JP2544249B2 - 沸騰水型原子炉用燃料集合体及び原子炉炉心 - Google Patents
沸騰水型原子炉用燃料集合体及び原子炉炉心Info
- Publication number
- JP2544249B2 JP2544249B2 JP2411789A JP41178990A JP2544249B2 JP 2544249 B2 JP2544249 B2 JP 2544249B2 JP 2411789 A JP2411789 A JP 2411789A JP 41178990 A JP41178990 A JP 41178990A JP 2544249 B2 JP2544249 B2 JP 2544249B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- enrichment
- fuel
- boundary
- boiling water
- poison
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、沸騰水型原子炉の燃料
集合体及び炉心に関し、特に燃焼初期においては軸方向
下部側の出力ピークを高くして核分裂性プルトニウムの
蓄積を図り、燃焼末期にいては、炉心平均ボイド率の減
少と、蓄積した核分裂性プルトニウムを有効に利用する
ことによる反応度の上昇により核燃料物質の有効利用を
行う所謂スペクトルシフト運転を行う沸騰水型原子炉に
好適な燃料集合体及び炉心に関するものである。
集合体及び炉心に関し、特に燃焼初期においては軸方向
下部側の出力ピークを高くして核分裂性プルトニウムの
蓄積を図り、燃焼末期にいては、炉心平均ボイド率の減
少と、蓄積した核分裂性プルトニウムを有効に利用する
ことによる反応度の上昇により核燃料物質の有効利用を
行う所謂スペクトルシフト運転を行う沸騰水型原子炉に
好適な燃料集合体及び炉心に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図８，図９は従来の沸騰水型原子炉用の
２ストリーム燃料集合体の軸方向濃縮度及びガドリニア
分布を示す説明図である。２ストリーム燃料では２種の
設計の異なる燃料を用意して、それらの炉心装荷比率を
調整したりして、望ましい炉心特性を得るようにする炉
心管理(Core Management) 法の一つである。
２ストリーム燃料集合体の軸方向濃縮度及びガドリニア
分布を示す説明図である。２ストリーム燃料では２種の
設計の異なる燃料を用意して、それらの炉心装荷比率を
調整したりして、望ましい炉心特性を得るようにする炉
心管理(Core Management) 法の一つである。
【０００３】尚、図中の濃縮度は 235Ｕの全ウラン量に
対する重量％として表わし、ガドリニア量はUO2+Gd2O3
中のGd2O3 の重量で表わした。また、燃料格子形状は、
燃料棒の９行×９列配置の中央部の３×３の位置に大型
ウォータチャンネルを配置した９×９燃料であり、全発
熱燃料棒は72本である。例えば、図８の例で、3.60%e+1
1G3.5 は、 235Ｕ濃縮度が、3.60% でガドリニアは3.5w
t%の燃料棒が11本有ることを示している。尚、全ての図
における0.71%eという上・下端部1/24ずつは天然ウラン
ブランケットを表わす。
対する重量％として表わし、ガドリニア量はUO2+Gd2O3
中のGd2O3 の重量で表わした。また、燃料格子形状は、
燃料棒の９行×９列配置の中央部の３×３の位置に大型
ウォータチャンネルを配置した９×９燃料であり、全発
熱燃料棒は72本である。例えば、図８の例で、3.60%e+1
1G3.5 は、 235Ｕ濃縮度が、3.60% でガドリニアは3.5w
t%の燃料棒が11本有ることを示している。尚、全ての図
における0.71%eという上・下端部1/24ずつは天然ウラン
ブランケットを表わす。
【０００４】各図に示すように、天然ウラン部と上部２
ノードを除いて、図８の集合体では濃縮度もガドリニア
濃度も軸方向で一様であり、図９の集合体では濃縮度は
軸方向で一様ではあるが、ガドリニア濃度が軸方向下部
側ほど大きいものである。
ノードを除いて、図８の集合体では濃縮度もガドリニア
濃度も軸方向で一様であり、図９の集合体では濃縮度は
軸方向で一様ではあるが、ガドリニア濃度が軸方向下部
側ほど大きいものである。
【０００５】図８，図９で示された燃料集合体は、２ス
トリーム燃料として使用されるものであり、高ガドリニ
ア燃料と低ガドリニア燃料として用いられる。その目的
は、余剰反応度を適切に保ち、少数本の深挿入制御棒の
みで高温運転時の出力分布を調節するためと、冷温時の
原子炉停止余裕を確保することにある。つまり、何らか
の事情で予定のサイクル長さよりもサイクル長さが短く
なった場合に、次サイクルの運転を行なう場合には、サ
イクル初期（ＢＯＣ）の余剰反応度が高くなり易くなる
