JP2009008407A - Fuel assembly - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the scram-transient characteristics and stability of a boiling water reactor without lowering the economical efficiency of it. <P>SOLUTION: The percentage of the volume of a deficient region to that in the case where a nuclear fuel material is accommodated all over an active fuel section in all tetragonal lattice positions is set between 3% and 6% inclusive by keeping a fuel assembly where fuel rods are laid out at least a part of tetragonal lattice positions of N rows and N columns equipped with partially deficient fuel rods with deficient regions accommodating no nuclear fuel material which are formed in the range extending downward from the upper end of the active fuel section beyond 1/6 of the active fuel length A. This makes it possible to load more nuclear fuel materials than the loaded volume of a nuclear fuel material of 9 rows and 9 columns (A type) and to improve the scram-transient characteristics such as ΔMCPR and stability. Similar effects can also be obtained by forming a deficient region ranging downward from the upper end of the active fuel section beyond 1/6 of the active fuel length in fuel rods of the number between 1/5 and 1/3 inclusive of N<SP>2</SP>and by other methods. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、沸騰水型原子炉に装荷される燃料集合体に関する。   The present invention relates to a fuel assembly loaded in a boiling water reactor.

図52は、典型的な沸騰水型原子力発電プラント(BWR)の一部の模式的な断面とともに示すブロック図である。BWRでは、原子炉格納容器1内に原子炉圧力容器2が設けられている。この原子炉圧力容器2内には、冷却水4、複数の燃料集合体および制御棒などからなる炉心3が収容されている。   FIG. 52 is a block diagram with a schematic cross section of a portion of a typical boiling water nuclear power plant (BWR). In the BWR, a reactor pressure vessel 2 is provided in a reactor containment vessel 1. The reactor pressure vessel 2 accommodates a reactor core 3 composed of cooling water 4, a plurality of fuel assemblies, control rods, and the like.

冷却水4は、再循環系8により強制循環されており、炉心3でウラン235(U235)などの核分裂により発生した熱を受けることにより、飽和水と飽和蒸気が混合した状態となり、炉心3の上部に移動する。この飽和蒸気は、気水分離器および蒸気乾燥器により乾燥状態となり、原子炉圧力容器2に接続された主蒸気配管系9を介してタービン10に送られタービン10を駆動させる。このタービン10の駆動により発電機15が回転され、発電する。   The cooling water 4 is forcibly circulated by the recirculation system 8 and receives heat generated by nuclear fission such as uranium 235 (U235) in the core 3, so that saturated water and saturated steam are mixed, and the core 3 Move to the top. The saturated steam is dried by the steam separator and the steam dryer, and is sent to the turbine 10 via the main steam piping system 9 connected to the reactor pressure vessel 2 to drive the turbine 10. The generator 15 is rotated by driving the turbine 10 to generate electricity.

タービン10で仕事をした蒸気は、復水器16内に導入されて復水となり、復水ポンプ17で昇圧、給水加熱器18で昇温された後に給水ポンプ19により再度原子炉圧力容器2内に供給される。   The steam that has worked in the turbine 10 is introduced into the condenser 16 to become condensate. After the pressure is increased by the condensate pump 17 and the temperature is raised by the feed water heater 18, the steam is again fed into the reactor pressure vessel 2 by the feed water pump 19. To be supplied.

図53は、BWRの典型的な運転特性を示す図である。通常の運転は定格出力曲線、設計流量制御曲線、安定性制限曲線、最低ポンプ速度曲線、キャビテーション制限曲線、最大ポンプ速度曲線の各線上と、それらによって囲まれた領域内と、自然循環曲線上で行われる。図53に示した例では、定格出力は炉心流量が85%(A点)〜105%(B点)にかけて達成されている。原子炉の運転は、通常、サイクル初期では85%流量近傍にあり、冷却材流量増による反応度利得を利用するためにサイクル燃焼度が進むに従い高流量側に移動し、サイクル末期では105%流量近傍となる。   FIG. 53 is a diagram showing typical operating characteristics of the BWR. Normal operation is performed on the rated output curve, design flow control curve, stability limit curve, minimum pump speed curve, cavitation limit curve, maximum pump speed curve, in the area surrounded by them, and on the natural circulation curve. Done. In the example shown in FIG. 53, the rated output is achieved when the core flow rate is 85% (point A) to 105% (point B). Reactor operation is usually near the 85% flow rate at the beginning of the cycle, moves to a higher flow rate as the cycle burnup progresses to take advantage of the reactivity gain due to the increased coolant flow rate, and 105% flow rate at the end of the cycle. It becomes a neighborhood.

また、炉心軸方向出力分布は、通常、サイクル初期では下歪みとなるよう炉心核設計を行い、炉心出口でのボイド率を高めている。これにより、ウラン238(U238)からの核分裂性物質であるプルトニウム239(Pu239)の生成が促進される。サイクル中期〜末期にかけては、U235に加えてPu239を燃焼させる運転となるため、炉心軸方向出力分布は上歪み傾向となる。経済性を向上させた炉心では、炉心流量調整と、軸方向出力分布調整を可能とする燃料集合体核設計(軸方向濃縮度分布、Gd入り燃料棒の本数など)、および、炉心設計(集合体装荷パターン、制御棒パターンなど)を適切に組み合わせている。   In addition, the core nuclear power design is usually performed so that the core axial power distribution has a lower strain at the beginning of the cycle, and the void ratio at the core outlet is increased. This promotes the generation of plutonium 239 (Pu239), which is a fissile material, from uranium 238 (U238). From the middle to the end of the cycle, the operation is to burn Pu239 in addition to U235, so the power distribution in the core axis direction tends to be distorted. In the core with improved economic efficiency, the fuel assembly core design (axial enrichment distribution, number of fuel rods containing Gd, etc.) and the core design (assembly) Body loading pattern, control rod pattern, etc.)

図54は、典型的なBWRの炉心を模式的に示す横断面図である。BWRの炉心3には、チャンネルボックスに覆われた燃料集合体30が、制御棒32を囲むように複数装荷されている。チャンネルボックスは、縦に長い薄肉の断面がほぼ正方形の角筒である。また、炉心内には、中性子束を検出するために、複数個の局部出力領域モニタ(LPRM)33が配置されている。   FIG. 54 is a cross-sectional view schematically showing a typical BWR core. A plurality of fuel assemblies 30 covered with a channel box are loaded in the core 3 of the BWR so as to surround the control rod 32. The channel box is a rectangular tube having a vertically long thin cross section having a substantially square shape. Further, a plurality of local output region monitors (LPRM) 33 are arranged in the core for detecting the neutron flux.

図55は、典型的なBWRの炉心を模式的に示す縦断面図である。各燃料集合体30は、炉心支持板34および上部格子板35で支持され、円筒形のシュラウド36に囲まれている。冷却水4は、下方より燃料支持金具37のオリフィスおよび下部タイプレートを経由してチャンネルボックス31内に流入し、燃料集合体30により熱せられ、沸騰により蒸気(ボイド)を発生し、気液二相流となる。典型的な商用BWRの燃料集合体有効長さは、約3.7mである。   FIG. 55 is a longitudinal sectional view schematically showing a typical BWR core. Each fuel assembly 30 is supported by a core support plate 34 and an upper lattice plate 35, and is surrounded by a cylindrical shroud 36. The cooling water 4 flows into the channel box 31 from below through the orifice of the fuel support bracket 37 and the lower tie plate, is heated by the fuel assembly 30, generates steam (void) by boiling, It becomes a phase flow. A typical commercial BWR fuel assembly effective length is about 3.7 m.

このような沸騰水型原子炉における燃料集合体としては、国内で商用の発電が行われて以来、7行7列型、8行8列型、改良8行8列型、高燃焼度化8行8列型、そして、高燃焼度化9行9列型が採用されるに至っている。   As fuel assemblies in such boiling water reactors, 7 rows and 7 columns, 8 rows and 8 columns, improved 8 rows and 8 columns, high burn-up 8 since commercial power generation was performed in Japan. A row 8 column type and a high burnup 9 row 9 column type have been adopted.

図56は、9×9燃料集合体(A型)の一部切り欠き斜視図である。図57は、9×9燃料集合体(A型)の一部拡大一部切り欠き斜視図である。図58は、9×9燃料集合体(A型)を制御棒とともに示す横断面図である。   FIG. 56 is a partially cutaway perspective view of a 9 × 9 fuel assembly (type A). FIG. 57 is a partially enlarged perspective view of the 9 × 9 fuel assembly (A type). FIG. 58 is a cross-sectional view showing a 9 × 9 fuel assembly (type A) together with control rods.

9×9燃料集合体(A型)は、被覆管55に核燃料物質のペレット54を収めた複数の燃料棒71,81およびウォータロッド53を備えている。これらの燃料棒71,81およびウォータロッド53は、上部タイプレート61および下部タイプレート62によって両端が保持される。また、燃料集合体の軸方向には7個のスペーサ63が配置されていて、燃料棒71,81およびウォータロッド53の間隔を保持している。9×9燃料集合体(A型)では、高さが上部タイプレート61まで達しない部分長燃料棒81が8本採用されている。   The 9 × 9 fuel assembly (type A) includes a plurality of fuel rods 71 and 81 and a water rod 53 in which a nuclear fuel material pellet 54 is housed in a cladding tube 55. These fuel rods 71 and 81 and the water rod 53 are held at both ends by an upper tie plate 61 and a lower tie plate 62. Further, seven spacers 63 are arranged in the axial direction of the fuel assembly, and the distance between the fuel rods 71 and 81 and the water rod 53 is maintained. In the 9 × 9 fuel assembly (type A), eight partial-length fuel rods 81 whose height does not reach the upper tie plate 61 are employed.

燃料集合体30は、一般的に原子炉の炉心3に格子状に装荷される。燃料集合体30が格子状に装荷された場合、減速材である水の分布は、炉心上部では相対的にウォータロッド53の部分と隣合うチャンネルボックス31の間の部分(水ギャップ部)に多くなる。   The fuel assembly 30 is generally loaded in a lattice shape on the core 3 of the nuclear reactor. When the fuel assembly 30 is loaded in a lattice shape, the distribution of water as a moderator is relatively large in the portion (water gap portion) between the channel box 31 adjacent to the water rod 53 portion in the upper part of the core. Become.

図59は、9×9燃料集合体(A型)を装荷した炉心についてのサイクル初期とサイクル末期での炉心平均軸方向出力分布の例を示すグラフである。   FIG. 59 is a graph showing an example of core average axial power distribution at the beginning and end of a cycle for a core loaded with a 9 × 9 fuel assembly (type A).

9×9燃料集合体(A型)は、高燃焼度化8行8列型の燃料集合体に比べて、燃料集合体30当たりの核分裂性物質の収容量が増加し、燃料集合体30内濃縮度分布の適切化と可燃性毒物の適切配置が施されている。これにより、高燃焼度化と長期運転サイクル化が実現され、炉心3の経済性は向上している。   The 9 × 9 fuel assembly (type A) has an increased amount of fissile material per fuel assembly 30 compared to the high burnup 8-row, 8-column type fuel assembly, and the inside of the fuel assembly 30 Appropriate distribution of enrichment and proper arrangement of flammable poisons. Thereby, high burnup and long-term operation cycle are realized, and the economic efficiency of the core 3 is improved.

9×9燃料集合体(A型)は、高燃焼度化8行8列型の燃料集合体に比べて燃料棒本数の増加によって総伝熱面積が増加するため、限界出力特性が改善される。また、高燃焼度化・長期運転サイクル化に伴う負のボイド係数(またはボイド反応度係数絶対値)増加による核的要因に基づく安定性の悪化は、2本の太径ウォータロッド53の採用などにより抑制されている。   The 9 × 9 fuel assembly (type A) has an increased total heat transfer area due to the increase in the number of fuel rods compared to the high burnup 8-row 8-column type fuel assembly, so that the limit output characteristics are improved. . Moreover, the deterioration of stability based on nuclear factors due to the increase in negative void coefficient (or absolute value of void reactivity coefficient) due to high burnup and long-term operation cycle is due to the adoption of two large diameter water rods 53, etc. It is suppressed by.

集合体格子の増加に伴う二相圧損増加による熱水力的要因に基づく安定性の悪化は、スペーサ圧損係数の低減と8本の部分長燃料棒81、および、高圧損型の下部タイプレート62の採用により抑制されている。すなわち、スペーサ圧損係数の低減と、全長燃料棒71の約2/3の長さ(有効長が約2.2m)を有する8本の部分長燃料棒81は二相流圧損の低減に寄与し、高圧損型の下部タイプレート62は、単相流圧損の増加に寄与している。その結果、全圧損に対する単相流圧損の割合が増加し、炉心の安定性は改善されている。   The deterioration of the stability based on the thermohydraulic factor due to the increase of the two-phase pressure loss accompanying the increase of the assembly lattice is caused by the reduction of the spacer pressure loss coefficient, the eight partial length fuel rods 81, and the high pressure loss type lower tie plate 62. It is suppressed by adoption of. That is, the reduction of the spacer pressure loss coefficient and the eight partial length fuel rods 81 having the length of about 2/3 of the full length fuel rod 71 (effective length is about 2.2 m) contribute to the reduction of the two-phase flow pressure loss. The high pressure loss type lower tie plate 62 contributes to an increase in single phase flow pressure loss. As a result, the ratio of single-phase flow pressure loss to total pressure loss is increased, and the stability of the core is improved.

限界出力特性とは、与えられた運転条件下(出力、流量、圧力、入口エンタルピ)で、その燃料集合体にて遷移沸騰が発生する出力閾値の高低を意味する。限界出力特性は、燃料集合体格子数の他に、炉心燃料格子形状、スペーサタイプ、ウォータロッド本数・形状・配置などによっても影響を受ける。   The limit output characteristic means the level of an output threshold at which transition boiling occurs in the fuel assembly under given operating conditions (output, flow rate, pressure, inlet enthalpy). In addition to the number of fuel assembly lattices, the limit output characteristics are also affected by the core fuel lattice shape, the spacer type, the number, shape, and arrangement of water rods.

このため、新燃料集合体の開発に当たっては、通常、実寸の模擬燃料集合体に対して、BWR運転条件下での熱水力試験を行い、限界出力特性を確認している。さらに、試験結果は、BWR燃料集合体についての熱水力解析コードを用いることにより、「限界クオリティ対沸騰長さ」のタイプの沸騰遷移相関式に整理される。これは、沸騰水型原子炉では、沸騰長さが長くなるに従い、被覆管55を覆う液膜厚さが薄くなり、液膜が消失した高さが遷移沸騰発生点と考えられるためである。   For this reason, when developing a new fuel assembly, a thermal hydraulic test is normally performed on the actual size simulated fuel assembly under the BWR operating condition to confirm the limit output characteristics. Furthermore, the test results are organized into a boiling transition correlation type of “limit quality versus boiling length” type by using a thermal hydraulic analysis code for the BWR fuel assembly. This is because in the boiling water reactor, as the boiling length increases, the liquid film thickness covering the cladding tube 55 becomes thinner, and the height at which the liquid film disappears is considered as the transition boiling occurrence point.

その代表的なものが、GEXL相関式であり、現在運転中の商用BWRでは、燃料集合体タイプ毎に求められたGEXL相関式を基にして、定常運転時の最小限界出力比(Minimum Critical Power Ratio:MCPR)と、過渡時のMCPR変化量(ΔMCPR)が評価される場合が多い。GEXL相関式は、BWRの炉心3の下部領域では、限界出力に対する余裕が大きいことを反映している。   A typical example is the GEXL correlation formula. In the commercial BWR currently in operation, based on the GEXL correlation formula obtained for each fuel assembly type, the minimum critical output ratio (Minimum Critical Power) Ratio: MCPR) and MCPR change amount (ΔMCPR) during transition are often evaluated. The GEXL correlation formula reflects that the margin for the limit power is large in the lower region of the core 3 of the BWR.

BWRが定格出力運転時にタービントリップが発生すると、タービン止め弁が閉止され、タービン蒸気バイパス弁が急開されるのと同時に、制御棒が急速挿入される(原子炉スクラム)。このとき、パイパス弁不作動の場合には、原子炉圧力上昇に伴う炉心内ボイド率の減少により、一時的に炉心に正の反応度が投入されるため、燃料表面熱流束が過渡的に上昇し、MCPRが低下する。MCPRの低下量は、負のボイド係数が大きくなり、制御棒がほぼ全引抜き状態となるサイクル末期にて最大となる。BWRの過渡解析モデルについては、たとえば、非特許文献1に記載されている。   When a turbine trip occurs when the BWR is operating at rated power, the turbine stop valve is closed and the turbine steam bypass valve is opened rapidly, and at the same time, the control rod is rapidly inserted (reactor scram). At this time, when the bypass valve is not operating, the positive surface reactivity is temporarily injected due to the decrease in the void fraction in the core accompanying the increase in the reactor pressure, so the fuel surface heat flux rises transiently. MCPR decreases. The amount of decrease in MCPR is maximized at the end of the cycle when the negative void coefficient increases and the control rod is almost fully pulled out. The BWR transient analysis model is described in Non-Patent Document 1, for example.

図60ないし図62に、9×9燃料A型を全数装荷した従来スクラム採用BWRプラントに関する、タービントリップ・バイパス弁不作動解析結果を示す。この解析結果は、TRACGコードを用いて解析した結果である。   FIG. 60 to FIG. 62 show the results of turbine trip / bypass valve malfunction analysis for a conventional scram BWR plant loaded with all 9 × 9 fuel A types. This analysis result is a result of analysis using the TRACG code.

タービン止め弁閉止直後は、ボイド率減少による正の反応度投入により中性子束は急上昇するが、燃料温度上昇に伴うドップラ効果(負の反応度投入)とスクラムによる大きな負の反応度投入により、中性子束は急減する。炉心流量は、圧力上昇によるボイド率減少を緩和するために、タービントリップ信号にて2台の再循環ポンプがトリップされることから、減少している。また、圧力の上昇は、逃がし安全弁の開放により抑制されている。燃料表面熱流束の過渡的な上昇により、MCPRは一時的に低下するが安全限界MCPR(1.07)まで低下せずに回復し(ΔMCPR=0.25)、沸騰遷移状態に至らずに事象は終息している。   Immediately after the turbine stop valve is closed, the neutron flux rapidly rises due to the positive reactivity injection due to the void fraction reduction, but due to the Doppler effect accompanying the fuel temperature rise (negative reactivity injection) and the large negative reactivity injection due to the scram, Bundles will drop sharply. The core flow rate is decreasing because the two recirculation pumps are tripped by the turbine trip signal in order to mitigate the void rate decrease due to the pressure increase. The rise in pressure is suppressed by opening the relief safety valve. Due to the transient increase in the fuel surface heat flux, MCPR temporarily decreases but recovers without decreasing to the safety limit MCPR (1.07) (ΔMCPR = 0.25), and the event does not reach the boiling transition state. Is over.

安定性とは、プラント起動時または停止時に運転点が低流量/高出力状態となった場合、あるいは、プラントで1台の再循環ポンプのトリップなどの過渡変化が発生し、運転点が低流量/高出力に移行したときの、中性子束振動の減衰特性を意味する。炉心3は、全運転領域で安定であることが望ましく、安定性の判定パラメータである減幅比が1未満であることを示すことにより確認される。逆に、減幅比1に対して余裕の少ない運転領域は、選択制御棒(Selected Rods Insertion:SRI)や安定性制限曲線により除外される。   Stability refers to a low flow rate / high output state when the plant is started or stopped, or a transient change such as a trip of one recirculation pump occurs in the plant, resulting in a low flow point. / This means the damping characteristics of neutron flux oscillation when shifting to high power. The core 3 is desirably stable in the entire operation region, and is confirmed by indicating that the reduction ratio, which is a stability determination parameter, is less than 1. On the other hand, an operation region with a small margin with respect to the reduction ratio 1 is excluded by a selected control rod (Selected Rods Insertion: SRI) or a stability restriction curve.

安定性の種類には、特に最高出力チャンネルの熱水力的な安定性に注目したチャンネル安定性、炉心全体の位相が揃った中性子束振動である炉心安定性(基本モードの安定性)、炉心周方向に対称軸を有し180度位相がずれた中性子束振動である領域安定性(高次モードの安定性)がある。それぞれの安定性の軸方向出力分布への感度は、炉心安定性が一般に平坦な分布ほど厳しい方向であり、チャンネル安定性、領域安定性は下部ピークな分布ほど厳しい方向となっている。炉心安定性では、他の安定性と軸方向出力分布への感度が異なるのは、炉心安定性では核的フィードバックの効果が大きく、これはボイド率の高いところで出力ピークが高いときに、大きな影響となって現れるためである。   The types of stability include channel stability with particular attention to the thermo-hydraulic stability of the highest output channel, core stability (fundamental mode stability), which is neutron flux oscillation with the entire core phase aligned, and core There is region stability (stability of higher-order modes) that is neutron flux oscillation that has an axis of symmetry in the circumferential direction and is 180 degrees out of phase. The sensitivity of each stability to the axial power distribution is more severe as the core stability is generally flat, and the channel stability and region stability are more severe as the lower peak distribution. In the core stability, the sensitivity to the axial power distribution differs from other stability. The core stability has a large effect of nuclear feedback, which has a large effect when the power peak is high at a high void fraction. This is because it appears as

図63は、9×9燃料(A型)を全数装荷したBWRプラントの炉心安定性解析結果を示すグラフである。ここで、安定性解析は、冷却材の再循環系を含むBWR炉心をモデル化した周波数領域の安定性解析コードで行ったものである。   FIG. 63 is a graph showing a core stability analysis result of a BWR plant loaded with all 9 × 9 fuel (type A). Here, the stability analysis is performed using a frequency domain stability analysis code that models a BWR core including a coolant recirculation system.

炉心安定性減幅比は、最低ポンプ速度曲線上の最大出力点で最も大きくなっており、9×9燃料A型を全数装荷した炉心では、減幅比が0.70である。   The core stability reduction ratio is the largest at the maximum output point on the minimum pump speed curve, and the reduction ratio is 0.70 in the core in which all the 9 × 9 fuel A types are loaded.

図64は、9×9燃料集合体(B型)の一部切り欠き斜視図である。図65は、9×9燃料集合体(B型)を制御棒とともに示す横断面図である。9×9燃料集合体(B型)では、燃料集合体内単相部として、燃料棒9本分のウォータチャンネル52が採用されている。   FIG. 64 is a partially cutaway perspective view of a 9 × 9 fuel assembly (type B). FIG. 65 is a cross-sectional view showing a 9 × 9 fuel assembly (type B) together with control rods. In the 9 × 9 fuel assembly (type B), a water channel 52 for nine fuel rods is employed as a single-phase portion in the fuel assembly.

