DE3308619A1 - Nuclear fuel cluster having enrichment in axial zones - Google Patents

Nuclear fuel cluster having enrichment in axial zones

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Abstract

A configuration of a nuclear fuel cluster (15) which permits the clearance for the cold, shutdown state to be preserved with minimum impairment of the operational efficiency. The cluster has a component which is made from fissile material and which is distributed over a substantial axial extent of the nuclear fuel cluster, the fuel having a relatively reduced enrichment in an axial zone (62) (the "zone of reduced enrichment") in an upper region, this zone corresponding at least partially to a section of the axial region in which the reactivity has a maximum in the cold shutdown state. The nuclear fuel cluster normally comprises a first subgroup of nuclear fuel rods (1) having a reduced enrichment in the zone of reduced enrichment as well as a second subgroup of nuclear fuel rods (2 to 8) having a uniform enrichment along its axial dimension. In order for the number of nuclear fuel rods which have to be characterised by an enrichment that is not axially uniform to be kept as low as possible, it is preferred for the first subgroup (1) to contain one of the rods having the highest enrichment of the nuclear fuel cluster. The resulting somewhat higher axial power peak towards the lower part of the nuclear fuel cluster can be compensated by arranging more burnable absorbers in a corresponding lower zone (67). A middle zone (70) is characterised by a higher enrichment and a lower gadolinium content, which leads to the section of the core having the highest reactivity. <IMAGE>

Description

Beschreibungdescription

Kernbrennstoffbündel mit axial zonenförmiger Anreicherung Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Kernreaktoren und mehr im besonderen auf eine Brennstoffbündel-Anordnung für einen Siedewasserreaktor.Nuclear fuel bundle with axially zoned enrichment The present one Invention relates to nuclear reactors in general, and more particularly to one Fuel bundle arrangement for a boiling water reactor.

In einem Kernbrennstoffreaktor absorbiert ein Atom eines spaltbaren Kernbrennstoffes, wie U235, ein Neutron in seinem Kern und erleidet eine Kernspaltung, die im Durchschnitt zwei Spaltfragmente geringeren Atomgewichtes mit großer kinetischer Energie und mehrere Neutronen ebenfalls hoher Energie erzeugt.In a nuclear fuel reactor, one atom of a fissile absorbed Nuclear fuel, such as U235, a neutron in its core and suffers a nuclear fission, the on average two fission fragments of lower atomic weight with higher kinetic ones Energy and several neutrons also generated high energy.

In einem typischen Siedewasserreaktor (Englisch abgekürzt BWR") liegt der Kernbrennstoff in Form von Kernbrennstoffstäben vor, deren jeder eine Vielzahl gesinterter Pellets enthält, die in einem langgestreckten Umhüllungsrohr eingeschlossen sind. Gruppen solcher Brennstoff stäbe sind durch obere und untere Halteplatten abgestützt und bilden separat ersetzbare Kernbrennstoffbündel.In a typical boiling water reactor (English abbreviated BWR ") lies the nuclear fuel in the form of nuclear fuel rods, each of which has a multitude Contains sintered pellets enclosed in an elongated cladding tube are. Groups of such fuel rods are held by upper and lower retaining plates supported and form separately replaceable nuclear fuel bundles.

Eine ausreichende Zahl solcher Kernbrennstoffbündel ist in einer Matrix angeordnet, die einem rechtwinkligen kreisförmigen Zylinder angenähert ist, um den Kern des Kernreaktors zu bilden, der zu einer selbst aufrechterhaltenen Spaltreaktion in der Lage ist.A sufficient number of such nuclear fuel bundles are in a matrix arranged, which is approximated to a right-angled circular cylinder to the Forming the core of the nuclear reactor, leading to a self-sustaining fission reaction be able to.

Die kinetische Energie der Spaltprodukte wird als Wärme in den Kernbrennstoffstäben verteilt. Weiter wird Energie durch die Neutronen, Gammastrahlen und andere Strahlung, die sich aus dem Spaltprozeß ergibt, in der Brennstoffstruktur und in dem Moderator abgelagert. Der gesamte Kern ist in ein Kühlmittel eingetaucht, das z.B. Wasser sein kann, und das die Wärme entfernt, die dann zur Leistung brauchbarer Arbeit extrahiert werden kann. Ist das Kühlmittel Wasser, dann wirkt es auch als Neutronenmoderator, der die Neutronen verlangsamt, so daß sie eine weitere Spaltungsreaktion in Gang setzen können.The kinetic energy of the fission products is used as heat in the nuclear fuel rods distributed. Further energy is generated by the neutrons, gamma rays and other radiation, which results from the fission process, in the fuel structure and deposited in the moderator. The entire core is immersed in a coolant, which can be e.g. water, and which removes the heat, which is then more useful for performance Work can be extracted. If the coolant is water then it also acts as a Neutron moderator who slows down the neutrons so that they start another fission reaction can set in motion.

Der üblicherweise benutzte Kernbrennstoff für mit Wasser gekühlte und moderierte Kernreaktoren umfaßt Urandioxid, von dem etwa 0,7 bis etwa 5 Gew.-% spaltbares U235 sind, gemischt mit brütbaren U238. Währenddes Reaktorbetriebes wird ein Teil des brütbaren U238 in spaltbares Pu239 und Pu241 umgewandelt. Das U238 ist auch spaltbar, jedoch nur für Neutronen hoher Energie. Das Verhältnis an spaltbarem Material, das erzeugt wird, wie das genannte Pu239 und Pu241, zum spaltbaren Material, das durch die Spaltung zerstört wird, wie U235, Pu239 und Pu241 ist als das "Umwandlungsverhältnis" definiert.The most commonly used nuclear fuel for water cooled and moderated nuclear reactors comprises uranium dioxide, of which about 0.7 to about 5% by weight are fissile U235 mixed with breeding U238. During the reactor operation part of the breeding U238 converted into fissile Pu239 and Pu241. The U238 is also fissile, but only for high-energy neutrons. The relationship with fissile Material that is produced, such as the said Pu239 and Pu241, to the fissile material, that is destroyed by the fission, such as U235, Pu239 and Pu241 is called the "conversion ratio" Are defined.

Soll der Reaktor auf einem stetigen Leistungsniveau betrieben werden, dann muß die Zahl der durch die Spaltung gebildeten Neutronen konstant bleiben. Das heißt, jede Spaltreaktion muß netto ein Neutron erzeugen, das eine nachfolgende Spaltungsreaktion einleitet, so daß der Betrieb sich selbst aufrechterhält. Der Betrieb ist charakterisiert durch einen effektiven Multiplikationsfaktor keff, der für einen stetigen Betrieb eins sein muß. Es ist zu bemerken, daß der effektive Multiplikationsfaktor keff der Neutronenreproduktionsfaktor des Kernreaktors als Ganzes ist, und daß dieser zu unterscheiden ist von dem lokalen oder unendlichen Multiplikationsfaktor kino, der eine Neutronenreproduktion eines unendlich großen Systems definiert, das die gleiche Zusammensetzung und die gleichen Eigenschaften hat, wie der lokale Bereich des in Frage stehenden Reaktorkernes.If the reactor is to be operated at a constant level of performance, then the number of neutrons formed by the fission must remain constant. This means that every fission reaction must produce a net neutron, the next one Initiates cleavage reaction so that the operation is self-sustaining. Of the Operation is characterized by an effective multiplication factor keff, the must be one for continuous operation. It should be noted that the effective Multiplication factor keff the neutron reproduction factor of the nuclear reactor as Whole is, and that this is to be distinguished from the local or infinite Multiplication factor cinema, which is a neutron reproduction of an infinitely large Defined system that has the same composition and the same properties like the local area of the reactor core in question.

