配置された核燃料物質充填領域の上端よりも上方に、黒鉛、ベリリウム、酸化ベリリウム及び炭化ベリリウムのいずれか、例えば、黒鉛の複数のペレットを充填する。黒鉛の複数のペレットが充填された黒鉛充填領域、すなわち、固体物質充填領域の軸方向長さと複数の燃料ペレット46が充填された核燃料物質充填領域の軸方向長さの合計は、固体物質充填燃料棒を有する燃料集合体の燃料有効長と同じである。 The solid material-filled fuel rod is made of graphite, beryllium, beryllium oxide, or beryllium carbide, for example, graphite, above the upper end of the nuclear fuel material-filled region in which the plurality of fuel pellets 46 are arranged, within the cladding tube 45. Fill multiple pellets. The sum of the axial length of the graphite-filled region filled with a plurality of graphite pellets, i.e., the axial length of the solid material-filled region and the axial length of the nuclear fuel material-filled region filled with a plurality of fuel pellets 46, is the solid material-filled fuel It is the same as the active fuel length of a fuel assembly with rods.

黒鉛のペレットの外径は固体物質充填燃料棒の被覆管45の内径よりも小さく、黒鉛のペレットの外面と固体物質充填燃料棒のその被覆管45の内面の間に、間隙(第3間隙という)が形成される。固体物質充填燃料棒の被覆管45内で、第1間隙、第3間隙及びガスプレナム49には、Heガスが充填される。第1間隙とガスプレナム49は第3間隙によって連絡される。 The outer diameter of the graphite pellet is smaller than the inner diameter of the cladding tube 45 of the solid material-filled fuel rod, and a gap (called the third gap) exists between the outer surface of the graphite pellet and the inner surface of the cladding tube 45 of the solid material-filled fuel rod. ) is formed. Within the cladding tube 45 of the solid filled fuel rod, the first gap, the third gap and the gas plenum 49 are filled with He gas. The first gap and gas plenum 49 are communicated by a third gap.

なお、上記の固体物質充填領域の軸方向長さを短くし、固体物質充填領域の軸方向長さを短くした分だけ、固体物質充填領域の上方にHe充填領域48を形成してもよい。すなわち、固体物質充填燃料棒の被覆管45内で、核燃料物質充填領域の上方に、固体物質充填領域及びHe充填領域48が形成される。固体物質充填燃料棒における核燃料物質充填領域、固体物質充填領域及びHe充填領域48のそれぞれの軸方向長さの合計は、固体物質充填燃料棒を有する燃料集合体の燃料有効長と同じである。また、核燃料物質充填領域、固体物質充填領域及びHe充填領域48のそれぞれが形成された固体物質充填燃料棒において、He充填領域48を形成する替りに、アルゴンガス、窒素ガス、酸素ガス及び空気のいずれかを含むガス充填領域48Aを内部に形成した容器51を、固体物質充填領域の上方に配置してもよい。核燃料物質充填領域、固体物質充填領域及び容器51のそれぞれを密封した被覆管45内に配置した固体物質充填燃料棒における、核燃料物質充填領域、固体物質充填領域及び容器51のそれぞれの軸方向長さの合計は、この固体物質充填燃料棒を有する燃料集合体の燃料有効長と同じである。 The axial length of the solid substance-filled region may be shortened, and the He-filled region 48 may be formed above the solid substance-filled region by the shortened axial length of the solid substance-filled region. That is, a solid material filling region and a He filling region 48 are formed above the nuclear fuel material filling region within the cladding tube 45 of the solid material filling fuel rod. The total axial length of each of the nuclear fuel material-filled region, the solid material-filled region and the He-filled region 48 in the solid-filled fuel rod is the same as the effective fuel length of the fuel assembly having the solid-filled fuel rods. In addition, in the solid material-filled fuel rod in which the nuclear fuel material filling region, the solid material filling region and the He filling region 48 are respectively formed, instead of forming the He filling region 48, argon gas, nitrogen gas, oxygen gas and air are used. A container 51 having a gas-filled region 48A formed therein containing either may be placed above the solid substance-filled region. Axial length of each of the nuclear fuel material filling region, the solid material filling region and the container 51 in the solid material filling fuel rod arranged in the cladding tube 45 sealing the nuclear fuel material filling region, the solid material filling region and the container 51 respectively. is the same as the effective fuel length of the fuel assembly having this solid material-filled fuel rod.

燃料交換及び保守点検が終了したABWRプラントは、次の運転サイクルでの運転を実施するために再起動される。炉心23から制御棒33が引き抜かれて炉心23が未臨界状態から臨界状態になり、炉心23内の冷却水(以下、炉水という)が、炉心23に装荷された各燃料集合体10内の核燃料物質に含まれる核分裂性核種(例えば、Pu239等)の核分裂で生じる熱で加熱される。さらに、昇温昇圧過程を経て、原子炉出力を上昇させ、ABWRプラントが定格運転状態(炉水温度が定格温度の280℃、原子炉圧力容器21内の圧力が定格圧力)になる。ABWRプラントの定格運転は、その運転サイクルが終了するまで継続される。 The ABWR plant, which has undergone fuel replacement and maintenance inspection, is restarted for operation in the next operation cycle. The control rods 33 are withdrawn from the core 23 and the core 23 changes from the subcritical state to the critical state, and the cooling water in the core 23 (hereinafter referred to as "reactor water") flows into each fuel assembly 10 loaded in the core 23. It is heated by heat generated by nuclear fission of fissionable nuclides (for example, Pu239, etc.) contained in the nuclear fuel material. Furthermore, the reactor power is increased through the temperature increase/increase process, and the ABWR plant reaches the rated operating state (reactor water temperature is 280° C., which is the rated temperature, and the pressure inside the reactor pressure vessel 21 is the rated pressure). Rated operation of the ABWR plant continues until its operating cycle is completed.

運転中のABWRプラントでは、原子炉圧力容器21内の炉水は、インターナルポンプ30で昇圧され、下部プレナム29を経て炉心23の装荷された各燃料集合体10内に供給される。燃料集合体10に供給される炉水は、各燃料集合体10内の核燃料物質に含まれる核分裂性核種の核分裂で生じる熱で加熱される。加熱された炉水の一部が蒸気になる。この蒸気は炉心23から気水分離器26に導かれ、気水分離器26において蒸気に含まれる水分が除去される。気水分離器26から排出された蒸気は蒸気乾燥器27に導かれ、蒸気に含まれる湿分が蒸気乾燥器27で除去される。蒸気乾燥器27から排出された蒸気は、主蒸気配管31を経てタービン(図示せず)に導かれ、発電機(図示せず)に連結されたタービンを回転させる。タービンから排出された蒸気は復水器(図示せず)で凝縮されて水になり、この水は、給水として、給水配管32を通り原子炉圧力容器21に供給される。 In an ABWR plant in operation, reactor water in a reactor pressure vessel 21 is pressurized by an internal pump 30 and supplied through a lower plenum 29 into each fuel assembly 10 loaded in a core 23 . Reactor water supplied to the fuel assemblies 10 is heated by heat generated by fission of fissionable nuclides contained in the nuclear fuel material in each fuel assembly 10 . A portion of the heated reactor water becomes steam. This steam is led from the reactor core 23 to the steam separator 26 where the moisture contained in the steam is removed. The steam discharged from the steam separator 26 is led to the steam dryer 27, and moisture contained in the steam is removed by the steam dryer 27. Steam discharged from the steam dryer 27 is led to a turbine (not shown) through a main steam pipe 31 to rotate a turbine connected to a generator (not shown). Steam discharged from the turbine is condensed in a condenser (not shown) to become water, and this water is supplied as feed water to the reactor pressure vessel 21 through the feed water pipe 32 .

ABWRプラントの炉心23に装荷された燃焼度0GWd/tの燃料集合体10は、一般的に、4サイクルの運転サイクルの期間中、炉心23に装荷される。運転サイクルごとに、この炉心23に装荷されている全燃料集合体10の1/4ずつが、4サイクル目の運転サイクルでの炉内滞在が終了した時点で、運転が停止されたABWRプラントの炉心23から使用済燃料集合体として取り出される。取り出された使用済燃料集合体と同じ体数の燃焼度0GWd/tの燃料集合体10が炉心23に装荷される。 The fuel assemblies 10 with a burnup of 0 GWd/t loaded into the core 23 of the ABWR plant are typically loaded into the core 23 during four operating cycles. For each operation cycle, 1/4 of all the fuel assemblies 10 loaded in the core 23 complete their residence in the reactor in the 4th operation cycle of the ABWR plant whose operation has been stopped. It is taken out from the core 23 as spent fuel assemblies. The same number of fuel assemblies 10 with a burnup of 0 GWd/t as the removed spent fuel assemblies are loaded into the core 23 .

