JP2006329867A - Fuel assembly for boiling water reactor, group of fuel assembly and reactor core - Google Patents
Fuel assembly for boiling water reactor, group of fuel assembly and reactor core Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006329867A JP2006329867A JP2005155603A JP2005155603A JP2006329867A JP 2006329867 A JP2006329867 A JP 2006329867A JP 2005155603 A JP2005155603 A JP 2005155603A JP 2005155603 A JP2005155603 A JP 2005155603A JP 2006329867 A JP2006329867 A JP 2006329867A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel
- fuel rods
- plutonium
- uranium
- rod
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Abstract
Description
本発明は、ウラン・プルトニウム混合酸化物を用いた沸騰水型原子炉用燃料集合体、燃料集合体の組、及び炉心に関するものである。 The present invention relates to a boiling water nuclear reactor fuel assembly using a uranium / plutonium mixed oxide, a set of fuel assemblies, and a core.
使用済原子燃料を再処理して得られたプルトニウム(以下、Puという)を混合したウラン・プルトニウム混合酸化物燃料(以下、MOX燃料という)を軽水炉に装荷するいわゆるプルサーマル計画が現在進行している。MOX燃料の設計においては、MOX燃料の経済性、Pu消費などの観点から、複数の設計概念が考えられる。 A so-called pull thermal project is currently underway to load uranium / plutonium mixed oxide fuel (hereinafter referred to as MOX fuel) mixed with plutonium (hereinafter referred to as Pu) obtained by reprocessing spent nuclear fuel into a light water reactor. . In designing the MOX fuel, a plurality of design concepts can be considered from the viewpoint of the economics of the MOX fuel, Pu consumption, and the like.
例として、MOX集合体の製造体数及び輸送体数の低減を重視する設計概念、MOX燃料棒の製造本数の低減とともに炉心装荷Pu量の増大を重視する設計概念などが有効な設計概念として考えられる。ここで、核分裂性プルトニウム富化度(以下、「Puf富化度」と記す)種類を含めMOX燃料棒の種類を単一とした場合、燃料棒製造コストの低減等の利点がある(例えば、特許文献1参照)。 For example, a design concept that emphasizes the reduction in the number of manufactured MOX assemblies and the number of transporters, and a design concept that emphasizes an increase in the amount of core load Pu along with a reduction in the number of MOX fuel rods manufactured are considered effective design concepts. It is done. Here, when a single MOX fuel rod type including a fissile plutonium enrichment (hereinafter referred to as “Puf enrichment”) type is used, there are advantages such as a reduction in fuel rod manufacturing cost (for example, Patent Document 1).
従って、MOX燃料棒の富化度種類を単一とする設計(単一富化度設計)は、MOX燃料設計の有望な概念の1つである。以下、単一富化度のMOX燃料について説明する。沸騰水型原子炉は炉心内で減速材が沸騰するため、集合体内の減速材分布に偏りが生じひいては集合体内出力分布に歪みが生じる。これを緩和し集合体内の出力分布を平坦化するため集合体内に濃縮度分布若しくは富化度分布を持たせる必要がある。 Therefore, a design with a single enrichment type of MOX fuel rods (single enrichment design) is one of the promising concepts of MOX fuel design. Hereinafter, a single enrichment MOX fuel will be described. In a boiling water reactor, the moderator boiles in the core, and therefore the distribution of the moderator in the assembly is biased, and the power output distribution in the assembly is distorted. In order to alleviate this and flatten the output distribution in the assembly, it is necessary to have a concentration distribution or enrichment distribution in the assembly.
MOX燃料棒のPuf富化度を全て同一とした単一富化度MOX燃料集合体については、集合体内の出力分布を緩和するためにはPuを含まないウラン燃料棒及びPuを含まず可燃性毒物を含有する可燃性毒物入り燃料棒を適度に配置する必要があり、MOX燃料棒及びウラン燃料棒の配置の工夫が必要であるとともに、ウラン燃料棒に対して濃縮度分布を適切に設定する必要がある。 For a single enriched MOX fuel assembly with the same Puf enrichment of the MOX fuel rods, uranium fuel rods that do not contain Pu and flammable materials that do not contain Pu in order to reduce the power distribution within the assembly It is necessary to arrange fuel rods containing combustible poisons containing poisons in an appropriate manner, and it is necessary to devise the arrangement of MOX fuel rods and uranium fuel rods, and to set the enrichment distribution appropriately for uranium fuel rods. There is a need.
このため、集合体内のMOX燃料棒本数は一般的に集合体内燃料棒本数の1/3以下、即ち,集合体内のMOX重金属割合は1/3以下である。ところで、現行の軽水炉においては、炉心内のMOX重金属重量割合が1/3程度までは従来のウラン燃料炉心と同様の設計が可能であるとされている。 Therefore, the number of MOX fuel rods in the assembly is generally 1/3 or less of the number of fuel rods in the assembly, that is, the MOX heavy metal ratio in the assembly is 1/3 or less. By the way, in the present light water reactor, it is said that the design similar to the conventional uranium fuel core is possible until the weight ratio of MOX heavy metal in the core is about 1/3.
Puの有効な消費の観点からは炉心内のMOX重金属重量を1/3を超えない範囲で、可能な限り高めることが望ましい。 From the viewpoint of effective consumption of Pu, it is desirable to increase the weight of MOX heavy metal in the core as much as possible within a range not exceeding 1/3.
前述のとおり単一富化度MOX集合体内のMOX重金属割合は一般的に1/3以下であるので、単一富化度MOX集合体を装荷した炉心において、炉心内MOX重金属割合を1/3を超えない範囲で可能な限り高めるためには、炉心内の燃料集合体の全数を当該MOX集合体とする必要がある。 As described above, the MOX heavy metal ratio in the single enriched MOX aggregate is generally 1/3 or less. Therefore, in the core loaded with the single enriched MOX aggregate, the MOX heavy metal ratio in the core is reduced to 1/3. In order to increase as much as possible within a range that does not exceed, the total number of fuel assemblies in the core must be the MOX assemblies.
