JP2001272489A - Fuel assembly - Google Patents

Fuel assembly

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JP2001272489A
JP2001272489A JP2001065914A JP2001065914A JP2001272489A JP 2001272489 A JP2001272489 A JP 2001272489A JP 2001065914 A JP2001065914 A JP 2001065914A JP 2001065914 A JP2001065914 A JP 2001065914A JP 2001272489 A JP2001272489 A JP 2001272489A
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JP
Japan
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fuel
gadolinia
rods
fuel assembly
enrichment
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Application number
JP2001065914A
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Japanese (ja)
Inventor
Katsumasa Haikawa
勝正 配川
Akihiro Yamanaka
章広 山中
Akiko Kanda
亜紀子 神田
Tadao Aoyama
肇男 青山
Yoko Yuji
洋子 湯地
Junichi Yamashita
淳一 山下
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel assembly used in an initial loading core with raised average enrichment for higher burnup which is capable of ensuring thermal margin, properly suppressing excess reactivity and improving fuel economy. SOLUTION: In the middle of a fuel assembly of 9×9 fuel rod array, a water rod or a water box is arranged, fuel rods with Gd are arranged in positions except the outermost regions and the fuel assembly is separated with the diagonal into a channel fastener side region and an anti-channel fastener side region. In this case, more than 10 fuel rods with Gd are arranged in the anti-channel fastener side region and so the number of fuel rods with Gd existing in the anti-channel fastener side region is equal to or more than 3 compared with the number existing in the channel fastener side region.

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と略す)の初装荷炉心に装荷される燃料
集合体に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel assembly to be loaded in an initially loaded core of a boiling water reactor (hereinafter, abbreviated as BWR).

【0002】[0002]

【従来の技術】原子炉は、中性子が核分裂性物質に吸収
されて核分裂が起こり、その際にエネルギーとともに放
出される中性子が次の核分裂を引き起こすという連鎖反
応により、エネルギーを出し続けている。この連鎖反応
が平衡にある状態を臨界といい、一定の出力で運転され
る原子炉はこの状態を保ち続けている。また、連鎖反応
が増大していく状態を臨界超過といい、逆に減少してい
く状態を未臨界という。
2. Description of the Related Art Reactors continue to emit energy through a chain reaction in which neutrons are absorbed by fissile material to cause fission, and neutrons released with energy cause the next fission. The state in which this chain reaction is in equilibrium is called critical, and a reactor operated at a constant output keeps this state. A state in which the chain reaction increases is called supercritical, and a state in which the chain reaction decreases decreases is called subcritical.

【0003】原子炉は一定の期間にわたって燃料の補給
なしに運転し続けねばならないために、炉心内には臨界
維持に必要な量よりも多い核分裂性物質が装荷されてい
る。従って、原子炉は制御材なしには臨界超過になる。
この超過した反応度を余剰反応度といい、余剰反応度を
運転期間を通じて適切に制御することが重要になる。余
剰反応度を運転期間を通じて制御する技術としては、可
燃性毒物を燃料中に混入するものがよく知られている。
可燃性毒物とは、運転期間を通じて徐々に燃焼しその物
質量が減少していく中性子吸収材のことで、核燃料物質
に混ぜて使用されるガドリニアなどが知られている。
[0003] Since the nuclear reactor must continue to operate without refueling for a certain period of time, the core is loaded with more fissile material than is necessary for maintaining criticality. Thus, the reactor will be supercritical without control materials.
The excess reactivity is referred to as excess reactivity, and it is important to appropriately control the excess reactivity throughout the operation period. As a technique for controlling the excess reactivity throughout the operation period, a technique of mixing a burnable poison into fuel is well known.
The burnable poison is a neutron absorbing material that gradually burns during the operation period and its amount decreases, and gadolinia and the like used in combination with a nuclear fuel material are known.

【0004】次に、可燃性毒物の反応度抑制の様子を図
を用いて説明する。図22に可燃性毒物の一種であるガ
ドリニアを混入した燃料集合体の無限増倍率の燃焼度変
化の一例を示す。一般に、可燃性毒物が混入している燃
料棒の本数が増加すれば、燃焼初期での無限増倍率が低
下する。また、混入する可燃性毒物の濃度を増加させれ
ば、ガドリニアの燃え尽きる時期を遅らせることがで
き、その結果無限増倍率の最大値を抑えることが可能に
なる。この効果を用いることで、可燃性毒物の混入濃度
とそれが混入した燃料棒の本数の組み合わせにより、余
剰反応度を適切に制御することが可能となっている。
Next, the manner of suppressing the reactivity of the burnable poison will be described with reference to the drawings. FIG. 22 shows an example of an infinite multiplication factor burnup change of a fuel assembly containing gadolinia, which is a kind of burnable poison. In general, if the number of fuel rods containing burnable poisons increases, the infinite multiplication factor at the beginning of combustion decreases. In addition, if the concentration of the burnable poison to be mixed is increased, the gadolinia burnout time can be delayed, and as a result, the maximum value of the infinite multiplication factor can be suppressed. By using this effect, the excess reactivity can be appropriately controlled by a combination of the concentration of the burnable poison and the number of fuel rods into which the burnable poison is mixed.

【0005】次に、原子炉の初装荷炉心の燃料経済性向
上について説明する。初装荷炉心では、装荷された燃料
集合体の一部が第1サイクルの運転終了後に取り出さ
れ、新しい取替燃料集合体と交換される。第1サイクル
で取り出される燃料集合体は他の燃料集合体に比べて燃
焼度が低く、発生エネルギーが少ない。そこで、核分裂
性物質の有効活用を図るために、炉内滞在期間に応じて
ウラン濃縮度を変えた複数の燃料集合体を用いる初装荷
炉心が知られている。
Next, the improvement in fuel economy of the initially loaded core of the nuclear reactor will be described. In the first loaded core, a part of the loaded fuel assembly is removed after the operation of the first cycle is completed, and is replaced with a new replacement fuel assembly. The fuel assemblies taken out in the first cycle have lower burnup and lower energy generation than other fuel assemblies. Therefore, in order to effectively utilize the fissile material, an initially loaded core using a plurality of fuel assemblies in which the uranium enrichment is changed according to the staying time in the reactor is known.

【0006】従来の初装荷炉心としては、特開平5−2
49270号公報に、燃料集合体平均濃縮度が3.4%
の高濃縮度燃料集合体(以下、高濃縮度燃料という)、
2.3%の中濃縮度燃料集合体(以下、中濃縮度燃料と
いう)及び1.1% の低濃縮度燃料集合体(以下、低濃
縮度燃料という)の3種類で構成した炉心が記載されて
いる。また、核分裂性物質の有効活用のために、濃縮度
の低い燃料集合体ほど早い時期に炉心から取り出し、濃
縮度の高い燃料集合体ほど長い間炉心に装荷することが
記載されている。
[0006] As a conventional initially loaded core, Japanese Patent Laid-Open Publication No.
No. 49270 discloses that the average enrichment of a fuel assembly is 3.4%.
High-enrichment fuel assembly (hereinafter referred to as high-enrichment fuel),
The core consists of three types: 2.3% medium enriched fuel assembly (hereinafter referred to as medium enriched fuel) and 1.1% low enriched fuel assembly (hereinafter referred to as low enriched fuel). Have been. Further, in order to effectively utilize fissile material, it is described that a fuel assembly with a low enrichment is taken out of the core earlier, and a fuel assembly with a high enrichment is loaded into the core for a longer time.

