JP2000039488A - Fuel aggregate for nuclear reactor - Google Patents

Fuel aggregate for nuclear reactor

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JP2000039488A
JP2000039488A JP10207490A JP20749098A JP2000039488A JP 2000039488 A JP2000039488 A JP 2000039488A JP 10207490 A JP10207490 A JP 10207490A JP 20749098 A JP20749098 A JP 20749098A JP 2000039488 A JP2000039488 A JP 2000039488A
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fuel
rod
rods
burnable
enrichment
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JP10207490A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoko Yuji
洋子 湯地
Junichi Koyama
淳一 小山
Tomohiko Ikegawa
智彦 池側
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance a mean enrichment, by setting an uranium enrichment of a fuel rod with combustible poison to a value lower than a maximum enrichment of an aggregate of a partial rod and higher than the other rod with poison, and using a low enrichment poison rod adjacent to a water rod. SOLUTION: A fuel aggregate of 9×9 lattice array is used as an example. Large size water rods 3 are disposed in an area of 7 fuel rods at a center of the aggregate, and four types of uranium enrichments of fuel rods are used. The enrichment is 4.9 wt.% in the highest fuel rod. First gadolinium-filled fuel rod is next higher, and a second gadolinium-filled fuel rod is further next higher. The rod disposed in an outermost peripheral corner area of the array is the lowest. The rods of 60% or more except the outermost peripheral corner position and 16 gadolinium-filled rods are set to the highest enrichment, and 75% of the gadolinium-filled rods is next higher enrichment of the highest. The gadolinium-filled rods adjacent to the water rods 3 are set to low enrichment second gadolinium-filled fuel rods.

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の燃
料集合体に関わり、特に最高濃縮度に制限のあるウラン
を燃料とし、可燃性毒物をウランに混入した可燃性毒物
入り燃料棒を用いた燃料集合体において、燃料集合体平
均濃縮度を高める技術に関わる。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel assembly for a boiling water reactor, and more particularly, to a fuel rod containing a burnable poison mixed with uranium using uranium having a maximum enrichment limit as a fuel. The present invention relates to a technique for increasing the average enrichment of a fuel assembly in a used fuel assembly.

【0002】[0002]

【従来の技術】沸騰水型原子炉に装荷される燃料集合体
は、核分裂性物質を含む燃料ペレットを封入した複数の
燃料棒を格子状に配列し、複数のスペーサーと上部タイ
プレート及び下部タイプレートで束ねたものを四角筒型
のチャンネルボックスに収容した構成となっている。核
分裂性物質はエネルギーの発生に伴い減少していくこと
から、核分裂性物質量の多い燃焼初期には高い反応度を
持っている。沸騰水型原子炉では、燃料に核分裂性物質
とともにガドリニアなどの可燃性毒物を含んだペレット
を封入した可燃性毒物入り燃料棒を用いて燃焼初期の高
い反応度を抑えることにより、炉心の反応度をある程度
調整するようにしている。
2. Description of the Related Art A fuel assembly loaded in a boiling water reactor has a plurality of fuel rods in which fuel pellets containing fissile material are arranged in a grid, and a plurality of spacers, an upper tie plate and a lower type. The bundles at the rate are housed in a square tubular channel box. Since fissile material decreases with the generation of energy, it has a high reactivity in the early stage of combustion when the amount of fissile material is large. Boiling water reactors use a burnable poison-filled fuel rod that contains pellets containing fissile materials and other burnable poisons as well as fissionable materials in the fuel to suppress the high reactivity in the early stage of combustion, thereby increasing the reactivity of the core. Is adjusted to some extent.

【0003】原子炉は安全な運転を行うために線出力密
度,限界出力比などの熱的制限条件を満足する設計が必
要であり、局所出力ピーキングや軸方向出力分布の改善
のために、燃料集合体中の燃料棒濃縮度分布,可燃性毒
物分布の調整をする必要がある。
[0003] The reactor must be designed to satisfy thermal limiting conditions such as linear power density and critical power ratio for safe operation. In order to improve local power peaking and axial power distribution, fuel is required. It is necessary to adjust the fuel rod enrichment distribution and burnable poison distribution in the assembly.

【0004】原子力発電所の経済性向上のために燃料の
高燃焼度化により燃料サイクル費を低減させることが効
果的であり、また高燃焼度化により使用済み燃料体数発
生量の低減を図ることができることから、近年燃料の高
燃焼度化が求められてきている。燃料を高燃焼度化する
には燃料濃縮度を増大させて高い反応度を得る必要があ
る。
It is effective to reduce the fuel cycle cost by increasing the burnup of the fuel in order to improve the economic efficiency of the nuclear power plant, and to reduce the number of spent fuel bodies generated by increasing the burnup. In recent years, there has been a demand for higher burnup of fuel. To increase the burnup of the fuel, it is necessary to increase the fuel enrichment to obtain a high reactivity.

【0005】現在稼動している燃料製造設備はウラン濃
縮度5.0wt%以上の燃料ペレットを製造できないと
いう制約がある。また、臨界安全上の観点からもウラン
最高濃縮度はある程度低く抑えることが望ましい。
There is a limitation that currently operating fuel production equipment cannot produce fuel pellets having a uranium enrichment of 5.0 wt% or more. Also, from the viewpoint of criticality safety, it is desirable to keep the maximum uranium enrichment low to some extent.

