JP2004144757A - Reactor core for nuclear reactor - Google Patents

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肥田 和毅
Hisao Suzuki
鈴木 壽生
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve a problem wherein an excess reactivity is increased in a reactor core of a nuclear reactor having an increased average enrichment of initially loaded fuel in order to enhance remarkably economy by increasing a discharged burnup to use the fuel effectively, and to control the excess reactivity within a proper range. <P>SOLUTION: In this reactor core split concentrically into two radial-directionally to make the number of fuel assemblies included in respective regions substantially equal, in the nuclear reactor loaded with initially loaded fuel assemblies in the first cycle, and loaded with replaced fuel assemblies in the second cycle, the third cycle or thereafter, the initially loaded fuel assemblies arranged in a peripheral area of the reactor core in the first cycle are arranged to get large in a reactor core inside area compared with the peripheral area of the reactor core in the second cycle. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

 本発明は沸騰水型原子炉において取出燃焼度の増大により燃料経済性を向上させた初装荷炉心に係る原子炉の炉心に関する。 (4) The present invention relates to a reactor core of a boiling water reactor, which is an initially loaded core and has improved fuel economy by increasing the take-out burnup.

 沸騰水型原子炉が建設されて初めて炉心に装荷される核燃料の燃料集合体は初装荷燃料と呼ばれる。このような初装荷燃料としては、原子力発電プラントの開発初期の頃には濃縮度が1種類のものが使用されていたが、近年では取出燃焼度の向上のために、濃縮度の異なる複数種のものが使用されるようになった。 核 The nuclear fuel assembly loaded into the core for the first time after the construction of the boiling water reactor is called the first loaded fuel. In the early stage of the development of a nuclear power plant, one type of fuel with a single enrichment was used as such initially loaded fuel. In recent years, however, multiple types of fuel with different enrichments have been used in order to improve the extraction burnup. Stuff came to be used.

 ただし、いずれの場合でも初装荷燃料の平均濃縮度は、第1サイクルの終了時に炉心の余剰反応度が、ほぼゼロとなるように設定されており、したがって2.1 〜2.5 %とされている。 However, in any case, the average enrichment of the initially loaded fuel is set so that the excess reactivity of the core at the end of the first cycle becomes almost zero, and is therefore set to 2.1 to 2.5%.

 このような初装荷炉心の例として、濃縮度が異なる4種類の初装荷燃料で構成された電気出力 135万kWの沸騰水型原子炉の炉心の1/4部を図20の燃料配置構成図に示す。この図20において四角で示したものが一般に燃料と呼ばれている燃料集合体の1体を表し、炉心1は合計 872体の燃料集合体で構成している。 As an example of such an initially loaded core, a 1/4 part of the core of a boiling water reactor with an electric output of 1.35 million kW composed of four types of initially loaded fuels having different enrichments is a fuel arrangement diagram shown in FIG. Shown in In FIG. 20, the squares represent one of the fuel assemblies generally called fuel, and the core 1 is composed of a total of 872 fuel assemblies.

 ここで、四角内に表示したHは濃縮度3.7 %、Mは濃縮度2.5 %、Lは濃縮度1.6 %、そしてSは濃縮度0.9 %の初装荷燃料集合体であることを示す。この燃料Hの濃縮度は取替燃料集合体と同じであり、燃料M、L、Sの濃縮度は取替燃料集合体が第1,第2,第3サイクル炉内に滞在した後の反応度を模擬するように設定したものである。 Here, H shown in the square indicates that the enrichment is 3.7%, M is 2.5%, L is 1.6%, and S is the initially loaded fuel assembly having an enrichment of 0.9%. The enrichment of the fuel H is the same as that of the replacement fuel assembly, and the enrichment of the fuels M, L, and S is the reaction after the replacement fuel assembly stays in the first, second, and third cycle furnaces. It is set to simulate the degree.

 図20において、燃料Hの燃料集合体2と燃料Mの燃料集合体3、及び燃料Lの燃料集合体4は各々 200体で、燃料Sの燃料集合体5は 272体装荷されており、これによる初装荷燃料の平均濃縮度は2.1 %である。 In FIG. 20, the fuel assembly 2 for fuel H, the fuel assembly 3 for fuel M, and the fuel assembly 4 for fuel L are each 200, and 272 fuel assemblies 5 for fuel S are loaded. The average enrichment of the initially loaded fuel is 2.1%.

 ここで用いられている燃料は高燃焼度燃料集合体の一例であり、図21(a)の縦断面図と、図21(b)の図21(a)のb−b矢視断面図、及び図21(c)の図21(a)のc−c矢視断面図で示す。 The fuel used here is an example of a high burn-up fuel assembly, and is a longitudinal sectional view of FIG. 21 (a) and a sectional view taken along the line bb of FIG. 21 (a) of FIG. 21 (a). 21 (c) and a cross-sectional view taken along the line cc of FIG. 21 (a).

 燃料集合体2〜5は長尺の燃料棒6と短尺燃料棒7、及び太径ウォータロッド8を、スペーサ9により9行9列の正方格子状に束ねて、上部タイプレート10及び下部タイプレート11に固定して燃料棒束とし、この燃料棒束をチャンネルボックス12で包囲して構成している。前記短尺燃料棒7は燃料集合体2〜5の上部における冷却材流路を拡大して、圧力損失を低減すると共に炉停止余裕を向上している。 Each of the fuel assemblies 2 to 5 is composed of a long fuel rod 6, a short fuel rod 7, and a large-diameter water rod 8 which are bundled by a spacer 9 in a square grid of 9 rows and 9 columns, and an upper tie plate 10 and a lower tie plate. The fuel rod bundle is fixed to 11 and is surrounded by a channel box 12. The short fuel rods 7 increase the coolant flow path in the upper part of the fuel assemblies 2 to 5 to reduce pressure loss and improve the furnace stop margin.

 炉心1では図20において白丸の位置に制御棒13が 205本具備されているが、この制御棒13の1本と、これを取り囲む燃料集合体4体を合わせて1つのセルと呼ぶ。ただし、炉心最外周の一部にはセルを構成しない燃料が存在する。 で は In the core 1, 205 control rods 13 are provided at positions indicated by white circles in FIG. 20, and one of the control rods 13 and four fuel assemblies surrounding the control rods 13 are collectively called one cell. However, fuel that does not constitute a cell exists in a part of the outermost periphery of the core.

 また、原子炉の運転中に炉心1の余剰反応度を制御棒13でコントロールするために、制御棒13の移動による制御棒13と隣接した燃料の出力分布歪が緩和されるように、濃縮度が低いかまたは燃焼が進んだ結果から、反応度が低い燃料を4体配した低反応度セル14(コントロールセルとも呼ばれる)を炉心1内に離散的に配置している。なお、本炉心1では太枠で示された21個の低反応度セル14があり、最低濃縮度の燃料集合体5(S)が装荷されている。 In order to control the excess reactivity of the reactor core 1 with the control rod 13 during the operation of the reactor, the enrichment is controlled so that the power distribution distortion of the fuel adjacent to the control rod 13 due to the movement of the control rod 13 is reduced. As a result, the low-reactivity cells 14 (also referred to as control cells) in which four low-reactivity fuels are arranged are discretely arranged in the reactor core 1 based on the result of low combustion or advanced combustion. In the present core 1, there are 21 low-reactivity cells 14 indicated by thick frames, and the fuel assemblies 5 (S) having the lowest enrichment are loaded.

 このような初装荷炉心による第1サイクルの運転が終了すると、初装荷燃料集合体のうち反応度の低下した約 200体を炉心1から取り出して、新たに取替燃料集合体を装荷して第2サイクルの運転を行い、以下同様に順次、第3,第4サイクルと運転が繰り返される。 When the operation of the first cycle with the initially loaded core is completed, about 200 of the initially loaded fuel assemblies with reduced reactivity are taken out of the reactor core 1 and a new fuel assembly is loaded and replaced. The operation is performed for two cycles, and thereafter, the operation is repeated in the same manner as the third and fourth cycles.

 これに対して初装荷燃料の取出燃焼度を大幅に増大させる発明が特許文献1に開示されている。この発明は全ての初装荷燃料の濃縮度を取替燃料と同一とすることにより、第1サイクルの運転終了後において燃料交換を行わずに第2サイクルの運転を行うものである。 に 対 し て On the other hand, Patent Document 1 discloses an invention in which the take-up burnup of initially loaded fuel is greatly increased. According to the present invention, the enrichment of all initially loaded fuels is made equal to that of the replacement fuel, so that the second cycle operation is performed without refueling after the completion of the first cycle operation.

 これにより、取替燃料との交換作業を省略すると共に、燃料経済性を従来よりも大幅に向上させる。しかしながらこの発明では、第2サイクル終了時において炉心の余剰反応度はゼロにならず、未だ運転できる余力を残したままで原子炉を停止しなければならないという課題があった。 This will eliminate the need to replace the fuel with replacement fuel and significantly improve fuel economy compared to the past. However, in the present invention, there is a problem that the excess reactivity of the reactor core does not become zero at the end of the second cycle, and the reactor must be shut down with the remaining operating capacity still remaining.

 また、上記課題を解決するための発明が、特許文献2に開示されている。この発明では、濃縮度が異なる2種類以上の初装荷燃料を用意して、高濃縮度燃料の濃縮度を取替燃料と同一とすると共に、低濃縮度燃料の濃縮度と装荷体数を、第1サイクルの運転終了後に燃料交換をせずに第2サイクルの運転を行い、しかも第2サイクルの終了時には炉心の余剰反応度がゼロとなるように定めることが提案されている。
特開昭60−119492号公報 特開平 2−222867号公報 特開昭63−168589号公報 特開平 4−58191 号公報 特開昭61−240193号公報
Further, an invention for solving the above problem is disclosed in Patent Document 2. In the present invention, two or more types of initially loaded fuels having different enrichments are prepared, the enrichment of the high enrichment fuel is made equal to that of the replacement fuel, and the enrichment of the low enrichment fuel and the number of loaded bodies are changed It has been proposed that the operation of the second cycle be performed without refueling after the completion of the operation of the first cycle, and that the excess reactivity of the core be zero at the end of the second cycle.
JP-A-60-119492 JP-A-2-222867 JP-A-63-168589 JP-A-4-58191 JP-A-61-240193

 しかしながら上記2つの発明では未だ以下のような課題が残されている。 However, the following two problems still remain in the above two inventions.

 沸騰水型原子炉では一般に炉心1における余剰反応度を1〜2%Δkの適切な範囲に制御するために、燃料集合体2〜5を構成する一部の燃料棒6,7にガドリニア等の可燃性毒物を含有させている。 In a boiling water reactor, in order to control the excess reactivity in the core 1 to an appropriate range of 1-2% Δk, some fuel rods 6 and 7 constituting the fuel assemblies 2 to 5 are generally provided with gadolinia or the like. Contains burnable poisons.

 燃料集合体2〜5の1体当たりの可燃性毒物入り燃料棒の本数は、燃焼サイクル初期における余剰反応度を適切な範囲に設定するように、また可燃性毒物の濃度は燃焼サイクルの長さにほぼ比例して決定される。前記図20に示した平均濃縮度2.1 %の初装荷炉心において、従来使用されてきた最高濃度である7.5 %のガドリニアを、燃料集合体H、M、Lを構成する適切な本数の燃料棒に含有させた場合の第1サイクルの余剰反応度は、1.2 〜2 %Δkの一定値を取り、サイクル末期にはほぼゼロとなる。 The number of burnable poison-containing fuel rods per one of the fuel assemblies 2 to 5 is set so that the excess reactivity in the early stage of the combustion cycle is set in an appropriate range, and the concentration of the burnable poison is determined by the length of the combustion cycle. Is determined almost in proportion to. In the initially loaded core having an average enrichment of 2.1% shown in FIG. 20, gadolinia having a maximum concentration of 7.5%, which has been conventionally used, is applied to the appropriate number of fuel rods constituting the fuel assemblies H, M and L. The surplus reactivity in the first cycle when it is contained takes a constant value of 1.2 to 2% Δk, and becomes almost zero at the end of the cycle.

 ところが、初装荷燃料の平均濃縮度が高くなると、原子炉の運転期間が一定であっても、従来の濃度の可燃性毒物を用いたままでは運転サイクル中期以降の余剰反応度が増大してしまう。一例として、図20において各初装荷燃料の装荷体数を調整して平均濃縮度を 2.7%に高めた初装荷炉心の余剰反応度は、サイクル後半で 3%Δkを超える。 However, when the average enrichment of the initially loaded fuel becomes high, even if the operation period of the reactor is constant, the excess reactivity after the middle stage of the operation cycle increases if the conventional concentration of burnable poison is used. . As an example, in FIG. 20, the surplus reactivity of the initially loaded core, in which the average enrichment is increased to 2.7% by adjusting the number of loaded bodies of each initially loaded fuel, exceeds 3% Δk in the latter half of the cycle.

 さらに、可燃性毒物としてガドリニアを用いた場合に、可燃性毒物入り燃料棒1本当たりの反応度効果は3〜4%Δkであるから、初装荷燃料の大半を占める高濃縮度燃料集合体における可燃性毒物入り燃料棒本数の調整により、余剰反応度を常に適切な範囲に設定できるとは限らない。 Further, when gadolinia is used as the burnable poison, the reactivity effect per fuel rod containing the burnable poison is 3 to 4% Δk. By adjusting the number of burnable poison-containing fuel rods, the surplus reactivity cannot always be set to an appropriate range.

 例えば、初装荷燃料の平均濃縮度を0.1 %増大させるためには、余剰反応度を約1%Δk低下させる必要があるが、可燃性毒物入り燃料棒の本数を1本増やすと余剰反応度は2〜3%Δk低下してしまう。 For example, to increase the average enrichment of the initially loaded fuel by 0.1%, it is necessary to reduce the excess reactivity by about 1% Δk. However, if the number of burnable poison-containing fuel rods is increased by one, the excess reactivity becomes It decreases by 2 to 3% Δk.

 本発明の目的とするところは、取出し燃焼度を増大させて燃料の有効利用により経済性を大幅に向上させるため初装荷燃料の平均濃縮度を高めた原子炉の炉心における余剰反応度の増大の課題を解決し、余剰反応度を適切な範囲に制御することができる原子炉の炉心を提供することにある。 It is an object of the present invention to increase the excess reactivity in the core of a nuclear reactor in which the average enrichment of the initially loaded fuel is increased in order to increase the extraction burn-up and greatly improve the economic efficiency through effective use of the fuel. An object of the present invention is to provide a reactor core that can solve the problem and can control the excess reactivity within an appropriate range.

 上記目的を達成するため請求項1記載の発明に係る原子炉の炉心は、第1サイクルにおいて初装荷燃料集合体が装荷され第2サイクルまたは第3サイクル以降において取替燃料集合体が装荷される原子炉で各領域に含まれる燃料集合体数がほぼ等しくなるように同心円状で径方向に2分割した炉心において、第1サイクルにて炉心周辺領域に配置されていた前記初装荷燃料集合体を第2サイクルにおいて炉心周辺領域よりも炉心内部領域に多く配置したことを特徴とする。 In order to achieve the above object, in the reactor core according to the first aspect of the present invention, an initially loaded fuel assembly is loaded in a first cycle, and a replacement fuel assembly is loaded in a second cycle or a third cycle or later. In the nuclear reactor, the initially loaded fuel assemblies disposed in the core peripheral region in the first cycle are divided into two concentric radially divided cores so that the number of fuel assemblies included in each region is substantially equal. In the second cycle, more cores are arranged in the core inner region than in the core peripheral region.

 請求項2記載の発明に係る原子炉の炉心は、濃縮度が異なる2種類以上の初装荷燃料集合体が装荷された原子炉の炉心において、第1サイクル及び第2サイクルにて炉心最外周に最高濃縮度の前記初装荷燃料集合体が配置されて第1サイクルにおいて炉心最外周に配置された前記最高濃縮度初装荷燃料集合体と異なる前記最高濃縮度初装荷燃料集合体が第2サイクルにおいて炉心最外周に配置することを特徴とする。 The core of the nuclear reactor according to the invention according to claim 2, wherein the core of the reactor loaded with two or more types of initially loaded fuel assemblies having different enrichments is located at the outermost periphery of the core in the first cycle and the second cycle. In the first cycle, the first enriched fuel assembly having the highest enrichment and being different from the highest enrichment initially loaded fuel assembly arranged in the outermost periphery of the core in the first cycle is provided in the second cycle. It is characterized by being arranged at the outermost periphery of the core.