Während des Betriebes verarmt der spaltbare Brennstoff und einige der Spaltprodukte sind sogar Neutronenabsorber oder Gifte. Um dies auszugeichen, ist der Reaktor normalerweise mit einem anfänglichen überschuß an Kernbrennstoff versehen, der zu einer anfänglichen Uberschußreaktivität führt. Diese anfängliche Uberschußreaktivität erfordert ein Steuersystem, um den effektiven Multiplikationsfaktor während des Reaktorbetriebes bei eins zu halten, und ihn unter eins zu vermindern, falls erforderlich ist, den Reaktor abzuschalten. Das Steuersystem nutzt üblicherweise neutronenabsorbierendes Material, das die Neutronenerzeugung durch Absorption von Neutronen steuert, die keine Spaltung zur Folge haben.During operation, the fissile fuel and some are depleted the fission products are even neutron absorbers or poisons. To compensate for this, the reactor is normally with an initial excess of nuclear fuel provided, which leads to an initial excess reactivity. This initial Excess reactivity requires a control system to determine the effective multiplication factor to keep it at one during reactor operation and to reduce it to below one, if necessary, shut down the reactor. The tax system usually uses neutron absorbing material that enables neutron production by absorption of Controls neutrons that do not result in fission.

Zumindest ein Teil des neutronenabsorbierenden Materials wird in eine Vielzahl selektiv betätigbarer Steuerstäbe eingeführt, die vom Boden des Kernes aus nach Bedarf axial eingeführt werden, um das Leistungsniveau und die -verteilung einzustellen, oder den Kern abzuschalten. Abbrennbare Absorber können in einige der Kernbrennstoffstäbe eingeführt werden, um die Menge an erforderlicher mechanischer Steuerung möglichst gering zu halten. Ein abbrennbarer Absorber ist ein Neutronenabsorber, der durch Neutronenabsorption in ein Material umgewandelt wird, das weniger fähig ist, Neutronen zu absorbieren. Ein bekannter abbrennbarer Absorber ist Gadolinium, üblicherweise in Form von Gadoliniumoxid. Die ungradzahligen Isotopen des Gadoliniums (Gd155 und Gd157) haben sehr große Einfangquerschnitte für thermische Neutronen.At least part of the neutron absorbing material is put into a Multiple selectively actuatable control rods inserted from the bottom of the core from being introduced axially as needed to the performance level and distribution or shut down the core. Burnable absorbers can be used in some The nuclear fuel rods are introduced to the amount of mechanical required To keep control as low as possible. A burnable absorber is a neutron absorber, which is converted by neutron absorption into a material that is less capable is to absorb neutrons. A well-known burnable absorber is gadolinium, usually in the form of gadolinium oxide. The odd-numbered isotopes of gadolinium (Gd155 and Gd157) have very large capture cross-sections for thermal neutrons.

Die verfügbaren abbrennbaren Absorber weisen eine unerwünschte Neutronenabsorption gegen Ende des Brennstoff zyklus auf, da sie sich in neutronenabsorbierende Isotope umwandeln, die geringe Neutronenabsorptionsquerschnitte aufweisen.The available burnable absorbers exhibit undesirable neutron absorption towards the end of the fuel cycle, as they turn into neutron-absorbing isotopes convert that have small neutron absorption cross-sections.

So verarmt Gadolinium, wenn es als abbrennbarer Absorber benutzt wird, zwar rasch an den einen hohen Einfangquerschnitt aufweisenden Isotopen Gd155 und Gd157, doch es bleibt eine Restabsorption durch die geradzahligen Gadoliniumisotope Gd154, Gd156 und Gd158 Wie bekannt, arbeiten abbrennbare Absorber, wie Gadolinium, in einer selbstabgeschirmten Weise, wenn sie in ausreichender Konzentration vorhanden sind. Das bedeutet, daß wenn man sie dem Neutronenfluß aussetzt, die Neutronenabsorption im wesentlichen an der äußeren Oberfläche des Absorber enthaltenden Stabes stattfindet, so daß das Absorbervolumen radial mit einer Geschwindigkeit schrumpft, die von der Konzentration des Absorbers abhängt. Es ist so möglich1 durch eine geeignete Auswahl der Zahl der Absorber enthaltenden Stäbe und der Absorberkonzentrationen darin, eine erwünschte Variation des Absorptionswertes über ein oder mehrere Betriebszyklen des Reaktors zu schaffen.Gadolinium is depleted when it is used as a burnable absorber, quickly to the isotopes Gd155 and Gd157, but there remains a residual absorption by the even-numbered gadolinium isotopes Gd154, Gd156 and Gd158 As is known, burnable absorbers work like gadolinium, in a self-shielded manner when in sufficient concentration available. This means that when you expose it to the neutron flux, the neutron absorption takes place essentially on the outer surface of the rod containing the absorber, so that the absorber volume shrinks radially at a rate that of the Concentration of the absorber depends. It is thus possible1 through a suitable selection the number of rods containing absorber and the absorber concentrations therein, a desired variation in the absorption value over one or more operating cycles of the reactor.

Während des Reaktorbetriebes nimmt der Prozentgehalt von Dampfblasen gegen den oberen Teil des Kernes hin zu. Dies führt zu einer verminderten Moderation in diesen oberen Bereichen des Kernes und somit zu einer Leistungsverteilung, die gegen die unteren Bereiche des Kernes hin zunimmt.During the operation of the reactor, the percentage of vapor bubbles increases towards the upper part of the core. This leads to a reduced moderation in these upper areas of the core and thus to a power distribution that increases towards the lower areas of the core.

Es ist bekannt, dies dadurch zu kompensieren, daß man den abbrennbaren Absorber axial inhomogen verteilt. Es wird eine Anzahl von Kernbrennstoffstäben mit abbrennbarem Absorber bereitgestellt, dessen Verteilung derart ist, daß sie in Richtung auf den axialen Bereich mit dem Reaktivitätsmaximum im heißen Betriebszustand hin zunimmt. Eine typische Konfiguration hierfür ist in der US-PS 3 799 839 beschrieben. It is known to compensate for this by using the burnable Axially inhomogeneous distribution of absorber. It becomes a number of nuclear fuel rods provided with a burnable absorber, the distribution of which is such that it in the direction of the axial area with the reactivity maximum in the hot operating state increases towards. A typical configuration for this is described in US Pat. No. 3,799,839.

Ein anderes Herangehen ist in der US-PS 4 244 784 gezeigt, in der eine axiale Leistungsspitze zu einem gewissen Ausmaß durch eine erhöhte U235-Anreicherung oder eine Plutoniumkonzentration in den oberen Bereichen des Kernes kompensiert ist.Another approach is shown in U.S. Patent 4,244,784, US Pat an axial power peak to some extent due to an increased U235 enrichment or compensates for a concentration of plutonium in the upper regions of the core is.