ABWRプラントの運転中、炉心内23に装荷された燃料集合体10の各燃料棒11にいて、燃料ペレットに含まれた核分裂性核種(例えば、Pu239,Pu241等)の核分裂により発生した核分裂生成ガス(Xe,Kr等)が、被覆管内において、燃料ペレットから第1間隙に放出される。燃料集合体10の燃焼度が増加するに伴って、すなわち、燃料集合体10の炉内滞在期間が長くなるに伴って、燃料棒14,5及びH1のそれぞれにおいて燃料ペレットから第1間隙に放出された核分裂生成ガスは、被覆管内に蓄積され、被覆管内の圧力を上昇させる。炉心23に装荷された燃料集合体10の各燃料棒の被覆管内の圧力は、4サイクル目の運転サイクルでのABWRプラントの運転が終了するときに最も高くなる。燃料ペレットから放出された核分裂生成ガスは第1間隙からガスプレナム49に導かれ各燃料棒内のガスプレナム49に蓄積され、各燃料棒内のガスプレナム49は被覆管内の圧力を低減するために形成されている。燃料棒H2では、燃料ペレットから放出された核分裂生成ガスは、第1間隙及びガスプレナム49だけでなく、燃料棒H2内の第2間隙及びHe充填領域48内にも存在する。 During operation of the ABWR plant, in each fuel rod 11 of the fuel assembly 10 loaded in the core 23, fission product gas generated by fission of fissionable nuclides (for example, Pu239, Pu241, etc.) contained in the fuel pellet (Xe, Kr, etc.) are released from the fuel pellets into the first gap within the cladding tube. As the burnup of the fuel assembly 10 increases, i.e., as the residence time of the fuel assembly 10 in the reactor increases, fuel pellets are released from the fuel pellets into the first gap in each of the fuel rods 14, 5 and H1. The generated fission gas accumulates within the cladding tube and increases the pressure within the cladding tube. The pressure inside the cladding tubes of the fuel rods of the fuel assemblies 10 loaded in the core 23 becomes highest when the operation of the ABWR plant in the fourth operation cycle ends. The fission gas released from the fuel pellets is directed through the first gap to the gas plenum 49 and accumulated in the gas plenum 49 within each fuel rod, the gas plenum 49 within each fuel rod being configured to reduce the pressure within the cladding tube. there is In fuel rod H2, the fission gases released from the fuel pellets are present not only in the first gap and gas plenum 49, but also in the second gap and He fill region 48 within fuel rod H2.

なお、前述したように、軽水よりも中性子吸収断面積が小さいガスを充填した容器51を内部に配置した燃料棒H4においては、その容器51の肉厚は、4サイクル目の運転サイクルでのABWRプラントの運転が終了するときでも、核分裂生成ガスの蓄積により被覆管45内で上昇した圧力によってもその容器51が潰れないように設定される。内部にガス充填領域48Aを形成したその容器51を燃料棒H4の被覆管45内に配置する場合には、燃料ペレット46から放出された核分裂生成ガスは、容器51内に侵入することができず、被覆管45内でその容器51の外側に存在する。 As described above, in the fuel rod H4 in which the container 51 filled with a gas having a neutron absorption cross-sectional area smaller than that of light water is arranged, the thickness of the container 51 is the same as that of the ABWR in the fourth operation cycle. The vessel 51 is set so that even when the plant operation is terminated, the pressure build-up in the cladding tube 45 due to the accumulation of fission gas will not cause the vessel 51 to collapse. When the container 51 with the gas-filled region 48A formed therein is arranged in the cladding tube 45 of the fuel rod H4, the fission gas released from the fuel pellets 46 cannot enter the container 51. , within the cladding tube 45 and outside its container 51 .

燃料棒4,5及びH2のそれぞれは、コイルバネをガスプレナム49内に配置している。このコイルバネは、燃料集合体10の輸送中に各燃料棒内の燃料ペレットが移動して損傷しないように、最も上方に位置する燃料ペレットの上端を燃料棒の下部端栓側に向かって押圧している。燃料棒H2では、そのコイルバネが、ガスプレナム49及びHe充填領域48内に連続して配置され、最も上方に位置する燃料ペレットの上端を燃料棒の下部端栓側に向かって押圧している。燃料棒H2でも、He充填領域48を、アルゴンガス、窒素ガス、酸素ガスまたは空気を用いた燃料棒H4と同様に、密封された上記の容器51内にヘリウムガスを充填して形成してもよい。ヘリウムガスを充填した容器51を被覆管45内で最も上方に位置する燃料ペレットの上に配置することによって、He充填領域48をその燃料ペレット46の上方でガスプレナム49の下方に形成することができ、燃料棒H2のガスプレナム49内に配置されたコイルバネの軸方向の長さを短くすることができる。このコイルバネは、ヘリウムガスを充填した容器51を介して最も上方に位置する燃料ペレット46の上端を押圧する。 Each of fuel rods 4 , 5 and H 2 has a coil spring located within gas plenum 49 . This coil spring presses the upper end of the uppermost fuel pellet toward the lower end plug side of the fuel rod to prevent the fuel pellets in each fuel rod from moving and being damaged during transportation of the fuel assembly 10. ing. In the fuel rod H2, its coil spring is continuously arranged in the gas plenum 49 and the He-filled region 48 and presses the upper end of the uppermost fuel pellet toward the lower end plug side of the fuel rod. In the fuel rod H2, the He filling region 48 may be formed by filling helium gas in the sealed container 51 as in the case of the fuel rod H4 using argon gas, nitrogen gas, oxygen gas or air. good. By placing a container 51 filled with helium gas above the uppermost fuel pellets in the cladding tube 45, a He fill region 48 can be formed above the fuel pellets 46 and below the gas plenum 49. , the axial length of the coil spring located in the gas plenum 49 of the fuel rod H2 can be shortened. This coil spring presses the upper end of the uppermost fuel pellet 46 via a container 51 filled with helium gas.

ABWRプラントの運転中、炉心23に装荷された燃料集合体10に含まれる燃料棒4,5及びH2内の核燃料物質に含まれる核分裂性核種の核分裂によって発生した高速中性子の一部は、水ギャップ領域44に存在する冷却水(軽水)等により減速されて熱中性子となり、炉心23に挿入された制御棒33に吸収される。チャンネルボックス16の4つの側壁部16A~16Dのうち側壁部16A及び16Bの各内面に面する、最外周領域35のそれぞれの部分、すなわち、チャンネルファスナ18によって上部タイプレート14に取り付けられたチャンネルボックス16の、チャンネルファスナ18側の1つのコーナー部から直交する二方向に伸びる2つの側壁部16A及び16Bの各内面に面する、最外周領域35のそれぞれの部分に配置された4本の燃料棒H2にHe充填領域48が形成されているために、最外周領域35のそれらの部分では、He充填領域48により核燃料物質の量及び冷却水(軽水)の量が減少し、核燃料物質及び冷却水による熱中性子の吸収が減少する。このため、制御棒33に吸収される熱中性子が増加する。また、チャンネルボックス16の側壁部16A及び16Bの各内面に面する最外周領域35のそれぞれの部分に燃料棒H2を配置することによって、その部分における冷却水(軽水)による熱中性子の吸収が減少するため、スウィング、すなわち、冷温時における燃料集合体への反応度添加量が大きく負になることを防止でき、燃料集合体10のボイド係数を負に維持することができる。燃料棒H2を配置した燃料集合体10は、冷温時における燃料集合体10への反応度添加量を大きく負にすることなく、制御棒価値を向上させることができる。 During operation of the ABWR plant, some of the fast neutrons generated by the fission of fissionable nuclides contained in the fuel rods 4, 5 contained in the fuel assemblies 10 loaded in the core 23 and the nuclear fuel material in H2 are released into the water gap. The neutrons are moderated by the cooling water (light water) or the like existing in the region 44 to become thermal neutrons, which are absorbed by the control rods 33 inserted into the core 23 . Each portion of the outermost peripheral region 35 of the four side walls 16A-16D of the channel box 16 facing the inner surface of each of the side walls 16A and 16B, i.e., the channel box attached to the upper tie plate 14 by channel fasteners 18. Four fuel rods arranged in respective portions of the outermost peripheral region 35 facing each inner surface of two side wall portions 16A and 16B extending in two orthogonal directions from one corner portion of the channel fastener 18 side of 16. Since the He-filled region 48 is formed in H2, the He-filled region 48 reduces the amount of nuclear fuel material and the amount of cooling water (light water) in those portions of the outermost region 35. absorption of thermal neutrons by Therefore, the number of thermal neutrons absorbed by the control rods 33 increases. Also, by arranging the fuel rods H2 in respective portions of the outermost peripheral region 35 facing the inner surfaces of the side wall portions 16A and 16B of the channel box 16, absorption of thermal neutrons by the cooling water (light water) in those portions is reduced. Therefore, it is possible to prevent swing, that is, the amount of reactivity added to the fuel assembly at cold temperatures from becoming large negative, and the void coefficient of the fuel assembly 10 can be maintained negative. The fuel assembly 10 in which the fuel rods H2 are arranged can improve the control rod worth without making the reactivity addition amount to the fuel assembly 10 at cold temperatures significantly negative.

また、燃料集合体10の横断面における最外周領域35の上記した部分に燃料棒H2を配置しているため、各燃料棒内のU238等の親物質による中速中性子の吸収も減少する。各燃料棒内のU238等の親物質による中速中性子の吸収減少は、制御棒価値を向上させることになる。 Further, since the fuel rods H2 are arranged in the above-described portion of the outermost peripheral region 35 in the cross section of the fuel assembly 10, the absorption of medium-velocity neutrons by parent substances such as U238 in each fuel rod is also reduced. The reduced absorption of medium-velocity neutrons by the parent material such as U238 in each fuel rod will improve control rod worth.

