JP2005098924A - Mox fuel assembly - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、沸騰水型原子炉(以下適宜、BWRという)に装荷する燃料集合体に係わり、特にプルトニウム酸化物を混入したMOX燃料棒を有するMOX燃料集合体に関する。 The present invention relates to a fuel assembly loaded in a boiling water reactor (hereinafter referred to as BWR as appropriate), and more particularly to a MOX fuel assembly having MOX fuel rods mixed with plutonium oxide.
(1)中性子吸収効果の低下による可燃性毒物燃料棒本数・毒物量の増大
原子力発電所の核燃料リサイクルとして、再処理によって取り出されたプルトニウムをウランと混合したウラン・プルトニウム混合酸化物燃料(以下適宜、MOX燃料という)の利用がある。近年、燃料の経済性の向上を図るため、MOX燃料の高燃焼度化のニーズがある。
(1) Increasing the number of flammable poison fuel rods and the amount of poisons due to a decrease in neutron absorption effect As a nuclear fuel recycle for nuclear power plants, uranium / plutonium mixed oxide fuel in which plutonium extracted by reprocessing is mixed with uranium (hereinafter referred to as appropriate) , MOX fuel). In recent years, there is a need for higher burnup of MOX fuel in order to improve fuel economy.
MOX燃料集合体では、核分裂核種であるプルトニウム239やプルトニウム241の熱中性子吸収がウラン235より大きく、プルトニウム240の中性子吸収がウラン238より大きいため、中性子のエネルギスペクトルが硬くなることにより、ウラン燃料集合体よりもガドリニア等の可燃性毒物の中性子吸収効果が低下する。また、燃料の高燃焼度化を図るためには、燃料の持つ反応度を高める必要があることから、MOX燃料のプルトニウム富化度を増加させることによって、中性子エネルギスペクトルの硬化や中性子吸収効果の低下が増す。 In the MOX fuel assembly, the thermal neutron absorption of plutonium 239 and plutonium 241 which are fission nuclides is larger than that of uranium 235, and the neutron absorption of plutonium 240 is larger than that of uranium 238. The neutron absorption effect of combustible poisons such as gadolinia is lower than the body. In addition, in order to increase the burnup of the fuel, it is necessary to increase the reactivity of the fuel. Therefore, by increasing the plutonium enrichment of the MOX fuel, the hardening of the neutron energy spectrum and the effect of neutron absorption can be improved. The decline increases.
BWRにおける反応度制御は、制御棒による反応度抑制効果に加えて、燃料棒にガドリニア等の可燃性毒物を混入することによる反応度抑制効果が使用されている。従って、高燃焼度化に伴い、燃料のウラン濃縮度やプルトニウム富化度が増加すると燃料の反応度が増大するため、反応度を抑制するために可燃性毒物を混入する燃料棒の本数や可燃性毒物量が増加する傾向になるが、MOX燃料においては、この傾向は、中性子スペクトルの硬化により可燃性毒物の中性子吸収効果が低減する効果によって助長される。 The reactivity control in BWR uses a reactivity suppression effect by mixing a flammable poison such as gadolinia into the fuel rod in addition to the reactivity suppression effect by the control rod. Therefore, as the uranium enrichment or plutonium enrichment of the fuel increases with the increase in burnup, the reactivity of the fuel increases, so the number of fuel rods that contain flammable poisons and the combustibility to suppress the reactivity Although the amount of the toxic poison tends to increase, in MOX fuel, this tendency is promoted by the effect of reducing the neutron absorption effect of the flammable poison due to the hardening of the neutron spectrum.
(2)ウラン燃料棒への可燃性毒物の添加
一般に、可燃性毒物を混入する燃料棒の本数を増加させれば、燃焼初期での無限増倍率が低下する。また、混入する可燃性毒物の濃度を増加させれば、ガドリニアの燃え尽きる時期を遅らせ、その結果、無限増倍率の最大値を抑えることが可能となる。これらの効果を用いることで、可燃性毒物を混入した燃料棒本数とその混入濃度の組み合わせにより、炉心の余剰反応度や軸方向出力分布を適切に制御することが可能となる。しかしながら、MOX燃料集合体の場合、MOX燃料棒にガドリニア等の可燃性毒物を混入することは、燃料の成型が複雑になりコスト高の要因となるため、実際は現実的ではない。このため、ウラン燃料棒にのみガドリニア等の可燃性毒物を混入することが通常考えられている(例えば、特許文献1参照)。
(2) Addition of flammable poisons to uranium fuel rods Generally, increasing the number of fuel rods containing flammable poisons will reduce the infinite multiplication factor at the beginning of combustion. Further, if the concentration of the flammable poison to be mixed is increased, the time when gadolinia burns out is delayed, and as a result, the maximum value of the infinite multiplication factor can be suppressed. By using these effects, it is possible to appropriately control the surplus reactivity and the axial power distribution of the core by the combination of the number of fuel rods mixed with the flammable poison and the concentration of the mixed fuel rods. However, in the case of the MOX fuel assembly, mixing a flammable poison such as gadolinia into the MOX fuel rod is not practical because it makes the molding of the fuel complicated and causes a high cost. For this reason, it is usually considered that a flammable poison such as gadolinia is mixed only in the uranium fuel rod (see, for example, Patent Document 1).
この従来技術では、特に、可燃性毒物入りウラン燃料棒を、大きな水ギャップ部に隣接し中性子スペクトルがもっとも柔らかい燃料集合体の最外周の4つのコーナー位置に配置することにより、可燃性毒物の価値を増大させている。そして、上記4隅コーナー位置以外のすべての格子位置にはすべてMOX燃料棒を配置している。 In this prior art, in particular, the value of the flammable poison is determined by placing the uranium fuel rod containing the flammable poison at the four corner positions on the outermost periphery of the fuel assembly having the softest neutron spectrum adjacent to the large water gap. Is increasing. The MOX fuel rods are arranged at all the lattice positions other than the above four corner positions.
このとき、この従来技術では、MOX燃料棒として、プルトニウム富化度が相対的に大きい高富化度燃料棒、相対的に小さい低富化度燃料棒、それらの中間の中富化度燃料棒の3種類を設けている。そして、燃料集合体内における径方向局所出力ピーキングを低減するために、水ギャップ部に隣接し中性子スペクトルが比較的柔らかく局所出力が大きくなりやすい燃料集合体の最外周層には上記低富化度燃料棒と中富化度燃料棒とを配置し、特に局所出力が大きくなりやすい上記4つのコーナー位置の可燃性毒物入りウラン燃料棒に隣接する位置に低富化度燃料棒を、それ以外の位置には中富化度燃料棒を配置している。また同様の観点から、最外周層から2層目を含みそれより内側の領域のうち、2層目の4つのコーナー部には中富化度燃料棒を配置し、それ以外の位置に高富化度燃料棒を配置している。 At this time, in this prior art, as the MOX fuel rods, a high enrichment fuel rod with a relatively large plutonium enrichment, a relatively small low enrichment fuel rod, and an intermediate enrichment fuel rod in the middle of them. There are different types. In order to reduce the local power peaking in the radial direction in the fuel assembly, the low enriched fuel is provided in the outermost peripheral layer of the fuel assembly that is adjacent to the water gap and has a relatively soft neutron spectrum and tends to have a large local output. A rod and a medium enrichment fuel rod are arranged, and a low enrichment fuel rod is placed at a position adjacent to the uranium fuel rod containing a flammable poison at the above four corner positions where local power tends to increase. Has medium enrichment fuel rods. Also, from the same point of view, medium enrichment fuel rods are arranged at the four corners of the second layer in the region including the second layer from the outermost layer and inside it, and the enrichment is performed at other positions. Fuel rods are arranged.
しかしながら、上記従来技術においては、以下の課題が存在する。 However, the following problems exist in the above-described conventional technology.
