JP2010032558A - Reactor core of light-water reactor, and fuel assembly - Google Patents

Reactor core of light-water reactor, and fuel assembly Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a reactor core of a light-water reactor and a fuel assembly capable of further improving the degree of combustion by observing limiting conditions for safety and increasing nuclear non-proliferation resistance properties, and capable of performing multiple-recycle and effectively utilizing a trans-uranium nuclide. <P>SOLUTION: The reactor core flow rate of BWR is adjusted to a set reactor core flow rate determined from characteristics shown in Fig.2 according to the ratio of Pu-239 in TRU included in a new fuel assembly loaded to the reactor core. The reactor core flow rate is held at a set reactor core flow rate in the reactor core through each operation cycle of BWR. As a result, the ratio of a plurality of isotopes of TRU included by the fuel assembly when the fuel assembly is taken out of the BWR reactor core as a spent fuel assembly becomes essentially the same as the ratio of the isotopes of TRU included by the fuel assembly in the state of the new fuel assembly loaded to the BWR reactor core. The ratio of Pu-239 in TRU included in the new fuel assembly is not less than 40% and not more than 50%. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、軽水炉の炉心及び燃料集合体に係り、特に、沸騰水型原子炉の炉心に適用するのに好適な軽水炉の炉心及び燃料集合体に関する。   The present invention relates to a light water reactor core and a fuel assembly, and more particularly to a light water reactor core and a fuel assembly suitable for application to a boiling water reactor core.

多くの同位元素があるアクチニド核種は、軽水炉の炉心内に装荷された燃料集合体内の核燃料物質に含まれた状態で炉心内にて燃焼されるとき、核分裂及び中性子の吸収等の核変換により、同位元素間を順次移行する。アクチニド核種として、共鳴領域及び熱中性子に対して大きな核分裂断面積を有するいわゆる奇数核、及び高速中性子に対してのみ核分裂するいわゆる偶数核が存在するため、一般に燃焼とともに燃料集合体に含まれたアクチニド核種の各同位元素の存在割合が大きく変化する。この存在割合の変化は、炉心内における燃料集合体の装荷位置での中性子エネルギースペクトルに依存することが知られている。   Actinide nuclides with many isotopes, when burned in the core in the nuclear fuel material loaded in the core of a light water reactor, undergo nuclear transmutation such as fission and neutron absorption, Transition between isotopes sequentially. As actinide nuclides, there are so-called odd nuclei that have a large fission cross section for the resonance region and thermal neutrons, and so-called even nuclei that fission only for fast neutrons. The abundance of each isotope of the nuclide changes greatly. This change in the existence ratio is known to depend on the neutron energy spectrum at the loading position of the fuel assembly in the core.

現在の軽水炉は、低濃縮ウランを核燃料として使用している。しかしながら、天然のウラン資源は有限であるので、軽水炉に用いられる燃料集合体を、ウラン濃縮時の残渣である劣化ウランに、軽水炉の使用済み燃料集合体から抽出された超ウラン核種(以下、TRUという)を富化した核燃料物質を用いるリサイクル型燃料集合体に順次置き換えていく必要がある。商用炉が必要であると予想されるかなり長い期間にわたってTRUは有効な資源としてリサイクルされ、その間、常にTRUの量が増加するかほぼ一定に保たれていることが必要である。現在商用炉の大部分を占めている軽水炉で、核燃料の燃焼を通じて核分裂性Pu 量が増加またはほぼ一定である増殖炉を実現する技術が、特許文献1に記載されている。特許文献1及び非特許文献1に記載されている増殖炉を実現した軽水炉は、複数の燃料棒を三角格子で稠密に配列した、横断面が六角形をしている複数の燃料集合体を、炉心に配置している。この軽水炉の炉心は、燃料棒の稠密配置によって燃料棒周りの水の量を少なくして共鳴及び高速エネルギー中性子の割合を増やすとともに、TRUの混合酸化物燃料部の高さを低くしてその上下に劣化ウランのブランケット領域を配置し、安全基準である負のボイド係数を維持している。その炉心は、さらに、非特許文献2に記載されたパッフェ型炉心の概念を適用して炉心部を二段重ねとして経済性を確保しつつ、増殖比を1以上にしている。   Current light water reactors use low enriched uranium as nuclear fuel. However, since natural uranium resources are finite, fuel assemblies used in light water reactors are converted into depleted uranium, which is a residue during uranium enrichment, and transuranium nuclides (hereinafter referred to as TRU) extracted from spent fuel assemblies in light water reactors. Need to be replaced with a recyclable fuel assembly that uses enriched nuclear fuel material. The TRU is recycled as a useful resource for a fairly long period of time when a commercial furnace is expected to be required, during which time the amount of TRU needs to increase or remain almost constant. Patent Document 1 describes a technology for realizing a breeder reactor in which the amount of fissile Pu is increased or substantially constant through the burning of nuclear fuel in a light water reactor that currently occupies most of commercial reactors. A light water reactor that realizes the breeder reactor described in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1 includes a plurality of fuel assemblies in which a plurality of fuel rods are densely arranged in a triangular lattice and the cross section has a hexagonal shape. Arranged in the core. The core of this light water reactor is a dense arrangement of fuel rods that reduces the amount of water around the fuel rods and increases the proportion of resonance and fast energy neutrons, while lowering the height of the mixed oxide fuel section of the TRU and The blanket area of depleted uranium is placed in the area, and the negative void coefficient, which is a safety standard, is maintained. Further, the core is applied with the concept of a parfait-type core described in Non-Patent Document 2, and the growth ratio is set to 1 or more while ensuring economic efficiency by stacking the core portion in two stages.

TRUをリサイクルするためには使用済み燃料の再処理が不可欠である。しかしながら、民生用のTRUが大量破壊兵器に転用される恐れから核不拡散に対する要求がますます厳しくなり、TRUリサイクル時の制約が厳しくなってきている。   In order to recycle TRU, reprocessing of spent fuel is indispensable. However, the demand for nuclear non-proliferation has become increasingly severe due to the fear that civil TRUs will be diverted to weapons of mass destruction, and restrictions on TRU recycling are becoming stricter.

また、将来のいつの日かに、核分裂炉に代わるより優れた発電システムが実用化されるときが必ず来るので、その時にはTRUは濃縮ウランに相当するきわめて有用な核燃料から厄介ものの長寿命廃棄物に成り下がることになる。したがって、TRUの処分方法を準備することが原子力開発の最重要課題になっている。   Also, sometime in the future, there will always be a better power system to replace the nuclear fission reactor, at which time TRU will turn from a very useful nuclear fuel equivalent to enriched uranium to troublesome long-lived waste. It will go down. Therefore, preparing a TRU disposal method is the most important issue for nuclear development.

特許3428150号公報Japanese Patent No. 3428150

R. TAKEDA et al., Proc. of International Conference on Evaluation of Emerging Nuclear Fuel Cycle Systems. GLOBAL '95 Versailles, France, September, 1995, P.938R. TAKEDA et al., Proc. Of International Conference on Evaluation of Emerging Nuclear Fuel Cycle Systems.GLOBAL '95 Versailles, France, September, 1995, P.938 G. A. Ducat et al., 「EVALUATION OF THE PARFAIT BLANKET CONCEPT FOR FAST BREEDER REACTORS」, MITNE-157, January, 1974G. A. Ducat et al., "EVALUATION OF THE PARFAIT BLANKET CONCEPT FOR FAST BREEDER REACTORS", MITNE-157, January, 1974

現在時点では、軽水炉の使用済み燃料に含まれたTRUのうちPuのみを一度だけ燃焼させた実績はあるが、Pu及びTRUのマルチリサイクルは不可能と考えられている。TRUの燃焼には高速中性子場が有効との考えから、未臨界体系と大型加速器を組み合わせて(ADS) 正の反応度係数を持つ体系でも加速器からのビームを止めることで安全性を確保する方法とFBRの二本立てで開発が進められている。しかしながら、これの開発は、TRUの一部減量のシナリオに留まっている。   At present, there is a track record of burning only Pu among the TRUs contained in the spent fuel of the light water reactor, but it is considered impossible to recycle Pu and TRU. Considering that fast neutron fields are effective for TRU combustion, combining subcritical systems and large accelerators (ADS) Even in systems with positive reactivity coefficient, a method to ensure safety by stopping the beam from the accelerator Development is underway with two-branch system. However, this development remains in the TRU partial weight loss scenario.

特許文献1及び公開文献1に記載されているTRUをリサイクルする軽水炉では、軽水炉の熱的制限としては燃料ペレットの中心温度を規定する最大線出力密度(MLHGR)及び燃料棒被覆管のバーンアウトを防ぐ最小限界出力比(MCPR)があり、MCPRの制限のために炉心性能の向上が妨げられていた。また、リサイクル時代に至る過程においては、ウラン燃料が装荷された、軽水炉の炉心から、各同位元素の割合が異なるTRUが供給される。このため、安全上の重要な制約条件である各種の反応度係数が悪化して制約条件に対する裕度が減少するので、リサイクルを中断せざるをえなくなり、多重リサイクルが実現できなくなる可能性がある。   In the light water reactor that recycles TRUs described in Patent Document 1 and Published Document 1, the thermal limitations of the light water reactor include the maximum linear power density (MLHGR) that defines the center temperature of the fuel pellet and the burnout of the fuel rod cladding tube. There is a minimum critical power ratio (MCPR) to prevent, and the improvement of core performance has been hindered by the limitation of MCPR. In the process leading to the recycling age, TRUs with different isotope ratios are supplied from the core of the light water reactor loaded with uranium fuel. For this reason, various reactivity coefficients, which are important safety constraints, are deteriorated and the tolerance to the constraints is reduced. Therefore, there is a possibility that the recycling must be interrupted and multiple recycling cannot be realized. .

最近、世界的に核不拡散に対する関心が高くなり、大量破壊兵器に転用の可能性のあるTRUの民生利用が困難になりつつある。このため、リサイクルするTRUの中でPu−239の割合が小さい核拡散抵抗性の高いTRUをリサイクルできるシステムが求められている。   Recently, interest in non-proliferation has increased worldwide, making it difficult to use TRUs that could be diverted to weapons of mass destruction. For this reason, there is a need for a system that can recycle TRUs that have a high proliferation resistance and a small proportion of Pu-239 among the TRUs to be recycled.

TRUを消滅させたいときにリサイクルを繰り返すと、核分裂性の奇数核種だけが先に消滅して高速エネルギーの中性子でしか核分裂しない偶数核種の割合が増大する。これにより、臨界性が保てなくなって核分裂連鎖反応を継続できなくなったり、安全上の制約条件である反応度係数が正になったりして、途中でTRUの消滅作業を中途半端な状態で放棄せざるをえなくなる等で、多重リサイクルを実現する上での解決すべき課題を有している。   If recycling is repeated when it is desired to extinguish TRU, only the fissionable odd-numbered nuclides disappear first, and the proportion of even-numbered nuclides that only fission with fast energy neutrons increases. As a result, the criticality cannot be maintained and the fission chain reaction cannot be continued, or the reactivity coefficient, which is a safety constraint, becomes positive, and the TRU disappearance work is abandoned halfway. There is a problem to be solved in realizing the multiple recycling, such as unavoidable.

本発明の目的は、安全上の制約条件を守りつつ核不拡散抵抗性をより大きくし、燃焼度をより高めることができ、かつ多重リサイクルが可能で超ウラン核種の有効利用を図ることができる軽水炉の炉心及び燃料集合体を提供することにある。   An object of the present invention is to increase nuclear non-proliferation resistance while maintaining safety constraints, to further increase the burnup, and to enable multiple recycling and to make effective use of transuranium nuclides. The object is to provide a core and a fuel assembly for a light water reactor.

上記した目的を達成できる本発明の特徴は、炉心に装荷された燃焼度ゼロの燃料集合体に含まれる全ての前記超ウラン核種中に占めるPu−239の割合が40%以上45%以下の範囲にあることにある。   The feature of the present invention that can achieve the above-described object is that the ratio of Pu-239 in all of the above-mentioned transuranium nuclides contained in the fuel assembly of zero burnup loaded in the core is in the range of 40% to 45%. There is in.

本発明によれば、安全上の制約条件を守りつつ核不拡散抵抗性をより大きくし、燃焼度をより高めることができ、かつ多重リサイクルが可能可能で超ウラン核種の有効利用を図ることができる。   According to the present invention, it is possible to increase nuclear non-proliferation resistance while maintaining safety constraints, to further increase the burnup, and to enable multiple recycling and to effectively use transuranium nuclides. it can.

アクチニド核種の生成崩壊チェーンを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the production | generation decay chain of an actinide nuclide. 相対炉心流量とTRU中のPu239の割合(存在比)との関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between a relative core flow volume and the ratio (existence ratio) of Pu239 in TRU. TRU中のPu239の存在比に対する水対燃料物質比の関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship of the water to fuel material ratio with respect to the abundance ratio of Pu239 in TRU. TRU中のPu239の存在比と燃焼効率及びボイド係数の関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between the abundance ratio of Pu239 in TRU, combustion efficiency, and a void coefficient. 本発明の好適な一実施例である実施例1の軽水炉の構成図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a block diagram of the light water reactor of Example 1 which is one suitable Example of this invention. 図5に示す炉心の横断面図である。FIG. 6 is a transverse sectional view of the core shown in FIG. 5. 図6に示す燃料集合体格子を示す説明図である。FIG. 7 is an explanatory view showing a fuel assembly lattice shown in FIG. 6. 図6に示す炉心の平衡炉心状態における燃料集合体の配置を示す説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram showing the arrangement of fuel assemblies in the equilibrium core state of the core shown in FIG. 6. 図8に示す平衡炉心におけるオリフィスの開口分布を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the opening distribution of the orifice in the equilibrium core shown in FIG. 図6に示す炉心の平衡炉心に装荷する新燃料集合体の軸方向における核分裂性Puの富化度分布を示す説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram showing the enrichment distribution of fissile Pu in the axial direction of a new fuel assembly loaded on the equilibrium core of the core shown in FIG. 6. 図7に示す燃料集合体の横断面における核分裂性Puの富化度が異なる各燃料棒の配置を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed arrangement | positioning of each fuel rod from which the enrichment level of fissile Pu in the cross section of the fuel assembly shown in FIG. 7 differs. 図5に示す炉心の軸方向における出力分布及びボイド率分布を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the power distribution and void ratio distribution in the axial direction of the core shown in FIG. 本発明の他の実施例である実施例2の軽水炉の平衡炉心における燃料集合体の配置を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows arrangement | positioning of the fuel assembly in the equilibrium core of the light water reactor of Example 2 which is another Example of this invention. 図13に示す炉心の平衡炉心に装荷する新燃料集合体の軸方向における核分裂性Puの富化度分布を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the enrichment distribution of the fissile Pu in the axial direction of the new fuel assembly loaded to the equilibrium core of the core shown in FIG. 本発明の他の実施例である実施例3の軽水炉における燃料集合体格子を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the fuel assembly grating | lattice in the light water reactor of Example 3 which is another Example of this invention. 実施例3の軽水炉の平衡炉心における燃料集合体の配置を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing the arrangement of fuel assemblies in the equilibrium core of a light water reactor according to a third embodiment. 図16に示す炉心の平衡炉心に装荷する新燃料集合体の軸方向における核分裂性Puの富化度分布を示す説明図である。FIG. 17 is an explanatory diagram showing the enrichment distribution of fissile Pu in the axial direction of a new fuel assembly loaded on the equilibrium core of the core shown in FIG. 16. 本発明の他の実施例である実施例4の軽水炉における燃料集合体格子を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the fuel assembly grating | lattice in the light water reactor of Example 4 which is another Example of this invention. 実施例4の軽水炉の平衡炉心における燃料集合体の配置を示す説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram showing the arrangement of fuel assemblies in the equilibrium core of a light water reactor according to a fourth embodiment. 図19に示す炉心の平衡炉心に装荷する新燃料集合体の軸方向における核分裂性Puの富化度分布を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the enrichment distribution of the fissile Pu in the axial direction of the new fuel assembly loaded to the equilibrium core of the core shown in FIG. 本発明の他の実施例である実施例5の軽水炉における燃料集合体格子を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the fuel assembly grating | lattice in the light water reactor of Example 5 which is another Example of this invention. 実施例5の軽水炉の炉心に装荷する新燃料集合体の軸方向における核分裂性Puの富化度分布を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the enrichment distribution of the fissile Pu in the axial direction of the new fuel assembly loaded to the core of the light water reactor of Example 5. 本発明の他の実施例である実施例6の軽水炉における燃料集合体格子を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the fuel assembly grating | lattice in the light water reactor of Example 6 which is another Example of this invention. 実施例6の軽水炉の平衡炉心における燃料集合体の配置を示す説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram showing the arrangement of fuel assemblies in an equilibrium core of a light water reactor according to a sixth embodiment. 図24に示す炉心の平衡炉心に装荷する新燃料集合体の軸方向における核分裂性Puの富化度分布を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the enrichment distribution of the fissile Pu in the axial direction of the new fuel assembly loaded to the equilibrium core of the core shown in FIG. 本発明の他の実施例である実施例7の軽水炉における炉心の横断面図である。It is a transverse cross section of the core in the light water reactor of Example 7 which is other examples of the present invention. 図26に示す炉心における燃料集合体格子を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the fuel assembly lattice in the core shown in FIG. 図26に示す炉心の平衡炉心状態での燃料集合体の配置を示す説明図である。FIG. 27 is an explanatory diagram showing the arrangement of fuel assemblies in the equilibrium core state of the core shown in FIG. 26. 図28に示す平衡炉心に装荷する新燃料集合体の軸方向における核分裂性Puの富化度分布を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the enrichment distribution of the fissile Pu in the axial direction of the new fuel assembly loaded to the equilibrium core shown in FIG. 本発明の他の実施例である実施例8の軽水炉における燃料集合体格子を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the fuel assembly grating | lattice in the light water reactor of Example 8 which is another Example of this invention. 実施例8の軽水炉の平衡炉心における燃料集合体の配置を示す説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram showing the arrangement of fuel assemblies in an equilibrium core of a light water reactor according to an eighth embodiment. 図31に示す平衡炉心に装荷する新燃料集合体の軸方向における核分裂性Puの富化度分布を示す説明図である。FIG. 32 is an explanatory diagram showing an enrichment distribution of fissile Pu in the axial direction of a new fuel assembly loaded on the equilibrium core shown in FIG. 31. 本発明の他の実施例である実施例9の軽水炉における燃料集合体格子を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the fuel assembly grating | lattice in the light water reactor of Example 9 which is another Example of this invention. 実施例9の軽水炉の平衡炉心における燃料集合体の配置を示す説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram showing the arrangement of fuel assemblies in an equilibrium core of a light water reactor according to a ninth embodiment. 図34に示す平衡炉心に装荷する新燃料集合体の軸方向における核分裂性Puの富化度分布を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the enrichment distribution of the fissile Pu in the axial direction of the new fuel assembly loaded to the equilibrium core shown in FIG. 本発明の他の実施例である実施例10の軽水炉における燃料集合体格子を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the fuel assembly grating | lattice in the light water reactor of Example 10 which is another Example of this invention. 実施例10の軽水炉の炉心に装荷する新燃料集合体の軸方向における核分裂性Puの富化度分布を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the enrichment distribution of the fissile Pu in the axial direction of the new fuel assembly loaded in the core of the light water reactor of Example 10. 本発明の他の実施例である実施例11の軽水炉における燃料集合体格子を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the fuel assembly grating | lattice in the light water reactor of Example 11 which is another Example of this invention. 実施例11の軽水炉の炉心に装荷する新燃料集合体の軸方向における核分裂性Puの富化度分布を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the enrichment distribution of the fissile Pu in the axial direction of the new fuel assembly loaded in the core of the light water reactor of Example 11. 本発明の他の実施例である実施例12の軽水炉における燃料集合体格子を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the fuel assembly grating | lattice in the light water reactor of Example 12 which is another Example of this invention. 実施例12の軽水炉の炉心に装荷する新燃料集合体の軸方向における核分裂性Puの富化度分布を示す説明図である。FIG. 20 is an explanatory diagram showing the enrichment distribution of fissile Pu in the axial direction of a new fuel assembly loaded on the core of a light water reactor according to Example 12. 本発明の他の実施例である実施例13の軽水炉の炉心に装荷する新燃料集合体の軸方向における核分裂性Puの富化度分布を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the enrichment distribution of the fissile Pu in the axial direction of the new fuel assembly loaded into the core of the light water reactor of Example 13 which is another embodiment of the present invention.

TRUを増殖することを目指したNa冷却高速炉は、増殖比を高くするため一回の核分裂あたりに発生する中性子数を表すν値が大きい高速中性子領域での場の中性子束が出来るだけ高くなるように設計されている。その高速炉は、臨界性を保つために重要な核分裂性Pu、すなわちPu−239、Pu−241にのみ注目して設計されていた。軽水増殖炉でも、この考え方が踏襲され、場の中性子エネルギーを高くするために中性子を減速させる水の量を燃料棒の冷却に必要な最小限にとどめていた。しかし、熱中性子炉に分類されている軽水炉で冷却材として用いられる軽水は、他の炉型の重水、黒鉛、Na及びPb等の冷却材と比べて、以下に示す二つの点で大きな特徴を有している。第1の特徴は、中性子の減速材である軽水の水素原子が中性子と同程度の質量を有しかつ高い減速能を有するので、偶数核種が奇数核種に移行するための中性子捕獲断面積の主要部分を占める共鳴及び熱エネルギー領域に多くの中性子を供給できることである。第2の特徴は、水素原子の散乱断面積が熱エネルギーから10keV付近までは約20バーンと大きな値であるが、その散乱断面積が10keV付近から急激に減少し始めて200keVで10バーン、4MeV 以上で2バーン以下となりNaの全断面積より小さくなって10MeVでは1バーンにまで減少するので、0.1MeV以上の高速中性子束は他の体系よりも高くなり、偶数核種の高速核分裂に寄与する高エネルギー領域にも多くの中性子を供給することができる。   The Na-cooled fast reactor aiming at breeding TRU has as high a neutron flux as possible in the fast neutron region with a large ν value representing the number of neutrons generated per fission in order to increase the breeding ratio. Designed to be The fast reactor was designed with attention paid only to fissile Pu, that is, Pu-239 and Pu-241, which are important for maintaining criticality. In light water breeder reactors, this concept was followed and the amount of water that slows down the neutrons to minimize the energy required to cool the fuel rods to increase the neutron energy in the field. However, light water used as a coolant in light water reactors classified as thermal neutron reactors has the following two major features compared to coolants such as heavy water of other reactor types, graphite, Na, and Pb. Have. The first feature is that the hydrogen atom of light water, which is a moderator for neutrons, has a mass comparable to that of neutrons and has a high moderation capability. It is possible to supply many neutrons in the resonance and thermal energy regions that occupy part. The second feature is that the scattering cross section of the hydrogen atom is a large value of about 20 burns from the thermal energy to about 10 keV, but the scattering cross section starts to decrease rapidly from around 10 keV and is 10 burns at 200 keV, 4 MeV or more. Since it is less than 2 burns and smaller than the total cross section of Na and decreases to 1 burn at 10 MeV, the fast neutron flux of 0.1 MeV is higher than other systems, and it contributes to fast fission of even nuclides. Many neutrons can be supplied to the energy region.