このように、BWR炉心では、各種設計改良により限界出力特性、過渡特性、および、安定性の悪化が抑制されている。他方、ウラン資源の有効利用と使用済燃料発生量の削減を目的として軽水炉燃料の高燃焼度化が進められており、これにともなって10行10列(10×10)燃料の採用が待たれている。このとき、炉心軸方向出力分布、サイクル初期での下歪み分布(入口ピーク)から、サイクル中期から末期にかけての上歪み分布(出口ピーク)までの形状が、より大きなピーキング係数となって出現する方向にある。   As described above, in the BWR core, the deterioration of the limit output characteristic, the transient characteristic, and the stability is suppressed by various design improvements. On the other hand, light water reactor fuels are being burned up for the purpose of effectively using uranium resources and reducing the amount of spent fuel, and with this, the adoption of 10 rows and 10 columns (10 x 10) fuel is awaited. ing. At this time, the shape from the core axis power distribution, the lower strain distribution at the beginning of the cycle (inlet peak) to the upper strain distribution (outlet peak) from the middle to the end of the cycle appears as a larger peaking coefficient. It is in.

高燃焼度化10行10列燃料の設計例は、非特許文献2に記載がある。この例では、部分長燃料棒は、8本から14本が用いられている。また、特許文献1では、10×10燃料で、角型ウォータロッド1本を採用した場合と、2本の太径ウォータロッドを採用した例が開示されている。
特開2005−134179号公報 J. G. M. Andersen、他2名、"Application of Advanced Thermal Hydraulic TRACG Model to Preserve Operating Margins in BWRs at Extended Power Uprate Conditions"、Proceedings of the 2006 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP '06) 、米国、ANS、2006年、p.1066 Nuclear Engineering International、英国、Nuclear Engineering International、2002年9月
Non-patent document 2 describes a design example of high burnup 10-row 10-column fuel. In this example, 8 to 14 partial-length fuel rods are used. Patent Document 1 discloses an example in which one square water rod is employed with 10 × 10 fuel and two large-diameter water rods are employed.
JP 2005-134179 A JGM Andersen and two others, "Application of Advanced Thermal Hydraulic TRACG Model to Preserve Operating Margins in BWRs at Extended Power Uprate Conditions", Proceedings of the 2006 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP '06), USA, ANS, 2006, p.1066 Nuclear Engineering International, UK, Nuclear Engineering International, September 2002

BWRのスクラム特性は、一般に軸方向出力分布が上歪み(炉心出口付近に最大値が出現する)のときに低下する。BWRの定格出力運転時に、たとえばタービントリップ・バイパス弁不作動などの、圧力が上昇する過渡変化が発生すると、炉心内ボイドの一部消滅により原子炉出力が上昇し、燃料の熱的健全性の余裕が低下する方向となる。すなわち、被覆管表面での沸騰状態が、核沸騰から膜沸騰に遷移する可能性が高まる。このため、タービン蒸気止め弁が閉止されたことを検知して、原子炉スクラム信号が発せられる。   The BWR scram characteristic generally decreases when the axial power distribution is strained upward (a maximum value appears near the core outlet). During a BWR rated power operation, if a transient change that increases the pressure occurs, for example, when the turbine trip or bypass valve is not operating, the reactor power will increase due to the disappearance of some voids in the core, and the thermal health of the fuel will The margin will decrease. That is, the possibility that the boiling state on the surface of the cladding tube transitions from nucleate boiling to film boiling increases. Therefore, it is detected that the turbine steam stop valve is closed, and a reactor scram signal is generated.

しかしながら、BWRでは制御棒32が炉心3の下部より挿入されるため、スクラムによる負の反応度投入の効果は炉心3の下部では急速に顕れるが、炉心3の上部に達するまでには数秒間の時間遅れが生じる。このため、軸方向出力分布が上歪みのときは、沸騰遷移への余裕が減少し易く、ΔMCPRが大きくなる傾向がある。サイクル末期では、負のボイド係数が増加する傾向にあることから、炉心運転計画を立てる際には、サイクル末期での軸方向出力分布が極端な上歪みとならないよう注意が必要である。   However, in BWR, since the control rod 32 is inserted from the lower part of the core 3, the effect of negative reactivity injection by the scram appears rapidly in the lower part of the core 3, but it takes several seconds until the upper part of the core 3 is reached. A time delay occurs. For this reason, when the axial output distribution is strained upward, the margin for boiling transition tends to decrease, and ΔMCPR tends to increase. Since the negative void coefficient tends to increase at the end of the cycle, care must be taken when making a core operation plan so that the axial power distribution at the end of the cycle does not become extremely distorted.

BWRのスクラム特性は、制御棒32の挿入速度とも関係する。挿入速度が速い制御棒駆動系を有するプラントは、高速スクラムプラントと呼ばれている。高速スクラムプラントにおいては、定格圧力での全炉心平均でのスクラム時挿入時間は、全ストロークの75%挿入で1.62秒以下となっている。一方、挿入速度が遅い制御棒駆動系を有するプラントは、従来スクラムプラントと呼ばれている。従来スクラムプラントにおいては、平均スクラム時間は全ストロークの90%挿入で3.5秒以下となっている。   The BWR scram characteristics are also related to the insertion speed of the control rod 32. A plant having a control rod drive system with a high insertion speed is called a high-speed scrum plant. In the high-speed scrum plant, the insertion time during scrum at the average pressure of all cores at the rated pressure is 1.62 seconds or less when 75% of the total stroke is inserted. On the other hand, a plant having a control rod drive system with a slow insertion speed is conventionally called a scrum plant. In the conventional scrum plant, the average scrum time is 3.5 seconds or less with 90% insertion of the entire stroke.

高速スクラムプラントでは、出力分布が上歪みの炉心設計でも、従来スクラムプラントと比べて、過渡時のΔMCPRは小さくなっている。また、改良型BWR(ABWR)のスクラム特性は、高速スクラムと従来スクラムの中間的な特性となっている。ABWRにおいては、定格圧力での全炉心平均でのスクラム時挿入時間は、全ストロークの60%挿入で1.44秒以下、100%挿入で2.80秒以下となっている。   In the high-speed scrum plant, ΔMCPR at the time of transition is smaller than that of the conventional scrum plant even in the core design with the power distribution having the upper strain. In addition, the scrum characteristics of the improved BWR (ABWR) are intermediate characteristics between the high-speed scrum and the conventional scrum. In ABWR, the scram insertion time at the average pressure at the rated pressure is 1.44 seconds or less when 60% of all strokes are inserted and 2.80 seconds or less when 100% is inserted.

BWRプラントで発生する運転時の異常な過渡変化には、給水加熱喪失のようにスクラム速度と炉心サイクル燃焼度に殆ど依存しない過渡変化もある。9×9燃料A型を装荷した高速スクラムプラント、ABWRプラント、従来スクラムプラント(サイクル末期炉心)において、発電機負荷遮断・バイパス弁不作動、および、給水加熱喪失が発生したときのΔMCPRの代表的な解析結果を以下に示す。

Figure 2009008407
An abnormal transient change during operation that occurs in a BWR plant includes a transient change that hardly depends on the scram speed and the core cycle burnup, such as loss of feed water heating. Typical ΔMCPR when a generator load shut-off, bypass valve malfunction, and feed water heating loss occur in a high-speed scram plant, ABWR plant, or conventional scrum plant (end-of-cycle core) loaded with 9 × 9 fuel type A The results of the analysis are shown below.
Figure 2009008407

運転上の制限MCPR(OLMCPR)は、安全限界MCPR(SLMCPR。典型値は1.07)に過渡時のΔMCPR最大値を加えることより定まる。したがって、従来スクラムプラントでは、スクラム特性を改善することによりOLMCPRを低減できる。同時に、スクラム特性を改善させる手段を選ぶ場合には、発電機負荷遮断・バイパス弁不作動時のΔMCPRを約0.1低減する手段を選ぶことが重要であり、0.1を超える手段を選択することはOLMCPR低減上は無意味であることも分る。   The operational limit MCPR (OLMCPR) is determined by adding the maximum value of ΔMCPR at the time of transition to the safety limit MCPR (SLMCPR, typically 1.07). Therefore, in the conventional scrum plant, OLMCPR can be reduced by improving the scrum characteristics. At the same time, when selecting a means to improve the scram characteristics, it is important to select a means that reduces ΔMCPR by about 0.1 when the generator load is shut off and the bypass valve is not operating. It can also be seen that doing this is meaningless in reducing OLMCPR.

なお、発電機負荷遮断・バイパス弁不作動時のΔMCPRは、燃料集合体内の水領域(ウォータロッド内断面積)にも依存する。水領域の設計は、圧力上昇過渡時のΔMCPRを緩和する、すなわち負のボイド係数を小さくすることを考慮して行われる。また、流量減少過渡・事故時に正の反応度が投入されないようにする、すなわち、ボイド係数が正にならないようにすることも考慮される。さらに、中性子の効率的な減速による中性子経済の向上、すなわち、燃料サイクル費の低減なども考慮される。   Note that ΔMCPR when the generator load is shut off and the bypass valve is not operating also depends on the water region (the cross-sectional area in the water rod) in the fuel assembly. The design of the water region is performed in consideration of mitigating ΔMCPR during a pressure rise transient, that is, reducing the negative void coefficient. In addition, it is also considered that positive reactivity is not input at the time of flow rate decrease transient or accident, that is, the void coefficient does not become positive. Furthermore, the improvement of the neutron economy by the efficient deceleration of neutrons, that is, the reduction of the fuel cycle cost is considered.

高燃焼度燃料では、燃料棒断面積の7倍〜10倍程度の水領域が採用されている場合がある。これにより、従来スクラムプラントでのΔMCPRは0.02程度の変動幅があるが、スクラム特性の改善によるΔMCPR緩和の要請があることには変わりはない。   In the high burnup fuel, a water region of about 7 to 10 times the cross-sectional area of the fuel rod may be employed. As a result, ΔMCPR in the conventional scrum plant has a fluctuation range of about 0.02, but there is still a demand for mitigating ΔMCPR by improving the scrum characteristics.

原子炉スクラム特性を向上させる手段としては、炉心有効長を短くする方法もある。これにより、炉心出口付近でもスクラムの効果が速やかに顕れることが期待できる。ただし、炉心を短尺化したときには、所用のサイクル燃焼度度を確保することが難しくなる場合があり、燃料の取替体数が増加する傾向になる。また、短尺炉心への集合体装荷体数を増加させる、すなわち炉心等価直径を増大させることは、プラントの大規模な改造が必要となり、非現実的である。   As a means for improving the reactor scram characteristics, there is a method of shortening the effective core length. As a result, it can be expected that the effect of the scram appears immediately near the core exit. However, when the reactor core is shortened, it may be difficult to ensure the required cycle burnup, and the number of fuel replacement bodies tends to increase. Further, increasing the number of assemblies loaded on the short core, that is, increasing the core equivalent diameter, is not realistic because a large-scale modification of the plant is required.

BWR炉心の経済性の一層の向上を目指すために高燃焼度化10×10燃料を導入した場合には、高燃焼度化達成のために燃料ペレット濃縮度が高くなり、核的フィードバック効果が大きくなる。このため、過渡時の燃料熱的健全性の余裕、および、核熱結合の安定性(炉心安定性、領域安定性)の余裕が減少する傾向がある。さらには、サイクル末期での上歪み軸方向出力分布がより大きなピーキング係数を有する傾向がある。したがって、燃料・炉心の健全性上の余裕を減少させることなく、高燃焼度化が達成可能な炉心燃料の実現が待たれている。   When high burnup 10x10 fuel is introduced to further improve the economics of the BWR core, the fuel pellet enrichment increases to achieve high burnup, and the nuclear feedback effect is large. Become. For this reason, there is a tendency that the margin of fuel thermal soundness during transition and the margin of nuclear thermal coupling (core stability, region stability) are reduced. Furthermore, the upper strain axial power distribution at the end of the cycle tends to have a larger peaking coefficient. Therefore, it is awaited to realize a core fuel that can achieve high burnup without reducing the soundness of the fuel / core.

そこで本発明は、BWRの経済性を低下させることなく、スクラム・過渡特性と安定性を向上させることを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to improve scram / transient characteristics and stability without reducing the economics of BWR.

上述の目的を達成するため、本発明は、軸方向に延びる燃料有効部に核燃料物質を収めて沸騰水型原子炉に装荷される燃料集合体において、前記軸方向に垂直な平面が広がる方向のN行N列の正方格子位置の少なくとも一部に配列されて筒状の被覆管の前記燃料有効部の少なくとも一部に前記核燃料物質を収めた燃料棒と、前記燃料棒を下端で支持する下部タイプレートと、前記燃料棒の少なくとも一部を上端で支持する上部タイプレートと、を有し、前記燃料棒は、前記燃料有効部の全体に亘って前記核燃料物質を収めた全長燃料棒と、前記核燃料物質が収められていない欠損領域が前記燃料有効部の上端から下方に前記燃料有効部の長さである燃料有効長の1/6以上延びる範囲に形成された一部欠損燃料棒と、を含み、前記全長燃料棒を前記正方格子位置の全ての位置に配置した場合の前記核燃料物質の体積に対する前記欠損領域の体積の割合は3%以上6%以下であること、を特徴とする。   In order to achieve the above-described object, the present invention provides a fuel assembly in which a nuclear fuel material is placed in an effective fuel portion extending in the axial direction and loaded in a boiling water nuclear reactor, and a plane perpendicular to the axial direction extends. A fuel rod in which the nuclear fuel material is stored in at least a part of the fuel effective portion of a cylindrical cladding tube arranged at least at a part of a square lattice position of N rows and N columns, and a lower part that supports the fuel rod at the lower end A tie plate and an upper tie plate that supports at least a portion of the fuel rod at its upper end, and the fuel rod includes a full length fuel rod containing the nuclear fuel material over the entire fuel effective portion; A partially deficient fuel rod formed in a range in which the deficient region in which the nuclear fuel material is not stored extends from the upper end of the fuel effective portion downward by 1/6 or more of the fuel effective length that is the length of the fuel effective portion; Including the full length fuel rod Said the ratio of the volume of the defect area to the volume of the nuclear fuel material when placed in all positions of the tetragonal lattice positions is less than 3% and not more than 6%, and wherein.

また、本発明は、軸方向に延びる燃料有効部に核燃料物質を収めて沸騰水型原子炉に装荷される燃料集合体において、前記軸方向に垂直な平面が広がる方向のN行N列の正方格子位置の少なくとも一部に配列されて筒状の被覆管の前記燃料有効部の少なくとも一部に前記核燃料物質を収めた燃料棒と、前記燃料棒を下端で支持する下部タイプレートと、前記燃料棒の少なくとも一部を上端で支持する上部タイプレートと、を有し、前記燃料棒は、前記燃料有効部の全体に亘って前記核燃料物質を収めた全長燃料棒と、前記核燃料物質が収められていない欠損領域が前記燃料有効部の上端から下方に前記燃料有効部の長さである燃料有効長の1/6以上延びる範囲に形成されたNの1/5以上1/3以下の本数の一部欠損燃料棒と、を含む、ことを特徴とする。 The present invention also provides an N-row N-column square in a direction in which a plane perpendicular to the axial direction extends in a fuel assembly in which a nuclear fuel material is placed in an axially effective fuel portion and loaded into a boiling water reactor. A fuel rod in which the nuclear fuel material is housed in at least a part of the fuel effective portion of a cylindrical cladding tube arranged at least at a part of the lattice position; a lower tie plate that supports the fuel rod at a lower end; and the fuel An upper tie plate that supports at least a part of the rod at its upper end, and the fuel rod is a full-length fuel rod that contains the nuclear fuel material over the entire fuel effective portion, and the nuclear fuel material is contained in the fuel rod. The number of non-depleted regions formed in a range extending from the upper end of the fuel effective portion downward to 1/6 or more of the fuel effective length, which is the length of the fuel effective portion, between 1/5 and 1/3 of N 2 A partially deficient fuel rod, and It is characterized by that.

また、本発明は、軸方向に延びる燃料有効部に核燃料物質を収めて沸騰水型原子炉に装荷される燃料集合体において、前記軸方向に垂直な平面が広がる方向のN行N列の正方格子位置の少なくとも一部に配列されて筒状の被覆管の前記燃料有効部の少なくとも一部に前記核燃料物質を収めた燃料棒と、前記燃料棒を下端で支持する下部タイプレートと、前記燃料棒の少なくとも一部を上端で支持する上部タイプレートと、を有し、前記燃料棒は、前記燃料有効部の全体に亘って前記核燃料物質を収めて少なくとも前記燃料有効部の下端と前記燃料有効部の長さである燃料有効長の1/12上方に離れた位置から前記燃料有効部の上端と前記燃料有効長の1/12下方に離れた位置までの範囲には濃縮度が天然ウラン以下のウラン以外の前記核燃料物質を収めた全長燃料棒と、濃縮度が天然ウラン以下のウランを収めた欠損領域が前記燃料有効部の上端から下方に前記燃料有効長の1/6以上延びる範囲に形成されたNの1/5以上1/3以下の本数の一部欠損燃料棒と、を含み、前記全長燃料棒を前記正方格子位置の全ての位置に配置した場合の前記核燃料物質の体積に対する前記欠損領域の体積の割合は3%以上6%以下であること、を特徴とする。 The present invention also provides an N-row N-column square in a direction in which a plane perpendicular to the axial direction extends in a fuel assembly in which a nuclear fuel material is placed in an axially effective fuel portion and loaded into a boiling water reactor. A fuel rod in which the nuclear fuel material is housed in at least a part of the fuel effective portion of a cylindrical cladding tube arranged at least at a part of the lattice position; a lower tie plate that supports the fuel rod at a lower end; and the fuel An upper tie plate that supports at least a portion of the rod at its upper end, and the fuel rod contains the nuclear fuel material over the entire fuel effective portion and at least the lower end of the fuel effective portion and the fuel effective The enrichment is less than or equal to natural uranium in a range from a position distant from 1/12 of the effective fuel length, which is the length of the portion, to a position distant from the upper end of the effective fuel portion and 1/12 of the effective fuel length. Nuclei other than uranium Charge and full length fuel rods substances videos, enrichment N 2 for defective areas of matches natural uranium following uranium is formed into 1/6 or extending the range of the fuel effective length downward from the upper end of the fuel effective portion Partly deficient fuel rods of 1/5 or more and 1/3 or less of the number of the deficient regions with respect to the volume of the nuclear fuel material when the full length fuel rods are arranged at all positions of the square lattice position. The volume ratio is 3% or more and 6% or less.

また、本発明は、軸方向に延びる燃料有効部に核燃料物質を収めて沸騰水型原子炉に装荷される燃料集合体において、前記軸方向に垂直な平面が広がる方向のN行N列の正方格子位置の少なくとも一部に配列されて筒状の被覆管の前記燃料有効部の少なくとも一部に前記核燃料物質を収めた燃料棒と、前記燃料棒を下端で支持する下部タイプレートと、前記燃料棒の少なくとも一部を上端で支持する上部タイプレートと、を有し、前記燃料棒は、前記燃料有効部の全体に亘って前記核燃料物質を収めて少なくとも前記燃料有効部の下端と前記燃料有効部の長さである燃料有効長の1/12上方に離れた位置から前記燃料有効部の上端と前記燃料有効長の1/12下方に離れた位置までの範囲には濃縮度が天然ウラン以下のウラン以外の前記核燃料物質を収めた全長燃料棒と、濃縮度が天然ウラン以下のウランを収めた欠損領域が前記燃料有効部の上端から下方に前記燃料有効長の1/6以上延びる範囲に形成されたNの1/5以上1/3以下の本数の一部欠損燃料棒と、を含む、ことを特徴とする。 The present invention also provides an N-row N-column square in a direction in which a plane perpendicular to the axial direction extends in a fuel assembly in which a nuclear fuel material is placed in an axially effective fuel portion and loaded into a boiling water reactor. A fuel rod in which the nuclear fuel material is housed in at least a part of the fuel effective portion of a cylindrical cladding tube arranged at least at a part of the lattice position; a lower tie plate that supports the fuel rod at a lower end; and the fuel An upper tie plate that supports at least a portion of the rod at its upper end, and the fuel rod contains the nuclear fuel material over the entire fuel effective portion and at least the lower end of the fuel effective portion and the fuel effective The enrichment is less than or equal to natural uranium in a range from a position distant from 1/12 of the effective fuel length, which is the length of the portion, to a position distant from the upper end of the effective fuel portion and 1/12 of the effective fuel length. Nuclei other than uranium Charge and full length fuel rods substances videos, enrichment N 2 for defective areas of matches natural uranium following uranium is formed into 1/6 or extending the range of the fuel effective length downward from the upper end of the fuel effective portion Of partially deficient fuel rods in the number of 1/5 or more and 1/3 or less.

また、本発明は、軸方向に延びる燃料有効部に核燃料物質を収めて沸騰水型原子炉に装荷される燃料集合体において、前記軸方向に垂直な平面が広がる方向のN行N列の正方格子位置の少なくとも一部に配列されて筒状の被覆管の前記燃料有効部の少なくとも一部に前記核燃料物質を収めた燃料棒と、前記燃料棒を下端で支持する下部タイプレートと、前記燃料棒の少なくとも一部を上端で支持する上部タイプレートと、を有し、前記燃料棒は、前記燃料有効部の全体に亘って前記核燃料物質の中実ペレットを収めた全長燃料棒と、前記燃料有効部の下端から上方に前記燃料有効部の長さである燃料有効長の1/2以上5/6以下延びる第1の範囲に前記中実ペレットを収め、前記第1の範囲の上端から前記燃料有効部の上端までの第2の範囲に前記中実ペレットと外径が同じで前記中実ペレットの外径の1/4以下の内径を持つ中空ペレットを収めたNの1/3以上の本数の上部中空燃料棒と、を含む、ことを特徴とする。 The present invention also provides an N-row N-column square in a direction in which a plane perpendicular to the axial direction extends in a fuel assembly in which a nuclear fuel material is placed in an axially effective fuel portion and loaded into a boiling water reactor. A fuel rod in which the nuclear fuel material is housed in at least a part of the fuel effective portion of a cylindrical cladding tube arranged at least at a part of the lattice position; a lower tie plate that supports the fuel rod at a lower end; and the fuel An upper tie plate that supports at least a part of the rod at its upper end, and the fuel rod comprises a full-length fuel rod containing solid pellets of the nuclear fuel material over the entire fuel effective portion, and the fuel The solid pellets are accommodated in a first range extending from ½ to 5/6 of the effective fuel length, which is the length of the effective fuel portion, upward from the lower end of the effective portion, and from the upper end of the first range, The second range up to the top of the effective fuel section Including an upper hollow rods of 1/3 or more of the number of N 2 that contains the hollow pellets with less than 1/4 of the inner diameter of the in the outer diameter of the actual pellet and an outer diameter the same as said solid pellets It is characterized by that.