すなわち、MOX燃料は、従来は再利用が考えられていなかった使用済み燃料を再処理してプルトニウムを取り出し、これを混合して有効利用するものであるため、その性質上、もともと、通常のウラン燃料よりは成型工程が複雑となって製造コストが増大する傾向とならざるを得ない。したがって、核燃料物質の有効活用という観点から考案されたMOX燃料のさらなる活用・推進を図るためには、これ以上の製造コストの増大要素は極力排除することが、資源の乏しい我が国のエネルギー施策上からもきわめて重要である。 In other words, MOX fuel is used to reprocess spent fuel that was not considered to be reused in the past, extract plutonium, and mix and use it effectively. The molding process becomes more complicated than fuel, and the manufacturing cost tends to increase. Therefore, in order to further utilize and promote the MOX fuel designed from the viewpoint of effective use of nuclear fuel materials, it is necessary to eliminate any additional factors that increase the production cost as much as possible in terms of energy policies in Japan, which has limited resources. Is also very important.
MOX燃料の製造コストを低減するためには、MOX燃料棒のプルトニウム平均富化度を極力高くすることが有効である。これは、一本のMOX燃料棒になるべくたくさんのプルトニウムを装荷することにより、ある所定量全体のプルトニウムを装荷するためのMOX燃料棒本数を低減でき、結果として、MOX燃料集合体一体あたりの製造コストを低減できるからである。 In order to reduce the manufacturing cost of the MOX fuel, it is effective to increase the average plutonium enrichment of the MOX fuel rod as much as possible. This is because by loading as much plutonium as possible into one MOX fuel rod, the number of MOX fuel rods for loading a whole predetermined amount of plutonium can be reduced, and as a result, manufacturing per MOX fuel assembly is integrated. This is because the cost can be reduced.
上記従来技術においては、このような平均富化度を高くすることによるコスト低減という観点からの配慮が十分でなく、局所出力ピーキングの低減のために3種類の富化度のMOX燃料棒、すなわち前述のように低富化度燃料棒、中富化度燃料棒、高富化度燃料棒を設けている。このように高富化度燃料棒に加えて、中富化度燃料棒、低富化度燃料棒という3種類の富化度の燃料棒が存在する結果、全MOX燃料棒の平均富化度を増大させるのに限界があり、MOX燃料集合体一体あたりの製造コストの低減を十分に図るのが困難であった。 In the above prior art, consideration from the viewpoint of cost reduction by increasing the average enrichment is not sufficient, and three kinds of enrichment MOX fuel rods, that is, in order to reduce local output peaking, that is, As described above, the low enrichment fuel rod, the medium enrichment fuel rod, and the high enrichment fuel rod are provided. Thus, in addition to high enrichment fuel rods, there are three enrichment fuel rods, medium enrichment fuel rods and low enrichment fuel rods, resulting in an increase in the average enrichment of all MOX fuel rods. Therefore, it is difficult to sufficiently reduce the manufacturing cost per unit MOX fuel assembly.
本発明の目的は、局所出力ピーキングを低減しつつ、燃料集合体一体あたりの製造コストを低減できるMOX燃料集合体を提供することにある。 The objective of this invention is providing the MOX fuel assembly which can reduce the manufacturing cost per fuel assembly integral, reducing local output peaking.
(1)上記目的を達成するために、本発明は、ウラン・プルトニウム混合酸化物燃料を含む複数のMOX燃料棒とウラン酸化物燃料を含む複数のウラン燃料棒とをn行n列の正方格子状に配列した沸騰水型原子炉用のMOX燃料集合体において、水ロッド又は水チャンネルを前記正方格子状配列の略中央部領域に配置し、前記燃料棒を、燃料有効長が通常の通常燃料棒と、燃料有効長が通常よりも短い短尺燃料棒とで構成し、前記正方格子状配列の最外周層には前記ウラン燃料棒を配置し、前記正方格子状配列の最外周層から2層目を含みそれより内側の領域のうち、2層目の4つのコーナー位置である(2,2)、(2,n−1)、(n−1,2)、(n−1,n−1)には前記ウラン燃料棒を配置するとともに、残りの位置の前記通常燃料棒としては、可燃性毒物入りの複数の前記ウラン燃料棒と、プルトニウム富化度が互いに同一である複数の前記MOX燃料棒とを配置する。 (1) In order to achieve the above object, according to the present invention, a plurality of MOX fuel rods containing a uranium / plutonium mixed oxide fuel and a plurality of uranium fuel rods containing a uranium oxide fuel are arranged in a square lattice of n rows and n columns. In the MOX fuel assembly for boiling water reactors arranged in the form of water, a water rod or a water channel is arranged in a substantially central region of the square lattice arrangement, and the fuel rod is a normal fuel having a normal active fuel length. Rods and short fuel rods having an effective fuel length shorter than usual, and the uranium fuel rods are arranged in the outermost circumferential layer of the square lattice arrangement, and two layers from the outermost circumferential layer of the square lattice arrangement (2, 2), (2, n-1), (n-1, 2), (n-1, n-) which are the four corner positions of the second layer in the region including the inside of the eye. In 1), the uranium fuel rods are arranged, and the normal fuel rods in the remaining positions are as follows: A plurality of the uranium fuel rods containing a flammable poison and a plurality of the MOX fuel rods having the same plutonium enrichment are arranged.
正方格子状に配列された燃料集合体においては、その最外周層が水ギャップ部に面しているため、もっとも出力ピークが立ちやすい。このため、MOX燃料集合体においては、正方格子状配列の最外周部に配置されるMOX燃料棒のプルトニウム富化度を低減する必要がある。ここで、MOX燃料棒の平均のプルトニウム富化度を高めるには、MOX燃料集合体に配置される多数のMOX燃料棒のうち富化度の低いMOX燃料棒をウラン燃料棒に置き換えることが有効である。 In the fuel assemblies arranged in a square lattice shape, the outermost peripheral layer faces the water gap portion, so that the output peak is most likely to occur. For this reason, in the MOX fuel assembly, it is necessary to reduce the plutonium enrichment of the MOX fuel rods arranged at the outermost periphery of the square lattice array. Here, in order to increase the average plutonium enrichment of the MOX fuel rods, it is effective to replace the MOX fuel rods with low enrichment with uranium fuel rods among the many MOX fuel rods arranged in the MOX fuel assembly. It is.
そこで本発明においては、上記に対応して、正方格子状配列の最外周層にはMOX燃料棒を配置することなくウラン燃料棒を配置し、さらに最外周層から2層目の中でもっとも相対的に水ギャップに近く出力ピークが立ちやすい4つのコーナーにもウラン燃料棒を配置している。そして、上記以外の残りの位置には、プルトニウム富化度が互いに同一である(言い換えれば富化度一種類の)MOX燃料棒をすべて配置している。このようにすべてのMOX燃料棒の富化度を同一とし富化度を一種類とすることにより、例えばその一種類の富化度設定を比較的高めにすることで、3種類の富化度設定を設ける従来構造と異なり、MOX燃料棒のプルトニウム平均富化度を高くすることができる。この結果、一本のMOX燃料棒になるべくたくさんのプルトニウムを装荷することができるので、ある所定量全体のプルトニウムを装荷するためのMOX燃料棒本数を低減でき、結果として、MOX燃料集合体一体あたりの製造コストを低減できる。また、富化度種類を一種類にすることで、3種類である従来構造に比べて燃料ペレット成型を行う製造ラインを簡略化でき、これによっても製造コストを低減できる。 Accordingly, in the present invention, corresponding to the above, the uranium fuel rods are arranged in the outermost circumferential layer of the square lattice array without arranging the MOX fuel rods, and the most relative relative to the second layer from the outermost circumferential layer. In particular, uranium fuel rods are arranged at four corners near the water gap where output peaks are likely to stand. In the remaining positions other than the above, all the MOX fuel rods having the same plutonium enrichment (in other words, one kind of enrichment) are arranged. Thus, by making the enrichment level of all the MOX fuel rods the same and making the enrichment level one type, for example, by setting the enrichment level of that one type relatively high, Unlike conventional structures that provide settings, the average plutonium enrichment of MOX fuel rods can be increased. As a result, as much plutonium as possible can be loaded into a single MOX fuel rod, the number of MOX fuel rods for loading a certain predetermined amount of plutonium can be reduced, and as a result, per MOX fuel assembly. The manufacturing cost can be reduced. In addition, by making the kind of enrichment one kind, a production line for performing fuel pellet molding can be simplified as compared with the three conventional structures, and the production cost can also be reduced.