 請求項3記載の発明に係る原子炉の炉心は、第1サイクルの運転中に原子炉の炉心に挿入される制御棒の本数が炉心内部領域よりも炉心周辺領域において多いことを特徴とする。 The reactor core according to the third aspect of the present invention is characterized in that the number of control rods inserted into the reactor core during the operation of the first cycle is larger in the core peripheral region than in the core inner region.

 請求項4記載の発明に係る原子炉の炉心は、1本の制御棒とこれを囲繞する4体の燃料集合体とから構成されるセルを正方格子状に多数配列して構成される原子炉の炉心であって、濃縮度の異なる2種類以上の初装荷燃料集合体を装荷すると共に第1サイクル及び第2サイクルにおいて最高濃縮度の前記初装荷燃料集合体よりも濃縮度の低い4体の前記初装荷燃料集合体で低反応度セルを構成して運転中に制御棒が挿入される前記低反応度セルの数が第1サイクルよりも第2サイクルにおいて多いことを特徴とする。 A reactor core according to a fourth aspect of the present invention is a reactor core configured by arranging a large number of cells each composed of one control rod and four fuel assemblies surrounding the control rod in a square lattice. A core having two or more types of initially loaded fuel assemblies having different enrichments and having lower enrichment than the initially enriched fuel assemblies having the highest enrichment in the first cycle and the second cycle. The low-reactivity cells are constituted by the initially loaded fuel assemblies, and the number of the low-reactivity cells into which control rods are inserted during operation is larger in the second cycle than in the first cycle.

 図1の燃料配置構成図は炉心の1/4を示したもので、図1(a)は第1サイクルの炉心15a、図1(b)は第2サイクルの炉心15bで、いずれも3種類の初装荷燃料集合体が装荷されている。図中で4角内に1で示した燃料集合体16と、2で示した燃料集合体17は同じ高濃縮度初装荷燃料であり、Lで示した燃料集合体18は低濃縮度初装荷燃料である。 FIG. 1 shows a fuel arrangement diagram showing 1/4 of the core. FIG. 1 (a) shows a first cycle core 15a, and FIG. 1 (b) shows a second cycle core 15b. The first loaded fuel assembly is loaded. The fuel assemblies 16 indicated by 1 and the fuel assemblies 17 indicated by 2 are the same high-enrichment initially loaded fuel in the four corners in the figure, and the fuel assembly 18 indicated by L is the low-enrichment initially loaded fuel. Fuel.

 なお、1本の制御棒13の周囲に4体の燃料集合体16〜18を配置したものが1セルで、4体の燃料集合体全てに低濃縮度初装荷燃料である燃料集合体18(L)を配置した、太枠で示す部分の低反応度セル14に対して、高反応度セル19と呼んでいる。 One fuel rod having four fuel assemblies 16 to 18 arranged around one control rod 13 is a single cell, and all four fuel assemblies are fuel assemblies 18 (low-enrichment initially loaded fuel). The low-reactivity cell 14 in the portion indicated by the thick frame in which L) is arranged is called the high-reactivity cell 19.

 前記原子炉の炉心15a,15bに装荷された燃料集合体は、夫々複数の燃料棒を正方格子状に束ねて構成され、四角内に1と2で示した初装荷燃料の平均濃縮度が約2.7 %以上であり、かつ可燃性毒物として燃料棒に含有されるガドリニアの濃度が少なくとも一部の初装荷燃料集合体において7.5 %よりも高く含有させている。 The fuel assemblies loaded in the reactor cores 15a and 15b of the nuclear reactor are each configured by bundling a plurality of fuel rods in a square lattice, and the average enrichment of the initially loaded fuel indicated by 1 and 2 in a square is about The concentration of gadolinia contained in the fuel rods as a burnable poison is 2.7% or more and is higher than 7.5% in at least some of the initially loaded fuel assemblies.

 また、図1(a)に示す第1サイクルの炉心15aにおいて初装荷燃料集合体が装荷され、図1(b)の第2サイクルの炉心15bまたは第3サイクル以降において取替燃料集合体が装荷される炉心において、前記初装荷燃料集合体の平均取出燃焼度を前記取替燃料集合体の平均取出燃焼度の約0.7 倍以上とする。 Also, an initially loaded fuel assembly is loaded in the first cycle core 15a shown in FIG. 1 (a), and a replacement fuel assembly is loaded in the second cycle core 15b or the third and subsequent cycles shown in FIG. 1 (b). In the core, the average unloading burnup of the initially loaded fuel assembly is about 0.7 times or more the average unloading burnup of the replacement fuel assembly.

 以上の構成によれば、平均濃縮度を大幅に高めた初装荷炉心においては、第1サイクルの余剰反応度を適切な範囲に設定することができる。図2の特性図は上記図20の従来例で用いられた4種類の初装荷燃料集合体のうち、燃料集合体2(H)と燃料集合体4(L)を用いて、その装荷体数割合の調整によって構成した平均濃縮度の異なる種々の初装荷炉心における第1サイクルの余剰反応度の最大値を示したものである。 According to the configuration described above, in the initially loaded core in which the average enrichment is significantly increased, the excess reactivity in the first cycle can be set in an appropriate range. The characteristic diagram of FIG. 2 shows the number of loaded bodies using the fuel assemblies 2 (H) and 4 (L) among the four types of initially loaded fuel assemblies used in the conventional example of FIG. It is a graph showing the maximum value of the excess reactivity in the first cycle in various initially loaded cores having different average enrichments constituted by adjusting the ratio.

 燃料集合体2(H)は従来用いられてきた濃度 7.5%のガドリニア入り燃料棒を9本、また燃料集合体4(L)は2本有していて、本来、装荷体数割合の変更に伴ってガドリニア入り燃料棒の本数を調整する必要があるが、サイクル末期付近ではガドリニアの反応度価値は消滅しているので、余剰反応度の最大値はガドリニア入り燃料棒本数の影響をあまり受けない。 The fuel assembly 2 (H) has nine gadolinia-containing fuel rods with a concentration of 7.5%, and the fuel assembly 4 (L) has two conventionally used fuel rods. Accordingly, it is necessary to adjust the number of fuel rods containing gadolinia, but since the reactivity value of gadolinia has disappeared near the end of the cycle, the maximum surplus reactivity is not significantly affected by the number of fuel rods containing gadolinia. .

 図2においては、炉心最外周に燃料集合体4(L)を配置した場合が曲線20、燃料集合体2(H)を配置した場合を曲線21で示す。炉心最外周に燃料集合体2を配置した場合に、平均濃縮度が約 2.7%以上の炉心では余剰反応度が 4.5%Δkを越えている。一般に低反応度セルはX方向、Y方向及び対角方向において互いに隣接しないように配置されるため、従来の図20に示す炉心1では最大45個の低反応度セル14を配置できる。 In FIG. 2, a curve 20 indicates the case where the fuel assembly 4 (L) is arranged at the outermost periphery of the core, and a curve 21 indicates a case where the fuel assembly 2 (H) is arranged. When the fuel assemblies 2 are arranged at the outermost periphery of the core, the excess reactivity exceeds 4.5% Δk in the core having an average enrichment of about 2.7% or more. Generally, the low reactivity cells are arranged so as not to be adjacent to each other in the X direction, the Y direction and the diagonal direction. Therefore, in the conventional core 1 shown in FIG. 20, up to 45 low reactivity cells 14 can be arranged.

 しかしながら、45本の制御棒13で制御可能な余剰反応度は約 4.5%Δkであるから、濃度 7.5%のガドリニアを用いる限り、平均濃縮度が約 2.7%以上の初装荷炉心では原子炉の制御ができないことになる。 However, the surplus reactivity that can be controlled by the 45 control rods 13 is about 4.5% Δk. Therefore, as long as gadolinia with a concentration of 7.5% is used, the control of the reactor in the first loaded core with an average enrichment of about 2.7% or more is performed. Can not do.

 したがって、この構成に基づいて 7.5%よりも高濃度のガドリニアを使用することにより、適切な余剰反応度を有する平均濃縮度が約 2.7%以上の初装荷炉心を構成することができる。 Therefore, by using gadolinia with a concentration higher than 7.5% based on this configuration, it is possible to construct a first-load core with an appropriate excess reactivity and an average enrichment of about 2.7% or more.

 一方、炉心最外周に高濃縮度燃料集合体16(1)と高濃縮度燃料集合体17(2)を配置すると、炉心からの中性子の漏洩が増大するので余剰反応度を低くでき、平均濃縮度が約 2.9%以上の炉心で余剰反応度が 4.5%Δkを越える。したがって、このような燃料配置を採用した炉心では、平均濃縮度が約 2.9%以上で、7.5%よりも高濃度のガドリニアを用いればよい。 On the other hand, when the high enrichment fuel assembly 16 (1) and the high enrichment fuel assembly 17 (2) are arranged at the outermost periphery of the core, the neutron leakage from the core increases, so that the excess reactivity can be reduced and the average enrichment can be reduced. Surplus reactivity exceeds 4.5% Δk in a core with a degree of about 2.9% or more. Therefore, in a core employing such a fuel arrangement, gadolinia having an average enrichment of about 2.9% or more and a concentration higher than 7.5% may be used.

 図2における曲線22は、1種類の燃料集合体で構成した種々の濃縮度の初装荷炉心において、濃度 7.5%のガドリニアを用いた場合の第1サイクルの余剰反応度の最大値で、この図2から分かるように濃縮度の異なる複数の燃料で構成した初装荷炉心の場合は、曲線20または曲線21に比べて余剰反応度はかなり大きくなっている。これは、燃料の濃縮度が高いほど中性子スペクトルがハードになるためガドリニアの燃焼が遅れるからである。 Curve 22 in FIG. 2 shows the maximum value of the excess reactivity in the first cycle when gadolinia with a concentration of 7.5% is used in an initially loaded core of various enrichment composed of one type of fuel assembly. As can be seen from FIG. 2, in the case of the initially loaded core composed of a plurality of fuels having different enrichments, the excess reactivity is considerably larger than the curve 20 or the curve 21. This is because the higher the enrichment of the fuel, the harder the neutron spectrum becomes, and the more the gadolinia combustion is delayed.

 すなわち、平均濃縮度が同じであれば、濃縮度が異なる複数の燃料で炉心を構成し、濃縮度の高い燃料により多くの可燃性毒物を含有させることによって、可燃性毒物の反応度寿命を長期化させ、これにより余剰反応度を低減することができる。 In other words, if the average enrichment is the same, the core is composed of a plurality of fuels having different enrichments, and the highly enriched fuel contains more burnable poisons, thereby extending the reactivity life of the burnable poisons for a long time. And thereby the excess reactivity can be reduced.

 上記構成によって平均濃縮度を大幅に高めたことにより、初装荷燃料の平均取出燃焼度が従来よりも大幅に増加し、従来の図20に示した平均濃縮度 2.1%の初装荷炉心1では、初装荷燃料の平均取出燃焼度は約25GWd/tであり、濃縮度3.7%の取替燃料の平均取出燃焼度45GWd/tの0.56倍にしか満たないが、平均濃縮度を 2.7%に高めた初装荷炉心15aでは、平均取出燃焼度は約32GWd/tとなり、取替燃料の平均取出燃焼度の0.71倍となる。 By significantly increasing the average enrichment by the above-described configuration, the average unloading burnup of the initially loaded fuel is greatly increased as compared with the conventional case. In the conventional initially loaded core 1 having the average enrichment of 2.1% shown in FIG. The average withdrawal burnup of the first loaded fuel is about 25 GWd / t, which is only 0.56 times the average withdrawal burnup of 45 GWd / t of the replacement fuel with a 3.7% enrichment, but increased the average enrichment to 2.7%. In the first loaded core 15a, the average discharge burnup is about 32 GWd / t, which is 0.71 times the average discharge burnup of the replacement fuel.

 請求項1乃至請求項4は第1の発明群に係るもので、例えば図1の燃料配置構成図に示すように、第1サイクルにおいて初装荷燃料集合体が装荷され、第2サイクルまたは第3サイクル以降にて取替燃料集合体が装荷される原子炉を、各領域に含まれる燃料集合体数がほぼ等しくなるように同心円状で径方向に斜線23部分で2分割した炉心において、第1サイクルにて炉心周辺領域に配置されていた前記初装荷燃料集合体を第2サイクルにおいて炉心周辺領域よりも炉心内部領域に多く配置して運転する。 Claims 1 to 4 relate to the first invention group. For example, as shown in the fuel arrangement diagram of FIG. 1, an initially loaded fuel assembly is loaded in a first cycle, and a second cycle or a third cycle is performed. The reactor in which the replacement fuel assembly is loaded after the cycle is divided into two concentrically and radially diagonally shaded portions 23 so that the number of fuel assemblies included in each region is substantially equal. The initially loaded fuel assemblies arranged in the core peripheral region in the cycle are arranged and operated in the core inner region more than the core peripheral region in the second cycle.

 また、この濃縮度が異なる2種類以上の初装荷燃料集合体が装荷された原子炉の炉心において、第1サイクル及び第2サイクルにて炉心最外周に最高濃縮度の前記初装荷燃料集合体を配置し、第1サイクルにおいて炉心最外周に配置された前記最高濃縮度初装荷燃料集合体と異なる前記最高濃縮度初装荷燃料集合体を第2サイクルにおいて炉心最外周に配置して運転する。 Further, in the reactor core loaded with two or more types of initially loaded fuel assemblies having different enrichments, the firstly loaded fuel assemblies having the highest enrichment are placed on the outermost periphery of the core in the first cycle and the second cycle. The first enrichment initially loaded fuel assembly, which is different from the highest enrichment initially loaded fuel assembly arranged on the outermost periphery of the core in the first cycle, is arranged and operated on the outermost periphery of the core in the second cycle.

 さらに、炉心の各領域に含まれる燃料集合体数がほぼ等しくなるように同心円状で径方向に斜線23部分で2分割して、第1サイクルの運転中に原子炉の炉心に挿入される制御棒の本数を炉心内部領域よりも炉心周辺領域において多くして運転する。 Further, the core is divided into two concentrically and radially diagonally shaded portions 23 so that the number of fuel assemblies included in each region of the core becomes substantially equal, and is inserted into the reactor core during the operation of the first cycle. The operation is performed with a larger number of rods in the core peripheral region than in the core internal region.

 この第1の発明群による作用として、第2サイクルの余剰反応度を抑制できると共に、より長く運転することができる。図1(a)の炉心15aに示す第1サイクルにおいて炉心周辺領域に配置されていた初装荷燃料の高濃縮燃料集合体16,17は出力が低いため燃焼が進まないので、これに含有されている可燃性毒物および核分裂性物質は、第2サイクル移行時においても十分に残っている。 作用 As an effect of the first invention group, the excess reactivity in the second cycle can be suppressed, and the operation can be performed for a longer time. In the first cycle shown in the core 15a of FIG. 1 (a), the high-enrichment fuel assemblies 16, 17 of the initially loaded fuel arranged in the core peripheral region have low output, so that combustion does not proceed, so that they are contained therein. Some of the burnable poisons and fissile material remain in the second cycle.

 したがって、初装荷燃料集合体16〜18を図1(b)の炉心15bに示す第2サイクルにおいて、炉心の内部領域に移動させることにより、可燃性毒物の濃度を過度に高めることなく第2サイクルの余剰反応度を適切な範囲に制御することができると共に、第2サイクルの燃焼効率を高くなる。 Therefore, by moving the initially loaded fuel assemblies 16 to 18 to the inner region of the core in the second cycle shown in the core 15b of FIG. 1B, the second cycle is performed without excessively increasing the concentration of the burnable poison. Can be controlled in an appropriate range, and the combustion efficiency in the second cycle can be increased.

 なお、そのためには、可燃性毒物を多く含有する最高濃縮度初装荷燃料の燃料集合体16,17を、第1サイクルにおいて炉心周辺領域、特に炉心最外周に配置することが効果的であり、さらに、第1サイクルにおいて制御棒13の挿入によって炉心周辺領域の燃料の燃焼を一層遅れさせることによって、前記の作用をさらに強調することができる。 For this purpose, it is effective to arrange the fuel assemblies 16, 17 of the highest enrichment initially loaded fuel containing a large amount of burnable poisons in the core peripheral region in the first cycle, particularly in the core outermost periphery, Further, by further delaying the combustion of the fuel in the peripheral region of the core by inserting the control rod 13 in the first cycle, the above-mentioned operation can be further emphasized.