【0006】特開平10−115690号公報には最高ウラン濃
縮度5.0wt% 未満という制約の中で、平均濃縮度を
高めて取出燃焼度を45GWd/tより高くするための
濃縮度分布およびガドリニア入り燃料棒の濃縮度の制限
が記載されている。
Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 10-115690 discloses that under the restriction that the maximum uranium enrichment is less than 5.0 wt%, the enrichment distribution and gadolinia for increasing the average enrichment to increase the take-out burnup above 45 GWd / t. Limits on enrichment of entrained fuel rods are described.

【0007】また、特開平7−151883 号公報には燃料集
合体格子配列の最外周に少なくとも1本の最高濃縮度の
燃料棒を配置し、かつ水ロッドと最外周を除く位置に配
置することにより最高ウラン濃縮度5.0wt% 以下と
いう制限の中で、平均濃縮度の高い燃料集合体を得る方
法が記載されている。
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-151883, at least one fuel rod having the highest enrichment is disposed at the outermost periphery of the fuel assembly lattice array, and is disposed at a position excluding the water rod and the outermost periphery. Describes a method for obtaining a fuel assembly having a high average enrichment under the restriction that the maximum uranium enrichment is 5.0 wt% or less.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】上述したように、ウラ
ン最高濃縮度に上限があるという条件の下で燃料集合体
平均濃縮度を高めるためには、局所出力ピーキングの抑
制と可燃性毒物入り燃料棒出力の抑制が問題である。
As described above, in order to increase the average enrichment of a fuel assembly under the condition that the maximum enrichment of uranium has an upper limit, it is necessary to suppress local output peaking and reduce the fuel containing burnable poison. Bar output suppression is a problem.

【0009】ガドリニアは沸騰水型原子炉の燃料におい
て可燃性毒物として用いられるが、ガドリニア入り燃料
棒はウランのみの燃料棒に比べて熱伝導度が低下するこ
とから、燃料棒の熱的健全性を確保するために、沸騰水
型原子炉の燃料設計ではガドリニア入り燃料棒出力がウ
ランのみの燃料棒出力よりも低くなるように、ガドリニ
ア入り燃料棒の濃縮度を設定する。
Although gadolinia is used as a burnable poison in the fuel of a boiling water reactor, the fuel rod containing gadolinia has a lower thermal conductivity than a fuel rod containing only uranium. In order to ensure the above, in the fuel design of the boiling water reactor, the enrichment of the fuel rod containing gadolinia is set so that the output of the fuel rod containing gadolinia is lower than the output of the fuel rod containing only uranium.

【0010】一般的に可燃性毒物による反応度抑制期間
は、原子炉の運転を開始してから停止するまでの1サイ
クルの間である。高燃焼度化燃料集合体では燃料集合体
平均濃縮度増大による反応度の増大に対応する可燃性毒
物入り燃料棒本数の増加,1サイクル運転期間の伸長に
対応する可燃性毒物濃度の増大が必要である。
[0010] Generally, the reactivity suppression period by the burnable poison is one cycle from the start of the operation of the reactor to the stop thereof. For high burnup fuel assemblies, it is necessary to increase the number of fuel rods containing burnable poisons corresponding to the increase in reactivity due to the increase in the average enrichment of the fuel assemblies, and to increase the concentration of burnable poisons corresponding to the extension of one cycle operation period. It is.

【0011】ガドリニア添加による熱伝導度の低下は、
混入したガドリニアの濃度により変わり、またガドリニ
ア入り燃料棒の出力上昇はガドリニア入り燃料棒のウラ
ン濃縮度とガドリニア入り燃料棒が配置された位置の熱
中性子束分布によることから、高燃焼度燃料集合体では
ガドリニア入り燃料棒の濃縮度設定が先に延べたウラン
最高濃縮度の制約下で燃料集合体平均濃縮度を高める上
での課題である。
[0011] The decrease in thermal conductivity due to the addition of gadolinia is as follows.
Depending on the concentration of gadolinia mixed, the output of the fuel rod containing gadolinia rises due to the uranium enrichment of the fuel rod containing gadolinia and the thermal neutron flux distribution at the position where the fuel rod containing gadolinia is located. Therefore, setting the enrichment of gadolinia-containing fuel rods is a problem in increasing the average enrichment of fuel assemblies under the constraint of the highest enriched uranium.

【0012】特開平10−115690号公報では燃料ペレット
の濃縮度の制限下で燃料集合体平均濃縮度を高め取出燃
焼度45GWd/tよりも高くする方法として、可燃性
毒物入り燃料棒の出力と燃料集合体の局所出力ピーキン
グに着目した濃縮度分布方法が提案されているが、燃料
集合体横断面の熱中性子スペクトルに着目した可燃性毒
物入り燃料棒出力に関する検討は行われておらず、1種
類の可燃性毒物入り燃料棒濃縮度を使用している。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-115690 discloses a method of increasing the average enrichment of a fuel assembly under the restriction of the enrichment of fuel pellets and increasing the output burn-up of more than 45 GWd / t. Although an enrichment distribution method focusing on the local output peaking of the fuel assembly has been proposed, no study has been conducted on the output of burnable poison-containing fuel rods focusing on the thermal neutron spectrum of the cross section of the fuel assembly. The type of burnable poisoned fuel rod enrichment is used.