発明者らは、上記した第1及び第2の特徴を十分考慮し、核分裂性PuだけではなくTRU全核種に着目し、軽水炉の一種である沸騰水型原子炉(BWR)の特徴である炉心冷却水が各燃料集合体のチャンネルボックスで分離されているため燃料集合体内部の構造が異なる燃料燃料集合体を一つの炉心に装荷することが可能であり、同位元素割合が異なる燃料集合体を炉心に装荷する必要がある場合にその集合体の水対燃料体積比を変えて中性子エネルギースペクトルを変化させて望ましい同位元素比に移行させながら使用したり、炉心流量制御により中性子エネルギースペクトルを変える機能を用いて同位元素割合を調整し、各サイク各サイクルの間でTRUの同位元素比を実質的に一定でリサイクルすることにより、TRU中のPu−239の存在比を一定値以下にすれば、負のボイド係数を保ちつつ十分な熱的余裕の下でTRUを増加させたり一定に保ったり速やかに減少させたりできる軽水炉を提供できることを新たに見出した。   The inventors have fully considered the first and second features described above, and paid attention to not only fissile Pu but all TRU nuclides, and a core that is a feature of a boiling water reactor (BWR), which is a kind of light water reactor. Since the cooling water is separated by the channel box of each fuel assembly, it is possible to load fuel fuel assemblies with different structures inside the fuel assembly into one core, and to install fuel assemblies with different isotope ratios. A function to change the neutron energy spectrum by changing the water-to-fuel volume ratio of the assembly when it is necessary to load the core, and to change the neutron energy spectrum by controlling the core flow rate. Is used to adjust the isotope ratio and recycle the TRU isotope ratio substantially constant between cycles in each cycle so that Pu-2 in the TRU Newly found that if the abundance ratio of 9 is kept below a certain value, it will be possible to provide a light water reactor that can increase, maintain, or quickly decrease TRU with sufficient thermal margin while maintaining a negative void coefficient. It was.

本発明はリサイクル型軽水炉の機能拡張及び性能向上をめざしたものである。このような本発明は、特許文献1に示す軽水炉で増殖炉としての性能を向上させる場合、及び不要になったときに長寿命放射性廃棄物として処分することが検討されているTRUを核燃料として利用しつつ最後に一炉心分のTRU以外のTRUをすべて核分裂させる場合において、TRUを含む燃料集合体の燃焼度をより高め、TRUの多重リサイクルを可能にするために成されたものである。   The present invention aims at function expansion and performance improvement of a recycle type light water reactor. The present invention uses TRU as a nuclear fuel to improve the performance as a breeder reactor in the light water reactor shown in Patent Document 1 and to dispose of it as a long-lived radioactive waste when it becomes unnecessary. However, in the case where all TRUs other than one core TRU are fissioned at the end, the burnup of the fuel assembly including the TRU is further increased, and multiple recycling of the TRU is made possible.

ここで、パッフェ型炉心の概要について説明する。パッフェ型炉心は、装荷される新燃料集合体(燃焼度がゼロ)として、下端部から上端部に向かって下部ブランケット領域、下部燃料領域、内部ブランケット領域、上部燃料領域及び上部ブランケット領域をこの順で配置した燃料集合体を用いている。このため、パッフェ炉心も、下端部から上端部に向かって下部ブランケット領域、下部燃料領域、内部ブランケット領域、上部燃料領域及び上部ブランケット領域が形成される。下部燃料領域及び上部燃料領域は、TRU酸化物燃料(またはTRU酸化物とウラン酸化物の混合酸化物燃料)を含んでいる。なお、上部ブランケット領域と下部ブランケット領域の間に、内部ブランケット領域が存在しなく1つの燃料領域が存在する炉心を一領域炉心と称する。この一領域炉心の燃料領域もTRU酸化物燃料(またはTRU酸化物とウラン酸化物の混合酸化物燃料)を含んでいる。   Here, an outline of the parfait-type core will be described. The parfait-type core is a new fuel assembly to be loaded (with a burnup of zero). The lower blanket area, lower fuel area, internal blanket area, upper fuel area, and upper blanket area are arranged in this order from the lower end to the upper end. The fuel assembly arranged in is used. For this reason, the lower core area, the lower fuel area, the inner blanket area, the upper fuel area, and the upper blanket area are also formed in the parfait core from the lower end portion toward the upper end portion. The lower fuel region and the upper fuel region contain TRU oxide fuel (or a mixed oxide fuel of TRU oxide and uranium oxide). A core in which there is no internal blanket region and one fuel region between the upper blanket region and the lower blanket region is referred to as a one-region core. The fuel region of this one-region core also includes TRU oxide fuel (or a mixed oxide fuel of TRU oxide and uranium oxide).

本発明は、上記したリサイクル型の軽水炉及び軽水炉の炉心を対象としている。以下に、発明者らの検討結果を説明する。電気出力が1350MWで、炉心に装荷されている720体の燃料集合体及び燃料集合体当り271本の燃料棒を有する増殖比1.01のBWR炉心を例に挙げて説明する。   The present invention is directed to the above-described recycle type light water reactor and the core of the light water reactor. In the following, the results of investigations by the inventors will be described. An example of a BWR core having an electrical output of 1350 MW and a growth ratio of 1.01 having 720 fuel assemblies loaded in the core and 271 fuel rods per fuel assembly will be described.

このBWR炉心では、特許文献1及び非特許文献1に記載されている上部及び下部ブランケット領域を除く上部及び下部燃料領域及び内部ブランケット領域を含む炉心部領域の燃焼度が45GWd/tである燃料集合体をさらに高燃焼度化するとき、従来の燃料集合体のまま高燃焼度化すると、以下に示す問題が生じる。この問題は、臨界を保つための反応度の不足、Puの同位元素比の劣化、増殖比の低下、及び安全上の指標であるボイド係数が正になる等が原因で、TRUのリサイクルを途中で中止せざるを得なくなることである。すなわち、多重リサイクルが不可能になる。   In this BWR core, a fuel assembly having a burnup of 45 GWd / t in the core region including the upper and lower fuel regions and the internal blanket region excluding the upper and lower blanket regions described in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1 When further increasing the burnup of the body, if the burnup is increased with the conventional fuel assembly, the following problems occur. This problem is due to the lack of reactivity to maintain criticality, deterioration of the isotope ratio of Pu, reduction of the growth ratio, and the void coefficient, which is a safety indicator, becoming positive. It will be forced to stop at. That is, multiple recycling becomes impossible.

上記のBWR炉心を有するBWRを安全に運転しながらTRUのリサイクルを続けるためには、ボイド係数を所定の範囲に保つ必要がある。発明者らは、検討の結果、BWR固有の機能である炉心流量を所定の値に設定して炉心のボイド率を調整し、結果として中性子エネルギースペクトルを調整することによって、燃料集合体の燃焼度をより高めることができ、かつ、TRUの多重リサイクルを実現できることを新たに見出したのである。発明者らが見出した炉心流量の設定を行うことによって、ある運転サイクルでのBWRの運転終了時における、BWR炉心内に存在するTRUの複数の同位元素の割合を、その運転サイクルでのBWRの運転が開始できる状態、例えば、その運転サイクルでの運転開始直前における、そのBWR炉心内に存在するTRUのそれらの同位元素の割合と実質的に同じくすることができるという新たな知見が発明者らによって見出された。ボイド係数も、その運転サイクルにおいて所定の範囲(実質的に一定)に保持することが可能になる。そのBWR炉心には、上記の運転開始直前において、新燃料集合体(燃焼度がゼロである燃料集合体)、及び少なくとも1つの運転サイクルの間、炉心内に滞在した燃料集合体が装荷されている。BWR炉心に装荷されたある燃料集合体に着目すれば、この燃料集合体は、使用済燃料としてBWR炉心から取り出されるまでの間に、炉心内で、例えば、4つの運転サイクルでの運転を経験することになる。発明者らが見出した上記の炉心流量の調整を行うことによって、BWR炉心から使用済み燃料として取り出された時点でその燃料集合体が含んでいるTRUの複数の同位元素の割合を、その燃料集合体がBWR炉心に装荷される新燃料集合体の状態で含んでいるTRUのそれらの同位元素の割合と実質的に同じくすることができるのである。新燃料集合体は、原子炉内での運転を経験していない燃焼度がゼロの燃料集合体である。   In order to continue the TRU recycling while safely operating the BWR having the above BWR core, it is necessary to keep the void coefficient within a predetermined range. As a result of the study, the inventors set the core flow rate, which is a function unique to the BWR, to a predetermined value to adjust the void ratio of the core, and as a result, adjust the neutron energy spectrum to obtain the burnup degree of the fuel assembly. It has been newly found that TRU can be further increased and multiple recycling of TRUs can be realized. By setting the core flow rate found by the inventors, the ratio of the plurality of TRU isotopes present in the BWR core at the end of the operation of the BWR in a certain operation cycle can be determined by the BWR in that operation cycle. The inventors have a new finding that the operation can be started, for example, the ratio of those isotopes of the TRU existing in the BWR core immediately before the start of the operation in the operation cycle can be substantially the same. It was found by. The void coefficient can also be maintained within a predetermined range (substantially constant) during the operation cycle. The BWR core is loaded with a new fuel assembly (a fuel assembly with a burnup of zero) and a fuel assembly that has stayed in the core for at least one operating cycle immediately before the start of the operation. Yes. Paying attention to a certain fuel assembly loaded in the BWR core, this fuel assembly has experienced operation in, for example, four operation cycles in the core before being taken out of the BWR core as spent fuel. Will do. By adjusting the above-described core flow rate found by the inventors, the ratio of a plurality of TRU isotopes contained in the fuel assembly at the time when the fuel assembly is taken out from the BWR core is determined as the fuel assembly. It can be substantially the same as the ratio of those isotopes of the TRU that the body contains in the state of a new fuel assembly loaded into the BWR core. A new fuel assembly is a fuel assembly with zero burnup that has not been operated in a nuclear reactor.

上記したある運転サイクルでのBWRの運転終了時における、BWR炉心内に存在するTRUの複数の同位元素の割合を、その運転サイクルでのBWRの運転が開始できる状態における、そのBWR炉心内に存在するTRUのそれらの同位元素の割合と実質的に同じくすることを、便宜的に、TRU同位元素の割合保持と称する。また、BWR炉心から使用済み燃料として取り出された時点で燃料集合体が含んでいるTRUの複数の同位元素の割合を、その燃料集合体がBWR炉心に装荷される新燃料集合体の状態で含んでいるTRUのそれらの同位元素の割合と実質的に同じくすることも、TRU同位元素の割合保持の別の見方である。   The ratio of multiple isotopes of TRUs existing in the BWR core at the end of the BWR operation in a certain operation cycle described above is present in the BWR core in a state where the operation of the BWR in the operation cycle can be started. For the sake of convenience, it is referred to as maintaining the ratio of the TRU isotopes. Also, the ratio of the multiple TRU isotopes contained in the fuel assembly at the time of removal from the BWR core as spent fuel is included in the state of the new fuel assembly loaded in the BWR core. Substantially the same as the ratio of those isotopes of TRUs that are still another view of maintaining the ratio of TRU isotopes.

上記したBWRでの上記した炉心流量の調節は、図2に示す特性によって定まる相対流量になるように行われる。図2は、炉心に装荷される新燃料集合体に含まれるTRU中のPu−239の割合と相対炉心流量との関係を示している。図2は新燃料集合体に含まれるTRU中のPu−239の割合が異なるTRU同位元素の割合を保持できる炉心流量を求めたものである。発明者らは、軽水炉で発生した使用済燃料集合体に含まれるTRUの各同位元素の組成を調査した結果、TRU中のPu−239の割合に着目して炉心流量を設定すれば、TRU同位元素の割合保持を実現できることを新たに見出したものである。
上記した炉心流量の設定は、各運転サイクルにおけるボイド係数を所定の範囲に保持するために行うものであって、炉心に装荷される新燃料集合体に含まれるTRU中のPu−239の割合によって図2により定まる相対炉心流量(設定炉心流量という)に基づいて行われる。各運転サイクルにおいて、原子炉出力が少なくとも定格出力になった時点では炉心流量は少なくとも調整が完了して上記の設定炉心流量になっている。炉心流量は、運転サイクルが終了するまで、その設定炉心流量に保持される。このため、原子炉出力の制御は、制御棒を用いて行われる。
The above-described core flow rate adjustment in the BWR is performed so as to obtain a relative flow rate determined by the characteristics shown in FIG. FIG. 2 shows the relationship between the ratio of Pu-239 in TRU contained in the new fuel assembly loaded in the core and the relative core flow rate. FIG. 2 shows the core flow rate at which the ratio of TRU isotopes with different ratios of Pu-239 in the TRU contained in the new fuel assembly can be maintained. As a result of investigating the composition of each isotope of TRU contained in the spent fuel assembly generated in the light water reactor, the inventors have set the core flow rate by paying attention to the ratio of Pu-239 in the TRU. This is a new finding that the proportion of elements can be maintained.
The above core flow rate is set in order to keep the void coefficient in each operation cycle within a predetermined range, and depends on the ratio of Pu-239 in the TRU contained in the new fuel assembly loaded in the core. This is performed based on the relative core flow rate (referred to as the set core flow rate) determined by FIG. In each operation cycle, at the time when the reactor power reaches at least the rated power, the core flow rate is at least adjusted to the above set core flow rate. The core flow rate is maintained at the set core flow rate until the operation cycle ends. For this reason, the control of the reactor power is performed using control rods.

反応度の不足を解消する他の対策案として、各燃料棒においてTRU中のPu−239の割合を大きくすることが考えられる。この他の対策案では、1つの運転サイクルの運転終了時での炉心内におけるTRUの各同位元素の割合を、その運転サイクルの運転開始時でのその割合と実質的に同じにすることができなくなる。それらを実質的に同じにしようとすると、炉心流量を設定炉心流量から減らす必要があるので、熱的制限条件の一つであるMCPRの基準を満たせなくなる。発明者らの検討の結果、図2に示すように新燃料集合体に含まれる全TRU中のPu−239の割合を45%以下に下げることにより、全ての制約条件を満たし増殖比1.01を維持しつつ燃料集合体の高燃焼度化等の炉心性能の向上を図ることができると共に、TRUの多重リサイクルを実現することができた。なお、燃料集合体の燃焼度をより高め、かつTRUの多重リサイクルを実現してTRUの有効利用を図るためには、新燃料集合体に含まれる全TRU中のPu−239の割合を40%以上で45%以下の範囲にすることが望ましい。その割合をその範囲にすることによって、BWR炉心内のTRUの量を、運転サイクルの開始時よりも減少させること無く、運転サイクルの終了時まで一定に保持でき、場合によっては運転サイクル終了時に増大させることができる。   As another measure for solving the lack of reactivity, it is conceivable to increase the ratio of Pu-239 in the TRU in each fuel rod. In this other measure, the ratio of each isotope of TRU in the core at the end of operation of one operation cycle can be made substantially the same as the ratio at the start of operation of that operation cycle. Disappear. If they are made substantially the same, the core flow rate needs to be reduced from the set core flow rate, so that the MCPR criterion, which is one of the thermal limiting conditions, cannot be satisfied. As a result of the study by the inventors, as shown in FIG. 2, the ratio of Pu-239 in all TRUs contained in the new fuel assembly is lowered to 45% or less, so that all the constraints are satisfied and the growth ratio is 1.01. While maintaining the above, it was possible to improve the core performance, such as increasing the burnup of the fuel assembly, and to achieve multiple recycling of TRUs. In order to increase the burnup of the fuel assembly and to achieve multiple TRU recycling by effectively using TRU, the ratio of Pu-239 in all TRUs included in the new fuel assembly is set to 40%. It is desirable to make it the range below 45% above. By making the ratio within that range, the amount of TRU in the BWR core can be kept constant until the end of the operating cycle without reducing it compared to the start of the operating cycle, and in some cases increases at the end of the operating cycle. Can be made.

次に、電気出力が1350MWで、燃料集合体1体当り331本の燃料棒を有する720体の燃料集合体が装荷されている他のBWR炉心を例に挙げて説明する。このBWR炉心は、TRUを消滅させる機能を有する。   Next, another BWR core having an electric output of 1350 MW and loaded with 720 fuel assemblies having 331 fuel rods per fuel assembly will be described as an example. This BWR core has a function of extinguishing the TRU.

TRUを減少させる目的でTRUのリサイクルを繰り返す場合には、通常、奇数核種だけが先に燃えて途中で未臨界になり、TRUが燃え残るという問題が生じる。この問題は、発明者らが見出した上記したTRU同位元素の割合保持によってTRUの各同位元素の割合を実質的に一定に保ち、TRUを燃焼させることによって解決できる。このため、燃料集合体の燃焼度をより高めることができ、かつTRUの多重リサイクルを実現させることができる。しかし、TRUを減少させるためにはTRU中の全TRUに占めるPu−239の割合を低下させ、リサイクルのたびに新たにU−238から供給されるPu−239の量を少なくする必要がある。   In the case of repeating TRU recycling for the purpose of reducing TRU, there is usually a problem that only odd-numbered nuclides burn first and become subcritical in the middle, and TRU remains unburned. This problem can be solved by burning the TRU while keeping the ratio of each isotope of the TRU substantially constant by maintaining the ratio of the TRU isotopes found by the inventors. For this reason, the burnup of the fuel assembly can be further increased, and multiple recycling of TRUs can be realized. However, in order to reduce TRU, it is necessary to reduce the ratio of Pu-239 in all TRUs in the TRU, and to reduce the amount of Pu-239 newly supplied from U-238 every time it is recycled.

図3は、パッフェ型炉心及び一領域炉心において、装荷される新燃料集合体に含まれるTRU中のPu−239の割合と、水対核燃料物質比(単位燃料棒格子の横断面積に占める燃料ペレットの横断面積の割合)との関係を示している。図3に示されたこれら関係は、それぞれの炉心においてTRU同位元素の割合保持が実現されることを前提にして、発明者らが求めたものである。特性41は、パッフェ型炉心に対するものであり、特性42は一領域炉心に対するものである。図3に示すように新燃料集合体内の燃料棒を細径化することによってTRUに対する水の割合が増加(水対核燃料物質比が低下)するので、共鳴領域及び熱エネルギー領域の各中性子が増加する。これらの中性子の増加によって偶数核種の中性子捕獲が進み、偶数核種から奇数核種への核変換効率が向上してTRUの燃焼効率が増加する。したがって、TRUをより早く減少させることができる。なお、TRUの燃焼効率は、燃料集合体の寿命中における全核分裂量に対するTRUの正味の減少量で定義される。   FIG. 3 shows the ratio of Pu-239 in TRU contained in the new fuel assembly to be loaded and the water-to-nuclear fuel material ratio (fuel pellets occupying the cross-sectional area of the unit fuel rod lattice) in the parfait-type core and the one-region core. The ratio of the cross-sectional area). These relationships shown in FIG. 3 are obtained by the inventors on the assumption that the TRU isotope ratio retention is realized in each core. Characteristic 41 is for a parfait core, and characteristic 42 is for a one-zone core. As shown in FIG. 3, by reducing the diameter of the fuel rods in the new fuel assembly, the ratio of water to TRU increases (the ratio of water to nuclear fuel material decreases), so each neutron in the resonance region and thermal energy region increases. To do. The increase of these neutrons promotes neutron capture of even-numbered nuclides, improves the transmutation efficiency from even-numbered nuclides to odd-numbered nuclides, and increases the TRU combustion efficiency. Therefore, TRU can be reduced more quickly. The TRU combustion efficiency is defined as the net decrease in TRU with respect to the total fission amount during the life of the fuel assembly.

図4は、パッフェ型炉心及び一領域炉心において、装荷される新燃料集合体に含まれるTRU中のPu−239の割合と、燃焼効率及びボイド係数との関係を示している。TRU中のPu−239の割合と燃焼効率の関係は、パッフェ型を対象とした特性10及び一領域炉心を対象とした特性43で表される。TRU中のPu−239の割合とボイド係数との関係は、パッフェ方炉心を対象とした、炉心取出燃焼度47GWd/tの特性11及び炉心取出燃焼度65GWd/tの特性12、及び一領域炉心を対象とした炉心取出燃焼度75GWd/tの特性44で表される。図4に示すようにPu−239が少なくなった体系でのボイド係数は、燃焼中のTRUの各同位元素の割合が実質的に一定に保たれている限りにおいては、Pu−239が少なくなればなるほど正のボイド反応度成分を有する高速エネルギー成分が増殖比1の炉心より相対的に少なくなるので、負に維持される。また、炉心内の水の量は増殖比1の炉心におけるその量よりも多くなるのでMCPRについても問題ない。一方、パッフェ型炉心では全TRUに占めるPu−239の割合が8%未満になると高速エネルギー領域でしか核分裂しない偶数核種の割合が多くなるため臨界を維持するのに炉心の高さが高くなりボイド反応率が正になるので、軽水炉の安全基準を満たせなくなる。パッフェ型炉心よりも炉心の高さが低くボイド反応率がより負である一領域炉心も、全TRUに占めるPu−239の割合が3%未満になるとやはりボイド反応率が正になるので、軽水炉の安全基準を満たせなくなる。軽水炉の安全基準を満足すためには、全TRUに占めるPu−239の割合を、パッフェ方炉心で8%以上、一領域炉心で3%以上にする必要がある。炉心内のTRUを減少させるためには、パッフェ型炉心は全TRUに占めるPu−239の割合を8%以上40%未満にし、一領域炉心はその割合を3%以上40%未満にしなければならない。しかし、一領域炉心は炉出力が小さいため、全TRUに占めるPu−239の割合が8%より大きいところでは、TRUの燃焼効率が少し高くても、TRUの正味の減少量が低下する。その割合を3%以上8%以下にすることによって、TRUの燃焼効率をさらに大きくすることができ、TRUの正味の減少量も増大させることができる。なお、全TRUに占めるPu−239の割合が、3%以上40%未満の範囲で15%以下になるとTRUの燃焼効率が著しく大きくなるので、TRUを急激に減らすことができる。   FIG. 4 shows the relationship between the ratio of Pu-239 in TRU contained in the new fuel assembly to be loaded, the combustion efficiency, and the void coefficient in the parfait-type core and the one-region core. The relationship between the ratio of Pu-239 in the TRU and the combustion efficiency is represented by a characteristic 10 for a parfait type and a characteristic 43 for a one-region core. The relationship between the ratio of Pu-239 in the TRU and the void coefficient is as follows. The characteristic 11 of the core extraction burnup 47 GWd / t, the characteristic 12 of the core extraction burnup 65 GWd / t, and the one-region core for the parfait core. Is represented by the characteristic 44 of the core take-off burnup 75 GWd / t. As shown in FIG. 4, the void coefficient in the system with less Pu-239 is less Pu-239 as long as the ratio of each isotope of TRU during combustion is kept substantially constant. The higher the fast energy component having a positive void reactivity component, the less it will be relative to the growth ratio 1 reactor core, so it remains negative. Further, since the amount of water in the core is larger than that in the core having a growth ratio of 1, there is no problem with MCPR. On the other hand, in the parfait-type core, when the proportion of Pu-239 in the total TRU is less than 8%, the proportion of even-numbered nuclides that fission only in the high-speed energy region increases, so the core height increases to maintain criticality and voids. Since the reaction rate becomes positive, the safety standards for light water reactors cannot be met. A one-region core whose core height is lower than the puffer type core and the void reaction rate is more negative is also a light water reactor because the void reaction rate becomes positive when the percentage of Pu-239 in the total TRU is less than 3%. The safety standards cannot be met. In order to satisfy the safety standards for light water reactors, it is necessary that the ratio of Pu-239 in all TRUs be 8% or more in the parfait core and 3% or more in the one-region core. In order to reduce the TRU in the core, the parfait-type core must make the ratio of Pu-239 in the total TRU 8% or more and less than 40%, and the one-region core must make the ratio 3% or more and less than 40%. . However, since the reactor power of the one-region core is small, when the ratio of Pu-239 in the total TRU is larger than 8%, even if the combustion efficiency of the TRU is slightly high, the net decrease amount of the TRU is lowered. By making the ratio 3% or more and 8% or less, the combustion efficiency of TRU can be further increased, and the net reduction amount of TRU can be increased. Note that when the ratio of Pu-239 in the total TRU is 15% or less within a range of 3% or more and less than 40%, the TRU combustion efficiency is remarkably increased, so that TRU can be rapidly reduced.