【0007】初装荷炉心の取出燃焼度を更に高めるため
には、炉心の平均濃縮度をより一層高めて燃料集合体の
炉内滞在期間をより長くする必要がある。このため、前
述したように平均濃縮度の異なる多種類の燃料集合体を
組み合わせて初装荷炉心を構成する場合には、燃料集合
体間の濃縮度差が大きくなり、高濃縮度燃料と低濃縮度
燃料との核特性の差が大きくなっている。このような核
特性の差が大きい燃料集合体が隣接する場合、各燃料集
合体の中性子スペクトルが異なることから中性子のやり
とりが生じる。この結果、燃焼初期において、最大線出
力密度及び最小限界出力比が厳しくなり、熱的余裕の改
善が課題とされていた。
[0007] In order to further increase the discharge burnup of the initially loaded core, it is necessary to further increase the average enrichment of the core and prolong the residence time of the fuel assembly in the reactor. For this reason, as described above, when the initial loading core is configured by combining various types of fuel assemblies having different average enrichments, the enrichment difference between the fuel assemblies increases, and the high enrichment fuel and the low enrichment The difference in nuclear properties with fuel has increased. When fuel assemblies having such a large difference in nuclear properties are adjacent to each other, neutron exchange occurs because the neutron spectrum of each fuel assembly is different. As a result, the maximum linear power density and the minimum critical power ratio become severe in the early stage of combustion, and it has been a problem to improve the thermal margin.

【0008】熱的余裕を改善するという観点から、従来
は、ガドリニア入り燃料棒(以下、ガドリニア棒とい
う)を、燃料集合体の横断面においてできるだけ対称に
配置している。ガドリニア棒の本数は、前述したように
炉心の余剰反応度を適切に制御するという観点から決定
されるので、必ずしも2の倍数や4の倍数になるとは限
らない。そのため、燃料集合体の格子配列の中に完全に
対称な配置とはならない。燃料集合体内における従来の
ガドリニア棒の配置の1例を図23に示す。この場合、
9×9(9行9列)の正方格子状に配置された燃料棒の
うち、ガドリニア棒12は13本であり、正方形の4辺
に完全に対称に配置することはできないが、可能な限り
対称性を保っている。
Conventionally, gadolinia-containing fuel rods (hereinafter referred to as gadolinia rods) are arranged as symmetrically as possible in the cross section of the fuel assembly from the viewpoint of improving the thermal margin. Since the number of gadolinia rods is determined from the viewpoint of appropriately controlling the excess reactivity of the core as described above, it is not always a multiple of 2 or a multiple of 4. Therefore, the fuel assembly does not have a completely symmetrical arrangement in the lattice arrangement. FIG. 23 shows an example of a conventional arrangement of gadolinia rods in a fuel assembly. in this case,
Of the fuel rods arranged in a 9 × 9 (9 rows × 9 columns) square lattice, the number of the gadolinia rods 12 is thirteen, and they cannot be arranged completely symmetrically on the four sides of the square. Maintains symmetry.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】初装荷炉心の高燃焼度
化を目指し炉心の平均濃縮度を高くすると、余剰反応度
が高くなり制御棒を数多く炉心内に挿入する必要が生じ
る。そのため、径方向ピーキングが高くなり、熱的余裕
が減少する。また、燃料集合体間の核特性の差によって
も熱的余裕が小さくなる。
If the average enrichment of the core is increased with the aim of increasing the burnup of the initially loaded core, the excess reactivity will increase and it will be necessary to insert many control rods into the core. Therefore, the radial peaking is increased, and the thermal margin is reduced. Also, the thermal margin is reduced due to the difference in nuclear properties between the fuel assemblies.

【0010】本発明の目的は、高燃焼度化のために平均
濃縮度を高めた初装荷炉心において、熱的余裕を確保し
つつ余剰反応度を適切に抑制でき、燃料経済性を向上で
きる初装荷炉心に用いるための燃料集合体を提供するこ
とである。
[0010] It is an object of the present invention to provide an initially loaded core having an increased average enrichment for higher burnup, which can appropriately suppress excess reactivity while securing a thermal margin, thereby improving fuel economy. It is to provide a fuel assembly for use in a loaded core.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記効果を得るための本
発明による初装荷炉心は、横断面の外形が実質的に正方
形をなし平均濃縮度が異なる複数の燃料集合体と、横断
面が十字形の複数の制御棒とを備え、平均濃縮度が最も
低い低濃縮度燃料集合体1体及び該低濃縮度燃料集合体
より平均濃縮度が高い燃料集合体3体を正方形状に配置
し、該正方形状の4つの角に前記制御棒を1個ずつ配置
して単位装荷パターンを構成し、複数の該単位装荷パタ
ーンを炉心の中央領域に設け、該複数の単位装荷パター
ンは、4つの単位装荷パターンの各々の低濃縮度燃料集
合体が互いに隣接して正方形状のコントロールセルを構
成するように配置され、前記低濃縮度燃料集合体より平
均濃縮度が高い燃料集合体をその対角線で制御棒側領域
と反制御棒側領域に領域分けした場合、反制御棒側領域
内に存在するガドリニア入り燃料棒の数を、制御棒側領
域内に存在するガドリニア入り燃料棒の数より3本以上
多くする。
In order to obtain the above-mentioned effects, an initially loaded core according to the present invention comprises a plurality of fuel assemblies having a substantially square cross section and different average enrichments, and a plurality of fuel assemblies having a different cross section. A plurality of control rods in the shape of a letter, and one low enrichment fuel assembly having the lowest average enrichment and three fuel assemblies having an average enrichment higher than the low enrichment fuel assembly are arranged in a square, The control rods are arranged one at each of the four corners of the square to form a unit loading pattern, a plurality of the unit loading patterns are provided in a central region of the core, and the plurality of unit loading patterns are divided into four units. Each of the low-enrichment fuel assemblies in the loading pattern is arranged adjacent to each other to form a square control cell, and a fuel assembly having an average enrichment higher than the low-enrichment fuel assembly is controlled by its diagonal. Rod side area and anti-control rod side area If you divided into regions, the number of gadolinia containing fuel rods present in the counter-control rod side area, is from three or more number the number of gadolinia containing fuel rods present in the control rod side area.

【0012】この初装荷炉心に用いる本発明による燃料
集合体は、9行9列の正方格子状に配置された複数の燃
料棒と、該複数の燃料棒を上部及び下部で支持する上部
タイプレート及び下部タイプレートと、前記上部タイプ
レートの1つのコーナー部に取り付けられたチャンネル
ファスナと、内部を冷却水が流れるウォータロッド又は
ウォータボックスとを備え、前記ウォータロッド又は前
記ウォータボックスは前記燃料集合体の中央部に配置さ
れ、前記複数の燃料棒はガドリニア入り燃料棒を含み、
該ガドリニア入り燃料棒は前記燃料集合体の最外周を除
いた位置に配置され、前記燃料集合体をその対角線でチ
ャンネルファスナ側領域と反チャンネルファスナ側領域
に領域分けした場合、前記ガドリニア入り燃料棒が反チ
ャンネルファスナ側領域内に10本以上配置されてお
り、反チャンネルファスナ側領域内に存在するガドリニ
ア入り燃料棒の数が、チャンネルファスナ側領域内に存
在するガドリニア入り燃料棒の数より3本以上多い。
A fuel assembly according to the present invention used for the first loaded core includes a plurality of fuel rods arranged in a 9 × 9 square lattice, and an upper tie plate supporting the plurality of fuel rods at an upper portion and a lower portion. And a lower tie plate, a channel fastener attached to one corner of the upper tie plate, and a water rod or water box through which cooling water flows, wherein the water rod or the water box is the fuel assembly. Wherein the plurality of fuel rods include gadolinia-filled fuel rods,
The gadolinia-containing fuel rod is disposed at a position excluding the outermost periphery of the fuel assembly, and the fuel assembly is divided into a channel fastener side region and an anti-channel fastener side region by a diagonal line. Are arranged in the anti-channel fastener side area, and the number of gadolinia-containing fuel rods present in the anti-channel fastener side area is three more than the number of gadolinia-containing fuel rods present in the channel fastener side area. More.

