JP2953789B2 - Nuclear fuel assembly - Google Patents

Nuclear fuel assembly

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JP2953789B2
JP2953789B2 JP2407049A JP40704990A JP2953789B2 JP 2953789 B2 JP2953789 B2 JP 2953789B2 JP 2407049 A JP2407049 A JP 2407049A JP 40704990 A JP40704990 A JP 40704990A JP 2953789 B2 JP2953789 B2 JP 2953789B2
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nuclear fuel
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rods
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野 護 永
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、沸騰水型原子炉に装荷
され、核燃料物質を含む燃料棒として一部軸方向の長さ
の短い燃料棒(短尺燃料棒)を含む核燃料集合体におい
て、スクラム反応度特性の低下を防止して原子炉の安全
性を高めることができる核燃料集合体に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nuclear fuel assembly loaded in a boiling water reactor and including a fuel rod having a short axial length (short fuel rod) as a fuel rod containing a nuclear fuel substance. The present invention relates to a nuclear fuel assembly capable of preventing a decrease in scram reactivity characteristics and improving safety of a nuclear reactor.

【0002】[0002]

【従来の技術】図5に、沸騰水型原子炉に装荷される核
燃料集合体1の構造を示す。チャンネルボックス2内に
は、核燃料物質を納めた燃料棒3と中性子減速棒として
のウォータロッド4とが、スペーサ5で互いに隔離され
ながら、軸方向を垂直にして8行8列の格子状に収納さ
れる。この核燃料集合体1においては、燃料棒3の長さ
はすべて等しい。このため、燃料棒3とウォータロッド
4の両端はそれぞれ上部タイプレート6と下部タイプレ
ート7で支持・固定されるが、各燃料棒3の上端と下端
の位置(高さ)は揃えることができる。
2. Description of the Related Art FIG. 5 shows the structure of a nuclear fuel assembly 1 loaded in a boiling water reactor. In the channel box 2, a fuel rod 3 containing nuclear fuel material and a water rod 4 as a neutron moderating rod are housed in a grid of 8 rows and 8 columns with the axial direction being vertical while being separated from each other by a spacer 5. Is done. In the nuclear fuel assembly 1, the lengths of the fuel rods 3 are all equal. For this reason, both ends of the fuel rod 3 and the water rod 4 are supported and fixed by the upper tie plate 6 and the lower tie plate 7, respectively, but the positions (heights) of the upper end and the lower end of each fuel rod 3 can be aligned. .

【0003】ところで、最近、経済性の向上のため、燃
料の高燃焼度化がすすんでいる。これに伴い、ピーキン
グ係数が上昇して燃料棒3の1本当りの熱的特性が悪化
するので、これを緩和するため、核燃料集合体内に格子
状に配列される燃料棒3の格子数を従来の8行8列の格
子数より増やす設計が考えられている。しかし、格子数
の増加により、チャンネルボックス2内における圧力損
失が増大し、安定性が低下するなど問題が発生してき
た。
[0003] By the way, recently, in order to improve the economy, the burn-up of fuel has been increasing. As a result, the peaking coefficient increases and the thermal characteristics per fuel rod 3 deteriorates. To alleviate this, the number of grids of the fuel rods 3 arranged in a grid in the nuclear fuel assembly is conventionally reduced. A design that increases the number of grids from 8 rows and 8 columns has been considered. However, an increase in the number of lattices causes problems such as an increase in pressure loss in the channel box 2 and a decrease in stability.

【0004】そこで、こうした問題を解決するため、図
6の(A)に示す従来の軸方向長さの燃料棒(以下「長
尺燃料棒」と呼ぶ)3に対して、図6の(B)に示す、
長尺燃料棒3より軸方向長さの短い短尺燃料棒8が考案
された。長尺燃料棒3および短尺燃料棒8とも、被覆管
9の下端を下部端栓10で封止し、燃料ペレット11を
下方から順次充填する。そして最上部の燃料ペレットの
上に、燃焼時に燃料ペレット11の膨脹を吸収するエク
スパンションスプリング12を配置した後上部端栓13
で被覆管9の上端を封止する。短尺燃料棒8は長尺燃料
棒3に比べ、被覆管9が短く、収納される燃料ペレット
11の数が少ない。
In order to solve such a problem, a fuel rod 3 having a conventional axial length (hereinafter referred to as a "long fuel rod") 3 shown in FIG. )
A short fuel rod 8 having a shorter axial length than the long fuel rod 3 has been devised. In both the long fuel rod 3 and the short fuel rod 8, the lower end of the cladding tube 9 is sealed with the lower end plug 10, and the fuel pellets 11 are sequentially filled from below. Then, an expansion spring 12 for absorbing the expansion of the fuel pellet 11 during combustion is disposed on the uppermost fuel pellet.
Seals the upper end of the cladding tube 9. The short fuel rod 8 has a shorter cladding tube 9 and a smaller number of fuel pellets 11 to be stored than the long fuel rod 3.