 請求項4は第1の発明群に属するとともに第2の発明群にも属し、例えば図1の燃料配置構成図に示すように、1本の制御棒13とこれを囲繞する4体の燃料集合体16〜18とから構成されるセルを正方格子状に多数配列して構成される原子炉の炉心において、濃縮度の異なる2種類以上の初装荷燃料集合体を装荷すると共に、第1サイクル及び第2サイクルにおいて最高濃縮度の前記初装荷燃料の燃料集合体16,17よりも濃縮度の低い4体の前記初装荷の燃料集合体18で低反応度セル14を構成して、運転中に制御棒13が挿入される前記低反応度セル14の数が第1サイクルよりも第2サイクルにおいて多くして運転する。 Claim 4 belongs to the first invention group and also belongs to the second invention group. For example, as shown in the fuel arrangement configuration diagram of FIG. 1, one control rod 13 and four fuel assemblies surrounding the control rod 13 In the core of a nuclear reactor configured by arranging a large number of cells composed of the bodies 16 to 18 in a square lattice, two or more types of initially loaded fuel assemblies having different enrichments are loaded, and the first cycle and In the second cycle, the low-reactivity cell 14 is constituted by four of the initially-loaded fuel assemblies 18 having a lower enrichment than the fuel assemblies 16 and 17 of the initially-enriched fuel having the highest enrichment. The operation is performed with the number of the low-reactivity cells 14 into which the control rod 13 is inserted being larger in the second cycle than in the first cycle.

 この第2の発明群による作用は、上記の第1の発明群によっても第2サイクルの余剰反度を十分に抑制できない場合に、第1サイクルよりも多い制御棒13を炉心に挿入することにより、第2サイクルの余剰反応度を制御することができる。 The operation of the second invention group is achieved by inserting more control rods 13 than in the first cycle into the core when the surplus regression of the second cycle cannot be sufficiently suppressed by the first invention group. , The excess reactivity in the second cycle can be controlled.

 また一般に、燃焼に伴って燃料の反応度が減少して行くために、1本の制御棒13の反応度価値は、これを取り囲む燃料の燃焼と共に減少する。その結果、第1及び第2サイクルにおいて同じ濃縮度の初装荷燃料を低反応度セル14に用いた場合に、両サイクルにおいて余剰反応度が等しい場合であっても、第2サイクルの方がより多くの制御棒13を挿入しなければならない。 Generally, the reactivity value of one control rod 13 decreases with the combustion of the fuel surrounding the control rod 13 because the reactivity of the fuel decreases with the combustion. As a result, when the initially loaded fuel having the same enrichment is used for the low-reactivity cell 14 in the first and second cycles, the second cycle is more effective even if the excess reactivity is equal in both cycles. Many control rods 13 must be inserted.

 しかしながら、この第2の発明群によれば、このような状況に対処することができ、第1及び第2サイクル共に適切な本数の制御棒13を使用することによって原子炉を運転することができる。 However, according to the second invention group, such a situation can be dealt with, and the reactor can be operated by using an appropriate number of control rods 13 in both the first and second cycles. .

 次に第3の発明群においては、原子炉の炉心は1本の制御棒とこれを囲繞する4体の燃料集合体とから構成されるセルを正方格子状に多数配列して構成している。この炉心は濃縮度の異なる2種類以上の初装荷の燃料集合体16〜18を装荷すると共に、最高濃縮度の前記初装荷の燃料集合体16,17がさらに少なくとも上下端を除く大部分に可燃性毒物を含有する燃料棒の本数が異なる2種類以上で構成している。 Next, in a third invention group, the core of the nuclear reactor is constituted by arranging a large number of cells each composed of one control rod and four fuel assemblies surrounding the control rod in a square lattice. . This core is loaded with two or more types of initially loaded fuel assemblies 16 to 18 having different enrichments, and the initially enriched fuel assemblies 16 and 17 having the highest enrichment are further flammable to at least most except the upper and lower ends. It is composed of two or more types of fuel rods containing different toxic poisons.

 また、各領域に含まれる燃料集合体数がほぼ等しくなるように同心円状で径方向に2分割した炉心において、前記最高濃縮度初装荷燃料集合体を第1の燃料集合体と、この第1の燃料集合体よりも可燃性毒物入り燃料棒本数が多い第2の燃料集合体とで構成して、この第2の燃料集合体を炉心周辺領域よりも炉心内部領域に多く配置する。 Further, in the core radially divided into two concentric circles so that the number of fuel assemblies included in each region is substantially equal, the highest enrichment initially loaded fuel assembly is divided into a first fuel assembly and a first fuel assembly. And a second fuel assembly having a greater number of burnable poison-containing fuel rods than the fuel assembly described above, and the second fuel assembly is disposed more in the core inner region than in the core peripheral region.

 さらに、前記第2の燃料集合体が炉心最外周に配置されると共に、前記第1の燃料集合体を炉心最外周から2層目及び3層目の少なくとも一方に配置して構成する。 {Circle around (2)} The second fuel assembly is arranged on the outermost periphery of the core, and the first fuel assembly is arranged on at least one of the second and third layers from the outermost periphery of the core.

 また、4体の前記最高濃縮度初装荷の燃料集合体16,17で高反応度セル19を構成し、前記最高濃縮度初装荷の燃料集合体16,17よりも濃縮度の低い4体の前記初装荷の燃料集合体18で構成された低反応度セル14にX及びY方向のいずれにおいても面しない前記高反応度セル19には、前記低反応度セル14にX及びY方向の少なくともいずれか一方において面する前記高反応度セル19よりも前記第2の燃料集合体を多く装荷する。 Also, the high-reactivity cell 19 is constituted by the four fuel assemblies 16 and 17 of the highest enrichment initially loaded, and four fuel assemblies of lower enrichment than the fuel assemblies 16 and 17 of the highest enrichment initially loaded are formed. The high-reactivity cell 19, which does not face the low-reactivity cell 14 composed of the initially loaded fuel assembly 18 in any of the X and Y directions, has the low-reactivity cell 14 at least in the X and Y directions. The second fuel assembly is loaded more than the high-reactivity cell 19 facing at either one.

 この第3の発明群よる作用として、高濃縮度初装荷燃料が多く装荷された初装荷炉心15aにおいて、可燃性毒物入り燃料棒本数が異なる2種類以上の高濃縮度初装荷の燃料集合体16,17を装荷し、その装荷体数割合を調整することによって、第1及び第2サイクルの余剰反応度を適切な範囲に設定することができる。 As a function of the third invention group, in the initially loaded core 15a in which a large amount of highly enriched initially loaded fuel is loaded, two or more types of initially enriched fuel assemblies 16 having different numbers of burnable poison-containing fuel rods 16 are provided. , 17, and adjusting the number ratio of the loaded bodies, the excess reactivity in the first and second cycles can be set in an appropriate range.

 さらに、可燃性毒物入り燃料棒本数が多い高濃縮度初装荷の燃料集合体17を炉心内部領域に多く配置することによって、炉心径方向出力分布を平坦化することができるので、熱的余裕が増大する。特に、可燃性毒物入り燃料棒本数が少ない高濃縮度初装荷燃料16を炉心最外周に配置し、炉心最外周よりも内部においては可燃性毒物入り燃料棒本数が異なる高濃縮度初装荷燃料をほぼ均等に配置すると良い。 Furthermore, by arranging a large number of fuel assemblies 17 with high enrichment initially loaded with a large number of burnable poison-containing fuel rods in the core inner region, the core radial power distribution can be flattened, so that thermal margin is provided. Increase. In particular, the highly enriched initially loaded fuel 16 having a small number of burnable poison-containing fuel rods is arranged at the outermost periphery of the core, and the highly enriched initially loaded fuel having a different number of burnable poison-containing fuel rods inside the outermost periphery of the core is used. It is good to arrange them almost equally.

 あるいは、可燃性毒物入り燃料棒本数が多い高濃縮度初装荷燃料集合体17を炉心最外周に配置し、可燃性毒物入り燃料棒本数が少ない高濃縮度初装荷の燃料集合体16を炉心最外周から2層目または2層目と3層目に配置することによっても第1サイクルの炉心径方向出力分布を平坦化することができる。 Alternatively, a high-enrichment initially loaded fuel assembly 17 having a large number of burnable poison-containing fuel rods is arranged on the outermost periphery of the core, and a high-enrichment initially loaded fuel assembly 16 having a small number of burnable poison-containing fuel rods is located at the core outermost. By arranging the second layer or the second and third layers from the outer periphery, the power distribution in the core radial direction in the first cycle can be flattened.

 この場合さらに、上記第1の発明群に基づいて、第1サイクル終了後に炉心最外周に装荷されていた可燃性毒物入り燃料棒本数が多い高濃縮度初装荷燃料集合体17を炉心内部領域の燃料集合体と入れ替えることによって、第2サイクルの余剰反応度を十分に低減することができる。 In this case, further, based on the first invention group, after the end of the first cycle, the highly enriched initially loaded fuel assembly 17 having a large number of burnable poison-containing fuel rods loaded on the outermost periphery of the core is moved to the core inner region. By replacing with a fuel assembly, the excess reactivity of the second cycle can be sufficiently reduced.

 一方、可燃性毒物入り燃料棒本数が少ない高濃縮度初装荷の燃料集合体16を炉心最外周に配置した場合に、上記第1の発明群に基づいて燃料の入れ替えを行っても、第2サイクルの余剰反応度はあまり低下しない。したがって、第2サイクルの余剰反応度如何によって炉心最外周に装荷する初装荷燃料を選べば良い。 On the other hand, when the fuel assembly 16 with a high enrichment initially loaded and having a small number of burnable poison-containing fuel rods is arranged on the outermost periphery of the core, the fuel is replaced based on the first invention group. The excess reactivity of the cycle does not decrease much. Therefore, it is sufficient to select the initially loaded fuel to be loaded on the outermost periphery of the core according to the excess reactivity in the second cycle.

 また、低反応度セル14に隣接しないセルでは制御棒13の反応度価値が大きいので、このセルに可燃性毒物入り燃料棒本数が多い高濃縮度初装荷の燃料集合体をより多く装荷することによって、初装荷燃料の平均濃縮度を引き下げることなく、炉停止余裕を向上させることができる。 In addition, since the reactivity value of the control rod 13 is large in a cell that is not adjacent to the low reactivity cell 14, it is necessary to load more fuel assemblies with a high enrichment initially loaded with a large number of burnable poison-containing fuel rods in this cell. Thereby, the reactor shutdown margin can be improved without lowering the average enrichment of the initially loaded fuel.

 次に第4の発明群では、図4の燃料棒配置の断面図に示すように図4(a),(b)は従来技術の燃料集合体25,26で、図4(c),(d)の燃料集合体27,28が本第4の発明群に基づいた燃料棒配置の燃料集合体を示す。複数の燃料棒を正方格子状に束ねて構成された燃料集合体及び前記燃料集合体が装荷された原子炉の炉心において、前記燃料集合体を構成する少なくとも1本の可燃性毒物入り燃料棒29がX及びY方向の4方向にて他の可燃性毒物入り燃料棒24と面している構成とする。なお、図中Gを付した燃料棒がガドリニア入り燃料棒24,29を示す。 Next, in the fourth invention group, as shown in the sectional view of the fuel rod arrangement in FIG. 4, FIGS. 4A and 4B show the fuel assemblies 25 and 26 of the prior art, and FIGS. The fuel assemblies 27 and 28 of d) show the fuel assemblies with the fuel rod arrangement based on the fourth invention group. In a fuel assembly formed by bundling a plurality of fuel rods in a square lattice and in a core of a nuclear reactor loaded with the fuel assembly, at least one burnable poison-containing fuel rod 29 constituting the fuel assembly is provided. Face the other burnable poison-containing fuel rod 24 in four directions of the X and Y directions. The fuel rods marked with G in the figure indicate the fuel rods 24 and 29 containing gadolinia.

 また、濃縮度の異なる2種類以上の初装荷燃料集合体が装荷された原子炉の炉心において、最高濃縮度の前記初装荷燃料集合体が前記少なくとも1本の可燃性毒物入り燃料棒がX及びY方向の4方向にて他の可燃性毒物入り燃料棒と面している燃料集合体であるか、または外管と内管とからなる二重管構造で外管と内管とで形成された環状部に可燃性毒物を設けたウォータロッドを少なくとも1本具備する燃料集合体で、且つ前記最高濃縮度初装荷燃料集合体よりも濃縮度の低い前記初装荷燃料集合体が可燃性毒物を含有しないか、または前記最高濃縮度初装荷燃料集合体に含有されている可燃性毒物よりも反応度寿命が短い可燃性毒物を含有している構成としている。 Further, in the core of a nuclear reactor loaded with two or more types of initially-loaded fuel assemblies having different enrichments, the initially-enriched fuel assembly having the highest enrichment has the at least one burnable poison-containing fuel rod having X and X. A fuel assembly facing another burnable poison-containing fuel rod in four directions in the Y direction, or a double tube structure comprising an outer tube and an inner tube, formed of an outer tube and an inner tube; A fuel assembly having at least one water rod provided with a burnable poison in the annular portion, and the first-load fuel assembly having a lower enrichment than the highest-enrichment initially-loaded fuel assembly removes the burnable poison. It is configured not to contain, or to contain a burnable poison having a shorter reactivity life than the burnable poison contained in the fuel assembly with the highest enrichment initially loaded.

 この第4の発明群の作用としては、可燃性毒物の反応度価値を長期間持続させることができる。図4は可燃性毒物であるガドリニア入り燃料棒の種々の配置であり、図中Gを付した燃料棒がガドリニア入り燃料棒24を示す。なお、図4(a)は従来の燃料棒配置の燃料集合体25、図4(b)は特許文献3に開示されている発明に基づいた配置の燃料集合体26であり、図4(c)及び図4(d)の燃料集合体27,28が本第4の発明群に基づいた燃料棒配置の燃料集合体である。 作用 As a function of the fourth invention group, the reactivity value of the burnable poison can be maintained for a long time. FIG. 4 shows various arrangements of gadolinia-containing fuel rods, which are burnable poisons. In FIG. 4A shows a fuel assembly 25 having a conventional fuel rod arrangement, and FIG. 4B shows a fuel assembly 26 having an arrangement based on the invention disclosed in Patent Document 3, and FIG. 4) and FIG. 4 (d) are fuel assemblies having a fuel rod arrangement based on the fourth invention group.

 これら4つの燃料集合体25〜28では、いずれも燃焼初期の無限増倍率が等しくなるようにガドリニア入り燃料棒24,29の本数を調整してある。濃度 7.5%のガドリニアを使用した場合の燃料集合体25〜28の無限増倍率を、図5の特性図により夫々曲線25a〜28aで示す。 で は In these four fuel assemblies 25 to 28, the number of gadolinia-containing fuel rods 24 and 29 is adjusted so that the infinite multiplication factor at the beginning of combustion becomes equal. The infinite multiplication factors of the fuel assemblies 25 to 28 in the case of using gadolinia having a concentration of 7.5% are shown by curves 25a to 28a in the characteristic diagram of FIG.

 また本第4の発明群では、X及びY方向の4方向を可燃性毒物入り燃料棒24によって包囲された可燃性毒物入り燃料棒29は、これを包囲した可燃性毒物によって中性子の入射を阻止されるので、包囲した可燃性毒物入り燃料棒24の可燃性毒物が燃焼して消失するまでは可燃性毒物として作用せず、これらが消失すると共に可燃性毒物として作用するようになる。 In the fourth invention group, the burnable poison-containing fuel rod 29 surrounded in four directions of the X and Y directions by the burnable poison-containing fuel rod 24 prevents neutrons from being incident by the burnable poison surrounding the fuel rod. Therefore, the burnable poison of the surrounding fuel rods 24 containing burnable poison does not act as a burnable poison until the burnable poison is burned and disappears, and the burnable poison disappears and also acts as a burnable poison.

 したがって、低濃度の可燃性毒物であっても十分長期間にわたって可燃性毒物として作用するため、第1及び第2サイクルの余剰反応度を制御することができる。さらに本第4の発明群の燃料集合体を用いることによって、第2サイクルの余剰反応度の燃焼変化を平坦にすることができるので、制御棒操作が簡素化されて原子炉の運転が容易になる。 Accordingly, even a low-concentration burnable poison acts as a burnable poison for a sufficiently long period of time, so that the excess reactivity in the first and second cycles can be controlled. Further, by using the fuel assembly of the fourth invention group, the combustion change of the surplus reactivity in the second cycle can be made flat, so that the operation of the control rod is simplified and the operation of the reactor is facilitated. Become.