ため、通常の平衡サイクルと比較して高ガドリニア燃料
を低ガドリニア燃料よりも多く装荷し、逆に何らかの事
情でサイクル長さが予定より長くなった場合には、確実
に１００％出力を得るために、低ガドリニア燃料を相対
的に多く装荷して余剰反応度を高めてやる必要があっ
た。
トリーム燃料として使用されるものであり、高ガドリニ
ア燃料と低ガドリニア燃料として用いられる。その目的
は、余剰反応度を適切に保ち、少数本の深挿入制御棒の
みで高温運転時の出力分布を調節するためと、冷温時の
原子炉停止余裕を確保することにある。つまり、何らか
の事情で予定のサイクル長さよりもサイクル長さが短く
なった場合に、次サイクルの運転を行なう場合には、サ
イクル初期（ＢＯＣ）の余剰反応度が高くなり易くなる
ため、通常の平衡サイクルと比較して高ガドリニア燃料
を低ガドリニア燃料よりも多く装荷し、逆に何らかの事
情でサイクル長さが予定より長くなった場合には、確実
に１００％出力を得るために、低ガドリニア燃料を相対
的に多く装荷して余剰反応度を高めてやる必要があっ
た。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】さて、図８及び図９の
燃料集合体では、以下の欠点があった。図８の集合体で
は、濃縮度もガドリニア濃度も軸方向で一様であるた
め、燃焼初期におけるＢＷＲ固有の軸方向の上・下部の
ボイド反応度差によりサイクル初期に著しい下部出力ピ
ークが起こり、最大線出力密度（ＭＬＨＧＲ）が制限値
を超えてしまう可能性があった。
燃料集合体では、以下の欠点があった。図８の集合体で
は、濃縮度もガドリニア濃度も軸方向で一様であるた
め、燃焼初期におけるＢＷＲ固有の軸方向の上・下部の
ボイド反応度差によりサイクル初期に著しい下部出力ピ
ークが起こり、最大線出力密度（ＭＬＨＧＲ）が制限値
を超えてしまう可能性があった。
【０００７】また、図９の集合体では、燃焼初期におけ
る上・下部の増倍率Ｋ∞差は、ガドリニアの下部におけ
る増強で小さくなり比較的平坦となるが、その分スペク
トルシフト効果が得られない。また、スペクトルシフト
効果が充分行なわれるような設計とするためのガドリニ
ア量の調整（下部のガドリニア量を減らす）を行なった
場合には、サイクル末での軸方向下部の燃焼が進み、次
サイクルでの軸方向下部の無限増倍率Ｋ∞が低下するた
め、スペクトルシフト運転を行なおうとしても、もはや
スペクトルシフト運転を行なうことができないものであ
った。
る上・下部の増倍率Ｋ∞差は、ガドリニアの下部におけ
る増強で小さくなり比較的平坦となるが、その分スペク
トルシフト効果が得られない。また、スペクトルシフト
効果が充分行なわれるような設計とするためのガドリニ
ア量の調整（下部のガドリニア量を減らす）を行なった
場合には、サイクル末での軸方向下部の燃焼が進み、次
サイクルでの軸方向下部の無限増倍率Ｋ∞が低下するた
め、スペクトルシフト運転を行なおうとしても、もはや
スペクトルシフト運転を行なうことができないものであ
った。
【０００８】図９の集合体と類似のものとして、軸方向
下部の無限増倍率Ｋ∞を下げるため軸方向下部の濃縮度
を上部よりも低くする設計があるが、そのような設計で
は、さらに次サイクル以降のスペクトルシフト運転がし
難くなるという欠点を有するものであった。
下部の無限増倍率Ｋ∞を下げるため軸方向下部の濃縮度
を上部よりも低くする設計があるが、そのような設計で
は、さらに次サイクル以降のスペクトルシフト運転がし
難くなるという欠点を有するものであった。
【０００９】本発明は、安全上、上限値が炉心ごとに決
められている最大線出力密度（Max.Linear Heat Genera
tion Rate (kW/ft) ：以下、ＭＬＨＧＲと記す）の発生
点を炉心下部側とし、しかもほぼ一定のＭＬＨＧＲをサ
イクル中に亘って達成するようにし、スペクトルシフト
（スペクトルシフト：炉心の中性子束のエネルギースペ
クトルのレベルを高めて、 238Ｕ（非核分裂性）の 239
Ｐｕ（核分裂性）への転換を促がし、炉心の反応度に寄
与させること）を有効に利用するような燃料集合体及び
炉心の構成を有し、従来の軸方向下部の反応度をGd2O3
の増強または、濃縮度の低下のみにより低下させる燃料
では、充分なスペクトルシフト運転ができないため、燃
料の有効利用が図れないという問題を解決するための沸
騰水型原子炉用燃料集合体及び原子炉炉心を得ることを
目的とする。
められている最大線出力密度（Max.Linear Heat Genera
tion Rate (kW/ft) ：以下、ＭＬＨＧＲと記す）の発生
点を炉心下部側とし、しかもほぼ一定のＭＬＨＧＲをサ
イクル中に亘って達成するようにし、スペクトルシフト
（スペクトルシフト：炉心の中性子束のエネルギースペ
クトルのレベルを高めて、 238Ｕ（非核分裂性）の 239
Ｐｕ（核分裂性）への転換を促がし、炉心の反応度に寄