【0013】本発明の初装荷炉心によれば、炉心の中央
領域において、複数の単位装荷パターンは、4つの単位
装荷パターンが各々の低濃縮度燃料集合体側の角に対し
て回転対称となるように配置されることにより、中央領
域の装荷パターンをほぼ均一にできるので、径方向のピ
ーキングを低減できる。この場合、中央領域を単位装荷
パターン1種類で構成できるので、炉心構成を極めて簡
単にできる。
According to the initially loaded core of the present invention, in the central region of the core, the plurality of unit loading patterns are such that the four unit loading patterns are rotationally symmetric with respect to each corner on the side of the low enrichment fuel assembly. , The loading pattern in the central region can be made substantially uniform, so that peaking in the radial direction can be reduced. In this case, the central region can be configured with one type of unit loading pattern, so that the core configuration can be extremely simplified.

【0014】本発明による径方向ピーキングの低減効果
を見るために、後述する図1に示す本発明による初装荷
炉心と、特開平5−249270号公報に記載された初
装荷炉心(従来例)の径方向ピーキング係数の燃焼変化
を比較した結果を図5に示す。同図から、本発明により
従来例に比べて径方向ピーキングを著しく低減し、熱的
余裕を増加できることが判る。
In order to see the effect of reducing the peaking in the radial direction according to the present invention, an initial loading core according to the present invention shown in FIG. 1 to be described later and an initial loading core described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-249270 (conventional example). FIG. 5 shows the results of comparing the combustion changes in the radial peaking coefficient. It can be seen from the figure that the present invention can significantly reduce the radial peaking and increase the thermal margin as compared with the conventional example.

【0015】また、熱的余裕という観点では、初装荷炉
心において熱的余裕が厳しくなるのは炉心の高出力部に
位置する燃料集合体である。図6の比較例に示すよう
に、低濃縮度燃料8と高濃縮度燃料9aが隣接する場合
には、これらの燃料間で中性子の出入りが発生する。こ
のため、高濃縮度燃料9a内の燃料棒のうち、低濃縮度
燃料8に隣接した最外周の燃料棒は、低濃縮度燃料8か
らの熱中性子束の流入により、図7に示すように燃料棒
出力が高くなる。
Further, from the viewpoint of thermal margin, the fuel assemblies located in the high-power portion of the reactor core have a severe thermal margin in the initially loaded core. As shown in the comparative example of FIG. 6, when the low-enrichment fuel 8 and the high-enrichment fuel 9a are adjacent, neutrons enter and exit between these fuels. Therefore, of the fuel rods in the high-enrichment fuel 9a, the outermost fuel rods adjacent to the low-enrichment fuel 8 due to the influx of the thermal neutron flux from the low-enrichment fuel 8 as shown in FIG. Fuel rod output increases.

【0016】これに対して、本発明では、後述する図2
に示すように、高濃縮度燃料9において、ガドリニア棒
12を燃料集合体の反制御棒側に集中的に配置している
ので、反制御棒側の出力は低く抑えられる。即ち、高濃
縮度燃料9内の燃料棒のうち、低濃縮度燃料8に隣接し
た最外周の燃料棒の出力を低下させることができる。こ
の場合も、低濃縮度燃料8からの熱中性子束の流入によ
って燃料棒出力は高くなるが、燃料集合体全体として
は、図6の比較例に比べて燃料棒出力を平坦化すること
ができる。この平坦化の様子を図8に示す。このような
燃料棒出力の平坦化も、熱的余裕を増加させることに寄
与する。
On the other hand, in the present invention, FIG.
As shown in (2), in the highly enriched fuel 9, the gadolinia rods 12 are arranged intensively on the non-control rod side of the fuel assembly, so that the output on the non-control rod side can be suppressed low. That is, the output of the outermost fuel rods adjacent to the low-enrichment fuel 8 among the fuel rods in the high-enrichment fuel 9 can be reduced. In this case as well, the fuel rod output increases due to the influx of the thermal neutron flux from the low enrichment fuel 8, but the fuel rod output of the entire fuel assembly can be flattened as compared with the comparative example of FIG. . FIG. 8 shows this flattening. Such flattening of the fuel rod output also contributes to increasing the thermal margin.

【0017】図9は、燃料集合体内のガドリニア棒の位
置を変え、反制御棒側領域のガドリニア棒の本数n1
と、制御棒側領域のガドリニア棒の本数n2 との差n1
−n2(以下、ガドリニア棒本数差という)を横軸に、
燃料棒出力の最大値を縦軸にとって示したものである。
ここで、制御棒側領域と反制御棒側領域とは、図10に
示すように、燃料集合体を対角線19で2つの領域に分
割した場合に、制御棒7に近い領域を制御棒側領域13
と、制御棒7から遠い領域を反制御棒側領域14と呼
ぶ。但し、対角線19が通過しているガドリニア棒が存
在する場合には、制御棒側領域及び反制御棒側領域のガ
ドリニア棒の本数として、各々0.5 本を加算する。ま
た、図9の縦軸の値は図11に示す燃料集合体の燃料棒
出力の最大値で規格化したものである。例えば、図9の
点A及び点Bは、それぞれ図11及び図12に示す燃料
集合体の燃料棒出力の最大値に対応する。
FIG. 9 shows the case where the position of the gadolinia rod in the fuel assembly is changed and the number n 1 of the gadolinia rods in the non-control rod side region is changed.
N 1 between the control rod side area and the number n 2 of gadolinia rods in the control rod side area
−n 2 (hereinafter referred to as the gadolinia bar number difference) is plotted on the horizontal axis,
The maximum value of the fuel rod output is shown on the vertical axis.
Here, the control rod side region and the non-control rod side region are defined as a region close to the control rod 7 when the fuel assembly is divided into two regions by a diagonal line 19 as shown in FIG. 13
The area far from the control rod 7 is referred to as an anti-control rod side area 14. However, if there is a gadolinia rod passing through the diagonal line 19, 0.5 is added to each of the gadolinia rods in the control rod side area and the non-control rod side area. The values on the vertical axis in FIG. 9 are normalized by the maximum value of the fuel rod output of the fuel assembly shown in FIG. For example, points A and B in FIG. 9 correspond to the maximum values of the fuel rod outputs of the fuel assemblies shown in FIGS. 11 and 12, respectively.

【0018】図9から、ガドリニア棒本数差を2本以上
とすることで燃料棒出力の最大値を効果的に低減できる
ことが判る。同図から、ガドリニア棒本数差が2本より
大きくなると燃料棒出力の最大値の減少割合は次第に飽
和する傾向にある。従って、燃料棒出力の低減をより効
果的に達成するためには、ガドリニア棒本数差を飽和傾
向が現れる3本以上にすることが好ましい。尚、燃料集
合体は、制御棒側のコーナー部に、燃料集合体を制御棒
に固定するためのチャンネルファスナを有するので、上
記した制御棒側領域はチャンネルファスナ側領域に相当
する。
FIG. 9 shows that the maximum value of the fuel rod output can be effectively reduced by setting the difference in the number of gadolinia rods to two or more. As shown in the figure, when the difference in the number of gadolinia rods becomes larger than two, the decreasing rate of the maximum value of the fuel rod output tends to gradually become saturated. Therefore, in order to more effectively reduce the fuel rod output, it is preferable to make the difference in the number of gadolinia rods three or more in which the tendency of saturation appears. Since the fuel assembly has a channel fastener for fixing the fuel assembly to the control rod at a corner portion on the control rod side, the above-described control rod side area corresponds to the channel fastener side area.