【0013】また、特開平7−151883 号公報に記載され
ている技術は、燃料集合体最外周部とウォーターロッド
に隣接する位置を除く、中性子の減速が比較的起こりに
くい位置に可燃性毒物入り燃料棒を配置することによ
り、ウラン濃縮度を最高にしても可燃性毒物入り燃料棒
の燃料棒温度上昇の問題を解決できる方法を示したもの
である。可燃性毒物入り燃料棒中の可燃性毒物の燃え残
りにより、可燃性毒物による反応度抑制効果を期待しな
い時期まで反応度が抑制されて低くなってしまうため、
燃料経済性の観点から可燃性毒物入り燃料棒は比較的熱
中性子束分布が高い位置に配置し、燃え残りによる反応
度低減の影響をなくすことが望ましい。
Further, the technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-151883 discloses that a burnable poison is contained in a position where neutron deceleration is relatively unlikely to occur, except for a position adjacent to the outermost peripheral portion of a fuel assembly and a water rod. This shows a method of solving the problem of the fuel rod temperature rise of the burnable poison-containing fuel rod even when the uranium enrichment is maximized by arranging the fuel rods. Because the burnable poison in the burnable poison-containing fuel rods remains unburned, the reactivity is suppressed until the time when the reactivity suppression effect of the burnable poison is not expected, and the reactivity decreases.
From the viewpoint of fuel economy, it is desirable that the burnable poison-bearing fuel rod be disposed at a position where the thermal neutron flux distribution is relatively high, so as to eliminate the influence of the reduction of reactivity due to unburned fuel.

【0014】本発明の目的は、使用できるウラン最高濃
縮度に上限がある場合に、可燃性毒物入り燃料棒の温度
上昇や内圧上昇などの熱的健全性に問題を生じることな
く、燃料集合体の平均ウラン濃縮度を高めて燃料の高燃
焼度化を達成し燃料経済性向上に効果のある燃料集合体
を提供することである。
[0014] An object of the present invention is to provide a fuel assembly which does not cause a problem in thermal soundness such as a rise in temperature and an internal pressure of a fuel rod containing a burnable poison when there is an upper limit on the maximum enrichment of uranium that can be used. It is an object of the present invention to provide a fuel assembly which is effective for improving the fuel economy by increasing the average uranium enrichment of the fuel and improving the fuel burnup.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】沸騰水型原子炉の燃料は
チャンネルボックスにより減速材である水の流路が区切
られており、チャンネルボックスに囲まれた内側の領域
は燃料棒からの発熱によるボイドを含む水が流れてお
り、チャンネルボックスの外側はボイドを含まない水が
流れている。このためチャンネルボックスに近い位置で
は熱中性子束が高く、ボイドにより水密度の比較的低い
燃料集合体中央部では熱中性子束が低くなっている。燃
料集合体中央部に配置された水ロッドは、熱中性子束の
低い中央の領域に非沸騰水を貫流させることにより、中
央部の熱中性子束を高めて燃料集合体の熱中性子束分布
を平坦化し燃料を有効に燃焼させる働きがある。
In the boiling water reactor fuel, a flow path of water as a moderator is partitioned by a channel box, and an inner region surrounded by the channel box is generated by heat generated from fuel rods. Water containing voids flows, and water not containing voids flows outside the channel box. For this reason, the thermal neutron flux is high near the channel box, and low in the center of the fuel assembly where the water density is relatively low due to voids. The water rod located at the center of the fuel assembly allows the non-boiling water to flow through the central region of the low thermal neutron flux, thereby increasing the thermal neutron flux in the central portion and flattening the thermal neutron flux distribution of the fuel assembly. Has the function of effectively burning the fuel.

【0016】高燃焼度化に対応した燃料集合体は、ウラ
ン濃縮度の増大により中性子スペクトルが硬くなること
から、より多くの減速材を必要とする。このためにより
大型の水ロッドが必要となるが、水ロッドが大型になる
ことにより、水ロッド周辺の熱中性子束分布は非常に高
くなる。
A fuel assembly compatible with high burnup requires more moderator because the neutron spectrum becomes harder due to the increase in uranium enrichment. For this reason, a larger water rod is required, but as the water rod becomes larger, the thermal neutron flux distribution around the water rod becomes very high.