与させること）を有効に利用するような燃料集合体及び
炉心の構成を有し、従来の軸方向下部の反応度をGd2O3
の増強または、濃縮度の低下のみにより低下させる燃料
では、充分なスペクトルシフト運転ができないため、燃
料の有効利用が図れないという問題を解決するための沸
騰水型原子炉用燃料集合体及び原子炉炉心を得ることを
目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本請求項１に記載の発明
に係る沸騰水型原子炉用燃料集合体では、燃料被覆管内
に軸方向上下部で濃縮度差を設けた核分裂性物質又は軸
方向上下部で含有量に差を設けた可燃性毒物を装填して
なる複数本の燃料棒をバンドル状に束ねた沸騰水型原子
炉用燃料集合体において、核分裂性物質の集合体断面平
均濃縮度に関して軸方向下部を上部よりも高くするよう
に濃縮度境界が設けられ、且つ可燃性毒物を含む燃料棒
について本数の増加及び／又は可燃性毒物の燃料棒内含
有量の増加により可燃性毒物の集合体断面平均含有量に
関して軸方向下部を上部よりも高くするように毒物含有
境界が設けられ、核分裂性物質の集合体断面平均濃縮度
の高低の前記濃縮度境界及び可燃性毒物の集合体断面平
均含有量の高低の前記毒物含有境界が燃料有効長の半分
より下に位置され、且つ前記毒物含有境界が前記濃縮度
境界よりも下に位置されたものである。
に係る沸騰水型原子炉用燃料集合体では、燃料被覆管内
に軸方向上下部で濃縮度差を設けた核分裂性物質又は軸
方向上下部で含有量に差を設けた可燃性毒物を装填して
なる複数本の燃料棒をバンドル状に束ねた沸騰水型原子
炉用燃料集合体において、核分裂性物質の集合体断面平
均濃縮度に関して軸方向下部を上部よりも高くするよう
に濃縮度境界が設けられ、且つ可燃性毒物を含む燃料棒
について本数の増加及び／又は可燃性毒物の燃料棒内含
有量の増加により可燃性毒物の集合体断面平均含有量に
関して軸方向下部を上部よりも高くするように毒物含有
境界が設けられ、核分裂性物質の集合体断面平均濃縮度
の高低の前記濃縮度境界及び可燃性毒物の集合体断面平
均含有量の高低の前記毒物含有境界が燃料有効長の半分
より下に位置され、且つ前記毒物含有境界が前記濃縮度
境界よりも下に位置されたものである。
【００１１】本請求項２に記載の発明に係る沸騰水型原
子炉炉心では、圧力容器内に複数本の燃料集合体を並設
して燃料集合体部を構成してなる沸騰水型原子炉炉心に
おいて、核分裂性物質の炉心断面平均濃縮度に関して軸
方向下部を上部よりも高くするように濃縮度境界が設け
られ、且つ可燃性毒物を含む燃料棒について本数の増加
及び／又は可燃性毒物の燃料棒内含有量の増加により可
燃性毒物の炉心断面平均含有量に関して軸方向下部を上
部よりも高くするように毒物含有境界が設けられ、核分
裂性物質の炉心断面平均濃縮度の高低の前記濃縮度境界
及び可燃性毒物の炉心断面平均含有量の高低の前記毒物
含有境界が燃料有効長の半分より下に位置され、且つ前
記毒物含有境界が前記濃縮度境界よりも下に位置された
ものである。
子炉炉心では、圧力容器内に複数本の燃料集合体を並設
して燃料集合体部を構成してなる沸騰水型原子炉炉心に
おいて、核分裂性物質の炉心断面平均濃縮度に関して軸
方向下部を上部よりも高くするように濃縮度境界が設け
られ、且つ可燃性毒物を含む燃料棒について本数の増加
及び／又は可燃性毒物の燃料棒内含有量の増加により可
燃性毒物の炉心断面平均含有量に関して軸方向下部を上
部よりも高くするように毒物含有境界が設けられ、核分
裂性物質の炉心断面平均濃縮度の高低の前記濃縮度境界
及び可燃性毒物の炉心断面平均含有量の高低の前記毒物
含有境界が燃料有効長の半分より下に位置され、且つ前
記毒物含有境界が前記濃縮度境界よりも下に位置された
ものである。
【００１２】本請求項３に記載の発明に係る沸騰水型原
子炉炉心では、前記請求項２に記載の沸騰水型原子炉炉
心において、前記可燃性毒物含有量の異なる少なくとも
２種類以上の燃料集合体を用いたものである。
子炉炉心では、前記請求項２に記載の沸騰水型原子炉炉
心において、前記可燃性毒物含有量の異なる少なくとも
２種類以上の燃料集合体を用いたものである。
【００１３】本請求項４に記載の発明に係る沸騰水型原
子炉炉心では、前記請求項２に記載の沸騰水型原子炉炉
心において、軸方向下部の濃縮度を上部よりも高くした
第１の燃料集合体と、軸方向下部の可燃性毒物含有量を
上部よりも高くした第２の燃料集合体とを並設したもの
である。
子炉炉心では、前記請求項２に記載の沸騰水型原子炉炉
心において、軸方向下部の濃縮度を上部よりも高くした
第１の燃料集合体と、軸方向下部の可燃性毒物含有量を
上部よりも高くした第２の燃料集合体とを並設したもの
である。
【００１４】本請求項５に記載の発明に係る沸騰水型原
子炉炉心では、前記請求項４に記載の沸騰水型原子炉炉
心において、前記可燃性毒物含有量の異なる少なくとも
