JP2000180574A - Fuel assembly for boiling-water reactor and reactor core using it - Google Patents

Fuel assembly for boiling-water reactor and reactor core using it

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JP2000180574A
JP2000180574A JP10354300A JP35430098A JP2000180574A JP 2000180574 A JP2000180574 A JP 2000180574A JP 10354300 A JP10354300 A JP 10354300A JP 35430098 A JP35430098 A JP 35430098A JP 2000180574 A JP2000180574 A JP 2000180574A
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fuel
uranium
assembly
fuel assembly
gadolinia
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JP10354300A
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Japanese (ja)
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Toshimitsu Horiuchi
敏光 堀内
Masanobu Takei
正信 武井
Yuzo Inaba
勇三 稲葉
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Nuclear Fuel Industries Ltd
Original Assignee
Nuclear Fuel Industries Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a fuel assembly and a reactor core with improved operation property by arranging a uranium fuel rod containing a flammable toxic substance at the outermost periphery part of the assembly and arranging the assembly at linearly symmetrical positions for each diagonal line at four regions that are divided by two diagonal lines and at 1/4 rotary-asymmetrical positions for the intersection of diagonal lines. SOLUTION: An MOX fuel rod 1 with the maximum degree of plutonium enrichment, an MOX fuel rod 2 with a high degree of enrichment, an MOX fuel rod 3 with the medium degree of enrichment, an MOX fuel rod 4 with a low degree of enrichment, an uranium fuel rod G1 with high-concentration gadolinia, and an uranium fuel rod G2 with low-concentration gadolinia are arranged. The uranium fuel rods G1 and G2 with gadolinia are arranged at the adjacent positions of two outermost corner positions excluding the outermost corner position of the assembly and that at the side of a control rod and at the side of an anti-control rod, thus enabling them to be linearly symmetrical for each diagonal line at four regions being divided by two diagonal lines and 1/4 rotary-asymmetrical for both the diagonal lines.

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
(以下、「BWR」と記す)で用いられるウラン・プル
トニウム混合酸化物(以下、「MOX」と記す)燃料集
合体と沸騰水型原子炉の炉心とに関するものである。
The present invention relates to a uranium-plutonium mixed oxide (hereinafter referred to as "MOX") fuel assembly and a boiling water reactor used in a boiling water reactor (hereinafter referred to as "BWR"). It relates to the core of a nuclear reactor.

【0002】[0002]

【従来の技術】ウラン燃料集合体を用いたBWRでは、
制御棒や炉心流量の制御に加え、燃料集合体内の燃料棒
にガドリニア(Gd)等の可燃性毒物を入れて炉
心の反応度を制御している。ガドリニアによる反応度制
御は、ガドリニア入り燃料棒(Gd燃料棒)の本数とそ
の濃度によって特徴付けられる。
2. Description of the Related Art In a BWR using a uranium fuel assembly,
In addition to controlling the control rods and the core flow rate, burnable poisons such as gadolinia (Gd 2 O 3 ) are put into the fuel rods in the fuel assembly to control the reactivity of the core. The reactivity control by gadolinia is characterized by the number of gadolinia-containing fuel rods (Gd fuel rods) and their concentration.

【0003】即ち、集合体内のGd燃料棒の本数を増や
すことは燃焼初期の無限増倍率を小さくする効果を持
ち、Gd燃料棒のガドリニア濃度が高いほど燃焼中期に
おける無限増倍率のピーク値を低くし、そのピークの現
れる燃焼度をより高くする効果を持つ。このガドリニア
による反応度制御の特徴を用いて、運転サイクル期間中
の余剰反応度が適切で平坦な変化を持つ炉心の設計が行
われている。
That is, increasing the number of Gd fuel rods in the assembly has the effect of reducing the infinite multiplication factor at the beginning of combustion, and the higher the gadolinia concentration of the Gd fuel rod, the lower the peak value of the infinite multiplication factor during the middle period of combustion. This has the effect of increasing the burn-up at which the peak appears. Using the characteristics of the reactivity control by gadolinia, a core having an appropriate and flat change in the excess reactivity during the operation cycle is designed.

【0004】原子炉は余剰反応度の燃焼変化を補償する
ように制御棒の挿入量を調整しながら運転されており、
余剰反応度の変化が大きいほど制御棒操作の回数が多く
なる。この制御棒操作時には出力低下を伴うので、頻繁
に制御棒操作を行うと原子炉稼働率が下がることにな
る。よって、原子炉運転の安全性と経済性の観点から、
運転サイクル期間中の余剰反応度が平坦であり、適切な
値となるような炉心が好ましい。
[0004] The reactor is operated while adjusting the insertion amount of the control rod so as to compensate for the combustion change of the excess reactivity.
The greater the change in surplus reactivity, the greater the number of control rod operations. When the control rod operation is performed, the output is reduced. Therefore, if the control rod operation is performed frequently, the operating rate of the reactor decreases. Therefore, from the viewpoint of safety and economy of reactor operation,
The core is preferably such that the excess reactivity during the operation cycle is flat and has an appropriate value.

【0005】現在、BWRでは集合体当たりのGd燃料
棒の本数が多い高ガドリニア(高Gd)燃料集合体とG
d燃料棒の本数が少ない低ガドリニア(低Gd)燃料集
合体を装荷したものが用いられている。このような炉心
を2ストリーム炉心と呼んでいる。これにより、前述の
目的を達成することができ、特に運転サイクル初期(B
OC)の余剰反応度を適切な値にすることができる。更
に特公平7−92513号公報にあるような高Gd燃料
集合体と低Gd燃料集合体の設計も行われており、その
概念は次の通りである。
At present, in the BWR, a high gadolinia (high Gd) fuel assembly having a large number of Gd fuel rods per assembly and a G
A fuel rod loaded with a low gadolinia (low Gd) fuel assembly having a small number of d fuel rods is used. Such a core is called a two-stream core. As a result, the above-mentioned object can be achieved, and particularly at the beginning of the operation cycle (B
The excess reactivity of OC) can be set to an appropriate value. Furthermore, a high Gd fuel assembly and a low Gd fuel assembly as disclosed in Japanese Patent Publication No. Hei 7-92513 have been designed, and the concept is as follows.

【0006】現在、原子力発電における経済性を向上さ
せる対応策の一つとして、原子炉の運転サイクルの長期
化が考えられている。図5は通常の運転サイクル期間の
燃焼度に対する余剰反応度変化を示す線図である。図6
は通常の運転サイクルを持つ炉心用の集合体を長い運転
サイクルを持つ炉心に用いた場合の余剰反応度の変化と
長い運転サイクルを持つ炉心の最適な余剰反応度の変化
を示す線図である。各図において、縦軸は余剰反応度、
横軸はサイクル燃焼度を示す。図6において、実線は通
常の運転サイクルを持つ炉心用の集合体を長い運転サイ
クルを持つ炉心に用いた場合の余剰反応度の変化、破線
は長い運転サイクルを持つ炉心の最適な余剰反応度の変
化を示す。
[0006] At present, as one of measures to improve the economic efficiency of nuclear power generation, it is considered to lengthen the operation cycle of a nuclear reactor. FIG. 5 is a diagram showing a change in excess reactivity with respect to the burnup during a normal operation cycle. FIG.
FIG. 4 is a diagram showing a change in surplus reactivity when a core assembly having a normal operation cycle is used for a core having a long operation cycle and a change in optimal surplus reactivity in a core having a long operation cycle. . In each figure, the vertical axis is the excess reactivity,
The horizontal axis shows the cycle burnup. In FIG. 6, a solid line indicates a change in surplus reactivity when a core assembly having a normal operation cycle is used for a core having a long operation cycle, and a dashed line indicates an optimum surplus reactivity of a core having a long operation cycle. Indicates a change.