【0017】平均濃縮度4.0wt% 以上の燃料集合体
では、全燃料棒本数の20%以上を可燃性毒物であるガ
ドリニアを含んだガドリニア入り燃料棒となる。燃料集
合体格子配列の最外層、特に制御棒の挿入位置に面した
部分は、制御棒の反応度抑制効果への影響があることか
ら、ガドリニア入り燃料棒を配置するのは望ましくな
い。また、ガドリニアの燃え残りによる反応度損失を低
減するために、ガドリニア入り燃料棒は比較的熱中性子
束の高い位置に配置するとともに、ガドリニア入り燃料
棒同士がお互いを熱中性子束から遮蔽するような配置
(ガドリニア入り燃料棒同士が密集するような配置)を
とらないことが望ましい。
In a fuel assembly having an average enrichment of 4.0 wt% or more, gadolinia-containing fuel rods containing gadolinia, which is a burnable poison, account for 20% or more of the total number of fuel rods. It is not desirable to dispose gadolinia-containing fuel rods in the outermost layer of the fuel assembly lattice array, particularly the portion facing the insertion position of the control rods, because it has an effect on the reactivity suppression effect of the control rods. In addition, in order to reduce reactivity loss due to unburned gadolinia, the gadolinia-containing fuel rods are arranged at relatively high positions of the thermal neutron flux, and the gadolinia-containing fuel rods shield each other from the thermal neutron flux. It is desirable not to take an arrangement (an arrangement in which fuel rods containing gadolinia are densely packed).

【0018】以上の点を考慮して、高燃焼度化に対応し
た燃料集合体にガドリニア入り燃料棒を配置した場合、
比較的熱中性子束の高い水ロッドの周辺にガドリニア入
り燃料棒が配置されることになる。しかし、水ロッドに
近接して配置されるガドリニア入り燃料棒は、その熱中
性子束分布の高さにより他の位置に配置されたガドリニ
ア入り燃料棒よりもより高い出力を出す。
In consideration of the above points, when gadolinia-containing fuel rods are arranged in a fuel assembly corresponding to high burnup,
The gadolinia-containing fuel rod will be placed around the water rod with a relatively high thermal neutron flux. However, gadolinia-filled fuel rods located closer to the water rods produce higher output than gadolinia-filled fuel rods located elsewhere due to the height of the thermal neutron flux distribution.

【0019】上述した本発明の目的は、燃料集合体格子
配列の中心と水ロッドの重心が一致する位置に大型の水
ロッドを有する燃料集合体において、複数本の燃料棒の
うちウランに3.0wt% 以上の可燃性毒物を混入した
ウラン濃縮度の異なる少なくとも2種類以上の可燃性毒
物入り燃料棒を設け、可燃性毒物入り燃料棒の中で最も
ウラン濃縮度の高い第1の可燃性毒物入り燃料棒のウラ
ン濃縮度は燃料集合体中の最高濃縮度の燃料棒のウラン
濃縮度よりも低く、第2の可燃性毒物入り燃料棒のウラ
ン濃縮度は第1の可燃性毒物入り燃料棒のウラン濃縮度
より低く、燃料棒の格子配列において水ロッドに対して
縦横方向に隣接する可燃性毒物入り燃料棒はすべて前記
第2の可燃性毒物入り燃料棒とすることにより達成され
る。
An object of the present invention described above is to provide a fuel assembly having a large water rod at a position where the center of gravity of the water rod coincides with the center of the fuel assembly lattice array. At least two or more types of burnable poison-containing fuel rods having different uranium enrichment mixed with 0 wt% or more of burnable poisons are provided, and the first burnable poison having the highest uranium enrichment among the burnable poison-containing fuel rods is provided. The uranium enrichment of the entrained fuel rod is lower than the uranium enrichment of the highest enriched fuel rod in the fuel assembly, and the uranium enrichment of the second burnable poisoned fuel rod is reduced to the first burnable poisoned fuel rod. All of the burnable poisoned fuel rods which are lower than the uranium enrichment and are vertically and horizontally adjacent to the water rods in the fuel rod lattice arrangement are achieved by the second burnable poisoned fuel rods.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】(実施例1)本発明第1の実施例
を図1及び図2を使って説明する。図1(a)は本発明
第1の実施例である燃料集合体の横断面図を示したもの
であり、(b)は(a)で示した横断面図の燃料棒の濃
縮度の大小関係を示したものである。図中1はチャンネ
ルボックス、2はウランのみの燃料棒、3は水ロッド、
4は可燃性毒物であるガドリニアをウランに添加したガ
ドリニア入り燃料棒を示している。本実施例の燃料集合
体は9×9格子配列であり、燃料集合体の中央部に燃料
棒7本分の燃料棒格子領域に2本の大型水ロッドが配置
されている。本実施例では4種類のウラン濃縮度の燃料
棒が使用されており、U3で示す燃料棒は燃料集合体中
でもっともウラン濃縮度が高く、ウランペレット最高濃
縮度5.0wt% 未満という条件の中で製造交差を考慮
して製造できる最高濃縮度と予測される4.9wt% で
ある。
(Embodiment 1) A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1A is a cross-sectional view of a fuel assembly according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view of FIG. It shows the relationship. In the figure, 1 is a channel box, 2 is a uranium-only fuel rod, 3 is a water rod,
Reference numeral 4 denotes a gadolinia-containing fuel rod obtained by adding gadolinia, which is a burnable poison, to uranium. The fuel assembly of this embodiment has a 9 × 9 lattice array, and two large water rods are arranged in a fuel rod lattice area for seven fuel rods at the center of the fuel assembly. In this embodiment, four types of fuel rods with uranium enrichment are used. The fuel rod U3 has the highest uranium enrichment in the fuel assembly and the maximum uranium pellet enrichment is less than 5.0 wt%. It is 4.9 wt%, which is expected to be the highest enrichment that can be produced in consideration of production crossover.