どちらの炉心も、チャンネルボックス内の単位燃料棒格子の横断面積に占める燃料ペレットの横断面積の割合が55%を超えると燃料棒相互の間隙が1mm未満となるので燃料集合体の組み立てが極めて困難になる。このため、単位燃料棒格子の横断面積に占める燃料ペレットの横断面積の割合は、55%以下にする必要がある。その面積割合が30%未満になると、燃料棒が細くなりすぎて横断面での核燃料物質の量が少なくなるので、燃料棒の長さを長くする必要があり、ボイド係数が正になる。したがって、その面積割合は30%以上にしなければならない。   In both reactor cores, if the ratio of the cross-sectional area of the fuel pellets to the cross-sectional area of the unit fuel rod lattice in the channel box exceeds 55%, the gap between the fuel rods becomes less than 1 mm, making assembly of the fuel assembly extremely difficult. become. For this reason, the ratio of the cross-sectional area of the fuel pellets to the cross-sectional area of the unit fuel rod lattice needs to be 55% or less. If the area ratio is less than 30%, the fuel rods become too thin and the amount of nuclear fuel material in the cross section decreases, so the length of the fuel rods needs to be increased and the void coefficient becomes positive. Therefore, the area ratio must be 30% or more.

TRUを再処理してマイナーアクチニドを取り除いた核燃料物質を用いて製造した新燃料集合体を炉心(例えば、パッフェ型炉心)に装荷することも可能である。このような炉心においても、炉心内に装荷するその新燃料集合体に含まれる全Pu中のPu−239の割合に対応して定められる設定炉心流量になるように炉心流量を調節することによって、上記したTRU同位元素の割合保持を実現できる。核燃料物質としてマイナーアクチニドを取り除いた核燃料物質を用いる場合において、燃料集合体の燃焼度をより高め、かつTRUの多重リサイクルを実現するためには、新燃料集合体に含まれる全Pu中のPu−239の割合を3%以上50%以下及びその全Pu中のPu−240の割合を35%以上45%以下にする必要がある。Pu−239の割合が50%を超えた場合には、除熱能力が低下するので、原子炉出力を定格出力よりも下げる必要がある。したがって、BWRが保有する発電能力を十分に活用することができなくなる。以上の理由により、そのPu−239の割合は、50%以下にする必要がある。また、全Pu中のPu−239の割合が3%未満になるとボイド係数が正になるので、そのPu−239の割合は3%以上にしなければならない。全Pu中のPu−240の割合が45%を超えるとボイド係数が正になるので、そのPu−240の割合は45%以下にしなければならない。また、全Pu中のPu−240の割合が35%未満になると、除熱能力が低下するので、BWRが保有する発電能力を十分に活用することができなくなる。したがって、そのPu−240の割合は35%以上にする必要がある。   It is also possible to load a new fuel assembly manufactured using nuclear fuel material from which TRU is reprocessed to remove minor actinides into a core (for example, a parfait-type core). Even in such a core, by adjusting the core flow rate so as to be a set core flow rate determined in accordance with the ratio of Pu-239 in the total Pu contained in the new fuel assembly loaded in the core, The above TRU isotope ratio retention can be realized. In the case of using a nuclear fuel material from which minor actinides are removed as a nuclear fuel material, in order to further increase the burnup of the fuel assembly and realize multiple recycling of TRU, Pu− in all Pu contained in the new fuel assembly It is necessary to set the ratio of 239 to 3% to 50% and the ratio of Pu-240 in the total Pu to 35% to 45%. When the ratio of Pu-239 exceeds 50%, the heat removal capability decreases, so it is necessary to lower the reactor power from the rated power. Therefore, the power generation capacity possessed by the BWR cannot be fully utilized. For the above reasons, the Pu-239 ratio needs to be 50% or less. Further, since the void coefficient becomes positive when the ratio of Pu-239 in all Pu is less than 3%, the ratio of Pu-239 must be 3% or more. When the ratio of Pu-240 in the total Pu exceeds 45%, the void coefficient becomes positive. Therefore, the ratio of Pu-240 must be 45% or less. Further, when the ratio of Pu-240 in the total Pu is less than 35%, the heat removal capability is lowered, so that the power generation capability possessed by the BWR cannot be fully utilized. Therefore, the ratio of Pu-240 needs to be 35% or more.

以下、本発明の実施例を、図面を用いて詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

本発明の好適な一実施例である実施例1の軽水炉を、図1、図5〜図11及び表1を用いて以下に詳細に説明する。本実施例の軽水炉は、電気出力1350MW用の炉心を備え   A light water reactor according to embodiment 1, which is a preferred embodiment of the present invention, will be described in detail below with reference to FIGS. The light water reactor of this example is provided with a core for an electric output of 1350 MW.

Figure 2010032558
Figure 2010032558

ているが、出力規模はこれに限定されるものではない。炉心に装荷された燃料集合体の体数を変更することによって、本実施例が適用できる他の出力規模の軽水炉を実現することができる。 However, the output scale is not limited to this. By changing the number of fuel assemblies loaded in the core, it is possible to realize a light water reactor having another power scale to which the present embodiment can be applied.

本実施例の軽水炉である電気出力1350MW用のBWRの概要を、図5に基づいて説明する。BWR19は、原子炉圧力容器27内に、炉心20、気水分離器21、蒸気乾燥器22を配置している。炉心20は、パッフェ型炉心であり、原子炉圧力容器27内で炉心シュラウド25によって取囲まれている。気水分離器21は炉心20の上方に配置され、蒸気乾燥器22は気水分離器21の上方に配置される。複数のインターナルポンプ26が原子炉圧力容器27の底部に設置され、インターナルポンプ26のインペラが原子炉圧力容器27と炉心シュラウド25との間に形成されるダウンカマ内に配置される。主蒸気配管23及び給水配管24が原子炉圧力容器27に接続される。炉心20には、図6に示すように、720体の燃料集合体1が装荷されている。3体の燃料集合体1に1本の割合でY字型の制御棒2が設けられ、223本の制御棒2が炉心20内に挿入可能に配置されている。それぞれの制御棒2は原子炉圧力容器27の底部に設けられた別々の制御棒駆動装置29に連結されている。制御棒駆動装置29は、モータ駆動であり、軸方向における制御棒2の移動を微調整することができる。制御棒駆動装置29が、制御棒2の炉心20からの引き抜き、及び制御棒2の炉心20への挿入の各操作を実行する。中性子検出装置である複数の局所出力領域検出装置(LPRM)32が炉心20内に配置されている。これらのLPRM32は、平均出力領域モニタ(APRM)31に接続され、APRM31は制御棒駆動制御装置30に接続される。   An outline of a BWR for an electric output of 1350 MW, which is a light water reactor of the present embodiment, will be described with reference to FIG. In the BWR 19, a reactor core 20, a steam separator 21, and a steam dryer 22 are disposed in a reactor pressure vessel 27. The core 20 is a parfait-type core and is surrounded by a core shroud 25 in the reactor pressure vessel 27. The steam / water separator 21 is disposed above the core 20, and the steam dryer 22 is disposed above the steam / water separator 21. A plurality of internal pumps 26 are installed at the bottom of the reactor pressure vessel 27, and an impeller of the internal pump 26 is disposed in a downcomer formed between the reactor pressure vessel 27 and the core shroud 25. A main steam pipe 23 and a water supply pipe 24 are connected to the reactor pressure vessel 27. As shown in FIG. 6, 720 fuel assemblies 1 are loaded on the core 20. Three fuel assemblies 1 are provided with Y-shaped control rods 2 at a ratio of one, and 223 control rods 2 are arranged so as to be inserted into the core 20. Each control rod 2 is connected to a separate control rod drive 29 provided at the bottom of the reactor pressure vessel 27. The control rod drive device 29 is motor-driven and can finely adjust the movement of the control rod 2 in the axial direction. The control rod drive device 29 performs operations of pulling out the control rod 2 from the core 20 and inserting the control rod 2 into the core 20. A plurality of local output region detection devices (LPRM) 32 which are neutron detection devices are arranged in the core 20. These LPRMs 32 are connected to an average output area monitor (APRM) 31, and the APRM 31 is connected to a control rod drive control device 30.

図7は燃料集合体格子の横断面を示している。燃料集合体1は、六角形の筒であるチャンネルボックス4内に、直径10.1mmの271本の燃料棒3を正三角形格子に配置している。燃料集合体1の横断面の形状は六角形をしており、燃料棒3の相互間の間隙が1.3mmである。核燃料物質によって構成された複数の燃料ペレット(図示せず)が、軸方向に並ぶように、燃料棒3の被覆管(図示せず)内に配置されている。最外層の燃料棒列には9本の燃料棒3が配置される。チャンネルボックス4内の単位燃料棒格子の横断面積に占める燃料ペレットの横断面積の割合は54%である。Y字型制御棒2は、中心に位置するタイロッドから外側に向かって伸びる3枚の翼を有する。各翼は、BC が充填された複数の中性子吸収棒を備えており、タイロッドの周囲に120度の間隔を持って配置される。制御棒2は、軽水より減速能が小さい物質である炭素で構成されたフォロアー部を、炉心20に最初に挿入される挿入端部に設けている。 FIG. 7 shows a cross section of the fuel assembly lattice. In the fuel assembly 1, 271 fuel rods 3 having a diameter of 10.1 mm are arranged in an equilateral triangular lattice within a channel box 4 which is a hexagonal cylinder. The cross section of the fuel assembly 1 has a hexagonal shape, and the gap between the fuel rods 3 is 1.3 mm. A plurality of fuel pellets (not shown) made of nuclear fuel material are arranged in a cladding tube (not shown) of the fuel rod 3 so as to be aligned in the axial direction. Nine fuel rods 3 are arranged in the outermost fuel rod row. The ratio of the cross-sectional area of the fuel pellets to the cross-sectional area of the unit fuel rod lattice in the channel box 4 is 54%. The Y-shaped control rod 2 has three wings extending outward from a tie rod located at the center. Each wing is provided with a plurality of neutron absorbing rods filled with B 4 C, and is arranged around the tie rod with an interval of 120 degrees. The control rod 2 is provided with a follower portion made of carbon, which is a substance having a lower deceleration ability than light water, at an insertion end portion that is first inserted into the reactor core 20.

BWR19が運転されているとき、インターナルポンプ(冷却材供給装置)26の回転によってダウンカマ内の冷却材が加圧されて炉心20に供給される。炉心20内に供給された冷却材は、各燃料集合体1内に導かれ、核分裂性物質の核分裂によって発生する熱で加熱されて一部が蒸気になる。気液二相流状態の冷却材は、炉心20から気水分離器21に導かれて蒸気が分離される。分離された蒸気は、蒸気乾燥器22によって水分がさらに除去される。水分が除去された蒸気は、主蒸気配管23を通ってタービン(図示せず)に供給され、タービンが回転される。タービンに連結された発電機(図示せず)が回転され、電力が発生する。タービンから排出された蒸気は、復水器(図示せず)で凝縮されて凝縮水となる。この凝縮水(給水)は、給水配管24を通って原子炉圧力容器27内に導かれる。気水分離器22で分離された液体の冷却材は、ダウンカマ内で上記の給水と混合され、再び、インターナルポンプ26で加圧される。   When the BWR 19 is in operation, the coolant in the downcomer is pressurized by the rotation of the internal pump (coolant supply device) 26 and supplied to the core 20. The coolant supplied into the core 20 is guided into each fuel assembly 1 and heated by heat generated by the fission of the fissile material, and a part thereof becomes steam. The coolant in the gas-liquid two-phase flow state is led from the core 20 to the steam / water separator 21 to separate the steam. The water is further removed from the separated steam by the steam dryer 22. The steam from which moisture has been removed is supplied to the turbine (not shown) through the main steam pipe 23, and the turbine is rotated. A generator (not shown) connected to the turbine is rotated to generate electric power. The steam discharged from the turbine is condensed in a condenser (not shown) to become condensed water. The condensed water (feed water) is guided into the reactor pressure vessel 27 through the feed water pipe 24. The liquid coolant separated by the steam separator 22 is mixed with the above-mentioned water supply in the downcomer and is pressurized by the internal pump 26 again.

平衡炉心の状態にある炉心20内での燃料集合体1の配置を、図8を用いて説明する。
炉内滞在期間が最も長い、運転サイクルが4サイクル目である燃料集合体1Dが、中性子インポータンスの低い炉心最外周領域に配置される。その内側に位置する炉心外側領域には、中性子無限増倍率が最も高い、炉内滞在期間が1サイクル目である燃料集合体1Aが装荷されており、炉心の半径方向における出力分布の平坦化を図っている。炉心内側領域には、炉内滞在期間が2〜4サイクル目の各燃料集合体1B,1C,1Dがそれぞれ分散配置されている。このような分散配置によって、炉心内側領域における出力分布の平坦化を図っている。燃料集合体1A,1B,1C,1Dは、それぞれ、図7及び後述の図10及び図11に示す燃料集合体1である。これらの燃料集合体の下部タイプレート(図示せず)は、炉心20の下端部に配置されている炉心支持板(図示せず)に設けられる複数の燃料支持金具(図示せず)に支持される。燃料集合体に冷却材を導く冷却材通路が燃料支持金具内に形成されており、燃料支持金具に設置されたオリフィス(図示せず)がその冷却材通路の入口部に配置される。炉心20は、半径方向において最外周領域6及びその内側に位置する内側領域1の二領域が形成される(図9参照)。燃料集合体1の出力が小さい最外周領域2に位置するオリフィスの口径は、内側領域1に位置するオリフィスの口径よりも小さくなっている。
The arrangement of the fuel assembly 1 in the core 20 in the state of an equilibrium core will be described with reference to FIG.
The fuel assembly 1D having the longest in-reactor period and the fourth operation cycle is arranged in the outermost peripheral region of the core having a low neutron importance. A fuel assembly 1A having the highest neutron infinite multiplication factor and a stay in the reactor in the first cycle is loaded in the outer region located inside thereof, and the power distribution in the radial direction of the core is flattened. I am trying. The fuel assemblies 1B, 1C, and 1D having a residence time in the reactor of the second to fourth cycles are distributed in the core inner region. By such a distributed arrangement, the power distribution in the core inner region is flattened. The fuel assemblies 1A, 1B, 1C, and 1D are the fuel assemblies 1 shown in FIG. 7 and FIGS. 10 and 11 described later, respectively. Lower tie plates (not shown) of these fuel assemblies are supported by a plurality of fuel support fittings (not shown) provided on a core support plate (not shown) arranged at the lower end of the core 20. The A coolant passage for guiding the coolant to the fuel assembly is formed in the fuel support fitting, and an orifice (not shown) installed in the fuel support fitting is disposed at the inlet of the coolant passage. The core 20 is formed with two regions of the outermost peripheral region 6 and the inner region 1 located inside thereof in the radial direction (see FIG. 9). The diameter of the orifice located in the outermost peripheral area 2 where the output of the fuel assembly 1 is small is smaller than the diameter of the orifice located in the inner area 1.

燃料集合体1は、燃料有効長の部分に、その上端から下端に向かって、図10に示すように、上部ブランケット領域5、上部燃料領域6、内部ブランケット領域7、下部燃料領域8及び下部ブランケット領域9の5つの領域を順次形成している。それぞれの領域の高さは、以下の通りである。上部ブランケット領域5の高さは120mmであり、上部燃料領域6の高さは227mmであり、内部ブランケット領域7の高さは450mmであり、下部燃料領域8の高さは225mmであり、下部ブランケット領域9の高さは180mmである。燃料集合体1が燃焼度ゼロの新燃料集合体のとき、その燃料集合体1の全ての燃料棒3は、3つのブランケット領域に劣化ウランを充填し、上部燃料領域6及び下部燃料領域8にはTRUの重量を100としたときに劣化ウランを重量172の割合で混合した混合酸化物燃料を充填している。この混合酸化物燃料の核分裂性Puの富化度は18wt%である。各ブランケット領域にはその混合酸化物燃料が充填されていない。なお、各ブランケット領域には劣化ウランのかわりに、天然ウランや、使用済み燃料集合体から回収される減損ウランを用いてもよい。   As shown in FIG. 10, the fuel assembly 1 has an active fuel length portion from the upper end toward the lower end, and as shown in FIG. 10, the upper blanket region 5, the upper fuel region 6, the inner blanket region 7, the lower fuel region 8 and the lower blanket. Five regions of region 9 are sequentially formed. The height of each region is as follows. The height of the upper blanket region 5 is 120 mm, the height of the upper fuel region 6 is 227 mm, the height of the inner blanket region 7 is 450 mm, the height of the lower fuel region 8 is 225 mm, and the lower blanket The height of the region 9 is 180 mm. When the fuel assembly 1 is a new fuel assembly with zero burnup, all the fuel rods 3 of the fuel assembly 1 are filled with deteriorated uranium in three blanket regions, and the upper fuel region 6 and the lower fuel region 8 are filled. Is filled with a mixed oxide fuel in which deteriorated uranium is mixed at a weight ratio of 172 when the weight of TRU is 100. The enrichment of the fissile Pu of this mixed oxide fuel is 18 wt%. Each blanket region is not filled with the mixed oxide fuel. In each blanket region, natural uranium or depleted uranium recovered from the spent fuel assembly may be used instead of depleted uranium.

燃料集合体1は、図11に示す5種類の燃料棒3を含んでいる。これらの燃料棒3は燃料棒3A〜3Eである。燃料棒3A〜3Eは図11に示すように燃料集合体1内に配置される。燃料棒3A〜3Eのそれぞれの上部燃料領域6及び下部燃料領域8にそれぞれ充填された混合酸化物燃料は、新燃料集合体の状態において、燃料棒3Aで核分裂性Puの富化度が10.7wt%、燃料棒3Bでその富化度が13.5wt%、燃料棒3Cでその富化度が16.8wt%、燃料棒3Dでその富化度が18.2wt%及び燃料棒3Eでその富化度が19.5wt%となっている。それぞれの燃料棒3の各ブランケット領域にはTRUが存在しないが、それぞれの燃料棒3の上部燃料領域6及び下部燃料領域8の各混合酸化物燃料は表1に示す組成のTRUを含んでいる。燃料集合体1は、新燃料集合体の状態で、全TRU中のPu−239の割合が44wt%である。表1はまた、燃料集合体1が炉心20から取り出された後、燃料貯蔵プールや燃料再処理施設に2年、燃料製造施設に1年、合計3年間炉外に滞在して、再度炉心に新燃料として装荷されるときのTRU組成でもある。   The fuel assembly 1 includes five types of fuel rods 3 shown in FIG. These fuel rods 3 are fuel rods 3A to 3E. The fuel rods 3A to 3E are arranged in the fuel assembly 1 as shown in FIG. The mixed oxide fuel filled in each of the upper fuel region 6 and the lower fuel region 8 of each of the fuel rods 3A to 3E has a fissile Pu enrichment of 10.3 in the fuel rod 3A in the state of the new fuel assembly. 7 wt%, fuel rod 3B has an enrichment of 13.5 wt%, fuel rod 3C has an enrichment of 16.8 wt%, fuel rod 3D has an enrichment of 18.2 wt%, and fuel rod 3E has The enrichment is 19.5 wt%. Although there is no TRU in each blanket region of each fuel rod 3, each mixed oxide fuel in the upper fuel region 6 and lower fuel region 8 of each fuel rod 3 contains TRUs having the composition shown in Table 1. . The fuel assembly 1 is in the state of a new fuel assembly, and the ratio of Pu-239 in all TRUs is 44 wt%. Table 1 also shows that after the fuel assembly 1 is removed from the core 20, it stays outside the reactor for a total of 3 years, 2 years in the fuel storage pool and fuel reprocessing facility, and 1 year in the fuel production facility, and again in the core. It is also the TRU composition when loaded as new fuel.

ある運転サイクルでのBWR19の運転を停止した後、平衡炉心である炉心20内に配置された燃料集合体1のうち、例えば、4分の1の燃料集合体1が燃焼度ゼロの燃料集合体(新燃料集合体)1と交換される。新燃料集合体1が炉心20に装荷された後、次の運転サイクルでのBWR19の運転が開始される。この新燃料集合体1は、次の運転サイクルでは1サイクル目の燃料集合体となる。インターナルポンプ26が駆動され、上記したように冷却材が炉心20に供給される。炉心20に供給される冷却材の流量(炉心流量)はミニマム流量になっている。インターナルポンプ26の回転速度は炉心流量制御装置(冷却材流量制御装置)33によって制御される。制御棒駆動制御装置30からの制御信号に基づいて制御棒駆動装置29が駆動され、制御棒2が炉心20から引き抜かれる。臨界状態になったBWR19の昇温昇圧が終了した後、さらに制御棒2が引き抜かれることによって原子炉出力が上昇する。制御棒2の引き抜きによる原子炉出力の上昇が一旦停止される。   After stopping the operation of the BWR 19 in a certain operation cycle, among the fuel assemblies 1 arranged in the core 20 which is an equilibrium core, for example, a fuel assembly in which a quarter of the fuel assemblies 1 has a burnup of zero (New fuel assembly) 1 is replaced. After the new fuel assembly 1 is loaded on the core 20, the operation of the BWR 19 in the next operation cycle is started. The new fuel assembly 1 will be the first fuel assembly in the next operation cycle. The internal pump 26 is driven, and the coolant is supplied to the core 20 as described above. The coolant flow rate (core flow rate) supplied to the core 20 is a minimum flow rate. The rotational speed of the internal pump 26 is controlled by a core flow rate control device (coolant flow rate control device) 33. Based on the control signal from the control rod drive control device 30, the control rod drive device 29 is driven, and the control rod 2 is pulled out of the core 20. After the temperature rise and pressure increase of the BWR 19 that has reached a critical state, the control rod 2 is further pulled out, so that the reactor power increases. The increase in reactor power due to the withdrawal of the control rod 2 is temporarily stopped.