一方、上記のようにして正方格子状配列の最外周層をMOX燃料棒からウラン燃料棒に置き換えた場合、その置き換える本数を多くするほど、燃焼が進んだ時点での燃料集合体内の燃料棒の局所出力ピーキングが大きくなる。そこで、本発明においては、これに対応して、横断面形状略円形の水ロッド又は横断面形状略四角形の水チャンネルを正方格子状配列の略中央部領域に配置し、そのままでは相対的に水ギャップから遠くて出力が低くなる中央部領域の近くに新たに水領域を出現させ、これによって中央部領域の出力を相対的に増大させている。これにより、上記置き換えによる局所出力ピーキングの増大を相殺し、燃料集合体で見た場合に局所出力ピーキングを低減することが可能となる。なお、例えば水ロッド又は水チャンネルの近傍は特に出力が高くなることから、これについてもMOX燃料棒とせず、例えば短尺のウラン燃料棒に置き換えてもよい。 On the other hand, when the outermost circumferential layer of the square lattice arrangement is replaced from the MOX fuel rods to the uranium fuel rods as described above, the more the number of replacements increases, the more the fuel rods in the fuel assembly at the time of combustion progress. Local output peaking increases. Accordingly, in the present invention, a water rod having a substantially circular cross-sectional shape or a water channel having a substantially rectangular cross-sectional shape is disposed in a substantially central region of the square lattice array, and the water channel is relatively left as it is. A water region appears anew near the central region where the output is low far from the gap, thereby relatively increasing the output of the central region. As a result, the increase in the local output peaking due to the replacement can be offset, and the local output peaking can be reduced when viewed from the fuel assembly. For example, since the output is particularly high near the water rod or the water channel, this may not be used as the MOX fuel rod but may be replaced with a short uranium fuel rod, for example.
以上のようにして、本発明においては、局所出力ピーキングを低減しつつ、MOX燃料棒の富化度種類を一種類に統一し、燃料集合体一体あたりの製造コストを低減することができる。 As described above, in the present invention, the enrichment type of the MOX fuel rods can be unified into one type while reducing the local output peaking, and the manufacturing cost per unit fuel assembly can be reduced.
(2)上記(1)において、好ましくは、前記可燃性毒物入りの複数のウラン燃料棒は、すべて前記正方格子状配列の最外周層から2層目に配置されている。 (2) In the above (1), preferably, the plurality of uranium fuel rods containing the flammable poison are all arranged in the second layer from the outermost peripheral layer of the square lattice array.
(3)上記目的を達成するために、また本発明は、ウラン・プルトニウム混合酸化物燃料を含む複数のMOX燃料棒とウラン酸化物燃料を含む複数のウラン燃料棒とをn行n列の正方格子状に配列した沸騰水型原子炉用のMOX燃料集合体において、水ロッド又は水チャンネルを前記正方格子状配列の略中央部領域に配置し、前記燃料棒を、燃料有効長が通常の通常燃料棒と、燃料有効長が通常よりも短い短尺燃料棒とで構成し、前記複数のMOX燃料棒を、プルトニウム富荷度が相対的に低い低富荷度MOX燃料棒と、プルトニウム富荷度が相対的に高い高富荷度MOX燃料棒とで構成し、前記正方格子状配列の最外周層には前記ウラン燃料棒を配置し、前記正方格子状配列の最外周層から2層目を含みそれより内側の領域のうち、前記低富荷度MOX燃料棒を、少なくとも4つのコーナー位置である(2,2)、(2,n−1)、(n−1,2)、(n−1,n−1)を含む前記2層目に配置するとともに、残りの位置の前記通常燃料棒としては、複数の前記高富荷度MOX燃料棒を配置する。 (3) In order to achieve the above object, the present invention also provides a plurality of MOX fuel rods containing uranium / plutonium mixed oxide fuel and a plurality of uranium fuel rods containing uranium oxide fuel in a square of n rows and n columns. In a MOX fuel assembly for a boiling water reactor arranged in a grid, a water rod or a water channel is arranged in a substantially central region of the square grid arrangement, and the fuel rod has a normal active fuel length. The fuel rod is composed of a fuel rod and a short fuel rod having an effective fuel length shorter than usual. The plurality of MOX fuel rods are composed of a low-load MOX fuel rod having a relatively low plutonium load and a plutonium load. A high-load MOX fuel rod having a relatively high level, and the uranium fuel rod is disposed on the outermost circumferential layer of the square lattice array, and includes the second layer from the outermost circumferential layer of the square lattice array. Of the inner area, the low wealth The second layer including the degree MOX fuel rods including at least four corner positions (2, 2), (2, n-1), (n-1, 2), (n-1, n-1) And a plurality of the high load MOX fuel rods are arranged as the normal fuel rods at the remaining positions.
正方格子状に配列された燃料集合体においては、その最外周層が水ギャップ部に面しているため、もっとも出力ピークが立ちやすい。このため、MOX燃料集合体においては、正方格子状配列の最外周部に配置されるMOX燃料棒のプルトニウム富化度を低減する必要がある。ここで、MOX燃料棒の平均のプルトニウム富化度を高めるには、MOX燃料集合体に配置される多数のMOX燃料棒のうち富化度の低いMOX燃料棒をウラン燃料棒に置き換えることが有効である。 In the fuel assemblies arranged in a square lattice, the outermost peripheral layer faces the water gap portion, so that the output peak is most likely to occur. For this reason, in the MOX fuel assembly, it is necessary to reduce the plutonium enrichment of the MOX fuel rods arranged at the outermost periphery of the square lattice array. Here, in order to increase the average plutonium enrichment of the MOX fuel rods, it is effective to replace the MOX fuel rods with low enrichment with uranium fuel rods among the many MOX fuel rods arranged in the MOX fuel assembly. It is.
そこで本発明においては、上記に対応して、正方格子状配列の最外周層にはMOX燃料棒を配置することなくウラン燃料棒を配置している。そして、上記以外の残りの位置には、プルトニウム富荷度が相対的に低い低富荷度MOX燃料棒とプルトニウム富荷度が相対的に高い高富荷度MOXとからなる(言い換えれば富化度2種類の)MOX燃料棒を配置するとともに、このとき最外周層から2層目の中でもっとも相対的に水ギャップに近く出力ピークが立ちやすい4つのコーナーには低富荷度MOX燃料棒を配置している。このようにしてMOX燃料棒の富化度を2種類に限定することにより、3種類の富化度設定を設ける従来構造よりも、MOX燃料棒のプルトニウム平均富化度を高めに設定することが可能となる。この結果、一本のMOX燃料棒になるべくたくさんのプルトニウムを装荷することができるので、ある所定量全体のプルトニウムを装荷するためのMOX燃料棒本数を低減でき、結果として、MOX燃料集合体一体あたりの製造コストを低減できる。また、富化度種類を2種類にすることで、3種類である従来構造に比べて燃料ペレット成型を行う製造ラインをその分簡素化でき、これによっても製造コストを低減できる。 Accordingly, in the present invention, corresponding to the above, the uranium fuel rods are arranged in the outermost circumferential layer of the square lattice array without arranging the MOX fuel rods. The remaining positions other than the above are composed of a low-load MOX fuel rod having a relatively low plutonium load and a high-load MOX having a relatively high plutonium load (in other words, an enrichment level). Two types of MOX fuel rods are arranged, and at this time, the low-load MOX fuel rods are placed at the four corners that are most close to the water gap and have the highest output peak in the second layer from the outermost layer. It is arranged. By limiting the enrichment of the MOX fuel rods to two in this way, the average plutonium enrichment of the MOX fuel rods can be set higher than in the conventional structure in which three enrichment settings are provided. It becomes possible. As a result, as much plutonium as possible can be loaded into a single MOX fuel rod, the number of MOX fuel rods for loading a certain predetermined amount of plutonium can be reduced, and as a result, per MOX fuel assembly. The manufacturing cost can be reduced. Further, by using two kinds of enrichment types, the production line for forming fuel pellets can be simplified as compared with the three types of conventional structures, thereby reducing the production cost.