この場合、サイクル長さの変動等に柔軟に対応するために、反応度調整を容易にする方法として、可燃性毒物入り燃料棒本数の異なる複数のタイプの燃料を準備しておくことが極めて好ましい。 In this case, in order to flexibly cope with fluctuations in cycle length, etc., it is highly preferable to prepare a plurality of types of fuels having different numbers of fuel rods containing flammable poisons as a method for facilitating the adjustment of the reactivity. .
可燃性毒物添加量の異なる2種類の取替燃料を用いて炉心を構成することを2ストリームと呼ぶが、この2ストリーム用に設計された燃料集合体の組としては例えば特許2958861号に示された概念が有効である(例えば、特許文献2参照)。 The construction of a core using two types of replacement fuels with different flammable poison addition amounts is called two streams. A set of fuel assemblies designed for these two streams is disclosed in, for example, Japanese Patent No. 2958861. This concept is effective (see, for example, Patent Document 2).
これは、可燃性毒物入り燃料棒の本数の多い第2集合体において、可燃性毒物入り燃料棒本数の少ない第1集合体よりも水ロッドに隣接する可燃性毒物入り燃料棒本数を多くしたものである。しかしながら、本概念は主にMOX燃料棒を含まない燃料集合体に対して最適化されたものであり、特に単一富化度のMOX燃料棒を使用するに当たってはその特性に配慮した設計が望まれる。
また一方、MOX燃料集合体1体当たりの取出エネルギを大きくして平均取出燃焼度を向上させるため、よりPuf富化度を高めるための開発が実施されている。Puf富化度を高め、かつ集合体内でMOX燃料棒の富化度を1種類とすると、MOX燃料棒の出力が過度に増大し、燃料健全性に悪影響を及ぼす可能性が高まる。更に、Puf富化度の増大に際しては、中性子スペクトルが硬化するため可燃性毒物価値が劣化する。このため、可燃性毒物入り燃料棒の配置を適切に選択する必要がある。 On the other hand, in order to increase the extraction energy per MOX fuel assembly and improve the average extraction burn-up, development has been carried out to further increase the Puf enrichment. If the Puf enrichment is increased and the MOX fuel rod enrichment is one kind in the assembly, the output of the MOX fuel rods will increase excessively, and the possibility of adversely affecting the fuel integrity increases. Further, when the Puf enrichment is increased, the neutron spectrum is hardened and the value of the flammable poison is deteriorated. For this reason, it is necessary to appropriately select the arrangement of fuel rods containing flammable poisons.
可燃性毒物価値を高める手段として、可燃性毒物入り燃料棒をスペクトルの軟らかくなる位置、すなわち水ギャップに隣接する位置(集合体最外周位置)におく方法が有効である。 As a means for increasing the value of the flammable poison, it is effective to place the fuel rod containing the flammable poison at a position where the spectrum becomes soft, that is, a position adjacent to the water gap (an outermost periphery position of the assembly).
しかしながら、本方法は制御棒価値を低下させるなどの悪影響が懸念されるため、ここでは可燃性毒物入り燃料棒を集合体内周部に適切に配置する方法を優先させる。この場合、可燃性毒物入り燃料棒本数の異なる2タイプの燃料を用意する場合にも同様に両者に対して最適化を図ることが必要である。 However, since this method has a concern about adverse effects such as lowering the value of the control rod, priority is given here to a method in which the fuel rod containing the flammable poison is appropriately arranged around the inner periphery of the assembly. In this case, when preparing two types of fuels having different numbers of fuel rods containing combustible poisons, it is necessary to optimize both of them in the same manner.
また、例えば現在のウラン燃料において応力評価等の燃料棒の熱・機械設計で想定しているペレット最高燃焼度は75000MWd/tであり、MOX燃料についてもこの値を超えないように設計することが要求される。 Also, for example, in the current uranium fuel, the pellet maximum burnup assumed in the thermal / mechanical design of the fuel rod for stress evaluation and the like is 75000 MWd / t, and the MOX fuel can be designed not to exceed this value. Required.
この制限値は燃料健全性に係り、検証済みデータが拡充しない限り、現状での伸長は困難と考えられる。単一富化度MOX燃料棒を使用する場合には、燃料棒燃焼度や燃料ペレット燃焼度の増大が富化度を増加させる際の大きな障害となっており、従来からも十分検討されていなかった新たな課題である。取出平均燃焼度45000MWd/tを目指した従来の単一富化度設計においては、ペレット燃焼度75000MWd/tの制限値を満足して、かつPuf富化度を5.0wt%以上に高めることが極めて困難であった。 This limit value is related to fuel soundness, and unless the verified data is expanded, it is considered difficult to expand at present. When using single enrichment MOX fuel rods, the increase in fuel rod burnup and fuel pellet burnup is a major obstacle to increasing enrichment and has not been fully studied in the past. It is a new issue. In the conventional single enrichment design aiming at an extraction average burnup of 45000 MWd / t, it is possible to satisfy the limit value of pellet burnup of 75000 MWd / t and increase the Puf enrichment to 5.0 wt% or more. It was extremely difficult.
本発明は、高富化度化を目指した沸騰水型原子炉用MOX燃料において、単一富化度のMOX燃料棒を使用するに当たってペレット最高燃焼度に対する余裕を十分に確保し、かつ反応度制御に適した沸騰水型原子炉用燃料集合体、燃料集合体の組、及び炉心を得ることを目的とする。 In the MOX fuel for boiling water reactors aiming at high enrichment, the present invention ensures sufficient margin for the maximum burnup of pellets when using a single enriched MOX fuel rod, and controls reactivity. It is an object of the present invention to obtain a boiling water reactor fuel assembly, a set of fuel assemblies, and a core suitable for the above.
