JP2003222694A - Light water reactor core, fuel assembly, and control rod - Google Patents

Light water reactor core, fuel assembly, and control rod

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JP2003222694A JP2002349348A JP2002349348A JP2003222694A JP 2003222694 A JP2003222694 A JP 2003222694A JP 2002349348 A JP2002349348 A JP 2002349348A JP 2002349348 A JP2002349348 A JP 2002349348A JP 2003222694 A JP2003222694 A JP 2003222694A
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light water reactor core directed to a Pu multirecycle in which a breeding ratio is in the vicinity of 1.0 or 1.0 or more while maintaining a negative void coefficient with approximately the same cost effectiveness and safety as those of a BWR operating at present. <P>SOLUTION: The light water reactor core comprises fuels in which depleted uranium is enriched with plutonium or plutonium and nuclides. In the light water reactor core, the void coefficient is made negative by making part of the horizontal cross sections of the fuel assembly, in the direction of the height of the reactor core except blanket parts at both upper and lower ends, in which the average degree of enrichment of fissionable plutonium is 6 wt.% or more, between 40 cm and 140 cm and making the degree of fissionable plutonium enrichment at the upper part of the reactor core higher than that of fissionable plutonium at the lower part of the reactor core, and the breeding ratio is made in the vicinity of 1.0 or 1.0 or more by making the average void coefficient of the reactor core between 45-70% when the reactor is operated at rated output of 50% or more. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、軽水炉炉心及び炉心を
構成する燃料集合体と制御棒に係り、特にBWRにおい
て、経済性や安全性が現在運転中のBWRと同程度、す
なわち、炉内構造の変更を最小限にとどめ、負のボイド
係数を維持しつつ、増殖比を1.0近傍又は1.0 を若
干上まわるPuマルチリサイクルを指向した軽水炉炉
心,燃料集合体及び制御棒に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light water reactor core, a fuel assembly and a control rod constituting the core, and particularly in a BWR, the economical efficiency and safety are the same as those of a currently operating BWR, that is, in the reactor. The present invention relates to a light water reactor core, a fuel assembly, and a control rod which are intended for Pu multi-recycling in which the change in structure is minimized and the negative void coefficient is maintained, and the breeding ratio is around 1.0 or slightly above 1.0.

【0002】[0002]

【従来の技術】原子炉の内部では核分裂反応により、ウ
ラン−235やプルトニウム−239などの核分裂性物
質の消耗とともに、ウラン−238やプルトニウム−2
40などの燃料親物質の核分裂性物質への変換が起って
いる。炉心から取り出される燃料に含まれる核分裂性物
質量と炉心に装荷される燃料に含まれる核分裂性物質量
の比を増殖比と言うが、従来の軽水冷却原子炉では、増
殖比は0.5 程度である。ウラン資源を有効に活用する
方法として、増殖比を高めることが考えられている。
2. Description of the Related Art A nuclear fission reaction inside a nuclear reactor causes exhaustion of fissile materials such as uranium-235 and plutonium-239, and uranium-238 and plutonium-2.
The conversion of fuel parent substances such as 40 into fissile material is occurring. The ratio of the amount of fissile material contained in the fuel extracted from the core to the amount of fissile material contained in the fuel loaded in the core is called the breeding ratio. In conventional light water cooled nuclear reactors, the breeding ratio is about 0.5. Is. As a method of effectively utilizing uranium resources, increasing the growth ratio is considered.

【0003】特開昭55−10591号公報、また、1982
年のNuclear Technology 誌59巻の第212〜227
ページには、加圧水型原子炉において、燃料棒を三角格
子に稠密配置し、水対燃料体積比を小さくすることで増
殖比を向上できることが示されている。しかしながら、
増殖比は、高々0.9 程度であり、出力を落さず運転を
継続するには、核分裂性物質を補給する必要がある。増
殖比をさらに高めるには、燃料棒間隙を狭くし、水対燃
料体積比をさらに小さくすることが考えられるが、燃料
集合体の製作や熱的余裕の確保などの点で限界があり、
実現は困難である。
JP-A-55-10591 and 1982
212-227 of 59 volumes of Nuclear Technology magazine
The page shows that in a pressurized water reactor, fuel rods can be densely arranged in a triangular lattice to reduce the water-to-fuel volume ratio to improve the breeding ratio. However,
The breeding ratio is about 0.9 at most, and it is necessary to supplement the fissile material in order to continue the operation without reducing the output. To further increase the breeding ratio, it is conceivable to narrow the fuel rod gap and further reduce the water to fuel volume ratio, but there are limits in terms of manufacturing fuel assemblies and securing thermal margin, etc.
Realization is difficult.

【0004】一方、特開平1−227993 号公報には、沸騰
水型原子炉の特徴である炉心内で発生する蒸気ボイドを
活用して、水対燃料体積比を実効的に小さくする方法が
示されている。しかしながら、従来例においてもプルト
ニウム増倍比(炉心から取り出される燃料に含まれる核
分裂性プルトニウム量と炉心に装荷される燃料に含まれ
る核分裂性プルトニウム量の比;核分裂性プルトニウム
に対する増殖比)を1近傍にすることは示されている
が、増殖比(天然ウランにプルトニウムを富化した場合
プルトニウム増倍比より4〜5%程度小さい値となる)
を1近傍又は1以上にすることは示されていない。プル
トニウム増倍比が1近傍の場合、出力を落さず運転を継
続するには、プルトニウムを天然ウランに富化すること
が必要となり、全ウラン資源を使いきることができな
い。なお、本発明において、増殖比1近傍とは0.98
以上を意味している。
On the other hand, Japanese Patent Laid-Open No. 1-227993 discloses a method of effectively reducing the volume ratio of water to fuel by utilizing steam voids generated in the core, which is a feature of boiling water reactors. Has been done. However, even in the conventional example, the plutonium multiplication ratio (the ratio of the amount of fissionable plutonium contained in the fuel extracted from the core to the amount of fissionable plutonium contained in the fuel loaded into the core; the multiplication ratio to the fissionable plutonium) is close to 1 Although it has been shown that the growth ratio (when plutonium is enriched in natural uranium, it is about 4-5% smaller than the plutonium multiplication ratio)
Is not shown to be near 1 or above 1. When the plutonium multiplication ratio is close to 1, it is necessary to enrich plutonium with natural uranium in order to continue the operation without reducing the output, and it is not possible to use all uranium resources. In the present invention, a growth ratio of around 1 is 0.98.
It means the above.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明の第1の目的
は、発電コスト,熱的余裕と安全性を現在運転中の軽水
炉と同程度に保ち、エネルギー長期安定供給に寄与する
炉心、燃料集合体を提供することである。
The first object of the present invention is to maintain the power generation cost, thermal margin and safety at the same level as the currently operating light water reactor, and to contribute to long-term stable supply of energy and fuel assembly. To provide the body.

【0006】本発明の第2の目的は、エネルギーの長期
安定供給に寄与するため水対燃料体積比を低減して、劣
化ウランにPuを富化した燃料で、増殖比1.0 を実現
する炉心,燃料集合体及び制御棒を提供することであ
る。
A second object of the present invention is to achieve a breeding ratio of 1.0 with a fuel enriched with Pu in depleted uranium by reducing the water-to-fuel volume ratio to contribute to a long-term stable supply of energy. To provide a core, a fuel assembly and a control rod.

【0007】本発明の第3の目的は、エネルギーの長期
安定供給に寄与するため、単位出力あたりの所要Puイ
ンベントリーを低減し、一定のPu量で、できるだけ多
くの発電用原子炉を運転できる炉心、燃料集合体を提供
することである。
A third object of the present invention is to contribute to a long-term stable supply of energy, so that the required Pu inventory per unit output can be reduced, and a core capable of operating as many reactors for power generation as possible with a constant amount of Pu. , To provide a fuel assembly.

【0008】発明の第4の目的は、発電コストを現在の
軽水炉と同程度にするため、現在運転中の炉と同じ材
料,同程度の圧力容器の大きさで、同程度の出力,燃焼
度を同程度の熱的余裕で達成出来る炉心,燃料集合体を
提供することである。
A fourth object of the present invention is to make the power generation cost comparable to that of the present light water reactor, so that the same material, the same size of the pressure vessel, the same output and burnup as the currently operating reactor are used. Is to provide a core and a fuel assembly that can achieve the above with a similar thermal margin.

【0009】本発明の第5の目的は、安全性を現在の軽
水炉と同程度にするため、炉心の高さ方向の中性子漏洩
の増大や、出力上昇時の炉心高さ方向の出力分布スウィ
ングにより、負のボイド係数を実現出来る炉心、燃料集
合体を提供することである。
A fifth object of the present invention is to increase neutron leakage in the height direction of the core and power distribution swing in the height direction of the core at the time of power increase in order to make the safety comparable to that of the present light water reactor. , To provide a core and a fuel assembly that can realize a negative void coefficient.

【0010】本発明の第6の目的は、安全性を現在の軽
水炉と同程度にするため、沸騰による蒸留機能を維持
し、炉内に存在する放射化物質の圧力容器内への閉じ込
めを達成出来る炉心を提供することである。
A sixth object of the present invention is to maintain the distillation function by boiling and to confine the radioactive material existing in the reactor in the pressure vessel in order to make the safety comparable to that of the present light water reactor. It is to provide a core that can.

【0011】本発明の第7の目的は、核不拡散に対応す
るため、Pu単独抽出を撤廃し、PuとUを一体として
リサイクルする炉心、燃料集合体を提供することであ
る。
A seventh object of the present invention is to provide a core and a fuel assembly in which Pu alone extraction is abolished and Pu and U are integrally recycled to cope with nuclear non-proliferation.

【0012】本発明の第8の目的は、長寿命の放射性廃
棄物を後世に残さないために、アクチノイド核種をウラ
ン,Puと一緒に炉内に滞在させ、リサイクルする炉
心,燃料集合体を提供することである。
An eighth object of the present invention is to provide a core and a fuel assembly in which an actinide nuclide is allowed to stay in a reactor together with uranium and Pu to be recycled in order not to leave a long-lived radioactive waste for future generations. It is to be.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記第1の目的を達成す
るために、本発明によれば、劣化ウランに、Puあるい
はPuとアクチノイド核種を富化した燃料を有する炉心
において、上下両端部のブランケット部を除く炉心高さ
方向について、燃料集合体水平断面の核分裂性プルトニ
ウム平均富化度が6wt%以上の部分を40cmから14
0cmの間にすることによりボイド係数を負にし、定格出
力の50%以上で運転されている時の炉心平均のボイド
率を45〜70%とすることにより増殖比を1.0近傍
又は1.0以上にした炉心が提供される。
In order to achieve the above first object, according to the present invention, in a core having Pu or Pu and a fuel enriched with actinide nuclide in depleted uranium, the upper and lower ends are 40 cm to 14 cm in the horizontal section of the fuel assembly where the average enrichment of fissile plutonium is 6 wt% or more excluding the blanket part
By setting the void ratio to 0 cm, the void coefficient is made negative, and the void ratio of the core average when operating at 50% or more of the rated output is set to 45 to 70%, so that the breeding ratio is near 1.0 or 1. A zero or more core is provided.

【0014】また、上記第1の目的を達成するために、
本発明によれば、天然ウラン,減損ウラン,低濃縮ウラ
ンの少なくとも1つを含むウランに、PuあるいはPu
とアクチノイド核種を富化した燃料を有する炉心におい
て、上下両端部のブランケット部を除く炉心高さ方向に
ついて、燃料集合体水平断面の核分裂性プルトニウム平
均富化度が6wt% 以上の部分を40cmから140cm
の間にすることによりボイド係数を負にし、定格出力の
50%以上で運転されている時の炉心平均のボイド率を
45〜70%とすることにより増殖比を1.0近傍又は
1.0以上にした炉心が提供される。
In order to achieve the above first object,
According to the present invention, uranium containing at least one of natural uranium, depleted uranium, and low enriched uranium is added with Pu or Pu.
In a core having a fuel enriched with and actinide nuclides, in the height direction of the core excluding the blanket parts at both upper and lower ends, the portion where the average enrichment of fissile plutonium in the horizontal cross section of the fuel assembly is 6 wt% or more is 40 cm to 140 cm.
By setting the void ratio to a negative value, the void ratio of the core average when operating at 50% or more of the rated output is set to 45 to 70%, so that the breeding ratio is close to 1.0 or 1.0. The core described above is provided.

【0015】また上記第1の目的を達成するために、本
発明によれば、劣化ウラン,天然ウラン,減損ウラン,
低濃縮ウランの少なくとも1つを含むウランに、Puあ
るいはPuとアクチノイド核種を富化した燃料を有する
燃料集合体において、実効的な水対燃料体積比を0.1
から0.6の間とすることにより増殖比を1.0 近傍又
は1.0以上にした燃料集合体が提供される。
In order to achieve the above first object, according to the present invention, depleted uranium, natural uranium, depleted uranium,
In a fuel assembly having Pu or a fuel enriched with Pu and an actinide nuclide in uranium containing at least one of low-enriched uranium, an effective water-fuel volume ratio of 0.1
By setting the ratio between 1 and 0.6, a fuel assembly having a growth ratio of around 1.0 or at least 1.0 is provided.

【0016】また、上記第2の目的を達成するために、
本発明によれば、燃料棒が正三角形の格子状に配列され
た六角形の稠密燃料集合体において、燃料棒の間隙が
0.7〜2.0mmであることを特徴とする燃料集合体と、
その燃料集合体で構成される炉心が提供される。
In order to achieve the second object,
According to the present invention, in a hexagonal close-packed fuel assembly in which fuel rods are arranged in an equilateral triangular lattice, the fuel rods are characterized in that the gap between the fuel rods is 0.7 to 2.0 mm. ,
A core composed of the fuel assembly is provided.

【0017】また、上記第2の目的を達成するために、
本発明によれば、実効的な水対燃料体積比が0.1から
0.6の間であることを特徴とする炉心および燃料集合
体が提供される。
In order to achieve the second object,
According to the present invention there is provided a core and fuel assembly characterized by an effective water to fuel volume ratio of between 0.1 and 0.6.

【0018】また、上記第2の目的を達成するために、
本発明によれば、炉心外周部および上下端部のブランケ
ット部分を除いた炉心部における核分裂性Puの平均富
化度が6〜20%であることを特徴とする軽水炉炉心が
提供される。
Further, in order to achieve the above second object,
According to the present invention, there is provided a light water reactor core having an average enrichment of fissionable Pu of 6 to 20% in the core portion excluding the outer peripheral portion and the blanket portions at the upper and lower ends.

【0019】また、上記第2の目的を達成するために、
本発明によれば、上下両端のブランケット部分を除いた
領域の平均核分裂性Puの富化度が6〜20%であるこ
とを特徴とする燃料集合体が提供される。
In order to achieve the second object,
According to the present invention, there is provided a fuel assembly characterized in that the average fissile Pu enrichment in the region excluding the blanket portions at the upper and lower ends is 6 to 20%.

【0020】また、上記第2の目的を達成するために、
本発明によれば、定格出力の50%以上で運転されてい
るときの炉心の平均ボイド率が45〜70%であること
を特徴とする沸騰水型軽水炉炉心が提供される。
In order to achieve the second object,
According to the present invention, there is provided a boiling water type light water reactor core characterized in that the average void fraction of the core when operated at 50% or more of the rated output is 45 to 70%.

【0021】また、上記第2の目的を達成するために、
本発明によれば、六角形の燃料集合体とその中に挿入さ
れるクラスター型制御棒より構成される軽水炉炉心が提
供される。
Further, in order to achieve the above second object,
According to the present invention, there is provided a light water reactor core including a hexagonal fuel assembly and a cluster-type control rod inserted therein.

【0022】また、上記第2の目的を達成するために、
本発明によれば、六角形の燃料集合体とその間に挿入さ
れる翼の間隔がそれぞれ120度である3枚の翼を持つ
Y字型制御棒より構成される軽水炉炉心が提供される。
In order to achieve the second object,
According to the present invention, there is provided a light water reactor core composed of a hexagonal fuel assembly and a Y-shaped control rod having three blades each having an interval of 120 degrees inserted between them.

【0023】また、上記第2の目的を達成するために、
本発明によれば、正六角形燃料集合体一体に隣接するY
字型制御棒の翼がそれぞれ2枚以下であり、燃料集合体
間に翼が挿入されない燃料集合体間の間隙が、翼が挿入
される燃料集合体間の間隙より狭いことを特徴とする軽
水炉炉心が提供される。
Further, in order to achieve the above second object,
According to the present invention, the Y adjacent to the regular hexagonal fuel assembly integrally
A light water reactor characterized in that each of the V-shaped control rods has two or less blades, and the gap between the fuel assemblies in which the blades are not inserted between the fuel assemblies is narrower than the gap between the fuel assemblies in which the blades are inserted. A core is provided.

【0024】また、上記第2の目的を達成するために、
本発明によれば、正三角形の格子状に稠密に配置された
正方形燃料集合体とその間に挿入される翼の間隔がそれ
ぞれ90度である4枚の翼を持つ十字型制御棒より構成
される軽水炉炉心が提供される。
Further, in order to achieve the above second object,
According to the present invention, it is composed of square fuel assemblies densely arranged in an equilateral triangular lattice and cross-shaped control rods having four blades, each of which has a blade interval of 90 degrees. A light water reactor core is provided.

【0025】また、上記第2の目的を達成するために、
本発明によれば、燃料棒が正三角形の格子状に配列され
た六角形燃料集合体において、向いあう最外層燃料棒列
に平行な三組の燃料棒列のうち、二組の燃料棒列の数が
等しく、残りの一組の燃料棒列の数より1列多いことを
特徴とする蝕形燃料集合体とY字型制御棒の1枚の翼に
より正六角形の燃料集合体格子が構成される軽水炉炉心
が提供される。
In order to achieve the above second object,
According to the present invention, in a hexagonal fuel assembly in which fuel rods are arranged in an equilateral triangular lattice, two sets of fuel rods among three sets of fuel rods parallel to the facing outermost layer fuel rods are arranged. And the number of the fuel rods is one more than the number of the remaining set of fuel rods, and a regular hexagonal fuel assembly lattice is constituted by one blade of the Y-shaped control rod. A light water reactor core is provided.

【0026】また、上記第2の目的を達成するために、
本発明によれば、制御棒上端部に減速材を排除するため
に軽水より減速能が小さな物質、例えば炭素,重水素,
ベリリウム,Zr合金,ステンレス等からなるフォロア
ー部が設置されたクラスター型,Y字型または十字型制
御棒より構成される軽水炉炉心が提供される。
In order to achieve the second object,
According to the present invention, in order to eliminate the moderator at the upper end of the control rod, a substance having a moderator capacity smaller than that of light water, such as carbon, deuterium,
Provided is a light water reactor core including cluster type, Y-type or cross type control rods in which follower parts made of beryllium, Zr alloy, stainless steel, etc. are installed.

【0027】また、上記第2の目的を達成するために、
本発明によれば、正六角形および、蝕型六角形燃料集合
体において、Y字型制御棒に近接した領域から、Y字型
制御棒からはなれた領域にわたる少なくとも2つ以上の
領域について、核分裂性Puの富化度が異なる複数種
類、特に2〜5種類の燃料棒で構成することを特徴とす
る六角形燃料集合体および、蝕型六角形燃料集合体が提
供される。
In order to achieve the above second object,
According to the present invention, in a regular hexagonal and eclipse type hexagonal fuel assembly, at least two regions from a region close to the Y-shaped control rod to a region apart from the Y-shaped control rod are fissile. There is provided a hexagonal fuel assembly and an erosion-type hexagonal fuel assembly characterized by being constituted by a plurality of types of fuel rods having different Pu enrichment levels, particularly 2 to 5 types of fuel rods.

【0028】また、上記第2の目的を達成するために、
本発明によれば、正方形燃料集合体において、十字型制
御棒に近接した領域から、十字型制御棒からはなれた領
域にわたる少なくとも2つ以上の領域について、核分裂
性Puの富化度が異なる複数種類、特に2〜5種類の燃
料棒で構成することを特徴とする正方形燃料集合体が提
供される。
In order to achieve the above second object,
According to the present invention, in a square fuel assembly, a plurality of types having different enrichment levels of fissile Pu for at least two regions ranging from a region close to the cross control rod to a region separated from the cross control rod. In particular, a square fuel assembly is provided, which is characterized by being composed of 2 to 5 types of fuel rods.