【0019】また、図9にはガドリニア棒本数差の上限
を示していない。しかしながら、ガドリニア棒本数差に
は上限があり、燃料集合体内の全燃料棒数の約1/4で
ある。これは、ガドリニア棒は燃料集合体の最外周を除
いた位置に配置されるので、図13に示す燃料集合体よ
りも多くのガドリニア棒を反制御棒側領域14に配置す
ることはできないからである。図13の場合、ガドリニ
ア棒本数差は19本で、全燃料棒数74本の約1/4と
なっている。
FIG. 9 does not show the upper limit of the difference in the number of gadolinia bars. However, there is an upper limit to the difference in the number of gadolinia rods, which is about 1 / of the total number of fuel rods in the fuel assembly. This is because the gadolinia rods are arranged at positions other than the outermost periphery of the fuel assembly, so that more gadolinia rods than the fuel assembly shown in FIG. is there. In the case of FIG. 13, the difference in the number of gadolinia rods is 19, which is about 1/4 of the total number of fuel rods 74.

【0020】次に、余剰反応度について説明する。ガド
リニア棒を燃料集合体の反制御棒側領域に集中的に配置
することにより、ガドリニア棒の周辺は熱中性子の強吸
収体であるガドリニアが多くなるので、熱中性子束が小
さくなる。このため、ガドリニアの燃焼が遅くなり、ガ
ドリニアの濃度を高くした場合と同じ効果が得られる。
ガドリニア棒を燃料集合体内に均一に配置した従来例
と、ガドリニア棒を燃料集合体内の反制御棒側領域に集
中的に配置した本発明の無限増倍率の燃焼度変化を比較
した結果を図14に示す。同図に示すように、本発明に
よれば、ガドリニアの燃焼が遅れるために、燃料集合体
の燃焼が進んだ時点において、従来例よりも無限増倍率
を小さく抑えることができる。これにより、燃料の平均
濃縮度を増加しても余剰反応度を低く抑えることができ
るので、高燃焼度化を図ることが可能となる。
Next, the surplus reactivity will be described. By arranging gadolinia rods intensively in the non-control rod side region of the fuel assembly, gadolinia, which is a strong thermal neutron absorber, is increased around the gadolinia rods, so that the thermal neutron flux is reduced. For this reason, the combustion of gadolinia is delayed, and the same effect as when the concentration of gadolinia is increased can be obtained.
FIG. 14 shows a comparison between the conventional example in which the gadolinia rods are uniformly arranged in the fuel assembly and the infinite multiplication factor change of the present invention in which the gadolinia rods are intensively arranged in the region opposite to the control rod in the fuel assembly. Shown in As shown in the figure, according to the present invention, since the combustion of gadolinia is delayed, the infinite multiplication factor can be suppressed smaller than in the conventional example at the time when the combustion of the fuel assembly has advanced. Thereby, even if the average enrichment of the fuel is increased, the surplus reactivity can be suppressed to be low, so that a high burnup can be achieved.

【0021】以上説明したように、本発明によれば、熱
的余裕を確保しつつ余剰反応度を適切に抑制できるの
で、燃料の平均濃縮度を増加させ燃料経済性の高い初装
荷炉心を実現できる。
As described above, according to the present invention, since the excess reactivity can be appropriately suppressed while securing the thermal margin, the first loading core having high fuel economy and high fuel economy can be realized. it can.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を用
いて説明する。図1は、本発明による初装荷炉心の第1
実施例の横断面図を示したものである。この炉心は、2
40体の低濃縮度燃料8,296体 の高濃縮度燃料9及
び336体の高濃縮度燃料10の合わせて872体の燃
料集合体から構成される。ここで、高濃縮度燃料9と1
0は、後述するように、燃料集合体内のガドリニア棒の
配置が異なる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows the first loading core according to the present invention.
FIG. 2 shows a cross-sectional view of the embodiment. This core is 2
Forty low-enriched fuels, 8,296 high-enriched fuels 9 and 336 high-enriched fuels 10, constitute a total of 872 fuel assemblies. Here, the highly enriched fuels 9 and 1
0 indicates that the arrangement of gadolinia rods in the fuel assembly is different as described later.

【0023】炉心内中央部の出力が高くなる高出力領域
1には、図2に示すような単位装荷パターンを配置して
いる。図2は、本発明による単位装荷パターンの第1実
施例の横断面図を示したものである。本単位装荷パター
ンは、1体の低濃縮度燃料8と、2体の高濃縮度燃料9
と、1体の高濃縮度燃料10とを備え、これらの燃料集
合体の周りを4個の横断面が十字形の制御棒7で取り囲
んで構成されている。単位装荷パターンを構成する各燃
料集合体は、燃料棒6が9×9の正方格子状に配置され
ており(横断面の外形が実質的に正方形をなす)、その
中央部に水が流れる太径のウォータロッド5が2本配置
されている。ここで、2本のウォータロッド5は、7本
の燃料棒を配置可能な領域に設置されている。
A unit loading pattern as shown in FIG. 2 is arranged in the high power region 1 where the power in the central portion in the core becomes high. FIG. 2 is a cross-sectional view of a first embodiment of the unit loading pattern according to the present invention. The unit loading pattern includes one low-enrichment fuel 8 and two high-enrichment fuels 9.
And one high-enrichment fuel 10, and these fuel assemblies are configured so that four cross sections are surrounded by control rods 7 having a cross shape. In each of the fuel assemblies constituting the unit loading pattern, the fuel rods 6 are arranged in a 9 × 9 square lattice shape (the outer shape of the cross section is substantially square), and water flows through the center of the fuel assembly. Two water rods 5 having a diameter are arranged. Here, the two water rods 5 are installed in an area where seven fuel rods can be arranged.

【0024】高出力領域1内において、4つの単位装荷
パターンは、各々の低濃縮度燃料8が互いに隣接してコ
ントロールセル11を構成するように配置される。即
ち、4つの単位装荷パターンはコントロールセル11の
中心に対して回転対称に配置される。図1の場合、コン
トロールセル11は37個構成されている。このコント
ロールセル11は、原子炉の運転を行う際に、制御棒7
を炉心内に挿入して炉心全体の余剰反応度を抑えるのに
使用する。図1の炉心では、高出力領域1内の燃料集合
体の装荷パターンはすべて均一であるので、炉心内の径
方向ピーキングを低減することができる。これにより、
熱的余裕を増加することができる。
In the high power region 1, the four unit loading patterns are arranged such that each low enrichment fuel 8 constitutes a control cell 11 adjacent to each other. That is, the four unit loading patterns are arranged rotationally symmetrically with respect to the center of the control cell 11. In the case of FIG. 1, 37 control cells 11 are configured. The control cell 11 controls the control rod 7 when the reactor is operated.
Is inserted into the core to suppress the excess reactivity of the entire core. In the core shown in FIG. 1, the loading patterns of the fuel assemblies in the high power region 1 are all uniform, so that radial peaking in the core can be reduced. This allows
Thermal margin can be increased.

【0025】また、図2の単位装荷パターンを構成する
高濃縮度燃料9内のガドリニア棒12の本数は16本で
あり、制御棒側領域に5本,反制御棒側領域に11本配
置されており、その本数の差は6本である。一方、高濃
縮度燃料10内のガドリニア棒12の本数は16本であ
り、制御棒側領域に6本,反制御棒側領域に10本配置
されており、その本数の差は4本である。このように、
単位装荷パターンを構成する高濃縮度燃料内の反制御棒
側領域にガドリニア棒を多く配置することにより、単位
装荷パターン内の各燃料棒の出力は平坦化される。この
効果は、反制御棒側領域のガドリニア棒の本数を、制御
棒側領域よりも2本以上多くすることにより得られ、本
実施例のように4本以上の差をつけるとより効果的であ
る。これも熱的余裕の増加に寄与する。
The number of gadolinia rods 12 in the highly enriched fuel 9 constituting the unit loading pattern shown in FIG. 2 is 16, five in the control rod side area, and eleven in the non-control rod side area. The difference between the numbers is six. On the other hand, the number of gadolinia rods 12 in the high-enrichment fuel 10 is 16, six in the control rod side region and ten in the non-control rod side region, and the difference in the number is four. . in this way,
By arranging many gadolinia rods in the non-control rod side region in the highly enriched fuel constituting the unit loading pattern, the output of each fuel rod in the unit loading pattern is flattened. This effect can be obtained by increasing the number of gadolinia rods in the non-control rod side area by two or more than the control rod side area, and more effective by providing a difference of four or more as in the present embodiment. is there. This also contributes to an increase in thermal margin.