２種類以上の燃料集合体を用いたものである。
子炉炉心では、前記請求項４に記載の沸騰水型原子炉炉
心において、前記可燃性毒物含有量の異なる少なくとも
２種類以上の燃料集合体を用いたものである。
【００１５】
【作用】本発明は、核分裂性物質の集合体断面平均濃縮
度又は炉心断面平均濃縮度に関して軸方向下部を上部よ
りも高くするように濃縮度境界を設け、且つ可燃性毒物
を含む燃料棒について本数の増加及び／又は可燃性毒物
の燃料棒内含有量の増加により可燃性毒物の集合体断面
平均含有量又は炉心断面平均含有量に関して軸方向下部
を上部よりも高くするように毒物含有境界を設け、これ
ら核分裂性物質の集合体断面平均濃縮度又は炉心断面平
均濃縮度の高低の前記濃縮度境界と可燃性毒物の集合体
断面平均含有量炉心断面平均含有量の高低の前記毒物含
有境界とを異ならせ、更に前記毒物含有境界が前記濃縮
度境界よりも下に位置させることにより、ＭＬＨＧＲを
ある一定の高さに保ち、またほぼ一定の出力分布を達成
しつつスペクトルシフト運転を有効にするものである。
度又は炉心断面平均濃縮度に関して軸方向下部を上部よ
りも高くするように濃縮度境界を設け、且つ可燃性毒物
を含む燃料棒について本数の増加及び／又は可燃性毒物
の燃料棒内含有量の増加により可燃性毒物の集合体断面
平均含有量又は炉心断面平均含有量に関して軸方向下部
を上部よりも高くするように毒物含有境界を設け、これ
ら核分裂性物質の集合体断面平均濃縮度又は炉心断面平
均濃縮度の高低の前記濃縮度境界と可燃性毒物の集合体
断面平均含有量炉心断面平均含有量の高低の前記毒物含
有境界とを異ならせ、更に前記毒物含有境界が前記濃縮
度境界よりも下に位置させることにより、ＭＬＨＧＲを
ある一定の高さに保ち、またほぼ一定の出力分布を達成
しつつスペクトルシフト運転を有効にするものである。
【００１６】即ち具体的な例として、集合体軸方向下部
側において、ガドリニア量を多くし、且つ濃縮度も高
め、更に、軸方向では、ガドリニア量と、濃縮度の境界
は一致させないものである。これは、濃縮度及び可燃性
毒物であるガドリニア含有量の両方の境界を軸方向中央
部付近で一致させた場合、軸方向下部のかなり下側（軸
方向を２４分割した場合の下部より５ノード付近）に起
こる出力ピークを小さくするためである。つまり、両方
の境界を異ならせた場合には、後述の図２及び図３に模
式的に比較したように、それほど出力ピークの大きくな
らない軸方向中央部の反応度を高めることになるのみで
あり、ＭＬＨＧＲはそれほど大きくならないからであ
る。
側において、ガドリニア量を多くし、且つ濃縮度も高
め、更に、軸方向では、ガドリニア量と、濃縮度の境界
は一致させないものである。これは、濃縮度及び可燃性
毒物であるガドリニア含有量の両方の境界を軸方向中央
部付近で一致させた場合、軸方向下部のかなり下側（軸
方向を２４分割した場合の下部より５ノード付近）に起
こる出力ピークを小さくするためである。つまり、両方
の境界を異ならせた場合には、後述の図２及び図３に模
式的に比較したように、それほど出力ピークの大きくな
らない軸方向中央部の反応度を高めることになるのみで
あり、ＭＬＨＧＲはそれほど大きくならないからであ
る。
【００１７】尚、図２は、境界が異なる場合の無限増倍
率Ｋ∞の比較を、図３は、境界が同一の場合の無限増倍
率Ｋ∞の比較を示す。尚、無限増倍率Ｋ∞は軸方向ボイ
ド分布を考慮した実炉心に即した場合のものである。
率Ｋ∞の比較を、図３は、境界が同一の場合の無限増倍
率Ｋ∞の比較を示す。尚、無限増倍率Ｋ∞は軸方向ボイ
ド分布を考慮した実炉心に即した場合のものである。
【００１８】本発明による燃料集合体を装荷した炉心で
は、サイクル初期（ＢＯＣ）において軸方向下部の出力
が抑えられるが、中央部の出力は高くなり、全体として
は比較的軸方向下部の出力が高く、炉心平均ボイド率が
大きくなる。これにより、中性子スペクトルが硬化し、
核分裂性Ｐｕの蓄積が促進される（ボイド率が大きくな
ると中性子の減速能が低下し中性子スペクトルが硬化
（中性子束のエネルギーレベルが高くなる）し、非核分
裂性の 238Ｕの中性子の共鳴吸収が増え、核分裂性の
239Ｕへの転換が促される）こととなる。
は、サイクル初期（ＢＯＣ）において軸方向下部の出力
が抑えられるが、中央部の出力は高くなり、全体として
は比較的軸方向下部の出力が高く、炉心平均ボイド率が
大きくなる。これにより、中性子スペクトルが硬化し、
核分裂性Ｐｕの蓄積が促進される（ボイド率が大きくな
ると中性子の減速能が低下し中性子スペクトルが硬化
（中性子束のエネルギーレベルが高くなる）し、非核分
裂性の 238Ｕの中性子の共鳴吸収が増え、核分裂性の
239Ｕへの転換が促される）こととなる。
【００１９】更に、サイクル中期（ＭＯＣ）から末期
（ＥＯＣ）にかけては、ガドリニアの反応度価値が軸方
向の上・下部でともに小さく、ほぼ等しくなることと下
