JP2001004772A - Fuel assembly - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は沸騰水型原子炉（Ｂ
ＷＲと記す）に用いられる限界出力特性を向上させた燃
料集合体に関する。The present invention relates to a boiling water reactor (B)
The present invention relates to a fuel assembly with improved critical output characteristics used for WR).
【０００２】[0002]
【従来の技術】一般にＢＷＲで用いられる燃料集合体
は、多数の燃料棒を正方格子状に束ねてチャンネルボッ
クスで包囲した構造となっている。図６（ａ）〜（ｃ）
により従来のＢＷＲ用燃料集合体の一例を説明する。図
６中、符号１で示す燃料集合体は、長尺燃料棒２、短尺
燃料棒３およびウォータロッド６をスペーサ８で９行９
列の正方格子状に束ねて上部タイプレート４および下部
タイプレート５に固定して燃料棒束とし、この燃料棒束
をチャンネルボックス７で包囲して構成されている。な
お、図６（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図、図６
（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ矢視断面図である。2. Description of the Related Art In general, a fuel assembly used in a BWR has a structure in which a large number of fuel rods are bundled in a square lattice and surrounded by a channel box. 6 (a) to 6 (c)
An example of a conventional BWR fuel assembly will now be described. In FIG. 6, a fuel assembly denoted by reference numeral 1 has a long fuel rod 2, a short fuel rod 3, and a water rod 6 which are arranged in nine rows 9 by spacers 8.
The fuel rod bundle is fixed to the upper tie plate 4 and the lower tie plate 5 in the form of a square lattice to form a fuel rod bundle, and the fuel rod bundle is surrounded by the channel box 7. FIG. 6B is a sectional view taken along the line BB of FIG.
(C) is a sectional view taken along the line CC of (a).
【０００３】冷却材兼中性子減速材の水はチャンネルボ
ックス７で包囲された空間を流れ、加熱されてボイドが
発生する。チャンネルボックス７の外側に隣接する他方
の燃料集合体のチャンネルボックスとの間には非沸騰水
が存在し、ここからの熱中性子がチャンネルボックス７
に近い他方の燃料集合体１の外側の部分に供給されるた
め、一方の燃料集合体１内で熱中性子束分布の不均一が
生じる。[0003] Water as a coolant / neutron moderator flows through the space surrounded by the channel box 7 and is heated to generate voids. Non-boiling water exists between the channel box of the other fuel assembly adjacent to the outside of the channel box 7, and thermal neutrons therefrom are supplied to the channel box 7.
Is supplied to a portion outside the other fuel assembly 1 close to the fuel assembly 1, so that the thermal neutron flux distribution in the one fuel assembly 1 becomes uneven.
【０００４】熱中性子束分布の不均一は燃料棒の出力の
不均一につながる。熱中性子束分布の不均一のある程度
の是正と、減速材対核燃料物質比の適正化を図るため、
燃料集合体１のほぼ中央に水が流れるウォータロッド６
を配置している。この図６に示すウォータロッド６は横
断面が円形であるが、必ずしも円形断面である必要はな
い。[0004] Uneven thermal neutron flux distribution leads to uneven fuel rod output. In order to correct the non-uniformity of thermal neutron flux distribution to some extent and optimize the moderator to nuclear fuel material ratio,
Water rod 6 through which water flows almost at the center of fuel assembly 1
Has been arranged. The water rod 6 shown in FIG. 6 has a circular cross section, but does not necessarily have to have a circular cross section.
【０００５】燃料集合体１の短尺燃料棒３は比較的下方
に存在するため、図６（ｂ）の断面図には短尺燃料棒３
は図示されず空所となり、その空所部分は冷却材流路と
なっている。燃料集合体１の上部ではボイド率が高いた
め、圧力損失が増え、核燃料物質に対する減速材の量が
少なくなるが、短尺燃料棒３が上部に存在しないことに
より是正が図られている。[0005] Since the short fuel rods 3 of the fuel assembly 1 are located relatively below, the sectional view of FIG.
Are empty spaces, not shown, and the empty spaces form coolant channels. Since the void ratio is high in the upper part of the fuel assembly 1, the pressure loss increases and the amount of the moderator with respect to the nuclear fuel material decreases, but the correction is made by the absence of the short fuel rod 3 at the upper part.
【０００６】従来、使用されている燃料集合体すべてが
長さの異なる２種類の長尺燃料棒２と短尺燃料棒３を有
するわけではなく、１種類の長さの燃料棒しか使用して
いない燃料集合体も多い。図７（ａ）に長尺燃料棒２の
構成を示し、図７（ｂ）に短尺燃料棒３の構成を示す。Conventionally, all fuel assemblies used do not have two types of long fuel rods 2 and short fuel rods 3 having different lengths, but use only one type of fuel rod. There are many fuel assemblies. FIG. 7A shows the configuration of the long fuel rod 2, and FIG. 7B shows the configuration of the short fuel rod 3.
【０００７】図７に示すように長尺燃料棒２、短尺燃料
棒３はともに複数個の燃料ペレット10が被覆管11内に装
填され、被覆管11の両端は上部端栓12および下部端栓13
で封止され、被覆管11内の上部プレナム14内にスプリン
グ15を設けて燃料ペレット10を押圧している。なお、短
尺燃料棒３は下部にもプレナム14が設けられている。以
下、燃料ペレットを単にペレットと呼称する。As shown in FIG. 7, both the long fuel rod 2 and the short fuel rod 3 are loaded with a plurality of fuel pellets 10 in a cladding tube 11, and both ends of the cladding tube 11 are an upper end plug 12 and a lower end plug. 13
A spring 15 is provided in the upper plenum 14 in the cladding tube 11 to press the fuel pellet 10. The short fuel rod 3 is also provided with a plenum 14 below. Hereinafter, the fuel pellet is simply referred to as a pellet.
【０００８】ペレット10の材質はほとんどの場合二酸化
ウランである。最近では、ウランとプルトニウムの混合
酸化物（ＭＯＸ）の使用が始まっている。一部のペレッ
トには熱中性子を吸収する可燃性毒物を含んでいる。可
燃性毒物として一般に用いられているのはガドリニウム
であり、酸化物であるガドリニア（Ｇｄ2 Ｏ3 ）の形で
ペレットに混入される。The material of the pellet 10 is almost always uranium dioxide. Recently, the use of mixed oxides of uranium and plutonium (MOX) has begun. Some pellets contain burnable poisons that absorb thermal neutrons. Gadolinium is commonly used as a burnable poison and is mixed into pellets in the form of gadolinia (Gd 2 O 3 ), which is an oxide.
【０００９】１本の燃料棒に装填されるペレットは必ず
しも１種類である必要はなく、核分裂性物質濃度、可燃
性毒物濃度の異なる数種類のペレットを組合わせて使用
することが多い。また、被覆管内部に装填するペレット
の異なる数種類の燃料棒を組合わせて燃料集合体が構成
される。The number of pellets loaded in one fuel rod is not necessarily limited to one, and several types of pellets having different concentrations of fissile material and burnable poison are often used in combination. Further, a fuel assembly is formed by combining several types of fuel rods having different pellets loaded in the cladding tube.
【００１０】燃料集合体１内の燃料棒の配置と燃料棒内
のペレットの軸方向分布の一例を示したものが図８であ
る。図８（ａ）は燃料集合体内の燃料棒の配置を示した
横断面図、図８（ｂ）は燃料棒内のペレットの軸方向分
布を示す図である。図中、Ｎ１〜Ｎ５はガドリニアなし
長尺燃料棒、Ｇはガドリニア入り長尺燃料棒、Ｖは短尺
燃料棒、ＷＲはウォータロッドで、長尺燃料棒はＮ１〜
Ｎ５とＧで示す６種類、短尺燃料棒Ｖは１種類である。
短尺燃料棒Ｖは最外周から２層目の（２，２），（２，
５）位置およびこれらの対称位置に設けられている。FIG. 8 shows an example of the arrangement of the fuel rods in the fuel assembly 1 and the axial distribution of the pellets in the fuel rods. FIG. 8A is a cross-sectional view showing an arrangement of fuel rods in the fuel assembly, and FIG. 8B is a view showing an axial distribution of pellets in the fuel rod. In the figure, N1 to N5 are long fuel rods without gadolinia, G is a long fuel rod containing gadolinia, V is a short fuel rod, WR is a water rod, and long fuel rods are N1 to N1.
There are six types of N5 and G, and one type of short fuel rod V.
The short fuel rod V is the second layer (2, 2), (2,
5) Positions and their symmetrical positions.
【００１１】ペレットの材質は二酸化ウランで、一部の
ペレットには可燃性毒物としてガドリニアが混入されて
いる。ペレットのウラン235 濃縮度は天然ウランを除い
てａ〜ｅの５種類であり、互いにａ＞ｂ＞ｃ＞ｄ＞ｅの
関係となっている。ガドリニアの濃度はＸ．ＸＧ（ｗｔ
％）という形で示す。The material of the pellets is uranium dioxide, and some pellets contain gadolinia as a burnable poison. Except for natural uranium, the uranium-235 enrichment of the pellets is five types of a to e, and has a relationship of a>b>c>d> e. The concentration of gadolinia is X. XG (wt
%).