【0005】そして、この短尺燃料棒8を長尺燃料棒3
と混在させて9行9列の格子状に配列した核燃料集合体
を図7に示す。図5と対応する箇所には同一の符号を付
す。
[0005] The short fuel rod 8 is connected to the long fuel rod 3.
FIG. 7 shows a nuclear fuel assembly arranged in a grid of 9 rows and 9 columns by mixing the above. Parts corresponding to those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals.

【0006】この核燃料集合体14においては、短尺燃
料棒8(斜線を付した)は、下部タイプレート7には取
り付けられるが、上部タイプレート6には届かない。
In the nuclear fuel assembly 14, the short fuel rods 8 (hatched) are attached to the lower tie plate 7, but do not reach the upper tie plate 6.

【0007】図8および図9は、それぞれ図7のVIII−
VIII線およびIX−IX線断面図である。図8に示すよう
に、短尺燃料棒8は、太径の2本のウォータロッド4を
取り囲みながら9行9列に計66本配列される長尺燃料
棒3の中にあって、外側から2行目・2列目に計8個配
置されるが、短尺燃料棒8が届かないIX−IX線断面領域
においては、空隙16が生ずる。
FIGS. 8 and 9 respectively show VIII-
It is a VIII line and IX-IX line sectional view. As shown in FIG. 8, the short fuel rods 8 are arranged in a total of 66 long fuel rods 3 arranged in 9 rows and 9 columns while surrounding two water rods 4 having a large diameter. A total of eight pieces are arranged in the second row and the second column, but a gap 16 is formed in the IX-IX line cross-sectional area where the short fuel rod 8 does not reach.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】ところで、核燃料集合
体は、炉心燃料の安全性および健全性の観点から、核燃
料集合体全体として平坦な出力分布を達成する必要があ
る。そこで、特開昭61−240193号公報において
は、燃料棒としては長尺燃料棒3だけを含む核燃料集合
体1について、径方向および軸方向においてそれぞれ核
分裂性物質、例えばウラン235の量を異ならせた核設
計を提案している。
The nuclear fuel assembly must achieve a flat power distribution as a whole from the viewpoint of the safety and soundness of the core fuel. Therefore, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-240193, for a nuclear fuel assembly 1 including only long fuel rods 3 as fuel rods, the amount of fissile material, for example, uranium 235, is varied in the radial direction and the axial direction. Has proposed a nuclear design.

【0009】図10の(A)はこの核設計における核燃
料集合体20の径方向断面図である。各燃料棒は碁盤の
目状に模式化して示し、各燃料棒内の数字・記号21〜
25およびG5 は、含有される核分裂性物質量と可燃性
毒物量が異なる燃料棒の種類を示す参照符号である。記
号Wはウォータロッドを表す。
FIG. 10A is a radial sectional view of the nuclear fuel assembly 20 in this nuclear design. Each fuel rod is schematically shown in a grid pattern, and the numbers and symbols 21 to 21 in each fuel rod are shown.
25 and G 5 are fissile material content contained a burnable poison amount is a reference code indicating the type of the different fuel rods. Symbol W represents a water rod.

【0010】また図10の(B)は、この核燃料集合体
20に収納される長尺燃料棒21〜25およびG5 の軸
方向のウラン235の濃縮度および可燃性毒物濃度を示
す。
[0010] in FIG. 10 (B) shows the enrichment and burnable poison concentration in the axial direction of the uranium 235 in the elongated fuel rods 21 to 25 and G 5, which is accommodated in the fuel assembly 20.

【0011】長尺燃料棒21〜25とG5 はウラン23
5の濃縮度がそれぞれ異なり、燃料棒21,23,2
4,25,G5 はそれぞれ濃縮度が3.8、3.5、
3.0、1.9および3.5%である。また燃料棒22
は軸方向において濃縮度が異なる(中央部22bが高く
(3.8%)、上部22aと下部22cが低い(2.8
%))。その結果、燃料棒全体で軸方向にみた平均濃縮
度は、上下端の天然ウランブランケット26に含まれる
ウラン235量0.71重量%を除外すると、下部から
3.15、3.35、3.15重量%となる。燃料棒G
5 は軸方向において下部から順次5.0、4.0および
2.5重量%と3段階で減少する濃度の可燃性毒物(ガ
トリニア;Gd)を含む。可燃性毒物は核燃料の
燃焼の際、中性子を吸収して反応度を低下させる。
The long fuel rods 21 to 25 and G 5 are uranium 23
5 have different enrichments, and the fuel rods 21, 23, 2
4, 25, G 5 are each enrichment 3.8,3.5,
3.0, 1.9 and 3.5%. The fuel rod 22
Indicates that the concentration differs in the axial direction (the center 22b is high (3.8%), and the upper 22a and the lower 22c are low (2.8
%)). As a result, the average enrichment in the axial direction of the entire fuel rod is 3.15, 3.35, 3.35 from the bottom, excluding the amount of uranium 235 contained in the upper and lower ends of the natural uranium blanket 26, 0.71% by weight. It becomes 15% by weight. Fuel rod G
5 contains a burnable poison (gatolinia; Gd 2 O 3 ) having a concentration decreasing in three steps of 5.0, 4.0 and 2.5% by weight sequentially from the bottom in the axial direction. Burnable poisons absorb neutrons and reduce reactivity during the burning of nuclear fuel.