また、本発明は、軸方向に延びる燃料有効部に核燃料物質を収めて沸騰水型原子炉に装荷される燃料集合体において、前記軸方向に垂直な平面が広がる方向のN行N列の正方格子位置の少なくとも一部に配列されて筒状の被覆管の前記燃料有効部の少なくとも一部に前記核燃料物質を収めた燃料棒と、前記燃料棒を下端で支持する下部タイプレートと、前記燃料棒の少なくとも一部を上端で支持する上部タイプレートと、を有し、前記燃料棒は、前記燃料有効部の全体に亘って前記核燃料物質の第1の中実ペレットを収めた全長燃料棒と、前記燃料有効部の下端から上方に前記燃料有効部の長さである燃料有効長の1/2以上5/6以下延びる第1の範囲に前記第1の中実ペレットを収め、前記第1の範囲の上端から前記燃料有効部の上端までの範囲に前記第1の中実ペレットの外径の90%以下の外径を持つ第2の中実ペレットを収めたNの1/3以上の本数の上部細径燃料棒と、を含む、ことを特徴とする。 The present invention also provides an N-row N-column square in a direction in which a plane perpendicular to the axial direction extends in a fuel assembly in which a nuclear fuel material is placed in an axially effective fuel portion and loaded into a boiling water reactor. A fuel rod in which the nuclear fuel material is housed in at least a part of the fuel effective portion of a cylindrical cladding tube arranged at least at a part of the lattice position; a lower tie plate that supports the fuel rod at a lower end; and the fuel An upper tie plate that supports at least a portion of the rod at its upper end; and the fuel rod includes a full length fuel rod containing a first solid pellet of the nuclear fuel material throughout the fuel active portion; The first solid pellets are housed in a first range extending from ½ to 5/6 of the effective fuel length, which is the length of the effective fuel portion, upward from the lower end of the effective fuel portion, From the upper end of the range to the upper end of the fuel effective part Including an upper small diameter fuel rods in the second 1/3 or more of the number of N 2 that contains the solid pellets in a having an outer diameter of less than 90% of the outer diameter of the solid pellets within range of the first It is characterized by that.

また、本発明は、軸方向に延びる燃料有効部に核燃料物質を収めて沸騰水型原子炉に装荷される燃料集合体において、前記軸方向に垂直な平面が広がる方向のN行N列の正方格子位置の少なくとも一部に配列されて筒状の被覆管の前記燃料有効部の少なくとも一部に前記核燃料物質を収めた燃料棒と、前記燃料棒を下端で支持する下部タイプレートと、前記燃料棒の少なくとも一部を上端で支持する上部タイプレートと、を有し、前記燃料棒は、前記燃料有効部の下端から上方に前記燃料有効部の長さである燃料有効長の1/2以上5/6以下延びる範囲に前記核燃料物質を収めてヘリウムを封入した第1のセグメントと、前記第1のセグメントの上端に接続されて前記燃料有効部の上端までの範囲に前記核燃料物質を収めて前記第1のセグメントの初期ヘリウム封入圧の50%以下の圧力でヘリウムを封入したNの1/3以上の本数の上部低加圧燃料棒と、を含む、ことを特徴とする。 The present invention also provides an N-row N-column square in a direction in which a plane perpendicular to the axial direction extends in a fuel assembly in which a nuclear fuel material is placed in an axially effective fuel portion and loaded into a boiling water reactor. A fuel rod in which the nuclear fuel material is housed in at least a part of the fuel effective portion of a cylindrical cladding tube arranged at least at a part of the lattice position; a lower tie plate that supports the fuel rod at a lower end; and the fuel An upper tie plate that supports at least a part of the rod at the upper end, and the fuel rod is ½ or more of the effective fuel length that is the length of the effective fuel portion upward from the lower end of the effective fuel portion. A first segment in which the nuclear fuel material is contained in a range extending 5/6 or less and helium is enclosed, and the nuclear fuel material is contained in a range connected to the upper end of the first segment and up to the upper end of the effective fuel portion. Said first seg Comprising an upper low pressurized fuel rods 1/3 or more the number of N 2 encapsulated helium with 50% or less of the pressure of the cement in the initial helium filling pressure, and wherein the.

また、本発明は、軸方向に延びる燃料有効部に核燃料物質を収めて沸騰水型原子炉に装荷される燃料集合体において、前記軸方向に垂直な平面が広がる方向のN行N列の正方格子位置の少なくとも一部に配列されて筒状の被覆管の前記燃料有効部の少なくとも一部に前記核燃料物質を収めた燃料棒と、前記燃料棒を下端で支持する下部タイプレートと、前記燃料棒の少なくとも一部を上端で支持する上部タイプレートと、を有し、前記燃料棒は、前記燃料有効部の下端から上方に前記燃料有効部の長さである燃料有効長の1/2以上5/6以下延びる第1の範囲に前記核燃料物質を収め、前記範囲の上端から前記燃料有効部の上端までの第2の範囲に平均濃縮度が前記第1の範囲の平均濃縮度の1/1.1以下となるように前記核燃料物質を収めたNの1/3以上の本数の上部低濃縮燃料棒と、を含む、ことを特徴とする。 The present invention also provides an N-row N-column square in a direction in which a plane perpendicular to the axial direction extends in a fuel assembly in which a nuclear fuel material is placed in an axially effective fuel portion and loaded into a boiling water reactor. A fuel rod in which the nuclear fuel material is housed in at least a part of the fuel effective portion of a cylindrical cladding tube arranged at least at a part of the lattice position; a lower tie plate that supports the fuel rod at a lower end; and the fuel An upper tie plate that supports at least a part of the rod at the upper end, and the fuel rod is ½ or more of the effective fuel length that is the length of the effective fuel portion upward from the lower end of the effective fuel portion. The nuclear fuel material is contained in a first range extending 5/6 or less, and an average enrichment in a second range from the upper end of the range to the upper end of the effective fuel portion is 1 / of the average enrichment of the first range. 1.1 to reduce the nuclear fuel material Including 1/3 upper low-enriched fuel rods than in the number of meta-N 2, and characterized in that.

また、本発明は、軸方向に延びる燃料有効部に核燃料物質を収めて沸騰水型原子炉に装荷される燃料集合体において、前記軸方向に垂直な平面が広がる方向のN行N列の正方格子位置の少なくとも一部に配列されて筒状の被覆管の前記燃料有効部の少なくとも一部に前記核燃料物質を収めた燃料棒と、前記燃料棒を下端で支持する下部タイプレートと、前記燃料棒の少なくとも一部を上端で支持する上部タイプレートと、を有し、前記燃料棒は、前記燃料有効部の下端から上方に前記燃料有効部の長さである燃料有効長の1/2以上5/6以下延びる第1の範囲に前記核燃料物質の第1のペレットを収め、前記範囲の上端から前記燃料有効部の上端までの第2の範囲に平均密度が前記第1のペレットの平均密度の1/1.1以下の前記核燃料物質の第2のペレットを収めたNの1/3以上の本数の上部低密度燃料棒と、を含む、ことを特徴とする。 The present invention also provides an N-row N-column square in a direction in which a plane perpendicular to the axial direction extends in a fuel assembly in which a nuclear fuel material is placed in an axially effective fuel portion and loaded into a boiling water reactor. A fuel rod in which the nuclear fuel material is housed in at least a part of the fuel effective portion of a cylindrical cladding tube arranged at least at a part of the lattice position; a lower tie plate that supports the fuel rod at a lower end; and the fuel An upper tie plate that supports at least a part of the rod at the upper end, and the fuel rod is ½ or more of the effective fuel length that is the length of the effective fuel portion upward from the lower end of the effective fuel portion. The first pellet of the nuclear fuel material is accommodated in a first range extending 5/6 or less, and the average density is in the second range from the upper end of the range to the upper end of the fuel effective part. 1 / 1.1 or less of the nuclear fuel Including a second one-third or more of the number of N 2 that contains the pellet of the upper low-density fuel rod quality, and characterized in that.

また、本発明は、軸方向に延びる燃料有効部に核燃料物質を収めて沸騰水型原子炉に装荷される燃料集合体において、前記軸方向に垂直な平面が広がる方向のN行N列の正方格子位置の少なくとも一部に配列されて筒状の被覆管の前記燃料有効部の少なくとも一部に前記核燃料物質を収めた燃料棒と、前記燃料棒を下端で支持する下部タイプレートと、前記燃料棒の少なくとも一部を上端で支持する上部タイプレートと、を有し、前記燃料棒は、前記燃料有効部の下端から上方に前記燃料有効部の長さである燃料有効長の1/2以上5/6以下延びる第1の範囲に前記核燃料物質を収め、前記範囲の上端から前記燃料有効部の上端までの第2の範囲に平均ガドリニア濃度が前記第1の範囲の平均ガドリニア濃度の1/1.1以下となるように前記核燃料物質およびガドリニアを収めたNの1/3以上の本数の上部低濃縮燃料棒と、を含む、ことを特徴とする。 The present invention also provides an N-row N-column square in a direction in which a plane perpendicular to the axial direction extends in a fuel assembly in which a nuclear fuel material is placed in an axially effective fuel portion and loaded into a boiling water reactor. A fuel rod in which the nuclear fuel material is housed in at least a part of the fuel effective portion of a cylindrical cladding tube arranged at least at a part of the lattice position; a lower tie plate that supports the fuel rod at a lower end; and the fuel An upper tie plate that supports at least a part of the rod at the upper end, and the fuel rod is ½ or more of the effective fuel length that is the length of the effective fuel portion upward from the lower end of the effective fuel portion. The nuclear fuel material is contained in a first range extending 5/6 or less, and an average gadolinia concentration in a second range from the upper end of the range to the upper end of the fuel effective part is 1 / of the average gadolinia concentration of the first range. 1.1 or less Including a Kikaku fuel material and 1/3 or more of the number of N 2 of matches gadolinia upper low-enriched fuel rods, and characterized in that.

本発明によれば、BWRの経済性を低下させることなく、スクラム・過渡特性と安定性を向上させることができる。   According to the present invention, scram / transient characteristics and stability can be improved without reducing the economics of BWR.

本発明に係る燃料集合体の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。   An embodiment of a fuel assembly according to the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same or similar structure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

[第1の実施の形態]
図4は、本発明に係る燃料集合体の第1の実施の形態における横断面を模式的に示す、図6および図7におけるZ4−Z4矢視横断面図である。図5は、本発明に係る燃料集合体の第1の実施の形態における横断面を模式的に示す、図6および図7におけるZ5−Z5矢視横断面図である。図6は、図4および図5におけるX6−X6矢視縦断面図である。図7は、図4および図5におけるX7−X7矢視縦断面図である。
[First Embodiment]
FIG. 4 is a cross-sectional view taken along arrows Z4-Z4 in FIGS. 6 and 7, schematically showing a cross-section in the first embodiment of the fuel assembly according to the present invention. FIG. 5 is a cross-sectional view taken along arrows Z5-Z5 in FIGS. 6 and 7, schematically showing a cross-section in the first embodiment of the fuel assembly according to the present invention. 6 is a vertical cross-sectional view taken along arrows X6-X6 in FIGS. 7 is a vertical sectional view taken along arrows X7-X7 in FIGS.

本実施の形態の燃料集合体は、たとえば図52および図54に示した沸騰水型原子力発電所の炉心3に装荷される燃料集合体30である。この燃料集合体30は、燃料棒51と、下部タイプレート62と、上部タイプレート61とを備えている。   The fuel assembly of the present embodiment is a fuel assembly 30 loaded in the core 3 of the boiling water nuclear power plant shown in FIGS. 52 and 54, for example. The fuel assembly 30 includes a fuel rod 51, a lower tie plate 62, and an upper tie plate 61.

燃料棒51は軸方向に垂直な平面、すなわち、炉心3に装荷した場合の水平面の10行10列の正方格子位置の一部に配列されている。燃料棒51は、上下端を端栓で封止された被覆管55に、核燃料物質をウラン酸化物などのペレット54として収容したものである。被覆管55の外径は約10.2mm、装填されるペレット54の直径は約8.8mmである。   The fuel rods 51 are arranged in a part of a 10 × 10 square lattice position in a plane perpendicular to the axial direction, that is, in a horizontal plane when the core 3 is loaded. The fuel rod 51 is obtained by accommodating nuclear fuel material as pellets 54 of uranium oxide in a cladding tube 55 whose upper and lower ends are sealed with end plugs. The outer diameter of the cladding tube 55 is about 10.2 mm, and the diameter of the loaded pellet 54 is about 8.8 mm.

また、この燃料集合体30は、ウォータチャンネル52を有している。ウォータチャンネル52は、(5,5)、(5,6)、(5,7)、(6,5)、(6,6)、(6,7)、(7,5)、(7,6)および(7,7)で表される、燃料棒51の9本分の位置に配置されている。ここで、(i,j)は、上述の正方格子位置のそれぞれを行の番号iおよび列の番号jを表したものである。   The fuel assembly 30 has a water channel 52. The water channel 52 is (5,5), (5,6), (5,7), (6,5), (6,6), (6,7), (7,5), (7, The fuel rods 51 are arranged at positions corresponding to nine fuel rods 51 represented by 6) and (7, 7). Here, (i, j) represents the row number i and the column number j for each of the above-mentioned square lattice positions.

下部タイプレート62は、燃料棒51の下端を支持している。また、上部タイプレート61は、一部の燃料棒51の上端を支持している。また、燃料集合体30は、軸方向に間隔を置いてたとえば8個配置されたスペーサ63を有している。スペーサ63は、下部タイプレート62および上部タイプレート61ともに、燃料棒51を正方格子位置に配置し、それぞれの燃料棒51およびウォータチャンネル52の間隔を保つ役割を持っている。   The lower tie plate 62 supports the lower end of the fuel rod 51. The upper tie plate 61 supports the upper ends of some fuel rods 51. Further, the fuel assembly 30 has, for example, eight spacers 63 arranged at intervals in the axial direction. Both the lower tie plate 62 and the upper tie plate 61 have the function of arranging the fuel rods 51 at the square lattice positions and maintaining the distance between the fuel rods 51 and the water channels 52.

燃料棒51は、10行10列の100個の正方格子位置の内の91箇所に配置されている。いずれかの燃料棒51にペレット54が収められている軸方向の範囲を、燃料有効部と呼ぶこととし、その長さを燃料有効長Aとする。燃料有効部長は、約3.7mである。   The fuel rods 51 are arranged at 91 points out of 100 square lattice positions in 10 rows and 10 columns. A range in the axial direction in which the pellets 54 are stored in any one of the fuel rods 51 is referred to as a fuel effective portion, and the length is referred to as a fuel effective length A. The effective fuel length is about 3.7 m.

本実施の形態の燃料棒51には、燃料有効部の全体に亘ってペレット54を収めた全長燃料棒71と、ペレット54が収められていない欠損領域91,92が形成された一部欠損燃料棒72,82と、がある。全長燃料棒71の全体の長さは、約4mである。一部欠損燃料棒72,82には、下端から上方に約3.0m延びる範囲Bにペレット54が収められている。   The fuel rod 51 of the present embodiment has a full-length fuel rod 71 that contains pellets 54 over the entire effective fuel portion, and partially deficient fuel in which deficient regions 91 and 92 that do not contain pellets 54 are formed. And bars 72 and 82. The total length of the full length fuel rod 71 is about 4 m. The partially deficient fuel rods 72 and 82 contain pellets 54 in a range B extending about 3.0 m upward from the lower end.

本実施の形態では、一部欠損燃料棒72,82には、全長一部欠損燃料棒72と、短尺一部欠損燃料棒81の2種類がある。   In the present embodiment, there are two types of partially missing fuel rods 72, 82, full length partially missing fuel rod 72 and short length partially missing fuel rod 81.

全長一部欠損燃料棒72は、全体として全長燃料棒71と同じ長さであるが、下端から上方に約3.0m延びる範囲Bにペレット54が収められている燃料棒51である。したがって、全長一部欠損燃料棒72の上端は、全長燃料棒71と同様に、上部タイプレート61で支持されている。全長一部欠損燃料棒72は、(1,4)、(1,7)、(4,1)、(7,1)、(10,4)、(10,7)、(4,10)および(7,10)で表される8箇所のそれぞれに配置されている。全長一部欠損燃料棒72の欠損領域92は、プレナムになっている。   The full-length partially deficient fuel rod 72 is a fuel rod 51 having the same length as the full-length fuel rod 71 as a whole, but in which a pellet 54 is accommodated in a range B extending about 3.0 m upward from the lower end. Accordingly, the upper end of the full length partially missing fuel rod 72 is supported by the upper tie plate 61, similarly to the full length fuel rod 71. Partially missing fuel rods 72 are (1,4), (1,7), (4,1), (7,1), (10,4), (10,7), (4,10) And (7, 10). The deficient region 92 of the full length partially deficient fuel rod 72 is a plenum.

短尺一部欠損燃料棒81は、全体として全長燃料棒71よりも短い燃料棒51であり、下端から上方に約3.0m延びる範囲Bにペレット54が収められている。したがって、短尺一部欠損燃料棒81は、上部タイプレート61で支持されていない。短尺一部欠損燃料棒81は、(1,5)、(1,6)、(5,1)、(6,1)、(10,5)、(10,6)、(5,10)、(6,10)、(4,5)、(4,7)、(5,4)、(5,8)、(7,4)、(7,8)、(8,5)および(8,7)で表される16箇所のそれぞれに配置されている。   The short partly deficient fuel rod 81 is a fuel rod 51 shorter than the full length fuel rod 71 as a whole, and the pellets 54 are stored in a range B extending about 3.0 m upward from the lower end. Therefore, the short partially missing fuel rod 81 is not supported by the upper tie plate 61. The short partially missing fuel rods 81 are (1,5), (1,6), (5,1), (6,1), (10,5), (10,6), (5,10) , (6,10), (4,5), (4,7), (5,4), (5,8), (7,4), (7,8), (8,5) and ( It is arranged at each of the 16 locations represented by 8, 7).

この燃料集合体30は、装填されるペレット54の体積、すなわち、燃料有効長にペレット外径を乗じた体積は、約1.95×10cmであり、9×9燃料(A型)の装填燃料体積を約3%上回っている。したがって、9×9燃料(A型)よりも高燃焼度化を達成することができる。 The fuel assembly 30 has a volume of pellets 54 to be loaded, that is, a volume obtained by multiplying the effective fuel length by the pellet outer diameter is about 1.95 × 10 4 cm 3 , and 9 × 9 fuel (type A) Is approximately 3% higher than the loaded fuel volume. Therefore, higher burnup can be achieved than with 9 × 9 fuel (A type).

ウォータチャンネル52の周辺に8本の部分長燃料棒を配置することにより、集合体中央領域での水対ウラン比が増加する。このため、負のボイド係数の低減効果が大きくなる。また、バイパス領域に最も近い集合体外周部の4辺に合計8本の全長一部欠損燃料棒72、および、8本の短尺一部欠損燃料棒81を配置することにより、ボイド係数低減効果が拡大される。さらに、全長一部欠損燃料棒72と短尺一部欠損燃料棒81は、集合体コーナー部を避けて配置されていることから、中性子計装系の一部であるLPRM33への影響は最小限になっている。   By arranging eight part-length fuel rods around the water channel 52, the water to uranium ratio in the central region of the assembly is increased. For this reason, the reduction effect of a negative void coefficient becomes large. In addition, by arranging a total of eight full-length partially missing fuel rods 72 and eight short partially missing fuel rods 81 on the four sides of the outer periphery of the assembly closest to the bypass region, an effect of reducing the void coefficient can be obtained. Enlarged. Further, since the full length partially deficient fuel rod 72 and the short length partially deficient fuel rod 81 are arranged avoiding the assembly corner portion, the influence on the LPRM 33 which is a part of the neutron instrumentation system is minimized. It has become.

また、本実施の形態では、全ての燃料棒51の有効長を同じにした場合に対してペレットが装填されていない欠損領域91,92は、燃料有効長Aの5/6以上、1以下の範囲に存在し、一部欠損燃料棒72,81の本数割合、および、全格子位置に燃料棒を配置した場合の燃料棒の総断面積に対する割合は共に24%である。また、欠損領域91,92の体積の、全格子位置に全長燃料棒71を配置した場合の核燃料物質の装填体積に対する割合は約5%である。   Further, in the present embodiment, when the effective lengths of all the fuel rods 51 are the same, the defect regions 91 and 92 in which the pellets are not loaded are 5/6 or more and 1 or less of the effective fuel length A. The ratio of the number of partially missing fuel rods 72 and 81 existing in the range and the ratio of the fuel rods to the total cross-sectional area when the fuel rods are arranged at all lattice positions are both 24%. Further, the ratio of the volume of the defect regions 91 and 92 to the nuclear fuel material loading volume when the full length fuel rods 71 are arranged at all lattice positions is about 5%.

図8は、本実施の形態における燃料集合体を装荷した炉心のサイクル初期とサイクル末期での炉心平均軸方向出力分布の例を示すグラフである。サイクル末期は、制御棒全引抜き状態である。   FIG. 8 is a graph showing an example of the core average axial power distribution at the beginning and the end of the cycle of the core loaded with the fuel assembly in the present embodiment. At the end of the cycle, the control rod is fully pulled out.

本実施の形態では、燃料集合体30の上部での核燃料物質の大幅な削減により、9×9燃料(A型)を装荷した炉心のサイクル末期での軸方向出力分布の例と比べて、上部(炉心出口)での出力発生割合が約2割減少している。   In the present embodiment, the nuclear fuel material at the upper part of the fuel assembly 30 is significantly reduced, so that the upper part of the core loaded with 9 × 9 fuel (type A) is compared with the example of the axial power distribution at the end of the cycle. The power generation rate at the (core exit) has decreased by about 20%.

図9ないし図11は、本実施の形態の燃料集合体を装荷した従来スクラムプラントのサイクル末期炉心でのタービントリップ・バイパス弁不作動時の過渡解析結果を示すグラフである。解析コードには、TRACGコードを使用している。図10ないし図11には、比較のため、9×9燃料(A型)装荷炉心での値を併せて示した。   9 to 11 are graphs showing transient analysis results when the turbine trip / bypass valve does not operate in the end-cycle core of the conventional scrum plant loaded with the fuel assembly of the present embodiment. TRACG code is used as the analysis code. 10 to 11 also show values for a 9 × 9 fuel (A type) loaded core for comparison.

本実施の形態の燃料集合体30を装荷した炉心3では、初期の軸方向出力分布が上歪とならず、また、炉心上部での水対ウラン比が増加、すなわち負のボイド係数が低減している。このため、スクラム動作による負の反応度が、ボイド消滅による正の反応度投入を打ち消す効果が大きく作用する。結果として、過渡時のΔMCPR(0.17)は、9×9燃料(A型)装荷炉心でのΔMCPR(0.25)よりも0.08小さくなっている。   In the core 3 loaded with the fuel assembly 30 of the present embodiment, the initial axial power distribution is not strained upward, and the water-to-uranium ratio at the top of the core is increased, that is, the negative void coefficient is reduced. ing. For this reason, the negative reactivity due to the scram action greatly affects the cancellation of the positive reactivity input due to void disappearance. As a result, ΔMCPR (0.17) at the time of transition is 0.08 smaller than ΔMCPR (0.25) in the 9 × 9 fuel (A type) loaded core.

図12は、本実施の形態の燃料集合体を装荷した炉心の炉心安定性減幅比を示すグラフである。図12には、比較のため、9×9燃料(A型)装荷炉心での値を併せて示した。   FIG. 12 is a graph showing the core stability reduction ratio of the core loaded with the fuel assembly of the present embodiment. For comparison, FIG. 12 also shows values in a 9 × 9 fuel (A type) loaded core.