【0029】また、上記第3,4,5の目的を達成する
ために、本発明によれば、炉心外周部および上下端部の
ブランケット部を除く炉心部平均の出力密度が100k
W/lから300kW/lであることを特徴とする軽水
炉炉心が提供される。
In order to achieve the above third, fourth and fifth objects, according to the present invention, the average power density of the core portion excluding the outer peripheral portion and the blanket portions of the upper and lower ends is 100 k.
There is provided a light water reactor core characterized in that it is W / l to 300 kW / l.

【0030】また、上記第3,4,5の目的を達成する
ために、本発明によれば、劣化ウランに、Puあるいは
Puとアクチノイド核種を富化した燃料を有する炉心に
おいて、炉心上下両端部のブランケット部を除く高さ方
向について、燃料集合体水平断面の核分裂性Pu平均富
化度が6wt%以上の部分が、40cmから140cmの間
であることを特徴とする軽水炉炉心が提供される。
In order to achieve the above third, fourth and fifth objects, according to the present invention, in a core having Pu or Pu and a fuel enriched with actinide nuclide in depleted uranium, upper and lower end portions of the core In the height direction excluding the blanket part of the above, there is provided a light water reactor core characterized in that a portion of the horizontal cross section of the fuel assembly having an average fissile Pu enrichment of 6 wt% or more is between 40 cm and 140 cm.

【0031】また、上記第3,4,5の目的を達成する
ために、本発明によれば、天然ウラン,減損ウラン,低
濃縮ウランの少なくとも1つを含むウランに、Puある
いはPuとアクチノイド核種を富化した燃料を有する炉
心において、炉心上下両端部のブランケット部を除く高
さ方向について、燃料集合体水平断面の核分裂性Pu平
均富化度が6wt%以上の部分が、40cmから140cm
の間であることを特徴とする軽水炉炉心が提供される。
In order to achieve the above-mentioned third, fourth and fifth objects, according to the present invention, Pu or Pu and an actinide nuclide are added to uranium containing at least one of natural uranium, depleted uranium and low enriched uranium. In the core having the fuel enriched with the above, in the height direction excluding the blanket parts at the upper and lower ends of the core, the portion where the average fissile Pu enrichment in the horizontal cross section of the fuel assembly is 6 wt% or more is 40 cm to 140 cm.
A light water reactor core is provided.

【0032】また、上記第3,4,5の目的を達成する
ために、本発明によれば、劣化ウランに、Puあるいは
Puとアクチノイド核種を富化した燃料を有する燃料集
合体において、上下両端部のブランケット部を除く燃料
集合体の高さ方向について、水平断面の核分裂性Pu平
均富化度が6wt%以上である部分が、40cmと140cm
の間であることを特徴とする燃料集合体が提供される。
In order to achieve the above third, fourth, and fifth objects, according to the present invention, a fuel assembly having Pu or Pu and a fuel enriched with actinide nuclide in depleted uranium is provided at both upper and lower ends. 40 cm and 140 cm in the height direction of the fuel assembly excluding the blanket part in the horizontal part, where the average fissile Pu enrichment in the horizontal section is 6 wt% or more
A fuel assembly is provided.

【0033】また、上記第3,4,5の目的を達成する
ために、本発明によれば、天然ウラン,減損ウラン,低
濃縮ウランの少なくとも1つを含むウランに、Puある
いはPuとアクチノイド核種を富化した燃料を有する燃
料集合体において、上下両端部のブランケット部を除く
燃料集合体の高さ方向について、水平断面の核分裂性P
u平均富化度が6wt%以上である部分が、40cmと1
40cmの間であることを特徴とする燃料集合体が提供さ
れる。
In order to achieve the above-mentioned third, fourth and fifth objects, according to the present invention, Pu or Pu and an actinide nuclide are added to uranium containing at least one of natural uranium, depleted uranium and low enriched uranium. In a fuel assembly having a fuel enriched with hydrogen, the fissionability P of the horizontal cross section in the height direction of the fuel assembly excluding the blanket portions at the upper and lower ends.
u The area where the average enrichment is 6 wt% or more is 40 cm and 1
A fuel assembly is provided that is between 40 cm.

【0034】また、上記第4の目的を達成するために、
本発明によれば、炉心最外周を除き炉心を径方向に等面
積に二分割して、炉心外側領域の燃料集合体炉心滞在サ
イクル数の平均値が、炉心内側領域のそれより小さくな
るように燃料集合体を装荷したことを特徴とする軽水炉
炉心が提供される。
In order to achieve the above-mentioned fourth object,
According to the present invention, the core is divided into two equal areas in the radial direction except for the outermost periphery of the core, so that the average value of the number of fuel assembly core stay cycles in the core outer region is smaller than that in the core inner region. There is provided a light water reactor core characterized by being loaded with a fuel assembly.

【0035】また、上記第4の目的を達成するために、
本発明によれば、炉心最外周およびそれに隣接する燃料
集合体のオリフィス圧損係数の平均値が、それ以外の領
域のオリフィス圧損係数の平均値より大きいことを特徴
とする軽水炉炉心が提供される。
In order to achieve the above-mentioned fourth object,
According to the present invention, there is provided a light water reactor core characterized in that the average value of the orifice pressure loss coefficient of the outermost periphery of the core and the fuel assemblies adjacent thereto is larger than the average value of the orifice pressure loss coefficient of the other regions.

【0036】また、上記第5の目的を達成するために、
本発明によれば、上下両端部のブランケット部を除い
て、核分裂性Pu富化度が上半部の平均値より下半分の
平均値が低いことを特徴とする六角形燃料集合体が提供
される。
In order to achieve the fifth object,
According to the present invention, there is provided a hexagonal fuel assembly characterized in that, except for the blanket portions at both upper and lower ends, the average value of the lower half of the fissile Pu enrichment is lower than the average value of the upper half. It

【0037】また、上記第5の目的を達成するために、
本発明によれば、上下両端部のブランケット部を除く燃
料集合体の高さ方向について、核分裂性Pu富化度が6
w/o以上の部分が上下にあり、その間の中央付近の領
域の核分裂性Pu富化度が6w/o以下であることを特
徴とする燃料集合体が提供される。
In order to achieve the fifth object,
According to the present invention, the fissionable Pu enrichment is 6 in the height direction of the fuel assembly excluding the blanket parts at the upper and lower ends.
There is provided a fuel assembly characterized in that there are upper and lower portions of w / o or more, and a fissionable Pu enrichment in a region near the center between them is 6 w / o or less.

【0038】また、上記第6の目的を達成するために、
本発明によれば、定格出力の50%以上で運転されてい
るときの冷却材の炉心の出口の蒸気重量率が20%から
40%の間であることを特徴とする沸騰水型軽水炉炉心
が提供される。
In order to achieve the sixth object,
According to the present invention, there is provided a boiling water type light water reactor core characterized in that the steam weight ratio at the outlet of the coolant core when operating at 50% or more of the rated output is between 20% and 40%. Provided.

【0039】また、上記第7の目的を達成するために、
本発明によれば、Puとウランを同時にリサイクルする
ことを特徴とする軽水炉炉心および燃料集合体が提供さ
れる。
In order to achieve the seventh object,
According to the present invention, there is provided a light water reactor core and a fuel assembly which are characterized by simultaneously recycling Pu and uranium.

【0040】また、上記第8の目的を達成するために、
本発明によれば、Puとウランおよびアクチノイドを同
時にリサイクルすることを特徴とする軽水炉炉心および
燃料集合体が提供される。
In order to achieve the above eighth object,
According to the present invention, there is provided a light water reactor core and a fuel assembly characterized by simultaneously recycling Pu, uranium and actinides.

【0041】[0041]

【作用】本願発明者等の検討によれば、以下のことが判
明している。
According to the study by the inventors of the present application, the following has been found.

【0042】世界の天然ウラン資源量は、1500万ト
ン前後と推定されており、電気出力100万kWの現行
軽水炉1000基を約100年間運転可能な量に対応し
ている。その結果として、1500万トン弱の劣化ウラ
ンと1.5 万トンの核分裂性Puが残される。したがっ
て、劣化ウランにPuを富化した燃料で、電気出力10
0万kWあたりの炉内と炉外を含めた核分裂性Puのイ
ンベントリーが10トンで、増殖比1.0の発電炉(RB
WR)は、Puを触媒のようにして、劣化ウランで核分
裂を継続することが可能となり、ウランは1gあたり約
1MWDの熱エネルギーを発生するので、1500基の
RBWRを1万年間運転することが可能となり、全ウラ
ン資源量を使いきることができるので、前記第1の目的
である長期安定供給に寄与する。
The amount of natural uranium resources in the world is estimated to be around 15 million tons, which corresponds to the amount of 1,000 existing light water reactors with an electric output of 1 million kW that can be operated for about 100 years. As a result, less than 15 million tons of depleted uranium and 15 million tons of fissile Pu are left. Therefore, with the fuel enriched with Pu in depleted uranium, the electric output 10
The inventory of fissionable Pu, including the inside and outside of the reactor per 10,000 kW, is 10 tons, and the power generation reactor (RB) with a breeding ratio of 1.0
WR) makes it possible to continue fission with depleted uranium using Pu as a catalyst, and uranium generates thermal energy of about 1 MWD per gram, so 1500 RBWRs can be operated for 10,000 years. Since it becomes possible and the total amount of uranium resources can be used up, it contributes to the first purpose of long-term stable supply.

【0043】また、以下の作用により前記第2の目的が
達成される。本願発明者等の検討によれば、軽水炉炉心
における増殖比と実効的な水対燃料体積比の関係につい
て、以下のことが判明している。実効的な水対燃料体積
比[(Vm/Vf)eff]は、炉心内で蒸気ボイドが発生
することを考慮して、幾何学的な水対燃料体積比[(V
m/Vf)geo;蒸気ボイドが発生しない水対燃料体積
比]を拡張したものである。蒸気ボイドが発生すること
での水素密度の減少割合をFとすると、両者には下記の
関係がある。
The second object is achieved by the following operation. According to the study by the inventors of the present application, the following has been found regarding the relationship between the breeding ratio and the effective water-to-fuel volume ratio in the LWR core. The effective water-fuel volume ratio [(Vm / Vf) eff] is a geometrical water-fuel volume ratio [(Vm / Vf) eff] considering that steam voids are generated in the core.
m / Vf) geo; water to fuel volume ratio at which steam voids do not occur] is expanded. Assuming that the reduction rate of hydrogen density due to the generation of vapor voids is F, both have the following relationship.

【0044】[0044]

【数1】 (Vm/Vf)eff=F(Vm/Vf)geo (数1) また、Fは、炉心平均の蒸気ボイド率V(%)と以下の
関係にある。
## EQU00001 ## (Vm / Vf) eff = F (Vm / Vf) geo (Equation 1) Further, F has the following relationship with the core-average steam void rate V (%).

【0045】F=(100−V)/100+fV/100 ここで、 f:飽和水密度に対する飽和蒸気密度の比 一般に、fは約1/20という小さな値であり、Fは以
下のように近似できる。
F = (100-V) / 100 + fV / 100 Here, f: Ratio of saturated vapor density to saturated water density In general, f is a small value of about 1/20, and F can be approximated as follows. .

【0046】F≒(100−V)/100 図2に実効的な水対燃料体積比と中性子バランスから定
義される転換比および転換比を構成する三つの因子の関
係を示す。
F.apprxeq. (100-V) / 100 FIG. 2 shows the relationship between the effective water-to-fuel volume ratio and the conversion ratio defined from the neutron balance, and the three factors constituting the conversion ratio.

【0047】[0047]

【数2】 転換比=α(1+β)−(1+γ) (数2) ここで、 α:核分裂性物質に中性子が吸収され、核分裂性物質が
1個消滅した時に発生する新しい中性子の個数 β:燃料親物質の高速エネルギー領域における核分裂に
よる追加分 γ:核分裂性物質による中性子吸収量に対する中性子の
無駄捕獲(中性子漏洩を含む)の割合 現在運転中の軽水炉は、実効的な水対燃料体積比は、約
2.0 で、増殖比は約0.5 である。増殖比1近傍を実
現するには、上記転換比を1近傍にする必要がある。本
願発明者等の検討によれば、後述の範囲で核分裂性Pu
の富化度を高くし、かつ、ブランケットへの中性子漏洩
を増加することで、転換比0.85 以上で増殖比1近傍
を実現できることがわかった。そのための実効的な水対
燃料体積比は0.6以下となる。一方、実効的な水対燃
料体積比を0.1以下とするためには、炉心平均の蒸気
ボイド率が70%を超える値にしなければならず、過渡
事象時に、炉心出口で二相流状態が維持できなくなる。
## EQU00002 ## Conversion ratio = .alpha. (1 + .beta.)-(1 + .gamma.) (Equation 2) where .alpha .: number of new neutrons generated when neutron is absorbed by fissile material and one fissile material disappears .beta .: Addition due to nuclear fission in the fast energy region of the fuel parent substance γ: Ratio of wasteful capture of neutrons (including neutron leakage) to neutron absorption by fissile material The effective water-to-fuel volume ratio is , About 2.0, and the growth ratio is about 0.5. In order to achieve a growth ratio close to 1, the conversion ratio must be close to 1. According to a study by the inventors of the present application, fissile Pu within the range described below.
It has been found that by increasing the enrichment of neutrons and increasing the neutron leakage to the blanket, it is possible to achieve a breeding ratio of around 1 at a conversion ratio of 0.85 or more. Therefore, the effective water-to-fuel volume ratio is 0.6 or less. On the other hand, in order to keep the effective water-to-fuel volume ratio below 0.1, the core average steam void fraction must exceed 70%. Cannot be maintained.

【0048】実効的な水対燃料体積比0.1〜0.6は、
燃料棒を稠密に配置する、または、炉心内で発生する蒸
気ボイドを活用する、または、制御棒が挿入されないと
きには制御棒挿入位置にフォロアーを挿入し減速材を排
除することで実現する。あるいは、以上の三つを組合せ
ることで実現する。図3に燃料棒間隙と幾何学的な水対
燃料体積比の関係例を示す。図3では、燃料棒直径を現
在軽水炉で使用されている約9.5〜12.3mmの範囲と
し、正三角形の燃料棒格子を対象とした。燃料棒間隙を
2mm以下にすると燃料棒格子の(Vm/Vf)geoは、約
0.9以下になる。燃料棒を正三角形の格子状に稠密配
列した燃料集合体の場合、燃料集合体間のギャップ領域
や制御棒挿入領域等を考慮すると燃料集合体体系の(V
m/Vf)geoは、燃料棒格子の(Vm/Vf)geoより0.
1から0.2大きな値となる。したがって、この幾何学
的な水対燃料体積比のもとで、実効的な水対燃料体積比
0.6以下を実現するためには、数1より炉心平均の蒸
気ボイド率を45%以上(図27に示す関係図より炉心
出口の蒸気重量率は20%以上)にする必要がある。一
方、燃料棒間隙が0.7(燃料集合体の製作や熱的余裕の
確保などの点からの燃料棒間隙の最小値)〜1.0mmの
範囲(燃料棒直径が9.5mmより太い場合には1.0mm以
上にすることが可能)では、蒸気ボイド率0%で、(V
m/Vf)geoを約0.6以下にできる。
The effective water-to-fuel volume ratio of 0.1-0.6 is
This is achieved by arranging the fuel rods densely, utilizing steam voids generated in the core, or inserting a follower at the control rod insertion position to eliminate the moderator when the control rod is not inserted. Alternatively, it is realized by combining the above three. FIG. 3 shows an example of the relationship between the fuel rod gap and the geometrical water-to-fuel volume ratio. In FIG. 3, the fuel rod diameter is set to a range of about 9.5 to 12.3 mm currently used in light water reactors, and an equilateral triangular fuel rod lattice is targeted. When the fuel rod gap is set to 2 mm or less, the (Vm / Vf) geo of the fuel rod lattice becomes about 0.9 or less. In the case of a fuel assembly in which fuel rods are densely arranged in an equilateral triangular lattice, considering the gap area between fuel assemblies and the control rod insertion area, (V
m / Vf) geo is less than (Vm / Vf) geo of the fuel rod lattice.
The value increases from 1 to 0.2. Therefore, in order to realize an effective water-to-fuel volume ratio of 0.6 or less under this geometrical water-to-fuel volume ratio, the core average steam void fraction is 45% or more ( From the relationship diagram shown in FIG. 27, the steam weight ratio at the core outlet needs to be 20% or more). On the other hand, when the fuel rod gap is 0.7 (the minimum value of the fuel rod gap from the viewpoint of manufacturing the fuel assembly and securing thermal margin), it is in the range of 1.0 mm (when the fuel rod diameter is thicker than 9.5 mm). Can be 1.0 mm or more), the vapor void ratio is 0%, and (V
m / Vf) geo can be about 0.6 or less.

【0049】図4は、燃料集合体の平均核分裂性Pu富
化度と増殖比の関係を示す。炉心を、運転期間を通じて
臨界状態に維持するためには、核分裂性Pu富化度を6
wt%以上にすることが必要である。一方、増殖比は、
核分裂性Pu富化度とともに減少するが、前述のよう
に、余剰反応度の増加を活用し、ブランケットへの中性
子漏洩を増加することで20wt%までは増殖比1近傍
を実現できることがわかった。
FIG. 4 shows the relationship between the average fissile Pu enrichment of the fuel assembly and the growth ratio. In order to maintain the core in the critical state throughout the operation period, the fissile Pu enrichment is set to 6
It is necessary to make it wt% or more. On the other hand, the growth ratio is
Although it decreases with the fissile Pu enrichment, it was found that a proliferation ratio of around 1 can be achieved up to 20 wt% by utilizing the increase in excess reactivity and increasing the neutron leakage to the blanket as described above.

【0050】また、その際、炉の反応度を制御する手段
としては、燃料集合体の中にクラスター型制御棒を挿入
するか、六角形燃料集合体の周囲にY字型制御棒、ある
いは、正方形燃料集合体の周囲に十字型制御棒を挿入す
る方法が考えられる。以上の組合せにより増殖比1.0
の炉心が実現できる。
At this time, as a means for controlling the reactivity of the furnace, a cluster type control rod is inserted into the fuel assembly, a Y-shaped control rod is provided around the hexagonal fuel assembly, or A method of inserting a cross-shaped control rod around the square fuel assembly can be considered. Proliferation ratio of 1.0 due to the above combination
The core of can be realized.

【0051】また、以下の作用により前記第3,4,5
の目的が達成される。本願発明者等の検討によれば、炉
心の単位水平断面あたりの燃料集合体の出力を現行沸騰
水型軽水炉と同程度にすることで、熱的余裕を確保しつ
つ、燃料集合体の高さ(有効炉心長:水平断面平均核分
裂性Pu富化度が6wt%以上の領域の長さ)を減少で
きることがわかった。実効的な水対燃料体積比を0.6
以下とするため、燃料棒を稠密に配置した結果、炉心の
単位水平断面あたりの燃料棒本数は現行沸騰水型軽水炉
の3〜4倍となる。従って、平均線出力密度が同等とな
る燃料集合体の高さ(有効炉心長)は現行沸騰水型軽水
炉の約1/3〜1/4倍となる。さらに、現行沸騰水型
軽水炉に比べ、減速材が均一に分散した構成であるた
め、燃料棒の局所出力ピーキング係数を(必要な場合は
富化度分布の採用により)、約30%以上低減できる。
また、燃焼反応度変化やボイド反応度変化が小さいこ
と、さらに以下で述べる他の手段と合わせて、出力ピー
キング係数を約40%以上低減できる。したがって、平
均線出力密度が同等以上となる燃料集合体の高さ(有効
炉心長)は現行沸騰水型軽水炉の約1/10倍である4
0cm以上となる。一方、有効炉心長を短尺にし、軸方向
の中性子漏洩を増大することで、ボイド係数低減効果が
活用できる。本願発明者等の検討によれば、有効炉心長
を140cm以下にすれば、以下で述べる他の手段と合わ
せて、負のボイド係数が実現できることがわかった。短
尺化によりブランケット部での出力発生割合は増加する
が、有効炉心長を減少したことで、ブランケット部を除
く領域での平均出力密度は約100〜300kW/lと
なる。
Further, by the following action, the third, fourth, fifth
The purpose of is achieved. According to the study by the inventors of the present application, by making the output of the fuel assembly per unit horizontal cross section of the core to be about the same as that of the existing boiling water type light water reactor, the height of the fuel assembly can be ensured while ensuring a thermal margin. It was found that (effective core length: length of region where average fissile Pu enrichment in horizontal section is 6 wt% or more) can be reduced. Effective water to fuel volume ratio of 0.6
For the following reasons, as a result of densely arranging the fuel rods, the number of fuel rods per unit horizontal cross section of the core is 3 to 4 times that of the existing boiling water type light water reactor. Therefore, the height of the fuel assembly (effective core length) at which the average linear power densities are the same is about 1/3 to 1/4 times that of the existing boiling water type light water reactor. In addition, compared to the existing boiling water reactor, the moderator is uniformly distributed, so the local power peaking coefficient of the fuel rod (by adopting the enrichment distribution if necessary) can be reduced by about 30% or more. .
In addition, the change in combustion reactivity and the change in void reactivity are small, and in combination with other means described below, the output peaking coefficient can be reduced by about 40% or more. Therefore, the height of the fuel assembly (effective core length) at which the average linear power density is equal to or higher than that is about 1/10 of the current boiling water type light water reactor.
It will be 0 cm or more. On the other hand, by shortening the effective core length and increasing the neutron leakage in the axial direction, the void coefficient reduction effect can be utilized. According to the study by the inventors of the present application, it was found that if the effective core length is 140 cm or less, a negative void coefficient can be realized in combination with other means described below. The power generation ratio in the blanket part increases due to the shortening, but the average power density in the region excluding the blanket part becomes about 100 to 300 kW / l due to the decrease in the effective core length.