【0012】この燃料棒によれば、原子炉の運転サイク
ルを通じて軸方向に平坦な出力分布が得られる。
According to this fuel rod, a flat power distribution can be obtained in the axial direction throughout the operation cycle of the nuclear reactor.

【0013】しかし、この核設計を上述の短尺燃料棒を
含む核燃料集合体14に適用すると、次のような問題点
が起こる。図11は、核燃料集合体14中の無限増倍率
を燃焼度(燃焼時間のパラメータ)との関係でみたもの
である。
However, when this nuclear design is applied to the nuclear fuel assembly 14 including the short fuel rods described above, the following problems occur. FIG. 11 shows the infinite multiplication factor in the nuclear fuel assembly 14 in relation to the burnup (a parameter of the burning time).

【0014】この図から、燃焼度の小さい領域(燃焼初
期)においては、短尺燃料棒8が存在せず核燃料物質量
が(相対的に)少ない径方向断面(図7のIX−IX線断
面;上部断面)の無限増倍率は、短尺燃料棒8が存在し
て核燃料物質が(相対的に)多い径方向断面(図7のVI
II−VIII線断面;下部断面)の無限増倍率に比べて小さ
いことが分る。なお、両断面において、断面平均の核分
裂性物質の濃縮度および可燃性物質の量は等しくしてあ
る。
From this figure, in the region of low burnup (early combustion stage), there is no short fuel rod 8 and the amount of nuclear fuel material is relatively small (a relative section) (a section along line IX-IX in FIG. 7). The infinite multiplication factor of the upper cross-section is the radial cross-section (VI in FIG.
It can be seen that it is smaller than the infinite multiplication factor in the section taken along the line II-VIII; In both cross sections, the average concentration of fissile material and the amount of combustible material are equal in cross section.

【0015】核分裂性物質の濃縮度と可燃性毒物の量を
等しくしてもなお生ずるこの無限増倍率の差は、下部断
面は上部断面に比べて冷却材の通過面積が小さいため減
速材量が少なく中性子スペクトルが硬く、可燃性毒物に
よる反応度低下量が少ないことから起る。
[0015] The difference between the infinite multiplication factor which occurs even when the concentration of fissile material and the amount of burnable poisons are equal is because the lower cross section has a smaller passage area for the coolant than the upper cross section, and the amount of the moderator is small. This is caused by the low neutron spectrum and the small decrease in reactivity due to burnable poisons.

【0016】燃焼初期においてこのように軸方向の無限
増倍率に差異があると、原子炉の運転サイクルを通して
軸方向の平坦な出力分布を得ることは難しく、燃焼初期
においては下部断面の無限増倍率が高いため、図12に
示すように、軸方向の下部で出力が高くなる。そして運
転サイクルの末期になると、図13に示すように、今度
は初期に燃焼があまり進行せず燃料の残留割合が高い軸
方向上部が、サイクル初期に燃料の燃焼が進んだ軸方向
下部より出力が高くなる。
If there is a difference in the infinite multiplication factor in the axial direction at the initial stage of combustion, it is difficult to obtain a flat power distribution in the axial direction throughout the operation cycle of the reactor. Therefore, as shown in FIG. 12, the output becomes higher at the lower part in the axial direction. Then, at the end of the operation cycle, as shown in FIG. 13, the upper part in the axial direction where the combustion does not progress much at the beginning and the residual ratio of the fuel is high, the output from the lower part in the axial direction where the combustion of the fuel has advanced in the early part of the cycle. Will be higher.