【0007】図5及び図6に示す通り、通常の運転サイ
クルに対して余剰反応度が平坦になるように設計された
燃料集合体を長い運転サイクルで用いた場合には、燃料
取替体数が多くなるので、必然的に新燃料集合体の装荷
体数割合が増加する。故にBOCでの余剰反応度が下が
り、運転サイクル中期(MOC)での余剰反応度が増加
するので、BOCからMOCにかけての余剰反応度変化
は大きなものとなる。
As shown in FIGS. 5 and 6, when a fuel assembly designed so that the excess reactivity becomes flat with respect to a normal operation cycle is used in a long operation cycle, the number of fuel replacement bodies is increased. As a result, the ratio of the number of loaded bodies of the new fuel assembly necessarily increases. Therefore, since the excess reactivity in the BOC decreases and the excess reactivity in the middle stage of the operation cycle (MOC) increases, the change in the excess reactivity from the BOC to the MOC becomes large.

【0008】また時には、BOCにおける定格出力運転
を行うのに充分な反応度を得ることができなくなる可能
性もある。特公平7−92513号公報では運転サイク
ルの長期化による上記の問題に対し、第2燃料集合体と
してガドリニアの濃度を濃くした低Gd燃料集合体設計
を用いることを提案している。
[0008] In some cases, it may not be possible to obtain a sufficient reactivity for performing the rated output operation in the BOC. Japanese Patent Publication No. 7-92513 proposes to use a low Gd fuel assembly design in which the concentration of gadolinia is increased as the second fuel assembly in order to solve the above-mentioned problem caused by a prolonged operation cycle.

【0009】これはGd燃料棒の本数が少ない低Gd燃
料集合体を用いると、燃焼初期の無限増倍率を大きくす
る。しかも、ガドリニアの濃度を濃くすることで燃焼中
期の無限増倍率のピークを小さくすることができるの
で、この第2燃料集合体を用いるとBOCでの余剰反応
度を大きくし、MOCでの余剰反応度を小さくすること
ができ、結果的に余剰反応度を平坦化することができる
ためである。
The use of a low Gd fuel assembly having a small number of Gd fuel rods increases the infinite multiplication factor at the beginning of combustion. Moreover, by increasing the concentration of gadolinia, the peak of the infinite multiplication factor in the middle stage of combustion can be reduced. Therefore, when this second fuel assembly is used, the excess reactivity in BOC is increased, and the excess reaction in MOC is increased. This is because the reactivity can be reduced, and as a result, the excess reactivity can be flattened.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
ガドリニアによる反応度制御方法をMOX燃料集合体を
用いたBWR炉心で実現しようとするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention aims to realize such a reactivity control method using gadolinia in a BWR core using a MOX fuel assembly.

【0011】即ち、MOX燃料集合体内の中性子スペク
トルはウラン燃料集合体内のそれよりも硬い(熱中性子
束の割合が小さい)ため、燃焼初期のGd燃料棒1本当
たりの反応度抑制効果が小さくなり、またガドリニアの
燃焼速度が遅くなる。また、MOX燃料集合体では、中
性子スペクトルが硬いために燃焼初期の反応度が低い
が、燃焼に伴う反応度の低下が少ないという特徴を持
つ。
That is, since the neutron spectrum in the MOX fuel assembly is harder than that in the uranium fuel assembly (the ratio of the thermal neutron flux is small), the effect of suppressing the reactivity per Gd fuel rod at the initial stage of combustion is reduced. , And the burning speed of gadolinia is reduced. Further, the MOX fuel assembly has a feature that the reactivity is low in the initial stage of combustion due to a hard neutron spectrum, but the reactivity is hardly reduced due to the combustion.

【0012】よって、同じガドリニア濃度を持つGd燃
料棒を同数本用いたとき、燃焼初期の無限増倍率はウラ
ン燃料集合体よりMOX燃料集合体の方が大きくなり、
また燃焼中期の無限増倍率のピークはMOX燃料集合体
の方が低くなる。
Therefore, when the same number of Gd fuel rods having the same gadolinia concentration are used, the infinite multiplication factor in the initial stage of combustion is larger in the MOX fuel assembly than in the uranium fuel assembly.
In addition, the peak of the infinite multiplication factor in the middle stage of combustion is lower in the MOX fuel assembly.

【0013】一方、MOX燃料集合体はウラン燃料集合
体に比べて燃焼に伴う無限増倍率の減少が緩やかで、燃
焼初期での無限増倍率はそれ程大きくないものの、従来
のウラン燃料集合体設計と同様にGd燃料棒をMOX燃
料集合体の中心部に配置した場合には、BOCにおいて
適当な余剰反応度に抑えるために集合体当たりのGd燃
料棒の本数を増やさねばならない。
On the other hand, in the MOX fuel assembly, the infinite multiplication factor accompanying the combustion decreases more slowly than in the uranium fuel assembly, and the infinite multiplication factor in the early stage of combustion is not so large. Similarly, when the Gd fuel rods are arranged at the center of the MOX fuel assembly, the number of Gd fuel rods per assembly must be increased in order to suppress an appropriate excess reactivity in the BOC.

【0014】ところで、MOX燃料集合体のGd燃料棒
にはウラン燃料棒を用いることが想定されているので、
Gd燃料棒が増加することは集合体当たりのプルトニウ
ム充填量が減ることを意味する。
By the way, since it is assumed that a uranium fuel rod is used as the Gd fuel rod of the MOX fuel assembly,
Increasing Gd fuel rods means lower plutonium loading per assembly.

【0015】プルトニウム利用と経済性の観点から、集
合体当たりのプルトニウム充填量は多い方が良いので、
Gd燃料棒の増加は好ましくない。更に、Gd燃料棒を
集合体中心部に配置することは出力分布をゆがめること
になり、MOX燃料棒の富化度の種類を増やすなどして
出力分布の平坦化を行うが、この富化度の種類の増加は
経済性を損なうことになる。
[0015] From the viewpoint of plutonium utilization and economy, the larger the plutonium filling amount per aggregate, the better.
An increase in Gd fuel rods is not desirable. Further, disposing the Gd fuel rod at the center of the assembly distorts the power distribution, and flattens the power distribution by increasing the types of enrichment of the MOX fuel rods. Increasing the number of types impairs economic efficiency.

【0016】このような課題を解決するため、本発明
は、ウラン・プルトニウム混合酸化物(MOX)燃料集
合体を用いた沸騰水型原子炉(BWR)において、運転
性に優れたMOX燃料集合体とBWR炉心を得ることを
目的とし、更には、BWRで用いられるMOX燃料集合
体において、集合体当たりのプルトニウム充填量を損な
うことなく、多様な反応度特性を持ったMOX燃料集合
体と余剰反応度特性の優れた沸騰水型原子炉の炉心とを
提供するものである。
In order to solve such a problem, the present invention provides a MOX fuel assembly having excellent operability in a boiling water reactor (BWR) using a uranium-plutonium mixed oxide (MOX) fuel assembly. In addition, the MOX fuel assembly used in the BWR is intended to obtain a MOX fuel assembly having various reactivity characteristics without losing the plutonium filling amount per assembly. And a core of a boiling water reactor having excellent temperature characteristics.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】本請求項1に記載された
発明に係るBWR用燃料集合体は、複数本のプルトニウ
ムを含まないウラン燃料棒と、複数本のMOX燃料棒と
をバンドル状に装荷したBWR用燃料集合体において、
前記ウラン燃料棒は、その一部又は全てが可燃性毒物を
含むと共に少なくとも集合体最外周コーナー位置を含む
集合体最外周部に配置され、且つ、集合体のコーナー位
置を結ぶ2本の対角線で分割される4つの領域で各々の
対角線に対して線対称であるが両対角線の交点に対して
1/4回転対称でない配置となっているものである。
According to the first aspect of the present invention, there is provided a BWR fuel assembly comprising a plurality of plutonium-free uranium fuel rods and a plurality of MOX fuel rods. In the loaded BWR fuel assembly,
The uranium fuel rods are disposed at the outermost peripheral portion of the aggregate including at least the outermost peripheral corner position of the aggregate including at least part of the flammable poison, and two diagonal lines connecting the corner positions of the aggregate. The four divided regions are arranged so as to be line-symmetric with respect to each diagonal line but not quarter-rotationally symmetric with respect to the intersection of both diagonal lines.