一方、上記のようにして正方格子状配列の最外周層をMOX燃料棒からウラン燃料棒に置き換えた場合、その置き換える本数を多くするほど、燃焼が進んだ時点での燃料集合体内の燃料棒の局所出力ピーキングが大きくなる。そこで、本発明においては、これに対応して、横断面形状略円形の水ロッド又は横断面形状略四角形の水チャンネルを正方格子状配列の略中央部領域に配置し、そのままでは相対的に水ギャップから遠くて出力が低くなる中央部領域の近くに新たに水領域を出現させ、これによって中央部領域の出力を相対的に増大させている。これにより、上記置き換えによる局所出力ピーキングの増大を相殺し、燃料集合体で見た場合に局所出力ピーキングを低減することが可能となる。なお、例えば水ロッド又は水チャンネルの近傍は特に出力が高くなることから、これについてもMOX燃料棒とせず、例えば短尺のウラン燃料棒に置き換えてもよい。 On the other hand, when the outermost circumferential layer of the square lattice arrangement is replaced from the MOX fuel rods to the uranium fuel rods as described above, the more the number of replacements increases, the more the fuel rods in the fuel assembly at the time of combustion progress. Local output peaking increases. Accordingly, in the present invention, a water rod having a substantially circular cross-sectional shape or a water channel having a substantially rectangular cross-sectional shape is disposed in a substantially central region of the square lattice array, and the water channel is relatively left as it is. A water region appears anew near the central region where the output is low far from the gap, thereby relatively increasing the output of the central region. As a result, the increase in the local output peaking due to the replacement can be offset, and the local output peaking can be reduced when viewed from the fuel assembly. For example, since the output is particularly high near the water rod or the water channel, this may not be used as the MOX fuel rod but may be replaced with a short uranium fuel rod, for example.
以上のようにして、本発明においては、局所出力ピーキングを低減しつつ、MOX燃料棒の富化度種類を2種類に低減し、燃料集合体一体あたりの製造コストを低減することができる。 As described above, in the present invention, the MOX fuel rod enrichment type can be reduced to two types while reducing the local output peaking, and the manufacturing cost per unit fuel assembly can be reduced.
(4)上記(3)において、好ましくは、前記可燃性毒物入りの複数のウラン燃料棒は、すべて前記正方格子状配列の最外周層に配置されている。 (4) In the above (3), preferably, the plurality of uranium fuel rods containing the flammable poison are all arranged in the outermost peripheral layer of the square lattice arrangement.
これにより、燃料集合体外側の水ギャップ領域に近くスペクトルが柔らかい位置に可燃性毒物入り燃料棒を配置するので、可燃性毒物の価値を高め、可燃性毒物入り燃料棒の本数を抑制し、その分燃料集合体当たりのプルトニウム装荷量増大を図ることができる。 As a result, fuel rods containing flammable poisons are arranged at positions where the spectrum is soft near the water gap region outside the fuel assembly, thereby increasing the value of the flammable poisons and reducing the number of fuel rods containing flammable poisons. The amount of plutonium loaded per fuel assembly can be increased.
(5)上記(4)において、さらに好ましくは、前記可燃性毒物入りの複数のウラン燃料棒は、前記最外周層のうち、4つのコーナー位置に隣接する位置にさらに隣接する位置に設けられている。 (5) In the above (4), more preferably, the plurality of uranium fuel rods containing the flammable poison are provided at positions further adjacent to positions adjacent to the four corner positions in the outermost peripheral layer. Yes.
(6)上記(1)又は(3)において、また好ましくは、前記正方格子状配列の最外周層から2層目のなす4辺のうち、4つのコーナー位置と各辺の略中央とに位置する燃料棒を、それぞれ前記短尺燃料棒とする。 (6) In the above (1) or (3), and preferably, four corner positions among the four sides formed from the outermost peripheral layer of the square lattice array to the approximate center of each side. The fuel rods to be used are the short fuel rods.
(7)上記(1)又は(3)において、好ましくは、前記正方格子状配列の最外周層のなす4辺のうち各辺の略中央に位置する燃料棒と、最も内側の層において前記水ロッド又は水チャンネルの近傍に位置する燃料棒とを、それぞれ前記短尺燃料棒とする。 (7) In the above (1) or (3), preferably, the fuel rod located at the approximate center of each of the four sides formed by the outermost peripheral layer of the square lattice arrangement and the water in the innermost layer. A fuel rod located in the vicinity of the rod or the water channel is referred to as the short fuel rod.
請求項1記載の発明によれば、局所出力ピーキングを低減しつつ、MOX燃料棒の富化度種類を一種類に統一し、燃料集合体一体あたりの製造コストを低減することができる。 According to the first aspect of the present invention, the type of enrichment of the MOX fuel rods can be unified into one type while reducing the local output peaking, and the manufacturing cost per unit fuel assembly can be reduced.
請求項3記載の発明によれば、局所出力ピーキングを低減しつつ、MOX燃料棒の富化度種類を2種類に限定し、燃料集合体一体あたりの製造コストを低減することができる。
According to the invention described in
以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
本発明の第1の実施形態を図1及び図2により説明する。
図1は、本実施形態の燃料集合体の全体構造を表す縦断面図である。
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing the overall structure of the fuel assembly of the present embodiment.
この図1において、本実施形態の燃料集合体11は、複数(この例では74本)の燃料棒12と2本の水ロッド14とをn行n列(この例ではn(笑)9の9行9列)正方格子状に配列して燃料バンドルを形成し、その燃料バンドルの軸方向上下端を上部タイプレート15及び下部タイプレート16で支持すると共に、軸方向中間部複数箇所を燃料スペーサ17で束ねることで燃料棒12及び水ロッド14の相互間の間隙を適切に保持し、さらにそれらの外周側を略角筒状のチャンネルボックス13で覆って構成されている。
In FIG. 1, the
チャンネルボックス13は、上部タイプレート15に取り付けられ、スペーサ17で保持された燃料棒12の束の外周を取り囲んでいる。十字型の制御棒19は、チャンネルボックス13に隣接するようにして、4つの燃料集合体11に1つの割合でそれら4つの燃料集合体のうち隣接するもののチャンネルボックス13の間に挿入される。
The
燃料棒12は、上部端栓及び下部端栓により両端を密封された被覆管内に多数の燃料ペレットを充填し、被覆管内のガスプレナム領域に配置したスプリングで燃料ペレットを上下に押圧するように構成したものである。
The
燃料ペレットは、ウラン・プルトニウム混合酸化物燃料からなるMOX燃料ペレット、ウラン酸化物燃料からなるウラン燃料ペレット、ウラン酸化物燃料にさらに可燃性毒物としてのガドリニアを混入したガドリニア入りウラン燃料ペレットの3種類がある。MOX燃料ペレットは、燃料物質であるPuO2及び燃料母材であるUO2にて構成され、核分裂物質である239Pu、241Pu及び235Uを含んでいる。ウラン燃料ペレットは、燃料物質であるUO2で構成され、核分裂物質である235Uを含んでいる。ガドリニア入りウラン燃料ペレットは、燃料物質であるUO2及びこれに含有した可燃性毒物であるガドリニア(Gd2O3)にて構成され、核分裂物質である235Uを含んでいる。 There are three types of fuel pellets: MOX fuel pellets made of uranium / plutonium mixed oxide fuel, uranium fuel pellets made of uranium oxide fuel, and uranium fuel pellets containing gadolinia mixed with uranium oxide fuel and gadolinia as a flammable poison. There is. The MOX fuel pellet is composed of PuO 2 as a fuel material and UO 2 as a fuel base material, and includes 239 Pu, 241 Pu and 235 U as fission materials. The uranium fuel pellet is composed of UO 2 which is a fuel material and contains 235 U which is a fission material. The uranium fuel pellet containing gadolinia is composed of UO 2 as a fuel material and gadolinia (Gd 2 O 3 ) as a combustible poison contained therein, and includes 235 U as a fission material.