請求項1に記載された発明に係る沸騰水型原子炉用燃料集合体は、核燃料物質からなる燃料ペレットを被覆管内に充填した燃料棒群が、正方格子状配列に規則正しく配置されると共に、この格子配列のほぼ中央位置に燃料棒複数本相当の領域を占める非沸騰領域である水ロッドを備え、
前記燃料棒群として、核分裂性プルトニウム富化度が1種類かつ5wt%以上の複数本のウラン・プルトニウム混合酸化物燃料棒と、プルトニウムを含有しない複数本のウラン酸化物燃料棒と、プルトニウムを含有しない複数本の可燃性毒物入りウラン酸化物燃料棒とを備えた沸騰水型原子炉用燃料集合体において、
ウラン・プルトニウム混合酸化物燃料棒が、最外周を除いて、尚且つ、水ロッド隣接位置を除いて配置され、
前記可燃性毒物入り燃料棒が、水ロッドに隣接する領域に、配置されていることを特徴とするものである。
In the fuel assembly for a boiling water reactor according to the first aspect of the present invention, the fuel rod group in which the fuel pellets made of nuclear fuel material are filled in the cladding tube is regularly arranged in a square lattice array, A water rod that is a non-boiling region that occupies an area corresponding to a plurality of fuel rods at a substantially central position of the lattice arrangement,
As the fuel rod group, one or more uranium / plutonium mixed oxide fuel rods having a fissile plutonium enrichment of 5 wt% or more, a plurality of uranium oxide fuel rods not containing plutonium, and plutonium A boiling water reactor fuel assembly comprising a plurality of uranium oxide fuel rods containing flammable poisons,
The uranium / plutonium mixed oxide fuel rods are arranged except for the outermost periphery and excluding the position adjacent to the water rod,
The fuel rod containing the flammable poison is arranged in a region adjacent to the water rod.
請求項2に記載された発明に係る沸騰水型原子炉用燃料集合体の組は、請求項1に記載された沸騰水型原子炉用燃料集合体のうち、平均二酸化プルトニウム富化度が互いに同等で可燃性毒物の量が互いに異なる2ストリーム用取り替え燃料集合体を構成する第1と第2の燃料集合体からなる沸騰水型原子炉用燃料集合体の組であって、
第1の燃料集合体は、前記可燃性毒物入り燃料棒の全てが、水ロッドに隣接する領域に配置され、それ以外の領域には前記可燃性毒物入り燃料棒が配置されず、
第2の燃料集合体は、前記可燃性毒物入り燃料棒本数が、第1の燃料集合体よりも多く、水ロッドに隣接する領域の全てと最外周を除く内周領域とに配置されていることを特徴とするものである。
The set of boiling water reactor fuel assemblies according to the invention described in
In the first fuel assembly, all of the fuel rods containing flammable poisons are arranged in a region adjacent to the water rod, and the fuel rods containing flammable poisons are not arranged in other regions,
The second fuel assembly has more fuel rods containing the combustible poison than the first fuel assembly, and is disposed in the entire region adjacent to the water rod and the inner peripheral region excluding the outermost periphery. It is characterized by this.
請求項3に記載された発明に係る沸騰水型原子炉炉心は、請求項2に記載された第1の燃料集合体及び/又は第2の燃料集合体を装荷したものである。
A boiling water reactor core according to the invention described in
本発明においては、核分裂性プルトニウム富化度を単一とした単一富化度ウラン・プルトニウム混合酸化物燃料棒を使用する場合に、燃料棒や燃料ペレットの最高燃焼度に対する余裕を確保した上で核分裂性プルトニウム富化度を増大させた沸騰水型原子炉用燃料集合体を提供できるという効果がある。更に、可燃性毒物入り燃料棒本数の異なる2種類の沸騰水型原子炉用燃料集合体からなる組を用いることで、反応度制御が容易な沸騰水型原子炉炉心を提供できるという効果がある。 In the present invention, when a single enriched uranium / plutonium mixed oxide fuel rod having a single fissile plutonium enrichment is used, a margin for the maximum burnup of the fuel rod and fuel pellet is secured. Thus, it is possible to provide a fuel assembly for a boiling water reactor having an increased enrichment level of fissile plutonium. Furthermore, by using a set of two types of fuel assemblies for boiling water reactors with different numbers of fuel rods containing flammable poisons, there is an effect that it is possible to provide a boiling water reactor core in which reactivity control is easy. .
本発明においては、燃料棒群として、核分裂性プルトニウム富化度が1種類かつ5wt%以上の複数本のウラン・プルトニウム混合酸化物燃料棒と、プルトニウムを含有しない複数本のウラン酸化物燃料棒と、プルトニウムを含有しない複数本の可燃性毒物入りウラン酸化物燃料棒とを備えた沸騰水型原子炉用燃料集合体において、ウラン・プルトニウム混合酸化物燃料棒が、最外周を除いて、尚且つ、水ロッド隣接位置を除いて配置され、前記可燃性毒物入り燃料棒が、水ロッドに隣接する領域に、配置されているため、ウラン・プルトニウム混合酸化物燃料棒(以下MOX燃料棒)を高い核分裂性プルトニウム富化度(以下Puf富化度)で、かつ富化度種類を1種類として使用する場合に、燃料健全性の確保及び経済性にすぐれた燃料を提供できる。 In the present invention, as a fuel rod group, a plurality of uranium / plutonium mixed oxide fuel rods having one kind of fissile plutonium enrichment and 5 wt% or more, and a plurality of uranium oxide fuel rods not containing plutonium, In the boiling water nuclear reactor fuel assembly comprising a plurality of uranium oxide fuel rods containing flammable poisons that do not contain plutonium, the uranium / plutonium mixed oxide fuel rods, except for the outermost periphery, and Since the fuel rod containing the flammable poison is disposed in a region adjacent to the water rod, the uranium / plutonium mixed oxide fuel rod (hereinafter referred to as MOX fuel rod) is high. Fuel with excellent fuel integrity and economic efficiency when used as a single fissionable plutonium enrichment (hereinafter referred to as Puf enrichment). It can be provided.