部側の濃縮度が燃焼初期において高かったことにより、
あいかわらず軸方向下部の出力が高く、同様にして核分
裂性Ｐｕの蓄積が促進される。
（ＥＯＣ）にかけては、ガドリニアの反応度価値が軸方
向の上・下部でともに小さく、ほぼ等しくなることと下
部側の濃縮度が燃焼初期において高かったことにより、
あいかわらず軸方向下部の出力が高く、同様にして核分
裂性Ｐｕの蓄積が促進される。
【００２０】このため、スペクトルシフト運転に伴い次
サイクルに移行した場合でも、下部側の核分裂性の 235
Ｕ量の多い新燃料が装荷されるため、下部側の反応度が
比較的高くなり、前サイクルと同様の軸方向出力分布を
得ることができる。つまり、各サイクルにおいて、ほぼ
一定の軸方向出力分布を達成することができる上に、充
分なスペクトルシフト運転を行うことができ、ＭＬＨＧ
Ｒをある一定の高さにしつつ、燃料の有効利用を図るこ
とができることとなる。
サイクルに移行した場合でも、下部側の核分裂性の 235
Ｕ量の多い新燃料が装荷されるため、下部側の反応度が
比較的高くなり、前サイクルと同様の軸方向出力分布を
得ることができる。つまり、各サイクルにおいて、ほぼ
一定の軸方向出力分布を達成することができる上に、充
分なスペクトルシフト運転を行うことができ、ＭＬＨＧ
Ｒをある一定の高さにしつつ、燃料の有効利用を図るこ
とができることとなる。
【００２１】なお、本発明は燃料集合体内について適用
することも可能であるし、また、例えば２種の燃料集合
体間にわたって適用させることも可能である。つまり、
集合体１体について、図２に示した特性を持たせること
もできるし、一方の集合体には、図２の左側に示した特
性を、もう一方の集合体には図２の右側に示した特性を
持たせ、両方の集合体をほぼ同数ずつ炉心に装荷し、炉
心全体として図２に示した特性を持たせることもでき
る。
することも可能であるし、また、例えば２種の燃料集合
体間にわたって適用させることも可能である。つまり、
集合体１体について、図２に示した特性を持たせること
もできるし、一方の集合体には、図２の左側に示した特
性を、もう一方の集合体には図２の右側に示した特性を
持たせ、両方の集合体をほぼ同数ずつ炉心に装荷し、炉
心全体として図２に示した特性を持たせることもでき
る。
【００２２】
【実施例】図１は本発明の一実施例の沸騰水型原子炉用
の２ストリーム燃料集合体の軸方向濃縮度及びガドリニ
ア分布を示す説明図、図２は本発明の燃料集合体の構成
を模式的に示した説明図、図３は従来の燃料集合体の構
成を模式的に示した説明図である。
の２ストリーム燃料集合体の軸方向濃縮度及びガドリニ
ア分布を示す説明図、図２は本発明の燃料集合体の構成
を模式的に示した説明図、図３は従来の燃料集合体の構
成を模式的に示した説明図である。
【００２３】図に示すように、集合体軸方向下部の濃縮
度を上部よりも高くし、集合体下部の可燃性毒物である
ガドリニア含有量を上部よりも高くし、且つ、濃縮度の
境界と可燃性毒物含有量の境界を異ならせたものであ
る。即ち、集合体軸方向下部側において、ガドリニア量
を多くし、且つ、濃縮度も高めるというものであり、更
に、軸方向では、ガドリニア量と、濃縮度の境界は一致
させないものである。このため、出力分布を平坦にしな
がら、スペクトルシフト運転を有効にするものであり、
尚且、両方の境界を異ならせたために、ＭＬＨＧＲはそ
れほど大きくならないものである。
度を上部よりも高くし、集合体下部の可燃性毒物である
ガドリニア含有量を上部よりも高くし、且つ、濃縮度の
境界と可燃性毒物含有量の境界を異ならせたものであ
る。即ち、集合体軸方向下部側において、ガドリニア量
を多くし、且つ、濃縮度も高めるというものであり、更
に、軸方向では、ガドリニア量と、濃縮度の境界は一致
させないものである。このため、出力分布を平坦にしな
がら、スペクトルシフト運転を有効にするものであり、
尚且、両方の境界を異ならせたために、ＭＬＨＧＲはそ
れほど大きくならないものである。
【００２４】本実施例の図１、前記従来の比較例１，２
の図８，図９及び境界を同一にした比較例４の図１０に
示した各燃料集合体は、高ガドリニア燃料と低ガドリニ
ア燃料を平均して下記の表１の特性を持ち、ほぼ同一の
物質量を有している。
の図８，図９及び境界を同一にした比較例４の図１０に
示した各燃料集合体は、高ガドリニア燃料と低ガドリニ
ア燃料を平均して下記の表１の特性を持ち、ほぼ同一の
物質量を有している。
【００２５】
【表１】
【００２６】また表中の、Σ(WGi・NGi・NNi) は、総ガド
リニア量を表わす指標であり、WGi,NGi,NNi は、軸方向
分割域ｉにおけるガドリニア重量(wt%) 、ガドリニア入
燃料棒本数、領域ｉの軸方向ノード数を表わし、比較例
１，２，３と実施例では、殆ど同一のガドリニア量を用
いていることがわかり、平均濃縮度がすべてのケースで
同一であることから、燃焼度もしくは、反応度の利得