Für den kalten abgeschalteten Zustand ist die Situation jedoch völlig anders. Im kalten Zustand ist der obere Teil eines bestrahlten Kernes eines Siedewasserreaktors reaktiver als der Bodenteil wegen der größeren Plutoniumerzeugung und der geringeren U235-Zerstörung während des Betriebes im oberen Teil (größeres Umwandlungsverhältnis und geringerer Abbrand im oberen Teil des Kernes). Im kalten abgeschalteten Zustand sind die Dampfblasen im oberen Teil des Kernes beseitigt und machen so den'oberen Teil des Kernes reaktiver als den Bodenteil. Typische Standards erfordern einen Reaktivitäts-Abschaltspielraum von 0,38 % (keff kleiner als 0,9962), wobei irgendein Steuerstab sich außerhalb des Kerns befindet. Um einen Spielraum für Vorhersage-Unsicherheiten zu haben, wird üblicherweise ein vorhergesagter Abschaltspielraum von 1 % (keff weniger als 0,99), der durch die Steuerstäbe und die abbrennbaren Absorber zu liefern ist, als Grundlage für den Entwurf des Reaktorkernes benutzt.For the cold shutdown state, however, the situation is complete different. In the cold state is the upper part of an irradiated core of a boiling water reactor more reactive than the bottom part because of the greater plutonium production and the less destruction of the U235 during operation in the upper part (higher conversion ratio and lower burn-up in the upper part of the core). When switched off when cold the vapor bubbles in the upper part of the core are eliminated and thus make the upper part Part of the core more reactive than the bottom part. Typical standards require one Reactivity shutdown margin of 0.38% (keff less than 0.9962), where any Control rod is outside the core. To allow scope for forecast uncertainties usually a predicted switch-off margin of 1% (keff less than 0.99) delivered by the control rods and the burnable absorber is used as the basis for the design of the reactor core.

Während das axiale Leistungsprofil durch Bereitstellung größerer Mengen von abbrennbarem Absorber oder einer verminderten Anreicherung in den unteren Abschnitten des Reaktorkernes in gewünschter Weise eingestellt werden kann, führt die optimale Absorber- und Kernbrennstoffverteilung für ein optimiertes axiales Leistungsprofil doch nicht zu einem angemessenen Spielraum für den kalten abgeschalteten Zustand. Um die Anforderungen für den kalten abgeschalteten Zustand zu erfüllen, ist es üblicherweise erforderlich, einen Über schuß an abbrennbaren Absorberresten zu berücksichtigen, der die Anforderungen an die anfängliche Anreicherung und das Uranerz erschwert und die Kosten für den Brennstozyklus des Reaktors erhöht.While the axial performance profile by providing larger quantities of a burnable absorber or a reduced accumulation in the lower sections of the reactor core can be set in the desired manner, results in the optimal Absorber and nuclear fuel distribution for an optimized axial performance profile but not to a reasonable margin for the cold shutdown state. To meet the requirements for the cold shutdown state, it is common necessary to take into account an excess of burnable absorber residues, which complicates the requirements for initial enrichment and uranium ore and increases the cost of the fuel cycle of the reactor.

Ein weiteres Problem besteht darin, daß Gadoliniumbxid die thermische Leitfähigkeit der Brennstoffstäbe vermindert und die Abgabe von Spaltgas erhöht. Die Gadoliniumoxid enthaltenden Stäbe sind daher häufig die am meisten beschränkenden Stäbe in dem Kernbrennstoffbündel und müssen daher in einem Bereich des Reaktors angeordnet sein, der ein geringeres Leistungsniveau hat, was sich nachteilig auf die örtliche Leistungsverteilung auswirkt. Der Anteil der Leistungsverminderung, der erforderlich ist, hängt von der Gadoliniumoxidkonzentration ab, wird jedoch ein ernstes Problem in Brennstoffbündeln für ausgedehnten Abbrand und/oder für Zyklen hoher Energie, bei denen erhöhte Gadoliniumoxid-Konzentrationen erforderlich sind, um einen angemessenen Spielraum für den kalten abgeschalteten Zustand zu schaffen.Another problem is that gadolinium oxide has the thermal The conductivity of the fuel rods is reduced and the release of fission gas is increased. The rods containing gadolinia are therefore often the most restrictive Rods in the nuclear fuel bundle and therefore need to be in one area of the reactor be arranged, which has a lower level of performance, which is detrimental to affects the local distribution of power. The proportion of the reduction in performance, the amount required depends on the gadolinium oxide concentration away, however, becomes a serious problem in fuel bundles for extended burnout and / or for high energy cycles that require elevated levels of gadolinium oxide to allow adequate headroom for the cold shutdown state.

Die für den heißen Betriebs zustand und den kalten abgeschalteten Zustand erforderlichen Spielräume erfordern somit im Wettbewerb stehende Einschränkungen bei dem Entwurf des Reaktorkernes und haben daher das Erreichen einer optimalen Kernkonfiguration verhindert.The ones for the hot operating state and those that are switched off when the cold State required leeway therefore require competitive restrictions in the design of the reactor core and therefore have to achieve an optimal Core configuration prevented.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Konfiguration eines Kernbrennstoffbündels, die es gestattet, den Spielraum für den kalten abgeschalteten Zustand zu erfüllen, wobei nur minimale Nachteile für die Betriebswirksamkeit in Kauf zu nehmen sind. Die Erfindung kann mit nur geringer oder keiner Notwendigkeit, spezielle Brennstoffpellets oder ähnliches zu verwenden, ausgeführt werden.The present invention relates to a configuration of a Nuclear fuel bundle, which allowed the leeway for the cold shutdown Condition, with minimal detriment to operational effectiveness in Purchase are to be taken. The invention can be used with little or no need to to use special fuel pellets or the like.

Allgemein weist ein Kernbrennstoffbündel gemäß der vorliegenden Erfindung eine Komponente aus spaltbarem Material auf, die über eine beträchtlichsaxiale Ausdehnung des Brennstoffbündels verteilt ist, wobei der Brennstoff eine relativ verminderte Anreicherung in einer crxialen'Zone (der "Zone verringerter Anreicherung") in einem oberen Bereich aufweist, wobei diese Zone zumindest einem Teilabschnitt des axialen Bereiches entspricht, in dem die Reaktivität im kalten abgeschalteten Zustand einen Maximalwert hat.Generally, a nuclear fuel bundle in accordance with the present invention a component of fissile material that has a substantial axial extent of the fuel bundle is distributed, the fuel being a relatively diminished Enrichment in a crxial zone (the "zone of reduced enrichment") in one having upper region, this zone at least a portion of the axial Corresponds to the range in which the reactivity in the cold switched-off state a Has maximum value.