【００１２】長尺燃料棒Ｎ１〜Ｎ５，Ｇの上下端のハッ
チングで示す部分には天然ウランのペレットを装填して
いる。ガドリニア入りペレットを装填した燃料棒Ｇは16
本で、上下端部の天然ウランのペレットを除き、ガドリ
ニア濃度が4.0 wt％、ウラン235 濃縮度がｃのペレット
を装填している。The upper and lower hatched portions of the long fuel rods N1 to N5, G are loaded with natural uranium pellets. Fuel rod G loaded with gadolinia-containing pellets is 16
Except for natural uranium pellets at the upper and lower ends, pellets with a gadolinia concentration of 4.0 wt% and a uranium 235 enrichment of c are loaded.
【００１３】可燃性毒物入りペレット中の可燃性毒物濃
度、可燃性毒物入りペレットの個数は次の条件から設定
される。図９は図８に示した燃料集合体の領域Ｉ、IIの
無限増倍率の燃焼に伴う変化を模式的に示したものであ
る。この燃料集合体は約４サイクル使用されると仮定し
ている。可燃性毒物が存在しない場合の無限増倍率を図
中に点線で示す。The concentration of the burnable poison in the pellet containing the burnable poison and the number of pellets containing the burnable poison are set based on the following conditions. FIG. 9 schematically shows a change accompanying the infinite multiplication factor combustion in the regions I and II of the fuel assembly shown in FIG. It is assumed that this fuel assembly is used for about four cycles. The infinite multiplication factor when there is no burnable poison is shown by a dotted line in the figure.
【００１４】この場合は、１，２，３，４サイクル目の
燃料の無限増倍率がすべて燃焼とともに低下していくの
で、サイクル初期は極めて多数の制御棒を挿入する必要
があり、また運転中次々と制御棒を引き抜いていく必要
が生じる。可燃性毒物をペレットに混入すると、可燃性
毒物が熱中性子を吸収するため無限増倍率を下げること
ができる。In this case, since the infinite multiplication factors of the fuel in the first, second, third, and fourth cycles all decrease with combustion, it is necessary to insert an extremely large number of control rods at the beginning of the cycle, and during operation. It is necessary to pull out the control rod one after another. When the burnable poison is mixed into the pellet, the burnable poison absorbs thermal neutrons, so that the infinite multiplication factor can be reduced.
【００１５】可燃性毒物は熱中性子を吸収することによ
り失われていき、無限増倍率の低下効果も小さくなって
いく。可燃性毒物の濃度を変化させることにより、ほぼ
完全に可燃性毒物が失われる（燃え尽きる）時期を調節
することができる。初期の無限増倍率の低下量は可燃性
毒物入りペレット個数に依存する。通常、可燃性毒物が
燃え尽きる時期は１サイクル目末期としている。The burnable poison is lost by absorbing thermal neutrons, and the effect of reducing the infinite multiplication factor is reduced. By varying the concentration of the burnable poison, it is possible to adjust the time at which the burnable poison is almost completely lost (burned out). The initial reduction of the infinite multiplication factor depends on the number of pellets containing burnable poisons. Normally, the burnable poison is burned out at the end of the first cycle.
【００１６】そして、初期の無限増倍率の低下量を適切
に設定することにより、２，３，４サイクル目燃料の無
限増倍率の燃焼に伴う減少を１サイクル目燃料の無限増
倍率の燃焼に伴う増加が補償し、炉心の反応度をほぼ一
定に保つことができ、使用する制御棒の本数とその挿入
深さをほぼ一定として運転することができる。By appropriately setting the initial reduction amount of the infinite multiplication factor, the decrease accompanying the combustion of the fuel at the infinite multiplication factor in the second, third, and fourth cycles is reduced to the combustion of the first cycle fuel at the infinite multiplication factor. The accompanying increase compensates, the reactivity of the core can be kept almost constant, and the operation can be performed with the number of control rods used and the insertion depth thereof being almost constant.
【００１７】図８に示す燃料集合体の上下端部は可燃性
毒物が存在しないが、この部分は中性子の漏れが大き
く、またウラン235 含有量の小さい天然ウランを使用し
ているため、出力が低く燃料全体の特性に及ぼす効果は
少ない。上下端部に可燃性毒物を入れないのは、あえて
この部分の出力を抑える必要がないからである。Although the upper and lower ends of the fuel assembly shown in FIG. 8 do not contain burnable poisons, this portion has a large neutron leakage and uses natural uranium having a small uranium 235 content, so that the output is low. Low and has little effect on overall fuel properties. The reason that no burnable poison is put in the upper and lower ends is that it is not necessary to suppress the output of this portion.
【００１８】なお、以上の可燃性毒物についての説明は
平衡状態に達した炉心に使用する取替燃料についてのも
のである。初装荷炉心に使用する初装荷燃料でも、炉心
全体の反応度を適切に制御するために可燃性毒物を使用
しているが、可燃性毒物が１サイクル目末期に燃え尽き
るとは限らないなど違いがある。The above description of the burnable poison relates to the replacement fuel used for the core that has reached the equilibrium state. Even for the initially loaded fuel used for the first loading core, burnable poisons are used to appropriately control the reactivity of the entire core, but there is a difference that the burnable poison does not necessarily burn out at the end of the first cycle. is there.
【００１９】[0019]
【発明が解決しようとする課題】沸騰水型原子炉におい
て、原子炉運転中に遵守すべき燃料に対する熱的制限条
件の一つに最小限界出力比がある。限界出力とは沸騰遷
移、すなわち核沸騰を超えた状態となる燃料集合体出力
をいい、限界出力比は次式で定義される。 （限界出力比）＝（限界出力）／（燃料集合体発生出
力）In a boiling water reactor, one of the thermal limiting conditions for the fuel to be observed during the operation of the reactor is a minimum critical power ratio. The critical power refers to the boiling transition, that is, the fuel assembly power that exceeds the nucleate boiling, and the critical power ratio is defined by the following equation. (Limit output ratio) = (Limit output) / (Fuel assembly generation output)
【００２０】炉心内に装荷されている各々の燃料集合体
についての限界出力比のうち、最小のものが最小限界出
力比と呼ばれ、燃料棒のバーンアウトに対する熱的余裕
の尺度として用いられている。[0020] Of the critical power ratios for each fuel assembly loaded in the core, the minimum one is called the minimum critical power ratio and is used as a measure of the thermal margin for fuel rod burnout. I have.
【００２１】沸騰遷移を起こす燃料集合体出力が限界出
力であるが、限界出力となってもすべての燃料棒が沸騰
遷移を起こすわけではない。１本でも沸騰遷移を起こし
やすい燃料棒があれば、燃料集合体の限界出力が小さく
なってしまう。Although the output of a fuel assembly that causes a boiling transition is the critical output, not all fuel rods undergo a boiling transition even if the critical output is reached. If at least one fuel rod is liable to cause a boiling transition, the critical output of the fuel assembly will be reduced.
【００２２】また、一部の燃料棒が沸騰遷移を非常に起
こし難くても、燃料集合体の限界出力の観点からは意味
がない。一部の燃料棒が可燃性毒物入りペレットを装填
している燃料集合体では、可燃性毒物入りペレットを装
填した燃料棒は沸騰遷移を起こしにくいが、他の燃料棒
は沸騰遷移を起こしやすいという課題がある。Even if some of the fuel rods are very unlikely to cause a boiling transition, there is no point in terms of the limit output of the fuel assembly. In a fuel assembly where some fuel rods are loaded with burnable poison pellets, fuel rods loaded with burnable poison pellets are less likely to undergo a boiling transition, while others are more likely to undergo a boiling transition. There are issues.
【００２３】燃料棒表面での沸騰遷移の起こりやすさに
は、その燃料棒の出力のほか、スペーサのように冷却材
の流れに影響を与える部材の形状など影響する要因が多
く、現時点では厳密に評価するには実験に頼るしかな
い。There are many factors that influence the boiling transition on the fuel rod surface, such as the output of the fuel rod and the shape of a member such as a spacer that affects the flow of the coolant. The only way to evaluate is to rely on experiments.
【００２４】ただし、ここでは燃料部材の細かい構造に
とらわれない一般的な議論を行うために、燃料棒の出力
を使う。沸騰遷移が起こる可能性があるのはボイド率の
高い燃料集合体の上部であるが、燃料棒全体の出力を使
うのは、沸騰遷移の起こりやすさに大きく影響する冷却
材のクオリティ（気相と液相の割合）には上流側、すな
わち燃料棒の下方向の出力が問題となるからである。However, in this case, the output of the fuel rod is used in order to make a general discussion irrespective of the detailed structure of the fuel member. While boiling transitions can occur at the top of a high voided fuel assembly, the power of the entire fuel rod is used for coolant quality (gas phase), which greatly affects the likelihood of boiling transitions. This is because the output of the fuel rod at the upstream side, that is, the downward direction of the fuel rod, is a problem in the liquid phase ratio.