本実施例の燃料集合体10は、前述したように、チャンネルボックス16の4つの側壁部6A~16Dのうち、側壁部16A及び16Bの各内面に面する、最外周領域35のそれぞれの部分、すなわち、チャンネルファスナ18によって上部タイプレート14に取り付けられたチャンネルボックス16の、チャンネルファスナ18側の1つのコーナー部から直交する二方向に伸びる側壁部16A及び16Bの各内面に面する、最外周領域35のそれぞれの部分に燃料棒H2を配置しており、さらに、その燃料棒H2では、軸方向において、He充填領域48を、燃料集合体10の燃料有効長の上端から、この上端の下方に位置する、燃料棒H2の燃料有効長の上端に亘って形成している。このため、本実施例の燃料集合体10ではそれらの側壁部16A及び16Bの各内面に面する最外周領域35のそれぞれの部分における冷却水(軽水)が燃料棒H2のHe充填領域48により排除されるので、横断面の最外周領域に部分長燃料棒を配置した、特開平10-311889号公報に記載された燃料集合体とは異なり、燃料集合体10は、それらの側壁部16A及び16Bの各内面に面する最外周領域35のそれぞれの部分における冷却水(軽水)が減少し、冷却水(軽水)によって吸収される中性子の量が減少する。燃料集合体10内の核燃料物質の燃焼が進むと、すなわち、運転サイクルの末期に近づくと、核燃料物質による熱中性子の吸収量が少なくなるが、運転サイクルの末期においても制御棒価値は、特開平10-311889号公報に記載された従来の燃料集合体よりも向上する。このように、本実施例では、運転サイクルを通して制御棒価値を向上させることができる。 As described above, in the fuel assembly 10 of this embodiment, of the four side wall portions 6A to 16D of the channel box 16, each portion of the outermost peripheral region 35 facing each inner surface of the side wall portions 16A and 16B, That is, the outermost peripheral region of the channel box 16 attached to the upper tie plate 14 by the channel fastener 18 faces the inner surfaces of the side wall portions 16A and 16B extending in two orthogonal directions from one corner portion on the channel fastener 18 side. A fuel rod H2 is arranged in each portion of 35, and furthermore, in the fuel rod H2, in the axial direction, a He filling region 48 extends from the upper end of the active fuel length of the fuel assembly 10 to below this upper end. located over the upper end of the active fuel length of the fuel rod H2. Therefore, in the fuel assembly 10 of this embodiment, the cooling water (light water) in the outermost peripheral regions 35 facing the inner surfaces of the side walls 16A and 16B is removed by the He filling regions 48 of the fuel rods H2. Therefore, unlike the fuel assembly described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-311889, in which part-length fuel rods are arranged in the outermost peripheral region of the cross section, the fuel assembly 10 has sidewall portions 16A and 16B thereof. The amount of cooling water (light water) in each portion of the outermost peripheral region 35 facing each inner surface of the cooling water (light water) is reduced, and the amount of neutrons absorbed by the cooling water (light water) is reduced. As the burning of the nuclear fuel material in the fuel assembly 10 progresses, that is, as the end of the operation cycle approaches, the amount of thermal neutrons absorbed by the nuclear fuel material decreases. It is an improvement over the conventional fuel assembly described in US Pat. No. 10-311889. Thus, in this embodiment, control rod worth can be improved throughout the operating cycle.

燃料棒H4を有する燃料集合体、黒鉛充填領域等の固体物質充填領域を形成した固体物質充填燃料棒を有する燃料集合体、及びHe充填領域48及びガス充填領域48Aのいずれか及びその固体物質充填領域のそれぞれを形成した燃料棒を有する燃料集合体は、燃料棒H2を有する燃料集合体10で生じる各効果を得ることができる。 A fuel assembly having fuel rods H4, a fuel assembly having solid material-filled fuel rods forming a solid material-filled region such as a graphite-filled region, and either the He-filled region 48 or the gas-filled region 48A and its solid material filling A fuel assembly having fuel rods forming each of the regions can achieve each effect that occurs in the fuel assembly 10 having fuel rods H2.

本発明の好適な他の実施例である、改良型沸騰水型原子力プラントに適用される実施例2の燃料集合体を、図15を用いて説明する。 A second embodiment of a fuel assembly applied to an improved boiling water nuclear power plant, which is another preferred embodiment of the present invention, will be described with reference to FIG.

本実施例の燃料集合体は、横断面における燃料棒配置が実施例1の燃料集合体10の図1に示された横断面における燃料棒配置と同じであり、この横断面で燃料棒11が10行10列に配置されている。本実施例の燃料集合体は、実施例1の燃料集合体と同様に、78本の燃料棒4、部分長燃料棒である14本の燃料棒5及び8本の燃料棒H2を有する。本実施例の燃料集合体は、燃料棒H2が実施例1の燃料集合体10における燃料棒H2と異なっており、燃料棒4及び5のそれぞれが実施例1の燃料集合体10における燃料棒4及び5のそれぞれと同じである。本実施例の燃料集合体の燃料棒H2、及び燃料集合体10における燃料棒H2は、核分裂性プルトニウムの富化度が5.61wt%と同じであるが、燃料有効長とHe充填領域48の境界の位置が異なっている。燃料集合体10の燃料棒H2における燃料有効長とHe充填領域48の境界の位置が燃料集合体の燃料有効長Lの下端から20L/24の位置にあるのに対し、本実施例の燃料集合体の燃料棒H2における燃料有効長とHe充填領域48の境界の位置が燃料集合体の燃料有効長Lの下端から16L/24の位置にある。この結果、燃料集合体の燃料有効長の上端を起点とした、本実施例の燃料集合体におけるHe充填領域48のノード数は、実施例1の燃料集合体10のHe充填領域48のノード数よりも4だけ多くなる。本実施例におけるHe充填領域48の軸方向の長さは、8L/24である。 In the fuel assembly of this embodiment, the fuel rod arrangement in the cross section is the same as the fuel rod arrangement in the cross section shown in FIG. They are arranged in 10 rows and 10 columns. The fuel assembly of this embodiment has 78 fuel rods 4, 14 partial length fuel rods 5 and 8 fuel rods H2, like the fuel assembly of the first embodiment. In the fuel assembly of this embodiment, the fuel rod H2 is different from the fuel rod H2 in the fuel assembly 10 of Embodiment 1, and each of the fuel rods 4 and 5 is the fuel rod 4 in the fuel assembly 10 of Embodiment 1. and 5, respectively. The fuel rod H2 in the fuel assembly of this embodiment and the fuel rod H2 in the fuel assembly 10 have the same fissile plutonium enrichment of 5.61 wt%, but the active fuel length and the He filling region 48 are Boundary locations are different. The position of the boundary between the effective fuel length of the fuel rod H2 of the fuel assembly 10 and the He filling region 48 is 20L/24 from the lower end of the effective fuel length L of the fuel assembly. The position of the boundary between the effective fuel length of the fuel rod H2 and the He filling region 48 is 16L/24 from the lower end of the effective fuel length L of the fuel assembly. As a result, the number of nodes of the He-filled region 48 in the fuel assembly of the present embodiment starting from the upper end of the effective fuel length of the fuel assembly is equal to the number of nodes of the He-filled region 48 of the fuel assembly 10 of the first embodiment. 4 more than The axial length of the He-filled region 48 in this embodiment is 8L/24.

本実施例は実施例1で生じる各効果を得ることができる。さらに、本実施例では、He充填領域48の軸方向の長さが実施例1の燃料集合体10のHe充填領域48のその長さよりも長いため、本実施例における制御棒価値は、実施例1におけるそれよりも大きくなる。また、本実施例では、48が長い分、炉心の軸方向におけるHe充填領域48が位置する部分において、制御棒33による反応度制御能力が向上し、冷温時における炉心23の中性子束ピークを抑制することができる。このため、炉心23の反応度は大きく抑制され、実施例1よりも炉停止余裕が向上する。 This embodiment can obtain each effect produced in the first embodiment. Furthermore, in this example, the axial length of the He filling region 48 is longer than the length of the He filling region 48 of the fuel assembly 10 of Example 1, so the control rod worth in this example is larger than that in 1. In addition, in the present embodiment, since the length 48 is long, the reactivity control capability of the control rods 33 is improved in the portion where the He-filled region 48 is located in the axial direction of the core, and the neutron flux peak of the core 23 at cold temperature is suppressed. can do. Therefore, the reactivity of the core 23 is greatly suppressed, and the reactor shutdown margin is improved as compared with the first embodiment.