【0017】ところで、沸騰水型原子炉においては、ス
クラム時には、原子炉の底部から制御棒が挿入される。
したがって、運転サイクルの末期にスクラムが生じたと
きは、出力分布が軸方向の上部に偏っているため、軸方
向の下方から制御棒が挿入されても反応度の低下割合は
小さい。すなわち、サイクル末期にはスクラム反応度特
性が劣化するため、原子炉の安全性確保の上で支障が生
ずることになる。
In a boiling water reactor, a control rod is inserted from the bottom of the reactor during scram.
Therefore, when a scrum occurs at the end of the operation cycle, the output distribution is biased to the upper part in the axial direction, and therefore, even if the control rod is inserted from the lower part in the axial direction, the decrease rate of the reactivity is small. In other words, the scram reactivity characteristic deteriorates at the end of the cycle, which causes a problem in securing the safety of the reactor.

【0018】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、沸騰水型原子炉において、短尺燃料棒を含む場合で
も、スクラム反応度特性の劣化を防止して原子炉の安全
性を高めることができる核燃料集合体を提供することを
目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and in a boiling water reactor, even when a short fuel rod is included, it is possible to prevent the deterioration of the scram reactivity characteristic and improve the safety of the reactor. It is intended to provide a nuclear fuel assembly that can be used.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成する手段として、核燃料物質を含有する燃料棒と、核
燃料物質および可燃性毒物を含有する燃料棒とを、チャ
ンネルボックス内に正方格子状に束ねて構成し、かつ前
記燃料棒を、軸方向長さの異なる長尺燃料棒と短尺燃料
棒とで構成して軸方向に核燃料物質量を異ならしめた核
燃料集合体において、前記チャンネルボックス内の燃料
棒配列の外層から2列目に配置される可燃性毒物含有の
燃料棒の配置位置を、核燃料物質量が相対的に少ない軸
方向領域においては、核燃料物質量が相対的に多い軸方
向領域における可燃性毒物含有の燃料棒の配置位置に比
べ、チャンネルボックスの四隅のコーナより平均的に離
れた位置とするとともに、前記核燃料物質量が相対的に
少ない軸方向領域の径方向断面における可燃性毒物を含
む燃料棒の本数は、前記核燃料物質量が相対的に多い軸
方向領域の径方向断面における可燃性毒物を含む前記燃
料棒の本数と同数としたことを特徴とする。
According to the present invention, as a means for achieving the above object, a fuel rod containing a nuclear fuel substance and a fuel rod containing a nuclear fuel substance and a burnable poison are arranged in a square grid in a channel box. In a nuclear fuel assembly in which the fuel rods are composed of long fuel rods and short fuel rods having different axial lengths and having different amounts of nuclear fuel material in the axial direction, the channel box The position of the burnable poison-containing fuel rods arranged in the second row from the outer layer of the inner fuel rod array is changed to the axis in which the amount of nuclear fuel material is relatively large in the axial region where the amount of nuclear fuel material is relatively small. In comparison with the arrangement position of the burnable poison-containing fuel rods in the direction region, the position is averagely separated from the corners of the four corners of the channel box, and the axial region in which the amount of nuclear fuel material is relatively small. The number of fuel rods containing a burnable poison in a radial cross section is the same as the number of the fuel rods containing a burnable poison in a radial cross section in an axial region where the amount of nuclear fuel material is relatively large. I do.

【0020】[0020]

【作用】本発明に係る核燃料集合体においては、軸方向
において核燃料物質量の多い領域と少ない領域、および
冷却材通過面積の少ない領域と多い領域とが生じてお
り、これが軸方向出力密度の差異となって表われる。
In the nuclear fuel assembly according to the present invention, a region having a large amount of nuclear fuel material and a region having a small amount of nuclear fuel material in the axial direction, and a region having a small amount and a large amount of coolant passage area are generated in the axial direction. It appears as

【0021】ところで、チャンネルボックス四隅のコー
ナ付近では、熱中性子束が他の径方向領域に比べて多い
ため、四隅のコーナ付近に可燃性毒物入り燃料棒を多く
配置すると、反応度低下量が多くなる。
By the way, since the thermal neutron flux is larger near the corners of the four corners of the channel box than in the other radial areas, if many fuel rods containing burnable poisons are arranged near the corners of the four corners, the amount of decrease in reactivity will be large. Become.

【0022】そこで本発明においては、外層から2列目
に配置される可燃性毒物含有の燃料棒の配置位置を、核
燃料物質量が相対的に少ない軸方向領域においては、他
の軸方向領域における可燃性毒物含有の燃料棒の配置位
置に比べ、チャンネルボックスの四隅のコーナより平均
的に離れた位置とし、可燃性毒物による反応度低下量を
少なくしている。そしてこれにより、平坦な軸方向出力
密度分布が得られ、運転サイクルのどの時期において
も、燃料棒の軸方向下方から挿入される制御棒に対し、
反応度特性の劣化を生じさせることなく、スクラム時に
おいても原子炉の安全性を高めることが可能となる。
Therefore, in the present invention, the arrangement position of the burnable poison-containing fuel rods arranged in the second row from the outer layer is changed in the axial region where the amount of nuclear fuel material is relatively small, in other axial regions. Compared with the position of the burnable poison-containing fuel rods, the position is set at an average distance from the corners at the four corners of the channel box to reduce the decrease in reactivity due to the burnable poison. Thereby, a flat axial power density distribution is obtained, and at any time of the operation cycle, the control rod inserted from below the fuel rod in the axial direction,
It is possible to enhance the safety of the reactor even during scram without causing deterioration of the reactivity characteristics.