【0018】本請求項2に記載された発明に係るBWR
用燃料集合体は、請求項1に記載されたウラン燃料棒で
使用されているウランが天然ウラン(NU)又は劣化ウ
ラン(DU)であるものである。
The BWR according to the second aspect of the present invention.
In the fuel assembly for use, uranium used in the uranium fuel rod according to claim 1 is natural uranium (NU) or depleted uranium (DU).

【0019】本請求項3に記載された発明に係るBWR
炉心は、請求項1に記載されたBWR用燃料集合体を装
荷したBWR炉心であって、前記燃料集合体は、予め定
められた本数の可燃性毒物含有ウラン燃料棒を有する第
1燃料集合体と、前記本数より少ない本数の可燃性毒物
含有ウラン燃料棒を有する第2燃料集合体とからなる2
ストリーム構成を成しているものである。
The BWR according to the third aspect of the present invention.
2. A BWR core loaded with the fuel assembly for BWR according to claim 1, wherein the fuel assembly has a predetermined number of uranium fuel rods containing burnable poisons. And a second fuel assembly having a smaller number of burnable poison-bearing uranium fuel rods than the above number.
It has a stream configuration.

【0020】本請求項4に記載された発明に係るBWR
炉心は、請求項3に記載された第2燃料集合体の最外周
コーナー位置のウラン燃料棒は、全て可燃性毒物を含ん
でいないものである。
The BWR according to the invention described in claim 4
In the core, the uranium fuel rods at the outermost peripheral corner position of the second fuel assembly according to the third aspect do not contain any burnable poison.

【0021】本請求項5に記載された発明に係るBWR
炉心は、請求項3に記載された第2燃料集合体の最外周
コーナー位置のウラン燃料棒は、全て可燃性毒物を含ん
でいるものである。
The BWR according to the fifth aspect of the present invention.
In the core, the uranium fuel rods at the outermost peripheral corner position of the second fuel assembly according to claim 3 all contain burnable poisons.

【0022】本請求項6に記載された発明に係るBWR
炉心は、請求項3〜5の何れかに記載されたウラン燃料
棒で使用されているウランが天然ウラン(NU)又は劣
化ウラン(DU)であるものである。
The BWR according to the invention described in claim 6
In the core, uranium used in the uranium fuel rod according to any one of claims 3 to 5 is natural uranium (NU) or depleted uranium (DU).

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】1)MOX燃料集合体の最外周に
ついて、集合体最外周部は、非沸騰水で満たされている
ギャップ水に近いため、熱中性子束が高くなりやすく、
また中性子スペクトルが軟らかくなりやすい部分であ
る。故に集合体最外周部は、最も出力が高くなりやす
く、またガドリニアの反応度抑制効果が最も高くなる部
分である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION 1) Regarding the outermost periphery of a MOX fuel assembly, since the outermost periphery of the assembly is close to gap water filled with non-boiling water, the thermal neutron flux tends to increase,
The neutron spectrum tends to be soft. Therefore, the outermost peripheral portion of the aggregate is a portion where the output is most likely to be highest and the gadolinia reactivity suppression effect is the highest.

【0024】このような出力が高くなりやすい部分は、
MOX燃料棒を配置するときプルトニウム富化度が相対
的に低いものを配置することになる。即ち、最外周部は
Gd燃料棒を配置した場合、プルトニウム充填量の減少
を比較的低く抑えることができる部分である。この集合
体外周部は、ガドリニアの反応度抑制効果が高いので、
少数本のGd燃料棒を配置することで、燃焼初期での無
限増倍率を充分に低減することができる。
The part where the output tends to be high is as follows.
When arranging MOX fuel rods, those having relatively low plutonium enrichment will be arranged. That is, when the Gd fuel rods are arranged, the outermost peripheral portion is a portion where the decrease in the plutonium filling amount can be suppressed relatively low. Since the outer periphery of this assembly is highly effective in suppressing the reactivity of gadolinia,
By disposing a small number of Gd fuel rods, the infinite multiplication factor at the beginning of combustion can be sufficiently reduced.

【0025】このことからGd燃料棒を集合体中心部に
配置しなくて済むので、中心部のGd燃料棒によって出
力分布がゆがめられることがない。従って、MOX燃料
の富化度の種類を増やしたり、高Gd燃料集合体と低G
d燃料集合体の中心部の燃料設計を変える必要性がなく
なるので、高Gd燃料集合体と低Gd燃料集合体の設計
を共用することができる。よって、集合体の設計と製造
のコストを低減できる。
As a result, it is not necessary to dispose the Gd fuel rod at the center of the assembly, so that the power distribution is not distorted by the Gd fuel rod at the center. Therefore, it is possible to increase the types of MOX fuel enrichment,
Since there is no need to change the fuel design at the center of the d fuel assembly, the design of the high Gd fuel assembly and the design of the low Gd fuel assembly can be shared. Therefore, the cost of designing and manufacturing the assembly can be reduced.

【0026】次に最外周部のガドリニアによる反応度抑
制効果について説明する。例として集合体の最外周コー
ナー位置とその隣接位置を比べると、最外周コーナー位
置の方が非沸騰水領域に囲まれた領域に広く面している
ため、その隣接位置よりも中性子スペクトルが軟らか
く、熱中性子束は高くなる。これにより、最外周コーナ
ー位置よりもその隣接位置の方が、ガドリニアの反応度
抑制効果が小さく、ガドリニアの燃焼速度は遅くなる。
Next, the effect of suppressing reactivity by gadolinia on the outermost periphery will be described. As an example, when comparing the outermost corner position of the assembly with its adjacent position, the outermost corner position is broader in the region surrounded by the non-boiling water region, so the neutron spectrum is softer than its adjacent position. , The thermal neutron flux increases. As a result, the gadolinia reactivity suppression effect is smaller at the adjacent position than at the outermost corner position, and the gadolinia combustion speed is lower.

【0027】即ち、最外周コーナー位置にGd燃料棒を
配置した方が、燃焼初期における無限増倍率をより小さ
くできる。また、最外周コーナー位置の隣接位置にGd
燃料棒を配置した方が、燃焼中期での無限増倍率のピー
クの現れる燃焼度をより高くできる。よって、最外周部
においてGd燃料棒の配置位置を変えることにより、G
d燃料棒の本数やガドリニア濃度を変えた時のような反
応度制御効果が得られる。このことから、より多様な反
応度特性を持った燃料集合体を設計することができる。
That is, when the Gd fuel rod is disposed at the outermost corner, the infinite multiplication factor at the beginning of combustion can be reduced. In addition, Gd is placed at a position adjacent to the outermost corner position.
By arranging the fuel rods, the burnup at which the peak of the infinite multiplication factor appears in the middle stage of combustion can be further increased. Therefore, by changing the position of the Gd fuel rod at the outermost periphery,
The reactivity control effect as when the number of d fuel rods or gadolinia concentration is changed can be obtained. From this, it is possible to design a fuel assembly having more various reactivity characteristics.