本実施例の燃料集合体において、燃料棒H2のHe充填領域48の替りに、内部にガス充填領域48Aが形成された容器51、黒鉛、ベリリウム、酸化ベリリウム及び炭化ベリリウムのいずれかの複数のペレットを充填した固体物質充填領域、及びHe充填領域48及び容器51のいずれか及び固体物質充填領域の両方を、核燃料物質充填領域の上端よりも上方に配置してもよい。 In the fuel assembly of this embodiment, instead of the He-filled region 48 of the fuel rod H2, a container 51 in which a gas-filled region 48A is formed, a plurality of pellets of any one of graphite, beryllium, beryllium oxide, and beryllium carbide and both the He filling region 48 and the container 51 and the solid material filling region may be arranged above the upper end of the nuclear fuel material filling region.

本発明の好適な他の実施例である、改良型沸騰水型原子力プラントに適用される実施例3の燃料集合体を、図16及び図17を用いて説明する。 A fuel assembly of Example 3 applied to an improved boiling water nuclear power plant, which is another preferred example of the present invention, will be described with reference to FIGS. 16 and 17. FIG.

本実施例の燃料集合体10Eは、図16に示すように、複数の燃料棒11を、燃料集合体10Eの横断面において、10行10列の正方格子で横断面が正方形状のチャンネルボックス16内に配置している。複数の燃料棒11は、全長燃料棒12である燃料棒6、7及びH3を含み、部分長燃料棒13である燃料棒8を含む。燃料集合体10Eは、図17に示すように、燃料棒6を50本、燃料棒7を28本、燃料棒8を14本、及び燃料棒H3を8本含んでいる。 As shown in FIG. 16, in the fuel assembly 10E of this embodiment, a plurality of fuel rods 11 are arranged in a channel box 16 having a square lattice of 10 rows and 10 columns and a square cross section in the cross section of the fuel assembly 10E. placed inside. The plurality of fuel rods 11 includes fuel rods 6, 7 and H3, which are full length rods 12, and fuel rod 8, which is a part length rod 13. FIG. As shown in FIG. 17, the fuel assembly 10E includes 50 fuel rods 6, 28 fuel rods 7, 14 fuel rods 8, and 8 fuel rods H3.

燃料棒6及び7の燃料有効長は、実施例1の燃料集合体10の燃料棒4の燃料有効長と同じであり、Lとなっている。燃料棒6では、核分裂性プルトニウムの富化度が6.73wt%であるMOX燃料の複数の燃料ペレットを燃料有効長Lの下端の位置から23L/24の位置まで充填し、劣化ウランであるU2Oの複数の燃料ペレットを燃料有効長Lの下端から23L/24の位置と燃料有効長Lの上端の間に充填している。燃料棒7では、核分裂性プルトニウムの富化度が4.30wt%であるMOX燃料の複数の燃料ペレットを燃料有効長Lの下端の位置から23L/24の位置まで充填し、劣化ウランであるU2Oの複数の燃料ペレットを燃料有効長Lの下端から23L/24の位置と燃料有効長Lの上端の間に充填している。 The effective fuel lengths of the fuel rods 6 and 7 are the same as the effective fuel length of the fuel rod 4 of the fuel assembly 10 of the first embodiment, which is L. In the fuel rod 6, a plurality of fuel pellets of MOX fuel with a fissile plutonium enrichment of 6.73 wt% are filled up to a position 23L/24 from the lower end of the effective fuel length L, and depleted uranium U A plurality of fuel pellets of 2 O are filled between the position 23L/24 from the lower end of the effective fuel length L and the upper end of the effective fuel length L. In the fuel rod 7, a plurality of fuel pellets of MOX fuel with a fissile plutonium enrichment of 4.30 wt% are filled up to a position 23L/24 from the lower end of the effective fuel length L, and depleted uranium U A plurality of fuel pellets of 2 O are filled between the position 23L/24 from the lower end of the effective fuel length L and the upper end of the effective fuel length L.

各燃料棒H3の燃料有効長は16L/24である。各燃料棒H3は、核分裂性プルトニウムの富化度が4.30wt%であるMOX燃料の複数の燃料ペレットを、燃料有効長の下端の位置から、燃料有効長の下端から16L/24の位置まで充填し、He充填領域48を、燃料棒H3の燃料有効長の下端、すなわち、燃料集合体10Eの燃料有効長Lの下端から16L/24の位置から、燃料集合体10Eの燃料有効長Lの上端に亘って形成している。He充填領域48は、燃料棒6の燃料有効長L、すなわち、燃料集合体10Eの燃料有効長Lの上端の位置から、この燃料有効長Lの上端から8L/24だけ下方にある位置に亘って形成される。He充填領域48の軸方向の長さは、8L/24である。燃料棒H3は、MOX燃料等の核燃料物質を、そのHe充填領域(燃料有効長Lの下端から16L/24の位置と燃料有効長Lの上端の間)48に充填していない。燃料棒H3の燃料有効長は燃料棒6及び7のそれよりも短くなっている。燃料棒H3の燃料有効長とガス充填領域であるHe充填領域48の軸方向長さの合計は、燃料棒6及び7の燃料有効長L、すなわち、燃料集合体10Eの燃料有効長Lと同じである。 The active fuel length of each fuel rod H3 is 16L/24. Each fuel rod H3 carries a plurality of fuel pellets of MOX fuel with a fissile plutonium enrichment of 4.30 wt% from the lower end of the active fuel length to the position 16L/24 from the lower end of the active fuel length. The He filling region 48 is moved from the lower end of the effective fuel length of the fuel rod H3, that is, the position 16L/24 from the lower end of the effective fuel length L of the fuel assembly 10E to the effective fuel length L of the fuel assembly 10E. formed over the upper end. The He filling region 48 extends from the position of the effective fuel length L of the fuel rod 6, that is, the position of the upper end of the effective fuel length L of the fuel assembly 10E to the position below the upper end of the effective fuel length L by 8L/24. formed by The axial length of the He-filled region 48 is 8L/24. The fuel rod H3 is not filled with a nuclear fuel material such as MOX fuel in its He filling region (between the position 16L/24 from the lower end of the effective fuel length L and the upper end of the effective fuel length L) 48 . The active fuel length of fuel rod H3 is shorter than that of fuel rods 6 and 7. The sum of the effective fuel length of the fuel rod H3 and the axial length of the He filling region 48, which is the gas filling region, is the same as the effective fuel length L of the fuel rods 6 and 7, that is, the effective fuel length L of the fuel assembly 10E. is.

燃料棒8は、燃料有効長が燃料棒6の燃料有効長Lの14/24であり、核分裂性プルトニウムの富化度が6.73wt%であるMOX燃料の複数の燃料ペレットを、14L/24の燃料有効長に充填している。 The fuel rod 8 has a fuel effective length of 14/24 of the fuel effective length L of the fuel rod 6, and a plurality of fuel pellets of MOX fuel having a fissile plutonium enrichment of 6.73 wt%. is filled to the fuel effective length.

燃料棒6,7及び8は、被覆管内で燃料有効長の上端よりも上方にガスプレナム49を形成している。燃料棒H3は、被覆管内でHe充填領域48の上方にガスプレナム49を形成している。これらのガスプレナム49には、ヘリウムガスが充填されている。また、燃料棒6,7,8及びH3では、燃料ペレットの外面と被覆管の内面の間に形成される第1間隙にもヘリウムガスが充填されている。燃料棒H3では、ガスプレナム49、He充填領域48および第1間隙が連通している。 The fuel rods 6, 7 and 8 form a gas plenum 49 within the cladding tube above the top of the active fuel length. Fuel rod H3 forms a gas plenum 49 above He fill region 48 within the cladding tube. These gas plenums 49 are filled with helium gas. Moreover, in the fuel rods 6, 7, 8 and H3, the first gap formed between the outer surface of the fuel pellet and the inner surface of the cladding tube is also filled with helium gas. In the fuel rod H3, the gas plenum 49, the He-filled region 48 and the first gap communicate with each other.

燃料集合体10Eの横断面において、複数の燃料棒7が、図16に示すように、チャンネルボックス16の内面に隣接している最外周領域35に配置される。複数の燃料棒H3は、チャンネルボックス16の、制御棒33と対向する2つの側壁部16A及び16Bの各内面に面する、最外周領域35のそれぞれの部分、すなわち、チャンネルファスナ18によって上部タイプレート14に取り付けられたチャンネルボックス16の、チャンネルファスナ18側の1つのコーナー部から直交する二方向に伸びる2つの側壁部16A及び16Bの各内面に面する、最外周領域35のそれぞれの部分に、図16に示すように、4本ずつ配置される。 In the cross section of the fuel assembly 10E, a plurality of fuel rods 7 are arranged in the outermost peripheral region 35 adjacent to the inner surface of the channel box 16, as shown in FIG. The plurality of fuel rods H3 are held together by channel fasteners 18 in respective portions of the outermost peripheral region 35 facing the inner surfaces of the two side walls 16A and 16B of the channel box 16 facing the control rods 33, namely the upper tie plate. In each portion of the outermost peripheral region 35 facing each inner surface of two side wall portions 16A and 16B extending in two orthogonal directions from one corner portion on the channel fastener 18 side of the channel box 16 attached to 14, As shown in FIG. 16, four are arranged.