【0026】また、このように反制御棒側領域にガドリ
ニア棒を多く配置することにより、前述したように、ガ
ドリニアの燃焼を遅らせることができるので、燃料が進
んでも無限増倍率を小さく抑えることができる。従っ
て、燃料の平均濃縮度を増加しても余剰反応度を低く抑
えることができるので、高燃焼度化を図り、燃料経済性
を向上することができる。
Further, by arranging a large number of gadolinia rods in the non-control rod side region as described above, the combustion of gadolinia can be delayed as described above, so that the infinite multiplication factor can be suppressed even if the fuel advances. it can. Therefore, even if the average enrichment of the fuel is increased, the surplus reactivity can be suppressed low, so that the burnup can be increased and the fuel economy can be improved.

【0027】実際の燃料集合体は、図4の一部切欠斜視
図に示すように、上部タイプレート4a,下部タイプレ
ート4d,チャンネルファスナ4b,スペーサ4c,ウ
ォータロッド5(図示せず),燃料棒6,チャンネルボ
ックス4などから構成される。このうち上部タイプレー
ト4aの1つのコーナー部に取り付けられたチャンネル
ファスナ4bは燃料集合体を制御棒に固定するためのも
のであるから、燃料集合体単体でみた場合、制御棒側領
域はチャンネルファスナが存在する側の領域に相当す
る。
As shown in a partially cutaway perspective view of FIG. 4, an actual fuel assembly includes an upper tie plate 4a, a lower tie plate 4d, a channel fastener 4b, a spacer 4c, a water rod 5 (not shown), a fuel It comprises a bar 6, a channel box 4, and the like. Of these, the channel fastener 4b attached to one corner of the upper tie plate 4a is for fixing the fuel assembly to the control rod, so that when viewed as a single fuel assembly, the control rod side region is the channel fastener. Corresponds to the area on the side where.

【0028】ここで、図2の高濃縮度燃料9の軸方向に
おける濃縮度及びガドリニアの分布を図3に示す。高濃
縮度燃料9は、燃料有効長の全長にウラン燃料を含みガ
ドリニアを含まない燃料棒a1〜a4と、燃料有効長の
下から1/24〜15/24の範囲のみにウラン燃料を
含みガドリニアを含まない燃料棒(以下、部分長燃料棒
という)a5と、燃料有効長の下から1/24〜15/
24の範囲のみにウラン燃料を含み、燃料有効長の下か
ら1/24〜8/24の範囲にガドリニアを含む燃料棒
a6と、燃料有効長の全長にウラン燃料を含み、燃料有
効長の下から1/24〜22/24の範囲にガドリニア
を含む燃料棒a7とから構成され、各燃料棒の本数は図
3に示す通りである。
FIG. 3 shows the distribution of enrichment and gadolinia in the axial direction of the highly enriched fuel 9 in FIG. The highly enriched fuel 9 includes fuel rods a1 to a4 containing uranium fuel over the entire effective fuel length and not containing gadolinia, and gadolinia containing uranium fuel only in the range of 1/24 to 15/24 from the bottom of the active fuel length. (Hereinafter referred to as "part length fuel rod") a5, and 1/24 to 15 /
A fuel rod a6 containing uranium fuel only in the range of 24 and containing gadolinia in the range of 1/24 to 8/24 from the bottom of the active fuel length; And a fuel rod a7 containing gadolinia in the range of 1/24 to 22/24. The number of each fuel rod is as shown in FIG.

【0029】燃料棒a1〜a4及びa7は、燃料有効長
の下端から1/24の下端領域及び燃料有効長の上端か
ら2/24の上端領域に天然ウラン(濃縮度0.711w
t%)を装荷している。燃料棒a7は、燃料有効長の下か
ら1/24〜22/24の範囲に、4.4wt%のウラ
ン燃料と7.5wt%のガドリニアを装荷している。燃
料棒a6は、燃料有効長の下から1/24〜8/24の
範囲に4.4wt% のウラン燃料と7.5wt% のガド
リニアを、燃料有効長の下から8/24〜15/24の
範囲に4.4wt% のウラン燃料のみを装荷している。
この燃料棒a6は、燃料集合体の反制御棒側の外側から
2層目のコーナー部に設けられている。また、燃料棒a
5は、部分長燃料棒の全長に4.9wt% のウラン燃料
のみを装荷している。
The fuel rods a1 to a4 and a7 have natural uranium (enrichment 0.711w) in the lower end region of 1/24 from the lower end of the active fuel length and in the upper end region of 2/24 from the upper end of the active fuel length.
t%). The fuel rod a7 is loaded with 4.4 wt% of uranium fuel and 7.5 wt% of gadolinia in the range of 1/24 to 22/24 from the bottom of the active fuel length. The fuel rod a6 contains 4.4 wt% of uranium fuel and 7.5 wt% of gadolinia in the range of 1/24 to 8/24 from the bottom of the active fuel length, and 8/24 to 15/24 from the bottom of the active fuel length. Is loaded with only 4.4 wt% uranium fuel.
The fuel rod a6 is provided at the corner of the second layer from the outside on the side opposite to the control rod of the fuel assembly. Also, the fuel rod a
In No. 5, only 4.9 wt% of uranium fuel is loaded on the entire length of the partial length fuel rod.

【0030】高濃縮度燃料9は、図3に示す燃料棒を組
み合わせて、燃料有効長の下から1/24〜15/24
の領域における軸方向に垂直な断面での平均濃縮度を4.
59wt%に、燃料有効長の下から15/24〜22/2
4の領域における軸方向に垂直な断面での平均濃縮度を
4.56wt% になるように構成している。
The highly enriched fuel 9 is formed by combining the fuel rods shown in FIG.
The average enrichment in the section perpendicular to the axial direction in the region of 4.
15/24 to 22/2 from 59th to 59wt%
The average enrichment in the cross section perpendicular to the axial direction in the region 4 is 4.56 wt%.

【0031】一方、図2の低濃縮度燃料8はガドリニア
を含まず、燃料有効長の下から1/24〜8/24,8
/24〜15/24及び15/24〜22/24の各領
域における軸方向に垂直な断面での平均濃縮度をそれぞ
れ1.49,1.64及び1.75wt%としている。燃料有
効長の下端領域及び上端領域には、高濃縮度燃料9と同
じように天然ウランを装荷している。
On the other hand, the low-enrichment fuel 8 shown in FIG. 2 does not include gadolinia, and is 1/24 to 8 / 24,8
The average enrichment in the cross section perpendicular to the axial direction in each region of / 24 to 15/24 and 15/24 to 22/24 is 1.49, 1.64, and 1.75 wt%, respectively. Natural uranium is loaded in the lower end region and the upper end region of the active fuel length, similarly to the high-enrichment fuel 9.