は、燃料設計次第ということになる。
リニア量を表わす指標であり、WGi,NGi,NNi は、軸方向
分割域ｉにおけるガドリニア重量(wt%) 、ガドリニア入
燃料棒本数、領域ｉの軸方向ノード数を表わし、比較例
１，２，３と実施例では、殆ど同一のガドリニア量を用
いていることがわかり、平均濃縮度がすべてのケースで
同一であることから、燃焼度もしくは、反応度の利得
は、燃料設計次第ということになる。
【００２７】尚、図１０の燃料集合体では、スペクトル
シフト運転を行なうには、最良の設計ではあるが、サイ
クル初期に非常に大きな下部出力ピークが起こり、設計
としては制限値を満たさず不可能であるものである。
シフト運転を行なうには、最良の設計ではあるが、サイ
クル初期に非常に大きな下部出力ピークが起こり、設計
としては制限値を満たさず不可能であるものである。
【００２８】尚、各ケースについて制御棒(C/R) を挿入
せず、サイクルを通じて一定の出力で運転したとした場
合の炉心燃焼計算であるヘーリング計算及び、実際のＣ
／Ｒ操作を考慮に入れた炉心燃焼計算である制御棒計画
を実施した。炉心は1100MWe 級ＢＷＲ／５であり、７６
４本の燃料集合体より構成されており、取替体数は１５
ケ月運転を想定し、２３２体としている。計算結果を下
記の表２に示す。
せず、サイクルを通じて一定の出力で運転したとした場
合の炉心燃焼計算であるヘーリング計算及び、実際のＣ
／Ｒ操作を考慮に入れた炉心燃焼計算である制御棒計画
を実施した。炉心は1100MWe 級ＢＷＲ／５であり、７６
４本の燃料集合体より構成されており、取替体数は１５
ケ月運転を想定し、２３２体としている。計算結果を下
記の表２に示す。
【００２９】
【表２】
【００３０】尚、本特性解析は、集合体の細部の設計に
計算結果が依存しないようにするため、すべてのケース
で、同一の局所ピーキング係数、同一の制御棒計画を用
いた。表２の特性として、ヘーリング計算結果の寿命お
よびその他の特性には殆ど差がない一方、制御棒計画で
のサイクル寿命とＭＬＨＧＲは、各ケースでかなりの差
異があることがわかる。
計算結果が依存しないようにするため、すべてのケース
で、同一の局所ピーキング係数、同一の制御棒計画を用
いた。表２の特性として、ヘーリング計算結果の寿命お
よびその他の特性には殆ど差がない一方、制御棒計画で
のサイクル寿命とＭＬＨＧＲは、各ケースでかなりの差
異があることがわかる。
【００３１】図４はこの点を解り易くするために制御棒
計画でのＭＬＨＧＲとサイクル寿命の関係をプロットし
た線図である。図４に示すように、それほどＭＬＨＧＲ
を上げることなく、本実施例での寿命が大きくなってい
ることがわかる。
計画でのＭＬＨＧＲとサイクル寿命の関係をプロットし
た線図である。図４に示すように、それほどＭＬＨＧＲ
を上げることなく、本実施例での寿命が大きくなってい
ることがわかる。
【００３２】更に、図５，図６，図７はＭＬＨＧＲ発生
ハンドルでの出力分布をＢＯＣ，ＭＯＣ，ＥＯＣについ
て示した線図である。図中、実線の本実施例では、軸方
向下部での出力の変化は、ＢＯＣからＥＯＣにかけて小
さく、このことから、次のサイクルにおいても、本制御
棒計画と同様のスペクトルシフト運転を行なうことが可
能であることがわかる。破線及び２点鎖線の比較例１，
３においては、本制御棒計画では、図４に示したように
サイクル寿命の大幅な利得が見られたが、次サイクルで
は、スペクトルシフト運転を行ないにくく、総合的にみ
てそれほどの寿命利得にはつながらないこと、また、図
５，図６に示すように、ＢＯＣからＭＯＣにかけて下部
出力ピークが大きく、ＭＬＨＧＲが高くなるという欠点
を有することが示された。
ハンドルでの出力分布をＢＯＣ，ＭＯＣ，ＥＯＣについ
て示した線図である。図中、実線の本実施例では、軸方
向下部での出力の変化は、ＢＯＣからＥＯＣにかけて小
さく、このことから、次のサイクルにおいても、本制御
棒計画と同様のスペクトルシフト運転を行なうことが可
能であることがわかる。破線及び２点鎖線の比較例１，
３においては、本制御棒計画では、図４に示したように
サイクル寿命の大幅な利得が見られたが、次サイクルで
は、スペクトルシフト運転を行ないにくく、総合的にみ
てそれほどの寿命利得にはつながらないこと、また、図
５，図６に示すように、ＢＯＣからＭＯＣにかけて下部
出力ピークが大きく、ＭＬＨＧＲが高くなるという欠点
を有することが示された。
【００３３】以上のように、本発明では、ＭＬＨＧＲを
ある程度低くしながら、充分なスペクトルシフト運転を
連続して行なう手法として有効なものであると言うこと
ができる。
ある程度低くしながら、充分なスペクトルシフト運転を
連続して行なう手法として有効なものであると言うこと
ができる。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、核分裂