【００２５】図10は、図８の燃料集合体の燃料棒の出力
を平均を１としたときの各燃料棒の相対出力を表わした
ものである。図10（ａ）は燃焼度０（図９のＡ点）のも
の、図10（ｂ）はガドリニアが燃え尽きた燃焼度（図９
のＢ点）のものである。ガドリニア入りペレットを装填
した燃料棒の値には○印をつけている。燃料集合体の軸
方向出力分布は、上下端が低く中央部が高いものと仮定
している。なお、図９は図８における燃料棒の可燃性毒
物の無限増倍率への影響を、燃焼度との関係で示してい
る。FIG. 10 shows the relative output of each fuel rod when the average output of the fuel rods of the fuel assembly of FIG. FIG. 10 (a) shows the burnup of 0 (point A in FIG. 9), and FIG. 10 (b) shows the burnup of gadolinia burned out (FIG.
B point). The value of the fuel rod loaded with gadolinia-containing pellets is marked with a circle. The axial power distribution of the fuel assembly is assumed to be lower at the upper and lower ends and higher at the center. FIG. 9 shows the effect of the burnable poison of the fuel rod on the infinite multiplication factor in FIG. 8 in relation to the burnup.
【００２６】まず、図10（ａ）において、燃料集合体最
外周の燃料棒の出力が高いのが目につくが、これはチャ
ンネルボックス７の外側の非沸騰水からの熱中性子の供
給が多いからである。ただし、非発熱のチャンネルボッ
クス７の内面に沿ってクオリティの低い（液相の多い）
冷却材の流れがあり、この冷却材流の一部が燃料集合体
最外周の燃料棒表面に供給されるので、出力の割には沸
騰遷移は起こりにくい。同様のことは、程度は小さいが
ウォータロッドに隣接する燃料棒についても言える。First, in FIG. 10A, it is noticeable that the output of the fuel rods at the outermost periphery of the fuel assembly is high. This is because the supply of thermal neutrons from the non-boiling water outside the channel box 7 is large. Because. However, the quality is low along the inner surface of the non-heat-generating channel box 7 (a lot of liquid phase).
Since there is a flow of the coolant, and a part of the coolant flow is supplied to the fuel rod surface on the outermost periphery of the fuel assembly, a boiling transition hardly occurs for the output. The same is true to a lesser extent for fuel rods adjacent to water rods.
【００２７】また、短尺燃料棒の出力が低いことも確認
できる。これは、燃料棒の発熱部の長さが短いことによ
る。短尺燃料棒はボイド率の低い下部に位置しているこ
ともあり、その表面で沸騰遷移が起こる可能性は極めて
低い。It can also be confirmed that the output of the short fuel rod is low. This is because the length of the heat generating portion of the fuel rod is short. Since the short fuel rod may be located at the lower portion having a low void fraction, the possibility that a boiling transition occurs on the surface thereof is extremely low.
【００２８】図10（ａ）では、ガドリニア入りペレット
を装填した燃料棒は、熱中性子をガドリニアが吸収して
しまうため、出力が他の燃料棒にくらべ極端に低い。ま
た、図10（ｂ）でもガドリニア入りペレットを装填した
燃料棒の出力が低いが、これはウラン235 の濃縮度を低
くしたためである。In FIG. 10A, the output of the fuel rod loaded with the pellets containing gadolinia is extremely lower than that of other fuel rods because the gadolinia absorbs thermal neutrons. Also, in FIG. 10B, the output of the fuel rod loaded with the gadolinia-containing pellet is low, because the enrichment of uranium-235 is reduced.
【００２９】ガドリニア入りペレットのウラン235 の濃
縮度を低く設定することは、多くの設計で採用されてい
るが、その目的は、ペレットにガドリニアを混ぜた場合
の熱伝導度の低下、融点の低下が起こり熱機械的特性が
悪化するので、ガドリニアが燃え尽きた後でも出力を低
く抑え、熱機械的特性の余裕を十分に確保することにあ
る。Setting the concentration of uranium 235 low in gadolinia-containing pellets is adopted in many designs, but the purpose is to reduce the thermal conductivity and the melting point when gadolinia is mixed in the pellets. Therefore, since the thermomechanical characteristics deteriorate, the output is kept low even after the gadolinia burns out, and a sufficient margin of the thermomechanical characteristics is ensured.
【００３０】このように、可燃性毒物入りペレットを装
填した燃料棒の出力は低いので、相対的に他の燃料棒の
出力は高く、その表面で沸騰遷移が起こりやすくなり、
燃料集合体の限界出力が低くする。可燃性毒物入りペレ
ットを装填した燃料棒は出力が低く、その表面で沸騰遷
移が起こる可能性は非常に低いのであるが、このことは
燃料集合体の限界出力には何ら寄与していない。As described above, since the output of the fuel rod loaded with the burnable poison-containing pellets is low, the output of the other fuel rods is relatively high, and boiling transition easily occurs on the surface thereof.
The power limit of the fuel assembly is reduced. Fuel rods loaded with burnable poison pellets have low power and the potential for boiling transitions on their surface is very low, but this does not contribute to the marginal power of the fuel assembly.
【００３１】本発明の上記課題を解決するためになされ
たもので、一部の燃料棒の出力が過度に低いために、相
対的に他の燃料棒の出力が上昇して、その表面での沸騰
遷移が起こりやすくなって限界出力が低下するのを防止
し、もって、多数の燃料棒の限界出力特性を向上し得る
燃料集合体を提供することにある。The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problem. Since the output of some fuel rods is excessively low, the output of other fuel rods relatively rises, and An object of the present invention is to provide a fuel assembly capable of preventing a boiling transition from easily occurring and lowering a critical output, thereby improving a critical output characteristic of a large number of fuel rods.
【００３２】[0032]
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、多数
の燃料棒を正方格子状に配列した沸騰水型原子炉用の燃
料集合体において、最外周部以外の燃料棒すべてが、少
なくとも軸方向の一部に可燃性毒物入りペレットを装填
することを特徴とする。According to a first aspect of the present invention, in a fuel assembly for a boiling water reactor in which a large number of fuel rods are arranged in a square lattice, at least all of the fuel rods other than the outermost peripheral portion are formed. It is characterized in that a burnable poison-containing pellet is loaded in a part in the axial direction.
【００３３】最外周部の燃料棒は、隣接するチャンネル
ボックス内面からクオリティの低い（液相の多い）冷却
材の流れの一部が燃料棒表面に供給されるため、出力の
割には沸騰遷移を起こし難い。それ以外の燃料棒のすべ
てについて、少なくとも軸方向の一部に可燃性毒物入り
ペレットを装填することにより、一部の燃料棒に集中的
に可燃性毒物入りペレットを装填した場合と比べて燃料
棒の出力を平均化することができ、特定の燃料棒の沸騰
遷移が高くなることを防止し、燃料集合体全体の限界出
力を向上させることができる。In the outermost fuel rods, a part of the flow of the low-quality (highly liquid phase) coolant from the adjacent inner surface of the channel box is supplied to the fuel rod surfaces. It is hard to cause. By loading the burnable poison pellets at least partially in the axial direction for all other fuel rods, compared to the case where the burnable poison pellets are intensively loaded on some fuel rods, Can be averaged, the boiling transition of a specific fuel rod can be prevented from increasing, and the critical output of the entire fuel assembly can be improved.
【００３４】請求項２の発明は、多数の燃料棒を正方格
子状に配列した沸騰水型原子炉用の燃料集合体におい
て、燃料棒がその有効長において長尺燃料棒と短尺燃料
棒の２種類に分けられるとき、最外周部以外の長尺燃料
棒すべてが、少なくとも軸方向の一部に可燃性毒物入り
ペレットを装填することを特徴とする。According to a second aspect of the present invention, in a fuel assembly for a boiling water reactor in which a large number of fuel rods are arranged in a square lattice, the fuel rods have two effective lengths of a long fuel rod and a short fuel rod. When classified into types, all of the long fuel rods other than the outermost peripheral portion are characterized in that the burnable poison-containing pellets are loaded at least partially in the axial direction.
【００３５】短尺燃料棒は短いため燃料棒としての出力
は小さい。また、下方に配置される場合が多いこともあ
り、その表面で沸騰遷移が起こる可能性は極めて小さ
い。そこで、長尺燃料棒と短尺燃料棒の２種類の燃料棒
を有する燃料集合体においては、可燃性毒物入りペレッ
トを優先的に長尺燃料棒に使用することが、燃料集合体
の限界出力向上につながる。Since the short fuel rod is short, the output as the fuel rod is small. In many cases, it is arranged below, and the possibility of boiling transition on the surface is extremely small. Therefore, in a fuel assembly having two types of fuel rods, a long fuel rod and a short fuel rod, the use of pellets containing burnable poisons for the long fuel rods can improve the limit output of the fuel assembly. Leads to.
