JP2023058274A - Fuel assembly and core of nuclear reactor - Google Patents

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Yuki Narishima
哲士 日野
Tetsushi Hino
順一 三輪
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Abstract

To provide a fuel assembly capable of suppressing an occurrence of dryout of a liquid film.SOLUTION: A fuel assembly 13 is formed by arranging fuel rods 1-4, 6 and 8 whose lower ends are supported by a lower tie plate and whose upper ends are supported by an upper tie plate, and fuel rods 5 and 7 (partial-length fuel rods) whose lower ends are supported by the lower tie plate and whose upper ends are not supported by the upper tie plate, in a channel box 17. The effective fuel length of the fuel rods 5 is 2/3 of that of the fuel rods 6, and the effective fuel length of the fuel rods 7 is 9/10 of that of the fuel rods 6. The fuel rods 5 are respectively arranged at four corners in a third row from the inner face of the channel box 17 in a fuel rod array. The fuel rods 7 are arranged at the third from the fuel rods 1 arranged at the respective corners in the second row in each of two orthogonal directions along the inner surface of the channel box 17, with the fuel rods 1 arranged at the respective corners in the second row from the inner surface of the channel box 17 used as base points in the fuel rod array.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、燃料集合体及び原子炉の炉心に係り、特に、沸騰水型原子炉に適用するのに好適な燃料集合体及び原子炉の炉心に関する。 The present invention relates to fuel assemblies and nuclear reactor cores, and more particularly to fuel assemblies and nuclear reactor cores suitable for application to boiling water reactors.

ウラン資源の有効利用、放射性廃棄物の発生量の低減及びプルトニウムの有効利用を図るため、軽水炉技術を基盤にして、低減速スペクトル沸騰水型原子炉の開発が進められている。低減速スペクトル沸騰水型原子炉は、核燃料物質を充填した複数の燃料棒を、横断面が正方形状の角筒のチャンネルボックス内に配置して構成された複数の燃料集合体を炉心に配置している。この燃料集合体は、これらの燃料棒を稠密に配置しており、チャンネルボックス内の、減速材である水の割合を大幅に減らしている。このため、低減速スペクトル沸騰水型原子炉の炉心に装荷された燃料集合体内では、燃料棒内の各燃料物質に含まれる核分裂性物質の核分裂により発生した高速中性子をあまり減速させず、比較的高エネルギーの中性子が核分裂性物質の核分裂に利用される。 In order to effectively utilize uranium resources, reduce the amount of radioactive waste generated, and effectively utilize plutonium, the development of derate-spectrum boiling water reactors is underway based on light water reactor technology. A low moderation spectrum boiling water reactor has multiple fuel rods filled with nuclear fuel material arranged in a rectangular channel box with a square cross section in the core. ing. This fuel assembly has a dense arrangement of these fuel rods, greatly reducing the proportion of moderator water in the channel box. For this reason, in the fuel assembly loaded in the core of a low-speed spectrum boiling water reactor, the fast neutrons generated by the fission of the fissile material contained in each fuel material in the fuel rod are not moderated so much, and relatively High-energy neutrons are used to fission fissile materials.

特開2020-118526号公報は、低減速スペクトル沸騰水型原子炉の炉心に装荷される燃料集合体を記載する。この燃料集合体は、MOX燃料が充填された複数の燃料棒を正三角形格子に配置し、燃料棒相互間のピッチは小さく、内部に存在する水の量は少なくなっている。横断面が正方形のチャンネルボックス内で複数の燃料棒が正三角形格子に配置されている場合には、チャンネルボックスの内面付近に、横断面が三角形状の間隙が形成され、チャンネルボックス内を上昇する冷却水はその間隙を通って上昇しやすくなる。このため、その横断面が三角形状の間隙を上昇する冷却水の流量が増加する。特開2020-118526号公報に記載された燃料集合体では、その横断面が三角形状の各間隙内に、チャンネルボックスの内面に取り付けた水排除棒を配置している。この水排除棒の配置により、チャンネルボックス内の水の量をさらに低減している。低減速スペクトル沸騰水型原子炉の炉心に装荷されたそのような燃料集合体では、中性子スペクトルが硬化されてウラン238のプルトニウム239への転換率が向上し、ボイド反応度係数をさらに負にすることができる。 JP 2020-118526 describes fuel assemblies that are loaded into the core of a reduced-spectrum boiling water reactor. In this fuel assembly, a plurality of fuel rods filled with MOX fuel are arranged in an equilateral triangular lattice, the pitch between the fuel rods is small, and the amount of water present inside is small. When a plurality of fuel rods are arranged in an equilateral triangular lattice in a channel box with a square cross section, a gap with a triangular cross section is formed near the inner surface of the channel box and rises inside the channel box. Cooling water can easily rise through the gap. As a result, the flow rate of cooling water rising through the gap whose cross section is triangular increases. In the fuel assembly disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2020-118526, a water removal rod attached to the inner surface of the channel box is arranged in each gap having a triangular cross section. This arrangement of the water exclusion rods further reduces the amount of water in the channel box. In such fuel assemblies loaded in the core of a low moderation spectrum boiling water reactor, the neutron spectrum is hardened to improve the conversion of uranium-238 to plutonium-239, making the void reactivity coefficient even more negative. be able to.

特開2019-178896号公報には、核分裂性プルトニウムを内部に充填した複数の燃料棒を、チャンネルボックス内に10行10列に配置した燃料集合体が記載されている。この燃料集合体は、核分裂性プルトニウムを含み、燃料有効長が異なる2種類の部分長燃料棒を有している。これらの部分長燃料棒の燃料有効長は、一方が他方よりも長くなっている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2019-178896 describes a fuel assembly in which a plurality of fuel rods filled with fissile plutonium are arranged in a channel box in 10 rows and 10 columns. This fuel assembly contains fissile plutonium and has two types of part-length fuel rods with different active fuel lengths. The effective fuel length of these part length rods is longer than the other.

特開2020-118526号公報JP 2020-118526 A 特開2019-178896号公報JP 2019-178896 A

特開2020-118526号公報には、低減速スペクトル沸騰水型原子炉の炉心に装荷される燃料集合体が記載されている。この燃料集合体のように、一般的に、低減速スペクトル沸騰水型原子炉の炉心に装荷される燃料集合体は、横断面が正方形のチャンネルボックス内に、複数の燃料棒を正三角格子状に配置するため、燃料棒配列の最外周領域に配置された燃料棒とチャンネルボックスの内面との間に、必然的に、三角形状の間隙が形成される。この三角形状の間隙の形成によって、燃料集合体内を上昇する冷却水は、その間隙に偏在(集中)して上昇する可能性があるため、燃料集合体の横断面の中央領域を上昇する冷却水が減少し、その中央領域に配置された複数の燃料棒の除熱性能が低下する恐れがある。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2020-118526 describes a fuel assembly to be loaded into the core of a low-speed spectrum boiling water reactor. Like this fuel assembly, generally, a fuel assembly loaded into the core of a low-speed spectrum boiling water reactor has a plurality of fuel rods arranged in an equilateral triangular lattice in a channel box having a square cross section. , a triangular gap is inevitably formed between the fuel rods arranged in the outermost region of the fuel rod array and the inner surface of the channel box. Due to the formation of this triangular gap, the cooling water rising inside the fuel assembly may be unevenly distributed (concentrated) in the gap and rise. may decrease and the heat removal performance of the fuel rods located in that central region may be degraded.

このような問題点を解消するため、特開2020-118526号公報では、水排除棒を、チャンネルボックスの内面付近のそれぞれの三角形状の間隙に配置している。これらの水排除棒の配置は、多数の水排除棒を用意する必要があり、各水排除棒の下端部を下部タイプレートによって支持し、それらの上端部を上部タイプレートによって支持する必要がある。さらに、複数の燃料スペーサによって、各水排除棒と燃料棒との間を所定間隔に保持した状態で、各水排除棒及び各燃料棒を束ねる必要がある。この結果、水排除棒の設置は、燃料集合体の構造を複雑にする。 In order to solve such a problem, in JP-A-2020-118526, water removal rods are arranged in respective triangular gaps near the inner surface of the channel box. The arrangement of these water displacement rods requires that a large number of water displacement rods be provided, with the lower end of each water displacement rod supported by a lower tie plate and their upper end supported by an upper tie plate. . Furthermore, it is necessary to bundle the water exclusion rods and the fuel rods while maintaining a predetermined distance between the water exclusion rods and the fuel rods using a plurality of fuel spacers. As a result, the installation of water scavenging rods complicates the construction of the fuel assembly.

上記の事情を考慮し、発明者らは、後で詳述するように、燃料集合体の角筒状のチャンネルボックス内における燃料棒配列を、正三角形格子状から特開2019-178896号公報に示される正方形格子状にし、原子炉の運転中に中性子スペクトルを硬化させるために燃料棒を稠密に配置した、水排除棒を設置していない燃料集合体を検討した。この検討において発明者らは、燃料集合体の横断面において、燃料棒配列の、チャンネルボックスの内面から2層目及び3層目のそれぞれに配置された燃料棒において、出力の上昇により液膜ドライアウトが発生する可能性があることを見出した。 In consideration of the above circumstances, the inventors, as described in detail later, changed the fuel rod arrangement in the rectangular tubular channel box of the fuel assembly from an equilateral triangular lattice to Japanese Patent Application Laid-Open No. 2019-178896. A fuel assembly without water scavenging rods was considered, with the square lattice shown and the fuel rods closely spaced to harden the neutron spectrum during reactor operation. In this study, the inventors found that in the cross section of the fuel assembly, the fuel rods arranged in the second and third layers from the inner surface of the channel box in the fuel rod array were liquid film dried due to the increase in output. I found out that out may occur.

このため、液膜ドライアウトの発生を抑制できる燃料集合体の実現が望まれている。 Therefore, realization of a fuel assembly capable of suppressing the occurrence of liquid film dryout is desired.

本発明の第1の目的は、液膜ドライアウトの発生を抑制できる燃料集合体及び原子炉の炉心を提供することにある。 A first object of the present invention is to provide a fuel assembly and a core of a nuclear reactor that can suppress the occurrence of liquid film dryout.

本発明の第2の目的は、核燃料物質のインベントリーの低下を抑制できる燃料集合体及び原子炉の炉心を提供することにある。 A second object of the present invention is to provide a fuel assembly and a core of a nuclear reactor capable of suppressing a decline in the inventory of nuclear fuel material.

上記した第1の目的を達成する本発明の第1特徴は、下部燃料支持部材と、
上部燃料支持部材と、
上部燃料支持部材に上端部が取り付けられて下部燃料支持部材に向かって伸びている、横断面が正方形状の角筒であるチャンネルボックスと、
チャンネルボックス内で、正方格子状に配置された、内部に核燃料物質を充填した複数の燃料棒とを備えた燃料集合体であって、
その燃料棒は、下端部が下部燃料支持部材に支持されて上端部が上部燃料支持部材に支持される複数の第1燃料棒、及び下端部が下部燃料支持部材に支持されて上端部が上部燃料支持部材に支持されていなく、燃料有効長が第1燃料棒のそれよりも短い複数の第2燃料棒を含んでおり、
その第2燃料棒が、燃料集合体の横断面における燃料棒配列の、チャンネルボックスの内面から2列目及び3列目のそれぞれに配置されることにある。
A first feature of the present invention for achieving the first object noted above is a lower fuel support member;
an upper fuel support member;
a channel box, which is a rectangular tube having a square cross section, attached at its upper end to the upper fuel support member and extending toward the lower fuel support member;
A fuel assembly comprising a plurality of fuel rods filled with nuclear fuel material and arranged in a square lattice in a channel box,
The fuel rods include a plurality of first fuel rods having lower ends supported by the lower fuel support members and upper ends supported by the upper fuel support members; a plurality of second fuel rods that are not supported by the fuel support members and have an active fuel length that is less than that of the first fuel rods;
The second fuel rods are arranged in the second and third rows from the inner surface of the channel box in the fuel rod arrangement in the cross section of the fuel assembly.

第2燃料棒が、燃料集合体の横断面における燃料棒配列の、チャンネルボックスの内面から2列目及び3列目のそれぞれに配置されることにより、燃料集合体における液膜ドライアウトの発生を抑制することができる。燃料集合体内での液膜ドライアウトの発生を抑制することにより、燃料集合体の熱的余裕を向上させることができ、原子力プラントの運転中における熱出力を増加させることができる。 By arranging the second fuel rods in the second and third rows from the inner surface of the channel box in the fuel rod arrangement in the cross section of the fuel assembly, the occurrence of liquid film dryout in the fuel assembly is prevented. can be suppressed. By suppressing the occurrence of liquid film dryout in the fuel assembly, the thermal margin of the fuel assembly can be improved, and the thermal output during operation of the nuclear power plant can be increased.

上記した第2の目的を達成する本発明の第2特徴は、複数の第2燃料棒は、上記の3列目に配置された複数の第3燃料棒、及び上記の2列目に配置された複数の第4燃料棒を含んでおり、第4燃料棒の燃料有効長は、第3燃料棒の燃料有効長よりも長くなっていることにある。 A second feature of the present invention for achieving the above second object is that the plurality of second fuel rods are arranged in the third row and the second row. and a plurality of fourth fuel rods, wherein the active fuel length of the fourth fuel rods is longer than the active fuel length of the third fuel rods.

第4燃料棒の燃料有効長が第3燃料棒の燃料有効長よりも長いので、燃料集合体内の核燃料物質の装荷量の低減を抑制することができる。 Since the effective fuel length of the fourth fuel rod is longer than the effective fuel length of the third fuel rod, it is possible to suppress the decrease in the amount of nuclear fuel material loaded in the fuel assembly.

好ましくは、第4燃料棒は、上記の2列目の4つの第2コーナーのそれぞれに配置された第1燃料棒を基点にした、チャンネルボックスの内面に沿った直交する二方向のそれぞれにおいて、それぞれの第2コーナーに配置された第1燃料棒から3本目に配置される以外にも、上記の2列目の4つの第2コーナーのそれぞれに配置された第1燃料棒を基点にした前記直交する二方向のそれぞれにおいて、それぞれの第2コーナーに配置された第1燃料棒から1本目及び2本目にも配置されていることが望ましい。 Preferably, the fourth fuel rods are arranged in each of two orthogonal directions along the inner surface of the channel box, starting from the first fuel rods arranged at each of the four second corners of the second row, In addition to being arranged in the third from the first fuel rods arranged at the respective second corners, the above-mentioned In each of the two orthogonal directions, it is desirable that the first and second fuel rods are also arranged from the first fuel rod arranged at the respective second corner.

第4燃料棒は、上記の直交する二方向のそれぞれにおいて、それぞれの第2コーナーに配置された第1燃料棒から3本目に配置される以外にも、上記の2列目における上記の直交する二方向のそれぞれにおいて、それぞれの第2コーナーに配置された第1燃料棒から1本目及び2本目にも配置されているため、燃料集合体における核燃料物質の装荷量の低減度合いは小さくなる。 The fourth fuel rod is located third from the first fuel rod located at the respective second corner in each of said two orthogonal directions, and in addition, said orthogonal fuel rod in said second row. In each of the two directions, the first and second fuel rods are arranged from the first fuel rod arranged at the respective second corner, so that the degree of reduction in the nuclear fuel material loading in the fuel assembly is small.

本発明の第1の特徴によれば、燃料集合体における液膜ドライアウトの発生を抑制することができる。 According to the first feature of the present invention, it is possible to suppress the occurrence of liquid film dryout in the fuel assembly.

本発明の第2の特徴によれば、燃料集合体内の核燃料物質の装荷量の低減を抑制することができる。 According to the second feature of the present invention, it is possible to suppress reduction in the amount of nuclear fuel material loaded in the fuel assembly.

本発明の好適な一実施例である、低減速スペクトル沸騰水型原子炉に適用される実施例1の燃料集合体の横断面図(図3のI-I断面図)である。FIG. 3 is a cross-sectional view (sectional view taken along line II in FIG. 3) of a fuel assembly of Example 1 applied to a low-speed spectrum boiling water reactor, which is a preferred example of the present invention; 図1に示す燃料集合体に含まれる各燃料棒における核分裂性プルトニウムの富化度を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing the enrichment of fissile plutonium in each fuel rod included in the fuel assembly shown in FIG. 1; 図1に示す燃料集合体の縦断面図(図1のIII-III断面図)である。FIG. 2 is a longitudinal sectional view (III-III sectional view in FIG. 1) of the fuel assembly shown in FIG. 1; 図1に示す燃料集合体が装荷される、低減速スペクトル沸騰水型原子力プラントの縦断面図である。2 is a longitudinal cross-sectional view of a low-speed spectrum boiling water nuclear power plant loaded with the fuel assemblies shown in FIG. 1; FIG. 図1に示す燃料集合体において部分長燃料棒の全てを全長燃料棒に替えた構成を有する燃料集合体の横断面における各燃料棒の発熱係数の分布を説明する説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining the distribution of the heat generation coefficient of each fuel rod in the cross section of the fuel assembly shown in FIG. 1 in which all the partial length fuel rods are replaced with full length fuel rods; 本発明の好適な他の実施例である、低減速スペクトル沸騰水型原子炉に適用される実施例2の燃料集合体の横断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of a fuel assembly of Example 2 applied to a low-speed spectrum boiling water nuclear reactor, which is another preferred example of the present invention; 図6に示す燃料集合体に含まれる各燃料棒における核分裂性プルトニウムの富化度を示す説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram showing the enrichment of fissile plutonium in each fuel rod included in the fuel assembly shown in FIG. 6; 図6に示す燃料集合体において部分長燃料棒の全てを全長燃料棒に替えた構成を有する燃料集合体の横断面における各燃料棒の発熱係数の分布を説明する説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining the distribution of the heat generation coefficient of each fuel rod in the cross section of the fuel assembly shown in FIG. 実施例2の燃料集合体(部分長燃料棒あり)及び部分長燃料棒を採用していない燃料集合体のそれぞれにおける冷却水の流量(炉心流量)とMCPRの関係を示す説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram showing the relationship between the flow rate of cooling water (core flow rate) and MCPR in each of the fuel assembly (with part-length fuel rods) and the fuel assembly not adopting the part-length fuel rods of Example 2; 本発明の好適な他の実施例である、低減速スペクトル沸騰水型原子炉に適用される実施例3の燃料集合体の横断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of a fuel assembly of Example 3 applied to a low-rate spectrum boiling water nuclear reactor, which is another preferred example of the present invention; 図10に示される燃料棒の横断面図である。Figure 11 is a cross-sectional view of the fuel rod shown in Figure 10; 従来例の燃料集合体の横断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of a fuel assembly of a conventional example;

発明者らは、角筒状のチャンネルボックス内における燃料棒配列が稠密の正方形格子状になっている燃料集合体における液膜ドライアウトの抑制について検討を行った。 The inventors have studied suppression of liquid film dryout in a fuel assembly in which fuel rods are arranged in a dense square grid in a rectangular tubular channel box.

そこで、発明者らは、この検討において、横断面が正方形状の角筒であるチャンネルボックス内に、複数の燃料棒が正方格子状に稠密に配置された従来の燃料集合体を想定した。この想定された従来の燃料集合体13Cを図12に示す。燃料集合体13Cは、低減速スペクトル沸騰水型原子力プラントの原子炉の炉心に装荷される。燃料集合体13Cは、横断面が正方形の角筒であるチャンネルボックス17内に、複数の燃料棒11Cを13行13列に配置している。これらの燃料棒11Cは、正方格子状に配置される。 Therefore, in this study, the inventors assumed a conventional fuel assembly in which a plurality of fuel rods are densely arranged in a square lattice in a channel box, which is a rectangular tube with a square cross section. FIG. 12 shows this assumed conventional fuel assembly 13C. The fuel assemblies 13C are loaded into the core of the reactor of a reduced-rate spectrum boiling water nuclear power plant. The fuel assembly 13C has a plurality of fuel rods 11C arranged in 13 rows and 13 columns in a channel box 17, which is a rectangular tube having a square cross section. These fuel rods 11C are arranged in a square lattice.

4本の支持ロッド12は、図12に示すように、燃料集合体13Cの横断面における燃料棒配列の、最外周領域(チャンネルボックス17の内面から1列目)の4つのコーナーのそれぞれに1本ずつ配置される。炉心に装荷された燃料集合体13Cの相互間には、飽和水が存在する水ギャップ領域39が形成される。水ギャップ領域39は、1体の燃料集合体13Cのチャンネルボックス17の4つの側面、すなわち、外面のそれぞれに面して存在している。燃料集合体13Cの相互間に形成された水ギャップ領域39には、横断面が十字形をした制御棒34が挿入される。 As shown in FIG. 12, the four support rods 12 are arranged at each of the four corners of the outermost peripheral region (the first row from the inner surface of the channel box 17) of the fuel rod arrangement in the cross section of the fuel assembly 13C. Arranged by book. A water gap region 39 where saturated water exists is formed between the fuel assemblies 13C loaded in the core. The water gap region 39 exists on each of the four side surfaces of the channel box 17 of the single fuel assembly 13C, that is, the outer surface. A control rod 34 having a cruciform cross section is inserted into a water gap region 39 formed between the fuel assemblies 13C.

この燃料集合体13Cでは、核分裂性プルトニウムの富化度が高い複数の燃料棒11Cが横断面の中央部に配置され、ガドリニア等の可燃性毒物を含む他の複数の燃料棒11Cが最外周領域に配置される。その横断面の中央部においては、高富化度の核分裂性プルトニウムを含む燃料棒11Cが稠密に配置されているため、減速材となる冷却水(軽水)が少なくなり、熱中性子束が小さく(すなわち、中性子スペクトルが硬く)なる。 In this fuel assembly 13C, a plurality of fuel rods 11C highly enriched in fissile plutonium are arranged in the central portion of the cross section, and a plurality of other fuel rods 11C containing burnable poisons such as gadolinia are arranged in the outermost region. placed in In the central part of the cross section, since the fuel rods 11C containing highly enriched fissile plutonium are densely arranged, the amount of cooling water (light water) that acts as a moderator is reduced, and the thermal neutron flux is small (i.e. , the neutron spectrum becomes stiff).

一方、炉心内に装荷された燃料集合体13C相互間に存在する水ギャップ領域に近い、燃料集合体13Cの外周部では、水ギャップ領域39内の冷却水の影響を受けて中性子スペクトルが柔らかくなる。このため、核分裂性プルトニウムの核分裂反応は、燃料集合体13Cの横断面の外周部で活発になり、燃料棒配列の、チャンネルボックス17の内面から2列目及び3列目に配置されたそれぞれの燃料棒11Cの出力が高くなる。このような状態は、原子力プラントの運転サイクルを通して継続される。燃料集合体13Cの外周部に配置された特定の燃料棒11Cの出力が高くなることによって、その燃料棒11Cの焼損につながる、燃料棒11Cの外面が乾く現象(液膜ドライアウト)が発生する。このため、原子炉の運転上の熱的余裕のボトルネックとなり、燃料集合体13Cの定格運転出力に制限を与えることになる。 On the other hand, in the outer periphery of the fuel assembly 13C, which is close to the water gap region existing between the fuel assemblies 13C loaded in the core, the neutron spectrum is softened under the influence of the cooling water in the water gap region 39. . For this reason, the nuclear fission reaction of fissile plutonium becomes active in the outer peripheral portion of the cross section of the fuel assembly 13C, and the respective fuel rod arrays arranged in the second and third rows from the inner surface of the channel box 17 of the fuel rod array. The power of fuel rod 11C is increased. Such conditions continue throughout the operating cycle of the nuclear plant. When the output of specific fuel rods 11C arranged on the outer periphery of the fuel assembly 13C increases, a phenomenon (liquid film dryout) occurs in which the outer surface of the fuel rods 11C dries up, leading to burnout of the fuel rods 11C. . For this reason, it becomes a bottleneck of the thermal margin in the operation of the nuclear reactor, and limits the rated operating output of the fuel assembly 13C.

発明者らは、このような問題を解消する対策を検討した結果、燃料集合体の横断面における燃料棒配列の、チャンネルボックスの内面から2列目及び3列目のそれぞれに、部分長燃料棒を配置することによって、燃料集合体における燃料棒での液膜ドライアウトの発生を抑制できることを見出した。 As a result of studying measures to solve such a problem, the inventors have found that part-length fuel rods are arranged in the second row and the third row from the inner surface of the channel box in the fuel rod arrangement in the cross section of the fuel assembly. , it is possible to suppress the occurrence of liquid film dryout in the fuel rods in the fuel assembly.

さらに、好ましくは、部分長燃料棒を有する燃料集合体における核燃料物質の装荷量を、より多くすることが望ましい。 Further, it is desirable to have a higher loading of nuclear fuel material in fuel assemblies having part length rods.

以上の検討結果を考慮した本発明の実施例を以下に説明する。以下に説明する本発明の実施例は、沸騰水型原子炉である低減速スペクトル沸騰水型原子炉に適用することができる。この低減速スペクトル沸騰水型原子炉は、冷却材として冷却水を使用し、再循環ポンプで冷却水を、原子炉圧力容器外へ流出させ、再び、原子炉圧力容器内へ流入させることにより、冷却水を循環させる沸騰水型原子炉(BWR)、インターナルポンプを有し、冷却水を原子炉圧力容器の内部で循環させる改良型沸騰水型原子炉(ABWR)、及びABWRにおけるインターナルポンプを使用しない、高経済性単純化沸騰水型原子炉(ESBWR)などに適用される低減速スペクトル沸騰水型原子炉を含んでいる。 An embodiment of the present invention in consideration of the above study results will be described below. Embodiments of the present invention described below can be applied to a reduced-rate spectrum boiling water reactor, which is a boiling water reactor. This derate spectrum boiling water reactor uses cooling water as a coolant, and a recirculation pump causes the cooling water to flow out of the reactor pressure vessel and back into the reactor pressure vessel. A boiling water reactor (BWR) that circulates cooling water, an advanced boiling water reactor (ABWR) that has an internal pump and circulates cooling water inside a reactor pressure vessel, and an internal pump in the ABWR including reduced-rate spectrum boiling water reactor applications such as high economy simplified boiling water reactors (ESBWR) that do not use

本発明の好適な一実施例である低減速スペクトル沸騰水型原子力プラントに用いられる実施例1の燃料集合体を、図1、図2、図3、及び図4を用いて説明する。 A fuel assembly of Example 1 used in a low speed spectrum boiling water nuclear power plant, which is a preferred example of the present invention, will be described with reference to FIGS. 1, 2, 3 and 4. FIG.

まず。本実施例の燃料集合が炉心に装荷される低減速スペクトル沸騰水型原子力プラント20の原子炉の構造を、図4に基づいて説明する。この低減速スペクトル沸騰水型原子力プラント20の原子炉21は、ABWRである。 first. The structure of the nuclear reactor of the low-rate spectrum boiling water nuclear power plant 20 in which the fuel assemblies of this embodiment are loaded into the core will be described with reference to FIG. The reactor 21 of this reduced speed spectrum boiling water nuclear power plant 20 is an ABWR.

この原子炉21は、原子炉圧力容器22を有し、複数の燃料集合体13(図1、図2及び図3参照)が装荷された炉心23を原子炉圧力容器22内に配置している。原子炉圧力容器22内において、円筒状の炉心シュラウド24が炉心23を取り囲み、炉心23の上方に配置されたシュラウドヘッド25が炉心シュラウド24の上端部に設置される。複数の気水分離器28が、シュラウドヘッド25に取り付けられ、上方に向かって伸びている。さらに、蒸気乾燥器29が、気水分離器28の上方で原子炉圧力容器22内に設置される。環状のダウンカマ32が、炉心シュラウド24の外面と原子炉圧力容器22の内面の間に形成される。ダウンカマ32内に配置されたインターナルポンプ26が、原子炉圧力容器22の底部を貫通して下方に向かって伸びており、原子炉圧力容器22の底部に取り付けられる。インターナルポンプ26がインペラ27を有する。主蒸気配管37及び給水配管38が、原子炉圧力容器22に接続される。 This nuclear reactor 21 has a reactor pressure vessel 22, and a core 23 loaded with a plurality of fuel assemblies 13 (see FIGS. 1, 2 and 3) is arranged in the reactor pressure vessel 22. . Inside the reactor pressure vessel 22 , a cylindrical core shroud 24 surrounds a core 23 , and a shroud head 25 positioned above the core 23 is installed at the upper end of the core shroud 24 . A plurality of steam separators 28 are attached to the shroud head 25 and extend upwardly. Additionally, a steam dryer 29 is installed within the reactor pressure vessel 22 above the steam separator 28 . An annular downcomer 32 is formed between the outer surface of the core shroud 24 and the inner surface of the reactor pressure vessel 22 . An internal pump 26 located within the downcomer 32 extends downwardly through the bottom of the reactor pressure vessel 22 and is attached to the bottom of the reactor pressure vessel 22 . An internal pump 26 has an impeller 27 . A main steam line 37 and a feedwater line 38 are connected to the reactor pressure vessel 22 .

上部格子板30が、炉心23の上方に配置されて炉心シュラウド24の内面に取り付けられる。炉心支持板31が、炉心23の下方に配置されて炉心シュラウド24の内面に取り付けられる。複数の燃料支持金具33が炉心支持板31に設置される。 An upper grid plate 30 is positioned above the core 23 and attached to the inner surface of the core shroud 24 . A core support plate 31 is positioned below the core 23 and attached to the inner surface of the core shroud 24 . A plurality of fuel support fittings 33 are installed on the core support plate 31 .

下部プレナム36が、原子炉圧力容器22内で炉心23の下方に形成される。下部プレナム36には、複数の制御棒案内管(図示せず)が配置される。中性子吸収材(例えば、ボロンカーバイト)が充填された複数の中性子吸収棒を有し、横断面の形状が十字形である各制御棒34が、それぞれの制御棒案内管内に別々に配置される。複数の制御棒駆動機構35が原子炉圧力容器22の底部に設置されて原子炉圧力容器22の底部から下方に向かって伸びており、各制御棒駆動機構35が制御棒34に別々に連結される。 A lower plenum 36 is formed within the reactor pressure vessel 22 below the core 23 . A plurality of control rod guide tubes (not shown) are disposed in the lower plenum 36 . Each control rod 34 having a plurality of neutron-absorbing rods filled with a neutron-absorbing material (e.g., boron carbide) and having a cross-sectional shape of a cross is separately arranged in a respective control-rod guide tube. . A plurality of control rod drive mechanisms 35 are installed at the bottom of the reactor pressure vessel 22 and extend downward from the bottom of the reactor pressure vessel 22 , each control rod drive mechanism 35 being separately connected to the control rods 34 . be.

炉心23に装荷された燃料集合体13は、図3に示すように、複数の燃料棒11、下部タイプレート(下部燃料支持部材)14、上部タイプレート(上部燃料支持部材)15、軸方向に配置される複数の燃料スペーサ18及びチャンネルボックス17を有する。燃料集合体13は、ウラン酸化物及びプルトニウム酸化物の混合酸化物燃料(MOX燃料)を含むMOX燃料集合体である。 As shown in FIG. 3, the fuel assemblies 13 loaded in the core 23 are composed of a plurality of fuel rods 11, a lower tie plate (lower fuel support member) 14, an upper tie plate (upper fuel support member) 15, and axially It has a plurality of fuel spacers 18 and channel boxes 17 arranged therein. The fuel assembly 13 is a MOX fuel assembly containing mixed oxide fuel (MOX fuel) of uranium oxide and plutonium oxide.

各燃料棒11は、被覆管(図示せず)を有し、この被覆管の下端部を下部端栓(図示せず)で封鎖して被覆管の上端部を上部端栓(図示せず)で封鎖しており、核燃料物質(MOX燃料)を含む複数の燃料ペレット(図示せず)を被覆管内に充填して構成される。ガスプレナム(図示せず)が、被覆管内で、それらの燃料ペレットが充填された核燃料物質充填領域の上方に形成される。各燃料棒11の下端部は下部タイプレート14に支持され、各燃料棒11の上端部は上部タイプレート15に支持される。上部タイプレート15にはハンドル16が設けられる。 Each fuel rod 11 has a cladding tube (not shown), the lower end of which is closed with a lower end plug (not shown) and the upper end of the cladding tube is closed with an upper end plug (not shown). The cladding tube is filled with a plurality of fuel pellets (not shown) containing nuclear fuel material (MOX fuel). A gas plenum (not shown) is formed within the cladding tube above the nuclear fuel material loading region filled with those fuel pellets. A lower end of each fuel rod 11 is supported by a lower tie plate 14 and an upper end of each fuel rod 11 is supported by an upper tie plate 15 . A handle 16 is provided on the upper tie plate 15 .

各燃料棒11は、軸方向に配置された複数の燃料スペーサ18によって束ねられている。束ねられた燃料棒11は、上端部が上部タイプレート15に取り付けられて下方に向かって伸びるチャンネルボックス17内に配置される。チャンネルボックス17は、横断面が正方形状の角筒である。165本の燃料棒11が、13行13列で、チャンネルボックス17内に正方格子状に配置される。冷却水通路19が燃料棒11の相互間に形成される。燃料棒11の直径、すなわち、被覆管の外径は8.0mmである。 Each fuel rod 11 is bundled by a plurality of fuel spacers 18 arranged in the axial direction. The bundled fuel rods 11 are placed in a downwardly extending channel box 17 having its upper end attached to an upper tie plate 15 . The channel box 17 is a square cylinder with a square cross section. 165 fuel rods 11 are arranged in a square lattice in the channel box 17 with 13 rows and 13 columns. Cooling water passages 19 are formed between the fuel rods 11 . The diameter of the fuel rod 11, that is, the outer diameter of the cladding tube is 8.0 mm.

燃料集合体13は、燃料棒11以外に4本の支持ロッド12を有している。4本の支持ロッド12は、図1に示すように、燃料集合体13の横断面における燃料棒配列の、最外周領域(チャンネルボックス17の内面から1列目)の4つのコーナーのそれぞれに1本ずつ配置される。各支持ロッド12は、金属製であり、中性子吸収断面積が小さい金属で製造することが望ましい。支持ロッド12は核燃料物質を含んでいない。支持ロッド12の下端部は、下部タイプレート14にねじ込まれ、下部タイプレート14に取り付けられる。支持ロッド12の上端部は、上部タイプレート15に形成された孔部内に挿入されて上部タイプレート15に保持される。各支持ロッド12は、各燃料スペーサ18を軸方向において所定の位置に保持する役割を担っている。 The fuel assembly 13 has four support rods 12 in addition to the fuel rods 11 . As shown in FIG. 1, the four support rods 12 are arranged at each of the four corners of the outermost peripheral region (the first row from the inner surface of the channel box 17) of the fuel rod arrangement in the cross section of the fuel assembly 13. Arranged by book. Each support rod 12 is made of metal and is preferably made of a metal with a low neutron absorption cross section. Support rods 12 do not contain nuclear fuel material. The lower ends of the support rods 12 are threaded into and attached to the lower tie plate 14 . The upper ends of the support rods 12 are inserted into holes formed in the upper tie plate 15 and held by the upper tie plate 15 . Each support rod 12 serves to hold each fuel spacer 18 axially in place.

炉心23に装荷された燃料集合体13の下部タイプレート14は、炉心支持板31に設置された燃料支持金具33によって支持される。この燃料支持金具33は、1個当たり、4体の燃料集合体13の下部タイプレート14を支持する。1個の燃料支持金具33に下部タイプレート14が支持される4体の燃料集合体13のそれぞれのチャンネルボックス17の上端部は、上部格子板30に形成された1つの升目内に挿入される。上部格子板30には、上部格子板30を貫通する、横断面が正方形の複数の升目が形成されている。各升目内には、各燃料支持金具によって支持された4体の燃料集合体13のそれぞれの上端部が挿入され、それぞれの上端部が上部格子板30によって支持されている。 The lower tie plate 14 of the fuel assemblies 13 loaded in the core 23 is supported by fuel support fittings 33 installed on the core support plate 31 . Each fuel support fitting 33 supports the lower tie plates 14 of four fuel assemblies 13 . The upper ends of the channel boxes 17 of each of the four fuel assemblies 13 in which the lower tie plate 14 is supported by one fuel support fitting 33 are inserted into one square formed in the upper lattice plate 30. . The upper grid plate 30 is formed with a plurality of grids having a square cross section and passing through the upper grid plate 30 . The upper end portions of the four fuel assemblies 13 supported by the respective fuel support metal fittings are inserted into the respective squares, and the upper end portions of the respective fuel assemblies 13 are supported by the upper lattice plate 30 .

炉心23に装荷された燃料集合体13の相互間には、図12に示された燃料集合体13Cの相互間と同様に、飽和水が存在する水ギャップ領域39が形成される。この水ギャップ領域39は、1体の燃料集合体13のチャンネルボックス17の4つの側面のそれぞれに面して存在している。制御棒駆動機構35に連結された制御棒34は、燃料支持金具33の中央部に形成されてこの燃料支持金具33を貫通している横断面が十字形の制御棒挿入孔(図示せず)を通して、燃料支持金具33に支持された4体の燃料集合体13の相互間に挿入される。この制御棒34の、燃料集合体13の相互間への挿入及び燃料集合体13の相互間からの引き抜きのそれぞれは、制御棒駆動機構35によって行われる。燃料集合体13の相互間に挿入された制御棒34は、水ギャップ領域39内に存在する。 A water gap region 39 in which saturated water exists is formed between the fuel assemblies 13 loaded in the core 23, similarly to between the fuel assemblies 13C shown in FIG. This water gap region 39 exists facing each of the four side surfaces of the channel box 17 of the single fuel assembly 13 . A control rod 34 connected to a control rod drive mechanism 35 is inserted through a control rod insertion hole (not shown) which is formed in the center of the fuel support fitting 33 and penetrates the fuel support fitting 33 and has a cross-shaped cross section. The fuel assemblies 13 are inserted between the four fuel assemblies 13 supported by the fuel support fittings 33 through the holes. The insertion of the control rods 34 between the fuel assemblies 13 and the withdrawal of the control rods 34 from between the fuel assemblies 13 are performed by a control rod drive mechanism 35 . The control rods 34 inserted between the fuel assemblies 13 are present within the water gap region 39 .

燃料集合体13の横断面における、チャンネルボックス17内での複数の燃料棒11の配置を、図1を用いて具体的に説明する。燃料集合体13内の複数の燃料棒11は、燃料棒1,2,3,4,5,6,7及び8を含んでいる。燃料集合体13内における燃料棒1~8のそれぞれの本数は図2に示されている。燃料棒1は12本、燃料棒2は16本、燃料棒3は8本、燃料棒4は8本、燃料棒5は4本、燃料棒6は89本、燃料棒7は8本及び燃料棒8は20本である。 The arrangement of the plurality of fuel rods 11 within the channel box 17 in the cross section of the fuel assembly 13 will be specifically described with reference to FIG. The plurality of fuel rods 11 within the fuel assembly 13 includes fuel rods 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 and 8. The respective number of fuel rods 1-8 in fuel assembly 13 is shown in FIG. 12 fuel rods 1, 16 fuel rods 2, 8 fuel rods 3, 8 fuel rods 4, 4 fuel rods 5, 89 fuel rods 6, 8 fuel rods 7 and fuel The number of bars 8 is twenty.

複数の燃料棒11のうち、全長燃料棒である燃料棒1~4,6及び8のそれぞれは、下端部が下部タイプレート14に支持されており、上端部が上部タイプレート15に支持されている。燃料棒1~4,6及び8のそれぞれにおける核燃料物質充填領域の軸方向の長さ、すなわち、燃料有効長は同じである。なお、燃料棒5及び7は、下端部が下部タイプレート14に支持されているが、上端部が上部タイプレート15に支持されていない。燃料棒5及び7のそれぞれの燃料有効長は燃料棒1~4,6及び8のそれぞれの燃料有効長よりも短くなっており、燃料棒5及び7のそれぞれは部分長燃料棒である。燃料棒5及び7のそれぞれの燃料有効長は燃料棒1~4,6及び8のそれぞれの燃料有効長の1/2よりも長くなっており、燃料棒7の燃料有効長は燃料棒5の燃料有効長よりも長い。燃料棒5の燃料有効長は燃料棒1~4,6及び8のそれぞれの燃料有効長の2/3であり、燃料棒7の燃料有効長は燃料棒1~4,6及び8のそれぞれの燃料有効長の9/10である。 Of the plurality of fuel rods 11, the fuel rods 1 to 4, 6 and 8, which are full-length fuel rods, have their lower ends supported by the lower tie plate 14 and their upper ends supported by the upper tie plate 15. there is The axial length of the nuclear fuel material filling region in each of the fuel rods 1-4, 6 and 8, that is, the active fuel length is the same. The fuel rods 5 and 7 are supported by the lower tie plate 14 at their lower ends, but are not supported by the upper tie plate 15 at their upper ends. The active fuel length of each of fuel rods 5 and 7 is less than the active fuel length of each of fuel rods 1-4, 6 and 8, and each of fuel rods 5 and 7 is a part length fuel rod. The effective fuel length of each of the fuel rods 5 and 7 is longer than 1/2 of the effective fuel length of each of the fuel rods 1-4, 6 and 8, and the effective fuel length of the fuel rod 7 is longer than that of the fuel rod 5. Longer than the fuel effective length. The effective fuel length of the fuel rod 5 is 2/3 of the effective fuel length of the fuel rods 1-4, 6 and 8, and the effective fuel length of the fuel rod 7 is the effective fuel length of the fuel rods 1-4, 6 and 8. It is 9/10 of the fuel effective length.

長尺の部分長燃料棒(例えば、燃料棒7)の燃料有効長をL1、短尺の部分長燃料棒(例えば、燃料棒5)の燃料有効長をL2としたとき、下記の式(1)を満たすように、燃料有効長L1及びL2のそれぞれを決めることができる。 When L1 is the effective fuel length of the long part-length fuel rod (for example, the fuel rod 7) and L2 is the effective fuel length of the short part-length fuel rod (for example, the fuel rod 5), the following equation (1) is obtained. Each of the effective fuel lengths L1 and L2 can be determined so as to satisfy

{(L-L1)×n1+(L-L2)×n2}/(L×n)≦0.072 …(1)
ただし、Lは、燃料棒1~4,6及び8のそれぞれが該当する全長燃料棒の燃料有効長であり、n1は長尺の部分長燃料棒(例えば、燃料棒7)の本数、n2は短尺の部分長燃料棒(例えば、燃料棒5)の本数、及びnは燃料集合体13に含まれる全燃料棒の本数である。
{(L−L1)×n1+(L−L2)×n2}/(L×n)≦0.072 (1)
However, L is the active fuel length of full-length fuel rods corresponding to each of fuel rods 1 to 4, 6 and 8, n1 is the number of long part-length fuel rods (for example, fuel rod 7), and n2 is The number of short part-length rods (eg, fuel rods 5 ) and n is the number of total fuel rods contained in the fuel assembly 13 .

式(1)は、部分長燃料棒が存在しない燃料集合体内の全ての全長燃料の燃料有効長の合計(L×n)に対する、燃料有効長が異なる2種類の部分長燃料棒を燃料集合体内に配置することによって生じる燃料有効長の減少長さの合計((L-L1)×n1+(L-L2)×n2)の割合が、7.2%以下になるように、長尺の部分長燃料棒の燃料有効長L1、及び短尺の部分長燃料棒の燃料有効長L2を設定することを表している。 Equation (1) calculates the sum of effective fuel lengths (L×n) of all full-length fuels in a fuel assembly in which there are no partial-length fuel rods. Long partial length so that the total reduction length of fuel effective length caused by arranging It represents setting the effective fuel length L1 of the fuel rod and the effective fuel length L2 of the short partial length fuel rod.

式(1)を満足すれば、長尺の部分長燃料棒の燃料有効長L1は9L/10以外の燃料有効長でもよく、短尺の部分長燃料棒の燃料有効長L2は2L/3以外の燃料有効長でもよい。 If the formula (1) is satisfied, the effective fuel length L1 of the long partial-length fuel rods may be other than 9L/10, and the effective fuel length L2 of the short partial-length fuel rods may be other than 2L/3. It may be the fuel effective length.

式(1)による、短尺の部分長燃料棒(例えば、燃料棒5)の燃料有効長L2及び長尺の部分長燃料棒(例えば、燃料棒7)の燃料有効長L1のそれぞれを決定する具体的な手法について説明する。燃料集合体に対する炉心性能計算により、その燃料集合体の横断面における発熱係数の分布(例えば、図5参照)を求めて、燃料集合体の横断面における、短尺の部分長燃料棒及び長尺の部分長燃料棒のそれぞれを配置する位置を決定する。さらに、決定した、短尺の部分長燃料棒及び長尺の部分長燃料棒のそれぞれを配置する位置に基づいて、短尺の部分長燃料棒の本数(n2)及び長尺の部分長燃料棒の本数(n1)を確定する。その後、式(1)に、全長燃料棒の燃料有効長L、燃料集合体内の燃料棒の全てを全長燃料棒としたときにおけるこの全長燃料棒の本数n、長尺の部分長燃料棒の本数n1及び短尺の部分長燃料棒の本数n2を代入し、さらに、燃料有効長L1及び燃料有効長L2のいずれか一方(例えば、燃料有効長L2)に任意の値を代入することによって、任意の値を代入しなかった他方の燃料有効長(例えば、燃料有効長L1)を算出する。このような式(1)の計算を数パターン実施することによって、網羅的に、最適な燃料有効長L1及び燃料有効長L2のそれぞれの長さを確認し、MCPRが基準値(設計値)を満たした状態で、長尺部分長燃料棒及び短尺部分長燃料棒のそれぞれの燃料有効長L1,L2が最大化されるように決定される。 Specifics for determining each of the effective fuel length L2 of the short part-length rods (e.g., fuel rods 5) and the effective fuel length L1 of the long part-length rods (e.g., fuel rods 7) according to equation (1): method. By calculating the core performance for the fuel assembly, the distribution of the heating coefficient in the cross section of the fuel assembly (see, for example, FIG. 5) is obtained, and the short partial length fuel rods and the long length fuel rods Determine where to place each of the part length rods. Further, the number of short part-length fuel rods (n2) and the number of long part-length fuel rods are determined based on the determined positions for arranging the short part-length fuel rods and the long part-length fuel rods. Determine (n1). After that, the effective fuel length L of the full-length fuel rods, the number n of full-length fuel rods when all the fuel rods in the fuel assembly are full-length fuel rods, and the number of long partial-length fuel rods are added to the equation (1). By substituting n1 and the number n2 of short partial length fuel rods, and further substituting an arbitrary value for either one of the effective fuel length L1 and the effective fuel length L2 (for example, the effective fuel length L2), an arbitrary The other effective fuel length (for example, effective fuel length L1) for which no value is substituted is calculated. By carrying out several patterns of calculation of such formula (1), the lengths of the optimum effective fuel length L1 and the optimum fuel effective length L2 are comprehensively confirmed, and MCPR determines the reference value (design value). In the filled condition, the active fuel lengths L1 and L2 of the long and short part length rods, respectively, are determined to be maximized.

燃料棒1~7のそれぞれは、密封された被覆管内に核燃料物質であるMOX燃料を充填しており、その核燃料物質には可燃性毒物が含まれていない。燃料棒1~7のそれぞれにおけるMOX燃料の核分裂性Puの富化度を、図2に基づいて以下に述べる。燃料棒1における核分裂性Puの富化度は3.6wt%であり、燃料棒2における核分裂性Puの富化度は5.0wt%であり、燃料棒3における核分裂性Puの富化度は6.2wt%であり、燃料棒4における核分裂性Puの富化度は8.8wt%であり、燃料棒5における核分裂性Puの富化度は11.5wt%であり、燃料棒6及び7のそれぞれにおける核分裂性Puの富化度は12.1wt%である。また、燃料棒8は、核燃料物質である、例えば、劣化ウランを充填しており、可燃性毒物として、例えば、ガドリニウム(Gd)を含んでいる。燃料棒8におけるガドリニウムの濃度は9.0wt%である。なお、燃料棒8は、核分裂性Puを含んでいない。 Each of the fuel rods 1 to 7 is filled with MOX fuel, which is a nuclear fuel material, in a sealed cladding tube, and the nuclear fuel material does not contain burnable poison. The fissile Pu enrichment of the MOX fuel in each of the fuel rods 1-7 is described below with reference to FIG. The fissile Pu enrichment in the fuel rod 1 is 3.6 wt%, the fissile Pu enrichment in the fuel rod 2 is 5.0 wt%, and the fissile Pu enrichment in the fuel rod 3 is 6.2 wt%, the fissile Pu enrichment in fuel rod 4 is 8.8 wt%, the fissile Pu enrichment in fuel rod 5 is 11.5 wt%, fuel rods 6 and 7 The fissionable Pu enrichment in each is 12.1 wt%. The fuel rods 8 are filled with nuclear fuel material such as depleted uranium, and contain burnable poison such as gadolinium (Gd). The concentration of gadolinium in the fuel rods 8 is 9.0 wt%. The fuel rods 8 do not contain fissile Pu.

燃料棒6及び7は、燃料集合体13内で、核分裂性Puの富化度が最も大きくなっている。燃料棒5は、燃料棒6及び7のそれぞれの次に、核分裂性Puの富化度が大きくなっている。燃料棒4,3,2及び1のそれぞれの核分裂性Puの富化度は、燃料棒5の分裂性Puの富化度よりも小さくなっており、燃料棒4,3,2及び1の順番に小さくなっている。 The fuel rods 6 and 7 have the highest enrichment of fissile Pu in the fuel assembly 13 . Fuel rod 5 has the next highest enrichment of fissile Pu after fuel rods 6 and 7, respectively. The fissile Pu enrichment of each of the fuel rods 4, 3, 2 and 1 is smaller than the fissile Pu enrichment of the fuel rod 5, and the order of the fuel rods 4, 3, 2 and 1 is is smaller than

上記の核分裂性Puの各富化度の値、及び可燃性毒物の濃度の値は、燃料棒1~8のそれぞれを含む、燃焼度0GWd/tの燃料集合体13における値である。燃焼度0GWd/tの燃料集合体13は、新燃料集合体であり、原子炉の運転を経験していない燃料集合体である。 The above fissile Pu enrichment values and burnable poison concentration values are values in the fuel assembly 13 with a burnup of 0 GWd/t, which includes each of the fuel rods 1-8. The fuel assembly 13 with a burnup of 0 GWd/t is a new fuel assembly, and is a fuel assembly that has not experienced the operation of a nuclear reactor.

燃料集合体13の横断面における、燃料棒1~8のそれぞれの配置位置について説明する。 The arrangement positions of the fuel rods 1 to 8 in the cross section of the fuel assembly 13 will be explained.

燃料棒1は、チャンネルボックス17内の燃料棒配列の最外周領域、及びチャンネルボックス17の内面から2列目に配置される。燃料集合体13の横断面における、制御棒34に面するコーナー部では、最外周領域の4つのコーナーのそれぞれに配置された支持ロッド12を基点にした、チャンネルボックス17の内面に沿った直交する二方向のそれぞれにおいて、燃料棒1は、その最外周領域内で支持ロッド12から2本目に配置される。さらに、制御棒34に面するコーナー部では、燃料棒1は、上記の2列目のコーナーにも配置される。このような制御棒34に面するコーナー部における、最外周領域及び2列目の燃料棒1の配置は、制御棒34に面するコーナー部以外の、燃料集合体13の横断面における他の3つのコーナー部においても行われている。 The fuel rods 1 are arranged in the outermost peripheral region of the fuel rod arrangement in the channel box 17 and in the second row from the inner surface of the channel box 17 . At the corners facing the control rods 34 in the transverse cross section of the fuel assembly 13, perpendicular lines along the inner surface of the channel box 17 with the support rods 12 arranged at each of the four corners of the outermost peripheral region as base points In each of the two directions, fuel rod 1 is positioned second from support rod 12 in its outermost region. Furthermore, at the corners facing the control rods 34, the fuel rods 1 are also arranged at the corners of the second row. The arrangement of the outermost peripheral region and the second row of fuel rods 1 at the corner portion facing the control rods 34 is the same as the other three positions in the cross section of the fuel assembly 13 other than the corner portion facing the control rods 34 . It is also done in two corners.

制御棒34に面するコーナー部では、最外周領域内での、チャンネルボックス17の内面に沿った直交する二方向のそれぞれにおいて、燃料棒8は、支持ロッド12と燃料棒1の間に配置される。また、最外周領域内での、その直交する二方向において、他の燃料棒8が、支持ロッド12に隣接する燃料棒8に隣接している燃料棒1に、隣接して配置される。このような制御棒34に面するコーナー部における、最外周領域の燃料棒8の配置は、制御棒34に面するコーナー部以外の、燃料集合体13の横断面における他の3つのコーナー部においても行われている。他の燃料棒8は、最外周領域において、支持ロッド12及び燃料棒1のそれぞれに隣接している燃料棒8とは反対側で、その燃料棒1に隣接している。において、さらに、燃料棒8は、その最外周領域において、4本の支持ロッド12で形成される正方形の各片の中央部にも配置される。燃料集合体13では、燃料棒8は最外周領域だけに配置されている。 At the corners facing the control rods 34, the fuel rods 8 are arranged between the support rods 12 and the fuel rods 1 in each of two orthogonal directions along the inner surface of the channel box 17 within the outermost peripheral region. be. Also, within the outermost peripheral region, other fuel rods 8 are arranged adjacent to the fuel rods 1 adjacent to the fuel rods 8 adjacent to the support rods 12 in the two orthogonal directions thereof. The arrangement of the fuel rods 8 in the outermost peripheral region at the corners facing the control rods 34 is different from the corners facing the control rods 34 at the other three corners in the cross section of the fuel assembly 13. is also being done. Other fuel rods 8 adjoin fuel rods 1 on opposite sides of fuel rods 8 adjoining support rods 12 and fuel rods 1, respectively, in the outermost region. , the fuel rods 8 are also arranged in the central part of each square piece formed by the four support rods 12 in their outermost peripheral region. In the fuel assembly 13, the fuel rods 8 are arranged only in the outermost peripheral region.

燃料棒3は、燃料集合体13の横断面における燃料棒配列の、チャンネルボックス17の内面から2列目に配置される。制御棒34に面するコーナー部では、2列目のコーナーに配置された燃料棒1を基点にした、その内面に沿った直交する二方向のそれぞれにおいて、燃料棒3は、2列目のコーナーに配置された燃料棒1に隣接して配置される。制御棒34に面するコーナー部以外の、他の3つのコーナー部においても、燃料棒3は、制御棒34に面するコーナー部と同様に配置される。 The fuel rods 3 are arranged in the second row from the inner surface of the channel box 17 in the fuel rod array in the cross section of the fuel assembly 13 . At the corner portion facing the control rod 34, the fuel rods 3 are positioned at the corners of the second row in each of the two orthogonal directions along the inner surface of the fuel rods 1 arranged at the corners of the second row. are arranged adjacent to the fuel rods 1 arranged in the . Besides the corners facing the control rods 34, the fuel rods 3 are arranged in the same manner as the corners facing the control rods 34 at the other three corners.

燃料棒4は、燃料集合体13の横断面における燃料棒配列の、チャンネルボックス17の内面から2列目に配置される。制御棒34に面するコーナー部では、2列目のコーナーに配置された燃料棒1を基点にしたその直交する二方向のそれぞれにおいて、燃料棒4は、2列目に配置された前述の燃料棒3に隣接して配置される。制御棒34に面するコーナー部以外の、他の3つのコーナー部においても、燃料棒4は、制御棒34に面するコーナー部と同様に配置される。 The fuel rods 4 are arranged in the second row from the inner surface of the channel box 17 in the fuel rod array in the cross section of the fuel assembly 13 . At the corner facing the control rod 34, in each of the two orthogonal directions with the fuel rod 1 arranged in the corner of the second row as the base point, the fuel rod 4 Located adjacent to bar 3 . At the three corners other than the corners facing the control rods 34, the fuel rods 4 are arranged in the same way as at the corners facing the control rods 34. FIG.

燃料棒5は、燃料集合体13の横断面における燃料棒配列の、チャンネルボックス17の内面から3列目に配置される。制御棒34に面するコーナー部では、燃料棒5は、3列目のコーナーに配置される。具体的には、制御棒34に面するコーナー部以外の、他の3つのコーナー部においても、燃料棒5は、制御棒34に面するコーナー部と同様に配置される。 The fuel rods 5 are arranged in the third row from the inner surface of the channel box 17 in the fuel rod array in the cross section of the fuel assembly 13 . At the corners facing the control rods 34, the fuel rods 5 are arranged in the corners of the third row. Specifically, the fuel rods 5 are arranged in the same manner as the corners facing the control rods 34 at the three corners other than the corners facing the control rods 34 .

燃料棒7は、燃料集合体13の横断面における燃料棒配列の、チャンネルボックス17の内面から2列目に配置される。その2列目では、燃料棒7は、燃料棒3とは反対側で燃料棒4に隣接して配置される。 The fuel rods 7 are arranged in the second row from the inner surface of the channel box 17 in the fuel rod array in the cross section of the fuel assembly 13 . In the second row, the fuel rods 7 are arranged adjacent to the fuel rods 4 on the opposite side of the fuel rods 3 .

複数の燃料棒6は、最外周領域に配置されていなく、複数の燃料棒7と共に、燃料集合体13の横断面における上記した4つのコーナー部を含まない、燃料集合体13の横断面における、燃料棒配列の上記2列目から燃料集合体13の中心軸側の中央領域に配置される。 The plurality of fuel rods 6 are not arranged in the outermost peripheral region, and together with the plurality of fuel rods 7, the cross section of the fuel assembly 13, which does not include the above-described four corner portions in the cross section of the fuel assembly 13, It is arranged in the central region on the central axis side of the fuel assembly 13 from the second row of the fuel rod arrangement.

上記のように配置された燃料棒1~8は、燃料集合体13の横断面において、燃料集合体13の中心軸を中心に、点対称となるように配置されている。燃料集合体13の横断面における4つのコーナー部では、燃料棒配列におけるチャンネルボックス17の内面から3列目のコーナーに配置された燃料棒5から最外周領域に向かって核分裂性Puの富化度が減少している。4つのコーナー部のそれぞれには、燃料棒11として、その3列目のコーナーに配置された燃料棒5、チャンネルボックス17の内面から2列目において、2列目のコーナーに配置された燃料棒1、この燃料棒1の両側にそれぞれ隣接して配置された燃料棒3、及び最外周領域において、コーナーに配置された支持ロッド12の両側にそれぞれ隣接して配置された燃料棒8、これらの燃料棒8にそれぞれ隣接して配置された燃料棒1、各燃料棒1の、支持ロッド12とは反対側にそれぞれ配置された燃料棒8、及びこれらの燃料棒8のそれぞれに隣接して配置された燃料棒2が存在している。各コーナー部において、上記の3列目に存在する燃料棒11、上記の2列目に存在する燃料棒11及び上記の最外周領域に存在する燃料棒11のそれぞれの核分裂性Puの富化度は、上記の3列目、上記の2列目及び最外周領域の順番で、減少している。これら4つのコーナー部に配置された複数の燃料棒11の核分裂性Puの富化度は、その3列目に存在する燃料棒11、すなわち、燃料棒5に隣接している燃料棒6のそれよりも小さくなっている。換言すれば、各コーナー部に配置された燃料棒11の核分裂性Puの富化度は、中央領域に配置された複数の燃料棒6及び複数の燃料棒7のそれぞれの核分裂性Puの富化度よりも小さい。 The fuel rods 1 to 8 arranged as described above are arranged point-symmetrically about the central axis of the fuel assembly 13 in the cross section of the fuel assembly 13 . At the four corners in the cross section of the fuel assembly 13, the enrichment of fissile Pu from the fuel rods 5 arranged at the corners of the third row from the inner surface of the channel box 17 in the fuel rod array toward the outermost peripheral region is decreasing. At each of the four corners are fuel rods 11 arranged at the corners of the third row, and fuel rods arranged at the corners of the second row on the second row from the inner surface of the channel box 17. 1, fuel rods 3 arranged adjacent to both sides of this fuel rod 1, and fuel rods 8 arranged adjacent to both sides of support rods 12 arranged at the corners in the outermost peripheral region, these fuel rods 1 arranged respectively adjacent fuel rods 8; fuel rods 8 respectively arranged on the opposite side of each fuel rod 1 from the support rods 12; There are fuel rods 2 that have been At each corner, the fissile Pu enrichment of each of the fuel rods 11 present in the third row, the fuel rods 11 present in the second row, and the fuel rods 11 present in the outermost peripheral region decreases in the order of the third row, the second row, and the outermost peripheral region. The fissile Pu enrichment of the plurality of fuel rods 11 arranged at these four corners is that of the fuel rods 11 existing in the third row, that is, the fuel rods 6 adjacent to the fuel rods 5. is smaller than In other words, the enrichment of fissile Pu of the fuel rods 11 arranged in each corner is equal to the enrichment of fissile Pu of each of the plurality of fuel rods 6 and the plurality of fuel rods 7 arranged in the central region. less than degrees.

低減速スペクトル沸騰水型原子力プラント20は、一つの運転サイクルの末期で全ての制御棒34が炉心23内に挿入されて、その運転サイクルでの運転が終了する。その原子力プラント20の運転が停止されている状態で、燃料交換及び原子力プラント20の保守点検が実施される。その燃料交換では、炉心23の装荷されている燃料集合体13の一部が使用済燃料集合体として原子炉21から燃料貯蔵プール(図示せず)に取り出され、燃料貯蔵プールに保管されている新燃料集合体(燃焼度が0GWd/tの燃料集合体)が原子炉21内の炉心23に装荷される。燃料交換時において、例えば、原子力プラント20の運転停止時において炉心23に装荷されている全ての燃料集合体13の1/4が使用済燃料集合体として炉心23から取り出された場合には、取り出された使用済燃料集合体の体数と同じ体数の新燃料集合体13が炉心23に装荷される。この結果、新燃料集合体13が炉心23に装荷された原子力プラント20の、次の運転サイクルでの運転が開始される前では、炉心23には、原子力プラント20の運転を経験していない燃焼度が0GWd/tの燃料集合体13、一つの運転サイクルでの運転を経験した燃料集合体13、二つの運転サイクルでの運転を経験した燃料集合体13及び三つの運転サイクルでの運転を経験した燃料集合体13が存在する。 In the low moderation spectrum boiling water nuclear power plant 20, all the control rods 34 are inserted into the core 23 at the end of one operation cycle, and the operation in that operation cycle ends. While the operation of the nuclear power plant 20 is stopped, fuel replacement and maintenance inspection of the nuclear power plant 20 are performed. In the fuel exchange, some of the fuel assemblies 13 loaded in the core 23 are removed as spent fuel assemblies from the reactor 21 to a fuel storage pool (not shown) and stored in the fuel storage pool. New fuel assemblies (fuel assemblies with a burnup of 0 GWd/t) are loaded into the core 23 in the reactor 21 . At the time of refueling, for example, when 1/4 of all the fuel assemblies 13 loaded in the core 23 are removed from the core 23 as spent fuel assemblies when the operation of the nuclear power plant 20 is stopped, the removed fuel assemblies are removed. The same number of new fuel assemblies 13 as the number of spent fuel assemblies that have been collected are loaded into the core 23 . As a result, before the operation of the nuclear power plant 20 with the new fuel assemblies 13 loaded in the core 23 starts in the next operation cycle, the core 23 does not experience the operation of the nuclear power plant 20. The fuel assembly 13 with a degree of 0 GWd/t, the fuel assembly 13 that has experienced operation in one operation cycle, the fuel assembly 13 that has experienced operation in two operation cycles, and the fuel assembly 13 that has experienced operation in three operation cycles. A fuel assembly 13 is present.

燃焼度が0GWd/tである燃料集合体13は、燃料棒8を有するため、可燃性毒物を含んでいる。燃焼度が0GWd/tである燃料集合体13内に存在する燃料棒8に含まれる可燃性毒物の濃度は、原子力プラント20の運転によって一つの運転サイクルの末期でその可燃性毒物が消滅するように設定されている。このため、炉心23内に存在する、一つ以上の運転サイクルでの運転を経験している残りの燃料集合体13は、原子力プラント20の、上記した次の運転サイクルでの運転開始時では、可燃性毒物を含んでいない。 Since the fuel assembly 13 with a burnup of 0 GWd/t has fuel rods 8, it contains burnable poison. The concentration of the burnable poison contained in the fuel rods 8 present in the fuel assembly 13 with a burnup of 0 GWd/t is such that the burnable poison disappears at the end of one operation cycle due to the operation of the nuclear power plant 20. is set to Therefore, the remaining fuel assemblies 13 that have experienced operation in one or more operation cycles present in the core 23 will be: Contains no burnable poisons.

燃料交換及び原子力プラント20の保守点検が終了した後、次の運転サイクルにおける原子力プラント20の運転が開始される。インターナルポンプ26が駆動されると、原子炉圧力容器22内でダウンカマ32内に存在する冷却水がインターナルポンプ26のインペラ27によって昇圧される。昇圧された冷却水は、下部プレナム36を経て燃料支持金具33から燃料集合体13のチャンネルボックス17内に供給され、チャンネルボックス17内において燃料棒11相互間に形成された冷却水通路19を上昇する。冷却水通路19を上昇する間、冷却水は、燃料棒11内に存在する核燃料物質に含まれる核分裂性物質(例えば、核分裂性Pu)の核分裂で生じる熱によって加熱される。加熱された冷却水の一部が蒸気になるため、その冷却水は水及び蒸気を含む気液二相流となる。 After the fuel replacement and the maintenance and inspection of the nuclear plant 20 are finished, the operation of the nuclear plant 20 is started in the next operation cycle. When the internal pump 26 is driven, the cooling water present in the downcomer 32 inside the reactor pressure vessel 22 is pressurized by the impeller 27 of the internal pump 26 . The pressurized cooling water is supplied from the fuel support fitting 33 through the lower plenum 36 into the channel box 17 of the fuel assembly 13, and rises through the cooling water passages 19 formed between the fuel rods 11 in the channel box 17. do. While ascending through the cooling water passages 19 , the cooling water is heated by heat generated by fission of fissile material (eg fissile Pu) contained in the nuclear fuel material present in the fuel rods 11 . Since part of the heated cooling water becomes steam, the cooling water becomes a gas-liquid two-phase flow containing water and steam.

この気液二相流が、燃料集合体13の上端から、すなわち、炉心23から排出され、気水分離器28に流入する。気水分離器28内で、気液二相流は、水と蒸気に分離される。分離された水は、気水分離器28からダウンカマ32に排出され、冷却水としたダウンカマ32を下降し、インターナルポンプ26で昇圧される。また、分離された蒸気は気水分離器28から蒸気乾燥器29に導かれ、その蒸気に含まれた湿分が蒸気乾燥器29で除去される。湿分を除去されて蒸気乾燥器29から排出された蒸気は、原子炉圧力容器22から主蒸気配管37に排出され、主蒸気配管37を通して蒸気タービン(図示せず)に導かれる。その蒸気は蒸気タービンを回転させ、蒸気タービンに連結された発電機(図示せず)を回転させる。発電機の回転によって、電力が発生する。蒸気タービンから排出された蒸気は復水器(図示せず)で凝縮されて水になる。この凝縮水は、給水として、給水配管38により原子炉圧力容器22に供給される。 This gas-liquid two-phase flow is discharged from the upper ends of the fuel assemblies 13 , that is, from the core 23 and flows into the steam separator 28 . Within the steam separator 28, the gas-liquid two-phase flow is separated into water and steam. The separated water is discharged from the steam separator 28 to the downcomer 32, descends through the downcomer 32 as cooling water, and is pressurized by the internal pump 26. - 特許庁The separated steam is led from the steam separator 28 to the steam dryer 29, and the moisture contained in the steam is removed by the steam dryer 29. The steam that has been dehumidified and discharged from the steam dryer 29 is discharged from the reactor pressure vessel 22 to the main steam line 37 and is led through the main steam line 37 to a steam turbine (not shown). The steam rotates a steam turbine, which in turn rotates a generator (not shown) coupled to the steam turbine. Power is generated by the rotation of the generator. Steam discharged from the steam turbine is condensed into water in a condenser (not shown). This condensed water is supplied to the reactor pressure vessel 22 as feed water through the feed water pipe 38 .

燃料棒11の相互間に形成される冷却水通路19の水平方向における幅は、燃料集合体13の横断面における、燃料棒配列の最外周領域に配置された燃料棒11とチャンネルボックス17の内面との間の間隙の幅と、燃料集合体13の相互間に存在する水ギャップ領域39の幅の合計よりも狭くなっている。このため、燃料集合体13の横断面における前述の中央領域では、燃料棒11(燃料棒6及び7)1本当たりの減速材となる冷却水(軽水)の量が、燃料棒配列の最外周領域に配置された燃料棒11とチャンネルボックス17の内面との間の間隙、及びその水ギャップ領域39に面する、その最外周領域に配置された燃料棒当たりの減速材となる冷却水の量に比べて非常に少ない。それ故に、燃料集合体13の横断面における前述の中央領域の中央部ほど、中性子スペクトルが硬くなる。これに対して、燃料棒配列の最外周領域に配置された燃料棒11とチャンネルボックス17の内面との間の間隙、及びその水ギャップ領域39に近い最外周領域では、中性子スペクトルが柔らかくなる。 The width in the horizontal direction of the cooling water passages 19 formed between the fuel rods 11 is the inner surface of the fuel rods 11 arranged in the outermost peripheral region of the fuel rod array and the channel box 17 in the cross section of the fuel assembly 13. and the width of the water gap region 39 existing between the fuel assemblies 13 . Therefore, in the central region of the cross section of the fuel assembly 13, the amount of cooling water (light water) acting as a moderator per fuel rod 11 (fuel rods 6 and 7) is The amount of moderator cooling water per fuel rod located in the outermost region facing the gap between the fuel rods 11 located in the region and the inner surface of the channel box 17 and the water gap region 39. very little compared to Therefore, the neutron spectrum becomes harder toward the center of the aforementioned central region in the cross section of the fuel assembly 13 . On the other hand, the gap between the fuel rods 11 arranged in the outermost region of the fuel rod array and the inner surface of the channel box 17 and the outermost region near the water gap region 39 soften the neutron spectrum.

本実施例における燃料集合体13は、前述の通り外周部ほど中性子スペクトルが柔らかくなるため、チャンネルボックス17の内面付近の燃料棒11ほど、熱出力が高くなる。一方、燃料集合体13の最外周領域に配置された燃料棒8は、可燃性毒物を含んでいる。このため、燃料集合体13の最外周領域における燃料棒11の出力は抑制され、燃料棒配列の、チャンネルボックス17の内面から2列目に配置された燃料棒11の出力が、燃料集合体13内で最も高くなる。また、原子力プラント20の或る運転サイクルにおける運転が進行し、燃料棒11内の各燃料物質に含まれる核分裂性Puの燃焼が進むに伴って、チャンネルボックス17の内面から2列目に配置された燃料棒11の熱出力が低下するため、チャンネルボックス17の内面から3列目に配置された燃料棒の熱出力が、燃料集合体13内で最も高くなる。 In the fuel assembly 13 of this embodiment, the neutron spectrum becomes softer toward the outer periphery as described above. On the other hand, the fuel rods 8 arranged in the outermost peripheral region of the fuel assembly 13 contain burnable poison. Therefore, the output of the fuel rods 11 in the outermost peripheral region of the fuel assembly 13 is suppressed, and the output of the fuel rods 11 arranged in the second row from the inner surface of the channel box 17 in the fuel rod array is highest in In addition, as the nuclear power plant 20 operates in a certain operation cycle and the burning of fissile Pu contained in each fuel material in the fuel rods 11 progresses, the Since the thermal output of the fuel rods 11 decreases, the thermal output of the fuel rods arranged in the third row from the inner surface of the channel box 17 becomes the highest in the fuel assembly 13 .

原子炉の設計の際には、MCPR(最小限界出力比:Minimum Critical Power Ratio)を評価する必要がある。MCPRは、BWRの熱的余裕を評価の指標として用いられる。限界熱出力は、核沸騰から膜沸騰に遷移する状態となる燃料集合体熱出力のことである。MCPRは、限界熱出力/燃料集合体発生熱出力で定義される限界出力比(CPR)のうち、炉心に装荷された燃料集合体の中で最小となる限界出力比である。 When designing a nuclear reactor, it is necessary to evaluate the MCPR (Minimum Critical Power Ratio). MCPR uses the thermal margin of the BWR as an evaluation index. The critical heat output is the fuel assembly heat output that causes the transition from nucleate boiling to film boiling. MCPR is the minimum critical power ratio (CPR) among the fuel assemblies loaded in the core, among the critical power ratios (CPR) defined by critical thermal power/fuel assembly generated thermal power.

限界熱出力は、燃料集合体の設計に依存する値であり、燃料集合体が熱水力的に優れているほど高くなる。限界出力比が規制値以下に収まるように、原子炉の、運転時における熱出力を決定する必要がある。すなわち、燃料集合体の設計時に燃料集合体内に熱的な負荷が高い燃料棒が存在する場合には、燃料集合体の限界熱出力が低下する。この結果、限界出力比を規制値以下に抑えるためには、原子炉の、運転時における熱出力を低下させなければならない。これは、原子炉の発電量が減ることによる経済性の問題、及び運転余裕を十分に確保することなどの安全性の問題をもたらす。 The critical thermal output is a value that depends on the design of the fuel assembly, and becomes higher as the fuel assembly is more thermally hydraulically superior. It is necessary to determine the thermal power of the nuclear reactor during operation so that the critical power ratio is kept below the regulation value. That is, if fuel rods with a high thermal load are present in the fuel assembly when the fuel assembly is designed, the critical thermal output of the fuel assembly is reduced. As a result, in order to keep the critical power ratio below the regulation value, the thermal power of the nuclear reactor must be lowered during operation. This brings about economic problems due to reduced power generation of the reactor and safety problems such as ensuring sufficient operating margins.

燃料集合体内で発生する液膜ドライアウトを、以下に説明する。この液膜ドライアウトを説明するために、発明者らは、図1に示された本実施例の燃料集合体13において部分長燃料棒である燃料棒5及び7の全てを全長燃料棒に替えた構成を有する燃料集合体を想定した。この想定された燃料集合体は、以下において、第1想定燃料集合体と称する。 The liquid film dryout that occurs within the fuel assembly is described below. To explain this liquid film dryout, the inventors replaced all of the partial length fuel rods 5 and 7 with full length fuel rods in the fuel assembly 13 of this embodiment shown in FIG. A fuel assembly having a configuration was assumed. This assumed fuel assembly is hereinafter referred to as the first assumed fuel assembly.

上記の第1想定燃料集合体でも、本実施例の燃料集合体13と同様に、第1想定燃料集合体の横断面における中央部ほど、中性子スペクトルが硬くなる。また、燃料棒配列の最外周領域では、中性子スペクトルが柔らかくなる。このため、チャンネルボックス17の内面付近の燃料棒ほど、熱出力が高くなる。可燃性毒物を含む燃料棒が燃料棒配列の最外周領域に配置されるので、第1想定燃料集合体の最外周領域における燃料棒の出力が抑制され、燃料棒配列の、チャンネルボックス17の内面から2列目に配置された燃料棒の出力が、第1想定燃料集合体内で最も高くなる。また、原子力プラント20の或る運転サイクルにおける運転が進行し、燃料棒11内の各燃料物質に含まれる核分裂性Puの燃焼が進むに伴って、チャンネルボックス17の内面から2列目に配置された燃料棒の熱出力が低下するため、チャンネルボックス17の内面から3列目に配置された燃料棒の熱出力が、第1想定燃料集合体内で最も高くなる。 In the above-described first assumed fuel assembly, as in the fuel assembly 13 of the present embodiment, the neutron spectrum becomes harder toward the central portion in the cross section of the first assumed fuel assembly. In addition, the neutron spectrum becomes soft in the outermost region of the fuel rod array. Therefore, the closer the fuel rod is to the inner surface of the channel box 17, the higher the heat output. Since the fuel rods containing burnable poison are arranged in the outermost peripheral region of the fuel rod array, the output of the fuel rods in the outermost peripheral region of the first assumed fuel assembly is suppressed, and the inner surface of the channel box 17 of the fuel rod array The output of the fuel rods arranged in the second row from 1 is the highest in the first assumed fuel assembly. In addition, as the nuclear power plant 20 operates in a certain operation cycle and the burning of fissile Pu contained in each fuel material in the fuel rods 11 progresses, the Since the thermal output of the fuel rods is reduced, the thermal output of the fuel rods arranged in the third row from the inner surface of the channel box 17 is the highest in the first assumed fuel assembly.

沸騰水型原子炉において、燃料棒の熱的な余裕は、冷却水が燃料棒の表面に十分に存在することにより燃料棒が除熱されることで維持される。原子炉の運転中、冷却水は、前述したように、炉心に装荷された、第1想定燃料集合体の下部タイプレートからチャンネルボックス17内に流入し、上部タイプレートから流出する。全長燃料棒内の核分裂性Puの核分裂に伴う発熱によって、その冷却水は、第1想定燃料集合体内で沸騰して一部が蒸気となる。このため、炉心に装荷された、第1想定燃料集合体内を、気液二相流が上昇する。 In a boiling water nuclear reactor, the thermal margin of the fuel rods is maintained by removing heat from the fuel rods through the presence of sufficient cooling water on the surfaces of the fuel rods. During operation of the reactor, the cooling water flows into the channel box 17 from the lower tie plate of the first hypothetical fuel assembly loaded in the core and out of the upper tie plate, as described above. The cooling water boils in the first assumed fuel assembly due to the heat generated by the nuclear fission of the fissile Pu in the full-length fuel rods, and a part thereof becomes steam. Therefore, the gas-liquid two-phase flow rises in the first assumed fuel assemblies loaded in the core.

気液二相流の流れの様式は、冷却水及び蒸気のそれぞれの速度、及び圧力などにも依存するが、冷却水と蒸気の体積割合に最も影響を受ける。第1想定燃料集合体の上流側では、冷却水に対する蒸気の体積割合が小さく、第1想定燃料集合体の大部分において冷却水が流れる。このため、第1想定燃料集合体の上流側では、冷却水内を蒸気泡が流れるような、気泡流の流動様式が形成される。第1想定燃料集合体の下流側においては、燃料棒内での発熱によって、燃料棒相互間を上昇する冷却水の沸騰が十分に進み、冷却水に対する蒸気の体積割合が十分に大きくなる。このため、第1想定燃料集合体の下流側では、燃料棒相互間に気液二相流が流れ、燃料棒の外面を液膜が流れるような、環状噴霧流の流動様式が形成される。 The flow pattern of the gas-liquid two-phase flow depends on the respective velocities and pressures of cooling water and steam, but is most affected by the volume ratio of cooling water and steam. On the upstream side of the first assumed fuel assembly, the volume ratio of steam to cooling water is small, and cooling water flows in most of the first assumed fuel assembly. Therefore, on the upstream side of the first assumed fuel assembly, a flow pattern of bubble flow is formed such that steam bubbles flow in the cooling water. On the downstream side of the first assumed fuel assembly, the heat generated in the fuel rods causes the cooling water rising between the fuel rods to sufficiently boil, and the volume ratio of steam to the cooling water becomes sufficiently large. Therefore, downstream of the first assumed fuel assembly, a gas-liquid two-phase flow flows between the fuel rods, and a flow pattern of an annular spray flow is formed such that a liquid film flows on the outer surface of the fuel rods.

燃料棒の熱出力が高い条件下では、燃料棒の外面を流れる液膜が全て蒸発してしまうことが考えられる。このような、燃料棒の外面の液膜が全て蒸発し、燃料棒の外面が乾く現象を液膜ドライアウトという。燃料棒の外面に液膜が存在するときは、燃料棒で発生する熱は、その液膜の沸騰及び蒸発によって、十分に除去することができる。一方で、液膜ドライアウトが発生すると、燃料棒における熱は、周囲の液滴を含む蒸気の、対流による除去のみとなる。対流による徐熱は、沸騰及び蒸発による徐熱と比べて、徐熱性能が低く、燃料棒で発生する熱を除去できなくなる。このため、燃料棒の温度が急上昇し、この急上昇が燃料棒の焼損につながる。 Under conditions of high heat output of the fuel rods, it is conceivable that all the liquid film flowing on the outer surfaces of the fuel rods will evaporate. Such a phenomenon that all the liquid film on the outer surface of the fuel rod evaporates and the outer surface of the fuel rod dries is called liquid film dryout. When a liquid film is present on the outer surfaces of the fuel rods, the heat generated in the fuel rods can be substantially removed by boiling and vaporization of the liquid film. On the other hand, when liquid film dryout occurs, the only heat in the fuel rods is the convective removal of vapor containing surrounding droplets. Heat removal by convection has lower heat removal performance than heat removal by boiling and evaporation, and the heat generated in the fuel rod cannot be removed. This causes the temperature of the fuel rods to rise sharply, and this sudden rise leads to burning out of the fuel rods.

第1想定燃料集合体では、燃料棒配列の、チャンネルボックス17の内面から2列目及び3列のそれぞれの配置された燃料棒が、第1想定燃料集合体内で最も熱出力が高くなるため、これらの燃料棒で、液膜ドライアウトが発生し、第1想定燃料集合体の限界熱出力を決定することとなる。すなわち、前述の2列目及び3列目のそれぞれに配置された燃料棒11における、液膜ドライアウトの発生を抑制できれば、第1想定燃料集合体の限界熱出力が増加し、原子炉の経済性及び安全性を向上させることができる。 In the first assumed fuel assembly, the fuel rods arranged in the second and third rows from the inner surface of the channel box 17 in the fuel rod arrangement have the highest thermal output in the first assumed fuel assembly, These fuel rods experience liquid film dryout and determine the critical thermal power of the first hypothetical fuel assembly. That is, if the occurrence of liquid film dryout in the fuel rods 11 arranged in the second and third rows can be suppressed, the critical thermal power of the first assumed fuel assembly increases, and the economy of the reactor increases. It can improve security and safety.

前述したように、液膜ドライアウトは、冷却水に対して蒸気の体積割合が十分に大きい環状噴霧流の条件下で起こるため、燃料棒11内で発生した熱を十分に受け取った気液二相流が流れる、第1想定燃料集合体内の全長燃料棒の燃料有効長の上端部付近で発生することが想定される。そのため、第1想定燃料集合体では、燃料棒配列の、チャンネルボックス17の内面から2列目及び3列目に配置された燃料棒において、燃料有効長の上端部付近で、液膜ドライアウトが発生すると予測される。 As described above, the liquid film dryout occurs under the condition of an annular spray flow in which the volume ratio of steam to the cooling water is sufficiently large. It is assumed to occur near the upper end of the active fuel length of the full-length fuel rods in the first assumed fuel assembly, where the phase flow flows. Therefore, in the first assumed fuel assembly, liquid film dryout occurs near the upper end of the effective fuel length in the fuel rods arranged in the second and third rows from the inner surface of the channel box 17 in the fuel rod arrangement. expected to occur.

発明者らは、前述の第1想定燃料集合体の横断面における、各燃料棒の発熱係数を炉心性能計算で求めた。そのような燃料集合体の横断面における、求められた各燃料棒の発熱係数を、図5に示す。第1想定燃料集合体において、燃料棒5に対応する全長燃料棒の核分裂性Puの富化度は燃料集合体13における燃料棒5のそれと同じであり、燃料棒7に対応する全長燃料棒の核分裂性Puの富化度は燃料集合体13における燃料棒7のそれと同じである。炉心性能計算の対象となった第1想定燃料集合体は、部分長燃料棒を含んでいない。その炉心性能計算で求められた、第1想定燃料集合体の横断面における各燃料棒の発熱係数を図5に示した。なお、燃料棒の発熱係数とは、第1想定燃料集合体内の燃料棒の平均発熱量を1としたときの、その燃料集合体内の個々の燃料棒における相対的な発熱量を表している。 The inventors obtained the heat generation coefficient of each fuel rod in the cross section of the above-mentioned first assumed fuel assembly by core performance calculation. The determined heat generation coefficient of each fuel rod in the cross section of such a fuel assembly is shown in FIG. In the first assumed fuel assembly, the fissile Pu enrichment of the full-length fuel rods corresponding to the fuel rods 5 is the same as that of the fuel rods 5 in the fuel assembly 13, and the full-length fuel rods corresponding to the fuel rods 7 The fissile Pu enrichment is the same as that of the fuel rods 7 in the fuel assembly 13 . The first hypothetical fuel assembly subject to the core performance calculation does not contain part-length fuel rods. FIG. 5 shows the heat generation coefficient of each fuel rod in the cross section of the first hypothetical fuel assembly obtained by the core performance calculation. The heating coefficient of a fuel rod represents the relative heating value of individual fuel rods in the first assumed fuel assembly when the average heating value of the fuel rods in the first assumed fuel assembly is 1.

図5において、横方向に記載された「1,2,3,……、13」は第1想定燃料集合体の横断面における燃料棒配列の列の番号である。また、縦方向に記載された「1,2,3,……、13」は第1想定燃料集合体の横断面における燃料棒配列の行の番号である。各燃料棒の位置は、(列番号、行番号)で表される。図5において、第1想定燃料集合体の横断面における(1,1)、(1,13)、(13,1)及び(13,13)の各位置は、その横断面における、燃料棒配列の最外周領域での4つのコーナーの位置をそれぞれ示している。これらのコーナーの位置には支持ロッド12が配置されているため、それらの位置における発熱係数は、「0.00」となっている。なお、(1,1)の位置に配置された支持ロッド12が存在する、第1想定燃料集合体の横断面のコーナー部が、水ギャップ領域39に挿入された制御棒34と対向する。 In FIG. 5, "1, 2, 3, . "1, 2, 3, . The position of each fuel rod is represented by (column number, row number). In FIG. 5, each position of (1,1), (1,13), (13,1) and (13,13) in the cross section of the first assumed fuel assembly corresponds to the fuel rod arrangement in that cross section. 4 shows the positions of the four corners in the outermost peripheral region of . Since the support rods 12 are arranged at these corner positions, the heat generation coefficient at those positions is "0.00". The corner portion of the cross section of the first assumed fuel assembly, where the support rod 12 arranged at the position (1, 1) exists, faces the control rod 34 inserted into the water gap region 39 .

第1想定燃料集合体の横断面においては、その横断面に配置された燃料棒は、その燃料集合体の中心軸((7,7)の位置に存在)を中心に点対象に配置されている。 In the cross section of the first assumed fuel assembly, the fuel rods arranged in the cross section are arranged point-symmetrically around the central axis of the fuel assembly (existing at the position of (7, 7)). there is

図5に示された燃料棒の発熱係数によれば、(3,3)の位置に配置された燃料棒11の発熱係数が、「1.43」となり、第1想定燃料集合体の横断面で最も大きくなる。(3,11)、(11,3)及び(11,11)の各位置に配置された燃料棒11の発熱係数は、「1.42」であり、(3,3)の位置に配置された燃料棒11の発熱係数とほぼ同じである。(3,3)、(3,11)、(11,3)及び(11,11)のそれぞれの位置に配置された各燃料棒11は、燃料集合体の横断面における燃料棒配列の、チャンネルボックス17の内面から3列目における各コーナーに配置される。 According to the heat generation coefficients of the fuel rods shown in FIG. becomes the largest at The heat generation coefficient of the fuel rods 11 arranged at positions (3,11), (11,3) and (11,11) is "1.42", and the heat generation coefficient of the fuel rods 11 arranged at position (3,3) is It is almost the same as the heat generation coefficient of the fuel rod 11. Each fuel rod 11 located at positions (3,3), (3,11), (11,3) and (11,11) is a channel of the fuel rod array in the cross section of the fuel assembly. It is arranged at each corner in the third row from the inner surface of the box 17 .

図5によれば、(3,3)、(3,11)、(11,3)及び(11,11)の各位置に配置された燃料棒11の次に発熱係数が大きい燃料棒11は、(2,5)、(2,9)、(5,2)、(5,12)、(9,2)、(9,12)、(12,5)及び(12,9)の各位置に配置された燃料棒11である。(2,5)及び(5,2)の各位置に配置された燃料棒11の発熱係数は、「1.40」である。(2,9)、(5,12)、(9,2)、(9,12)、(12,5)及び(12,9)の各位置に配置された燃料棒11の発熱係数は、「1.39」であり、(2,5)及び(5,2)の各位置に配置された燃料棒11の発熱係数とほぼ同じである。(2,5)、(2,9)、(5,2)、(5,12)、(9,2)、(9,12)、(12,5)及び(12,9)の各位置に配置された燃料棒11は、燃料集合体の横断面における燃料棒配列の、チャンネルボックス17の内面から2列目の各コーナーに配置された燃料棒11を基点にした、チャンネルボックス17の内面に沿った直交する二方向のそれぞれにおいて、2列目の各コーナーに配置された燃料棒11から3本目に配置される。 According to FIG. 5, the fuel rods 11 having the next largest heat generation coefficient after the fuel rods 11 arranged at positions (3,3), (3,11), (11,3) and (11,11) are , (2,5), (2,9), (5,2), (5,12), (9,2), (9,12), (12,5) and (12,9) The fuel rods 11 arranged in position. The heat generation coefficient of the fuel rods 11 arranged at positions (2, 5) and (5, 2) is "1.40". The heating coefficients of the fuel rods 11 located at positions (2,9), (5,12), (9,2), (9,12), (12,5) and (12,9) are 1.39, which is approximately the same as the heat generation coefficient of the fuel rods 11 located at positions (2,5) and (5,2). Positions (2,5), (2,9), (5,2), (5,12), (9,2), (9,12), (12,5) and (12,9) The fuel rods 11 arranged in the inner surface of the channel box 17 are based on the fuel rods 11 arranged in each corner of the second row from the inner surface of the channel box 17 in the fuel rod arrangement in the cross section of the fuel assembly. in each of the two orthogonal directions along the .

このような発熱係数の分布を考慮すれば、上記の(3,3)、(3,11)、(11,3)、(11,11)、(2,5)、(2,9)、(5,2)、(5,12)、(9,2)、(9,12)、(12,5)及び(12,9)の各位置に配置された燃料棒11(全長燃料棒)では、液膜ドライアウトが発生する可能性がある。 Considering the distribution of such exothermic coefficients, the above (3,3), (3,11), (11,3), (11,11), (2,5), (2,9), Fuel rods 11 (full length fuel rods) arranged at positions (5,2), (5,12), (9,2), (9,12), (12,5) and (12,9) , liquid film dryout may occur.

発明者らは、液膜ドライアウトが発生する可能性がある燃料棒の位置である(3,3)、(3,11)、(11,3)、(11,11)、(2,5)、(2,9)、(5,2)、(5,12)、(9,2)、(9,12)、(12,5)及び(12,9)のそれぞれに、液膜ドライアウトの発生を抑制するために、部分長燃料棒を配置することに思い至った。前述したように、液膜ドライアウトが発生する可能性がある前述の(3,3)、(3,11)、…………、(12,5)及び(12,9)の各位置に、部分長燃料棒を配置することにより、それらの位置で、液膜ドライアウトの発生が想定される燃料集合体13の燃料有効長の上端部付近での核燃料物質の配置を避けることができ、液膜ドライアウトの発生を抑制することができる。なお、燃料集合体13の燃料有効長は、燃料集合体13内の全長燃料棒の燃料有効長と同じである。 We have identified the fuel rod positions (3,3), (3,11), (11,3), (11,11), (2,5 ), (2,9), (5,2), (5,12), (9,2), (9,12), (12,5) and (12,9), respectively, liquid film dry In order to suppress the occurrence of out, I came up with the idea of arranging part-length fuel rods. As noted above, at each of the locations (3,3), (3,11), . , by arranging the part length fuel rods, it is possible to avoid arranging nuclear fuel material near the upper end of the active fuel length of the fuel assembly 13 where liquid film dryout is expected to occur at those positions; The occurrence of liquid film dryout can be suppressed. The effective fuel length of the fuel assembly 13 is the same as the effective fuel length of the full-length fuel rods in the fuel assembly 13 .

具体的には、図1に示すように、燃料集合体13の横断面の燃料棒配列において、(3,3)、(3,11)、(11,3)及び(11,11)の各位置に、燃料棒5が配置される。また、(2,5)、(2,9)、(5,2)、(5,12)、(9,2)、(9,12)、(12,5)及び(12,9)の各位置に、燃料棒5よりも長尺である燃料棒7が配置される。燃料棒7が配置される位置の発熱係数は燃料棒5が配置される位置の発熱係数よりも小さいので、燃料棒7の燃料有効長は燃料棒5のそれよりも長くすることができる。 Specifically, as shown in FIG. 1, in the fuel rod arrangement of the cross section of the fuel assembly 13, each of (3,3), (3,11), (11,3) and (11,11) A fuel rod 5 is arranged at the position. Also, (2,5), (2,9), (5,2), (5,12), (9,2), (9,12), (12,5) and (12,9) A fuel rod 7 longer than the fuel rod 5 is arranged at each position. The effective fuel length of the fuel rods 7 can be longer than that of the fuel rods 5 because the heat coefficient at the locations where the fuel rods 7 are located is smaller than the heat coefficient at the locations where the fuel rods 5 are located.

換言すれば、図5に示された、(3,3)、(3,11)、(11,3)及び(11,11)の各位置に配置された燃料棒11(長尺燃料棒)の被覆管の外面において、その燃料有効長の上端部で液膜ドライトが発生する可能性がある。液膜ドライアウトは、被覆管の外面において点で発生する。このような液膜ドライアウトが発生する可能性がある液膜ドライアウト発生領域は、その燃料棒11の軸方向において、燃料有効長の上端から下方に向かって伸びている。燃料有効長の上端から下方に向かう、その軸方向における液膜ドライアウト発生領域の長さは、上記の位置に配置された燃料棒11の発熱係数に対応すると考えられる。発熱係数が大きいほど、液膜ドライアウト発生領域の長さは長くなる。液膜ドライアウトの発生を抑制するため、(3,3)、(3,11)、(11,3)及び(11,11)の各位置に配置された燃料棒11は、燃料棒6の燃料有効長よりもその液膜ドライアウト発生領域の長さの分だけ短い燃料有効長を有する燃料棒5(部分長燃料棒)とすればよい。また、(2,5)、(2,9)、(5,2)、(5,12)、(9,2)、(9,12)、(12,5)及び(12,9)の各位置に配置された、燃料棒5よりも長尺である燃料棒7の燃料有効長は、燃料棒7が配置された上記位置での発熱係数が(3,3)、(3,11)、(11,3)及び(11,11)の各位置の発熱係数よりも小さくなる分だけ、燃料棒5の燃料有効長よりも長くなる。 In other words, the fuel rods 11 (long fuel rods) arranged at positions (3,3), (3,11), (11,3) and (11,11) shown in FIG. At the outer surface of the cladding tube, liquid film dryness can occur at the upper end of its active fuel length. Liquid film dryout occurs at points on the outer surface of the cladding tube. A liquid film dryout region where such liquid film dryout may occur extends downward from the upper end of the effective fuel length in the axial direction of the fuel rod 11 . It is considered that the length of the liquid film dryout occurrence region in the axial direction downward from the upper end of the effective fuel length corresponds to the heat generation coefficient of the fuel rods 11 arranged at the above positions. The larger the exothermic coefficient, the longer the length of the liquid film dryout occurrence region. In order to suppress the occurrence of liquid film dryout, the fuel rods 11 arranged at positions (3,3), (3,11), (11,3) and (11,11) are The fuel rod 5 (partial length fuel rod) having an effective fuel length shorter than the effective fuel length by the length of the liquid film dryout occurrence region may be used. Also, (2,5), (2,9), (5,2), (5,12), (9,2), (9,12), (12,5) and (12,9) The effective fuel length of the fuel rods 7 arranged at each position, which is longer than the fuel rods 5, has heat generation coefficients of (3, 3) and (3, 11) at the above positions where the fuel rods 7 are arranged. , (11, 3) and (11, 11) are longer than the effective fuel length of the fuel rod 5.

すなわち、(3,3)、(3,11)、(11,3)及び(11,11)の各位置での発熱係数、及び(2,5)、(2,9)、(5,2)、(5,12)、(9,2)、(9,12)、(12,5)及び(12,9)の各位置での発熱係数を考慮し、(3,3)、(3,11)、(11,3)及び(11,11)の各位置に配置される部分長燃料棒の燃料有効長L2、及び2,5)、(2,9)、(5,2)、(5,12)、(9,2)、(9,12)、(12,5)及び(12,9)の各位置に配置される部分長燃料棒の燃料有効長L1を求めるために、前述したように、式(1)の計算を数パターン実施し、MCPRが基準値(設計値)を満たした状態で、燃料有効長L1,L2が最大化されるように決定される。 That is, the heat generation coefficients at locations (3,3), (3,11), (11,3) and (11,11), and (2,5), (2,9), (5,2 ), (5,12), (9,2), (9,12), (12,5) and (12,9), and (3,3), (3 , 11), (11,3) and (11,11), the active fuel lengths L2 of the part-length fuel rods arranged at the positions of (11,11) and 2,5), (2,9), (5,2), To determine the effective fuel length L1 of the part length fuel rods arranged at positions (5,12), (9,2), (9,12), (12,5) and (12,9), As described above, several patterns of calculation of formula (1) are performed, and the effective fuel lengths L1 and L2 are determined to be maximized while MCPR satisfies the reference value (design value).

また、(2,5)、(2,9)、(5,2)、(5,12)、(9,2)、(9,12)、(12,5)及び(12,9)の各位置に配置された燃料棒11(全長燃料棒)の被覆管の外面における、その軸方向における液膜ドライアウト発生領域の長さは、それらの位置に配置された燃料棒11の発熱係数に対応すると考えられる。(2,5)等の位置に配置された燃料棒11の発熱係数は(3,3)等の位置に配置された燃料棒11のそれよりも小さいため、(2,5)等の位置に配置された燃料棒11における、その軸方向における液膜ドライアウト発生領域の長さは、(3,3)等の位置に配置された燃料棒11のそれよりも短くなる。液膜ドライアウトの発生を抑制するため、(2,5)等の位置に配置された燃料棒11は、燃料棒6の燃料有効長よりもその液膜ドライアウト発生領域の長さの分だけ短くて燃料棒5の燃料有効長よりも長い燃料有効長を有する燃料棒7(部分長燃料棒)とすればよい。 Also, (2,5), (2,9), (5,2), (5,12), (9,2), (9,12), (12,5) and (12,9) The length of the liquid film dryout occurrence region in the axial direction on the outer surface of the cladding tube of the fuel rods 11 (full-length fuel rods) arranged at each position depends on the heat generation coefficient of the fuel rods 11 arranged at those positions. It is considered to correspond. Since the heat coefficient of the fuel rods 11 placed at positions (2, 5) etc. is smaller than that of the fuel rods 11 placed at positions (3, 3) etc., The length of the liquid film dryout occurrence region in the axial direction of the arranged fuel rods 11 is shorter than that of the fuel rods 11 arranged at positions such as (3, 3). In order to suppress the occurrence of liquid film dryout, the fuel rods 11 arranged at the positions (2, 5), etc., have a length corresponding to the length of the liquid film dryout occurrence region rather than the effective fuel length of the fuel rods 6. The fuel rods 7 (part-length fuel rods) having an active fuel length that is short but longer than the active fuel length of the fuel rods 5 may be used.

本実施例によれば、部分長燃料棒を、燃料棒配列の、チャンネルボックスの内面から2列目及び3列目のそれぞれに配置しているため、燃料集合体13における液膜ドライアウトの発生を抑制することができる。燃料集合体13内での液膜ドライアウトの発生抑制により、燃料集合体の熱的余裕を向上させることができ、原子力プラント20の運転中における熱出力を増加させることができる。 According to this embodiment, since the part-length fuel rods are arranged in the second and third rows from the inner surface of the channel box in the fuel rod arrangement, liquid film dryout occurs in the fuel assembly 13. can be suppressed. By suppressing the occurrence of liquid film dryout in the fuel assembly 13, the thermal margin of the fuel assembly can be improved, and the thermal output during operation of the nuclear power plant 20 can be increased.

特に、燃料集合体13の横断面における燃料棒配列の、チャンネルボックス17の内面から3列目の各コーナーに部分長燃料棒である燃料棒5が配置され、燃料集合体13の横断面における燃料棒配列の、チャンネルボックス17の内面から2列目の各コーナーに配置された燃料棒1を基点にした、チャンネルボックス17の内面に沿った直交する二方向のそれぞれにおいて、2列目の各コーナーに配置された燃料棒1から3本目に、部分長燃料棒である燃料棒7が配置される。このような燃料棒5及び7の配置により、燃料集合体13における液膜ドライアウトの発生を、さらに抑制することができる。 In particular, the fuel rods 5, which are part-length fuel rods, are arranged at each corner of the third row from the inner surface of the channel box 17 in the fuel rod arrangement in the cross section of the fuel assembly 13, and the fuel in the cross section of the fuel assembly 13 is arranged. In each of the two orthogonal directions along the inner surface of the channel box 17, starting from the fuel rods 1 arranged at the corners of the second row from the inner surface of the channel box 17 of the rod array, each corner of the second row A fuel rod 7, which is a part-length fuel rod, is arranged as the third fuel rod from the fuel rods 1 arranged in . By arranging the fuel rods 5 and 7 in this manner, the occurrence of liquid film dryout in the fuel assembly 13 can be further suppressed.

燃料集合体13の横断面における燃料棒配列の、チャンネルボックス17の内面から3列目の各コーナーへの、燃料棒7よりも燃料有効長が短い燃料棒5の配置は、燃料集合体13における液膜ドライアウトの発生のさらなる抑制に貢献することができる。 The arrangement of the fuel rods 5 having a shorter active fuel length than the fuel rods 7 from the inner surface of the channel box 17 to each corner of the third row of the fuel rod arrangement in the cross section of the fuel assembly 13 is This can contribute to further suppression of the occurrence of liquid film dryout.

燃料集合体13の横断面における燃料棒配列の、チャンネルボックス17の内面から2列目の各コーナーに配置された燃料棒11を基点にした、チャンネルボックス17の内面に沿った直交する二方向のそれぞれにおいて、2列目の各コーナーに配置された燃料棒11から2列目の燃料棒配列の3本目に配置された燃料棒7の燃料有効長は、その燃料棒配列の、チャンネルボックス17の内面から3列目の各コーナーに配置された燃料棒5の燃料有効長よりも長いので、燃料集合体内の核燃料物質の装荷量の低減を抑制することができる。核燃料物質の装荷量の低減を抑制する、すなわち、Puの装荷量が増加されることによって、最終的には、使用済核燃料が減容される。 Two orthogonal directions along the inner surface of the channel box 17 with the fuel rods 11 arranged at each corner of the second row from the inner surface of the channel box 17 as the base point of the fuel rod arrangement in the cross section of the fuel assembly 13 In each case, the effective fuel length from the fuel rod 11 arranged at each corner of the second row to the fuel rod 7 arranged in the third row of the fuel rod array of the second row is the channel box 17 of the fuel rod array. Since it is longer than the effective fuel length of the fuel rods 5 arranged at the corners of the third row from the inner surface, it is possible to suppress reduction in the loading amount of nuclear fuel material in the fuel assembly. Suppressing the reduction of the nuclear fuel material loading, that is, increasing the Pu loading, ultimately reduces the volume of the spent nuclear fuel.

燃料集合体13の横断面における燃料棒配列の、チャンネルボックス17の内面から3列目の各コーナー((3,3)等)に配置された燃料棒5、及びその燃料棒配列の、チャンネルボックス17の内面から2列目の各コーナーに配置された燃料棒1を基点にした、チャンネルボックス17の内面に沿った直交する二方向のそれぞれにおいて、2列目の各コーナーに配置された燃料棒1から3本目((5,2)等)に配置された燃料棒7において、液膜ドライアウトが発生しない場合には、液膜ドライアウトは、チャンネルボックス17の内面から2列目の各コーナーに配置された燃料棒1を基点にした、チャンネルボックス17の内面に沿った直交する二方向のそれぞれにおいて、例えば、燃料棒7の次に発熱係数の高い、2列目の各コーナーに配置された燃料棒1から1本目((3,2)等)及び2本目((4,2)等)のそれぞれに配置された燃料棒3及び4で発生することが推測される。 Fuel rods 5 arranged at each corner ((3, 3), etc.) of the third row from the inner surface of the channel box 17 of the fuel rod array in the cross section of the fuel assembly 13, and the fuel rod array of the fuel rod array, the channel box Fuel rods arranged at each corner of the second row in each of two orthogonal directions along the inner surface of the channel box 17, with the fuel rods 1 arranged at each corner of the second row from the inner surface of the channel box 17 as the base point. When the liquid film dryout does not occur in the fuel rods 7 arranged in the first to third positions ((5, 2), etc.), the liquid film dryout occurs at each corner of the second row from the inner surface of the channel box 17. In each of the two orthogonal directions along the inner surface of the channel box 17 with the fuel rods 1 arranged in the second row as the base point, It is presumed to occur in fuel rods 3 and 4 located respectively in the first ((3,2), etc.) and second ((4,2), etc.) fuel rods 1 to 1, respectively.

すなわち、チャンネルボックス17の内面から3列目の各コーナーに配置された燃料棒5、及びその燃料棒配列の、チャンネルボックス17の内面から2列目の各コーナーに配置された燃料棒1を基点にした、チャンネルボックス17の内面に沿った直交する二方向のそれぞれにおいて、2列目の各コーナーに配置された燃料棒1から3本目に配置された燃料棒7のそれぞれの燃料有効長は、液膜ドライアウトの発生が回避できる長さよりも短くしても、2列目の各コーナーに配置された燃料棒1から1本目及び2本目のそれぞれに配置された燃料棒3及び4のそれぞれにおいて液膜ドライアウトが発生するため、熱的余裕向上には寄与しない。さらに、部分長燃料棒の燃料有効長を短くすればするほど、燃料集合体内の核燃料物質の体積が減少し、燃料集合体における燃料装荷量が減少することが懸念される。このため、部分長燃料棒の燃料有効長は、該当する燃料棒における液膜ドライアウトを回避できれば、可能な限り長く確保することが望ましい。本実施例では、発熱係数が最も大きくて熱的な負荷が大きい、燃料集合体13の横断面において燃料棒配列の、チャンネルボックス17の内面から3列目のコーナー((3、3)等)に配置された燃料棒としては、燃料有効長の短い部分長燃料棒を用いた。また、上記の燃料棒配列の、チャンネルボックス17の内面から2列目の各コーナーに配置された燃料棒を基点にした、チャンネルボックス17の内面に沿った直交する二方向のそれぞれにおいて、2列目の各コーナーに配置された燃料棒から3本目に配置された燃料棒、すなわち、上記の3列目のコーナーに配置された燃料棒よりも発熱係数が低くて熱的な負荷が小さい燃料棒としては、3列目のコーナーに配置された部分長燃料棒よりも燃料有効長が長い部分長燃料棒を用いた。この結果、液膜ドライアウトを回避しながら、部分長燃料棒の燃料有効長を最大化することができ、部分長燃料棒の利用による、燃料集合体の燃料装荷量の減少を最小化することができる。 That is, the fuel rods 5 arranged at each corner of the third row from the inner surface of the channel box 17, and the fuel rods 1 arranged at each corner of the second row from the inner surface of the channel box 17 of the fuel rod arrangement are the base points. In each of the two orthogonal directions along the inner surface of the channel box 17, the effective fuel length of each of the fuel rods 1 arranged at each corner of the second row to the fuel rod 7 arranged in the third row is Even if the length is shorter than the length that can avoid the occurrence of liquid film dryout, from the fuel rods 1 arranged at each corner of the second row to the fuel rods 3 and 4 arranged in the first and second rows, respectively Since liquid film dryout occurs, it does not contribute to improvement of thermal margin. Furthermore, it is feared that the shorter the effective fuel length of the part-length fuel rods, the smaller the volume of nuclear fuel material in the fuel assembly and the smaller the fuel loading in the fuel assembly. For this reason, it is desirable to ensure that the active fuel length of the part length fuel rods is as long as possible if liquid film dryout can be avoided in the relevant fuel rods. In this embodiment, the third corner ((3, 3), etc.) of the fuel rod array from the inner surface of the channel box 17 in the cross section of the fuel assembly 13, where the heat generation coefficient is the largest and the thermal load is large. Part-length fuel rods with a short effective fuel length were used as the fuel rods placed in the . Also, in each of the two orthogonal directions along the inner surface of the channel box 17, with the fuel rods arranged at the corners of the second row from the inner surface of the channel box 17 in the above fuel rod arrangement, two rows A fuel rod located third from the fuel rods located at each corner of the row, i.e., a fuel rod having a lower heating coefficient and a smaller thermal load than the fuel rods located at the corners of the third row. Part-length fuel rods having a longer effective fuel length than the part-length fuel rods arranged at the corners of the third row were used as the fuel rods. As a result, the effective fuel length of the part length rods can be maximized while avoiding liquid film dryout, minimizing the reduction in fuel loading of the fuel assembly due to the use of part length rods. can be done.

本実施例では、燃料棒配列の最外周領域の4つのコーナーに配置された、核燃料物質を含まない支持ロッドは、燃料集合体13のコーナー部の出力を低減するので、燃料集合体13の横断面における出力分布の平坦化に貢献している。すなわち、水ギャップ領域39の、4体の燃料集合体13のそれぞれのコーナーが対向している部分でそれらのコーナー相互間に形成される部分の横断面積は、水ギャップ領域39の、隣り合う燃料集合体13における対向するチャンネルボックス17の一辺となる側壁相互間に形成される部分の横断面積よりも広くなっており、水ギャップ領域39の、4体の燃料集合体13のそれぞれのコーナー相互間に形成される部分で発生する熱中性子が多くなる。このため、燃料集合体13の横断面におけるコーナー部における出力が上昇傾向になるが、燃料棒配列の最外周領域の4つのコーナーへの支持ロッドの配置によって、燃料集合体13のコーナー部の出力が低減され、燃料集合体13の横断面における出力分布が平坦化される。 In this embodiment, the support rods containing no nuclear fuel material located at the four corners of the outermost region of the fuel rod array reduce the power output at the corners of the fuel assembly 13, thus reducing the traversal of the fuel assembly 13. It contributes to flattening the output distribution on the surface. That is, the cross-sectional area of the portion formed between the corners of the four fuel assemblies 13 facing each other in the water gap region 39 is equal to the cross-sectional area of the adjacent fuel in the water gap region 39 The water gap region 39 is wider than the cross-sectional area of the portion formed between the sidewalls of the channel box 17 facing each other in the assembly 13, and the water gap region 39 between the corners of the four fuel assemblies 13. More thermal neutrons are generated in the part formed in the For this reason, the power output at the corners of the cross section of the fuel assembly 13 tends to increase. is reduced, and the power distribution in the cross section of the fuel assembly 13 is flattened.

燃料集合体13の横断面における4つのコーナー部では、燃料棒配列におけるチャンネルボックス17の内面から3列目のコーナーに配置された燃料棒5から最外周領域に向かって核分裂性Puの富化度が減少している。このような燃料集合体13の横断面での各コーナー部において、燃料棒配列の、チャンネルボックス17の内面から3列目のコーナーに配置された燃料棒5から最外周領域に向かう核分裂性Pu富化度の減少は、燃料集合体13の横断面における出力分布の、さらなる平坦化をもたらすことになる。 At the four corners in the cross section of the fuel assembly 13, the enrichment of fissile Pu from the fuel rods 5 arranged at the corners of the third row from the inner surface of the channel box 17 in the fuel rod array toward the outermost peripheral region is decreasing. At each corner in the cross section of the fuel assembly 13, the fissile Pu enrichment from the fuel rods 5 arranged at the corners of the third row from the inner surface of the channel box 17 to the outermost peripheral region of the fuel rod array. A reduction in the degree of flattening results in a further flattening of the power distribution across the cross section of the fuel assembly 13 .

可燃性毒物を含む燃料棒8の最外周領域への配置は、燃料棒8における可燃性毒物の価値をさらに高めることができる。 Placing the burnable poison in the outermost region of the fuel rods 8 can further increase the value of the burnable poison in the fuel rods 8 .

本発明の好適な他の実施例である低減速スペクトル沸騰水型原子力プラントに用いられる実施例2の燃料集合体を、図3、図4、図6及び図7を用いて説明する。 A fuel assembly of Example 2 used in a low speed spectrum boiling water nuclear power plant, which is another preferred example of the present invention, will be described with reference to FIGS. 3, 4, 6 and 7. FIG.

本実施例の燃料集合体が炉心に装荷される低減速スペクトル沸騰水型原子力プラント20の原子炉21は、ABWRである。 The nuclear reactor 21 of the slow spectrum boiling water nuclear power plant 20 in which the fuel assemblies of this embodiment are loaded into the core is an ABWR.

本実施例の燃料集合体13Aの横断面における、チャンネルボックス17内での複数の燃料棒11の配置を、図6を用いて具体的に説明する。燃料集合体13A内の複数の燃料棒11は、燃料棒1,2,5,6,7,8,9及び10を含んでいる。燃料集合体13A内に配置された燃料棒1,2,5,6,7及び8のそれぞれは、実施例1の燃料集合体13内に配置された燃料棒1,2,5,6,7及び8のそれぞれと同じである。すなわち、燃料集合体13A内に配置された燃料棒1,2,5,6及び7のそれぞれの核分裂性Puの富化度及び本数は、実施例1の燃料集合体13内に配置された燃料棒1,2,5,6及び7のそれぞれの核分裂性Puの富化度及び本数と同じである。燃料集合体13A内に配置された燃料棒8は、核燃料物質である、例えば、劣化ウランを充填しており、可燃性毒物として、例えば、ガドリニウム(Gd)を含んでいる。その燃料棒8のガドリニウムの濃度、及び本数のそれぞれは、実施例1の燃料集合体13内に配置された燃料棒8のガドリニウムの濃度、及び本数のそれぞれと同じである。本実施例の燃料集合体13Aも、燃料棒11を13行13列で正方格子状に配置している。 The arrangement of the plurality of fuel rods 11 within the channel box 17 in the cross section of the fuel assembly 13A of this embodiment will be specifically described with reference to FIG. The plurality of fuel rods 11 in the fuel assembly 13A includes fuel rods 1, 2, 5, 6, 7, 8, 9 and 10. Each of the fuel rods 1, 2, 5, 6, 7 and 8 arranged in the fuel assembly 13A are identical to the fuel rods 1, 2, 5, 6 and 7 arranged in the fuel assembly 13 of Example 1. and 8, respectively. That is, the fissile Pu enrichment and the number of the fuel rods 1, 2, 5, 6 and 7 arranged in the fuel assembly 13A are the same as the fuel arranged in the fuel assembly 13 of the first embodiment. Same as fissile Pu enrichment and number of rods 1, 2, 5, 6 and 7, respectively. The fuel rods 8 arranged in the fuel assembly 13A are filled with nuclear fuel material such as depleted uranium and contain burnable poison such as gadolinium (Gd). The gadolinium concentration and the number of the fuel rods 8 are the same as the gadolinium concentration and the number of the fuel rods 8 arranged in the fuel assembly 13 of the first embodiment. The fuel assembly 13A of this embodiment also has the fuel rods 11 arranged in a square grid of 13 rows and 13 columns.

燃料集合体13Aにおける燃料棒1,2,5,6,7及び8のそれぞれの配置は、実施例1における燃料集合体13における燃料棒1,2,5,6,7及び8のそれぞれの配置と同じである。燃料集合体13Aで用いられる燃料棒9及び10の配置について説明する。燃料棒9及び10のそれぞれは、燃料集合体13の横断面における燃料棒配列の、チャンネルボックス17の内面から2列目に配置される。制御棒34に面するコーナー部では、チャンネルボックス17の内面から2列目における、燃料棒1を基点とするその直交する二方向のそれぞれにおいて、燃料棒9は、2列目のコーナーに配置された燃料棒1に隣接して配置される。制御棒34に面するコーナー部以外の、他の3つのコーナー部においても、燃料棒9は、制御棒34に面するコーナー部と同様に配置される。制御棒34に面するコーナー部では、その2列目における、その直交する二方向のそれぞれにおいて、燃料棒10は、その2列目に配置された前述の燃料棒9に隣接して配置される。制御棒34に面するコーナー部以外の、他の3つのコーナー部においても、燃料棒4は、制御棒34に面するコーナー部と同様に配置される。 The arrangement of the fuel rods 1, 2, 5, 6, 7 and 8 in the fuel assembly 13A is the same as the arrangement of the fuel rods 1, 2, 5, 6, 7 and 8 in the fuel assembly 13 in Example 1. is the same as Arrangement of the fuel rods 9 and 10 used in the fuel assembly 13A will be described. Each of the fuel rods 9 and 10 is arranged in the second row from the inner surface of the channel box 17 in the fuel rod array in the cross section of the fuel assembly 13 . At the corners facing the control rods 34, the fuel rods 9 are arranged at the corners of the second row in each of the two orthogonal directions with the fuel rods 1 as the base point in the second row from the inner surface of the channel box 17. adjacent to the fuel rods 1. Besides the corners facing the control rods 34, the fuel rods 9 are arranged in the same manner as in the corners facing the control rods 34 at the other three corners. At the corner facing the control rods 34, in each of its two orthogonal directions in its second row, the fuel rods 10 are arranged adjacent to the aforementioned fuel rods 9 arranged in its second row. . At the three corners other than the corners facing the control rods 34, the fuel rods 4 are arranged in the same way as at the corners facing the control rods 34. FIG.

燃料棒9及び10のそれぞれは部分長燃料棒である。燃料棒9及び10のそれぞれの燃料有効長は、燃料棒7と同じであり、燃料棒1~4,6及び8のそれぞれの燃料有効長の9/10である。燃料棒9の核分裂性Puの富化度は6.2t%であり、燃料棒10の核分裂性Puの富化度は8.8t%である。さらに、燃料集合体13Aには、燃料棒9が8本存在し、燃料棒10も8本存在する。 Each of fuel rods 9 and 10 is a part length fuel rod. The active fuel length of each of fuel rods 9 and 10 is the same as that of fuel rod 7, which is 9/10 of the active fuel length of each of fuel rods 1-4, 6 and 8. The fissile Pu enrichment of the fuel rods 9 is 6.2 t%, and the fissile Pu enrichment of the fuel rods 10 is 8.8 t%. Further, eight fuel rods 9 and eight fuel rods 10 are present in the fuel assembly 13A.

発明者らは、図6に示された本実施例の燃料集合体13Aにおいて部分長燃料棒である燃料棒5,7,9及び10の全てを全長燃料棒に替えた構成を有する燃料集合体を想定した。この想定された燃料集合体は、以下において、第2想定燃料集合体と称する。発明者らは、上記の第2想定燃料集合体の横断面における、各燃料棒の発熱係数を炉心性能計算で求めた。そのような第2想定燃料集合体の横断面における、求められた各燃料棒の発熱係数を、図8に示した。 The inventors have proposed a fuel assembly having a configuration in which all of the fuel rods 5, 7, 9 and 10, which are part-length fuel rods, in the fuel assembly 13A of this embodiment shown in FIG. 6 are replaced with full-length fuel rods. assumed. This assumed fuel assembly is hereinafter referred to as a second assumed fuel assembly. The inventors obtained the heat generation coefficient of each fuel rod in the cross section of the above-mentioned second assumed fuel assembly by core performance calculation. FIG. 8 shows the calculated heat generation coefficient of each fuel rod in the cross section of such a second hypothetical fuel assembly.

第2想定燃料集合体の横断面においては、その横断面に配置された燃料棒は、その燃料集合体の中心軸((7,7)の位置に存在)を中心に点対象に配置されている。 In the cross section of the second assumed fuel assembly, the fuel rods arranged in the cross section are arranged point-symmetrically around the central axis of the fuel assembly (located at (7, 7)). there is

図8に示された燃料棒の発熱係数によれば、(3,3)の位置に配置された燃料棒11の発熱係数が、「1.40」となり、第2想定燃料集合体の横断面で最も大きくなる。(3,11)、(11,3)及び(11,11)の各位置に配置された燃料棒11の発熱係数は、「1.38」であり、(3,3)の位置に配置された燃料棒11の発熱係数とほぼ同じである。(3,3)、(3,11)、(11,3)及び(11,11)のそれぞれの位置に配置された各燃料棒11は、燃料集合体の横断面における燃料棒配列の、チャンネルボックス17の内面から3列目の各コーナーに配置されている。燃料集合体13Aの、上記の3列目の各コーナーの位置には、部分長燃料棒である燃料棒5(燃料有効長が全長燃料棒である、例えば、燃料棒6の燃料有効長の2/3)が配置される。 According to the heat generation coefficients of the fuel rods shown in FIG. becomes the largest at The heat generation coefficient of the fuel rods 11 arranged at positions (3,11), (11,3) and (11,11) is "1.38", and the heat generation coefficient of the fuel rods 11 arranged at position (3,3) is It is almost the same as the heat generation coefficient of the fuel rod 11. Each fuel rod 11 located at positions (3,3), (3,11), (11,3) and (11,11) is a channel of the fuel rod array in the cross section of the fuel assembly. They are arranged at the corners of the third row from the inner surface of the box 17 . Fuel rods 5, which are part-length fuel rods (the effective fuel length of the fuel rods is full-length fuel rods, for example, 2 of the effective fuel length of the fuel rods 6) are placed at the positions of the corners of the third row of the fuel assembly 13A. /3) are arranged.

図8によれば、(2,5)、(2,9)、(5,2)、(5,12)、(9,2)、(9,12)、(12,5)及び(12,9)の各位置に配置された燃料棒11の発熱係数は、「1.38」または「1.37」である。(2,5)、(2,9)、(5,2)、(5,12)、(9,2)、(9,12)、(12,5)及び(12,9)の各位置に配置された燃料棒11は、燃料集合体の横断面における燃料棒配列の、チャンネルボックス17の内面から2列目の各コーナーに配置された燃料棒11を基点にした、チャンネルボックス17の内面に沿った直交する二方向のそれぞれにおいて、2列目の各コーナーに配置された燃料棒11から3本目に配置されている。 According to FIG. 8, (2,5), (2,9), (5,2), (5,12), (9,2), (9,12), (12,5) and (12 , 9) has a heat generation coefficient of 1.38 or 1.37. Positions (2,5), (2,9), (5,2), (5,12), (9,2), (9,12), (12,5) and (12,9) The fuel rods 11 arranged in the inner surface of the channel box 17 are based on the fuel rods 11 arranged in each corner of the second row from the inner surface of the channel box 17 in the fuel rod arrangement in the cross section of the fuel assembly. In each of the two orthogonal directions along , the fuel rods 11 are arranged third from the fuel rods 11 arranged at each corner of the second row.

図8によれば、(2,4)、(2,10)、(4,2)、(4,12)、(10,2)、(10,12)、(12,4)及び(12,10)の各位置に配置された燃料棒11の発熱係数は、「1.38」または「1.39」である。(2,4)、(2,10)、(4,2)、(4,12)、(10,2)、(10,12)、(12,4)及び(12,10)の各位置に配置された燃料棒11は、上記の燃料棒配列のその2列目の各コーナーに配置された燃料棒11を基点にした、チャンネルボックス17の内面に沿った直交する二方向のそれぞれにおいて、2列目の各コーナーに配置された燃料棒11から2本目に配置されている。 According to FIG. 8, (2,4), (2,10), (4,2), (4,12), (10,2), (10,12), (12,4) and (12 , 10) is 1.38 or 1.39. Positions (2,4), (2,10), (4,2), (4,12), (10,2), (10,12), (12,4) and (12,10) In each of the two orthogonal directions along the inner surface of the channel box 17, with the fuel rods 11 arranged at each corner of the second row of the above fuel rod array as the base point, It is arranged second from the fuel rod 11 arranged at each corner of the second row.

さらに、図8によれば、(2,3)、(2,11)、(3,2)、(3,12)、(11,2)、(11,12)、(12,3)及び(12,11)の各位置に配置された燃料棒11の発熱係数は、「1.36」または「1.37」である。(2,3)、(2,11)、(3,2)、(3,12)、(11,2)、(11,12)、(12,3)及び(12,11)の各位置に配置された燃料棒11は、上記の燃料棒配列のその2列目の各コーナーに配置された燃料棒11を基点にした、チャンネルボックス17の内面に沿った直交する二方向のそれぞれにおいて、2列目の各コーナーに配置された燃料棒11から1本目に配置されている。 Further, according to FIG. 8, (2,3), (2,11), (3,2), (3,12), (11,2), (11,12), (12,3) and The heat generation coefficient of the fuel rod 11 arranged at each position (12, 11) is "1.36" or "1.37". Positions (2,3), (2,11), (3,2), (3,12), (11,2), (11,12), (12,3) and (12,11) In each of the two orthogonal directions along the inner surface of the channel box 17, with the fuel rods 11 arranged at each corner of the second row of the above fuel rod array as the base point, It is arranged first from the fuel rods 11 arranged at the corners of the second row.

燃料集合体13Aの横断面における燃料棒配列の、チャンネルボックス17の内面から2列目の各コーナーに配置された燃料棒1を基点にした、チャンネルボックス17の内面に沿った直交する二方向のそれぞれにおいて、2列目の各コーナーに配置された燃料棒1から3本目に配置された燃料棒7、2列目の各コーナーに配置された燃料棒1から2本目に配置された燃料棒10、及び2列目の各コーナーに配置された燃料棒1から1本目に配置された燃料棒9のそれぞれは、部分長燃料棒である。燃料棒7,9及び10のそれぞれの燃料有効長は、全長燃料棒である、例えば、燃料棒6の燃料有効長の9/10である。 Two orthogonal directions along the inner surface of the channel box 17, starting from the fuel rods 1 arranged at each corner of the second row from the inner surface of the channel box 17, of the fuel rod arrangement in the cross section of the fuel assembly 13A In each of them, the fuel rod 1 placed at each corner of the second row to the fuel rod 7 placed at the third row, the fuel rod 1 placed at each corner of the second row to the fuel rod 10 placed at the second row. , and the fuel rods 1 located at each corner of the second row to the fuel rods 9 located at the first row are part length fuel rods. The active fuel length of each of fuel rods 7, 9 and 10 is 9/10 of the active fuel length of, for example, fuel rod 6, which is a full length fuel rod.

燃料集合体13Aにおける、全長燃料棒である燃料棒1,2,6及び8を有し、部分長燃料棒である燃料棒5,7,9及び10のそれぞれを全長燃料棒とした第2想定燃料集合体の構成は、実施例1で用いられる燃料集合体13における、全長燃料棒である燃料棒1,2,3,4,6及び8を有し、部分長燃料棒である燃料棒5及び7のそれぞれを全長燃料棒とした第1想定燃料集合体の構成と同じである。なぜならば、第2想定燃料集合体内の、燃料棒1,2及び6のそれぞれの富化度及び燃料棒1,2及び6のそれぞれの本数は、第1想定燃料集合体内の、燃料棒1,2及び6のそれぞれの富化度及び燃料棒1,2及び6のそれぞれの本数と同じである。第2想定燃料集合体内の、燃料棒8のガドリニウム濃度及び燃料棒8の本数は、第1想定燃料集合体内の、燃料棒8のガドリニウム濃度及び燃料棒8の本数と同じである。第2想定燃料集合体内の、燃料棒5,7,9及び10のそれぞれに対応する各全長燃料棒の富化度及びこれらの全長燃料棒それぞれの本数は、第1想定燃料集合体内の、燃料棒5及び7のそれぞれに対応する各全長燃料棒、及び全長燃料棒である燃料棒3及び4のそれぞれの富化度、及び燃料棒5及び7のそれぞれに対応する各全長燃料棒、及び全長燃料棒である燃料棒3及び4それぞれの本数と同じである。 A second assumption that the fuel rods 1, 2, 6 and 8 are full length fuel rods in the fuel assembly 13A and the fuel rods 5, 7, 9 and 10 that are part length fuel rods are full length fuel rods. The structure of the fuel assembly has fuel rods 1, 2, 3, 4, 6 and 8 which are full-length fuel rods in the fuel assembly 13 used in Example 1, and fuel rod 5 which is a part-length fuel rod. and 7 are full-length fuel rods, respectively. This is because the enrichment of each of the fuel rods 1, 2 and 6 and the number of each of the fuel rods 1, 2 and 6 in the second assumed fuel assembly are 2 and 6, respectively, and the same as the number of fuel rods, 1, 2, and 6, respectively. The gadolinium concentration of the fuel rods 8 and the number of fuel rods 8 in the second assumed fuel assembly are the same as the gadolinium concentration of the fuel rods 8 and the number of fuel rods 8 in the first assumed fuel assembly. The enrichment of each full-length fuel rod corresponding to each of the fuel rods 5, 7, 9 and 10 in the second assumed fuel assembly and the number of each of these full-length fuel rods are the fuel in the first assumed fuel assembly Each full length fuel rod corresponding to each of rods 5 and 7, and the enrichment of each of fuel rods 3 and 4 being full length fuel rods, and each full length fuel rod corresponding to each of fuel rods 5 and 7, and each full length. It is the same as the number of fuel rods 3 and 4, which are fuel rods.

このように、第2想定燃料集合体の構成が第1想定燃料集合体の構成と同じであるにもかかわらず、第2想定燃料集合体を対象にして得られた、図8に示された各燃料棒の配置位置での各発熱係数の値は、第1想定燃料集合体を対象にして得られた、図5に示された各燃料棒の配置位置での各発熱係数の値よりも全般に小さくなっている。第2想定燃料集合体における各燃料棒の配置位置での各発熱係数の値が、第1想定燃料集合体における各燃料棒の配置位置での各発熱係数の値よりも小さくなっている理由を以下に説明する。 In this way, although the configuration of the second assumed fuel assembly is the same as the configuration of the first assumed fuel assembly, the The value of each heat generation coefficient at the arrangement position of each fuel rod is higher than the value of each heat generation coefficient at the arrangement position of each fuel rod shown in FIG. generally smaller. The reason why the value of each heat generation coefficient at the arrangement position of each fuel rod in the second assumed fuel assembly is smaller than the value of each heat generation coefficient at the arrangement position of each fuel rod in the first assumed fuel assembly It is explained below.

複数の第2想定燃料集合体が炉心に装荷された低減速スペクトル沸騰水型原子力プラントにおける一つの運転サイクルの期間は、複数の第1想定燃料集合体が炉心に装荷された低減速スペクトル沸騰水型原子力プラントにおける一つの運転サイクルの期間と異なっている。具体的には、第2想定燃料集合体を用いた低減速スペクトル沸騰水型原子力プラントにおける一つの運転サイクルの期間は、第1想定燃料集合体を用いた低減速スペクトル沸騰水型原子力プラントのそれよりも長くなっている。低減速スペクトル沸騰水型原子力プラントの炉心に装荷された第2想定燃料集合体の燃焼度も、低減速スペクトル沸騰水型原子力プラントの炉心に装荷された第1想定燃料集合体の燃焼度と異なっている。具体的には、低減速スペクトル沸騰水型原子力プラントの炉心に装荷された第2想定燃料集合体の燃焼度は、低減速スペクトル沸騰水型原子力プラントの炉心に装荷された第1想定燃料集合体の燃焼度よりも大きくなる。 A period of one operation cycle in a low-rate spectrum boiling water nuclear power plant in which a plurality of second assumed fuel assemblies are loaded in the core is reduced-rate spectrum boiling water in which a plurality of first assumed fuel assemblies are loaded in the core. It is different from the duration of one operation cycle in a type nuclear power plant. Specifically, the period of one operation cycle in the reduced speed spectrum boiling water nuclear power plant using the second assumed fuel assemblies is equal to that of the reduced speed spectrum boiling water nuclear power plant using the first assumed fuel assemblies. is longer than The burnup of the second assumed fuel assembly loaded in the core of the low-moderation spectrum boiling water nuclear power plant is also different from the burnup of the first assumed fuel assembly loaded in the core of the slow-moderation spectrum boiling water nuclear power plant. ing. Specifically, the burnup of the second assumed fuel assembly loaded in the core of the slow spectrum boiling water nuclear power plant is is greater than the burnup of

上記したように、第2想定燃料集合体を用いた場合における一つの運転サイクルの期間及び燃焼度が、第1想定燃料集合体を用いた場合におけるそれらと異なり、第2想定燃料集合体内の全長燃料棒の出力が第1想定燃料集合体内の全長燃料棒の出力と異なる。この結果、第2想定燃料集合体を対象とした、図8に示された各燃料棒の配置位置での各発熱係数の値が、第1想定燃料集合体を対象とした、図5に示された各燃料棒の配置位置での各発熱係数の値よりも全般に小さくなるのである。 As described above, the period and burnup of one operation cycle when using the second assumed fuel assembly are different from those when using the first assumed fuel assembly, and the total length in the second assumed fuel assembly The power of the fuel rods differs from the power of the full length fuel rods in the first assumed fuel assembly. As a result, the value of each heat generation coefficient at the position of each fuel rod shown in FIG. 8 for the second assumed fuel assembly is shown in FIG. It is generally smaller than the value of each heat generation coefficient at the arrangement position of each fuel rod.

燃料集合体13Aでは、燃料棒1,2,6及び8のそれぞれは、下端部が下部タイプレート14に支持されて、上端部が上部タイプレート15に支持されている。燃料棒5,7,9及び8のそれぞれの燃料有効長は同じである。燃料棒5,7,9及び10のそれぞれは、下端部が下部タイプレート14に支持されているが、上端部が上部タイプレート15に支持されていない。燃料棒5,7,9及び10のそれぞれの燃料有効長は燃料棒1,2,6及び8のそれぞれの燃料有効長よりも短くなっており、5,7,9及び10のそれぞれは部分長燃料棒である。燃料棒5,7,9及び10のそれぞれの燃料有効長は燃料棒1,2,6及び8のそれぞれの燃料有効長の1/2よりも長くなっており、燃料棒7,9及び10のそれぞれの燃料有効長は燃料棒5の燃料有効長よりも長い。燃料棒5の燃料有効長は燃料棒1~4,6及び8のそれぞれの燃料有効長の2/3であり、燃料棒7,9及び10のそれぞれの燃料有効長は燃料棒1~4,6及び8のそれぞれの燃料有効長の9/10である。 In the fuel assembly 13A, each of the fuel rods 1, 2, 6 and 8 has its lower end supported by the lower tie plate 14 and its upper end supported by the upper tie plate 15. As shown in FIG. Each of fuel rods 5, 7, 9 and 8 has the same active fuel length. Each of the fuel rods 5 , 7 , 9 and 10 has its lower end supported by the lower tie plate 14 but its upper end is not supported by the upper tie plate 15 . The active fuel length of each of fuel rods 5, 7, 9 and 10 is less than the active fuel length of each of fuel rods 1, 2, 6 and 8, and each of 5, 7, 9 and 10 has a partial length. fuel rods. The active fuel length of each of fuel rods 5, 7, 9 and 10 is longer than half the active fuel length of each of fuel rods 1, 2, 6 and 8, and the length of fuel rods 7, 9 and 10 is Each active fuel length is longer than the active fuel length of the fuel rods 5 . The active fuel length of fuel rod 5 is 2/3 of the active fuel length of each of fuel rods 1-4, 6 and 8, and the active fuel length of fuel rods 7, 9 and 10 is each of fuel rods 1-4, 9/10 of the effective fuel length of 6 and 8 respectively.

発明者らは、本実施例の燃料集合体13AにおけるMCPRを、冷却水流動評価手法を用いて評価した。そのMCPRの評価結果を図9に示す。図9に示された評価結果は、部分長燃料棒を有する燃料集合体を炉心に装荷した第1ケースを実線で、部分長燃料棒を有する燃料集合体を炉心に装荷した第2ケースを破線で示している。第1ケースにおいて、炉心に装荷された燃料集合体は、実施例2の燃料集合体13Aである。第2のケースにおいて、炉心に装荷された燃料集合体は、燃料集合体13A内の部分長燃料棒を全長燃料棒に替えた構成を有する。図9の横軸は炉心流量(%)を示しており、原子炉出力が100%である原子炉の定格運転時における炉心流量を100%としている。そのMCPRは、80%~120%の範囲で炉心流量を変化させて評価した。図9の縦軸は、炉心流量を変化させて求められたMCPRを示している。 The inventors evaluated the MCPR of the fuel assembly 13A of this example using a cooling water flow evaluation method. FIG. 9 shows the MCPR evaluation results. In the evaluation results shown in FIG. 9, the solid line represents the first case in which fuel assemblies having part-length fuel rods were loaded in the core, and the broken line represents the second case in which fuel assemblies having part-length fuel rods were loaded into the core. is shown. In the first case, the fuel assemblies loaded into the core are the fuel assemblies 13A of the second embodiment. In the second case, the fuel assemblies loaded into the core have a configuration in which the part length rods in fuel assembly 13A are replaced by full length rods. The horizontal axis of FIG. 9 indicates the core flow rate (%), and the core flow rate is set to 100% during rated operation of the reactor with a reactor output of 100%. The MCPR was evaluated by changing the core flow rate in the range of 80% to 120%. The vertical axis in FIG. 9 indicates the MCPR obtained by changing the core flow rate.

部分長燃料棒を有する燃料集合体を炉心に装荷した第1ケースにおけるMCPRは、部分長燃料棒を含まない燃料集合体を炉心に装荷した第2ケースにおけるMCPRよりも増加している。部分長燃料棒を含む燃料集合体では、MCPRが増加する。第1ケースにおけるMCPRは、第2ケースにおけるMCPRに比べて5%程度増加する。MCPRを向上させるためには、部分長燃料棒を含む燃料集合体を炉心に装荷した方が良い。 The MCPR in the first case, in which the core is loaded with fuel assemblies having part-length rods, is greater than the MCPR in the second case, in which the core is loaded with fuel assemblies without part-length rods. Fuel bundles containing part length rods have increased MCPR. The MCPR in the first case increases by about 5% compared to the MCPR in the second case. In order to improve MCPR, it is better to load the core with fuel assemblies containing part-length fuel rods.

本実施例は、実施例1で生じる各効果を得ることができる。さらに、本実施例は、燃料集合体13Aの横断面における燃料棒配列の、チャンネルボックス17の内面から2列目の各コーナーに配置された燃料棒1を基点にした、チャンネルボックス17の内面に沿った直交する二方向のそれぞれにおいて、2列目の各コーナーに配置された燃料棒1から1本目に部分長燃料棒である燃料棒10を配置し、その燃料棒配列の、チャンネルボックス17の内面から2列目の各コーナーに配置された燃料棒1を基点にした、チャンネルボックス17の内面に沿った直交する二方向のそれぞれにおいて、2列目の各コーナーに配置された燃料棒1から1本目に部分長燃料棒である燃料棒9(燃料棒9は燃料棒10に隣接)を配置しているので、燃料集合体13Aにおける液膜ドライアウトの発生を、実施例1の燃料集合体13よりもさらに抑制することができる。 This embodiment can obtain each effect produced in the first embodiment. Furthermore, in this embodiment, the inner surface of the channel box 17 is based on the fuel rods 1 arranged at each corner of the second row from the inner surface of the channel box 17 in the fuel rod arrangement in the cross section of the fuel assembly 13A. Part-length fuel rods 10 are arranged in the first row from the fuel rods 1 arranged in each corner of the second row in each of the two orthogonal directions along, and the fuel rod array of the channel box 17 From the fuel rods 1 arranged at the corners of the second row in each of two orthogonal directions along the inner surface of the channel box 17 with the fuel rods 1 arranged at the corners of the second row from the inner surface as the base point Since the fuel rods 9 (the fuel rods 9 are adjacent to the fuel rods 10), which are part-length fuel rods, are arranged in the first rod, the occurrence of the liquid film dryout in the fuel assembly 13A can be prevented from occurring in the fuel assembly of the first embodiment. 13 can be further suppressed.

本実施例の燃料集合体13Aでは、部分長燃料棒である燃料棒5及び7以外に、部分長燃料棒である燃料棒9及び10を配置しているため、実施例1の燃料集合体13よりも核燃料物質の装荷量が低減される。しかしながら、燃料棒9及び10のそれぞれの燃料有効長が燃料棒5のそれよりも長いため、燃料集合体13Aにおける核燃料物質の装荷量の低減度合いは小さくなる。 In the fuel assembly 13A of this embodiment, the fuel rods 9 and 10, which are part-length fuel rods, are arranged in addition to the fuel rods 5 and 7, which are part-length fuel rods. The loading of nuclear fuel material is reduced. However, since the effective fuel length of each of fuel rods 9 and 10 is longer than that of fuel rod 5, the degree of reduction in the loading of nuclear fuel material in fuel assembly 13A is small.

本発明の好適な他の実施例である低減速スペクトル沸騰水型原子力プラントに用いられる実施例3の燃料集合体を、図3、図4、図10及び図11を用いて説明する。 A fuel assembly of Example 3 used in a low speed spectrum boiling water nuclear power plant, which is another preferred example of the present invention, will be described with reference to FIGS. 3, 4, 10 and 11. FIG.

本実施例の燃料集合体が炉心に装荷される低減速スペクトル沸騰水型原子力プラント20の原子炉21は、ABWRである。 The nuclear reactor 21 of the slow spectrum boiling water nuclear power plant 20 in which the fuel assemblies of this embodiment are loaded into the core is an ABWR.

本実施例の燃料集合体13Bも、燃料棒11Bを13行13列で正方格子状に配置している。燃料集合体13Bにおける燃料棒11Bの配置は、実施例2の燃料集合体13Aにおける燃料棒11の配置と同じである。燃料集合体13Bは、実施例2の燃料集合体13Aに用いられた部分長燃料棒である燃料棒5,7,9及び10のそれぞれを、燃料集合体13Aと同じ位置に配置している。燃料棒11Bは、図11に示すように、被覆管41内に核燃料物質で製造された複数の燃料ペレット40が充填されて構成される。 In the fuel assembly 13B of this embodiment, the fuel rods 11B are also arranged in a square grid of 13 rows and 13 columns. The arrangement of the fuel rods 11B in the fuel assembly 13B is the same as the arrangement of the fuel rods 11 in the fuel assembly 13A of the second embodiment. In the fuel assembly 13B, the fuel rods 5, 7, 9 and 10, which are part length fuel rods used in the fuel assembly 13A of the second embodiment, are arranged at the same positions as the fuel assembly 13A. As shown in FIG. 11, the fuel rod 11B is constructed by filling a cladding tube 41 with a plurality of fuel pellets 40 made of nuclear fuel material.

実施例2の燃料集合体13Aでは、燃料有効長が2/3の部分長燃料棒である燃料棒5を4本、燃料有効長が9/10の部分長燃料棒である燃料棒5,7,9及び10を併せて24本を用いたことによって、核燃料物質の装荷量が、実施例1の燃料集合体13よりも2.3%減少する。低減速スペクトル沸騰水型原子炉では、燃料集合体における核燃料物質の装荷量を多くすることが望ましい。 In the fuel assembly 13A of Example 2, there are four fuel rods 5 that are partial length fuel rods with an effective fuel length of 2/3, and fuel rods 5 and 7 that are partial length fuel rods with an effective fuel length of 9/10. , 9 and 10 in total, the loading amount of the nuclear fuel material is reduced by 2.3% as compared with the fuel assembly 13 of the first embodiment. In low moderation spectrum boiling water reactors, it is desirable to have a high loading of nuclear fuel material in the fuel assemblies.

そこで、本実施例では、燃料集合体13Bにおける部分長燃料棒(燃料棒5,7,9及び10)の本数の増加による、燃料集合体13Bにおける核燃料物質の装荷量の減少を補うため、燃料棒11Bの直径を8.1mmとし、実施例2の燃料集合体13Aにおける燃料棒11の直径8.0mmよりも太くした。これにより、部分長燃料棒の本数増加によるによる燃料集合体の核分裂性物質の装荷量の減少を、燃料棒の直径の増加による核燃料物質の装荷量の増加により補うことができる。 Therefore, in this embodiment, fuel The diameter of the rod 11B is set to 8.1 mm, which is larger than the diameter of the fuel rod 11 of the fuel assembly 13A of the second embodiment, which is 8.0 mm. As a result, a decrease in the fissile material loading of the fuel assembly due to an increase in the number of part length fuel rods can be compensated for by an increase in the nuclear fuel material loading due to an increase in the diameter of the fuel rods.

燃料集合体の核分裂性物質の装荷量の減少を補うために増加された燃料棒の直径dは、その燃料集合体内に配置される部分長燃料棒の燃料有効長に依存するため、以下に示す式(2)の関係を満たすように設定すればよい。 The increased fuel rod diameter dw to compensate for the reduced fissile material loading of the fuel assembly depends on the active fuel length of the part length rods placed in the fuel assembly, so It may be set so as to satisfy the relationship of the formula (2) shown.

π×{(d-2×δ)/2}×Ls
-π×{(dw/o-2×δw/o)/2}×Lsw/o>0 …(2)
ここで、Lsは部分長燃料棒を有する燃料集合体内に配置された全燃料棒の燃料有効長の合計、dは部分長燃料棒を有する燃料集合体内に配置された燃料棒の直径、δは部分長燃料棒を有する燃料集合体内に配置された燃料棒の被覆管の厚み、Lsw/oは部分長燃料棒を有していない燃料集合体内に配置された全燃料棒の燃料有効長の合計、dw/oは部分長燃料棒を有していない燃料集合体内に配置された燃料棒の直径、δw/oは部分長燃料棒を有していない燃料集合体内に配置された燃料棒の被覆管の厚みである。
π×{(d w −2×δ w )/2} 2 ×Ls w
−π×{(d w/o −2×δ w/o )/2} 2 ×Ls w/o >0 (2)
where Lsw is the sum of the active fuel lengths of all the fuel rods arranged in a fuel assembly with part length rods, dw is the diameter of the fuel rods arranged in a fuel assembly with part length rods, δw is the cladding thickness of the fuel rods arranged in fuel assemblies with part length rods, and Lsw /o is the fuel of all fuel rods arranged in fuel assemblies without part length rods. total effective length, dw /o is the diameter of the fuel rods arranged in fuel assemblies without part length rods, and .delta.w /o is the diameter of the fuel rods arranged in fuel assemblies without part length rods. is the thickness of the cladding of the fuel rods that have been processed.

式(2)を満足するように、部分長燃料棒を有する燃料集合体内に配置された燃料棒の直径dを、被覆管41の厚みを除いて、部分長燃料棒を有していない燃料集合体内に配置された燃料棒の直径dw/oよりも大きくなるように設定することによって、部分長燃料棒を有する燃料集合体13Bにおける核燃料物質の装荷量を、部分長燃料棒を有していない燃料集合体における核燃料物質の装荷量よりも増加させることができる。 (2), the diameter dw of the fuel rods arranged in the fuel assembly with part-length rods, excluding the thickness of the cladding tube 41, is the same as that of the fuel without part-length rods. By setting it to be larger than the diameter dw/o of the fuel rods arranged in the assembly, the loading of nuclear fuel material in the fuel assembly 13B with part-length rods can be reduced to can be increased over the nuclear fuel material loading in unloaded fuel assemblies.

本実施例によれば、実施例2で生じる各効果を得ることができる。さらに、本実施例では、式(2)を満足するように、部分長燃料棒を有する燃料集合体13B内に配置された燃料棒11Bの直径を設定するので、部分長燃料棒を有する燃料集合体13Bにおける核燃料物質の装荷量を、部分長燃料棒を有していない燃料集合体における核燃料物質の装荷量よりも増加させることができる。 According to this embodiment, each effect produced in the second embodiment can be obtained. Furthermore, in this embodiment, since the diameter of the fuel rods 11B arranged in the fuel assembly 13B having part-length fuel rods is set so as to satisfy the equation (2), the fuel assembly having part-length fuel rods The loading of nuclear fuel material in body 13B can be increased over the loading of nuclear fuel material in fuel assemblies that do not have part length rods.

1,2,3,4,6,8…燃料棒(全長燃料棒)、5.7.9.10…燃料棒(部分長燃料棒)、11,11B…燃料棒、12…支持ロッド、13,13A,13B…燃料集合体、14…下部タイプレート(下部燃料支持部材)、15…上部タイプレート(上部燃料支持部材)、17…チャンネルボックス、20…低減速スペクトル沸騰水型原子力プラント、21…原子炉、22…原子炉圧力容器、23…炉心、34…制御棒、39…水ギャップ領域、40…燃料ペレット、41…被覆管。 1, 2, 3, 4, 6, 8 ... fuel rods (full-length fuel rods), 5, 7, 9, 10 ... fuel rods (part-length fuel rods), 11, 11B ... fuel rods, 12 ... support rods, 13 , 13A, 13B... fuel assembly, 14... lower tie plate (lower fuel support member), 15... upper tie plate (upper fuel support member), 17... channel box, 20... low speed spectrum boiling water nuclear power plant, 21 22 Reactor pressure vessel 23 Core 34 Control rod 39 Water gap region 40 Fuel pellet 41 Cladding tube.

Claims (12)

下部燃料支持部材と、
上部燃料支持部材と、
前記上部燃料支持部材に上端部が取り付けられて前記下部燃料支持部材に向かって伸びている、横断面が正方形状の角筒であるチャンネルボックスと、
前記チャンネルボックス内で、正方格子状に配置された、内部に核燃料物質を充填した複数の燃料棒とを備えた燃料集合体であって、
前記燃料棒は、下端部が前記下部燃料支持部材に支持されて上端部が前記上部燃料支持部材に支持される複数の第1燃料棒、及び下端部が前記下部燃料支持部材に支持されて上端部が前記上部燃料支持部材に支持されていなく、燃料有効長が前記第1燃料棒のそれよりも短い複数の第2燃料棒を含んでおり、
前記第2燃料棒が、前記燃料集合体の横断面における燃料棒配列の、前記チャンネルボックスの内面から2列目及び3列目のそれぞれに配置されることを特徴とする燃料集合体。
a lower fuel support member;
an upper fuel support member;
a channel box, which is a rectangular tube having a square cross-section and having an upper end attached to the upper fuel support member and extending toward the lower fuel support member;
A fuel assembly comprising a plurality of fuel rods filled with nuclear fuel material arranged in a square lattice in the channel box,
The fuel rods include a plurality of first fuel rods having lower ends supported by the lower fuel support member and upper ends supported by the upper fuel support member, and lower ends supported by the lower fuel support member. a plurality of second fuel rods not supported by said upper fuel support member and having an effective fuel length less than that of said first fuel rods;
A fuel assembly according to claim 1, wherein the second fuel rods are arranged in the second row and the third row from the inner surface of the channel box in the fuel rod arrangement in the cross section of the fuel assembly.
前記複数の第2燃料棒は、前記3列目に配置された複数の第3燃料棒、及び前記2列目に配置された複数の第4燃料棒を含んでおり、
前記第4燃料棒の燃料有効長は、前記第3燃料棒の燃料有効長よりも長くなっている請求項1に記載の燃料集合体。
The plurality of second fuel rods includes a plurality of third fuel rods arranged in the third row and a plurality of fourth fuel rods arranged in the second row,
2. The fuel assembly according to claim 1, wherein the active fuel length of said fourth fuel rod is longer than the active fuel length of said third fuel rod.
前記第3燃料棒は、前記3列目の4つの第1コーナーにそれぞれ配置され、前記第4燃料棒は、前記2列目の4つの第2コーナーのそれぞれに配置された前記第1燃料棒を基点にした、チャンネルボックスの内面に沿った直交する二方向のそれぞれにおいて、それぞれの第2コーナーに配置された前記第1燃料棒から3本目に配置される請求項2に記載の燃料集合体。 The third fuel rods are arranged at each of the four first corners of the third row, and the fourth fuel rods are arranged at each of the four second corners of the second row. 3. The fuel assembly according to claim 2, wherein in each of two orthogonal directions along the inner surface of the channel box, the fuel assembly is arranged third from the first fuel rod arranged at the respective second corner . 前記第4燃料棒の燃料有効長をL1、前記燃料集合体内における前記第4燃料棒の本数をn1、前記第3燃料棒の燃料有効長をL2、前記燃料集合体内における前記第3燃料棒の本数をn2、前記第1燃料棒の燃料有効長をL、前記燃料集合体に含まれる全ての前記燃料棒の本数をnとしたとき、前記第4燃料棒の燃料有効長L1及び前記第3燃料棒の燃料有効長L2が下記の式(1)の関係を満たす請求項2または3に記載の燃料集合体。
{(L-L1)×n1+(L-L2)×n2}/(L×n)≦0.072 …(1)
The effective fuel length of the fourth fuel rod is L1, the number of the fourth fuel rods in the fuel assembly is n1, the effective fuel length of the third fuel rod is L2, and the length of the third fuel rod in the fuel assembly is When the number of fuel rods is n2, the effective fuel length of the first fuel rod is L, and the total number of fuel rods included in the fuel assembly is n, the effective fuel length of the fourth fuel rod is L1 and the third 4. The fuel assembly according to claim 2 or 3, wherein the effective fuel length L2 of the fuel rod satisfies the relationship of the following formula (1).
{(L−L1)×n1+(L−L2)×n2}/(L×n)≦0.072 (1)
前記第3燃料棒の燃料有効長は前記第1燃料棒の燃料有効長の2/3であり、前記第4燃料棒の燃料有効長は前記第1燃料棒の燃料有効長の9/10である請求項4に記載の燃料集合体。 The active fuel length of the third fuel rod is 2/3 of the active fuel length of the first fuel rod, and the active fuel length of the fourth fuel rod is 9/10 of the active fuel length of the first fuel rod. 5. The fuel assembly of claim 4. 前記第4燃料棒は、前記2列目の4つの第2コーナーのそれぞれに配置された前記第1燃料棒を基点にした、チャンネルボックスの内面に沿った直交する二方向のそれぞれにおいて、それぞれの第2コーナーに配置された前記第1燃料棒から3本目に配置される以外にも、前記2列目の4つの前記第2コーナーのそれぞれに配置された前記第1燃料棒を基点にした前記直交する二方向のそれぞれにおいて、それぞれの第2コーナーに配置された前記第1燃料棒から1本目及び2本目にも配置されている請求項3に記載の燃料集合体。 The fourth fuel rods are arranged in each of two orthogonal directions along the inner surface of the channel box from the first fuel rods arranged at the four second corners of the second row. In addition to being arranged at the third from the first fuel rod arranged at the second corner, the above-mentioned 4. The fuel assembly of claim 3, wherein in each of two orthogonal directions, the fuel rods are also arranged first and second from said first fuel rods arranged at respective second corners. 前記第3燃料棒が、前記2列目に配置された前記複数の第4燃料棒の一部に隣接して配置されている請求項6に記載の燃料集合体。 7. The fuel assembly of claim 6, wherein said third fuel rods are positioned adjacent to a portion of said plurality of fourth fuel rods positioned in said second row. 前記複数の第1燃料棒が、前記核燃料物質を含み、可燃性毒物を含まない複数の第5燃料棒、及び前記核燃料物質及び前記可燃性毒物を含む複数の第6燃料棒を含んでおり、
前記第6燃料棒が、前記燃料集合体の横断面における燃料棒配列の最外周領域に配置されている請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の燃料集合体。
the plurality of first fuel rods includes a plurality of fifth fuel rods containing the nuclear fuel material and no burnable poison, and a plurality of sixth fuel rods containing the nuclear fuel material and the burnable poison;
8. The fuel assembly according to any one of claims 1 to 7, wherein said sixth fuel rod is arranged in the outermost peripheral region of the fuel rod arrangement in the cross section of said fuel assembly.
前記下部燃料支持部材に下端部が支持されて前記上部燃料支持部材に上端部が支持され、前記複数の燃料棒を束ねる燃料スペーサを保持し、そして、前記核燃料物質を含んでいない支持ロッドが、前記燃料集合体の横断面における燃料棒配列の最外周領域の4つのコーナーのそれぞれに配置される請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の燃料集合体。 a support rod having a lower end supported by the lower fuel support member and an upper end supported by the upper fuel support member, holding a fuel spacer for bundling the plurality of fuel rods, and a support rod containing no nuclear fuel material; 8. A fuel assembly according to any one of claims 1 to 7, arranged at each of the four corners of the outermost peripheral region of the fuel rod array in the cross section of said fuel assembly. 部分長燃料棒を有する燃料集合体内に配置された全燃料棒の燃料有効長の合計をLs、前記部分長燃料棒を有する前記燃料集合体内に配置された燃料棒の直径をd、前記部分長燃料棒を有する前記燃料集合体内に配置された前記燃料棒の被覆管の厚みをδ、前記部分長燃料棒を有していない前記燃料集合体内に配置された全燃料棒の燃料有効長の合計をLsw/o、前記部分長燃料棒を有していない前記燃料集合体内に配置された燃料棒の直径をdw/o、及び前記部分長燃料棒を有していない前記燃料集合体内に配置された前記燃料棒の被覆管の厚みをδw/oとしたとき、前記燃料棒の直径dが下記の式(2)の関係を満たす請求項1ないし請求項9のいずれか1項に記載の燃料集合体。
π×{(d-2×δ)/2}×Ls
-π×{(dw/o-2×δw/o)/2}×Lsw/o>0…(2)
Lsw is the sum of the active fuel lengths of all the fuel rods arranged in a fuel assembly having part length rods; dw is the diameter of the fuel rods arranged in said fuel assembly having said part length rods; w is the cladding thickness of the fuel rods disposed in the fuel assemblies having part length rods; Lsw /o the total length, dw /o the diameter of the fuel rods disposed in the fuel assembly not having the part length rods, and the fuel rods not having the part length rods. 10. The fuel rod according to any one of claims 1 to 9, wherein the diameter dw of the fuel rod satisfies the following formula (2) where .delta.w /o is the thickness of the cladding tube of the fuel rod arranged in the assembly. or the fuel assembly according to item 1.
π×{(d w −2×δ w )/2} 2 ×Ls w
−π×{(d w/o −2×δ w/o )/2} 2 ×Ls w/o >0 (2)
前記チャンネルボックス内の前記燃料棒配列における前記複数の燃料棒は、13行13列に配置されている請求項1ないし請求項10のいずれか1項に記載の燃料集合体。 11. The fuel assembly of any preceding claim, wherein the plurality of fuel rods in the fuel rod array within the channel box are arranged in 13 rows and 13 columns. 請求項1ないし請求項11のいずれか1項に記載の複数の燃料集合体が装荷されていることを特徴とする原子炉の炉心。 A core of a nuclear reactor, comprising a plurality of fuel assemblies according to any one of claims 1 to 11.
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