性物質の集合体断面平均濃縮度又は炉心断面平均濃縮度
に関して軸方向下部を上部よりも高くするように濃縮度
境界を設け、且つ可燃性毒物を含む燃料棒について本数
の増加及び／又は可燃性毒物の燃料棒内含有量の増加に
より可燃性毒物の集合体断面平均含有量又は炉心断面平
均含有量に関して軸方向下部を上部よりも高くするよう
に毒物含有境界を設け、これら核分裂性物質の集合体断
面平均濃縮度又は炉心断面平均濃縮度の高低の前記濃縮
度境界と可燃性毒物の集合体断面平均含有量炉心断面平
均含有量の高低の前記毒物含有境界とを異ならせ、更に
前記毒物含有境界が前記濃縮度境界よりも下に位置させ
ることにより、出力分布を平坦にするものであり、特に
ＭＬＨＧＲをそれほど上げることなく、スペクトルシフ
ト運転による寿命の利得を得ることができる。
性物質の集合体断面平均濃縮度又は炉心断面平均濃縮度
に関して軸方向下部を上部よりも高くするように濃縮度
境界を設け、且つ可燃性毒物を含む燃料棒について本数
の増加及び／又は可燃性毒物の燃料棒内含有量の増加に
より可燃性毒物の集合体断面平均含有量又は炉心断面平
均含有量に関して軸方向下部を上部よりも高くするよう
に毒物含有境界を設け、これら核分裂性物質の集合体断
面平均濃縮度又は炉心断面平均濃縮度の高低の前記濃縮
度境界と可燃性毒物の集合体断面平均含有量炉心断面平
均含有量の高低の前記毒物含有境界とを異ならせ、更に
前記毒物含有境界が前記濃縮度境界よりも下に位置させ
ることにより、出力分布を平坦にするものであり、特に
ＭＬＨＧＲをそれほど上げることなく、スペクトルシフ
ト運転による寿命の利得を得ることができる。
【図１】本発明の一実施例の沸騰水型原子炉用の２スト
リーム燃料集合体の軸方向濃縮度及びガドリニア分布を
示す説明図である。
リーム燃料集合体の軸方向濃縮度及びガドリニア分布を
示す説明図である。
【図２】本発明の燃料集合体の構成を模式的に示した説
明図である。
明図である。
【図３】従来の燃料集合体の構成を模式的に示した説明
図である。
図である。
【図４】制御棒計画でのＭＬＨＧＲとサイクル寿命の関
係をプロットした線図である。
係をプロットした線図である。
【図５】ＭＬＨＧＲ発生ハンドルでの出力分布をＢＯＣ
について示した線図である。
について示した線図である。
【図６】ＭＬＨＧＲ発生ハンドルでの出力分布をＭＯＣ
について示した線図である。
について示した線図である。
【図７】ＭＬＨＧＲ発生ハンドルでの出力分布をＥＯＣ
について示した線図である。
について示した線図である。
【図８】従来の沸騰水型原子炉用の２ストリーム燃料集
合体の軸方向濃縮度及びガドリニア分布を示す説明図で
ある。
合体の軸方向濃縮度及びガドリニア分布を示す説明図で
ある。
【図９】別の従来の沸騰水型原子炉用の２ストリーム燃
料集合体の軸方向濃縮度及びガドリニア分布を示す説明
図である。
料集合体の軸方向濃縮度及びガドリニア分布を示す説明
図である。
【図１０】比較のための沸騰水型原子炉用の２ストリー
ム燃料集合体の軸方向濃縮度及びガドリニア分布を示す
説明図である。
ム燃料集合体の軸方向濃縮度及びガドリニア分布を示す
説明図である。
Claims (5)
- 【請求項１】 燃料被覆管内に軸方向上下部で濃縮度差
を設けた核分裂性物質又は軸方向上下部で含有量に差を
設けた可燃性毒物を装填してなる複数本の燃料棒をバン
ドル状に束ねた沸騰水型原子炉用燃料集合体において、 核分裂性物質の集合体断面平均濃縮度に関して軸方向下
部を上部よりも高くするように濃縮度境界が設けられ、
且つ可燃性毒物を含む燃料棒について本数の増加及び／
又は可燃性毒物の燃料棒内含有量の増加により可燃性毒
物の集合体断面平均含有量に関して軸方向下部を上部よ
りも高くするように毒物含有境界が設けられ、 核分裂性物質の集合体断面平均濃縮度の高低の前記濃縮
度境界及び可燃性毒物の集合体断面平均含有量の高低の
前記毒物含有境界が燃料有効長の半分より下に位置さ
れ、且つ前記毒物含有境界が前記濃縮度境界よりも下に
位置されたことを特徴とする沸騰水型原子炉用燃料集合
体。 - 【請求項２】 圧力容器内に複数本の燃料集合体を並設
して燃料集合体部を構成してなる沸騰水型原子炉炉心に
おいて、 核分裂性物質の炉心断面平均濃縮度に関して軸方向下部
を上部よりも高くするように濃縮度境界が設けられ、且
つ可燃性毒物を含む燃料棒について本数の増加及び／又
は可燃性毒物の燃料棒内含有量の増加により可燃性毒物
の炉心断面平均含有量に関して軸方向下部を上部よりも
高くするように毒物含有境界が設けられ、 核分裂性物質の炉心断面平均濃縮度の高低の前記濃縮度
境界及び可燃性毒物の炉心断面平均含有量の高低の前記
毒物含有境界が燃料有効長の半分より下に位置され、且
つ前記毒物含有境界が前記濃縮度境界よりも下に位置さ
れたことを特徴とする沸騰水原子炉炉心。 - 【請求項３】 前記請求項２に記載の沸騰水型原子炉炉