【００３６】請求項３の発明は、多数の燃料棒を正方格
子状に配列するとともに水が流れるウォータロッドを有
する沸騰水型原子炉用燃料集合体において、最外周部と
ウォータロッドに隣接する部分以外の燃料棒すべてが、
少なくとも軸方向の一部に可燃性毒物入りペレットを装
填していることを特徴とする。According to a third aspect of the present invention, in a fuel assembly for a boiling water reactor having a plurality of fuel rods arranged in a square lattice and having a water rod through which water flows, a portion adjacent to the outermost peripheral portion and the water rod is provided. All fuel rods except for
At least a part of the pellet containing the burnable poison is loaded in the axial direction.
【００３７】ウォータロッドに隣接する燃料棒は、ウォ
ータロッドの外面からクオリティの低い（液相の多い）
冷却材の流れの一部が燃料棒表面に供給される。よっ
て、チャンネルボックスに隣接する燃料棒ほどではない
が、出力の割には沸騰遷移を起こし難く、可燃性毒物入
りペレットを装填する必要性はそれほど高くない。軸方
向の一部に可燃性毒物入りペレットを装填した燃料棒の
本数が減ることは、設計の簡素化、製造コストの低減に
つながる。The fuel rod adjacent to the water rod has a low quality (many liquid phase) from the outer surface of the water rod.
A portion of the coolant flow is supplied to the fuel rod surface. Thus, although not as strong as the fuel rods adjacent to the channel box, the transition is less likely to occur for the output, and the need to load burnable poison-containing pellets is not so high. Reducing the number of fuel rods loaded with burnable poison-containing pellets in a part of the axial direction leads to simplification of design and reduction of manufacturing cost.
【００３８】請求項４の発明は、多数の燃料棒を正方格
子状に配列するとともに水が流れるウォータロッドを有
する沸騰水型原子炉用の燃料集合体において、燃料棒が
その有効長において長尺燃料棒と短尺燃料棒の２種類に
分けられるとき、最外周部とウォータロッドに隣接する
部分以外の長尺燃料棒すべてが、少なくとも軸方向の一
部に可燃性毒物入りペレットを装填することを特徴とす
る。According to a fourth aspect of the present invention, in a fuel assembly for a boiling water reactor having a large number of fuel rods arranged in a square lattice and having a water rod through which water flows, the fuel rods are long in their effective length. When divided into two types, fuel rods and short fuel rods, all of the long fuel rods except for the outermost peripheral part and the part adjacent to the water rod must be loaded with burnable poison-containing pellets at least in part in the axial direction. Features.
【００３９】請求項５の発明は、多数の燃料棒を正方格
子状に配列した沸騰水型原子炉用の燃料集合体におい
て、水平断面における可燃性毒物入りペレットの存在す
る位置を基準として軸方向に領域分けをした場合、可燃
性毒物入りペレットが存在する領域のうち、第１の領域
で可燃性毒物入りペレットを装填している燃料棒は第２
の領域では可燃性毒物入りペレットを装填しておらず、
またその逆に第２の領域で可燃性毒物入りペレットを装
填している燃料棒は第１の領域では可燃性毒物入りペレ
ットを装填していないような２つの第１の領域、第２の
領域が存在することを特徴とする。According to a fifth aspect of the present invention, in a fuel assembly for a boiling water reactor in which a large number of fuel rods are arranged in a square lattice, an axial direction based on a position of a pellet containing a burnable poison in a horizontal cross section is referred to. In the case where the burnable poison-containing pellets are present, the fuel rods loaded with the burnable poison-containing pellets in the first region are in the second region.
Area does not have pellets containing burnable poisons,
Conversely, the fuel rods loaded with the burnable poison pellets in the second area are two first areas and the second area in which the burnable poison pellets are not loaded in the first area. Is present.
【００４０】第１の領域、第２の領域のそれぞれでは、
可燃性毒物入りペレットの出力は低く、他のペレットの
出力は高くなる。しかし、第１の領域と第２の領域で可
燃性毒物入りペレットの入った燃料棒が違っているた
め、燃料棒の全長にわたって出力を積算した場合は、極
端に低出力の燃料棒はなく、軸方向の一部に可燃性毒物
入りペレットの入った適度に出力の低い燃料棒が多数存
在することになる。これらの部分的に可燃性毒物入りペ
レットの入った燃料棒を、位置的に沸騰遷移が起こる可
能性の高い場所に配置することによって、燃料集合体の
限界出力を向上することができる。In each of the first area and the second area,
The output of burnable poisonous pellets is low and the output of other pellets is high. However, since the fuel rods containing the burnable poisonous pellets are different between the first area and the second area, when the output is integrated over the entire length of the fuel rod, there is no extremely low output fuel rod, There will be many fuel rods of moderately low power containing pellets containing burnable poison in a part of the axial direction. By arranging the fuel rods containing the partially burnable poisonous pellets at locations where boiling transitions are likely to occur, the critical power of the fuel assembly can be improved.
【００４１】請求項６の発明は、多数の燃料棒を正方格
子状に配列した沸騰水型原子炉用の燃料集合体におい
て、水平断面における可燃性毒物入りペレットの存在す
る位置を基準として軸方向に領域分けをした場合、可燃
性毒物入りペレットが存在する領域のうち、第１の領域
で可燃性毒物入りペレットを装填している燃料棒は外周
から２層目のコーナー位置にある場合を除いて第２の領
域では可燃性毒物入りペレットを装填していない。According to a sixth aspect of the present invention, in a fuel assembly for a boiling water reactor in which a large number of fuel rods are arranged in a square lattice, an axial direction based on a position of a pellet containing a burnable poison in a horizontal cross section is referred to. In the case where the burnable poison-containing pellets are present, the fuel rods loaded with the burnable poison-containing pellets in the first region are located at the corner positions of the second layer from the outer periphery. In the second area, no pellet containing a burnable poison is loaded.
【００４２】また、その逆に第２の領域で可燃性毒物入
りペレットを装填している燃料棒は外周から２層目のコ
ーナー位置にある場合を除いて第１の領域では可燃性毒
物入りペレットを装填していないような２つの第１およ
び第２の領域が存在することを特徴とする。On the contrary, the fuel rod loaded with the burnable poison pellets in the second area is in the first area except in the second layer corner position from the outer periphery. Characterized in that there are two first and second regions in which no is loaded.
【００４３】外周から２層目のコーナー位置は、チャン
ネルボックス外部の非沸騰水からの熱中性子の影響が、
燃料集合体最外周に次いで大きく、燃料棒の出力が高く
なりやすい。しかし、チャンネルボックスに隣接しては
いないので、チャンネルボックス内面を流れるクオリテ
ィの低い（液相の多い）冷却材の流れの供給はない。こ
のためこの位置は、沸騰遷移がもっとも起こりやすくな
っている。The corner position of the second layer from the outer periphery is affected by thermal neutrons from non-boiling water outside the channel box.
It is the second largest at the outermost periphery of the fuel assembly, and the output of the fuel rod tends to increase. However, since it is not adjacent to the channel box, there is no supply of a low quality (high liquid phase) coolant flow through the inner surface of the channel box. For this reason, this position is most likely to cause a boiling transition.
【００４４】そこで、この位置の燃料棒に限っては、第
１の領域でも第２の領域でも可燃性毒物入りペレットを
装填することを許容し出力を特に低くすることが、燃料
集合体の限界出力の点で有利となる。Therefore, for the fuel rod at this position only, it is necessary to allow the loading of the burnable poisonous pellets in both the first region and the second region and to make the output particularly low. This is advantageous in terms of output.
【００４５】請求項７の発明は、請求項６記載の燃料集
合体において、可燃性毒物入りペレットが存在する領域
では、外周から２層目のコーナー位置には必ず可燃性毒
物入りペレットが存在することを特徴とする。沸騰遷移
がもっとも起こりやすい、外周から２層目のコーナー位
置の燃料棒の出力を非常に低くすることができる。According to a seventh aspect of the present invention, in the fuel assembly according to the sixth aspect, in the area where the burnable poison-containing pellet is present, the burnable poison-containing pellet is always present at the corner position of the second layer from the outer periphery. It is characterized by the following. The output of the fuel rod at the corner position of the second layer from the outer periphery where the boiling transition is most likely to occur can be extremely low.