図2は、本実施形態による燃料集合体の詳細構造を表す横断面図である。この図2及び前述の図1において、74本の燃料棒12と2本の水ロッド14とが9行9列の正方格子状に配列されている(以下適宜、各格子位置を(行数字、列数字)で表す)。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the detailed structure of the fuel assembly according to the present embodiment. In FIG. 2 and FIG. 1 described above, 74
水ロッド14は、燃料物質を充填せず、内部を沸騰しない冷却水が通過するようになっており、9行9列の合計81本の燃料棒を配列したもののうち、バンドル略中央部領域の7本の燃料棒を置き換える形で2本が配置されている。
The
燃料棒12には、燃料番号1,2,3,4,P1,G1の合計6種類の燃料ペレットが設けられる。
The
燃料番号1,2,3,4はそれぞれ、ガドリニアを含有しないウラン燃料ペレットであり、長尺燃料棒(後述)32本及び短尺燃料棒(後述)2本の合計34本に装荷される。これら燃料番号1〜4のウラン燃料ペレットを備えた燃料棒12(以下、燃料棒12(燃料番号1〜4)のように表す)は、水平方向位置で見て、正方格子状配列の最外周層及び最外周部から2層目の2コーナ位置に配置される。
このとき、ウラン燃料の濃縮度の大小関係は、燃料番号1>燃料番号2>燃料番号3>燃料番号4となっている。そして、局所出力ピーキングを低減するために、以下のような配置となっている。すなわち、正方格子状配列の4つのコーナー部(1,1)、(1,9)、(9,9)、(9,1)には濃縮度の最も小さい燃料棒12(燃料番号4)が配置され、これらに隣接する8箇所(1,2)、(1,8)、(2,1)、(2,9)、(8,1)、(8,9)、(9,2)、(9,8)がその次に濃縮度の小さい燃料棒12(燃料番号3)が配置され、さらにそれらのコーナー部と反対側に隣接する8箇所(1,3)、(1,7)、(3,1)、(3,9)、(7,1)、(7,9)、(9,3)、(9,7)がその次に濃縮度の小さい燃料棒12(燃料番号2)が配置されている。最外周層のうち残りの部分と、最外周層から2層目の2つのコーナー部(2,8)、(8,2)には、最も濃縮度の大きい燃料棒12(燃料番号1)が配置されている。
At this time, the uranium fuel enrichment relationship is
燃料番号G1は、ガドリニア入りウラン燃料ペレットであり、長尺燃料棒(後述)12本及び短尺燃料棒(後述)2本の合計14本に装荷され、正方格子状配列の最外周層から2層目を含みそれより内側の領域(1点鎖線で示された領域)のうち、最外周層(言い換えれば正方格子状配列の最外周層から2層目)に配置される。具体的には、図2に示すように、(2,2)、(2,3)、(2,6)、(2,7)、(3,2)、(3,8)、(4,8)、(6,2)、(7,2)、(7,8)、(8,3)、(8,4)、(8,7)、(8,8)の14箇所の燃料棒に装荷されている。なお、ウラン濃縮度は、燃焼度制御の態様に応じて適宜設定される。 Fuel number G1 is a uranium fuel pellet containing gadolinia, loaded on a total of 14 long fuel rods (described later) and 2 short fuel rods (described later), and two layers from the outermost circumferential layer in a square lattice array Of the region including the eye and the region inside it (the region indicated by the alternate long and short dash line), it is arranged in the outermost peripheral layer (in other words, the second layer from the outermost peripheral layer in a square lattice array). Specifically, as shown in FIG. 2, (2, 2), (2, 3), (2, 6), (2, 7), (3, 2), (3, 8), (4 , 8), (6, 2), (7, 2), (7, 8), (8, 3), (8, 4), (8, 7), (8, 8) The rod is loaded. The uranium enrichment is appropriately set according to the burnup control mode.
燃料番号P1は、ガドリニアを含有しないMOX燃料ペレットであり、すべて互いに同一のプルトニウム富荷度であり、長尺燃料棒(後述)22本及び短尺燃料棒(後述)4本の合計26本、具体的には最外周層から2層目を含みそれより内側の領域のうち、上記したガドリニア入りウラン燃料棒12(燃料番号G1)、MOX燃料棒12(燃料番号P1)、水ロッド14以外の部分に配置された燃料棒12に装荷される。
The fuel number P1 is MOX fuel pellets that do not contain gadolinia and all have the same plutonium loading, and a total of 26 long fuel rods (described later) and 4 short fuel rods (described later), Specifically, the portion other than the above-described gadolinia-containing uranium fuel rod 12 (fuel number G1), MOX fuel rod 12 (fuel number P1), and
なお、上記した各燃料棒12のうち、最外周層から2層目のなす4辺のうち、コーナー位置(2,2)、(8,8)に位置する燃料棒12(燃料番号G1)、コーナー位置(8,2)、(2,8)に位置する燃料棒12(燃料番号1)、各辺の中央(2,5)、(5,2)、(5,8)、(8,5)に位置する燃料棒12(燃料番号P1)の合計8本を、それぞれ燃料有効長が通常よりも短い短尺燃料棒(図2中◎で表す)としている(これに対比させて、通常有効長の燃料棒を適宜長尺燃料棒と称する)。
Of the
以上のように構成した本実施形態の燃料集合体11においては、以下のような作用効果を奏する。
The
一般に、正方格子状に配列された燃料集合体においては、その最外周層が水ギャップ部に面しているため、もっとも出力ピークが立ちやすい。このため、MOX燃料集合体においては、正方格子状配列の最外周部に配置されるMOX燃料棒のプルトニウム富化度を低減する必要がある。ここで、MOX燃料棒の平均のプルトニウム富化度を高めるには、MOX燃料集合体に配置される多数のMOX燃料棒のうち富化度の低いMOX燃料棒をウラン燃料棒に置き換えることが有効である。 Generally, in a fuel assembly arranged in a square lattice pattern, the output peak is most likely to occur because the outermost peripheral layer faces the water gap. For this reason, in the MOX fuel assembly, it is necessary to reduce the plutonium enrichment of the MOX fuel rods arranged at the outermost periphery of the square lattice array. Here, in order to increase the average plutonium enrichment of the MOX fuel rods, it is effective to replace the MOX fuel rods with low enrichment with uranium fuel rods among the many MOX fuel rods arranged in the MOX fuel assembly. It is.
そこで、本実施形態においては、上記に対応して、正方格子状配列の最外周層にはMOX燃料棒を配置することなくウラン燃料棒12(燃料番号1〜4)を配置している。また、最外周層から2層目の中でもっとも相対的に水ギャップに近く出力ピークが立ちやすい4つのコーナー位置(2,2)、(2,8)、(8,2)、(8,8)にもウラン燃料棒(正確にはガドリニア非添加のウラン燃料棒12(燃料番号1)とガドリニア入りウラン燃料棒12(燃料番号G1))を配置している。
Therefore, in the present embodiment, corresponding to the above, the uranium fuel rods 12 (
図3は、この構成による出力ピーキング低減作用を表す説明図である。最外周層から2層目を含みそれより内側の領域に所定の高プルトニウム富荷度のMOX燃料棒を配置した前提において、最外周層から2層目の上記4つのコーナー位置をウラン燃料棒に置き換えた場合(ウラン燃料棒配置ケース、本実施形態に相当)、上記所定の富荷度よりも低富荷度のMOX燃料棒に置き換えた場合(低富荷度MOX燃料棒配置ケース)、何も置き換えない場合(高富荷度MOX燃料棒配置ケース)を、それぞれ比較して示したものであり、横軸には燃焼度(GWd/t)、縦軸には燃焼度ピーキングをとって示している。このときの評価で使用したMOX燃料集合体は、炉心装荷状態で同一の取出燃焼度及び同程度のMOX燃料棒平均プルトニウム富化度を維持したものである。図3に示すように、最外周層から2層目の4つのコーナー位置に内側領域と同一富化度のMOX棒を配置した「高富化度MOX棒配置ケース」では大きな燃焼度ピーキングが見られるのに対し、4つのコーナー位置に内側領域より低い富化度のMOX棒を配置した「低富化度MOX棒配置ケース」及びウラン棒を配置した「ウラン棒配置ケース」では、適正な燃焼度ピーキングが得られ、局所出力ピーキングが大きく低減していることが分かる。 FIG. 3 is an explanatory diagram showing the output peaking reduction effect of this configuration. On the premise that the MOX fuel rods with a predetermined high plutonium richness are arranged in the region including the second layer from the outermost layer, the above four corner positions of the second layer from the outermost layer are the uranium fuel rods. When replaced (a uranium fuel rod arrangement case, corresponding to this embodiment), when replaced with a MOX fuel rod having a lower load than the above-mentioned predetermined load (low load MOX fuel rod arrangement case), what Are compared with each other (high load-rich MOX fuel rod placement case), with the horizontal axis representing the burnup (GWd / t) and the vertical axis representing the burnup peaking. Yes. The MOX fuel assemblies used in the evaluation at this time maintained the same burn-up burnup and the same MOX fuel rod average plutonium enrichment in the core loaded state. As shown in FIG. 3, a large burnup peaking is observed in the “high enrichment MOX rod arrangement case” in which MOX rods having the same enrichment as the inner region are arranged at the four corner positions from the outermost layer to the second layer. On the other hand, in the “low enrichment MOX rod arrangement case” in which MOX rods with lower enrichment than the inner region are arranged at the four corner positions and the “uranium rod arrangement case” in which uranium rods are arranged, the appropriate burnup It can be seen that peaking is obtained and the local output peaking is greatly reduced.