即ち、MOX燃料棒が、最外周を除いて、尚且つ、水ロッド隣接位置を除いて配置され、可燃性毒物入り燃料棒が、水ロッドに隣接する領域に配置されているため、燃焼初期の局所ピーキング係数は大きいものの、燃焼の進行に応じて局所ピーキング係数の値が減少し、燃焼末期においては従来設計例の値よりも小さくなる。 That is, since the MOX fuel rods are arranged except for the outermost periphery and excluding the position adjacent to the water rod, and the fuel rod containing the flammable poison is arranged in the region adjacent to the water rod, Although the local peaking coefficient is large, the value of the local peaking coefficient decreases with the progress of combustion, and becomes smaller than the value of the conventional design example at the end of combustion.
これは、従来設計例では高富化度のMOX燃料棒を水ロッドに隣接させ、燃焼を通じて反応度が高まる領域に配置したことによるものであるのに対し、本発明では、可燃性毒物入り燃料棒が水ロッドに隣接する領域に配置されているため、燃焼末期において水ロッドに隣接した位置における燃料棒の反応度が過度に高まらないようにしたためである。 In the conventional design example, this is because the highly enriched MOX fuel rod is disposed adjacent to the water rod and disposed in a region where the reactivity increases through combustion, whereas in the present invention, the fuel rod containing a combustible poison is used. This is because the reactivity of the fuel rod at the position adjacent to the water rod at the end of combustion is prevented from excessively increasing because the fuel is disposed in the region adjacent to the water rod.
即ち、従来設計例は可燃性毒物効果の観点から可燃性毒物入り燃料棒の配置が最適化されているものの、燃焼を通じた局所ピーキング係数の傾向については何ら配慮がなされていないのに対し、可燃性毒物入り燃料棒を全て水ロッド隣接位置に配置する本発明は、燃焼中期以降の局所ピーキング係数の低減に及ぼす効果が極めて大きくなる。 That is, in the conventional design example, although the arrangement of the fuel rods containing the flammable poison is optimized from the viewpoint of the flammable poison effect, no consideration is given to the tendency of the local peaking coefficient through the combustion. The present invention in which all the fuel rods containing the toxic poisons are arranged at positions adjacent to the water rod is extremely effective in reducing the local peaking coefficient after the middle stage of combustion.
この結果、本発明では、ペレット最高燃焼度の設計値に対し十分な余裕を持たせたうえ、さらなる高富化度化を達成することができる。なお、本発明の燃料集合体は燃焼初期の局所ピーキング係数が大きいものの、燃料棒本数の多い集合体においては、最大線出力密度等の熱的余裕の制限値に対する裕度は十分大きく、問題となることはない。 As a result, in the present invention, it is possible to achieve a further increase in enrichment while providing a sufficient margin for the design value of the maximum pellet burnup. Although the fuel assembly of the present invention has a large local peaking coefficient at the initial stage of combustion, the assembly with a large number of fuel rods has a sufficiently large margin for the limit value of the thermal margin such as the maximum linear power density. Never become.
また、別の発明である沸騰水型原子炉用燃料集合体の組は、平均二酸化プルトニウム富化度が互いに同等で可燃性毒物の量が互いに異なる2ストリーム用取り替え燃料集合体を構成するにあたり、第1の燃料集合体は、前記可燃性毒物入り燃料棒の全てが水ロッドに隣接する領域に配置され、第2の燃料集合体は、前記可燃性毒物入り燃料棒本数が第1の燃料集合体よりも多く、水ロッドに隣接する領域の全てと最外周を除く内周領域とに配置されている。 In addition, a set of fuel assemblies for boiling water reactors, which is another invention, constitutes a two-stream replacement fuel assembly having an average plutonium dioxide enrichment and different amounts of combustible poisons. The first fuel assembly is disposed in a region where all of the fuel rods containing flammable poisons are adjacent to the water rod, and the second fuel assembly is configured such that the number of fuel rods containing flammable poisons is the first fuel assembly. More than the body, it is arranged in all the areas adjacent to the water rod and the inner peripheral area excluding the outermost periphery.
これにより、サイクル初期の反応度の調整幅を増大させ、サイクル長さの変動等に対する柔軟性を増大させることができる。またPuの同位体組成は一般に設計時と製造時に異なるため、同一のPuf富化度としてもPuf割合が異なり、無限増倍率の燃焼変化に差異を生じる可能性があるが、本発明ではこのようなPu同位体組成の変化に対する柔軟性も大きくなる。更に、燃焼末期の局所ピーキング係数は従来設計例よりも小さくすることができる。 Thereby, the adjustment range of the reactivity at the beginning of the cycle can be increased, and the flexibility with respect to fluctuations in the cycle length and the like can be increased. In addition, since the isotope composition of Pu is generally different at the time of design and manufacture, there is a possibility that even if the same Puf enrichment degree, the Puf ratio is different and there is a possibility that a difference in combustion change at an infinite multiplication factor will occur. Flexibility with respect to changes in the Pu isotopic composition is also increased. Furthermore, the local peaking coefficient at the end of combustion can be made smaller than in the conventional design example.
更に、第1の燃料集合体及び/又は第2の燃料集合体を装荷した2ストリーム炉心では、ペレット最高燃焼度に対する余裕を増大させることができ、かつ、反応度制御のより容易な炉心を構成することができる。 Furthermore, in the two-stream core loaded with the first fuel assembly and / or the second fuel assembly, a margin for the maximum burnup of the pellet can be increased, and a core with easier reactivity control can be configured. can do.