Das Kernbrennstoffbündel umfaßt typischerweise eine erste Untergruppe von Kernbrennstoffstäben mit verminderter Anreicherung in der Zone verminderter Anreicherung sowie eine zweite Untergruppe von Kernbrennstoffstäben mit gleichmässiger Anreicherung entlang ihrer axialen Ausdehnung. Um die Anzahl von Kernbrennstoffstäben, die durch eine nichtgleichmäßige axiale Anreicherung charakterisiert sein müssen, möglichst gering zu halten ist es bevorzugt, daß die erste Untergruppe einen der am höchsten angereicherten Kernbrennstoffstäbe des Kernbrennstoffbündels enthält0 Die Anreicherung in der Zone verminderter Anreicherung entspricht vorzugsweise der Anreicherung einiger der gleichmäßig angereicherten Kernbrennstoffstäbe. Auf diese Weise können die Kernbrennstoffstäbe der ersten Untergruppe aus Brennstoffpellets hergestellt werden, die die auf Lager befindliche Anreicherung aufweisen.The nuclear fuel bundle typically comprises a first subgroup of nuclear fuel rods with decreased enrichment in the zone of decreased Enrichment as well as a second subgroup of nuclear fuel rods with uniform Enrichment along its axial extent. To get the number of nuclear fuel rods, by a non-uniform axial enrichment characterized must be to keep as low as possible, it is preferred that the first subgroup one of the most highly enriched nuclear fuel rods in the nuclear fuel bundle contains0 The enrichment in the zone of reduced enrichment preferably corresponds to the enrichment of some of the evenly enriched nuclear fuel rods. on In this way, the nuclear fuel rods of the first subgroup can be made from fuel pellets which have the enrichment in stock.

Die Zone verminderter Anreicherung führt zu einer etwas höheren axialen Leistungsspitze in Richtung auf den unteren Teil des Kernbrennstoffbündels, doch kann dies durch eine größere Konzentration an abbrennbarem Absorber in einer entsprechenden unteren Zone ausgeglichen werden. Eine mittlere Zone ist charakterisiert durch die höhere Anreicherung und einen geringeren Gadoliniumgehalt und ergibt so den Abschnitt des Kerns mit der höchsten Reaktivität.The zone of reduced enrichment leads to a slightly higher axial one Power peak towards the lower part of the fuel bundle, however this can be achieved through a greater concentration of burnable absorber in a corresponding one lower zone to be balanced. A middle zone is characterized by the higher enrichment and a lower gadolinium content and so gives the section the core with the highest reactivity.

Die Zone verminderter Anreicherung hat die Auswirkung, daß die Reaktivität im kalten abgeschalteten Zustand vermindert wird, während die Uberschuß-Reaktivität im heißen Betriebszustand nur sehr wenig beeinflußt wird. Auf diese Weise wird daher ein wirlcsfflmerer Gebrauch vom Brennstoff gemacht, so daß der jeweilige Zyklus mehr Energie aus der gleichen Menge an U235 liefern kann, die in das Kernbrennstoffbündel eingeführt ist. Die größere Steuerabweichung, die durch die vorliegende Erfindung ermöglicht wird, gestattet eine merkliche ungepiante Variation hinsichtlich der Energie des jeweiligen Zyklus was eine Flexibilität beim Betrieb des Reaktors unabhängig von der ursptrdnglich gepianten Energie des Zyklus gibt.The zone of reduced enrichment has the effect of reducing the reactivity in the cold switched-off state is reduced, while the excess reactivity is influenced very little in the hot operating state. In this way, therefore a more efficient use of the fuel is made, so that each cycle can provide more energy from the same amount of U235 that is in the nuclear fuel bundle is introduced. The greater control deviation created by the present invention allows a significant unplanned variation in Energy of each cycle allowing flexibility in operating the reactor independently of the originally planned energy of the cycle.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. Im einzelnen zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines mit Wasser gekühlten und moderierten Kernreaktors, Fig. 2 eine schematische Ansicht des allgemeinen Layout für den Kern des Kernreaktors, Fig. 3 eine vereinfachte, teilweise weggeschnittene isometrische Ansicht einer der Brennstoffzellen im Kern, Fig. 4A und 4B schematische Ansichten der Querverteilung der Kernbrennstoffstäbe in Kernbrennstoffbündeln, Fig. 4C eine schematische Ansicht der Zusammensetzung verschiedener Arten von Brennstoffstäben in den Bündeln der Fig. 4A und 4B in Längs- bzw. axialer Richtung, Fig. 5A und 5B zeigen die quergemittelte Zusammensetzung der Kernbrennstoffbündel der Fig. 4A und 4B in Längsrichtung, Fig. 6A, 6B, 6C zeigen Kurven der relativen Leistung im heißen Betriebszustand zu Beginn, in der Mitte und am Ende des Zyklus, Fig. 7A, 7B, 7C zeigen Kurven der relativen Leistung im kalten abgeschalteten Zustand am Beginn, in der Mitte und am Ende des Zyklus, Fig. 8 zeigt Kurven des effektiven Multiplikationsfaktors keff über einen Betrievszvklas sowohl für die heißen Betriebs- und die kalten abgeschalteten Zustände und Fig. 9A bis 9L zeigen andere Zusammensetzungen für ein Kernbrennstoffbündel.In the following the invention with reference to the drawing explained. Show in detail: Fig. 1 is a schematic representation a water-cooled and moderated nuclear reactor, FIG. 2 a schematic View of the general layout for the core of the nuclear reactor, Fig. 3 a simplified, partially cut away isometric view of one of the fuel cells in the core, Figures 4A and 4B are schematic views of the transverse distribution of the nuclear fuel rods in nuclear fuel bundles, Figure 4C is a schematic view of the composition different types of fuel rods in the bundles of FIGS. 4A and 4B in longitudinal and in the axial direction, respectively, Figs. 5A and 5B show the cross-average composition the nuclear fuel bundle of Figures 4A and 4B in the longitudinal direction, Figures 6A, 6B, 6C show Curves of the relative power in the hot operating state at the beginning, in the middle and at the end of the cycle, Figures 7A, 7B, 7C show curves of relative performance im cold switched-off state at the beginning, in the middle and at the end of the cycle, Fig. 8 shows curves of the effective multiplication factor keff over an operating period for both the hot operating and the cold switched-off states and Fig. 9A to 9L show other compositions for a nuclear fuel bundle.