【0023】[0023]

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0024】図2の(A)は、本発明に係る核燃料集合
体を示す径方向断面図であり、この核燃料集合体30
は、燃料棒をチャンネルボックス40内に9行9列の格
子状に束ね配置して構成されている。
FIG. 2A is a radial sectional view showing a nuclear fuel assembly according to the present invention.
Is constructed by arranging and arranging fuel rods in a grid of 9 rows and 9 columns in a channel box 40.

【0025】なお、断面が円形の各燃料棒内の数字・記
号31〜34およびP,G1 ,G2 ,G3 は、核燃料物
質(ウラン)量および可燃性毒物量の異なる燃料棒の種
類を示す参照符号であり、記号Wはウォータロッドを表
わす。
The numerals / symbols 31 to 34 and P, G 1 , G 2 , G 3 in each fuel rod having a circular cross section represent the types of fuel rods having different amounts of nuclear fuel material (uranium) and burnable poisons. And the symbol W represents a water rod.

【0026】また図2の(B)は、この核燃料集合体3
0に収納されている長尺燃料棒31〜34およびG1
2 ,G3 並びに短尺燃料棒Pの軸方向のウラン濃縮度
(核燃料物質量)と可燃性毒物としてのガドリニウム含
有量を示す。ウラン濃縮度a,b,c,dの大きさは、
a>b>c>dであり、ガドリニウム含有量X,Y,Z
の大きさは、X>Y>Zである。
FIG. 2B shows the nuclear fuel assembly 3
0 long fuel rods 31 to 34 and G 1 ,
The graph shows the uranium enrichment (amount of nuclear fuel material) in the axial direction of G 2 , G 3 and the short fuel rod P, and the content of gadolinium as a burnable poison. The magnitude of the uranium enrichment a, b, c, d is
a>b>c> d, and the gadolinium content X, Y, Z
Is X>Y> Z.

【0027】本実施例に係る核燃料集合体30は、チャ
ンネルボックス2内に長尺燃料棒31〜34および
1 ,G2 ,G3 を計66本、短尺燃料棒Pを8本、そ
してウォータロッドWを2本納めて構成される。長尺燃
料棒32は軸方向においてウラン濃縮度が異なり、下部
がc、中央部がa、上部がcである。また長尺燃料棒G
1 におけるガドリニウム含有量も軸方向で異なり、下部
がX、中央部がY、上部がZである。
In the nuclear fuel assembly 30 according to the present embodiment, a total of 66 long fuel rods 31 to 34 and G 1 , G 2 , G 3 , eight short fuel rods P, and water are provided in the channel box 2. It is configured to house two rods W. The long fuel rods 32 have different uranium enrichment in the axial direction. The lower part is c, the central part is a, and the upper part is c. In addition, long fuel rod G
The gadolinium content in 1 also differs in the axial direction, with X being the lower part, Y being the central part, and Z being the upper part.

【0028】また本実施例においては、高さl3 の短尺
燃料棒P(ウラン濃縮度b)を含むため、核燃料集合体
の下方部分(高さl1 から高さl3 まで)の軸方向領域
は、短尺燃料棒が存在しない高さl3 から高さl6 まで
の軸方向領域に比べてウラン量が多い。逆に、高さl3
からl6 までの軸方向領域断面は、高さl1 から高さl
3 までの軸方向領域断面に比べて、減速材の通過面積が
大きい。
[0028] In the present embodiment, the axial length fuel rods P height l 3 for containing (uranium enrichment b), (from the height l 1 to a height l 3) the lower part of the fuel assembly region, uranium quantity is larger than the axial region from a height l 3 the length fuel rods not present up to a height l 6. Conversely, height l 3
The axial area cross section from l to l 6 is from height l 1 to height l
The passage area of the moderator is larger than that of the axial section up to 3 .