炉心流量制御装置33の記憶装置(図示せず)は、図2の特性を記憶している。オペレータは、入力装置(図示せず)から、上記の燃料交換時に炉心20に装荷された新燃料集合体1に含まれる全TRU中のPu−239の割合のデータ(割合情報という)、すなわち、44wt%を入力する。炉心流量制御装置33は、入力された割合情報及び図2に示す特性に基づいて定まる設定炉心流量を設定する。割合情報である44wt%に対応する設定炉心流量は、図2に示す特性によれば、相対炉心流量1.00になる。炉心流量制御装置33は、インターナルポンプ26の回転速度を増加させ、炉心流量を設定炉心流量になるまで増加させる。炉心流量制御装置33は、炉心流量が設定炉心流量になったとき、インターナルポンプ26の回転速度の増加を停止させ、炉心流量の増加を停止させる。これ以降、その運転サイクルでのBWR19の運転が停止されるまで、炉心流量は、炉心流量制御装置33によって、その設定炉心流量に保持される。炉心流量が設定炉心流量まで増加されるのに伴って、原子炉出力も増加する。炉心流量の増加が停止された後、制御棒2の引き抜きが再開され、原子炉出力が設定出力である100%まで上昇される。その運転サイクルの終了時に制御棒2が炉心20内に挿入され、BWR19の運転が停止される。   A storage device (not shown) of the core flow rate control device 33 stores the characteristics shown in FIG. The operator uses an input device (not shown) to obtain data on the ratio of Pu-239 in all TRUs included in the new fuel assembly 1 loaded in the core 20 at the time of the fuel change (referred to as ratio information), that is, Enter 44 wt%. The core flow rate control device 33 sets a set core flow rate determined based on the input ratio information and the characteristics shown in FIG. According to the characteristics shown in FIG. 2, the set core flow rate corresponding to 44 wt% that is the ratio information is a relative core flow rate of 1.00. The core flow rate control device 33 increases the rotational speed of the internal pump 26 and increases the core flow rate until the set core flow rate is reached. When the core flow rate reaches the set core flow rate, the core flow rate control device 33 stops the increase in the rotational speed of the internal pump 26 and stops the increase in the core flow rate. Thereafter, the core flow rate is maintained at the set core flow rate by the core flow rate control device 33 until the operation of the BWR 19 in the operation cycle is stopped. As the core flow rate is increased to the set core flow rate, the reactor power also increases. After the increase in the core flow rate is stopped, the withdrawal of the control rod 2 is resumed, and the reactor power is increased to 100%, which is the set power. At the end of the operation cycle, the control rod 2 is inserted into the core 20 and the operation of the BWR 19 is stopped.

BWR19が原子炉出力100%で運転されている場合での、炉心20の軸方向における出力分布及びボイド率分布を図12に示す。炉心の平均ボイド率は67%で、炉心出口の蒸気重量率は41wt%である。BWR19が設定出力で運転されているとき、各LPRM32は核分裂で発生する中性子の検出によって検出信号を出力する。APRM31は入力したこれらの検出信号を平均して原子炉出力を求め、この原子炉出力が制御棒駆動制御装置30に入力される。制御棒駆動制御装置30は、入力した原子炉出力が定格出力になるように、制御棒駆動装置29を操作して制御棒2を炉心20から引き抜く。このようにして、運転サイクルの期間中、原子炉出力が定格出力に保持される。   FIG. 12 shows the power distribution and void ratio distribution in the axial direction of the core 20 when the BWR 19 is operated at a reactor power of 100%. The average void ratio of the core is 67%, and the steam weight ratio at the core outlet is 41 wt%. When the BWR 19 is operated at the set output, each LPRM 32 outputs a detection signal by detecting neutrons generated by fission. The APRM 31 averages these input detection signals to obtain the reactor power, and this reactor power is input to the control rod drive control device 30. The control rod drive control device 30 operates the control rod drive device 29 and pulls out the control rod 2 from the core 20 so that the input reactor power becomes the rated output. In this way, the reactor power is maintained at the rated power during the operating cycle.

新燃料集合体1に含まれる全TRU中のPu−239の割合が44wt%、及び設定炉心流量、すなわち、相対炉心流量が1.00である本実施例において、TRU同位元素の割合保持が実現できる理由を、図1に示すアクチニド核種の生成崩壊チェーンを用いて以下に具体的に説明する。   In the present embodiment in which the ratio of Pu-239 in all TRUs included in the new fuel assembly 1 is 44 wt% and the set core flow rate, that is, the relative core flow rate is 1.00, the TRU isotope ratio retention is realized. The reason why this can be done will be specifically described below using the actinide nuclide production decay chain shown in FIG.

新燃料集合体1に含まれている表1に示されたTRUの複数の同位元素のそれぞれの絶対量は、その新燃料集合体1が炉心20から使用済燃料集合体として取り出されるまでの炉内滞在期間(4つの運転サイクル)の間で減少する。しかしながら、アクチニド核種の生成崩壊チェーンに示す核変換が生じるので、炉心20から使用済燃料集合体として取り出され、再度炉心に新燃料集合体として装荷されるときの燃料集合体1に含まれているTRUの各同位元素の割合は、上記の新燃料集合体1のその割合と実質的に同じになる。上記のTRUの代表的な同位元素として、表1に示されたPu−239、Pu−240、Pu−241及びAm−243を例に挙げて説明する。新燃料集合体1の上部燃料領域6及び下部燃料領域8に含まれているPu−239の量はその新燃料集合体1が使用済燃料集合体として炉心20から取り出されたときには減少している。しながら、4つの運転サイクルの期間中において、各ブランケット領域に存在するU−238が、中性子捕獲反応とそれに引き続くβ崩壊によりPu−239に転換され、新たなPu−239が生成される。Pu−240も、燃料集合体1が炉心20から取り出された時点で上部燃料領域6及び下部燃料領域8において減少しているが、各ブランケット領域でU−238より新たに生成される。Am−243は、上部燃料領域6及び下部燃料領域8に存在するTRUの他の同位元素から新たに生成される割合とAm−243の中性子捕獲による減少割合が釣り合っている。Pu−241は、上部燃料領域6及び下部燃料領域8での核分裂による減少量よりも、各ブランケット領域での生成量が多くなる。Pu−241は、新燃料集合体の状態よりも使用済燃料集合体において約20%重量増加する。しかしながら、Pu−241は半減期14.4年と比較的短い半減期を持っているので、炉心20から使用済燃料集合体として取り出され、再度炉心に新燃料として装荷される間に崩壊により減少する。このため、使用済燃料集合体として取り出され、再度炉心に新燃料集合体として装荷されるときの燃料集合体に含まれたTRUの各同位元素の割合は、新燃料集合体1におけるそれらの同位元素の割合と実質的に同じになる。なお、運転サイクルでのBWRの運転終了時における、BWR炉心内に存在するTRUの複数の同位元素の割合も、その運転サイクルでのBWRの運転が開始できる状態における、そのBWR炉心内に存在するTRUのそれらの同位元素の割合と実質的に同じになる。   The absolute amounts of the plurality of TRU isotopes shown in Table 1 included in the new fuel assembly 1 are the reactors until the new fuel assembly 1 is removed from the core 20 as a spent fuel assembly. Decreases during internal stay period (4 driving cycles). However, since the transmutation shown in the chain of actinide nuclide generation occurs, it is included in the fuel assembly 1 when it is taken out from the core 20 as a spent fuel assembly and loaded again as a new fuel assembly in the core. The ratio of each isotope of TRU is substantially the same as that of the new fuel assembly 1 described above. As typical isotopes of the above TRU, Pu-239, Pu-240, Pu-241 and Am-243 shown in Table 1 will be described as examples. The amount of Pu-239 contained in the upper fuel region 6 and the lower fuel region 8 of the new fuel assembly 1 decreases when the new fuel assembly 1 is removed from the core 20 as a spent fuel assembly. . However, during the four operating cycles, U-238 present in each blanket region is converted to Pu-239 by neutron capture reaction and subsequent β decay, and new Pu-239 is generated. Pu-240 also decreases in the upper fuel region 6 and the lower fuel region 8 when the fuel assembly 1 is taken out from the core 20, but is newly generated from U-238 in each blanket region. In Am-243, the ratio of newly generated TRU isotopes in the upper fuel region 6 and the lower fuel region 8 is balanced with the decrease rate of Am-243 due to neutron capture. The amount of Pu-241 generated in each blanket region is larger than the amount of decrease due to fission in the upper fuel region 6 and the lower fuel region 8. Pu-241 gains about 20% weight in the spent fuel assembly over the state of the new fuel assembly. However, Pu-241 has a relatively short half-life of 14.4 years, so it is removed as a spent fuel assembly from the core 20 and reduced by collapse while it is loaded as new fuel in the core again. To do. For this reason, the ratio of each isotope of the TRU contained in the fuel assembly when it is taken out as a spent fuel assembly and loaded again as a new fuel assembly in the core is the same as that in the new fuel assembly 1. It becomes substantially the same as the ratio of elements. In addition, the ratio of the plurality of TRU isotopes present in the BWR core at the end of the operation of the BWR in the operation cycle is also present in the BWR core in a state where the operation of the BWR in the operation cycle can be started. The ratio of those isotopes of TRU is substantially the same.

本実施例によれば、炉心流量制御装置33によって、炉心流量が、新燃料集合体1におけるTRU中のPu−239の割合である44wt%によって定まる設定炉心流量になるように調節される。この調節によって中性子エネルギースペクトルも調節され、上記したように、上部燃料領域6及び下部燃料領域8に含まれるTRUの該当する同位元素の減少及び各ブランケット領域におけるその同位元素の生成により、さらに、各ブランケット領域でほとんど生成されないTRUの同位元素においては、この同位元素の消滅、及び上部燃料領域6及び下部燃料領域8に含まれるTRUの他の同位元素からの生成により、上記したTRU同位元素の割合保持を実現できる。したがって、本実施例は、燃焼度をより高めることができ、かつTRUの多重リサイクルが可能になる。本実施例は、安全上の制約条件を守りながら、核不拡散抵抗性をより大きくすることができる。本実施例は、TRU中のPu−239の割合が44wt%であるので、炉心20から取り出された燃料集合体1内のTRUの量を新燃料集合体1よりも増加させることができる。   According to the present embodiment, the core flow rate control device 33 adjusts the core flow rate so that it becomes a set core flow rate determined by 44 wt%, which is the ratio of Pu-239 in TRU in the new fuel assembly 1. As a result of this adjustment, the neutron energy spectrum is also adjusted. As described above, the corresponding isotopes are reduced in the TRU contained in the upper fuel region 6 and the lower fuel region 8 and the isotopes are generated in each blanket region. In the TRU isotopes that are hardly generated in the blanket region, the ratio of the TRU isotopes described above is due to the disappearance of this isotope and the generation of TRUs from other isotopes contained in the upper fuel region 6 and the lower fuel region 8. Retention can be realized. Therefore, in this embodiment, the burnup can be further increased and multiple recycling of TRU is possible. In this embodiment, the nuclear non-proliferation resistance can be further increased while keeping safety constraints. In this embodiment, since the ratio of Pu-239 in TRU is 44 wt%, the amount of TRU in the fuel assembly 1 taken out from the core 20 can be increased as compared with the new fuel assembly 1.

具体的に説明すると、本実施例によれば、現行のABWRとほぼ同じ大きさの原子炉圧力容器27でABWRと同じ電気出力1350MWを発生させるBWR19において、上部及び下部ブランケット領域を除く上部及び下部燃料領域及び内部ブランケット領域を含む炉心部領域の取り出し燃焼度45GWd/tの、特許文献1に記載されている軽水炉増殖炉よりも高燃焼度化した炉心部領域の取り出し燃焼度54GWd/t、上部及び下部ブランケット領域を含んだ炉心20の取り出し燃焼度47GWd/tを実現する。さらに、本実施例は、ボイド係数が−2×10−6Δk/k/%void、MCPRが1.3であって、TRUの各同位元素の割合を上記したように実質的に一定に保った状態で、増殖比1.01を実現することができる。 Specifically, according to the present embodiment, in the BWR 19 that generates the same electrical output 1350 MW as the ABWR in the reactor pressure vessel 27 having the same size as the current ABWR, the upper and lower portions excluding the upper and lower blanket regions. The core region including the fuel region and the internal blanket region has a take-off burnup of 45 GWd / t, and the core region take-off burnup of 54 GWd / t, which is higher than that of the light water reactor breeding reactor described in Patent Document 1, upper part In addition, the core 20 including the lower blanket region has a take-off burnup of 47 GWd / t. Further, in this example, the void coefficient is −2 × 10 −6 Δk / k /% void, the MCPR is 1.3, and the ratio of each isotope of TRU is kept substantially constant as described above. In this state, a growth ratio of 1.01 can be realized.

本実施例は、原子炉出力が設定原子炉出力(例えば、定格出力)から低下したときの原子炉出力の制御は、炉心流量制御装置33ではなく、制御棒駆動制御装置30が制御棒駆動装置29を制御して制御棒2を操作する(挿入する)ことによって行われる。したがって、本実施例は、TRU同位元素の割合保持の実現、及び原子炉出力の制御を両立させることができる。   In this embodiment, the control of the reactor power when the reactor power is reduced from the set reactor power (for example, the rated power) is not controlled by the core flow control device 33 but by the control rod drive control device 30. This is performed by operating (inserting) the control rod 2 by controlling 29. Therefore, the present embodiment can achieve both the retention of the TRU isotope ratio and the control of the reactor power.

本発明の他の実施例である実施例2の軽水炉を、図13及び図14、表2を用いて以下に詳細に説明する。本実施例の軽水炉は、実施例1において炉心20を図13に示す炉心   A light water reactor according to embodiment 2, which is another embodiment of the present invention, will be described in detail below with reference to FIGS. 13 and 14 and Table 2. FIG. The light water reactor of the present embodiment is the core shown in FIG.

Figure 2010032558
Figure 2010032558

20Aに、燃料集合体1を図14に示す燃料集合体1Hに替えた構成を有し、他の構成は、実施例1と同じである。本実施例の構成は、実施例1と異なる部分について説明し、実施例1と同じ構成の説明は省略する。炉心20Aはパッフェ型炉心である。 20A has a configuration in which the fuel assembly 1 is replaced with the fuel assembly 1H shown in FIG. 14, and the other configurations are the same as those of the first embodiment. The configuration of the present embodiment will be described with respect to differences from the first embodiment, and the description of the same configuration as the first embodiment will be omitted. The core 20A is a parfait type core.

炉心20Aに配置される燃料集合体1Hは、図14に示す寸法及び表2に示すTRUの組成を除いて実施例1で用いる燃料集合体1と同じ構成を有している。燃料集合体1Hも、単位燃料棒格子の横断面積に占める燃料ペレットの横断面積の割合が実施例1と同じ54%である。炉心20Aは、平衡炉心の状態において図13に示すように、燃料集合体1A〜1Eを配置している。燃料集合体1Eは、炉内滞在期間が最も長い、運転サイクルが5サイクル目の燃料集合体であり、炉心20Aの炉心最外周領域に配置される。炉心最外周領域の内側に位置する炉心外側領域には1サイクル目の燃料集合体1Aが配置され、炉心内側領域には2〜4サイクル目の各燃料集合体1B,1C,1Dがそれぞれ分散配置されている。なお、炉心最外周領域には3体の燃料集合体1Dが配置される。このような燃料集合体の配置により、炉心20Aの半径方向における出力分布の平坦化が図られている。本実施例で用いられる燃料集合体1A〜1Eは、それぞれ、燃料集合体1Hである。TRUを再処理しマイナーアクチニドを取り除いたプルトニウム及びAm−241、劣化ウランの混合酸化物燃料を用いることにより高燃焼度化を実現している。新燃料に含まれるAm−241は、TRUを再処理しマイナーアクチニドを取り除いたプルトニウムが新燃料として炉心20に装荷されるまでの間にプルトニウム中のPu−241の崩壊により生成されたものである。   The fuel assembly 1H arranged in the core 20A has the same configuration as the fuel assembly 1 used in Example 1 except for the dimensions shown in FIG. 14 and the composition of the TRU shown in Table 2. Also in the fuel assembly 1H, the ratio of the cross-sectional area of the fuel pellets to the cross-sectional area of the unit fuel rod lattice is 54%, which is the same as in the first embodiment. In the core 20A, fuel assemblies 1A to 1E are arranged as shown in FIG. The fuel assembly 1E is the fuel assembly having the longest residence time in the reactor and the fifth operation cycle, and is arranged in the outermost peripheral region of the core 20A. The fuel assemblies 1A for the first cycle are arranged in the outer region of the core located inside the outermost peripheral region of the core, and the fuel assemblies 1B, 1C, 1D of the second to fourth cycles are dispersedly arranged in the inner region of the core. Has been. Note that three fuel assemblies 1D are arranged in the outermost peripheral region of the core. With such an arrangement of the fuel assemblies, the power distribution in the radial direction of the core 20A is flattened. Each of the fuel assemblies 1A to 1E used in the present embodiment is a fuel assembly 1H. High burnup is achieved by using mixed oxide fuel of plutonium, Am-241, and depleted uranium from which TRU is reprocessed and minor actinides are removed. Am-241 contained in the new fuel is produced by the collapse of Pu-241 in the plutonium before the plutonium, which has been reprocessed TRU and the minor actinides removed, is loaded into the core 20 as the new fuel. .

燃料集合体1Hは、燃料集合体1と同様に、燃料有効長の部分に5つの領域を形成している。図14に示すように、上部ブランケット領域5の高さは200mmであり、上部燃料領域6の高さは211mmであり、内部ブランケット領域7の高さは310mmであり、下部燃料領域8の高さは207mmであり、下部ブランケット領域9の高さは220mmである。燃料集合体1Hが燃焼度ゼロの新燃料集合体のとき、その燃料集合体1Hの全ての燃料棒3は、3つのブランケット領域に劣化ウランを充填し、上部燃料領域6及び下部燃料領域8にはTRUを再処理してマイナーアクチニドを取り除いたプルトニウム及び再処理後Pu−241の崩壊で生成したAm−241の合計の重量を100としたときに劣化ウランを重量198の割合で混合した混合酸化物燃料を充填している。この混合酸化物燃料の核分裂性Puの富化度は18wt%である。各ブランケット領域にはその混合酸化物燃料が充填されていない。燃料集合体1Jも、実施例1と同様に、燃料棒3A〜3Eを含んでいる。これらの燃料棒3A〜3Eは燃料棒3である。上部燃料領域6及び下部燃料領域8に存在する各混合酸化物燃料は表2に示す組成を有している。燃料集合体1Hは、新燃料集合体の状態で、全Pu及びAm−241中のPu−239の割合が48.6wt%、全Pu及びAm−241中のPu−240の割合が39.7wt%である。   Like the fuel assembly 1, the fuel assembly 1H forms five regions in the fuel effective length portion. As shown in FIG. 14, the upper blanket region 5 has a height of 200 mm, the upper fuel region 6 has a height of 211 mm, the inner blanket region 7 has a height of 310 mm, and the lower fuel region 8 has a height. Is 207 mm, and the height of the lower blanket region 9 is 220 mm. When the fuel assembly 1H is a new fuel assembly with zero burnup, all the fuel rods 3 of the fuel assembly 1H fill the three blanket regions with depleted uranium, and the upper fuel region 6 and the lower fuel region 8 Is a mixed oxidation in which depleted uranium is mixed at a ratio of 198 when the total weight of plutonium from which TRU is reprocessed to remove minor actinides and Am-241 generated by the decay of Pu-241 after reprocessing is 100 Filled with fuel. The enrichment of the fissile Pu of this mixed oxide fuel is 18 wt%. Each blanket region is not filled with the mixed oxide fuel. Similarly to the first embodiment, the fuel assembly 1J also includes fuel rods 3A to 3E. These fuel rods 3 </ b> A to 3 </ b> E are fuel rods 3. Each mixed oxide fuel present in the upper fuel region 6 and the lower fuel region 8 has the composition shown in Table 2. In the fuel assembly 1H, the ratio of Pu-239 in all Pu and Am-241 is 48.6 wt%, and the ratio of Pu-240 in all Pu and Am-241 is 39.7 wt. %.

炉心流量制御装置33は、入力装置から入力された割合情報(全Pu及びAm−241中のPu−239の割合が48.6wt%)及び図2と同様にTRUを再処理しマイナーアクチニドを取り除いたPu及びAm−241を新燃料集合体として用いた炉心において、新燃料集合体中の全Pu及びAm−241中のPu−239の割合が異なる複数の炉心毎に全Pu及びAm−241同位元素の割合を保持できる炉心流量を求めて得られた特性に基づいて定まる設定炉心流量を設定する。炉心流量制御装置33は、実施例1と同様に、インターナルポンプ26の回転速度を増加させ、炉心流量を設定炉心流量になるまで増加させる。炉心流量制御装置33は、炉心流量が設定炉心流量になったとき、インターナルポンプ26の回転速度の増加を停止させる。これ以降、その運転サイクルでのBWR19の運転が停止されるまで、炉心流量はその設定炉心流量に保持される。   The core flow control device 33 removes the minor actinides by reprocessing the TRU in the same manner as in FIG. 2 and the ratio information input from the input device (the ratio of Pu-239 in all Pu and Am-241 is 48.6 wt%). In a reactor core using Pu and Am-241 as a new fuel assembly, all Pu and Am-241 isotopes for each of a plurality of cores in which the ratio of Pu-239 in all Pu and Am-241 in the new fuel assembly is different. The set core flow rate determined based on the characteristics obtained by obtaining the core flow rate capable of maintaining the element ratio is set. As in the first embodiment, the core flow rate control device 33 increases the rotational speed of the internal pump 26 and increases the core flow rate until the set core flow rate is reached. The core flow rate control device 33 stops the increase in the rotation speed of the internal pump 26 when the core flow rate reaches the set core flow rate. Thereafter, the core flow rate is maintained at the set core flow rate until the operation of the BWR 19 in the operation cycle is stopped.

本実施例も、炉心20Aに装荷される新燃料集合体1Hにおける全Pu中のPu−239の割合である48.6wt%によって定まる設定炉心流量になるように調節されるので、実施例1と同様に、TRU同位元素の割合保持を実現できる。したがって、本実施例は、燃焼度をより高めることができ、かつTRUの多重リサイクルが可能になる。本実施例も、炉心20から取り出された燃料集合体1H内のTRUの量を新燃料集合体1Hよりも増加させることができる。   Since this embodiment is also adjusted to have a set core flow rate determined by 48.6 wt%, which is the ratio of Pu-239 in the total Pu in the new fuel assembly 1H loaded in the core 20A, Similarly, the retention of the TRU isotope ratio can be realized. Therefore, in this embodiment, the burnup can be further increased and multiple recycling of TRU is possible. Also in this embodiment, the amount of TRU in the fuel assembly 1H taken out from the core 20 can be increased as compared with the new fuel assembly 1H.