複数の燃料棒6が、燃料集合体10Eの横断面における、最外周領域35よりも内側の領域(以下、中央領域という)に配置される。この中央領域には、複数の燃料棒8が配置される。燃料集合体10Eの横断面における、チャンネルボックス16の内面から2列目の燃料棒配列(最外周領域35に内側で隣接する燃料棒配列)に、12本の燃料棒8が配置され、燃料集合体10Eの横断面の中央に2本の燃料棒8が、チャンネルボックス16の、制御棒33に面する一つのコーナー部を通る1本の対角線の方向において隣接して配置される。燃料集合体10Eの中央領域では、燃料棒H3が配置された位置以外には、燃料棒6が配置される。 A plurality of fuel rods 6 are arranged in a region inside the outermost peripheral region 35 (hereinafter referred to as a central region) in the cross section of the fuel assembly 10E. A plurality of fuel rods 8 are arranged in this central region. In the cross section of the fuel assembly 10E, 12 fuel rods 8 are arranged in the second fuel rod array from the inner surface of the channel box 16 (the fuel rod array adjacent to the innermost peripheral region 35), and the fuel assembly Two fuel rods 8 are arranged adjacent to each other in the direction of one diagonal line passing through one corner portion of the channel box 16 facing the control rods 33 in the center of the cross section of the body 10E. In the central region of the fuel assembly 10E, fuel rods 6 are arranged at positions other than the positions where the fuel rods H3 are arranged.

本実施例の燃料集合体10Eでは、最外周領域35における核分裂性プルトニウムの平均富化度(例えば、4.30wt%)は、最外周領域35の内側である中央領域における核分裂性プルトニウムの平均富化度(例えば、6.73wt%)よりも低くなっている。 In the fuel assembly 10E of this embodiment, the average enrichment of fissile plutonium in the outermost peripheral region 35 (eg, 4.30 wt%) is the average enrichment of fissile plutonium in the central region inside the outermost peripheral region 35. degree (for example, 6.73 wt%).

燃料棒H3内には、He充填領域48の替りに、実施例1における燃料棒H2と同様に、アルゴンガス、窒素ガス、酸素ガス及び空気いずれかを密封した容器51を配置してもよい。 In the fuel rod H3, instead of the He-filled region 48, a sealed container 51 containing any one of argon gas, nitrogen gas, oxygen gas, and air may be arranged similarly to the fuel rod H2 in the first embodiment.

本実施例の燃料集合体10Eにおいて、燃料棒H3における燃料有効長の上端とHe充填領域48の下端との境界の位置を、実施例1の燃料集合体10の燃料棒H2における燃料有効長の上端とHe充填領域48の下端との境界の位置、すなわち、燃料有効長の下端から20L/24の位置にしてもよい。 In the fuel assembly 10E of this embodiment, the position of the boundary between the upper end of the effective fuel length of the fuel rod H3 and the lower end of the He filling region 48 is the position of the effective fuel length of the fuel rod H2 of the fuel assembly 10 of the first embodiment. It may be positioned at the boundary between the upper end and the lower end of the He-filled region 48, that is, at a position 20L/24 from the lower end of the effective fuel length.

なお、燃料集合体10及び10Eでは、ヘリウムガス、アルゴンガス、窒素ガス、酸素ガス及び空気いずれかを充填したガス充填領域が内部に形成され、最外周領域35に配置された燃料棒(例えば、燃料棒H2またはH3)における燃料有効長の上端とそのガス充填領域の下端との境界の位置を、好ましくは、燃料集合体の燃料有効長Lの上端の位置から、下方に向かって2L/24~18L/24(2L/24以上18L/24以下)の範囲内の位置に設定するとよい。 In the fuel assemblies 10 and 10E, a gas-filled region filled with any one of helium gas, argon gas, nitrogen gas, oxygen gas, and air is formed inside, and fuel rods (for example, Preferably, the position of the boundary between the upper end of the effective fuel length of the fuel rod H2 or H3) and the lower end of the gas-filled region of the fuel rod H2 or H3) is 2L/24 downward from the position of the upper end of the effective fuel length L of the fuel assembly. 18L/24 (2L/24 or more and 18L/24 or less).

本実施例は、実施例1及び2で生じる各効果を得ることができる。さらに、本実施例では、燃料集合体10Eの最外周領域35における核分裂性プルトニウムの平均富化度を燃料集合体10Eの中央領域におけるその平均富化度よりも低くすることにより、最外周領域35における中性子の吸収をさらに抑制できる。このため、本実施例では、実施例1よりも制御棒価値をさらに向上させることができる。また、燃料集合体10Eの最外周領域35において、ガス充填領域(例えば、He充填領域48)を有する燃料棒H3に隣接する他の燃料棒の出力は、燃料棒H3が隣に存在しない場合に比べて上昇する。最外周領域35に配置された燃料棒の核分裂性プルトニウムの富化度を低下させることにより、燃料棒H3に隣接する燃料棒の出力ピークを抑制することができる。このため、本実施例の燃料集合体10Eは、実施例1の燃料集合体10よりも熱的余裕を改善することができる。 This embodiment can obtain each effect produced in the first and second embodiments. Furthermore, in this embodiment, by making the average enrichment of fissile plutonium in the outermost peripheral region 35 of the fuel assembly 10E lower than the average enrichment in the central region of the fuel assembly 10E, the outermost peripheral region 35 can further suppress the absorption of neutrons in Therefore, in this embodiment, the control rod worth can be further improved as compared with the first embodiment. In addition, in the outermost peripheral region 35 of the fuel assembly 10E, the output of other fuel rods adjacent to the fuel rod H3 having the gas-filled region (for example, the He-filled region 48) is rise in comparison. By reducing the fissile plutonium enrichment of the fuel rods arranged in the outermost region 35, the power peak of the fuel rods adjacent to the fuel rod H3 can be suppressed. Therefore, the fuel assembly 10E of this embodiment can improve the thermal margin more than the fuel assembly 10 of the first embodiment.

本実施例の燃料集合体10Eにおいて、燃料棒H2のHe充填領域48の替りに、内部にガス充填領域48Aが形成された容器51、黒鉛、ベリリウム、酸化ベリリウム及び炭化ベリリウムのいずれかの複数のペレットを充填した固体物質充填領域、及びHe充填領域48及び容器51のいずれか及び固体物質充填領域の両方を、核燃料物質充填領域の上端よりも上方に配置してもよい。 In the fuel assembly 10E of this embodiment, instead of the He-filled region 48 of the fuel rod H2, a container 51 in which a gas-filled region 48A is formed, a plurality of graphite, beryllium, beryllium oxide, and beryllium carbide. Both the pellet-filled solid material filling area and either the He filling area 48 or the container 51 and the solid material filling area may be arranged above the upper end of the nuclear fuel material filling area.

以上に述べた実施例1ないし3の各燃料集合体は、インターナルポンプを備えた改良型沸騰水型原子力プラント(ABWRプラント)だけでなく、再循環系ポンプを備えた沸騰水型原子力プラント(BWRプラント)にも適用することができる。 Each fuel assembly of Examples 1 to 3 described above can be used not only in an improved boiling water nuclear power plant (ABWR plant) equipped with an internal pump, but also in a boiling water nuclear power plant equipped with a recirculation system pump ( BWR plant) can also be applied.

1~8,11,H1,H2,H3…燃料棒、10,10A,10B,10C,10D,10E…燃料集合体、12…全長燃料棒、13…部分長燃料棒、H1、H2、H3…He燃料棒、10、10A、10B、10C、10D、10E…燃料集合体、14…上部タイプレート(上部燃料棒支持部材)、15…下部タイプレート(下部燃料棒支持部材)、16…チャンネルボックス、16A,16B,16C,16D…側壁部、18…チャンネルファスナ、19…板バネ、20…原子炉、21…原子炉圧力容器、22…炉心シュラウド、23…炉心、24…上部格子板、25…炉心支持板、33…制御棒、48…He充填領域、48A…ガス充填領域。 1 to 8, 11, H1, H2, H3... Fuel rods 10, 10A, 10B, 10C, 10D, 10E... Fuel assemblies 12... Full length fuel rods 13... Part length fuel rods H1, H2, H3... He fuel rods 10, 10A, 10B, 10C, 10D, 10E ... fuel assembly 14 ... upper tie plate (upper fuel rod support member) 15 ... lower tie plate (lower fuel rod support member) 16 ... channel box , 16A, 16B, 16C, 16D... Side wall part 18... Channel fastener 19... Leaf spring 20... Reactor 21... Reactor pressure vessel 22... Core shroud 23... Core 24... Upper grid plate 25 ... core support plate, 33 ... control rods, 48 ... He filling region, 48A ... gas filling region.