【００４６】請求項８の発明は、請求項５から７までの
いずれかに記載の燃料集合体において、第１の領域およ
び第２の領域の可燃性毒物入りペレットは、核分裂性物
質の濃度について前記各々の領域のペレット中最大では
ないことを特徴とする。可燃性毒物入りペレットの核分
裂性物質濃度を低い場合は、可燃性毒物が燃え尽きた後
でも出力が低くなり、請求項５から７までのいずれかの
発明による限界出力向上効果が可燃性毒物が燃え尽きた
後でも持続する。According to an eighth aspect of the present invention, in the fuel assembly according to any one of the fifth to seventh aspects, the burnable poison-containing pellets in the first region and the second region have a fissile substance concentration. It is not the largest among the pellets in each region. When the concentration of the fissile substance in the pellet containing the burnable poison is low, the output is low even after the burnable poison has burned out, and the marginal output improving effect according to any one of claims 5 to 7 is such that the burnable poison is burned out. It persists after
【００４７】請求項９の発明は、請求項５から８までの
いずれかの燃料集合体において、第１の領域は第２の領
域より上方に位置し、かつ第２の領域の上端は燃料集合
体軸方向中央より上方にあることを特徴とする。According to a ninth aspect of the present invention, in the fuel assembly according to any one of the fifth to eighth aspects, the first region is located above the second region, and the upper end of the second region is provided with the fuel assembly. It is characterized by being above the center in the body axis direction.
【００４８】沸騰遷移は燃料棒の上方ほど起こりやす
く、冷却材のクオリティが沸騰遷移を起こりやすさに大
きく影響する。冷却材は燃料棒に沿って流れてくるので
燃料棒の下方の出力が影響するが、隣接する燃料棒近傍
の冷却材の流れとの混合も起こっているので、燃料棒の
下方ほどその部分の出力が燃料棒表面の沸騰遷移の起こ
りやすさに与える影響は小さくなる。よって、第１の領
域、第２の領域が燃料集合体の下方にあるより、上方に
あるほうが、限界出力改善効果は大きくなる。Boiling transitions occur more easily above the fuel rods, and the quality of the coolant greatly affects the likelihood of boiling transitions. As the coolant flows along the fuel rods, the output below the fuel rods affects the flow.However, since the coolant is mixed with the flow of the coolant near the adjacent fuel rods, the lower the fuel rods, the lower the portion. The effect of power on the likelihood of boiling transition on the fuel rod surface is reduced. Therefore, the marginal power improvement effect is greater when the first and second regions are above the fuel assembly than below.
【００４９】[0049]
【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）図１および
図２により本発明に係る燃料集合体の第１の実施の形態
を説明する。本実施の形態に係る燃料集合体の構造は図
６（ａ）〜（ｃ），燃料棒の構造は図７（ａ），（ｂ）
で示したものと本質的に変るものではないので、これら
の説明は省略する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (First Embodiment) A first embodiment of a fuel assembly according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIGS. 6A to 6C show the structure of the fuel assembly according to the present embodiment, and FIGS. 7A and 7B show the structure of the fuel rod.
Since they are not essentially different from those shown in, these descriptions are omitted.
【００５０】図１（ａ），（ｂ）は本発明に係る燃料集
合体の第１の実施の形態を説明するための図で、図１
（ａ）はチャンネルボックス７内の燃料棒とウォータロ
ッドの配置を示した横断面図、図１（ｂ）は燃料棒内の
ペレットの軸方向分布図で、図１（ａ）は図８（ａ）に
対応し、図１（ｂ）は図８（ｂ）に対応し、図１中、図
８と同一部分には同一符号を付して重複する部分の説明
は省略する。FIGS. 1A and 1B are views for explaining a first embodiment of a fuel assembly according to the present invention.
FIG. 1A is a cross-sectional view showing the arrangement of fuel rods and water rods in the channel box 7, FIG. 1B is an axial distribution diagram of pellets in the fuel rods, and FIG. 1B corresponds to FIG. 1B, and FIG. 1B corresponds to FIG. 8B. In FIG. 1, the same parts as those in FIG.
【００５１】本実施の形態が従来例と異なる点は、図８
に示した従来の燃料集合体に比較して最高濃縮度のペレ
ットを装填した燃料棒Ｎ１の本数を16本減らし、かつほ
ぼ全長に渡ってガドリニア入りペレットを装填した燃料
棒Ｇを除去し、その代りに、それらの燃料棒に装填して
いるペレットを組合わせて部分的にガドリニア入りペレ
ットを装填した燃料棒Ｇ１とＧ２を16本ずつ設けたこと
にある。This embodiment is different from the conventional example in that FIG.
The number of the fuel rods N1 loaded with the pellets with the highest enrichment as compared with the conventional fuel assembly shown in (1) was reduced by 16 and the fuel rods G loaded with the gadolinia-containing pellets over almost the entire length were removed. Instead, 16 fuel rods G1 and G2 partially loaded with gadolinia-containing pellets are provided by combining the pellets loaded on the fuel rods.
【００５２】なお、その他の燃料棒Ｎ２〜Ｎ５とＶには
変更はない。本実施の形態の燃料集合体と従来の燃料集
合体は、燃料集合体平均のウラン235 濃縮度、使用して
いるガドリニアの量は全く同じである。The other fuel rods N2 to N5 and V are not changed. The fuel assembly of the present embodiment and the conventional fuel assembly have exactly the same fuel assembly average uranium-235 enrichment and the same amount of gadolinia used.
【００５３】ガドリニア入り長尺燃料棒Ｇ１，Ｇ２の水
平方向の位置を基準として図１の燃料集合体を軸方向に
領域分けをすると、４つの領域に分けられる。領域Ｉと
領域IIでのガドリニア入りペレットの配置が全く異な
り、ガドリニア入りペレットのウラン235 濃縮度は領域
Ｉ、領域IIにおいて最高ではないので、領域Ｉと領域II
は請求項５、８に記載した発明に係る燃料集合体の第１
の領域と第２の領域の関係にある。また、軸方向の位置
の観点から、領域Ｉは請求項９に記載した発明に係る燃
料集合体の第１の領域に対応し、領域IIは第２の領域に
対応する。When the fuel assembly of FIG. 1 is axially divided into regions based on the horizontal positions of the gadolinia-containing long fuel rods G1 and G2, the fuel assemblies are divided into four regions. The arrangement of the gadolinia-containing pellets in the regions I and II is completely different, and the uranium-235 enrichment of the gadolinia-containing pellets is not the highest in the regions I and II.
Is the first fuel assembly according to the fifth and eighth aspects of the invention.
And the second area. Further, from the viewpoint of the axial position, the region I corresponds to the first region of the fuel assembly according to the ninth aspect, and the region II corresponds to the second region.
【００５４】燃料集合体全体では部分的にガドリニア入
りペレットを装填した燃料棒が32本あり、最外周部とウ
ォータロッドに隣接する部分以外の長尺燃料棒すべてが
ガドリニア入りペレットを装填した燃料棒となってい
る。In the whole fuel assembly, there are 32 fuel rods partially loaded with gadolinia-containing pellets, and all of the long fuel rods except for the outermost peripheral portion and the portion adjacent to the water rod are fuel rods loaded with gadolinia-containing pellets. It has become.
【００５５】図２は、図１の燃料集合体の燃料棒の出力
を平均を１とした相対出力で表わしたものである。図２
（ａ）は燃焼度０のもの、図２（ｂ）はガドリニアが燃
え尽きた燃焼度のものである。図２（ａ），（ｂ）中○
で囲んだ部分はガドリニア入りペレットを装填したガド
リニア入り燃料棒である。図２を図10と比較すると、ガ
ドリニア入りペレットを装填した燃料棒32本の出力の低
下が適度であり、ガドリニアを含まない燃料棒と比べて
極端に出力が低下する現象が回避されていることがわか
る。FIG. 2 shows the output of the fuel rods of the fuel assembly shown in FIG. FIG.
2 (a) shows the case where the burnup is 0, and FIG. 2 (b) shows the case where the gadolinia is burned out. ○ in FIGS. 2 (a) and 2 (b)
The portion surrounded by is a gadolinia-containing fuel rod loaded with gadolinia-containing pellets. When FIG. 2 is compared with FIG. 10, the output of 32 fuel rods loaded with gadolinia-containing pellets is moderately reduced in output, and the phenomenon of extremely low output compared to fuel rods without gadolinia is avoided. I understand.
【００５６】最外周の燃料棒とウォータロッド２本に隣
接する燃料棒は、熱中性子の供給が多い位置にあり、ガ
ドリニア入りペレットを装填していないので出力が高い
が、チャンネルボックス内面やウォータロッド外面から
のクオリティの低い冷却材の供給があるため沸騰遷移は
起こりにくい。それ以外の燃料棒の出力の最大値を図２
と図10で比較すると、図２のほうが低くなっている。特
に燃焼度０の時点では効果が大きい。本実施の形態によ
れば、沸騰遷移の起こる可能性の高い位置の燃料棒の出
力の最大値を抑制することができ、燃料集合体の限界出
力が向上する。The outermost fuel rods and the fuel rods adjacent to the two water rods are located at a position where a large amount of thermal neutrons are supplied, and the output is high because no gadolinia-containing pellets are loaded. Boiling transition is unlikely to occur due to the supply of low quality coolant from the outside. Fig. 2 shows the maximum output of other fuel rods.