 一般に低濃縮度燃料集合体18では、高濃縮度燃料集合体16,17に比べて中性子スペクトルが柔らかいため、可燃性毒物の燃焼が速い。したがって、高濃縮度初装荷燃料において第2サイクル終了時に消滅するように可燃性毒物濃度を設定し、これを低濃縮度初装荷燃料にも用いた場合には、低濃縮度初装荷燃料の可燃性毒物は第1サイクル終了時か、または第2サイクルの途中で消滅してしまうので、第2サイクルの中期以降では無限増倍率は燃焼と共に減少して行くことになる。 Generally, the low-enrichment fuel assembly 18 has a softer neutron spectrum than the high-enrichment fuel assemblies 16 and 17, and thus burns burnable poisons faster. Therefore, if the burnable poison concentration is set so that it disappears at the end of the second cycle in the high-enrichment initially loaded fuel, and this is also used for the low-enrichment initially loaded fuel, the flammability of the low-enrichment initially loaded fuel is reduced. Since the toxic poison disappears at the end of the first cycle or in the middle of the second cycle, the infinite multiplication factor decreases with combustion after the middle stage of the second cycle.

 したがって、第2サイクルの余剰反応度の燃焼変化を平坦にするためには、第2サイクルにおいて高濃縮度初装荷燃料の無限増倍率は燃焼と共に増加しなければならない。すなわち、高濃縮度初装荷燃料の無限増倍率の燃焼変化は、第1サイクルでは平坦であり第2サイクルでは増加していくことが望ましい。ところが、可燃性毒物入り燃料棒における中性吸収効果は、一般には、燃焼と共に表面積が減少して行くためにほぼ直線的に減少する。 Therefore, in order to flatten the combustion change of the excess reactivity in the second cycle, the infinite multiplication factor of the high-enrichment initially loaded fuel in the second cycle must increase with the combustion. That is, it is desirable that the combustion change of the high-enrichment initially loaded fuel at the infinite multiplication factor be flat in the first cycle and increase in the second cycle. However, the neutral absorption effect of a burnable poisoned fuel rod generally decreases almost linearly because the surface area decreases with combustion.

 しかしながら、本第4の発明群における燃料集合体では、燃焼に伴って4方向を取り囲む可燃性毒物の中性子吸収効果が減少すると共に、中心の可燃性毒物入り燃料棒の中性子吸収効果が増大してくるので、全体としての可燃性毒物による中性子吸収効果は比較的長い間一定の値が維持される。したがって、可燃性毒物であるガドリニア入り燃料棒24,29の本数を適切に設定することによって、前記した望ましい無限増倍率を達成できる。 However, in the fuel assembly according to the fourth invention group, the neutron absorption effect of the burnable poison surrounding the four directions decreases with combustion, and the neutron absorption effect of the central burnable poison-containing fuel rod increases. Therefore, the neutron absorption effect of the burnable poison as a whole is maintained at a constant value for a relatively long time. Therefore, by appropriately setting the number of gadolinia-containing fuel rods 24 and 29, which are burnable poisons, the above-described desirable infinite multiplication factor can be achieved.

 さらに、前記と同様な無限増倍率は、外管と内管とからなる二重管構造で、この外管と内管との間に形成された環状部に可燃性毒物を充填させたウォータロッドを、少なくとも1本具備する構成の燃料集合体においても実現できる。この可燃性毒物が環状構造をしている場合に、燃焼に伴って可燃性毒物が占める領域の表面積はほとんど変化せず、その密度が減少して行く。 Further, the infinite multiplication factor similar to that described above is a water rod having a double pipe structure composed of an outer pipe and an inner pipe, in which an annular portion formed between the outer pipe and the inner pipe is filled with a burnable poison. Can be realized in a fuel assembly having at least one fuel assembly. When the burnable poison has an annular structure, the surface area of the area occupied by the burnable poison hardly changes with combustion, and its density decreases.

 ところがガドリニウムのように中性子吸収断面積が大きい物質の場合には、ある程度以上の密度であれば、密度に関係なくその表面積だけで中性子吸収効果が決まるので、これによる中性子吸収効果は比較的長い間一定の値を維持し、その後急速に減少する。この結果、前記した望ましい無限増倍率が得られる。 However, in the case of a substance with a large neutron absorption cross-section, such as gadolinium, the neutron absorption effect is determined by the surface area alone regardless of the density if the density is a certain level or more. Maintains a constant value and then decreases rapidly. As a result, the desired infinite multiplication factor described above is obtained.

 以上本発明によれば、初装荷燃料の平均濃縮度を大幅に高めた原子炉の炉心において、第1サイクル及び第2サイクルの余剰反応度を適切な範囲に制御すると共に、十分な炉停止余裕を確保することができるので、初装荷燃料の取出燃焼度を増大して燃料経済性が大幅に向上する。 As described above, according to the present invention, in the reactor core in which the average enrichment of the initially loaded fuel is significantly increased, the excess reactivity in the first cycle and the second cycle is controlled to an appropriate range, and the reactor shutdown margin is sufficient. As a result, the removal burn-up of the initially loaded fuel is increased, and the fuel economy is greatly improved.

 また、第1サイクル終了後に燃料交換を行わないので、原子炉の定期検査工程を簡素化することができて、原子力プラントにおける定期検査期間を短縮することができる。さらに、可燃性毒物の過度な高濃度化を避けることによって、燃料の健全性を維持することもできる効果がある。 (4) Since refueling is not performed after the end of the first cycle, the periodic inspection process of the nuclear reactor can be simplified, and the period of the periodic inspection in the nuclear power plant can be shortened. Further, there is an effect that the soundness of the fuel can be maintained by avoiding the excessive concentration of the burnable poison.

 本発明の一実施例を図面を参照して説明する。なお、上記した従来技術と同じ構成部分については同一符号を付して詳細説明を省略する。 An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the same components as those of the above-described conventional technology are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

 第1実施例の炉心を図6の燃料配置構成図で示す。この図6は炉心の1/4を示したもので、(a)は第1サイクルの炉心30a、(b)は第2サイクルの炉心30bで、いずれも3種類の初装荷燃料が装荷されている。図中で4角内に1で示した燃料集合体31と、2で示した燃料集合体32は取替燃料と同じ濃縮度3.7%の高濃縮度初装荷燃料であり、Lで示した燃料集合体33は濃縮度 1.6%の低濃縮度初装荷燃料である。 炉 The core of the first embodiment is shown in the fuel arrangement diagram of FIG. FIG. 6 shows a quarter of the core. FIG. 6A shows a first cycle core 30a, and FIG. 6B shows a second cycle core 30b, in which three types of initially loaded fuel are loaded. I have. In the figure, the fuel assemblies 31 indicated by 1 in the four corners and the fuel assembly 32 indicated by 2 are high-enrichment initially loaded fuels having the same enrichment of 3.7% as the replacement fuel, and the fuel indicated by L The assembly 33 is a low-enrichment initially loaded fuel with an enrichment of 1.6%.

 なお、1本の制御棒13の周囲に4体の燃料集合体31〜33を配置した部分をセルと呼び、4体の燃料集合体全てに低濃縮度初装荷燃料である燃料集合体33を配置した部分が低反応度セル14で太枠で示している。 A portion in which four fuel assemblies 31 to 33 are arranged around one control rod 13 is called a cell, and the fuel assemblies 33, which are low-enrichment initially loaded fuels, are provided in all four fuel assemblies. The arranged portion is indicated by a bold frame in the low reactivity cell 14.

 また第1サイクルの炉心30aでは、高濃縮度燃料の燃料集合体31(1)が 372体と、燃料集合体32(2)が 316体の計 668体、低濃縮度燃料の燃料集合体33(L)は 184体の合計 872体が装荷されており、この初装荷炉心の平均濃縮度は 3.3%である。 In the core 30a of the first cycle, 372 fuel assemblies 31 (1) of high enrichment fuel and 316 fuel assemblies 32 (2) of a total of 668, and fuel assembly 33 of low enrichment fuel are used. In (L), a total of 872 bodies of 184 bodies are loaded, and the average enrichment of this initially loaded core is 3.3%.

 図7の燃料構成図により各初装荷燃料集合体31〜33及び取替燃料集合体34の濃縮度及びガドリニア入り燃料棒の構成を示す。図7の各領域35〜42における例えば「 3.9e,10G 7.0」は「濃縮度が 3.9%で、10本の 7.0%濃度のガドリニア入り燃料棒を有する」。また「 4.2e,10G 9.0」は「濃縮度が 4.2%で、10本の 9.0%濃度のガドリニア入り燃料棒を有する」ことを示している。 7 shows the enrichment of each of the initially loaded fuel assemblies 31 to 33 and the replacement fuel assembly 34 and the configuration of gadolinia-containing fuel rods according to the fuel configuration diagram of FIG. For example, “3.9e, 10G 7.0” in each of the regions 35 to 42 in FIG. 7 indicates “having ten enriched 3.9% fuel rods containing gadolinia with a concentration of 7.0%”. "4.2e, 10G 9.0" indicates that "the enrichment is 4.2% and there are 10 fuel rods containing 9.0% gadolinia containing gadolinia."

 さらに、これらの燃料はいずれも上記図21に示した燃料集合体と同様の形状の高燃焼度用燃料であり、全長24ノードのうち、上端部2ノード及び下端部1ノードに斜線で示すガドリニアを含有しない天然ウラン領域が設けられている。 Further, each of these fuels is a fuel for high burn-up having a shape similar to that of the fuel assembly shown in FIG. 21 described above. Is provided.

 この高濃縮度燃料は下部のみにガドリニアを含有する燃料棒本数が異なる2種類があり、図7(a)に示す第1の燃料集合体であるA高濃縮度燃料集合体31に比べて、(b)に示す第2の燃料集合体であるB濃縮度燃料集合体32は、下部の領域39のみにガドリニアを含有する燃料棒が1本多い。 This high enrichment fuel has two types of fuel rods containing gadolinia only in the lower part and has a different number of fuel rods, and is different from the first fuel assembly A high enrichment fuel assembly 31 shown in FIG. The B enrichment fuel assembly 32, which is the second fuel assembly shown in (b), has one more fuel rod containing gadolinia only in the lower region 39.

 なお、A,B高濃縮度燃料集合体31,32におけるガドリニア入り燃料棒のうちで、上下端の天然ウラン領域を除く全長にわたってガドリニアを含有する10本の燃料棒は、図8の断面図にて燃料集合体31,32のGで示すガドリニア入り燃料棒43のように、5本1組を十字状に隣接配置したものを2組配設して構成する。 Among the gadolinia-containing fuel rods in the A and B high-enrichment fuel assemblies 31 and 32, ten fuel rods containing gadolinia over the entire length excluding the natural uranium regions at the upper and lower ends are shown in the sectional view of FIG. The fuel assemblies 31 and 32 are formed by arranging two sets of five fuel rods adjacent to each other like a gadolinia-containing fuel rod 43 indicated by G in a cross shape.

 また、最高10%濃度のガドリニアを用いており、ガドリニア入り燃料棒の配置と併せて、第1サイクル及び第2サイクルの余剰反応度を平坦化している。なお、図7(c)に示す低濃縮度燃料集合体33は、上下端の天然ウラン領域を除いてガドリニア入り燃料棒本数は2本である。 ガ In addition, gadolinia with a maximum concentration of 10% is used, and the excess reactivity in the first and second cycles is flattened together with the arrangement of gadolinia-containing fuel rods. The low enrichment fuel assembly 33 shown in FIG. 7C has two gadolinia-containing fuel rods except for the natural uranium regions at the upper and lower ends.

 次に低濃縮度燃料集合体に関連する参考発明について説明する。この参考発明は、原子炉の炉心を1本の制御棒とこれを囲繞する4体の燃料集合体とから構成されるセルを正方格子状に多数配列して構成し、初装荷燃料は濃縮度が異なる2種類以上の燃料集合体を装荷する。 Next, a reference invention related to the low enrichment fuel assembly will be described. In this reference invention, the core of a nuclear reactor is constituted by arranging a large number of cells, each of which comprises a single control rod and four fuel assemblies surrounding the control rod, in a square lattice. Are loaded with two or more different fuel assemblies.

 この炉心は、その最外周を除くほとんど全ての前記セルが、最高濃縮度初装荷燃料集合体よりも濃縮度が低い低濃縮度初装荷燃料集合体を少なくとも1体含むか、またはセルのX,Y方向のいずれかの面において前記低濃縮度初装荷燃料集合体と少なくとも2体面するか、またはセルの隅部4カ所のうち少なくとも3カ所において前記低濃縮度初装荷燃料集合体と対角方向に隣接するか、またはセルのX、Y方向のいずれかの面において前記低濃縮度初装荷燃料集合体と1体面すると共にセルの隅部4カ所のうち少なくとも1カ所において前記低濃縮度初装荷燃料集合体と対角方向に隣接するか、のいずれかの構成である。 The core may be such that almost all of the cells except the outermost periphery thereof include at least one low enrichment initially loaded fuel assembly having a lower enrichment than the highest enrichment initially loaded fuel assembly, or the X, The low-enrichment initially loaded fuel assembly faces at least two of the low-enrichment initially-loaded fuel assemblies on any surface in the Y direction, or the diluent direction of the low-enrichment initially-loaded fuel assembly at at least three of the four corners of the cell. Or at least one of four corners of the cell facing the low-enrichment initially loaded fuel assembly at one of the X and Y directions of the cell and at least one of the four corners of the cell. The fuel assembly is either diagonally adjacent to the fuel assembly.

 また、4体の前記最高濃縮度初装荷燃料集合体16,17で構成された高反応度セル19と4体の前記低濃縮度初装荷燃料集合体18で構成された低反応度セル14とを具備し、炉心最外周を除くほとんど全ての前記セルにおいて、前記高反応度セル19はXまたはY方向の少なくともいずれか一方において前記低反応度セル14と面し、かつ前記低反応度セル14にX及びY方向のいずれにおいても面しない前記セルには前記低濃縮度初装荷燃料集合体18が少なくとも1体装荷した構成としている。 A high-reactivity cell 19 composed of four high-enrichment initially-loaded fuel assemblies 16 and 17 and a low-reactivity cell 14 composed of four low-enrichment initially-loaded fuel assemblies 18 are also provided. In almost all of the cells except for the outermost periphery of the core, the high-reactivity cell 19 faces the low-reactivity cell 14 in at least one of the X and Y directions, and the low-reactivity cell 14 At least one low-enrichment initially loaded fuel assembly 18 is loaded in the cell not facing in either the X or Y direction.

 この参考発明による作用としては、平均濃縮度を大幅に高めた炉心において十分な炉停止余裕を確保することができる。すなわち、図3(a)の要部燃料配置構成図に示すように、炉心の6行6列部分の燃料配置において、黒丸位置の制御棒13aの制御棒価値は、この制御棒13aを取り囲む4体の燃料の位置Aと、これらをさらに取り囲む8体の燃料の位置B、及び4体の燃料の位置Cの反応度に大きく依存する。 (4) As an effect of the reference invention, a sufficient reactor stop margin can be secured in a core having a significantly increased average enrichment. That is, as shown in the main part fuel arrangement diagram of FIG. 3 (a), in the fuel arrangement in the 6-row, 6-column portion of the core, the control rod value of the control rod 13a at the black circle position is such that the control rod 13a surrounds the control rod 13a. It greatly depends on the reactivity of the position A of the body fuel, the position B of the eight fuels further surrounding them, and the position C of the four fuels.

 また図3(b)の特性図は、全ての燃料が高濃縮度燃料集合体16(1)と高濃縮度燃料集合体17(2)である場合の制御棒13の制御棒価値を基準にして、低濃縮度燃料集合体18(L)の装荷によって炉停止余裕が改善されて行く様子を示したものである。 The characteristic diagram of FIG. 3B is based on the control rod value of the control rod 13 when all the fuel is the high enrichment fuel assembly 16 (1) and the high enrichment fuel assembly 17 (2). This shows that the loading of the low enrichment fuel assembly 18 (L) improves the furnace stop margin.

 高濃縮度燃料集合体16,17の1体を低濃縮度燃料集合体18の1体に置き換えた効果は、燃料位置Aで最も大きく、位置B、位置Cの順に減少している。この図3(b)から低濃縮度燃料集合体18を、Aの位置に1体か、Bの位置に2体か、Cの位置に3体か、またはB及びCの位置に1体ずつ配置することによって、同程度に炉停止余裕を改善することができることが分かる。 The effect of replacing one of the high enrichment fuel assemblies 16 and 17 with one of the low enrichment fuel assemblies 18 is greatest at the fuel position A, and decreases in the order of position B and position C. From FIG. 3B, one low enrichment fuel assembly 18 is placed at the position A, two at the position B, three at the position C, or one at the positions B and C. It can be seen that the arrangement can improve the furnace stop margin to the same extent.