In Fig. g ist schematisch eine teilweise weggeschnittene Seitenansicht eines mit Wasser gekühlten und moderierten Kernreaktorsystems 10 vom Siedewassertyp gezeigt. Das System schließt einen Druckkessel 11 ein, in dem sich ein Reaktorkern 12 befindet, der in einen Kühlmittel-Moderator, wie leichtes Wasser , eingetaucht ist0 Der Kern 12 umfaßt eine Vielzahl von Brennstoffzellen 13, die von einer ringförmigen Umhüllung 14 umgeben sind Jede Brennstoff zeile schließt vier Kernbrennstoffbündel 15 und einen Steuer##ab 16 ein Die Brennstoffzellen sind durch ein oberes Kergitter 18 und eine untere Kernplatte 19 im Abstand voneinander gehalten und an ihren jeweiligen Bodenteilen durch geeignete Halterungen 20 abgestützt. Die Steuerstäbe können selektiv zwischen die Kernbrennstoffbündeleingeführt werden, um die Feaktivität des Kerns zu steuern. Verbunden mit jedem Swenerstab ist ein Führungsrohr 21, das den Steuerstab führt, wenn er nach unterhalb des Kernes herausgezogen wird0, Fig0 2 gibt eine schematische Darstellung der Art und Weise, in der die Brennstoffzellen 13 innerhalb des Kernes 12 angeordnet sind. Ein typischer Kern würde in der Größenordnung von 300 bis 900 Kernbrennstoffbündel enthalten0 Der Teil des Druckkessels 11 unterhalb des Kerns 112 begrenzt eine Kühlmittel-Zuführungskammer 22, während der Teil des Druckkessels 11 oberhalb des Kernes eine Anordnung 25 zum Abtrennen und Trocknen des Dampf es enthält. Beim Betrieb setzt eine Kühlmittel-Zirkulationspumpe 27 das in der Zuführungskammer 22 befindliche Kühlmittel unter Druck und drückt es durch den Kern 12 nach oben. Das Kühlmittel absorbiert die Wärme, die durch die innerhalb des Kernes ablaufende Spaltreaktion erzeugt wird, und dabei wird ein Teil des Kühlmitteis in Dampf umgewandelt, der durch die Anordnung 25 zu einer Nutzungsvorrichtung2 wie einer Turbine 30 gelangen Ein Kondensator 322 der sich in einer Reihe mit der Turbine 30 befindet2 kondensiert den von der Turbine abgegebenen Dampf, und man führt das Kondensat als Zuführungswasser mittels einer Kondensat-Rückführpumpe 35 zur Einlaßseite der Kühlmittel-Zirkulationspumpe 27 zurück In Fig0 3 ist die Struktur einer der Brennstoff zellen 13 ersichtlich Der Steuerstab 16 hat im Querschnitt ein kreuzförmiges Profil und bildet Steuerblätter 40, deren jedes zwischen zwei benachbarten Kernbrennstoffbündeln liegt Jedes Kernbrennstoffbündel 15 umfaßt eine Vielzahl langer Kernbrennstoffstäbe 42, die zwischen einer oberen und einer unteren Halteplatte 45 und 46 gehaltert sindßund die Gesamtzahl der Kernbrennstoff stäbe wird von einem rohrförmigen Strömungskanal 48 rechteckigen Querschnitts umgeben. Der untere Abschnitt des Kernbrennstoffbündels ist mit einer Nase 50 mit Öffnungen 52 versehen, durch die das Kühlmittelwasser eintritt und innerhalb des Strömungskanales 48 längs der Kernbrennstoff stäbe 42 nach oben strömt. Die Nase 50 ist so ausgebildet, daß sie in eine entsprechend ausgebildete, nicht-dargestellte Ausnehmung in den Trägern 20 für die Kernbrennstoffbündel paßt.In Fig. G is a partially cut-away side view schematically a water cooled and moderated boiling water type nuclear reactor system 10 shown. The system includes a pressure vessel 11 in which a reactor core is located 12 is located in a coolant moderator, such as light water , is immersed0 The core 12 comprises a plurality of fuel cells 13, the are surrounded by an annular envelope 14 each fuel row closes four nuclear fuel bundles 15 and a tax ## from 16 a The fuel cells are by an upper Kergitter 18 and a lower core plate 19 at a distance from each other held and supported on their respective base parts by suitable brackets 20. The control rods can be selectively inserted between the nuclear fuel bundles, to control the feactivity of the core. Associated with every Swenerstab is a Guide tube 21 which guides the control rod when it is pulled out from below the core wird0, Fig0 2 gives a schematic representation of the manner in which the fuel cells 13 are arranged within the core 12. A typical core would be of the order of magnitude from 300 to 900 nuclear fuel bundles contain0 The part of the pressure vessel 11 below of the core 112 delimits a coolant supply chamber 22, while the part of the Pressure vessel 11 above the core, an arrangement 25 for separating and drying of the steam it contains. During operation, a coolant circulation pump 27 sets this coolant located in the supply chamber 22 under pressure and pushes it through the core 12 upwards. The coolant absorbs the heat generated by the inside of the core occurring cleavage reaction is generated, and thereby becomes part of the cooling medium converted into steam, which is passed through the arrangement 25 to a utilization device 2 such as A turbine 30 will pass a condenser 322 which is in line with the turbine 30 is 2 condenses the steam emitted by the turbine, and this is carried out Condensate as feed water by means of a condensate return pump 35 to the inlet side of the coolant circulation pump 27 back In Fig0 3, the structure is one of the Fuel cells 13 can be seen The control rod 16 has a cross-shaped cross section Profile and forms control blades 40, each of which is between two adjacent nuclear fuel bundles lies Each nuclear fuel bundle 15 comprises a plurality of long ones Nuclear fuel rods 42 sandwiched between upper and lower support plates 45 and 46 are supported and the total number of nuclear fuel rods is held by one surrounding tubular flow channel 48 rectangular cross-section. The lower section of the nuclear fuel bundle is provided with a nose 50 with openings 52 through which enters the coolant water and within the flow channel 48 along the Nuclear fuel rods 42 flowing upward. The nose 50 is designed so that they into a correspondingly designed, not-shown recess in the carriers 20 fits the nuclear fuel bundle.

Jeder Kernbrennstoffstab kann aus einem zylindrischen Umhüllungsrohr bestehen, das eine Vielzahl gesinterter Pellets aus angereichertem Uran- und/oder Plutoniumoxid-Brennstoff enthält. Die Anreicherung variiert innerhalb eines Kernbrennstoffbündels von Stab zu Stab im allgemeinen innerhalb eines Bereiches von etwa 0,7 bis 5 Gew.-% spaltbarem Material, um im Mittel etwa 1,5 bis 3,5 Gew.-% bereitzustellen, wobei natürliches Uran eine Anreicherung von 0,7 Gew.-% aufweist.Each nuclear fuel rod may consist of a cylindrical cladding tube consist of a variety of sintered pellets made from enriched uranium and / or Contains plutonia fuel. The enrichment varies within a nuclear fuel bundle from rod to rod generally within a range of about 0.7 to 5 weight percent fissile material to provide an average of about 1.5 to 3.5 wt%, wherein natural uranium has an enrichment of 0.7% by weight.

Die Kernbrennstoffstäbe können einen Durchmesser von etwa 1,25 cm und eine Länge von etwa 3,60 bis etwa 4,50 m haben.The nuclear fuel rods can have a diameter of about 1.25 cm and are about 3.60 to about 4.50 meters in length.

Die Fig. 4A und 4B zeigen schematische Ansichten der horizontalen Verteilung der Brenns;ofçståbe in zwei Arten von Kernbrennstoffbündeln gemäß der vorliegenden Erfindung, die zum Nachladen vorgesehen sind. Diese beiden Arten unterscheiden sich hauptsächlich durch die Zahl Gadoliniumoxid enthaltenden Kernbrennstoffstäbe und ein typischer Kern wird beide Arten von Kernbrennstoffbündeln enthalten. Die Brennstoff stäbe 42 sind in einer 8 x 8 -Matrix angeordnet, wobei zwei der zentralen Plätze für Brennstoffstäbe von Wasserkanälen 55 eingenommen sind. Jeder Kernbrennstoffstab ist als ein Kreis mit einer darin befindlichen Codezahl von 1 bis 8 versehen.4A and 4B show schematic views of the horizontal Distribution of fuel; ofçståbe into two types of nuclear fuel bundles according to the present invention, which are intended for reloading. These two types differ mainly by the number of nuclear fuel rods containing gadolinium oxide and a typical core will contain both types of nuclear fuel bundles. the Fuel rods 42 are arranged in an 8 x 8 matrix, with two of the central ones Places for fuel rods of water channels 55 are occupied. Any nuclear fuel rod is provided as a circle with a code number from 1 to 8 inside.