Compared with FIG. 10, FIG. 2 is lower. In particular, the effect is large at the time of the burnup of 0. According to the present embodiment, the maximum value of the output of the fuel rod at the position where the boiling transition is likely to occur can be suppressed, and the limit output of the fuel assembly is improved.
【００５７】（第２の実施の形態）つぎに図３（ａ），
（ｂ）により本発明に係る燃料集合体の第２の実施の形
態を説明する。図３（ａ）は燃料集合体内の燃料棒の配
置を示した横断面図、図３（ｂ）は燃料棒内の燃料ペレ
ットの軸方向分布を示す図である。(Second Embodiment) Next, FIG.
(B) A second embodiment of the fuel assembly according to the present invention will be described. FIG. 3A is a cross-sectional view showing an arrangement of fuel rods in a fuel assembly, and FIG. 3B is a view showing an axial distribution of fuel pellets in the fuel rod.
【００５８】本実施の形態に係る燃料集合体が、図１や
図８に示した燃料集合体と異なる点は、チャンネルボッ
クス７内に配列する短尺燃料棒Ｖの長さと位置が異なっ
ていることにある。すなわち、短尺燃料棒Ｖを最外周の
中央の（１，５）位置と最外周から３層目の（３，３）
位置およびこれらの対称位置に設け、短尺燃料棒Ｖは従
来例よりも短くなっている。The fuel assembly according to the present embodiment differs from the fuel assemblies shown in FIGS. 1 and 8 in that the length and position of the short fuel rods V arranged in the channel box 7 are different. It is in. That is, the short fuel rod V is positioned at the center (1, 5) of the outermost circumference and the third layer (3, 3) from the outermost circumference.
The short fuel rods V are shorter than in the conventional example.
【００５９】ガドリニア入り長尺燃料棒Ｇ１〜Ｇ３のう
ち外周から２層目のコーナー位置に配置される燃料棒Ｇ
１を除いた、燃料棒Ｇ２，Ｇ３の水平方向の位置を基準
として図３の燃料集合体を軸方向に領域分けをすると、
４つの領域に分けられる。領域Ｉと領域IIでのガドリニ
ア入り長尺燃料棒の配置は外周から２層目のコーナー位
置を除いて異なり、ガドリニア入り長尺燃料棒のウラン
235 濃縮度は領域Ｉ、領域IIにおいて最高ではないの
で、領域Ｉと領域IIは請求項６、８に記載した発明に係
る燃料集合体の第１の領域と第２の領域の関係にある。Of the long fuel rods G1 to G3 containing gadolinia, the fuel rod G arranged at the corner position of the second layer from the outer periphery
When the fuel assemblies in FIG. 3 are divided into regions in the axial direction based on the horizontal positions of the fuel rods G2 and G3 except for 1,
It is divided into four areas. The arrangement of gadolinia-containing long fuel rods in region I and region II is different except for the corner position of the second layer from the outer periphery.
Since the enrichment is not the highest in the regions I and II, the regions I and II are in a relationship between the first region and the second region of the fuel assembly according to the sixth and eighth aspects of the invention.
【００６０】また、軸方向の位置の観点から、領域Ｉは
請求項９に記載した発明に係る燃料集合体の第１の領域
に対応し、領域IIは第２の領域に対応する。ガドリニア
入りペレットのない上下端部を除いた領域では、外周か
ら２層目のコーナー位置の燃料棒はガドリニア入りペレ
ットを装填しているので、請求項７に記載した発明に係
る燃料集合体でもある。Further, from the viewpoint of the axial position, the region I corresponds to the first region of the fuel assembly according to the ninth aspect, and the region II corresponds to the second region. In the region except for the upper and lower ends where there is no gadolinia-containing pellet, since the fuel rods at the second corner positions from the outer periphery are loaded with gadolinia-containing pellets, the fuel rod according to the invention according to claim 7 is also provided. .
【００６１】ガドリニア入りペレットを装填したガドリ
ニア入り長尺燃料棒Ｇ１〜Ｇ３は３種類、計28本であ
り、最外周とウォータロッド６に隣接する部分を除く位
置の長尺燃料棒はすべてガドリニア入りペレットを装填
した燃料棒となっている。軸方向のほぼすべてにわたっ
てガドリニア入りペレットを装填した燃料棒Ｇ１は、外
周から２層目のコーナー位置に配置している。The gadolinia-containing pellets loaded with the gadolinia-containing pellets include three types of long fuel rods G1 to G3, totaling 28 pieces, and all the long fuel rods except for the outermost periphery and the portion adjacent to the water rod 6 contain gadolinia. It is a fuel rod loaded with pellets. The fuel rod G1 loaded with gadolinia-containing pellets almost entirely in the axial direction is arranged at the corner position of the second layer from the outer periphery.
【００６２】外周から２層目のコーナー位置は、チャン
ネルボックス７の外部の非沸騰水からの熱中性子の影響
が、燃料集合体最外周に次いで大きく、燃料棒の出力が
高くなりやすい。しかし、チャンネルボックス７に隣接
してはいないので、チャンネルボックス７の内面を流れ
るクオリティの低い（液相の多い）冷却材の流れの供給
はない。このためこの位置は、沸騰遷移が最も起こりや
すくなっている。At the corner position of the second layer from the outer periphery, the influence of thermal neutrons from the non-boiling water outside the channel box 7 is the second largest at the outermost periphery of the fuel assembly, and the output of the fuel rod tends to increase. However, since it is not adjacent to the channel box 7, there is no supply of a low quality (more liquid phase) coolant flow flowing through the inner surface of the channel box 7. For this reason, a boiling transition is most likely to occur at this position.
【００６３】本実施の形態では、沸騰遷移が最も起こり
やすい位置の長尺燃料棒に軸方向のほぼすべてにわたっ
てガドリニア入りペレットを装填して出力を特に低くし
ている。また、その次に沸騰遷移を起こしやすい位置の
長尺燃料棒には、軸方向の一部分にガドリニア入りペレ
ットを装填して出力をある程度下げている。このように
して、限界出力の観点から望ましい燃料棒出力分布を作
り出している。In this embodiment, the output is particularly reduced by loading gadolinia-containing pellets almost all in the axial direction on a long fuel rod at a position where boiling transition is most likely to occur. Further, the long fuel rod at a position where a boiling transition is likely to occur next is loaded with gadolinia-containing pellets in a part of the axial direction to reduce the output to some extent. In this way, a desirable fuel rod power distribution is created from the viewpoint of the limit power.
【００６４】（第３の実施の形態）つぎに図４（ａ），
（ｂ）により本発明に係る燃料集合体の第３の実施の形
態を説明する。図４（ａ）はチャンネルボックス７内の
燃料棒の配置を示した横断面図、図４（ｂ）は燃料棒内
の燃料ペレットの軸方向分布を示す図である。ウォータ
ロッド６は角筒状のものが１本であり、燃料棒は有効長
がすべて同じで72本ある。(Third Embodiment) Next, FIG.
(B) A third embodiment of the fuel assembly according to the present invention will be described. FIG. 4A is a cross-sectional view showing an arrangement of fuel rods in the channel box 7, and FIG. 4B is a view showing an axial distribution of fuel pellets in the fuel rods. The water rod 6 has a single rectangular cylindrical shape, and the fuel rods have the same effective length and all have 72 fuel rods.
【００６５】ガドリニア入り長尺燃料棒Ｇ１〜Ｇ３のう
ち外周から２層目のコーナー位置に配置される燃料棒Ｇ
１を除いた、燃料棒Ｇ２，Ｇ３の水平方向の位置を基準
としてこの燃料集合体を軸方向に領域分けをすると、４
つの領域に分けられる。Among the long fuel rods G1 to G3 containing gadolinia, the fuel rod G disposed at the corner position of the second layer from the outer periphery
When the fuel assemblies are divided into regions in the axial direction with reference to the horizontal positions of the fuel rods G2 and G3 except for 1,
Divided into two areas.
【００６６】領域Ｉと領域IIでのガドリニア入り長尺燃
料棒Ｇ１〜Ｇ３の配置は外周から２層目のコーナー位置
を除いて異なり、ガドリニア入り長尺燃料棒Ｇ１〜Ｇ３
のウラン235 濃縮度は領域Ｉ、領域IIにおいて最高では
ないので、領域Ｉと領域IIは請求項６、８に記載した発
明に係る燃料集合体の第１の領域と第２の領域の関係に
ある。The arrangement of the gadolinia-containing long fuel rods G1 to G3 in the regions I and II is different except for the corner position of the second layer from the outer periphery.
Since the enrichment of uranium 235 is not the highest in the regions I and II, the regions I and II are defined by the relationship between the first region and the second region of the fuel assembly according to claims 6 and 8. is there.