比較例1,2
沸騰水型原子炉用燃料集合体の断面において、水ギャップに隣接した領域(集合体最外周領域)では中性子スペクトルが軟らかく、出力が過大となりやすくなる。更に、周囲を水ギャップに囲まれたコーナ部はより出力が過大となり、これを回避するため、コーナ部の濃縮度若しくはPuf富化度は他領域より小さくすることが通常である。MOX燃料棒のPuf富化度を単一とし、かつ富化度を高める場合にはMOX燃料棒を最外周に配置する設計は困難であり、MOX燃料棒は最外周以外の集合体内周部に配置することが望ましい。
Comparative Examples 1 and 2
In the cross section of the fuel assembly for a boiling water reactor, the neutron spectrum is soft in the region adjacent to the water gap (the outermost peripheral region of the assembly), and the output tends to be excessive. Further, the corner portion surrounded by the water gap has an excessive output, and in order to avoid this, it is usual to make the corner portion enrichment or Puf enrichment smaller than other regions. If the MOX fuel rods have a single Puf enrichment and the enrichment level is increased, it is difficult to design the MOX fuel rods on the outermost periphery. It is desirable to arrange.
また、MOX燃料集合体においては、中性子スペクトルが硬くなり可燃性毒物の価値が小さくなる傾向にあるため可燃性毒物入り燃料棒の配置を最適化する必要がある。中性子スペクトルの軟らかい水ギャップに隣接した位置に可燃性毒物入り燃料棒を配置することにより、可燃性毒物価値は高まるが、制御棒価値の劣化及び水ギャップ部に存在する炉内核計装系の感度劣化といった問題点が生じる可能性がある。 Further, in the MOX fuel assembly, since the neutron spectrum tends to be hard and the value of the combustible poison tends to be reduced, it is necessary to optimize the arrangement of the fuel rods containing the combustible poison. By placing a fuel rod containing a combustible poison at a position adjacent to the soft water gap in the neutron spectrum, the value of the combustible poison increases, but the deterioration of the control rod value and the sensitivity of the in-core nuclear instrumentation system existing in the water gap. Problems such as deterioration may occur.
図8は係る条件を反映させた従来の設計例を示したものであり、9×9格子配列で、中央部3×3の9本の燃料棒を占める領域に角形の水ロッドWを配したものである。本燃料集合体はタイプ1のMOX燃料棒、タイプ2〜4のウラン燃料棒及びタイプG1、G2の可燃性毒物入り燃料棒からなる単一富化度MOX燃料集合体である。タイプ1のPuf富化度は5.5wt%と高くし、かつ最外周以外の集合体内周部の2層目と水ロッドに隣接した位置に配置されている。
FIG. 8 shows an example of a conventional design that reflects such conditions. A square water rod W is arranged in a region occupying nine fuel rods in the
また、G1、G2の可燃性毒物入り燃料棒は集合体の最外周を除く位置に分散して配置されており、可燃性毒物入り燃料棒本数はG1とG2あわせて12本である。タイプ1のMOX燃料棒の母材は劣化ウランである。タイプ2〜4のウラン燃料棒及びタイプG1、G2の可燃性毒物入り燃料棒の上下端には劣化ウランブランケットを用いている。
In addition, the fuel rods containing flammable poisons G1 and G2 are dispersed and arranged at positions excluding the outermost periphery of the assembly, and the number of fuel rods containing flammable poisons is 12 in total including G1 and G2. The base material of
ウラン燃料棒の濃縮度分布はAが最高濃縮度の燃料ペレットを使用し、以下順にB、Cと燃料ペレットの濃縮度が低くなっている。可燃性毒物の混合率はα<β<γとなっており、可燃性毒物入り燃料棒はPuを含んでおらず、濃縮度は中間濃縮度Bとなっている。 The enrichment distribution of the uranium fuel rods uses fuel pellets with A being the highest enrichment, and the enrichments of B, C, and fuel pellets become lower in the following order. The mixing ratio of the combustible poison is α <β <γ, the fuel rod containing the combustible poison does not contain Pu, and the enrichment is the intermediate enrichment B.
図9もまた従来の設計例を示したものであり、図8に示した燃料集合体に対し、可燃性毒物入り燃料棒を4本加え、可燃性毒物入り燃料棒本数をG1とG2あわせて16本としたものである。 FIG. 9 also shows a conventional design example. Four fuel rods containing combustible poisons are added to the fuel assembly shown in FIG. 8, and the number of fuel rods containing combustible poisons is set to G1 and G2. The number is 16.
図8、図9の燃料集合体をそれぞれ従来設計例1、従来設計例2とし、以下、従来設計例と本発明の実施例により本発明について詳細に説明する。なお、従来設計例と実施例ともに、Puf割合は67wt%の標準組成である。 The fuel assemblies in FIGS. 8 and 9 are referred to as Conventional Design Example 1 and Conventional Design Example 2, respectively, and the present invention will be described in detail below with reference to the conventional design examples and the embodiments of the present invention. In both the conventional design example and the example, the Puf ratio is a standard composition of 67 wt%.
実施例1
本発明の第1の実施例として、9×9格子配列で、中央部3×3の9本の燃料棒を占める領域に角形の水ロッドWを配した燃料集合体を図1に示す。本燃料集合体は、タイプ1のMOX燃料棒、タイプ2〜4のウラン燃料棒及びタイプG1、G2の可燃性毒物入り燃料棒からなる単一富化度燃料集合体であり、全てのタイプの燃料棒本数及び濃縮度分布並びに可燃性毒物混合率は図8に示した従来設計例1と同じであるが、タイプ1燃料棒とタイプG2燃料棒の集合体内配置が異なっている。
Example 1
As a first embodiment of the present invention, FIG. 1 shows a fuel assembly in which a square water rod W is arranged in a region occupying nine fuel rods in a
即ち、本実施例においては、タイプ1のMOX燃料棒をすべて最外周領域及び水ロッドに隣接した領域以外の領域に配置し、可燃性毒物入り燃料棒をすべて水ロッドに隣接した領域に配置したものである。
That is, in this embodiment, all the
図2に、図8及び図1に示した燃料集合体の下部断面における局所ピーキング係数の燃焼変化を示す。従来設計例1においては、燃焼を通じて局所ピーキング係数はほぼ一定であり、燃焼末期においても高い局所ピーキング係数の値を維持している。 FIG. 2 shows the combustion change of the local peaking coefficient in the lower section of the fuel assembly shown in FIGS. In Conventional Design Example 1, the local peaking coefficient is substantially constant throughout combustion, and a high local peaking coefficient value is maintained even at the end of combustion.