 したがって、この参考発明に基づいて、炉停止余裕の改善に効果的な場所から優先的に低濃縮度燃料集合体18を装荷することによって、低濃縮度燃料集合体18の装荷体数を最小限に止めることができるので、その分だけ高濃縮度燃料集合体16,17の装荷体数が増加して、初装荷燃料の平均濃縮度を大幅に増加させることが可能となる。 Therefore, based on this reference invention, by loading the low-enrichment fuel assembly 18 preferentially from a location that is effective for improving the reactor shutdown margin, the number of loaded members of the low-enrichment fuel assembly 18 can be minimized. Therefore, the number of loaded bodies of the high enrichment fuel assemblies 16 and 17 increases by that much, and the average enrichment of the initially loaded fuel can be greatly increased.

 図6(a)に示す第1サイクルの炉心30aでは、低濃縮度燃料集合体33(L)で構成される低反応度セル14が全炉心で21個具備されている。また低濃縮度燃料集合体33は、低反応度セル14に装荷されているほかに、参考発明にしたがって炉心内にほぼ均等に装荷されている。 6) In the core 30a of the first cycle shown in FIG. 6 (a), 21 low-reactivity cells 14 composed of low-enrichment fuel assemblies 33 (L) are provided in all cores. The low-enrichment fuel assembly 33 is not only loaded in the low-reactivity cell 14, but also loaded almost uniformly in the core according to the reference invention.

 これら以外の位置には全て高濃縮度燃料集合体31(1)と高濃縮度燃料集合体32(2)が装荷されており、炉心最外周セルの一部及び低反応度セル14にX及びY方向のいずれか一方において隣接しているほとんどのセルは高濃縮度燃料集合体31,32のみで構成された高反応度セル19である。 At all other positions, high enrichment fuel assemblies 31 (1) and high enrichment fuel assemblies 32 (2) are loaded, and a part of the outermost core cell and the low reactivity cell 14 have X and Most of the cells adjacent to each other in one of the Y directions are the high-reactivity cells 19 constituted only by the high-enrichment fuel assemblies 31 and 32.

 このような燃料配置の結果、初装荷燃料の平均濃縮度を 3.3%と高くした初装荷炉心において、約 1.5%Δkの一定な余剰反応度と、1%Δk以上の十分な炉停止余裕を確保することができた。 As a result of this fuel arrangement, a constant surplus reactivity of about 1.5% Δk and a sufficient reactor shutdown margin of 1% Δk or more are secured in the initially loaded core where the average enrichment of initially loaded fuel is increased to 3.3%. We were able to.

 図6(b)に示す第2サイクルの炉心30bは、第1サイクル終了後に初装荷燃料と取替燃料集合体34との交換は行わずに、炉心30bを同心円状で2分割する斜線23を境界にして、周辺領域の燃料集合体と内部領域の燃料集合体とを入れ替えただけで構成したものである。 The core 30b of the second cycle shown in FIG. 6 (b) does not replace the initially loaded fuel with the replacement fuel assembly 34 after the end of the first cycle, but instead forms a diagonal line 23 that divides the core 30b into two concentric circles. At the boundary, the fuel assembly in the peripheral region and the fuel assembly in the internal region are simply replaced.

 さらに、第1サイクルにおいて低反応度セル14に装荷されていた低濃縮度燃料集合体33を、低反応度セル14以外に装荷されていた低濃縮度燃料集合体33と入れ替えている。低反応度セル14に装荷された燃料は燃焼が進まないので、この燃料移動により低濃縮度燃料集合体33の燃焼を均一にすることができる。 Furthermore, the low-enrichment fuel assembly 33 loaded in the low-reactivity cell 14 in the first cycle is replaced with the low-enrichment fuel assembly 33 loaded in other than the low-reactivity cell 14. Since the combustion of the fuel loaded in the low-reactivity cell 14 does not proceed, the fuel transfer can make the combustion of the low-enrichment fuel assembly 33 uniform.

 また、低反応度セル14に装荷された低濃縮度燃料集合体33では、制御棒挿入側に近い燃料棒の燃焼が特に進まないため、サイクル末期で制御棒13が引き抜かれると、この燃料棒13に過大な出力ピークを生ずる可能性がある。 Further, in the low-enrichment fuel assembly 33 loaded in the low-reactivity cell 14, since the combustion of the fuel rod near the control rod insertion side does not particularly proceed, when the control rod 13 is pulled out at the end of the cycle, this fuel rod 13 can cause excessive output peaks.

 この傾向は低反応度セル14に装荷されていた期間が長いほど顕著なので、本第1実施例のように、低反応度セル14に装荷される低濃縮度燃料集合体33を入れ替えることによって、第2サイクル末期において過大な出力ピークが発生するのを避けることができる。 This tendency becomes more remarkable as the period of time in which the low-reactivity cells 14 are loaded is longer. Therefore, as in the first embodiment, by replacing the low-enrichment fuel assemblies 33 that are loaded in the low-reactivity cells 14, An excessive output peak can be prevented from occurring at the end of the second cycle.

 図9の特性図は、第1実施例における曲線44で示す第2サイクルの余剰反応度を、第1サイクル終了後の燃料移動を全く行わなかった場合の曲線45で示す余剰反応度とを比較したものである。第2サイクル末期の反応度は、燃料移動を行わないと約 0.7%Δk不足しており、第2サイクル末期まで原子炉を運転するためには、初装荷燃料の平均濃縮度を本一実施例よりもさらに約 0.1%高めなければならない。ところがその場合に、余剰反応度は図9の曲線45よりも約 0.7%Δk高くなり、最大で 2.5%Δkの大きな余剰反応度になってしまう。 The characteristic diagram of FIG. 9 compares the surplus reactivity of the second cycle shown by the curve 44 in the first embodiment with the surplus reactivity shown by the curve 45 when no fuel transfer is performed after the end of the first cycle. It was done. The reactivity at the end of the second cycle is about 0.7% Δk short if no fuel transfer is performed, and in order to operate the reactor until the end of the second cycle, the average enrichment of the initially loaded fuel must be determined in this example. About 0.1% more than that. However, in this case, the excess reactivity becomes higher than the curve 45 in FIG. 9 by about 0.7% Δk, and becomes a large excess reactivity of 2.5% Δk at the maximum.

 しかしながら本第1実施例では、余剰反応度は第2サイクルの方が第1サイクルよりも小さいが、低反応度セル14の数は逆に第2サイクルの方が第1サイクルよりも多い。これは、第1サイクル、第2サイクル共に同じ低濃縮度初装荷燃料集合体33が低反応度セル14に装荷されているため、燃焼が進行して燃料の反応度が低下するにつれて制御棒13の反応度価値が減少することによる。 However, in the first embodiment, the excess reactivity is smaller in the second cycle than in the first cycle, but the number of low reactivity cells 14 is larger in the second cycle than in the first cycle. This is because the same low-enrichment initially-loaded fuel assembly 33 is loaded in the low-reactivity cell 14 in both the first cycle and the second cycle, and as the combustion progresses and the fuel reactivity decreases, the control rod 13 decreases. Due to a decrease in the reactivity value of

 また、第1サイクルでは、炉心30aを各領域に含まれる燃料集合体数がほぼ等しくなるように同心円状で2分割する斜線23を境にして、炉心周辺領域の方が炉心内部領域よりも低反応度セル14の数が多い。これによって、炉心周辺領域に装荷されている燃料の燃焼を抑制し、これを第2サイクルにおいて炉心内部領域に移動させることによって、図9に示した効果を達成する一助としている。 Further, in the first cycle, the core peripheral region is lower than the core inner region with respect to the diagonal line 23 where the core 30a is concentrically divided into two so that the number of fuel assemblies included in each region becomes substantially equal. The number of reactivity cells 14 is large. This suppresses the combustion of the fuel loaded in the core peripheral region and moves it to the core internal region in the second cycle, thereby helping to achieve the effect shown in FIG. 9.

 第2サイクル終了後は、 184体の低濃縮度初装荷燃料集合体33が全て炉心30bから取り出され、図7(d)に示す濃縮度 3.7%の取替燃料集合体34が炉心に装荷されて第3サイクルの運転が行われる。本第1実施例の第1及び第2サイクルでは、高濃縮度初装荷燃料集合体31,32が炉心最外周に装荷されており、余剰反応度の低減に役立っつているだけでなく、第2サイクル終了後に炉心30bから取り出される低濃縮度燃料集合体33を長期間にわたって炉心内部に配置することによって、その取出燃焼度を増大させている。 After the second cycle, all the 184 low-enrichment initially loaded fuel assemblies 33 are removed from the core 30b, and the 3.7% enriched replacement fuel assemblies 34 shown in FIG. 7D are loaded into the core. Thus, the operation of the third cycle is performed. In the first and second cycles of the first embodiment, the high-enrichment initially loaded fuel assemblies 31 and 32 are loaded on the outermost periphery of the core, which not only contributes to the reduction of the excess reactivity but also reduces the second reactivity. By disposing the low enrichment fuel assembly 33 taken out of the core 30b after the cycle is completed in the core for a long period of time, the taken-out burnup is increased.

 一方、第3サイクル以降の炉心では、最も燃焼が進んで反応度が低下した燃料を炉心最外周に装荷し、炉心からの中性子の漏洩を低減して炉心の反応度を高めることにより、燃料の燃焼効率を向上させている。 On the other hand, in the core after the third cycle, the fuel with the most advanced combustion and reduced reactivity is loaded on the outermost circumference of the core, and the leakage of neutrons from the core is reduced to increase the reactivity of the core. Improves combustion efficiency.

 このような燃料交換を繰り返した結果、本第1実施例による初装荷燃料全 872体の平均取出燃焼度は約38GWd/tとなり、濃縮度 3.7%の取替燃料34の平均取出燃焼度45GWd/tの 0.84 倍に達した。また、平均濃縮度が 2.1%の従来の初装荷燃料の平均取出燃焼度は約25GWd/tであるので、本発明によって初装荷燃料の平均濃縮度を大幅に高めた結果、平均取出燃焼度を約50%増大させることができた。 As a result of repeating such refueling, the average withdrawal burnup of all 872 initially loaded fuels according to the first embodiment is about 38 GWd / t, and the average withdrawal burnup of the replacement fuel 34 with an enrichment of 3.7% is 45 GWd / t. t reached 0.84 times. Further, the average unloading burnup of the conventional initially loaded fuel having an average enrichment of 2.1% is about 25 GWd / t. As a result, the average unloading burnup of the initially loaded fuel is greatly increased by the present invention. It could be increased by about 50%.

 本炉心に装荷されている各初装荷燃料の濃縮度及びガドリニアは、図7に示すように軸方向に分布しており、この各燃料の燃焼変化を図10の特性図に示す無限増倍率を用いて、その作用について説明する。なお、図10における軸方向の各領域の無限増倍率は、前記図7において付した各領域と同じ符号に「a」を付加した符号で表す。 The enrichment and gadolinia of each initially loaded fuel loaded in the core are distributed in the axial direction as shown in FIG. 7, and the change in combustion of each fuel is represented by the infinite multiplication factor shown in the characteristic diagram of FIG. The operation will be described below. Note that the infinite multiplication factor of each region in the axial direction in FIG. 10 is represented by the same reference numeral as in each region shown in FIG.

 先ず、2種類のA,B高濃縮度燃料集合体31,32ではいずれも、特許文献4に記載の発明に基づいて、短尺燃料棒7の上端の上方よりも下方においてガドリニア入り燃料棒の本数を多くしている。本一実施例で用いた高燃焼度燃料では、短尺燃料棒7の存在のために無限増倍率の特性が上下で大きく異なっており、上方は下方に比べて燃料棒が少なく減速材が多いので、ガドリニアの中性子吸収効果は上方が下方よりも大きくなる。 First, in each of the two types of A and B high enrichment fuel assemblies 31 and 32, based on the invention described in Patent Document 4, the number of gadolinia-containing fuel rods below the upper end of the short fuel rod 7 is determined. Have many. In the high burn-up fuel used in the present embodiment, the characteristics of the infinite multiplication factor are significantly different between the upper and lower parts due to the presence of the short fuel rods 7, and the upper part has less fuel rods and more moderator than the lower part. The neutron absorption effect of gadolinia is larger at the top than at the bottom.

 したがって、ガドリニア入り燃料棒本数が上下で同じであれば、燃焼初期の無限増倍率は上方が下方よりも小さく、軸方向出力分布は下方ピークとなる。そこで本第1実施例のように、短尺燃料棒7の上端の上方よりも下方においてガドリニア入り燃料棒の本数を多くした結果、無限増倍率は図10の曲線36a及び37aのように上方が下方よりも大きくなって軸方向出力分布が平坦化する。またB高濃縮度燃料集合体32では、下部領域38においてガドリニア入り燃料棒が1本追加されており、さらに軸方向出力分布を平坦化している。 Therefore, if the number of gadolinia-containing fuel rods is the same at the top and bottom, the infinite multiplication factor at the beginning of combustion is smaller at the upper part than at the lower part, and the axial power distribution has a lower peak. Therefore, as in the first embodiment, as a result of increasing the number of gadolinia-containing fuel rods below the upper end of the short fuel rod 7 above, the infinite multiplication factor is such that the upper part is lower as shown by the curves 36a and 37a in FIG. And the axial power distribution is flattened. In the B high-enrichment fuel assembly 32, one fuel rod containing gadolinia is added in the lower region 38, and the axial power distribution is further flattened.

 図11の特性図は、この第1実施例における第1サイクル中期の軸方向出力分布の曲線46を、図6(a)に示した炉心30aの第1サイクルに装荷される高濃縮度燃料として、図7(a)に示すA高濃縮度燃料集合体31のみを用いた場合の曲線47と、図7(b)に示すB高濃縮度燃料32のみを用いた場合の曲線48とを比較したものである。ただし比較のために、図7(a)に示されるA高濃縮度燃料集合体31における下端の天然ウラン領域の直上を、図7(b)に示されるB高濃縮度燃料集合体32の対応する領域40と同一とした。 The characteristic diagram of FIG. 11 shows that the curve 46 of the axial power distribution in the middle stage of the first cycle in the first embodiment is used as the highly enriched fuel loaded in the first cycle of the core 30a shown in FIG. A comparison is made between a curve 47 when only the high enrichment fuel assembly 31 shown in FIG. 7A is used and a curve 48 when only the high enrichment fuel 32 shown in FIG. 7B is used. It was done. However, for comparison, just above the natural uranium region at the lower end of the A high enrichment fuel assembly 31 shown in FIG. 7A, the B enrichment fuel assembly 32 shown in FIG. Area 40 to be used.

 この図11から分かるように、曲線47では下方ピークが大きく、短尺燃料棒7の上端(図7中の矢印)を境にして、下方の領域のガドリニア入り燃料棒本数を上方より1本多くしただけでは出力分布の下方歪を十分に是正することができない。一方、曲線48が示すように、全ての高濃縮度燃料集合体において下部のガドリニア入り燃料棒本数をさらに1本増加させると下部の出力が低下し過ぎてしまう。 As can be seen from FIG. 11, the lower peak is large in the curve 47, and the number of gadolinia-containing fuel rods in the lower region is increased by one from the upper region at the upper end of the short fuel rod 7 (arrow in FIG. 7). By itself, the downward distortion of the power distribution cannot be sufficiently corrected. On the other hand, as indicated by the curve 48, when the number of lower gadolinia-containing fuel rods is further increased by one in all the high enrichment fuel assemblies, the lower output becomes too low.

 そこで本発明のように、下部領域のみにガドリニアを含有する燃料棒本数が異なる2種類の高濃縮度燃料を用意して、その装荷体数割合を調整することによって適度な軸方向出力分布を達成することができる。 Therefore, as in the present invention, an appropriate axial power distribution is achieved by preparing two types of high-enrichment fuels having different numbers of fuel rods containing gadolinia only in the lower region and adjusting the ratio of the number of loaded bodies. can do.

 また、A,B高濃縮度燃料集合体31,32のいずれにおいても、下部領域38,39のガドリニア濃度を上部よりも大きくしてある。一般に沸騰水型原子炉では出力が下方に歪む性質があるため、下部領域の燃焼が上部よりも進むことになる。 In each of the high-enrichment fuel assemblies 31 and 32, the gadolinia concentration in the lower regions 38 and 39 is higher than that in the upper region. Generally, in a boiling water reactor, the power is distorted downward, so that the combustion in the lower region proceeds more than in the upper region.

 ところが、高濃縮度燃料の無限増倍率は、第2サイクルでは燃焼に伴って上昇するため、上下のガドリニア濃度が同一の場合には、燃焼の速い下部の方が上部よりも無限増倍率が大きくなり、その結果、出力の下部ピークがさらに強調されることになる。したがって、下部領域のガドリニア濃度を上部よりも高くしておくことによって、軸方向出力分布を平坦化することができる。 However, since the infinite multiplication factor of the highly enriched fuel increases with combustion in the second cycle, when the upper and lower gadolinia concentrations are the same, the infinite multiplication factor of the lower burning portion is larger than that of the upper portion. As a result, the lower peak of the output will be further emphasized. Therefore, by making the gadolinia density of the lower region higher than that of the upper region, the axial power distribution can be flattened.

 なお本第1実施例では、ガドリニア分布に加えて、下部領域38,39,40の濃縮度を上部領域36,37よりも低くしており、これによっても軸方向出力分布を平坦化している。ただし図7(c)に示す低濃縮度燃料集合体33では、ガドリニア含有量は上下一様とした。これは、図10の曲線41a,42aから分かるように、ガドリニア入り燃料棒本数が少ない場合には、短尺燃料棒7の上端(図7中の矢印)を境にした上下でのガドリニアの反応度価値の相違が、軸方向出力分布へ及ぼす影響が小さいからである。 In the first embodiment, in addition to the gadolinia distribution, the enrichment of the lower regions 38, 39, and 40 is lower than that of the upper regions 36 and 37, which also flattens the axial power distribution. However, in the low enrichment fuel assembly 33 shown in FIG. 7 (c), the gadolinia content was made uniform vertically. As can be seen from the curves 41a and 42a in FIG. 10, when the number of gadolinia-containing fuel rods is small, the reactivity of gadolinia above and below the upper end of the short fuel rod 7 (arrow in FIG. 7). This is because the difference in value has a small effect on the axial power distribution.

 ただし、各燃料棒において斜線部の上下端天然ウラン領域を除いて濃縮度は軸方向一様とし、短尺燃料棒7の濃縮度を燃料集合体で使用されている中で最低の濃縮度とすることによって、実質的に軸方向濃縮度分布を持たせている。 However, in each fuel rod, the enrichment is uniform in the axial direction except for the upper and lower end natural uranium regions in the hatched portion, and the enrichment of the short fuel rod 7 is the lowest enrichment used in the fuel assembly. This substantially gives the axial enrichment distribution.

 ここで、低濃縮度燃料集合体33では濃度 7.5%のガドリニアを使用しており、その反応度価値は第1サイクルでほぼ消滅している。その結果、無限増倍率は第1サイクルではほぼ一定であり、第2サイクルでは燃焼と共に減少している。この無限増倍率と、第1サイクルではほぼ一定であり第2サイクルでは燃焼と共に増加する高濃縮度燃料の無限増倍率とを組み合わせることによって、第1及び第2サイクルの余剰反応度の燃焼変化を平坦にすることができる。 Here, the low enrichment fuel assembly 33 uses gadolinia with a concentration of 7.5%, and its reactivity value has almost disappeared in the first cycle. As a result, the infinite multiplication factor is substantially constant in the first cycle, and decreases with combustion in the second cycle. By combining this infinite multiplication factor with the infinite multiplication factor of the highly enriched fuel, which is substantially constant in the first cycle and increases with combustion in the second cycle, the combustion change of the excess reactivity in the first and second cycles is reduced. Can be flat.

 本第1実施例ではまた、いずれの高濃縮度燃料においても、上端の天然ウラン直下の領域34においてガドリニア濃度を低くして無限増倍率を高め、この領域の出力を高めて軸方向出力分布を平坦化している。この炉心では大半の燃料が高濃縮度燃料であり、その無限増倍率は図10の曲線36aのように、第1サイクルでは燃焼と共にほぼ一定であり、第2サイクルでは燃焼と共に上昇している。 In the first embodiment, in any high enrichment fuel, the gadolinia concentration is reduced in the region 34 immediately below the natural uranium at the upper end to increase the infinite multiplication factor, and the output in this region is increased to increase the axial power distribution. Flattened. In this core, most of the fuel is highly enriched fuel, and its infinite multiplication factor is almost constant with the combustion in the first cycle and rises with the combustion in the second cycle, as shown by a curve 36a in FIG.

 したがって、ガドリニア濃度が同じであれば、第2サイクルにおいて、上端に近く燃焼が進まない領域35では、燃焼が進む領域36に比べて無限増倍率が低くなる。その結果第3サイクルでは、燃焼の進まなかった領域35の無限増倍率が、燃焼が進んですでに無限増倍率のピークを越えた領域36よりも大きくなり、この領域35に出力ピークを生ずるようになる。そこで本一実施例では、領域35のガドリニア濃度を低くして、特に第2サイクルで無限増倍率を高めて燃焼を促進させている。 Therefore, if the gadolinia concentration is the same, in the second cycle, the infinite multiplication factor is lower in the region 35 near the upper end where the combustion does not proceed as compared with the region 36 where the combustion proceeds. As a result, in the third cycle, the infinite multiplication factor of the region 35 where combustion has not progressed is larger than the region 36 where combustion has advanced and has already exceeded the peak of the infinite multiplication factor, and an output peak occurs in this region 35. become. Therefore, in the present embodiment, the gadolinia concentration in the region 35 is reduced, and in particular, the infinite multiplication factor is increased in the second cycle to promote combustion.

 図12の特性図は第3サイクル末期の軸方向出力分布であるが、本第1実施例の曲線49は領域34のガドリニア濃度を、領域36と同一とした場合の曲線50よりも出力分布が平坦化されている。さらに、ガドリニア濃度を低くした結果から、反応度損失をもたらす第2サイクル終了時でのガドリニアの燃え残りを減少させることができて、反応度利得を得ている。 The characteristic diagram of FIG. 12 shows the axial output distribution at the end of the third cycle. The curve 49 of the first embodiment has a more power distribution than the curve 50 when the gadolinia concentration in the region 34 is the same as that in the region 36. It has been flattened. Further, as a result of reducing the gadolinia concentration, the unburned gadolinia at the end of the second cycle, which causes the reactivity loss, can be reduced, and the reactivity gain is obtained.

 ところで取替燃料集合体34において、上端の天然ウラン領域の直下における可燃性毒物濃度をそれよりも下方の可燃性毒物濃度よりも低くする発明は、特許文献5に開示されている。これに対して本発明では、上端の天然ウラン直下の領域における可燃性毒物濃度と、それよりも下方の可燃性毒物濃度との差を、初装荷燃料において取替燃料集合体34よりも大きくしたことが特徴である。 In the replacement fuel assembly 34, Patent Document 5 discloses an invention in which the burnable poison concentration immediately below the natural uranium region at the upper end is lower than the burnable poison concentration below the natural uranium region. On the other hand, in the present invention, the difference between the burnable poison concentration in the region immediately below the natural uranium at the upper end and the burnable poison concentration below that is set larger than the replacement fuel assembly 34 in the initially loaded fuel. It is characteristic.

 本第1実施例におけるガドリニア濃度差は、取替燃料34では1%であるのに対して、B高濃縮度初装荷燃料集合体32では2%である。なお、この実施例では領域35として2ノードにおけるガドリニア濃度を低くしたが、3ノード以上にわたってガドリニア濃度を低くすると、第1サイクル末期でこの領域に出力ピークを生ずるので、領域35としては2ノードが適切である。 The gadolinia concentration difference in the first embodiment is 1% for the replacement fuel 34, and 2% for the B-rich enrichment initially loaded fuel assembly 32. In this embodiment, the gadolinia concentration at the two nodes is reduced as the region 35. However, if the gadolinia concentration is reduced over three or more nodes, an output peak occurs in this region at the end of the first cycle. Is appropriate.

 また、本第1実施例では、領域35の濃縮度を領域36よりも低くして、第2サイクル末期における領域35の無限増倍率の増大による炉停止余裕の悪化を避けている。ただし、炉停止時におけるこの領域の出力ピークは、燃焼があまり進んでいない第2サイクルでは平衡サイクルほど極端に大きくないので、濃縮度を下げなくとも設計基準を満たすことは可能である。 In the first embodiment, the enrichment of the region 35 is made lower than that of the region 36 to avoid deterioration of the furnace stop margin due to an increase in the infinite multiplication factor of the region 35 at the end of the second cycle. However, the output peak in this region when the furnace is stopped is not extremely large in the second cycle in which combustion has not progressed so much as in the equilibrium cycle. Therefore, it is possible to satisfy the design criteria without lowering the enrichment.

 さらに、下端の天然ウランの直上領域の出力も低いので、B高濃縮度燃料集合体32においてこの領域40のガドリニア入り燃料棒の本数及び濃度を、その上の領域39よりも少なくして無限増倍率を高め、領域40の出力を高めて軸方向出力分布を平坦化している。 Further, since the output in the region immediately above the natural uranium at the lower end is also low, the number and concentration of gadolinia-containing fuel rods in this region 40 in the B high-enrichment fuel assembly 32 are reduced infinitely by making them smaller than the region 39 thereabove. The magnification is increased and the output of the region 40 is increased to flatten the axial power distribution.

 また、第3サイクル中期の軸方向出力分布を図13の特性図に示すが、この第1実施例の曲線51は領域40のガドリニア含有量を領域39と同一とした場合の曲線52よりも出力分布が平坦化されていることが分かる。なお、本第1実施例ではB高濃縮度燃料集合体32のガドリニア入り燃料棒を10本としたが、A高濃縮度燃料集合体31で10本、B高濃縮度燃料集合体32で11本としても良い。 FIG. 13 is a characteristic diagram showing the axial output distribution in the middle stage of the third cycle. The curve 51 of the first embodiment is more output than the curve 52 when the gadolinia content of the region 40 is the same as that of the region 39. It can be seen that the distribution is flattened. In the first embodiment, ten gadolinia-containing fuel rods of the B high-enrichment fuel assembly 32 are used. However, ten fuel rods are used for the A high-enrichment fuel assembly 31 and 11 are used for the B high-enrichment fuel assembly 32. Good as a book.

 第2実施例は図14の断面図に示す燃料集合体を採用している。この燃料集合体53は複数本束ねた燃料棒のほぼ中央に、外管54と内管55とからなる二重管構造で、これらに挟まれた環状部56に例えばガドリニアとジルコニウムのサーメット、または金属ガドリニウムのような可燃性毒物入りウォータロッド57を2本具備した構成としている。 The second embodiment employs the fuel assembly shown in the sectional view of FIG. This fuel assembly 53 has a double pipe structure consisting of an outer pipe 54 and an inner pipe 55 at substantially the center of a plurality of bundled fuel rods, and a cermet of gadolinia and zirconium in an annular portion 56 sandwiched between them, or The water rod 57 is provided with two burnable poisons such as gadolinium metal.

 ただし、燃料棒の中にGで示すガドリニア入り燃料棒43を5本併用しており、このうち1本は短尺燃料棒7の上端よりも下方のみにガドリニアが含有されている。 However, five fuel rods 43 containing gadolinia indicated by G are used in combination in the fuel rods, and one of them includes gadolinia only below the upper end of the short fuel rod 7.

 上記構成による一例として、可燃性毒物入りウォータロッド57の環状部56に濃度40%の可燃性毒物であるガドリニアを含有するサーメットを使用した場合で、上記図7(a)の下部領域37に相当する領域の無限増倍率を図15の特性図に示す。 As an example of the above configuration, a cermet containing gadolinia, which is a 40% concentration of burnable poison, is used in the annular portion 56 of the water rod 57 containing burnable poison, and corresponds to the lower region 37 in FIG. 7A. FIG. 15 is a characteristic diagram showing the infinite multiplication factor of the region in which the color shift occurs.

 この燃料集合体53における無限増倍率は、可燃性毒物を全く含有しない場合の無限増倍率の曲線58に対して、ウォータロッド57に含有されているガドリニアは、曲線59で示すように比較的長い間一定の中性子吸収効果を維持し、その後急速に減少する。しかし、濃度7%のガドリニアを含有させた燃料棒43が5本配置しされていることから、曲線60に示すような良好な無限増倍率が達成される。 The infinite multiplication factor in this fuel assembly 53 is such that the gadolinia contained in the water rod 57 is relatively long as shown by the curve 59, compared to the infinite multiplication curve 58 when no burnable poison is contained. Maintains a constant neutron absorption effect for a while, then decreases rapidly. However, since five fuel rods 43 containing gadolinia having a concentration of 7% are arranged, a good infinite multiplication factor as shown by a curve 60 is achieved.

 なお、この燃料集合体53において、上記した第1実施例のようにガドリニア濃度を軸方向に分布させる場合は、燃料棒43に含有されるガドリニアではなく、ウォータロッド57の環状部56に設けたガドリニア濃度を分布させれば良い。 In the fuel assembly 53, when the gadolinia concentration is distributed in the axial direction as in the first embodiment, the gadolinia concentration is provided not on the gadolinia contained in the fuel rod 43 but on the annular portion 56 of the water rod 57. What is necessary is just to distribute gadolinia density.

 これにより、原子炉の炉心で第1サイクル及び第2サイクルの余剰反応度の燃焼変化を平坦化するために望ましい高濃縮度初装荷燃料の無限増倍率の燃焼変化、すなわち第1サイクルでは平坦であり、第2サイクルでは増加して行く無限増倍率を達成するために、上記第1実施例では図8に示すようにガドリニア入り燃料棒43を十字状配置にして多数用いたが、本第2実施例では、この数を削減することができる。 Thereby, the combustion change of the infinite multiplication factor of the high-enrichment initially loaded fuel which is desirable for flattening the combustion change of the excess reactivity of the first cycle and the second cycle in the reactor core, that is, the combustion change of the first cycle is flat. In the second embodiment, a large number of gadolinia-containing fuel rods 43 are used in a cross-like arrangement as shown in FIG. 8 in order to achieve an infinite multiplication factor that increases in the second cycle. In the embodiment, this number can be reduced.

 第3実施例は図16の燃料構成図に示す燃料集合体を採用している。すなわち、図6に示す炉心30a,30bに装荷する高濃縮度初装荷燃料集合体を、図16(a)の第1の燃料集合体であるC高濃縮度初装荷燃料集合体61、及び図16(b)の第2の燃料集合体であるD高濃縮度初装荷燃料集合体62とする。 は The third embodiment employs the fuel assembly shown in the fuel configuration diagram of FIG. That is, the initially loaded high-enrichment fuel assembly loaded in the cores 30a and 30b shown in FIG. 6 is replaced by the first highly-enriched fuel assembly 61 which is the first fuel assembly shown in FIG. It is assumed that the fuel assembly 62 is a D-rich enrichment initially loaded fuel assembly 62 which is the second fuel assembly of FIG.

 この燃料集合体は上記第1実施例において図7(a),(b)で示したA,B高濃縮度燃料集合体31,32における、上下端の天然ウラン領域を削除して内部の濃縮領域を拡張したもので、その平均濃縮度を4.1 %に構成している。 In this fuel assembly, in the first embodiment, the natural uranium regions at the upper and lower ends of the A and B high enrichment fuel assemblies 31 and 32 shown in FIGS. It is an extension of the area, with an average enrichment of 4.1%.

 燃料集合体において平均濃縮度を高める際には、上下端に配置した天然ウラン領域はそのままで、内部の濃縮領域の濃縮度を高めても良いが、本第3実施例のように構成することで、容易に軸方向出力分布を平坦化することができる。 When increasing the average enrichment in the fuel assembly, the enrichment of the internal enrichment region may be increased while the natural uranium regions arranged at the upper and lower ends are not changed. Therefore, the axial output distribution can be easily flattened.

 また、上下端の天然ウラン領域の長さを取替燃料集合体34よりも短くして、内部の濃縮領域の濃縮度をやや高めても良い。なお、図16に示すC,D高濃縮度燃料集合体61,62において、上下端の可燃性毒物含有量をさらに少なくすれば、軸方向出力分布をさらに平坦化することができる。 (4) The length of the natural uranium region at the upper and lower ends may be shorter than that of the replacement fuel assembly 34, so that the enrichment of the internal enrichment region may be slightly increased. In the C and D high enrichment fuel assemblies 61 and 62 shown in FIG. 16, if the burnable poison content at the upper and lower ends is further reduced, the axial power distribution can be further flattened.

 あるいは、図7(a)に示した第1サイクルの炉心30aにおいて、炉心最外周に配置されている高濃縮度初装荷燃料だけを、図16(a)のC高濃縮度燃料集合体61に置き換えても良い。 Alternatively, in the core 30a of the first cycle shown in FIG. 7 (a), only the high enrichment initially loaded fuel arranged on the outermost periphery of the core is transferred to the C high enrichment fuel assembly 61 of FIG. 16 (a). It may be replaced.

 濃縮度の高い高濃縮度初装荷燃料を炉心内部に装荷した場合に、径方向出力ピーキングの増大や炉停止余裕の悪化が懸念されるが、炉心最外周へ高濃縮度燃料集合体を装荷してもこのような問題は生ぜず、むしろ径方向出力ピーキングが平坦化されるという好ましい結果をもたらす。 When high-enrichment initially loaded fuel with high enrichment is loaded into the core, there is a concern that the radial output peaking will increase and the reactor shutdown margin will deteriorate.However, loading the high-enrichment fuel assembly on the outermost periphery of the core However, such a problem does not occur, but rather has the favorable result that the radial output peaking is flattened.

 この第3実施例によれば、上記第1実施例における初装荷燃料の平均取出燃焼度は約38GWd/tであり、このうち低濃縮度初装荷燃料集合体33は約20GWd/t、A,B高濃縮度初装荷燃料集合体16,17は約42GWd/tであった。すなわち、A,B高濃縮度初装荷燃料集合体16,17の平均取出燃焼度は、同じ濃縮度の取替燃料集合体34の平均取出燃焼度45GWd/tよりも小さい。 According to the third embodiment, the average unloading burnup of the initially loaded fuel in the first embodiment is about 38 GWd / t, of which the low enrichment initially loaded fuel assembly 33 is about 20 GWd / t, A, B high enrichment initially loaded fuel assemblies 16, 17 were about 42 GWd / t. That is, the average withdrawal burnup of the A and B high enrichment initially loaded fuel assemblies 16 and 17 is smaller than the average withdrawal burnup of 45 GWd / t of the replacement fuel assembly 34 having the same enrichment.

 これは、全ての取替燃料集合体34は第4または第5サイクルの間、炉心に装荷されているのに対して、一部の高濃縮度初装荷燃料は3サイクル終了後に炉心から取り出されるからである。 This means that all replacement fuel assemblies 34 are loaded into the core during the fourth or fifth cycle, while some high enrichment initially loaded fuel is removed from the core after three cycles. Because.

 そこで、燃料の健全性は、濃縮度ではなく取出燃焼度に依存することを考慮すると、本第3実施例のC,D高濃縮度初装荷燃料集合体61,62の濃縮度をさらに高めて、その取出燃焼度を取替燃料集合体34並みにまで増大させることによってさらに経済性を向上させることができる。 In consideration of the fact that the soundness of the fuel depends not on the enrichment but on the removal burn-up, the enrichment of the C and D high enrichment initially loaded fuel assemblies 61 and 62 of the third embodiment is further increased. By increasing the removal burn-up to the same level as the replacement fuel assembly 34, the economic efficiency can be further improved.

 第4実施例を図17の炉心の燃料配置構成図に示す。第1サイクルにおける炉心63には、3種類の初装荷燃料が装荷されており、図中の4角内に1または2で示した燃料集合体は、図18の燃料構成図(a),(b)に示すE,F高濃縮度初装荷燃料集合体64,65(取替燃料集合体34と同濃縮度)であり、Lで示した燃料集合体は同じく図7(c)に示した濃縮度1.6 %の低濃縮度初装荷燃料集合体33である。 を The fourth embodiment is shown in the fuel arrangement diagram of the core in FIG. In the first cycle, the core 63 is loaded with three kinds of initially loaded fuels. The fuel assemblies indicated by 1 or 2 in the four corners in the figure are the fuel configuration diagrams (a) and ( The fuel assemblies 64 and 65 with high enrichment initially loaded in E and F shown in b) (the same enrichment as the replacement fuel assembly 34), and the fuel assembly indicated by L are also shown in FIG. 7C. This is a low-enrichment initially loaded fuel assembly 33 with an enrichment of 1.6%.

 炉心63にはE高濃縮度燃料集合体64(1)が 384体、F高濃縮度燃料集合体65
(2)を 300体の計 684体で、低濃縮度燃料集合体33(L)は 188体の合計 872体が装荷されている。本第3実施例では低反応度セル14は45個具備されており、低濃縮度燃料集合体33はこれら低反応度セル14に 180体と、炉心周辺領域に8体装荷されている。
The core 63 has 384 E high-enrichment fuel assemblies 64 (1), and the F high-enrichment fuel assembly 65
There are a total of 684 low-enrichment fuel assemblies 33 (L), with a total of 872 of the low-enrichment fuel assemblies 33 (L). In the third embodiment, forty-five low-reactivity cells 14 are provided, and 180 low-enrichment fuel assemblies 33 are loaded in these low-reactivity cells 14 and eight low-reactivity fuel assemblies 33 are provided in the peripheral region of the core.

 高濃縮度燃料はガドリニア入り燃料棒本数が異なる2種類があり、図18(a)に示す第1の燃料集合体であるE高濃縮度燃料集合体64は、ガドリニア入り燃料棒が図18(b)に示す第2の燃料集合体であるF高濃縮度燃料集合体65よりも2本多い。 There are two types of high-enrichment fuels having different numbers of gadolinia-containing fuel rods. The first E-rich enrichment fuel assembly 64 shown in FIG. There are two more fuel assemblies than the F high enrichment fuel assembly 65 which is the second fuel assembly shown in b).

 なお、上記した第1実施例では、下部の一部を除いてガドリニア入り燃料棒本数が等しい2種類のA,B高濃縮度燃料集合体31,32を使用しており、これで適切な余剰反応度を達成することができた。 In the above-described first embodiment, two types of A and B high-enrichment fuel assemblies 31 and 32 having the same number of gadolinia-containing fuel rods except for a part of the lower portion are used. Reactivity could be achieved.

 しかしながら、例えば図10の曲線39aと40aとの比較から分かるように、ガドリニア入り燃料棒1本の反応度価値は3〜4%Δkであるから、例えば初装荷燃料の平均濃縮度が異なる炉心で余剰反応度を調整しなければならない場合には、高濃縮度燃料が1種類だけでは対応が困難である。 However, as can be seen from a comparison between the curves 39a and 40a in FIG. 10, for example, the reactivity value of one fuel rod containing gadolinia is 3 to 4% Δk. When the excess reactivity must be adjusted, it is difficult to cope with only one type of high enrichment fuel.

 そのような場合には、本第4実施例のようにガドリニア入り燃料棒の異なる2種類のE,F高濃縮度初装荷燃料集合体64,65を用意しておき、その装荷体数を調整することにより、余剰反応度を適切な範囲に容易に設定することが可能となる。 In such a case, as in the fourth embodiment, two types of E, F high-enrichment initially loaded fuel assemblies 64, 65 having different fuel rods containing gadolinia are prepared, and the number of the loaded bodies is adjusted. By doing so, it becomes possible to easily set the surplus reactivity in an appropriate range.

 さらに第4実施例では、低反応度セル14に隣接しないセル66は隣接するセル67に比べて制御棒価値が大きいので、低反応度セル14に隣接しないセル66を、ガドリニア入り燃料棒本数の多いE高濃縮度燃料集合体64(1)3体と、ガドリニア入り燃料棒本数の少ないF高濃縮度燃料集合体65(2)を1体とで構成して炉停止余裕を向上させている。 Further, in the fourth embodiment, since the cell 66 not adjacent to the low reactivity cell 14 has a larger control rod value than the adjacent cell 67, the cell 66 not adjacent to the low reactivity cell 14 is replaced by the number of fuel rods containing gadolinia. The high E enrichment fuel assembly 64 (1) having a large number of fuel assemblies 64 (1) and the F high enrichment fuel assembly 65 (2) having a small number of gadolinia-containing fuel rods are constituted by one assembly to improve the margin for stopping the furnace. .

 また、炉心最外周にガドリニア入り燃料棒本数の多いE高濃縮度燃料集合体65
(1)を装荷すると共に、炉心最外周から2層目にはガドリニア入り燃料棒本数の少ないF高濃縮度燃料集合体65(2)を装荷して炉心径方向出力ピーキングを低減している。
In addition, the E enriched fuel assembly 65 having a large number of gadolinia-containing fuel rods at the outermost periphery of the core
In addition to loading (1), the second layer from the outermost periphery of the core is loaded with an F high enrichment fuel assembly 65 (2) having a small number of gadolinia-containing fuel rods to reduce core radial output peaking.

 本第4実施例では、炉心最外周に装荷されていたガドリニア入り燃料棒本数の多いE高濃縮度燃料集合体64を、第1サイクル終了後の炉心内部領域の燃料集合体と入れ替えることによって、第2サイクルの余剰反応度を十分に制御している。なお、炉心内の同等の位置に装荷された場合に、ガドリニア入り燃料棒本数の少ない燃料の方が軸方向出力ピーキングが増大しやすいので、本第4実施例では、下部のみにガドリニアを含有する燃料棒を、F高濃縮度燃料集合体65において1本多く具備させている。 In the fourth embodiment, the E high enrichment fuel assembly 64 having a large number of gadolinia-containing fuel rods loaded on the outermost periphery of the core is replaced with a fuel assembly in the core inner region after the first cycle. The excess reactivity in the second cycle is sufficiently controlled. In addition, when the fuel is loaded at the same position in the reactor core, the fuel with a smaller number of gadolinia-containing fuel rods tends to increase the axial output peaking. Therefore, in the fourth embodiment, only the lower portion contains gadolinia. One more fuel rod is provided in the F high enrichment fuel assembly 65.

 ただし、F高濃縮度燃料集合体65に加えて、第1サイクルで炉心最外周に装荷されるE高濃縮度燃料集合体64にも下部にのみガドリニアを含有する燃料棒を1本増加しても良く。この場合には第1サイクル終了後の燃料移動によって、第2サイクルにおいて、余剰反応度を十分に低減できる上に、軸方向出力分布を平坦化することができる。 However, in addition to the F high enrichment fuel assembly 65, the E high enrichment fuel assembly 64 loaded on the outermost periphery of the core in the first cycle is increased by one fuel rod containing gadolinia only at the lower portion. Well. In this case, by the fuel movement after the end of the first cycle, the excess reactivity can be sufficiently reduced in the second cycle, and the axial power distribution can be flattened.

 この第4実施例では45個の低反応度セル14を具備しており、炉心63を同心円状で2分割する斜線23を境界にして、炉心内部領域の低反応度セル14よりも炉心周辺領域の低反応度セル14において、より多くの制御棒13を挿入して第1サイクルの運転を行う。 In the fourth embodiment, 45 low-reactivity cells 14 are provided, and the core 63 is divided into two concentric circles by a diagonal line 23, and the area around the core is lower than the low-reactivity cells 14 in the core inner area. In the low-reactivity cell 14, the first cycle operation is performed by inserting more control rods 13.

 第1サイクル終了後は、炉心周辺領域の高濃縮度燃料集合体と炉心内部領域の高濃縮度燃料集合体とを入れ替えて第2サイクルの炉心を構成する。さらに第2サイクルでは、第1サイクルで制御棒13が挿入されなかった低反応度セル14に装荷されていた低濃縮度初装荷燃料集合体33で構成された低反応度セル14に制御棒13を挿入して運転を行う。 (4) After the completion of the first cycle, the high-enrichment fuel assembly in the core peripheral region and the high-enrichment fuel assembly in the core inner region are replaced to constitute the second cycle core. Further, in the second cycle, the control rod 13 is inserted into the low-reactivity cell 14 composed of the low-enrichment initially-loaded fuel assembly 33 which has been loaded in the low-reactivity cell 14 in which the control rod 13 has not been inserted in the first cycle. And drive.

 これらによって、第2サイクルの余剰反応度の制御、及び燃焼効率が向上されると共に、第2サイクル終了時における低濃縮度燃料集合体33の制御棒挿入側の燃料棒13における出力ピーキングの増大が避けられる。 As a result, the control of the excess reactivity in the second cycle and the combustion efficiency are improved, and the output peaking of the fuel rod 13 on the control rod insertion side of the low-enrichment fuel assembly 33 at the end of the second cycle is increased. can avoid.

 第5実施例は、図19の燃料配置構成図に示すように、第1サイクルにおける炉心68の燃料配置が、4角中に夫々H,M,Lで示す濃縮度が異なる3種類の初装荷燃料集合体で構成されており、夫々平均濃度 4.1%の高濃縮度燃料集合体69(H)が 480体、平均濃度 2.8%の中濃縮度燃料集合体70(M)が 208体、平均濃縮度 1.6%の低濃縮度燃料集合体33(L)が 184体と、合計 872体装荷されていて初装荷燃料の平均濃縮度は 3.3%である。 In the fifth embodiment, as shown in the fuel arrangement configuration diagram of FIG. 19, the fuel arrangement of the core 68 in the first cycle has three types of initial loadings having different enrichments indicated by H, M, and L in four corners, respectively. Each of the fuel assemblies is composed of 480 high-enrichment fuel assemblies 69 (H) with an average concentration of 4.1%, and 208 enrichments with medium-enrichment fuel assemblies 70 (M) with an average concentration of 2.8%. There are 184 low-enrichment fuel assemblies 33 (L) with a 1.6% degree, and a total of 872 bodies are loaded. The average enrichment of the initially loaded fuel is 3.3%.

 上記した第1実施例等では、第1実施例を例にすると高濃縮度燃料集合体31,32と低濃縮度燃料集合体33の2種類の初装荷燃料が用いられていて、このうち低濃縮度燃料集合体33は全て第2サイクル終了後に取り出され、一方高濃縮度燃料集合体31,32は第3乃至第6サイクルにおいて取り出される。 In the above-described first embodiment and the like, two types of initially loaded fuels of the high enrichment fuel assemblies 31 and 32 and the low enrichment fuel assembly 33 are used in the first embodiment as an example. All enriched fuel assemblies 33 are removed after the second cycle, while high enriched fuel assemblies 31, 32 are removed in the third through sixth cycles.

 したがって、上記第3実施例のように、一部の高濃縮度燃料集合体61,62の濃縮度を高めたとしても、第3サイクル終了後に炉心から取り出されるものは未だ多くの核分裂性物質を残したままになる。 Therefore, even if the enrichment of some of the high enrichment fuel assemblies 61 and 62 is increased as in the third embodiment, the fuel removed from the core after the end of the third cycle still has a large amount of fissile material. Will remain.

 そこで本第5実施例では、第3サイクル終了後に炉心から取り出される 216体を中間濃縮度としている。 Therefore, in the fifth embodiment, 216 bodies taken out of the core after the end of the third cycle have an intermediate enrichment.

 これにより、取り出し時の核分裂性物質の残存量を低減することができるので、核燃料資源を有効に活用することができる。ただし、このままでは初装荷燃料の平均濃縮度が低下してしまうので、本第5実施例では、高濃縮度燃料集合体69
(H)の濃縮度を取替燃料集合体34の 3.7%よりも高い 4.1%としてある。
Thereby, the remaining amount of fissile material at the time of removal can be reduced, so that nuclear fuel resources can be effectively used. However, since the average enrichment of the initially loaded fuel is reduced as it is, the high enrichment fuel assembly 69 in the fifth embodiment.
The enrichment of (H) is set to 4.1%, which is higher than 3.7% for the replacement fuel assembly 34.

 また低濃縮度燃料集合体33(L)は、37個の低反応度セル14に装荷されているほかに、炉心周辺領域にも装荷して炉停止余裕の改善を図っている。中濃縮度燃料集合体70(M)は、低反応度セル14と炉心周辺領域の一部のセルを除いて、各セル71に1体を配置して出力ピークを低減すると共に、炉心最外周にも配置してある。 The low-enrichment fuel assembly 33 (L) is loaded not only in the 37 low-reactivity cells 14 but also in the area around the core to improve the reactor shutdown margin. The medium-enrichment fuel assembly 70 (M) has a low-reactivity cell 14 and one cell in each of the cells 71 except for a part of the cells around the core. It is also located in.