【0028】2)1/4非対称と2ストリームについ
て、ウラン燃料棒の1/4非対称配置の効果について説
明する。チャンネルボックスの外側のギャップ水の幅の
等しい炉心での集合体に対する従来の設計では、集合体
のコーナー位置を結ぶ2本の対角線で集合体を4つに分
割した時、4つ全ての部分が回転対称であるような燃料
棒配置を採用している。これを1/4対称という。これ
に対し、集合体のコーナー位置を結ぶ2本の対角線各々
に対して線対称ではあるが、両対角線の交点に対して1
/4回転対称ではないものを、1/4非対称という。図
7は1/4対称の燃料棒配置を示す説明図であり、図8
は1/4非対称の燃料棒配置を示す説明図である。
2) The effects of the 1/4 asymmetric arrangement of uranium fuel rods for 1/4 asymmetric and 2 streams will be described. In a conventional design for an assembly in a core with an equal gap water width outside the channel box, when the assembly is divided into four by two diagonals connecting the corner positions of the assembly, all four parts are A fuel rod arrangement that is rotationally symmetric is employed. This is called 1/4 symmetry. On the other hand, although it is axisymmetric with respect to each of the two diagonal lines connecting the corner positions of the aggregate, one point with respect to the intersection of the two diagonal lines
A material that is not 回 転 rotationally symmetric is referred to as 非 対 称 asymmetric. FIG. 7 is an explanatory view showing a 1/4 symmetric fuel rod arrangement, and FIG.
FIG. 4 is an explanatory view showing a 1/4 asymmetric fuel rod arrangement.

【0029】各図において、1,2,3,4,G1,G2は
相違する燃料棒を示し、例えば、1はMOX燃料棒(プ
ルトニウム富化度:最高)、2はMOX燃料棒(プルト
ニウム富化度:高)、3はMOX燃料棒(プルトニウム
富化度:中)、4はMOX燃料棒(プルトニウム富化
度:低)、G1は高濃度ガドリニア入りウラン(NU)燃
料棒、G2は低濃度ガドリニア入りウラン(NU)燃料棒
を示す。
In each figure, 1, 2, 3, 4, G1, and G2 indicate different fuel rods. For example, 1 indicates MOX fuel rod (plutonium enrichment: highest), and 2 indicates MOX fuel rod (plutonium rich). 3) MOX fuel rod (plutonium enrichment: medium), 4: MOX fuel rod (plutonium enrichment: low), G1: uranium (NU) fuel rod with high concentration gadolinia, G2: low 2 shows a uranium (NU) fuel rod with a concentration gadolinia.

【0030】図7において、破線で囲まれたA,B,
C,Dの燃料集合体の1/4領域は1/4回転対称であ
る。これに対して、図8に示す通り、破線で囲まれた
E,F,G,Hの燃料集合体の1/4領域は、1/4回
転対称ではなく、破線I,Jに対して線対称となり、E
とGは回転対称、FとHは回転対称となっている。
In FIG. 7, A, B,
The quarter regions of the C and D fuel assemblies are quarter rotationally symmetric. On the other hand, as shown in FIG. 8, the quarter region of the fuel assembly of E, F, G, and H surrounded by the broken line is not a quarter rotational symmetry, but is a line with respect to the broken lines I and J. Become symmetric and E
And G are rotationally symmetric, and F and H are rotationally symmetric.

【0031】MOX炉心においてもウラン炉心と同様に
高Gd燃料集合体と低Gd燃料集合体を用いた2ストリ
ーム炉心とする可能性がある。またMOX燃料集合体の
Gd燃料棒にはウラン燃料棒を用いることが想定されて
いる。2ストリーム炉心は、高Gd燃料集合体と低Gd
燃料集合体の装荷体数割合を変えることで、通常の運転
サイクルや運転サイクルの長期化においても余剰反応度
の調整が容易に行えるので、最適な余剰反応度特性を得
ることができ、また炉心設計や炉心運用の柔軟性が高く
なるので、最終的に見ると経済性が良くなると考えられ
る。
As with the uranium core, the MOX core may be a two-stream core using a high Gd fuel assembly and a low Gd fuel assembly. It is assumed that a uranium fuel rod is used as the Gd fuel rod of the MOX fuel assembly. The two-stream core consists of a high Gd fuel assembly and a low Gd
By changing the ratio of the number of loaded fuel assemblies, the excess reactivity can be easily adjusted even in a normal operation cycle or a prolonged operation cycle, so that the optimal excess reactivity characteristics can be obtained. The flexibility of design and core operation will be higher, and ultimately the economy will be better.

【0032】MOX集合体の外周部にGd燃料棒を配置
すると、少数本で燃焼初期の無限増倍率を適切な値にす
ることができる反面、多く入れすぎると、BOCでの定
格出力運転を行うに充分な反応度を確保できなくなる。
また原子炉停止余裕や余剰反応度の適切な設定、経済性
の面から、高Gd燃料集合体のGd燃料棒の最大装荷本
数はそれ程多くできず、高Gd燃料集合体と低Gd燃料
集合体のGd燃料棒の本数差は小さく、通常4本以内で
ある。更にGd燃料棒にはウラン燃料棒が想定されてい
るので、プルトニウムの利用と経済性の観点から、あま
り多くのGd燃料棒をMOX燃料集合体に入れることは
好ましくない。
When the Gd fuel rods are arranged on the outer peripheral portion of the MOX assembly, the infinite multiplication factor in the initial stage of combustion can be set to an appropriate value with a small number of rods. Can not ensure sufficient reactivity.
In addition, from the viewpoint of appropriate setting of reactor shutdown margin, excess reactivity, and economic efficiency, the maximum number of Gd fuel rods in the high Gd fuel assembly cannot be so large, and the high Gd fuel assembly and the low Gd fuel assembly cannot be used. The difference in the number of Gd fuel rods is small, usually within four. Further, since uranium fuel rods are assumed as Gd fuel rods, it is not preferable to include too many Gd fuel rods in the MOX fuel assembly from the viewpoint of utilization of plutonium and economy.

【0033】従って、1/4対称性を守りながら少数本
のGd燃料棒を用いて充分な性能を持つ高Gd燃料集合
体と低Gd燃料集合体の2つの設計をすることは、燃料
配置が限られるため困難なものとなる。1/4非対称と
すると燃料棒配置に対する自由度が高まるので、集合体
最外周部の少数本のウラン燃料棒でも充分な性能を持つ
高Gd燃料集合体と低Gd燃料集合体を同一の濃縮度配
置を用いて、且つプルトニウム充填量を充分大きくして
設計をすることができる。
Therefore, two designs of a high Gd fuel assembly and a low Gd fuel assembly having sufficient performance using a small number of Gd fuel rods while maintaining 1/4 symmetry require that the fuel arrangement be high. It is difficult because it is limited. A 1/4 asymmetry increases the degree of freedom for fuel rod arrangement, so that even a small number of uranium fuel rods on the outermost periphery of the assembly have the same enrichment for the high Gd fuel assembly and the low Gd fuel assembly having sufficient performance. The design can be made using the arrangement and with a sufficiently large plutonium loading.