【0021】第1のガドリニア入り燃料棒であるG1で
示す燃料棒の濃縮度は燃料集合体最高濃縮度の燃料棒の
次にウラン濃縮度が高く、G2で示す第2のガドリニア
入り燃料棒は次に濃縮度が高い。燃料集合体中で最も熱
中性子束の高い位置である燃料棒格子配列の最外周コー
ナー領域に配置されているU1の燃料棒は局所出力ピー
キングを抑制するために最も低くしている。また、U1
に隣接した燃料棒U2も非常に高い局所出力ピーキング
を出すことから、ウラン濃縮度を低く抑えている。
The enrichment of the fuel rod indicated by G1, which is the first gadolinia-containing fuel rod, has the highest uranium enrichment next to the fuel rod having the highest enrichment in the fuel assembly, and the second gadolinia-containing fuel rod indicated by G2 is: The next highest concentration. The U1 fuel rod located in the outermost corner region of the fuel rod lattice array, which is the position of the highest thermal neutron flux in the fuel assembly, is set at the lowest level to suppress local power peaking. Also, U1
The uranium enrichment is also kept low because the fuel rod U2 adjacent to the fuel cell also produces very high local power peaking.

【0022】本実施例では燃料棒格子配列最外周のコー
ナー位置と16本のガドリニア入り燃料棒以外の60%
以上の燃料棒を最高濃縮度の燃料棒としており、またガ
ドリニア入り燃料棒の75%は最高濃縮度の燃料棒の次
に高いウラン濃縮度をもつ燃料棒としていることから、
燃料集合体平均濃縮度が高い。さらに、大型水ロッドに
隣接した可燃性毒物入り燃料棒を濃縮度の低い第2の可
燃性毒物入り燃料棒としたことにより、ガドリニア入り
燃料棒の熱的健全性を燃料寿命に渡って確保できる。
In this embodiment, 60% of the corner positions of the outermost periphery of the fuel rod lattice array and 60% other than the fuel rods containing 16 gadolinia are used.
Since the above fuel rods are the fuel rods with the highest enrichment, and 75% of the fuel rods containing gadolinia are the fuel rods with the highest uranium enrichment next to the fuel rod with the highest enrichment,
High average fuel assembly enrichment. Furthermore, by using the second burnable poison-containing fuel rod with low enrichment as the burnable poison-containing fuel rod adjacent to the large water rod, the thermal integrity of the gadolinia-containing fuel rod can be ensured over the fuel life. .

【0023】(実施例2)本発明第2の実施例を図3に
示す。本実施例では燃料集合体中央部分に燃料棒9本分
の燃料棒格子領域を有する四角筒型の大型水ロッドを配
置している。本実施例は水ロッド領域が大きいことか
ら、水ロッド隣接燃料棒位置での熱中性子束が非常に高
くなり、本発明第1の実施例よりも燃料集合体中の熱中
性子束分布がより平坦し、局所出力ピーキングが低減で
きる。
(Embodiment 2) FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention. In this embodiment, a large square-tube-shaped water rod having a fuel rod lattice area for nine fuel rods is disposed at the center of the fuel assembly. In this embodiment, since the water rod area is large, the thermal neutron flux at the position of the fuel rod adjacent to the water rod becomes very high, and the thermal neutron flux distribution in the fuel assembly is more flat than in the first embodiment of the present invention. However, local output peaking can be reduced.

【0024】本実施例も本発明第1の実施例と同じくウ
ラン最高濃縮度5.0wt% 未満という制約の中で製造
交差を考慮してできる最高濃縮度を4.9wt% とし
て、U3で示す燃料棒の濃縮度を4.9wt% としてい
る。本実施例では燃料棒格子配列最外周から1層内側の
2層目コーナー位置(図2(a)の燃料集合体横断面図
において左上を(1,1)とした座標の(2,2)位置
とその対称位置)にガドリニア入り燃料棒を配置してい
る。この位置は水ロッド隣接の位置と同様に、非常に熱
中性子束の高い位置であることから、濃縮度の高い第1
のガドリニア入り燃料棒G1ではなく、それよりも濃縮
度の低い第2のガドリニア入り燃料棒G2を配置してい
る。これにより、すべてのガドリニア入り燃料棒の熱的
健全性が確保される。
In the present embodiment, as in the first embodiment of the present invention, the maximum enrichment that can be taken into account in view of the production intersection under the constraint that the maximum uranium enrichment is less than 5.0 wt% is 4.9 wt% and is indicated by U3. The enrichment of the fuel rod is 4.9 wt%. In the present embodiment, the second layer corner position inside the first layer from the outermost periphery of the fuel rod lattice array ((2, 2) of the coordinates where the upper left is (1, 1) in the cross section of the fuel assembly of FIG. 2A) (The position and its symmetric position) the gadolinia-containing fuel rods are arranged. This position is a position where the thermal neutron flux is very high, similar to the position adjacent to the water rod.
The second gadolinia-containing fuel rod G2 having a lower enrichment than that of the second gadolinia-containing fuel rod G1 is arranged. This ensures the thermal integrity of all gadolinia-filled fuel rods.