具体的に説明すると、本実施例によれば、現行のABWRとほぼ同じ大きさの原子炉圧力容器27でABWRと同じ電気出力1350MWを発生させるBWR19において、実施例1よりも高燃焼度化した炉心20Aの取り出し燃焼度51GWd/t、上部及び下部ブランケット領域を除いた炉心部領域での取り出し燃焼度68 GWd/tを実現することができる。本実施例は、ボイド係数が−3×10−5Δk/k/%void、MCPRが1.3であって、Pu及びAm−241各同位元素の割合を実施例1で述べたように実質的に一定に保った状態で増殖比1.01を実現することができる。 More specifically, according to the present embodiment, the BWR 19 that generates the same electrical output 1350 MW as the ABWR in the reactor pressure vessel 27 having the same size as the current ABWR has a higher burnup than the first embodiment. The take-off burnup 51 GWd / t of the core 20A and the take-off burnup 68 GWd / t in the core region excluding the upper and lower blanket regions can be realized. In this example, the void coefficient is −3 × 10 −5 Δk / k /% void, the MCPR is 1.3, and the ratio of each of the Pu and Am-241 isotopes is substantially the same as described in Example 1. Thus, a growth ratio of 1.01 can be realized while keeping the temperature constant.

本発明の他の実施例である実施例3の軽水炉を、図15〜図17、表3を用いて以下に詳細に説明する。本実施例の軽水炉は、実施例1において炉心20を図16に示す炉心2   A light water reactor according to embodiment 3, which is another embodiment of the present invention, will be described in detail below with reference to FIGS. The light water reactor according to the present example is the core 2 shown in FIG.

Figure 2010032558
Figure 2010032558

0Bに、燃料集合体1を図15及び図17に示す燃料集合体1Jに替えた構成を有し、他の構成は、実施例1と同じである。本実施例の構成は、実施例1と異なる部分について説明し、実施例1と同じ構成の説明は省略する。炉心20Bはパッフェ型炉心である。 0B has a configuration in which the fuel assembly 1 is replaced with the fuel assembly 1J shown in FIGS. 15 and 17, and the other configurations are the same as those of the first embodiment. The configuration of the present embodiment will be described with respect to differences from the first embodiment, and the description of the same configuration as the first embodiment will be omitted. The core 20B is a parfait type core.

炉心20Bに配置される燃料集合体1Jを、図15を用いて説明する。燃料集合体1Jは、横断面が六角形をしており、チャンネルボックス4内に、直径9.2mmの331本の燃料棒3Jを正三角形格子に配置している。燃料棒3Jの相互間の間隙が1.1mmである。単位燃料棒格子の横断面積に占める燃料ペレットの横断面積の割合は53%である。炉心20Bは、平衡炉心の状態において図16に示すように、燃料集合体1A〜1Dを配置している。炉心20と同様に、炉内滞在期間が最も長い、運転サイクルが4サイクル目の燃料集合体1Dは、炉心20Bの炉心最外周領域に配置される。炉心最外周領域の内側に位置する炉心外側領域には1サイクル目の燃料集合体1Aが配置され、炉心内側領域には2〜4サイクル目の各燃料集合体1B,1C,1Dがそれぞれ分散配置されている。
炉心内側領域と炉心外側領域の間に、複数の燃料集合体1Dが環状に配置された中間領域が存在する。炉心20Bは半径方向における出力分布が平坦化されている。図16に示した燃料集合体1A〜1Eは、それぞれ、燃料集合体1Jである。
The fuel assembly 1J arranged in the core 20B will be described with reference to FIG. The fuel assembly 1J has a hexagonal cross section, and 331 fuel rods 3J having a diameter of 9.2 mm are arranged in a regular triangular lattice in the channel box 4. The gap between the fuel rods 3J is 1.1 mm. The ratio of the cross sectional area of the fuel pellets to the cross sectional area of the unit fuel rod lattice is 53%. In the reactor core 20B, fuel assemblies 1A to 1D are arranged as shown in FIG. Similar to the core 20, the fuel assembly 1 </ b> D having the longest residence time in the reactor and the fourth operation cycle is disposed in the outermost peripheral region of the core 20 </ b> B. The fuel assemblies 1A for the first cycle are arranged in the outer region of the core located inside the outermost peripheral region of the core, and the fuel assemblies 1B, 1C, 1D of the second to fourth cycles are dispersedly arranged in the inner region of the core. Has been.
Between the core inner region and the core outer region, there is an intermediate region in which a plurality of fuel assemblies 1D are annularly arranged. The power distribution in the radial direction of the core 20B is flattened. Each of the fuel assemblies 1A to 1E shown in FIG. 16 is a fuel assembly 1J.

燃料集合体1Jは、燃料集合体1と同様に、燃料有効長の部分に5つの領域を形成している(図17参照)。上部ブランケット領域5の高さは90mmであり、上部燃料領域6の高さは241mmであり、内部ブランケット領域7の高さは560mmであり、下部燃料領域8の高さは241mmであり、下部ブランケット領域9の高さは90mmである。
燃料集合体1Jが燃焼度ゼロの新燃料集合体のとき、その燃料集合体1Jの全ての燃料棒3Jは、3つのブランケット領域に劣化ウランを充填し、上部燃料領域6及び下部燃料領域8にはTRUの重量を100としたときに劣化ウランを重量153の割合で混合した混合酸化物燃料を充填している。この混合酸化物燃料の核分裂性Puの富化度は18wt%である。各ブランケット領域にはその混合酸化物燃料が充填されていない。燃料集合体1Jも、実施例1と同様に、燃料棒3A〜3Eを含んでいる。これらの燃料棒3A〜3Eは燃料棒3Jである。上部燃料領域6及び下部燃料領域8に存在する各混合酸化物燃料は表3に示す組成のTRUを含んでいる。燃料集合体1Jは、新燃料集合体の状態で、全TRU中のPu−239の割合が40.1wt%である。各ブランケット領域にはその混合酸化物燃料が充填されていない。
The fuel assembly 1J, like the fuel assembly 1, forms five regions in the fuel effective length portion (see FIG. 17). The height of the upper blanket region 5 is 90 mm, the height of the upper fuel region 6 is 241 mm, the height of the inner blanket region 7 is 560 mm, the height of the lower fuel region 8 is 241 mm, and the lower blanket The height of the region 9 is 90 mm.
When the fuel assembly 1J is a new fuel assembly with zero burnup, all the fuel rods 3J of the fuel assembly 1J are filled with depleted uranium in three blanket regions, and the upper fuel region 6 and the lower fuel region 8 are filled. Is filled with a mixed oxide fuel in which deteriorated uranium is mixed at a weight ratio of 153 when the weight of TRU is 100. The enrichment of the fissile Pu of this mixed oxide fuel is 18 wt%. Each blanket region is not filled with the mixed oxide fuel. Similarly to the first embodiment, the fuel assembly 1J also includes fuel rods 3A to 3E. These fuel rods 3A to 3E are fuel rods 3J. Each mixed oxide fuel present in the upper fuel region 6 and the lower fuel region 8 contains TRUs having the compositions shown in Table 3. The fuel assembly 1J is in the state of a new fuel assembly, and the ratio of Pu-239 in all TRUs is 40.1 wt%. Each blanket region is not filled with the mixed oxide fuel.

炉心流量制御装置33は、入力装置から入力された割合情報(40.1wt%)及び図2に示す特性に基づいて定まる設定炉心流量を設定する。炉心流量制御装置33は、実施例1と同様に、インターナルポンプ26の回転速度を増加させ、炉心流量を設定炉心流量になるまで増加させる。炉心流量制御装置33は、炉心流量が設定炉心流量になったとき、インターナルポンプ26の回転速度の増加を停止させる。これ以降、その運転サイクルでのBWR19の運転が停止されるまで、炉心流量はその設定炉心流量に保持される。   The core flow rate control device 33 sets a set core flow rate determined based on the ratio information (40.1 wt%) input from the input device and the characteristics shown in FIG. As in the first embodiment, the core flow rate control device 33 increases the rotational speed of the internal pump 26 and increases the core flow rate until the set core flow rate is reached. The core flow rate control device 33 stops the increase in the rotation speed of the internal pump 26 when the core flow rate reaches the set core flow rate. Thereafter, the core flow rate is maintained at the set core flow rate until the operation of the BWR 19 in the operation cycle is stopped.

本実施例も、炉心20Bに装荷される新燃料集合体1JにおけるTRU中のPu−239の割合である40.1wt%によって定まる設定炉心流量になるように調節されるので、実施例1と同様に、TRU同位元素の割合保持を実現できる。したがって、本実施例は、燃焼度をより高めることができ、かつTRUの多重リサイクルが可能になる。本実施例も、炉心20Bから取り出された燃料集合体1J内のTRUの量を新燃料集合体1Jよりも増加させることができる。   Since this embodiment is also adjusted to have a set core flow rate determined by 40.1 wt%, which is the ratio of Pu-239 in TRU in the new fuel assembly 1J loaded in the core 20B, it is the same as in the first embodiment. In addition, the TRU isotope ratio can be maintained. Therefore, in this embodiment, the burnup can be further increased and multiple recycling of TRU is possible. Also in this embodiment, the amount of TRU in the fuel assembly 1J taken out from the core 20B can be increased as compared with the new fuel assembly 1J.

具体的に説明すると、本実施例によれば、現行のABWRとほぼ同じ大きさの原子炉圧力容器で、ABWRと同じ電気出力1350MWを発生させるBWR19において、炉心20Bの取出燃焼度53GWd/tを達成することができ、−3×10−6Δk/k/%voidのボイド係数も実現することができる。本実施例は、MCPRが1.3あり、上記したようにTRU同位元素の割合保持を実現できて増殖比1.01を実現することができる。 More specifically, according to the present embodiment, in the reactor pressure vessel having the same size as that of the current ABWR, the BWR 19 that generates the same electric output 1350 MW as that of the ABWR, the extraction burnup 53 GWd / t of the core 20B is set. And a void coefficient of −3 × 10 −6 Δk / k /% void can be realized. In this example, the MCPR is 1.3, and as described above, the TRU isotope ratio can be maintained and the growth ratio of 1.01 can be realized.

本発明の他の実施例である実施例4の軽水炉を、図18〜図20、表4を用いて以下に詳細に説明する。本実施例の軽水炉は、実施例1において炉心20を図19に示す炉心2   The light water reactor of Example 4 which is another Example of this invention is demonstrated in detail below using FIGS. 18-20 and Table 4. FIG. The light water reactor of the present embodiment is the same as that of the first embodiment in which the core 20 is the core 2 shown in FIG.

Figure 2010032558
Figure 2010032558

0Cに、燃料集合体1を図18及び図20に示す燃料集合体1Kに替えた構成を有し、他の構成は、実施例1と同じである。本実施例の構成は、実施例1と異なる部分について説明し、実施例1と同じ構成の説明は省略する。炉心20Cもパッフェ型炉心である。 The fuel assembly 1 is replaced by the fuel assembly 1K shown in FIGS. 18 and 20 at 0C, and other configurations are the same as those of the first embodiment. The configuration of the present embodiment will be described with respect to differences from the first embodiment, and the description of the same configuration as the first embodiment will be omitted. The core 20C is also a parfait type core.

炉心20Cに配置される燃料集合体1K(図18参照)は、チャンネルボックス4内に、直径7.7mmの331本の燃料棒3Kを正三角形格子に配置している。燃料棒3Kの相互間の間隙が2.6mmであり、最外層の燃料棒列には10本の燃料棒3Kが配置される。単位燃料棒格子の横断面積に占める燃料ペレットの横断面積の割合は36%である。
炉心20Cは、平衡炉心の状態において図19に示すように、経験した運転サイクル数の異なる燃料集合体1A〜1Dを配置している。4サイクル目の燃料集合体1Dは、炉心最外周領域に配置される。炉心外側領域には1サイクル目の燃料集合体1Aが配置され、炉心内側領域には2〜4サイクル目の各燃料集合体1B,1C,1Dがそれぞれ分散配置されている。炉心内側領域と炉心外側領域の間に、複数の燃料集合体1Bが環状に配置された中間領域が存在する。このような炉心20Cは半径方向における出力分布がより平坦化される。図19に示した燃料集合体1A〜1Eは、それぞれ、燃料集合体1Kである。
In the fuel assembly 1K (see FIG. 18) arranged in the core 20C, 331 fuel rods 3K having a diameter of 7.7 mm are arranged in a regular triangular lattice in the channel box 4. The gap between the fuel rods 3K is 2.6 mm, and ten fuel rods 3K are arranged in the outermost fuel rod row. The ratio of the cross-sectional area of the fuel pellets to the cross-sectional area of the unit fuel rod lattice is 36%.
In the reactor core 20C, as shown in FIG. 19 in the state of the equilibrium reactor, fuel assemblies 1A to 1D having different numbers of experienced operating cycles are arranged. The fuel assembly 1D in the fourth cycle is disposed in the outermost peripheral region of the core. The fuel assemblies 1A for the first cycle are arranged in the outer region of the core, and the fuel assemblies 1B, 1C, 1D of the second to fourth cycles are dispersedly arranged in the inner region of the core. Between the core inner region and the core outer region, there is an intermediate region in which a plurality of fuel assemblies 1B are annularly arranged. In such a core 20C, the power distribution in the radial direction is further flattened. Each of the fuel assemblies 1A to 1E shown in FIG. 19 is a fuel assembly 1K.

燃料集合体1Kは、燃料集合体1と同様に、燃料有効長の部分に5つの領域を形成している(図20参照)。上部ブランケット領域5の高さは30mmであり、上部燃料領域6の高さは194mmであり、内部ブランケット領域7の高さは560mmであり、下部燃料領域8の高さは194mmであり、下部ブランケット領域9の高さは30mmである。
燃料集合体1Kが燃焼度ゼロの新燃料集合体のとき、その燃料集合体1Kの全ての燃料棒3Kは、3つのブランケット領域に劣化ウランを充填し、上部燃料領域6及び下部燃料領域8にはTRUの重量を100としたときに劣化ウランを重量7の割合で混合した混合酸化物燃料を充填している。この混合酸化物燃料の核分裂性Puの富化度は18wt%である。各ブランケット領域にはその混合酸化物燃料が充填されていない。燃料集合体1Kも、燃料棒3Kである燃料棒3A〜3Eを含んでいる。上部燃料領域6及び下部燃料領域8に存在する各混合酸化物燃料は表4に示す組成のTRUを含んでいる。燃料集合体1Kは、新燃料集合体の状態で、全TRU中のPu−239の割合が14.4wt%である。
As with the fuel assembly 1, the fuel assembly 1K forms five regions in the effective fuel length portion (see FIG. 20). The height of the upper blanket region 5 is 30 mm, the height of the upper fuel region 6 is 194 mm, the height of the inner blanket region 7 is 560 mm, the height of the lower fuel region 8 is 194 mm, and the lower blanket The height of the region 9 is 30 mm.
When the fuel assembly 1K is a new fuel assembly with zero burnup, all the fuel rods 3K of the fuel assembly 1K are filled with deteriorated uranium in the three blanket regions, Is filled with a mixed oxide fuel in which deteriorated uranium is mixed at a ratio of 7 when the weight of TRU is 100. The enrichment of the fissile Pu of this mixed oxide fuel is 18 wt%. Each blanket region is not filled with the mixed oxide fuel. The fuel assembly 1K also includes fuel rods 3A to 3E which are fuel rods 3K. Each mixed oxide fuel present in the upper fuel region 6 and the lower fuel region 8 contains TRUs having the compositions shown in Table 4. The fuel assembly 1K is in the state of a new fuel assembly, and the ratio of Pu-239 in all TRUs is 14.4 wt%.

炉心流量制御装置33は、実施例1と同様に、割合情報(14.4wt%)及び図2に示す特性に基づいて定まる設定炉心流量を設定する。炉心流量制御装置33は、インターナルポンプ26を制御し、炉心流量を設定炉心流量になるまで増加させる。炉心流量が設定炉心流量になったとき、インターナルポンプ26の回転が停止される。これ以降、その運転サイクルでのBWR19の運転が停止されるまで、炉心流量はその設定炉心流量に保持される。   Similarly to the first embodiment, the core flow rate control device 33 sets a set core flow rate determined based on the ratio information (14.4 wt%) and the characteristics shown in FIG. The core flow rate control device 33 controls the internal pump 26 to increase the core flow rate until the set core flow rate is reached. When the core flow rate reaches the set core flow rate, the rotation of the internal pump 26 is stopped. Thereafter, the core flow rate is maintained at the set core flow rate until the operation of the BWR 19 in the operation cycle is stopped.

本実施例も、炉心20Cに装荷される新燃料集合体1KにおけるTRU中のPu−239の割合である14.4wt%によって定まる設定炉心流量になるように調節されるので、実施例1と同様に、TRU同位元素の割合保持を実現できる。したがって、本実施例は、燃焼度をより高めることができ、かつTRUの多重リサイクルが可能になる。本実施例は、炉心20Cから取り出された燃料集合体1K内のTRUの量を新燃料集合体1Kよりも減少させることができる。   Since this embodiment is also adjusted to have a set core flow rate determined by 14.4 wt%, which is the ratio of Pu-239 in TRU in the new fuel assembly 1K loaded in the core 20C, it is the same as in the first embodiment. In addition, the TRU isotope ratio can be maintained. Therefore, in this embodiment, the burnup can be further increased and multiple recycling of TRU is possible. In the present embodiment, the amount of TRU in the fuel assembly 1K taken out from the core 20C can be reduced as compared with the new fuel assembly 1K.

具体的に説明すると、本実施例によれば、現行のABWRとほぼ同じ大きさの原子炉圧力容器で、ABWRと同じ電気出力1350MWを発生させるBWR19において、炉心20Cの取り出し燃焼度65GWd/tを達成できる。本実施例は、TRUの燃焼効率が44%で、ボイド係数が−2×10−4Δk/k/%voidで、MCPRが1.3であって、TRU同位元素の割合保持を実現でき、TRUを減少させることができる。 More specifically, according to the present embodiment, in the BWR 19 that generates the same electrical output 1350 MW as the ABWR in a reactor pressure vessel having the same size as the current ABWR, the take-off burnup 65 GWd / t of the core 20C is Can be achieved. In this example, the TRU combustion efficiency is 44%, the void coefficient is −2 × 10 −4 Δk / k /% void, the MCPR is 1.3, and the ratio retention of TRU isotopes can be realized. TRU can be reduced.

本発明の他の実施例である実施例5の軽水炉を、図21、図22、表5を用いて以下に詳細に説明する。本実施例の軽水炉は、実施例4において炉心20Cに配置する燃料集合   A light water reactor according to embodiment 5, which is another embodiment of the present invention, will be described in detail below with reference to FIGS. The light water reactor of the present embodiment is a fuel assembly disposed in the core 20C in the fourth embodiment.

Figure 2010032558
Figure 2010032558

体1Kを図21、図22に示す燃料集合体1Lに替えた構成を有し、他の構成は、実施例4と同じである。本実施例の構成は、実施例4と異なる部分について説明する。本実施例で用いられる炉心もパッフェ型炉心である。 A configuration in which the body 1K is replaced with a fuel assembly 1L shown in FIGS. 21 and 22 is the same as that in the fourth embodiment. The configuration of the present embodiment will be described with respect to differences from the fourth embodiment. The core used in this embodiment is also a parfait-type core.

燃料集合体1Lの構成を、図21及び図22を用いて説明する。燃料集合体1Lは、チャンネルボックス4内に、直径7.4mmの331本の燃料棒3Kを正三角形格子に配置している。燃料棒3Kの相互間の間隙が2.9mmであり、最外層の燃料棒列には10本の燃料棒3Kが配置される。単位燃料棒格子の横断面積に占める燃料ペレットの横断面積の割合は31%である。本実施例における炉心の半径方向における燃料集合体1Lの配置は図19に示す配置と同じである。   The configuration of the fuel assembly 1L will be described with reference to FIGS. In the fuel assembly 1L, 331 fuel rods 3K having a diameter of 7.4 mm are arranged in an equilateral triangular lattice in the channel box 4. The gap between the fuel rods 3K is 2.9 mm, and ten fuel rods 3K are arranged in the outermost fuel rod row. The ratio of the cross sectional area of the fuel pellets to the cross sectional area of the unit fuel rod lattice is 31%. The arrangement of the fuel assemblies 1L in the radial direction of the core in the present embodiment is the same as the arrangement shown in FIG.

燃料集合体1Lは、燃料集合体1Kと同様に、燃料有効長の部分に5つの領域を形成している(図22参照)。上部ブランケット領域5の高さは20mmであり、上部燃料領域6の高さは237mmであり、内部ブランケット領域7の高さは560mmであり、下部燃料領域8の高さは237mmであり、下部ブランケット領域9の高さは20mmである。燃料集合体1Lが燃焼度ゼロの新燃料集合体のとき、その燃料集合体1Lの全ての燃料棒3Lは、3つのブランケット領域に劣化ウランを充填し、上部燃料領域6及び下部燃料領域8に、TRU酸化物燃料を充填している。このTRU燃料の核分裂性Puの富化度は13.3wt%である。上部燃料領域6及び下部燃料領域8にはTRU及び劣化ウランの混合酸化物燃料を充填していない。各ブランケット領域はTRU酸化物燃料を含んでいない。燃料集合体1Lも燃料棒3Lである燃料棒3A〜3Eを含んでおり、上部燃料領域6及び下部燃料領域8に存在する各TRU燃料は表5に示す組成のTRUを含んでいる。燃料集合体1Lは、新燃料集合体の状態で、全TRU中のPu−239の割合が8.5wt%である。   As with the fuel assembly 1K, the fuel assembly 1L forms five regions in the fuel effective length portion (see FIG. 22). The height of the upper blanket region 5 is 20 mm, the height of the upper fuel region 6 is 237 mm, the height of the inner blanket region 7 is 560 mm, the height of the lower fuel region 8 is 237 mm, and the lower blanket The height of the region 9 is 20 mm. When the fuel assembly 1L is a new fuel assembly with zero burnup, all the fuel rods 3L of the fuel assembly 1L are filled with deteriorated uranium in three blanket regions, and the upper fuel region 6 and the lower fuel region 8 are filled. , Filled with TRU oxide fuel. The enrichment of this TRU fuel with fissile Pu is 13.3 wt%. The upper fuel region 6 and the lower fuel region 8 are not filled with a mixed oxide fuel of TRU and deteriorated uranium. Each blanket region does not contain TRU oxide fuel. The fuel assembly 1L also includes fuel rods 3A to 3E that are fuel rods 3L. Each TRU fuel existing in the upper fuel region 6 and the lower fuel region 8 includes TRUs having the composition shown in Table 5. The fuel assembly 1L is in the state of a new fuel assembly, and the ratio of Pu-239 in all TRUs is 8.5 wt%.