【0034】3)本発明について、即ち、本発明では、
ウラン燃料棒の一部又は全てを集合体最外周部に配置
し、少なくとも集合体最外周コーナー位置の燃料棒はウ
ラン燃料棒とすると共にこれらのウラン燃料棒の一部又
は全てに可燃性毒物を含むようにし、且つ、集合体のコ
ーナー位置を結ぶ2本の対角線で分割される4つの領域
で各々の対角線に対して線対称であるが両対角線の交点
に対して1/4回転対称でない配置、即ち、1/4非対
称にウラン燃料棒を配置する。これにより、少数本のウ
ラン燃料棒を用いて充分な性能を持つ高Gd燃料集合体
と低Gd燃料集合体を集合体当たりのプルトニウム充填
量を損なうことなく設計することができ、この高Gd燃
料集合体と低Gd燃料集合体を用いることで、運転サイ
クルに応じた適切な余剰反応度特性を持った2ストリー
ム炉心を設計することができる。
3) Regarding the present invention, that is, in the present invention,
A part or all of the uranium fuel rods are arranged at the outermost periphery of the assembly, and at least the fuel rods at the outermost corners of the assembly are uranium fuel rods, and a part or all of these uranium fuel rods are provided with burnable poisons. The four regions divided by two diagonals connecting the corner positions of the assembly are line-symmetric with respect to each diagonal but are not quarter-rotationally symmetric with respect to the intersection of both diagonals. That is, the uranium fuel rods are arranged asymmetrically with respect to 1/4. As a result, it is possible to design a high Gd fuel assembly and a low Gd fuel assembly with sufficient performance using a small number of uranium fuel rods without impairing the plutonium filling amount per assembly. By using the assembly and the low Gd fuel assembly, it is possible to design a two-stream core having appropriate surplus reactivity characteristics according to the operation cycle.

【0035】またウラン燃料棒のウランに濃縮ウランで
はなく天然ウラン(NU)又は劣化ウラン(DU)を用
いると、ウラン燃料棒の出力低下により集合体全体の反
応度が下がる。集合体反応度の低下分はMOX燃料棒の
プルトニウム富化度を上げて補償することになるので、
集合体当たりのプルトニウム充填量を増加させることと
なり、MOX燃料集合体の経済性が向上される。
When natural uranium (NU) or depleted uranium (DU) is used instead of enriched uranium for the uranium fuel rods, the reactivity of the entire assembly is reduced due to a decrease in the output of the uranium fuel rods. The decrease in the aggregate reactivity will be compensated by increasing the plutonium enrichment of the MOX fuel rod,
The plutonium loading per assembly will be increased, thereby improving the economics of the MOX fuel assembly.

【0036】[0036]

【実施例】本発明の実施例を以下に示す。 実施例1.高GdMOX燃料集合体 図1は本発明の第1の実施例におけるMOX燃料集合体
の燃料棒配置を示す説明図である。図において、1はM
OX燃料棒(プルトニウム富化度:最高)、2はMOX
燃料棒(プルトニウム富化度:高)、3はMOX燃料棒
(プルトニウム富化度:中)、4はMOX燃料棒(プル
トニウム富化度:低)、G1は高濃度ガドリニア入りウラ
ン(NU)燃料棒、G2は低濃度ガドリニア入りウラン
(NU)燃料棒を示す。
Embodiments of the present invention will be described below. Embodiment 1 FIG. High GdMOX Fuel Assembly FIG. 1 is an explanatory view showing the fuel rod arrangement of the MOX fuel assembly according to the first embodiment of the present invention. In the figure, 1 is M
OX fuel rod (plutonium enrichment: highest), 2 is MOX
Fuel rod (plutonium enrichment: high), 3 is MOX fuel rod (plutonium enrichment: medium), 4 is MOX fuel rod (plutonium enrichment: low), G1 is uranium (NU) fuel with high concentration gadolinia The rod, G2, represents a uranium (NU) fuel rod with low concentration gadolinia.

【0037】図に示す通り、第1の実施例は、MOX燃
料棒が配置された集合体において、集合体の最外周コー
ナー位置及び制御棒側と反制御棒側の最外周コーナー位
置を除いた2つの最外周コーナー位置の隣接位置にガド
リニア含有ウラン燃料棒を配置して1/4非対称とした
燃料集合体である。
As shown in the figure, in the first embodiment, in the assembly in which the MOX fuel rods are arranged, the outermost corner positions of the assembly and the outermost corner positions of the control rod side and the non-control rod side are excluded. The fuel assembly is a quarter-asymmetric fuel assembly in which gadolinia-containing uranium fuel rods are arranged adjacent to two outermost corner positions.

【0038】即ち、コーナー領域にあるガドリニア含有
ウラン燃料棒の本数は、制御棒側コーナー領域から時計
回りに数えると1本、3本、1本、3本である。よって
集合体当たりのガドリニア含有ウラン燃料棒の総数は8
本である。本実施例におけるガドリニア濃度は、最外周
コーナー位置のGd燃料棒の方が最外周コーナー位置以
外のGd燃料棒よりも濃い。尚、本例で用いたガドリニ
ア含有ウラン燃料棒のウランはNUであるが、劣化ウラ
ン(DU)であってもよい。
That is, the number of gadolinia-containing uranium fuel rods in the corner region is one, three, one, and three when counted clockwise from the control rod side corner region. Therefore, the total number of gadolinia-containing uranium fuel rods per assembly is 8
It is a book. In the present embodiment, the gadolinium concentration of the Gd fuel rod at the outermost corner position is higher than that of the Gd fuel rods other than the outermost corner position. The uranium in the gadolinia-containing uranium fuel rod used in this example is NU, but may be depleted uranium (DU).

【0039】図2は本実施例のMOX燃料集合体の無限
増倍率特性を示す線図である。図に示す通り、従来の1
/4対称に配置した時と同様に燃焼中期で無限増倍率の
ピークが現れていることから、炉心の余剰反応度特性も
従来と同じ特性を示し、第1の実施例の集合体は従来と
同様に用いることができる。また本実施例では、ガドリ
ニア含有ウラン燃料棒を最外周のコーナー領域に8本配
置し、集合体当たりのプルトニウム充填量の減少を最小
限に留め、且つウランにNUを用いて集合体当たりのプ
ルトニウム充填量を高めている。
FIG. 2 is a graph showing the infinite multiplication factor characteristics of the MOX fuel assembly of this embodiment. As shown in FIG.
Since the peak of the infinite multiplication factor appears in the middle stage of combustion as in the case of the 4 arrangement, the surplus reactivity characteristics of the core also show the same characteristics as the conventional one, and the assembly of the first embodiment is the same as the conventional one. It can be used similarly. Further, in this embodiment, eight gadolinia-containing uranium fuel rods are arranged in the outermost corner region, minimizing the decrease in the plutonium filling amount per aggregate, and using NU for uranium to make plutonium per aggregate. The filling amount has been increased.

【0040】実施例2.低GdMOX燃料集合体1及び
2ストリーム炉心 第2の実施例は、異なるガドリニア含有ウラン燃料棒の
本数を持つ、即ち、高Gd燃料集合体と低Gd燃料集合
体の2種類の集合体を用いたBWRの炉心である。尚、
この第2の実施例における高Gd燃料集合体は、第1の
実施例に記載の集合体である。
Embodiment 2 FIG. Low GdMOX fuel assemblies 1 and 2 stream core The second embodiment uses two types of assemblies having different numbers of gadolinia-containing uranium fuel rods, that is, a high Gd fuel assembly and a low Gd fuel assembly. It is the core of BWR. still,
The high-Gd fuel assembly according to the second embodiment is the assembly described in the first embodiment.

【0041】図3は本発明の第2の実施例における低G
dMOX燃料集合体の燃料棒配置を示す説明図である。
図において、1はMOX燃料棒(プルトニウム富化度:
最高)、2はMOX燃料棒(プルトニウム富化度:
高)、3はMOX燃料棒(プルトニウム富化度:中)、
4はMOX燃料棒(プルトニウム富化度:低)、5はウ
ラン(NU)燃料棒、Gは高濃度ガドリニア入りウラン
(NU)燃料棒を示す。尚、Gは図1のG1と同じもので
ある。
FIG. 3 shows a low G according to the second embodiment of the present invention.
It is explanatory drawing which shows the fuel rod arrangement | positioning of a dMOX fuel assembly.
In the figure, 1 is a MOX fuel rod (plutonium enrichment:
2) MOX fuel rod (plutonium enrichment:
High), 3 is MOX fuel rod (plutonium enrichment: medium),
4 is a MOX fuel rod (plutonium enrichment: low), 5 is a uranium (NU) fuel rod, and G is a uranium (NU) fuel rod containing high-concentration gadolinia. G is the same as G1 in FIG.