心において、前記可燃性毒物含有量の異なる少なくとも
２種類以上の燃料集合体を用いたことを特徴とする沸騰
水型原子炉炉心。 - 【請求項４】 前記請求項２に記載の沸騰水型原子炉炉
心において、軸方向下部の濃縮度を上部よりも高くした
第１の燃料集合体と、軸方向下部の可燃性毒物含有量を
上部よりも高くした第２の燃料集合体とを並設したこと
を特徴とする沸騰水型原子炉炉心。 - 【請求項５】 前記請求項４に記載の沸騰水型原子炉炉
心において、前記可燃性毒物含有量の異なる少なくとも
２種類以上の燃料集合体を用いたことを特徴とする沸騰
水型原子炉炉心。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2411789A JP2544249B2 (ja) | 1990-12-20 | 1990-12-20 | 沸騰水型原子炉用燃料集合体及び原子炉炉心 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2411789A JP2544249B2 (ja) | 1990-12-20 | 1990-12-20 | 沸騰水型原子炉用燃料集合体及び原子炉炉心 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04220595A JPH04220595A (ja) | 1992-08-11 |
| JP2544249B2 true JP2544249B2 (ja) | 1996-10-16 |
Family
ID=18520729
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2411789A Expired - Lifetime JP2544249B2 (ja) | 1990-12-20 | 1990-12-20 | 沸騰水型原子炉用燃料集合体及び原子炉炉心 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2544249B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES520008A0 (es) * | 1982-03-22 | 1984-04-16 | Gen Electric | Conjunto de combustible para nucleo de reactor. |
-
1990
- 1990-12-20 JP JP2411789A patent/JP2544249B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04220595A (ja) | 1992-08-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2915200B2 (ja) | 燃料装荷方法及び原子炉炉心 | |
| JPH02296192A (ja) | 燃料集合体及び原子炉 | |
| JPH0536757B2 (ja) | ||
| JP2544249B2 (ja) | 沸騰水型原子炉用燃料集合体及び原子炉炉心 | |
| JP3525657B2 (ja) | 燃料集合体 | |
| JP4351798B2 (ja) | 燃料集合体および原子炉 | |
| JP2966877B2 (ja) | 燃料集合体 | |
| JP2972917B2 (ja) | 燃料集合体 | |
| JP3075749B2 (ja) | 沸騰水型原子炉 | |
| JP2610254B2 (ja) | 沸騰水型原子炉 | |
| JP2625404B2 (ja) | 燃料集合体 | |
| JP3894784B2 (ja) | 沸騰水型原子炉の燃料装荷方法 | |
| JPH0555836B2 (ja) | ||
| JPS59147295A (ja) | 燃料集合体 | |
| JP2963712B2 (ja) | 沸騰水型原子炉用燃料集合体 | |
| JP3943624B2 (ja) | 燃料集合体 | |
| JP2811597B2 (ja) | 沸騰水型原子炉用燃料集合体 | |
| JP3309797B2 (ja) | 燃料集合体 | |
| JP3596831B2 (ja) | 沸騰水型原子炉の炉心 | |
| JP3051762B2 (ja) | 核燃料集合体 | |
| JP2519693B2 (ja) | 燃料集合体 | |
| JPH06118188A (ja) | 燃料集合体および沸騰水型原子炉用炉心 | |
| JP3910641B2 (ja) | Ｍｏｘ燃料集合体及び炉心 | |
| JP3347137B2 (ja) | 燃料集合体群および沸騰水型原子炉用炉心 | |
| JPS6367870B2 (ja) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19960514 |