そして本実施形態では、上記(最外周層及び2層目コーナー部)以外の残りの位置には、プルトニウム富化度が互いに同一である(言い換えれば富化度一種類の)MOX燃料棒12(燃料番号P1)をすべて配置している。このようにすべてのMOX燃料棒12(燃料番号P1)の富化度を同一とし富化度を一種類とすることにより、その富化度設定を比較的高めにすることで、3種類の富化度設定を設ける従来構造と異なり、MOX燃料棒のプルトニウム平均富化度を高くすることができる。この結果、一本のMOX燃料棒12(燃料番号P1)になるべくたくさんのプルトニウムを装荷することができるので、ある所定量全体のプルトニウムを装荷するためのMOX燃料棒12の本数を低減でき、結果として、MOX燃料集合体11一体あたりの製造コストを低減できる。また、富化度種類を一種類にすることで、3種類である従来構造に比べて燃料ペレット成型を行う製造ラインを簡略化でき、これによっても製造コストを低減できる。
In the present embodiment, the remaining positions other than the above (outermost peripheral layer and second corner portion) have the same plutonium enrichment (in other words, one kind of enrichment) MOX fuel rods 12 ( All fuel numbers P1) are arranged. In this way, by setting the enrichment level of all the MOX fuel rods 12 (fuel number P1) to be the same and the enrichment level to be one type, the enrichment level is set to be relatively high, so that three types of wealth are obtained. Unlike the conventional structure in which the degree of change is provided, the average plutonium enrichment of the MOX fuel rod can be increased. As a result, as many plutonium as possible can be loaded into one MOX fuel rod 12 (fuel number P1), the number of
一方、上記のようにして正方格子状配列の最外周層をMOX燃料棒からウラン燃料棒(燃料番号1〜4)に置き換えた場合、その置き換える本数を多くするほど、燃焼が進んだ時点での燃料集合体11内の燃料棒12の局所出力ピーキングが大きくなる。そこで、本実施形態においては、これに対応して、横断面形状略円形の水ロッド14,14を正方格子状配列の略中央部領域に配置し、そのままでは相対的に水ギャップから遠くて出力が低くなる中央部領域の近くに新たに水領域を出現させ、これによって中央部領域の出力を相対的に増大させている。これにより、上記置き換えによる局所出力ピーキングの増大を相殺し、燃料集合体11全体で見た場合における局所出力ピーキングを低減することが可能となる。
On the other hand, when the outermost circumferential layer of the square lattice arrangement is replaced from the MOX fuel rods to the uranium fuel rods (
以上のようにして、本実施形態においては、局所出力ピーキングを低減しつつ、MOX燃料棒12(燃料番号P1)の富化度種類を一種類に統一し、燃料集合体一体あたりの製造コストを低減することができる。 As described above, in the present embodiment, while reducing the local output peaking, the enrichment type of the MOX fuel rods 12 (fuel number P1) is unified to one type, and the manufacturing cost per fuel assembly is reduced. Can be reduced.
また、最外周層から2層目を含みそれより内側の領域において、燃料集合体11外側の水ギャップ領域に比較的近く相対的に最もスペクトルが柔らかい位置にすべての可燃性毒物入り燃料棒12(燃料番号G1)を配置するので、可燃性毒物の価値を高め、可燃性毒物入り燃料棒12の本数を抑制し、その分燃料集合体11当たりのプルトニウム装荷量増大を図ることができる。
Further, in the region including the second layer from the outermost peripheral layer and inside it, all of the
なお、上記構成の第1の実施形態において、例えば水ロッド14,14の近傍は特に出力が高くなることから、これについてもMOX燃料棒とせず、例えば短尺のウラン燃料棒に置き換えてもよい。このような変形例を図4により説明する。
In the first embodiment having the above-described configuration, for example, the output in the vicinity of the
図4は、この変形例による燃料集合体11′の全体構造を表す横断面図である。 FIG. 4 is a cross-sectional view showing the overall structure of the fuel assembly 11 'according to this modification.
図4において、この変形例では、図2に示した上記第1の実施形態の燃料集合体11の構成において、水ロッド14,14近傍である(4,4)、(6,6)の2本のMOX燃料棒12(燃料番号P1)を、短尺のウラン燃料棒(燃料番号1)に置き換えている。またこれに対応して、短尺燃料棒であった、最外周層から2層目のコーナー位置(2,2)、(8,8)に位置する燃料棒12(燃料番号G1)、コーナー位置(8,2)、(2,8)に位置する燃料棒12(燃料番号1)、各辺の中央(2,5)、(5,2)、(5,8)、(8,5)に位置する燃料棒12(燃料番号P1)の合計8本を、燃料ペレット種類は変えないままで通常有効長の燃料棒とし、これに代えて、最外周層の四角形各辺中点位置(1,5)、(5,1)、(5,9)、(9,5)の4つのウラン燃料棒12(燃料番号1)を、短尺の燃料棒としている。この結果、短尺燃料棒の数は、第1実施形態の合計8本から合計6本に低減されている。
4, in this modification, in the configuration of the
本変形例によっても、上記第1の実施形態と同様の効果を得る。 Also according to this modification, the same effect as the first embodiment is obtained.
本発明の第2の実施形態を図5により説明する。本実施形態は、ガドリニア入りウラン燃料棒を最外周層に配置した場合の実施形態である。第1の実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。 A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment is an embodiment in which gadolinia-containing uranium fuel rods are arranged in the outermost peripheral layer. Portions equivalent to those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted as appropriate.
図5は、本実施形態による燃料集合体11−2の詳細構造を表す横断面図である。この図5において、74本の燃料棒12には、燃料番号1,2,3,P1,P2,G1の合計6種類の燃料ペレットが設けられる。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing the detailed structure of the fuel assembly 11-2 according to the present embodiment. In FIG. 5, 74
燃料番号G1は、ガドリニア入りウラン燃料ペレットであり、長尺燃料棒8本に装荷され、正方格子状配列の最外周層に配置される。具体的には、図5に示すように、(1,3)、(1,7)、(3,1)、(3,9)、(7,1)、(7,9)、(9,3)、(9,7)の8箇所の燃料棒12に装荷されている。なお、ウラン濃縮度は、燃焼度制御の態様に応じて適宜設定される。
The fuel number G1 is a uranium fuel pellet containing gadolinia, loaded on eight elongate fuel rods, and arranged in the outermost peripheral layer of a square lattice arrangement. Specifically, as shown in FIG. 5, (1,3), (1,7), (3,1), (3,9), (7,1), (7,9), (9 , 3) and (9, 7) are loaded on eight
燃料番号1,2,3はそれぞれ、ガドリニアを含有しないウラン燃料ペレットであり、長尺燃料棒24本に装荷される。これら燃料番号1〜3のウラン燃料ペレットを備えた燃料棒12(燃料番号1〜3は、正方格子状配列の最外周層に配置される。なお、ウラン燃料の濃縮度の大小関係は、燃料番号1>燃料番号2>燃料番号3となっている。そして、局所出力ピーキングを低減するために、以下のような配置となっている。すなわち、正方格子状配列の4つのコーナー部(1,1)、(1,9)、(9,9)、(9,1)には濃縮度の最も小さい燃料棒12(燃料番号3)が配置され、これらに隣接する8箇所(1,2)、(1,8)、(2,1)、(2,9)、(8,1)、(8,9)、(9,2)、(9,8)がその次に濃縮度の小さい燃料棒12(燃料番号2)が配置されている。そして、最外周層のうち残りの部分(1,4)、(1,5)、(1、6)、(4,1)、(4,9)、(5,1)、(5,9)(6,1)、(6,9)には、最も濃縮度の大きい燃料棒12(燃料番号1)が配置されている。
燃料番号P1,P2は、ガドリニアを含有しないMOX燃料ペレットであり、それぞれ長尺燃料棒34本及び短尺燃料棒8本の合計42本に装荷される。これら燃料番号P1,P2のMOX燃料ペレットを備えた燃料棒12(燃料番号P1,P2は、正方格子状配列の最外周層より2層目を含みそれより内側の領域に配置される。なお、MOX燃料のプルトニウム濃縮度の大小関係は、燃料番号P1>燃料番号P2、すなわちP1が相対的に高富荷度の燃料、P2が相対的に低富荷度の燃料となっている。そして、局所出力ピーキングを低減するために、以下のような配置となっている。すなわち、正方格子状配列の最外周層より2層目の4つのコーナー部(2,2)、(2,8)、(8,2)、(8,8)と、2層目のなす四角形の各辺中点位置(2,5)、(5,2)、(5,8)、(8,5)とには負荷度の相対的に低い低富荷度燃料棒12(燃料番号P2)が短尺燃料棒(図5中◎で表す)として合計8本配置され、残りの部分に富荷度の相対的に高い高富荷度燃料棒12(燃料番号P1)が配置されている。
Fuel numbers P1 and P2 are MOX fuel pellets that do not contain gadolinia, and are loaded on a total of 42 long fuel rods and 8 short fuel rods, respectively.