一方、本発明の実施例1では、従来設計例1と比較して、燃焼初期の局所ピーキング係数は大きいものの、燃焼の進行に応じて局所ピーキング係数の値が減少し、燃焼末期においては従来設計例の値よりも小さくなる。これは、従来設計例1では高富化度のMOX燃料棒を水ロッドに隣接させ、燃焼を通じて反応度が高まる領域に配置したことによるものであるのに対し、実施例1においては可燃性毒物入り燃料棒をすべて水ロッドに隣接した位置に配置し、燃焼末期において水ロッドに隣接した位置における燃料棒の反応度が過度に高まらないようにしたことによる。 On the other hand, in Example 1 of the present invention, although the local peaking coefficient at the initial stage of combustion is larger than that in the conventional design example 1, the value of the local peaking coefficient decreases with the progress of combustion, and the conventional design is achieved at the end of combustion. Less than the example value. This is because in the conventional design example 1, the highly enriched MOX fuel rod is placed adjacent to the water rod and arranged in a region where the reactivity increases through combustion, whereas in the first design example, a combustible poison is contained. This is because all the fuel rods are arranged at a position adjacent to the water rod so that the reactivity of the fuel rod at the position adjacent to the water rod at the end of combustion is not excessively increased.
即ち、従来設計例1は可燃性毒物効果の観点から可燃性毒物入り燃料棒の配置が最適化されているものの、燃焼を通じた局所ピーキング係数の傾向については何ら配慮がなされていないのに対し、可燃性毒物入り燃料棒を全て水ロッド隣接位置に配置する実施例1の設計は、燃焼中期以降の局所ピーキング係数の低減に及ぼす効果が極めて大きいことがわかる。 That is, in the conventional design example 1, although the arrangement of the fuel rods containing the combustible poison is optimized from the viewpoint of the combustible poison effect, no consideration is given to the tendency of the local peaking coefficient through the combustion, It can be seen that the design of Example 1 in which all the fuel rods containing flammable poisons are arranged adjacent to the water rod has a great effect on the reduction of the local peaking coefficient after the middle stage of combustion.
この結果、燃焼末期に局所ピーキング係数が大きい従来設計例1の場合、ペレット最高燃焼度が大きくなってしまい、例えばペレット最高燃焼度の設計値を75000MWd/tとした場合に、これ以上のPuf富化度の増大が困難となるのに対し、実施例1の設計においては、ペレット最高燃焼度の設計値に対し十分な余裕を持たせたうえ、さらなる高富化度化を達成することができる。なお、本発明の燃料集合体は燃焼初期の局所ピーキング係数が大きいものの、本実施例に示す9×9格子のように燃料棒本数の多い集合体においては、最大線出力密度等の熱的余裕の制限値に対する裕度は十分大きく、問題となることはない。 As a result, in the case of the conventional design example 1 in which the local peaking coefficient is large at the end of combustion, the maximum pellet burnup becomes large. For example, when the design value of the maximum pellet burnup is set to 75000 MWd / t, more Puf rich While it is difficult to increase the degree of conversion, in the design of Example 1, it is possible to achieve a further increase in enrichment while providing a sufficient margin for the design value of the maximum pellet burnup. Although the fuel assembly of the present invention has a large local peaking coefficient at the initial stage of combustion, an assembly having a large number of fuel rods such as the 9 × 9 lattice shown in this embodiment has a thermal margin such as the maximum linear power density. The margin for the limit value is sufficiently large and will not be a problem.
実施例2
本発明の第2の実施例として、9×9格子配列で、中央部3×3の9本の燃料棒を占める領域に角形の水ロッドWを配した燃料集合体を図3に示す。本集合体は実施例1の燃料集合体に対して、可燃性毒物入り燃料棒の本数を4本増やしたものであり、タイプ1のMOX燃料棒、タイプ2〜4のウラン燃料棒及びタイプG1、G2の可燃性毒物入り燃料棒からなる単一富化度燃料集合体である。
Example 2
As a second embodiment of the present invention, FIG. 3 shows a fuel assembly in which a square water rod W is arranged in a region occupying nine fuel rods in a
また、本燃料集合体は、全てのタイプの燃料棒本数及び濃縮度分布並びに可燃性毒物混合率は図9に示した従来設計例2と同じであるが、タイプ1燃料棒とタイプG2の燃料棒配置が異なっている。すなわち本実施例においては、タイプ1のMOX燃料棒をすべて最外周領域及び水ロッドに隣接した領域以外の領域に配置し、可燃性毒物入り燃料棒を水ロッドに隣接した位置及び集合体最外周から1層内側の領域に配置した。
Further, this fuel assembly has the same number of fuel rods, enrichment distribution, and flammable poison mixing ratio as in the conventional design example 2 shown in FIG. 9, but the
図4は図3及び図9に示した燃料集合体の下部断面における局所ピーキング係数の燃焼変化を示す線図である。図4に示すとおり、局所ピーキング係数の傾向は実施例1と従来設計例1の比較の場合と同様であるが、実施例2においては、実施例1の集合体に対して可燃性毒物入り燃料棒を4本追加するに当たって、局所ピーキング係数が高まりやすい位置に可燃性毒物入り燃料棒を新たに配置することによって燃焼初期の無限増倍率及び局所ピーキング係数の双方を抑制することができる。 FIG. 4 is a diagram showing the combustion change of the local peaking coefficient in the lower section of the fuel assembly shown in FIGS. As shown in FIG. 4, the tendency of the local peaking coefficient is the same as in the comparison between Example 1 and Conventional Design Example 1, but in Example 2, a fuel containing a flammable poison with respect to the assembly of Example 1 When four rods are added, both the infinite multiplication factor in the early stage of combustion and the local peaking coefficient can be suppressed by newly arranging the fuel rod containing a flammable poison at a position where the local peaking coefficient tends to increase.
