JP2000019280A - Core of light water cooling reactor and operation method of the reactor - Google Patents

Core of light water cooling reactor and operation method of the reactor

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JP2000019280A
JP2000019280A JP10185288A JP18528898A JP2000019280A JP 2000019280 A JP2000019280 A JP 2000019280A JP 10185288 A JP10185288 A JP 10185288A JP 18528898 A JP18528898 A JP 18528898A JP 2000019280 A JP2000019280 A JP 2000019280A
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core
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light water
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Mitsuaki Yamaoka
光明 山岡
Yasuyuki Moriki
保幸 森木
Masatoshi Kawashima
正俊 川島
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Toshiba Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make the coolant void coefficient negative, increase the conversion ratio and simultaneously flatten the power distribution without much reducing the core height in a core densified for raising the conversion ratio and a core minor actinide is loaded. SOLUTION: A fuel assembly enriched in plutonium and adjacently arranged in a tight-pitch grid is provided. This fuel assembly is constituted of normal fuel assembly formed by bundling normal fuel rods loading core fuel 1 longer than a certain length and short fuel assembly formed by bundling short fuel rods core fuel 1 loading a shorter than the core fuel 1 of the normal fuel assembly and a blanket 2 including nuclear parent material absorbing neutrons and converting them into fissile material. By this, non-uniformity is attained in core radial direction and axial direction and core fuel length in the short length fuel assembly is made 50% or less of the core fuel length of normal fuel assembly.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は沸騰水型原子炉等の
軽水冷却型原子炉の燃焼制御技術に係るものであり、特
に炉心構成物質の選択および配置等を工夫することによ
り、ウランからプルトニウムへの転換効率を向上すると
ともに、マイナーアクチニドのリサイクル等が有効に図
れるようにした軽水型原子炉の炉心および同原子炉の運
転方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a combustion control technique for a light water-cooled reactor such as a boiling water reactor, and more particularly, to a method for converting uranium to plutonium by devising the selection and arrangement of core components. The present invention relates to a light water reactor core and a method of operating the reactor, which can improve the conversion efficiency to minor actinides and enable effective recycling of minor actinides.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に軽水冷却型原子炉の炉心は、核分
裂性物質を装荷した多数の燃料集合体から構成され、燃
料からの熱除去のための冷却材として水が使用されてい
る。水に含まれる水素原子の中性子減速能力が大きいた
め、水の割合が大きい従来の軽水冷却型原子炉では、核
分裂により発生するエネルギの高い中性子が大きく減速
され、エネルギの低い熱中性子が中性子の大部分を占め
る。エネルギの低い中性子を核分裂性物質が吸収した場
合には、中性子を約3個発生させる核分裂反応ではな
く、核分裂を起こさず原子核の中に取り込んでしまう捕
獲反応の割合が大きくなる。即ち、低エネルギ中性子に
よる核分裂では、中性子吸収当たりの発生中性子数が少
ない。
2. Description of the Related Art In general, the core of a light water-cooled reactor is composed of a large number of fuel assemblies loaded with fissile materials, and water is used as a coolant for removing heat from fuel. Since the neutron moderating ability of hydrogen atoms contained in water is large, in a conventional light-water-cooled reactor with a large proportion of water, high-energy neutrons generated by fission are greatly reduced, and low-energy thermal neutrons are large neutrons. Occupy part. When a fissile material absorbs neutrons having low energy, the rate of a capture reaction in which nuclear fission takes place in the nucleus without fission, instead of a fission reaction in which about three neutrons are generated. That is, in fission with low energy neutrons, the number of neutrons generated per neutron absorption is small.

【0003】一方、高エネルギ中性子では、捕獲反応の
割合が小さいため、捕獲による効果を含めても中性子吸
収当たりの平均中性子発生数を2個以上とすることが可
能であり、1個を核分裂連鎖反応の維持用とし、残りの
1個をU−238等の燃料親物質を含むブランケットに
吸収させて核分裂性物質を効率的に生成することが可能
である。この核分裂性物質の生成と消滅の比率は従来の
軽水炉では0.5程度であるが、燃料捧間の距離を小さ
くして稠密化した炉心では高エネルギ中性子の割合が増
加するため、その比率を0.8から1.0程度とするこ
とも可能であり、使用済み燃料からプルトニウム等の核
分裂性物質を回収して再利用することにより、核燃料の
大幅な節約が可能となる。
On the other hand, in the case of high-energy neutrons, the rate of the capture reaction is small, so that it is possible to increase the average number of neutrons generated per neutron absorption to two or more even if the effect of capture is included, and to use one for the fission chain. For the purpose of maintaining the reaction, the remaining one can be absorbed into a blanket containing a parent material such as U-238 to efficiently generate fissile material. The ratio of fissile material generation and extinction is about 0.5 in a conventional light water reactor, but the ratio of high-energy neutrons increases in a densely packed core with a short fuel-separation distance. It is also possible to set it to about 0.8 to 1.0. By recovering and reusing fissionable substances such as plutonium from spent fuel, it is possible to greatly save nuclear fuel.

【0004】また、使用済み燃料に蓄積し、高レベル廃
棄物として処理、処分されるネプツニウム、アメリシウ
ム等のマイナーアクチニドは、その毒性が数百年から数
百万年に亘って持続するため、これらのマイナーアクチ
ニドを原子炉の燃料として燃やしてしまうことも考えら
れている。このため、ブランケットに均一にマイナーア
クチニドを添加したり、マイナーアクチニドを含む特殊
な燃料集合体を装荷した炉心が考えられている。
[0004] Minor actinides such as neptunium and americium which accumulate in spent fuel and are treated and disposed of as high-level waste are toxic because they last for hundreds to millions of years. It is considered that the minor actinide may be burned as fuel for a nuclear reactor. For this reason, a reactor core in which a minor actinide is uniformly added to a blanket or a special fuel assembly containing a minor actinide is loaded has been considered.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところで、核燃料の利
用効率を上げるため上述したように、燃料を稠密化して
転換比を向上させた炉心では、中性子を減速させる冷却
材が少なく、高エネルギスペクトルとなるため、従来の
Na冷却大型高速炉のように、冷却材の密度低下による
反応度(冷却材ボイド係数)が正となる可能性がある。
軽水冷却型原子炉では炉心の安全性・安定性の観点か
ら、冷却材ボイド係数は負の値にすることが必要であ
る。その対応策の一つが、炉心高さを極端に低くし、軸
方向の中性子漏洩を増大させることである。
As described above, in order to increase the utilization efficiency of nuclear fuel, in a core in which the conversion ratio is improved by increasing the density of the fuel, the amount of coolant for decelerating neutrons is small, and a high energy spectrum is obtained. Therefore, there is a possibility that the reactivity (coolant void coefficient) due to the decrease in the density of the coolant becomes positive as in the conventional large-scale Na-cooled fast reactor.
In light water cooled reactors, it is necessary to set the coolant void coefficient to a negative value from the viewpoint of core safety and stability. One of the countermeasures is to make the core height extremely low and increase the axial neutron leakage.

【0006】図19は、沸騰水冷却型稠密格子燃料炉心
における炉心高さと冷却材ボイド係数との関係を示した
グラフである。ここでは、燃料捧径が約12mm、燃料
捧間の距離が約1.5mmの場合の関係を示しており、
これによると冷却材ボイド係数を負とするためには、炉
心高さを60cm程度の偏平炉心とする必要があること
がわかる。
FIG. 19 is a graph showing a relationship between a core height and a coolant void coefficient in a boiling water cooled dense lattice fuel core. Here, the relationship is shown when the diameter of the fuel is about 12 mm and the distance between the fuels is about 1.5 mm.
According to this, in order to make the coolant void coefficient negative, it is understood that the core height needs to be a flat core of about 60 cm.

【0007】図20(A)は、図19の特性に基づいて
構成した100万KWe級の沸騰水型原子炉における稠
密格子燃料炉心の高さおよび径を示した垂直断面図であ
る。この図に示す稠密格子燃料炉心101では、炉心燃
料1aの高さが60cmとなっており、その上下部に配
置した炉心外部ブランケット2a,3aの高さがそれぞ
れ20cmとなっている。図20(B)は、これとの比
較のために100万KWe級の沸騰水型原子炉における
一般格子燃料炉心の高さおよび径を示す垂直断面図であ
る。この図20(B)に示す一般格子燃料炉心102で
は、炉心の全ての領域に、炉心燃料1aが配置されてお
り、炉心高さが約4m弱(370cm)となっている。
FIG. 20A is a vertical sectional view showing the height and diameter of a dense lattice fuel core in a 1,000,000 KWe class boiling water reactor constructed based on the characteristics shown in FIG. In the dense lattice fuel core 101 shown in this figure, the height of the core fuel 1a is 60 cm, and the heights of the outer core blankets 2a, 3a arranged on the upper and lower portions are each 20 cm. FIG. 20 (B) is a vertical sectional view showing the height and diameter of a general lattice fuel core in a 1,000,000 KWe-class boiling water reactor for comparison. In the general lattice fuel core 102 shown in FIG. 20B, the core fuel 1a is arranged in all regions of the core, and the core height is less than about 4 m (370 cm).

【0008】このように、図20(A)に示した稠密格
子燃料炉心101では炉心燃料1の高さが60cm程度
であり、図20(B)に示した一般格子燃料炉心102
(炉心燃料の高さが4m程度)に比較して炉心高さが小
さくなる。このため、燃料棒を稠密に配置したとして
も、同一炉心径では原子炉の熱出力を削減せざるを得な
い。また、稠密格子燃料炉心101において一般格子燃
料炉心102と同一の熱出力を確保するためには、炉心
径を大きくしなければならず、構成の大型化を招くこと
になる。
Thus, in the dense lattice fuel core 101 shown in FIG. 20A, the height of the core fuel 1 is about 60 cm, and the general lattice fuel core 102 shown in FIG.
The core height becomes smaller as compared with (core fuel height is about 4 m). For this reason, even if the fuel rods are densely arranged, the thermal output of the reactor must be reduced with the same core diameter. Further, in order to ensure the same thermal output in the dense lattice fuel core 101 as in the general lattice fuel core 102, the core diameter must be increased, which results in an increase in the size of the configuration.

【0009】ところで、稠密格子燃料炉心101の場合
と同様に、高速スペクトルを有するNa冷却高速炉では
従来から、冷却材ボイド係数低減と増殖比向上とを図る
ために、劣化ウランや回収ウラン等の燃料親物質からな
るブランケットを炉心内に配置して非均質とする非均質
炉心が検討されている。このなかには、径方向に非均質
とする径方向非均質炉心と、軸方向に非均質とする軸方
向非均質炉心がある。これに対して炉心内部にブランケ
ットを配置しない炉心を均質炉心と呼ぶ。
Incidentally, as in the case of the dense lattice fuel core 101, in the Na-cooled fast reactor having a fast spectrum, conventionally, in order to reduce the coolant void coefficient and to improve the breeding ratio, depleted uranium and recovered uranium are used. A non-homogeneous core in which a blanket made of a fuel parent material is placed in the core to make the core non-homogeneous has been studied. Among these, there are a radially non-homogeneous core that is non-homogeneous in the radial direction, and an axially non-homogeneous core that is non-homogeneous in the axial direction. On the other hand, a core in which no blanket is arranged inside the core is called a homogeneous core.

【0010】図21(A)〜(C)は、これら均質炉心
および各非均質炉心の構成を、それぞれ垂直断面として
示したものであり、表1に各炉心の特性を比較して示し
ている。図21(A)は均質炉心201を示しており、
炉心燃料1bの上下部および側部に炉心外部ブランケッ
ト2b,3bおよび径方向ブランケット4bがそれぞれ
配置されている。図21(B)は径方向非均質炉心20
2を示しており、図21(A)の構成に加えて、炉心燃
料1b間に内部ブランケット5bを径方向に複数、分散
して装荷した構成となっている。図21(C)は軸方向
非均質炉心203を示しており、図21(A)の構成に
加えて、上下の炉心燃料1b間に挟み込む形で内部ブラ
ンケット5bを装荷した構成となっている。
FIGS. 21 (A) to 21 (C) show the configurations of these homogeneous cores and each of the non-homogeneous cores as vertical cross sections, and Table 1 shows a comparison of the characteristics of each core. . FIG. 21A shows a homogeneous core 201,
Core blankets 2b, 3b and a radial blanket 4b are respectively disposed on upper and lower portions and side portions of the core fuel 1b. FIG. 21 (B) shows a non-homogeneous core 20 in the radial direction.
2A and 2B, in addition to the configuration of FIG. 21A, a plurality of internal blankets 5b are dispersed and loaded in the radial direction between core fuels 1b. FIG. 21 (C) shows an axially non-homogeneous core 203. In addition to the configuration shown in FIG. 21 (A), the internal blanket 5b is loaded so as to be sandwiched between upper and lower core fuels 1b.

【0011】[0011]

【表1】 [Table 1]

【0012】図21(B)に示した径方向非均質炉心2
02では、内部ブランケット5bにより、炉心燃料1b
から内部ブランケット5bへの中性子漏洩によるU23
8の中性子捕獲が多くなり、転換比が増大できる。ま
た、炉心での冷却材密度低減時には、中性子スペクトル
が硬くなって高速中性子が増大するので、ブランケット
5bに漏洩する中性子が増大する。これにより、U23
8の中性子捕獲が助長され、炉心反応度の低減、すなわ
ち冷却材ボイド係数の低減が図れる。この観点からは表
1からもわかるように、炉心とブランケットの接触面積
を大きくできる径方向非均質炉心が優れており、ブラン
ケット集合体がPuの蓄積とともに大きな出力増大を起
こし、燃焼初期には最小の出力となるので、逆に炉心燃
料集合体は燃焼初期に集合体出力が大きく、均質炉心に
比べて熱的な余裕が少なくなる。一方、図21(C)に
示した軸方向非均質炉心203では、出力変動の欠点は
ないが、炉心とブランケットとの接する面積が径方向非
均質炉心よりも小さいために、表1からもわかるよう
に、大幅な冷却材ボイド係数低減と転換比向上は期待で
きない。
The radially inhomogeneous core 2 shown in FIG.
In 02, the core blank 1b
U23 due to neutron leakage from inside to internal blanket 5b
8 neutron capture increases and the conversion ratio can be increased. Also, when the coolant density in the core is reduced, the neutron spectrum becomes hard and the fast neutrons increase, so that the neutrons leaking to the blanket 5b increase. Thereby, U23
Neutron capture is promoted, and the core reactivity is reduced, that is, the coolant void coefficient can be reduced. From this viewpoint, as can be seen from Table 1, a radially non-homogeneous core capable of increasing the contact area between the core and the blanket is excellent, and the blanket aggregate causes a large increase in power with accumulation of Pu, and a minimum in the early stage of combustion. On the contrary, the core fuel assembly has a large output at the early stage of combustion, and the thermal margin is smaller than that of the homogeneous core. On the other hand, in the axially non-homogeneous core 203 shown in FIG. 21C, there is no drawback of power fluctuation, but it can be seen from Table 1 because the contact area between the core and the blanket is smaller than the radially non-homogeneous core. Thus, a significant reduction in the coolant void coefficient and an improvement in the conversion ratio cannot be expected.

【0013】このようなNa冷却高速炉に対し、高転換
比を狙う軽水冷却型稠密格子燃料炉心では、稠密化に伴
う冷却材面積減少により熱的余裕が従来型軽水炉より悪
化することをも考えると、冷却材ボイド係数を負になる
まで大幅に低減する必要があるだけでなく、熱的余裕の
確保も考慮する必要があり、上記の両非均質炉心の構成
を導入するだけでは、この要求を満足し得ないといえ
る。すなわち、軽水冷却型稠密格子燃料炉心に適した炉
心概念の創造が求められているのが現在の状況である。
It is also considered that the light water-cooled dense lattice fuel core which aims at a high conversion ratio with respect to such a Na-cooled fast reactor has a thermal margin worse than that of the conventional light water reactor due to a decrease in the coolant area accompanying the densification. In addition, it is necessary not only to significantly reduce the coolant void coefficient until it becomes negative, but also to consider the securing of thermal margin. Cannot be satisfied. In other words, at present, there is a need to create a core concept suitable for a light water cooled dense lattice fuel core.

【0014】一方、ネプツニウム、アメリシウム、キュ
リウム等のマイナーアクチニドを核燃料としてリサイク
ルする場合、マイナーアクチニドの多くの核種は、中性
子のあるエネルギー以上で核分裂反応が大きくなるしき
い値特性を有するため、これを原子炉の燃料として添加
すると、燃料を稠密化した場合と同様に、冷却材ボイド
係数が正の方向にシフトし、炉心の安定性や安全性を悪
化させることが知られている。
On the other hand, when minor actinides such as neptunium, americium and curium are recycled as nuclear fuel, many of the minor actinide nuclides have a threshold characteristic that the fission reaction becomes large at a certain energy of neutrons or more. It is known that when added as fuel for a nuclear reactor, the coolant void coefficient shifts in the positive direction, as in the case where the fuel is densified, thereby deteriorating the stability and safety of the core.