本実施の形態の燃料集合体30を装荷した炉心3の炉心安定性減幅比は、負のボイド係数の低減効果と部分長燃料棒採用による圧損低減の効果が相俟って、9×9燃料(A型)装荷炉心と比べ、最大値(最低ポンプ速度最大出力点での値)が約0.10改善されている。   The core stability reduction ratio of the core 3 loaded with the fuel assembly 30 of the present embodiment is 9 × 9 due to the effect of reducing the negative void coefficient and the effect of reducing the pressure loss by using the partial length fuel rods. Compared with the fuel (A type) loaded core, the maximum value (value at the minimum pump speed maximum output point) is improved by about 0.10.

このように本実施の形態では、サイクル末期での軸方向出力分布が、燃料集合体30の上部で極端なピーキング係数を有することがなく、かつ、燃料温度上昇時の燃料被覆管−冷却材熱伝達特性が緩やかになるようにできる。よって、本実施の形態の燃料集合体は、BWRの経済性を低下させることなく、スクラム・過渡特性と安定性を向上させることができる。   As described above, in this embodiment, the axial output distribution at the end of the cycle does not have an extreme peaking coefficient at the upper part of the fuel assembly 30, and the fuel cladding tube-coolant heat at the time when the fuel temperature rises. The transfer characteristic can be made gentle. Therefore, the fuel assembly according to the present embodiment can improve the scram / transient characteristics and stability without reducing the economics of BWR.

[第2の実施の形態]
図13は、本発明に係る燃料集合体の第2の実施の形態における横断面を模式的に示す、図15および図16におけるZ13−Z13矢視横断面図である。図14は、本発明に係る燃料集合体の第2の実施の形態における横断面を模式的に示す、図15および図16におけるZ14−Z14矢視横断面図である。図15は、図13および図14におけるX15−X15矢視縦断面図である。図16は、図13および図14におけるX16−X16矢視縦断面図である。
[Second Embodiment]
FIG. 13 is a cross-sectional view taken in the direction of arrows Z13-Z13 in FIGS. 15 and 16, schematically showing a cross-section in the second embodiment of the fuel assembly according to the present invention. FIG. 14 is a Z14-Z14 arrow cross-sectional view in FIGS. 15 and 16 schematically showing a cross-section in the second embodiment of the fuel assembly according to the present invention. 15 is a longitudinal sectional view taken along arrows X15-X15 in FIG. 13 and FIG. 16 is a vertical cross-sectional view taken along arrows X16-X16 in FIG. 13 and FIG.

本実施の形態の燃料集合体30は、第1の実施の形態の燃料集合体と、燃料棒51の種類およびその配置が異なる。   The fuel assembly 30 of the present embodiment is different from the fuel assembly of the first embodiment in the type and arrangement of the fuel rods 51.

本実施の形態では、燃料棒51は、全長燃料棒71、第1の短尺一部欠損燃料棒81および第2の短尺一部欠損燃料棒82の3種類である。第1の短尺一部欠損燃料棒81は、全体として全長燃料棒71よりも短い燃料棒51であり、下端から上方に約3.0m延びる範囲Bにペレット54が収められている。また、第2の短尺一部欠損燃料棒82は、全体として第1の短尺一部欠損燃料棒81よりも短い燃料棒51であり、下端から上方に約2.0m延びる範囲Cにペレット54が収められている。第1および第2の短尺一部欠損燃料棒81,82は、上部タイプレート61で支持されていない。   In the present embodiment, there are three types of fuel rods 51, a full length fuel rod 71, a first short partially missing fuel rod 81, and a second short partially missing fuel rod 82. The first short partly deficient fuel rod 81 is a fuel rod 51 shorter than the full length fuel rod 71 as a whole, and the pellet 54 is accommodated in a range B extending about 3.0 m upward from the lower end. The second short partly deficient fuel rod 82 is a fuel rod 51 shorter than the first short partly deficient fuel rod 81 as a whole, and the pellets 54 are in a range C extending about 2.0 m upward from the lower end. It is stored. The first and second short partly missing fuel rods 81 and 82 are not supported by the upper tie plate 61.

この燃料集合体30では、第1の実施の形態の燃料集合体30において周辺部に配置した16本の短尺一部欠損燃料棒81の内、制御棒32の中心から最も離れた2本を、全長燃料棒71に置き換えている。また、第1の実施の形態の燃料集合体30においてウォータチャンネルの周辺に配置した8本の短尺一部欠損燃料棒81の内、制御棒32の中心から最も離れた2本を全長燃料棒71に置き換え、残りの6本の第2の短尺一部欠損燃料棒82に置き換えている。   In this fuel assembly 30, two of the 16 short partly deficient fuel rods 81 arranged in the peripheral portion of the fuel assembly 30 of the first embodiment, which are farthest from the center of the control rod 32, The full length fuel rod 71 is replaced. In addition, of the eight short partially missing fuel rods 81 arranged around the water channel in the fuel assembly 30 according to the first embodiment, two of the shortest fuel rods 81 farthest from the center of the control rod 32 are the full length fuel rods 71. And the remaining six second short partly missing fuel rods 82 are replaced.

すなわち、第1の短尺一部欠損燃料棒81は、(1,4)、(1,5)、(1,6)、(1,7)、(4,1)、(5,1)、(6,1)、(7,1)、(10,4)、(10,5)、(10,6)、(4,10)、(5,10)および(6,10)で表される14箇所のそれぞれに配置されている。また、第2の短尺一部欠損燃料棒82は、(4,5)、(4,7)、(5,4)、(5,8)、(7,4)および(8,5)で表される6箇所のそれぞれに配置されている。   That is, the first short partly deficient fuel rod 81 has (1,4), (1,5), (1,6), (1,7), (4,1), (5,1), (6,1), (7,1), (10,4), (10,5), (10,6), (4,10), (5,10) and (6,10) It is arranged at each of 14 locations. The second short partially missing fuel rods 82 are (4, 5), (4, 7), (5, 4), (5, 8), (7, 4) and (8, 5). It is arrange | positioned at each of six places represented.

本実施の形態の燃料集合体30では、欠損領域91は燃料有効長Aの1/2以上〜6/6以下で存在する。また、燃料有効長Aの1/2〜2/3に欠損領域91がある燃料棒51の本数と燃料有効長Aの2/3〜5/6に欠損領域91がある燃料棒51の本数の合計割合は20%であり、1/2〜2/3での欠損燃料棒本数の割合は6%である。燃料有効長Aの5/6〜6/6での欠損領域91の断面積の、全格子位置に燃料棒を配置した場合の燃料棒の総断面積に対する割合は20%となっている。欠損領域91の体積の、全格子位置に全長燃料棒71を配置した場合の核燃料物質の装填体積に対する割合は約5%となっている。   In the fuel assembly 30 of the present embodiment, the defect region 91 exists in the range from 1/2 to 6/6 of the effective fuel length A. Further, the number of fuel rods 51 having the defective region 91 in 1/2 to 2/3 of the effective fuel length A and the number of fuel rods 51 having the defective region 91 in 2/3 to 5/6 of the effective fuel length A The total ratio is 20%, and the ratio of the number of missing fuel rods at 1/2 to 2/3 is 6%. The ratio of the cross-sectional area of the defect region 91 at the effective fuel length A of 5/6 to 6/6 to the total cross-sectional area of the fuel rods when the fuel rods are arranged at all lattice positions is 20%. The ratio of the volume of the defect region 91 to the loading volume of the nuclear fuel material when the full length fuel rods 71 are arranged at all lattice positions is about 5%.

このような燃料集合体30は、ウォータチャンネル52が偏心していることによる燃料集合体30の横断面での中性子束分布の歪みを緩和した上で、スクラム特性の改善を図ることもできる。   Such a fuel assembly 30 can also improve the scram characteristics after alleviating the distortion of the neutron flux distribution in the cross section of the fuel assembly 30 due to the eccentricity of the water channel 52.

図17は、本実施の形態における燃料集合体を装荷した炉心のサイクル初期とサイクル末期での炉心平均軸方向出力分布の例を示すグラフである。サイクル末期は、制御棒全引抜き状態である。   FIG. 17 is a graph showing an example of the core average axial power distribution at the beginning and end of the cycle of the core loaded with the fuel assembly in the present embodiment. At the end of the cycle, the control rod is fully pulled out.

本実施の形態では、ウォータチャンネル52の周辺の第2の短尺一部欠損燃料棒82の長さを約2.0mとすることで、欠損領域91の拡大が段階的となっている。このため、軸方向出力分布の上部での減少が、第1の実施の形態と比べて滑らかにすることができる。   In the present embodiment, the length of the second short partially missing fuel rod 82 around the water channel 52 is about 2.0 m, so that the missing area 91 is enlarged. For this reason, the decrease in the upper part of the axial output distribution can be made smoother than in the first embodiment.

過渡時のΔMCPRは、9×9燃料(A型)よりも0.08改善され、炉心安定性減幅比は、9×9燃料(A型)よりも最大値が約0.10改善される。装填される燃料の体積(約1.93×10cm)は、9×9燃料(A型)を約2%上回っている。よって、本実施の形態の燃料集合体は、BWRの経済性を低下させることなく、スクラム・過渡特性と安定性を向上させることができる。 ΔMCPR at the time of transition is improved by 0.08 over 9 × 9 fuel (A type), and the core stability reduction ratio is improved by about 0.10 at the maximum value compared with 9 × 9 fuel (A type). . The volume of fuel loaded (approximately 1.93 × 10 4 cm 3 ) is approximately 2% higher than 9 × 9 fuel (type A). Therefore, the fuel assembly according to the present embodiment can improve the scram / transient characteristics and stability without reducing the economics of BWR.

[第3の実施の形態]
図18は、本発明に係る燃料集合体の第3の実施の形態における横断面を模式的に示す、図20および図21におけるZ18−Z18矢視横断面図である。図19は、本発明に係る燃料集合体の第3の実施の形態における横断面を模式的に示す、図20および図21におけるZ19−Z19矢視横断面図である。図20は、図18および図19におけるX20−X20矢視縦断面図である。図21は、図18および図19におけるX21−X21矢視縦断面図である。
[Third Embodiment]
FIG. 18 is a cross-sectional view taken along arrows Z18-Z18 in FIGS. 20 and 21, schematically showing a cross-section in the third embodiment of the fuel assembly according to the present invention. FIG. 19 is a cross-sectional view taken along arrows Z19-Z19 in FIGS. 20 and 21, schematically showing a cross-section in the third embodiment of the fuel assembly according to the present invention. 20 is a vertical cross-sectional view taken along arrows X20-X20 in FIGS. 21 is a vertical cross-sectional view taken along arrows X21-X21 in FIGS.

本実施の形態の燃料集合体30は、第2の実施の形態の燃料集合体30と、ウォータチャンネル52の位置および燃料棒51の配置が異なる。   The fuel assembly 30 of the present embodiment differs from the fuel assembly 30 of the second embodiment in the position of the water channel 52 and the arrangement of the fuel rods 51.

ウォータチャンネル52は、第2の実施の形態に対して制御棒32中心寄りの、(4,4)、(4,5)、(4,6)、(5、4)、(5,5)、(5,6)、(6,4)、(6,5)および(6,6)の位置に配置されている。また、ウォータチャンネル52が偏心していることによる燃料集合体30内での中性子束分布の歪みを緩和することを目的として、燃料棒51を配置している。第1の短尺一部欠損燃料棒81は、(1,5)、(1,6)、(1,7)、(5,1)、(6,1)、(7,1)、(10,4)、(10,5)、(10,6)、(10,7)、(4,10)、(5,10)、(6,10)および(7,10)で表される14箇所のそれぞれに配置されている。第2の短尺一部欠損燃料棒82は、(3,6)、(4,7)、(6,3)、(6,7)、(7,4)および(7,6)で表される6箇所のそれぞれに配置されている。   The water channel 52 is (4, 4), (4, 5), (4, 6), (5, 4), (5, 5) closer to the center of the control rod 32 than in the second embodiment. , (5, 6), (6, 4), (6, 5) and (6, 6). Further, the fuel rod 51 is disposed for the purpose of alleviating the distortion of the neutron flux distribution in the fuel assembly 30 due to the eccentricity of the water channel 52. The first short partly deficient fuel rod 81 has (1,5), (1,6), (1,7), (5,1), (6,1), (7,1), (10 , 4), (10, 5), (10, 6), (10, 7), (4, 10), (5, 10), (6, 10) and (7, 10) 14 It is arranged in each of the places. The second short partly missing fuel rod 82 is represented by (3, 6), (4, 7), (6, 3), (6, 7), (7, 4) and (7, 6). It is arranged at each of the six locations.

本実施の形態の燃料集合体30では、欠損領域91は燃料有効長Aの1/2以上〜6/6以下で存在する。また、燃料有効長Aの1/2〜2/3に欠損領域91がある燃料棒51の本数と燃料有効長Aの2/3〜5/6に欠損領域91がある燃料棒51の本数の合計割合は20%であり、1/2〜2/3での欠損燃料棒本数の割合は6%である。燃料有効長Aの5/6〜6/6での欠損領域91の断面積の、全格子位置に燃料棒を配置した場合の燃料棒の総断面積に対する割合は20%となっている。欠損領域91の体積の、全格子位置に全長燃料棒71を配置した場合の核燃料物質の装填体積に対する割合は約5%となっている。   In the fuel assembly 30 of the present embodiment, the defect region 91 exists in the range from 1/2 to 6/6 of the effective fuel length A. Further, the number of fuel rods 51 having the defective region 91 in 1/2 to 2/3 of the effective fuel length A and the number of fuel rods 51 having the defective region 91 in 2/3 to 5/6 of the effective fuel length A The total ratio is 20%, and the ratio of the number of missing fuel rods at 1/2 to 2/3 is 6%. The ratio of the cross-sectional area of the defect region 91 at the effective fuel length A of 5/6 to 6/6 to the total cross-sectional area of the fuel rods when the fuel rods are arranged at all lattice positions is 20%. The ratio of the volume of the defect region 91 to the loading volume of the nuclear fuel material when the full length fuel rods 71 are arranged at all lattice positions is about 5%.

ウォータチャンネル52周辺の第2の短尺一部欠損燃料棒82のペレット装填長さを約2.0mとすることで、燃料欠損領域の拡大が段階的となっている。このため、軸方向出力分布の上部での減少が、第1の実施の形態と比べて滑らかになっている。   By setting the pellet loading length of the second short partly deficient fuel rod 82 around the water channel 52 to about 2.0 m, the expansion of the fuel deficient region is stepwise. For this reason, the decrease in the upper part of the axial output distribution is smoother than in the first embodiment.

過渡時のΔMCPRは、9×9燃料(A型)よりも0.08改善され、炉心安定性減幅比は、9×9燃料(A型)よりも最大値が約0.10改善される。また、装填されるペレットの体積(約1.93×10cm)は、高燃焼度9×9燃料(A型)を約2%上回っている。よって、本実施の形態の燃料集合体は、BWRの経済性を低下させることなく、スクラム・過渡特性と安定性を向上させることができる。 ΔMCPR at the time of transition is improved by 0.08 over 9 × 9 fuel (A type), and the core stability reduction ratio is improved by about 0.10 at the maximum value compared with 9 × 9 fuel (A type). . Moreover, the volume of the pellets to be loaded (about 1.93 × 10 4 cm 3 ) is about 2% higher than the high burnup 9 × 9 fuel (A type). Therefore, the fuel assembly according to the present embodiment can improve the scram / transient characteristics and stability without reducing the economics of BWR.

[第4の実施の形態]
図22は、本発明に係る燃料集合体の第4の実施の形態における横断面を模式的に示す、図24および図25におけるZ22−Z22矢視横断面図である。図23は、本発明に係る燃料集合体の第4の実施の形態における横断面を模式的に示す、図24および図25におけるZ23−Z23矢視横断面図である。図24は、図22および図23におけるX24−X24矢視縦断面図である。図25は、図22および図23におけるX24−X24矢視縦断面図である。
[Fourth Embodiment]
FIG. 22 is a cross-sectional view taken along arrows Z22-Z22 in FIGS. 24 and 25, schematically showing a cross-section in the fourth embodiment of the fuel assembly according to the present invention. FIG. 23 is a cross-sectional view taken along arrows Z23-Z23 in FIGS. 24 and 25, schematically showing a cross-section in the fourth embodiment of the fuel assembly according to the present invention. 24 is a longitudinal sectional view taken along arrows X24-X24 in FIGS. 22 and 23. FIG. 25 is a vertical sectional view taken along arrows X24-X24 in FIG. 22 and FIG.

本実施の形態の燃料集合体30は、第1ないし第3の実施の形態の燃料集合体30におけるウォータチャンネル52の代わりにウォータロッド53を用いている。燃料棒51の4本分の位置を占めるウォータロッド53は、10×10の格子のほぼ中央の(4,6)、(4,7)、(5、6)および(5、7)の位置、並びに、(6、4)、(6、5)、(7、4)および(7、5)の位置のそれぞれに配置されている。ウォータロッド53の最大外径は、約25mmである。   The fuel assembly 30 of the present embodiment uses a water rod 53 instead of the water channel 52 in the fuel assembly 30 of the first to third embodiments. The water rod 53 occupying the position of the four fuel rods 51 is located at the positions (4, 6), (4, 7), (5, 6) and (5, 7) in the approximate center of the 10 × 10 lattice. , And (6, 4), (6, 5), (7, 4) and (7, 5). The maximum outer diameter of the water rod 53 is about 25 mm.

この燃料集合体30は、70本の全長燃料棒71の他に、16本の第1の短尺一部欠損燃料棒81と、6本の第2の短尺一部欠損燃料棒82とを有する。第1の短尺一部欠損燃料棒81のペレット装填長さは、約3.0mであり、第2の短尺一部欠損燃料棒82のペレット装填長さは、約2.0mである。これらの短尺一部欠損燃料棒81,82を用いることにより、欠損領域91の拡大は段階的となっている。   The fuel assembly 30 includes sixteen first short partially missing fuel rods 81 and six second short partially missing fuel rods 82 in addition to the 70 full length fuel rods 71. The pellet loading length of the first short partially missing fuel rod 81 is about 3.0 m, and the pellet loading length of the second short partially missing fuel rod 82 is about 2.0 m. By using these short partly deficient fuel rods 81 and 82, the expansion of the deficient region 91 is gradual.

第1の短尺一部欠損燃料棒81は、外周部の(1,4)、(1,5)、(1,6)、(1,7)、(4,1)、(5,1)、(6,1)、(7,1)、(10,4)、(10,5)、(10,6)、(10,7)、(4,10)、(5,10)、(6,10)および(7,10)で表される位置に配置されている。第2の短尺一部欠損燃料棒82は、ウォータロッド53の周辺の(4,5)、(5,4)、(5,5)、(6,6)、(6,7)および(7,6)で表される位置に配置されている。   The first short partly deficient fuel rod 81 has (1, 4), (1, 5), (1, 6), (1, 7), (4, 1), (5, 1) on the outer periphery. , (6,1), (7,1), (10,4), (10,5), (10,6), (10,7), (4,10), (5,10), ( 6, 10) and (7, 10). The second short partly deficient fuel rods 82 are (4, 5), (5, 4), (5, 5), (6, 6), (6, 7) and (7) around the water rod 53. , 6).

ウォータロッド53の周辺に6本の第2の短尺一部欠損燃料棒82を配置することにより、燃料集合体30の横断面の中央領域での水対ウラン比が増加することから、負のボイド係数の低減効果が大きくなる。バイパス領域に最も近い燃料集合体30の外周部の4辺に第1の短尺一部欠損燃料棒81を配置することにより、やはりボイド係数低減効果が拡大される。短尺一部欠損燃料棒81,82は、燃料集合体30のコーナー部を避けて配置されていることから、中性子計装系(LPRM33)の影響は最小限になっている。   By disposing the six second short partly deficient fuel rods 82 around the water rod 53, the water-to-uranium ratio in the central region of the cross section of the fuel assembly 30 is increased. The effect of reducing the coefficient is increased. By disposing the first short partly deficient fuel rods 81 on the four sides of the outer periphery of the fuel assembly 30 closest to the bypass region, the void coefficient reduction effect is also expanded. Since the short partly deficient fuel rods 81 and 82 are arranged so as to avoid the corner portion of the fuel assembly 30, the influence of the neutron instrumentation system (LPRM33) is minimized.

本実施の形態の燃料集合体30では、欠損領域91は燃料有効長Aの1/2以上〜6/6以下で存在する。また、燃料有効長Aの1/2〜2/3に欠損領域91がある燃料棒51の本数と燃料有効長Aの2/3〜5/6に欠損領域91がある燃料棒51の本数の合計割合は22%であり、1/2〜2/3での欠損燃料棒本数の割合は6%である。燃料有効長Aの5/6〜6/6での欠損領域91の断面積の、全格子位置に燃料棒を配置した場合の燃料棒の総断面積に対する割合は22%となっている。欠損領域91の体積の、全格子位置に全長燃料棒71を配置した場合の核燃料物質の装填体積に対する割合は約6%となっている。   In the fuel assembly 30 of the present embodiment, the defect region 91 exists in the range from 1/2 to 6/6 of the effective fuel length A. Further, the number of fuel rods 51 having the defective region 91 in 1/2 to 2/3 of the effective fuel length A and the number of fuel rods 51 having the defective region 91 in 2/3 to 5/6 of the effective fuel length A The total ratio is 22%, and the ratio of the number of missing fuel rods at 1/2 to 2/3 is 6%. The ratio of the cross-sectional area of the defect region 91 at the effective fuel length A of 5/6 to 6/6 to the total cross-sectional area of the fuel rods when the fuel rods are arranged at all lattice positions is 22%. The ratio of the volume of the defect region 91 to the loading volume of the nuclear fuel material when the full length fuel rods 71 are arranged at all lattice positions is about 6%.

過渡時のΔMCPRは、9×9燃料(A型)よりも0.07改善され、炉心安定性減幅比は、9×9燃料(A型)よりも最大値が0.07改善される。また、装填されるペレットの体積(約1.94×10cm)は、高燃焼度9×9燃料(A型)を約2%上回っている。よって、本実施の形態の燃料集合体は、BWRの経済性を低下させることなく、スクラム・過渡特性と安定性を向上させることができる。 The ΔMCPR at the time of transition is improved by 0.07 over 9 × 9 fuel (A type), and the maximum value of the core stability reduction ratio is improved by 0.07 over 9 × 9 fuel (A type). Moreover, the volume of the pellets to be loaded (about 1.94 × 10 4 cm 3 ) is about 2% higher than the high burnup 9 × 9 fuel (type A). Therefore, the fuel assembly according to the present embodiment can improve the scram / transient characteristics and stability without reducing the economics of BWR.

[第5の実施の形態]
図26は、本発明に係る燃料集合体の第5の実施の形態における横断面を模式的に示す、図24および図25におけるZ26−Z26矢視横断面図である。図27は、本発明に係る燃料集合体の第5の実施の形態における横断面を模式的に示す、図24および図25におけるZ27−Z27矢視横断面図である。図28は、図22および図23におけるX28−X28矢視縦断面図である。図29は、図22および図23におけるX29−X29矢視縦断面図である。
[Fifth Embodiment]
FIG. 26 is a cross-sectional view taken along arrows Z26-Z26 in FIGS. 24 and 25, schematically showing a cross-section in the fifth embodiment of the fuel assembly according to the present invention. FIG. 27 is a cross-sectional view taken along arrows Z27-Z27 in FIGS. 24 and 25, schematically showing a cross-section in the fifth embodiment of the fuel assembly according to the present invention. 28 is a longitudinal sectional view taken along arrows X28-X28 in FIGS. 29 is a vertical cross-sectional view taken along arrows X29-X29 in FIGS. 22 and 23. FIG.