【0029】しかし、本実施例においては、長尺燃料棒
2 ,G3 が存在する。長尺燃料棒G2 の高さl1 から
高さl3 までのウラン濃縮度はcで、高さl3 から高さ
5 までのウラン濃縮度はaである。また、この長尺燃
料棒G2 のガドリニウム含有量は、下部がXで、中央部
の高さl2 から高さl3 までの領域がYで、他の領域で
は可燃性毒物は含有されていない。すなわち、長尺燃料
棒G2 において、高さl1 から高さl3 までの軸方向領
域では、長尺燃料棒G1 と同一であり、高さl3 からl
5 までの軸方向領域では、長尺燃料棒31と同一であ
る。
However, in this embodiment, there are long fuel rods G 2 and G 3 . Uranium enrichment from a height l 1 of the elongated fuel rods G 2 to a height l 3 is c, uranium enrichment from a height l 3 to the height l 5 is a. Moreover, gadolinium content of the long fuel rods G 2 is, the lower is X, in the region of the central portion from the height l 2 to a height l 3 is Y, in other regions burnable poison is contained Absent. That is, in the long fuel rods G 2, in the axial region from the height l 1 to a height l 3, it is identical to the long fuel rod G 1, l from a height l 3
In the axial region up to 5, it is the same as the long fuel rod 31.

【0030】一方、長尺燃料棒G3 の高さl1 から高さ
3 までのウラン濃縮度はaで、高さl3 から高さl5
までの軸方向領域のウラン濃縮度はcである。また、ガ
ドリニウム含有量は、上部がZで、中央部の高さl3
ら高さl4 までの領域がYで、他の領域では可燃性毒物
は含有されていない。すなわち、長尺燃料棒G3 におい
ては、長尺燃料棒G2 とは逆で、高さl1 から高さl3
までの軸方向領域では、長尺燃料棒31と同一であり、
高さl3 から高さl5 までの軸方向領域では長尺燃料棒
1 と同一になっている。
On the other hand, uranium enrichment from a height l 1 of the elongated fuel rods G 3 to a height l 3 is a, the height l 5 from a height l 3
The uranium enrichment in the axial region up to is c. The gadolinium content is Z in the upper part, Y in the region from the height l 3 to the height l 4 in the center, and no burnable poison in other regions. That is, in the long fuel rods G 3, in contrast to the long fuel rods G 2, the height l 3 from the height l 1
In the axial region up to the same as the long fuel rod 31,
In axial region from a height l 3 to the height l 5 it has become equal to the long fuel rod G 1.

【0031】以上のように、高さl3 から高さl5 まで
の減速材の通過面積の大きい軸方向領域の外層から2列
目に配置される可燃性毒物含有の燃料棒の配置は、高さ
1 から高さl3 までの減速材通過面積の小さい軸方向
領域の外層から2列目に配置される可燃性毒物含有の燃
料棒の配置より、チャンネルボックスの4隅のコーナか
ら、平均的に離れた位置に配置されることになる。
As described above, the arrangement of the burnable poison-containing fuel rods arranged in the second row from the outer layer of the axial region having a large passage area of the moderator from height l 3 to height l 5 is as follows. From the arrangement of the burnable poison-containing fuel rods arranged in the second row from the outer layer of the axial region having a small moderator passage area from height l 1 to height l 3 , from the corners at the four corners of the channel box, It will be located at an average distance.

【0032】図1の(A)は、高さl3 から高さl5
での軸方向領域の断面図で、可燃性毒物含有の燃料棒の
配置のみを示している。
FIG. 1A is a cross-sectional view of an axial region from height l 3 to height l 5, and shows only the arrangement of the fuel rods containing burnable poisons.

【0033】図1の(B)は、高さl1 から高さl3
での軸方向領域の断面図で、可燃性毒物含有の燃料棒の
配置のみを示している。
FIG. 1B is a sectional view of an axial region from height l 1 to height l 3, and shows only the arrangement of the fuel rods containing burnable poisons.

【0034】この図1の(A)および(B)に示す例で
は、外層から2列目に配置されている可燃性毒物含有燃
料棒のうち、対角線上に制御棒が存在しない2隅のコー
ナ付近の可燃性毒物含有燃料棒について、可燃性毒物含
有燃料棒の配置が、図1の(B)に比べて、図1の
(A)の方が、コーナから、平均的に離れた位置に配置
されている。すなわち、核燃料集合体内の外層から2列
目に、配置される可燃性毒物含有の燃料棒の配置位置
が、核燃料物質量が相対的に少ない軸方向領域において
は、他の軸方向領域における可燃性毒物含有の燃料棒の
配置位置に比べ、チャンネルボックスの4隅のコーナよ
り、平均的に離れた位置に配置された核設計になってい
る。
In the examples shown in FIGS. 1A and 1B, of the burnable poison-bearing fuel rods arranged in the second row from the outer layer, the corners at the two corners where no control rod exists on the diagonal line are shown. As for the burnable poison-bearing fuel rods in the vicinity, the arrangement of the burnable poison-bearing fuel rods in FIG. 1 (A) is at an average distance from the corner compared to FIG. 1 (B). Are located. In other words, in the second row from the outer layer in the nuclear fuel assembly, the arrangement position of the burnable poison-containing fuel rods in the axial region where the amount of nuclear fuel material is relatively small is the flammability in other axial regions. Compared to the position of the poison-containing fuel rods, the nuclear design is arranged on the average farther from the corners at the four corners of the channel box.