【0052】その結果、現行炉とほぼ同じ直径の圧力容
器の中に同一出力のRBWRがおさまるので、発電コス
トを現行軽水炉と同程度に保つことができ、安全性にお
いても、現行軽水炉と同程度の水準に保つことができ
る。また、これにより、Puインベントリーを減少で
き、したがって、一定のPu量で多くの発電炉を運転す
ることが可能で、エネルギー安定供給が実現できる。
As a result, since the RBWR having the same output is contained in the pressure vessel having almost the same diameter as that of the existing reactor, the power generation cost can be maintained at the same level as that of the existing light water reactor, and the safety is also the same as that of the existing light water reactor. Can be kept at the standard of. In addition, this makes it possible to reduce the Pu inventory, and therefore, it is possible to operate a large number of power generation reactors with a fixed amount of Pu, and a stable energy supply can be realized.

【0053】また、以下の作用により前記第5の目的が
達成される。本願発明者等の検討によれば、炉心の上部
の核分裂性Puの富化度を炉心の下部より高くすること
により、炉心の軸方向出力分布を平坦化できるととも
に、その結果、Puインベントリーを減少させることが
できる。また、出力が上昇した時や、炉心冷却材流量が
低下した時に、炉心内の蒸気ボイド率が上昇するが、そ
の際、図5に示すように、比較的核分裂性Puの富化度
が低く、中性子インポータンスの小さい炉心下部に出力
分布がスウィングして、炉心の反応度を低下(負のボイ
ド係数と)できる。
Further, the fifth object is achieved by the following operation. According to the study by the inventors of the present application, by making the enrichment degree of fissile Pu in the upper part of the core higher than that in the lower part of the core, the axial power distribution of the core can be flattened, and as a result, the Pu inventory can be reduced. Can be made. Further, when the power rises or the core coolant flow rate decreases, the vapor void fraction in the core rises, but at that time, as shown in FIG. 5, the fissile Pu enrichment is relatively low. , The power distribution swings to the lower part of the core where the neutron importance is small, and the reactivity of the core can be reduced (with a negative void coefficient).

【0054】また、以下の作用により前記第2の目的が
達成される。本願発明者等の検討によれば、燃料集合体
内にクラスター型制御棒を挿入することで、燃料棒を正
三角形の格子状に稠密配列した炉心構成が実現できる。
さらに、本願発明者等の検討によれば、六角形燃料集合
体とY字型制御棒を組合せても、燃料棒を正三角形の格
子状に稠密配列した炉心構成が実現できる。Y字型制御
棒と六角形燃料集合体を組合せる場合には、燃料集合体
形状を正六角形とする方式とY字型制御棒の一つの翼と
燃料集合体で正六角形を構成する方式が可能である。前
者では、燃料集合体構成が単純化される利点があり、後
者では、炉心内の集合体中心位置が正三角形を形成する
利点がある。さらに、本願発明者等の検討によれば、正
方形燃料集合体と十字型制御棒を組合せても、燃料棒を
正三角形の格子状に稠密配列した炉心構成が実現でき
る。
The second object is achieved by the following action. According to the study by the inventors of the present application, by inserting the cluster-type control rods into the fuel assembly, it is possible to realize a core structure in which the fuel rods are densely arranged in a regular triangular lattice.
Further, according to the study by the inventors of the present application, even if a hexagonal fuel assembly and a Y-shaped control rod are combined, a core structure in which the fuel rods are densely arranged in a regular triangular lattice shape can be realized. When combining a Y-shaped control rod and a hexagonal fuel assembly, there is a method in which the fuel assembly shape is a regular hexagon and a method in which one blade of the Y-shaped control rod and the fuel assembly form a regular hexagon. It is possible. The former has an advantage that the fuel assembly structure is simplified, and the latter has an advantage that the center position of the assembly in the core forms an equilateral triangle. Further, according to the study by the inventors of the present application, even if the square fuel assemblies and the cross-shaped control rods are combined, a core structure in which the fuel rods are densely arranged in a regular triangular lattice shape can be realized.

【0055】また、本願発明者等の検討によれば、六角
形燃料集合体とY字型制御棒あるいは正方形燃料集合体
と十字型制御棒の組合せにおいて、制御棒に面した燃料
棒では、制御棒引き抜き時に、水の中性子減速効果が大
きくなり、中性子エネルギーが低下し、集合体中の各燃
料棒の核分裂性Puの富化度を同一にしておくと、制御
棒に面した燃料棒に出力ピーキングが発生する。そこ
で、制御棒挿入位置からの距離に応じて、集合体中の核
分裂性Puの富化度を数種類変化させることにより、燃
料集合体内の出力分布を平坦化させた燃料集合体が実現
できる。
Further, according to the study by the inventors of the present invention, in the combination of the hexagonal fuel assembly and the Y-shaped control rod or the square fuel assembly and the cross-shaped control rod, the control is performed in the fuel rod facing the control rod. When the rod is pulled out, the neutron moderating effect of water increases, the neutron energy decreases, and if the enrichment level of the fissionable Pu of each fuel rod in the assembly is kept the same, the fuel rod is output to the fuel rod facing the control rod. Peaking occurs. Therefore, a fuel assembly having a flat output distribution in the fuel assembly can be realized by changing the enrichment degree of the fissile Pu in the assembly according to the distance from the control rod insertion position.

【0056】また、以下の作用により前記第4の目的が
達成される。本願発明者等の検討によれば、炉心内の燃
料集合体配置やオリフィス構成を適正化することで、炉
心内燃料集合体の出力と流量を平坦化でき熱的余裕を向
上することができる。炉心の最外周を除く領域を半径方
向に等面積に二分割し、炉心外側領域の燃料集合体炉心
滞在サイクル数の平均値が、炉心内側領域のそれより小
さくなるように燃料集合体を装荷することで、炉心外側
領域の中性子無限増倍率を内側より高くでき、径方向の
出力分布が平坦化できる。中性子インポータンスが低い
炉心の最外周領域には、滞在サイクル数が大きな燃料集
合体を装荷することで、所要核分裂性Puの富化度低減
が実現できる。本願発明者等の検討によれば、炉心外周
部からの中性子漏洩の影響は、炉心最外層およびそれに
隣接する燃料集合体で特に大きく、その結果、燃料集合
体出力が他の領域に比べ低くなり、燃料集合体内を流れ
る流量が大きくなる。したがって、炉心の最外周及び、
それに隣接する燃料集合体のオリフィス圧損係数の平均
値が、それ以外の領域のオリフィス圧損係数の平均値よ
り大きくなるように設定することで、流量配分を平坦化
できる。これにより、炉心の最外周近傍の流量を低減
し、全炉心流量を低減することができる。また、オリフ
ィス圧損係数を大きくした領域で蒸気ボイド率を増大で
き、ボイド係数の改善、増殖比の増大に寄与することが
できる。
The fourth object is achieved by the following operation. According to the study by the inventors of the present application, by optimizing the fuel assembly arrangement and the orifice configuration in the core, the output and flow rate of the fuel assembly in the core can be flattened and the thermal margin can be improved. The region excluding the outermost periphery of the core is divided into two equal areas in the radial direction, and the fuel assemblies are loaded so that the average number of core assembly core stay cycles in the outer core region is smaller than that in the inner core region. As a result, the infinite neutron multiplication factor in the outer core region can be made higher than that in the inner core region, and the radial power distribution can be flattened. By loading a fuel assembly having a large stay cycle number in the outermost peripheral region of the core having a low neutron importance, it is possible to reduce the enrichment of the required fissionable Pu. According to the study by the inventors of the present application, the influence of neutron leakage from the core outer periphery is particularly large in the core outermost layer and the fuel assemblies adjacent thereto, and as a result, the fuel assembly output becomes lower than in other regions. The flow rate in the fuel assembly increases. Therefore, the outermost circumference of the core and
By setting the average value of the orifice pressure loss coefficient of the fuel assembly adjacent to it to be larger than the average value of the orifice pressure loss coefficient of the other regions, the flow rate distribution can be flattened. As a result, the flow rate near the outermost periphery of the core can be reduced, and the total core flow rate can be reduced. Further, the vapor void ratio can be increased in the region where the orifice pressure loss coefficient is increased, which can contribute to the improvement of the void coefficient and the increase of the breeding ratio.

【0057】また、以下の作用により前記第6の目的が
達成される。本発明者等の検討によれば、軽水蒸気冷却
により増殖比を1.0 以上とすることが可能であるが、
蒸気温度が飽和温度を越えることにより、現行のBWR
で使用されているものより耐高温性の強い材料を開発す
ることが必要となるとともに、コロージョン生成物等の
放射性核種が、蒸気とともに炉心外に流出する。本発明
においては、炉心出口の蒸気重量率を40%以下におさ
えて、異常な過渡変化で出力が上昇した時にも、冷却材
が飽和温度の二相流状態を保ち、飽和温度を維持して、
現行軽水炉と同じ構造材が使用でき、炉内における沸騰
による蒸留機能により、タービンに行く蒸気中に、コロ
ージョン生成物等の放射性核種が含まれることを防止し
つつ、増殖比1.0 以上の炉心が実現できる。
The sixth object is achieved by the following operation. According to the study by the present inventors, it is possible to increase the breeding ratio to 1.0 or more by cooling with light steam.
Current BWR due to steam temperature exceeding saturation temperature
It is necessary to develop materials with higher resistance to high temperatures than those used in, and radioactive nuclides such as corrosion products flow out of the core together with steam. In the present invention, the steam weight ratio at the core outlet is suppressed to 40% or less, and even when the output rises due to an abnormal transient change, the coolant maintains the two-phase flow state of the saturation temperature and maintains the saturation temperature. ,
The same structural material as the existing light water reactor can be used, and the distillation function by boiling in the reactor prevents the inclusion of radioactive nuclides such as corrosion products in the steam that goes to the turbine, while maintaining a core with a breeding ratio of 1.0 or more. Can be realized.

【0058】また、以下の作用により前記第1及び第7
の目的が達成される。本発明者等の検討によれば、エネ
ルギー長期安定供給をめざして、現行軽水炉で使用され
る濃縮ウラン製造時に、その残渣として発生する劣化ウ
ランにPuを富化した燃料について実施例を検討する
が、現在のようにまだ天然ウランや、使用済み燃料から
回収される減損ウランが多量に存在する時には、劣化ウ
ランのかわりに天然ウランや減損ウランさらには低濃縮
ウラン(0.71wt%〜2.0wt%)にPuを富化す
ることによっても、核分裂性Puの富化度を劣化ウラン
使用の場合に比べて、約0.5wt% 以上低くすること
により、劣化ウランにPuを富化した場合に比べ、増殖
比,ボイド係数に関し同等以上の性能を有する炉心を実
現できる。
Further, the first and the seventh are operated by the following actions.
The purpose of is achieved. According to the study by the present inventors, an example of fuel enriched with Pu in depleted uranium produced as a residue during the production of enriched uranium used in the current light water reactor is examined with the aim of long-term stable energy supply. , When there is still a large amount of natural uranium and depleted uranium recovered from spent fuel as in the present day, natural uranium and depleted uranium and low enriched uranium (0.71 wt% to 2.0 wt) are used instead of depleted uranium. %), The enrichment of fissionable Pu is reduced by about 0.5 wt% or more as compared with the case of using depleted uranium. In comparison, it is possible to realize a core having performance equal to or higher than the breeding ratio and void coefficient.

【0059】また、以下の作用により前記第8の目的が
達成される。本発明者等の検討によれば、劣化ウランに
Puを富化するだけでなく、アクチノイド核種も同時に
リサイクルすることにより、長寿命の放射性核種が炉内
に平衡状態になり、一定量に達する。したがって、本発
明の炉ではアクチノイド核種は、発生量と消滅量がバラ
ンスして、増加量は零となり、放射性廃棄物の中で特に
問題となっている長半減期アクチノイド核種の全発生量
を大幅に低減するのみからず、Puを含むアクチノイド
核種を原子炉,再処理施設,燃料製造施設の中のみに閉
じ込めることができる原子炉システムが実現できる。
The eighth object is achieved by the following operation. According to the study by the present inventors, not only is Pu enriched in depleted uranium, but the actinide nuclide is also recycled at the same time, whereby a long-lived radionuclide is in an equilibrium state in the reactor and reaches a certain amount. Therefore, in the reactor of the present invention, the actinide nuclide balances the generation amount and the annihilation amount, the increase amount becomes zero, and the total generation amount of the long half-life actinide nuclide which is particularly problematic in radioactive waste is greatly increased. It is possible to realize a reactor system in which actinide nuclides containing Pu can be confined only in the reactor, the reprocessing facility, and the fuel manufacturing facility.

【0060】[0060]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に
説明する。以下の実施例では、電気出力135万kW級
の炉心を対象にしたが、出力規模はこれに限定されるも
のではない。燃料集合体の体数を変更することで、他の
出力規模にも適用できる。
Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings. In the following examples, the core having an electric output of 1.35 million kW was targeted, but the output scale is not limited to this. It can be applied to other output scales by changing the number of fuel assemblies.

【0061】(第1の実施例)本発明の第1の実施例を
図1及び図6〜図11により説明する。
(First Embodiment) A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 6 to 11.

【0062】図1に、本実施例の電気出力1356MW
eの水平断面を示す。720体の燃料集合体1と、燃料
集合体3体に一体の割合で223体のY字型制御棒2が
示されている。図6に燃料集合体格子の断面を示す。直
径10.1mm の燃料棒3が燃料棒間隙1.3mm で正三角
形に配置され、チャンネルボックス4とY字型制御棒の
一つの翼5で正六角形燃料集合体格子を作るように正六
角形燃料集合体の一辺の最外周の燃料棒一列が存在しな
い構造になっている。すなわち、六角形燃料集合体にお
いて、向かいあう最外層燃料棒列に平行な三組の燃料棒
列のうち二組が17列で等しく、残りの一組が16列と
なっている。制御棒の三枚の翼には、B4C が充填され
たステンレス管が配置されており、翼の間隔はそれぞれ
120度で、それぞれの翼を延長した直線により正三角
形が構成されるように三枚の翼が配置されている。すな
わち、それぞれの翼の1つの側面であって制御棒の中心
の周りで同じ方向(例えば、図6における時計回りの方
向)に面している3つの側面に沿って上記中心側に延長
された3本の直線により正三角形が構成されるように三
枚の翼が配置されている。また、制御棒の先端部には、
軽水より減速能が小さな物質である炭素で構成されたフ
ォロアー部を有している。図7に平衡炉心の燃料配置を
示す。燃料集合体1に記された番号は、炉心に滞在して
いる期間をサイクル数で示している。中性子インポータ
ンスが低い炉心最外周には、炉内滞在期間が最も長い3
サイクル目燃料が装荷されている。その内側である炉心
外側領域には、中性子無限増倍率が最も高い、炉内滞在
期間1サイクル目燃料を装荷し、炉心径方向の出力分布
平坦化を図っている。炉心内側領域には、炉内滞在期間
2および3サイクル目燃料が分散装荷されており、内側
領域の出力分布平坦化を図っている。図8に、平衡炉心
におけるオリフィスの状態を示しており、燃料集合体1
に記された番号は、燃料支持部に設置されたオリフィス
の開閉度が異なることを示しており、3領域になってい
る。燃料集合体出力が小さな炉心外側領域(番号1及び
2)のオリフィス口径は、内側領域のオリフィス口径よ
り小さくなっている。図9に平衡炉心用の燃料集合体の
水平断面で平均した核分裂性Puの富化度の高さ方向分
布を示す。なお、Puが富化されるウランは劣化ウラン
である。炉心の高さは55cmで、炉心の下端から8/1
2のところで2領域に分割され、上部の富化度が12w
t%,下部が10wt%である。また、炉心部の上下に
それぞれ25cmと20cmの劣化ウランのブランケットが
付設されている。図10に燃料集合体の下部の水平断面
のPuの富化度分布を示す。核分裂性Puの富化度は1
0.4wt% ,9.4wt% ,8.4wt% ,7.4w
t% の4種類、平均富化度は10wt%である。燃料
集合体の上部の水平断面のPuの富化度分布は、下部と
同じ分布で、核分裂性Puの富化度は12.4wt%,
11.4wt%,10.4wt%,9.4wt%の4種
類、平均富化度は12wt%である。図11に、炉心平
均の高さ方向の出力分布とボイド率分布を示す。炉心平
均ボイド率は61%、炉心出口の蒸気重量率は32wt
%である。
FIG. 1 shows the electric output of this embodiment of 1356 MW.
The horizontal section of e is shown. 720 fuel assemblies 1 and 223 Y-shaped control rods 2 are shown in an integrated ratio with three fuel assemblies. FIG. 6 shows a cross section of the fuel assembly lattice. Fuel rods 3 having a diameter of 10.1 mm are arranged in an equilateral triangle with a fuel rod gap of 1.3 mm, and a regular hexagonal fuel assembly is formed by forming a regular hexagonal fuel assembly lattice with a channel box 4 and one blade 5 of a Y-shaped control rod. The structure is such that the outermost fuel rod row on one side of the assembly does not exist. That is, in the hexagonal fuel assembly, two of the three sets of fuel rod rows parallel to the outermost fuel rod rows facing each other are equal to 17 rows, and the remaining one set is 16 rows. A stainless steel tube filled with B 4 C was placed on each of the three blades of the control rod, and the blade intervals were 120 degrees. Three wings are arranged. That is, it is extended to the center side along one side of each wing and three sides facing the same direction around the center of the control rod (eg, the clockwise direction in FIG. 6). Three wings are arranged so that an equilateral triangle is formed by three straight lines. Also, at the tip of the control rod,
It has a follower part made of carbon, which is a substance that has a moderating power smaller than that of light water. Fig. 7 shows the fuel arrangement of the equilibrium core. The number written on the fuel assembly 1 indicates the period of stay in the core by the number of cycles. At the outermost periphery of the core, where the neutron importance is low,
Cycle fuel is loaded. The inner region outside the core is loaded with the fuel with the highest infinite neutron multiplication factor in the first cycle of the in-core stay period in order to flatten the power distribution in the radial direction of the core. The fuel in the second and third cycles of staying in the core is dispersedly loaded in the inner region of the core to flatten the power distribution in the inner region. FIG. 8 shows the state of the orifices in the equilibrium core.
The numbers marked with indicate that the opening and closing degrees of the orifices installed in the fuel support portion are different, and there are three regions. The orifice diameter of the core outer area (numbers 1 and 2) where the fuel assembly output is small is smaller than the orifice diameter of the inner area. FIG. 9 shows the distribution in the height direction of the enrichment of fissile Pu averaged in the horizontal cross section of the fuel assembly for the equilibrium core. The uranium enriched with Pu is depleted uranium. The core height is 55 cm, 8/1 from the bottom of the core
It is divided into 2 areas at 2 and the enrichment at the top is 12w.
t% and the lower part are 10 wt%. Also, 25 cm and 20 cm depleted uranium blankets are attached above and below the core, respectively. FIG. 10 shows the enrichment distribution of Pu in the horizontal cross section of the lower portion of the fuel assembly. Fissile Pu enrichment is 1
0.4wt%, 9.4wt%, 8.4wt%, 7.4w
4 kinds of t%, the average enrichment is 10 wt%. The enrichment distribution of Pu in the horizontal cross section at the top of the fuel assembly is the same as that at the bottom, and the enrichment of fissile Pu is 12.4 wt%,
Four kinds of 11.4 wt%, 10.4 wt% and 9.4 wt%, the average enrichment is 12 wt%. FIG. 11 shows the power distribution in the height direction of the core average and the void fraction distribution. Average core void ratio is 61%, steam weight ratio at core outlet is 32 wt
%.