本実施の形態の燃料集合体30は、第1の実施の形態の燃料集合体30と同様にウォータチャンネル52およびペレット装填長さが約3.0mの短尺一部欠損燃料棒81を有している。ウォータチャンネル52は、(5,5)、(5,6)、(5,7)、(6,5)、(6,6)、(6,7)、(7,5)、(7,6)および(7,7)で表される位置に配置されている。短尺一部欠損燃料棒81は、(1,5)、(1,6)、(5,1)、(6,1)、(10,5)、(10,6)、(5,10)、(6,10)、(4,6)、(6,4)、(6,8)および(8,6)で表される12箇所に配置されている。   Similar to the fuel assembly 30 of the first embodiment, the fuel assembly 30 of the present embodiment has a water channel 52 and a short partially missing fuel rod 81 having a pellet loading length of about 3.0 m. Yes. The water channel 52 is (5,5), (5,6), (5,7), (6,5), (6,6), (6,7), (7,5), (7, 6) and (7, 7). The short partially missing fuel rods 81 are (1,5), (1,6), (5,1), (6,1), (10,5), (10,6), (5,10) , (6, 10), (4, 6), (6, 4), (6, 8) and (8, 6).

ウォータチャンネル52または短尺一部欠損燃料棒81が配置されていない残りの79箇所の正方格子位置には、35本の全長燃料棒71および40本の上部中空燃料棒73が配置されている。上部中空燃料棒73は、互いに隣り合わないように配置されている。上部中空燃料棒73は、短尺一部欠損燃料棒81のペレット装填位置と同じ位置に、同じ中実のペレット54が装填され、それより上方には中空ペレット56が装填されている。   35 remaining full length fuel rods 71 and 40 upper hollow fuel rods 73 are disposed at the remaining 79 square lattice positions where the water channel 52 or the short partially missing fuel rod 81 is not disposed. The upper hollow fuel rods 73 are arranged so as not to be adjacent to each other. In the upper hollow fuel rod 73, the same solid pellet 54 is loaded at the same position as the pellet loading position of the short partially missing fuel rod 81, and the hollow pellet 56 is loaded above the same.

燃料集合体30の上部領域に中空ペレット56を装填すると、この領域での水対ウラン比が増加するため、負のボイド係数が低減する。この効果と、12本の短尺一部欠損燃料棒81を採用したことによるサイクル末期での軸方向出力分布の上歪み化回避効果が相俟って、ボイド減少時の過渡特性が改善される。なお、負のボイド係数の低減は、炉心安定性を改善する方向に作用する。   When the hollow pellet 56 is loaded in the upper region of the fuel assembly 30, the water to uranium ratio in this region increases, so the negative void coefficient decreases. This effect is combined with the effect of avoiding the upward distortion of the axial output distribution at the end of the cycle by adopting the 12 short partly deficient fuel rods 81, thereby improving the transient characteristics when the void is reduced. Note that the reduction of the negative void coefficient acts to improve the core stability.

過渡時のΔMCPRは、9×9燃料(A型)よりも0.05改善され、炉心安定性減幅比は、9×9燃料(A型)よりも最大値が約0.07改善される。装填される燃料の体積(約1.99×10cm)は、9×9燃料(A型)を約5%上回っている。よって、本実施の形態の燃料集合体は、BWRの経済性を低下させることなく、スクラム・過渡特性と安定性を向上させることができる。 ΔMCPR at the time of transition is improved by 0.05 over 9 × 9 fuel (A type), and the core stability reduction ratio is improved by about 0.07 from the 9 × 9 fuel (A type). . The volume of fuel loaded (about 1.99 × 10 4 cm 3 ) is about 5% higher than 9 × 9 fuel (type A). Therefore, the fuel assembly according to the present embodiment can improve the scram / transient characteristics and stability without reducing the economics of BWR.

[第6の実施の形態]
図30は、本発明に係る燃料集合体の第6の実施の形態における横断面を模式的に示す、図32および図33におけるZ30−Z30矢視横断面図である。図31は、本発明に係る燃料集合体の第6の実施の形態における横断面を模式的に示す、図32および図33におけるZ31−Z31矢視横断面図である。図32は、図30および図31におけるX32−X32矢視縦断面図である。図33は、図30および図31におけるX33−X33矢視縦断面図である。
[Sixth Embodiment]
FIG. 30 is a cross-sectional view taken along arrows Z30-Z30 in FIGS. 32 and 33, schematically showing a cross-section in the sixth embodiment of the fuel assembly according to the present invention. FIG. 31 is a Z31-Z31 arrow cross-sectional view in FIGS. 32 and 33 schematically showing a cross-section in the sixth embodiment of the fuel assembly according to the present invention. 32 is a vertical cross-sectional view taken along arrows X32-X32 in FIGS. 30 and 31. FIG. 33 is a vertical cross-sectional view taken along arrows X33-X33 in FIGS. 30 and 31. FIG.

本実施の形態の燃料集合体30は、第5の実施の形態の燃料集合体30の上部中空燃料棒73を上部細径燃料棒74に代えたものである。上部細径燃料棒74は、上部中空燃料棒73に装填された中空ペレット56の代わりに、細径ペレット57を装填したものである。細径ペレット57は、外径約8mmである。   In the fuel assembly 30 of the present embodiment, the upper hollow fuel rod 73 of the fuel assembly 30 of the fifth embodiment is replaced with an upper small-diameter fuel rod 74. The upper small-diameter fuel rod 74 is loaded with a small-diameter pellet 57 instead of the hollow pellet 56 loaded in the upper hollow fuel rod 73. The small-diameter pellet 57 has an outer diameter of about 8 mm.

図34は、本実施の形態の燃料集合体を装荷した炉心のMCPRの解析結果を示すグラフである。なお、図34には、比較のため、9×9燃料(A型)を装荷した炉心の解析結果をあわせて示した。   FIG. 34 is a graph showing the MCPR analysis result of the core loaded with the fuel assembly of the present embodiment. FIG. 34 also shows the analysis result of the core loaded with 9 × 9 fuel (A type) for comparison.

ペレットを細径化すると、ペレットの外面と被覆管55の内面との間隔(ギャップ)が増大するため、ギャップ熱伝達率が低下する傾向がある。これにより、ボイドの消滅により正の反応度が印加し燃料棒温度が上昇したときに、被覆管表面から冷却材への熱流束の上昇率が緩やかとなる。この効果と、12本の短尺一部欠損燃料棒81を採用したことによるサイクル末期での軸方向出力分布の上歪み化回避効果が相俟って、過渡時のΔMCPR(0.20)は従来9×9燃料A型(0.25)よりも小さくなる。なお、ギャップ熱伝達率の低下は、炉心安定性を改善する方向に作用する。   When the diameter of the pellet is reduced, the gap (gap) between the outer surface of the pellet and the inner surface of the cladding tube 55 increases, so that the gap heat transfer coefficient tends to decrease. As a result, when the positive reactivity is applied due to the disappearance of the void and the fuel rod temperature rises, the rate of increase of the heat flux from the cladding surface to the coolant becomes gradual. Combined with this effect and the effect of avoiding the upward distortion of the axial output distribution at the end of the cycle by adopting the 12 short partially missing fuel rods 81, ΔMCPR (0.20) at the time of transition is conventionally It becomes smaller than 9x9 fuel A type (0.25). Note that the decrease in the gap heat transfer coefficient acts to improve the core stability.

過渡時のΔMCPRは、9×9燃料(A型)よりも0.05改善され、炉心安定性減幅比は、9×9燃料(A型)よりも最大値が約0.07改善される。装填される燃料の体積(約1.97×10cm)は、9×9燃料(A型)を約4%上回っている。よって、本実施の形態の燃料集合体は、BWRの経済性を低下させることなく、スクラム・過渡特性と安定性を向上させることができる。 ΔMCPR at the time of transition is improved by 0.05 over 9 × 9 fuel (A type), and the core stability reduction ratio is improved by about 0.07 from the 9 × 9 fuel (A type). . The volume of fuel loaded (approximately 1.97 × 10 4 cm 3 ) is approximately 4% higher than 9 × 9 fuel (type A). Therefore, the fuel assembly according to the present embodiment can improve the scram / transient characteristics and stability without reducing the economics of BWR.

[第7の実施の形態]
図35は、本発明に係る燃料集合体の第7の実施の形態における横断面を模式的に示す、図37および図38におけるZ35−Z35矢視横断面図である。図36は、本発明に係る燃料集合体の第7の実施の形態における横断面を模式的に示す、図37および図38におけるZ36−Z36矢視横断面図である。図37は、図35および図36におけるX37−X37矢視縦断面図である。図38は、図35および図36におけるX38−X38矢視縦断面図である。
[Seventh Embodiment]
FIG. 35 is a Z35-Z35 arrow cross-sectional view in FIGS. 37 and 38 schematically showing a cross-section in the seventh embodiment of the fuel assembly according to the present invention. FIG. 36 is a cross-sectional view taken along arrows Z36-Z36 in FIGS. 37 and 38, schematically showing a cross-section in the seventh embodiment of the fuel assembly according to the present invention. 37 is a longitudinal sectional view taken along arrows X37-X37 in FIGS. 35 and 36. FIG. 38 is a vertical sectional view taken along arrows X38-X38 in FIGS. 35 and 36. FIG.

本実施の形態の燃料集合体30は、第5の実施の形態の燃料集合体の上部中空燃料棒73を第1および第2のセグメント83,84を結合した燃料棒に代えたものである。   In the fuel assembly 30 of the present embodiment, the upper hollow fuel rod 73 of the fuel assembly of the fifth embodiment is replaced with a fuel rod in which the first and second segments 83 and 84 are coupled.

図39は、本実施の形態におけるセグメントの一部拡大縦断面図である。   FIG. 39 is a partially enlarged longitudinal sectional view of a segment in the present embodiment.

第1および第2のセグメント83,84は、それぞれ被覆管55に中実のペレット54を装填したものである。第1のセグメント83と第2のセグメント84との間は、セグメント結合部85で結合されている。ペレット54の上端部にはプレナムスプリング86が押しつけられている。また、プレナムスプリング86によってプレナム93が形成される。また、第1のセグメント83には、初期封入圧7気圧でヘリウムが封入されている。第2のセグメント84には、初期封入圧3気圧でヘリウムが封入されている。   The first and second segments 83 and 84 are obtained by loading a solid pellet 54 in the cladding tube 55, respectively. The first segment 83 and the second segment 84 are coupled by a segment coupling unit 85. A plenum spring 86 is pressed against the upper end of the pellet 54. A plenum 93 is formed by the plenum spring 86. Further, helium is enclosed in the first segment 83 at an initial enclosure pressure of 7 atm. The second segment 84 is filled with helium at an initial enclosure pressure of 3 atmospheres.

燃料棒の初期ヘリウム封入圧を低圧化すると、ギャップ熱伝達率が低下する傾向がある。これにより、ボイドの消滅により正の反応度が印加されて燃料棒温度が上昇したときに、被覆管表面から冷却材への熱流束の上昇率が緩やかとなり、被覆管55の熱的健全性の余裕が増加する。また、下部の第1のセグメント83の上端にプレナム93が設けられており、軸方向上部への中性子束の過渡的流れによる上部ピーク化を緩和している。   When the initial helium filling pressure of the fuel rod is reduced, the gap heat transfer coefficient tends to decrease. As a result, when a positive reactivity is applied due to the disappearance of the void and the fuel rod temperature rises, the rate of increase of the heat flux from the cladding surface to the coolant becomes gentle, and the thermal integrity of the cladding 55 is reduced. The margin increases. Also, a plenum 93 is provided at the upper end of the lower first segment 83 to mitigate upper peaking due to a transient flow of neutron flux in the axial upper part.

過渡時のΔMCPRは、9×9燃料(A型)よりも0.05改善され、炉心安定性減幅比は、9×9燃料(A型)よりも最大値が約0.07改善される。装填される燃料の体積は、9×9燃料(A型)を約5%上回っている。よって、本実施の形態の燃料集合体は、BWRの経済性を低下させることなく、スクラム・過渡特性と安定性を向上させることができる。   ΔMCPR at the time of transition is improved by 0.05 over 9 × 9 fuel (A type), and the core stability reduction ratio is improved by about 0.07 from the 9 × 9 fuel (A type). . The volume of fuel loaded is about 5% higher than 9 × 9 fuel (type A). Therefore, the fuel assembly according to the present embodiment can improve the scram / transient characteristics and stability without reducing the economics of BWR.

[第8の実施の形態]
図40は、本発明に係る燃料集合体の第8の実施の形態における横断面を模式的に示す、図42および図43におけるZ40−Z40矢視横断面図である。図41は、本発明に係る燃料集合体の第8の実施の形態における横断面を模式的に示す、図42および図43におけるZ41−Z41矢視横断面図である。図42は、図40および図41におけるX42−X42矢視縦断面図である。図43は、図40および図41におけるX43−X43矢視縦断面図である。
[Eighth Embodiment]
FIG. 40 is a Z40-Z40 arrow cross-sectional view in FIGS. 42 and 43 schematically showing a cross-section in the eighth embodiment of the fuel assembly according to the present invention. FIG. 41 is a cross-sectional view taken along arrows Z41-Z41 in FIGS. 42 and 43, schematically showing a cross-section in the eighth embodiment of the fuel assembly according to the present invention. 42 is a longitudinal sectional view taken along arrows X42-X42 in FIGS. 40 and 41. FIG. 43 is a longitudinal sectional view taken along arrows X43-X43 in FIGS. 40 and 41. FIG.

本実施の形態の燃料集合体30は、第6の実施の形態の燃料集合体における全長燃料棒71を上部低濃縮燃料棒75に代えたものである。上部低濃縮燃料棒75は、細径ペレット57が装填されている位置と同じ位置に、低濃縮ペレット58を装填したものである。低濃縮ペレット58の軸方向の平均濃縮度は約3.6%で、低濃縮ペレット58が装填されている位置よりも下方に装填されたペレット54の軸方向の平均濃縮度は4%である。上部低濃縮燃料棒75の上部における平均濃縮度が下方よりも低いため、サイクル末期で軸方向出力分布が極端な上部ピークになることを回避することができる。   In the fuel assembly 30 of the present embodiment, the full length fuel rod 71 in the fuel assembly of the sixth embodiment is replaced with an upper low enriched fuel rod 75. The upper low enriched fuel rod 75 is obtained by loading the low enriched pellet 58 at the same position as the position where the small diameter pellet 57 is loaded. The average concentration in the axial direction of the low concentration pellet 58 is about 3.6%, and the average concentration in the axial direction of the pellet 54 loaded below the position where the low concentration pellet 58 is loaded is 4%. . Since the average enrichment at the upper part of the upper low enriched fuel rod 75 is lower than the lower part, it is possible to avoid the axial output distribution from becoming an extreme upper peak at the end of the cycle.

過渡時のΔMCPRは、9×9燃料(A型)よりも0.08改善され、炉心安定性減幅比は、9×9燃料(A型)よりも最大値が約0.10改善される。装填される燃料の体積(約1.92×10cm)は、9×9燃料(A型)を約1%上回っている。よって、本実施の形態の燃料集合体は、BWRの経済性を低下させることなく、スクラム・過渡特性と安定性を向上させることができる。 ΔMCPR at the time of transition is improved by 0.08 over 9 × 9 fuel (A type), and the core stability reduction ratio is improved by about 0.10 at the maximum value compared with 9 × 9 fuel (A type). . The volume of fuel loaded (approximately 1.92 × 10 4 cm 3 ) is approximately 1% higher than 9 × 9 fuel (type A). Therefore, the fuel assembly according to the present embodiment can improve the scram / transient characteristics and stability without reducing the economics of BWR.

さらに、下端から約3.0mでのペレット最大濃縮度を5%よりも大きくすることにより、燃料集合体30の取出平均燃焼度を延ばすこともできる。また、燃料有効部の下端から約3.0mでのペレット平均密度を、約3.0mから約3.7mでのペレット平均密度よりも約1.1倍以上に大きくすることで、サイクル末期で軸方向出力分布が極端な上部ピークになることを回避する効果が得られる。ペレット製造時に添加する中性子毒物であるガドリニアの濃度を、燃料有効部の下端から約3.0mでの平均濃度の方が、約3.0mから約3.7mでの平均濃度よりも約1.1倍以上に大きくすることにより、サイクル末期での上部ピーク発生を回避することもできる。   Furthermore, by taking the maximum pellet enrichment at about 3.0 m from the lower end to be larger than 5%, it is possible to extend the average burnup of the fuel assembly 30. In addition, by increasing the average pellet density at about 3.0 m from the lower end of the effective fuel portion to about 1.1 times or more than the average pellet density at about 3.0 m to about 3.7 m, at the end of the cycle The effect of avoiding that the axial output distribution becomes an extreme upper peak is obtained. The concentration of gadolinia, which is a neutron poison added at the time of pellet production, is about 1. for the average concentration at about 3.0 m from the lower end of the effective fuel portion than for the average concentration at about 3.0 m to about 3.7 m. By making it larger by a factor of 1 or more, the occurrence of an upper peak at the end of the cycle can be avoided.

[第9の実施の形態]
図44は、本発明に係る燃料集合体の第8の実施の形態における横断面を模式的に示す、図46および図47におけるZ44−Z44矢視横断面図である。図45は、本発明に係る燃料集合体の第8の実施の形態における横断面を模式的に示す、図46および図47におけるZ45−Z45矢視横断面図である。図46は、図44および図45におけるX46−X46矢視縦断面図である。図47は、図44および図45におけるX47−X47矢視縦断面図である。
[Ninth Embodiment]
FIG. 44 is a cross-sectional view taken along arrows Z44-Z44 in FIGS. 46 and 47, schematically showing a cross-section in the eighth embodiment of the fuel assembly according to the present invention. FIG. 45 is a cross-sectional view taken along arrows Z45-Z45 in FIGS. 46 and 47, schematically showing a cross-section in the eighth embodiment of the fuel assembly according to the present invention. 46 is a longitudinal sectional view taken along arrows X46-X46 in FIGS. 44 and 45. FIG. 47 is a longitudinal sectional view taken along arrows X47-X47 in FIGS. 44 and 45. FIG.

本実施の形態の燃料集合体30は、第1の実施の形態における燃料集合体30の全長一部欠損燃料棒72を、上部固体減速材入り燃料棒76に代えたものである。上部固体減速材入り燃料棒76は、第1の実施の形態における全長一部欠損燃料棒72の欠損領域92に、固体減速材59を収めたものである。固体減速材59は、たとえば、水素化ジルコニウム、重水素化ジルコニウム、水素化イットリウム、水素化セリウムなどである。   The fuel assembly 30 of the present embodiment is obtained by replacing the fuel rods 72 having a partially missing full length of the fuel assembly 30 of the first embodiment with fuel rods 76 with an upper solid moderator. The upper solid moderator-containing fuel rod 76 is obtained by storing the solid moderator 59 in the deficient region 92 of the full length partially deficient fuel rod 72 in the first embodiment. The solid moderator 59 is, for example, zirconium hydride, zirconium deuteride, yttrium hydride, cerium hydride, or the like.

このような燃料集合体30では、上部領域に固体減速材を配置することにより、燃料集合体上部領域での負のボイド係数を低減することができる。その結果、16本の短尺一部欠損燃料棒81の採用による、サイクル末期での軸方向出力分布の上歪み化回避効果が相俟って、ボイド減少時の過渡特性、および、安定性が改善される。同様の効果は、短尺一部欠損燃料棒81に、固体減速材を含む合金製ロッドを接続することでも得られる。   In such a fuel assembly 30, the negative void coefficient in the upper region of the fuel assembly can be reduced by disposing the solid moderator in the upper region. As a result, the adoption of 16 short partly deficient fuel rods 81 combined with the effect of avoiding the upward distortion of the axial output distribution at the end of the cycle improves the transient characteristics and stability at the time of void reduction. Is done. A similar effect can be obtained by connecting an alloy rod containing a solid moderator to the short partly deficient fuel rod 81.

過渡時のΔMCPRは、9×9燃料(A型)よりも0.08改善され、炉心安定性減幅比は、9×9燃料(A型)よりも最大値が約0.10改善される。装填される燃料の体積は、9×9燃料(A型)を約3%上回っている。よって、本実施の形態の燃料集合体は、BWRの経済性を低下させることなく、スクラム・過渡特性と安定性を向上させることができる。   ΔMCPR at the time of transition is improved by 0.08 over 9 × 9 fuel (A type), and the core stability reduction ratio is improved by about 0.10 at the maximum value compared with 9 × 9 fuel (A type). . The volume of fuel loaded is about 3% higher than 9 × 9 fuel (type A). Therefore, the fuel assembly according to the present embodiment can improve the scram / transient characteristics and stability without reducing the economics of BWR.

また、燃料有効部の下端から約3.0mないし約3.7mまでの欠損領域92は、プレナム部として利用する方法の他に、天然ウラン燃料ペレット、または、劣化ウラン燃料ペレットを装填することも可能であり、これによっても、上部ピークの緩和効果が得られる。   Further, the defect region 92 from about 3.0 m to about 3.7 m from the lower end of the fuel effective portion may be loaded with natural uranium fuel pellets or deteriorated uranium fuel pellets in addition to the method of using as a plenum portion. This is also possible, and the relaxation effect of the upper peak can be obtained.

[第10の実施の形態]
図48は、本発明に係る燃料集合体の第8の実施の形態における横断面を模式的に示す、図50および図51におけるZ48−Z48矢視横断面図である。図49は、本発明に係る燃料集合体の第8の実施の形態における横断面を模式的に示す、図50および図51におけるZ49−Z49矢視横断面図である。図50は、図48および図49におけるX50−X50矢視縦断面図である。図51は、図48および図49におけるX51−X51矢視縦断面図である。
[Tenth embodiment]
FIG. 48 is a cross-sectional view taken along arrows Z48-Z48 in FIGS. 50 and 51, schematically showing a cross-section in the eighth embodiment of the fuel assembly according to the present invention. FIG. 49 is a cross-sectional view taken along arrows Z49-Z49 in FIGS. 50 and 51, schematically showing a cross-section in the eighth embodiment of the fuel assembly according to the present invention. 50 is a vertical cross-sectional view taken along arrows X50-X50 in FIGS. 48 and 49. FIG. 51 is a longitudinal sectional view taken along arrows X51-X51 in FIGS. 48 and 49. FIG.