【００６７】また、軸方向の位置の観点から、領域Ｉは
請求項９に記載した発明に係る燃料集合体の第１の領域
に対応し、領域IIは第２の領域に対応する。ガドリニア
入りペレットのない上下端部を除いた領域では、外周か
ら２層目のコーナー位置の燃料棒はガドリニア入りペレ
ットを装填しているので、請求項７に記載された発明に
係る燃料集合体でもある。Further, from the viewpoint of the position in the axial direction, the region I corresponds to the first region of the fuel assembly according to the ninth aspect, and the region II corresponds to the second region. In the region except for the upper and lower ends where there is no gadolinia-containing pellet, since the fuel rods at the second corner positions from the outer periphery are loaded with gadolinia-containing pellets, the fuel assembly according to the invention described in claim 7 can be used. is there.
【００６８】最外周部とウォータロッド６に隣接する部
分以外にもガドリニア入りペレットを装填していない燃
料棒がある。これらの燃料棒についてはウラン235 濃縮
度が最高の燃料棒Ｎ１ではなく、やや濃縮度の低い燃料
棒Ｎ２を使用して、ある程度出力を下げている。In addition to the outermost peripheral portion and the portion adjacent to the water rod 6, there are fuel rods not loaded with gadolinia-containing pellets. The output of these fuel rods is reduced to some extent by using a fuel rod N2 with a slightly lower enrichment instead of the fuel rod N1 with the highest uranium 235 enrichment.
【００６９】本実施の形態によれば、軸方向のほぼすべ
てにわたってガドリニア入り長尺燃料棒Ｇ１、軸方向の
一部分にガドリニア入り長尺燃料棒Ｇ２とＧ３、ガドリ
ニア入りペレットは装填していないが濃縮度のやや低い
ガドリニアなし燃料棒Ｎ２を、最外周部とウォータロッ
ドに隣接する部分以外の位置に適宜配置して、限界出力
の観点から望ましい燃料棒出力分布を作り出すことがで
きる。According to the present embodiment, the gadolinia-containing long fuel rods G1 and G2 and G3, and gadolinia-containing pellets are not loaded but concentrated in a part of the axial direction. A slightly lower gadolinia-free fuel rod N2 can be appropriately disposed at a position other than the outermost peripheral portion and a portion adjacent to the water rod, and a desirable fuel rod output distribution can be created from the viewpoint of the limit output.
【００７０】（第４の実施の形態）つぎに図５（ａ），
（ｂ）により本発明に係る燃料集合体の第４の実施の形
態を説明する。(Fourth Embodiment) Next, FIG.
(B) A fourth embodiment of the fuel assembly according to the present invention will be described.
【００７１】図５（ａ）はチャンネルボックス７内の燃
料棒とウォータロッド６の配置を示した横断面図、図５
（ｂ）は燃料棒内の燃料ペレットの軸方向分布を示す図
である。図５（ａ），（ｂ）中、Ｎはガドリニアなし長
尺燃料棒、Ｇ１〜Ｇ３はガドリニア入り長尺燃料棒、Ｖ
Ｇはガドリニア入り短尺燃料棒である。燃料棒内ペレッ
トの核燃料物質としてはウランとプルトニウムを混合酸
化物（以下ＭＯＸ燃料と記す）のペレットとして装填し
ている。可燃性毒物はガドリニアである。プルトニウム
富化度やウラン235 濃縮度は、本実施の形態の説明に必
要ではないので、図５ではプルトニウム富化度やウラン
235 濃縮度でペレットや燃料棒を区別していない。FIG. 5A is a cross-sectional view showing the arrangement of the fuel rods and the water rods 6 in the channel box 7.
(B) is a diagram showing an axial distribution of fuel pellets in a fuel rod. 5A and 5B, N is a long fuel rod without gadolinia, G1 to G3 are long fuel rods with gadolinia, V
G is a short fuel rod containing gadolinia. Uranium and plutonium are loaded as pellets of mixed oxides (hereinafter referred to as MOX fuel) as nuclear fuel substances in the fuel rod pellets. The burnable poison is gadolinia. Since the plutonium enrichment and uranium-235 enrichment are not necessary for the description of the present embodiment, FIG.
235 Pellet and fuel rod are not distinguished by enrichment.
【００７２】ＭＯＸ燃料は、中性子スペクトルが硬くな
り、ガドリニウムの中性子吸収量が減り、無限増倍率の
低減効果が小さくなる特長がある。このため、ＭＯＸ燃
料ではガドリニア入りペレットの数を増加する必要があ
る。ガドリニウムの中性子吸収量が減少するわけである
から、ガドリニア入りペレット中のガドリニア濃度は低
くする。The MOX fuel is characterized in that the neutron spectrum is hardened, the neutron absorption of gadolinium is reduced, and the effect of reducing the infinite multiplication factor is reduced. Therefore, it is necessary to increase the number of gadolinia-containing pellets in the MOX fuel. Since the neutron absorption of gadolinium is reduced, the gadolinia concentration in the gadolinia-containing pellet is reduced.
【００７３】ガドリニア入り長尺燃料棒Ｇ１〜Ｇ３の水
平方向の位置を基準として、図５の燃料集合体を軸方向
に領域分けをすると、３つの領域に分けられる。領域Ｉ
での水平断面では66個所の燃料棒のうち22個所に、領域
IIでの水平断面では74個所の燃料棒のうち22個所に、領
域III での水平断面では66個所の燃料棒のうち14本個所
にガドリニア入りペレットを装填している。When the fuel assembly of FIG. 5 is divided into three regions based on the horizontal position of the long fuel rods G1 to G3 containing gadolinia, the fuel assembly is divided into three regions. Area I
In a horizontal section at 22 of the 66 fuel rods,
The gadolinia-containing pellets are loaded in 22 of the 74 fuel rods in the horizontal cross section in II and in 14 of the 66 fuel rods in the horizontal cross section in region III.
【００７４】軸方向の少なくとも一部にガドリニア入り
ペレットを装填した燃料棒は42本であるが、軸方向のほ
ぼ全長にガドリニア入りペレットを装填した長尺燃料棒
に換算すると約22本でありウラン燃料の場合より多いこ
とがわかる。There are 42 fuel rods loaded with gadolinia-containing pellets at least partially in the axial direction, but when converted to long fuel rods loaded with gadolinia-containing pellets over substantially the entire length in the axial direction, about 22 fuel rods are obtained. It turns out that there is more than the case of fuel.
【００７５】本実施の形態によれば、最外周部以外のす
べての燃料棒の軸方向の少なくとも一部にガドリニア入
りペレットを装填することにより、必要なガドリニア入
り燃料棒本数の多いＭＯＸ燃料でも、適切な燃料棒出力
分布よる限界出力の向上を図ることができる。According to the present embodiment, the gadolinia-containing pellets are loaded at least partially in the axial direction of all the fuel rods other than the outermost peripheral portion, so that even the MOX fuel having a large number of gadolinia-containing fuel rods can be used. It is possible to improve the limit power by appropriate fuel rod power distribution.
【００７６】[0076]
【発明の効果】本発明によれば、多数本の燃料棒の出力
を平均化して、特定の燃料棒の沸騰遷移が高くなること
によって生じる限界出力の低下を防止して、限界出力特
性の高い燃料集合体を提供することができる。According to the present invention, the outputs of a large number of fuel rods are averaged to prevent a decrease in the critical output caused by an increase in the boiling transition of a specific fuel rod, thereby improving the critical power characteristic. A fuel assembly can be provided.
【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]
【図１】（ａ）は本発明に係る燃料集合体の第１の実施
の形態の燃料棒配置図、（ｂ）は（ａ）における燃料棒
内の燃料ペレットの軸方向分布図。FIG. 1A is a fuel rod arrangement diagram of a first embodiment of a fuel assembly according to the present invention, and FIG. 1B is an axial distribution diagram of fuel pellets in the fuel rod in FIG.
【図２】（ａ）は図１の燃料集合体における燃料棒の燃
焼度０の場合の相対出力図、（ｂ）はガドリニアが燃え
尽きた燃焼度の場合の相対出力図。2 (a) is a relative output diagram when the burnup of the fuel rods in the fuel assembly of FIG. 1 is 0, and FIG. 2 (b) is a relative output diagram when the gadolinia is burned out.
【図３】（ａ）は本発明に係る燃料集合体の第２の実施
の形態の燃料棒配置図、（ｂ）は（ａ）における燃料棒
内の燃料ペレットの軸方向分布図。3A is a fuel rod arrangement diagram of a fuel assembly according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 3B is an axial distribution diagram of fuel pellets in the fuel rod in FIG.
【図４】（ａ）は本発明に係る燃料集合体の第３の実施
の形態の燃料棒配置図、（ｂ）は（ａ）における燃料棒
内の燃料ペレットの軸方向分布図。4A is a fuel rod arrangement diagram of a fuel assembly according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 4B is an axial distribution diagram of fuel pellets in the fuel rod in FIG.
【図５】（ａ）は本発明に係る燃料集合体の第４の実施
の形態の燃料棒配置図、（ｂ）は（ａ）における燃料棒
内の燃料ペレットの軸方向分布図。5A is a fuel rod arrangement diagram of a fourth embodiment of a fuel assembly according to the present invention, and FIG. 5B is an axial distribution diagram of fuel pellets in the fuel rod in FIG.