【0063】次に、本実施例の作用を説明する。Next, the operation of this embodiment will be described.

【0064】燃料棒間隙1.3mm の正三角形格子の稠密
六角形燃料集合体,炉心平均ボイド率61%,Y字型制
御棒の組合せにより、水対燃料の実効体積比0.27 が
達成され、炉内増殖比0.90,ブランケット増殖比0.
11,合計1.01 の増殖比が実現した。
An effective volume ratio of water to fuel of 0.27 was achieved by the combination of a dense hexagonal fuel assembly of an equilateral triangular lattice with a fuel rod gap of 1.3 mm, a core average void fraction of 61%, and a Y-shaped control rod. , Breeding ratio in furnace 0.90, blanket breeding ratio 0.9.
11, a total growth ratio of 1.01 was achieved.

【0065】以上の理由により、本実施例では、実効的
な水対燃料体積比を、現行炉の約2.0から0.27に低
減することにより、増殖に1.01 の軽水炉が実現す
る。
For the above reason, in this embodiment, the effective water-to-fuel volume ratio is reduced from about 2.0 of the current reactor to 0.27, thereby realizing a light water reactor of 1.01 for breeding. .

【0066】本炉心の出力は、現行のABWRと同じ出
力135万kWeで、炉心の外接半径は2.8m で、A
BWRの値とほぼ同じである。炉心高さは55cmで、そ
の上下に、それぞれ25cm,20cmのブランケットが付
いており、短尺燃料集合体になっている。しかし燃料棒
が稠密になっているため、燃料棒の全長は、ABWRと
大差なく、MCPRは1.32で、熱的な設計基準値、
1.24を十分満たしている。稠密にかかわらず炉心部
55cmの短尺燃料としたため、Puインベントリーは、
100万kWe出力あたりの核分裂性Pu量に換算して
4.4 トンと少なく、再処理等のPuの炉外滞在期間を
考慮しても、100万kWeあたり10トン以下とな
る。
The output of this core is the same as that of the current ABWR, 1.35 million kWh, and the outer radius of the core is 2.8 m.
It is almost the same as the value of BWR. The core height is 55 cm, and blankets of 25 cm and 20 cm are attached to the top and bottom, respectively, to form a short fuel assembly. However, since the fuel rods are dense, the total length of the fuel rods is not much different from that of ABWR, MCPR is 1.32, the thermal design standard value,
Satisfies 1.24. Since the fuel was 55 cm in length, regardless of the density, the Pu inventory was
It is as small as 4.4 tons when converted to the amount of fissile Pu per 1 million kWh output, and is 10 tons or less per 1 million kWh in consideration of the period during which Pu stays outside the reactor, such as reprocessing.

【0067】以上の理由により、増殖比1.01 の本実
施例では、世界のウラン埋蔵量1500万トンから生じる
1.5 万トンの核分裂性Puと劣化ウラン1500万ト
ンを使って、100万kWe炉1500基を1万年間運
転を続けることが出来、エネルギーの長期安定供給体制
が実現する。
For the above reasons, in the present example with a proliferation ratio of 1.01, 1 million tons of fissile Pu and 15 million tons of depleted uranium produced from the world's uranium reserves of 15 million tons were used for 1 million tons. 1,500 kWe furnaces can be operated for 10,000 years, realizing a long-term stable energy supply system.

【0068】本実施例では、現在建設中のABWRとほ
ぼ同じ大きさの圧力容器で、同じ出力を出し、燃料の被
覆材もABWRと同じジルカロイで、同一燃焼度45G
Wd/tが達成される。
In the present embodiment, a pressure vessel having substantially the same size as the ABWR currently under construction produces the same output, the fuel cladding material is the same zircaloy as the ABWR, and the same burnup is 45G.
Wd / t is achieved.

【0069】以上の理由により、本実施例では、現在運
転中の燃料をもやしきりの軽水炉と同程度の発電コスト
で、エネルギー長期安定供給に対応できるBWRが実現
する。
For the above reasons, in the present embodiment, a BWR capable of coping with a stable long-term energy supply can be realized at a power generation cost similar to that of a light water reactor that is fully fueled at present.

【0070】現在運転中のBWRは、炉心の高さが約3
70cmであるが、本実施例では55cmである。したがっ
て、炉心中で発生する蒸気の量が増加した時の反応度の
増加を表わすボイド係数を負にする中性子漏洩効果が大
きい。又、燃料集合体の高さ方向について上端から1
8.3cm の所で、核分裂性Puの富化度が異なる上下2
領域燃料になっており、上部の富化度が12wt%,下
部の富化度が10wt%である。一方、炉心のボイド量
が増加した時には、すでに飽和状態に達している炉心上
部より、ボイド率の低い炉心下部の方がボイド率の相対
的な増加量は約20%大きく、その結果、中性子インポ
ータンスの高い炉心上部から、中性子インポータンスの
低い炉心下部への中性子束分布のスウィングが起こり、
負のボイド反応度が投入される。又、本実施例では、炉
心出口の蒸気重量率が32%で、異常な過渡変化時にお
いても、全冷却材が蒸気になることはなく、常に2相流
状態を保ち、現在のBWRと同様、炉心内に蓄積された
コロージョン生成物等の放射性物質を沸騰による蒸留作
用により炉心内に閉じ込め、タービン側への移行を防い
でいる。
The BWR currently in operation has a core height of about 3
Although it is 70 cm, it is 55 cm in this embodiment. Therefore, the neutron leakage effect that makes the void coefficient negative, which represents the increase in reactivity when the amount of steam generated in the core increases, is large. Also, 1 from the top in the height direction of the fuel assembly
At 8.3 cm, the upper and lower two with different enrichment of fissile Pu
It is a regional fuel, with an upper enrichment of 12 wt% and a lower enrichment of 10 wt%. On the other hand, when the void volume of the core increases, the relative increase in void fraction is about 20% greater in the lower core with a lower void fraction than in the upper core which has already reached a saturated state, and as a result, the neutron importance is increased. Swing of the neutron flux distribution from the upper core with high neutron importance to the lower core with low neutron importance,
Negative void reactivity is injected. Further, in this embodiment, the steam weight ratio at the core outlet is 32%, all the coolant does not become steam even during an abnormal transient change, and always maintains a two-phase flow state, similar to the present BWR. The radioactive substances such as corrosion products accumulated in the core are confined in the core by the distillation action by boiling to prevent the migration to the turbine side.

【0071】以上の理由により、本実施例では、現在運
転中の燃料もやしきりの軽水炉と同程度の安全性の下
で、エネルギー長期安定供給に対応出来るBWRが実現
する。
For the above reasons, in this embodiment, a BWR capable of coping with a stable long-term energy supply is realized with the same level of safety as that of a light water reactor which is currently running fuel.

【0072】現在運転中のBWRは、核分裂反応の85
%前後が0.6eV以下の熱中性子領域で発生している
のに対して、本実施例の核分裂反応が生じるエネルギー
中央値は、約1keVであり、共鳴領域での反応割合が
非常に大きい。そのためドップラー係数は、現在運転中
のBWRが1.6×10-5Δk/k/℃ であるのに対し
て、本実施例の値は3.7×10-5Δk/k/℃で、約
2倍大きい。
The BWR currently in operation is 85% of the fission reaction.
% Occurs around 0.6 eV or less in the thermal neutron region, whereas the median energy of the fission reaction of this example is about 1 keV, and the reaction ratio in the resonance region is very large. Therefore, the Doppler coefficient is 1.6 × 10 −5 Δk / k / ° C. for the currently operating BWR, while the value of this example is 3.7 × 10 −5 Δk / k / ° C. About twice as big.

【0073】又、現在運転中のBWRのボイド係数は−
7.0×10-4Δk/k/%void であり、本実施例の値
は、−0.5×10-4k/k/%void と、絶対値が小さ
く設計されている。その結果、圧力が上昇する事象と
か、冷却水の温度が低下する事象での熱的余裕が比較的
大きくなる。
The void coefficient of the BWR currently in operation is −
It is 7.0 × 10 −4 Δk / k /% void, and the value of this embodiment is −0.5 × 10 −4 k / k /% void, which is designed to have a small absolute value. As a result, the thermal margin becomes relatively large in the event that the pressure increases or the temperature of the cooling water decreases.

【0074】以上の理由により、本実施例では、現在運
転中のBWRより、かなりの過渡事象において、より安
全余裕の大きなBWR炉心が実現する。
For the above reasons, in this embodiment, a BWR core having a larger safety margin can be realized in a considerable transient event as compared with the BWR currently in operation.

【0075】本実施例によれば、稠密の六角形燃料集合
体,Y字型制御棒と炉心平均ボイド率61%の組合せに
より、劣化ウランに平均10.5wt% の核分裂性Pu
を富化した燃料により、増殖比1.01 が実現され、炉
心高さを55cmにしたことで、Puインベントリも低減
して、世界の天然ウラン埋蔵量1500万トンで、百万
kWの炉1500基を1万年間運転出来るBWRで、エ
ネルギー長期安定供給が図れる。又、現在運転中のBW
Rと圧力容器の直径や出力等の運転条件,使用材料をほ
ぼ同じにしたことにより、性能の大幅向上にもかかわら
ず、発電コストを現行BWRと同程度に押えることが出
来る。又、短尺燃料集合体,上下二領域燃料集合体によ
る負のボイド係数の維持や、炉心出口の蒸気重量率を約
30%におさえたことにより、沸騰による蒸留機能を維
持して放射化物質を圧力容器内に閉じ込める等、現行B
WRと同程度の安全余裕を保つことが出来る。
According to the present embodiment, a combination of a dense hexagonal fuel assembly, a Y-shaped control rod, and a core average void fraction of 61% resulted in an average of 10.5 wt% fissile Pu for depleted uranium.
With a fuel enriched with methane, a breeding ratio of 1.01 was achieved, and the core height was set to 55 cm, which also reduced the Pu inventory, and the world's natural uranium reserves of 15 million tons. With a BWR that can operate the base for 10,000 years, long-term stable energy supply can be achieved. Also, the BW currently in operation
By making R and the operating conditions such as the diameter and output of the pressure vessel, and the materials used almost the same, it is possible to suppress the power generation cost to the same level as the current BWR, although the performance is greatly improved. Also, by maintaining a negative void coefficient by the short fuel assemblies and upper and lower two-region fuel assemblies, and by suppressing the steam weight ratio at the core outlet to about 30%, the distillation function by boiling is maintained and the activated substances are removed. Current B such as confined in a pressure vessel
You can keep the same safety margin as WR.

【0076】本実施例では、エネルギー長期安定供給を
めざして、現行軽水炉で使用される濃縮ウラン製造時
に、その残渣として発生する劣化ウランにPuを富化し
た燃料についての構成,作用,効果を述べた。しかし、
劣化ウランのかわりに、天然ウランや、使用済み燃料か
ら回収される減損ウラン,低濃縮ウランにPuを富化し
た燃料でも同等以上の効果が得られる。この場合、燃料
に含まれるウラン−235の重量割合が増加することで、
核分裂性Puの富化度を劣化ウラン使用の場合に比べ
て、0.5wt% 以上低くすることができる。その結
果、核分裂性Puに対する増倍比を約3%以上高くでき
るとともに、ボイド係数をより負にすることができる。
また、Puインベントリーが低減できるので、RBWR
運転基数をさらに増加できる。
In this example, the composition, action, and effect of the fuel enriched with Pu in the depleted uranium produced as the residue during the production of enriched uranium used in the current light water reactor are described with the aim of long-term stable energy supply. It was But,
Instead of depleted uranium, natural uranium, depleted uranium recovered from spent fuel, fuel enriched with Pu in low-enriched uranium, and the same or better effect can be obtained. In this case, by increasing the weight ratio of uranium-235 contained in the fuel,
The enrichment of fissile Pu can be lowered by 0.5 wt% or more as compared with the case of using depleted uranium. As a result, the multiplication ratio for fissile Pu can be increased by about 3% or more, and the void coefficient can be made more negative.
Also, because Pu inventory can be reduced, RBWR
The number of operating bases can be further increased.

【0077】本実施例ではボイド係数は負となっている
が、ボイド係数が0あるいは若干正を有しても、ドップ
ラー係数を含めた出力係数は負にすることができる。本
願発明者らの検討によれば、安全性の評価結果から、出
力係数が負であれば、ボイド係数の正負は本質的には問
題ないことが示されている。したがって、炉心部を55
cmよりさらに長くして、熱的余裕をさらに増大させるこ
とができる。また、燃料棒間隙を1.3mm より狭くし
て、増殖比を増大することも可能である。
Although the void coefficient is negative in this embodiment, the output coefficient including the Doppler coefficient can be negative even if the void coefficient is 0 or slightly positive. According to the study by the inventors of the present application, it is shown from the safety evaluation result that if the output coefficient is negative, the positive / negative of the void coefficient is essentially no problem. Therefore, the core is
It can be made longer than cm to further increase the thermal margin. It is also possible to increase the breeding ratio by making the fuel rod gap narrower than 1.3 mm.

【0078】本実施例では、ウランにPuのみを富化し
た燃料について述べたが、Puとともにその他のアクチ
ノイド核種を富化することもできる。この場合には、RB
WRは中性子の平均エネルギーが高いので、Puが質量数
の高いアクチノイド核種に移行しにくくなるとともに、
アクチノイド核種を核分裂反応により消滅することがで
きる。
In this embodiment, the fuel in which only Pu was enriched in uranium was described, but other actinide nuclides can be enriched in addition to Pu. In this case, RB
Since WR has a high average energy of neutrons, it becomes difficult for Pu to move to an actinide nuclide with a high mass number, and
Actinide nuclides can be eliminated by fission reaction.

【0079】さらに、本実施例では、核分裂性Puの富
化度が炉心の下端から8/12のところで上下2領域に
なっているが、これに限定されるものではない。図28
に、本実施例とは異なる平衡炉心用燃料集合体の、水平
断面で平均した核分裂性Pu富化度の高さ方向分布例を
示す。Puが富化されるウランは、本実施例と同じ劣化
ウランであり、炉心部の上下にそれぞれ25cmと20cm
の劣化ウランのブランケットが付設されている。炉心の
高さは、本実施例と同じ55cmで、炉心の下端から1/
12,2/12,7/12,8/12のところで5領域に
分割されている。核分裂性Pu富化度は、上部より1
2.5wt%,10.5wt%,9.5wt%,10.5wt
%,12.5wt%となっており、集合体平均の核分裂
性Puの富化度は11wt%で、上半分の平均富化度は
11.7wt% 、下半分の平均富化度は10.2wt%
である。下端近傍の領域の核分裂性Pu富化度を高める
とともに、最高富化度(12.5wt%)と最低富化度
(9.5wt%)の間に中間富化度(10.5wt%)を
配置することで、図29に示すように、軸方向の出力分
布をより平坦化することができる。図28の実施例で
は、本実施例に比べ、出力ピーキングがさらに5%低減
できる。また、燃料集合体の高さ方向については、上半
分の平均核分裂性Puの富化度が下半分の平均値より高
くなっており、本実施例と同様に、ボイド反応度係数を
低減する効果が得られる。さらに、軸方向の出力分布を
平坦化したことで、炉心上下からの中性子漏洩量が増大
する。これにより、所要核分裂性Pu富化度は本実施例
より増大するが、ボイド反応度係数をさらに低減する効
果が得られる。図30は、図28の変形で中間富化度
(10.5wt%)を無くした場合である。出力分布平
坦化の効果は図28の方が大きいが、本実施例と同じ2
種類の核分裂性Pu富化度で、同様の効果が得られる。
Further, in the present embodiment, the enrichment of fissile Pu is in the upper and lower two regions at 8/12 from the lower end of the core, but it is not limited to this. FIG. 28
An example of distribution in the height direction of the fissile Pu enrichment averaged in the horizontal cross section of a fuel assembly for an equilibrium core different from that of this example is shown in FIG. The uranium enriched with Pu is the same depleted uranium as in this example, and is 25 cm and 20 cm above and below the core, respectively.
A depleted uranium blanket is attached. The height of the core is 55 cm, which is the same as that of this embodiment, and is 1 / from the lower end of the core.
It is divided into 5 areas at 12, 2/12, 7/12, and 8/12. Fissionable Pu enrichment is 1 from the top
2.5wt%, 10.5wt%, 9.5wt%, 10.5wt
%, 12.5 wt%, the average fissile Pu enrichment in the aggregate is 11 wt%, the average enrichment in the upper half is 11.7 wt%, and the average enrichment in the lower half is 10. 2 wt%
Is. While increasing the fissile Pu enrichment in the region near the lower end, add an intermediate enrichment (10.5 wt%) between the highest enrichment (12.5 wt%) and the lowest enrichment (9.5 wt%). By arranging them, as shown in FIG. 29, the output distribution in the axial direction can be made more flat. In the embodiment of FIG. 28, output peaking can be further reduced by 5% as compared with the present embodiment. Further, in the height direction of the fuel assembly, the enrichment degree of the average fissile Pu in the upper half is higher than the average value in the lower half, and the effect of reducing the void reactivity coefficient is the same as in the present embodiment. Is obtained. Furthermore, by flattening the axial power distribution, the amount of neutron leakage from above and below the core increases. As a result, the required fissile Pu enrichment is increased as compared with the present embodiment, but the effect of further reducing the void reactivity coefficient is obtained. FIG. 30 shows a case where the intermediate enrichment (10.5 wt%) is eliminated by the modification of FIG. 28. The effect of flattening the output distribution is greater in FIG. 28, but it is the same as in this embodiment.
Similar effects are obtained with different types of fissile Pu enrichment.

【0080】(第2の実施例)本発明の第2の実施例を
図18〜図20により説明する。
(Second Embodiment) A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0081】図18に、本実施例の電気出力1356M
Weの炉心水平断面を示す。720体の燃料集合体9と
燃料集合体3体に一体の割合で、223本のY字型制御
棒10が示されている。図19に燃料集合体格子の断面
を示す。直径10.1mm の燃料棒3が、燃料棒間隙1.
3mm で正三角形に配置され、燃料棒列10列の正六角
形集合体を形成している。そして、燃料集合体3体に一
体の割合でY字型制御棒が図18のように配置されてお
り、制御棒が挿入されない燃料集合体間の間隙が、挿入
される燃料集合体間の間隙より狭くなっている。制御棒
の翼には、B4Cが充填されたステンレス管が配置されて
おり、翼の間隔はそれぞれ120度となっている。ま
た、制御棒の先端部には、軽水より減速能が小さな物質
である炭素で構成されたフォロアー部を有している。炉
心内の燃料の配置,オリフィスの状態,平衡炉心用の燃
料集合体の水平断面で平均した核分裂性Pu富化度の高
さ方向の分布は、いずれも実施例1の図7,図8,図9
と同じである。図20に燃料集合体内の下部の水平断面
の核分裂性Puの富化度分布を示す。正六角形燃料集合
体に隣接しないY字型制御棒の1翼に対して、核分裂性
Puの富化度分布が対称になっている。核分裂性Puの
富化度は10.4wt%,9.4wt%,8.4wt%,
7.4wt% の4種類、平均富化度は10wt%であ
る。燃料集合体の上部の水平断面のPuの富化度分布
は、下部と同じ分布で、核分裂性Puの富化度は12.
4wt%,11.4wt%,10.4wt%,9.4wt
%の4種類、平均富化度は12wt%である。
FIG. 18 shows the electric output of this embodiment 1356M.
The core horizontal cross section of We is shown. 223 Y-shaped control rods 10 are shown in an integrated ratio with 720 fuel assemblies 9 and 3 fuel assemblies. FIG. 19 shows a cross section of the fuel assembly lattice. Fuel rods 3 with a diameter of 10.1 mm have a fuel rod gap of 1.
They are arranged in an equilateral triangle with 3 mm and form a regular hexagonal assembly of 10 fuel rod rows. Then, the Y-shaped control rods are arranged in an integrated ratio with the three fuel assemblies as shown in FIG. 18, and the gap between the fuel assemblies in which the control rods are not inserted is the gap between the inserted fuel assemblies. It is getting narrower. A stainless steel tube filled with B 4 C is arranged on the blades of the control rod, and the blade intervals are 120 degrees. Further, at the tip of the control rod, there is a follower part made of carbon, which is a substance having a moderating ability smaller than that of light water. The distribution of fuel in the core, the state of the orifices, and the distribution of the fissile Pu enrichment in the height direction averaged in the horizontal cross section of the fuel assembly for the equilibrium core are shown in FIGS. Figure 9
Is the same as. FIG. 20 shows the enrichment distribution of fissile Pu in the lower horizontal cross section in the fuel assembly. The enrichment distribution of fissile Pu is symmetrical with respect to one blade of the Y-shaped control rod that is not adjacent to the regular hexagonal fuel assembly. The enrichment of fissile Pu is 10.4wt%, 9.4wt%, 8.4wt%,
Four kinds of 7.4 wt%, the average enrichment is 10 wt%. The enrichment distribution of Pu in the horizontal cross section at the top of the fuel assembly is the same as that at the bottom, and the enrichment of fissile Pu is 12.
4wt%, 11.4wt%, 10.4wt%, 9.4wt
%, And the average enrichment is 12 wt%.

【0082】本実施例は、燃料集合体が正六角形とな
り、燃料集合体あたりの燃料棒本数が実施例1に比べ1
0本増加し、平均線出力密度が下がるとともに、伝熱面
積が増大するため、熱的余裕が改善される。一方、燃料
集合体外にY字型制御棒のスペースが増大するため、実
施例1より炉心の外接半径は増大する。本実施例におい
ても、稠密の六角形燃料集合体,Y字型制御棒と炉心平
均ボイド率61%の組合せにより、水対燃料の実効体積
比0.27 が達成される。その結果、炉心特性は、実施
例1と同等であり、同等の効果が得られる。
In this embodiment, the fuel assembly has a regular hexagonal shape, and the number of fuel rods per fuel assembly is 1 as compared with the first embodiment.
The number of lines increases by 0, the average line power density decreases, and the heat transfer area increases, so that the thermal margin is improved. On the other hand, since the space of the Y-shaped control rod is increased outside the fuel assembly, the circumscribed radius of the core is increased as compared with the first embodiment. Also in this embodiment, the effective volume ratio of water to fuel of 0.27 is achieved by the combination of the dense hexagonal fuel assembly, the Y-shaped control rod and the core average void fraction of 61%. As a result, the core characteristics are the same as in Example 1, and the same effects are obtained.

【0083】また、本実施例においても、劣化ウランの
かわりに、天然ウランや、使用済み燃料から回収される
減損ウラン、低濃縮ウランにPuを富化した燃料でも同
等以上の効果が得られる。さらに、Puとともにその他
のアクチノイド核種を富化することもできる。
Also in this embodiment, the same or higher effect can be obtained by using natural uranium, depleted uranium recovered from spent fuel, or fuel enriched with Pu in low enriched uranium instead of depleted uranium. In addition, other actinide nuclides can be enriched with Pu.

【0084】さらに、本実施例では、炉心の下端から8
/12のところで核分裂性Puの富化度が上下2領域に
なっているが、これに限定されるものではない。実施例
1の変形である図28あるいは図30にすれば、実施例
1の場合と同様の効果が得られる。
Further, in the present embodiment, 8 from the lower end of the core.
At / 12, the fissile Pu enrichment is in the upper and lower two regions, but is not limited to this. According to FIG. 28 or FIG. 30 which is a modification of the first embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.

【0085】(第3の実施例)本発明の第3の実施例を
図15〜図17により説明する。
(Third Embodiment) A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0086】図15に、本実施例の電気出力1356M
Weの炉心の水平断面を示す。720体の正六角形燃料集
合体6と燃料集合体3体に挿入されるクラスター制御棒
を1つの制御棒駆動機構で作動させる223本の制御棒
駆動機構7が示されている。図16に燃料集合体格子の
水平断面を示す。直径10.1mm の燃料棒3が燃料棒間
隙1.3mm で正三角形に配置され、燃料棒列10列の正
六角形集合体を形成している。その中で、燃料棒格子の
12ヶ所には、クラスター制御棒が入るガイドチューブ
8が配置されている。炉心の燃料の配置,オリフィスの
状態,平衡炉心用の燃料集合体の水平断面で平均した核
分裂性Puの富化度の高さ方向の分布は、いずれも、実
施例1の図7,図8,図9と同じである。図17に燃料
集合体内の下部の水平断面のPu富化度分布を示す。実
施例1,2より減速材の分布が均質であるため、2種類
の核分裂性Pu富化度で出力ピーキングを抑えることが
できる。燃料棒1,2の核分裂性Pu富化度はそれぞれ
9.0wt%,10.1wt%である。燃料集合体内の上部
の水平断面のPu富化度分布は下部と同じで、燃料棒
1,2の核分裂性Pu富化度はそれぞれ11.0wt
%,12.1wt%である。
FIG. 15 shows the electric output 1356M of this embodiment.
The horizontal cross section of the core of We is shown. 223 control rod drive mechanisms 7 are shown in which the cluster control rods inserted into 720 regular hexagonal fuel assemblies 6 and 3 fuel assemblies are operated by one control rod drive mechanism. FIG. 16 shows a horizontal cross section of the fuel assembly lattice. The fuel rods 3 having a diameter of 10.1 mm are arranged in an equilateral triangle with a fuel rod gap of 1.3 mm to form a regular hexagonal assembly of 10 fuel rod rows. Among them, guide tubes 8 in which the cluster control rods are inserted are arranged at 12 positions of the fuel rod lattice. The distribution of the fuel in the core, the state of the orifice, and the distribution of the enrichment degree of the fissile Pu in the height direction averaged in the horizontal cross section of the fuel assembly for the equilibrium core are shown in FIGS. , The same as in FIG. FIG. 17 shows the Pu enrichment distribution in the lower horizontal section in the fuel assembly. Since the moderator distribution is more uniform than in Examples 1 and 2, output peaking can be suppressed by two types of fissile Pu enrichment. The fissionable Pu enrichments of the fuel rods 1 and 2 are 9.0 wt% and 10.1 wt%, respectively. The distribution of Pu enrichment in the upper horizontal section in the fuel assembly is the same as that in the bottom, and the fissionable Pu enrichment of fuel rods 1 and 2 is 11.0 wt.
%, 12.1 wt%.

【0087】本実施例は、制御棒が燃料集合体内に挿入
されるため、実施例1に比べ、燃料棒本数は2本減少す
るが、より大きな反応度制御効果が得られ、吸収材とし
て天然ボロンを用いても必要反応度が制御できる。本実
施例においても、稠密の六角形燃料集合体,クラスター
型制御棒と炉心平均ボイド率61%の組合せにより、水
対燃料の実効体積比0.27 が達成される。その結果、
炉心特性は、実施例1と同等であり、同等の効果が得ら
れる。
In this embodiment, since the control rods are inserted into the fuel assembly, the number of fuel rods is reduced by 2 as compared with the first embodiment, but a greater reactivity control effect can be obtained and a natural absorbent is used. The required reactivity can be controlled even by using boron. Also in this embodiment, the effective volume ratio of water to fuel of 0.27 is achieved by the combination of the dense hexagonal fuel assembly, the cluster type control rod and the core average void fraction of 61%. as a result,
The core characteristics are the same as in Example 1, and the same effects can be obtained.

【0088】また、本実施例においても、劣化ウランの
かわりに、天然ウランや、使用済み燃料から回収される
減損ウラン、低濃縮ウランにPuを富化した燃料でも同
等以上の効果が得られる。さらに、Puとともにその他
のアクチノイド核種を富化することもできる。
Also in this embodiment, the same or higher effect can be obtained by using natural uranium, depleted uranium recovered from spent fuel, or fuel enriched with Pu in low-enriched uranium instead of depleted uranium. In addition, other actinide nuclides can be enriched with Pu.

【0089】さらに、本実施例では、炉心の下端から8
/12のところで核分裂性Puの富化度が上下2領域に
なっているが、これに限定されるものではない。実施例
1の変形である図28あるいは図30にすれば、実施例
1の場合と同様の効果が得られる。
Further, in the present embodiment, 8 from the lower end of the core.
At / 12, the fissile Pu enrichment is in the upper and lower two regions, but is not limited to this. According to FIG. 28 or FIG. 30 which is a modification of the first embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.

【0090】(第4の実施例)本発明の第4の実施例を
図12〜図14により説明する。本実施例は、実施例1
の構成をベースに炉心性能を高度化したものであるが、
実施例2あるいは3の構成をベースとしても同等の炉心
が実現できる。
(Fourth Embodiment) A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The present embodiment is the same as the first embodiment.
The core performance is advanced based on the configuration of
An equivalent core can be realized based on the configuration of the second or third embodiment.

【0091】本実施例は、電気出力1356MWeで、
燃料の高燃焼度化を特徴とする炉心の場合である。本実
施例の炉心水平断面,燃料集合体格子の断面,オリフィ
ス分布は、実施例1の図1,図6,図8と同じである。
図12に平衡炉心の燃料配置を示す。燃料集合体に記さ
れた番号は炉心に滞在している期間をサイクル数で示し
ている。中性子インポータンスが低い炉心最外周には、
炉内滞在期間が最も長い3サイクル目燃料が装荷されて
いる。その内側である炉心外側領域には、中性子無限増
倍率が最も高い、炉内滞在期間1サイクル目燃料を装荷
し、炉心径方向の出力分布平坦化を図っている。炉心内
側領域には、炉内滞在期間2および3サイクル目燃料が
分散装荷されており、内側領域の出力分布平坦化を図っ
ている。本実施例では、軸方向中央部にブランケット部
を有することで、実施例1に比べ、燃焼反応度が小さく
なったため、3サイクル目燃料が炉心中央領域で多くな
っている。図13に平衡炉心用燃料集合体の水平断面で
平均した核分裂性Pu富化度の高さ方向分布を示す。な
お、Puが富化されるウランは劣化ウランである。炉心
高さは77cmで、炉心の下端から、23cm,52cmのと
ころで、1,2,3の3領域に分割され、それぞれの核
分裂性Pu富化度は、17wt%,0wt%,17wt
%,平均で10.6wt% である。又、炉心部の上下部
にそれぞれ25cm,20cmの劣化ウランのブランケット
が付設されている。図14に炉心平均の高さ方向の出力
分布とボイド率分布を示す。炉心平均ボイド率は60
%、炉心出口の蒸気重量率は29%である。
In this embodiment, the electric output is 1356 MWe,
This is the case of a core characterized by high burnup of fuel. The horizontal cross section of the core, the cross section of the fuel assembly lattice, and the orifice distribution of this embodiment are the same as those of FIG. 1, FIG. 6, and FIG. 8 of the first embodiment.
FIG. 12 shows the fuel arrangement of the equilibrium core. The number written on the fuel assembly indicates the period of stay in the core by the number of cycles. At the outermost periphery of the core, where the neutron importance is low,
The third cycle fuel, which has the longest stay in the reactor, is loaded. The inner region outside the core is loaded with the fuel with the highest infinite neutron multiplication factor in the first cycle of the in-core stay period in order to flatten the power distribution in the radial direction of the core. The fuel in the second and third cycles of staying in the core is dispersedly loaded in the inner region of the core to flatten the power distribution in the inner region. In this embodiment, since the blanket portion is provided at the central portion in the axial direction, the combustion reactivity becomes smaller than that in the first embodiment, and therefore the fuel in the third cycle is large in the central region of the core. FIG. 13 shows the distribution in the height direction of the fissile Pu enrichment averaged in the horizontal section of the equilibrium core fuel assembly. The uranium enriched with Pu is depleted uranium. The core height is 77 cm, and it is divided into three regions 1, 2, and 3 at 23 cm and 52 cm from the lower end of the core. The respective fissionable Pu enrichments are 17 wt%, 0 wt%, and 17 wt%.
%, And the average is 10.6 wt%. In addition, 25 cm and 20 cm depleted uranium blankets are attached to the upper and lower parts of the core, respectively. FIG. 14 shows the power distribution in the height direction of the core average and the void fraction distribution. Core void ratio is 60
%, And the steam weight ratio at the core outlet is 29%.

【0092】次に、本実施例の作用を説明する。Next, the operation of this embodiment will be described.

【0093】燃料集合体構成は実施例1と同じであり、
燃料集合体は燃料棒間隙1.3mm の正三角形格子の稠密
六角形燃料集合体で、炉心平均ボイド率60%,Y字型
制御棒の組合せにより、水対燃料の実効体積比0.27
が達成され、炉内増殖比0.87,ブランケット増殖比0.1
4,合計1.01の増殖比が実現した。
The fuel assembly structure is the same as in Example 1,
The fuel assembly is a close-packed hexagonal fuel assembly with an equilateral triangular lattice with a fuel rod gap of 1.3 mm. The core average void fraction is 60%, and the effective volume ratio of water to fuel is 0.27 due to the combination of Y-shaped control rods.
Was achieved, the breeding ratio in the furnace was 0.87, and the blanket breeding ratio was 0.1
4, a total growth ratio of 1.01 was achieved.

【0094】本実施例では、燃料集合体の高さ方向につ
いて、核分裂性Puの富化度が17wt%の部分が上下
にあり、その間の中央領域は核分裂性Puを含まない劣
化ウランとなっている。出力が上昇した時や、炉心冷却
材流量が低下した時に、炉心内の蒸気ボイド率が上昇す
るが、その際、炉心上部の出力分布は、中央の核分裂性
Puを含まない領域にスウィングする。これにより、実
施例1より大きな炉心の反応度低下効果が得られる。そ
の結果、実施例1よりさらに燃料を高燃焼度化しても、
ボイド係数は、実施例1と同じ−0.5×10-4k/k
/%void とすることができた。
In the present embodiment, in the height direction of the fuel assembly, there are upper and lower portions where the enrichment of fissile Pu is 17 wt%, and the central region between them is depleted uranium that does not contain fissile Pu. There is. When the power rises or the core coolant flow rate decreases, the steam void fraction in the core rises, but at that time, the power distribution in the upper part of the core swings to a region not containing the fissile Pu in the center. As a result, the effect of lowering the reactivity of the core, which is larger than that in Example 1, can be obtained. As a result, even if the fuel has a higher burnup than in Example 1,
The void coefficient is the same as in Example 1, -0.5 × 10 -4 k / k.
/% Void was possible.

【0095】本実施例では、現在建設中のABWRとほ
ぼ同じ大きさの圧力容器で、同じ出力を出し、70GW
d/tが達成される。
In the present embodiment, a pressure vessel of approximately the same size as the ABWR currently under construction produces the same output and outputs 70 GW.
d / t is achieved.

【0096】実施例1に比べ、炉心部が77cmと若干長
くなったが、Puインベントリーは、100万kWe出
力あたりの核分裂性Pu量に換算して6.2 トンと少な
く、再処理等のPuの炉外滞在期間を考慮しても、10
0万kWeあたり10トン以下となり、実施例1と同様
な効果が得られる。
Compared to Example 1, the core length was 77 cm, which was slightly longer, but the Pu inventory was as small as 6.2 tons in terms of the amount of fissile Pu per million kilowatt output, and Pu for reprocessing etc. 10 even when considering the period of stay outside the furnace
The amount is 10 tons or less per 100,000 kWh, and the same effect as in Example 1 is obtained.

【0097】また、本実施例においても、劣化ウランの
かわりに、天然ウランや、使用済み燃料から回収される
減損ウラン、低濃縮ウランにPuを富化した燃料でも同
等以上の効果が得られる。さらに、Puとともにその他
のアクチノイド核種を富化することもできる。さらに、
本実施例では、燃料集合体の高さ方向について、核分裂
性のPu富化度が等しい部分が上下にあり、その間に核
分裂性Puを含まない劣化ウランの構成となっている。
しかしながら、上下の核分裂性Puの富化度は、必ずし
も等しくする必要はない。また、本実施例では、劣化ウ
ランの領域が炉心部中央よりやや上部に配置されている
が、これに限定されるものではない。上下の核分裂性P
uの富化度,劣化ウラン領域の位置を組み合わせること
で、軸方向出力ピーキングを同等にすることは可能であ
る。
Also in this embodiment, the same or more effect can be obtained by using natural uranium, depleted uranium recovered from spent fuel, or fuel enriched with Pu in low enriched uranium instead of depleted uranium. In addition, other actinide nuclides can be enriched with Pu. further,
In the present embodiment, in the height direction of the fuel assembly, there are upper and lower portions having the same fissile Pu enrichment, and there is a structure of depleted uranium containing no fissile Pu between them.
However, the upper and lower fissile Pu enrichments do not necessarily have to be equal. Further, in the present embodiment, the depleted uranium region is arranged slightly above the center of the core, but the present invention is not limited to this. Upper and lower fissile P
It is possible to make the axial output peaking equal by combining the enrichment degree of u and the position of the depleted uranium region.

【0098】(第5の実施例)本発明の第5の実施例を
図21〜図22により説明する。本実施例では、実施例
1の構成をベースに炉心性能を高度化したものである
が、実施例2あるいは3の構成をベースとしても同等の
炉心が実現できる。
(Fifth Embodiment) A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In this embodiment, the core performance is enhanced based on the structure of the first embodiment, but an equivalent core can be realized also based on the structure of the second or third embodiment.

【0099】本実施例は、電気出力1356MWeで、
最小限界出力比、最大線出力密度に余裕を持たせたこと
を特徴とした炉心の場合である。本実施例の炉心の水平
断面からみた構成は、実施例1と同じである。図21に
第5の実施例用燃料集合体の水平断面で平均した核分裂
性Pu富化度の高さ方向分布を示す。なお、Puが富化
されるウランは劣化ウランである。炉心高さは91cm
で、炉心の下端から、33cm,53cmのところで、1,
2,3の3領域に分割され、それぞれの核分裂性Pu富
化度は、11.7wt%,0wt%,11.7wt%,平
均で9.1wt%である。又、炉心部の上下端部にそれ
ぞれ25cm,20cmの劣化ウランのブランケットが付設
されている。図22に炉心平均の高さ方向の出力分布と
ボイド率分布を示す。炉心平均ボイド率は57%、炉心
出口の蒸気重量率は26%である。
In this embodiment, the electric output is 1356 MWe,
This is the case of a core characterized by having a margin in the minimum limit power ratio and maximum line power density. The configuration of the core of this example viewed from a horizontal section is the same as that of the first example. FIG. 21 shows the distribution in the height direction of the fissile Pu enrichment averaged in the horizontal cross section of the fuel assembly for the fifth embodiment. The uranium enriched with Pu is depleted uranium. Core height is 91 cm
Then, from the bottom of the core, at 33 cm and 53 cm,
The fissionable Pu enrichment is divided into 3 and 2 regions, 11.7 wt%, 0 wt%, 11.7 wt%, and 9.1 wt% on average. In addition, 25 cm and 20 cm depleted uranium blankets are attached to the upper and lower ends of the core, respectively. FIG. 22 shows the power distribution in the height direction of the core average and the void fraction distribution. The average core void ratio is 57%, and the steam weight ratio at the core outlet is 26%.

【0100】燃料集合体構成は実施例1と同じであり、
燃料集合体は燃料棒間隙1.3mm の正三角形格子の稠密
六角形燃料集合体で、炉心平均ボイド率57%,Y字型
制御棒の組合せにより、水対燃料の実効体積比0.28
が達成され、炉内増殖比0.93,ブランケット増殖比0.
08,合計1.01 の増殖比が実現した。
The structure of the fuel assembly is the same as in Example 1,
The fuel assembly is a close-packed hexagonal fuel assembly with an equilateral triangular lattice with a fuel rod gap of 1.3 mm. The average void ratio of the core is 57%, and the effective volume ratio of water to fuel is 0.28 due to the combination of Y-shaped control rods.
Was achieved, the breeding ratio in the furnace was 0.93, and the blanket breeding ratio was 0.9.
A total growth rate of 08, 1.01, was achieved.

【0101】本実施例では、燃料集合体の高さ方向につ
いて、核分裂性Puの富化度が11.7wt%の部分が上下
にあり、その間の中央領域は核分裂性Puを含まない劣
化ウランとなっている。出力が上昇した時や、炉心冷却
材流量が低下した時に、炉心内の蒸気ボイド率が上昇す
るが、その際、炉心上部の出力分布は、中央の核分裂性
Puを含まない領域にスウィングする。これにより、実
施例1より大きな炉心の反応度低下効果が得られる。そ
の結果、実施例1より炉心高さを高くしても、ボイド係
数は、実施例1と同じ−0.5×10-4k/k/%void
とすることができた。また、炉心中央の核分裂性Puを
含まない領域へ、核分裂性Puを含む上下の領域から中
性子が流入することにより、増殖比を増大することがで
きる。したがって、炉心流量を増加し、炉心平均のボイ
ド率を実施例1より低くしても、同等以上の増倍比が得
られる。また、炉心流量を増加したことにより、MCP
Rは1.45 となり、実施例1に比べ、熱的余裕を増大
した炉心を実現できる。
In the present embodiment, there are upper and lower portions where the enrichment of fissile Pu is 11.7 wt% in the height direction of the fuel assembly, and the central region between them is depleted uranium containing no fissile Pu. ing. When the power rises or the core coolant flow rate decreases, the steam void fraction in the core rises, but at that time, the power distribution in the upper part of the core swings to a region not containing the fissile Pu in the center. As a result, the effect of lowering the reactivity of the core, which is larger than that in Example 1, can be obtained. As a result, even if the core height is made higher than in Example 1, the void coefficient is the same as in Example 1, -0.5 × 10 -4 k / k /% void.
I was able to Further, the proliferation ratio can be increased by inflowing neutrons from the upper and lower regions containing fissile Pu into the region not containing fissile Pu in the center of the core. Therefore, even if the core flow rate is increased and the average void ratio of the core is made lower than that of the first embodiment, the multiplication ratio equal to or higher than that is obtained. Also, since the core flow rate was increased, MCP
R is 1.45, and a core having an increased thermal margin can be realized as compared with the first embodiment.