Die Fig 4C veranschaulicht die longitudinale Zusammensetzung der acht Arten von Brennstoffstäben. Jeder Stab hat eine Abdeckung aus natürlichem Uran in einer obersten, etwa 15 cm dicken Zone 60, doch wird diese Abdeckung bei der folgenden Erläuterung nicht weiter erwähnt. Die Stabarten 2 bis 8 sind durch eine axial gleichmäßige Anreicherung (mit Ausnahme der vorerwähnten Abdeckung) über eine Länge von etwa 3,60 m versehen, während die Stabart 1 eine axial zonenförmige Anreicherung aufweist. Im besonderen ist die Anreicherung des Stabes der Nummer 1 in einer oberen, etwa 0,90 m dicken Zone 62 (der "Zone verringerter Anreicherung") vermindert mit Bezug auf die Anreicherung in der unteren etwa 2,70 m dicken Zone 65. Die Stabtypen 7 und 8 enthalten abbrennbaren Absorber in Form von Gadoliniumoxid. Die Konzentration ist axial zonenförmig eingestelltsund sie ist größer in einer unteren, etwa 1,5 m dicken Zone 67 (der "Zone mit erhöhtem Gadoliniumoxidgehalt") mit Bezug auf die in einer oberen, etwa 2,10 m dicken Zone 68. Man kann daher den Kern als aus drei axialen Zonen bestehend betrachten, nämlich der Zone 62 mit verminderter Anreicherung, einer mittleren Zone 70, in der sich die Zonen 65 und 68 überlappen, sowie der Zone 67 mit er höhtem Gadoliniumoxidgehalt.Figure 4C illustrates the longitudinal composition of the eight Types of fuel rods. Each rod has a cover made of natural uranium inside an uppermost, approximately 15 cm thick zone 60, but this cover is used in the following Explanation not mentioned further. The rod types 2 to 8 are axially uniform Enrichment (with the exception of the aforementioned cover) over a length of approximately 3.60 m provided, while the rod type 1 has an axially zone-shaped enrichment. In particular, the enrichment of the rod number 1 is in an upper, approximately 0.90 m thick zone 62 (the "zone of reduced enrichment") diminished with reference on the enrichment in the lower approximately 2.70 m thick zone 65. The rod types 7 and 8 contain burnable absorbers in the form of gadolinium oxide. The concentration is axially zoned and it is larger in a lower one, about 1.5 m thick zone 67 (the "zone with increased gadolinium oxide content") with respect to the in an upper, approximately 2.10 m thick zone 68. One can therefore consider the core as consisting of three consider existing axial zones, namely zone 62 with reduced enrichment, a central zone 70 in which zones 65 and 68 overlap and the zone 67 with he increased gadolinium oxide content.

Die Fig. 5A und SB zeigen den Querschnitt über alle Brennstoff stäbe für die axiale Verteilung der Anreicherung und des Gadoliniumoxidgehaltes für die KernbrennsofEbUndel der Fig. 4A und 4B. Es ist ersichtlich, daß diese Ausführungsformen charakterisiert sind durch eine Anreicherungsverminderung in der Zone 62, um etwa O,2 Gew.-%, wobei ein bevorzugter Bereich für eine solche verminderte Anreicherung der zwischen etwa 0,15 und 0,30 Gew.-4 ist. Dies ist ein Bereich der geeignet ist im Zusammenhang mit einem Kernbrennstoffbündel mit einer durchschnittlichen Anreicherung von etwa 3 Gew.-%, wobei die Stäbe Anreicherunqen allgemein im Bereich von etwa 1,2 bis 4 Gew.-% aufweisen. Für die in den Fig. 4A und 4D gezeigten Ausführungsformen liegt die Anreicherung in den Stäben im Bereich von 1,70 bis 3,95 Gew.-% (mit Ausnahme der Abdeckung aus natürlichem Uran).Fig. 5A and SB show the cross section of all fuel rods for the axial distribution of the enrichment and the gadolinium oxide content for the Nuclear furnace bundles of Figures 4A and 4B. It can be seen that these embodiments are characterized by an enrichment reduction in zone 62 by about 0.2 wt%, with a preferred range for such reduced build-up which is between about 0.15 and 0.30 weight percent. This is an area that is suitable in the context of a nuclear fuel bundle with an average enrichment of about 3 wt .-%, the rods enrichments generally in the range of about 1.2 to 4% by weight. For the embodiments shown in Figures 4A and 4D lies the Enrichment in the bars in the range from 1.70 to 3.95 % By weight (with the exception of the natural uranium cover).

Die Anreicherungsverminderung repräsentiert daher eine proportionale Verminderung um etwa 5 bis 10 % und Kernbrennstoffbündel mit einer höheren Anreicherung wären durch eine vergleichbar proportionale Reduktion charakterisiert und somit absolut gesehen, durch eine entsprechend größere Verminderung in der Anreicherung in Zone 62.The enrichment reduction therefore represents a proportional one Reduction of about 5 to 10% and nuclear fuel bundles with a higher enrichment would be characterized by a comparatively proportional reduction and thus in absolute terms, through a correspondingly greater reduction in enrichment in zone 62.

Um den erwünschten Grad der axialen Zonenbildung zu erhalten, während man gleichzeitig nur eine Minimalzahl axiale Zonen aufweisender Kernbrennstoffstäbe benötigt, ist es bevorzugt, daß die Kernbrennstoff stäbe mit der höchstbenutzten Anreicherung axial mit Zonen versehen sind. Um keine Pellets mit einer speziellen Anreicherung zu benötigen, entspricht außerdem die verminderte Anreicherung in der Zone 62 vorzugsweise der gleichmäßigen Anreicherung der anderen Brennstoffstäbe im Kernbrennstoffbündelq Für die gezeigten Anreicherungen entspricht also die 3,3 gewientsprozentige Anreicherung in der Zone 62 der Stäbe des Typs Nummer 1 der gleichmäßigen Anreicherung der Stäbe des Typs Nummer 2.To obtain the desired degree of axial zoning while at the same time only a minimum number of axial zones having nuclear fuel rods is required, it is preferred that the nuclear fuel rods with the highest used Enrichment are axially zoned. To avoid pellets with a special Needing enrichment also corresponds to the decreased enrichment in the Zone 62 preferably of the uniform enrichment of the other fuel rods in the nuclear fuel bundle q For the enrichments shown, the 3.3 corresponds percent enrichment in zone 62 of bars of type number 1 of the uniform Enrichment of rods of type number 2.

Die Fig. 6A bis 6C zeigen Kurven 80a bis 80c der relativen Leistung als Funktion der axialen Position zu Beginn des Zyklus (BOC) , in der Mitte des Zyklus (MOC) und am Ende des Zyklus (EOC) für einen Reaktor mit einem Kern, der Kernbrennstoffbündel der in den Fig. 4A und 4B gezeigten Art umfaßt, und der mit allen Steuerstäben herausgezogen betrieben wird. Die Kurven sind auf eine durchschnittliche Leistungseinheit normalisiert. Zu Vergleichszwecken zeigen die Fig. 6A bis 6C auch entsprechende gestrichelte Kurven 82a bis 82c der axialen Leistungsverteilung für einen Kern, der durch eine gleichmäßige Anreicherung charakterisiert ist.Am Beginn des Zyklus ist ersichtlich, daß die Konzentrierung des Absorbers (Gadoliniumoxid) in der Zone 67 den Einfluß der verminderten Anreicherung in der Zone 62 aufhebt, so daß die vorliegende Erfindung allgemein die gleichen Betriebscharakteristika schafft, wie der entsprechende Kern mit axial gleichmäßiger Anreicherung. In der Mitte des Zyklus gibt es eine merkliche Verbesserung, da die axiale Leistungsverteilung im Vergleich zum Kern mit gleichmäßiger Anreicherung beträchtlich abgeflacht ist.Figures 6A through 6C show relative performance curves 80a through 80c as a function of the axial position at the beginning of the cycle (BOC), in the middle of the Cycle (MOC) and end of cycle (EOC) for a reactor with a core that Includes nuclear fuel bundles of the type shown in Figures 4A and 4B, and that with operated with all control rods pulled out. The curves are on an average Power unit normalized. For comparison purposes, Figures 6A through 6C also show corresponding dashed curves 82a to 82c of the axial power distribution for a core, which is characterized by a uniform enrichment. At the beginning of the cycle it can be seen that the concentration of the absorber (gadolinium oxide) in zone 67 cancels the influence of the reduced enrichment in zone 62, so the present invention is generally the same Operating characteristics creates how the corresponding core with axially uniform enrichment. In the In the middle of the cycle there is a noticeable improvement because of the axial power distribution is considerably flattened compared to the core with uniform enrichment.

Am Ende des Zyklus ergibt die vorliegende Erfindung wieder etwa die gleiche axiale Leistungsverteilung, wie der Kern mit gleichförmiger Anreicherung.At the end of the cycle, the present invention again yields about that same axial power distribution as the core with uniform enrichment.

Die Fig. 7A bis 7C zeigen entsprechende Kurven 85a bis 85 c der relativen Leistung als Funktion der axialen Position am Beginn des Zyklus (BOC), in der Mitte des Zyklus (MOC) und am Ende des Zyklus (EOC) für einen Reaktorkern in seinem kalten abgeschalteten Zustand mit allen Steuerstäben eingeschoben (CAR). Auch hier sind die Kurven auf eine durchschnittliche Einheitsleistung normalisiert. Auch die Fig.7A to 7C show corresponding curves 85a to 85c of the relative Power as a function of the axial position at the beginning of the cycle (BOC), in the middle of the cycle (MOC) and at the end of the cycle (EOC) for a reactor core in its cold switched off state with all control rods pushed in (CAR). Also here are the curves normalized to an average unit power. Also Fig.

7A bis 7C zeigen entsprechende Kurven 87a bis 87c gestrichelt für die Leistungsverteilungen in einem Kern der axial gleichmäßig angereichert ist. Es ist darauf hinzuweisen, daß die absoluten Neutronenflüsse für die Fig. 7A bis 7C im allgemeinen um etwa 7 Größenordnungen geringer sind als für die heißen Betriebsbedingungen der Fig. 6A bis 6C (106 Neutronen/ cm2/sek. im kalten abgeschalteten Zustand gegenüber 1013 Neutronen/cm2/sek. im heißen Betriebszustand. Die Wirkung der axial zonenförmigen Anreicherung manifestiert sich selbst als eine dramatische Abnahme der Leistung in der Zone 62 für den kalten abgeschalteten Zustand während des gesamten Zyklus.7A to 7C show corresponding curves 87a to 87c with dashed lines for the power distributions in a core that is axially evenly enriched. It should be noted that the absolute neutron fluxes for FIGS. 7A to 7C are generally about 7 orders of magnitude less than for the hot operating conditions 6A to 6C (106 neutrons / cm2 / sec. in the cold, switched-off state 1013 neutrons / cm2 / sec. in the hot operating state. The effect of the axially zonal Enrichment manifests itself as a dramatic decrease in performance in zone 62 for the cold shutdown state during the entire cycle.

Da die Kurven 85a - c und 87a - c auf die durchschnittliche Leistungseinheit normalisiert sind, ist es unmöglich, Informationen hinsichtlich der absoluten Verminderung des Neutronenflusses durch das axial zonenförmige Anreicherungen daraus abzuleiten. Diese Wirkung kann man jedoch durch Betrachtung der Fig. 8 feststellen, in der die Kurven 90a - 90c den effektiven Multiplikationsfaktor keff über einen Betriebszyklus zeigen (mit entsprechenden Kurven 92a - c gestrichelt für einen Kern mit axial gleichmäßiger Anreicherung).Since the curves 85a - c and 87a - c refer to the average power unit are normalized, it is impossible to get information regarding the absolute reduction derive the neutron flux through the axially zonal enrichments from it. However, this effect can be determined by looking at FIG. 8, in which the Curves 90a-90c show the effective multiplication factor keff over an operating cycle demonstrate (with corresponding curves 92a-c dashed for a core with axially more uniform Enrichment).

Die Kurven 90a und 92a gelten für den heißen Betriebszustand, bei dem alle Steuerstäbe aus dem Kern herausgezogen sind (HARO). Die Kurven 90c und 92c gelten für den kalten abgeschalteten Zustand, in dem alle Steuerstäbe in den Kern eingeschoben sind (CARI). Die Kurven 90b und 92b gelten für den kalten abgeschalteten Zustand, bei dem ein Steuerstab aus dem Kern herausgezogen ist. Den Kurven kann leicht entnommen werden, daß der mit axialen Zonen der Anreicherung versehene Kern nach der vorliegenden Erfindung einen weiteren Spielraum für den kalten abgeschalteten Zustand ergibt (ein kleineres keff), und dies sowohl mit allen in den Kern eingefahrenen Steuerstäben, als auch mit einem aus dem Kern herausgezogenen Steuerstab.The curves 90a and 92a apply to the hot operating state, at all control rods are pulled out of the core (HARO). Curves 90c and 92c apply to the cold switched-off state in which all control rods are in the Core are inserted (CARI). Curves 90b and 92b apply to the cold shutdown Condition in which a control rod is pulled out of the core. The curves can it can easily be seen that the core provided with axial zones of enrichment According to the present invention a further margin for the cold switched off State results (a smaller keff), and this both with all retracted into the core Control rods, as well as with a control rod pulled out of the core.

Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß die vorliegende Erfindung eine Konfiguration für ein Kernbrennstoffbündel schafft, das die Leistung im kalten abgeschalteten Zustand vermindert bei minimaler Beeinträchtigung der Überschuß-Reaktivität im heißen Betriebs zustand, so daß ein wirksamerer Gebrauch von dem Kernbrennstoff gemacht werden kann.In summary, it can be stated that the present invention creates a configuration for a nuclear fuel bundle that has performance in the cold switched-off state reduced with minimal impairment of excess reactivity in hot operating condition, so that more efficient use of the nuclear fuel can be made.