【0032】次に、図15を用いて、本発明による単位
装荷パターンの第2実施例を説明する。図15は、第2
実施例の横断面図を示したものである。本単位装荷パタ
ーンを構成する高濃縮度燃料9内のガドリニア棒12の
本数は13本であり、制御棒側領域に3本,反制御棒側
領域に10本配置されており、その本数の差は7本であ
る。一方、高濃縮度燃料10内のガドリニア棒12の本
数は12本であり、制御棒側領域に6本,反制御棒側領
域に6本配置されており、その本数の差は0本である。
Next, a second embodiment of the unit loading pattern according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG.
FIG. 2 shows a cross-sectional view of the embodiment. The number of gadolinia rods 12 in the highly enriched fuel 9 constituting this unit loading pattern is thirteen, three in the control rod side area and ten in the non-control rod side area. Is seven. On the other hand, the number of gadolinia rods 12 in the highly enriched fuel 10 is 12, six in the control rod side area and six in the non-control rod side area, and the difference between the numbers is zero. .

【0033】ところで、図7で説明したように、低濃縮
度燃料8からの熱中性子束の影響で燃料棒出力が高くな
るのは、高濃縮度燃料9の方が高濃縮度燃料10よりも
著しい。従って、本実施例のように、少なくとも高濃縮
度燃料9のガドリニア棒本数差を2本以上の3本とする
ことにより、燃料棒出力を平坦化して熱的余裕を増加で
きると共に、余剰反応度を低く抑えて燃料経済性を向上
することができる。
As described with reference to FIG. 7, the reason why the fuel rod output is increased by the influence of the thermal neutron flux from the low-enrichment fuel 8 is that the high-enrichment fuel 9 is higher than the high-enrichment fuel 10. Remarkable. Therefore, as in the present embodiment, the difference in the number of gadolinia rods of at least the highly enriched fuel 9 is made two or more to three, so that the fuel rod output can be flattened, the thermal margin can be increased, and the excess reactivity can be increased. And the fuel economy can be improved.

【0034】次に、図16を用いて、本発明による単位
装荷パターンの第3実施例を説明する。図16は、第3
実施例の横断面図を示したものである。本単位装荷パタ
ーンを構成する高濃縮度燃料9内のガドリニア棒12の
本数は11本であり、制御棒側領域に3.5本,反制御
棒側領域に7.5本配置されており、その本数の差は4
本である。一方、高濃縮度燃料10内のガドリニア棒1
2の本数は13本であり、制御棒側領域に6本,反制御
棒側領域に7本配置されており、その本数の差は1本で
ある。本実施例でも、図15の第2実施例と同様に、燃
料棒出力を平坦化して熱的余裕を増加できると共に、余
剰反応度を低く抑えて燃料経済性を向上できる。
Next, a third embodiment of the unit loading pattern according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG.
FIG. 2 shows a cross-sectional view of the embodiment. The number of gadolinia rods 12 in the highly enriched fuel 9 constituting this unit loading pattern is 11, 3.5 in the control rod side area, and 7.5 in the non-control rod side area. The difference in the number is 4
It is a book. On the other hand, gadolinia rod 1 in high-enrichment fuel 10
The number 2 is thirteen, six in the control rod side area and seven in the non-control rod side area, and the difference in the number is one. In this embodiment, as in the second embodiment of FIG. 15, the fuel rod output can be flattened to increase the thermal margin, and the excess reactivity can be suppressed to improve the fuel economy.

【0035】次に、図17を用いて、本発明による単位
装荷パターンの第4実施例を説明する。図17は、第4
実施例の横断面図を示したものである。本実施例では、
ガドリニア棒の配置が異なる2体の高濃縮度燃料9及び
10の他に、低濃縮度燃料8と、中濃縮度燃料16とを
用いている。中濃縮度燃料16の平均濃縮度は、高濃縮
度燃料9及び10よりも低く、低濃縮度燃料8よりも高
い。
Next, a fourth embodiment of the unit loading pattern according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG.
FIG. 2 shows a cross-sectional view of the embodiment. In this embodiment,
In addition to two high enrichment fuels 9 and 10 having different gadolinia rod arrangements, a low enrichment fuel 8 and a medium enrichment fuel 16 are used. The average enrichment of the medium enrichment fuel 16 is lower than the high enrichment fuels 9 and 10 and higher than the low enrichment fuel 8.

【0036】高濃縮度燃料9内のガドリニア棒12の本
数は12本であり、制御棒側領域に2本,反制御棒側領
域に10本配置されており、その本数の差は8本であ
る。高濃縮度燃料10内のガドリニア棒12の本数は9
本であり、制御棒側領域に4本,反制御棒側領域に5本
配置されており、その本数の差は1本である。中濃縮度
燃料16内のガドリニア棒12の本数は5本であり、制
御棒側領域に2本,反制御棒側領域に3本配置されてお
り、その本数の差は1本である。
The number of gadolinia rods 12 in the highly enriched fuel 9 is 12, two in the control rod side area and ten in the non-control rod side area, and the difference in the number is eight. is there. The number of gadolinia rods 12 in the high-enrichment fuel 10 is 9
Four in the control rod side region and five in the non-control rod side region, and the difference in the number is one. The number of gadolinia rods 12 in the medium enrichment fuel 16 is five, two in the control rod side area and three in the non-control rod side area, and the difference between the numbers is one.

【0037】本実施例でも、図15の第2実施例と同様
に、燃料棒出力を平坦化して熱的余裕を増加できると共
に、余剰反応度を低く抑えて燃料経済性を向上できる。
本実施例の単位装荷パターンを炉心の高出力領域に装荷
した初装荷炉心の第2実施例の横断面図を図18に示
す。
In this embodiment, as in the second embodiment shown in FIG. 15, the fuel rod output can be flattened to increase the thermal margin, and the excess reactivity can be suppressed to improve the fuel economy.
FIG. 18 shows a cross-sectional view of the second embodiment of the initially loaded core in which the unit loading pattern of this embodiment is loaded in the high power region of the core.

【0038】次に、図19を用いて、本発明による単位
装荷パターンの第5実施例を説明する。図19は、第5
実施例の横断面図を示したものである。本実施例の単位
装荷パターンを構成する4体の燃料集合体のうち、高濃
縮度燃料9及び10の3体は、図15の第2実施例と同
じであるが、低濃縮度燃料8が異なる。本実施例の低濃
縮度燃料8は、燃料棒6が8×8(8行8列)の正方格
子状に配列され、中央部の燃料棒4本が配置可能な領域
に1本のウォータロッド5が配置されている。
Next, a fifth embodiment of the unit loading pattern according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG.
FIG. 2 shows a cross-sectional view of the embodiment. Of the four fuel assemblies that make up the unit loading pattern of this embodiment, three of the high enrichment fuels 9 and 10 are the same as in the second embodiment of FIG. different. In the low-enrichment fuel 8 of this embodiment, the fuel rods 6 are arranged in an 8 × 8 (8 rows × 8 columns) square lattice shape, and one water rod is provided in a central area where four fuel rods can be arranged. 5 are arranged.

【0039】本単位装荷パターンを構成する高濃縮度燃
料9内のガドリニア棒12の本数は13本であり、制御
棒側領域に3本,反制御棒側領域に10本配置されてお
り、その本数の差は7本である。一方、高濃縮度燃料1
0内のガドリニア棒12の本数は12本であり、制御棒
側領域に6本,反制御棒側領域に6本配置されており、
その本数の差は0本である。本実施例のように、形状が
異なる燃料集合体を用いて単位装荷パターンを構成して
も、図15の第2実施例と同様に、燃料棒出力を平坦化
して熱的余裕を増加できると共に、余剰反応度を低く抑
えて燃料経済性を向上できる。
The number of gadolinia rods 12 in the highly enriched fuel 9 constituting this unit loading pattern is thirteen, three in the control rod side area and ten in the non-control rod side area. The difference between the numbers is seven. On the other hand, high enrichment fuel 1
The number of gadolinia rods 12 in 0 is twelve, six in the control rod side area and six in the non-control rod side area.
The difference between the numbers is zero. Even when the unit loading pattern is formed using fuel assemblies having different shapes as in the present embodiment, the fuel rod output can be flattened and the thermal margin can be increased as in the second embodiment of FIG. In addition, surplus reactivity can be kept low to improve fuel economy.