【図６】（ａ）は従来の沸騰水型原子炉用燃料集合体の
一例を一部切り欠いて示す縦断面図、（ｂ）は（ａ）に
おけるＢ−Ｂ矢視断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＣ−
Ｃ矢視断面図。6A is a longitudinal sectional view showing an example of a conventional fuel assembly for a boiling water reactor with a part cut away, FIG. 6B is a sectional view taken along the line BB in FIG. 6A, and FIG. ) Is C- in (a).
C arrow sectional drawing.
【図７】（ａ）は図６における燃料集合体の長尺燃料棒
を一部断面で示す立体図、（ｂ）は同じく短尺燃料棒を
一部断面で示す立体図。7 (a) is a three-dimensional view partially showing a long fuel rod of the fuel assembly in FIG. 6, and FIG. 7 (b) is a three-dimensional view partially showing a short fuel rod similarly.
【図８】（ａ）は従来の燃料集合体の燃料棒配置図、
（ｂ）は（ａ）における燃料棒内の燃料ペレットの軸方
向分布図。FIG. 8A is a fuel rod arrangement diagram of a conventional fuel assembly,
(B) is an axial distribution diagram of fuel pellets in the fuel rod in (a).
【図９】図８における燃料棒の可燃性毒物の無限増倍率
への影響を示す特性図。FIG. 9 is a characteristic diagram showing the effect of the burnable poison of the fuel rod on the infinite multiplication factor in FIG. 8;
【図１０】（ａ）は従来の燃料集合体の燃料棒の燃焼度
０の場合の相対出力図、（ｂ）はガドリニアが燃え尽き
た燃焼度の場合を示す相対出力図。FIG. 10 (a) is a relative output diagram when the burnup of a fuel rod of a conventional fuel assembly is 0, and FIG. 10 (b) is a relative output diagram showing a case where the gadolinia is burned out.
１…燃料集合体、２…長尺燃料棒、３…短尺燃料棒、４
…上部タイプレート、５…下部タイプレート、６…ウォ
ータロッド、７…チャンネルボックス、８…スペーサ、
９…外部スプリング、10…燃料ペレット、11…被覆管、
12…上部端栓、13…下部端栓、14…プレナム、15…スプ
リング。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel assembly, 2 ... Long fuel rod, 3 ... Short fuel rod, 4
... upper tie plate, 5 ... lower tie plate, 6 ... water rod, 7 ... channel box, 8 ... spacer,
9 ... external spring, 10 ... fuel pellet, 11 ... cladding tube,
12 ... upper end plug, 13 ... lower end plug, 14 ... plenum, 15 ... spring.
Claims (9)
沸騰水型原子炉用燃料集合体において、前記多数本の燃
料棒で最外周部以外のすべての燃料棒には被覆管内に少
なくとも軸方向の一部に可燃性毒物入りペレットを装填
してなることを特徴とする燃料集合体。In a fuel assembly for a boiling water reactor in which a large number of fuel rods are arranged in a square lattice, at least all the fuel rods except for the outermost peripheral portion of the large number of fuel rods have at least a cladding tube. A fuel assembly comprising a pellet containing a burnable poison in a part thereof in an axial direction.
沸騰水型原子炉用燃料集合体において、前記多数本の燃
料棒はその有効長において長尺燃料棒と短尺燃料棒の２
種類に区分され、最外周部以外のすべての長尺燃料棒は
被覆管内に少なくとも軸方向の一部に可燃性毒物入りペ
レットを装填してなることを特徴とする燃料集合体。2. A boiling water reactor fuel assembly in which a large number of fuel rods are arranged in a square lattice, wherein said large number of fuel rods have an effective length of a long fuel rod and a short fuel rod.
A fuel assembly, characterized in that all the long fuel rods except for the outermost peripheral portion are loaded with burnable poison-containing pellets at least partially in the axial direction in the cladding tube.
が流れるウォータロッドを有する沸騰水型原子炉用燃料
集合体において、最外周部とウォータロッドに隣接する
部分以外のすべての前記燃料棒は少なくとも軸方向の一
部に可燃性毒物入りペレットを装填してなることを特徴
とする燃料集合体。3. A boiling water reactor fuel assembly having a water rod through which a number of fuel rods are arranged in a square lattice and through which water flows, wherein all the fuel cells except for the outermost peripheral part and the part adjacent to the water rod are provided. A fuel assembly comprising a fuel rod and a burnable poison-containing pellet loaded at least partially in the axial direction.
が流れるウォータロッドを有する沸騰水型原子炉用燃料
集合体において、前記多数本の燃料棒はその有効長にお
いて長尺燃料棒と短尺燃料棒の２種類に区分されてお
り、最外周部と前記ウォータロッドに隣接する部分以外
のすべての前記長尺燃料棒は少なくとも軸方向の一部に
可燃性毒物入りペレットを装填してなることを特徴とす
る燃料集合体。4. A boiling water reactor fuel assembly having a water rod through which a number of fuel rods are arranged in a square lattice and in which water flows, wherein the number of fuel rods is long in its effective length. All of the long fuel rods except for the outermost peripheral portion and the portion adjacent to the water rod are loaded with burnable poison-containing pellets at least in a part of the axial direction. A fuel assembly, comprising:
沸騰水型原子炉用燃料集合体において、水平断面におけ
る可燃性毒物入り燃料棒の存在する位置を基準として軸
方向に領域分けをした場合、前記可燃性毒物入り燃料棒
が存在する領域のうち、第１の領域で可燃性毒物入りペ
レットを装填している燃料棒は第２の領域では可燃性毒
物入りペレットを装填しておらず、またその逆に前記第
２の領域で可燃性毒物入りペレットを装填している燃料
棒は前記第１の領域では可燃性毒物入りペレットを装填
していないような２つの第１の領域および第２の領域が
存在することを特徴とする燃料集合体。5. A fuel assembly for a boiling water reactor in which a large number of fuel rods are arranged in a square lattice, the regions are divided in the axial direction based on the position of the burnable poison-containing fuel rods in a horizontal cross section. In this case, among the regions where the burnable poison-containing fuel rods exist, the fuel rods in which the burnable poison-containing pellets are loaded in the first region are loaded with the burnable poison-containing pellets in the second region. And vice versa, the fuel rods loaded with burnable poison pellets in the second region have two first regions and no burnable poison pellets loaded in the first region; A fuel assembly, wherein a second region is present.
沸騰水型原子炉用燃料集合体において、水平断面におけ
る可燃性毒物入り燃料棒の存在する位置を基準として軸
方向に領域分けをした場合、前記可燃性毒物入り燃料棒
が存在する領域のうち、第１の領域で可燃性毒物入りペ
レットを装填している燃料棒は外周から２層目のコーナ
ー位置にある場合を除いて第２の領域では可燃性毒物入
りペレットを装填しておらず、またその逆に第２の領域
で可燃性毒物入りペレットを装填している燃料棒は外周
から２層目のコーナー位置にある場合を除いて第１の領
域では可燃性毒物入りペレットを装填しない２つの第１
および第２の領域が存在することを特徴とする燃料集合
体。6. A fuel assembly for a boiling water reactor in which a large number of fuel rods are arranged in a square lattice, wherein a region is divided in an axial direction based on a position where a burnable poison-containing fuel rod exists in a horizontal section. In the case where the fuel rod containing the burnable poison is present in the first area, the fuel rod loaded with the burnable poison-containing pellet in the first area, except for the case where the fuel rod containing the burnable poison is located at the corner position of the second layer from the outer periphery, In the second area, the fuel rod containing the burnable poisonous pellet is not loaded in the second area, and conversely, the fuel rod loaded with the burnable poisonous pellet in the second area is located at the corner position of the second layer from the outer periphery. Except in the first area, two first unloaded pellets containing burnable poisons
And a second region.
域では、外周から２層目のコーナー位置には必ず可燃性
毒物入りペレットが存在することを特徴とする請求項６
記載の燃料集合体。7. A pellet containing a burnable poison is always present at a corner position of a second layer from the outer periphery in a region where the burnable poison-containing fuel rod is present.
The fuel assembly as described.
性毒物入り燃料棒のペレットは、核分裂性物質の濃度に
ついてそれぞれ前記領域の燃料棒のペレット中最大では
ないことを特徴とする請求項５ないし７記載の燃料集合
体。8. The fuel rod pellets of the first region and the second region containing burnable poisons are not the largest in the concentration of fissile material among the fuel rod pellets of the region. Item 8. The fuel assembly according to any one of Items 5 to 7.
方に位置し、かつ前記第２の領域の上端は燃料集合体の
軸方向中央より上方にあることを特徴とする請求項５な
いし８記載の燃料集合体。9. The fuel cell system according to claim 5, wherein the first region is located above the second region, and an upper end of the second region is located above an axial center of the fuel assembly. 9. The fuel assembly according to claim 8, wherein
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