【0042】図に示す通り、この第2の実施例における
低Gd燃料集合体は、MOX燃料棒が配置された集合体
における最外周コーナー位置にガドリニアを含まないウ
ラン燃料棒を配置し、且つ、制御棒側と反制御棒側との
最外周コーナー位置を除いた2つの最外周コーナー位置
の隣接位置にガドリニア含有ウラン燃料棒を配置した集
合体である。即ち、コーナー領域にあるガドリニア含有
ウラン燃料棒とガドリニアを含まないウラン燃料棒の本
数は、制御棒側コーナー領域から時計回りに数えると、
1本、3本、1本、3本となり、その内のガドリニア含
有ウラン燃料棒の本数は、0本、2本、0本、2本であ
る。よって、本実施例の低Gd燃料集合体のガドリニア
含有ウラン燃料棒の総数は4本である。
As shown in the figure, the low-Gd fuel assembly according to the second embodiment has uranium fuel rods containing no gadolinia at the outermost corner of the assembly where the MOX fuel rods are arranged, and This is an assembly in which gadolinia-containing uranium fuel rods are arranged at positions adjacent to two outermost corner positions excluding the outermost corner positions on the control rod side and the non-control rod side. That is, the number of gadolinia-containing uranium fuel rods in the corner region and the number of uranium fuel rods not containing gadolinia are counted clockwise from the control rod side corner region,
One, three, one, and three gadolinia-containing uranium fuel rods are zero, two, zero, and two. Therefore, the total number of gadolinia-containing uranium fuel rods in the low Gd fuel assembly of this embodiment is four.

【0043】第2の実施例における低Gd燃料集合体の
最外周コーナー位置の隣接位置と、第2の実施例におけ
る高Gd燃料集合体(第1の実施例に記載の集合体)の
最外周コーナー位置のガドリニア含有ウラン燃料棒とは
同一のガドリニア濃度を有している。尚、本実施例で用
いたガドリニア含有ウラン燃料棒とガドリニアを含まな
いウラン燃料棒のウランは天然ウラン(NU)である
が、劣化ウラン(DU)であってもよい。
The position adjacent to the outermost corner of the low Gd fuel assembly in the second embodiment and the outermost periphery of the high Gd fuel assembly (the assembly described in the first embodiment) in the second embodiment. The gadolinia-containing uranium fuel rod at the corner position has the same gadolinia concentration. The uranium of the gadolinia-containing uranium fuel rod and the gadolinia-free uranium fuel rod used in this embodiment is natural uranium (NU), but may be depleted uranium (DU).

【0044】また本実施例では、ガドリニア含有ウラン
燃料棒とガドリニアを含まないウラン燃料棒の配置を除
き、低Gd燃料集合体と高Gd燃料集合体設計は同一で
あり、集合体の設計と製造のコストを低減している。
In this embodiment, the low Gd fuel assembly and the high Gd fuel assembly are identical in design except for the arrangement of gadolinia-containing uranium fuel rods and gadolinia-free uranium fuel rods. Costs have been reduced.

【0045】この第2の実施例における低Gd燃料集合
体の無限増倍率特性も前述の図2に示す。従来の1/4
対称に配置した時と同様に燃焼中期で無限増倍率のピー
クが現れていることから、炉心の余剰反応度特性も従来
と同じ特性を示し、第2の実施例の低Gd燃料集合体は
従来と同様に用いることができる。また第2の実施例の
低Gd燃料集合体の燃焼初期における無限増倍率が高G
d燃料集合体よりも大きいので、2ストリーム炉心とす
ることでBOCにおける余剰反応度を適切な値に調整す
ることができる。
The infinite multiplication factor of the low Gd fuel assembly according to the second embodiment is also shown in FIG. 1/4 of conventional
Since the peak of the infinite multiplication factor appears in the middle stage of combustion as in the case of the symmetrical arrangement, the surplus reactivity characteristics of the core show the same characteristics as the conventional one, and the low-Gd fuel assembly of the second embodiment Can be used in the same manner. In addition, the infinite multiplication factor of the low Gd fuel assembly of the second embodiment at the initial stage of combustion is high G
Since it is larger than the d fuel assembly, the excess reactivity in BOC can be adjusted to an appropriate value by using a two-stream core.

【0046】更に本実施例では、ガドリニア含有ウラン
燃料棒とガドリニアを含まないウラン燃料棒を最外周の
コーナー領域に合計8本配置し、集合体当たりのプルト
ニウム充填量の減少を最小限に留め、且つウランにNU
を用いて集合体当たりのプルトニウム充填量を高めてい
る。第2の実施例の低Gd燃料集合体のガドリニア含有
ウラン燃料棒は、第2の実施例の高Gd燃料集合体の高
濃度ガドリニア含有ウラン燃料棒と同じであるが、この
低Gd燃料集合体と高Gd燃料集合体を比較すると、低
Gd燃料集合体の無限増倍率のピークが低くなっており
(図2)、ガドリニア濃度を濃くしたときと同じ効果が
得られている。
Further, in this embodiment, a total of eight gadolinia-containing uranium fuel rods and gadolinia-free uranium fuel rods are arranged in the outermost corner area, and the reduction of the plutonium filling amount per assembly is minimized. And NU for uranium
To increase the plutonium loading per aggregate. The gadolinia-containing uranium fuel rod of the low-Gd fuel assembly of the second embodiment is the same as the high-concentration gadolinia-containing uranium fuel rod of the high-Gd fuel assembly of the second embodiment. When the high Gd fuel assembly is compared with the high Gd fuel assembly, the peak of the infinite multiplication factor of the low Gd fuel assembly is low (FIG. 2), and the same effect as when the gadolinia concentration is increased is obtained.

【0047】即ち、本実施例ではガドリニアの濃度を変
えることなく、特公平7−92513号公報における高
濃度ガドリニア入り低Gd燃料集合体を実現している。
従って、第2の実施例の炉心は、特公平7−92513
号公報と同じく運転サイクルの長期化に対応することが
できる。第2の実施例では経済性の観点から高Gd燃料
集合体で用いた高濃度ガドリニア含有ウラン燃料棒を低
Gd燃料集合体で用いたが、最適な余剰反応度特性を得
るために低Gd燃料集合体で用いるガドリニアの濃度を
調整できることは、言うまでもない。
That is, in this embodiment, a low-Gd fuel assembly containing a high-concentration gadolinia as disclosed in Japanese Patent Publication No. 7-92513 is realized without changing the concentration of gadolinia.
Therefore, the core of the second embodiment is described in JP-B-7-92513.
It is possible to cope with a prolonged operation cycle similarly to the publication. In the second embodiment, the high-concentration gadolinia-containing uranium fuel rod used in the high-Gd fuel assembly is used in the low-Gd fuel assembly from the viewpoint of economy. However, in order to obtain the optimum surplus reactivity characteristics, the low-Gd fuel It goes without saying that the concentration of gadolinia used in the aggregate can be adjusted.

【0048】実施例3.低GdMOX燃料集合体2及び
2ストリーム炉心 第3の実施例は、異なるガドリニア含有ウラン燃料棒の
本数を持つ、即ち高Gd燃料集合体と低Gd燃料集合体
の2種類の集合体を用いたBWRの炉心である。尚、第
3の実施例における高Gd燃料集合体は、第1の実施例
に記載の集合体である。
Embodiment 3 FIG. Low GdMOX Fuel Assembly 2 and Two-Stream Core The third embodiment has a different number of gadolinia-containing uranium fuel rods, ie, a BWR using two types of assemblies, a high Gd fuel assembly and a low Gd fuel assembly. Of the core. The high-Gd fuel assembly according to the third embodiment is the assembly described in the first embodiment.