【0025】また、2層目コーナー位置にガドリニア入
り燃料棒を配置したことにより、最外周コーナー位置に
ある燃料棒U1,U2の局所出力ピーキングが抑えられ
ることから、U1,U2のウラン濃縮度を本発明第1の
実施例よりも高くすることができ、濃縮度の低いガドリ
ニア入り燃料棒本数が増えても燃料集合体平均濃縮度を
高くすることができる。
Further, by arranging the gadolinia-containing fuel rods at the corner positions of the second layer, the local output peaking of the fuel rods U1 and U2 at the outermost corner positions can be suppressed, so that the uranium enrichment of U1 and U2 can be reduced. It is possible to increase the fuel assembly average enrichment even when the number of gadolinia-containing fuel rods having a low enrichment is increased.

【0026】(実施例3)本発明第3の実施例を図4に
示す。図3(a)は燃料集合体の横断面図と燃料棒濃縮
度分布を示しており、(b)は(a)で示した燃料棒の
軸方向の濃縮度分布を示している。(b)の図でアルフ
ァベットで記した記号は燃料棒の濃縮度を表しており、
その大小関係を図の右下に示している。
(Embodiment 3) FIG. 4 shows a third embodiment of the present invention. FIG. 3A shows a cross-sectional view of a fuel assembly and a fuel rod enrichment distribution, and FIG. 3B shows an axial enrichment distribution of the fuel rod shown in FIG. In the figure of (b), the symbols written in alphabetical letters represent the enrichment of the fuel rods.
The magnitude relation is shown in the lower right of the figure.

【0027】沸騰水型原子炉では減速材である水が炉心
下部から上部に向かって流れており、炉心上部に位置す
る燃料集合体上部領域はボイド(減速材中の気泡)率が
下部領域に比べて高くなり、水密度が低下し熱中性子束
が低減するという影響がある。この軸方向の分布を考慮
して、ボイド率が高い燃料集合体上部の水分布を多くす
るために本実施例では図中4で示す部分長燃料棒を配置
している。
In a boiling water reactor, water as a moderator flows from the lower part of the core toward the upper part, and the upper region of the fuel assembly located at the upper part of the core has a void (bubble in the moderator) ratio in the lower region. This has the effect of lowering the water density and reducing the thermal neutron flux. In consideration of this axial distribution, in order to increase the water distribution in the upper part of the fuel assembly having a high void ratio, a fuel rod having a partial length shown in FIG.

【0028】本発明第1の実施例,第2の実施例と同様
に本実施例でも最高濃縮度4.9wt%のウラン濃縮度を
使用している。
As in the first and second embodiments of the present invention, this embodiment also uses a uranium enrichment having a maximum enrichment of 4.9 wt%.

【0029】本実施例は本発明第2の実施例と同様に、
燃料棒格子配列の最外層から2層目のコーナー位置にガ
ドリニア入り燃料棒を配置していることから、U1,U
2の燃料棒濃縮度を高めても局所出力ピーキングを抑制
することができる。
This embodiment is similar to the second embodiment of the present invention.
Since gadolinia-containing fuel rods are arranged at the corner positions of the second layer from the outermost layer of the fuel rod lattice array, U1, U
The local output peaking can be suppressed even when the fuel rod enrichment of No. 2 is increased.

【0030】本実施例ではG1,G2のガドリニア入り
燃料棒のほかに、燃焼初期の燃料集合体下部の軸方向出
力ピーキングを低減するために、ガドリニア入り燃料棒
G3を設けて燃料集合体下部断面のガドリニア入り燃料
棒本数を増やしている。G1,G2のガドリニア入り燃
料棒のガドリニア濃度は、燃料集合体の余剰反応度を1
サイクル期間抑制できるように4.5wt% にしている
が、燃焼初期の軸方向下部の出力ピーキングを抑制する
ために設けたG3のガドリニア濃度は2.0wt%であ
る。
In this embodiment, in addition to the gadolinia-containing fuel rods G1 and G2, a gadolinia-containing fuel rod G3 is provided in order to reduce the axial output peaking at the lower part of the fuel assembly at the beginning of combustion. Has increased the number of fuel rods containing gadolinia. The gadolinia concentration of the gadolinia-containing fuel rods of G1 and G2 indicates that the excess reactivity of the fuel assembly is 1
Although 4.5 wt% is set so as to suppress the cycle period, the gadolinium concentration of G3 provided to suppress the output peaking at the lower part in the axial direction at the beginning of combustion is 2.0 wt%.

【0031】図5に水ロッドに隣接したガドリニア入り
燃料棒の熱的健全性を保つためのガドリニア濃度と、ウ
ラン濃縮度の関係を表すグラフを示す。軸方向出力抑制
のために設けたガドリニア入り燃料棒G3のガドリニア
濃度は3.0wt% よりも低いことから、G2のガドリ
ニア入り燃料棒ほど濃縮度を下げることなく熱的健全性
を確保することができる。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the gadolinium concentration for maintaining the thermal integrity of the gadolinia-containing fuel rod adjacent to the water rod and the uranium enrichment. Since the gadolinia concentration of the gadolinia-containing fuel rod G3 provided for suppressing the axial output is lower than 3.0 wt%, the G2 gadolinia-containing fuel rod G2 can secure thermal integrity without lowering the enrichment as compared with the gadolinia-containing fuel rod G3. it can.