Claims (11)

下部燃料支持部材と、
上部燃料支持部材と、
前記上部燃料支持部材に上端部が取り付けられて前記下部燃料支持部材に向かって伸びている筒状のチャンネルボックスと、
下端部が前記下部燃料支持部材に支持されて上端部が前記上部燃料支持部材に支持され、核燃料物質を含む複数の燃料棒とを備え、
複数の燃料スペーサによって束ねられた前記複数の燃料棒が、前記チャンネルボックスの内側に配置された燃料集合体であって、
前記複数の燃料棒が複数の第1燃料棒と第2燃料棒を含んでおり、
前記第1燃料棒の燃料有効長が前記燃料集合体の第1燃料有効長であって、前記第2燃料棒の燃料有効長が前記第1燃料有効長よりも短い第2燃料有効長であり、
前記第2燃料棒が、内部において、中性子吸収断面積が軽水よりも小さい物質を充填し
た物質充填領域を、前記第1燃料有効長の上端から、この上端の下方に位置する前記第2燃料有効長の上端に亘って形成しており、
前記第2燃料棒を、前記チャンネルボックスを構成する複数の側壁部のうち、制御棒と対向する前記側壁部の内面に面する、最外周領域の部分に配置しており、
中性子吸収断面積が軽水よりも小さい前記物質が、中性子吸収断面積が軽水よりも小さいガス及び中性子吸収断面積が軽水よりも小さい固体物質の内の少なくとも一つであり、
中性子吸収断面積が軽水よりも小さい前記固体物質が、前記物質充填領域である固体物質充填領域に充填されることを特徴とする燃料集合体。
a lower fuel support member;
an upper fuel support member;
a tubular channel box having an upper end attached to the upper fuel support member and extending toward the lower fuel support member;
a plurality of fuel rods having lower ends supported by the lower fuel support member and upper ends supported by the upper fuel support member and containing nuclear fuel material;
A fuel assembly in which the plurality of fuel rods bundled by a plurality of fuel spacers are arranged inside the channel box,
the plurality of fuel rods includes a plurality of first fuel rods and a second fuel rod;
The active fuel length of the first fuel rod is the first active fuel length of the fuel assembly, and the active fuel length of the second fuel rod is the second active fuel length shorter than the first active fuel length. ,
The second fuel rod is internally filled with a material having a neutron absorption cross section smaller than that of light water.
a material filled region extending from the upper end of the first active fuel length to the upper end of the second active fuel length located below the upper end,
The second fuel rods are arranged in the outermost peripheral region facing the inner surface of the side wall facing the control rods, among the plurality of side walls constituting the channel box,
said substance having a neutron absorption cross section smaller than that of light water is at least one of a gas having a neutron absorption cross section smaller than that of light water and a solid substance having a neutron absorption cross section smaller than that of light water;
A fuel assembly, wherein said solid material having a neutron absorption cross section smaller than that of light water is filled in said solid material filled region.
下部燃料支持部材と、
上部燃料支持部材と、
前記上部燃料支持部材に上端部が取り付けられて前記下部燃料支持部材に向かって伸びている筒状のチャンネルボックスと、
下端部が前記下部燃料支持部材に支持されて上端部が前記上部燃料支持部材に支持され、核燃料物質を含む複数の燃料棒と、
前記上部燃料支持部材の1つのコーナー部に取り付けられて前記チャンネルボックスを前記上部燃料支持部材に取り付けているチャンネルファスナとを備え、
複数の燃料スペーサによって束ねられた前記複数の燃料棒が、前記チャンネルボックスの内側に配置された燃料集合体であって、
前記複数の燃料棒が複数の第1燃料棒と第2燃料棒を含んでおり、
前記第1燃料棒の燃料有効長が前記燃料集合体の第1燃料有効長であって、前記第2燃料棒の燃料有効長が前記第1燃料有効長よりも短い第2燃料有効長であり、
前記第2燃料棒が、内部において、中性子吸収断面積が軽水よりも小さい物質を充填した物質充填領域を、前記第1燃料有効長の上端から、この上端の下方に位置する前記第2燃料有効長の上端に亘って形成しており、
前記第2燃料棒を、前記チャンネルボックスを構成する複数の側壁部のうち、前記チャンネルファスナ側のコーナー部から一方向に伸びる前記側壁部の内面に面している、最外周領域の部分に配置しており、
中性子吸収断面積が軽水よりも小さい前記物質が、中性子吸収断面積が軽水よりも小さいガス及び中性子吸収断面積が軽水よりも小さい固体物質の内の少なくとも一つであり、
中性子吸収断面積が軽水よりも小さい前記固体物質が、前記物質充填領域である固体物質充填領域に充填されることを特徴とする燃料集合体。
a lower fuel support member;
an upper fuel support member;
a tubular channel box having an upper end attached to the upper fuel support member and extending toward the lower fuel support member;
a plurality of fuel rods having lower ends supported by the lower fuel support member and upper ends supported by the upper fuel support member and containing nuclear fuel material;
a channel fastener attached to one corner of the upper fuel support member to attach the channel box to the upper fuel support member;
A fuel assembly in which the plurality of fuel rods bundled by a plurality of fuel spacers are arranged inside the channel box,
the plurality of fuel rods includes a plurality of first fuel rods and a second fuel rod;
The active fuel length of the first fuel rod is the first active fuel length of the fuel assembly, and the active fuel length of the second fuel rod is the second active fuel length shorter than the first active fuel length. ,
The second fuel rod has a material-filled region filled with a material having a neutron absorption cross section smaller than that of light water. It is formed over the upper end of the length,
The second fuel rods are arranged in the outermost peripheral region facing the inner surface of the side wall portion extending in one direction from the corner portion on the side of the channel fastener among the plurality of side wall portions constituting the channel box. and
said substance having a neutron absorption cross section smaller than that of light water is at least one of a gas having a neutron absorption cross section smaller than that of light water and a solid substance having a neutron absorption cross section smaller than that of light water;
A fuel assembly, wherein said solid material having a neutron absorption cross section smaller than that of light water is filled in said solid material filled region.
下部燃料支持部材と、
上部燃料支持部材と、
前記上部燃料支持部材に上端部が取り付けられて前記下部燃料支持部材に向かって伸びている筒状のチャンネルボックスと、
下端部が前記下部燃料支持部材に支持されて上端部が前記上部燃料支持部材に支持され、核燃料物質を含む複数の燃料棒とを備え、
複数の燃料スペーサによって束ねられた前記複数の燃料棒が、前記チャンネルボックスの内側に配置された燃料集合体であって、
前記複数の燃料棒が複数の第1燃料棒と第2燃料棒を含んでおり、
前記第1燃料棒の燃料有効長が前記燃料集合体の第1燃料有効長であって、前記第2燃料棒の燃料有効長が前記第1燃料有効長よりも短い第2燃料有効長であり、
前記第2燃料棒が、内部において、中性子吸収断面積が軽水よりも小さい物質を充填し
た物質充填領域を、前記第1燃料有効長の上端から、この上端の下方に位置する前記第2燃料有効長の上端に亘って形成しており、
前記第2燃料棒を、前記チャンネルボックスを構成する複数の側壁部のうち、制御棒と対向する前記側壁部の内面に面する、最外周領域の部分に配置しており、
前記第1燃料有効長の長さをLとしたとき、前記第1燃料有効長の上端から下方に向かって伸びる前記物質充填領域の軸方向の長さを、2L/24以上18L/24以下の範囲内の長さとし、
前記物質充填領域の軸方向の長さを、7L/24以上18L/24以下の範囲内の長さとすることを特徴とする燃料集合体。
a lower fuel support member;
an upper fuel support member;
a tubular channel box having an upper end attached to the upper fuel support member and extending toward the lower fuel support member;
a plurality of fuel rods having lower ends supported by the lower fuel support member and upper ends supported by the upper fuel support member and containing nuclear fuel material;
A fuel assembly in which the plurality of fuel rods bundled by a plurality of fuel spacers are arranged inside the channel box,
the plurality of fuel rods includes a plurality of first fuel rods and a second fuel rod;
The active fuel length of the first fuel rod is the first active fuel length of the fuel assembly, and the active fuel length of the second fuel rod is the second active fuel length shorter than the first active fuel length. ,
The second fuel rod is internally filled with a material having a neutron absorption cross section smaller than that of light water.
a material filled region extending from the upper end of the first active fuel length to the upper end of the second active fuel length located below the upper end,
The second fuel rods are arranged in the outermost peripheral region facing the inner surface of the side wall facing the control rods, among the plurality of side walls constituting the channel box,
When the length of the first effective fuel length is L, the axial length of the material-filled region extending downward from the upper end of the first effective fuel length is 2 L/24 or more and 18 L/24 or less. with a length within the range,
A fuel assembly, wherein the length in the axial direction of the material-filled region is within the range of 7 L/24 or more and 18 L/24 or less.
下部燃料支持部材と、
上部燃料支持部材と、
前記上部燃料支持部材に上端部が取り付けられて前記下部燃料支持部材に向かって伸びている筒状のチャンネルボックスと、
下端部が前記下部燃料支持部材に支持されて上端部が前記上部燃料支持部材に支持され、核燃料物質を含む複数の燃料棒と、
前記上部燃料支持部材の1つのコーナー部に取り付けられて前記チャンネルボックスを前記上部燃料支持部材に取り付けているチャンネルファスナとを備え、
複数の燃料スペーサによって束ねられた前記複数の燃料棒が、前記チャンネルボックスの内側に配置された燃料集合体であって、
前記複数の燃料棒が複数の第1燃料棒と第2燃料棒を含んでおり、
前記第1燃料棒の燃料有効長が前記燃料集合体の第1燃料有効長であって、前記第2燃料棒の燃料有効長が前記第1燃料有効長よりも短い第2燃料有効長であり、
前記第2燃料棒が、内部において、中性子吸収断面積が軽水よりも小さい物質を充填した物質充填領域を、前記第1燃料有効長の上端から、この上端の下方に位置する前記第2燃料有効長の上端に亘って形成しており、