また、図5は図1及び図3に示した実施例の下部断面における無限増倍率の燃焼変化を示す線図である。図6は図8及び図9に示した従来設計例の下部断面における無限増倍率の燃焼変化を示す線図である。図5と図6の比較より、可燃性毒物入り燃料棒本数の異なる2つの燃料タイプで炉心を構成した2ストリーム炉心の場合、従来設計例1、2の組合せでは燃焼初期の反応度差が約7%Δkであるのに対し、実施例1、2の組合せでは燃焼初期の反応度差が約10%Δkである。 FIG. 5 is a diagram showing a combustion change at infinite multiplication factor in the lower cross section of the embodiment shown in FIGS. FIG. 6 is a diagram showing a combustion change at an infinite multiplication factor in the lower section of the conventional design example shown in FIGS. From the comparison between FIG. 5 and FIG. 6, in the case of the two-stream core in which the core is configured with two fuel types having different numbers of fuel rods containing flammable poisons, in the combination of the conventional design examples 1 and 2, the reactivity difference at the initial stage of combustion is about In contrast to the 7% Δk, in the combination of Examples 1 and 2, the reactivity difference at the initial stage of combustion is about 10% Δk.
このことにより、実施例1、2の組合せで炉心を構成した場合、実施例1と実施例2の燃料集合体の体数を調整することにより、サイクル初期の反応度の調整幅が増大する。即ち、サイクル長さの変動等に対する柔軟性が増大することを意味する。またPuの同位体組成は一般に設計時と製造時に異なるため、同一のPuf富化度としてもPuf割合が異なり、無限増倍率の燃焼変化に差異を生じる可能性がある。本発明はこのようなPu同位体組成の変化に対する柔軟性も大きい。更に、燃焼末期の局所ピーキング係数は従来設計例1、2よりも実施例1、2の方が小さい。 Accordingly, when the core is configured by the combination of the first and second embodiments, the adjustment range of the reactivity at the beginning of the cycle is increased by adjusting the number of the fuel assemblies of the first and second embodiments. That is, it means that the flexibility with respect to fluctuations in cycle length and the like is increased. Further, since the isotope composition of Pu is generally different at the time of design and at the time of manufacture, there is a possibility that even if the same Puf enrichment degree, the Puf ratio is different and there is a difference in combustion change at an infinite multiplication factor. The present invention is also very flexible with respect to such changes in Pu isotope composition. Further, the local peaking coefficient at the end of combustion is smaller in Examples 1 and 2 than in Conventional Design Examples 1 and 2.
以上説明したとおり、実施例1、2の燃料集合体を組合せた2ストリーム炉心によって、ペレット最高燃焼度に対する余裕を増大させることができ、かつ、反応度制御のより容易な炉心を構成することができる。
As described above, the two-stream core combining the fuel assemblies of
なお、従来設計例の燃料集合体を装荷した平衡炉心においては、最大線出力密度は制限値に対して十分な余裕があるものの、ペレット最高燃焼度は約73000MWd/tとなるため、さらなる富化度増大が不可能なことはもとより、制限値に対する裕度が小さく、Puf富化度5.5wt%を達成することは実質困難である。 In the equilibrium core loaded with the fuel assembly of the conventional design example, although the maximum linear power density has a sufficient margin with respect to the limit value, the maximum pellet burnup is about 73000 MWd / t, so further enrichment is achieved. In addition to the fact that the degree of increase is not possible, the tolerance to the limit value is small, and it is practically difficult to achieve a Puf enrichment of 5.5 wt%.
図7は実施例1と実施例2の燃料集合体のみを装荷した平衡炉心の最大線出力密度の燃焼変化を示す線図である。本実施例においては図2に示した通り、従来設計例よりも燃焼初期の局所ピーキング係数が若干増大する傾向があるものの、燃焼を通じて最大線出力密度は制限値に対して十分な余裕がある。またペレット最高燃焼度は69000MWd/t未満であり、75000MWd/tに対して十分な余裕を確保することができる。これによってさらなる富化度増大も可能となる。 FIG. 7 is a diagram showing the combustion change of the maximum linear power density of the equilibrium core loaded with only the fuel assemblies of Example 1 and Example 2. In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the local peaking coefficient at the initial stage of combustion tends to slightly increase as compared with the conventional design example, but the maximum linear power density through the combustion has a sufficient margin for the limit value. Moreover, the maximum burnup of the pellet is less than 69000 MWd / t, and a sufficient margin can be secured for 75000 MWd / t. As a result, the enrichment can be further increased.
Claims (3)
前記燃料棒群として、核分裂性プルトニウム富化度が1種類かつ5wt%以上の複数本のウラン・プルトニウム混合酸化物燃料棒と、プルトニウムを含有しない複数本のウラン酸化物燃料棒と、プルトニウムを含有しない複数本の可燃性毒物入りウラン酸化物燃料棒とを備えた沸騰水型原子炉用燃料集合体において、
ウラン・プルトニウム混合酸化物燃料棒が、最外周を除いて、尚且つ、水ロッド隣接位置を除いて配置され、
前記可燃性毒物入り燃料棒が、水ロッドに隣接する領域に、配置されていることを特徴とする沸騰水型原子炉用燃料集合体。 A group of fuel rods filled with fuel pellets made of nuclear fuel material in a cladding tube is regularly arranged in a square lattice array, and is a non-boiling region occupying an area corresponding to a plurality of fuel rods at substantially the center position of the lattice array. With a water rod,
As the fuel rod group, one or more uranium / plutonium mixed oxide fuel rods having a fissile plutonium enrichment of 5 wt% or more, a plurality of uranium oxide fuel rods not containing plutonium, and plutonium A boiling water reactor fuel assembly comprising a plurality of uranium oxide fuel rods containing flammable poisons,
The uranium / plutonium mixed oxide fuel rods are arranged except for the outermost periphery and excluding the position adjacent to the water rod,
A fuel assembly for a boiling water reactor, wherein the fuel rod containing a combustible poison is disposed in a region adjacent to a water rod.