【0049】図4は本発明の第3の実施例における低G
dMOX燃料集合体の燃料棒配置を示す説明図である。
図において、1はMOX燃料棒(プルトニウム富化度:
最高)、2はMOX燃料棒(プルトニウム富化度:
高)、3はMOX燃料棒(プルトニウム富化度:中)、
4はMOX燃料棒(プルトニウム富化度:低)、5はウ
ラン(NU)燃料棒、Gは高濃度ガドリニア入りウラン
(NU)燃料棒を示す。尚、Gは図1のG1と同じもので
ある。
FIG. 4 shows a low G according to the third embodiment of the present invention.
It is explanatory drawing which shows the fuel rod arrangement | positioning of a dMOX fuel assembly.
In the figure, 1 is a MOX fuel rod (plutonium enrichment:
2) MOX fuel rod (plutonium enrichment:
High), 3 is MOX fuel rod (plutonium enrichment: medium),
4 is a MOX fuel rod (plutonium enrichment: low), 5 is a uranium (NU) fuel rod, and G is a uranium (NU) fuel rod containing high-concentration gadolinia. G is the same as G1 in FIG.

【0050】図に示す通り、この第3の実施例における
低Gd燃料集合体は、MOX燃料棒が配置された集合体
における最外周コーナー位置にガドリニア含有ウラン燃
料棒を配置し、且つ制御棒側と反制御棒側の最外周コー
ナー位置を除いた2つの最外周コーナー位置の隣接位置
にガドリニアを含まないウラン燃料棒を配置した集合体
である。
As shown in the figure, the low-Gd fuel assembly according to the third embodiment has a gadolinia-containing uranium fuel rod arranged at the outermost corner of the assembly in which the MOX fuel rods are arranged, and the control rod side. And a uranium fuel rod that does not include gadolinia is disposed adjacent to the two outermost corner positions except for the outermost corner position on the side opposite to the control rod.

【0051】即ち、コーナー領域にあるガドリニア含有
ウラン燃料棒とガドリニアを含まないウラン燃料棒の本
数は、制御棒側コーナー領域から時計回りに数えると、
1本、3本、1本、3本となり、その内のガドリニア含
有ウラン燃料棒の本数は、1本、1本、1本、1本であ
る。よって、本実施例のガドリニア含有ウラン燃料棒の
総数は4本である。第3の実施例における低Gd燃料集
合体最外周コーナー位置と第3の実施例における高Gd
燃料集合体の最外周コーナー位置のガドリニア含有ウラ
ン燃料棒は同一のガドリニア濃度を有している。
That is, the numbers of gadolinia-containing uranium fuel rods and gadolinia-free uranium fuel rods in the corner region are counted clockwise from the control rod side corner region.
One, three, one, three, and among them, the number of gadolinia-containing uranium fuel rods is one, one, one, one. Therefore, the total number of gadolinia-containing uranium fuel rods in this embodiment is four. Low Gd fuel assembly outermost corner position in the third embodiment and high Gd in the third embodiment
The gadolinia-containing uranium fuel rods at the outermost corner of the fuel assembly have the same gadolinia concentration.

【0052】尚、本実施例で用いたガドリニア含有ウラ
ン燃料棒とガドリニアを含まないウラン燃料棒のウラン
はNUであるが、劣化ウラン(DU)であってもよい。
また本実施例では、ガドリニア含有ウラン燃料棒とガド
リニアを含まないウラン燃料棒の配置を除き、低Gd燃
料集合体と高Gd燃料集合体設計は同一であり、集合体
の設計と製造のコストを低減している。
The uranium in the gadolinia-containing uranium fuel rod and the uranium fuel rod not containing gadolinia used in this embodiment is NU, but may be depleted uranium (DU).
In this embodiment, the low Gd fuel assembly and the high Gd fuel assembly design are the same except for the arrangement of gadolinia-containing uranium fuel rods and uranium fuel rods that do not include gadolinia, thereby reducing the cost of assembly design and manufacturing. Has been reduced.

【0053】第3の実施例における低Gd燃料集合体の
無限増倍率特性も前述の図2に示す。従来の1/4対称
に配置した時と同様に燃焼中期で無限増倍率のピークが
現れていることから、炉心の余剰反応度特性も従来と同
じ特性を示し、第3の実施例の低Gd燃料集合体は従来
と同様に用いることができる。また第3の実施例の低G
d燃料集合体の燃焼初期における無限増倍率が第2の実
施例ほどではないが、高Gd燃料集合体よりも大きいの
で、2ストリーム炉心とすることでBOCにおける余剰
反応度を適切な値に調整することができる。
The infinite multiplication factor characteristic of the low Gd fuel assembly in the third embodiment is also shown in FIG. Since the peak of the infinite multiplication factor appears in the middle stage of combustion as in the case of the conventional arrangement of 1/4 symmetry, the excess reactivity characteristic of the core also shows the same characteristic as the conventional one, and the low Gd of the third embodiment. The fuel assembly can be used as in the prior art. Also, the low G of the third embodiment
Although the infinite multiplication factor at the initial stage of combustion of the d fuel assembly is not as large as that of the second embodiment, it is larger than that of the high Gd fuel assembly. can do.

【0054】更に本実施例では、ガドリニア含有ウラン
燃料棒とガドリニアを含まないウラン燃料棒を最外周の
コーナー領域に合計8本配置し、集合体当たりのプルト
ニウム充填量の減少を最小限に留め、且つウランにNU
を用いて集合体当たりのプルトニウム充填量を高めてい
る。第3の実施例では、低Gd燃料集合体のガドリニア
含有ウラン燃料棒を最外周コーナー位置に配置している
ので、この部分に隣接する燃料棒、特に制御棒側と反制
御棒側のコーナーに隣接した燃料棒の出力が下がり、出
力分布を平坦化する効果がある。言うまでもなく、第2
の実施例と同様に最適な余剰反応度特性を得るために、
低Gd燃料集合体で用いるガドリニアの濃度を調整する
ことができる。
Further, in the present embodiment, a total of eight gadolinia-containing uranium fuel rods and gadolinia-free uranium fuel rods are arranged in the outermost corner area, and the reduction of the plutonium filling amount per assembly is minimized. And NU for uranium
To increase the plutonium loading per aggregate. In the third embodiment, since the gadolinia-containing uranium fuel rod of the low Gd fuel assembly is arranged at the outermost corner, the fuel rods adjacent to this part, particularly the corners on the control rod side and the counter-control rod side, are arranged. The output of the adjacent fuel rods is reduced, which has the effect of flattening the output distribution. Needless to say, the second
In order to obtain the optimal surplus reactivity characteristics as in the example of
The concentration of gadolinia used in the low Gd fuel assembly can be adjusted.

【0055】以上説明した通り、本発明では、ガドリニ
ア含有ウラン燃料棒を集合体の最外周部に配置し、最外
周位置におけるガドリニアの中性子に対する特性の違い
を利用することで、少数本のガドリニア含有ウラン燃料
棒で多様な反応度特性を持った高Gd燃料集合体と低G
d燃料集合体を提供し、それらの集合体を用いた2スト
リーム炉心とすることで、通常の運転サイクルのみなら
ず運転サイクルが長期化されたときにも、集合体設計を
変えずに原子炉運転時に最適な余剰反応度特性を持つ炉
心を設計することができる。これは集合体の設計と製造
のコストを低減し、原子炉運転時の操作性を高め、また
原子炉稼働率が高くなるので炉心の安全性と経済性が向
上する。
As described above, in the present invention, a small number of gadolinia-containing uranium fuel rods are arranged at the outermost periphery of the assembly, and the difference in gadolinia neutron characteristics at the outermost periphery is utilized. High Gd fuel assemblies with low reactivity and high reactivity with uranium fuel rods
d By providing a fuel assembly and providing a two-stream core using those assemblies, the reactor design can be maintained without changing the assembly design not only during normal operating cycles but also when operating cycles are lengthened. It is possible to design a reactor core having optimal surplus reactivity characteristics during operation. This reduces assembly design and manufacturing costs, enhances operability during reactor operation, and improves reactor safety and economy by increasing reactor availability.

【0056】また本発明では、ウラン燃料棒を1/4非
対称に配置し、ガドリニア含有ウラン燃料棒を集合体の
最外周部に配置することでMOX燃料棒の本数を増や
し、またウラン燃料棒のウランにNU又はDUを用いる
ことで、集合体当たりのプルトニウム充填量を増加させ
ている。集合体当たりのプルトニウム充填量を高めるこ
とは、プルトニウム利用率を高め、MOX燃料集合体の
製造費・維持管理費を低減することになるので、MOX
燃料集合体の経済性が向上する。
According to the present invention, the number of MOX fuel rods is increased by arranging uranium fuel rods asymmetrically by 1/4 and arranging gadolinia-containing uranium fuel rods at the outermost periphery of the assembly. The use of NU or DU for uranium increases the plutonium loading per aggregate. Increasing the plutonium loading per assembly increases plutonium utilization and reduces MOX fuel assembly manufacturing and maintenance costs.
The fuel assembly is more economical.

【0057】[0057]

【発明の効果】本発明は以上説明した通り、ウラン・プ
ルトニウム混合酸化物(MOX)燃料集合体を用いた沸
騰水型原子炉(BWR)において、運転性に優れたMO
X燃料集合体とBWR炉心を得ることを目的とし、更に
は、BWRで用いられるMOX燃料集合体において、集
合体当たりのプルトニウム充填量を損なうことなく、多
様な反応度特性を持ったMOX燃料集合体と余剰反応度
特性の優れた沸騰水型原子炉の炉心とを提供することが
できるという効果がある。
As described above, the present invention relates to a boiling water reactor (BWR) using a uranium-plutonium mixed oxide (MOX) fuel assembly, which has excellent operability.
The purpose of the present invention is to obtain an X fuel assembly and a BWR core, and furthermore, in a MOX fuel assembly used in a BWR, a MOX fuel assembly having various reactivity characteristics without impairing the plutonium filling amount per assembly. There is an effect that it is possible to provide a body of a boiling water reactor with excellent surplus reactivity characteristics.

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

【図1】本発明の第1の実施例におけるMOX燃料集合
体の燃料棒配置を示す説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a fuel rod arrangement of a MOX fuel assembly according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本実施例のMOX燃料集合体の無限増倍率特性
を示す線図である。
FIG. 2 is a diagram showing an infinite multiplication factor characteristic of the MOX fuel assembly of the present embodiment.

【図3】本発明の第2の実施例における低GdMOX燃
料集合体の燃料棒配置を示す説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a fuel rod arrangement of a low GdMOX fuel assembly according to a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第3の実施例における低GdMOX燃
料集合体の燃料棒配置を示す説明図である。
FIG. 4 is an explanatory view showing a fuel rod arrangement of a low GdMOX fuel assembly according to a third embodiment of the present invention.

【図5】通常の運転サイクル期間の燃焼度に対する余剰
反応度変化を示す線図である。
FIG. 5 is a graph showing a change in excess reactivity with respect to burnup during a normal operation cycle period.

【図6】通常の運転サイクルを持つ炉心用の集合体を長
い運転サイクルを持つ炉心に用いた場合の余剰反応度の
変化と長い運転サイクルを持つ炉心の最適な余剰反応度
の変化を示す線図である。
FIG. 6 is a line showing a change in surplus reactivity when a core assembly having a normal operation cycle is used for a core having a long operation cycle and a change in optimum surplus reactivity of a core having a long operation cycle. FIG.

【図7】1/4対称の燃料棒配置を示す説明図である。FIG. 7 is an explanatory view showing a 1/4 symmetric fuel rod arrangement.

【図8】1/4非対称の燃料棒配置を示す説明図であ
る。
FIG. 8 is an explanatory view showing a 1/4 asymmetric fuel rod arrangement.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数本のプルトニウムを含まないウラン
燃料棒と、複数本のプルトニウム・ウラン混合酸化物燃
料棒とをバンドル状に装荷した沸騰水型原子炉用燃料集
合体において、 前記ウラン燃料棒は、その一部又は全てが可燃性毒物を
含むと共に少なくとも集合体最外周コーナー位置を含む
集合体最外周部に配置され、且つ、集合体のコーナー位
置を結ぶ2本の対角線で分割される4つの領域で各々の
対角線に対して線対称であるが両対角線の交点に対して
1/4回転対称でない配置となっていることを特徴とす
る沸騰水型原子炉用燃料集合体。
1. A fuel assembly for a boiling water reactor comprising a plurality of plutonium-free uranium fuel rods and a plurality of plutonium / uranium mixed oxide fuel rods loaded in a bundle, wherein the uranium fuel rods Is disposed at the outermost periphery of the aggregate including at least the outermost corner position of the aggregate and at least partially including the burnable poison, and is divided by two diagonal lines connecting the corner positions of the aggregate. A fuel assembly for a boiling water reactor, characterized in that two regions are symmetrical with respect to each diagonal line but are not symmetrical with respect to the intersection of the two diagonal lines.
【請求項2】 前記ウラン燃料棒で使用されているウラ
ンが天然ウラン(NU)又は劣化ウラン(DU)である
ことを特徴とする請求項1に記載の沸騰水型原子炉用燃
料集合体。
2. The fuel assembly for a boiling water reactor according to claim 1, wherein the uranium used in the uranium fuel rod is natural uranium (NU) or depleted uranium (DU).
【請求項3】 請求項1に記載された沸騰水型原子炉用
燃料集合体を装荷した沸騰水型原子炉炉心であって、 前記燃料集合体は、予め定められた本数の可燃性毒物含
有ウラン燃料棒を有する第1燃料集合体と、前記本数よ
り少ない本数の可燃性毒物含有ウラン燃料棒を有する第
2燃料集合体とからなる2ストリーム構成を成している
ことを特徴とする沸騰水型原子炉炉心。
3. A boiling water reactor core loaded with the fuel assembly for a boiling water reactor according to claim 1, wherein the fuel assembly contains a predetermined number of burnable poisons. A boiling water comprising a first fuel assembly having uranium fuel rods and a second fuel assembly having a smaller number of burnable poison-containing uranium fuel rods than the above number. Type reactor core.
【請求項4】 前記第2燃料集合体の最外周コーナー位
置のウラン燃料棒は、全て可燃性毒物を含んでいないこ
とを特徴とする請求項3に記載の沸騰水型原子炉炉心。
4. The boiling water reactor core according to claim 3, wherein all of the uranium fuel rods at the outermost peripheral corner positions of the second fuel assembly do not contain burnable poisons.
【請求項5】 前記第2燃料集合体の最外周コーナー位
置のウラン燃料棒は、全て可燃性毒物を含んでいること
を特徴とする請求項3に記載の沸騰水型原子炉炉心。
5. The boiling water reactor core according to claim 3, wherein all of the uranium fuel rods at the outermost corners of the second fuel assembly contain burnable poisons.
【請求項6】 前記ウラン燃料棒で使用されているウラ
ンが天然ウラン(NU)又は劣化ウラン(DU)である
ことを特徴とする請求項3〜5の何れかに記載の沸騰水
型原子炉用炉心。
6. The boiling water reactor according to claim 3, wherein the uranium used in the uranium fuel rod is natural uranium (NU) or depleted uranium (DU). Core.
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