【0102】また、本実施例においても、劣化ウランの
かわりに、天然ウランや、使用済み燃料から回収される
減損ウラン、低濃縮ウランにPuを富化した燃料でも同
等以上の効果が得られるし、Puとともにその他のアク
チノイド核種を富化することもできる。さらに、本実施
例においても、上下の核分裂性Puの富化度は、必ずし
も等しくする必要はなく、炉心部中央領域の劣化ウラン
位置も、これに限定されるものではない。
Also in this embodiment, natural uranium, depleted uranium recovered from spent fuel, or fuel enriched with Pu in low-enriched uranium, in place of depleted uranium, can achieve the same or higher effect. , Pu as well as other actinide nuclides can be enriched. Further, also in this embodiment, the enrichment levels of the upper and lower fissile Pu do not necessarily have to be equal, and the depleted uranium position in the central region of the core is not limited to this.

【0103】実施例1に比べ、炉心部が91cmと若干長
くなったが、Puインベントリーは、100万kWe出
力あたりの核分裂性Pu量に換算して6.3 トンと少な
く、再処理等のPuの炉外滞在期間を考慮しても、10
0万kWeあたり10トン以下となり、実施例1と同様
な効果が得られる。
Compared with Example 1, the core length was slightly longer at 91 cm, but the Pu inventory was as small as 6.3 tons in terms of the amount of fissile Pu per million kilowatt output, and Pu for reprocessing etc. 10 even when considering the period of stay outside the furnace
The amount is 10 tons or less per 100,000 kWh, and the same effect as in Example 1 is obtained.

【0104】(第6の実施例)本発明の第6の実施例を
図23〜図24により説明する。本実施例では、実施例
1の構成をベースに、炉心性能を高度化したものである
が、実施例2または3をベースにしても同様の炉心が実
現できる。
(Sixth Embodiment) A sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In this embodiment, the core performance is enhanced based on the configuration of the first embodiment, but a similar core can be realized based on the second or third embodiment.

【0105】本実施例は、電気出力1356MWeで、
Puインベントリーを増大し、Pu貯蔵炉としての特徴
を有する炉心の場合である。本実施例の炉心の水平断面
からみた構成は、実施例1と同じである。図23に第6
の実施例用燃料集合体の水平断面で平均した核分裂性P
u富化度の高さ方向分布を示す。なお、Puが富化され
るウランは劣化ウランである。炉心高さは126cmで、
炉心の下端から、42cm,82cmのところで、1,2,
3の3領域に分割され、それぞれの核分裂性Pu富化度
は、11.7wt%,0wt%,11.7wt%,平均で
8.0wt%である。又、炉心部の上下端部にそれぞれ
25cm,20cmの劣化ウランのブランケットが付設され
ている。図24に炉心平均の高さ方向の出力分布とボイ
ド率分布を示す。炉心平均ボイド率は60%、炉心出口
の蒸気重量率は31%である。
In this embodiment, the electric output is 1356 MWe,
This is the case of a core that increases the Pu inventory and has characteristics as a Pu storage reactor. The configuration of the core of this example viewed from a horizontal section is the same as that of the first example. No. 6 in FIG.
Fissile P averaged in the horizontal cross section of the fuel assembly for the example of FIG.
The distribution of u enrichment in the height direction is shown. The uranium enriched with Pu is depleted uranium. The core height is 126 cm,
42 cm, 82 cm from the bottom of the core, 1, 2,
The fissionable Pu enrichment is divided into three regions of 3 and 11.7 wt%, 0 wt%, 11.7 wt%, and 8.0 wt% on average. In addition, 25 cm and 20 cm depleted uranium blankets are attached to the upper and lower ends of the core, respectively. FIG. 24 shows the power distribution in the height direction of the core average and the void fraction distribution. The average core void ratio is 60%, and the steam weight ratio at the core outlet is 31%.

【0106】燃料集合体構成は実施例1と同じであり、
燃料集合体は燃料棒間隙1.3mm の正三角形格子の稠密
六角形燃料集合体で、炉心平均ボイド率60%,Y字型
制御棒の組合せにより、水対燃料の実効体積比0.27
が達成され、炉内増殖比0.95,ブランケット増殖比0.
07,合計1.02 の増殖比が実現した。
The fuel assembly configuration is the same as in Example 1,
The fuel assembly is a close-packed hexagonal fuel assembly with an equilateral triangular lattice with a fuel rod gap of 1.3 mm. The core average void fraction is 60%, and the effective volume ratio of water to fuel is 0.27 due to the combination of Y-shaped control rods.
Was achieved, the breeding ratio in the furnace was 0.95, and the blanket breeding ratio was 0.9.
A total growth rate of 07, 1.02, was achieved.

【0107】本実施例では、燃料集合体の高さ方向につ
いて、核分裂性Puの富化度が11.7wt%の部分が上下
にあり、その間の中央領域は核分裂性Puを含まない劣
化ウランであり、実施例4,5に比べ、炉心中央部の劣
化ウラン領域が40cmと増加しており、ボイド係数の低
減効果、増殖比の増大効果を大きくすることができた。
これにより、核分裂性Puを含む領域を増大することが
でき、Puインベントリーを10.3 トンとすることが
できる。
In the present embodiment, there are upper and lower portions where the enrichment of fissile Pu is 11.7 wt% in the height direction of the fuel assembly, and the central region between them is depleted uranium containing no fissile Pu. As compared with Examples 4 and 5, the depleted uranium region in the central portion of the core was increased to 40 cm, and the effect of reducing the void coefficient and the effect of increasing the breeding ratio could be increased.
As a result, the area containing fissile Pu can be increased, and the Pu inventory can be increased to 10.3 tons.

【0108】また、Puインベントリーは若干減少する
が、本実施例においても、劣化ウランのかわりに、天然
ウランや、使用済み燃料から回収される減損ウラン,低
濃縮ウランにPuを富化した燃料を使用することができ
る。さらに、Puとともにその他のアクチノイド核種を
富化することもできる。
Although the Pu inventory is slightly reduced, in the present embodiment, instead of depleted uranium, natural uranium, depleted uranium recovered from spent fuel, and fuel enriched with Pu in low enriched uranium are also used. Can be used. In addition, other actinide nuclides can be enriched with Pu.

【0109】さらに、本実施例では、燃料集合体の高さ
方向について、核分裂性のPu富化度が等しい部分が上
下にあり、その間に核分裂性Puを含まない劣化ウラン
の構成となっている。しかしながら、上下の核分裂性P
uの富化度は、必ずしも等しくする必要はない。また、
本実施例では、劣化ウランの領域が炉心部中央よりやや
上部に配置されているが、これに限定されるものではな
い。
Further, in this embodiment, there are upper and lower portions in the height direction of the fuel assembly having the same fissile Pu enrichment, and there is a structure of depleted uranium containing no fissile Pu between them. . However, the upper and lower fissile P
The enrichments of u do not necessarily have to be equal. Also,
In the present embodiment, the region of depleted uranium is arranged slightly above the center of the core, but the present invention is not limited to this.

【0110】(第7の実施例)本発明の第7の実施例を
図25〜図26により説明する。本実施例では、実施例
1の構成をベースに、炉心性能を高度化したものである
が、実施例2または3をベースにしても同様の炉心が実
現できる。
(Seventh Embodiment) A seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In this embodiment, the core performance is enhanced based on the configuration of the first embodiment, but a similar core can be realized based on the second or third embodiment.

【0111】本実施例は、電気出力1356MWeで、
負のボイド係数が大きいことを特徴とする炉心の場合で
ある。本実施例の炉心の水平断面からみた構成は、実施
例1と同じである。図25に第7の実施例用燃料集合体
の水平断面で平均した核分裂性Pu富化度の高さ方向分
布を示す。なお、Puが富化されるウランは劣化ウラン
である。炉心高さは65cmで、炉心の下端から、23c
m,38cmのところで、1,2,3の3領域に分割さ
れ、それぞれの核分裂性Pu富化度は、13.5 wt
%,0wt%,13.5wt%,平均で10.5wt%で
ある。又、炉心部の上下端部にそれぞれ25cm,20cm
の劣化ウランのブランケットが付設されている。図26
に炉心平均の高さ方向の出力分布とボイド率分布を示
す。炉心平均ボイド率は60%、炉心出口の蒸気重量率
は29%である。
This example has an electric output of 1356 MWe,
This is the case of a core characterized by a large negative void coefficient. The configuration of the core of this example viewed from a horizontal section is the same as that of the first example. FIG. 25 shows the distribution in the height direction of the fissile Pu enrichment averaged in the horizontal cross section of the fuel assembly for the seventh embodiment. The uranium enriched with Pu is depleted uranium. The core height is 65 cm, and it is 23c from the bottom of the core.
At m, 38 cm, it is divided into three regions 1, 2, and 3, and each of them has a fissile Pu enrichment of 13.5 wt.
%, 0 wt%, 13.5 wt%, and 10.5 wt% on average. The upper and lower ends of the core are 25 cm and 20 cm, respectively.
A depleted uranium blanket is attached. FIG. 26
Figure 2 shows the power distribution in the height direction of the core average and the void fraction distribution. The average core void ratio is 60%, and the steam weight ratio at the core outlet is 29%.

【0112】燃料集合体構成は実施例1と同じであり、
燃料集合体は燃料棒間隙1.3mm の正三角形格子の稠密
六角形燃料集合体で、炉心平均ボイド率60%,Y字型
制御棒の組合せにより、水対燃料の実効体積比0.27
が達成され、炉内増殖比0.90,ブランケット増殖比0.1
2,合計1.02の増殖比が実現した。
The fuel assembly structure is the same as in Example 1,
The fuel assembly is a close-packed hexagonal fuel assembly with an equilateral triangular lattice with a fuel rod gap of 1.3 mm. The core average void fraction is 60%, and the effective volume ratio of water to fuel is 0.27 due to the combination of Y-shaped control rods.
Was achieved, the breeding ratio in the furnace was 0.90, and the blanket breeding ratio was 0.1
2, a total growth ratio of 1.02 was achieved.

【0113】本実施例では、燃料集合体の高さ方向につ
いて、核分裂性Puの富化度が13.5wt%の部分が上下
にあり、その間の中央領域は核分裂性Puを含まない劣
化ウランであり、実施例5,6に比べ、炉心上下の核分
裂性Puの領域が減少しており、短尺によるボイド係数
の低減効果がさらに加わる。その結果、ボイド係数はー
1.8×10-4k/k/%void とすることができた。こ
れにより、流量制御による出力制御や反応度制御が可能
となる。
In the present embodiment, the fissile Pu enrichment of 13.5 wt% is at the top and bottom in the height direction of the fuel assembly, and the central region between them is depleted uranium containing no fissile Pu. Compared to Examples 5 and 6, the regions of fissile Pu above and below the core are reduced, and the effect of reducing the void coefficient due to the shorter length is further added. As a result, the void coefficient could be set to −1.8 × 10 −4 k / k /% void. This enables output control and reactivity control by flow rate control.

【0114】また、本実施例においても、劣化ウランの
かわりに、天然ウランや、使用済み燃料から回収される
減損ウラン、低濃縮ウランにPuを富化した燃料を使用
することができる。さらに、Puとともにその他のアク
チノイド核種を富化することもできる。
Also in this embodiment, instead of depleted uranium, it is possible to use Pu enriched fuel for natural uranium, depleted uranium recovered from spent fuel, and low enriched uranium. In addition, other actinide nuclides can be enriched with Pu.

【0115】さらに、本実施例では、燃料集合体の高さ
方向について、核分裂性のPu富化度が等しい部分が上
下にあり、その間に核分裂性Puを含まない劣化ウラン
の構成となっている。しかしながら、上下の核分裂性P
uの富化度は、必ずしも等しくする必要はない。核分裂
性Puの富化度、劣化ウラン領域の位置に対する本実施
例の変形を図31に示す。図31においても、軸方向出
力ピーキングを本実施例と同等にすることができる。
Further, in this embodiment, there are upper and lower portions in the height direction of the fuel assembly having the same fissile Pu enrichment, and there is a structure of depleted uranium containing no fissile Pu between them. . However, the upper and lower fissile P
The enrichments of u do not necessarily have to be equal. FIG. 31 shows a modification of this example with respect to the enrichment of fissile Pu and the position of the depleted uranium region. Also in FIG. 31, the output peaking in the axial direction can be made equal to that in this embodiment.

【0116】また、図32には、本実施例とは異なる燃
料集合体の水平断面で平均した核分裂性Pu富化度の高
さ方向分布例を示す。なお、Puが富化されるウラン
は、本実施例と同様、劣化ウランであり、炉心高さは6
5cm、炉心部の上下端部にそれぞれ25cm,20cmの劣
化ウランのブランケットが付設されている。炉心の下端
から、20cm,35cmのところで、1,2,3の3領域
に分割され、それぞれの核分裂性Pu富化度は、13.
5wt%,0wt%,13.5wt%,平均で10.5wt
%である。核分裂性Puを含まない劣化ウランの領域が
本実施例よりさらに炉心下部に移動することにより、図
33に示すように、軸方向出力分布は上部ピークとなる
が、ボイド増大時の出力変動が増大するため、ボイド反
応度係数をより負にする効果が得られる。
Further, FIG. 32 shows an example of distribution in the height direction of the fissile Pu enrichment averaged in the horizontal cross section of the fuel assembly different from that of this embodiment. The uranium enriched with Pu is depleted uranium as in this example, and the core height is 6
Blankets of depleted uranium of 5 cm and 25 cm and 20 cm, respectively, are attached to the upper and lower ends of the core. At 20 cm and 35 cm from the lower end of the core, the fissionable Pu enrichment was divided into three regions 1, 2, and 3.
5wt%, 0wt%, 13.5wt%, 10.5wt on average
%. When the region of depleted uranium that does not contain fissile Pu moves to the lower part of the core further than in this example, the axial power distribution has an upper peak, as shown in FIG. Therefore, the effect of making the void reactivity coefficient more negative can be obtained.

【0117】(第8の実施例)本実施例は、第7の実施
例において、使用済み燃料から取り出されたアクチノイ
ド核種をPuと同時にリサイクルされた場合である。
(Eighth Embodiment) In this embodiment, the actinide nuclide extracted from the spent fuel in the seventh embodiment is recycled at the same time as Pu.

【0118】本実施例の炉心の水平断面からみた構成
は、実施例1と同じである。本実施例用燃料集合体にお
いても、水平断面で平均した核分裂性Pu富化度の高さ
方向の分布は実施例7と同じである。なお、Puが富化
されるウランは、プルトニウムと同時に使用済み燃料か
ら取り出されたウランであり、使用済み燃料から取り出
されたアクチノイド核種も同時に添加されている。核分
裂性Pu富化度は、13.5wt%,0wt%,13.5w
t%、平均で10.5wt%である。又、炉心部の上下
部にそれぞれ25cm,20cmの劣化ウランのブランケッ
トが付設されている。
The structure of the core of the present embodiment viewed from the horizontal cross section is the same as that of the first embodiment. Also in the fuel assembly for this example, the distribution in the height direction of the fissile Pu enrichment averaged in the horizontal section is the same as that in example 7. The uranium enriched with Pu is uranium taken out of the spent fuel at the same time as plutonium, and the actinide nuclide taken out of the spent fuel is also added at the same time. Fissionable Pu enrichment is 13.5wt%, 0wt%, 13.5w
t%, and 10.5 wt% on average. In addition, 25 cm and 20 cm depleted uranium blankets are attached to the upper and lower parts of the core, respectively.

【0119】燃料集合体構成は実施例1と同じであり、
燃料集合体は燃料棒間隙1.3mm の正三角形格子の稠密
六角形燃料集合体で、炉心平均ボイド率61%,Y字型
制御棒の組合せにより、水対燃料の実効体積比0.27
が達成され、炉内増殖比0.91,ブランケット増殖比0.1
0,合計1.01の増殖比が実現した。
The fuel assembly structure is the same as in Example 1,
The fuel assembly is a close-packed hexagonal fuel assembly with an equilateral triangular lattice with a fuel rod gap of 1.3 mm. The core average void fraction is 61%, and the effective volume ratio of water to fuel is 0.27 due to the combination of Y-shaped control rods.
Was achieved and the breeding ratio in the furnace was 0.91, and the blanket breeding ratio was 0.1.
A total growth rate of 0, 1.01, was achieved.

【0120】本実施例では、燃料集合体の高さ方向につ
いて、核分裂性Puの富化度が13.5wt%の部分が上下
にあり、その間の中央領域は核分裂性Puを含まない劣
化ウランであり、実施例5,6に比べ、炉心上下の核分
裂性Puの領域が減少しており、短尺によるボイド係数
の低減効果がさらに加わる。その結果、使用済み燃料か
ら取り出されたアクチノイド核種をPuと同時にリサイ
クルしてもボイド係数は負にすることができる。
In the present embodiment, the fissile Pu enrichment of 13.5 wt% is located above and below the height direction of the fuel assembly, and the central region between them is depleted uranium containing no fissile Pu. Compared to Examples 5 and 6, the regions of fissile Pu above and below the core are reduced, and the effect of reducing the void coefficient due to the shorter length is further added. As a result, the void coefficient can be made negative even if the actinide nuclide extracted from the spent fuel is recycled at the same time as Pu.

【0121】また、使用済み燃料から取り出されたアク
チノイド核種をPuと同時にリサイクルすることを繰り
返すことで、長寿命の放射性核種が炉内で平衡状態にな
り、一定量に達する。したがって、本実施例では、アク
チノイド核種の発生量と消滅量がバランスして、増加量
は零となり、放射性廃棄物の中で特に問題となっている
長半減期のアクチノイド核種の全発生量を大幅に低減す
るのみからず、Puを含むアクチノイド核種を原子炉,
再処理施設,燃料製造施設の中のみにとじこめることが
できる。
Further, by repeatedly recycling the actinide nuclide extracted from the spent fuel at the same time as Pu, the long-lived radionuclide is in an equilibrium state in the furnace and reaches a certain amount. Therefore, in this example, the amount of actinide nuclide generation and the amount of annihilation are balanced, the increase is zero, and the total amount of generation of long-lived actinide nuclides, which is particularly problematic in radioactive waste, is significantly increased. To reduce the actinide nuclide containing Pu,
It can be locked only in reprocessing facilities and fuel manufacturing facilities.

【0122】(第9の実施例)本実施例は、本発明をP
WRに適用した場合である。
(Ninth Embodiment) In this embodiment, the present invention will be described.
This is the case when applied to WR.

【0123】本実施例では、実施例3と同じクラスター
型制御棒と、現行PWRの燃料棒外径より太径の14.
3mmを、燃料棒間隙1.0mmで正三角形の格子状に稠密
に配置した正六角形燃料集合体で炉心を構成した。図3
4に第9の実施例用燃料集合体の水平断面で平均した核
分裂性Pu富化度の高さ方向分布を示す。なお、Puが
富化されるウランは劣化ウランである。炉心高さは50
cmで、核分裂性Pu富化度は、10.5wt% で一様で
ある。炉心部の上下端部にそれぞれ30cmの劣化ウラン
のブランケットが付設されている。
In the present embodiment, the same cluster type control rod as that of the third embodiment and a diameter larger than the outer diameter of the fuel rod of the current PWR 14.
The core was composed of regular hexagonal fuel assemblies in which 3 mm were densely arranged in a regular triangular lattice with a fuel rod gap of 1.0 mm. Figure 3
4 shows the distribution in the height direction of the fissile Pu enrichment averaged in the horizontal cross section of the fuel assembly for the ninth embodiment. The uranium enriched with Pu is depleted uranium. The core height is 50
In cm, the fissile Pu enrichment is uniform at 10.5 wt%. A 30 cm depleted uranium blanket is attached to each of the upper and lower ends of the core.