第1の燃料集合体は、前記可燃性毒物入り燃料棒の全てが、水ロッドに隣接する領域に配置され、それ以外の領域には前記可燃性毒物入り燃料棒が配置されず、
第2の燃料集合体は、前記可燃性毒物入り燃料棒本数が、第1の燃料集合体よりも多く、水ロッドに隣接する領域の全てと最外周を除く内周領域とに配置されていることを特徴とする沸騰水型原子炉用燃料集合体の組。 Among the fuel assemblies for boiling water reactors according to claim 1, the first and second replacement fuel assemblies constituting the two-stream replacement fuel assemblies having the same average plutonium dioxide enrichment and different amounts of combustible poisons. A set of fuel assemblies for a boiling water reactor comprising a second fuel assembly,
In the first fuel assembly, all of the fuel rods containing flammable poisons are arranged in a region adjacent to the water rod, and the fuel rods containing flammable poisons are not arranged in other regions,
The second fuel assembly has more fuel rods containing the combustible poison than the first fuel assembly, and is disposed in the entire region adjacent to the water rod and the inner peripheral region excluding the outermost periphery. A set of fuel assemblies for boiling water reactors.
A boiling water reactor core loaded with the first fuel assembly and / or the second fuel assembly according to claim 2.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005155603A JP4713224B2 (en) | 2005-05-27 | 2005-05-27 | Boiling water reactor fuel assembly set and core |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005155603A JP4713224B2 (en) | 2005-05-27 | 2005-05-27 | Boiling water reactor fuel assembly set and core |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006329867A true JP2006329867A (en) | 2006-12-07 |
JP4713224B2 JP4713224B2 (en) | 2011-06-29 |
Family
ID=37551696
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005155603A Expired - Fee Related JP4713224B2 (en) | 2005-05-27 | 2005-05-27 | Boiling water reactor fuel assembly set and core |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4713224B2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009162739A (en) * | 2007-12-13 | 2009-07-23 | Hitachi-Ge Nuclear Energy Ltd | Fuel assembly |
JP2012008083A (en) * | 2010-06-28 | 2012-01-12 | Nuclear Fuel Ind Ltd | Set of mox fuel assemblies |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03246488A (en) * | 1990-02-26 | 1991-11-01 | Toshiba Corp | Fuel assembly for thermal neutron type reactor |
JPH1090460A (en) * | 1996-09-20 | 1998-04-10 | Toshiba Corp | Fuel assembly |
JPH10170678A (en) * | 1996-12-09 | 1998-06-26 | Hitachi Ltd | Fuel assembly |
-
2005
- 2005-05-27 JP JP2005155603A patent/JP4713224B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03246488A (en) * | 1990-02-26 | 1991-11-01 | Toshiba Corp | Fuel assembly for thermal neutron type reactor |
JPH1090460A (en) * | 1996-09-20 | 1998-04-10 | Toshiba Corp | Fuel assembly |
JPH10170678A (en) * | 1996-12-09 | 1998-06-26 | Hitachi Ltd | Fuel assembly |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009162739A (en) * | 2007-12-13 | 2009-07-23 | Hitachi-Ge Nuclear Energy Ltd | Fuel assembly |
JP2012008083A (en) * | 2010-06-28 | 2012-01-12 | Nuclear Fuel Ind Ltd | Set of mox fuel assemblies |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP4713224B2 (en) | 2011-06-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3063768B1 (en) | A fuel assembly for a nuclear reactor | |
JP7011542B2 (en) | Fast reactor core | |
JP4713224B2 (en) | Boiling water reactor fuel assembly set and core | |
JP2008170454A (en) | Mox fuel assembly for pressurized water reactor | |
JP3874466B2 (en) | Fuel assembly | |
JP4526076B2 (en) | Light water reactor fuel assemblies and cores loaded with them | |
JP2004020463A (en) | Fuel assembly and nuclear reactor core | |
JP4040888B2 (en) | Fuel assembly | |
JP2006208391A (en) | Fuel assembly and core of reactor | |
JP3514869B2 (en) | Fuel assemblies for boiling water reactors | |
JP2007225624A (en) | Reactor core | |
JP5085522B2 (en) | Reactor core for long-term continuous operation | |
JP3916807B2 (en) | MOX fuel assembly | |
JPS60201284A (en) | Fuel aggregate | |
JP3075749B2 (en) | Boiling water reactor | |
JP4198397B2 (en) | Nuclear reactor core | |
JP3485956B2 (en) | Reactor core and its fuel assembly | |
JP3894784B2 (en) | Fuel loading method for boiling water reactor | |
JPS63127190A (en) | Nuclear reactor fuel aggregate | |
JP2005098924A (en) | Mox fuel assembly | |
JP2577367B2 (en) | Fuel assembly | |
JP2005265696A (en) | Fuel assembly for boiling water type atomic reactor | |
JP2003262692A (en) | Boiling water reactor fuel assembly and determination method for fuel arrangement in the fuel assembly | |
JP2012141210A (en) | Initial core of boiling water reactor | |
JPH09166678A (en) | Mox fuel assembly |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070803 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100901 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20101101 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20101208 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110204 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20110316 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20110324 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |