JP2012112768A - Nuclear fuel assembly and reactor core using the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To raise response sensitivity of a neutron detector which senses a state of water in a spectral shift rod while assuring reactivity gain by spectral shift effect.SOLUTION: In a nuclear fuel assembly 11B including: a plurality of fuel rods 1 arranged in a square lattice shape; two round spectral shift rods 3 which can form steam pools at the top parts and control a water level inside by reactor core flow rate; a channel box 2 which surrounds the circumference of the plurality of fuel rods 1, a center-of-gravity position G of the spectral shift rods 3 is on a line connecting the center B of a control rod 20 and the center C of a fuel lattice, the spectral shift rods 3 are decentered and arranged on the side of a neutron detector 30 so that eccentricity Xwhich is defined by the following formula becomes √2. X=d/p, here, d is distance from the center C of the fuel lattice to the center-of-gravity position G of the spectral shift rod 3, and p is distance between the centers of the fuel rods 1.

Description

本発明は、沸騰水型原子炉に装荷される原子燃料集合体およびそれを用いた炉心に関し、より詳しくは、スペクトルシフトロッドを備えた原子燃料集合体およびそれを用いた炉心に関する。   The present invention relates to a nuclear fuel assembly loaded in a boiling water reactor and a core using the same, and more particularly to a nuclear fuel assembly including a spectrum shift rod and a core using the nuclear fuel assembly.

沸騰水型原子炉において燃料を経済的に利用するために、スペクトルシフトロッド(以下、単にSSRともいう。)を備える原子燃料集合体が開発されている。このSSRはウォータロッドの一種であり、上部に蒸気溜を形成することによって内部に水位を設けることができる。SSR内の水位は、炉心流量を制御することによって変化させることができる。従来、原子燃料集合体に配置された1本又は複数本のSSRは、従来のウォータロッドと同様、その重心位置が原子燃料集合体の横断面中央に位置するように配置されている(例えば、特許文献1参照)。   In order to economically use fuel in a boiling water reactor, a nuclear fuel assembly having a spectrum shift rod (hereinafter also simply referred to as SSR) has been developed. This SSR is a kind of water rod, and a water level can be provided inside by forming a steam reservoir in the upper part. The water level in the SSR can be varied by controlling the core flow rate. Conventionally, one or a plurality of SSRs arranged in a nuclear fuel assembly are arranged such that the center of gravity of the SSR is located at the center of the cross section of the nuclear fuel assembly (e.g., Patent Document 1).

炉心流量によって内部の水位を変化させることができるという特徴を利用すると、燃料集合体内の燃料を効率的に利用することができる。即ち、運転サイクルの初期においては、炉心流量を低くすることでSSR内の水位を低く設定し、SSRの上部に蒸気を溜める。これにより、SSR内の水位よりも上部の蒸気領域に対応する燃料棒内の領域にプルトニウムを蓄積する。その後、運転サイクルの末期において、炉心流量を増やしてSSR内部の水位を上昇させ、最終的にはSSR内を満水にする。SSR内部の水位を上昇させることで蓄積されたプルトニウムが燃焼するため、プルトニウムが蓄積された燃料棒上部の出力が高くなる傾向にある。このようにスペクトルシフト運転を行うことで、蓄積したプルトニウムを燃焼させる結果、燃料を効率的に利用でき、反応度の利得を得ることができる(スペクトルシフト効果)。   By utilizing the feature that the internal water level can be changed by the core flow rate, the fuel in the fuel assembly can be used efficiently. That is, at the initial stage of the operation cycle, the water level in the SSR is set low by lowering the core flow rate, and steam is accumulated at the top of the SSR. Thereby, plutonium is accumulated in the region in the fuel rod corresponding to the steam region above the water level in the SSR. Thereafter, at the end of the operation cycle, the core flow rate is increased to raise the water level inside the SSR, and finally the interior of the SSR is filled. Since the accumulated plutonium burns by raising the water level inside the SSR, the output of the upper part of the fuel rod in which the plutonium is accumulated tends to increase. By performing the spectrum shift operation in this way, as a result of burning the accumulated plutonium, fuel can be used efficiently and a gain in reactivity can be obtained (spectrum shift effect).

SSR内の水位は、プルトニウムの蓄積量や、SSRが満水になったときのプルトニウムの消費量に関連し、最終的には運転サイクル末期における炉心の出力分布に影響する。したがって、炉心の出力分布を精度良く監視するためには、SSR内の水位を精度良く推定することが望まれる。   The water level in the SSR is related to the amount of plutonium accumulated and the amount of plutonium consumed when the SSR becomes full, and ultimately affects the power distribution of the core at the end of the operation cycle. Therefore, in order to accurately monitor the power distribution of the core, it is desirable to accurately estimate the water level in the SSR.

ところで、SSR内の水位が低く設定されているとき、水位より上側の蒸気の領域と、下側の液体の領域では、水の密度差に起因して中性子減速効果に差が生じる。即ち、上側の蒸気の領域における中性子減速効果は、下側の液体の領域における中性子減速効果よりも小さい。このため、炉心内核計装系の中性子検出器により測定される中性子束の軸方向分布は、SSR内の水位の影響を受ける。   By the way, when the water level in the SSR is set low, there is a difference in the neutron moderation effect due to the difference in water density between the vapor region above the water level and the liquid region below. That is, the neutron moderation effect in the upper vapor region is smaller than the neutron moderation effect in the lower liquid region. For this reason, the axial distribution of the neutron flux measured by the neutron detector of the in-core nuclear instrumentation system is affected by the water level in the SSR.

よって、中性子検出器の中性子束測定値において軸方向に変化が見られる位置から、SSR内の水位を推定することができると考えられる。   Therefore, it is considered that the water level in the SSR can be estimated from the position where a change in the axial direction is observed in the neutron flux measurement value of the neutron detector.

このような手法の一つとして、SSR内の水位計算を含む熱水力計算処理により得られた出力分布と、中性子検出器により計測した炉心軸方向出力分布との差から、SSR内の水位を補正する方法が提案されている(例えば特許文献2参照)。   As one of such methods, the water level in the SSR is calculated from the difference between the power distribution obtained by the thermal hydraulic calculation process including the water level calculation in the SSR and the power distribution in the axial direction of the core measured by the neutron detector. A correction method has been proposed (see, for example, Patent Document 2).

特開平5−232273号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-232273 特開2009−236727号公報JP 2009-236727 A

上記のように、中性子検出器により計測された炉心の軸方向出力分布を用いてSSR内の水位を推定する場合には、中性子検出器の応答感度がSSR内の水位の推定精度に影響を与える。そして、SSR内の水位の推定精度が低いと、燃料棒に蓄積されるプルトニウムの量や、SSR内の水位を上昇させた後におけるプルトニウムの燃焼に伴う出力を正確に予測することができない。このため、種々の熱的制限値に対する余裕を正確に把握することができず、炉心監視性能が低下するという問題がある。   As described above, when the water level in the SSR is estimated using the axial power distribution of the core measured by the neutron detector, the response sensitivity of the neutron detector affects the estimation accuracy of the water level in the SSR. . If the estimation accuracy of the water level in the SSR is low, the amount of plutonium accumulated in the fuel rod and the output accompanying combustion of plutonium after raising the water level in the SSR cannot be accurately predicted. For this reason, there is a problem that margins for various thermal limit values cannot be accurately grasped and the core monitoring performance is deteriorated.

よって、炉心監視性能を低下させずにスペクトルシフト運転を行うためには、中性子検出器の応答感度を可及的に高める必要がある。SSR内の冷却水(減速材)の状態変化が中性子検出器に与える影響の大きさは、SSRと中性子検出器の距離に依存する。すなわち、SSRと中性子検出器の距離が短いほど中性子検出器の応答感度が高くなる。しかし、SSRを中性子検出器に近づけるとSSRによる反応度利得が低下する問題がある。これに対して、従来、中性子検出器の計測結果に基づいてSSR内の水位を推定する観点から、原子燃料集合体におけるSSRの位置を検討することはなされていなかった。   Therefore, in order to perform the spectrum shift operation without deteriorating the core monitoring performance, it is necessary to increase the response sensitivity of the neutron detector as much as possible. The magnitude of the influence of the state change of the cooling water (moderator) in the SSR on the neutron detector depends on the distance between the SSR and the neutron detector. That is, the shorter the distance between the SSR and the neutron detector, the higher the response sensitivity of the neutron detector. However, when the SSR is brought close to the neutron detector, there is a problem that the reactivity gain due to the SSR is lowered. On the other hand, conventionally, the position of the SSR in the nuclear fuel assembly has not been studied from the viewpoint of estimating the water level in the SSR based on the measurement result of the neutron detector.

そこで、本発明は、スペクトルシフト効果による反応度利得を確保しつつ、スペクトルシフトロッド内の水の状態を感知する中性子検出器の応答感度を向上させることを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to improve the response sensitivity of a neutron detector that senses the state of water in a spectrum shift rod while ensuring a reactivity gain due to the spectrum shift effect.

本発明は、燃料集合体のスペクトルシフトロッドを、スペクトルシフト効果が得られる範囲内で中性子検出側に偏心させたものである。   In the present invention, the spectral shift rod of the fuel assembly is eccentric to the neutron detection side within a range where the spectral shift effect can be obtained.

本発明の第1の態様によれば、
正方格子状に配置された複数の燃料棒と、上部に蒸気溜を形成可能であり、炉心流量によって内部の水位を制御可能な1つまたは複数のスペクトルシフトロッドと、前記複数の燃料棒の外周を囲むチャンネルボックスと、を備えた原子燃料集合体において、前記スペクトルシフトロッドの水平断面の重心位置が制御棒の中心と燃料格子の中心を結ぶ線上にあって、前記スペクトルシフトロッドによる反応度利得が正となる範囲内で前記スペクトルシフトロッドを前記燃料格子の中心に関して前記制御棒と反対側に偏心して配置したことを特徴とする原子燃料集合体が提供される。
According to a first aspect of the invention,
A plurality of fuel rods arranged in a square lattice, one or a plurality of spectral shift rods capable of forming a steam reservoir at the top and controlling the internal water level by the core flow rate, and the outer circumferences of the plurality of fuel rods A nuclear fuel assembly comprising: a spectral box, and a position of the center of gravity of the horizontal section of the spectral shift rod is on a line connecting the center of the control rod and the center of the fuel lattice, and the reactivity gain by the spectral shift rod A nuclear fuel assembly is provided in which the spectral shift rod is eccentrically arranged on the opposite side of the control rod with respect to the center of the fuel lattice within a range in which is positive.

本発明の第2の態様によれば、
複数の燃料集合体を備える沸騰水型原子炉の炉心であって、前記炉心に配置された中性子検出器と、前記中性子検出器に隣接する、前記第1の態様による燃料集合体と、を備えることを特徴とする沸騰水型原子炉の炉心が提供される。
According to a second aspect of the invention,
A core of a boiling water reactor comprising a plurality of fuel assemblies, comprising: a neutron detector disposed in the core; and the fuel assembly according to the first aspect adjacent to the neutron detector. A boiling water reactor core is provided.

本発明に係る原子燃料集合体では、スペクトルシフトロッドの水平断面の重心位置が制御棒の中心と燃料格子の中心を結ぶ線上にあって、スペクトルシフトロッドによる反応度利得が正となる範囲内でスペクトルシフトロッドを燃料格子の中心に関して前記制御棒と反対側に偏心して配置する。例えば、偏心量が√2又は√2/2となるようにスペクトルシフトロッドを中性子検出器側に偏心配置する。このことは、スペクトルシフトロッドを従来の位置から中性子検出器側に燃料棒配列で1列分だけ偏心させることに相当する。これにより、スペクトルシフト効果による反応度利得を確保しつつ、スペクトルシフトロッド内の水の状態を感知する中性子検出器の応答感度を向上させることができる。   In the nuclear fuel assembly according to the present invention, the position of the center of gravity of the horizontal section of the spectrum shift rod is on the line connecting the center of the control rod and the center of the fuel lattice, and within the range where the reactivity gain by the spectrum shift rod is positive. A spectral shift rod is eccentrically arranged on the opposite side of the control rod with respect to the center of the fuel grid. For example, the spectral shift rod is eccentrically arranged on the neutron detector side so that the amount of eccentricity becomes √2 or √2 / 2. This is equivalent to decentering the spectral shift rod by one row from the conventional position toward the neutron detector with the fuel rod arrangement. Thereby, the response sensitivity of the neutron detector which senses the state of the water in a spectrum shift rod can be improved, ensuring the reactivity gain by a spectrum shift effect.

中性子検出器の応答感度が向上することで、スペクトルシフトロッド内の水位の推定精度が向上する。その結果、燃料棒に蓄積されるプルトニウムの量や、SSR内の水位を上昇させた後におけるプルトニウムの消費量を精度良く予測することができるようになり、種々の熱的制限値に対する余裕を正確に把握することができ、炉心の監視性能を向上させることができる。   By improving the response sensitivity of the neutron detector, the accuracy of estimating the water level in the spectrum shift rod is improved. As a result, the amount of plutonium accumulated in the fuel rods and the consumption of plutonium after raising the water level in the SSR can be accurately predicted, and the margin for various thermal limit values can be accurately estimated. Therefore, the monitoring performance of the core can be improved.

また、本発明に係る沸騰水型原子炉の炉心では、中性子検出器を囲む原子燃料集合体としてスペクトルシフトロッドを偏心配置させた本発明に係る原子燃料集合体を用い、それ以外の原子燃料集合体として反応度利得を優先させ、スペクトルシフトロッドを燃料格子の中心近傍に配置した原子燃料集合体を用いる。スペクトルシフトロッドを偏心配置させた本発明に係る原子燃料集合体により、プルトニウムの蓄積量を精度良く把握することができ、これを敷衍することにより炉心全体におけるプルトニウムの蓄積量を精度良く把握することができる。一方、スペクトルシフトロッドの反応度利得を優先させた従来の原子燃料集合体により、プルトニウムを有効に蓄積することができる。   Further, in the core of the boiling water reactor according to the present invention, the nuclear fuel assembly according to the present invention in which the spectrum shift rod is eccentrically arranged is used as the nuclear fuel assembly surrounding the neutron detector, and other nuclear fuel assemblies are used. A nuclear fuel assembly in which reactivity gain is prioritized and a spectral shift rod is arranged near the center of the fuel lattice is used. With the nuclear fuel assembly according to the present invention in which the spectrum shift rod is eccentrically arranged, it is possible to accurately grasp the amount of plutonium accumulated, and by laying this, the amount of plutonium accumulated in the entire core can be accurately grasped. Can do. On the other hand, plutonium can be effectively accumulated by the conventional nuclear fuel assembly in which the reactivity gain of the spectrum shift rod is prioritized.

これにより、中性子検出器応答感度を改善し、炉心監視性能を向上させるとともに、運転サイクルの末期において高い反応度利得を得ることができる。   Thereby, the neutron detector response sensitivity can be improved, the core monitoring performance can be improved, and a high reactivity gain can be obtained at the end of the operation cycle.

(a)及び(c)は比較用の原子燃料集合体の横断面図であり、(b)は本発明の第1の実施形態に係る原子燃料集合体の横断面図である。(A) And (c) is a cross-sectional view of the comparative nuclear fuel assembly, (b) is a cross-sectional view of the nuclear fuel assembly according to the first embodiment of the present invention. 偏心位置に対する反応度利得および中性子検出器応答感度を示す図である。It is a figure which shows the reactivity gain with respect to an eccentric position, and a neutron detector response sensitivity. (a)及び(c)は比較用の原子燃料集合体の横断面図であり、(b)は本発明の第2の実施形態に係る原子燃料集合体の横断面図である。(A) And (c) is a cross-sectional view of the nuclear fuel assembly for a comparison, (b) is a cross-sectional view of the nuclear fuel assembly which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 偏心位置に対する反応度利得および中性子検出器応答感度を示す図である。It is a figure which shows the reactivity gain with respect to an eccentric position, and a neutron detector response sensitivity. (a)及び(c)は比較用の原子燃料集合体の横断面図であり、(b)は本発明の第3の実施形態に係る原子燃料集合体の横断面図である。(A) And (c) is a cross-sectional view of the nuclear fuel assembly for a comparison, (b) is a cross-sectional view of the nuclear fuel assembly which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 偏心位置に対する反応度利得および中性子検出器応答感度を示す図である。It is a figure which shows the reactivity gain with respect to an eccentric position, and a neutron detector response sensitivity. 本発明の第4の実施形態に係る炉心の横断面図である。It is a transverse cross section of the core concerning a 4th embodiment of the present invention.

以下、図面を参照しながら、本発明の4つの実施形態について説明する。第1乃至第3の実施形態は原子燃料集合体に関し、第4の実施形態はそれらの原子燃料集合体を有する沸騰水型原子炉の炉心に関するものである。なお、各図において同等の機能を有する構成要素には同一の符号を付し、同一符号の構成要素の詳しい説明は繰り返さない。   Hereinafter, four embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The first to third embodiments relate to nuclear fuel assemblies, and the fourth embodiment relates to the core of a boiling water reactor having those nuclear fuel assemblies. In addition, in each figure, the component which has an equivalent function is attached | subjected the same code | symbol, and detailed description of the component of the same code | symbol is not repeated.

(第1の実施形態)
第1の実施形態に係る原子燃料集合体について説明する。図1(a)、(b)及び(c)は、それぞれ原子燃料集合体11A、11B及び11Cの横断面図を示している。また、いずれの図においても、原子燃料集合体の出力を制御する十字形の制御棒20、および中性子束を検出する中性子検出器30の横断面図も示している。
(First embodiment)
The nuclear fuel assembly according to the first embodiment will be described. 1A, 1B, and 1C show cross-sectional views of the nuclear fuel assemblies 11A, 11B, and 11C, respectively. In each figure, a cross-sectional view of the cross-shaped control rod 20 for controlling the output of the nuclear fuel assembly and the neutron detector 30 for detecting the neutron flux is also shown.

図1(a)、(b)及び(c)に示すように、原子燃料集合体11A,11B,11Cはいずれも、10行10列の正方格子状に配置された複数の燃料棒1と、これらの燃料棒1を囲むチャンネルボックス2と、2本の丸型のスペクトルシフトロッド3とを備える。1本のスペクトルシフトロッド3は、燃料棒1が配置される正方格子のうち4つ(2行2列分)の格子位置を占める。つまり、1本のスペクトルシフトロッド3は、4本の燃料棒1を置き換えることによって設けられている。   As shown in FIGS. 1A, 1B, and 1C, each of the nuclear fuel assemblies 11A, 11B, and 11C includes a plurality of fuel rods 1 arranged in a 10-row, 10-column square lattice pattern, A channel box 2 surrounding these fuel rods 1 and two round spectrum shift rods 3 are provided. One spectrum shift rod 3 occupies four lattice positions (for two rows and two columns) in the square lattice in which the fuel rod 1 is disposed. That is, one spectrum shift rod 3 is provided by replacing four fuel rods 1.

本実施形態に係る原子燃料集合体は図1(b)に示す原子燃料集合体11Bであり、原子燃料集合体11A及び11Cは比較のためのものである。即ち、図1(a)及び図1(b)からわかるように、本実施形態に係る原子燃料集合体11Bは、原子燃料集合体11Aにおけるスペクトルシフトロッド3の重心位置から燃料棒配列1列分だけスペクトルシフトロッド3の重心位置を中性子検出器30側へ偏心させたものである。   The nuclear fuel assembly according to the present embodiment is a nuclear fuel assembly 11B shown in FIG. 1B, and the nuclear fuel assemblies 11A and 11C are for comparison. That is, as can be seen from FIGS. 1 (a) and 1 (b), the nuclear fuel assembly 11B according to this embodiment is equivalent to one fuel rod array from the center of gravity position of the spectrum shift rod 3 in the nuclear fuel assembly 11A. Only the position of the center of gravity of the spectrum shift rod 3 is decentered toward the neutron detector 30.

なお、「重心位置」は、式(1)で定義され、燃料格子におけるスペクトルシフトロッドの平均的な位置の指標として取り扱うこととする。

Figure 2012112768
ここで、G:重心位置、A:i番目のスペクトルシフトロッドの断面積、R:i番目のスペクトルシフトロッドの中心位置の位置ベクトル、n:燃料格子内にあるスペクトルシフトロッドの総数である。位置ベクトルは、燃料格子の中心(原点)から中性子検出器の方向に正を取ったx軸と、x軸と原点で垂直に交わるy軸とで張られるx−y平面におけるベクトルである。通常、スペクトルシフトロッドはx軸に関して対称に配置されるため、重心位置はx軸上にある。 The “center of gravity position” is defined by equation (1) and is treated as an index of the average position of the spectrum shift rod in the fuel lattice.
Figure 2012112768
Where G: center of gravity position, A i : cross-sectional area of i-th spectrum shift rod, R i : position vector of center position of i-th spectrum shift rod, n: total number of spectrum shift rods in the fuel lattice is there. The position vector is a vector in the xy plane stretched by the x axis that is positive in the direction of the neutron detector from the center (origin) of the fuel lattice and the y axis that intersects the x axis and the origin perpendicularly. Usually, since the spectral shift rod is arranged symmetrically with respect to the x-axis, the position of the center of gravity is on the x-axis.

制御棒20は、図1(a)、(b)及び(c)では、相対的な位置関係を示すために1つの制御棒20に対して原子燃料集合体を1体のみ図示しているが、通常、1つの制御棒20の周囲には、4体の原子燃料集合体が配置されている。   In FIG. 1A, FIG. 1B, and FIG. 1C, only one nuclear fuel assembly is shown for one control rod 20 in order to show the relative positional relationship. Normally, four nuclear fuel assemblies are arranged around one control rod 20.

中性子検出器30は、図1(a)、(b)及び(c)に示すように、原子燃料集合体の横断面に現われる格子(以下、燃料格子という。)の中心Cと、制御棒20の中心Bを結ぶ線上にあり、制御棒20とは反対側の原子燃料集合体のコーナ付近に設けられている。この中性子検出器30は、電極にウラン235などの核分裂物質を塗布し、管内に電離ガスを封入した核分裂計数管を使用するものであり、具体的には、移動式炉心内計装系(Traversing In-core Probe:TIP)、局所出力領域モニタ(Local Power Range Monitor:LPRM)が用いられる。LPRMは、軸方向に沿って所定の間隔で配置されており、炉心内の局所的な中性子束のレベルを監視する機能および警報機能を有する計装系である。TIPは、軸方向に移動可能なものとして設けられており、LPRMを校正する機能および軸方向出力分布の計測機能を有する計装系である。   As shown in FIGS. 1A, 1B, and 1C, the neutron detector 30 includes a center C of a lattice (hereinafter referred to as a fuel lattice) appearing in a cross section of the nuclear fuel assembly, and a control rod 20. Is provided near the corner of the nuclear fuel assembly opposite to the control rod 20. The neutron detector 30 uses a fission counter tube in which a fission material such as uranium 235 is applied to an electrode and an ionized gas is sealed in the tube. An in-core probe (TIP) and a local power range monitor (LPRM) are used. The LPRM is an instrumentation system which is arranged at predetermined intervals along the axial direction and has a function of monitoring a local neutron flux level in the core and an alarm function. The TIP is an instrumentation system that is provided so as to be movable in the axial direction and has a function of calibrating LPRM and a function of measuring an axial output distribution.

原子燃料集合体11A,11B及び11Cの相違点は、図1(a)、(b)及び(c)からわかるように、スペクトルシフトロッド3の位置である。即ち、原子燃料集合体11Aの有する2本のスペクトルシフトロッド3の重心位置Gは、燃料格子の中心Cと一致する。それに対し、原子燃料集合体11B及び11Cにおけるスペクトルシフトロッド3の重心位置Gは、燃料格子の中心Cと中性子検出器30を結ぶ直線上にあり、この直線に沿って中性子検出器30側に偏心した位置にある。   The difference between the nuclear fuel assemblies 11A, 11B, and 11C is the position of the spectrum shift rod 3, as can be seen from FIGS. 1 (a), (b), and (c). That is, the gravity center position G of the two spectrum shift rods 3 included in the nuclear fuel assembly 11A coincides with the center C of the fuel lattice. On the other hand, the gravity center position G of the spectrum shift rod 3 in the nuclear fuel assemblies 11B and 11C is on a straight line connecting the center C of the fuel lattice and the neutron detector 30, and is eccentric to the neutron detector 30 along this straight line. In the position.

ここで、中性子検出器に対するスペクトルシフトロッドの位置を示すために、偏心位置を定義する。この偏心位置は、燃料格子の中心Cを原点とし中心Cから中性子検出器30への向きを正にとった軸上におけるスペクトルシフトロッドの重心位置Gを、燃料棒1の中心間距離(ピッチ)を単位として表したものである。   Here, an eccentric position is defined to indicate the position of the spectral shift rod with respect to the neutron detector. This eccentric position is the center-of-gravity position G of the spectral shift rod on the axis where the center C of the fuel grid is the origin and the direction from the center C to the neutron detector 30 is positive. Is expressed as a unit.

また、スペクトルシフトロッドの燃料格子中心からの偏心程度を示すために、偏心量Xdecを式(2)により定義する。
dec=d/p ・・・・(2)
ここで、dは、燃料格子の中心Cからスペクトルシフトロッドの重心位置までの距離であり、pは燃料棒の中心間距離である。
In order to show the degree of eccentricity of the spectrum shift rod from the center of the fuel lattice, the amount of eccentricity X dec is defined by equation (2).
X dec = d / p (2)
Here, d is the distance from the center C of the fuel lattice to the center of gravity of the spectrum shift rod, and p is the distance between the centers of the fuel rods.

原子燃料集合体11A,11B及び11Cにおけるスペクトルシフトロッド3の偏心位置は、それぞれ0、√2及び2√2[ピッチ]である。このように、SSRの重心位置Gを燃料格子の中心Cから中性子検出器30側に向かって1列分近づける毎に、偏心位置は+√2[ピッチ]だけシフトする。   The eccentric positions of the spectrum shift rod 3 in the nuclear fuel assemblies 11A, 11B, and 11C are 0, √2, and 2√2 [pitch], respectively. In this way, the eccentric position is shifted by + √2 [pitch] each time the gravity center position G of the SSR is brought closer to the neutron detector 30 side by one column from the center C of the fuel lattice.

次に、偏心位置がスペクトルシフト効果および中性子検出器応答感度に与える影響について説明する。図2は、原子燃料集合体11A,11B及び11Cの各偏心位置に対する、中性子検出器応答感度Sおよび反応度利得Gを示している。 Next, the influence of the eccentric position on the spectral shift effect and the neutron detector response sensitivity will be described. Figure 2 is a nuclear fuel assembly 11A, for each eccentric position of 11B and 11C, shows a neutron detector response sensitivity S and reactivity gain G r.

中性子検出器応答感度Sは、式(3)で定義される。
S=(Z−Z)/Z×100 [%] ・・・・(3)
ここで、Z:燃料格子の所定の位置にSSRを配置した場合における、SSR内水位上昇前後の、中性子検出器位置でのウラン235核分裂断面積の変化量であり、Z:燃料格子の基準位置にSSRを配置した場合のおける、SSR内水位上昇前後の、中性子検出器位置でのウラン235核分裂断面積の変化量である。
The neutron detector response sensitivity S is defined by equation (3).
S = (Z 1 −Z 0 ) / Z 0 × 100 [%] (3)
Here, Z 1 is the amount of change in the uranium 235 fission cross section at the position of the neutron detector before and after the rise of the water level in the SSR when the SSR is arranged at a predetermined position of the fuel lattice, and Z 0 : This is the amount of change in the uranium 235 fission cross section at the neutron detector position before and after the rise of the water level in the SSR when the SSR is arranged at the reference position.

反応度利得Gは、式(4)で定義される。
=k−k ・・・・(4)
ここで、k:燃料格子の所定の位置にSSRを配置した場合における、SSR内の水位を上昇させた後の無限増倍率、k:燃料格子の基準位置に前記SSRと同じ形状のウォータロッド(満水)を配置した場合における、サイクル末期の無限増倍率である。
The reactivity gain Gr is defined by equation (4).
G r = k 1 −k 0 (4)
Here, k 1 : Infinite multiplication factor after raising the water level in the SSR when the SSR is arranged at a predetermined position of the fuel lattice, k 0 : Water having the same shape as the SSR at the reference position of the fuel lattice It is an infinite multiplication factor at the end of the cycle when a rod (full water) is arranged.

本実施形態の場合、中性子検出器応答感度および反応度利得の定義における基準位置は偏心位置0の位置である。   In the case of this embodiment, the reference position in the definition of the neutron detector response sensitivity and the reactivity gain is the position of the eccentric position 0.

図2に示すように、偏心位置が大きくなるほど、即ち、スペクトルシフトロッド3の重心位置が中性子検出器30側へ偏心するほど、中性子検出器応答感度は向上し、その一方、反応度利得は減少する。そして、反応度利得は、偏心位置が√2と2√2の間で正負逆転している。これは、スペクトルシフトロッド3を中性子検出器30側に偏心させすぎたことによって、スペクトルシフト効果による反応度の上昇分よりも、燃料格子中心付近における水の減少による反応度の減少分の方が大きくなってしまったためである。   As shown in FIG. 2, the greater the eccentric position, that is, the more the position of the center of gravity of the spectrum shift rod 3 is decentered toward the neutron detector 30, the better the neutron detector response sensitivity, while the reactivity gain decreases. To do. The reactivity gain is reversed between positive and negative in the eccentric position between √2 and 2√2. This is because the spectral shift rod 3 is excessively decentered toward the neutron detector 30, so that the decrease in reactivity due to the decrease in water near the center of the fuel lattice is more than the increase in reactivity due to the spectral shift effect. This is because it has grown.

本実施形態に係る原子燃料集合体11Bは、スペクトルシフトロッドを偏心位置√2に配置しているため、図2に示すように、反応度利得は正であり、かつ中性子検出器応答感度は、スペクトルシフトロッドを偏心位置0に配置した従来の原子燃料集合体11Aに比べて向上している。   In the nuclear fuel assembly 11B according to the present embodiment, since the spectrum shift rod is arranged at the eccentric position √2, as shown in FIG. 2, the reactivity gain is positive, and the neutron detector response sensitivity is This is an improvement over the conventional nuclear fuel assembly 11A in which the spectrum shift rod is arranged at the eccentric position 0.

なお、図1の例では、丸型のスペクトルシフトロッドが2本配置されていたが、スペクトルシフトロッドはこれに限られず、燃料棒との置き換えによって偏心量Xdecが0となるように配置可能なスペクトルシフトロッドであれば、その形状および本数は任意である。 In the example of FIG. 1, two round spectrum shift rods are arranged. However, the spectrum shift rod is not limited to this, and can be arranged so that the eccentric amount X dec becomes zero by replacement with a fuel rod. As long as it is a simple spectral shift rod, its shape and number are arbitrary.

(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態について説明する。第2の実施形態と第1の実施形態の相違点の一つは、スペクトルシフトロッドの数および形状である。即ち、第1の実施形態におけるスペクトルシフトロッドは丸型で2本配置されていたのに対し、本実施形態ではスペクトルシフトロッドは角型で1本だけ配置される。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described. One of the differences between the second embodiment and the first embodiment is the number and shape of spectrum shift rods. In other words, the two spectral shift rods in the first embodiment are round and arranged, whereas in the present embodiment, only one spectral shift rod is arranged in a square shape.

図3(a)、(b)及び(c)は、それぞれ原子燃料集合体12A、12B及び12Cの横断面図を示している。また、いずれの図においても、原子燃料集合体の出力を制御する制御棒20、および中性子束を検出する中性子検出器30の横断面図も示している。   3A, 3B, and 3C are cross-sectional views of the nuclear fuel assemblies 12A, 12B, and 12C, respectively. In each figure, a cross-sectional view of the control rod 20 for controlling the output of the nuclear fuel assembly and the neutron detector 30 for detecting the neutron flux are also shown.

図3(a)、(b)及び(c)に示すように、原子燃料集合体12A,12B,12Cはいずれも、10行10列の正方格子状に配置された複数の燃料棒1と、これらの燃料棒1を囲むチャンネルボックス2と、1本の角型のスペクトルシフトロッド4とを備える。1本のスペクトルシフトロッド4は、燃料棒1が配置される正方格子のうち9つ(3行3列分)の格子位置を占める。つまり、1本のスペクトルシフトロッド4は、9本の燃料棒1を置き換えることによって設けられている。   As shown in FIGS. 3A, 3B, and 3C, each of the nuclear fuel assemblies 12A, 12B, and 12C includes a plurality of fuel rods 1 arranged in a 10-row, 10-column square lattice pattern, A channel box 2 surrounding these fuel rods 1 and one rectangular spectrum shift rod 4 are provided. One spectrum shift rod 4 occupies nine lattice positions (for three rows and three columns) among the square lattices on which the fuel rods 1 are arranged. That is, one spectrum shift rod 4 is provided by replacing nine fuel rods 1.

図3(b)に示す原子燃料集合体12Bが本実施形態に係る原子燃料集合体であり、原子燃料集合体12A及び12Cは比較のためのものである。即ち、図3(a)及び図3(b)からわかるように、本実施形態に係る原子燃料集合体12Bは、原子燃料集合体12Aにおけるスペクトルシフトロッド4の重心位置から燃料棒配列1列分だけスペクトルシフトロッド4の重心位置を中性子検出器30側へ偏心させたものである。   A nuclear fuel assembly 12B shown in FIG. 3B is a nuclear fuel assembly according to this embodiment, and the nuclear fuel assemblies 12A and 12C are for comparison. That is, as can be seen from FIGS. 3 (a) and 3 (b), the nuclear fuel assembly 12B according to the present embodiment is equivalent to one fuel rod array from the center of gravity of the spectrum shift rod 4 in the nuclear fuel assembly 12A. Only the position of the center of gravity of the spectrum shift rod 4 is decentered toward the neutron detector 30.

原子燃料集合体12A,12B及び12Cの相違点は、図3(a)、(b)及び(c)からわかるように、スペクトルシフトロッド4の位置である。具体的には、図3(a)からわかるように、原子燃料集合体12Aのスペクトルシフトロッド4は偏心位置−√2/2に配置されている。また、原子燃料集合体12B及び12Cにおけるスペクトルシフトロッド4の偏心位置は、それぞれ√2/2及び3√2/2である。   The difference between the nuclear fuel assemblies 12A, 12B and 12C is the position of the spectrum shift rod 4 as can be seen from FIGS. 3 (a), (b) and (c). Specifically, as can be seen from FIG. 3A, the spectral shift rod 4 of the nuclear fuel assembly 12A is disposed at the eccentric position −√2 / 2. The eccentric positions of the spectrum shift rod 4 in the nuclear fuel assemblies 12B and 12C are √2 / 2 and 3√2 / 2, respectively.

なお、燃料棒配列数が10(偶数)であることから、スペクトルシフトロッド4の重心位置Gが原子燃料集合体12Aの燃料格子の中心Cに一致するように配置できない。即ち、スペクトルシフトロッド4を偏心位置0に配置することはできない。   Since the fuel rod arrangement number is 10 (even number), the center of gravity position G of the spectrum shift rod 4 cannot be arranged so as to coincide with the center C of the fuel lattice of the nuclear fuel assembly 12A. That is, the spectrum shift rod 4 cannot be arranged at the eccentric position 0.

次に、偏心位置が、スペクトルシフト効果および中性子検出器に与える影響について説明する。図4は、原子燃料集合体12A,12B及び12Cの各偏心位置に対する、中性子検出器応答感度および反応度利得を示している。本実施形態における中性子検出器応答感度および反応度利得の定義は、第1の実施形態と同様であるが、定義における基準位置は偏心位置−√2/2の位置である。   Next, the influence of the eccentric position on the spectral shift effect and the neutron detector will be described. FIG. 4 shows the neutron detector response sensitivity and reactivity gain for each eccentric position of the nuclear fuel assemblies 12A, 12B, and 12C. The definitions of the neutron detector response sensitivity and the reactivity gain in the present embodiment are the same as in the first embodiment, but the reference position in the definition is the position of the eccentric position −√2 / 2.

図4に示すように、スペクトルシフトロッド4が中性子検出器30側に偏心するほど、中性子検出器応答感度は向上する。一方、反応度利得は減少し、偏心位置が√2/2と3√2/2の間で正負逆転している。これは、スペクトルシフトロッド4を中性子検出器30側に偏心させすぎたことによって、スペクトルシフト効果による反応度の上昇分よりも、燃料格子中心付近における水の減少による反応度の減少分の方が大きくなってしまったためである。   As shown in FIG. 4, the neutron detector response sensitivity is improved as the spectrum shift rod 4 is decentered toward the neutron detector 30 side. On the other hand, the reactivity gain decreases, and the eccentric position reverses between positive and negative between √2 / 2 and 3√2 / 2. This is because when the spectrum shift rod 4 is decentered too far toward the neutron detector 30, the decrease in reactivity due to the decrease in water near the center of the fuel lattice is more than the increase in reactivity due to the spectrum shift effect. This is because it has grown.

本実施形態に係る原子燃料集合体12Bは、スペクトルシフトロッドを偏心位置√2/2に配置しているため、図4に示すように、反応度利得は正であり、かつ中性子検出器応答感度は、スペクトルシフトロッドを偏心位置−√2/2に配置した従来の原子燃料集合体12Aに比べて向上している。   In the nuclear fuel assembly 12B according to the present embodiment, since the spectrum shift rod is arranged at the eccentric position √2 / 2, the reactivity gain is positive and the neutron detector response sensitivity as shown in FIG. Is improved as compared with the conventional nuclear fuel assembly 12A in which the spectrum shift rod is arranged at the eccentric position −√2 / 2.

なお、図3の例では、角型のスペクトルシフトロッドが1本配置されていたが、スペクトルシフトロッドはこれに限られず、燃料棒との置き換えによって偏心量Xdecが0となるように配置することができないスペクトルシフトロッドであれば、本実施形態に含まれる。 In the example of FIG. 3, one rectangular spectral shift rod is arranged. However, the spectral shift rod is not limited to this, and is arranged so that the eccentric amount X dec becomes zero by replacement with the fuel rod. Any spectral shift rod that cannot be used is included in this embodiment.

(第3の実施形態)
次に、第3の実施形態について説明する。第3の実施形態と第2の実施形態の相違点の一つは、燃料棒配列数である。即ち、第2の実施形態に係る原子燃料集合体の燃料棒配列数が10であるのに対し、本実施形態に係る原子燃料集合体の燃料棒配列数は11である。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described. One of the differences between the third embodiment and the second embodiment is the number of fuel rods arranged. That is, the number of fuel rods arranged in the nuclear fuel assembly according to the second embodiment is 10, whereas the number of fuel rods arranged in the nuclear fuel assembly according to this embodiment is 11.

図5(a)、(b)及び(c)は、それぞれ原子燃料集合体13A、13B及び13Cの横断面図を示している。また、いずれの図においても、原子燃料集合体の出力を制御する制御棒20、および中性子束を検出する中性子検出器30の横断面図も示している。   FIGS. 5A, 5B, and 5C are cross-sectional views of the nuclear fuel assemblies 13A, 13B, and 13C, respectively. In each figure, a cross-sectional view of the control rod 20 for controlling the output of the nuclear fuel assembly and the neutron detector 30 for detecting the neutron flux are also shown.

図5(a)、(b)及び(c)に示すように、原子燃料集合体13A,13B,13Cはいずれも、11行11列の正方格子状に配置された複数の燃料棒1と、これらの燃料棒1を囲むチャンネルボックス2と、1本の角型のスペクトルシフトロッド5とを備える。1本のスペクトルシフトロッド5は、燃料棒1が配置される正方格子のうち9つ(3行3列分)の格子位置を占める。つまり、1本のスペクトルシフトロッド5は、9本の燃料棒1を置き換えることによって設けられている。   As shown in FIGS. 5A, 5B, and 5C, each of the nuclear fuel assemblies 13A, 13B, and 13C includes a plurality of fuel rods 1 arranged in a square grid of 11 rows and 11 columns, A channel box 2 surrounding these fuel rods 1 and one rectangular spectrum shift rod 5 are provided. One spectrum shift rod 5 occupies nine lattice positions (for three rows and three columns) among the square lattices on which the fuel rods 1 are arranged. That is, one spectrum shift rod 5 is provided by replacing nine fuel rods 1.

図5(b)に示す原子燃料集合体13Bが本実施形態に係る原子燃料集合体であり、原子燃料集合体13A及び13Cは比較のためのものである。即ち、図5(a)及び図5(b)からわかるように、本実施形態に係る原子燃料集合体13Bは、原子燃料集合体13Aにおけるスペクトルシフトロッド5の重心位置から燃料棒配列1列分だけスペクトルシフトロッド5の重心位置を中性子検出器30側へ偏心させたものである。   A nuclear fuel assembly 13B shown in FIG. 5B is a nuclear fuel assembly according to this embodiment, and the nuclear fuel assemblies 13A and 13C are for comparison. That is, as can be seen from FIGS. 5 (a) and 5 (b), the nuclear fuel assembly 13B according to this embodiment is equivalent to one fuel rod array from the center of gravity position of the spectrum shift rod 5 in the nuclear fuel assembly 13A. Only the position of the center of gravity of the spectrum shift rod 5 is decentered toward the neutron detector 30.

原子燃料集合体13A,13B及び13Cの相違点は、図5(a)、(b)及び(c)からわかるように、スペクトルシフトロッド5の位置である。具体的には、図5(a)からわかるように、原子燃料集合体13Aのスペクトルシフトロッド5の偏心位置0に配置されている。また、原子燃料集合体13B及び13Cにおけるスペクトルシフトロッド5の偏心位置は、それぞれ√2及び2√2である。   The difference between the nuclear fuel assemblies 13A, 13B, and 13C is the position of the spectrum shift rod 5 as can be seen from FIGS. 5 (a), (b), and (c). Specifically, as can be seen from FIG. 5A, the nuclear fuel assembly 13 </ b> A is disposed at the eccentric position 0 of the spectrum shift rod 5. Further, the eccentric positions of the spectrum shift rod 5 in the nuclear fuel assemblies 13B and 13C are √2 and 2√2, respectively.

次に、偏心位置がスペクトルシフト効果および中性子検出器に与える影響について説明する。図6は、原子燃料集合体13A,13B及び13Cの各偏心位置に対する、中性子検出器応答感度および反応度利得を示している。本実施形態における中性子検出器応答感度および反応度利得の定義は第1の実施形態と同様であるが、定義における基準位置は偏心位置0の位置である。   Next, the influence of the eccentric position on the spectral shift effect and the neutron detector will be described. FIG. 6 shows neutron detector response sensitivity and reactivity gain for each eccentric position of the nuclear fuel assemblies 13A, 13B, and 13C. The definitions of the neutron detector response sensitivity and reactivity gain in this embodiment are the same as in the first embodiment, but the reference position in the definition is the position of the eccentric position 0.

図6に示すように、スペクトルシフトロッド5が中性子検出器30側に偏心するほど、中性子検出器応答感度は向上する。一方、反応度利得は減少し、偏心位置が√2と2√2の間で正負逆転している。これは、スペクトルシフトロッド5を中性子検出器30側に偏心させすぎたことによって、スペクトルシフト効果による反応度の上昇分よりも、燃料格子中心付近における水の減少による反応度の減少分の方が大きくなってしまったためである。   As shown in FIG. 6, the neutron detector response sensitivity is improved as the spectrum shift rod 5 is decentered toward the neutron detector 30 side. On the other hand, the reactivity gain decreases, and the eccentric position reverses between positive and negative between √2 and 2√2. This is because the spectral shift rod 5 is excessively decentered toward the neutron detector 30, so that the decrease in reactivity due to the decrease in water near the center of the fuel lattice is more than the increase in reactivity due to the spectral shift effect. This is because it has grown.

本実施形態に係る原子燃料集合体13Bは、スペクトルシフトロッドを偏心位置√2に配置しているため、図6に示すように、反応度利得は正であり、かつ中性子検出器応答感度は、スペクトルシフトロッドを偏心位置0に配置した従来の原子燃料集合体13Aに比べて向上している。   In the nuclear fuel assembly 13B according to the present embodiment, since the spectrum shift rod is arranged at the eccentric position √2, as shown in FIG. 6, the reactivity gain is positive, and the neutron detector response sensitivity is This is an improvement over the conventional nuclear fuel assembly 13A in which the spectrum shift rod is disposed at the eccentric position 0.

以上、原子燃料集合体に係る3の実施形態について説明した。第1乃至第3の実施形態によれば、反応度利得を確保しつつ、中性子検出器30の応答感度を向上させることができる。即ち、燃料格子の中心に配置されたウォータロッドを有する従来の原子燃料集合体よりも、スペクトルシフト運転により高い反応度を得ることができ、かつ、中性子検出器の応答感度を向上させることができる。この中性子検出器の応答感度の向上により、種々の熱的制限値に対する余裕を正確に把握し、炉心監視性能を向上させることができる。   Heretofore, three embodiments according to the nuclear fuel assembly have been described. According to the first to third embodiments, the response sensitivity of the neutron detector 30 can be improved while ensuring the reactivity gain. That is, a higher reactivity can be obtained by spectral shift operation than the conventional nuclear fuel assembly having a water rod arranged at the center of the fuel lattice, and the response sensitivity of the neutron detector can be improved. . By improving the response sensitivity of the neutron detector, it is possible to accurately grasp margins for various thermal limit values and improve the core monitoring performance.

なお、本実施形態は、図5から明らかなように、類型としては図1に示した第1の実施形態と同様に、燃料棒との置き換えによって偏心量Xdecが0となるように配置可能なスペクトルシフトロッドである。つまり、偏心量Xdecが√2となるようにスペクトルシフトロッドを中性子検出器側に偏心させる実施形態は、図1及び図5に示したように、原子燃料集合体に含まれる燃料棒の本数やスペクトルシフトロッドの形状によって限定されるのではなく、あくまでも燃料棒との置き換えによって偏心量Xdecが0となるか否かである。この点は、偏心量Xdecが√2/2となるようにスペクトルシフトロッドを中性子検出器側に偏心させる第2の実施形態についても同様である。 As is apparent from FIG. 5, the present embodiment can be arranged so that the eccentric amount X dec becomes 0 by replacement with a fuel rod, as in the first embodiment shown in FIG. 1. Spectrum shift rod. That is, in the embodiment in which the spectrum shift rod is eccentric to the neutron detector side so that the eccentric amount X dec is √2, the number of fuel rods included in the nuclear fuel assembly is as shown in FIGS. 1 and 5. It is not limited by the shape of the spectrum shift rod, but it is only whether or not the eccentric amount X dec becomes 0 by replacement with the fuel rod. This also applies to the second embodiment in which the spectrum shift rod is eccentric toward the neutron detector so that the eccentric amount X dec is √2 / 2.

(第4の実施形態)
次に、第4の実施形態に係る沸騰水型原子炉の炉心について説明する。
(Fourth embodiment)
Next, a core of a boiling water reactor according to the fourth embodiment will be described.

図7は本実施形態に係る沸騰水型原子炉の炉心の横断面を示している。図7に示すように、複数の原子燃料集合体14は、炉心の水平断面において直線L1およびL2に関して対称に配置されている。   FIG. 7 shows a cross section of the core of the boiling water reactor according to this embodiment. As shown in FIG. 7, the plurality of nuclear fuel assemblies 14 are arranged symmetrically with respect to the straight lines L1 and L2 in the horizontal cross section of the core.

制御棒20は、図7に示すように、4体の原子燃料集合体14から構成された、横断面が正方形の原子燃料集合体群16の中心の間隙に挿抜可能に配置されている。   As shown in FIG. 7, the control rod 20 is arranged so that it can be inserted into and removed from the gap in the center of the nuclear fuel assembly group 16 having a square cross section composed of four nuclear fuel assemblies 14.

中性子検出器30は、その配置数が少なくなるように、炉心の対称性を考慮して配置されている。即ち、中性子検出器30は、実際に配置された位置における中性子束だけでなく、配置位置と直線L1,L2に関して対称な位置における中性子束についても代表できるように配置されている。例えば、図7に示す中性子検出器30Aの中性子束の検出結果は、中性子検出器30Aの位置における中性子束だけでなく、直線L1に関して対称な位置(対称位置S)における中性子束の検出結果も代表している。よって、中性子検出器30Aは対称位置を代表する中性子検出器でもある。図7からわかるように、他の中性子検出器30についても同様である。   The neutron detectors 30 are arranged in consideration of the symmetry of the core so that the number of the neutron detectors 30 is reduced. That is, the neutron detector 30 is arranged so that it can represent not only the neutron flux at the position where it is actually arranged, but also the neutron flux at a position symmetrical with respect to the arrangement position and the straight lines L1 and L2. For example, the detection result of the neutron flux of the neutron detector 30A shown in FIG. 7 is representative not only of the neutron flux at the position of the neutron detector 30A but also the detection result of the neutron flux at the position symmetric with respect to the straight line L1 (symmetric position S). is doing. Therefore, the neutron detector 30A is also a neutron detector representing a symmetrical position. As can be seen from FIG. 7, the same applies to the other neutron detectors 30.

本実施形態に係る炉心では、少なくとも一つの中性子検出器について、その中性子検出器と隣接する原子燃料集合体として、第1乃至第3の実施形態で説明した原子燃料集合体11B,12B,13Bのいずれかを用いる。この場合、中性子束を正しく把握するために、当該中性子検出器と直線L1,L2に関して対称な位置に隣接する原子燃料集合体についても、当該中性子検出器と隣接する原子燃料集合体と同じ構成の原子燃料集合体を配置する必要がある。例えば、図7に示すように、中性子検出器30Aと隣接する位置に原子燃料集合体11Bを配置した場合、直線L1に関して対称な位置にも原子燃料集合体11Bを配置する。   In the core according to the present embodiment, for at least one neutron detector, the nuclear fuel assemblies 11B, 12B, and 13B described in the first to third embodiments are used as the nuclear fuel assemblies adjacent to the neutron detector. Either one is used. In this case, in order to correctly grasp the neutron flux, the nuclear fuel assembly adjacent to the neutron detector and the symmetric position with respect to the straight lines L1 and L2 has the same configuration as the nuclear fuel assembly adjacent to the neutron detector. It is necessary to arrange a nuclear fuel assembly. For example, as shown in FIG. 7, when the nuclear fuel assembly 11B is disposed at a position adjacent to the neutron detector 30A, the nuclear fuel assembly 11B is also disposed at a position symmetric with respect to the straight line L1.

なお、炉心の外周付近では、中性子の漏れが多く出力が低いため、原子燃料集合体の炉心全体の挙動への寄与は少ない。このため、炉心の外周付近の中性子検出器には、必ずしも高い検出精度が求められるわけではないと考えられる。よって、炉心の外周付近においては、反応度利得を優先するために、スペクトルシフトロッドを燃料格子の中心近傍に配置した原子燃料集合体を配置するようにし、一方、炉心の中央領域等、比較的高い中性子束の検出精度が要求される領域には、第1乃至第3の実施形態に係る原子燃料集合体を配置することが好ましい。   In the vicinity of the outer periphery of the core, neutron leakage is large and the output is low, so that the contribution of the nuclear fuel assembly to the entire core is small. For this reason, it is considered that high detection accuracy is not necessarily required for the neutron detectors near the outer periphery of the core. Therefore, in the vicinity of the outer periphery of the core, in order to give priority to the reactivity gain, a nuclear fuel assembly in which the spectrum shift rod is arranged in the vicinity of the center of the fuel lattice is arranged. It is preferable to arrange the nuclear fuel assemblies according to the first to third embodiments in an area where high neutron flux detection accuracy is required.

以上説明したように、本実施形態によれば、炉心全体として反応度利得を可及的に高く維持しつつ、中性子検出器応答感度を改善し、炉心監視性能を向上させることができる。   As described above, according to this embodiment, it is possible to improve the neutron detector response sensitivity and improve the core monitoring performance while maintaining the reactivity gain as high as possible as the whole core.

以上、本発明に係る4つの実施形態について説明した。上記第1〜第3の実施形態では、種々の形状や本数のスペクトルシフトロッドと燃料棒本数の異なる原子燃料集合体の組合せについて示したが、いずれの場合においても、スペクトルシフトロッドを燃料格子中心から中性子検出器の方向へ、反応度利得が正となる範囲内で偏心配置したものである。すなわち、上位概念的には、本発明は、スペクトルシフトロッド(単数および複数のいずれの場合も含む)の水平断面の重心位置が制御棒の中心と燃料格子の中心を結ぶ線上にあって、該スペクトルシフトロッドによる反応度利得が正となる範囲内でスペクトルシフトロッドを燃料格子の中心に関して制御棒と反対側に偏心して配置したものである。   Heretofore, the four embodiments according to the present invention have been described. In the first to third embodiments, the combination of various shapes and numbers of spectrum shift rods and atomic fuel assemblies having different numbers of fuel rods has been described. In any case, the spectrum shift rod is arranged at the center of the fuel lattice. Is eccentrically arranged in the range from which the reactivity gain becomes positive in the direction of the neutron detector. That is, in a superordinate concept, the present invention is such that the position of the center of gravity of the horizontal cross section of the spectrum shift rod (including both the single and plural cases) is on a line connecting the center of the control rod and the center of the fuel grid, The spectral shift rod is eccentrically arranged on the side opposite to the control rod with respect to the center of the fuel lattice within a range in which the reactivity gain by the spectral shift rod is positive.

上記の記載に基づいて、当業者であれば、本発明の追加の効果や種々の変形を想到できるかもしれないが、本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではない。特許請求の範囲に規定された内容及びその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更及び部分的削除が可能である。   Based on the above description, those skilled in the art may be able to conceive additional effects and various modifications of the present invention, but the aspects of the present invention are not limited to the individual embodiments described above. . Various additions, modifications, and partial deletions can be made without departing from the concept and spirit of the present invention derived from the contents defined in the claims and equivalents thereof.

1 燃料棒
2 チャンネルボックス
3,4,5 スペクトルシフトロッド(SSR)
11A,11B,11C 原子燃料集合体
12A,12B,12C 原子燃料集合体
13A,13B,13C 原子燃料集合体
14 原子燃料集合体
16 原子燃料集合体群
20 制御棒
30,30A 中性子検出器
B 制御棒の中心
C 燃料格子の中心
G スペクトルシフトロッドの重心位置
S 対称位置
1 Fuel rod 2 Channel box 3, 4, 5 Spectrum shift rod (SSR)
11A, 11B, 11C Nuclear fuel assemblies 12A, 12B, 12C Nuclear fuel assemblies 13A, 13B, 13C Nuclear fuel assemblies 14 Nuclear fuel assemblies 16 Nuclear fuel assemblies 20 Control rods 30, 30A Neutron detector B Control rods Center C of fuel grid G Center of gravity position S of spectral shift rod Symmetric position

Claims (5)

正方格子状に配置された複数の燃料棒と、上部に蒸気溜を形成可能であり、炉心流量によって内部の水位を制御可能な1つまたは複数のスペクトルシフトロッドと、前記複数の燃料棒の外周を囲むチャンネルボックスと、を備えた原子燃料集合体において、
前記スペクトルシフトロッドの水平断面の重心位置が制御棒の中心と燃料格子の中心を結ぶ線上にあって、前記スペクトルシフトロッドによる反応度利得が正となる範囲内で前記スペクトルシフトロッドを前記燃料格子の中心に関して前記制御棒と反対側に偏心して配置したことを特徴とする原子燃料集合体。
A plurality of fuel rods arranged in a square lattice, one or a plurality of spectral shift rods capable of forming a steam reservoir at the top and controlling the internal water level by the core flow rate, and the outer circumferences of the plurality of fuel rods A nuclear fuel assembly comprising:
The position of the center of gravity of the horizontal section of the spectrum shift rod is on the line connecting the center of the control rod and the center of the fuel grid, and the spectrum shift rod is positioned within the range in which the reactivity gain by the spectrum shift rod is positive. A nuclear fuel assembly characterized by being arranged eccentrically on the opposite side to the control rod with respect to the center of the fuel.
前記スペクトルシフトロッドの偏心量Xdecを下式のように定義したときに、前記燃料棒との置き換えによって前記偏心量が0となるように配置可能なスペクトルシフトロッドを、前記偏心量が√2となるように偏心して配置したことを特徴とする請求項1記載の燃料集合体。
dec=d/p
ここで、dは、前記燃料格子の中心から前記スペクトルシフトロッドの重心位置までの距離、pは前記燃料棒の中心間距離である。
When the eccentricity amount X dec of the spectral shift rod is defined as the following equation, a spectral shift rod that can be arranged so that the eccentricity amount becomes 0 by replacement with the fuel rod, the eccentricity amount is √2 The fuel assembly according to claim 1, wherein the fuel assembly is arranged so as to be eccentric.
X dec = d / p
Here, d is the distance from the center of the fuel lattice to the center of gravity of the spectrum shift rod, and p is the distance between the centers of the fuel rods.
前記スペクトルシフトロッドの偏心量Xdecを下式のように定義したときに、前記燃料棒との置き換えによって前記偏心量が0となるように配置することができないスペクトルシフトロッドを、前記偏心量が√2/2となるように偏心して配置したことを特徴とする請求項1記載の燃料集合体。
dec=d/p
ここで、dは、前記燃料格子の中心から前記スペクトルシフトロッドの重心位置までの距離、pは前記燃料棒の中心間距離である。
When the eccentricity amount X dec of the spectrum shift rod is defined as the following equation, a spectral shift rod that cannot be arranged so that the eccentricity amount becomes 0 by replacement with the fuel rod, the eccentricity amount is 2. The fuel assembly according to claim 1, wherein the fuel assembly is arranged eccentrically so that √2 / 2.
X dec = d / p
Here, d is the distance from the center of the fuel lattice to the center of gravity of the spectrum shift rod, and p is the distance between the centers of the fuel rods.
複数の燃料集合体を備える沸騰水型原子炉の炉心であって、
前記炉心に配置された中性子検出器と、
前記中性子検出器に隣接する、請求項1乃至3のいずれかに記載の燃料集合体と、を備えることを特徴とする沸騰水型原子炉の炉心。
A boiling water reactor core comprising a plurality of fuel assemblies,
A neutron detector disposed in the core;
A fuel assembly according to any one of claims 1 to 3, which is adjacent to the neutron detector.
前記複数の燃料集合体は前記炉心の水平断面において、ある直線に関して対称に配置されており、前記中性子検出器と前記直線に関して対称な位置に隣接する燃料集合体は、請求項1乃至3のいずれかに記載の燃料集合体であることを特徴とする請求項4に記載の沸騰水型原子炉の炉心。   The plurality of fuel assemblies are arranged symmetrically with respect to a straight line in a horizontal section of the core, and the fuel assemblies adjacent to the neutron detector and symmetrical with respect to the straight line are any one of claims 1 to 3. The core of a boiling water reactor according to claim 4, wherein the core is a fuel assembly according to claim 1.
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