前記第2燃料棒を、前記チャンネルボックスを構成する複数の側壁部のうち、前記チャンネルファスナ側のコーナー部から一方向に伸びる前記側壁部の内面に面している、最外周領域の部分に配置しており、
前記第1燃料有効長の長さをLとしたとき、前記第1燃料有効長の上端から下方に向かって伸びる前記物質充填領域の軸方向の長さを、2L/24以上18L/24以下の範囲内の長さとし、
前記物質充填領域の軸方向の長さを、7L/24以上18L/24以下の範囲内の長さとすることを特徴とする燃料集合体。
a lower fuel support member;
an upper fuel support member;
a tubular channel box having an upper end attached to the upper fuel support member and extending toward the lower fuel support member;
a plurality of fuel rods having lower ends supported by the lower fuel support member and upper ends supported by the upper fuel support member and containing nuclear fuel material;
a channel fastener attached to one corner of the upper fuel support member to attach the channel box to the upper fuel support member;
A fuel assembly in which the plurality of fuel rods bundled by a plurality of fuel spacers are arranged inside the channel box,
the plurality of fuel rods includes a plurality of first fuel rods and a second fuel rod;
The active fuel length of the first fuel rod is the first active fuel length of the fuel assembly, and the active fuel length of the second fuel rod is the second active fuel length shorter than the first active fuel length. ,
The second fuel rod has a material-filled region filled with a material having a neutron absorption cross section smaller than that of light water. It is formed over the upper end of the length,
The second fuel rods are arranged in the outermost peripheral region facing the inner surface of the side wall portion extending in one direction from the corner portion on the side of the channel fastener among the plurality of side wall portions constituting the channel box. and
When the length of the first effective fuel length is L, the axial length of the material-filled region extending downward from the upper end of the first effective fuel length is 2 L/24 or more and 18 L/24 or less. with a length within the range,
A fuel assembly, wherein the length in the axial direction of the material-filled region is within the range of 7 L/24 or more and 18 L/24 or less.
下部燃料支持部材と、
上部燃料支持部材と、
前記上部燃料支持部材に上端部が取り付けられて前記下部燃料支持部材に向かって伸びている筒状のチャンネルボックスと、
下端部が前記下部燃料支持部材に支持されて上端部が前記上部燃料支持部材に支持され、核燃料物質を含む複数の燃料棒とを備え、
複数の燃料スペーサによって束ねられた前記複数の燃料棒が、前記チャンネルボックスの内側に配置された燃料集合体であって、
前記複数の燃料棒が複数の第1燃料棒と第2燃料棒を含んでおり、
前記第1燃料棒の燃料有効長が前記燃料集合体の第1燃料有効長であって、前記第2燃料棒の燃料有効長が前記第1燃料有効長よりも短い第2燃料有効長であり、
前記第2燃料棒が、内部において、中性子吸収断面積が軽水よりも小さい物質を充填し
た物質充填領域を、前記第1燃料有効長の上端から、この上端の下方に位置する前記第2燃料有効長の上端に亘って形成しており、
前記第2燃料棒を、前記チャンネルボックスを構成する複数の側壁部のうち、制御棒と対向する前記側壁部の内面に面する、最外周領域の部分に配置しており、
前記第1燃料有効長の長さをLとしたとき、前記物質充填領域の下端と前記第2燃料有効長の上端との境界の位置が、前記第1燃料有効長の上端から2L/24だけ下方に位置する位置と、前記第1燃料有効長の上端から18L/24だけ下方に位置する位置の範囲内に存在する位置であり、
前記第2燃料有効長の上端と前記物質充填領域の下端の境界の位置が、前記第1燃料有効長の上端から7L/24だけ下方に位置する位置と、前記第1燃料有効長の上端から18L/24だけ下方に位置する位置の範囲内に存在する位置であることを特徴とする燃料集合体。
a lower fuel support member;
an upper fuel support member;
a tubular channel box having an upper end attached to the upper fuel support member and extending toward the lower fuel support member;
a plurality of fuel rods having lower ends supported by the lower fuel support member and upper ends supported by the upper fuel support member and containing nuclear fuel material;
A fuel assembly in which the plurality of fuel rods bundled by a plurality of fuel spacers are arranged inside the channel box,
the plurality of fuel rods includes a plurality of first fuel rods and a second fuel rod;
The active fuel length of the first fuel rod is the first active fuel length of the fuel assembly, and the active fuel length of the second fuel rod is the second active fuel length shorter than the first active fuel length. ,
The second fuel rod is internally filled with a material having a neutron absorption cross section smaller than that of light water.
a material filled region extending from the upper end of the first active fuel length to the upper end of the second active fuel length located below the upper end,
The second fuel rods are arranged in the outermost peripheral region facing the inner surface of the side wall facing the control rods, among the plurality of side walls constituting the channel box,
Assuming that the length of the first effective fuel length is L, the position of the boundary between the lower end of the material filling region and the upper end of the second effective fuel length is 2L/24 from the upper end of the first effective fuel length. A position that exists within a range between a position positioned below and a position positioned 18L/24 below from the upper end of the first effective fuel length,
The position of the boundary between the upper end of the second active fuel length and the lower end of the material filled region is located 7L/24 below the upper end of the first active fuel length and from the upper end of the first active fuel length. A fuel assembly having a position within a range of positions located 18L/24 below.
下部燃料支持部材と、
上部燃料支持部材と、
前記上部燃料支持部材に上端部が取り付けられて前記下部燃料支持部材に向かって伸びている筒状のチャンネルボックスと、
下端部が前記下部燃料支持部材に支持されて上端部が前記上部燃料支持部材に支持され、核燃料物質を含む複数の燃料棒と、
前記上部燃料支持部材の1つのコーナー部に取り付けられて前記チャンネルボックスを前記上部燃料支持部材に取り付けているチャンネルファスナとを備え、
複数の燃料スペーサによって束ねられた前記複数の燃料棒が、前記チャンネルボックスの内側に配置された燃料集合体であって、
前記複数の燃料棒が複数の第1燃料棒と第2燃料棒を含んでおり、
前記第1燃料棒の燃料有効長が前記燃料集合体の第1燃料有効長であって、前記第2燃料棒の燃料有効長が前記第1燃料有効長よりも短い第2燃料有効長であり、
前記第2燃料棒が、内部において、中性子吸収断面積が軽水よりも小さい物質を充填した物質充填領域を、前記第1燃料有効長の上端から、この上端の下方に位置する前記第2燃料有効長の上端に亘って形成しており、
前記第2燃料棒を、前記チャンネルボックスを構成する複数の側壁部のうち、前記チャンネルファスナ側のコーナー部から一方向に伸びる前記側壁部の内面に面している、最外周領域の部分に配置しており、
前記第1燃料有効長の長さをLとしたとき、前記物質充填領域の下端と前記第2燃料有効長の上端との境界の位置が、前記第1燃料有効長の上端から2L/24だけ下方に位置する位置と、前記第1燃料有効長の上端から18L/24だけ下方に位置する位置の範囲内に存在する位置であり、
前記第2燃料有効長の上端と前記物質充填領域の下端の境界の位置が、前記第1燃料有効長の上端から7L/24だけ下方に位置する位置と、前記第1燃料有効長の上端から18L/24だけ下方に位置する位置の範囲内に存在する位置であることを特徴とする燃料集合体。
a lower fuel support member;
an upper fuel support member;
a tubular channel box having an upper end attached to the upper fuel support member and extending toward the lower fuel support member;
a plurality of fuel rods having lower ends supported by the lower fuel support member and upper ends supported by the upper fuel support member and containing nuclear fuel material;
a channel fastener attached to one corner of the upper fuel support member to attach the channel box to the upper fuel support member;
A fuel assembly in which the plurality of fuel rods bundled by a plurality of fuel spacers are arranged inside the channel box,
the plurality of fuel rods includes a plurality of first fuel rods and a second fuel rod;
The active fuel length of the first fuel rod is the first active fuel length of the fuel assembly, and the active fuel length of the second fuel rod is the second active fuel length shorter than the first active fuel length. ,
The second fuel rod has a material-filled region filled with a material having a neutron absorption cross section smaller than that of light water. It is formed over the upper end of the length,
The second fuel rods are arranged in the outermost peripheral region facing the inner surface of the side wall portion extending in one direction from the corner portion on the side of the channel fastener among the plurality of side wall portions constituting the channel box. and
Assuming that the length of the first effective fuel length is L, the position of the boundary between the lower end of the material filling region and the upper end of the second effective fuel length is 2L/24 from the upper end of the first effective fuel length. A position that exists within a range between a position positioned below and a position positioned 18L/24 below from the upper end of the first effective fuel length,