【0032】[0032]

【発明の効果】本発明によれば、ウランを燃料とする沸
騰水型原子炉の燃料集合体において、ウラン濃縮度の最
大値に制限がある場合でも、燃料の熱的健全性を確保し
つつ平均濃縮度の高い燃料集合体を提供することができ
る。
According to the present invention, in a fuel assembly of a boiling water reactor using uranium as a fuel, even if the maximum value of the uranium enrichment is restricted, the thermal integrity of the fuel is ensured. A fuel assembly with a high average enrichment can be provided.

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

【図1】(a)及び(b)は本発明の第1実施例である
燃料集合体を示す横断面図及び同図(a)の燃料棒の配
置図。
FIGS. 1A and 1B are a cross-sectional view showing a fuel assembly according to a first embodiment of the present invention and a layout of fuel rods in FIG. 1A.

【図2】第1の実施例の燃料集合体を示す縦断面図。FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing the fuel assembly of the first embodiment.

【図3】(a)及び(b)は本発明の第2の実施例を示
す横断面図及び同図(a)の燃料棒の配置図。
3 (a) and 3 (b) are a cross-sectional view showing a second embodiment of the present invention and a layout of fuel rods in FIG. 3 (a).

【図4】(a)及び(b)は本発明の第3の実施例の燃
料集合体を示す横断面図及び同図(a)の燃料棒の軸方
向の濃度分布特性図。
FIGS. 4A and 4B are a cross-sectional view showing a fuel assembly according to a third embodiment of the present invention and an axial concentration distribution characteristic diagram of a fuel rod shown in FIG. 4A.

【図5】水ロッドに隣接したガドリニア入り燃料棒の熱
的健全性を保つためのガドリニア濃度とウラン濃縮度の
関係を示すグラフ。
FIG. 5 is a graph showing a relationship between gadolinia concentration and uranium enrichment for maintaining thermal integrity of a gadolinia-containing fuel rod adjacent to a water rod.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…チャンネルボックス、2…ウラン燃料棒、3…水ロ
ッド、4…可燃性毒物入り燃料棒、5…部分長燃料棒、
6…スペーサー、7…下部タイプレート、8…上部タイ
プレート。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Channel box, 2 ... Uranium fuel rod, 3 ... Water rod, 4 ... Fuel rod containing burnable poison, 5 ... Partial length fuel rod,
6 ... spacer, 7 ... lower tie plate, 8 ... upper tie plate.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G21C 3/32 E ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) G21C 3/32 E

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】核燃料物質であるウランを焼結したウラン
ペレットを入れた複数本の燃料棒と非沸騰水が貫流する
少なくとも1本以上の大型水ロッドをスペーサー,上部
タイプレート,下部タイプレートにより間隔をあけて格
子状に束ねてチャンネルボックスに収納した燃料集合体
において、水ロッドは燃料集合体格子配列の中心を重心
として燃料集合体の中央部分に燃料棒7本分以上の燃料
棒格子領域を有して配置され、複数本の燃料棒のうちウ
ランに3.0wt% 以上の可燃性毒物を混入したウラン
濃縮度の異なる少なくとも2種類以上の可燃性毒物入り
燃料棒があり、すべての可燃性毒物入り燃料棒中で最も
ウラン濃縮度の高い第1の可燃性毒物入り燃料棒のウラ
ン濃縮度は燃料集合体中で最高濃縮度の燃料棒のウラン
濃縮度よりも低く、第2の可燃性毒物入り燃料棒のウラ
ン濃縮度は第1の可燃性毒物入り燃料棒のウラン濃縮度
より低く、燃料棒格子配列において水ロッドに対して縦
横方向に隣接する可燃性毒物入り燃料棒はすべて前記第
2の可燃性毒物入り燃料棒であることを特徴とする原子
炉の燃料集合体。
1. A plurality of fuel rods containing uranium pellets obtained by sintering uranium as a nuclear fuel substance and at least one large water rod through which non-boiling water flows through a spacer, an upper tie plate, and a lower tie plate. In a fuel assembly bundled in a channel box at intervals with a lattice shape, water rods are provided at the center of the fuel assembly with a fuel rod lattice area of seven or more fuel rods centered on the center of the fuel assembly lattice array. Among the plurality of fuel rods, there are at least two or more types of fuel rods containing uranium enriched with at least two types of burnable poisons in which uranium is mixed with at least 3.0 wt% of burnable poisons. The uranium enrichment of the first burnable poisoned fuel rod with the highest uranium enrichment of the toxic enriched fuel rods is lower than the uranium enrichment of the highest enriched fuel rod in the fuel assembly The uranium enrichment of the second burnable poisoned fuel rod is lower than the uranium enrichment of the first burnable poisoned fuel rod, and the burnable poisoned fuel vertically and horizontally adjacent to the water rods in the fuel rod grid arrangement. A fuel assembly for a nuclear reactor, wherein all the rods are the second burnable poisoned fuel rod.
【請求項2】核燃料物質であるウランを焼結したウラン
ペレットを入れた複数本の燃料棒と非沸騰水が貫流する
少なくとも1本以上の大型水ロッドをスペーサー,上部
タイプレート,下部タイプレートにより間隔をあけて格
子状に束ねてチャンネルボックスに収納した燃料集合体
において、水ロッドは燃料集合体格子配列の中心にその
重心がくるように燃料集合体の中央部分に燃料棒7本分
以上の燃料棒格子領域を有して配置され、複数本の燃料
棒のうちウランに3.0wt% 以上の可燃性毒物を混入
したウラン濃縮度の異なる少なくとも2種類以上の可燃
性毒物入り燃料棒があり、可燃性毒物入り燃料棒中で最
もウラン濃縮度の高い第1の可燃性毒物入り燃料棒のウ
ラン濃縮度は燃料集合体中の最高濃縮度の燃料棒よりも
低く、第2の可燃性毒物入り燃料棒のウラン濃縮度は第
1の可燃性毒物入り燃料棒の濃縮度より低く、燃料棒格
子配列において最もチャンネルボックスに近い最外層,
最外層より1層内側のコーナー位置および水ロッドに縦
横方向に隣接した位置に配置される可燃性毒物入り燃料
棒には第2の可燃性毒物入り燃料棒が使用され、それ以
外の位置に配置される可燃性毒物入り燃料棒にはすべて
第1の可燃性毒物入り燃料棒が配置されることを特徴と
する原子炉の燃料集合体。
2. A plurality of fuel rods containing uranium pellets obtained by sintering uranium as a nuclear fuel substance and at least one large water rod through which non-boiling water flows through a spacer, an upper tie plate, and a lower tie plate. In a fuel assembly stored in a channel box bundled in a grid at intervals, the water rods are placed at the center of the fuel assembly so that the center of gravity is at the center of the fuel assembly grid array and at least 7 fuel rods are provided at the center of the fuel assembly. There is a fuel rod containing at least two types of burnable poisons having different uranium enrichment in which uranium is mixed with burnable poisons of not less than 3.0 wt% among a plurality of fuel rods, the fuel rods being arranged with a fuel rod lattice region. The first burnable poisoned fuel rod with the highest uranium enrichment among the burnable poisonous fuel rods has a lower uranium enrichment than the highest enriched fuel rod in the fuel assembly and the second burnable Uranium enrichment of the poison containing fuel rods is lower than the enrichment of the first burnable poison containing fuel rod, the outermost layer closest to the channel box in a fuel rod lattice arrangement,
A second burnable poison-containing fuel rod is used for the burnable poison-containing fuel rod located at a corner position inside the outermost layer and at a position adjacent to the water rod in the vertical and horizontal directions, and is disposed at other positions. A fuel assembly for a nuclear reactor, wherein the first burnable poison-containing fuel rods are all provided with the first burnable poison-containing fuel rods.
【請求項3】上記請求項1又は請求項2の燃料集合体に
おいて、可燃性毒物入り燃料棒は可燃性毒物を3.0w
t% 以上含有する可燃性毒物入りペレットを少なくと
もその一部に含み、上記第1の可燃性毒物入り燃料棒の
可燃性毒物入りペレットの平均ウラン濃縮度が、第2の
可燃性毒物入り燃料棒の可燃性毒物入りペレットの平均
ウラン濃縮度より大きなことを特徴とする原子炉の燃料
集合体。
3. The fuel assembly according to claim 1 or 2, wherein the burnable poison-containing fuel rod has a burnable poison of 3.0 watts.
The first burnable poison-containing fuel rod has an average uranium enrichment of the first burnable poison-containing fuel rod, and the second burnable poison-containing fuel rod has an average uranium enrichment of the second burnable poisonous fuel rod. A fuel assembly for a nuclear reactor, wherein the average uranium enrichment of the burnable poisonous pellets is greater than the average uranium enrichment.
【請求項4】上記請求項1から3のいずれか1項記載の
燃料集合体において、核燃料であるウランペレットを充
填した複数本の燃料棒は長さの異なる少なくとも2種類
以上の燃料棒を有することを特徴とする原子炉の燃料集
合体。
4. The fuel assembly according to any one of claims 1 to 3, wherein the plurality of fuel rods filled with uranium pellets as nuclear fuel have at least two or more fuel rods having different lengths. A fuel assembly for a nuclear reactor.
【請求項5】上記請求項1から3のいずれか1項記載の
燃料集合体において、非沸騰水の流路となる水ロッドが
正方形の断面を持つことを特徴とする原子炉の燃料集合
体。
5. The fuel assembly according to claim 1, wherein a water rod serving as a non-boiling water flow path has a square cross section. .
【請求項6】上記請求項1から3のいずれか1項記載の
燃料集合体において、非沸騰水の流路となる水ロッドが
燃料集合体中に2本以上配置され、燃料集合体中に配置
された複数の水ロッドに対する一つの重心が燃料集合体
格子配列の中心と一致することを特徴とする原子炉の燃
料集合体。
6. The fuel assembly according to any one of claims 1 to 3, wherein two or more water rods serving as non-boiling water passages are arranged in the fuel assembly. A fuel assembly for a nuclear reactor, wherein one center of gravity for a plurality of arranged water rods coincides with the center of the fuel assembly lattice array.
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