以上のように構成した本実施形態の燃料集合体11−2においても、第1の実施形態の燃料集合体11−1と同様、以下のような作用効果を奏する。 Also in the fuel assembly 11-2 of the present embodiment configured as described above, the following operational effects can be obtained as in the fuel assembly 11-1 of the first embodiment.
前述したように、正方格子状配列の最外周層はもっとも出力ピークが立ちやすくこの最外周部に配置されるMOX燃料棒のプルトニウム富化度を低減する必要があるが、MOX燃料棒の平均のプルトニウム富化度を高めるには富化度の低いMOX燃料棒をウラン燃料棒に置き換えることが有効である。 As described above, the outermost peripheral layer of the square lattice arrangement is most likely to have an output peak, and it is necessary to reduce the plutonium enrichment of the MOX fuel rods arranged on the outermost peripheral portion. In order to increase the plutonium enrichment, it is effective to replace the low enrichment MOX fuel rod with a uranium fuel rod.
本実施形態においては、上記に対応して、正方格子状配列の最外周層にはMOX燃料棒を配置することなくウラン燃料棒12(燃料番号1〜3)を配置している。そして、上記(最外周層)以外の残りの位置には、プルトニウム富化度が相対的に低い低富荷度MOX燃料棒12(燃料番号P2)とプルトニウム富化度が相対的に高い高富荷度MOX燃料棒12(燃料番号P1)とを配置するとともに、このとき最外周層から2層目の中でもっとも相対的に水ギャップに近く出力ピークが立ちやすい4つのコーナー(2,2)、(2,8)、(8,2)、(8,8)には低富荷度MOX燃料棒12(燃料番号P2)を配置している。このようにしてMOX燃料棒12(燃料番号P1,P2)の富化度を2種類に限定することにより、3種類の富化度設定を設ける従来構造よりも、MOX燃料棒のプルトニウム平均富化度を高めに設定することが可能となる。この結果、上記第1の実施形態と同様、MOX燃料棒12(燃料番号P1又はP2)の1本当たりになるべくたくさんのプルトニウムを装荷することができるので、ある所定量全体のプルトニウムを装荷するためのMOX燃料棒12の本数を低減でき、結果として、MOX燃料集合体11−2一体あたりの製造コストを低減できる。また、富化度種類を2種類にすることで、3種類である従来構造に比べて燃料ペレット成型を行う製造ラインを簡略化でき、これによっても製造コストを低減できる。
In the present embodiment, corresponding to the above, the uranium fuel rods 12 (
一方、上記のようにして正方格子状配列の最外周層をMOX燃料棒からウラン燃料棒(燃料番号1〜3)に置き換えた場合、その置き換える本数を多くするほど、燃焼が進んだ時点での燃料集合体11−2内の燃料棒12の局所出力ピーキングが大きくなる。そこで、本実施形態においては、これに対応して、横断面形状略円形の水ロッド14,14を正方格子状配列の略中央部領域に配置し、そのままでは相対的に水ギャップから遠くて出力が低くなる中央部領域の近くに新たに水領域を出現させ、これによって中央部領域の出力を相対的に増大させている。これにより、上記置き換えによる局所出力ピーキングの増大を相殺し、燃料集合体11全体で見た場合における局所出力ピーキングを低減することが可能となる。
On the other hand, when the outermost circumferential layer of the square lattice arrangement is replaced from the MOX fuel rods to the uranium fuel rods (
以上のようにして、本実施形態においても、上記第1の実施形態と同様、局所出力ピーキングを低減しつつ、MOX燃料棒12(燃料番号P1,P2)の富化度種類を2種類に限定し、燃料集合体一体あたりの製造コストを低減することができる。 As described above, also in the present embodiment, the enrichment types of the MOX fuel rods 12 (fuel numbers P1 and P2) are limited to two types while reducing local output peaking as in the first embodiment. In addition, the manufacturing cost per unit fuel assembly can be reduced.
また、正方格子状配列のうち、燃料集合体11外側の水ギャップ領域に最も近く相対的に最もスペクトルが柔らかい最外周層にすべての可燃性毒物入り燃料棒12(燃料番号G1)を集中配置するので、可燃性毒物の価値を特に高め、可燃性毒物入り燃料棒12の本数を8本まで低減している。この結果、MOX燃料棒12の本数を第1の実施形態の26本から42本にまで増加できるので、その分燃料集合体11−2当たりのプルトニウム装荷量をさらに増大させることができる。
Further, in the square lattice arrangement, all the burnable poison-containing fuel rods 12 (fuel number G1) are concentratedly arranged in the outermost peripheral layer closest to the water gap region outside the
なお、上記構成の第2の実施形態において、例えば水ロッド14,14の近傍は特に出力が高くなることから、これについてもMOX燃料棒とせず、例えば短尺のウラン燃料棒に置き換えてもよい。このような変形例を図6により説明する。
In the second embodiment having the above-described configuration, for example, the output in the vicinity of the
図6は、この変形例による燃料集合体11′−2の全体構造を表す横断面図である。 FIG. 6 is a cross-sectional view showing the overall structure of the fuel assembly 11'-2 according to this modification.
図6において、この変形例では、図5に示した上記第2の実施形態の燃料集合体11−2の構成において、水ロッド14,14近傍である(4,4)、(6,6)の2本のMOX燃料棒12(燃料番号P1)を、短尺のウラン燃料棒(燃料番号1)に置き換えている。またこれに対応して、短尺燃料棒であった、最外周層から2層目の4つのコーナー位置(2,2)、(8,8)、(8,2)、(2,8)に位置するMOX燃料棒12(燃料番号P2)及び各辺の中央(2,5)、(5,2)、(5,8)、(8,5)に位置するMOX燃料棒12(燃料番号P2)の合計8本を通常有効長の燃料棒とするとともに、各辺の中央(2,5)、(5,2)、(5,8)、(8,5)に位置するMOX燃料棒12(燃料番号P2)については富荷度を増大させて高富荷度MOX燃料棒12(燃料番号P1)に置き換えている。
6, in this modification, in the configuration of the fuel assembly 11-2 of the second embodiment shown in FIG. 5, (4, 4), (6, 6) in the vicinity of the
そして、上記長尺化した短尺燃料棒に代えて、最外周層の四角形各辺中点位置(1,5)、(5,1)、(5,9)、(9,5)の4つのウラン燃料棒12(燃料番号1)を、短尺の燃料棒としている。この結果、短尺燃料棒の数は、第2実施形態の合計8本から合計6本に低減されている。 Then, instead of the above-described elongated fuel rods, the four positions of the midpoint positions (1, 5), (5, 1), (5, 9), (9, 5) of each side of the quadrangle of the outermost peripheral layer The uranium fuel rod 12 (fuel number 1) is a short fuel rod. As a result, the number of short fuel rods is reduced from a total of 8 in the second embodiment to a total of 6.