【0040】次に、図20を用いて、本発明による単位
装荷パターンの第6実施例を説明する。図20は、第6
実施例の横断面図を示したものである。本実施例の単位
装荷パターンを構成する4体の燃料集合体は、全て図1
9に示した低濃縮度燃料8と同じ形状をしている。
Next, a sixth embodiment of the unit loading pattern according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG.
FIG. 2 shows a cross-sectional view of the embodiment. The four fuel assemblies constituting the unit loading pattern of this embodiment are all shown in FIG.
It has the same shape as the low-enrichment fuel 8 shown in FIG.

【0041】図20において、燃料集合体18は炉心装
荷時からプルトニウムを含むMOX燃料である。燃料集
合体18の燃料棒には、ガドリニアを含まない燃料棒2
0とガドリニアを含むガドリニア棒21とがある。燃料
棒20の少なくとも一部は、プルトニウムを含んでい
る。ガドリニア棒21にはガドリニアが含まれており、
この燃料棒の少なくとも一部にもプルトニウムが含まれ
ている。もちろん、ガドリニア棒21がプルトニウムを
含まない構成にしても良い。
In FIG. 20, the fuel assembly 18 is a MOX fuel containing plutonium from the time of core loading. The fuel rods of the fuel assembly 18 include gadolinia-free fuel rods 2.
There is a gadolinia rod 21 including 0 and gadolinia. At least a portion of the fuel rod 20 contains plutonium. The gadolinia rod 21 includes gadolinia,
At least a portion of this fuel rod also contains plutonium. Of course, the gadolinia rod 21 may be configured not to include plutonium.

【0042】燃料集合体18内のガドリニア棒21の本
数は12本であり、制御棒側領域に4本,反制御棒側領
域に8本配置されており、その本数の差は4本である。
また、高濃縮度燃料9内のガドリニア棒12の本数は8
本であり、制御棒側領域に4本,反制御棒側領域に4本
配置されており、その本数の差は0本である。本実施例
のように燃料集合体の形状が変わっても、少なくとも燃
料集合体18のガドリニア棒本数差を2本以上の4本と
することにより、燃料棒出力を平坦化して熱的余裕を増
加できると共に、余剰反応度を低く抑えて燃料経済性を
向上できる。
The number of gadolinia rods 21 in the fuel assembly 18 is 12, four in the control rod side area and eight in the non-control rod side area, and the difference in the number is four. .
The number of gadolinia rods 12 in the highly enriched fuel 9 is eight.
Four in the control rod side area and four in the non-control rod side area, and the difference between the numbers is zero. Even if the shape of the fuel assembly is changed as in the present embodiment, at least the difference in the number of gadolinia rods of the fuel assembly 18 is made two or more to four, thereby flattening the fuel rod output and increasing the thermal margin. In addition to this, the excess reactivity can be kept low and the fuel economy can be improved.

【0043】尚、本実施例では、2体のプルトニウムを
含む燃料集合体18と、2体のプルトニウムを含まない
燃料集合体である低濃縮度燃料8及び高濃縮度燃料9と
を、互いに対角線状に位置するように配置したが、例え
ば、高濃縮度燃料9を燃料集合体18に置き換える構成
にしても良い。
In this embodiment, the fuel assembly 18 containing two plutoniums and the low-enrichment fuel 8 and the high-enrichment fuel 9 which are the two fuel assemblies not containing plutonium are diagonally separated from each other. However, for example, a configuration may be adopted in which the highly enriched fuel 9 is replaced with the fuel assembly 18.

【0044】次に、図21を用いて、本発明による単位
装荷パターンの第7実施例を説明する。図21は、第7
実施例の横断面図を示したものである。本実施例の単位
装荷パターンを構成する4体の燃料集合体は、図2の第
1実施例と同じように、燃料棒を9×9の正方格子状に
配置し、その中央部に一つのウォータボックス15を設
けている。ウォータボックス15は9本の燃料棒が配置
可能な領域を占めており、燃料集合体内の燃料棒の本数
は72本である。
Next, a seventh embodiment of the unit loading pattern according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG.
FIG. 2 shows a cross-sectional view of the embodiment. The four fuel assemblies constituting the unit loading pattern of the present embodiment have fuel rods arranged in a 9 × 9 square lattice, as in the first embodiment of FIG. A water box 15 is provided. The water box 15 occupies an area where nine fuel rods can be arranged, and the number of fuel rods in the fuel assembly is 72.

【0045】本実施例の高濃縮度燃料9内のガドリニア
棒12の本数は15本であり、制御棒側領域に5本,反
制御棒側領域に10本配置されており、その本数の差は
5本である。また、高濃縮度燃料10内のガドリニア棒
12の本数は16本であり、制御棒側領域に6本,反制
御棒側領域に10本配置されており、その本数の差は4
本である。本実施例でも、高濃縮度燃料のガドリニア棒
本数差を4本以上とすることにより、図2の第1実施例
と同様に、燃料棒出力を平坦化して熱的余裕を増加でき
ると共に、余剰反応度を低く抑えて燃料経済性を向上で
きる。
The number of gadolinia rods 12 in the highly enriched fuel 9 of this embodiment is fifteen, five in the control rod side area and ten in the non-control rod side area. Are five. The number of gadolinia rods 12 in the high-enrichment fuel 10 is 16, six in the control rod side region and ten in the non-control rod side region, and the difference in the number is four.
It is a book. Also in this embodiment, by making the difference in the number of gadolinia rods of the high-enrichment fuel four or more, the fuel rod output can be flattened to increase the thermal margin, as in the first embodiment in FIG. Reactivity can be kept low to improve fuel economy.

【0046】[0046]

【発明の効果】本発明によれば、熱的余裕を確保しつつ
余剰反応度を適切に抑制でき、燃料経済性を向上できる
高燃焼度化対応の初装荷炉心に用いる燃料集合体を実現
できる。
According to the present invention, it is possible to realize a fuel assembly to be used for an initially loaded core capable of achieving a high burnup, which can appropriately suppress excess reactivity while securing a thermal margin and improve fuel economy. .

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

【図1】本発明による初装荷炉心の第1実施例の横断面
図。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a first embodiment of an initially loaded core according to the present invention.

【図2】本発明による単位装荷パターンの第1実施例の
横断面図。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the first embodiment of the unit loading pattern according to the present invention.

【図3】図2の高濃縮度燃料の軸方向における濃縮度及
びガドリニアの分布を示す図。
FIG. 3 is a diagram showing the enrichment and gadolinia distribution in the axial direction of the highly enriched fuel of FIG. 2;

【図4】本発明による燃料集合体の一部切欠斜視図。FIG. 4 is a partially cutaway perspective view of a fuel assembly according to the present invention.

【図5】本発明による径方向ピーキングの低減効果の説
明図。
FIG. 5 is an explanatory diagram of a reduction effect of radial peaking according to the present invention.

【図6】本発明の比較例を示す図。FIG. 6 is a diagram showing a comparative example of the present invention.

【図7】図6の比較例の燃料棒出力分布を示す図。FIG. 7 is a view showing a fuel rod output distribution of the comparative example of FIG. 6;

【図8】本発明の燃料棒出力分布を示す図。FIG. 8 is a diagram showing a fuel rod output distribution of the present invention.

【図9】反制御棒側領域と制御棒側領域のガドリニア棒
の本数差と燃料棒出力の最大値との関係図。
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the difference in the number of gadolinia rods in the non-control rod side region and the control rod side region and the maximum value of the fuel rod output.