【0035】図3は、核燃料集合体の中性子無限増倍率
を、図11と同様に燃焼度(燃焼時間のパラメータ)と
の関係でみたものである。
FIG. 3 shows the neutron infinite multiplication factor of the nuclear fuel assembly in relation to the burnup (a parameter of the burning time) as in FIG.

【0036】図3からも明らかなように、本実施例の核
燃料集合体30は、その燃焼前半において、短尺燃料棒
Pが存在せず、核燃料物質量が少ない径方向断面(図2
の(B)の高さl3 からl6 までの領域の断面;上部断
面)も、短尺燃料棒Pが存在して核燃料物質量が多い径
方向断面(図2の(B)の高さl1 からl3 までの領域
の断面;下部断面)も、無限増倍率がほぼ等しいことが
分る。これは、核燃料物質量が少ない軸方向領域、すな
わち、減速材通過面積が大きいため、可燃性毒物による
反応度低下量が多い軸方向領域における可燃性毒物入り
燃料棒の配置を他の領域の配置よりも熱中性子束が低く
なるような位置に配置して、その効果を相殺しているた
めである。
As is clear from FIG. 3, the nuclear fuel assembly 30 of the present embodiment has a radial cross section (FIG. 2) in which the short fuel rods P do not exist and the amount of nuclear fuel material is small in the first half of combustion.
(B) is a cross section in the region from height l 3 to l 6 (upper cross section) also in the radial cross section (height l in FIG. 2 (B)) where the short fuel rods P are present and the amount of nuclear fuel material is large. The cross section of the region from 1 to l 3 ; lower cross section) also has almost the same infinite multiplication factor. This is because the arrangement of the burnable poison-containing fuel rods in the axial region where the amount of the nuclear fuel material is small, that is, the axial region where the reactivity decrease amount due to the burnable poison is large because the moderator passage area is large is different from the other regions. This is because the thermal neutron flux is arranged at a position lower than that of the thermal neutron flux to offset the effect.

【0037】したがって、本実施例の核燃料集合体30
における軸方向の出力密度は、原子炉運転サイクルを通
じて軸方向における燃焼率の差が小さいため、図4に示
すように、原子炉運転サイクルの初期と末期を含め、常
にほぼ平坦である。
Therefore, the nuclear fuel assembly 30 of the present embodiment
The power density in the axial direction is always almost flat, including the initial and final stages of the reactor operation cycle, as shown in FIG. 4, because the difference in the combustion rate in the axial direction throughout the reactor operation cycle is small.

【0038】よって、本実施例においては、スクラムが
運転サイクルのいかなる時期に発生しても、軸方向下方
から挿入される制御棒に対して良好な反応度特性を示
し、原子炉の安全性が保たれる。
Therefore, in this embodiment, even when the scrum occurs at any time during the operation cycle, the reactivity of the control rod inserted from below in the axial direction is excellent, and the safety of the reactor is improved. Will be kept.

【0039】なお、前記実施例においては、軸方向の長
さが2種類、すなわち長尺燃料棒と短尺燃料棒の長さが
それぞれ1種類ずつの核燃料集合体を用いる場合につい
て説明したが、これに限られるものではなく、軸方向の
長さが3種類以上の核燃料集合体でも、軸方向の核燃料
物質量の多寡に対応して均一な軸方向出力密度が得られ
るように可燃性毒物入り燃料棒の配置を調整したものな
ら、本発明の範囲に含まれる。
In the above-described embodiment, a case has been described in which a nuclear fuel assembly having two types of axial lengths, ie, one type of long fuel rod and one type of short fuel rod, is used. However, even if the fuel assembly has three or more axial lengths, the fuel containing burnable poisons can obtain a uniform axial power density corresponding to the amount of nuclear fuel material in the axial direction. Adjusting the arrangement of the bars is within the scope of the present invention.

【0040】[0040]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の核燃料集
合体においては、短尺燃料棒を含むことにより、軸方向
において核燃料物質量の相違が生じても平坦な軸方向出
力密度分布が得られ、運転サイクルのどの時期において
も、スクラム時に挿入される制御棒に対して反応度特性
の劣化を生じることがなく、原子炉の安全性を高めるこ
とができる。
As described above, in the nuclear fuel assembly of the present invention, by including the short fuel rods, a flat axial power density distribution can be obtained even if the amount of nuclear fuel material varies in the axial direction. At any time in the operation cycle, the reactivity characteristics of the control rod inserted during the scram do not deteriorate, and the safety of the reactor can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】(A)および(B)は本発明の一実施例に係る
核燃料集合体の軸方向に異なる位置での径方向断面にお
ける可燃性毒物入り燃料の配置状態をそれぞれ示す説明
図である。
1 (A) and 1 (B) are explanatory diagrams respectively showing the arrangement of burnable poison-containing fuel in radial cross sections at different positions in the axial direction of a nuclear fuel assembly according to one embodiment of the present invention. .