The position of the boundary between the upper end of the second active fuel length and the lower end of the material filled region is located 7L/24 below the upper end of the first active fuel length and from the upper end of the first active fuel length. A fuel assembly having a position within a range of positions located 18L/24 below.
下部燃料支持部材と、
上部燃料支持部材と、
前記上部燃料支持部材に上端部が取り付けられて前記下部燃料支持部材に向かって伸びている筒状のチャンネルボックスと、
下端部が前記下部燃料支持部材に支持されて上端部が前記上部燃料支持部材に支持され、核燃料物質を含む複数の燃料棒とを備え、
複数の燃料スペーサによって束ねられた前記複数の燃料棒が、前記チャンネルボックスの内側に配置された燃料集合体であって、
前記複数の燃料棒が複数の第1燃料棒と第2燃料棒を含んでおり、
前記第1燃料棒の燃料有効長が前記燃料集合体の第1燃料有効長であって、前記第2燃料棒の燃料有効長が前記第1燃料有効長よりも短い第2燃料有効長であり、
前記第2燃料棒が、内部において、中性子吸収断面積が軽水よりも小さい物質を充填し
た物質充填領域を、前記第1燃料有効長の上端から、この上端の下方に位置する前記第2燃料有効長の上端に亘って形成しており、
前記第2燃料棒を、前記チャンネルボックスを構成する複数の側壁部のうち、制御棒と対向する前記側壁部の内面に面する、最外周領域の部分に配置しており、
中性子吸収断面積が軽水よりも小さい前記物質が、中性子吸収断面積が軽水よりも小さいガス及び中性子吸収断面積が軽水よりも小さい固体物質の内の少なくとも一つであり、
中性子吸収断面積が軽水よりも小さい前記ガスが、前記物質充填領域であるガス充填領域に充填され、
前記ガス充填領域が、中性子吸収断面積が軽水よりも小さいHeガスを充填したHe充填領域であり、
前記ガス充填領域が内部に形成された密封容器を、前記第2燃料棒内で前記第2燃料有効長の上端の上方に配置することを特徴とする燃料集合体。
a lower fuel support member;
an upper fuel support member;
a tubular channel box having an upper end attached to the upper fuel support member and extending toward the lower fuel support member;
a plurality of fuel rods having lower ends supported by the lower fuel support member and upper ends supported by the upper fuel support member and containing nuclear fuel material;
A fuel assembly in which the plurality of fuel rods bundled by a plurality of fuel spacers are arranged inside the channel box,
the plurality of fuel rods includes a plurality of first fuel rods and a second fuel rod;
The active fuel length of the first fuel rod is the first active fuel length of the fuel assembly, and the active fuel length of the second fuel rod is the second active fuel length shorter than the first active fuel length. ,
The second fuel rod is internally filled with a material having a neutron absorption cross section smaller than that of light water.
a material filled region extending from the upper end of the first active fuel length to the upper end of the second active fuel length located below the upper end,
The second fuel rods are arranged in the outermost peripheral region facing the inner surface of the side wall facing the control rods, among the plurality of side walls constituting the channel box,
said substance having a neutron absorption cross section smaller than that of light water is at least one of a gas having a neutron absorption cross section smaller than that of light water and a solid substance having a neutron absorption cross section smaller than that of light water;
The gas having a neutron absorption cross section smaller than that of light water is filled in the gas-filled region, which is the material-filled region;
the gas-filled region is a He-filled region filled with He gas having a neutron absorption cross section smaller than that of light water;
A fuel assembly, wherein a sealed container in which the gas-filled region is formed is arranged above an upper end of the second active fuel length within the second fuel rod.
下部燃料支持部材と、
上部燃料支持部材と、
前記上部燃料支持部材に上端部が取り付けられて前記下部燃料支持部材に向かって伸びている筒状のチャンネルボックスと、
下端部が前記下部燃料支持部材に支持されて上端部が前記上部燃料支持部材に支持され、核燃料物質を含む複数の燃料棒と、
前記上部燃料支持部材の1つのコーナー部に取り付けられて前記チャンネルボックスを前記上部燃料支持部材に取り付けているチャンネルファスナとを備え、
複数の燃料スペーサによって束ねられた前記複数の燃料棒が、前記チャンネルボックスの内側に配置された燃料集合体であって、
前記複数の燃料棒が複数の第1燃料棒と第2燃料棒を含んでおり、
前記第1燃料棒の燃料有効長が前記燃料集合体の第1燃料有効長であって、前記第2燃料棒の燃料有効長が前記第1燃料有効長よりも短い第2燃料有効長であり、
前記第2燃料棒が、内部において、中性子吸収断面積が軽水よりも小さい物質を充填した物質充填領域を、前記第1燃料有効長の上端から、この上端の下方に位置する前記第2燃料有効長の上端に亘って形成しており、
前記第2燃料棒を、前記チャンネルボックスを構成する複数の側壁部のうち、前記チャンネルファスナ側のコーナー部から一方向に伸びる前記側壁部の内面に面している、最外周領域の部分に配置しており、
中性子吸収断面積が軽水よりも小さい前記物質が、中性子吸収断面積が軽水よりも小さいガス及び中性子吸収断面積が軽水よりも小さい固体物質の内の少なくとも一つであり、
中性子吸収断面積が軽水よりも小さい前記ガスが、前記物質充填領域であるガス充填領域に充填され、
前記ガス充填領域が、中性子吸収断面積が軽水よりも小さいHeガスを充填したHe充填領域であり、
前記ガス充填領域が内部に形成された密封容器を、前記第2燃料棒内で前記第2燃料有効長の上端の上方に配置することを特徴とする燃料集合体。
a lower fuel support member;
an upper fuel support member;
a tubular channel box having an upper end attached to the upper fuel support member and extending toward the lower fuel support member;
a plurality of fuel rods having lower ends supported by the lower fuel support member and upper ends supported by the upper fuel support member and containing nuclear fuel material;
a channel fastener attached to one corner of the upper fuel support member to attach the channel box to the upper fuel support member;
A fuel assembly in which the plurality of fuel rods bundled by a plurality of fuel spacers are arranged inside the channel box,
the plurality of fuel rods includes a plurality of first fuel rods and a second fuel rod;
The active fuel length of the first fuel rod is the first active fuel length of the fuel assembly, and the active fuel length of the second fuel rod is the second active fuel length shorter than the first active fuel length. ,
The second fuel rod has a material-filled region filled with a material having a neutron absorption cross section smaller than that of light water. It is formed over the upper end of the length,
The second fuel rods are arranged in the outermost peripheral region facing the inner surface of the side wall portion extending in one direction from the corner portion on the side of the channel fastener among the plurality of side wall portions constituting the channel box. and
said substance having a neutron absorption cross section smaller than that of light water is at least one of a gas having a neutron absorption cross section smaller than that of light water and a solid substance having a neutron absorption cross section smaller than that of light water;
The gas having a neutron absorption cross section smaller than that of light water is filled in the gas-filled region, which is the material-filled region;
the gas-filled region is a He-filled region filled with He gas having a neutron absorption cross section smaller than that of light water;
A fuel assembly, wherein a sealed container in which the gas-filled region is formed is arranged above an upper end of the second active fuel length within the second fuel rod.
前記固体物質充填領域が、黒鉛、ベリリウム、酸化ベリリウム及び炭化ベリリウムのいずれかを充填している領域である請求項1または2に記載された燃料集合体。 3. The fuel assembly according to claim 1 , wherein said solid material filling region is a region filled with any one of graphite, beryllium, beryllium oxide and beryllium carbide. 前記燃料集合体の横断面において、前記最外周領域における核分裂性プルトニウムの平均富化度は、前記最外周領域よりも内側の中央領域における核分裂性プルトニウムの平均富化度よりも低くなっている請求項1ないしのいずれか1項に記載の燃料集合体。 In the cross section of the fuel assembly, the average enrichment of fissile plutonium in the outermost region is lower than the average enrichment of fissile plutonium in the central region inside the outermost region. 10. The fuel assembly according to any one of Items 1 to 9 . 下端部が前記下部燃料支持部材に支持されて上端部が前記上部燃料支持部材に支持されていなく、前記第1燃料棒及び前記第2燃料棒よりも軸方向の長さが短くて核燃料物質を含む複数の第3燃料棒を備え、
前記第3燃料棒は、前記最外周領域よりも内側に配置されている請求項1ないし10のいずれか1項に記載の燃料集合体。
The lower end is supported by the lower fuel support member and the upper end is not supported by the upper fuel support member, the length in the axial direction is shorter than the first fuel rod and the second fuel rod, and the nuclear fuel material is carried. a plurality of third fuel rods including
11. The fuel assembly according to any one of claims 1 to 10 , wherein said third fuel rods are arranged inside said outermost peripheral region.
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JPS6171389A (en) * 1984-09-17 1986-04-12 株式会社日立製作所 Fuel aggregate
JPS62194494A (en) * 1985-10-04 1987-08-26 株式会社日立製作所 Fuel aggregate
JPH0453592U (en) * 1990-09-13 1992-05-07
JPH07229986A (en) * 1994-02-18 1995-08-29 Toshiba Corp Core structure for boiling water reactor
JP3318210B2 (en) * 1996-08-28 2002-08-26 株式会社日立製作所 MOX fuel assembly and core
JP3977532B2 (en) * 1998-12-24 2007-09-19 株式会社日立製作所 Fuel assemblies, reactor cores and channel boxes
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