【0124】燃料棒間隙1.0mm の正三角形格子の稠密
六角形燃料集合体で、太径燃料棒,クラスター型制御棒
の組合せにより、水対燃料体積比0.44 が達成され
た。その結果、炉内増殖比0.90,ブランケット増殖
比0.11,合計1.01 の増殖比が実現した。
In a dense hexagonal fuel assembly with an equilateral triangular lattice having a fuel rod gap of 1.0 mm, a water-fuel volume ratio of 0.44 was achieved by combining a large-diameter fuel rod and a cluster-type control rod. As a result, a breeding ratio of 0.90, a blanket breeding ratio of 0.11, and a total breeding ratio of 1.01 were realized.

【0125】本実施例では、燃料集合体の高さ方向につ
いて、核分裂性のPu富化度が一様となっている。しか
しながら、燃料構成はこれに限定されるものではない。
核分裂性Puの軸方向富化度分布に対する本実施例の変
形を図35及び図36に示す。図35においては、軸方
向出力ピーキングをより平坦にするため、炉心上下端部
の核分裂性Pu富化度が中央領域のそれより高くなって
いる。図36においては、炉心高さは65cmで、炉心の
下端から、25cm,40cmのところで、1,2,3の3
領域に分割され、それぞれの核分裂性Pu富化度は、1
3.0wt%,0wt%,13.0wt%,平均で10w
t%となっている。また、炉心部の上下端部にそれぞれ
30cmの劣化ウランのブランケットが付設されている。
核分裂性Puを含まない劣化ウランの領域が炉心中央部
にあることで、ボイド発生時の投入反応度をより負にす
る効果が得られる。
In this embodiment, the fissile Pu enrichment is uniform in the height direction of the fuel assembly. However, the fuel composition is not limited to this.
Modifications of this example for the axial enrichment distribution of fissile Pu are shown in FIGS. 35 and 36. In FIG. 35, the fissionable Pu enrichment in the upper and lower ends of the core is higher than that in the central region in order to make the axial power peaking more flat. In FIG. 36, the core height is 65 cm, and 25, 40 cm from the bottom of the core, 1, 2, 3
It is divided into regions, and each fissile Pu enrichment is 1
3.0wt%, 0wt%, 13.0wt%, 10w on average
It is t%. A 30 cm depleted uranium blanket is attached to each of the upper and lower ends of the core.
Since the region of depleted uranium that does not contain fissile Pu is in the central part of the core, the effect of making the input reactivity more negative at the time of void generation can be obtained.

【0126】本実施例では、燃料棒外径を現行PWRの
燃料棒外径より太径の14.3mm を採用したが、現行P
WRの9.5mm を使用することもできる。この場合、燃
料棒間隙1.0mm の正三角形格子の稠密六角形燃料集合
体で、クラスター型制御棒を組合せることにより、水対
燃料体積比0.58 が達成される。水対燃料体積比の増
大により、核分裂性Pu富化度を本実施例より0.5w
t% 程度高める必要があるが、増殖比1.0 を実現で
きる。
In this embodiment, the outer diameter of the fuel rod is 14.3 mm, which is larger than the outer diameter of the fuel rod of the current PWR.
A WR of 9.5 mm can also be used. In this case, a water-to-fuel volume ratio of 0.58 is achieved by combining cluster-type control rods in a regular hexagonal close-packed hexagonal fuel assembly with a fuel rod gap of 1.0 mm. Due to the increase in the volume ratio of water to fuel, the fissile Pu enrichment was 0.5 w compared to the present example.
Although it is necessary to increase it by about t%, a growth ratio of 1.0 can be realized.

【0127】また、本実施例においても、劣化ウランの
かわりに、天然ウランや、使用済み燃料から回収される
減損ウラン,低濃縮ウランにPuを富化した燃料を使用
することができる。さらに、Puとともにその他のアク
チノイド核種を富化することもできる。
Also in this embodiment, instead of depleted uranium, Pu enriched fuel can be used for natural uranium, depleted uranium recovered from spent fuel, and low enriched uranium. In addition, other actinide nuclides can be enriched with Pu.

【0128】(第10の実施例)本実施例は、本発明を
現行BWRと同じ正方形燃料集合体に適用した場合であ
る。
(Tenth Embodiment) This embodiment is a case where the present invention is applied to the same square fuel assembly as the current BWR.

【0129】本実施例の燃料集合体構成を図37に示
す。水対燃料体積比を減少するため、現行BWRの燃料
棒外径より太径の13.8mmを、燃料棒間隙1.0mmで正
三角形の格子状に稠密に配置した。燃料集合体当りの燃
料棒本数は85本である。チャンネルボックス11外部
の減速材は、十字型制御棒上端部に設置されたフォロア
ー部並びに、制御棒が挿入されない反対側のギャップ水
領域はフォロアー部と同様に減速能が小さな物質からな
る水排除板により排除されている。これにより、実効的
な水対燃料体積比0.53 が達成され、他の実施例と同
様の炉心高さ方向の燃料構成により、増殖比1.0 が実
現できる。燃料集合体内の燃料棒出力ピーキングを平坦
にするため、本実施例では、チャンネルボックスに面し
た燃料棒の核分裂性Puの富化度を他の領域の燃料棒の
それより低くしている。
The structure of the fuel assembly of this embodiment is shown in FIG. In order to reduce the volume ratio of water to fuel, 13.8 mm, which is larger than the outer diameter of the fuel rod of the current BWR, was densely arranged in a regular triangular lattice with a fuel rod gap of 1.0 mm. The number of fuel rods per fuel assembly is 85. The moderator outside the channel box 11 is a follower part installed at the upper end of the cross-shaped control rod, and a gap water region on the opposite side where the control rod is not inserted is a water-excluding plate made of a substance having a small moderating ability like the follower part. Has been eliminated by. As a result, an effective water-to-fuel volume ratio of 0.53 is achieved, and a breeding ratio of 1.0 can be realized by the fuel composition in the core height direction similar to the other embodiments. In order to make the fuel rod output peaking in the fuel assembly flat, in this embodiment, the enrichment of fissionable Pu in the fuel rod facing the channel box is made lower than that in the fuel rods in other regions.

【0130】また、本実施例においても、劣化ウランの
かわりに、天然ウランや、使用済み燃料から回収される
減損ウラン,低濃縮ウランにPuを富化した燃料を使用
することができる。さらに、Puとともにその他のアク
チノイド核種を富化することもできる。
Also in this embodiment, instead of depleted uranium, Pu enriched fuel can be used for natural uranium, depleted uranium recovered from spent fuel, and low enriched uranium. In addition, other actinide nuclides can be enriched with Pu.

【0131】[0131]

【発明の効果】本発明によれば、劣化ウラン,天然ウラ
ン,減損ウランや低濃縮ウランにPuを添加した燃料
で、増殖比1.0近傍又は1.0以上を達成することで、
Puを触媒のようにして、劣化ウラン,天然ウラン,減
損ウランや低濃縮ウランを燃焼されることができ、エネ
ルギー長期安定供給に寄与出来る。
According to the present invention, a fuel in which Pu is added to depleted uranium, natural uranium, depleted uranium or low-enriched uranium can achieve a growth ratio of around 1.0 or at least 1.0.
Using Pu as a catalyst, depleted uranium, natural uranium, depleted uranium and low-enriched uranium can be burned, which can contribute to long-term stable energy supply.

【0132】また、劣化ウラン,天然ウラン,減損ウラ
ンや低濃縮ウランにPuを添加した燃料からなる稠密六
角形燃料集合体あるいは正方形燃料集合体、45%〜7
0%の高ボイド率冷却材、及び、クラスター型,Y字型
または十字型制御棒を組合せ、実効的な水対燃料体積比
を0.1〜0.6 としたことにより、増殖比1.0近傍又
は1.0 以上が達成でき、エネルギー長期安定供給に寄
与出来る。
Further, a dense hexagonal fuel assembly or a square fuel assembly composed of a fuel obtained by adding Pu to depleted uranium, natural uranium, depleted uranium or low enriched uranium, 45% to 7%
By combining 0% high void fraction coolant and cluster type, Y-shaped or cruciform control rods and setting an effective water to fuel volume ratio of 0.1 to 0.6, the breeding ratio of 1. Near zero or more than 1.0 can be achieved, and it can contribute to long-term stable energy supply.

【0133】また、現在建設中のABWRと同程度の直
径の圧力容器で同じ出力を出し、炉心の高さを40〜1
40cmと短尺の燃料集合体にしたことにより、Puのイ
ンベントリーを少なく出来、限られた世界の天然ウラン
埋蔵量の下で、軽水炉の使用済燃料から発生するPu
で、多くの本発明の炉が運転出来ることになり、エネル
ギー長期安定供給に寄与出来る。
Further, the same output is produced by a pressure vessel having the same diameter as that of the ABWR currently under construction, and the height of the core is 40 to 1
By making the fuel assembly as short as 40 cm, the inventory of Pu can be reduced, and Pu generated from spent fuel of LWR under the limited natural uranium reserves in the world.
Thus, many furnaces of the present invention can be operated, which can contribute to long-term stable energy supply.

【0134】また、現在運転中のBWRと圧力容器の直
径や、出力等の運転条件,使用材料をほぼ同じにしたこ
とにより、性能が大幅に向上したにもかかわらず、発電
コストを現行のBWRと同程度に抑えることが出来る。
Further, by making the diameter of the BWR, which is currently in operation, the pressure vessel, the operating conditions such as the output, and the materials used almost the same, the power generation cost can be reduced even though the performance is greatly improved. Can be suppressed to the same level as.

【0135】また、短尺燃料集合体,上下二領域燃料集
合体,軸方向非均質燃料集合体により、炉心上下方向の
中性子漏洩の増大,出力分布の炉心上下方向のスウィン
グ等の活用により、負のボイド係数の炉心が実現出来、
燃料燃やしきり型の現行軽水炉と同程度の安全性を有す
ることができる。
Further, the short fuel assembly, the upper and lower two-region fuel assembly, and the axially inhomogeneous fuel assembly increase the neutron leakage in the vertical direction of the core, and utilize the swing of the power distribution in the vertical direction of the core. A void coefficient core can be realized,
It can have the same level of safety as existing fuel-burning light water reactors.

【0136】また、稠密形燃料集合体と高ボイド率冷却
材の組合せにより、共鳴エネルギー領域の中性子の割合
が増加し、ドップラー効果が増大するとともに、負のボ
イド係数の絶対値が小さくなるので、出力上昇事象,加
圧事象,冷却材ボイド率減少事象等の安全性が向上す
る。
Further, the combination of the dense fuel assembly and the high void fraction coolant increases the proportion of neutrons in the resonance energy region, increases the Doppler effect, and decreases the absolute value of the negative void coefficient. The safety of power increase event, pressurization event, coolant void rate decrease event, etc. is improved.

【0137】また、冷却材の炉心出口の蒸気重量率を4
0%以下におさえたため、炉内に蓄積されたコロージョ
ン生成物等の放射性物質を、沸騰による蒸溜機能を維持
することにより、炉内に閉じ込めることが出来、現在運
転中のBWRと同程度のタービン側の放射性レベルを維
持出来るとともに、従来の増殖炉の概念である蒸気冷却
高速炉より、大幅な放射性レベルの低減が図れる。
Further, the steam weight ratio of the core outlet of the coolant is set to 4
Since it was kept to 0% or less, radioactive materials such as corrosion products accumulated in the furnace can be confined in the furnace by maintaining the distillation function by boiling, and the turbine has the same level as the BWR currently in operation. The radiation level on the side can be maintained, and the radiation level can be significantly reduced compared to the conventional steam-cooled fast reactor, which is the concept of the breeder reactor.

【0138】また、六角形の燃料集合体とその中に挿入
されるクラスター型制御棒より構成される炉心により、
炉心の均質性が増加し、熱的余裕が増大する。
Further, by the core composed of the hexagonal fuel assembly and the cluster type control rods inserted therein,
The homogeneity of the core is increased and the thermal margin is increased.

【0139】また、六角形の燃料集合体と、集合体間に
挿入されるY字型制御棒より構成される炉心により、炉
心下部から挿入する現行BWRの技術がそのまま活用出
来る。
Further, the core of the hexagonal fuel assemblies and the Y-shaped control rods inserted between the assemblies allows the existing BWR technology of inserting from the lower part of the core to be utilized as it is.

【0140】また、正方形の燃料集合体と、集合体間に
挿入される十字型制御棒より構成される炉心により、現
行BWRの炉心システムがそのまま活用出来る。
The core system of the current BWR can be utilized as it is by the core composed of the square fuel assemblies and the cross-shaped control rods inserted between the assemblies.

【0141】また、正六角形,蝕形六角形燃料集合体あ
るいは正方形燃料集合体において、Y字型または十字型
の制御棒に近接した領域から、制御棒より離れた領域に
わたる多領域、特に2〜5領域について、核分裂性Pu
富化度を変化させた2〜5種類の燃料棒で構成すること
により、燃料集合体内の出力ピーキングが低減され、熱
的余裕が増大する。
Further, in a regular hexagonal, eclipse hexagonal fuel assembly or square fuel assembly, a multi-region ranging from a region near the Y-shaped or cross-shaped control rod to a region distant from the control rod, particularly 2 to Fissile Pu for 5 regions
By using 2 to 5 types of fuel rods with varying enrichment, the output peaking in the fuel assembly is reduced and the thermal margin is increased.

【0142】また、炉心の出力密度を100〜300k
W/lに高めることにより、単位出力あたりのPuイン
ベンリー量が低減し、一定のPuに対して運転出来る本
発明の発電設備容量が増大し、エネルギーの長期安定供
給に寄与する。
Further, the power density of the core is set to 100 to 300 k.
By increasing to W / l, the amount of Pu inventory per unit output is reduced, the capacity of the power generation equipment of the present invention that can operate for a certain Pu is increased, and it contributes to a long-term stable supply of energy.

【0143】また、燃料集合体の高さ方向について水平
断面の核分裂性Puの平均富化度が6wt%以上の部分
が40〜140cmの間であることにより、単位出力あた
りのPuインベントリー量が低減し、一定のPuに対し
て運転できる本発明の発電設備容量が増大し、エネルギ
ーの長期安定供給に寄与するとともに、蒸気発生量が増
加したときの炉心高さ方向の中性子漏洩効果が増大し
て、負のボイド係数を大きくし、安全性に寄与する。
Further, since the portion where the average enrichment of fissile Pu in the horizontal section in the height direction of the fuel assembly is 6 wt% or more is between 40 and 140 cm, the Pu inventory amount per unit output is reduced. However, the power generation facility capacity of the present invention that can be operated for a certain Pu is increased, contributing to a long-term stable supply of energy, and the neutron leakage effect in the core height direction when the steam generation amount is increased is increased. , Increase the negative void coefficient and contribute to safety.

【0144】また、上下両端部のブランケット部を用い
た燃料集合体の上半部の核分裂性Pu富化度の平均値よ
り、下半部の平均値が低いことにより、炉心高さ方向の
出力分布が平坦化して、熱的余裕が増大するとともに、
蒸気発生量が増加した時に、炉心高さ方向の出力分布の
スウィングが働き、負のボイド反応度係数が増大して安
全性に寄与する。
Further, since the average value of the lower half of the fuel assembly using the blanket portions at the upper and lower ends is lower than the average value of the fissile Pu enrichment in the upper half of the fuel assembly, the power in the core height direction is reduced. As the distribution is flattened and the thermal margin increases,
When the steam generation amount increases, the swing of the power distribution in the core height direction works, and the negative void reactivity coefficient increases, which contributes to safety.

【0145】また、燃料集合体の上下両端のブランケッ
ト部を除く高さ方向について、核分裂性Puの富化度が
6wt%以上の部分が上下にあり、その間の中央付近の
領域の核分裂性Pu富化度を6%以下にすることによ
り、炉の出力が上昇し、炉心内の蒸気量が増加したとき
の炉心上下方向の出力分布スウィングによる負のボイド
係数が大きくなり、安全性が向上する。さらに、炉心軸
方向中央付近の領域の中性子吸収効果により、炉心に装
荷出来るPuインベントリーが大きくなり、Pu貯蔵炉
としての機能が向上する。そして、炉心高さも相対的に
高くなり、燃料棒の全長も長くなるので、最大線出力密
度に対する熱的余裕も大きくなる。
Further, in the height direction excluding the blanket portions at the upper and lower ends of the fuel assembly, there are upper and lower portions where the enrichment degree of fissionable Pu is 6 wt% or more, and the fissionable Pu enrichment in the region near the center between them. By setting the degree of conversion to 6% or less, the power of the reactor is increased and the negative void coefficient due to the power distribution swing in the vertical direction of the core when the amount of steam in the core is increased becomes large, and the safety is improved. Further, due to the neutron absorption effect in the region near the center in the axial direction of the core, the Pu inventory that can be loaded in the core becomes large, and the function as the Pu storage reactor is improved. Further, the core height becomes relatively high and the overall length of the fuel rod becomes long, so that the thermal margin for the maximum linear power density also becomes large.

【0146】また、Puとウランを同時にリサイクルす
ることにより、核不拡散に対する防止効果が大きくな
る。
Further, by simultaneously recycling Pu and uranium, the effect of preventing nuclear non-proliferation becomes large.

【0147】また、Pu,ウランおよびアクチノイド核
種を同時にリサイクルすることにより、アクチノイド核
種の発生量と消滅量をバランスさせて増加量を零とする
とともに放射性廃棄物の中で、特に問題になっている長
半減期のアクチノイド核種を原子炉,再処理施設,燃料
製造施設の中のみに閉じ込めることが出来、環境に対す
る特性が向上する。
By simultaneously recycling Pu, uranium and actinide nuclides, the amount of actinide nuclides generated and the amount of actinoid nuclides are balanced to make the amount of increase zero, and this is a particular problem in radioactive waste. The long-lived actinide nuclide can be confined only in the reactor, reprocessing facility, and fuel manufacturing facility, which improves the environmental characteristics.

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

【図1】本発明の第1の実施例における炉心の水平断面
図。
FIG. 1 is a horizontal sectional view of a core according to a first embodiment of the present invention.

【図2】転換比を表わすのに必要な燃料棒格子定数と実
効的な水対燃料体積比の関係を表わす特性図。
FIG. 2 is a characteristic diagram showing a relationship between a fuel rod lattice constant necessary to represent a conversion ratio and an effective water-to-fuel volume ratio.

【図3】燃料棒間隙と幾何学的な水対燃料体積比の関係
を表わす特性図。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing a relationship between a fuel rod gap and a geometrical water-to-fuel volume ratio.

【図4】核分裂性Pu富化度と増殖比の関係を表わす特
性図。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between the fissile Pu enrichment and the growth ratio.

【図5】蒸気ボイド率上昇時の出力分布変動を示す説明
図。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a change in output distribution when the vapor void ratio increases.

【図6】図1の炉心に装荷される燃料集合体の水平断面
図。
6 is a horizontal cross-sectional view of a fuel assembly loaded in the core of FIG.

【図7】図1の実施例の平衡炉心時の燃料集合体配置
図。
FIG. 7 is a fuel assembly layout diagram at the time of the equilibrium core of the embodiment of FIG.

【図8】図1の実施例におけるオリフィスの分布図。8 is a distribution chart of the orifices in the embodiment of FIG.

【図9】図1の炉心に装荷される燃料集合体の軸方向富
化度分布図。
9 is an axial enrichment distribution map of the fuel assemblies loaded in the core of FIG.

【図10】図1の炉心に装荷される燃料集合体内の燃料
棒富化度分布図。
10 is a fuel rod enrichment distribution map in the fuel assembly loaded in the core of FIG. 1. FIG.

【図11】図1の実施例における炉心の軸方向出力、及
びボイド率分布を示した特性図。
11 is a characteristic diagram showing the axial output of the core and the void fraction distribution in the embodiment of FIG.

【図12】本発明の第4の実施例における平衡炉心時の
燃料集合体配置図。
FIG. 12 is a fuel assembly layout diagram at the time of an equilibrium core in a fourth embodiment of the present invention.

【図13】図12の炉心に装荷される燃料集合体の軸方
向富化度分布図。
13 is an axial enrichment distribution map of the fuel assemblies loaded in the core of FIG.

【図14】図12の実施例における炉心の軸方向出力、
及びボイド率分布を示した特性図。
FIG. 14 is an axial output of the core in the embodiment of FIG.
And a characteristic diagram showing a void ratio distribution.

【図15】本発明の第3の実施例における炉心の水平断
面図。
FIG. 15 is a horizontal sectional view of a core according to a third embodiment of the present invention.

【図16】図15の炉心に装荷される燃料集合体の水平
断面図。
16 is a horizontal sectional view of a fuel assembly loaded in the core of FIG.