 すでに述べたように、濃縮度が低くなると中性子スペクトルがソフトになるため可燃性毒物の反応度寿命は短くなるので、中濃縮度燃料集合体70に含有されているガドリニアは、高濃縮度燃料集合体69に含有されているガドリニアよりも早く消滅する。そこで本第5実施例では、中濃縮度燃料集合体70を炉心最外周に配置することでその燃焼を抑制し、これにより第2サイクルの余剰反応度の低減を図っている。 As already mentioned, the lower the enrichment, the softer the neutron spectrum and the shorter the reactivity life of the burnable poison, so gadolinia contained in the medium enrichment fuel assembly 70 is Disappears faster than gadolinia contained in body 69. Therefore, in the fifth embodiment, the middle enrichment fuel assembly 70 is disposed at the outermost periphery of the core to suppress its combustion, thereby reducing the excess reactivity in the second cycle.

 なお図19では、炉心最外周に中濃縮度燃料集合体70を配置しているが、低濃縮度燃料集合体33または高濃縮度燃料集合体69を配置しても良く。さらに、初装荷燃料の濃縮度の種類としては、第1乃至第4実施例では2種類、第5実施例では3種類を使用しているが、これに対して上記図20で示したように高濃縮度燃料集合体2〜4と低濃縮度燃料集合体5の4種類の濃縮度の初装荷燃料集合体で構成することもできる。 In FIG. 19, the middle enrichment fuel assembly 70 is arranged on the outermost periphery of the core, but the low enrichment fuel assembly 33 or the high enrichment fuel assembly 69 may be arranged. Further, as the types of enrichment of the initially loaded fuel, two types are used in the first to fourth embodiments, and three types are used in the fifth embodiment. On the other hand, as shown in FIG. It is also possible to use four types of enrichment initially loaded fuel assemblies of the high enrichment fuel assemblies 2 to 4 and the low enrichment fuel assembly 5.

 なお、この場合に低反応度セル14や炉停止余裕向上のために装荷する燃料としては、最低濃縮度燃料集合体5または2番目に低い濃縮度の初装荷燃料集合体4を用いることができる。また、第1サイクルにおいて炉心最外周に配置される初装荷燃料としては、最低濃縮度燃料集合体5、2番目に低い濃縮度の燃料集合体4、3番目に低い濃縮度の燃料集合体3、最高濃縮度の燃料集合体2、またはこれらを組合わせた配置が考えられる。 In this case, as the low-reactivity cell 14 and the fuel to be loaded to improve the margin for shutting down the furnace, the lowest enrichment fuel assembly 5 or the second lowest enrichment initially loaded fuel assembly 4 can be used. . In the first cycle, the initially loaded fuel disposed at the outermost periphery of the core includes the lowest enrichment fuel assembly 5, the second lowest enrichment fuel assembly 4, and the third lowest enrichment fuel assembly 3 , The highest enrichment fuel assembly 2 or a combination thereof.

 第6実施例としては、低反応度セル14や炉停止余裕向上のために装荷する燃料として、反応度が低い燃料であれば良いことから、その一例として図7(c)に示した低濃縮度燃料集合体33の代わりに、図7(a)及び(b)に示したA,B高濃縮度燃料集合体31,32よりもガドリニア入り燃料棒本数が多く、しかもガドリニア濃度も高い第3の高濃縮度燃料集合体を使用する。 In the sixth embodiment, as the fuel to be loaded for improving the low reactivity cell 14 and the furnace shutdown margin, any fuel having low reactivity may be used. For example, the low enrichment shown in FIG. Instead of the high fuel assembly 33, the third gadolinia-rich fuel rod having a higher gadolinia concentration and a higher gadolinia concentration than the A and B high enrichment fuel assemblies 31 and 32 shown in FIGS. Using a high enrichment fuel assembly.

 すなわち、上記した第1乃至第5実施例では、濃縮度の低い初装荷燃料集合体を低反応度セル14や炉停止余裕向上のために配置している。しかしながら、低反応度セル14や炉停止余裕向上のために装荷する燃料としては、反応度が低い燃料であれば良く、必ずしも低濃縮度燃料集合体33である必要はない。 In other words, in the above-described first to fifth embodiments, the initially loaded fuel assemblies with low enrichment are arranged for the low-reactivity cell 14 and for improving the margin for stopping the furnace. However, the fuel loaded for the low reactivity cell 14 and the furnace stop margin improvement fuel may be a fuel with low reactivity, and need not necessarily be the low enrichment fuel assembly 33.

 したがって、この第3の高濃縮度燃料集合体を使用すれば、前記A高濃縮度燃料集合体31及びB高濃縮度燃料集合体32に比べて、第1サイクル初期から第2サイクル末期までの燃焼期間において反応度が十分低いので、低反応度セル14及び炉停止余裕向上のための低反応度燃料集合体として使用することができる。 Therefore, the use of the third high-enrichment fuel assembly makes it possible to reduce the time from the beginning of the first cycle to the end of the second cycle as compared with the A-rich fuel assembly 31 and the B-rich fuel assembly 32. Since the reactivity is sufficiently low during the combustion period, it can be used as a low-reactivity cell 14 and a low-reactivity fuel assembly for improving the shutdown margin of the furnace.

 この場合に、低濃縮度燃料集合体33を用いた第1実施例に比べて、初装荷燃料の平均濃縮度をさらに高めることができるので、初装荷燃料の取出燃焼度が増大して、経済性が向上するという効果が得られる。 In this case, since the average enrichment of the initially loaded fuel can be further increased as compared with the first embodiment using the low enrichment fuel assembly 33, the take-out burnup of the initially loaded fuel is increased and the economy is increased. The effect that the property is improved is obtained.

本発明に係る一実施例の1/4炉心の燃料配置構成図で、(a)は第1サイクル、(b)は第2サイクルを示す。1A is a first cycle and FIG. 2B is a second cycle of a fuel arrangement of a quarter core according to an embodiment of the present invention. 本発明に係る一実施例の第1サイクルにおける初装荷燃料の平均濃縮度と余剰反応度の最大値を示す特性図。FIG. 4 is a characteristic diagram showing the average enrichment of the initially loaded fuel and the maximum value of the excess reactivity in the first cycle of the embodiment according to the present invention. 本発明に係る一実施例の低濃縮度燃料装荷に係り、(a)は炉心要部の制御棒と燃料配置構成図、(b)は低濃縮度燃料の装荷体数と炉停止余裕の特性図。FIG. 1A is a configuration diagram of a control rod and a fuel arrangement of a core part of a core according to an embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 燃料集合体における種々のガドリニア入り燃料棒の配置を示す断面図で、(a),(b)は従来技術例を、(c),(d)は本発明の一実施例を示す。FIGS. 4A and 4B are cross-sectional views showing the arrangement of various gadolinia-containing fuel rods in a fuel assembly, wherein FIGS. 4A and 4B show prior art examples, and FIGS. 4C and 4D show one embodiment of the present invention. 燃料集合体におけるガドリニア入り燃料棒の配置に対する無限増倍率の燃焼変化を示す特性図。FIG. 4 is a characteristic diagram showing a combustion change at an infinite multiplication factor with respect to the arrangement of gadolinia-containing fuel rods in a fuel assembly. 本発明に係る第1実施例の1/4炉心の燃料配置構成図で、(a)は第1サイクル、(b)は第2サイクルを示す。1A is a first cycle, and FIG. 2B is a second cycle, showing a fuel arrangement of a 1/4 core according to the first embodiment of the present invention. 本発明に係る第1実施例の初装荷燃料集合体の軸方向濃縮度及びガドリニア分布の燃料構成図で、(a)はA高濃縮度燃料集合体、(b)はB高濃縮度燃料集合体、(c)は低濃縮度燃料集合体、(d)は取替燃料集合体を示す。FIG. 3 is a fuel configuration diagram of the axially enriched fuel and the gadolinia distribution of the initially loaded fuel assembly according to the first embodiment of the present invention, wherein (a) is an A high enriched fuel assembly, and (b) is a B highly enriched fuel assembly. (C) shows a low-enrichment fuel assembly, and (d) shows a replacement fuel assembly. 本発明に係る第1実施例の燃料集合体の燃料棒配置を示す断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a fuel rod arrangement of the fuel assembly according to the first embodiment of the present invention. 本発明に係る第1実施例の炉心における第2サイクルの余剰反応度を示す特性図。FIG. 4 is a characteristic diagram showing surplus reactivity in a second cycle in the core of the first embodiment according to the present invention. 本発明に係る第1実施例の初装荷燃料集合体の軸方向各断面における無限増倍率の燃焼変化を示す特性図。FIG. 4 is a characteristic diagram showing a combustion change at an infinite multiplication factor in each axial section of the initially loaded fuel assembly according to the first embodiment of the present invention. 本発明に係る第1実施例の炉心における第1サイクル中期の軸方向出力分布特性図。FIG. 4 is an axial power distribution characteristic diagram of the core of the first embodiment according to the present invention in the middle of the first cycle. 本発明に係る第1実施例の炉心における第3サイクル末期の軸方向出力分布特性図。FIG. 4 is an axial power distribution characteristic diagram at the end of a third cycle in the core of the first embodiment according to the present invention. 本発明に係る第1実施例の炉心における第3サイクル中期の軸方向出力分布特性図。FIG. 4 is an axial power distribution characteristic diagram in the middle stage of the third cycle in the core of the first embodiment according to the present invention. 本発明に係る第2実施例の燃料集合体の燃料棒配置断面図。FIG. 6 is a sectional view of a fuel rod arrangement of a fuel assembly according to a second embodiment of the present invention. 本発明に係る第2実施例の燃料集合体の無限増倍率の燃焼変化を示す特性図。FIG. 8 is a characteristic diagram showing a combustion change of an infinite multiplication factor of the fuel assembly according to the second embodiment of the present invention. 本発明に係る第3実施例の初装荷燃料集合体の軸方向濃縮度及びガドリニア分布の燃料構成図で、(a)はC高濃縮度燃料集合体、(b)はD高濃縮度燃料集合体を示す。FIG. 8 is a fuel configuration diagram of an axially enriched fuel and a gadolinia distribution of an initially loaded fuel assembly according to a third embodiment of the present invention, wherein (a) is a C enriched fuel assembly, and (b) is a D enriched fuel assembly. Show body. 本発明に係る第4実施例の1/4炉心における第1サイクルの燃料配置構成図。FIG. 11 is a view showing a fuel arrangement configuration of a first cycle in a 1/4 core of a fourth embodiment according to the present invention. 本発明に係る第4実施例の初装荷燃料集合体の軸方向濃縮度及びガドリニア分布の燃料構成図で、(a)はE高濃縮度燃料集合体、(b)はF高濃縮度燃料集合体を示す。FIG. 9 is a fuel configuration diagram of an axially enriched fuel and a gadolinia distribution of an initially loaded fuel assembly according to a fourth embodiment of the present invention, wherein (a) is an E enriched fuel assembly, and (b) is an F highly enriched fuel assembly. Show body. 本発明に係る第5実施例の1/4炉心における第1サイクルの燃料配置構成図。FIG. 13 is a diagram showing a fuel arrangement in a first cycle in a 1/4 core of a fifth embodiment according to the present invention. 従来の原子炉の1/4炉心における第1サイクルの燃料配置構成図。FIG. 4 is a fuel arrangement diagram of a first cycle in a quarter core of a conventional nuclear reactor. 単尺燃料棒を有する燃料集合体の断面図で、(a)は縦断面、(b)は(a)のb−b矢視断面、(c)は(a)のc−c矢視断面を示す。It is sectional drawing of the fuel assembly which has a single fuel rod, (a) is a longitudinal cross section, (b) is the bb arrow cross section of (a), (c) is cc arrow cross section of (a). Is shown.

符号の説明Explanation of reference numerals

 1,63,68…炉心、2,16,17,25〜28,31,32,53,61,62,64,65,69…高燃焼度燃料集合体、3,70…中燃焼度燃料集合体、4,5,18,33…低燃焼度燃料集合体、6…長尺の燃料棒、7…短尺燃料棒、8…ウォータロッド、9…スペーサ、10…上部タイプレート、11…下部タイプレート、12…チャンネルボックス、13,13a…制御棒、14…低反応度セル、15a,30a…第1サイクルの炉心、15b,30b…第2サイクルの炉心、19…高反応度セル、20〜22,25a〜28a,35a〜42a,44〜52,58〜60…曲線、23…斜線(境界)、24,29,43…ガドリニア入り燃料棒、34…取替燃料集合体、35〜42…燃焼領域、54…外管、55…内管、56…環状部、57…可燃性毒物入りウォータロッド、66…低反応度セルに隣接しないセル、67…低反応度セルに隣接するセル、71…セル。 1,63,68… core, 2,16,17,25-28,31,32,53,61,62,64,65,69… high burnup fuel assembly, 3,70… medium burnup fuel assembly Body, 4, 5, 18, 33 ... low burnup fuel assembly, 6 ... long fuel rod, 7 ... short fuel rod, 8 ... water rod, 9 ... spacer, 10 ... upper tie plate, 11 ... lower type Rate, 12: channel box, 13, 13a: control rod, 14: low-reactivity cell, 15a, 30a: first-cycle core, 15b, 30b: second-cycle core, 19: high-reactivity cell, 20 to 22, 25a to 28a, 35a to 42a, 44 to 52, 58 to 60: curves, 23: diagonal lines (boundaries), 24, 29, 43: fuel rods containing gadolinia, 34: replacement fuel assemblies, 35 to 42 ... Combustion zone, 54: outer tube, 55: inner tube, 56: annular portion, 57: water rod containing burnable poison, 66: cell not adjacent to low-reactivity cell, 67: cell adjacent to low-reactivity cell, 71 …cell.

Claims (4)

 第1サイクルにおいて初装荷燃料集合体が装荷され第2サイクルまたは第3サイクル以降において取替燃料集合体が装荷される原子炉で各領域に含まれる燃料集合体数がほぼ等しくなるように同心円状で径方向に2分割した炉心において、第1サイクルにて炉心周辺領域に配置されていた前記初装荷燃料集合体を第2サイクルにおいて炉心周辺領域よりも炉心内部領域に多く配置したことを特徴とする原子炉の炉心。 Concentric circles so that the number of fuel assemblies included in each region is substantially equal in the reactor in which the first loaded fuel assembly is loaded in the first cycle and the replacement fuel assembly is loaded in the second or third cycle or later. In the core divided radially into two, the initially loaded fuel assemblies arranged in the core peripheral region in the first cycle are arranged more in the core inner region than in the core peripheral region in the second cycle. Reactor core.  濃縮度が異なる2種類以上の初装荷燃料集合体が装荷された原子炉の炉心において、第1サイクル及び第2サイクルにて炉心最外周に最高濃縮度の前記初装荷燃料集合体が配置されて第1サイクルにおいて炉心最外周に配置された前記最高濃縮度初装荷燃料集合体と異なる前記最高濃縮度初装荷燃料集合体が第2サイクルにおいて炉心最外周に配置することを特徴とする請求項1記載の原子炉の炉心。 In the core of a reactor loaded with two or more types of initially loaded fuel assemblies having different enrichments, the firstly loaded fuel assemblies having the highest enrichment are arranged on the outermost periphery of the core in the first cycle and the second cycle. 2. The maximum enrichment initially loaded fuel assembly, which is different from the maximum enrichment initially loaded fuel assembly arranged on the outermost periphery of the core in the first cycle, is arranged on the outermost periphery of the core in the second cycle. 3. The reactor core of the described reactor.  第1サイクルの運転中に原子炉の炉心に挿入される制御棒の本数が炉心内部領域よりも炉心周辺領域において多いことを特徴とする請求項1または請求項2記載の原子炉の炉心。 3. The reactor core according to claim 1, wherein the number of control rods inserted into the reactor core during the operation of the first cycle is larger in the core peripheral region than in the core inner region.  1本の制御棒とこれを囲繞する4体の燃料集合体とから構成されるセルを正方格子状に多数配列して構成される原子炉の炉心であって、濃縮度の異なる2種類以上の初装荷燃料集合体を装荷すると共に第1サイクル及び第2サイクルにおいて最高濃縮度の前記初装荷燃料集合体よりも濃縮度の低い4体の前記初装荷燃料集合体で低反応度セルを構成して運転中に制御棒が挿入される前記低反応度セルの数が第1サイクルよりも第2サイクルにおいて多いことを特徴とする請求項1記載の原子炉の炉心。

A nuclear reactor core comprising a large number of cells each composed of one control rod and four fuel assemblies surrounding the control rod arranged in a square lattice, wherein two or more types of cells having different enrichments are provided. A low-reactivity cell is configured by loading an initially loaded fuel assembly and four of the initially loaded fuel assemblies having lower enrichment than the initially enriched fuel assembly having the highest enrichment in the first cycle and the second cycle. The reactor core according to claim 1, wherein the number of the low-reactivity cells into which the control rods are inserted during the operation is larger in the second cycle than in the first cycle.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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