本実施の形態の燃料集合体30は、高速スクラムプラントまたはABWRプラント用である。この燃料集合体30は、第1の実施の形態の燃料集合体30で外周部に配置された全長一部欠損燃料棒72を、全長燃料棒71に代えたものである。つまり、第1の実施の形態の燃料集合体30の外周部に配置された一部欠損燃料棒のうち、1辺当たり2本、合計8本の全長一部欠損燃料棒72の燃料有効部の下端から約3.0mないし約3.7mの範囲に、ペレット54を装填したものである。これにより、装填される燃料の体積は、高燃焼度9×9燃料(A型)を約4%上回る。   The fuel assembly 30 of the present embodiment is for a high-speed scrum plant or ABWR plant. This fuel assembly 30 is obtained by replacing the full-length partially defective fuel rod 72 disposed on the outer peripheral portion of the fuel assembly 30 of the first embodiment with a full-length fuel rod 71. That is, of the partially defective fuel rods arranged on the outer peripheral portion of the fuel assembly 30 of the first embodiment, two of the fuel effective portions of the total length of partially defective fuel rods 72 are two per side. The pellets 54 are loaded in the range of about 3.0 m to about 3.7 m from the lower end. Thereby, the volume of the loaded fuel exceeds the high burnup 9 × 9 fuel (A type) by about 4%.

また、過渡時のΔMCPRは、9×9燃料(A型)よりも0.15改善され、炉心安定性減幅比は、9×9燃料(A型)よりも最大値が約0.03改善される。よって、本実施の形態の燃料集合体は、高速スクラムプラントまたはABWRプラントの経済性を低下させることなく、スクラム・過渡特性と安定性を向上させることができる。   Moreover, ΔMCPR at the time of transition is improved by 0.15 from 9 × 9 fuel (A type), and the maximum stability reduction ratio is about 0.03 improved from 9 × 9 fuel (A type). Is done. Therefore, the fuel assembly according to the present embodiment can improve the scram / transient characteristics and stability without reducing the economic efficiency of the high-speed scrum plant or ABWR plant.

[他の実施の形態]
なお、本発明は、上述の各実施の形態に限定されず、様々な形態で実施することができる。また、各実施の形態の特徴を組み合わせて実施することもできる。
[Other embodiments]
In addition, this invention is not limited to each above-mentioned embodiment, It can implement with various forms. Moreover, it can also implement combining the characteristic of each embodiment.

図66は、各実施の形態の特徴をまとめた表である。   FIG. 66 is a table summarizing the features of each embodiment.

上述の各実施の形態の燃料集合体30は、短尺一部欠損燃料棒81(部分長燃料棒)、太径ウォータロッドなど、これまでに培われたBWRの燃料設計・製造技術を基盤とした上で、BWRの経済性を低下させることなく、スクラム・過渡特性と安定性を向上させる。また、これらの燃料集合体30は、適切な本数、長さおよび配置の部分長燃料棒を採用しており、あるいは、適切な径、U235濃縮度、密度およびガドリニア濃度装填するペレット54を用いている。これにより、サイクル末期での軸方向出力分布が集合体上部で極端なピーキング係数を有することがなく、かつ、燃料温度上昇時の燃料被覆管−冷却材熱伝達特性が緩やかになるようにしている。   The fuel assemblies 30 of the above-described embodiments are based on the BWR fuel design and manufacturing technology cultivated so far, such as short partly missing fuel rods 81 (partial length fuel rods), large diameter water rods, and the like. On top of this, it improves the scram / transient characteristics and stability without reducing the economics of the BWR. Also, these fuel assemblies 30 employ partial-length fuel rods of an appropriate number, length and arrangement, or use pellets 54 loaded with appropriate diameter, U235 enrichment, density and gadolinia concentration. Yes. As a result, the axial output distribution at the end of the cycle does not have an extreme peaking coefficient at the upper part of the assembly, and the fuel cladding-coolant heat transfer characteristic when the fuel temperature rises becomes gentle. .

一部欠損燃料棒71,81,82の本数を増やした場合には、炉心運転計画策定時に燃料集合体の軸方向の出力分布が出口付近でピークを有することを容易に回避できる。この場合、スクラム動作時には、効果的に負の反応度が投入され、過渡時のMCPR低下幅(ΔMCPR)を小さくすることができる。   When the number of partially missing fuel rods 71, 81, 82 is increased, it is possible to easily avoid that the power distribution in the axial direction of the fuel assembly has a peak near the outlet when the core operation plan is formulated. In this case, the negative reactivity is effectively input during the scram operation, and the MCPR drop width (ΔMCPR) at the time of transition can be reduced.

また、一般にスクラム特性は軸方向出力分布が下歪みのときに改善されることから、燃料棒51の核燃料物質の装填範囲を最大有効長の半分未満とすることはスクラム特性の改善にはつながらない。また、核燃料物質の装填範囲が短い燃料棒51を多く採用することは、燃料ペレット装填量確保の観点からの不利である。   In general, the scram characteristic is improved when the axial power distribution is under strain. Therefore, setting the loading range of the nuclear fuel material in the fuel rod 51 to less than half of the maximum effective length does not lead to the improvement of the scrum characteristic. In addition, it is disadvantageous from the viewpoint of securing the fuel pellet loading amount to employ many fuel rods 51 having a short nuclear fuel material loading range.

図3は、核燃料物質の装填量と燃料棒本数の関係の例を核燃料物質の装填長さ毎に示すグラフである。この図は、たとえば1本のウォータチャンネルによって燃料棒9本分の水領域を確保し、燃料有効長Aが約3.71mの10×10燃料集合体を例としたものである。被覆管外径は約10.2mm、ペレット直径は約8.8mmとしている。また、燃料ペレット装填量は、9×9燃料(A型)のペレット装填体積に対する割合として表している。ペレット装填長さは、7/8A、5/6Aおよび1/2Aの3種類について示した。燃料棒本数は、10行×10列=100本に対する割合として示した。   FIG. 3 is a graph showing an example of the relationship between the amount of nuclear fuel material loaded and the number of fuel rods for each length of loaded nuclear fuel material. This figure is an example of a 10 × 10 fuel assembly in which a water area for nine fuel rods is secured by one water channel and the effective fuel length A is about 3.71 m. The outer diameter of the cladding tube is about 10.2 mm, and the pellet diameter is about 8.8 mm. The fuel pellet loading amount is expressed as a ratio to the pellet loading volume of 9 × 9 fuel (A type). The pellet loading length was shown for three types of 7 / 8A, 5 / 6A and 1 / 2A. The number of fuel rods is shown as a ratio to 10 rows × 10 columns = 100.

この図から、9×9燃料(A型)と同等のペレット装填量を確保する観点からは、燃料有効長を7/8Aとすると、約50%(約50本)まで増やすことができることがわかる。また、5/6Aでは約40%(約40本)、1/2Aでは約13%(約13本)まで、燃料棒本数を増やせる。なお、この図には示していないが、2/3Aの場合には、約20%(約20本)まで燃料棒本数を増やすことができる。   From this figure, it can be seen that from the viewpoint of securing a pellet loading equivalent to 9 × 9 fuel (type A), if the effective fuel length is 7 / 8A, it can be increased to about 50% (about 50). . In addition, the number of fuel rods can be increased to about 40% (about 40) for 5 / 6A and to about 13% (about 13) for 1 / 2A. Although not shown in this figure, in the case of 2 / 3A, the number of fuel rods can be increased to about 20% (about 20).

図2は、本発明に係る燃料集合体の各実施の形態における従来スクラムプラントのサイクル末期炉心で発電機負荷遮断・バイパス弁不作動時のΔMCPRと、一部欠損燃料棒の燃料棒本数との関係を示すグラフである。炉心3には、図3と同じ10×10燃料集合体が装荷されている場合であり、横軸は10行10列の正方格子全ての位置に燃料棒が配置された場合の燃料棒本数(100本)に対する割合として示した。   FIG. 2 is a graph showing the relationship between ΔMCPR when the generator load is shut off and the bypass valve is not operating in the end-cycle core of the conventional scrum plant in each embodiment of the fuel assembly according to the present invention, and the number of fuel rods of partially missing fuel rods. It is a graph which shows a relationship. The core 3 is loaded with the same 10 × 10 fuel assembly as in FIG. 3, and the horizontal axis indicates the number of fuel rods when the fuel rods are arranged at all positions of the 10 × 10 square lattice ( 100).

核燃料物質の装填長さがAよりも短い燃料棒本数が0のときのΔMCPRは0.26である。一部欠損燃料棒72,81,82の核燃料物質の装填長さが7/8Aでは、燃料棒本数を増やしてもΔMCPRの緩和効果はほとんど得られない。それに対して、一部欠損燃料棒の核燃料物質の装填長さが5/6Aでは、燃料棒を約20%とするとΔMCPRが約0.05改善され、約35%とするとΔMCPRが約0.10改善されている。ΔMCPRの改善率はNの1/5〜1/3で最大となっている。Nの40%を超えると給水加熱喪失時のΔMCPR(0.15)を下回るようになるが、改善率は小さくなっている。また、一部欠損燃料棒の核燃料物質の装填長さが1/2Aでは、ΔMCPRの改善率はNの1/10〜1/5で最大となっている。 ΔMCPR is 0.26 when the number of fuel rods with a nuclear fuel material loading length shorter than A is zero. When the loaded length of the nuclear fuel material of the partially missing fuel rods 72, 81, 82 is 7 / 8A, even if the number of fuel rods is increased, the effect of mitigating ΔMCPR is hardly obtained. On the other hand, when the loading length of the nuclear fuel material of the partially defective fuel rod is 5 / 6A, ΔMCPR is improved by about 0.05 when the fuel rod is about 20%, and ΔMCPR is about 0.10 when the fuel rod is about 35%. It has been improved. The improvement rate of ΔMCPR is maximized at 1/5 to 1/3 of N 2 . Although a greater than 40% of the N 2 falls below the feed water heating loss during ΔMCPR (0.15), the improvement rate is small. Further, in some defective fuel loading length of the nuclear fuel material of rods 1 / 2A, improvement of ΔMCPR has a maximum 1 / 10-1 / 5 of N 2.

このように、一部欠損燃料棒71,81,82の核燃料物質の装填長さが5/6A〜1/2Aの燃料棒をNの一定割合装荷することで、ペレット装填量を9×9燃料(A型)と比べて同等以上とした上で、過渡時のΔMCPRを効率的に低減することができる。具体的には、一部欠損燃料棒の核燃料物質の装填長さが5/6A〜2/3Aの燃料棒を、Nの約1/5〜1/3、一部欠損燃料棒の核燃料物質の装填長さが2/3Aの1/2Aの燃料棒をNの約0〜1/5を採用すれば良い。 In this manner, the loading length of the nuclear fuel material partially deficient fuel rods 71,81,82 is a fuel rod 5 / 6A~1 / 2A a certain percentage loading of N 2, the pellet loading 9 × 9 The ΔMCPR at the time of transition can be efficiently reduced while being equal to or greater than that of the fuel (type A). Specifically, the nuclear fuel material of the fuel rods of some defective fuel loading length of the nuclear fuel material of rod 5 / 6A~2 / 3A, about 1 / 5-1 / 3 of the N 2, a part deficient fuel rods About 0 to 1/5 of N 2 may be used for a 1 / 2A fuel rod with a loading length of 2 / 3A.

図1は、本発明に係る燃料集合体の各実施の形態における従来スクラムプラントのサイクル末期炉心で発電機負荷遮断・バイパス弁不作動時のΔMCPRと、欠損領域の体積との関係を示すグラフである。ここで、欠損領域91,92の体積は、N行N列の正方格子位置の全ての位置に燃料有効長の全範囲に亘って核燃料物質を装填した燃料棒を配置した場合の核燃料物質の体積に対する割合として示した。   FIG. 1 is a graph showing the relationship between ΔMCPR at the end of cycle of a conventional scrum plant in the fuel assembly according to the present invention and the volume of a deficient region when the generator load is cut off and the bypass valve is not operating. is there. Here, the volume of the defect regions 91 and 92 is the volume of the nuclear fuel material when the fuel rods loaded with the nuclear fuel material are arranged over the entire range of the effective fuel length at all the positions of the N-by-N square lattice positions. Shown as a percentage of.

一部欠損燃料棒72,81,82の核燃料物質の装填長さが5/6A〜1/2Aの場合に、欠損領域の体積の割合を約3〜6%とすることで、9×9燃料(A型)と同等以上のペレット装填量を確保した上で、ΔMCPRを0.20〜0.15まで低下することができる。この関係は、たとえば2本のウォータロッド53を備えて燃料棒8本分の水領域を有する10×10燃料集合体に関してもほぼ当てはまる。さらには、N×N燃料集合体の全燃料棒本数に対する一部欠損燃料棒72,81,82の本数の割合、あるいは、N×N集合体のペレット装填体積あるいは断面積に対する欠損領域の体積あるいは断面積の割合として見た場合には、BWR燃料、特に9×9燃料集合体、10×10燃料集合体、11×11燃料集合体、に対してほぼ共通に成立する。   When the loading length of the nuclear fuel material of the partially defective fuel rods 72, 81, 82 is 5 / 6A to 1 / 2A, the volume ratio of the defective region is set to about 3-6%, so that 9 × 9 fuel ΔMCPR can be lowered to 0.20 to 0.15 after securing a pellet loading equal to or greater than (A type). This relationship is also almost true for a 10 × 10 fuel assembly having, for example, two water rods 53 and a water area corresponding to eight fuel rods. Furthermore, the ratio of the number of partially missing fuel rods 72, 81, 82 to the total number of fuel rods of the N × N fuel assembly, the volume of the missing region relative to the pellet loading volume or the cross-sectional area of the N × N assembly, or When viewed as a ratio of the cross-sectional area, it is substantially common to BWR fuels, particularly 9 × 9 fuel assemblies, 10 × 10 fuel assemblies, and 11 × 11 fuel assemblies.

燃料集合体30の上部領域に中空ペレット56を装填した場合には、同領域での水対ウラン比が増加することから負のボイド係数が小さくなり、ΔMCPRは低減される。燃料集合体30の上部領域に固体減速材59を装填した場合でも同様の効果が得られる。また、燃料集合体30の上部領域でのペレット54の外径を小さくする、あるいは、初期ヘリウム封入圧を小さくすると、ペレット−被覆管ギャップ部での熱伝達率が減少することから、過渡的な燃料温度上昇時の燃料表面熱流束増加の時間変化が緩やかになり、軸方向出力分布が上歪みの場合でも、ΔMCPRは低減される。   When the hollow pellet 56 is loaded in the upper region of the fuel assembly 30, the water-to-uranium ratio in the same region increases, so the negative void coefficient decreases and ΔMCPR is reduced. Even when the solid moderator 59 is loaded in the upper region of the fuel assembly 30, the same effect can be obtained. Further, if the outer diameter of the pellet 54 in the upper region of the fuel assembly 30 is reduced, or if the initial helium sealing pressure is reduced, the heat transfer coefficient in the pellet-cladding gap is reduced, so that it is transient. Even when the fuel surface heat flux increases with time when the fuel temperature rises, the time change becomes gentle and the axial output distribution is strained upward, ΔMCPR is reduced.

燃料集合体30の上部領域での濃縮度平均値が集合体下部領域での濃縮度平均値よりも小さい場合、あるいは、燃料集合体30の上部領域での密度平均値が燃料集合体下部領域での密度平均値よりも小さい場合には、燃料集合体30の上部での核反応が下部での反応よりも低くなる、このため、軸方向出力分布は上部ピークとなり難くなる。また、燃料集合体30の上部領域でのガドリニア濃度平均値を、集合体下部領域でのガドリニア濃度平均値よりも小さくすることにより、サイクル末期での軸方向出力分布が上部ピークを回避することが容易になる。   When the enrichment average value in the upper region of the fuel assembly 30 is smaller than the enrichment average value in the assembly lower region, or the density average value in the upper region of the fuel assembly 30 is lower in the fuel assembly lower region. When the density average value is smaller, the nuclear reaction at the upper part of the fuel assembly 30 becomes lower than the reaction at the lower part. Therefore, the axial power distribution is less likely to become the upper peak. Further, by making the average gadolinia concentration value in the upper region of the fuel assembly 30 smaller than the average gadolinia concentration value in the lower region of the assembly, the axial output distribution at the end of the cycle may avoid the upper peak. It becomes easy.

このような方法をとると、従来スクラムプラントのサイクル末期炉心において、発電機負荷遮断・バイパス弁不作動時のΔMCPRを最大0.10低減し、従来9×9燃料集合体での燃料装填体積を確保できる。   When this method is adopted, the ΔMCPR when the generator load is shut off and the bypass valve is not operated is reduced by a maximum of 0.10 in the end-cycle core of the conventional scrum plant, and the fuel loading volume of the conventional 9 × 9 fuel assembly is reduced. It can be secured.

さらに、部分長燃料棒の採用により、燃料集合体圧損が低減されることから、熱水力的な安定性(チャンネル水力学的安定性)が改善される。これにより、核と熱水力が結合した安定性(炉心安定性、領域安定性)の改善をもたらす。このとき、部分長燃料棒をバイパス領域に面する集合体外周部に集中させた場合、あるいは、太径ウォータロッド、あるいはウォータチャンネルに隣接させた場合には、中性子束の減速が効果的に行われることから負のボイド係数の低減効果が拡大され、ボイド消滅時の核的フィードバックの影響を緩和することができる。   Further, the adoption of the partial length fuel rods reduces the fuel assembly pressure loss, thereby improving the hydro-hydraulic stability (channel hydraulic stability). As a result, the stability (core stability, region stability) in which the core and the thermal hydraulic power are combined is improved. At this time, if the partial-length fuel rods are concentrated on the outer periphery of the assembly facing the bypass region, or if they are adjacent to the large-diameter water rod or water channel, the neutron flux is effectively decelerated. Therefore, the negative void coefficient reduction effect is expanded, and the influence of nuclear feedback when the void disappears can be mitigated.