【図10】反制御棒側領域と制御棒側領域の説明図。FIG. 10 is an explanatory diagram of a non-control rod side area and a control rod side area.

【図11】図9の点Aに対応する燃料集合体の横断面
図。
FIG. 11 is a transverse sectional view of the fuel assembly corresponding to a point A in FIG. 9;

【図12】図9の点Bに対応する燃料集合体の横断面
図。
FIG. 12 is a cross-sectional view of the fuel assembly corresponding to a point B in FIG. 9;

【図13】ガドリニア棒本数差の上限の説明図。FIG. 13 is an explanatory diagram of an upper limit of the difference in the number of gadolinia bars.

【図14】本発明の無限増倍率の燃焼度変化を示す図。FIG. 14 is a diagram showing a change in burnup at an infinite multiplication factor according to the present invention.

【図15】本発明による単位装荷パターンの第2実施例
の横断面図。
FIG. 15 is a cross-sectional view of a second embodiment of the unit loading pattern according to the present invention.

【図16】本発明による単位装荷パターンの第3実施例
の横断面図。
FIG. 16 is a cross-sectional view of a third embodiment of the unit loading pattern according to the present invention.

【図17】本発明による単位装荷パターンの第4実施例
の横断面図。
FIG. 17 is a cross-sectional view of a fourth embodiment of the unit loading pattern according to the present invention.

【図18】本発明による初装荷炉心の第2実施例の横断
面図。
FIG. 18 is a cross-sectional view of a second embodiment of the initially loaded core according to the present invention.

【図19】本発明による単位装荷パターンの第5実施例
の横断面図。
FIG. 19 is a cross-sectional view of a fifth embodiment of the unit loading pattern according to the present invention.

【図20】本発明による単位装荷パターンの第6実施例
の横断面図。
FIG. 20 is a cross-sectional view of a sixth embodiment of the unit loading pattern according to the present invention.

【図21】本発明による単位装荷パターンの第7実施例
の横断面図。
FIG. 21 is a cross-sectional view of a seventh embodiment of the unit loading pattern according to the present invention.

【図22】可燃性毒物の反応度抑制効果の説明図。FIG. 22 is an explanatory diagram of the reactivity suppression effect of the burnable poison.

【図23】従来の燃料集合体内のガドリニア棒の配置例
を示す図。
FIG. 23 is a view showing an example of arrangement of gadolinia rods in a conventional fuel assembly.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…高出力領域、4…チャンネルボックス、4a…上部
タイプレート、4b…チャンネルファスナ、4c…スペ
ーサ、4d…下部タイプレート、5…ウォータロッド、
6,20…燃料棒、7…制御棒、8…低濃縮度燃料、
9,10…高濃縮度燃料、11…コントロールセル、1
2,21…ガドリニア棒、13…制御棒側領域、14…
反制御棒側領域、15…ウォータボックス、16…中濃
縮度燃料、18…燃料集合体。
1 High output area 4 Channel box 4a Upper tie plate 4b Channel fastener 4c Spacer 4d Lower tie plate 5 Water rod
6, 20: fuel rod, 7: control rod, 8: low-enrichment fuel,
9, 10: Highly enriched fuel, 11: Control cell, 1
2, 21 ... gadolinia rod, 13 ... control rod side area, 14 ...
Non-control rod side area, 15: water box, 16: medium enriched fuel, 18: fuel assembly.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 神田 亜紀子 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 青山 肇男 茨城県日立市大みか町七丁目2番1号 株 式会社日立製作所電力・電機開発本部内 (72)発明者 湯地 洋子 茨城県日立市大みか町七丁目2番1号 株 式会社日立製作所電力・電機開発本部内 (72)発明者 山下 淳一 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Akiko Kanda 3-1-1, Komachi, Hitachi-City, Ibaraki Pref. Inside Hitachi, Ltd. Hitachi Plant (72) Inventor Hajio Aoyama 7, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture No. 2 1 Hitachi, Ltd. Power and Electricity Development Division (72) Inventor Yoko Yuchi 7-2-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Hitachi, Ltd. Power and Electricity Development Division (72) Invention Person Junichi Yamashita 3-1-1, Yukicho, Hitachi-shi, Ibaraki Pref. Hitachi, Ltd. Hitachi Plant

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】9行9列の正方格子状に配置された複数の
燃料棒と、該複数の燃料棒を上部及び下部で支持する上
部タイプレート及び下部タイプレートと、前記上部タイ
プレートの1つのコーナー部に取り付けられたチャンネ
ルファスナと、内部を冷却水が流れるウォータロッド又
はウォータボックスとを備えた燃料集合体において、 前記ウォータロッド又は前記ウォータボックスは前記燃
料集合体の中央部に配置され、 前記複数の燃料棒はガドリニア入り燃料棒を含み、該ガ
ドリニア入り燃料棒は前記燃料集合体の最外周を除いた
位置に配置され、 前記燃料集合体をその対角線でチャンネルファスナ側領
域と反チャンネルファスナ側領域に領域分けした場合、
前記ガドリニア入り燃料棒が反チャンネルファスナ側領
域内に10本以上配置されており、反チャンネルファス
ナ側領域内に存在するガドリニア入り燃料棒の数が、チ
ャンネルファスナ側領域内に存在するガドリニア入り燃
料棒の数より3本以上多いことを特徴とする燃料集合
体。
1. A plurality of fuel rods arranged in a square grid of 9 rows and 9 columns, an upper tie plate and a lower tie plate for supporting the plurality of fuel rods at upper and lower portions, and one of the upper tie plates. In a fuel assembly including a channel fastener attached to two corners, and a water rod or a water box through which cooling water flows, the water rod or the water box is disposed at a central portion of the fuel assembly, The plurality of fuel rods include gadolinia-filled fuel rods, and the gadolinia-filled fuel rods are arranged at positions other than the outermost periphery of the fuel assembly, and the fuel assembly is divided into a channel fastener side region and an anti-channel fastener by a diagonal line. When divided into side regions,
Ten or more gadolinia-filled fuel rods are disposed in the channel fastener-side region, and the number of gadolinia-containing fuel rods present in the anti-channel fastener-side region is gadolinia-containing fuel rods in the channel fastener-side region. 3. A fuel assembly, wherein the number of fuel assemblies is three or more.
【請求項2】請求項1において、前記反チャンネルファ
スナ側領域内に存在するガドリニア入り燃料棒の数が、
前記チャンネルファスナ側領域内に存在するガドリニア
入り燃料棒の数より3〜19本多いことを特徴とする燃
料集合体。
2. The fuel rod according to claim 1, wherein the number of gadolinia-containing fuel rods existing in the opposite region of the channel fastener is:
A fuel assembly wherein the number of gadolinia-containing fuel rods present in the channel fastener-side region is 3 to 19 more.
【請求項3】請求項1又は2において、前記燃料集合体
の中央部の燃料棒7本が配置可能な領域に、2本の太径
ウォータロッドが配置されていることを特徴とする燃料
集合体。
3. The fuel assembly according to claim 1, wherein two large-diameter water rods are arranged in a central area of the fuel assembly where seven fuel rods can be arranged. body.
【請求項4】請求項1又は2において、前記燃料集合体
の中央部の燃料棒9本が配置可能な領域に、1本のウォ
ータボックスが配置されていることを特徴とする燃料集
合体。
4. The fuel assembly according to claim 1, wherein one water box is arranged in a central portion of the fuel assembly where nine fuel rods can be arranged.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006113072A (en) * 2004-10-15 2006-04-27 Westinghouse Electric Co Llc Advanced initial core fuel assembly configuration, and configuration method therefor
JP2010145354A (en) * 2008-12-22 2010-07-01 Global Nuclear Fuel-Japan Co Ltd Core of nuclear reactor for long term continuous operation

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