本変形例によっても、上記第2の実施形態と同様の効果を得る。 Also by this modification, the same effect as the second embodiment is obtained.
なお、以上においては、正方格子状配列の略中央部領域に横断面形状略円形の2本の水ロッド14,14を配置した場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、1本の太径水ロッド又は3本以上の小径水ロッドを配置してもよい。また、水ロッドにも限られず、横断面形状略四角形の水チャンネルを配置してもよい。図7はこのような変形例を表す横断面図である。図7において、この例では、図6に示した燃料集合体11′−2の構成において、水ロッド14に代えて、燃料集合体11Aの正方格子状配列の略中央部領域の燃料棒12の9本分のスペースに横断面形状略正方形の水チャンネル14Aを設けている。これに伴い、図6における水ロッド14近傍の2本の短尺ウラン燃料棒12(燃料番号1)が省略されると共に、最外周層各辺の中央(1,5)、(5,1)、(5,9)、(9,5)に位置する短尺ウラン燃料棒12(燃料番号1)については燃料をそのままに長尺化している。このような場合も、上記第1及び第2実施形態と同様の効果を得る。
In the above description, the case where the two
11,11′ 燃料集合体
11−2 燃料集合体
11′−2 燃料集合体
11A 燃料集合体
12 燃料棒
14 水ロッド
14A 水チャンネル
11, 11 'Fuel assembly 11-2 Fuel assembly 11'-2
Claims (7)
水ロッド又は水チャンネルを前記正方格子状配列の略中央部領域に配置し、
前記燃料棒を、燃料有効長が通常の通常燃料棒と、燃料有効長が通常よりも短い短尺燃料棒とで構成し、
前記正方格子状配列の最外周層には前記ウラン燃料棒を配置し、
前記正方格子状配列の最外周層から2層目を含みそれより内側の領域のうち、2層目の4つのコーナー位置である(2,2)、(2,n−1)、(n−1,2)、(n−1,n−1)には前記ウラン燃料棒を配置するとともに、残りの位置の前記通常燃料棒としては、可燃性毒物入りの複数の前記ウラン燃料棒と、プルトニウム富化度が互いに同一である複数の前記MOX燃料棒とを配置したことを特徴とするMOX燃料集合体。 MOX fuel assembly for boiling water reactors in which a plurality of MOX fuel rods containing uranium / plutonium mixed oxide fuel and a plurality of uranium fuel rods containing uranium oxide fuel are arranged in a square grid of n rows and n columns In
A water rod or a water channel is disposed in a substantially central region of the square lattice arrangement;
The fuel rod is composed of a normal fuel rod having a normal fuel active length and a short fuel rod having a fuel active length shorter than normal,
The uranium fuel rods are arranged on the outermost peripheral layer of the square lattice arrangement,
(2, 2), (2, n−1), (n−) which are the four corner positions of the second layer in the region including the second layer from the outermost peripheral layer of the square lattice arrangement. 1, 2), (n-1, n-1), the uranium fuel rods are arranged, and the remaining normal fuel rods include a plurality of uranium fuel rods containing flammable poisons, plutonium A MOX fuel assembly comprising a plurality of the MOX fuel rods having the same enrichment degree.
前記可燃性毒物入りの複数のウラン燃料棒は、すべて前記正方格子状配列の最外周層から2層目に配置されていることを特徴とするMOX燃料集合体。 The MOX fuel assembly according to claim 1, wherein
The MOX fuel assembly, wherein the plurality of uranium fuel rods containing the flammable poisons are all arranged in the second layer from the outermost peripheral layer of the square lattice array.
水ロッド又は水チャンネルを前記正方格子状配列の略中央部領域に配置し、
前記燃料棒を、燃料有効長が通常の通常燃料棒と、燃料有効長が通常よりも短い短尺燃料棒とで構成し、
前記複数のMOX燃料棒を、プルトニウム富荷度が相対的に低い低富荷度MOX燃料棒と、プルトニウム富荷度が相対的に高い高富荷度MOX燃料棒とで構成し、
前記正方格子状配列の最外周層には前記ウラン燃料棒を配置し、
前記正方格子状配列の最外周層から2層目を含みそれより内側の領域のうち、前記低富荷度MOX燃料棒を、少なくとも4つのコーナー位置である(2,2)、(2,n−1)、(n−1,2)、(n−1,n−1)を含む前記2層目に配置するとともに、残りの位置の前記通常燃料棒としては、複数の前記高富荷度MOX燃料棒を配置したことを特徴とするMOX燃料集合体。 MOX fuel assembly for boiling water reactors in which a plurality of MOX fuel rods containing uranium / plutonium mixed oxide fuel and a plurality of uranium fuel rods containing uranium oxide fuel are arranged in a square grid of n rows and n columns In
A water rod or a water channel is disposed in a substantially central region of the square lattice arrangement;
The fuel rod is composed of a normal fuel rod having a normal fuel active length and a short fuel rod having a fuel active length shorter than normal,
The plurality of MOX fuel rods are composed of a low-load MOX fuel rod having a relatively low plutonium load and a high-load MOX fuel rod having a relatively high plutonium load,
The uranium fuel rods are arranged on the outermost peripheral layer of the square lattice arrangement,
In the region including the second outermost layer from the outermost circumferential layer of the square lattice arrangement and the inner side thereof, the low load MOX fuel rods are at least four corner positions (2, 2), (2, n -1), (n-1, 2), (n-1, n-1) including the second layer including the normal fuel rods at the remaining positions. A MOX fuel assembly comprising fuel rods.
前記可燃性毒物入りの複数のウラン燃料棒は、すべて前記正方格子状配列の最外周層に配置されていることを特徴とするMOX燃料集合体。 The MOX fuel assembly according to claim 3, wherein
The MOX fuel assembly, wherein the plurality of uranium fuel rods containing the flammable poison are all arranged in the outermost peripheral layer of the square lattice array.
前記可燃性毒物入りの複数のウラン燃料棒は、前記最外周層のうち、4つのコーナー位置に隣接する位置にさらに隣接する位置に設けられていることを特徴とするMOX燃料集合体。 The MOX fuel assembly according to claim 4, wherein
The MOX fuel assembly, wherein the plurality of uranium fuel rods containing the flammable poison are provided at positions further adjacent to positions adjacent to four corner positions in the outermost peripheral layer.
前記正方格子状配列の最外周層から2層目のなす4辺のうち、4つのコーナー位置と各辺の略中央とに位置する燃料棒を、それぞれ前記短尺燃料棒としたことを特徴とするMOX燃料集合体。 The MOX fuel assembly according to claim 1 or 3,
Of the four sides formed by the second layer from the outermost peripheral layer of the square lattice arrangement, the fuel rods positioned at four corner positions and approximately the center of each side are respectively the short fuel rods. MOX fuel assembly.
前記正方格子状配列の最外周層のなす4辺のうち各辺の略中央に位置する燃料棒と、最も内側の層において前記水ロッド又は水チャンネルの近傍に位置する燃料棒とを、それぞれ前記短尺燃料棒としたことを特徴とするMOX燃料集合体。
The MOX fuel assembly according to claim 1 or 3,
A fuel rod located at the approximate center of each of the four sides formed by the outermost peripheral layer of the square lattice array, and a fuel rod located near the water rod or water channel in the innermost layer, respectively. A MOX fuel assembly characterized by a short fuel rod.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003335155A JP2005098924A (en) | 2003-09-26 | 2003-09-26 | Mox fuel assembly |
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JP2003335155A JP2005098924A (en) | 2003-09-26 | 2003-09-26 | Mox fuel assembly |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2005098924A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012008083A (en) * | 2010-06-28 | 2012-01-12 | Nuclear Fuel Ind Ltd | Set of mox fuel assemblies |
JP2013217715A (en) * | 2012-04-06 | 2013-10-24 | Global Nuclear Fuel-Japan Co Ltd | Fuel assembly |
-
2003
- 2003-09-26 JP JP2003335155A patent/JP2005098924A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2013217715A (en) * | 2012-04-06 | 2013-10-24 | Global Nuclear Fuel-Japan Co Ltd | Fuel assembly |
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