本発明に係る燃料集合体の各実施の形態における従来スクラムプラントのサイクル末期炉心で発電機負荷遮断・バイパス弁不作動時のΔMCPRと、欠損領域の体積との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between (DELTA) MCPR at the time of a generator load interruption | blocking and bypass valve non-operation in the cycle end core of the conventional scram plant in each embodiment of the fuel assembly concerning this invention, and the volume of a defect | deletion area | region. 本発明に係る燃料集合体の各実施の形態における従来スクラムプラントのサイクル末期炉心で発電機負荷遮断・バイパス弁不作動時のΔMCPRと、一部欠損燃料棒の燃料棒本数との関係を示すグラフである。The graph which shows the relationship between (DELTA) MCPR at the time of a generator load interruption | blocking and a bypass valve non-operation in the end-cycle core of the conventional scrum plant in each embodiment of the fuel assembly concerning the present invention, and the number of fuel rods of a partly missing fuel rod It is. 核燃料物質の装填量と燃料棒本数の関係の例を核燃料物質の装填長さ毎に示すグラフである。It is a graph which shows the example of the relationship between the loading amount of a nuclear fuel material, and the number of fuel rods for every loading length of a nuclear fuel material. 本発明に係る燃料集合体の第1の実施の形態における横断面を模式的に示す、図6および図7におけるZ4−Z4矢視横断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view taken along arrows Z4-Z4 in FIGS. 6 and 7 schematically showing a cross-section in the first embodiment of the fuel assembly according to the present invention. 本発明に係る燃料集合体の第1の実施の形態における横断面を模式的に示す、図6および図7におけるZ5−Z5矢視横断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view taken in the direction of arrows Z5-Z5 in FIGS. 6 and 7 schematically showing a cross-section in the first embodiment of the fuel assembly according to the present invention. 図4および図5におけるX6−X6矢視縦断面図である。FIG. 6 is a vertical cross-sectional view taken along arrows X6-X6 in FIGS. 4 and 5. 図4および図5におけるX7−X7矢視縦断面図である。FIG. 6 is a longitudinal sectional view taken along arrows X7-X7 in FIGS. 4 and 5. 本発明に係る燃料集合体の第1の実施の形態を装荷した炉心のサイクル初期とサイクル末期での炉心平均軸方向出力分布の例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of the core average axial direction power distribution in the cycle initial stage of the core which loaded 1st Embodiment of the fuel assembly based on this invention, and the cycle end stage. 本発明に係る燃料集合体の第1の実施の形態を装荷した従来スクラムプラントのサイクル末期炉心でのタービントリップ・バイパス弁不作動時の過渡解析結果を示すグラフである。It is a graph which shows the transient analysis result at the time of the turbine trip bypass valve operation | movement in the end-cycle core of the conventional scrum plant loaded with 1st Embodiment of the fuel assembly which concerns on this invention. 本発明に係る燃料集合体の第1の実施の形態を装荷した従来スクラムプラントのサイクル末期炉心でのタービントリップ・バイパス弁不作動時の過渡解析結果を示すグラフである。It is a graph which shows the transient analysis result at the time of the turbine trip bypass valve operation | movement in the end-cycle core of the conventional scrum plant loaded with 1st Embodiment of the fuel assembly which concerns on this invention. 本発明に係る燃料集合体の第1の実施の形態を装荷した従来スクラムプラントのサイクル末期炉心でのタービントリップ・バイパス弁不作動時の過渡解析結果を示すグラフである。It is a graph which shows the transient analysis result at the time of the turbine trip bypass valve operation | movement in the end-cycle core of the conventional scrum plant loaded with 1st Embodiment of the fuel assembly which concerns on this invention. 本発明に係る燃料集合体の第1の実施の形態を装荷した炉心の炉心安定性減幅比を示すグラフである。It is a graph which shows the core stability reduction ratio of the core loaded with 1st Embodiment of the fuel assembly which concerns on this invention. 本発明に係る燃料集合体の第2の実施の形態における横断面を模式的に示す、図15および図16におけるZ13−Z13矢視横断面図である。FIG. 17 is a transverse cross-sectional view taken along arrows Z13-Z13 in FIGS. 15 and 16, schematically showing a cross-section in the second embodiment of the fuel assembly according to the present invention. 本発明に係る燃料集合体の第2の実施の形態における横断面を模式的に示す、図15および図16におけるZ14−Z14矢視横断面図である。FIG. 17 is a cross-sectional view taken along arrows Z14-Z14 in FIGS. 15 and 16, schematically showing a cross-section in the second embodiment of the fuel assembly according to the present invention. 図13および図14におけるX15−X15矢視縦断面図である。It is a X15-X15 arrow longitudinal cross-sectional view in FIG. 13 and FIG. 図13および図14におけるX16−X16矢視縦断面図である。It is a X16-X16 arrow longitudinal cross-sectional view in FIG. 13 and FIG. 本実施の形態における燃料集合体を装荷した炉心のサイクル初期とサイクル末期での炉心平均軸方向出力分布の例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of the core average axial direction power distribution in the cycle initial stage and the cycle end of the core which loaded the fuel assembly in this Embodiment. 本発明に係る燃料集合体の第3の実施の形態における横断面を模式的に示す、図20および図21におけるZ18−Z18矢視横断面図である。FIG. 22 is a cross-sectional view taken along arrows Z18-Z18 in FIGS. 20 and 21, schematically showing a cross-section in the third embodiment of the fuel assembly according to the present invention. 本発明に係る燃料集合体の第3の実施の形態における横断面を模式的に示す、図20および図21におけるZ19−Z19矢視横断面図である。FIG. 22 is a transverse cross-sectional view taken along arrows Z19-Z19 in FIGS. 20 and 21, schematically showing a cross-section in the third embodiment of the fuel assembly according to the present invention. 図18および図19におけるX20−X20矢視縦断面図である。FIG. 20 is a vertical cross-sectional view taken along arrow X20-X20 in FIGS. 18 and 19. 図18および図19におけるX21−X21矢視縦断面図である。It is a X21-X21 arrow longitudinal cross-sectional view in FIG.18 and FIG.19. 本発明に係る燃料集合体の第4の実施の形態における横断面を模式的に示す、図24および図25におけるZ22−Z22矢視横断面図である。FIG. 26 is a cross-sectional view taken along arrows Z22-Z22 in FIGS. 24 and 25, schematically showing a cross-section in the fourth embodiment of the fuel assembly according to the present invention. 本発明に係る燃料集合体の第4の実施の形態における横断面を模式的に示す、図24および図25におけるZ23−Z23矢視横断面図である。FIG. 26 is a cross-sectional view taken along arrows Z23-Z23 in FIGS. 24 and 25, schematically showing a cross-section in the fourth embodiment of the fuel assembly according to the present invention. 図22および図23におけるX24−X24矢視縦断面図である。It is a X24-X24 arrow longitudinal cross-sectional view in FIG. 22 and FIG. 図22および図23におけるX24−X24矢視縦断面図である。It is a X24-X24 arrow longitudinal cross-sectional view in FIG. 22 and FIG. 本発明に係る燃料集合体の第5の実施の形態における横断面を模式的に示す、図24および図25におけるZ26−Z26矢視横断面図である。FIG. 26 is a cross-sectional view taken along arrows Z26-Z26 in FIGS. 24 and 25, schematically showing a cross-section in the fifth embodiment of the fuel assembly according to the present invention. 本発明に係る燃料集合体の第5の実施の形態における横断面を模式的に示す、図24および図25におけるZ27−Z27矢視横断面図である。It is a Z27-Z27 arrow transverse cross section in Drawing 24 and Drawing 25 showing typically a cross section in a 5th embodiment of a fuel assembly concerning the present invention. 図22および図23におけるX28−X28矢視縦断面図である。It is a X28-X28 arrow longitudinal cross-sectional view in FIG.22 and FIG.23. 図22および図23におけるX29−X29矢視縦断面図である。It is a X29-X29 arrow longitudinal cross-sectional view in FIG.22 and FIG.23. 本発明に係る燃料集合体の第6の実施の形態における横断面を模式的に示す、図32および図33におけるZ30−Z30矢視横断面図である。It is a Z30-Z30 arrow transverse cross section in Drawing 32 and Drawing 33 showing typically a cross section in a 6th embodiment of a fuel assembly concerning the present invention. 本発明に係る燃料集合体の第6の実施の形態における横断面を模式的に示す、図32および図33におけるZ31−Z31矢視横断面図である。FIG. 34 is a transverse sectional view taken along arrows Z31-Z31 in FIGS. 32 and 33, schematically showing a transverse section in the sixth embodiment of the fuel assembly according to the present invention. 図30および図31におけるX32−X32矢視縦断面図である。FIG. 32 is a longitudinal sectional view taken along arrows X32-X32 in FIGS. 30 and 31. 図30および図31におけるX33−X33矢視縦断面図である。FIG. 32 is a longitudinal sectional view taken along arrows X33-X33 in FIGS. 30 and 31. 本発明に係る燃料集合体の第6の実施の形態を装荷した炉心のMCPRの解析結果を示すグラフである。It is a graph which shows the analysis result of MCPR of the core loaded with 6th Embodiment of the fuel assembly which concerns on this invention. 本発明に係る燃料集合体の第7の実施の形態における横断面を模式的に示す、図37および図38におけるZ35−Z35矢視横断面図である。It is a Z35-Z35 arrow transverse cross section in Drawing 37 and Drawing 38 showing typically a cross section in a 7th embodiment of a fuel assembly concerning the present invention. 本発明に係る燃料集合体の第7の実施の形態における横断面を模式的に示す、図37および図38におけるZ36−Z36矢視横断面図である。It is a Z36-Z36 arrow cross-sectional view in Drawing 37 and Drawing 38 showing typically a cross section in a 7th embodiment of a fuel assembly concerning the present invention. 図35および図36におけるX37−X37矢視縦断面図である。It is a X37-X37 arrow longitudinal cross-sectional view in FIG. 35 and FIG. 図35および図36におけるX38−X38矢視縦断面図である。It is a X38-X38 arrow longitudinal cross-sectional view in FIG. 35 and FIG. 本発明に係る燃料集合体の第7の実施の形態におけるセグメントの一部拡大縦断面図である。It is a partial expanded longitudinal cross-sectional view of the segment in 7th Embodiment of the fuel assembly which concerns on this invention. 本発明に係る燃料集合体の第8の実施の形態における横断面を模式的に示す、図42および図43におけるZ40−Z40矢視横断面図である。It is a Z40-Z40 arrow transverse cross section in Drawing 42 and Drawing 43 showing typically a cross section in an 8th embodiment of a fuel assembly concerning the present invention. 本発明に係る燃料集合体の第8の実施の形態における横断面を模式的に示す、図42および図43におけるZ41−Z41矢視横断面図である。FIG. 44 is a cross-sectional view taken along arrows Z41-Z41 in FIGS. 42 and 43, schematically showing a cross-section in the eighth embodiment of the fuel assembly according to the present invention. 図40および図41におけるX42−X42矢視縦断面図である。It is a X42-X42 arrow longitudinal cross-sectional view in FIG. 40 and FIG. 図40および図41におけるX43−X43矢視縦断面図である。It is a X43-X43 arrow longitudinal cross-sectional view in FIG. 40 and FIG. 本発明に係る燃料集合体の第8の実施の形態における横断面を模式的に示す、図46および図47におけるZ44−Z44矢視横断面図である。It is a Z44-Z44 arrow transverse cross section in Drawing 46 and Drawing 47 showing typically a cross section in an 8th embodiment of a fuel assembly concerning the present invention. 本発明に係る燃料集合体の第8の実施の形態における横断面を模式的に示す、図46および図47におけるZ45−Z45矢視横断面図である。It is a Z45-Z45 arrow transverse cross section in Drawing 46 and Drawing 47 showing typically a cross section in an 8th embodiment of a fuel assembly concerning the present invention. 図44および図45におけるX46−X46矢視縦断面図である。It is a X46-X46 arrow longitudinal cross-sectional view in FIG.44 and FIG.45. 図44および図45におけるX47−X47矢視縦断面図である。It is a X47-X47 arrow longitudinal cross-sectional view in FIG.44 and FIG.45. 本発明に係る燃料集合体の第8の実施の形態における横断面を模式的に示す、図50および図51におけるZ48−Z48矢視横断面図である。FIG. 52 is a transverse sectional view taken along arrows Z48-Z48 in FIGS. 50 and 51, schematically showing a transverse section in the eighth embodiment of the fuel assembly according to the present invention. 本発明に係る燃料集合体の第8の実施の形態における横断面を模式的に示す、図50および図51におけるZ49−Z49矢視横断面図である。FIG. 52 is a transverse cross-sectional view taken along arrows Z49-Z49 in FIGS. 50 and 51, schematically showing a transverse section in the eighth embodiment of the fuel assembly according to the present invention. 図48および図49におけるX50−X50矢視縦断面図である。It is a X50-X50 arrow longitudinal cross-sectional view in FIG. 48 and FIG. 図48および図49におけるX51−X51矢視縦断面図である。It is a X51-X51 arrow longitudinal cross-sectional view in FIG. 48 and FIG. 典型的な沸騰水型原子力発電プラント(BWR)の一部の模式的な断面とともに示すブロック図である。It is a block diagram shown with the typical cross section of a part of typical boiling water nuclear power plant (BWR). BWRの典型的な運転特性を示す図である。It is a figure which shows the typical driving | running characteristic of BWR. 典型的なBWRの炉心を模式的に示す横断面図である。It is a cross-sectional view schematically showing a typical BWR core. 典型的なBWRの炉心を模式的に示す縦断面図である。1 is a longitudinal sectional view schematically showing a typical BWR core. FIG. 9×9燃料集合体(A型)の一部切り欠き斜視図である。It is a partially cutaway perspective view of a 9 × 9 fuel assembly (A type). 9×9燃料集合体(A型)の一部拡大一部切り欠き斜視図である。It is a partially expanded partly cutaway perspective view of a 9 × 9 fuel assembly (type A). 9×9燃料集合体(A型)を制御棒とともに示す横断面図である。It is a cross-sectional view which shows a 9x9 fuel assembly (A type) with a control rod. 9×9燃料集合体(A型)を装荷した炉心についてのサイクル初期とサイクル末期での炉心平均軸方向出力分布の例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of the core average axial direction power distribution in the cycle initial stage and the cycle end about the core loaded with the 9x9 fuel assembly (A type). 9×9燃料A型を全数装荷した従来スクラム採用BWRプラントに関する、タービントリップ・バイパス弁不作動解析結果を示すグラフである。It is a graph which shows the turbine trip bypass valve malfunction analysis result regarding the BWR plant using the conventional scrum loaded with all 9 × 9 fuel A types. 9×9燃料A型を全数装荷した従来スクラム採用BWRプラントに関する、タービントリップ・バイパス弁不作動解析結果を示すグラフである。It is a graph which shows the turbine trip bypass valve malfunction analysis result regarding the BWR plant using the conventional scrum loaded with all 9 × 9 fuel A types. 9×9燃料A型を全数装荷した従来スクラム採用BWRプラントに関する、タービントリップ・バイパス弁不作動解析結果を示すグラフである。It is a graph which shows the turbine trip bypass valve malfunction analysis result regarding the BWR plant using the conventional scrum loaded with all 9 × 9 fuel A types. 9×9燃料(A型)を全数装荷したBWRプラントの炉心安定性解析結果を示すグラフである。It is a graph which shows the core stability analysis result of the BWR plant which loaded all the 9x9 fuel (A type). 9×9燃料集合体(B型)の一部切り欠き斜視図である。It is a partially cutaway perspective view of a 9 × 9 fuel assembly (B type). 9×9燃料集合体(B型)を制御棒とともに示す横断面図である。It is a cross-sectional view which shows a 9x9 fuel assembly (B type) with a control rod. 各実施の形態の特徴をまとめた表である。It is the table | surface which put together the characteristic of each embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1…原子炉格納容器、2…原子炉圧力容器、3…炉心、4…冷却水、8…再循環系、9…主蒸気配管系、10…タービン、16…復水器、17…復水ポンプ、18…給水加熱器、19…給水ポンプ、30…燃料集合体、31…チャンネルボックス、32…制御棒、33…LPRM、34…炉心支持板、35…上部格子板、36…シュラウド、37…燃料支持金具、51…燃料棒、52…ウォータチャンネル、53…ウォータロッド、54…ペレット、55…被覆管、56…中空ペレット、57…細径ペレット、58…低濃縮ペレット、61…上部タイプレート、62…下部タイプレート、63…スペーサ、71…全長燃料棒、72…全長一部欠損燃料棒、73…上部中空燃料棒、74…上部細径燃料棒、75…上部低濃縮燃料棒、76…上部固体減速材入り燃料棒、81,82…短尺一部欠損燃料棒(部分長燃料棒)、83,84…セグメント、85…セグメント結合部、86…プレナムスプリング、91,92…欠損領域、93…プレナム DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Reactor containment vessel, 2 ... Reactor pressure vessel, 3 ... Core, 4 ... Cooling water, 8 ... Recirculation system, 9 ... Main steam piping system, 10 ... Turbine, 16 ... Condenser, 17 ... Condensate Pump, 18 ... Feed heater, 19 ... Feed pump, 30 ... Fuel assembly, 31 ... Channel box, 32 ... Control rod, 33 ... LPRM, 34 ... Core support plate, 35 ... Upper grid plate, 36 ... Shroud, 37 ... Fuel support bracket, 51 ... Fuel rod, 52 ... Water channel, 53 ... Water rod, 54 ... Pellet, 55 ... Clad tube, 56 ... Hollow pellet, 57 ... Small diameter pellet, 58 ... Low concentrated pellet, 61 ... Upper type 62, lower tie plate, 63 ... spacer, 71 ... full length fuel rod, 72 ... full length partially missing fuel rod, 73 ... upper hollow fuel rod, 74 ... upper narrow fuel rod, 75 ... upper low enrichment fuel rod, 76 ... Upper part Fuel rod with body moderator, 81, 82 ... Short partially missing fuel rod (partial length fuel rod), 83, 84 ... Segment, 85 ... Segment joint, 86 ... Plenum spring, 91, 92 ... Lost region, 93 ... Plenum

Claims (24)

軸方向に延びる燃料有効部に核燃料物質を収めて沸騰水型原子炉に装荷される燃料集合体において、
前記軸方向に垂直な平面が広がる方向のN行N列の正方格子位置の少なくとも一部に配列されて筒状の被覆管の前記燃料有効部の少なくとも一部に前記核燃料物質を収めた燃料棒と、
前記燃料棒を下端で支持する下部タイプレートと、
前記燃料棒の少なくとも一部を上端で支持する上部タイプレートと、
を有し、前記燃料棒は、前記燃料有効部の全体に亘って前記核燃料物質を収めた全長燃料棒と、前記核燃料物質が収められていない欠損領域が前記燃料有効部の上端から下方に前記燃料有効部の長さである燃料有効長の1/6以上延びる範囲に形成された一部欠損燃料棒と、を含み、前記全長燃料棒を前記正方格子位置の全ての位置に配置した場合の前記核燃料物質の体積に対する前記欠損領域の体積の割合は3%以上6%以下であること、を特徴とする燃料集合体。
In the fuel assembly loaded in the boiling water reactor with nuclear fuel material contained in the axially effective fuel effective part,
A fuel rod in which the nuclear fuel material is housed in at least a part of the fuel effective portion of a cylindrical cladding tube arranged in at least a part of a square lattice position of N rows and N columns in a direction in which a plane perpendicular to the axial direction extends. When,
A lower tie plate that supports the fuel rod at the lower end;
An upper tie plate that supports at least a portion of the fuel rod at its upper end;
The fuel rod includes a full length fuel rod that contains the nuclear fuel material over the entire fuel effective portion, and a deficient region that does not contain the nuclear fuel material extends downward from an upper end of the fuel effective portion. A partially deficient fuel rod formed in a range extending 1/6 or more of the fuel effective length which is the length of the fuel effective portion, and the full length fuel rod is arranged at all positions of the square lattice position The fuel assembly, wherein a ratio of the volume of the defect region to the volume of the nuclear fuel material is 3% or more and 6% or less.
軸方向に延びる燃料有効部に核燃料物質を収めて沸騰水型原子炉に装荷される燃料集合体において、
前記軸方向に垂直な平面が広がる方向のN行N列の正方格子位置の少なくとも一部に配列されて筒状の被覆管の前記燃料有効部の少なくとも一部に前記核燃料物質を収めた燃料棒と、
前記燃料棒を下端で支持する下部タイプレートと、
前記燃料棒の少なくとも一部を上端で支持する上部タイプレートと、
を有し、前記燃料棒は、前記燃料有効部の全体に亘って前記核燃料物質を収めた全長燃料棒と、前記核燃料物質が収められていない欠損領域が前記燃料有効部の上端から下方に前記燃料有効部の長さである燃料有効長の1/6以上延びる範囲に形成されたNの1/5以上1/3以下の本数の一部欠損燃料棒と、を含む、ことを特徴とする燃料集合体。
In the fuel assembly loaded in the boiling water reactor with nuclear fuel material contained in the axially effective fuel effective part,
A fuel rod in which the nuclear fuel material is housed in at least a part of the fuel effective portion of a cylindrical cladding tube arranged in at least a part of a square lattice position of N rows and N columns in a direction in which a plane perpendicular to the axial direction extends. When,
A lower tie plate that supports the fuel rod at the lower end;
An upper tie plate that supports at least a portion of the fuel rod at its upper end;
The fuel rod includes a full length fuel rod that contains the nuclear fuel material over the entire fuel effective portion, and a deficient region that does not contain the nuclear fuel material extends downward from an upper end of the fuel effective portion. A number of partially deficient fuel rods in the range of 1/5 to 1/3 of N 2 formed in a range extending 1/6 or more of the fuel effective length which is the length of the fuel effective portion, Fuel assembly.
前記一部欠損燃料棒は、前記欠損領域が前記燃料有効部の上端から前記燃料有効長の1/6以上1/3以下下方に延びる範囲に形成された第1の一部欠損燃料棒と、前記欠損領域が前記燃料有効部の上端から下方に前記燃料有効長の1/3以上1/2以下延びる範囲に形成されたNの1/5以下の本数の第2の一部欠損燃料棒と、を含む、ことを特徴とする請求項2に記載の燃料集合体。 The partially deficient fuel rod includes a first partially deficient fuel rod formed in a range in which the deficient region extends from 1/6 to 1/3 below the effective fuel length from the upper end of the effective fuel portion; The number of second partially deficient fuel rods equal to or less than 1/5 of N 2 formed in a range in which the deficient region extends from 1/3 to 1/2 of the effective fuel length downward from the upper end of the effective fuel portion. The fuel assembly according to claim 2, comprising: 前記一部欠損燃料棒は上端が前記上部タイプレートと離れて位置する短尺一部欠損燃料棒を含むことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の燃料集合体。   The fuel assembly according to any one of claims 1 to 3, wherein the partially missing fuel rod includes a short partially missing fuel rod whose upper end is located apart from the upper tie plate. 前記全長燃料棒および前記短尺一部欠損燃料棒の上端近傍にはプレナムが形成されていて、前記短尺一部欠損燃料棒のプレナム長さは前記全長燃料棒のプレナム長さ以下であることを特徴とする請求項4に記載の燃料集合体。   A plenum is formed in the vicinity of the upper ends of the full length fuel rod and the short partly missing fuel rod, and the plenum length of the short partly missing fuel rod is equal to or less than the plenum length of the full length fuel rod. The fuel assembly according to claim 4. 前記一部欠損燃料棒は上端を前記上部タイプレートで支持される全長一部欠損燃料棒を含み、前記短尺一部欠損燃料棒の少なくとも1本は前記全長一部欠損燃料棒と同じ軸方向位置に前記欠損領域が形成されていることを特徴とする請求項4または請求項5のいずれか1項に記載の燃料集合体。   The partially missing fuel rod includes a full length partially missing fuel rod whose upper end is supported by the upper tie plate, and at least one of the short partially missing fuel rods has the same axial position as the full length partially missing fuel rod. The fuel assembly according to claim 4, wherein the defect region is formed in the fuel assembly. 前記欠損領域には、固体減速材が収められていることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の燃料集合体。   The fuel assembly according to any one of claims 1 to 6, wherein a solid moderator is accommodated in the defect region. 軸方向に延びる燃料有効部に核燃料物質を収めて沸騰水型原子炉に装荷される燃料集合体において、
前記軸方向に垂直な平面が広がる方向のN行N列の正方格子位置の少なくとも一部に配列されて筒状の被覆管の前記燃料有効部の少なくとも一部に前記核燃料物質を収めた燃料棒と、
前記燃料棒を下端で支持する下部タイプレートと、
前記燃料棒の少なくとも一部を上端で支持する上部タイプレートと、
を有し、前記燃料棒は、前記燃料有効部の全体に亘って前記核燃料物質を収めて少なくとも前記燃料有効部の下端と前記燃料有効部の長さである燃料有効長の1/12上方に離れた位置から前記燃料有効部の上端と前記燃料有効長の1/12下方に離れた位置までの範囲には濃縮度が天然ウラン以下のウラン以外の前記核燃料物質を収めた全長燃料棒と、濃縮度が天然ウラン以下のウランを収めた欠損領域が前記燃料有効部の上端から下方に前記燃料有効長の1/6以上延びる範囲に形成されたNの1/5以上1/3以下の本数の一部欠損燃料棒と、を含み、前記全長燃料棒を前記正方格子位置の全ての位置に配置した場合の前記核燃料物質の体積に対する前記欠損領域の体積の割合は3%以上6%以下であること、を特徴とする燃料集合体。
In the fuel assembly loaded in the boiling water reactor with nuclear fuel material contained in the axially effective fuel part,
A fuel rod in which the nuclear fuel material is housed in at least a part of the fuel effective portion of a cylindrical cladding tube arranged in at least a part of a square lattice position of N rows and N columns in a direction in which a plane perpendicular to the axial direction extends. When,
A lower tie plate that supports the fuel rod at its lower end;
An upper tie plate that supports at least a portion of the fuel rod at its upper end;
The fuel rods contain the nuclear fuel material over the whole fuel effective portion, and at least 1/12 above the fuel effective length which is the length of the fuel effective portion and the lower end of the fuel effective portion. A full-length fuel rod containing the nuclear fuel material other than uranium having a concentration of natural uranium or less in a range from a distant position to a position distant from the upper end of the effective fuel portion and 1/12 of the effective fuel length; A deficient region containing uranium with a concentration of natural uranium or less is formed in a range extending from the upper end of the fuel effective portion downward to 1/6 or more of the fuel effective length and is 1/5 or more and 1/3 or less of N 2 The ratio of the volume of the deficient region to the volume of the nuclear fuel material when the full length fuel rods are arranged at all positions of the square lattice position is 3% or more and 6% or less. A fuel assembly characterized by body.
軸方向に延びる燃料有効部に核燃料物質を収めて沸騰水型原子炉に装荷される燃料集合体において、
前記軸方向に垂直な平面が広がる方向のN行N列の正方格子位置の少なくとも一部に配列されて筒状の被覆管の前記燃料有効部の少なくとも一部に前記核燃料物質を収めた燃料棒と、
前記燃料棒を下端で支持する下部タイプレートと、
前記燃料棒の少なくとも一部を上端で支持する上部タイプレートと、
を有し、前記燃料棒は、前記燃料有効部の全体に亘って前記核燃料物質を収めて少なくとも前記燃料有効部の下端と前記燃料有効部の長さである燃料有効長の1/12上方に離れた位置から前記燃料有効部の上端と前記燃料有効長の1/12下方に離れた位置までの範囲には濃縮度が天然ウラン以下のウラン以外の前記核燃料物質を収めた全長燃料棒と、濃縮度が天然ウラン以下のウランを収めた欠損領域が前記燃料有効部の上端から下方に前記燃料有効長の1/6以上延びる範囲に形成されたNの1/5以上1/3以下の本数の一部欠損燃料棒と、を含む、ことを特徴とする燃料集合体。
In the fuel assembly loaded in the boiling water reactor with nuclear fuel material contained in the axially effective fuel effective part,
A fuel rod in which the nuclear fuel material is housed in at least a part of the fuel effective portion of a cylindrical cladding tube arranged in at least a part of a square lattice position of N rows and N columns in a direction in which a plane perpendicular to the axial direction extends. When,
A lower tie plate that supports the fuel rod at the lower end;
An upper tie plate that supports at least a portion of the fuel rod at its upper end;
The fuel rods contain the nuclear fuel material over the whole fuel effective portion, and at least 1/12 above the fuel effective length which is the length of the fuel effective portion and the lower end of the fuel effective portion. A full-length fuel rod containing the nuclear fuel material other than uranium having a concentration of natural uranium or less in a range from a distant position to a position distant from the upper end of the effective fuel portion and 1/12 of the effective fuel length; A deficient region containing uranium with a concentration of natural uranium or less is formed in a range extending from the upper end of the fuel effective portion downward to 1/6 or more of the fuel effective length and is 1/5 or more and 1/3 or less of N 2 A fuel assembly comprising a number of partially deficient fuel rods.
軸方向に延びる燃料有効部に核燃料物質を収めて沸騰水型原子炉に装荷される燃料集合体において、
前記軸方向に垂直な平面が広がる方向のN行N列の正方格子位置の少なくとも一部に配列されて筒状の被覆管の前記燃料有効部の少なくとも一部に前記核燃料物質を収めた燃料棒と、
前記燃料棒を下端で支持する下部タイプレートと、
前記燃料棒の少なくとも一部を上端で支持する上部タイプレートと、
を有し、前記燃料棒は、前記燃料有効部の全体に亘って前記核燃料物質の中実ペレットを収めた全長燃料棒と、前記燃料有効部の下端から上方に前記燃料有効部の長さである燃料有効長の1/2以上5/6以下延びる第1の範囲に前記中実ペレットを収め、前記第1の範囲の上端から前記燃料有効部の上端までの第2の範囲に前記中実ペレットと外径が同じで前記中実ペレットの外径の1/4以下の内径を持つ中空ペレットを収めたNの1/3以上の本数の上部中空燃料棒と、を含む、ことを特徴とする燃料集合体。
In the fuel assembly loaded in the boiling water reactor with nuclear fuel material contained in the axially effective fuel part,
A fuel rod in which the nuclear fuel material is housed in at least a part of the fuel effective portion of a cylindrical cladding tube arranged in at least a part of a square lattice position of N rows and N columns in a direction in which a plane perpendicular to the axial direction extends. When,
A lower tie plate that supports the fuel rod at its lower end;
An upper tie plate that supports at least a portion of the fuel rod at its upper end;
The fuel rod includes a full length fuel rod containing solid pellets of the nuclear fuel material over the entire fuel effective portion, and a length of the fuel effective portion upward from a lower end of the fuel effective portion. The solid pellets are housed in a first range extending from ½ to 5/6 of an effective fuel length, and the solid pellet is in a second range from the upper end of the first range to the upper end of the effective fuel portion. An upper hollow fuel rod having a number equal to or greater than 1/3 of N 2 and containing a hollow pellet having the same outer diameter as the pellet and having an inner diameter equal to or smaller than ¼ of the outer diameter of the solid pellet. A fuel assembly.
前記燃料棒は、前記第1の範囲と軸方向の同じ範囲に前記中実ペレットを収めて上端が前記上部タイプレートと離れて位置する短尺一部欠損燃料棒を含む、ことを特徴とする請求項8に記載の燃料集合体。   2. The fuel rod according to claim 1, wherein the fuel rod includes a short partially-defective fuel rod in which the solid pellet is accommodated in the same axial range as the first range and an upper end is located apart from the upper tie plate. Item 9. The fuel assembly according to Item 8. 軸方向に延びる燃料有効部に核燃料物質を収めて沸騰水型原子炉に装荷される燃料集合体において、
前記軸方向に垂直な平面が広がる方向のN行N列の正方格子位置の少なくとも一部に配列されて筒状の被覆管の前記燃料有効部の少なくとも一部に前記核燃料物質を収めた燃料棒と、
前記燃料棒を下端で支持する下部タイプレートと、
前記燃料棒の少なくとも一部を上端で支持する上部タイプレートと、
を有し、前記燃料棒は、前記燃料有効部の全体に亘って前記核燃料物質の第1の中実ペレットを収めた全長燃料棒と、前記燃料有効部の下端から上方に前記燃料有効部の長さである燃料有効長の1/2以上5/6以下延びる第1の範囲に前記第1の中実ペレットを収め、前記第1の範囲の上端から前記燃料有効部の上端までの範囲に前記第1の中実ペレットの外径の90%以下の外径を持つ第2の中実ペレットを収めたNの1/3以上の本数の上部細径燃料棒と、を含む、ことを特徴とする燃料集合体。
In the fuel assembly loaded in the boiling water reactor with nuclear fuel material contained in the axially effective fuel effective part,
A fuel rod in which the nuclear fuel material is housed in at least a part of the fuel effective portion of a cylindrical cladding tube arranged in at least a part of a square lattice position of N rows and N columns in a direction in which a plane perpendicular to the axial direction extends. When,
A lower tie plate that supports the fuel rod at the lower end;
An upper tie plate that supports at least a portion of the fuel rod at its upper end;
The fuel rod includes a full length fuel rod containing the first solid pellet of the nuclear fuel material over the whole fuel effective portion, and the fuel effective portion above the lower end of the fuel effective portion. The first solid pellet is accommodated in a first range extending from ½ to 5/6 of the effective fuel length which is a length, and is in a range from the upper end of the first range to the upper end of the effective fuel portion. An upper small-diameter fuel rod having a number equal to or more than 1/3 of N 2 and containing a second solid pellet having an outer diameter of 90% or less of the outer diameter of the first solid pellet. Characteristic fuel assembly.
前記燃料棒は、前記第1の範囲と軸方向の同じ範囲に前記第1の中実ペレットを収めて上端が前記上部タイプレートと離れて位置する短尺一部欠損燃料棒を含む、ことを特徴とする請求項12に記載の燃料集合体。   The fuel rod includes a short partially missing fuel rod in which the first solid pellet is accommodated in the same axial range as the first range and an upper end is located apart from the upper tie plate. The fuel assembly according to claim 12. 軸方向に延びる燃料有効部に核燃料物質を収めて沸騰水型原子炉に装荷される燃料集合体において、
前記軸方向に垂直な平面が広がる方向のN行N列の正方格子位置の少なくとも一部に配列されて筒状の被覆管の前記燃料有効部の少なくとも一部に前記核燃料物質を収めた燃料棒と、
前記燃料棒を下端で支持する下部タイプレートと、
前記燃料棒の少なくとも一部を上端で支持する上部タイプレートと、
を有し、前記燃料棒は、前記燃料有効部の下端から上方に前記燃料有効部の長さである燃料有効長の1/2以上5/6以下延びる範囲に前記核燃料物質を収めてヘリウムを封入した第1のセグメントと、前記第1のセグメントの上端に接続されて前記燃料有効部の上端までの範囲に前記核燃料物質を収めて前記第1のセグメントの初期ヘリウム封入圧の50%以下の圧力でヘリウムを封入したNの1/3以上の本数の上部低加圧燃料棒と、を含む、ことを特徴とする燃料集合体。
In the fuel assembly loaded in the boiling water reactor with nuclear fuel material contained in the axially effective fuel effective part,
A fuel rod in which the nuclear fuel material is housed in at least a part of the fuel effective portion of a cylindrical cladding tube arranged in at least a part of a square lattice position of N rows and N columns in a direction in which a plane perpendicular to the axial direction extends. When,
A lower tie plate that supports the fuel rod at the lower end;
An upper tie plate that supports at least a portion of the fuel rod at its upper end;
And the fuel rods contain helium in a range extending from ½ to 5/6 of the effective fuel length, which is the length of the effective fuel portion, upward from the lower end of the effective fuel portion. The first fuel segment is connected to the upper end of the first segment, and the nuclear fuel material is accommodated in a range up to the upper end of the fuel effective portion, so that the initial helium sealing pressure of the first segment is 50% or less. A fuel assembly, comprising: an upper low-pressure fuel rod having a number equal to or more than 1/3 of N 2 encapsulating helium with pressure.
前記燃料棒は、前記第1のセグメントと前記第2のセグメントとの結合位置と軸方向の同じ位置から下方に前記核燃料物質を収めて前記第1のセグメントの初期ヘリウム封入圧と同じ圧力でヘリウムを封入した上端が前記上部タイプレートと離れて位置する短尺一部欠損燃料棒を含む、ことを特徴とする請求項14に記載の燃料集合体。   The fuel rod contains the nuclear fuel material downward from the same position in the axial direction as the coupling position of the first segment and the second segment, and helium at a pressure equal to the initial helium filling pressure of the first segment. The fuel assembly according to claim 14, wherein the fuel assembly includes a short partly deficient fuel rod whose upper end enclosing a gas is positioned away from the upper tie plate. 軸方向に延びる燃料有効部に核燃料物質を収めて沸騰水型原子炉に装荷される燃料集合体において、
前記軸方向に垂直な平面が広がる方向のN行N列の正方格子位置の少なくとも一部に配列されて筒状の被覆管の前記燃料有効部の少なくとも一部に前記核燃料物質を収めた燃料棒と、
前記燃料棒を下端で支持する下部タイプレートと、
前記燃料棒の少なくとも一部を上端で支持する上部タイプレートと、
を有し、前記燃料棒は、前記燃料有効部の下端から上方に前記燃料有効部の長さである燃料有効長の1/2以上5/6以下延びる第1の範囲に前記核燃料物質を収め、前記範囲の上端から前記燃料有効部の上端までの第2の範囲に平均濃縮度が前記第1の範囲の平均濃縮度の1/1.1以下となるように前記核燃料物質を収めたNの1/3以上の本数の上部低濃縮燃料棒と、を含む、ことを特徴とする燃料集合体。
In the fuel assembly loaded in the boiling water reactor with nuclear fuel material contained in the axially effective fuel part,
A fuel rod in which the nuclear fuel material is housed in at least a part of the fuel effective portion of a cylindrical cladding tube arranged in at least a part of a square lattice position of N rows and N columns in a direction in which a plane perpendicular to the axial direction extends. When,
A lower tie plate that supports the fuel rod at the lower end;
An upper tie plate that supports at least a portion of the fuel rod at its upper end;
The fuel rods contain the nuclear fuel material in a first range extending from ½ to 5/6 of the effective fuel length that is the length of the effective fuel portion upward from the lower end of the effective fuel portion. N containing the nuclear fuel material in a second range from the upper end of the range to the upper end of the effective fuel portion so that the average enrichment is 1 / 1.1 or less of the average enrichment of the first range. And a number of upper low-enriched fuel rods having a number of 1/3 or more.
軸方向に延びる燃料有効部に核燃料物質を収めて沸騰水型原子炉に装荷される燃料集合体において、
前記軸方向に垂直な平面が広がる方向のN行N列の正方格子位置の少なくとも一部に配列されて筒状の被覆管の前記燃料有効部の少なくとも一部に前記核燃料物質を収めた燃料棒と、
前記燃料棒を下端で支持する下部タイプレートと、
前記燃料棒の少なくとも一部を上端で支持する上部タイプレートと、
を有し、前記燃料棒は、前記燃料有効部の下端から上方に前記燃料有効部の長さである燃料有効長の1/2以上5/6以下延びる第1の範囲に前記核燃料物質の第1のペレットを収め、前記範囲の上端から前記燃料有効部の上端までの第2の範囲に平均密度が前記第1のペレットの平均密度の1/1.1以下の前記核燃料物質の第2のペレットを収めたNの1/3以上の本数の上部低密度燃料棒と、を含む、ことを特徴とする燃料集合体。
In the fuel assembly loaded in the boiling water reactor with nuclear fuel material contained in the axially effective fuel effective part,
A fuel rod in which the nuclear fuel material is housed in at least a part of the fuel effective portion of a cylindrical cladding tube arranged in at least a part of a square lattice position of N rows and N columns in a direction in which a plane perpendicular to the axial direction extends. When,
A lower tie plate that supports the fuel rod at the lower end;
An upper tie plate that supports at least a portion of the fuel rod at its upper end;
The fuel rod has a first range of the nuclear fuel material in a first range extending from ½ to 5/6 of the fuel effective length that is the length of the fuel effective portion upward from the lower end of the fuel effective portion. A second range of the nuclear fuel material having an average density of 1 / 1.1 or less of the average density of the first pellets in a second range from the upper end of the range to the upper end of the effective fuel portion. A fuel assembly comprising: an upper low-density fuel rod having a number equal to or more than 1/3 of N 2 containing pellets.
軸方向に延びる燃料有効部に核燃料物質を収めて沸騰水型原子炉に装荷される燃料集合体において、
前記軸方向に垂直な平面が広がる方向のN行N列の正方格子位置の少なくとも一部に配列されて筒状の被覆管の前記燃料有効部の少なくとも一部に前記核燃料物質を収めた燃料棒と、
前記燃料棒を下端で支持する下部タイプレートと、
前記燃料棒の少なくとも一部を上端で支持する上部タイプレートと、
を有し、前記燃料棒は、前記燃料有効部の下端から上方に前記燃料有効部の長さである燃料有効長の1/2以上5/6以下延びる第1の範囲に前記核燃料物質を収め、前記範囲の上端から前記燃料有効部の上端までの第2の範囲に平均ガドリニア濃度が前記第1の範囲の平均ガドリニア濃度の1/1.1以下となるように前記核燃料物質およびガドリニアを収めたNの1/3以上の本数の上部低濃縮燃料棒と、を含む、ことを特徴とする燃料集合体。
In the fuel assembly loaded in the boiling water reactor with nuclear fuel material contained in the axially effective fuel effective part,
A fuel rod in which the nuclear fuel material is housed in at least a part of the fuel effective portion of a cylindrical cladding tube arranged in at least a part of a square lattice position of N rows and N columns in a direction in which a plane perpendicular to the axial direction extends. When,
A lower tie plate that supports the fuel rod at the lower end;
An upper tie plate that supports at least a portion of the fuel rod at its upper end;
The fuel rods contain the nuclear fuel material in a first range extending from ½ to 5/6 of the effective fuel length that is the length of the effective fuel portion upward from the lower end of the effective fuel portion. The nuclear fuel material and gadolinia are stored in a second range from the upper end of the range to the upper end of the effective fuel portion so that the average gadolinia concentration is 1 / 1.1 or less of the average gadolinia concentration of the first range. And N 2 or more upper low-enriched fuel rods.
前記正方格子位置の中央近傍に配置されて最大断面積が前記燃料棒の断面積の7倍以上10倍以下である水ロッドを有し、前記Nは9以上11以下であり、前記核燃料物質は最大密度が10.6g/cm以下のペレットであり、前記核燃料物質の最大濃縮度は5%未満であり、前記燃料棒には10気圧以下の初期ヘリウム封入圧でヘリウムが封入されており、前記燃料有効長は3.6m以上3.9m未満である、ことを特徴とする請求項1ないし請求項18のいずれか1項に記載の燃料集合体。 The water rod is disposed near the center of the square lattice position and has a maximum cross-sectional area of 7 to 10 times the cross-sectional area of the fuel rod, the N is 9 to 11 and the nuclear fuel material is Pellets with a maximum density of 10.6 g / cm 3 or less, the maximum enrichment of the nuclear fuel material is less than 5%, and the fuel rods are filled with helium at an initial helium fill pressure of 10 atmospheres or less, The fuel assembly according to any one of claims 1 to 18, wherein the effective fuel length is 3.6 m or more and less than 3.9 m. 前記Nは10であり、前記正方格子位置のそれぞれを行の番号iおよび列の番号jを用いて(i,j)と表したときに、(5,5)、(5,6)、(5,7)、(6,5)、(6,6)、(6,7)、(7,5)、(7,6)および(7,7)で表される位置に配置されたウォータチャンネルを有し、前記燃料棒は、前記燃料有効部の下端から上方に約3.0m延びる範囲に前記核燃料物質を収めて(1,4)、(1,5)、(1,6)、(1,7)、(4,1)、(5,1)、(6,1)、(7,1)、(10,4)、(10,5)、(10,6)、(10,7)、(4,10)、(5,10)、(6,10)、(7,10)、(4,5)、(4,7)、(5,4)、(5,7)、(7,5)および(7,7)で表される位置のそれぞれに配置された24本の部分有効長燃料棒を含む、ことを特徴とする請求項1ないし請求項19のいずれか1項に記載の燃料集合体。   N is 10, and when each of the square lattice positions is expressed as (i, j) using row number i and column number j, (5, 5), (5, 6), ( 5,7), (6,5), (6,6), (6,7), (7,5), (7,6) and water arranged at the position represented by (7,7) The fuel rods contain the nuclear fuel material in a range extending about 3.0 m upward from the lower end of the fuel effective part (1, 4), (1, 5), (1, 6), (1,7), (4,1), (5,1), (6,1), (7,1), (10,4), (10,5), (10,6), (10 , 7), (4, 10), (5, 10), (6, 10), (7, 10), (4, 5), (4, 7), (5, 4), (5, 7 ), (7,5) and (7,7) Including location is 24 parts active length fuel rods have, fuel assembly according to any one of claims 1 to 19, characterized in that. 前記Nは10であり、前記正方格子位置のそれぞれを行の番号iおよび列の番号jを用いて(i,j)と表したときに、(5,5)、(5,6)、(5,7)、(6,5)、(6,6)、(6,7)、(7,5)、(7,6)および(7,7)で表される位置に配置されたウォータチャンネルを有し、前記燃料棒は、前記燃料有効部の下端から上方に約3.0m延びる範囲に前記核燃料物質を収めて(1,4)、(1,5)、(1,6)、(1,7)、(4,10)、(5,10)、(6,10)、(4,1)、(5,1)、(6,1)、(7,1)、(10,4)、(10,5)および(10,6)で表される位置のそれぞれに配置された14本の第1の部分有効長燃料棒と、前記燃料有効部の下端から上方に約2.0m延びる範囲に前記核燃料物質を収めて(4,5)、(4,7)、(5,8)、(5,4)、(7,4)および(8,5)で表される位置のそれぞれに配置された6本の第2の部分有効長燃料棒と、を含む、ことを特徴とする請求項1ないし請求項19のいずれか1項に記載の燃料集合体。   N is 10, and when each of the square lattice positions is expressed as (i, j) using row number i and column number j, (5, 5), (5, 6), ( 5,7), (6,5), (6,6), (6,7), (7,5), (7,6) and water arranged at the position represented by (7,7) The fuel rods contain the nuclear fuel material in a range extending about 3.0 m upward from the lower end of the fuel effective part (1, 4), (1, 5), (1, 6), (1,7), (4,10), (5,10), (6,10), (4,1), (5,1), (6,1), (7,1), (10 , 4), 14 first partially effective length fuel rods disposed at positions indicated by (10, 5) and (10, 6), respectively, and about 2 upward from the lower end of the fuel effective portion. In the range extending 0.0 m The fuel material is contained and disposed at each of the positions represented by (4,5), (4,7), (5,8), (5,4), (7,4) and (8,5). The fuel assembly according to any one of claims 1 to 19, further comprising six second partial effective length fuel rods. 前記Nは10であり、前記正方格子位置のそれぞれを行の番号iおよび列の番号jを用いて(i,j)と表したときに、(4,4)、(4,5)、(4,6)、(5,4)、(5,5)、(5,6)、(6,4)、(6,5)および(6,6)で表される位置に配置されたウォータチャンネルを有し、前記燃料棒は、前記燃料有効部の下端から上方に約3.0m延びる範囲に前記核燃料物質を収めて(1,5)、(1,6)、(1,7)、(4,10)、(5,10)、(6,10)、(7,10)、(5,1)、(6,1)、(7,1)、(10,4)、(10,5)、(10,6)および(10,7)で表される位置のそれぞれに配置された14本の第1の部分有効長燃料棒と、前記燃料有効部の下端から上方に約2.0m延びる範囲に前記核燃料物質を収めて(3,6)、(4,7)、(6,7)、(6,3)、(7,4)および(7,6)で表される位置のそれぞれに配置された6本の第2の部分有効長燃料棒と、を含む、ことを特徴とする請求項1ないし請求項19のいずれか1項に記載の燃料集合体。   N is 10, and when each of the square lattice positions is represented as (i, j) using a row number i and a column number j, (4, 4), (4, 5), ( 4,6), (5,4), (5,5), (5,6), (6,4), (6,5) and water arranged at the position represented by (6,6) The fuel rods contain the nuclear fuel material in a range extending about 3.0 m upward from the lower end of the effective fuel portion (1, 5), (1, 6), (1, 7), (4,10), (5,10), (6,10), (7,10), (5,1), (6,1), (7,1), (10,4), (10 , 5), 14 first partially effective length fuel rods arranged at the positions represented by (10, 6) and (10, 7), respectively, and about 2 upward from the lower end of the effective fuel portion. In the range that extends 0.0m Contains nuclear fuel material and is placed at each of the positions represented by (3,6), (4,7), (6,7), (6,3), (7,4) and (7,6) The fuel assembly according to any one of claims 1 to 19, comprising six second partial effective length fuel rods. 前記Nは10であり、前記正方格子位置のそれぞれを行の番号iおよび列の番号jを用いて(i,j)と表したときに、(4,6)、(4,7)、(5,6)および(5,7)で表される位置と、(6,4)、(6,5)、(7,4)および(7,5)で表される位置とのそれぞれに配置された2本のウォータロッドを有し、前記燃料棒は、前記燃料有効部の下端から上方に約3.0m延びる範囲に前記核燃料物質を収めて(1,4)、(1,5)、(1,6)、(1,7)、(4,10)、(5,10)、(6,10)、(7,10)、(4,1)、(5,1)、(6,1)、(7,1)、(10,4)、(10,5)、(10,6)および(10,7)で表される位置のそれぞれに配置された16本の第1の部分有効長燃料棒と、前記燃料有効部の下端から上方に約2.0m延びる範囲に前記核燃料物質を収めて(4,5)、(5,4)、(5,5)、(6,6)、(6,7)および(7,7)で表される位置のそれぞれに配置された6本の第2の部分有効長燃料棒と、を含む、ことを特徴とする請求項1ないし請求項19のいずれか1項に記載の燃料集合体。   N is 10, and when each of the square lattice positions is represented as (i, j) using row number i and column number j, (4, 6), (4, 7), ( 5, 6) and (5, 7) and the positions (6, 4), (6, 5), (7, 4) and (7, 5). The fuel rods contain the nuclear fuel material in a range extending about 3.0 m upward from the lower end of the fuel effective portion (1, 4), (1, 5), (1,6), (1,7), (4,10), (5,10), (6,10), (7,10), (4,1), (5,1), (6 , 1), (7, 1), (10, 4), (10, 5), (10, 6) and 16 first arranged at each of the positions represented by (10, 7) A partial effective length fuel rod and the fuel (4,5), (5,4), (5,5), (6,6), (6,7) and the nuclear fuel material in a range extending about 2.0 m upward from the lower end of the effective portion 20. The six second partial effective length fuel rods disposed at each of the positions represented by (7, 7), respectively, according to any one of claims 1 to 19. The fuel assembly as described. 前記Nは10であり、9×9燃料(A型)に収められた核燃料物質の体積である約1.90×10cm以上の前記核燃料物質が前記燃料棒に収められていることを特徴とする請求項1ないし請求項23のいずれか1項に記載の燃料集合体。 The N is 10, and the nuclear fuel material of about 1.90 × 10 4 cm 3 or more which is the volume of the nuclear fuel material contained in 9 × 9 fuel (A type) is contained in the fuel rod. The fuel assembly according to any one of claims 1 to 23, wherein the fuel assembly is any one of claims 1 to 23.
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