【0015】さらに、稠密化した燃料格子では、各燃料
集合体内の最外周燃料棒とそれ以外の燃料棒とで、周囲
の冷却材体積の差により、出力密度に大きな差が生じる
場合がある。これは、燃料集合体内の最外周燃料棒では
周囲の冷却材体積が大きく、核分裂断面積の大きい低エ
ネルギー中性子の寄与が他の燃料捧より大きくなるため
である。特に、四角形状のチャンネルボックスに燃料捧
を三角配列した場合には、端部の燃料捧充填密度の低下
によりこの傾向がある。また炉心全体として見た場合、
炉心最外周の燃料集合体では、炉心周囲の冷却材によ
り、同様に他の集合体よりも出力密度が高くなる傾向が
ある。このようなことから、稠密格子炉心では、出力平
坦化を図る工夫も必要となる。
Further, in the dense fuel grid, there may be a large difference in power density between the outermost fuel rods in each fuel assembly and other fuel rods due to the difference in the volume of the surrounding coolant. This is because the outermost fuel rods in the fuel assembly have a large coolant volume around them and the contribution of low-energy neutrons having a large fission cross-section is larger than other fuels. In particular, when the fuel cells are arranged in a triangular arrangement in a square channel box, this tendency is caused by a decrease in the fuel filling density at the end. When viewed as a whole core,
In the fuel assembly at the outermost periphery of the core, the coolant around the core also tends to have a higher power density than other assemblies. For this reason, in the dense lattice core, a device for flattening the output is also required.

【0016】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、転換比を上げるために稠密化した炉心や、
マイナーアクチニドを装荷した炉心において、炉心高さ
の大幅な低減なしに冷却材ボイド係数を負とし、転換比
を増大させ、同時に出力分布の平坦化を図ることができ
る軽水冷却型原子炉の炉心および同原子炉の運転方法を
提供する事を目的とする。
[0016] The present invention has been made in view of such circumstances, and a denser core for increasing the conversion ratio,
In a reactor loaded with a minor actinide, the core of a light-water-cooled reactor, which can make the coolant void coefficient negative without significantly reducing the core height, increase the conversion ratio, and at the same time achieve a flat power distribution, The purpose is to provide a method of operating the reactor.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、請求項1の発明では、プルトニウムを富化した炉心
燃料を有する燃料集合体を稠密格子状に隣接配置した軽
水冷却型原子炉の炉心であって、前記燃料集合体とし
て、一定長以上の炉心燃料を装填した通常燃料棒を束ね
て構成される通常燃料集合体と、この通常燃料集合体の
炉心燃料よりも短い炉心燃料および中性子を吸収して核
分裂性物質に転換する燃料親物質を含むブランケットを
装填した短尺燃料捧を束ねて構成される短尺燃料集合体
とを備え、これにより炉心径方向および軸方向とも非均
質とし、かつ前記短尺燃料集合体の炉心燃料長さを、前
記通常燃料集合体の炉心燃料長さの50%以下としたこ
とを特徴とする軽水冷却型原子炉の炉心を提供する。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a light water-cooled nuclear reactor in which fuel assemblies having plutonium-enriched core fuel are arranged adjacently in a dense grid. A normal fuel assembly comprising a bundle of normal fuel rods loaded with core fuel having a certain length or more, and a core fuel and a neutron shorter than the core fuel of the normal fuel assembly. A short fuel assembly comprising a bundle of short fuel bundles loaded with a blanket containing a fuel parent material that absorbs and converts it into fissile material, thereby making the core radially and axially non-homogeneous, and A core of a light-water-cooled nuclear reactor is provided, wherein a core fuel length of the short fuel assembly is 50% or less of a core fuel length of the normal fuel assembly.

【0018】請求項2の発明では、請求項1記載の軽水
冷却型原子炉の炉心において、ブランケットは短尺燃料
集合体の短尺燃料棒における炉心燃料の上部または下部
に配置されており、かつ前記ブランケットが装填される
前記短尺燃料棒は前記短尺燃料集合体内の一部の燃料棒
であって、それ以外の短尺燃料棒における炉心燃料の上
部または下部は冷却材流路とされていることを特徴とす
る軽水冷却型原子炉の炉心を提供する。
According to a second aspect of the present invention, in the light water cooled reactor core according to the first aspect, the blanket is disposed above or below the core fuel in the short fuel rods of the short fuel assembly, and the blanket is provided. The short fuel rod loaded with is a part of the fuel rod in the short fuel assembly, and the upper or lower part of the core fuel in the other short fuel rod is a coolant flow path. To provide a light water cooled reactor core.

【0019】請求項3の発明では、請求項1または2記
載の軽水冷却型原子炉の炉心において、短尺燃料集合体
における一部の短尺燃料棒のブランケットを、中性子減
速能力が高く、かつ中性子吸収断面積が小さい元素の化
合物によって置換したことを特徴とする軽水冷却型原子
炉の炉心を提供する。
According to a third aspect of the present invention, in the core of the light water-cooled reactor according to the first or second aspect, a blanket of some short fuel rods in the short fuel assembly has a high neutron moderating ability and a high neutron absorption. Provided is a light water-cooled reactor core, wherein the core is replaced by a compound of an element having a small cross-sectional area.

【0020】請求項4の発明では、プルトニウムを富化
した炉心燃料を有する燃料集合体を稠密格子状に隣接配
置した軽水冷却型原子炉の炉心であって、前記燃料集合
体の炉心燃料の軸方向上下部に燃料親物質を含むブラン
ケットが配置されているものにおいて、前記ブランケッ
トの一部を、中性子減速能力が高く、かつ中性子吸収断
面積が小さい元素の化合物によって置換し、または前記
燃料集合体の炉心燃料とブランケットとの間に、中性子
減速能力が高く、かつ中性子吸収断面積が小さい元素の
化合物を配置したことを特徴とする軽水冷却型原子炉の
炉心を提供する。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a light water-cooled reactor core in which fuel assemblies having plutonium-enriched core fuel are arranged adjacent to each other in a dense lattice pattern, wherein the core fuel core of the fuel assembly is provided. A blanket containing a fuel parent substance is disposed in the upper and lower parts in the direction, wherein a part of the blanket is replaced by a compound of an element having a high neutron moderating ability and a small neutron absorption cross-sectional area, or the fuel assembly The present invention provides a light water-cooled reactor core characterized in that a compound of an element having a high neutron moderating ability and a small neutron absorption cross section is arranged between a core fuel and a blanket.

【0021】請求項5の発明では、請求項3または4記
載の軽水冷却型原子炉の炉心において、中性子減速能力
が高く、かつ中性子吸収断面積が小さい元素の化合物
は、水素、ベリリウム、リチウム−7またはホウ素−1
1の化合物であることを特徴とする軽水冷却型原子炉の
炉心を提供する。
According to a fifth aspect of the present invention, in the core of the light water-cooled reactor according to the third or fourth aspect, the compound of the element having a high neutron moderating ability and a small neutron absorption cross section is hydrogen, beryllium, lithium-ion. 7 or boron-1
A light water-cooled reactor core, characterized in that the core is a compound of the present invention.

【0022】請求項6の発明では、プルトニウムを富化
した炉心燃料を有する燃料集合体を稠密格子状に隣接配
置した軽水冷却型原子炉の炉心であって、前記燃料集合
体として、一定長以上の炉心燃料を装填した通常燃料棒
を束ねて構成される通常燃料集合体と、この通常燃料集
合体の炉心燃料よりも短い炉心燃料を装填した短尺燃料
捧を束ねて構成される短尺燃料集合体とを備え、前記短
尺燃料集合体内の中央部分に配置される前記短尺燃料捧
の炉心燃料上部に中性子吸収物質として炭化ホウ素また
は酸化ヨーロピウムが配置され、かつ前記短尺燃料集合
体内の周辺部分の前記短尺燃料捧の炉心燃料上部は冷却
材流路とされていることを特徴とする軽水冷却型原子炉
の炉心を提供する。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a light water-cooled reactor core in which fuel assemblies having plutonium-enriched core fuel are arranged adjacent to each other in a dense lattice pattern, wherein the fuel assemblies have a predetermined length or more. A normal fuel assembly formed by bundling normal fuel rods loaded with the core fuel described above, and a short fuel assembly formed by bundling short fuel bundles loaded with a core fuel shorter than the core fuel of the normal fuel assembly Wherein boron carbide or europium oxide is disposed as a neutron absorbing substance on the upper portion of the core fuel dedicated to the short fuel, which is disposed in the central portion of the short fuel assembly, and the short portion of the peripheral portion in the short fuel assembly is provided. The present invention provides a light water-cooled reactor core, wherein the upper part of the fuel dedicated to the fuel is a coolant flow path.

【0023】請求項7の発明では、請求項1から6まで
のいずれかに記載の軽水冷却型原子炉の炉心において、
ブランケットがマイナーアクチニドと劣化ウランないし
回収ウランとの混合物からなるものであり、または炉心
燃料がプルトニウムにマイナーアクチニドを添加したも
のであることを特徴とする軽水冷却型原子炉の炉心を提
供する。
According to a seventh aspect of the present invention, in the light water-cooled reactor core according to any one of the first to sixth aspects,
A light water-cooled reactor core, wherein the blanket is made of a mixture of a minor actinide and depleted uranium or recovered uranium, or the core fuel is a mixture of plutonium and a minor actinide.

【0024】請求項8の発明では、請求項7記載の軽水
冷却型原子炉の炉心において、マイナーアクチニドは、
ネプツニウム、アメリシウムまたはキュリウムであるこ
とを特徴とする軽水冷却型原子炉の炉心を提供する。
According to the invention of claim 8, in the core of the light water-cooled reactor according to claim 7, the minor actinide comprises:
Provided is a light water-cooled nuclear reactor core, which is made of neptunium, americium or curium.

【0025】請求項9の発明では、請求項1から8まで
のいずれかに記載の軽水冷却型原子炉の炉心において、
燃料棒が三角配列または四角配列であり、かつ、燃料捧
が三角配列の場合には複数の燃料捧を包む外套部が正方
形状または六角形状であり、燃料棒が四角配列の場合に
は複数の燃料棒を包む外套部が正方形状であることを特
徴とする軽水冷却型原子炉の炉心を提供する。
According to a ninth aspect of the present invention, in the core of the light water-cooled nuclear reactor according to any one of the first to eighth aspects,
When the fuel rods are in a triangular arrangement or a square arrangement, and when the fuel rods are in a triangular arrangement, the mantles surrounding the plurality of fuel rods are in a square or hexagonal shape. Provided is a light water-cooled reactor core, wherein a mantle portion surrounding a fuel rod has a square shape.

【0026】請求項10の発明では、請求項1から9ま
でのいずれかに記載の炉心を有する軽水冷却型原子炉の
運転方法であって、制御捧が炉心下部から挿入される場
合は短尺燃料集合体におけるブランケットを炉心燃料上
部に配置し、制御棒が炉心上部から挿入される場合は短
尺燃料集合体におけるブランケットを炉心燃料下部に配
置し、かつ、周囲の燃料集合体のなかに短尺燃料集合体
が多く含まれる制御棒ほど挿入度を浅くして炉心を運転
することを特徴とする軽水冷却型原子炉の運転方法を提
供する。
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a method for operating a light water-cooled reactor having a core according to any one of the first to ninth aspects, wherein a short fuel is used when the control member is inserted from below the core. The blanket in the assembly is placed above the core fuel, and when the control rod is inserted from above the core, the blanket in the short fuel assembly is placed below the core fuel, and the short fuel bundle is placed in the surrounding fuel assemblies. A method for operating a light water-cooled reactor, characterized in that the core is operated with a shallower insertion degree for a control rod containing more bodies.

【0027】請求項11の発明では、請求項1から9ま
でのいずれかに記載の炉心を有する軽水冷却型原子炉の
運転方法であって、短尺燃料集合体を燃焼初期には炉心
中央部近辺に装荷し、燃焼が進むとともに炉心周辺部へ
と移動させることを特徴とする軽水冷却型原子炉の運転
方法を提供する。
[0027] According to an eleventh aspect of the present invention, there is provided a method for operating a light water-cooled reactor having a core according to any one of the first to ninth aspects, wherein the short fuel assembly is disposed near the center of the core in the initial stage of combustion. And a method for operating a light water cooled reactor characterized by moving the reactor to the periphery of the reactor core as combustion proceeds.

【0028】請求項12の発明では、請求項1から9ま
でのいずれかに記載の軽水冷却型原子炉の炉心におい
て、各燃料集合体内の最外周の燃料捧における核分裂性
物質の濃度が、同燃料集合体内のそれ以外の燃料棒にお
ける核分裂性物質の濃度よりも小さいことを特徴とする
軽水冷却型原子炉の炉心を提供する。
According to a twelfth aspect of the present invention, in the light water-cooled reactor core according to any one of the first to ninth aspects, the concentration of the fissile material in the outermost fuel in each fuel assembly is the same. Provided is a light water-cooled reactor core characterized by having a concentration of fissile material lower than that of other fuel rods in a fuel assembly.

【0029】請求項13の発明では、請求項1から9ま
でのいずれかに記載の軽水冷却型原子炉の炉心におい
て、炉心最外周に配置される燃料集合体の核分裂性物質
の濃度が、それ以外の燃料集合体の核分裂性物質の濃度
よりも小さいことを特徴とする軽水冷却型原子炉の炉心
を提供する。
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the core of the light water-cooled reactor according to any one of the first to ninth aspects, the concentration of the fissile material in the fuel assembly disposed at the outermost periphery of the core is reduced. A core of a light water-cooled reactor characterized by having a concentration lower than the concentration of fissile material in a fuel assembly other than the above.

【0030】[0030]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を沸騰水
型原子炉の炉心について、図1〜図18を参照して説明
する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 18 for a core of a boiling water reactor.

【0031】第1実施形態(図1〜図4,表2) 本実施形態では100万KWe級の沸騰水型原子炉にお
ける稠密格子燃料炉心を例として説明する。図1は本実
施形態による炉心構造を模式的に示す縦断面図であり、
図2は図1に示した炉心の1/4水平断面図である。
First Embodiment (FIGS. 1 to 4, Table 2) In this embodiment, a dense lattice fuel core in a 1,000,000 KWe class boiling water reactor will be described as an example. FIG. 1 is a longitudinal sectional view schematically showing a core structure according to the present embodiment,
FIG. 2 is a 1/4 horizontal cross-sectional view of the core shown in FIG.

【0032】図1に示すように、本実施形態の炉心30
1は、プルトニウムを富化した混合酸化物からなる炉心
燃料1の領域と、燃料親物質である劣化ウランからなる
炉心内部ブランケット2の領域とで構成されており、炉
心径Dは約4.5mとなっている。炉心上下部には、炉
心外部ブランケット3,4(炉心外上部ブランケット
3,炉心外下部ブランケット4)の領域が形成されてい
る。そして、これら炉心燃料1、炉心内部ブランケット
2および炉心外部ブランケット3,4は、図2に示すよ
うに、軸方向長さが一定以上の炉心燃料1を含む燃料集
合体(以下、通常燃料集合体という)5と、この通常燃
料集合体5の炉心燃料よりも軸方向長さの小さい炉心燃
料1を含む短尺燃料集合体(以下、短尺燃料集合体とい
う)6とを、互いに隣接する配置で装荷することで構成
されている。
As shown in FIG. 1, the core 30 of the present embodiment
Numeral 1 is composed of a region of a core fuel 1 made of a mixed oxide enriched with plutonium and a region of a core inner blanket 2 made of depleted uranium as a fuel parent material, and a core diameter D is about 4.5 m. It has become. At the upper and lower portions of the core, regions of core outer blankets 3 and 4 (outer core upper blanket 3 and outer core lower blanket 4) are formed. As shown in FIG. 2, the core fuel 1, the core inner blanket 2, and the core outer blankets 3 and 4 are composed of a fuel assembly (hereinafter, referred to as a normal fuel assembly) including a core fuel 1 having an axial length equal to or more than a certain length. ) 5 and a short fuel assembly (hereinafter, referred to as a short fuel assembly) 6 including the core fuel 1 having a smaller axial length than the core fuel of the normal fuel assembly 5 are loaded adjacently to each other. It is composed of

【0033】図3(A)は、通常燃料集合体5の構成を
示す1/4水平断面図であり、図3(B)は、図3
(A)に示した通常燃料集合体5に装荷される燃料棒
(以下、通常燃料棒という)7を示す垂直断面図であ
る。また、図4(A)は、短尺燃料集合体6を示す1/
4水平断面図であり、図4(B)は、図4(A)に示し
た短尺燃料集合体6に装荷される燃料棒(以下、短尺燃
料棒という)8を示す垂直断面図である。
FIG. 3A is a 1/4 horizontal cross-sectional view showing the structure of the normal fuel assembly 5, and FIG.
FIG. 2 is a vertical sectional view showing a fuel rod (hereinafter, referred to as a normal fuel rod) 7 loaded in a normal fuel assembly 5 shown in FIG. FIG. 4A shows a short fuel assembly 6.
4 is a horizontal sectional view, and FIG. 4B is a vertical sectional view showing a fuel rod (hereinafter, referred to as a short fuel rod) 8 loaded in the short fuel assembly 6 shown in FIG. 4A.

【0034】通常燃料集合体5は、図3(A)に示すよ
うに、チャンネルボックス13内に多数の通常燃料棒7
を三角配列で束ねて構成され、外形が正方バンドル状と
なっている。通常燃料棒7の主な仕様は燃料捧径約12
mm、燃料棒間距離約1.5mmで、燃料捧間隔が小さ
く、燃料に対する水の体積比率が小さい構成となってい
る。各通常燃料棒7は、図3(B)に示すように、被覆
管9の長さ方向略中央部分に炉心燃料(通常燃料)1を
充填するとともに、この炉心燃料1の上下部に炉心外上
部ブランケット3および炉心外下部ブランケット4を充
填した構成となっている。この通常燃料棒7内の通常燃
料1の長さh1(図1参照)が、例えば110cmに設
定してある。また、炉心外上部ブランケット3および炉
心外下部ブランケット4の長さh2(図1参照)は、と
もに20cmに設定してある。なお、被覆管9の上端位
置には、圧縮コイルスプリング10および上部端栓11
が設けられ、また被覆管9の下端位置には下部端栓12
が設けられている。この圧縮コイルスプリング10によ
り核分裂生成ガスを溜めるガスプレナムが確保され、上
部端栓11および下部端栓12により被覆管9の両端部
が閉塞される状態で、図示しない上部タイプレートおよ
び下部タイプレートに支持される。このような構成の通
常燃料棒7が、図示しない上部格子板および炉心支持板
を介して原子炉圧力容器内に支持される。
As shown in FIG. 3A, the normal fuel assembly 5 has a large number of normal fuel rods 7 in a channel box 13.
Are bundled in a triangular array, and the outer shape is a square bundle. The main specification of the fuel rod 7 is about 12
mm, the distance between fuel rods is about 1.5 mm, the fuel interval is small, and the volume ratio of water to fuel is small. As shown in FIG. 3 (B), each of the normal fuel rods 7 is filled with a core fuel (normal fuel) 1 in a substantially central portion in a longitudinal direction of the cladding tube 9 and is provided with upper and lower parts of the core fuel 1 outside the core. The upper blanket 3 and the outer core lower blanket 4 are filled. The length h1 (see FIG. 1) of the normal fuel 1 in the normal fuel rod 7 is set to, for example, 110 cm. The length h2 (see FIG. 1) of the outer core blanket 3 and the outer core lower blanket 4 is set to 20 cm. A compression coil spring 10 and an upper end plug 11 are provided at the upper end position of the cladding tube 9.
A lower end plug 12 is provided at a lower end position of the cladding tube 9.
Is provided. A gas plenum for storing the fission gas is secured by the compression coil spring 10, and both ends of the cladding tube 9 are closed by the upper end plug 11 and the lower end plug 12, and are supported by an upper tie plate and a lower tie plate (not shown). Is done. The normal fuel rod 7 having such a configuration is supported in the reactor pressure vessel via an upper grid plate and a core support plate (not shown).

【0035】一方、短尺燃料集合体6は、図4(A)に
示すように、通常燃料集合体5と同様のチャンネルボッ
クス13内に多数の短尺燃料棒8を三角配列で束ねて構
成され、外形が正方バンドル状となっている。この短尺
燃料棒8の主な仕様は燃料捧径約12mm、燃料棒間距
離約1.5mmで、燃料捧間隔が小さく、燃料に対する
水の体積比率が小さい構成となっている。各短尺燃料棒
7は、図4(B)に示すように、被覆管9の中央部より
も下方位置に炉心燃料(短尺燃料)1を充填するととも
に、この炉心燃料1の上部に炉心内部ブランケット2を
充填し、また炉心燃料1の下部に炉心外下部ブランケッ
ト4を充填した構成となっている。この短尺燃料棒7内
の短尺燃料1の長さh3(図1参照)が、例えば550
cmに設定してある。また、炉心内ブランケット2の長
さh4(図1参照)は75cmに設定してあり、炉心外
下部ブランケット4の長さh2(図1参照)は通常燃料
棒7と同様に20cmに設定してある。なお、被覆管9
の上端位置には圧縮コイルスプリング10および上部端
栓11が設けられ、また被覆管9の下端位置には下部端
栓12が設けられ、図示しない上部タイプレートおよび
下部タイプレートに支持されて、上部格子板および炉心
支持板を介して原子炉圧力容器内に支持される。
On the other hand, as shown in FIG. 4A, the short fuel assembly 6 is formed by bundling a large number of short fuel rods 8 in a triangular arrangement in a channel box 13 similar to the normal fuel assembly 5. The outer shape is a square bundle. The main specifications of the short fuel rod 8 are that the diameter of the fuel is about 12 mm, the distance between the fuel rods is about 1.5 mm, the interval between the fuels is small, and the volume ratio of water to fuel is small. As shown in FIG. 4B, each short fuel rod 7 is filled with a core fuel (short fuel) 1 at a position lower than a central portion of the cladding tube 9, and a core inner blanket is provided on an upper portion of the core fuel 1. 2 and the lower portion of the core fuel 1 is filled with a lower blanket 4 outside the core. The length h3 (see FIG. 1) of the short fuel 1 in the short fuel rod 7 is, for example, 550.
cm. The length h4 (see FIG. 1) of the blanket 2 in the core is set to 75 cm, and the length h2 (see FIG. 1) of the lower blanket 4 outside the core is set to 20 cm similarly to the fuel rod 7. is there. The cladding tube 9
A compression coil spring 10 and an upper end plug 11 are provided at the upper end of the cover tube 9, and a lower end plug 12 is provided at a lower end of the cladding tube 9, and supported by an upper tie plate and a lower tie plate (not shown). It is supported in the reactor pressure vessel via a grid plate and a core support plate.

【0036】このように、本実施形態では、通常燃料集
合体5の炉心燃料長さが110cm、短尺燃料集合体6
の炉心燃料長さが55cmであり、短尺燃料集合体6の
炉心燃料長さが通常燃料集合体5の炉心長さの50%と
なっている。また、本実施形態では、炉心径方向および
炉心軸方向の両方向で、炉心燃料1とブランケット2,
3,4とが接しており、かつ通常燃料集合体7の炉心燃
料1に接する短尺燃料集合体8の炉心内部ブランケット
2の長さh4が75cmで、通常燃料集合体7の炉心燃
料1の長さh1(110cm)の50%以上となってい
る。さらに、通常燃料集合体7と短尺燃料集合体8との
本数比は約3対2であり、平均の炉心高さは約90cm
である。
As described above, in the present embodiment, the core fuel length of the normal fuel assembly 5 is 110 cm and the short fuel assembly 6
Is 55 cm, and the core fuel length of the short fuel assembly 6 is 50% of the core length of the normal fuel assembly 5. Further, in the present embodiment, the core fuel 1 and the blanket 2, both in the core radial direction and the core axial direction.
The length h4 of the core inner blanket 2 of the short fuel assembly 8 which is in contact with the core fuel 1 of the normal fuel assembly 7 is 75 cm, and the length h4 of the core fuel 1 of the normal fuel assembly 7 It is 50% or more of the height h1 (110 cm). Further, the number ratio of the normal fuel assemblies 7 to the short fuel assemblies 8 is about 3: 2, and the average core height is about 90 cm.
It is.

【0037】なお、各燃料集合体5,6について、各燃
料棒7,8のバンドル部とチャンネルボックス13以外
の構成、例えば上部のハンドリングヘッド、下部のタイ
プレー卜等については図示を省略しているが、これらは
従来の燃料集合体と同様である。
For the fuel assemblies 5 and 6, components other than the bundle portions of the fuel rods 7 and 8 and the channel box 13, such as the upper handling head and the lower type plate, are not shown. However, these are similar to conventional fuel assemblies.

【0038】次に作用について説明する。Next, the operation will be described.

【0039】本実施形態の炉心301では燃料捧間隔が
小さく、燃料に対する水の体積比率が小さいため、水に
よる減速効果が小さい。したがって、高速な中性子スペ
クトルとなっており、炉心燃料1での核分裂あたりの中
性子発生数が大きく、無駄な中性子捕獲が少なく、余剰
の中性子を劣化ウランのブランケット2,3,4に吸収
させることで転換率を向上することができる。
In the core 301 of this embodiment, since the fuel interval is small and the volume ratio of water to fuel is small, the deceleration effect by water is small. Therefore, a fast neutron spectrum is obtained, the number of neutrons generated per fission in the core fuel 1 is large, the useless neutron capture is small, and excess neutrons are absorbed by the depleted uranium blankets 2, 3, and 4. Conversion rate can be improved.

【0040】特に、本実施形態の炉心301では、通常
燃料集合体5と短尺燃料集合体6とを配置し、炉心燃料
1の上部に劣化ウランの炉心内ブランケット2を配置す
ることにより、従来の非均質炉心と異なり、径方向にも
軸方向にも燃料と劣化ウランのブランケットとが接して
おり、かつ、通常燃料集合体5の炉心燃料1に接する炉
心内部ブランケット2の長さを炉心燃料長さの50%以
上としているため、燃料と劣化ウランのブランケットと
の接する面積が大きく、燃料から劣化ウランのブランケ
ットに飛び込む中性子数を増大でき、核分裂性物質の転
換率を向上できるとともに、冷却材ボイド率が増大した
場合、燃料から劣化ウランのブランケットヘ漏洩する中
性子が増大し、この劣化ウランのブランケットのウラン
238に捕獲される中性子が増大するので、反応度低
下、即ち冷却材ボイド係数を負にすることができる。
In particular, in the core 301 of the present embodiment, the conventional fuel assembly 5 and the short fuel assembly 6 are arranged, and the in-core blanket 2 of depleted uranium is arranged above the core fuel 1 in the conventional manner. Unlike the non-homogeneous core, the fuel and the depleted uranium blanket are in contact both radially and axially, and the length of the core inner blanket 2 that normally contacts the core fuel 1 of the fuel assembly 5 is defined as the core fuel length. 50% or more, the contact area between the fuel and the depleted uranium blanket is large, the number of neutrons that can jump from the fuel into the depleted uranium blanket can be increased, the conversion rate of fissile material can be improved, and the coolant voids can be improved. When the rate increases, neutrons leaking from the fuel to the depleted uranium blanket increase, and are captured by uranium 238 in the depleted uranium blanket. Since neutrons increases, reactivity decreases, that is, the coolant void coefficient negative.

【0041】したがって、炉心を大幅に偏平とする必要
なく、冷却材ボイド係数負と高転換比とを達成できるよ
うになる。さらに、出力変動に関しても、短尺燃料集合
体8において、炉心燃料1と炉心内部ブランケット2と
が軸方向に配置されているので、集合体出力としては劣
化ウランのブランケットの大きな出力変動の影響が大幅
に緩和され、熱的余裕を確保することができる。
Therefore, it is possible to achieve a negative coolant void coefficient and a high conversion ratio without having to significantly flatten the core. Further, regarding the power fluctuation, since the core fuel 1 and the core inner blanket 2 are arranged in the axial direction in the short fuel assembly 8, the influence of the large power fluctuation of the depleted uranium blanket on the power of the assembly is large. And a thermal margin can be secured.

【0042】表2は、本実施形態に基づく具体例(実施
例1,実施例2)と、従来例(従来型偏平炉心)とにつ
いて、仕様および特性を比較して示したものである。
Table 2 shows a comparison of specifications and characteristics between a specific example (Example 1 and Example 2) based on this embodiment and a conventional example (conventional flat core).

【0043】[0043]

【表2】 [Table 2]

【0044】従来例の炉心は100万KWe沸騰水冷却
型稠密格子燃料炉心であり、図20(A)に示したよう
に、炉心高さが60cm、炉心径が340cmで、装荷
する燃料集合体は全て通常燃料集合体構成で炉心燃料1
aの長さが60cm,炉心外ブランケット2a,2bの
長さが20cmのものとした。
The conventional core is a 1,000,000 KWe boiling water-cooled dense lattice fuel core. As shown in FIG. 20A, the core height is 60 cm, the core diameter is 340 cm, and the fuel assembly to be loaded is provided. Are all normal fuel assemblies and core fuel 1
The length of a was 60 cm, and the length of the blankets 2a and 2b outside the core was 20 cm.

【0045】これに対し、実施例1の炉心は従来例と同
様に、100万KWe沸騰水冷却型稠密格子燃料炉心で
あり、実施例2の炉心は、140万KWe沸騰水冷却型
稠密格子燃料炉心である。これらの炉心径は従来例と同
様に、約480cmである。そして各実施例の炉心で
は、図3および図4に示した構成の通常燃料集合体7お
よび短尺燃料集合体8を装荷した。すなわち、通常燃料
集合体7に充填される炉心燃料(通常燃料)1の長さは
110cmであり、短尺燃料集合体8に充填される炉心
燃料(短尺燃料)1の長さは55cmである。また、炉
心外部ブランケット3,4の長さは20cm、炉心内部
ブランケット2の長さは20cmである。そして、通常
燃料集合体7と短尺燃料集合体8との本数比は約3対2
であり、平均の炉心高さは約90cmである。なお、各
実施例および従来例とも、燃料捧径は約12mm、燃料
棒間距離は約1.5mmである。
On the other hand, the core of the first embodiment is a 1,000,000 KWe boiling water-cooled dense lattice fuel core similarly to the conventional example, and the core of the second embodiment is a 1.4 million KWe boiling water cooled dense lattice fuel core. The core. These core diameters are about 480 cm as in the conventional example. In the core of each embodiment, the normal fuel assembly 7 and the short fuel assembly 8 having the configurations shown in FIGS. 3 and 4 were loaded. That is, the length of the core fuel (normal fuel) 1 charged in the normal fuel assembly 7 is 110 cm, and the length of the core fuel (short fuel) 1 charged in the short fuel assembly 8 is 55 cm. The length of the core outer blankets 3 and 4 is 20 cm, and the length of the core inner blanket 2 is 20 cm. The number ratio between the normal fuel assembly 7 and the short fuel assembly 8 is about 3 to 2
And the average core height is about 90 cm. In each of the embodiments and the conventional example, the diameter of the fuel is about 12 mm and the distance between the fuel rods is about 1.5 mm.

【0046】これらの特性を比較した結果、表2に示す
ように、炉心体積は実施例1,2の方が従来例に比して
約1.5倍大きいにもかかわらず、これらの冷却材ボイ
ド係数は0.01Δk/kk′/%ボイドとほぼ同一で
ある。一方、転換比については、従来例が0.96であ
るのに対して実施例1,2が1.02で、各実施例の方
が0.06高くなっている。すなわち、実施例1,2で
は従来例に対して、同一の冷却材ボイド係数を確保しな
がら、炉心体積を大きくできるため、炉心から取り出せ
る熱出力を従来例よりも大きくできることが確認され
た。特に、実施例2の場合には、同一の最大線出力の条
件のもとで、熱出力を増大することができる。このよう
に、本実施形態によれば、従来例と同一の冷却材ボイド
係数を確保しながら、転換比を高くすると同時に、熱出
力を増大させることができる。
As a result of comparing these characteristics, as shown in Table 2, although the core volumes of Examples 1 and 2 are about 1.5 times larger than those of the conventional example, these coolants are used. The void coefficient is almost the same as 0.01Δk / kk ′ /% void. On the other hand, the conversion ratio is 0.96 in the conventional example, 1.02 in Examples 1 and 2, and 0.06 higher in each example. That is, in Examples 1 and 2, it was confirmed that since the core volume could be increased while securing the same coolant void coefficient as in the conventional example, the heat output that could be taken out of the core could be larger than in the conventional example. In particular, in the case of the second embodiment, the heat output can be increased under the same condition of the maximum linear output. As described above, according to the present embodiment, it is possible to increase the conversion ratio and increase the heat output while securing the same coolant void coefficient as that of the conventional example.

【0047】なお、以上の実施形態では、短尺燃料集合
体7において炉心内部ブランケット2を炉心燃料1の上
方に配置したが、これに代えて炉心内部ブランケット2
を炉心燃料1の下方に配置した場合でも、同様の効果が
期待できる。
In the above embodiment, the core inner blanket 2 is disposed above the core fuel 1 in the short fuel assembly 7.
The same effect can be expected even if is disposed below the core fuel 1.

【0048】第2実施形態(図5,図1〜図3) 本実施形態の炉心は、第1実施形態における短尺燃料集
合体の構成を変更し、短尺燃料集合体を2種類の短尺燃
料棒で構成するようにしたものである。図5(A)は、
短尺燃料集合体の構成を示す1/4水平断面図であり、
図5(B),(C)は、それぞれ図5(A)の短尺燃料
集合体の構成要素である第1、第2の異なる短尺燃料棒
を示す垂直断面図である。なお、短尺燃料集合体以外の
構成については、第1実施形態と同様であるから、図1
〜図3をそのまま参照して説明する。
Second Embodiment (FIGS. 5 and 1 to 3) The core of this embodiment is different from the first embodiment in that the configuration of the short fuel assembly is changed so that two types of short fuel rods are used. It is made to consist of. FIG. 5 (A)
It is a 1/4 horizontal sectional view which shows the structure of a short fuel assembly,
FIGS. 5B and 5C are vertical sectional views showing first and second different short fuel rods, which are constituent elements of the short fuel assembly of FIG. 5A, respectively. Since the configuration other than the short fuel assembly is the same as that of the first embodiment, FIG.
This will be described with reference to FIG.

【0049】本実施形態の短尺燃料集合体14は図5
(A)に示すように、第1の短尺燃料棒15の間に第2
の短尺燃料棒16を点在させた形で三角配列の燃料バン
ドルを形成し、その周囲をチャンネルボックス13で囲
んだ構成となっている。
The short fuel assembly 14 of this embodiment is shown in FIG.
As shown in (A), the second short fuel rods 15
The fuel bundles are arranged in a triangular arrangement in such a manner that the short fuel rods 16 are interspersed with each other, and the periphery thereof is surrounded by a channel box 13.

【0050】第1の短尺燃料棒15は図5(B)に示す
ように、被覆管9の中央部よりも下方位置に炉心燃料
(短尺燃料)1を充填するとともに、この炉心燃料1の
上部に炉心内部ブランケット2を充填し、また炉心燃料
1の下部に炉心外下部ブランケット4を充填した構成と
なっており、図4(B)に示した構成と同様である。
As shown in FIG. 5 (B), the first short fuel rod 15 fills the core fuel (short fuel) 1 at a position lower than the center of the cladding tube 9, and the upper part of the core fuel 1. Is filled with an inner core blanket 2 and the lower part of the core fuel 1 is filled with an outer core lower blanket 4, which is the same as the configuration shown in FIG. 4B.

【0051】第2の短尺燃料棒16は図5(C)に示す
ように、上下寸法の小さい被覆管9に、第1短尺燃料棒
15と同一長さの炉心燃料1および炉心外下部ブランケ
ット4を充填し、炉心燃料1の上部には劣化ウランのブ
ランケットがない構成となっている。
As shown in FIG. 5 (C), the second short fuel rod 16 is provided in a cladding tube 9 having a small vertical dimension and a core fuel 1 and an outer core lower blanket 4 having the same length as the first short fuel rod 15. , And there is no blanket of depleted uranium above the core fuel 1.

【0052】本実施形態の炉心は、このような劣化ウラ
ンの炉心内部ブランケット2を含む第1の短尺燃料棒1
5および劣化ウランのブランケットがない第2の短尺燃
料棒16からなる2種類の燃料棒を有する短尺燃料集合
体14と、図3(A)に示した通常燃料集合体5とを、
図2に示した配置で装荷することによって構成されてい
る。すなわち、劣化ウランの炉心内部ブランケット2
は、短尺燃料1のうちの一部分のみに配置され、それ以
外の短尺燃料1の上部には燃料棒がなく、冷却材流路と
なっている。
The core according to the present embodiment includes the first short fuel rod 1 including the core blanket 2 for the depleted uranium.
A short fuel assembly 14 having two types of fuel rods including a fuel rod 5 and a second short fuel rod 16 having no depleted uranium blanket, and a normal fuel assembly 5 shown in FIG.
It is configured by loading in the arrangement shown in FIG. That is, the core blanket 2 of the depleted uranium core
Are arranged in only a part of the short fuel 1, and there is no fuel rod above the other short fuel 1, forming a coolant passage.

【0053】このような第2実施形態の炉心によると、
第1実施形態の炉心に比べて、炉心燃料1の上部におけ
る劣化ウランの炉心内部ブランケット2の体積割合が小
さく、冷却材割合が大きい構造となる。したがって、第
1実施形態では劣化ウラン領域の中央部ほど炉心燃料1
からの中性子が届かず、全領域のU238の1個あたり
の平均的な中性子吸収量は劣化ウラン表面領域に比べて
小さくなる。特に、共鳴エネルギー領域では中性子吸収
量が大きいため、中央部ではより高いエネルギーでの中
性子の減速により中性子が十分に供給されないと、平均
的な中性子吸収量は小さくなる。これを自己遮蔽効果と
いうが、劣化ウランが密に配置されている場合や燃料集
合体の径方向サイズが大きいほどこの傾向が強くなる。
According to the core of the second embodiment,
Compared with the core of the first embodiment, the volume ratio of the core blanket 2 of the depleted uranium in the upper part of the core fuel 1 is small, and the coolant ratio is large. Therefore, in the first embodiment, the core fuel 1 becomes closer to the center of the depleted uranium region.
And the average neutron absorption per U238 in the entire region is smaller than that in the depleted uranium surface region. In particular, since the neutron absorption is large in the resonance energy region, the average neutron absorption becomes small unless neutrons are sufficiently supplied in the central portion due to neutron deceleration with higher energy. This is referred to as a self-shielding effect. This tendency becomes stronger when the depleted uranium is densely arranged or as the radial size of the fuel assembly is larger.

【0054】そこで、燃料棒間隔が非常に小さい稠密燃
料や径方向サイズが大きい集合体では、配置する劣化ウ
ランの量を制限し、劣化ウランを配置しない部分には冷
却材を配置することにより、本領域の中心部まで中性子
を届かせて、U238の1個当りの転換効率を増大させ
ることができる。ここで、冷却材割合の増大は、飛込ん
できた高速中性子のエネルギー低減により、共鳴領域中
性子を増大させる働きをし、やはり転換効率を増大させ
ることに役だっている。
Therefore, in the case of dense fuel having a very small fuel rod interval or an aggregate having a large radial size, the amount of depleted uranium is limited, and a coolant is disposed in a portion where no depleted uranium is disposed. Neutrons can reach the center of this region to increase the conversion efficiency per U238. Here, the increase in the coolant ratio acts to increase the resonance region neutrons by reducing the energy of the fast neutrons that have flown in, and also contributes to increasing the conversion efficiency.

【0055】このように、本実施形態は、稠密な燃料捧
配置の場合や燃料集合体の大きさが大きい場合で、劣化
ウラン領域内部での自己遮蔽効果が大きくなる場合に特
に有効なものとなる。
As described above, the present embodiment is particularly effective in the case of dense fuel allocation or the case where the size of the fuel assembly is large and the self-shielding effect inside the depleted uranium region becomes large. Become.

【0056】なお、本実施形態では、第2の短尺燃料棒
16の炉心燃料1の上方を冷却材流路としたが、第2の
短尺燃料棒16の炉心燃料1の下方を冷却材流路として
もよい。また、第1の短尺燃料集合体15において炉心
内部ブランケット2を炉心燃料1の上方に配置したが、
これに代えて炉心内部ブランケット2を炉心燃料1の下
方に配置してもよい。
In this embodiment, the coolant flow path is provided above the core fuel 1 of the second short fuel rod 16, but the coolant flow path is provided below the core fuel 1 of the second short fuel rod 16. It may be. Further, in the first short fuel assembly 15, the core inner blanket 2 is arranged above the core fuel 1,
Alternatively, core blanket 2 may be arranged below core fuel 1.

【0057】第3実施形態(図6,図1〜図3) 本実施形態の炉心も、第1実施形態における短尺燃料集
合体の構成を変更したもので、短尺燃料集合体を2種類
の短尺燃料棒で構成するようにしたものである。図6
(A)は、短尺燃料集合体の構成を示す1/4水平断面
図であり、図6(B),(C)は、それぞれ図6(A)
の短尺燃料集合体の構成要素である第1,第2の異なる
短尺燃料棒を示す垂直断面図である。なお、短尺燃料集
合体以外の構成については、第1実施形態と同様である
から、図1〜図3をそのまま参照して説明する。
Third Embodiment (FIGS. 6, 1 to 3) The core of this embodiment is also a modification of the configuration of the short fuel assembly in the first embodiment. It is made up of fuel rods. FIG.
(A) is a 1/4 horizontal sectional view showing the configuration of a short fuel assembly, and FIGS. 6 (B) and (C) are each FIG. 6 (A).
FIG. 5 is a vertical sectional view showing first and second different short fuel rods which are constituent elements of the short fuel assembly of FIG. Since the configuration other than the short fuel assembly is the same as that of the first embodiment, the configuration will be described with reference to FIGS.

【0058】本実施形態の短尺燃料集合体17は図6
(A)に示すように、第1の短尺燃料棒18の間に第2
の短尺燃料棒19を点在させた形で三角配列の燃料バン
ドルを形成し、その周囲をチャンネルボックス13で囲
んだ構成となっている。
The short fuel assembly 17 of the present embodiment is shown in FIG.
As shown in (A), the second short fuel rods 18
The fuel bundles are arranged in a triangular arrangement in a form in which short fuel rods 19 are interspersed, and the periphery thereof is surrounded by a channel box 13.

【0059】第1の短尺燃料棒18は図6(B)に示す
ように、被覆管9の中央部よりも下方位置に炉心燃料
(短尺燃料)1を充填するとともに、この炉心燃料1の
上部に劣化ウランの炉心内部ブランケット2を充填し、
また炉心燃料1の下部に劣化ウランの炉心外下部ブラン
ケット4を充填した構成となっており、図4(B)に示
した構成と同様である。
As shown in FIG. 6 (B), the first short fuel rod 18 fills the core fuel (short fuel) 1 at a position lower than the center of the cladding tube 9 and, at the top of the core fuel 1. Is filled with depleted uranium core inner blanket 2,
Further, the lower portion of the core fuel 1 is filled with a lower blanket 4 outside the core of depleted uranium, which is the same as the configuration shown in FIG.

【0060】第2の短尺燃料棒19は図6(C)に示す
ように、被覆管9に、第1短尺燃料棒15と同一長さの
炉心燃料1および炉心外下部ブランケット4を充填する
とともに、炉心燃料1の上部に、中性子減速能力に優
れ、低中性子吸収断面積を有する水素化ジルコニウム2
0を充填した構成となっている。
As shown in FIG. 6 (C), the second short fuel rod 19 fills the cladding tube 9 with the core fuel 1 and the outer core lower blanket 4 having the same length as the first short fuel rod 15. And a zirconium hydride 2 having an excellent neutron moderating ability and a low neutron absorption cross section
0 is filled.

【0061】本実施形態の炉心は、このような劣化ウラ
ンの炉心内部ブランケット2を含む第1の短尺燃料棒1
8および水素化ジルコニウム20を含む第2の短尺燃料
棒19からなる2種類の燃料棒を有する短尺燃料集合体
17と、図3(A)に示した通常燃料集合体5とを、図
2に示した配置で装荷することによって構成されてい
る。すなわち、炉心燃料(短尺燃料)1の上部には、劣
化ウランの炉心内部ブランケット2と水素化ジルコニウ
ム20とが混在して配置されている。
The core of the present embodiment includes a first short fuel rod 1 including the blanket 2 inside the core of such depleted uranium.
FIG. 2 shows a short fuel assembly 17 having two types of fuel rods, each of which is composed of a fuel rod 8 and a second short fuel rod 19 containing zirconium hydride 20, and the normal fuel assembly 5 shown in FIG. It is configured by loading in the arrangement shown. That is, on the upper part of the core fuel (short fuel) 1, the core blanket 2 of depleted uranium and the zirconium hydride 20 are arranged in a mixed manner.

【0062】このような第3実施形態の炉心によると、
第1実施形態と同様に、転換比を高めると同時に、熱出
力を増大させることができる効果に加え、冷却材ボイド
率増大に伴う中性子スペクトルの硬化が抑制できる。す
なわち、冷却材ボイド率が増大した場合、炉心内部ブラ
ンケット2の領域においても冷却材減少により中性子ス
ペクトルが硬くなろうとする。炉心内部ランケット2の
領域では燃焼度が低く、U238の転換によるPu23
9の蓄積が少ないうちは冷却材ボイド係数は負である
が、燃焼度が高くなってPu239の蓄積が多くなる
と、飛び込んできた中性子がΡu239の核分裂を引き
起こし、U238の吸収効果を上回って、冷却材ボイド
係数が正側に転じていく。これを避けるには、炉心内部
ブランケット2を含む短尺燃料集合体17の燃焼度を制
限する必要がある。本実施形態においては、炉心内部ブ
ランケット2の領域に、中性子減速能力に優れる水素化
ジルコニウム20中の水素原子が混在しており、これに
より冷却材ボイド率増大に伴う中性子スペクトルの硬化
が抑制されるため、冷却材ボイド係数が正側へ転じるこ
とを避けることができる。
According to the core of the third embodiment,
Similarly to the first embodiment, in addition to the effect of increasing the heat output while increasing the conversion ratio, it is possible to suppress the hardening of the neutron spectrum accompanying the increase in the coolant void fraction. That is, when the coolant void fraction increases, the neutron spectrum tends to be hardened even in the region of the core blanket 2 due to the decrease in the coolant. Burnup is low in the region of the core inner racket 2 and Pu23 by conversion of U238 is used.
While the accumulation of 9 is small, the coolant void coefficient is negative. However, when the burnup increases and the accumulation of Pu239 increases, the neutrons that have entered cause fission of Ρu239 and exceed the absorption effect of U238. The material void coefficient shifts to the positive side. To avoid this, it is necessary to limit the burnup of the short fuel assembly 17 including the core inner blanket 2. In the present embodiment, hydrogen atoms in zirconium hydride 20 having excellent neutron moderating ability are mixed in the region of the core inner blanket 2, whereby the hardening of the neutron spectrum accompanying the increase in the coolant void fraction is suppressed. Therefore, it is possible to prevent the coolant void coefficient from turning to the positive side.

【0063】なお、本実施形態においては、第2の短尺
燃料棒19の上部に水素化ジルコニウム20を設けた
が、この水素化ジルコニウム20は第2の短尺燃料棒1
9の下部に設けてもよい。また、水素化ジルコニウム2
0は、中性子減速能力に優れ、かつ低中性子吸収断面積
を有する元素の化合物の一例として掲げたものであり、
同様の他の元素、例えばベリリウム、リチウム−7、ホ
ウ素−11等の化合物で代替することも可能である。
In the present embodiment, the zirconium hydride 20 is provided on the upper part of the second short fuel rod 19.
9 may be provided below. In addition, zirconium hydride 2
0 is an example of a compound of an element having excellent neutron moderating ability and having a low neutron absorption cross section,
Other similar elements, for example, compounds such as beryllium, lithium-7 and boron-11 can be substituted.

【0064】第4実施形態(図7,図8) 本実施形態の炉心は、装荷する燃料集合体を全て通常燃
料集合体としたものであり、その通常燃料集合体を2種
類の通常燃料棒で構成するようにしたものである。図7
(A)は、通常燃料集合体の構成を示す1/4水平断面
図であり、図7(B),(C)は、それぞれ図7(A)
の通常燃料集合体の構成要素である第1、第2の異なる
通常燃料棒を示す垂直断面図である。図8は、図7
(A)の通常燃料集合体を装荷した炉心302の1/4
水平断面図である。
Fourth Embodiment (FIGS. 7 and 8) In the core of this embodiment, all the fuel assemblies to be loaded are normal fuel assemblies, and the normal fuel assemblies are divided into two types of normal fuel rods. It is made to consist of. FIG.
FIG. 7A is a 1/4 horizontal cross-sectional view showing a configuration of a normal fuel assembly, and FIGS. 7B and 7C are respectively FIGS.
FIG. 4 is a vertical sectional view showing first and second different normal fuel rods that are components of the normal fuel assembly of FIG. FIG.
(A) 1/4 of core 302 loaded with normal fuel assembly
It is a horizontal sectional view.

【0065】本実施形態の通常燃料集合体21は図7
(A)に示すように、第1の通常燃料棒22の間に第2
の通常燃料棒23を点在させた形で三角配列の燃料バン
ドルを形成し、その周囲をチャンネルボックス13で囲
んだ構成となっている。
The normal fuel assembly 21 of the present embodiment is shown in FIG.
As shown in (A), the second normal fuel rods 22
The fuel bundles are arranged in a triangular arrangement with the normal fuel rods 23 interspersed, and the periphery thereof is surrounded by the channel box 13.

【0066】第1の通常燃料棒22は図7(B)に示す
ように、被覆管9の長さ方向略中央部分に炉心燃料(通
常燃料)1を充填するとともに、この炉心燃料1の上下
部に劣化ウランの炉心外上部ブランケット3および炉心
外下部ブランケット4を充填した構成となっており、こ
の構成は図3(B)に示した通常燃料棒7と同様であ
る。
As shown in FIG. 7 (B), the first normal fuel rod 22 fills a substantially central portion of the cladding tube 9 in the longitudinal direction with the core fuel (normal fuel) 1 and, The portion is filled with a depleted uranium outer blanket 3 and a lower blanket 4 outside the core, and this configuration is the same as the normal fuel rod 7 shown in FIG. 3B.

【0067】第2の通常燃料棒23は図7(C)に示す
ように、被覆管9の長さ方向略中央部分に炉心燃料(通
常燃料)1を充填しており、この点は第1の通常燃料棒
22と同様であるが、炉心燃料1の上下部には、炉心外
上部ブランケット3および炉心外下部ブランケット4に
代えて、水素化ジルコニウム20を充填した構成となっ
ており、この点が第1の通常燃料棒22と異なってい
る。
As shown in FIG. 7 (C), the second normal fuel rod 23 has a substantially central portion in the length direction of the cladding tube 9 filled with the core fuel (normal fuel) 1. This is the same as the normal fuel rod 22 except that the upper and lower portions of the core fuel 1 are filled with zirconium hydride 20 instead of the outer core upper blanket 3 and the outer core lower blanket 4. Is different from the first normal fuel rod 22.

【0068】本実施形態の炉心302は、このように、
劣化ウランの炉心外部ブランケット3,4を含む第1の
通常燃料棒22と、水素化ジルコニウム20を含む第2
の通常燃料棒23とからなる通常燃料集合体21を、図
8に示した配置で装荷することによって構成されてい
る。
As described above, the core 302 of the present embodiment
A first normal fuel rod 22 including a depleted uranium core outer blanket 3, 4 and a second normal fuel rod 22 including a zirconium hydride 20
The normal fuel assembly 21 including the normal fuel rods 23 is loaded in the arrangement shown in FIG.

【0069】このような第4実施形態の炉心302によ
ると、U238単位重量あたりの中性子吸収量を大きく
でき、転換効率を増大させることができる。すなわち、
一般に炉心から漏れた中性子をとらえ、転換効率を増大
させるために炉心燃料の上下に劣化ウランのブランケッ
トが配置されるが、炉心部での転換効率増大のために燃
料捧を稠密に配置した燃料集合体の場合には、炉心燃料
部では核分裂した中性子により豊富な中性子が存在する
が、上下のブランケント部では炉心から一方向に漏洩し
てきた中性子を捕獲するだけなので、燃料が密に配置さ
れていると、前記のように、U238による共鳴エネル
ギー中性子の自己遮蔽が大きくなり、U238単位重量
あたりの中性子吸収量が小さくなってしまう。
According to the core 302 of the fourth embodiment, the neutron absorption amount per unit weight of U238 can be increased, and the conversion efficiency can be increased. That is,
In general, depleted uranium blankets are placed above and below the core fuel to capture neutrons leaking from the core and increase conversion efficiency, but a fuel assembly with densely arranged fuels is used to increase conversion efficiency in the core. In the case of the body, abundant neutrons are present in the core fuel part due to fissioned neutrons, but in the upper and lower blanket parts, only neutrons leaking from the core in one direction are captured, so the fuel is densely arranged. In this case, as described above, self-shielding of resonance energy neutrons by U238 increases, and the neutron absorption amount per unit weight of U238 decreases.

【0070】そこで、本実施形態では、飛び込んできた
高速中性子を減速し、共鳴エネルギー中性子を増加させ
るため、中性子減速能力に優れ、低中性子吸収断面積を
有する水素を含む水素化ジルコニウムを劣化ウラン領域
に混在させたことにより、U238単位重量あたりの中
性子吸収量を大きくすることができ、転換効率の増大を
図ることができる。
Therefore, in the present embodiment, zirconium hydride containing hydrogen having excellent neutron moderating capability and having a low neutron absorption cross-section is converted into a depleted uranium region in order to decelerate the fast neutrons that have entered and to increase the resonance energy neutrons. , The amount of neutron absorption per unit weight of U238 can be increased, and the conversion efficiency can be increased.

【0071】なお、本実施形態においても、水素化ジル
コニウム20に代えて同様の他の元素、例えばベリリウ
ム、リチウム−7、ホウ素−11等の化合物で代替する
ことが可能である。
In this embodiment, it is also possible to replace the zirconium hydride 20 with a similar other element, for example, a compound such as beryllium, lithium-7, boron-11, or the like.

【0072】第5実施形態(図9,図8) 本実施形態の炉心は、装荷する燃料集合体を全て通常燃
料集合体としたものであり、その通常燃料集合体は、炉
心燃料とブランケットとの間に水素化ジルコニウムを配
置した構成としたものである。図9(A)は、通常燃料
集合体の構成を示す1/4水平断面図であり、図9
(B)は、図9(A)の通常燃料集合体の構成要素であ
る通常燃料棒を示す垂直断面図である。
Fifth Embodiment (FIGS. 9 and 8) In the core of the present embodiment, all the fuel assemblies to be loaded are normal fuel assemblies, and the normal fuel assemblies include a core fuel, a blanket and In which zirconium hydride is disposed. FIG. 9A is a 水平 horizontal sectional view showing the configuration of a normal fuel assembly, and FIG.
(B) is a vertical sectional view showing a normal fuel rod which is a component of the normal fuel assembly of FIG. 9 (A).

【0073】本実施形態の通常燃料集合体24は図9
(A)に示すように、同一の通常燃料棒25を三角配列
で束ねて燃料バンドルを形成し、その周囲をチャンネル
ボックス13で囲んだ構成となっている。通常燃料棒2
5は図9(B)に示すように、被覆管9の長さ方向略中
央部分に炉心燃料(通常燃料)1を充填するとともに、
この炉心燃料1の上下部に劣化ウランの炉心外上部ブラ
ンケット3および炉心外下部ブランケット4を充填し、
さらに炉心燃料1と各ブランケット3,4との間に水素
化ジルコニウム20をそれぞれ配置した構成となってい
る。本実施形態の炉心は、このように、水素化ジルコニ
ウム20を含む通常燃料棒25からなる通常燃料集合体
24を、図8に示したものと同様の配置で装荷すること
によって構成されている。
The normal fuel assembly 24 of this embodiment is shown in FIG.
As shown in (A), the same normal fuel rods 25 are bundled in a triangular arrangement to form a fuel bundle, and the periphery thereof is surrounded by a channel box 13. Normal fuel rod 2
As shown in FIG. 9 (B), the core 5 is filled with a core fuel (normal fuel) 1 in a substantially central portion in the length direction of the cladding tube 9 and
The upper and lower portions of the core fuel 1 are filled with an outer core upper blanket 3 and an outer core lower blanket 4 of depleted uranium,
Further, zirconium hydride 20 is arranged between the core fuel 1 and each of the blankets 3 and 4. As described above, the core of the present embodiment is configured by loading the normal fuel assemblies 24 including the normal fuel rods 25 containing the zirconium hydride 20 in the same arrangement as that shown in FIG.

【0074】このような第5実施形態の炉心によるって
も、ジルコニウム20を配置したことにより、第4の実
施形態と同様に、水素によって中性子を減速させ劣化ウ
ラン領域内部の共鳴中性子を増大させることができ、そ
れにより転換効率を増大させることができる。
Also in the core of the fifth embodiment, the neutrons are decelerated by hydrogen and the resonance neutrons in the depleted uranium region are increased by disposing the zirconium 20, similarly to the fourth embodiment. And thereby increase the conversion efficiency.

【0075】なお、本実施形態においても、水素化ジル
コニウム20に代えて同様の他の元素、例えばベリリウ
ム、リチウム−7、ホウ素−11等の化合物で代替する
ことが可能である。
In this embodiment, it is also possible to replace the zirconium hydride 20 with a similar other element, for example, a compound such as beryllium, lithium-7, and boron-11.

【0076】第6実施形態(図10,図11,図3
(B)) 本実施形態の炉心は、第1実施形態における短尺燃料集
合体の構成およびその炉心内における配置を変更したも
のである。図10(A)は、短尺燃料集合体の構成を示
す1/4水平断面図であり、図10(B),(C)は、
それぞれ図10(A)の短尺燃料集合体の構成要素であ
る第1、第2の異なる短尺燃料棒を示す垂直断面図であ
る。図11は、通常燃料集合体および図10(A)の短
尺燃料集合体を装荷した炉心の1/4水平断面図であ
る。
Sixth Embodiment (FIGS. 10, 11, and 3)
(B) The core of the present embodiment is obtained by changing the configuration of the short fuel assembly and the arrangement in the core in the first embodiment. FIG. 10A is a 1 / horizontal cross-sectional view showing the configuration of a short fuel assembly, and FIGS.
It is a vertical sectional view which shows the 1st and 2nd different short fuel rods which are the components of the short fuel assembly of FIG. 10 (A), respectively. FIG. 11 is a 1/4 horizontal cross-sectional view of a core loaded with a normal fuel assembly and the short fuel assembly of FIG. 10 (A).

【0077】本実施形態の短尺燃料集合体26は図10
(A)に示すように、第1の短尺燃料棒27に対して第
2の短尺燃料棒28を集合体中心側に集合配置した形で
三角配列の燃料バンドルを形成し、その周囲をチャンネ
ルボックス13で囲んだ構成となっている。
The short fuel assembly 26 of this embodiment is shown in FIG.
As shown in (A), a triangular array of fuel bundles is formed in such a manner that a second short fuel rod 28 is arranged on the center side of the assembly with respect to a first short fuel rod 27, and the periphery thereof is a channel box. 13.

【0078】第1の短尺燃料棒27は図10(B)に示
すように、上下寸法の小さい被覆管9に、炉心燃料(短
尺燃料)1および炉心外下部ブランケット4を充填した
構成となっており、図5(C)に示した短尺燃料棒16
と同様に、上方に冷却材流路が形成される構成となって
いる。
As shown in FIG. 10B, the first short fuel rod 27 has a configuration in which the cladding tube 9 having a small vertical dimension is filled with the core fuel (short fuel) 1 and the outer core lower blanket 4. And the short fuel rod 16 shown in FIG.
Similarly to the above, a coolant flow path is formed above.

【0079】第2の短尺燃料棒28は図6(C)に示す
ように、上下寸法の大きい被覆管9の中央部よりも下方
位置に、第1短尺燃料棒27と同一長さの炉心燃料(短
尺燃料)1を充填するとともに、この炉心燃料1の上部
に中性子吸収物質である炭化ホウ素29を充填し、また
炉心燃料1の下部に劣化ウランの炉心外下部ブランケッ
ト4を充填した構成となっている。
As shown in FIG. 6C, the second short fuel rod 28 is located at a position lower than the center of the cladding tube 9 having a large vertical dimension and has the same length as the first short fuel rod 27. (Short fuel) 1, the upper part of the core fuel 1 is filled with boron carbide 29 which is a neutron absorbing substance, and the lower part of the core fuel 1 is filled with the lower blanket 4 outside the core of depleted uranium. ing.

【0080】そして、本実施形態の炉心は図11に示し
たように、上方が冷却材流路となる第1の短尺燃料棒2
7と炭化ホウ素29を含む第2の短尺燃料棒28とから
なる2種類の燃料棒を有する短尺燃料集合体26が、図
11に示した配置で、図3(C)の通常燃料集合体5の
間に点在する形で装荷することによって構成され、これ
により中性子吸収物質である炭化ホウ素29の周辺部が
冷却材流路となっている。
As shown in FIG. 11, the core of the present embodiment has a first short fuel rod 2 whose upper portion serves as a coolant flow path.
A short fuel assembly 26 having two types of fuel rods, each of which is composed of a fuel rod 7 and a second short fuel rod 28 containing boron carbide 29, is arranged as shown in FIG. , The peripheral portion of the neutron absorbing substance, ie, the boron carbide 29, is a coolant flow path.

【0081】このような本実施形態の炉心によれば、第
1実施形態と同様に、転換比を高めると同時に、熱出力
を増大させることができるのは勿論であるが、特に高い
転換効率はめざさず、負の冷却材ボイド係数を確保した
い場合に有効なものとなる。すなわち、本実施形態で
は、第2の短尺燃料棒28の炉心燃料(短尺燃料)1上
部に配置される炭化ホウ素29が、その周囲を冷却材に
よって囲まれることになることから、通常時は冷却材の
反射効果により、隣接する通常燃料集合体5の炉心燃料
1から炭化ホウ素29へ飛び込んで吸収される中性子は
相対的に少ない。しかし、冷却材ボイド率が増大時した
場合には、炉心燃料1と炭化ホウ素29との間の冷却材
が減少することにより、炭化ホウ素29に吸収される中
性子が相対的に多くなる。これにより、反応度を低減で
き、冷却材ボイド係数を負に保つことができるようにな
る。
According to the core of the present embodiment, as in the first embodiment, it is possible to increase the conversion ratio and the heat output at the same time as in the first embodiment. This is effective when it is desired to secure a negative coolant void coefficient. That is, in the present embodiment, since the boron carbide 29 disposed above the core fuel (short fuel) 1 of the second short fuel rod 28 is surrounded by the coolant, the cooling is performed normally. Due to the reflection effect of the material, relatively few neutrons jump from the core fuel 1 of the adjacent normal fuel assembly 5 into the boron carbide 29 and are absorbed. However, when the coolant void fraction increases, the amount of coolant between the core fuel 1 and the boron carbide 29 decreases, so that neutrons absorbed by the boron carbide 29 relatively increase. Thereby, the reactivity can be reduced, and the coolant void coefficient can be kept negative.

【0082】なお、本実施形態では、第2の短尺燃料棒
28の炉心燃料1上部に設ける中性子吸収物質として炭
化ホウ素29を適用したが、この中性子吸収物質として
は、他に酸化ヨーロピウム等を適用することが可能であ
る。
In this embodiment, boron carbide 29 is used as the neutron absorbing material provided above the core fuel 1 of the second short fuel rod 28. However, as the neutron absorbing material, europium oxide or the like is used. It is possible to

【0083】第7実施形態(図12,図1〜図3) 本実施形態の炉心は、第1実施形態における短尺燃料集
合体の構成を変更したもので、炉心内部ブランケットに
マイナーアクチニドを添加したものである。図12
(A)は、短尺燃料集合体の構成を示す1/4水平断面
図であり、図12(B)は、図12(A)の短尺燃料集
合体の構成要素である短尺燃料棒を示す垂直断面図であ
る。
Seventh Embodiment (FIG. 12, FIGS. 1 to 3) The core of the present embodiment is a modification of the configuration of the short fuel assembly in the first embodiment, in which a minor actinide is added to a blanket inside the core. Things. FIG.
(A) is a 1/4 horizontal sectional view showing a configuration of a short fuel assembly, and FIG. 12 (B) is a vertical view showing a short fuel rod which is a component of the short fuel assembly of FIG. 12 (A). It is sectional drawing.

【0084】本実施形態の短尺燃料集合体30は図12
(A)に示すように、同一構成の短尺燃料棒31を三角
配列として燃料バンドルを形成し、その周囲をチャンネ
ルボックス13で囲んだ構成となっている。
The short fuel assembly 30 of this embodiment is shown in FIG.
As shown in FIG. 2A, a fuel bundle is formed by forming short fuel rods 31 having the same configuration in a triangular arrangement, and the fuel bundle is surrounded by a channel box 13.

【0085】短尺燃料棒31は図12(B)に示すよう
に、被覆管9の中央部よりも下方位置に、炉心燃料(短
尺燃料)1を充填するとともに、この炉心燃料1の上部
に、ネプツニウム、アメリシウム、キュリウム等のマイ
ナーアクチニドと劣化ウランとの混合物で構成される炉
心内部ブランケット32を充填してある。この炉心内部
ブランケット32の組成は、劣化ウラン80%、軽水炉
使用済み燃料から取出されたネプツニウム10%、アメ
リシウム9%、キュリウム1%で、それぞれが酸化物の
形態である。炉心燃料1の下部には、劣化ウランの炉心
外下部ブランケット4が充填してある。
As shown in FIG. 12 (B), the short fuel rod 31 is filled with the core fuel (short fuel) 1 at a position lower than the center of the cladding tube 9, and at the top of the core fuel 1. A core inner blanket 32 made of a mixture of a minor actinide such as neptunium, americium, curium and the like and depleted uranium is filled. The composition of the core inner blanket 32 is 80% of depleted uranium, 10% of neptunium, 9% of americium, and 1% of curium extracted from spent LWR spent fuel, each in the form of oxide. The lower portion of the core fuel 1 is filled with an outer core lower blanket 4 of depleted uranium.

【0086】本実施形態の炉心は、このような炉心内部
ブランケット32を充填した短尺燃料棒31からなる短
尺燃料集合体30と、図3(A),(B)に示した通常
燃料棒23からなる通常燃料集合体21とを、図2に示
した配置で装荷することによって構成されている。
The core of the present embodiment comprises a short fuel assembly 30 composed of short fuel rods 31 filled with such a core inner blanket 32 and a normal fuel rod 23 shown in FIGS. 3A and 3B. The normal fuel assembly 21 is loaded in the arrangement shown in FIG.

【0087】このような構成の炉心によると、第1実施
形態と同様に、転換比を高めると同時に、熱出力を増大
させることができる効果に加え、冷却材ボイド係数を負
に保ちつつ、マイナーアクチニドを有効にリサイクルす
ることができる。すなわち、ネプツニウム、アメリシウ
ム、キュリウム等のマイナーアクチニドは、炉心から漏
れてくる中性子を捕獲し、一部が核分裂したり、Ρu2
38に変化する。また、これらは劣化ウランと同様に、
核分裂断面積よりも吸収断面積が大きく、冷却材ボイド
率増大時には、炉心から飛び込んでくる中性子数が増大
することで、冷却材ボイド係数を負に保つ働きをする。
従って、冷却材ボイド係数を負に保ちつつ、マイナーア
クチニドを有効にリサイクルすることができる。
According to the core having the above-described structure, similarly to the first embodiment, the conversion ratio can be increased, and at the same time, the heat output can be increased. Actinide can be recycled effectively. In other words, minor actinides such as neptunium, americium, curium, etc. capture neutrons leaking from the reactor core and partially fission or Ρu2
38. These are also similar to depleted uranium,
The absorption cross section is larger than the fission cross section, and when the coolant void fraction is increased, the number of neutrons jumping from the reactor core is increased, thereby acting to keep the coolant void coefficient negative.
Therefore, it is possible to effectively recycle the minor actinide while keeping the coolant void coefficient negative.

【0088】第8実施形態(図13,図1,図2,図
4) 本実施形態の炉心は、第1実施形態における通常燃料集
合体の構成を変更したもので、炉心燃料にマイナーアク
チニドを添加したものである。図13(A)は通常燃料
集合体の構成を示す1/4水平断面図であり、図13
(B)は、図13(A)の通常燃料集合体の構成要素で
ある通常燃料棒を示す垂直断面図である。
Eighth Embodiment (FIG. 13, FIG. 1, FIG. 2, FIG.
4) The core of the present embodiment is a modification of the normal fuel assembly of the first embodiment, in which a minor actinide is added to the core fuel. FIG. 13A is a 1/4 horizontal cross-sectional view showing the configuration of a normal fuel assembly.
FIG. 13B is a vertical sectional view showing a normal fuel rod which is a component of the normal fuel assembly of FIG. 13A.

【0089】本実施形態の通常燃料集合体33は図13
(A)に示すように、同一構成の通常燃料棒34を三角
配列として燃料バンドルを形成し、その周囲をチャンネ
ルボックス13で囲んだ構成となっている。
The normal fuel assembly 33 of this embodiment is shown in FIG.
As shown in (A), a fuel bundle is formed by forming the normal fuel rods 34 having the same configuration in a triangular arrangement, and the fuel bundle is surrounded by the channel box 13.

【0090】通常燃料棒34は図13(B)に示すよう
に、被覆管9に充填される炉心燃料35がプルトニウム
にネプツニウム、アメリシウム、キュリウム等のマイナ
ーアクチニドを添加したものであり、この炉心燃料35
の上下に劣化ウランの炉心外部ブランケット3,4を配
置してある。炉心燃料の組成は、劣化ウラン80%、プ
ルトニウム18%、ネプツニウム1%、アメリシウム
0.9%、キュリウム0.1%であり、それぞれが酸化
物の形態である。
As shown in FIG. 13 (B), the normal fuel rod 34 is such that the core fuel 35 filled in the cladding tube 9 is obtained by adding a minor actinide such as neptunium, americium, curium or the like to plutonium. 35
Depleted uranium core blankets 3 and 4 are arranged above and below the core. The composition of the core fuel is 80% depleted uranium, 18% plutonium, 1% neptunium, 0.9% americium, 0.1% curium, each in oxide form.

【0091】このような通常燃料棒34からなる通常燃
料集合体33と、図4に示した短尺燃料棒8からなる短
尺燃料集合体6とを、図2に示した状態で隣接配置する
ことで炉心が構成されている。
The normal fuel assembly 33 composed of the normal fuel rods 34 and the short fuel assembly 6 composed of the short fuel rods 8 shown in FIG. 4 are arranged adjacent to each other in the state shown in FIG. The core is configured.

【0092】このような構成の炉心によると、第1実施
形態と同様に、転換比を高めると同時に、熱出力を増大
させることができる効果に加え、マイナーアクチニドを
効率よく燃焼させつつ、冷却材ボイド係数を低減するこ
とができる。すなわち、炉心燃料ではブランケットより
も中性子束が高いため、炉心燃料35にマイナーアクチ
ニドを添加した本実施形態では、マイナーアクチニドを
ブランケットに添加する場合に比べて、マイナーアクチ
ニドの燃焼速度を向上させることができる。しかしなが
ら、炉心燃料では冷却材ボイド率が増大すると、マイナ
ーアクチニドの中性子吸収が少なくなることによって反
応度増大効果が大きく、冷却材ボイド係数をより正側に
転じさせることになる。そこで、本実施形態では、第1
の実施形態と同様に炉心燃料集合体と劣化ウランを上部
に配置した短尺燃料集合体との組み合わせて冷却材ボイ
ド係数を低減できるので、マイナーアクチニドを効率よ
く燃焼させつつ、冷却材ボイド係数を低減することがで
きる。
According to the core having such a configuration, as in the first embodiment, in addition to the effect of increasing the conversion ratio and increasing the heat output, the coolant can be efficiently burned while the minor actinide is efficiently burned. The void coefficient can be reduced. That is, since the neutron flux is higher in the core fuel than in the blanket, in the present embodiment in which the minor actinide is added to the core fuel 35, the combustion speed of the minor actinide can be improved as compared with the case where the minor actinide is added to the blanket. it can. However, in the core fuel, when the coolant void ratio increases, the neutron absorption of the minor actinide decreases, so that the reactivity increasing effect is large, and the coolant void coefficient is shifted to the more positive side. Therefore, in the present embodiment, the first
The coolant void coefficient can be reduced by combining the core fuel assembly and the short fuel assembly in which the depleted uranium is disposed on the upper part in the same manner as in the embodiment, so that the coolant void coefficient is reduced while efficiently burning the minor actinide. can do.

【0093】第9実施形態(図14,図1〜図3) 本実施形態の炉心は、燃料集合体の燃料棒配列および外
套形状の変形に関するものである。
Ninth Embodiment (FIG. 14, FIGS. 1 to 3) The core of the present embodiment relates to the deformation of the fuel rod arrangement and the mantle shape of the fuel assembly.

【0094】すなわち、前記各実施形態では、全ての燃
料集合体について燃料棒を三角配列として正方バンドル
を形成し、外套となるチャンネルボックスを四角断面形
状としたが、本発明はそのようなものに限定されず、種
々の変形が可能である。
That is, in each of the above-described embodiments, a square bundle is formed by forming the fuel rods in a triangular arrangement for all the fuel assemblies, and the channel box serving as the jacket is formed in a square cross section. It is not limited, and various modifications are possible.

【0095】例えば図14(A),(B)は、それぞれ
通常燃料集合体36および短尺燃料集合体37の構成を
変形した一例を示している。この例では、図14(A)
に示すように、通常燃料集合体36は、通常燃料棒7を
四角配列として正方バンドルを形成し、四角断面形状の
チャンネルボックス13で囲んだ構成としてある。ま
た、図14(B)に示すように、短尺燃料集合体37
は、短尺燃料棒8を四角配列として正方バンドルを形成
し、四角断面形状のチャンネルボックス13で囲んだ構
成としてある。これらの通常燃料棒7および短尺燃料棒
8としては、例えば第1実施形態のもの(図3(B)お
よび図4(B))が適用される。このような構成によっ
ても、前記第1実施形態と略同様の効果が奏されるのは
勿論である。
For example, FIGS. 14A and 14B show an example in which the configurations of the normal fuel assembly 36 and the short fuel assembly 37 are respectively modified. In this example, FIG.
As shown in (1), the normal fuel assembly 36 has a configuration in which the normal fuel rods 7 are arranged in a square array to form a square bundle, and are surrounded by the channel box 13 having a square cross section. In addition, as shown in FIG.
Is a configuration in which short fuel rods 8 are arranged in a square array to form a square bundle, and surrounded by a channel box 13 having a square cross section. As the normal fuel rod 7 and the short fuel rod 8, for example, those of the first embodiment (FIGS. 3B and 4B) are applied. Even with such a configuration, it is needless to say that substantially the same effects as in the first embodiment can be obtained.

【0096】また、図14(A),(B)に示した構成
は、第2実施形態〜第8実施形態の燃料集合体について
も適用することができる。この場合、短尺燃料集合体の
上部に劣化ウランとマイナーアクチニドからなるブラン
ケットを設けた構成としたものについては、そのブラン
ケットが炉心から漏洩する中性子を捕獲し、ウランをプ
ルトニウムに転換するとともに、マイナーアクチニドを
燃焼し、同時に冷却材ボイド係数を負とすることができ
る。
The configuration shown in FIGS. 14A and 14B can also be applied to the fuel assemblies of the second to eighth embodiments. In this case, for a configuration in which a blanket made of depleted uranium and a minor actinide is provided above the short fuel assembly, the blanket captures neutrons leaking from the reactor core, converts uranium to plutonium, and converts the minor actinide. At the same time, the coolant void coefficient can be made negative.

【0097】なお、図示しないが、燃料棒が三角配列の
場合には、外套部となるチャンネルボックスを六角形状
とすることで、稠密化が有効的に図れる。つまり、好ま
しい構成としては、燃料棒が三角配列の場合には、外套
部を正方または六角形状とし、また燃料棒が四角配列の
場合には、外套部を正方形状とすることである。
Although not shown, when the fuel rods are arranged in a triangular arrangement, the channel box serving as the jacket is formed in a hexagonal shape, whereby the densification can be effectively achieved. That is, as a preferable configuration, when the fuel rods are arranged in a triangular arrangement, the outer jacket is formed in a square or hexagonal shape, and when the fuel rods are arranged in a square arrangement, the outer jacket is formed in a square shape.

【0098】第10実施形態(図3,図4,図15) 本実施形態は、前記炉心の出力分布を平坦に保つ運転方
法についてのものである。ここで適用する炉心は第1実
施形態と略同様のものであり、図3に示した通常燃料集
合体5と、図4に示した短尺燃料集合体6とから構成さ
れ、図15に示す炉心水平断面(図2と略同様)のもの
について説明する。
Tenth Embodiment (FIGS. 3, 4, and 15) This embodiment relates to an operation method for keeping the power distribution of the core flat. The core applied here is substantially the same as that of the first embodiment, and is composed of the normal fuel assembly 5 shown in FIG. 3 and the short fuel assembly 6 shown in FIG. A horizontal cross section (substantially the same as FIG. 2) will be described.

【0099】図15に示すように、通常燃料集合体5と
短尺燃料集合体6とを装荷した炉心において、各燃料集
合体間に制御捧38,39,40,41が配置されてい
る。これらの制御捧38,39,40,41は、炉心下
部から挿入する十字型制御棒であり、その挿入深度の制
御によって炉心の出力分布を平坦に保つ。
As shown in FIG. 15, in the core loaded with the normal fuel assembly 5 and the short fuel assembly 6, control members 38, 39, 40, and 41 are arranged between the fuel assemblies. These control members 38, 39, 40 and 41 are cruciform control rods inserted from the lower part of the core, and the power distribution of the core is kept flat by controlling the insertion depth.

【0100】本実施形態では、制御棒周囲の4つの燃料
集合体5,6の中に、短尺燃料集合体6が多く含まれる
ものほど挿入度を浅くして炉心を運転する。すなわち、
周囲に短尺燃料集合体6を含まない制御捧38、周囲に
短尺燃料集合体6を1体含む制御捧39、周囲に短尺燃
料集合体6を2体含む制御捧40、および周囲に短尺燃
料集合体6を3体含む制御捧41の中で、挿入度を下記
のように制御する。
In the present embodiment, the core is operated with a smaller insertion degree as the short fuel assemblies 6 are more included in the four fuel assemblies 5 and 6 around the control rod. That is,
A control part 38 that does not include the short fuel assembly 6 around it, a control part 39 that contains one short fuel assembly 6 around it, a control part 40 that contains two short fuel assemblies 6 around it, and a short fuel assembly around it The insertion degree is controlled as follows in a control unit 41 including three bodies 6.

【0101】制御捧38>制御捧39>制御捧40>制
御捧41ここで、通常燃料集合体5の炉心燃料高さは1
00cm、短尺燃料集合体6の炉心燃料高さは50cm
である。そして、各制御棒38,39,40,41の挿
入度は具体的に、それぞれ100cm,75cm,50
cm,25cmとするものである。
Control dedicated 38> Control dedicated 39> Control dedicated 40> Control dedicated 41 Here, the core fuel height of the normal fuel assembly 5 is 1
00cm, core fuel height of short fuel assembly 6 is 50cm
It is. The degree of insertion of each of the control rods 38, 39, 40, 41 is specifically 100 cm, 75 cm, 50 cm, respectively.
cm and 25 cm.

【0102】以上の制御方法に基づく作用を以下に説明
する。
The operation based on the above control method will be described below.

【0103】一般に、短尺燃料集合体6では、炉心燃料
1の出力に比べて炉心燃料上部の劣化ウランのブランケ
ット2の出力が低い。従って、短尺燃料集合体6の割合
が多い領域ほど軸方向出力分布は歪み、下側に大きなピ
ークが出やすい。一方、制御棒周囲の燃料集合体がすべ
て通常燃料集合体5の場合には、この歪が最も小さくな
る。運転中の制御棒は余剰反応度を抑制するだけでな
く、適切な熱的余裕を確保するために軸方向出力分布の
歪を最小化するように挿入することが望ましい。
In general, in the short fuel assembly 6, the output of the depleted uranium blanket 2 in the upper part of the core fuel is lower than the output of the core fuel 1. Therefore, the axial output distribution is more distorted in a region where the proportion of the short fuel assemblies 6 is larger, and a large peak tends to appear on the lower side. On the other hand, when all the fuel assemblies around the control rod are the normal fuel assemblies 5, this distortion is minimized. It is desirable to insert the control rods during operation not only to suppress the excess reactivity but also to minimize the distortion of the axial power distribution in order to secure an appropriate thermal margin.

【0104】このため、下側に大きな出力ピークを持つ
領域の制御棒はピーク位置のみに吸収体部が位置するよ
うに浅く挿入し、歪の少ない領域では制御棒を軸方向に
深く挿入し、どの軸方向高さでも、均一に吸収体部が作
用するようにすることが効果的である。本実施形態で
は、上述した制御棒挿入度に制御することにより、出力
分布を平坦に保ちながら運転することができる。
For this reason, the control rod in the region having a large output peak on the lower side is inserted shallowly so that the absorber portion is located only at the peak position, and in the region with little distortion, the control rod is inserted deep in the axial direction. It is effective to make the absorber function uniformly at any axial height. In the present embodiment, by controlling the insertion degree of the control rod as described above, the operation can be performed while keeping the output distribution flat.

【0105】なお、上記の例では制御捧挿入度を4段階
に分けているが、出力分布の歪の程度により下記のよう
に2段階に分けても同様な効果が得られる。
In the above example, the degree of control insertion is divided into four stages, but the same effect can be obtained by dividing the degree into two stages as described below according to the degree of distortion of the output distribution.

【0106】制御棒38=制御棒39>制御棒40=制
御棒41ここで、制御棒38,39の挿入度は100c
mであり、制御棒40,41の挿入度は50cmであ
る。
Control rod 38 = Control rod 39> Control rod 40 = Control rod 41 Here, the degree of insertion of the control rods 38 and 39 is 100c.
m, and the degree of insertion of the control rods 40 and 41 is 50 cm.

【0107】なお、以上の方法は、第2〜第9実施形態
の炉心についても、略同様に適用することができる。
The above method can be applied to the cores of the second to ninth embodiments in substantially the same manner.

【0108】第11実施形態(図3,図4,図16) 本実施形態は、燃料配置を原子炉運転状態に応じて変化
させることで、負の冷却材ボイド係数を容易に確保でき
る炉心の運転方法についてのものである。適用する炉心
は、前記同様に第1実施形態のものとし、図3に示した
通常燃料集合体5と、図4に示した短尺燃料集合体6と
から構成され、その配置は図16に炉心水平断面として
示してある。
Eleventh Embodiment (FIGS. 3, 4, and 16) In this embodiment, the fuel arrangement is changed in accordance with the operating state of the reactor, so that a negative coolant void coefficient can be easily secured. It is about the driving method. The core to be applied is the same as that of the first embodiment, and includes the normal fuel assembly 5 shown in FIG. 3 and the short fuel assembly 6 shown in FIG. Shown as a horizontal section.

【0109】図16に示すように、短尺燃料集合体6を
装荷する位置は、炉心中央近辺の領域Αと、それよりも
外側の領域Bと、炉心外周領域C,Dとの4領域に分け
られる。短尺燃料集合体6は、サイクル長さ1年とし
て、炉内に4サイクル滞在する。
As shown in FIG. 16, the positions where the short fuel assemblies 6 are loaded are divided into four regions: a region 近 near the center of the core, a region B outside the region 、, and core outer peripheral regions C and D. Can be The short fuel assembly 6 stays in the furnace for four cycles with a cycle length of one year.

【0110】本実施形態では、すべての短尺燃料集合体
6を、燃焼初期の第1サイクルには炉心中央近辺の領域
Αに装荷し、第2サイクルでは領域Bへ移動し、最後は
領域Cまたは領域Dへ装荷した後、第4サイクルまで滞
在させ、その後取出す。もし、あるサイクルの燃焼が終
わったとき、領域Cから燃料が取り出されれば、次に炉
心周辺領域へ移動させる燃料は領域Dへ移動することに
なる。この場合、燃焼度は同一領域内では同一であり、
各領域間では異なり、炉心周辺C,Dで最も高く、炉心
中央部Aで最も低くなる。
In the present embodiment, all the short fuel assemblies 6 are loaded in the area の near the center of the core in the first cycle of the initial combustion, moved to the area B in the second cycle, and finally moved to the area C or After loading in the area D, it is allowed to stay up to the fourth cycle and then unloaded. If the fuel is taken out from the zone C when the combustion of a certain cycle is completed, the fuel to be moved to the core peripheral region next moves to the zone D. In this case, the burnup is the same in the same area,
It is different between the respective regions, and is highest at the periphery C and D around the core and lowest at the center A of the core.

【0111】以上の方法に基づく作用を以下に説明す
る。
An operation based on the above method will be described below.

【0112】ブランケットにおける冷却材ボイド係数
は、燃焼が進むとともに、Puが蓄積して負のボイド係
数が正側に移行する。また、炉心中央部では中性子漏れ
が少ないため、同一燃料の場合には、炉心周辺部よりも
炉心中央部ほど負のボイド係数の絶対値が小さくなる傾
向をもつ。
As for the coolant void coefficient in the blanket, Pu accumulates as the combustion proceeds, and the negative void coefficient shifts to the positive side. Further, since neutron leakage is small in the center of the core, the absolute value of the negative void coefficient tends to be smaller in the center of the core than in the periphery of the core when the same fuel is used.

【0113】そこで、本実施形態では、ブランケットの
燃焼度が低い時に炉心中央部に装荷し、燃焼度が進むと
ともに炉心周辺部へ移動させることにより、燃焼に伴う
ボイド係数の正側への移行を抑えることができ、負の冷
却材ボイド係数を容易に確保することができる。また、
同一の冷却材ボイド係数を確保しながら、短尺燃料集合
体の燃焼度をより高くすることができ、燃料サイクルコ
ストを低減することができる。
Therefore, in the present embodiment, when the burnup of the blanket is low, the blanket is loaded at the center of the core and moved to the periphery of the core as the burnup advances, so that the void coefficient associated with combustion shifts to the positive side. Therefore, a negative coolant void coefficient can be easily secured. Also,
While maintaining the same coolant void coefficient, the burnup of the short fuel assembly can be increased, and the fuel cycle cost can be reduced.

【0114】第12実施形態(図2,図17) 本実施形態は、燃料集合体内の炉心燃料のPu富化度を
内外周で異なる設定とし、燃料集合体内の出力平坦化を
図ったものである。図17(A),(B)はそれぞれ本
実施形態で適用される通常燃料集合体42および短尺燃
料集合体43内の燃料棒配置を示している。なお、炉心
水平断面としては、図2のものを適用している。
Twelfth Embodiment (FIGS. 2 and 17) In this embodiment, the Pu enrichment of the core fuel in the fuel assembly is set differently at the inner and outer peripheries to achieve a flat output within the fuel assembly. is there. 17A and 17B show the arrangement of fuel rods in the normal fuel assembly 42 and the short fuel assembly 43 applied in the present embodiment, respectively. In addition, the thing of FIG. 2 is applied as a core horizontal cross section.

【0115】図17(A)に示すように、通常燃料集合
体42は最外周の燃料捧44とそれ以外の燃料捧45と
に区分され、また図17(B)に示すように、短尺燃料
集合体43も同様に、最外周の燃料捧46とそれ以外の
燃料捧47とに区分される。
As shown in FIG. 17A, the normal fuel assembly 42 is divided into an outermost fuel division 44 and other fuel divisions 45, and as shown in FIG. The aggregate 43 is similarly divided into the outermost fuel group 46 and the other fuel group 47.

【0116】そして、各燃料棒の炉心燃料Pu富化度の
設定は、通常燃料集合体42の最外周以外の燃料棒45
と、短尺燃料集合体43の最外周以外の燃料棒47につ
いては18%とし、通常燃料集合体42の最外周の燃料
棒44と短尺燃料集合体43の最外周の燃料棒46につ
いては12%としている。すなわち、最外周燃料棒の核
分裂性Puの濃度を低くしている。
The setting of the core fuel Pu enrichment of each fuel rod is performed by setting the fuel rods 45 other than the outermost periphery of the normal fuel assembly 42.
And 18% for the fuel rods 47 other than the outermost periphery of the short fuel assembly 43, and 12% for the outermost fuel rods 44 of the normal fuel assembly 42 and the outermost fuel rod 46 of the short fuel assembly 43. And That is, the concentration of fissile Pu in the outermost fuel rod is reduced.

【0117】このような構成によると、燃料棒の充填密
度が低く、冷却材体積が大きく低エネルギー中性子の割
合が大きい集合体周辺部に配置された最外周の燃料捧4
4,46に発生する出力ピークが抑制され、燃料集合体
42,43内の出力平坦化を図ることができる。なお、
最外周の燃料捧44,46は劣化ウラン等の親物質を含
むブランケットでも同様な効果を得ることができる。
According to such a configuration, the outermost fuel dedicated member 4 arranged at the periphery of the assembly having a low fuel rod filling density, a large coolant volume, and a large proportion of low energy neutrons is provided.
The output peaks generated at the fuel assemblies 4 and 46 are suppressed, and the output within the fuel assemblies 42 and 43 can be flattened. In addition,
The same effect can be obtained by using the blanket containing the parent substance such as depleted uranium for the outermost fuels 44 and 46.

【0118】第13実施形態(図17,図18) 本実施形態は、燃料集合体内の炉心燃料のPu富化度を
内外周で異なる設定とすることに加え、さらに炉心の最
外周に配置される燃料集合体とそれ以外の燃料集合体と
で炉心燃料のPu富化度を異ならせ、炉心全体での出力
平坦化を図ったものである。
Thirteenth Embodiment (FIGS. 17 and 18) In the thirteenth embodiment , the Pu enrichment of the core fuel in the fuel assembly is set differently at the inner and outer peripheries, and furthermore, the Pu enrichment is arranged at the outermost perimeter of the core. In this case, the Pu enrichment of the core fuel is made different between the different fuel assemblies and the other fuel assemblies, so that the output of the entire core is flattened.

【0119】図18は、炉心の1/4水平断面を示して
いる。この炉心では、炉心最外周に配置される通常燃料
集合体48と、炉心最外周以外の部分に配置される通常
燃料集合体42および短尺燃料集合体43とに区分され
ている。炉心最外周以外の部分に配置される通常燃料集
合体42は、第12実施形態で使用した通常燃料集合体
42(図17(A))と同一である。同様に、短尺燃料
集合体43は、第12実施形態で使用した短尺燃料集合
体43(図17(B))と同一である。炉心の最外周に
配置される別の通常燃料集合体48は、前記の通常燃料
集合体42よりもΡu富化度が低く設定されている。具
体的なΡu富化度は、下記のとおりである。
FIG. 18 shows a 水平 horizontal section of the core. This core is divided into a normal fuel assembly 48 arranged at the outermost periphery of the core, and a normal fuel assembly 42 and a short fuel assembly 43 arranged at portions other than the outermost periphery of the core. The normal fuel assemblies 42 arranged in portions other than the outermost periphery of the core are the same as the normal fuel assemblies 42 (FIG. 17A) used in the twelfth embodiment. Similarly, the short fuel assembly 43 is the same as the short fuel assembly 43 (FIG. 17B) used in the twelfth embodiment. Another normal fuel assembly 48 arranged at the outermost periphery of the core has a lower Δu enrichment than the normal fuel assembly 42 described above. The specific Δu enrichment is as follows.

【0120】(1)炉心最外周以外の通常燃料集合体4
2および短尺燃料集合体43では、炉心燃料Pu富化度
がそれぞれ集合体内の最外周で12%、それ以外で18
%。 (2)炉心最外周の通常燃料集合体48では、炉心燃料
Pu富化度が集合体内の最外周で6%、それ以外で12
%。
(1) Normal fuel assemblies 4 other than the outermost periphery of the core
2 and the short fuel assembly 43, the core fuel Pu enrichment was 12% at the outermost circumference in the assembly and 18 at the other outer circumferences, respectively.
%. (2) In the normal fuel assembly 48 at the outermost periphery of the core, the core fuel Pu enrichment is 6% at the outermost periphery of the assembly and 12 at the other outer periphery.
%.

【0121】このようなPu富化度に設定した本実施形
態の作用を説明する。一般に、炉心最外周の燃料集合体
では、その外側の冷却材領域により、中性子スペクトル
が柔らかくなり、炉心最外周以外の燃料集合体よりも出
力密度が増大する傾向がある。そこで、本実施形態で
は、炉心最外周に配置される通常燃料集合体48のPu
富化度を下げ、核分裂性物質を減少させて出力を低減さ
せるようにしており、それによって炉心全体としても出
力平坦化を図ることができるのである。
The operation of the present embodiment set to such a degree of Pu enrichment will be described. In general, in the fuel assembly at the outermost periphery of the core, the neutron spectrum is softened by the coolant region outside the core, and the power density tends to be higher than that of the fuel assemblies other than the outermost periphery of the core. Therefore, in the present embodiment, Pu of the normal fuel assembly 48 arranged on the outermost periphery of the core is
The enrichment is reduced, the fissile material is reduced, and the power is reduced, so that the power of the entire core can be flattened.

【0122】[0122]

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、沸騰水
型軽水炉で高転換や増殖を可能とし、ウラン資源の利用
率を大幅に大きくできるのみならず、炉心高さを大幅に
低くする必要なく、従来炉心の径方向サイズと同等の大
きさで、冷却材ボイド反応度を負の値にすることができ
る。また、集合体出力の変動を抑えると同時に出力平坦
化も図れ、熱的余裕を損なうこともない。さらに、プル
トニウムリサイクルのみならず、使用済み燃料から発生
する半減期の長いネプツニウムやアメリシウム等のマイ
ナーアクチニドをもリサイクルさせることができ、環境
保護、安全性、経済性等が同時に満足できる等、多大な
効果が奏される。
As described above, according to the present invention, high conversion and breeding can be achieved in a boiling water reactor, and not only can the utilization rate of uranium resources be greatly increased, but also the core height can be significantly reduced. The coolant void reactivity can be set to a negative value at the same size as the radial size of the conventional core without the necessity of doing so. In addition, the output of the assembly can be flattened at the same time as the fluctuation of the output of the assembly is suppressed, and the thermal margin is not impaired. Furthermore, not only plutonium recycling, but also minor actinides such as neptunium and americium with a long half-life generated from spent fuel can be recycled. The effect is achieved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1実施形態による炉心構成を示す垂
直断面図。
FIG. 1 is a vertical sectional view showing a core configuration according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1実施形態による炉心構成を示す水
平断面図。
FIG. 2 is a horizontal sectional view showing a core configuration according to the first embodiment of the present invention.

【図3】(A)は、本発明の第1実施形態による炉心を
構成する通常燃料集合体の水平断面図、(B)は(A)
に示した通常燃料棒の垂直断面図。
FIG. 3A is a horizontal sectional view of a normal fuel assembly constituting a core according to the first embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 4 is a vertical sectional view of the normal fuel rod shown in FIG.

【図4】(A)は、本発明の第1実施形態による炉心を
構成する短尺燃料集合体の水平断面図、(B)は(A)
に示した短尺燃料棒の垂直断面図。
FIG. 4A is a horizontal sectional view of a short fuel assembly constituting a core according to the first embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 3 is a vertical sectional view of the short fuel rod shown in FIG.

【図5】(A)は、本発明の第2実施形態による炉心を
構成する短尺燃料集合体の水平断面図、(B)は(A)
に示した第1の短尺燃料棒の垂直断面図、(C)は
(A)に示した第2の短尺燃料棒の垂直断面図。
FIG. 5A is a horizontal sectional view of a short fuel assembly constituting a core according to a second embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 4C is a vertical sectional view of a first short fuel rod shown in FIG. 4C, and FIG. 4C is a vertical sectional view of a second short fuel rod shown in FIG.

【図6】(A)は、本発明の第3実施形態による炉心を
構成する短尺燃料集合体の水平断面図、(B)は(A)
に示した第1の短尺燃料棒の垂直断面図、(C)は
(A)に示した第2の短尺燃料棒の垂直断面図。
FIG. 6A is a horizontal sectional view of a short fuel assembly constituting a core according to a third embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 4C is a vertical sectional view of a first short fuel rod shown in FIG. 4C, and FIG. 4C is a vertical sectional view of a second short fuel rod shown in FIG.

【図7】(A)は、本発明の第4実施形態による炉心を
構成する通常燃料集合体の水平断面図、(B)は(A)
に示した第1の通常燃料棒の垂直断面図、(C)は
(A)に示した第2の通常燃料棒の垂直断面図。
FIG. 7A is a horizontal sectional view of a normal fuel assembly constituting a core according to a fourth embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 4C is a vertical sectional view of a first normal fuel rod shown in FIG. 4C, and FIG. 4C is a vertical sectional view of a second normal fuel rod shown in FIG.

【図8】本発明の第4実施形態による炉心の水平断面
図。
FIG. 8 is a horizontal sectional view of a core according to a fourth embodiment of the present invention.

【図9】(A)は、本発明の第5実施形態による炉心を
構成する短尺燃料集合体の水平断面図、(B)は(A)
に示した短尺燃料棒の垂直断面図。
FIG. 9A is a horizontal sectional view of a short fuel assembly constituting a core according to a fifth embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 3 is a vertical sectional view of the short fuel rod shown in FIG.

【図10】(A)は、本発明の第6実施形態による炉心
を構成する短尺燃料集合体の水平断面図、(B)は
(A)に示した第1の短尺燃料棒の垂直断面図、(C)
は(A)に示した第2の短尺燃料棒の垂直断面図。
10A is a horizontal sectional view of a short fuel assembly constituting a core according to a sixth embodiment of the present invention, and FIG. 10B is a vertical sectional view of a first short fuel rod shown in FIG. 10A. , (C)
FIG. 3 is a vertical sectional view of a second short fuel rod shown in FIG.

【図11】本発明の第6の実施形態による炉心の水平断
面図。
FIG. 11 is a horizontal sectional view of a reactor core according to a sixth embodiment of the present invention.

【図12】(A)は、本発明の第7実施形態による炉心
を構成する短尺燃料集合体の水平断面図、(B)は
(A)に示した短尺燃料棒の垂直断面図。
12A is a horizontal sectional view of a short fuel assembly constituting a core according to a seventh embodiment of the present invention, and FIG. 12B is a vertical sectional view of the short fuel rod shown in FIG.

【図13】(A)は、本発明の第8実施形態による炉心
を構成する通常燃料集合体の水平断面図、(B)は
(A)に示した通常燃料棒の垂直断面図。
FIG. 13A is a horizontal sectional view of a normal fuel assembly constituting a core according to an eighth embodiment of the present invention, and FIG. 13B is a vertical sectional view of a normal fuel rod shown in FIG.

【図14】(A)は、本発明の第9実施形態による炉心
を構成する通常燃料集合体の水平断面図、(B)は同実
施形態による炉心を構成する短尺燃料集合体の水平断面
図。
FIG. 14A is a horizontal sectional view of a normal fuel assembly constituting a core according to a ninth embodiment of the present invention, and FIG. 14B is a horizontal sectional view of a short fuel assembly constituting a core according to the ninth embodiment; .

【図15】本発明の第10実施形態による炉心の制御捧
挿入深度を説明するための炉心水平断面図。
FIG. 15 is a horizontal cross-sectional view of a core illustrating a control insertion depth of the core according to a tenth embodiment of the present invention.

【図16】本発明の第11実施形態による炉心の短尺燃
料集合体の装荷パターンを説明するための炉心水平断面
図。
FIG. 16 is a horizontal cross-sectional view of a core for describing a loading pattern of a short fuel assembly of a core according to an eleventh embodiment of the present invention.

【図17】(A)は、本発明の第12実施形態による炉
心を構成する通常燃料集合体の水平断面図、(B)は同
実施形態による炉心を構成する短尺燃料集合体の水平断
面図。
FIG. 17A is a horizontal sectional view of a normal fuel assembly constituting a core according to a twelfth embodiment of the present invention, and FIG. 17B is a horizontal sectional view of a short fuel assembly constituting a core according to the twelfth embodiment; .

【図18】本発明の第13実施形態による炉心を示す水
平断面図。
FIG. 18 is a horizontal sectional view showing a core according to a thirteenth embodiment of the present invention.

【図19】従来の沸騰水型稠密格子燃料炉心における炉
心高さと冷却材ボイド係数の関係を示す図。
FIG. 19 is a diagram showing a relationship between a core height and a coolant void coefficient in a conventional boiling water type dense lattice fuel core.

【図20】(A)は従来の稠密格子燃料炉心を示す垂直
断面図、(B)は一般格子燃料炉心を示す垂直断面図。
20A is a vertical sectional view showing a conventional dense lattice fuel core, and FIG. 20B is a vertical sectional view showing a general lattice fuel core.

【図21】(A)は従来のNa冷却FBRの均質炉心を
示す垂直断面図、(B)は同Na冷却FBRの径方向非
均質炉心を示す垂直断面図、(C)は同Na冷却FBR
の軸方向非均質炉心を示す垂直断面図。
21A is a vertical sectional view showing a homogeneous core of a conventional Na-cooled FBR, FIG. 21B is a vertical sectional view showing a radially inhomogeneous core of the Na-cooled FBR, and FIG.
FIG. 3 is a vertical sectional view showing an axially inhomogeneous core of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,1a,1b 炉心燃料 2,5b 炉心内部ブランケット 3,2a,2b 炉心外部ブランケント(炉心外上部ブ
ランケント) 4,3a,3b 炉心外部ブランケット(炉心外下部ブ
ランケット) 4b 径方向ブランケット 5 通常燃料集合体 6 短尺燃料集合体 7 通常燃料棒 8 短尺燃料棒 9 被覆管 10 コイルスプリング 11 上部端栓 12 下部端栓 13 チャンネルボックス 14 短尺燃料集合体 15 第1の短尺燃料捧 16 第2の短尺燃料捧 17 短尺燃料集合体 18 第1の短尺燃料棒 19 第2の短尺燃料棒 20 水素化ジルコニウム 21 燃料集合体 22 第1の通常燃料捧 23 第2の通常燃料棒 24 燃料集合体 25 燃料棒 26 短尺燃料集合体 27 第1の短尺燃料棒 28 第2の短尺燃料捧 29 炭化ホウ素 30 短尺燃料集合体 31 燃料棒 32 (マイナーアクチニド添加)炉心内部ブランケッ
ト 33 通常燃料集合体 34 燃料棒 35 (マイナーアクチニド添加)炉心燃料 36 四角配列の通常燃料集合体 37 四角配列の短尺燃料集合体 38,39,40,41 制御棒 42 通常燃料集合体 43 短尺燃料集合体 44 最外周の燃料捧 45 最外周以外の燃料捧 46 最外周の燃料捧 47 最外周以外の燃料棒 48 炉心最外周の通常燃料集合体 101,102,201,202,203,301,3
02 炉心
1, 1a, 1b core fuel 2, 5b core blanket 3, 2a, 2b core blanket (outer core upper blanket) 4, 3a, 3b core core blanket (outer core lower blanket) 4b radial blanket 5 normal fuel Assembly 6 Short fuel assembly 7 Normal fuel rod 8 Short fuel rod 9 Cladding tube 10 Coil spring 11 Upper end plug 12 Lower end plug 13 Channel box 14 Short fuel assembly 15 First short fuel dedicated 16 Second short fuel Dedicated 17 Short fuel assembly 18 First short fuel rod 19 Second short fuel rod 20 Zirconium hydride 21 Fuel assembly 22 First normal fuel dedicated 23 Second normal fuel rod 24 Fuel assembly 25 Fuel rod 26 Short fuel assembly 27 First short fuel rod 28 Second short fuel dedicated 29 Boron carbide 30 Short fuel assembly Body 31 Fuel rod 32 (Minor actinide added) core internal blanket 33 Normal fuel assembly 34 Fuel rod 35 (Minor actinide added) core fuel 36 Square-shaped normal fuel assembly 37 Square-shaped short fuel assembly 38, 39, 40 , 41 control rod 42 normal fuel assembly 43 short fuel assembly 44 outermost fuel allocation 45 outermost fuel allocation 46 outermost circumference fuel allocation 47 other outermost circumference fuel rod 48 outermost core normal fuel assembly 101 , 102, 201, 202, 203, 301, 3
02 core

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 プルトニウムを富化した炉心燃料を有す
る燃料集合体を稠密格子状に隣接配置した軽水冷却型原
子炉の炉心であって、前記燃料集合体として、一定長以
上の炉心燃料を装填した通常燃料棒を束ねて構成される
通常燃料集合体と、この通常燃料集合体の炉心燃料より
も短い炉心燃料および中性子を吸収して核分裂性物質に
転換する燃料親物質を含むブランケットを装填した短尺
燃料捧を束ねて構成される短尺燃料集合体とを備え、こ
れにより炉心径方向および軸方向とも非均質とし、かつ
前記短尺燃料集合体の炉心燃料長さを、前記通常燃料集
合体の炉心燃料長さの50%以下としたことを特徴とす
る軽水冷却型原子炉の炉心。
1. A light water-cooled reactor core in which fuel assemblies having plutonium-enriched core fuel are arranged adjacent to each other in a dense lattice, wherein a core fuel having a certain length or more is loaded as the fuel assemblies. A normal fuel assembly composed of bundled normal fuel rods and a blanket containing a core fuel shorter than the core fuel of the normal fuel assembly and a fuel parent material that absorbs neutrons and converts it to fissile material are loaded. A short fuel assembly formed by bundling short fuel bundles, thereby making the core radial and axial directions inhomogeneous, and reducing the core fuel length of the short fuel assembly to the core of the normal fuel assembly. A light water-cooled reactor core characterized in that the length is 50% or less of the fuel length.
【請求項2】 請求項1記載の軽水冷却型原子炉の炉心
において、ブランケットは短尺燃料集合体の短尺燃料棒
における炉心燃料の上部または下部に配置されており、
かつ前記ブランケットが装填される前記短尺燃料棒は前
記短尺燃料集合体内の一部の燃料棒であって、それ以外
の短尺燃料棒における炉心燃料の上部または下部は冷却
材流路とされていることを特徴とする軽水冷却型原子炉
の炉心。
2. The core of a light water-cooled reactor according to claim 1, wherein the blanket is disposed above or below the core fuel in the short fuel rods of the short fuel assembly.
In addition, the short fuel rod on which the blanket is loaded is a part of the fuel rod in the short fuel assembly, and the upper or lower part of the core fuel in the other short fuel rod is a coolant flow path. A light water cooled nuclear reactor core.
【請求項3】 請求項1または2記載の軽水冷却型原子
炉の炉心において、短尺燃料集合体における一部の短尺
燃料棒のブランケットを、中性子減速能力が高く、かつ
中性子吸収断面積が小さい元素の化合物によって置換し
たことを特徴とする軽水冷却型原子炉の炉心。
3. The core of a light water-cooled reactor according to claim 1, wherein a blanket of a part of the short fuel rods in the short fuel assembly has an element having a high neutron moderating ability and a small neutron absorption cross section. A light water-cooled reactor core, wherein the core is replaced by the compound of
【請求項4】 プルトニウムを富化した炉心燃料を有す
る燃料集合体を稠密格子状に隣接配置した軽水冷却型原
子炉の炉心であって、前記燃料集合体の炉心燃料の軸方
向上下部に燃料親物質を含むブランケットが配置されて
いるものにおいて、前記ブランケットの一部を、中性子
減速能力が高く、かつ中性子吸収断面積が小さい元素の
化合物によって置換し、または前記燃料集合体の炉心燃
料とブランケットとの間に、中性子減速能力が高く、か
つ中性子吸収断面積が小さい元素の化合物を配置したこ
とを特徴とする軽水冷却型原子炉の炉心。
4. A light water-cooled reactor core in which fuel assemblies having plutonium-enriched core fuel are arranged adjacent to each other in a dense lattice pattern, wherein fuel is disposed on upper and lower portions in the axial direction of the core fuel of the fuel assemblies. A blanket containing a parent substance is arranged, a part of the blanket is replaced by a compound of an element having a high neutron moderating ability and a small neutron absorption cross section, or a blanket with a core fuel of the fuel assembly. A light water-cooled reactor core, wherein a compound of an element having a high neutron moderating ability and a small neutron absorption cross-sectional area is arranged between the two.
【請求項5】 請求項3または4記載の軽水冷却型原子
炉の炉心において、中性子減速能力が高く、かつ中性子
吸収断面積が小さい元素の化合物は、水素、ベリリウ
ム、リチウム−7またはホウ素−11の化合物であるこ
とを特徴とする軽水冷却型原子炉の炉心。
5. The light water-cooled reactor core according to claim 3, wherein the compound of the element having a high neutron moderating ability and a small neutron absorption cross section is hydrogen, beryllium, lithium-7 or boron-11. A light water cooled nuclear reactor core, characterized by being a compound of the formula:
【請求項6】 プルトニウムを富化した炉心燃料を有す
る燃料集合体を稠密格子状に隣接配置した軽水冷却型原
子炉の炉心であって、前記燃料集合体として、一定長以
上の炉心燃料を装填した通常燃料棒を束ねて構成される
通常燃料集合体と、この通常燃料集合体の炉心燃料より
も短い炉心燃料を装填した短尺燃料捧を束ねて構成され
る短尺燃料集合体とを備え、前記短尺燃料集合体内の中
央部分に配置される前記短尺燃料捧の炉心燃料上部に中
性子吸収物質として炭化ホウ素または酸化ヨーロピウム
が配置され、かつ前記短尺燃料集合体内の周辺部分の前
記短尺燃料捧の炉心燃料上部は冷却材流路とされている
ことを特徴とする軽水冷却型原子炉の炉心。
6. A light water-cooled reactor core in which fuel assemblies having plutonium-enriched core fuel are arranged adjacent to each other in a dense lattice, wherein a core fuel having a predetermined length or more is loaded as the fuel assemblies. A normal fuel assembly configured by bundling the normal fuel rods, and a short fuel assembly configured by bundling short fuel bundles loaded with a core fuel shorter than the core fuel of the normal fuel assembly, Boron carbide or europium oxide as a neutron-absorbing substance is disposed above the core fuel of the short fuel bundle disposed in the center portion of the short fuel bundle, and the core fuel of the short fuel bundle at a peripheral portion in the short fuel bundle The upper part is a coolant passage, and the reactor core is a light water cooled reactor.
【請求項7】 請求項1から6までのいずれかに記載の
軽水冷却型原子炉の炉心において、ブランケットがマイ
ナーアクチニドと劣化ウランないし回収ウランとの混合
物からなるものであり、または炉心燃料がプルトニウム
にマイナーアクチニドを添加したものであることを特徴
とする軽水冷却型原子炉の炉心。
7. The light water cooled reactor core according to claim 1, wherein the blanket is made of a mixture of minor actinide and depleted uranium or recovered uranium, or the core fuel is plutonium. A light water-cooled reactor core, characterized in that a minor actinide is added to the core.
【請求項8】 請求項7記載の軽水冷却型原子炉の炉心
において、マイナーアクチニドは、ネプツニウム、アメ
リシウムまたはキュリウムであることを特徴とする軽水
冷却型原子炉の炉心。
8. The light water-cooled nuclear reactor core according to claim 7, wherein the minor actinide is neptunium, americium or curium.
【請求項9】 請求項1から8までのいずれかに記載の
軽水冷却型原子炉の炉心において、燃料棒が三角配列ま
たは四角配列であり、かつ、燃料捧が三角配列の場合に
は複数の燃料捧を包む外套部が正方形状または六角形状
であり、燃料棒が四角配列の場合には複数の燃料棒を包
む外套部が正方形状であることを特徴とする軽水冷却型
原子炉の炉心。
9. The light water-cooled reactor core according to claim 1, wherein the fuel rods are arranged in a triangular array or a square array, and the fuel rods are arranged in a triangular array. A reactor core for a light water-cooled reactor, characterized in that a mantle portion surrounding a fuel rod is square or hexagonal, and when the fuel rods are arranged in a square, a mantle portion surrounding a plurality of fuel rods is square.
【請求項10】 請求項1から9までのいずれかに記載
の炉心を有する軽水冷却型原子炉の運転方法であって、
制御捧が炉心下部から挿入される場合は短尺燃料集合体
におけるブランケットを炉心燃料上部に配置し、制御棒
が炉心上部から挿入される場合は短尺燃料集合体におけ
るブランケットを炉心燃料下部に配置し、かつ、周囲の
燃料集合体のなかに短尺燃料集合体が多く含まれる制御
棒ほど挿入度を浅くして炉心を運転することを特徴とす
る軽水冷却型原子炉の運転方法。
10. A method for operating a light water-cooled reactor having a core according to any one of claims 1 to 9,
When the control rod is inserted from the lower part of the core, the blanket in the short fuel assembly is arranged above the core fuel, and when the control rod is inserted from the upper part of the core, the blanket in the short fuel assembly is arranged below the core fuel, A method for operating a light water-cooled nuclear reactor, wherein the core is operated with a lower insertion degree for a control rod including a larger number of short fuel assemblies in the surrounding fuel assemblies.
【請求項11】 請求項1から9までのいずれかに記載
の炉心を有する軽水冷却型原子炉の運転方法であって、
短尺燃料集合体を燃焼初期には炉心中央部近辺に装荷
し、燃焼が進むとともに炉心周辺部へと移動させること
を特徴とする軽水冷却型原子炉の運転方法。
11. A method for operating a light water-cooled reactor having a reactor core according to any one of claims 1 to 9,
A method for operating a light water-cooled reactor, comprising loading a short fuel assembly in the vicinity of the center of the core in the early stage of combustion and moving the fuel assembly to the periphery of the core as combustion proceeds.
【請求項12】 請求項1から9までのいずれかに記載
の軽水冷却型原子炉の炉心において、各燃料集合体内の
最外周の燃料捧における核分裂性物質の濃度が、同燃料
集合体内のそれ以外の燃料棒における核分裂性物質の濃
度よりも小さいことを特徴とする軽水冷却型原子炉の炉
心。
12. The core of a light water-cooled reactor according to claim 1, wherein the concentration of fissile material in the outermost fuel in each fuel assembly is equal to that in the fuel assembly. A light water-cooled reactor core characterized by having a concentration lower than that of fissile material in other fuel rods.
【請求項13】 請求項1から9までのいずれかに記載
の軽水冷却型原子炉の炉心において、炉心最外周に配置
される燃料集合体の核分裂性物質の濃度が、それ以外の
燃料集合体の核分裂性物質の濃度よりも小さいことを特
徴とする軽水冷却型原子炉の炉心。
13. The fuel core of a light water-cooled reactor according to claim 1, wherein the concentration of the fissile material in the fuel assembly disposed at the outermost periphery of the core is other than that of the other fuel assembly. A light water-cooled reactor core characterized by having a concentration lower than the concentration of fissile material.
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