炉心流量制御装置33は、割合情報(8.5wt%)及び図2に示す特性に基づいて定まる設定炉心流量を設定する。炉心流量制御装置33は、インターナルポンプ26を制御し、炉心流量を設定炉心流量になるまで増加させる。炉心流量が設定炉心流量になったとき、インターナルポンプ26の回転が停止される。これ以降、その運転サイクルでのBWR19の運転が停止されるまで、炉心流量はその設定炉心流量に保持される。   The core flow rate control device 33 sets a set core flow rate determined based on the ratio information (8.5 wt%) and the characteristics shown in FIG. The core flow rate control device 33 controls the internal pump 26 to increase the core flow rate until the set core flow rate is reached. When the core flow rate reaches the set core flow rate, the rotation of the internal pump 26 is stopped. Thereafter, the core flow rate is maintained at the set core flow rate until the operation of the BWR 19 in the operation cycle is stopped.

本実施例も、炉心に装荷される新燃料集合体1LにおけるTRU中のPu−239の割合である8.5wt%によって定まる設定炉心流量になるように調節されるので、実施例1と同様に、TRU同位元素の割合保持を実現できる。したがって、本実施例は、燃焼度をより高めることができ、かつTRUの多重リサイクルが可能になる。本実施例は、炉心から取り出された燃料集合体1L内のTRUの量を新燃料集合体1Lよりも減少させることができる。   Since this embodiment is also adjusted to have a set core flow rate determined by 8.5 wt%, which is the ratio of Pu-239 in TRU in the new fuel assembly 1L loaded in the core, as in the first embodiment. , TRU isotope ratio retention can be realized. Therefore, in this embodiment, the burnup can be further increased and multiple recycling of TRU is possible. In the present embodiment, the amount of TRU in the fuel assembly 1L taken out from the core can be reduced as compared with the new fuel assembly 1L.

具体的に説明すると、本実施例によれば、現行のABWRとほぼ同じ大きさの原子炉圧力容器で、ABWRと同じ電気出力1350MWを発生させるBWR19において、炉心の取り出し燃焼度65GWd/tを実現できる。本実施例は、TRUの燃焼効率が55%、ボイド係数が−3×10−5Δk/k/%void、MCPRが1.3であって、TRU同位元素の割合保持を実現でき、TRUを減少させることができる。 More specifically, according to the present embodiment, a core pressure burn-up of 65 GWd / t is realized in a BWR 19 that generates the same electrical output 1350 MW as the ABWR with a reactor pressure vessel having the same size as the current ABWR. it can. In this embodiment, the TRU combustion efficiency is 55%, the void coefficient is −3 × 10 −5 Δk / k /% void, the MCPR is 1.3, and the ratio of TRU isotopes can be maintained. Can be reduced.

本発明の他の実施例である実施例6の軽水炉を、図23〜図25、表6を用いて以下に詳細に説明する。本実施例の軽水炉は、実施例1において炉心20を図24に示す炉心2   A light water reactor according to embodiment 6, which is another embodiment of the present invention, will be described in detail below with reference to FIGS. The light water reactor according to the present embodiment is the core 2 shown in FIG.

Figure 2010032558
Figure 2010032558

0Dに、燃料集合体1を図23及び図25に示す燃料集合体1Mに替えた構成を有し、他の構成は、実施例1と同じである。本実施例の構成は、実施例1と異なる部分について説明する。本実施例の軽水炉は電気出力が450MWであり、炉心20Dは一領域炉心である。 0D has a configuration in which the fuel assembly 1 is replaced with the fuel assembly 1M shown in FIGS. 23 and 25, and the other configurations are the same as those of the first embodiment. The configuration of the present embodiment will be described with respect to the differences from the first embodiment. The light water reactor of the present embodiment has an electric output of 450 MW, and the core 20D is a one-zone core.

炉心20Dに配置される燃料集合体1M(図23参照)は、チャンネルボックス4内に、直径8.7mmの331本の燃料棒3Mを正三角形格子に配置している。燃料棒3Mの相互間の間隙が1.6mmであり、最外層の燃料棒列には10本の燃料棒3Mが配置される。単位燃料棒格子の横断面積に占める燃料ペレットの横断面積の割合は46%である。
炉心20Dにおける平衡炉心の状態を図24に示す。4サイクル目の燃料集合体1Dは、炉心最外周領域に配置される。炉心外側領域には1サイクル目の燃料集合体1Aが配置され、炉心内側領域には2〜4サイクル目の各燃料集合体1B,1C,1Dがそれぞれ分散配置されている。炉心内側領域と炉心外側領域の間に、複数の燃料集合体1Bが環状に配置された中間領域が存在する。このような炉心20Dは半径方向における出力分布がより平坦化される。図24に示した燃料集合体1A〜1Eは、それぞれ、燃料集合体1Mである。
In the fuel assembly 1M (see FIG. 23) disposed in the core 20D, 331 fuel rods 3M having a diameter of 8.7 mm are disposed in a regular triangular lattice in the channel box 4. The gap between the fuel rods 3M is 1.6 mm, and ten fuel rods 3M are arranged in the outermost fuel rod row. The ratio of the cross-sectional area of the fuel pellets to the cross-sectional area of the unit fuel rod lattice is 46%.
FIG. 24 shows the state of the equilibrium core in the core 20D. The fuel assembly 1D in the fourth cycle is disposed in the outermost peripheral region of the core. The fuel assemblies 1A for the first cycle are arranged in the outer region of the core, and the fuel assemblies 1B, 1C, 1D of the second to fourth cycles are dispersedly arranged in the inner region of the core. Between the core inner region and the core outer region, there is an intermediate region in which a plurality of fuel assemblies 1B are annularly arranged. In such a core 20D, the power distribution in the radial direction is further flattened. Each of the fuel assemblies 1A to 1E shown in FIG. 24 is a fuel assembly 1M.

燃料集合体1Mは、燃料有効長の部分に3つの領域を形成している(図25参照)。上部ブランケット領域5の高さは20mmで、下部ブランケット領域9の高さは20mmで、これらのブランケット領域の間に形成された燃料領域15の高さは201mmである。
燃料集合体1Mは、燃焼度ゼロの新燃料集合体状態のとき、全ての燃料棒3Mの2つのブランケット領域に劣化ウランを充填し、それらの燃料領域15にTRU酸化物燃料を充填している。このTRU酸化物燃料の核分裂性Puの富化度は7.4wt%である。各ブランケット領域はTRUを含んでいない。燃料集合体1Mも、燃料棒3Mである燃料棒3A〜3Eを含んでいる。燃料領域15に存在するTRU酸化物燃料は表6に示す組成のTRUを含んでいる。燃料集合体1Mは、新燃料集合体の状態で、全TRU中のPu−239の割合が4.0wt%である。
The fuel assembly 1M forms three regions in the fuel effective length portion (see FIG. 25). The height of the upper blanket region 5 is 20 mm, the height of the lower blanket region 9 is 20 mm, and the height of the fuel region 15 formed between these blanket regions is 201 mm.
When the fuel assembly 1M is in the state of a new fuel assembly with zero burnup, the two blanket regions of all the fuel rods 3M are filled with deteriorated uranium, and the fuel regions 15 are filled with TRU oxide fuel . This TRU oxide fuel has a fissile Pu enrichment of 7.4 wt%. Each blanket area does not contain a TRU. The fuel assembly 1M also includes fuel rods 3A to 3E which are fuel rods 3M. The TRU oxide fuel present in the fuel region 15 includes TRUs having the compositions shown in Table 6. The fuel assembly 1M is in the state of a new fuel assembly, and the ratio of Pu-239 in all TRUs is 4.0 wt%.

炉心流量制御装置33は、割合情報(4.0wt%)及び図2に示す特性に基づいて定まる設定炉心流量を設定する。炉心流量制御装置33は、インターナルポンプ26を制御し、炉心流量を設定炉心流量になるまで増加させる。炉心流量が設定炉心流量になったとき、インターナルポンプ26の回転が停止される。これ以降、その運転サイクルでのBWR19の運転が停止されるまで、炉心流量はその設定炉心流量に保持される。   The core flow rate control device 33 sets a set core flow rate determined based on the ratio information (4.0 wt%) and the characteristics shown in FIG. The core flow rate control device 33 controls the internal pump 26 to increase the core flow rate until the set core flow rate is reached. When the core flow rate reaches the set core flow rate, the rotation of the internal pump 26 is stopped. Thereafter, the core flow rate is maintained at the set core flow rate until the operation of the BWR 19 in the operation cycle is stopped.

本実施例も、炉心20Cに装荷される新燃料集合体1KにおけるTRU中のPu−239の割合である4.0wt%によって定まる設定炉心流量になるように調節されるので、実施例1と同様に、TRU同位元素の割合保持を実現できる。したがって、本実施例は、燃焼度をより高めることができ、かつTRUの多重リサイクルが可能になる。本実施例は、炉心20Dから取り出された燃料集合体1K内のTRUの量を新燃料集合体1Kよりも減少させることができる。   Since this embodiment is also adjusted so as to have a set core flow rate determined by 4.0 wt%, which is the ratio of Pu-239 in TRU in the new fuel assembly 1K loaded in the core 20C, it is the same as in the first embodiment. In addition, the TRU isotope ratio can be maintained. Therefore, in this embodiment, the burnup can be further increased and multiple recycling of TRU is possible. In the present embodiment, the amount of TRU in the fuel assembly 1K taken out from the core 20D can be reduced as compared with the new fuel assembly 1K.

具体的に説明すると、本実施例によれば、現行のABWRとほぼ同じ大きさの原子炉圧力容器で電気出力450MWを発生されるBWR19において、炉心20Dの取り出し燃焼度75GWd/tを達成できる。本実施例は、TRUの燃焼効率が80%、ボイド係数が−4×10−5Δk/k/%void、MCPRが1.3であって、TRU同位元素の割合保持を実現でき、TRUを減少させることができる。 More specifically, according to the present embodiment, in the BWR 19 that generates an electric output of 450 MW with a reactor pressure vessel having the same size as that of the current ABWR, it is possible to achieve a take-off burnup 75 GWd / t of the core 20D. In this embodiment, the TRU combustion efficiency is 80%, the void coefficient is −4 × 10 −5 Δk / k /% void, the MCPR is 1.3, and the TRU isotope ratio can be maintained. Can be reduced.

本発明の他の実施例である実施例7の軽水炉を、図26〜図29、表7を用いて以下に詳細に説明する。本実施例の軽水炉は、実施例1において炉心20を図26、図28に示   A light water reactor according to embodiment 7, which is another embodiment of the present invention, will be described in detail below with reference to FIGS. The light water reactor of the present embodiment is shown in FIGS.

Figure 2010032558
Figure 2010032558

す炉心20Eに、燃料集合体1を図27及び図29に示す燃料集合体1Nに替えた構成を有し、他の構成は、実施例1と同じである。本実施例の構成は、実施例1と異なる部分について説明する。本実施例の軽水炉の電気出力は実施例1より低い830MWであり、炉心20Eはパッフェ型炉心である。 The reactor core 20E has a configuration in which the fuel assembly 1 is replaced with the fuel assembly 1N shown in FIGS. 27 and 29, and other configurations are the same as those in the first embodiment. The configuration of the present embodiment will be described with respect to the differences from the first embodiment. The electric output of the light water reactor of the present embodiment is 830 MW, which is lower than that of the first embodiment, and the core 20E is a parfait-type core.

炉心20Eに配置される横断面が正方形の燃料集合体1Nは、チャンネルボックス4A内に、直径8.1mmの196本の燃料棒3Nを正方格子に配置している。燃料棒3Nのピッチは9.4mmであり、燃料棒1Nには10本の燃料棒3Mが配置される。単位燃料棒格子の横断面積に占める燃料ペレットの横断面積の割合は41%である。炉心20Eは、炉心20E内に872体が配置され、4体の燃料集合体1Nに一本の割合で十字型の制御棒2Aを備えている。図27のチャンネルボックス4A外側のギャップ領域の十字型制御棒2Aの挿入されない側には図示していないが、チャンネルボックス4A外側のギャップ領域の水を排除する機能を有する水排除板が炉心上部格子板からつり下げられている。
炉心20Eにおける平衡炉心の状態を図28に示す。4サイクル目の燃料集合体1d及び5サイクル目の燃料集合体1eは、炉心最外周領域に配置される。炉心外側領域には1サイクル目の燃料集合体1aが配置され、炉心内側領域には2〜4サイクル目の各燃料集合体1b,1c,1dがそれぞれ分散配置されている。炉心内側領域と炉心外側領域の間に、複数の燃料集合体1bが環状に配置された中間領域が存在する。このような炉心20Eは半径方向における出力分布がより平坦化される。
In the fuel assembly 1N having a square cross section arranged in the core 20E, 196 fuel rods 3N having a diameter of 8.1 mm are arranged in a square lattice in the channel box 4A. The pitch of the fuel rods 3N is 9.4 mm, and ten fuel rods 3M are arranged on the fuel rod 1N. The ratio of the cross sectional area of the fuel pellets to the cross sectional area of the unit fuel rod lattice is 41%. The reactor core 20E includes 872 bodies arranged in the reactor core 20E, and includes four cross-shaped control rods 2A in proportion to the four fuel assemblies 1N. Although not shown on the side of the gap area outside the channel box 4A in FIG. 27 where the cross-shaped control rod 2A is not inserted, a water drain plate having a function of draining water in the gap area outside the channel box 4A is a core upper lattice. It is suspended from the board.
The state of the equilibrium core in the core 20E is shown in FIG. The fuel assembly 1d of the fourth cycle and the fuel assembly 1e of the fifth cycle are arranged in the outermost peripheral region of the core. The first cycle fuel assemblies 1a are arranged in the core outer region, and the second to fourth cycle fuel assemblies 1b, 1c, 1d are distributed in the core inner region. Between the core inner region and the core outer region, there is an intermediate region in which a plurality of fuel assemblies 1b are annularly arranged. In such a core 20E, the power distribution in the radial direction is further flattened.

燃料集合体1Nは、燃料有効長の部分に5つの領域を形成している(図29参照)。上部ブランケット領域5の高さは40mm、上部燃料領域6の高さは180mm、内部ブランケット領域7の高さは560mm、下部燃料領域8の高さは174mm、下部ブランケット領域9の高さは90mmである。燃料集合体1Nが燃焼度ゼロの新燃料集合体のとき、その燃料集合体1Nの全ての燃料棒3Nは、3つのブランケット領域に劣化ウランを充填し、上部燃料領域6及び下部燃料領域8に、TRU酸化物燃料を充填している。このTRU燃料の核分裂性Puの富化度は17.8wt%である。各ブランケット領域はTRUを含んでいない。上部燃料領域6及び下部燃料領域8に存在するTRU酸化物燃料は表7に示す組成のTRUを含んでいる。燃料集合体1Nは、新燃料集合体の状態で、全TRU中のPu−239の割合が12.9wt%である。   The fuel assembly 1N forms five regions in the fuel effective length portion (see FIG. 29). The height of the upper blanket region 5 is 40 mm, the height of the upper fuel region 6 is 180 mm, the height of the inner blanket region 7 is 560 mm, the height of the lower fuel region 8 is 174 mm, and the height of the lower blanket region 9 is 90 mm. is there. When the fuel assembly 1N is a new fuel assembly with zero burnup, all the fuel rods 3N of the fuel assembly 1N are filled with depleted uranium in three blanket regions, and the upper fuel region 6 and the lower fuel region 8 are filled. , Filled with TRU oxide fuel. The enrichment of this TRU fuel with fissile Pu is 17.8 wt%. Each blanket area does not contain a TRU. The TRU oxide fuel present in the upper fuel region 6 and the lower fuel region 8 contains TRUs having the compositions shown in Table 7. The fuel assembly 1N is in the state of a new fuel assembly, and the ratio of Pu-239 in all TRUs is 12.9 wt%.

炉心流量制御装置33は、割合情報(12.9wt%)及び図2に示す特性に基づいて定まる設定炉心流量を設定する。炉心流量制御装置33は、インターナルポンプ26を制御し、炉心流量を設定炉心流量になるまで増加させる。炉心流量が設定炉心流量になったとき、インターナルポンプ26の回転が停止される。これ以降、その運転サイクルでのBWR19の運転が停止されるまで、炉心流量はその設定炉心流量に保持される。   The core flow rate control device 33 sets a set core flow rate determined based on the ratio information (12.9 wt%) and the characteristics shown in FIG. The core flow rate control device 33 controls the internal pump 26 to increase the core flow rate until the set core flow rate is reached. When the core flow rate reaches the set core flow rate, the rotation of the internal pump 26 is stopped. Thereafter, the core flow rate is maintained at the set core flow rate until the operation of the BWR 19 in the operation cycle is stopped.

本実施例も、炉心に装荷される新燃料集合体1NにおけるTRU中のPu−239の割合である12.9wt%によって定まる設定炉心流量になるように調節されるので、実施例1と同様に、TRU同位元素の割合保持を実現できる。したがって、本実施例は、燃焼度をより高めることができ、かつTRUの多重リサイクルが可能になる。本実施例は、炉心から取り出された燃料集合体1N内のTRUの量を新燃料集合体1Nよりも減少させることができる。   Since this embodiment is also adjusted to have a set core flow rate determined by 12.9 wt%, which is the ratio of Pu-239 in TRU in the new fuel assembly 1N loaded in the core, as in the first embodiment. , TRU isotope ratio retention can be realized. Therefore, in this embodiment, the burnup can be further increased and multiple recycling of TRU is possible. In the present embodiment, the amount of TRU in the fuel assembly 1N taken out from the core can be reduced as compared with the new fuel assembly 1N.

具体的に説明すると、本実施例によれば、電気出力848MWを発生できる現行のABWRにおいて、炉心20Eの取り出し燃焼度45GWd/tを実現できる。本実施例は、TRUの燃焼効率が43%、ボイド係数が−2×10−5Δk/k/%void、MCPRが1.3であって、TRU同位元素の割合保持を実現でき、TRUを減少させることができる。 More specifically, according to the present embodiment, in the current ABWR that can generate an electrical output of 848 MW, it is possible to realize a take-off burnup of 45 GWd / t of the core 20E. In this embodiment, the TRU combustion efficiency is 43%, the void coefficient is −2 × 10 −5 Δk / k /% void, the MCPR is 1.3, and the ratio of TRU isotopes can be maintained. Can be reduced.

本発明の他の実施例である実施例8の軽水炉を、図30〜図32、表8を用いて以下に詳細に説明する。本実施例の軽水炉は、実施例1において炉心20を図31に示す炉心2   The light water reactor of Example 8 which is another Example of this invention is demonstrated in detail below using FIGS. 30-32 and Table 8. FIG. The light water reactor of the present embodiment is the core 2 shown in FIG.

Figure 2010032558
Figure 2010032558

0Fに、燃料集合体1を図30及び図32に示す燃料集合体1Pに替えた構成を有し、他の構成は、実施例1と同じである。本実施例の構成は、実施例1と異なる部分について説明する。本実施例の軽水炉は電気出力が1350MWであり、炉心20Fはパッフェ型炉心である。 The fuel assembly 1 is replaced with the fuel assembly 1P shown in FIGS. 30 and 32 at 0F, and the other configurations are the same as those of the first embodiment. The configuration of the present embodiment will be described with respect to the differences from the first embodiment. The light water reactor of the present embodiment has an electrical output of 1350 MW, and the core 20F is a parfait type core.

炉心20Fに配置される燃料集合体1Pは、チャンネルボックス4内に、直径8.7mmの331本の燃料棒3Pを正三角形格子に配置している。燃料棒3Pの相互間の間隙が1.6mmであり、最外層の燃料棒列には10本の燃料棒3Pが配置される。単位燃料棒格子の横断面積に占める燃料ペレットの横断面積の割合は47%である。炉心20Fは、平衡炉心の状態において。4サイクル目の燃料集合体1Dが炉心最外周領域に配置され、炉心外側領域には1サイクル目の燃料集合体1Aが配置される。炉心内側領域には2〜4サイクル目の各燃料集合体1B,1C,1Dがそれぞれ分散配置されている。炉心内側領域と炉心外側領域の間に、複数の燃料集合体1Bが環状に配置された中間領域が存在する。このような炉心20Fは半径方向における出力分布がより平坦化される。図31に示した燃料集合体1A〜1Eは、それぞれ、燃料集合体1Pである。   In the fuel assembly 1P arranged in the core 20F, 331 fuel rods 3P having a diameter of 8.7 mm are arranged in a regular triangular lattice in the channel box 4. The gap between the fuel rods 3P is 1.6 mm, and ten fuel rods 3P are arranged in the outermost fuel rod row. The ratio of the cross sectional area of the fuel pellets to the cross sectional area of the unit fuel rod lattice is 47%. The core 20F is in a state of a balanced core. The fuel assembly 1D in the fourth cycle is disposed in the outermost peripheral region of the core, and the fuel assembly 1A in the first cycle is disposed in the outer region of the core. The fuel assemblies 1B, 1C, and 1D in the second to fourth cycles are dispersedly arranged in the core inner region. Between the core inner region and the core outer region, there is an intermediate region in which a plurality of fuel assemblies 1B are annularly arranged. In such a core 20F, the power distribution in the radial direction is further flattened. Each of the fuel assemblies 1A to 1E shown in FIG. 31 is a fuel assembly 1P.

燃料集合体1Pは、燃料有効長の部分に5つの領域を形成している(図32参照)。上部ブランケット領域5の高さは90mm、上部燃料領域6の高さは240mm、内部ブランケット領域7の高さは560mm、下部燃料領域8の高さは240mm、下部ブランケット領域9の高さは90mmである。燃料集合体1Pが燃焼度ゼロの新燃料集合体のとき、その燃料集合体1Pの全ての燃料棒3Pは、3つのブランケット領域に劣化ウランを充填し、上部燃料領域6及び下部燃料領域8にはTRUの重量を100としたときに劣化ウランを重量108の割合で混合した混合酸化物燃料を充填している。この混合酸化物燃料の核分裂性Puの富化度は18wt%である。各ブランケット領域はTRUを含んでいない。燃料集合体1Mも、燃料棒3Mである燃料棒3A〜3Eを含んでいる。混合酸化物燃料は表8に示す組成のTRUを含んでいる。燃料集合体1Pは、新燃料集合体の状態で、全TRU中のPu−239の割合が31.6wt%である。   The fuel assembly 1P forms five regions in the fuel effective length portion (see FIG. 32). The height of the upper blanket region 5 is 90 mm, the height of the upper fuel region 6 is 240 mm, the height of the inner blanket region 7 is 560 mm, the height of the lower fuel region 8 is 240 mm, and the height of the lower blanket region 9 is 90 mm. is there. When the fuel assembly 1P is a new fuel assembly with zero burnup, all the fuel rods 3P of the fuel assembly 1P are filled with deteriorated uranium in the three blanket regions, and the upper fuel region 6 and the lower fuel region 8 are filled. Is filled with a mixed oxide fuel in which deteriorated uranium is mixed at a ratio of 108 when the weight of TRU is 100. The enrichment of the fissile Pu of this mixed oxide fuel is 18 wt%. Each blanket area does not contain a TRU. The fuel assembly 1M also includes fuel rods 3A to 3E which are fuel rods 3M. The mixed oxide fuel contains TRU having the composition shown in Table 8. The fuel assembly 1P is a new fuel assembly, and the ratio of Pu-239 in all TRUs is 31.6 wt%.