Von den dargestellten Ausführungsformen können Abweichungen Vorgenommen werden, ohne daß der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen wird. So können anstelle der etwa 15 cm dicken Abdeckung aus natürlichem Uran andere Dicken benutzt werden. Auch könnte diese Abdeckung anstelle im oberen Teil des Kernes im unteren oder an beiden Enden vorhanden sein (vergleiche die Fig. 9A bis 9L).Deviations may be made from the embodiments shown without departing from the scope of the present invention. So can instead of the approximately 15 cm thick cover made of natural uranium, other thicknesses were used will. Also, this cover could be in the lower part of the core instead of the upper part or at both ends (see Figures 9A to 9L).

Insbesondere sind die Werte für die Anreicherung und die Absorberkonzentration nur beispielhaft. Andere mögliche Kernkonfigurationen sind in in den Fig. 9A bis 9L gezeigt, die mögliche andere Anordnungen zeigen, um den vergrößerten Steuerbereich nach der vorliegenden Erfindung zu erhalten.In particular, the values for the enrichment and the absorber concentration are only exemplary. Other possible core configurations are shown in Figures 9A-9 9L, showing possible other arrangements in addition to the enlarged Tax area according to the present invention.

Diese anderen Ausführungsformen sind charakterisiert durch eine obere Grenze der Anreicherung von 3,95 Gew.-%, doch kann die vorliegende Erfindung auch in Kernen mit noch höherer Anreicherung benutzt werden.These other embodiments are characterized by an upper one Limit of enrichment of 3.95% by weight, but the present invention can also can be used in cores with even higher enrichment.

Claims (9)

PatentansprUche C Kernbrennstoffbündel für den Kern eines Siedewasserreaktors, dessen Betrieb charakterisiert ist durch einen beträchtlichen Anteil an Dampfblasen mit entsprechend verminderter Moderation in Richtung auf den oberen Teil des Kernes, wobei diese verminderte Moderation zu einem langsameren Abbrand in dem oberen Kernbereich führt, so daß der kalte abgeschaltete Zustand mit der relativ erhöhten Moderation in diesem oberen Kernbereich begleitet ist von einem Reaktivitätsprofil, das in diesem oberen Kernbereich eine Spitze aufweist, d a d u r c h g e k e n fl 2 e i c h n e t , daß das Xernbrennstoffbündel eine Komponente aus spaltbarem Material umfaßt, die über einen beträchtlichen ax-ialen Teil des Kernbrennstoffbündels verteilt ist, wobei dieses spaltbare Material eine axiale Verteilung aufweist, die charakterisiert ist durch eine verminderte Anreicherung in einer axialen Zone, die zumindest teilweise einem Abschnitt des axialen Bereiches entspricht, in dem die Reaktivität im kalten apgeschaltetenZustand einen Spitzenwert aufweist.Patent claims C nuclear fuel bundle for the core of a boiling water reactor, its operation is characterized by a considerable proportion of vapor bubbles with correspondingly reduced moderation towards the upper part of the core, this reduced moderation translating into slower burn-up in the upper core area leads, so that the cold switched-off state with the relatively increased moderation in this upper core area is accompanied by a reactivity profile that in this upper core area has a point, d u r c h e k e n fl 2 e i c h n e t that the core fuel bundle is a component of fissile material includes, which is distributed over a considerable axial part of the nuclear fuel bundle is, this fissile material has an axial distribution that characterizes is due to a reduced enrichment in an axial zone, which is at least partially corresponds to a section of the axial region in which the reactivity in the cold a switched state has a peak value. 2. Kernbrennstoffbündel nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß es weiter eine Komponente aus einem Neutronen absorbierenden Material enthält, deren Verteilung charakterisiert ist durch eine Konzentrierung in einer axialen Zone, die zumindest teilweise einem Abschnitt des axialen Bereiches entspricht, in dem die Reaktivität im heißen Betriebs zustand ein Maximum hat.2. Nuclear fuel bundle according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n notes that there is further a component of a neutron absorbing Contains material, the distribution of which is characterized by a concentration in an axial zone which is at least partially a portion of the axial area corresponds, in which the reactivity in the hot operating state has a maximum. 3. Xernbrennstoffbündel nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß es eine Vielzahl im allgemeinen parallel und im Abstand voneinander angeordneter Kernbrennstoffstäbe umfaßt, von denen eine erste Untergruppe axiale Verteilungen aufweist, die charakterisiert sind durch eine verminderte Anreicherung des spaltbaren Kernbrennstoffes in der genannten axialen Zone, während eine zweite Untergruppe der Kernbrennstoffstäbe axiale Verteilungen aufweist, die charakterisiert sind durch eine gleichmäßige Anreicherung an spaltbarem Kernbrennstoff.3. Xern fuel bundle according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n indicate that there are a plurality generally parallel and spaced from one another arranged nuclear fuel rods, of which a first sub-group is axial Has distributions that are characterized by a reduced enrichment of fissile nuclear fuel in said axial zone, while a second Subgroup of nuclear fuel rods has axial distributions that characterize are through a uniform enrichment of fissile nuclear fuel. 4. Kernbrennstoffbündel nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i zu c hn e t , daß die Kernbrennstoffstäbe der ersten Untergruppe charakterisiert sind durch eine Anreicherung außerhalb der genannten Zone, die höher ist als die Anreicherung der Kernbrennstoffstäbe der zweiten Untergruppe.4. Nuclear fuel bundle according to claim 3, d a d u r c h g e k e n n I would like to point out that characterizes the nuclear fuel rods of the first subgroup are due to an enrichment outside the named zone, which is higher than that Enrichment of the second subgroup nuclear fuel rods. 5. Kernbrennstoffbündel nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kernbrennstoffstäbe der ersten Untergruppe eine Anreiche rung in der genannten Zone aufweisen, die der Anreicherung mindestens eines Kernwbrennstofstabes der zweiten Untergruppe entspricht.5. Nuclear fuel bundle according to claim 4, d a d u r c h g e k e n n notes that the nuclear fuel rods of the first subgroup are an enrichment tion in the zone mentioned, the enrichment of at least one nuclear fuel rod corresponds to the second subgroup. 6. Kernbrennstoffbündel nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Komponente aus spaltbarem Material eine axiale Ausdehnung von etwa 3,00 bis etwa 4,50 m aufweist und die Zone der reduzierten Anreicherung eine axiale Ausdehnung von etwa 0,60 bis etwa 1,20 m hat.6. Nuclear fuel bundle according to claim 1, d a d u notices that the component is made of fissile material axial extension of about 3.00 to about 4.50 m and the zone of the reduced Enrichment has an axial extension of about 0.60 to about 1.20 m. 7. Kernbrennstoffbündel nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Anreicherung in der genannten Zone proportional 5 bis 10 % geringer ist als die Anreicherung außerhalb dieser Zone.7. Nuclear fuel bundle according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the enrichment in said zone is proportional to 5 to 10% less than the enrichment outside this zone. 8. Kernbrennstoffbündel nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Anreicherung in der genannten Zone etwa 0,15 bis 0,30 Gew.-% geringer ist als die Anreicherung außerhalb dieser Zone.8. Nuclear fuel bundle according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n it is noted that the enrichment in said zone is about 0.15 to 0.30 % By weight is less than the enrichment outside this zone. 9. Kernbrennstoffbündel nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Anreicherung in der genannten Zone axial gleichmäßig ist.9. Nuclear fuel bundle according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n shows that the enrichment in said zone is axially uniform.
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