【図17】図15の炉心に装荷される燃料集合体内の燃
料棒富化度分布図。
17 is a fuel rod enrichment distribution map in the fuel assembly loaded in the core of FIG. 15. FIG.

【図18】本発明の第2の実施例における炉心の水平断
面図。
FIG. 18 is a horizontal sectional view of a reactor core according to a second embodiment of the present invention.

【図19】図18の炉心に装荷される燃料集合体の水平
断面図。
FIG. 19 is a horizontal sectional view of a fuel assembly loaded in the core of FIG.

【図20】図18の炉心に装荷される燃料集合体内の燃
料棒富化度分布図。
20 is a fuel rod enrichment distribution map in the fuel assembly loaded in the core of FIG. 18. FIG.

【図21】本発明の第5の実施例の炉心に装荷される燃
料集合体の軸方向富化度分布図。
FIG. 21 is an axial enrichment distribution map of the fuel assemblies loaded in the core of the fifth embodiment of the present invention.

【図22】本発明の第5の実施例における炉心の軸方向
出力、及びボイド率分布を示した特性図。
FIG. 22 is a characteristic diagram showing the axial output and void fraction distribution of the core in the fifth example of the present invention.

【図23】本発明の第6の実施例の炉心に装荷される燃
料集合体の軸方向富化度分布図。
FIG. 23 is an axial enrichment distribution map of fuel assemblies loaded in the core of the sixth embodiment of the present invention.

【図24】本発明の第6の実施例における炉心の軸方向
出力、及びボイド率分布を示した特性図。
FIG. 24 is a characteristic diagram showing the axial output and void fraction distribution of the core in the sixth example of the present invention.

【図25】本発明の第7の実施例の炉心に装荷される燃
料集合体の軸方向富化度分布図。
FIG. 25 is an axial enrichment distribution map of the fuel assemblies loaded in the core of the seventh embodiment of the present invention.

【図26】本発明の第7の実施例における炉心の軸方向
出力、及びボイド率分布を示した特性図。
FIG. 26 is a characteristic diagram showing axial power and void fraction distribution of a core in a seventh example of the present invention.

【図27】炉心平均のボイド率と炉心出口における上記
重量率の関係を示した特性図。
FIG. 27 is a characteristic diagram showing the relationship between the average void ratio of the core and the weight ratio at the core outlet.

【図28】図1の炉心に装荷される燃料集合体の軸方向
富化度分布の変形例。
28 is a modification of the axial enrichment distribution of the fuel assemblies loaded in the core of FIG. 1. FIG.

【図29】図28を装荷した炉心の軸方向出力、及びボ
イド率分布を示した特性図。
29 is a characteristic diagram showing the axial output and void fraction distribution of the core loaded with FIG. 28.

【図30】図1の炉心に装荷される燃料集合体の軸方向
富化度分布の変形例。
30 is a modification of the axial enrichment distribution of the fuel assemblies loaded in the core of FIG.

【図31】第7の実施例の炉心に装荷される燃料集合体
の軸方向富化度分布の変形例。
FIG. 31 is a modification of the axial enrichment distribution of the fuel assemblies loaded in the core of the seventh embodiment.

【図32】第7の実施例の炉心に装荷される燃料集合体
の軸方向富化度分布の変形例。
FIG. 32 is a modification of the axial enrichment distribution of the fuel assemblies loaded in the core of the seventh embodiment.

【図33】図32を装荷した炉心の軸方向出力、及びボ
イド率分布を示した特性図。
33 is a characteristic diagram showing the axial output and void fraction distribution of the core loaded with FIG. 32.

【図34】第9の実施例の炉心に装荷される燃料集合体
の軸方向富化度分布図。
FIG. 34 is an axial enrichment distribution map of the fuel assemblies loaded in the core of the ninth embodiment.

【図35】第9の実施例の炉心に装荷される燃料集合体
の軸方向富化度分布の変形例。
FIG. 35 is a modification of the axial enrichment distribution of the fuel assemblies loaded in the core of the ninth embodiment.

【図36】第9の実施例の炉心に装荷される燃料集合体
の軸方向富化度分布の変形例。
FIG. 36 is a modification of the axial enrichment distribution of the fuel assemblies loaded in the core of the ninth embodiment.

【図37】本発明の第10の実施例における燃料集合体
の水平断面図。
FIG. 37 is a horizontal sectional view of a fuel assembly according to a tenth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,6,9…燃料集合体、2,10…Y字型制御棒、3
…燃料棒、4,11…チャンネルボックス、5…Y字型
制御棒の1翼、7…制御棒駆動機構、8…ガイドチュー
ブ。
1, 6, 9 ... Fuel assembly, 2, 10 ... Y-shaped control rod, 3
... fuel rods, 4, 11 ... channel box, 5 ... 1 blade of Y-shaped control rod, 7 ... control rod drive mechanism, 8 ... guide tube.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森脇 正直 茨城県日立市大みか町七丁目2番1号 株 式会社日立製作所エネルギー研究所内   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Moriwaki Honest             2-12-1 Omika-cho, Hitachi-shi, Ibaraki Prefecture             Ceremony Hitachi Energy Research Institute

Claims (24)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】劣化ウランに、プルトニウムまたはプルト
ニウムとアクチノイド核種を富化した燃料を有する軽水
炉炉心において、 上下両端部のブランケット部を除く炉心高さ方向につい
て、燃料集合体水平断面の核分裂性プルトニウム平均富
化度が6wt%以上の部分を40cmから140cmの間に
して、炉心上部の核分裂性プルトニウム富化度を炉心下
部の核分裂性プルトニウム富化度よりも高くすることに
よりボイド係数を負にし、 定格出力の50%以上で運転されている時の炉心平均の
ボイド率を45〜70%とすることにより増殖比を1.
0近傍又は1.0以上にしたことを特徴とする軽水炉炉
心。
1. A fissile plutonium average of a horizontal cross section of a fuel assembly in a core height direction excluding blanket portions at both upper and lower ends of a light water reactor core containing depleted uranium and fuel enriched with plutonium or plutonium and actinide nuclides. The void coefficient is made negative by making the fissile plutonium enrichment in the upper core higher than the fissile plutonium enrichment in the lower core by setting the enrichment of 6 wt% or more between 40 cm and 140 cm. The breeding ratio is set to 1. by setting the core average void fraction to 45 to 70% when operating at 50% or more of the output.
A light water reactor core characterized by being set to near 0 or 1.0 or more.
【請求項2】天然ウラン,減損ウラン,低濃縮ウランの
少なくとも1つを含むウランに、プルトニウムまたはプ
ルトニウムとアクチノイド核種を富化した燃料を有する
軽水炉炉心において、 上下両端部のブランケット部を除く炉心高さ方向につい
て、燃料集合体水平断面の核分裂性プルトニウム平均富
化度が6wt%以上の部分を40cmから140cmの間に
して、炉心上部の核分裂性プルトニウム富化度を炉心下
部の核分裂性プルトニウム富化度よりも高くすることに
よりボイド係数を負にし、 定格出力の50%以上で運転されている時の炉心平均の
ボイド率を45〜70%とすることにより増殖比を1.
0近傍又は1.0以上にしたことを特徴とする軽水炉炉
心。
2. A light water reactor core comprising plutonium or a fuel enriched with plutonium and an actinide nuclide in uranium containing at least one of natural uranium, depleted uranium, and low enriched uranium, and the core height excluding blanket parts at both upper and lower ends. In the vertical direction, the fissionable plutonium enrichment in the upper part of the core is set to be between 40 cm and 140 cm for the part where the average enrichment of fissile plutonium in the horizontal cross section of the fuel assembly is 6 wt% or more. The void ratio is made negative by making the ratio higher than 50 degrees, and the void ratio of the core average when operating at 50% or more of the rated output is set to 45 to 70%.
A light water reactor core characterized by being set to near 0 or 1.0 or more.
【請求項3】請求項1又は2において、増殖比が1.0
から1.15の範囲であることを特徴とする軽水炉炉
心。
3. The growth ratio according to claim 1 or 2, wherein the growth ratio is 1.0.
To 1.15 in the light water reactor core.
【請求項4】請求項1又は2において、炉心外周部およ
び上下端部のブランケット部分を除いた炉心部における
平均核分裂性プルトニウム富化度が6〜20wt%であ
ることを特徴とする軽水炉炉心。
4. The light water reactor core according to claim 1, wherein the average fissionable plutonium enrichment in the core portion excluding the outer peripheral portion and the blanket portions at the upper and lower ends is 6 to 20 wt%.
【請求項5】請求項1乃至4の何れかにおいて、燃料棒
が正三角形の格子状に稠密配列された六角形燃料集合体
と、その中に挿入されるクラスター型制御棒より構成さ
れることを特徴とする軽水炉炉心。
5. The fuel rod according to any one of claims 1 to 4, wherein the fuel rods are composed of hexagonal fuel assemblies densely arranged in an equilateral triangular lattice and cluster type control rods inserted therein. Is a light water reactor core.
【請求項6】請求項1乃至4の何れかにおいて、燃料棒
が正三角形の格子状に稠密配列された六角形燃料集合体
と、その間に挿入され翼の間隔がそれぞれ120度であ
る3枚の翼を持つY字型制御棒より構成されることを特
徴とする軽水炉炉心。
6. The hexagonal fuel assembly according to claim 1, wherein the fuel rods are densely arranged in an equilateral triangular lattice, and three fuel rods inserted between them are 120 degrees apart. A light water reactor core comprising a Y-shaped control rod having a blade.
【請求項7】請求項6において、六角形燃料集合体一体
に隣接するY字型制御棒の翼がそれぞれ2枚以下であ
り、燃料集合体間に翼が挿入されない燃料集合体間の間
隙が、翼が挿入される燃料集合体間の間隙より狭いこと
を特徴とする軽水炉炉心。
7. The hexagonal fuel assembly according to claim 6, wherein the blades of the Y-shaped control rods adjacent to the hexagonal fuel assembly are two or less, respectively, and the blades are not inserted between the fuel assemblies. , A light water reactor core characterized in that the blades are narrower than the gap between the fuel assemblies into which they are inserted.
【請求項8】請求項1乃至4の何れかにおいて、燃料棒
が正三角形の格子状に稠密配列された正方形燃料集合体
と、その間に挿入される翼の間隔がそれぞれ90度であ
る4枚の翼を持つ十字型制御棒より構成されることを特
徴とする軽水炉炉心。
8. The square fuel assembly according to claim 1, wherein the fuel rods are densely arranged in an equilateral triangular lattice, and four blades inserted between them are 90 degrees apart. A light water reactor core characterized by being composed of a cross-shaped control rod having a wing.
【請求項9】請求項5乃至8の何れかにおいて、前記制
御棒の先端部に軽水より減速能が小さな物質から構成さ
れたフォロアー部を有することを特徴とする軽水炉炉
心。
9. The light water reactor core according to claim 5, wherein the control rod has a follower portion made of a substance having a moderating power smaller than that of light water at a tip portion thereof.
【請求項10】請求項6乃至8の何れかにおいて、前記
燃料集合体内で前記制御棒に隣接する位置には、前記燃
料集合体内における核分裂性プルトニウム富化度が最低
の燃料棒が少なくとも配置されていることを特徴とする
軽水炉炉心。
10. The fuel rod according to claim 6, wherein at least a fuel rod having the lowest fissile plutonium enrichment in the fuel assembly is arranged at a position adjacent to the control rod in the fuel assembly. A light water reactor core characterized by
【請求項11】請求項1乃至10の何れかにおいて、炉
心外周部および上下端部のブランケット部を除く炉心部
の平均出力密度が100〜300kW/lであることを
特徴とする軽水炉炉心。
11. A light water reactor core according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the average power density of the core portion excluding the outer peripheral portion and the blanket portions of the upper and lower end portions is 100 to 300 kW / l.
【請求項12】請求項1乃至11の何れかにおいて、定
格出力の50%以上で運転されている時の冷却材の炉心
出口蒸気重量率が20wt%〜40wt%であることを
特徴とする軽水炉炉心。
12. A light water reactor according to any one of claims 1 to 11, wherein the core outlet steam weight ratio of the coolant when operating at 50% or more of the rated output is 20 wt% to 40 wt%. Core.
【請求項13】請求項1乃至12の何れかにおいて、炉
心の最外周を除く領域を半径方向に等面積に二分割し、
炉心外側領域に装荷された燃料集合体の炉心滞在サイク
ル数の平均値が、炉心内側領域のそれより小さくなるよ
うに燃料集合体を装荷することを特徴とする軽水炉炉
心。
13. A region according to any one of claims 1 to 12, wherein a region of the core excluding the outermost periphery is divided into two equal areas in the radial direction,
A light water reactor core, characterized in that the fuel assembly is loaded so that the average number of core stay cycles of the fuel assembly loaded in the outer core area is smaller than that in the inner core area.
【請求項14】請求項1乃至13の何れかにおいて、炉
心の最外周及びそれに隣接する燃料集合体のオリフィス
圧損係数の平均値が、それ以外の燃料集合体のオリフィ
ス圧損係数の平均値より大きくなるように設定すること
を特徴とする軽水炉炉心。
14. The average value of the orifice pressure loss coefficient of the outermost periphery of the core and the fuel assemblies adjacent thereto is larger than the average value of the orifice pressure loss coefficients of the other fuel assemblies. A light water reactor core characterized by being set so that
【請求項15】劣化ウランに、プルトニウムまたはプル
トニウムとアクチノイド核種を富化した燃料を有する燃
料集合体において、 上下両端部のブランケット部を除く燃料集合体高さ方向
について、燃料集合体水平断面の核分裂性プルトニウム
平均富化度が6wt%以上の部分が40cmから140cm
の間にあり、燃料集合体上半分の核分裂性プルトニウム
富化度平均値よりも下半分の核分裂性プルトニウム富化
度平均値が低く、実効的な水対燃料体積比を0.1 から
0.6 の間とすることにより増殖比を1.0近傍又は1.
0以上にしたことを特徴とする燃料集合体。
15. In a fuel assembly having depleted uranium and a fuel enriched with plutonium or plutonium and an actinide nuclide, the fission property of the horizontal cross section of the fuel assembly in the height direction of the fuel assembly excluding the blanket parts at the upper and lower ends. Plutonium average enrichment of 6 wt% or more is 40 cm to 140 cm
, The average value of fissile plutonium enrichment in the upper half of the fuel assembly is lower than the average value of fissile plutonium enrichment in the lower half, and the effective water-to-fuel volume ratio is from 0.1 to 0.1. By setting the ratio between 6 and 6, the growth ratio is around 1.0 or 1.
A fuel assembly characterized by being set to 0 or more.
【請求項16】天然ウラン,減損ウラン,低濃縮ウラン
の少なくとも1つを含むウランに、プルトニウムまたは
プルトニウムとアクチノイド核種を富化した燃料を有す
る燃料集合体において、 上下両端部のブランケット部を除く燃料集合体高さ方向
について、燃料集合体水平断面の核分裂性プルトニウム
平均富化度が6wt%以上の部分が40cmから140cm
の間にあり、燃料集合体上半分の核分裂性プルトニウム
富化度平均値よりも下半分の核分裂性プルトニウム富化
度平均値が低く、 実効的な水対燃料体積比を0.1 から0.6 の間とする
ことにより増殖比を1.0近傍又は1.0以上にしたこと
を特徴とする燃料集合体。
16. A fuel assembly having plutonium or a fuel enriched with plutonium and an actinide nuclide in uranium containing at least one of natural uranium, depleted uranium, and low enriched uranium, except for the blanket parts at the upper and lower ends. 40 to 140 cm in the height direction of the fuel assembly where the average fissile plutonium enrichment in the horizontal cross section of the fuel assembly is 6 wt% or more
The average value of fissile plutonium enrichment in the lower half is lower than the average value of fissile plutonium enrichment in the upper half of the fuel assembly, and the effective water-to-fuel volume ratio is 0.1 to 0.1. The fuel assembly is characterized in that the growth ratio is in the vicinity of 1.0 or at least 1.0 by setting the ratio to be 6 or less.
【請求項17】請求項15又は16において、前記燃料
集合体は燃料棒が正三角形の格子状に稠密配列された六
角形燃料集合体又は正方形燃料集合体で、燃料棒の間隙
が0.7〜2.0mmであることを特徴とする燃料集合体。
17. The fuel assembly according to claim 15, wherein the fuel assembly is a hexagonal fuel assembly or a square fuel assembly in which the fuel rods are densely arranged in an equilateral triangular lattice, and the gap between the fuel rods is 0.7 to 2. A fuel assembly characterized by being 0.0 mm.
【請求項18】請求項15又は16において、上下端の
ブランケット部分を除いた燃料領域における平均核分裂
性プルトニウム富化度が6〜20wt%であることを特
徴とする燃料集合体。
18. The fuel assembly according to claim 15, wherein the average fissile plutonium enrichment in the fuel region excluding the blanket portions at the upper and lower ends is 6 to 20 wt%.
【請求項19】請求項15乃至18の何れかにおいて、
前記燃料集合体は燃料棒が正三角形の格子状に配列され
た六角形燃料集合体で、向いあう最外層燃料棒列に平行
な三組の燃料棒列のうち、二組の燃料棒列の数が等し
く、残りの一組の燃料棒列の数より1列多いことを特徴
とする燃料集合体。
19. The method according to any one of claims 15 to 18,
The fuel assembly is a hexagonal fuel assembly in which the fuel rods are arranged in an equilateral triangular lattice, and among the three fuel rod arrays parallel to the facing outermost fuel array, two fuel rod arrays are provided. A fuel assembly having the same number and one row more than the number of the remaining set of fuel rods.
【請求項20】軽水炉炉心に装荷された燃料集合体の間
に挿入され3枚の翼を有するY字型の制御棒において、
前記3枚の翼の間隔がそれぞれ120度であり、それぞ
れの前記翼の1つの側面であって該制御棒の中心の周り
で同じ方向に面している3つの前記側面に沿って前記中
心側に延長された3本の直線により正三角形が構成され
るように前記3枚の翼が配置されていることを特徴とす
る制御棒。
20. A Y-shaped control rod having three blades inserted between fuel assemblies loaded in a LWR core, wherein:
The distance between the three blades is 120 degrees, respectively, and one side surface of each of the blades is the center side along the three side surfaces facing in the same direction around the center of the control rod. A control rod in which the three blades are arranged so that an equilateral triangle is formed by three straight lines extended to the.
【請求項21】劣化ウラン,天然ウラン,減損ウラン,
低濃縮ウランの少なくとも1つを含むウランに、プルト
ニウムまたはプルトニウムとアクチノイド核種を富化し
た燃料を有する六角形燃料集合体と、Y字型制御棒とを
備える軽水炉炉心において、 前記Y字型制御棒が請求項20に記載の制御棒で、前記
六角形燃料集合体は燃料棒が正三角形の格子状に配列さ
れ、向いあう最外層燃料棒列に平行な三組の燃料棒列の
うち、二組の燃料棒列の数が等しく、残りの一組の燃料
棒列の数より1列多いことを特徴とする軽水炉炉心。
21. Depleted uranium, natural uranium, depleted uranium,
A light water reactor core comprising a hexagonal fuel assembly having plutonium or a fuel enriched with plutonium and an actinide nuclide in uranium containing at least one of low-enriched uranium, and a Y-shaped control rod, wherein the Y-shaped control rod 21. The control rod according to claim 20, wherein in the hexagonal fuel assembly, the fuel rods are arranged in an equilateral triangle lattice shape, and two of the three fuel rod rows parallel to the facing outermost fuel rod row are arranged. A light water reactor core, characterized in that the number of fuel rod rows in a set is equal and one row is larger than the number in the remaining set of fuel rods.
【請求項22】請求項21において、前記Y字型制御棒
の各翼は、該Y字型制御棒に隣接する前記六角形燃料集
合体の前記残りの一組の燃料棒列に平行に配置されてい
ることを特徴とする軽水炉炉心。
22. The blades of the Y-shaped control rod according to claim 21, wherein the blades of the Y-shaped control rod are arranged parallel to the remaining set of fuel rods of the hexagonal fuel assembly adjacent to the Y-shaped control rod. A light water reactor core characterized by being
【請求項23】請求項21又は22において、実効的な
水対燃料体積比が0.1から0.6の間にあることを特徴
とする軽水炉炉心。
23. The light water reactor core according to claim 21 or 22, wherein the effective water-to-fuel volume ratio is between 0.1 and 0.6.
【請求項24】請求項21又は22において、定格出力
の50%以上で運転されている時の炉心平均のボイド率
が45〜70%であることを特徴とする軽水炉炉心。
24. The light water reactor core according to claim 21 or 22, wherein the average void fraction of the core when operating at 50% or more of the rated output is 45 to 70%.
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