炉心流量制御装置33は、割合情報(31.6wt%)及び図2に示す特性に基づいて定まる設定炉心流量を設定し、インターナルポンプ26を制御して炉心流量を設定炉心流量になるまで増加させる。その運転サイクルでのBWR19の運転が停止されるまで、炉心流量はその設定炉心流量に保持される。   The core flow rate control device 33 sets the set core flow rate determined based on the ratio information (31.6 wt%) and the characteristics shown in FIG. 2, and controls the internal pump 26 to increase the core flow rate until the set core flow rate is reached. Let The core flow rate is maintained at the set core flow rate until the operation of the BWR 19 in the operation cycle is stopped.

本実施例も、炉心に装荷される新燃料集合体1PにおけるTRU中のPu−239の割合である31.6wt%によって定まる設定炉心流量になるように調節されるので、実施例1と同様に、TRU同位元素の割合保持を実現できる。したがって、本実施例は、燃焼度をより高めることができ、かつTRUの多重リサイクルが可能になる。本実施例は、炉心から取り出された燃料集合体1P内のTRUの量を新燃料集合体1Pよりも減少させることができる。   Since this embodiment is also adjusted to have a set core flow rate determined by 31.6 wt%, which is the ratio of Pu-239 in TRU in the new fuel assembly 1P loaded in the core, as in the first embodiment. , TRU isotope ratio retention can be realized. Therefore, in this embodiment, the burnup can be further increased and multiple recycling of TRU is possible. In the present embodiment, the amount of TRU in the fuel assembly 1P taken out from the core can be reduced as compared with the new fuel assembly 1P.

本実施例によれば、現行のABWRとほぼ同じ大きさの原子炉圧力容器でABWRと同じ電気出力1350MWを発生するBWR19において、炉心20Fの炉心取出燃焼度を57Gwd/tまで高めることができる。本実施例は、ボイド係数が−2×10−5Δk/k/%void、TRUの燃焼効率が15%、MCPRが1.3であって、TRU同位元素の割合保持を実現でき、TRUを減少させることができる。 According to the present embodiment, in the BWR 19 that generates the same electrical output 1350 MW as the ABWR in a reactor pressure vessel having the same size as that of the current ABWR, the core removal burnup of the core 20F can be increased to 57 Gwd / t. In this example, the void coefficient is −2 × 10 −5 Δk / k /% void, the TRU combustion efficiency is 15%, the MCPR is 1.3, and the TRU isotope ratio can be maintained. Can be reduced.

本発明の他の実施例である実施例9の軽水炉を、図33〜図35、表9を用いて以下に詳細に説明する。本実施例の軽水炉は、実施例1において炉心20を図34に示す炉心2   A light water reactor according to a ninth embodiment which is another embodiment of the present invention will be described below in detail with reference to FIGS. 33 to 35 and Table 9. FIG. The light water reactor according to the present embodiment is the core 2 shown in FIG.

Figure 2010032558
Figure 2010032558

0Gに、燃料集合体1を図33及び図35に示す燃料集合体1Qに替えた構成を有し、他の構成は、実施例1と同じである。本実施例の構成は、実施例1と異なる部分について説明する。炉心20Gはパッフェ型炉心である。 0G has a configuration in which the fuel assembly 1 is replaced with the fuel assembly 1Q shown in FIGS. 33 and 35, and the other configurations are the same as those of the first embodiment. The configuration of the present embodiment will be described with respect to the differences from the first embodiment. The core 20G is a parfait type core.

炉心20Gに配置される燃料集合体1Qは、チャンネルボックス4内に、直径8.5mmの331本の燃料棒3Qを正三角形格子に配置している。燃料棒3Qの相互間の間隙が1.8mmであり、最外層の燃料棒列には10本の燃料棒3Qが配置される。単位燃料棒格子の横断面積に占める燃料ペレットの横断面積の割合は45%である。炉心20Gは、平衡炉心の状態において。4サイクル目の燃料集合体1Dが炉心最外周領域に配置され、炉心外側領域には1サイクル目の燃料集合体1Aが配置される。炉心内側領域には2〜4サイクル目の各燃料集合体1B,1C,1Dがそれぞれ分散配置されている。炉心内側領域と炉心外側領域の間に、複数の燃料集合体1Bが環状に配置された中間領域が存在する。このような炉心20Gは半径方向における出力分布がより平坦化される。図34に示した燃料集合体1A〜1Eは、それぞれ、燃料集合体1Qである。   In the fuel assembly 1Q arranged in the core 20G, 331 fuel rods 3Q having a diameter of 8.5 mm are arranged in a regular triangular lattice in the channel box 4. The gap between the fuel rods 3Q is 1.8 mm, and ten fuel rods 3Q are arranged in the outermost fuel rod row. The ratio of the cross-sectional area of the fuel pellets to the cross-sectional area of the unit fuel rod lattice is 45%. The core 20G is in a state of an equilibrium core. The fuel assembly 1D in the fourth cycle is disposed in the outermost peripheral region of the core, and the fuel assembly 1A in the first cycle is disposed in the outer region of the core. The fuel assemblies 1B, 1C, and 1D in the second to fourth cycles are dispersedly arranged in the core inner region. Between the core inner region and the core outer region, there is an intermediate region in which a plurality of fuel assemblies 1B are annularly arranged. In such a core 20G, the power distribution in the radial direction is further flattened. Each of the fuel assemblies 1A to 1E shown in FIG. 34 is a fuel assembly 1Q.

燃料集合体1Qは、燃料有効長の部分に5つの領域を形成している(図35参照)。上部ブランケット領域5の高さは90mm、上部燃料領域6の高さは224mm、内部ブランケット領域7の高さは560mm、下部燃料領域8の高さは224mm、下部ブランケット領域9の高さは90mmである。燃料集合体1Qが燃焼度ゼロの新燃料集合体のとき、その燃料集合体1Qの全ての燃料棒3Qは、3つのブランケット領域に劣化ウランを充填し、上部燃料領域6及び下部燃料領域8にはTRUの重量を100としたときに劣化ウランを重量79の割合で混合した混合酸化物燃料を充填している。この混合酸化物燃料の核分裂性Puの富化度は18wt%である。各ブランケット領域はTRUを含んでいない。燃料集合体1Qも、燃料棒3Qである燃料棒3A〜3Eを含んでいる。混合酸化物燃料は表9に示す組成のTRUを含んでいる。燃料集合体1Qは、新燃料集合体の状態で、全TRU中のPu−239の割合が26.4wt%である。   The fuel assembly 1Q forms five regions in the fuel effective length portion (see FIG. 35). The height of the upper blanket region 5 is 90 mm, the height of the upper fuel region 6 is 224 mm, the height of the inner blanket region 7 is 560 mm, the height of the lower fuel region 8 is 224 mm, and the height of the lower blanket region 9 is 90 mm. is there. When the fuel assembly 1Q is a new fuel assembly with zero burnup, all the fuel rods 3Q of the fuel assembly 1Q are filled with deteriorated uranium in three blanket regions, and the upper fuel region 6 and the lower fuel region 8 are filled. Is filled with a mixed oxide fuel in which deteriorated uranium is mixed at a weight ratio of 79 when the weight of TRU is 100. The enrichment of the fissile Pu of this mixed oxide fuel is 18 wt%. Each blanket area does not contain a TRU. The fuel assembly 1Q also includes fuel rods 3A to 3E which are fuel rods 3Q. The mixed oxide fuel contains TRU having the composition shown in Table 9. The fuel assembly 1Q is a new fuel assembly, and the ratio of Pu-239 in all TRUs is 26.4 wt%.

炉心流量制御装置33は、割合情報(26.4wt%)及び図2に示す特性に基づいて定まる設定炉心流量を設定し、インターナルポンプ26を制御して炉心流量を設定炉心流量になるまで増加させる。その運転サイクルでのBWR19の運転が停止されるまで、炉心流量はその設定炉心流量に保持される。   The core flow rate control device 33 sets a set core flow rate determined based on the ratio information (26.4 wt%) and the characteristics shown in FIG. 2, and controls the internal pump 26 to increase the core flow rate until the set core flow rate is reached. Let The core flow rate is maintained at the set core flow rate until the operation of the BWR 19 in the operation cycle is stopped.

本実施例も、炉心に装荷される新燃料集合体1QにおけるTRU中のPu−239の割合である26.4wt%によって定まる設定炉心流量になるように調節されるので、実施例1と同様に、TRU同位元素の割合保持を実現できる。したがって、本実施例は、燃焼度をより高めることができ、かつTRUの多重リサイクルが可能になる。本実施例は、炉心から取り出された燃料集合体1Q内のTRUの量を新燃料集合体1Qよりも減少させることができる。   Since this embodiment is also adjusted to have a set core flow rate determined by 26.4 wt%, which is the ratio of Pu-239 in TRU in the new fuel assembly 1Q loaded in the core, as in the first embodiment. , TRU isotope ratio retention can be realized. Therefore, in this embodiment, the burnup can be further increased and multiple recycling of TRU is possible. In the present embodiment, the amount of TRU in the fuel assembly 1Q taken out from the core can be reduced as compared with the new fuel assembly 1Q.

本実施例によれば、現行のABWRとほぼ同じ大きさの原子炉圧力容器でABWRと同じ電気出力1350MWを発生するBWR19において、炉心20Gの取出燃焼度を58Gwd/tまで増大できる。本実施例は、ボイド係数が−3×10−5Δk/k/%void、TRUの燃焼効率が22%、MCPRが1.3であって、TRU同位元素の割合保持を実現でき、TRUを減少させることができる。 According to the present embodiment, in the BWR 19 that generates the same electric output 1350 MW as the ABWR in the reactor pressure vessel having the same size as that of the current ABWR, it is possible to increase the take-off burnup of the core 20G to 58 Gwd / t. In this embodiment, the void coefficient is −3 × 10 −5 Δk / k /% void, the TRU combustion efficiency is 22%, the MCPR is 1.3, and the TRU isotope ratio can be maintained. Can be reduced.

本発明の他の実施例である実施例10の軽水炉を、図36、図37及び表10を用いて以下に詳細に説明する。本実施例の軽水炉は、実施例9において炉心20Gに配置する燃   A light water reactor according to embodiment 10, which is another embodiment of the present invention, will be described below in detail with reference to FIGS. The light water reactor of the present embodiment is a fuel disposed in the core 20G in the ninth embodiment.

Figure 2010032558
Figure 2010032558

料集合体1Qを図36、図37に示す燃料集合体1Rに替えた構成を有し、他の構成は、実施例9と同じである。本実施例の構成は、実施例9と異なる部分について説明する。本実施例で用いられる炉心もパッフェ型炉心である。 The fuel assembly 1Q is replaced with the fuel assembly 1R shown in FIGS. 36 and 37, and other configurations are the same as those of the ninth embodiment. The configuration of the present embodiment will be described with respect to differences from the ninth embodiment. The core used in this embodiment is also a parfait-type core.

図36及び図37に示すように、燃料集合体1Rは、チャンネルボックス4内に、直径8.1mmの331本の燃料棒3Rを正三角形格子に配置している。燃料棒3Rの相互間の間隙が2.2mmであり、最外層の燃料棒列には10本の燃料棒3Rが配置される。単位燃料棒格子の横断面積に占める燃料ペレットの横断面積の割合は40%である。本実施例における炉心の半径方向における燃料集合体1Rの配置は図34に示す配置と同じである。   As shown in FIGS. 36 and 37, in the fuel assembly 1R, 331 fuel rods 3R having a diameter of 8.1 mm are arranged in a regular triangular lattice in the channel box 4. The gap between the fuel rods 3R is 2.2 mm, and ten fuel rods 3R are arranged in the outermost fuel rod row. The ratio of the cross-sectional area of the fuel pellets to the cross-sectional area of the unit fuel rod lattice is 40%. The arrangement of the fuel assemblies 1R in the radial direction of the core in the present embodiment is the same as the arrangement shown in FIG.

燃料集合体1Rは、燃料集合体1Qと同様に、燃料有効長の部分に5つの領域を形成している(図37参照)。上部ブランケット領域5の高さは40mm、上部燃料領域6の高さは212mm、内部ブランケット領域7の高さは560mm、下部燃料領域8の高さは212mm、及び下部ブランケット領域9の高さは40mmである。燃料集合体1Rが燃焼度ゼロの新燃料集合体のとき、その燃料集合体1Rの全ての燃料棒3Rは、3つのブランケット領域に劣化ウランを充填し、上部燃料領域6及び下部燃料領域8にはTRUの重量を100としたときに劣化ウランを重量39の割合で混合した混合酸化物燃料を充填している。この混合酸化物燃料の核分裂性Puの富化度は18wt%である。各ブランケット領域はTRUを含んでいない。燃料集合体1Rも燃料棒3Rである燃料棒3A〜3Eを含んでおり、上部燃料領域6及び下部燃料領域8に存在する各混合酸化物燃料は表10に示す組成のTRUを含んでいる。燃料集合体1Rは、新燃料集合体の状態で、全TRU中のPu−239の割合が19.7wt%である。   As with the fuel assembly 1Q, the fuel assembly 1R forms five regions in the effective fuel length portion (see FIG. 37). The height of the upper blanket region 5 is 40 mm, the height of the upper fuel region 6 is 212 mm, the height of the inner blanket region 7 is 560 mm, the height of the lower fuel region 8 is 212 mm, and the height of the lower blanket region 9 is 40 mm It is. When the fuel assembly 1R is a new fuel assembly with zero burnup, all the fuel rods 3R of the fuel assembly 1R are filled with depleted uranium in three blanket regions, and the upper fuel region 6 and the lower fuel region 8 are filled. Is filled with a mixed oxide fuel in which deteriorated uranium is mixed at a weight ratio of 39 when the weight of TRU is 100. The enrichment of the fissile Pu of this mixed oxide fuel is 18 wt%. Each blanket area does not contain a TRU. The fuel assembly 1R also includes fuel rods 3A to 3E which are fuel rods 3R. Each mixed oxide fuel existing in the upper fuel region 6 and the lower fuel region 8 includes TRUs having the composition shown in Table 10. The fuel assembly 1R is in the state of a new fuel assembly, and the ratio of Pu-239 in all TRUs is 19.7 wt%.

炉心流量制御装置33は、割合情報(19.7wt%)及び図2に示す特性に基づいて定まる設定炉心流量を設定し、インターナルポンプ26を制御して炉心流量を設定炉心流量になるまで増加させる。その運転サイクルでのBWR19の運転が停止されるまで、炉心流量はその設定炉心流量に保持される。   The core flow rate control device 33 sets a set core flow rate determined based on the ratio information (19.7 wt%) and the characteristics shown in FIG. 2, and controls the internal pump 26 to increase the core flow rate until the set core flow rate is reached. Let The core flow rate is maintained at the set core flow rate until the operation of the BWR 19 in the operation cycle is stopped.

本実施例も、炉心に装荷される新燃料集合体1RにおけるTRU中のPu−239の割合である19.7wt%によって定まる設定炉心流量になるように調節されるので、実施例1と同様に、TRU同位元素の割合保持を実現できる。したがって、本実施例は、燃焼度をより高めることができ、かつTRUの多重リサイクルが可能になる。本実施例は、炉心から取り出された燃料集合体1R内のTRUの量を新燃料集合体1Rよりも減少させることができる。   Since this embodiment is also adjusted to have a set core flow rate determined by 19.7 wt%, which is the ratio of Pu-239 in TRU in the new fuel assembly 1R loaded in the core, as in the first embodiment. , TRU isotope ratio retention can be realized. Therefore, in this embodiment, the burnup can be further increased and multiple recycling of TRU is possible. In the present embodiment, the amount of TRU in the fuel assembly 1R taken out from the core can be reduced as compared with the new fuel assembly 1R.

本実施例によれば、現行のABWRとほぼ同じ大きさの原子炉圧力容器でABWRと同じ電気出力1350MWを発生するBWR19にいて、炉心の取出燃焼度を59GWdtに高めることができる。本実施例は、ボイド係数が−4×10−5Δk/k/%void、TRUの燃焼効率が34%、MCPRが1.3であって、TRU同位元素の割合保持を実現でき、TRUを減少させることができる。 According to the present embodiment, in the BWR 19 that generates the same electric output 1350 MW as the ABWR in the reactor pressure vessel having the same size as that of the current ABWR, it is possible to increase the core burn-up burnup to 59 GWdt. In this example, the void coefficient is −4 × 10 −5 Δk / k /% void, the TRU combustion efficiency is 34%, the MCPR is 1.3, and the ratio of TRU isotopes can be maintained. Can be reduced.

本発明の他の実施例である実施例11の軽水炉を、図38、図39及び表11を用いて以下に詳細に説明する。本実施例の軽水炉は、実施例4において炉心20Cに配置する燃   A light water reactor according to an eleventh embodiment which is another embodiment of the present invention will be described below in detail with reference to FIGS. 38 and 39 and Table 11. FIG. The light water reactor of the present embodiment is a fuel disposed in the core 20C in the fourth embodiment.

Figure 2010032558
Figure 2010032558

料集合体1Kを図38、図39に示す燃料集合体1Sに替えた構成を有し、他の構成は、実施例4と同じである。本実施例の構成は、実施例4と異なる部分について説明する。本実施例で用いられる炉心もパッフェ型炉心である。 The fuel assembly 1K is replaced with the fuel assembly 1S shown in FIGS. 38 and 39, and other configurations are the same as those in the fourth embodiment. The configuration of the present embodiment will be described with respect to differences from the fourth embodiment. The core used in this embodiment is also a parfait-type core.

図38及び図39に示すように、燃料集合体1Sは、チャンネルボックス4内に、直径7.6mmの331本の燃料棒3Sを正三角形格子に配置している。燃料棒3Sの相互間の間隙が2.7mmであり、最外層の燃料棒列には10本の燃料棒3Sが配置される。単位燃料棒格子の横断面積に占める燃料ペレットの横断面積の割合は35%である。本実施例における炉心の半径方向における燃料集合体1Sの配置は図19に示す配置と同じである。   As shown in FIGS. 38 and 39, in the fuel assembly 1S, 331 fuel rods 3S having a diameter of 7.6 mm are arranged in an equilateral triangular lattice in the channel box 4. The gap between the fuel rods 3S is 2.7 mm, and ten fuel rods 3S are arranged in the outermost fuel rod row. The ratio of the cross sectional area of the fuel pellets to the cross sectional area of the unit fuel rod lattice is 35%. The arrangement of the fuel assemblies 1S in the radial direction of the core in the present embodiment is the same as the arrangement shown in FIG.

燃料集合体1Sは、燃料集合体1Kと同様に、燃料有効長の部分に5つの領域を形成している(図39参照)。上部ブランケット領域5の高さは35mm、上部燃料領域6の高さは189mm、内部ブランケット領域7の高さは560mm、下部燃料領域8の高さは189mm、及び下部ブランケット領域9の高さは35mmである。燃料集合体1Sが燃焼度ゼロの新燃料集合体のとき、その燃料集合体1Sの全ての燃料棒3Sは、3つのブランケット領域に劣化ウランを充填し、上部燃料領域6及び下部燃料領域8に、TRU酸化物燃料を充填している。このTRU酸化物燃料の核分裂性Puの富化度は18wt%である。各ブランケット領域はTRUを含んでいない。燃料集合体1Sも燃料棒3Sである燃料棒3A〜3Eを含んでおり、上部燃料領域6及び下部燃料領域8に存在する各TRU酸化物燃料は表10に示す組成のTRUを含んでいる。燃料集合体1Sは、新燃料集合体の状態で、全TRU中のPu−239の割合が12.9wt%である。   As with the fuel assembly 1K, the fuel assembly 1S forms five regions in the fuel effective length portion (see FIG. 39). The height of the upper blanket region 5 is 35 mm, the height of the upper fuel region 6 is 189 mm, the height of the inner blanket region 7 is 560 mm, the height of the lower fuel region 8 is 189 mm, and the height of the lower blanket region 9 is 35 mm It is. When the fuel assembly 1S is a new fuel assembly having zero burnup, all the fuel rods 3S of the fuel assembly 1S are filled with deteriorated uranium in the three blanket regions, and the upper fuel region 6 and the lower fuel region 8 are filled. , Filled with TRU oxide fuel. This TRU oxide fuel has a fissile Pu enrichment of 18 wt%. Each blanket area does not contain a TRU. The fuel assembly 1S also includes fuel rods 3A to 3E which are fuel rods 3S, and each TRU oxide fuel present in the upper fuel region 6 and the lower fuel region 8 includes TRU having the composition shown in Table 10. The fuel assembly 1S is in the state of a new fuel assembly, and the ratio of Pu-239 in all TRUs is 12.9 wt%.

炉心流量制御装置33は、割合情報(12.9wt%)及び図2に示す特性に基づいて定まる設定炉心流量を設定し、インターナルポンプ26を制御して炉心流量を設定炉心流量になるまで増加させる。その運転サイクルでのBWR19の運転が停止されるまで、炉心流量はその設定炉心流量に保持される。   The core flow rate control device 33 sets a set core flow rate determined based on the ratio information (12.9 wt%) and the characteristics shown in FIG. 2, and controls the internal pump 26 to increase the core flow rate until the set core flow rate is reached. Let The core flow rate is maintained at the set core flow rate until the operation of the BWR 19 in the operation cycle is stopped.

本実施例も、炉心に装荷される新燃料集合体1SにおけるTRU中のPu−239の割合である12.9wt%によって定まる設定炉心流量になるように調節されるので、実施例1と同様に、TRU同位元素の割合保持を実現できる。したがって、本実施例は、燃焼度をより高めることができ、かつTRUの多重リサイクルが可能になる。本実施例は、炉心から取り出された燃料集合体1S内のTRUの量を新燃料集合体1Sよりも減少させることができる。   Since this embodiment is also adjusted to have a set core flow rate determined by 12.9 wt%, which is the ratio of Pu-239 in TRU in the new fuel assembly 1S loaded in the core, as in the first embodiment. , TRU isotope ratio retention can be realized. Therefore, in this embodiment, the burnup can be further increased and multiple recycling of TRU is possible. In the present embodiment, the amount of TRU in the fuel assembly 1S taken out from the core can be reduced as compared with the new fuel assembly 1S.

本実施例によれば、現行のABWRとほぼ同じ大きさの原子炉圧力容器でABWRと同じ電気出力1350MWを発生するBWR19において、炉心の炉心取り出し燃焼度65Gwd/tを実現することができる。本実施例は、TRUの燃焼効率が47%、ボイド係数が−3×10−4Δk/k/%void、MCPRが1.3であって、TRU同位元素の割合保持を実現でき、TRUを減少させることができる。 According to the present embodiment, a core core burn-up burnup of 65 Gwd / t can be realized in the BWR 19 that generates the same electric output 1350 MW as the ABWR in a reactor pressure vessel having the same size as that of the current ABWR. In this example, the TRU combustion efficiency is 47%, the void coefficient is −3 × 10 −4 Δk / k /% void, the MCPR is 1.3, and the ratio of TRU isotopes can be maintained. Can be reduced.

本発明の他の実施例である実施例12の軽水炉を、図40、図41及び表12を用いて以下に詳細に説明する。本実施例の軽水炉は、実施例4において炉心20Cに配置する燃   A light water reactor according to embodiment 12, which is another embodiment of the present invention, will be described below in detail with reference to FIGS. The light water reactor of the present embodiment is a fuel disposed in the core 20C in the fourth embodiment.

Figure 2010032558
Figure 2010032558

料集合体1Kを図38、図39に示す燃料集合体1Tに替えた構成を有し、他の構成は、実施例4と同じである。本実施例の構成は、実施例4と異なる部分について説明する。本実施例で用いられる炉心もパッフェ型炉心である。 The fuel assembly 1K is replaced with the fuel assembly 1T shown in FIGS. 38 and 39, and other configurations are the same as those of the fourth embodiment. The configuration of the present embodiment will be described with respect to differences from the fourth embodiment. The core used in this embodiment is also a parfait-type core.

燃料集合体1Tは、チャンネルボックス4内に、直径7.5mmの331本の燃料棒3Tを正三角形格子に配置している。燃料棒3Tの相互間の間隙が2.8mmであり、最外層の燃料棒列には10本の燃料棒3Tが配置される。単位燃料棒格子の横断面積に占める燃料ペレットの横断面積の割合は34%である。本実施例における炉心の半径方向における燃料集合体1Tの配置は図19に示す配置と同じである。   In the fuel assembly 1T, in the channel box 4, 331 fuel rods 3T having a diameter of 7.5 mm are arranged in an equilateral triangular lattice. The gap between the fuel rods 3T is 2.8 mm, and ten fuel rods 3T are arranged in the outermost fuel rod row. The ratio of the cross-sectional area of the fuel pellets to the cross-sectional area of the unit fuel rod lattice is 34%. The arrangement of the fuel assemblies 1T in the radial direction of the core in the present embodiment is the same as the arrangement shown in FIG.

燃料集合体1Tは、燃料集合体1Kと同様に、燃料有効長の部分に5つの領域を形成している(図41参照)。上部ブランケット領域5の高さは30mm、上部燃料領域6の高さは204mm、内部ブランケット領域7の高さは560mm、下部燃料領域8の高さは204mm、及び下部ブランケット領域9の高さは30mmである。燃料集合体1Tが燃焼度ゼロの新燃料集合体のとき、その燃料集合体1Tの全ての燃料棒3Tは、3つのブランケット領域に劣化ウランを充填し、上部燃料領域6及び下部燃料領域8に、TRU酸化物燃料を充填している。このTRU酸化物燃料の核分裂性Puの富化度は16wt%である。各ブランケット領域はTRUを含んでいない。燃料集合体1Tも燃料棒3Tである燃料棒3A〜3Eを含んでおり、上部燃料領域6及び下部燃料領域8に存在する各TRU酸化物燃料は表12に示す組成のTRUを含んでいる。燃料集合体1Tは、新燃料集合体の状態で、全TRU中のPu−239の割合が11.0wt%である。   As with the fuel assembly 1K, the fuel assembly 1T forms five regions in the fuel effective length portion (see FIG. 41). The height of the upper blanket region 5 is 30 mm, the height of the upper fuel region 6 is 204 mm, the height of the inner blanket region 7 is 560 mm, the height of the lower fuel region 8 is 204 mm, and the height of the lower blanket region 9 is 30 mm. It is. When the fuel assembly 1T is a new fuel assembly with zero burnup, all the fuel rods 3T of the fuel assembly 1T are filled with depleted uranium in three blanket regions, and the upper fuel region 6 and the lower fuel region 8 are filled. , Filled with TRU oxide fuel. This TRU oxide fuel has a fissile Pu enrichment of 16 wt%. Each blanket area does not contain a TRU. The fuel assembly 1T also includes fuel rods 3A to 3E, which are fuel rods 3T, and each TRU oxide fuel present in the upper fuel region 6 and the lower fuel region 8 includes TRUs having the composition shown in Table 12. The fuel assembly 1T is a new fuel assembly, and the ratio of Pu-239 in all TRUs is 11.0 wt%.

炉心流量制御装置33は、割合情報(11.0wt%)及び図2に示す特性に基づいて定まる設定炉心流量を設定し、インターナルポンプ26を制御して炉心流量を設定炉心流量になるまで増加させる。その運転サイクルでのBWR19の運転が停止されるまで、炉心流量はその設定炉心流量に保持される。   The core flow rate control device 33 sets a set core flow rate determined based on the ratio information (11.0 wt%) and the characteristics shown in FIG. 2, and controls the internal pump 26 to increase the core flow rate until the set core flow rate is reached. Let The core flow rate is maintained at the set core flow rate until the operation of the BWR 19 in the operation cycle is stopped.

本実施例も、炉心に装荷される新燃料集合体1TにおけるTRU中のPu−239の割合である11.0wt%によって定まる設定炉心流量になるように調節されるので、実施例1と同様に、TRU同位元素の割合保持を実現できる。したがって、本実施例は、燃焼度をより高めることができ、かつTRUの多重リサイクルが可能になる。本実施例は、炉心から取り出された燃料集合体1T内のTRUの量を新燃料集合体1Tよりも減少させることができる。   Since this embodiment is also adjusted to have a set core flow rate determined by 11.0 wt%, which is the ratio of Pu-239 in TRU in the new fuel assembly 1T loaded in the core, as in the first embodiment. , TRU isotope ratio retention can be realized. Therefore, in this embodiment, the burnup can be further increased and multiple recycling of TRU is possible. In the present embodiment, the amount of TRU in the fuel assembly 1T taken out from the core can be reduced as compared with the new fuel assembly 1T.

本実施例によれば、現行のABWRとほぼ同じ大きさの原子炉圧力容器でABWRと同じ電気出力1350MWを発生するBWR19において、炉心の取り出し燃焼度65Gwd/tを実現することができる。本実施例は、TRUの燃焼効率が50%、ボイド係数が−2×10−4Δk/k/%void、MCPRが1.3であって、TRU同位元素の割合保持を実現でき、TRUを減少させることができる。 According to the present embodiment, a core take-off burnup of 65 Gwd / t can be realized in the BWR 19 that generates the same electric output 1350 MW as the ABWR in a reactor pressure vessel having the same size as the current ABWR. In this example, the TRU combustion efficiency is 50%, the void coefficient is −2 × 10 −4 Δk / k /% void, the MCPR is 1.3, and the ratio of TRU isotopes can be maintained. Can be reduced.

本発明の他の実施例である実施例13の軽水炉を、図42及び表1を用いて以下に詳細に説明する。本実施例の軽水炉は、実施例1において炉心20に配置する燃料集合体1を図42に示す燃料集合体1Uに替えた構成を有し、他の構成は、実施例14と同じである。本実施例の構成は、実施例1と異なる部分について説明する。本実施例で用いられる炉心もパッフェ型炉心である。   A light water reactor according to embodiment 13, which is another embodiment of the present invention, will be described in detail below with reference to FIG. The light water reactor of the present embodiment has a configuration in which the fuel assembly 1 arranged in the core 20 in the first embodiment is replaced with a fuel assembly 1U shown in FIG. 42, and other configurations are the same as those in the fourteenth embodiment. The configuration of the present embodiment will be described with respect to the differences from the first embodiment. The core used in this embodiment is also a parfait-type core.

燃料集合体1Uは、燃料集合体1の5つの領域を図42に示すように形成したものである。燃料集合体1Uの他の構成は、燃料集合体1と同じである。燃料集合体1Uにおいて、上部ブランケット領域5の高さは120mm、上部燃料領域6の高さは226mm、内部ブランケット領域7の高さは450mm、下部燃料領域8の高さは224mm、及び下部ブランケット領域9の高さは180mmである。燃料集合体1Sが燃焼度ゼロの新燃料集合体のとき、その燃料集合体1Uの全ての燃料棒は、3つのブランケット領域に劣化ウランを充填し、上部燃料領域6及び下部燃料領域8にはTRUの重量を100としたときに劣化ウランを重量172の割合で混合した混合酸化物燃料を充填している。この混合酸化物燃料の核分裂性Puの富化度は18wt%である。各ブランケット領域はTRUを含んでいない。燃料集合体1USも燃料棒3A〜3Eを含んでおり、上部燃料領域6及び下部燃料領域8に存在する各混合酸化物燃料は表1に示す組成のTRUを含んでいる。燃料集合体1Uは、新燃料集合体の状態で、全TRU中のPu−239の割合が44wt%である。   The fuel assembly 1U is formed by forming five regions of the fuel assembly 1 as shown in FIG. The other structure of the fuel assembly 1U is the same as that of the fuel assembly 1. In the fuel assembly 1U, the height of the upper blanket region 5 is 120 mm, the height of the upper fuel region 6 is 226 mm, the height of the inner blanket region 7 is 450 mm, the height of the lower fuel region 8 is 224 mm, and the lower blanket region The height of 9 is 180 mm. When the fuel assembly 1S is a new fuel assembly with zero burnup, all the fuel rods of the fuel assembly 1U are filled with depleted uranium in three blanket regions, and the upper fuel region 6 and the lower fuel region 8 When the weight of TRU is 100, a mixed oxide fuel in which deteriorated uranium is mixed at a weight ratio of 172 is filled. The enrichment of the fissile Pu of this mixed oxide fuel is 18 wt%. Each blanket area does not contain a TRU. The fuel assembly 1US also includes fuel rods 3A to 3E, and each mixed oxide fuel existing in the upper fuel region 6 and the lower fuel region 8 includes TRU having the composition shown in Table 1. The fuel assembly 1U is in the state of a new fuel assembly, and the ratio of Pu-239 in all TRUs is 44 wt%.

炉心流量制御装置33は、割合情報(44wt%)及び図2に示す特性に基づいて定まる設定炉心流量を設定し、インターナルポンプ26を制御して炉心流量を設定炉心流量になるまで増加させる。その運転サイクルでのBWR19の運転が停止されるまで、炉心流量はその設定炉心流量に保持される。   The core flow rate control device 33 sets a set core flow rate determined based on the ratio information (44 wt%) and the characteristics shown in FIG. 2, and controls the internal pump 26 to increase the core flow rate until the set core flow rate is reached. The core flow rate is maintained at the set core flow rate until the operation of the BWR 19 in the operation cycle is stopped.

本実施例も、炉心に装荷される新燃料集合体1UにおけるTRU中のPu−239の割合である44wt%によって定まる設定炉心流量になるように調節されるので、実施例1と同様に、TRU同位元素の割合保持を実現できる。したがって、本実施例は、燃焼度をより高めることができ、かつTRUの多重リサイクルが可能になる。本実施例は、炉心から取り出された燃料集合体1U内のTRUの量を新燃料集合体1USよりも減少させることができる。   Since the present embodiment is also adjusted to have a set core flow rate determined by 44 wt%, which is the ratio of Pu-239 in the TRU in the new fuel assembly 1U loaded in the core, as in the first embodiment, the TRU The ratio of isotopes can be maintained. Therefore, in this embodiment, the burnup can be further increased and multiple recycling of TRU is possible. In the present embodiment, the amount of TRU in the fuel assembly 1U taken out from the core can be reduced as compared with the new fuel assembly 1US.

本実施例によれば、現行のABWRとほぼ同じ大きさの原子炉圧力容器でABWRと同じ電気出力1350MWを発生するBWR19において、上部及び下部ブランケット領域を除く上部及び下部燃料領域及び内部ブランケット領域を含む炉心部領域の取り出し燃焼度45Gwd/tの、特許文献1に記載されている軽水炉増殖炉よりも高燃焼度化した炉心部領域の取り出し燃焼度52Gwd/t、上部及び下部ブランケット領域を含んだ炉心の取り出し燃焼度45Gwd/tを実現することができる。本実施例は、MCPRが1.3、ボイド係数が−2×10−5Δk/k/%voidになって実施例1より負の絶対値を大きくしつつ、TRU同位元素の割合保持を実現でき、増殖比1.01を実現できる。 According to the present embodiment, in the BWR 19 that generates the same electrical output 1350 MW as the ABWR in a reactor pressure vessel of the same size as the current ABWR, the upper and lower fuel areas and the inner blanket area excluding the upper and lower blanket areas Including the core burnout region of the burnout 45 Gwd / t, the burnout burnout 52 Gwd / t of the core region higher than the light water reactor breeding reactor described in Patent Document 1, including the upper and lower blanket regions A core take-off burnup of 45 Gwd / t can be realized. In this example, the MCPR is 1.3 and the void coefficient is −2 × 10 −5 Δk / k /% void so that the negative absolute value is larger than that in Example 1 and the ratio of the TRU isotopes is maintained. And a growth ratio of 1.01 can be realized.

1,1A〜1E,1H,1J〜1N,1P〜1U,1a〜1e…燃料集合体、2,2A…制御棒、3,3A,3J〜3N,3P〜3T…燃料棒、4,4A…チャンネルボックス、5…上部ブランケット領域、6…上部燃料領域、7…内部ブランケット領域、8…下部燃料領域、9…下部ブランケット領域、19…BWR、20,20A〜20G…炉心、26…インターナルポンプ、30…制御棒駆動制御装置、33…炉心流量制御装置。   1, 1A to 1E, 1H, 1J to 1N, 1P to 1U, 1a to 1e ... Fuel assembly, 2, 2A ... Control rod, 3, 3A, 3J to 3N, 3P to 3T ... Fuel rod, 4, 4A ... Channel box, 5 ... Upper blanket region, 6 ... Upper fuel region, 7 ... Internal blanket region, 8 ... Lower fuel region, 9 ... Lower blanket region, 19 ... BWR, 20, 20A-20G ... Core, 26 ... Internal pump 30 ... Control rod drive control device, 33 ... Core flow rate control device.

Claims (17)

超ウラン核種の複数の同位元素を含む複数の燃料集合体が装荷されている軽水炉の炉心において、装荷された燃焼度ゼロの前記燃料集合体は、この燃料集合体に含まれる全ての前記超ウラン核種中に占めるPu−239の割合が40%以上45%以下の範囲にあることを特徴とする軽水炉の炉心。   In the core of a light water reactor in which a plurality of fuel assemblies containing a plurality of isotopes of super uranium nuclides are loaded, the loaded fuel assemblies having zero burnup are all the above-mentioned ultra uraniums included in the fuel assemblies. A core of a light water reactor, wherein a ratio of Pu-239 in a nuclide is in a range of 40% to 45%. 超ウラン核種の複数の同位元素を含む複数の燃料集合体が装荷されている軽水炉の炉心において、装荷された燃焼度ゼロの前記燃料集合体は、この燃料集合体に含まれる全てのPu中に占めるPu−239の割合が40%以上45%以下の範囲にあり、かつ、全てのPu中に占めるPu−240の割合が35%以上45%以下の範囲にあることを特徴とする軽水炉の炉心。   In the core of a light water reactor in which a plurality of fuel assemblies containing a plurality of isotopes of super uranium nuclides are loaded, the loaded fuel assemblies having zero burnup are included in all Pu contained in the fuel assemblies. The core of a light water reactor characterized in that the proportion of Pu-239 is in the range of 40% to 45% and the proportion of Pu-240 in all Pu is in the range of 35% to 45% . 前記炉心から取り出された前記燃料集合体内に存在する前記超ウラン核種の複数の同位元素の割合が前記炉心に装荷される燃焼度ゼロの前記燃料集合体内に存在する前記複数の同位元素の割合と実質的に同一になる請求項1または請求項2に記載の軽水炉の炉心。   The ratio of the plurality of isotopes of the super uranium nuclide present in the fuel assembly taken out from the core is the ratio of the plurality of isotopes present in the fuel assembly of zero burnup loaded in the core. The core of a light water reactor according to claim 1 or claim 2, wherein the core is substantially the same. 前記炉心から取り出された前記燃料集合体内に存在する前記超ウラン核種中に占めるPu−239の割合が、40%以上45%以下になる請求項1に記載の軽水炉の炉心。   The core of a light water reactor according to claim 1, wherein a ratio of Pu-239 in the super uranium nuclide present in the fuel assembly taken out from the core is 40% or more and 45% or less. チャンネルボックス及びこのチャンネルボックス内に配置された複数の燃料棒を有する前記燃料集合体は、前記チャンネルボックス内の単位燃料棒格子の横断面積に占める、前記燃料棒内の燃料ペレットの横断面積の割合が30%以上55%以下である請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の軽水炉の炉心。   The fuel assembly having a channel box and a plurality of fuel rods arranged in the channel box is a ratio of a cross-sectional area of fuel pellets in the fuel rods to a cross-sectional area of a unit fuel rod lattice in the channel box. The core of a light water reactor according to any one of claims 1 to 4, wherein the core is 30% or more and 55% or less. 上部ブランケット領域、上部燃料領域、内部ブランケット領域、下部燃料領域及び下部ブランケット領域が、軸方向において、この順に、上方より配置されている請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の軽水炉の炉心。   The light water reactor according to any one of claims 1 to 5, wherein the upper blanket region, the upper fuel region, the inner blanket region, the lower fuel region, and the lower blanket region are arranged in this order from above in the axial direction. Core. 上部ブランケット領域、燃料領域及び下部ブランケット領域が、軸方向において、この順に上方より配置されている請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の軽水炉の炉心。   The core of the light water reactor according to any one of claims 1 to 5, wherein the upper blanket region, the fuel region, and the lower blanket region are arranged in this order from above in the axial direction. 超ウラン核種の複数の同位元素を含む核燃料物質を有し、燃焼度ゼロのとき、前記核燃料物質に含まれる全ての前記超ウラン核種中に占めるPu−239の割合が40%以上45%以下の範囲にあることを特徴とする燃料集合体。   When having a nuclear fuel material containing a plurality of isotopes of transuranium nuclides and having a burnup of zero, the proportion of Pu-239 in all the transuranium nuclides contained in the nuclear fuel material is 40% or more and 45% or less A fuel assembly characterized by being in range. 前記炉心から取り出されたときに前記核燃料物質に含まれる前記超ウラン核種の複数の同位元素の割合が前記炉心に装荷される燃焼度ゼロのときに前記核燃料物質に含まれる前記複数の同位元素の前記割合と実質的に同一になる請求項8に記載の燃料集合体。   The plurality of isotopes contained in the nuclear fuel material when the ratio of the isotopes of the transuranium nuclides contained in the nuclear fuel material when it is removed from the core is zero. The fuel assembly according to claim 8, which is substantially the same as the ratio. 前記炉心から取り出されたときに前記核燃料物質に含まれる前記超ウラン核種中に占めるPu−239の割合が、40%以上45%以下になる請求項8に記載の燃料集合体。   The fuel assembly according to claim 8, wherein a ratio of Pu-239 in the transuranium nuclide contained in the nuclear fuel material when extracted from the core is 40% or more and 45% or less. 超ウラン核種の複数の同位元素を含む核燃料物質を有し、燃焼度ゼロのとき、前記核燃料物質に含まれる全ての前記超ウラン核種中に占めるPu−239の割合が40%以上45%以下の範囲にあり、かつ、全てのPu中に占めるPu−240の割合が35%以上45%以下の範囲にあることを特徴とする燃料集合体。   When having a nuclear fuel material containing a plurality of isotopes of transuranium nuclides and having a burnup of zero, the proportion of Pu-239 in all the transuranium nuclides contained in the nuclear fuel material is 40% or more and 45% or less A fuel assembly characterized in that the ratio of Pu-240 in all Pu is in the range of 35% to 45%. チャンネルボックス及びこのチャンネルボックス内に配置された複数の燃料棒を有し、前記チャンネルボックス内の単位燃料棒格子の横断面積に占める、前記燃料棒内の燃料ペレットの横断面積の割合が30%以上55%以下である請求項8ないし請求項11のいずれか1項に記載の燃料集合体。   The ratio of the cross-sectional area of the fuel pellets in the fuel rods to the cross-sectional area of the unit fuel rod lattice in the channel box is 30% or more, which has a channel box and a plurality of fuel rods arranged in the channel box The fuel assembly according to any one of claims 8 to 11, which is 55% or less. 上部ブランケット領域、上部燃料領域、内部ブランケット領域、下部燃料領域及び下部ブランケット領域が、軸方向において、この順に上方より燃料有効長の領域に配置されている請求項8ないし請求項12のいずれか1項に記載の燃料集合体。   The upper blanket region, the upper fuel region, the inner blanket region, the lower fuel region, and the lower blanket region are arranged in the fuel effective length region from the upper side in this order in the axial direction. The fuel assembly according to item. 上部ブランケット領域、燃料領域及び下部ブランケット領域が、軸方向において、この順に上方より燃料有効長の領域に配置されている請求項8ないし請求項12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 8 to 12, wherein the upper blanket region, the fuel region, and the lower blanket region are arranged in an effective fuel length region from above in this order in the axial direction. 燃焼度ゼロの状態では、各前記ブランケット領域は劣化ウランを含み前記超ウラン核種を含んでいなく、各前記燃料領域は前記同位元素を含む前記核燃料物質を含んでいる請求項13または請求項14に記載の燃料集合体。   15. In the state of zero burnup, each of the blanket regions includes depleted uranium and does not include the transuranium nuclide, and each of the fuel regions includes the nuclear fuel material including the isotope. The fuel assembly according to 1. 超ウラン核種を含む複数の燃料集合体が装荷されている軽水炉の炉心において、前記炉心に装荷された燃焼度ゼロの前記燃料集合体に含まれる全てのPu中に占めるPu−239の割合が40%以上50%以下の範囲にあり、前記全てのPu中に占めるPu−240の割合が35%以上45%以下の範囲にあり、チャンネルボックス及びこのチャンネルボックス内に配置された複数の燃料棒を有する前記燃料集合体は、前記チャンネルボックス内の単位燃料棒格子の横断面積に占める、前記燃料棒内の燃料ペレットの横断面積の割合が30%以上55%以下の範囲にあり、前記炉心から取り出された前記燃料集合体内に存在する前記超ウラン核種中に占めるPu−239の割合が、40%以上50%以下になることを特徴とする軽水炉の炉心。   In the core of a light water reactor in which a plurality of fuel assemblies containing transuranium nuclides are loaded, the ratio of Pu-239 in all Pu contained in the fuel assemblies having zero burnup loaded in the core is 40. % To 50%, and the proportion of Pu-240 in all of the Pu is in the range of 35% to 45%. A channel box and a plurality of fuel rods arranged in the channel box The fuel assembly has a ratio of the cross-sectional area of the fuel pellets in the fuel rods in the cross-sectional area of the unit fuel rod lattice in the channel box in the range of 30% to 55%, and is taken out from the core. The core of the light water reactor is characterized in that the proportion of Pu-239 in the transuranium nuclide present in the fuel assembly is 40% or more and 50% or less チャンネルボックス及びこのチャンネルボックス内に配置された複数の燃料棒を有する前記燃料集合体は、前記チャンネルボックス内の単位燃料棒格子の横断面積に占める、前記燃料棒内の燃料ペレットの横断面積の割合が30%以上55%以下の範囲にある請求項16に記載の軽水炉の炉心。   The fuel assembly having a channel box and a plurality of fuel rods arranged in the channel box is a ratio of a cross-sectional area of fuel pellets in the fuel rods to a cross-sectional area of a unit fuel rod lattice in the channel box. The core of a light water reactor according to claim 16, wherein the core is in the range of 30% to 55%.
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