【図2】(A)は本発明の一実施例に係る核燃料集合体
の径方向断面図である。 (B)は各燃料棒の軸方向における核燃料物質量と可燃
性毒物量とを示すグラフである。
FIG. 2A is a radial cross-sectional view of a nuclear fuel assembly according to one embodiment of the present invention. (B) is a graph showing the amount of nuclear fuel substance and the amount of burnable poison in the axial direction of each fuel rod.

【図3】本実施例に係る核燃料集合体の上部断面および
下部断面における燃焼度と中性子増倍率との関係を示す
グラフである。
FIG. 3 is a graph showing a relationship between a burnup and a neutron multiplication factor in an upper cross section and a lower cross section of the nuclear fuel assembly according to the present embodiment.

【図4】本実施例に係る核燃料集合体の原子炉運転サイ
クル初期および末期の軸方向出力密度を示すグラフであ
る。
FIG. 4 is a graph showing the axial power densities of the nuclear fuel assembly according to the present embodiment at the beginning and end of the reactor operation cycle.

【図5】燃料棒がすべて長尺燃料棒で構成される核燃料
集合体の軸方向断面図である。
FIG. 5 is an axial sectional view of a nuclear fuel assembly in which all fuel rods are composed of long fuel rods.

【図6】(A)は長尺燃料棒の軸方向断面図である。 (B)は短尺燃料棒の軸方向断面図である。FIG. 6A is an axial sectional view of a long fuel rod. (B) is an axial sectional view of a short fuel rod.

【図7】燃料棒が長尺燃料棒と短尺燃料棒とで構成され
る核燃料集合体の軸方向断面図である。
FIG. 7 is an axial sectional view of a nuclear fuel assembly in which fuel rods are composed of long fuel rods and short fuel rods.

【図8】図7のVIII−VIII線断面図である。8 is a sectional view taken along line VIII-VIII in FIG.

【図9】図7のIX−IX線断面図である。FIG. 9 is a sectional view taken along line IX-IX of FIG. 7;

【図10】(A)は燃料棒が長尺燃料棒だけの核燃料集
合体に従来の核設計を適用したときの径方向断面図であ
る。 (B)はこの核設計における各燃料棒の核燃料物質量と
可燃性毒物量を示すグラフである。
FIG. 10A is a radial cross-sectional view when a conventional nuclear design is applied to a nuclear fuel assembly having only long fuel rods. (B) is a graph showing the amount of nuclear fuel substance and the amount of burnable poison of each fuel rod in this nuclear design.

【図11】この核設計を適用した核燃料集合体の上部断
面および下部断面における燃焼度と中性子増倍率との関
係を示すグラフである。
FIG. 11 is a graph showing a relationship between burnup and neutron multiplication factor in an upper cross section and a lower cross section of a nuclear fuel assembly to which the nuclear design is applied.

【図12】この核設計を適用した核燃料集合体の原子炉
運転サイクル初期の軸方向出力密度を示すグラフであ
る。
FIG. 12 is a graph showing an axial power density of a nuclear fuel assembly to which the nuclear design is applied at an early stage of a reactor operation cycle.

【図13】同様の核燃料集合体の原子炉運転サイクル末
期の軸方向出力密度を示すグラフである。
FIG. 13 is a graph showing the axial power density of a similar nuclear fuel assembly at the end of a reactor operation cycle.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

30 核燃料集合体 40 チャンネルボックス 31 長尺燃料棒 32 長尺燃料棒 33 長尺燃料棒 34 長尺燃料棒 G1 長尺燃料棒 G2 長尺燃料棒 G3 長尺燃料棒 P 短尺燃料棒Reference Signs List 30 Nuclear fuel assembly 40 Channel box 31 Long fuel rod 32 Long fuel rod 33 Long fuel rod 34 Long fuel rod G 1 Long fuel rod G 2 Long fuel rod G 3 Long fuel rod P Short fuel rod

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G21C 3/328 GDB G21C 3/326 G21C 3/62 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) G21C 3/328 GDB G21C 3/326 G21C 3/62

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】核燃料物質を含有する燃料棒と、核燃料物
質および可燃性毒物を含有する燃料棒とを、チャンネル
ボックス内に正方格子状に束ねて構成し、かつ前記燃料
棒を、軸方向長さの異なる長尺燃料棒と短尺燃料棒とで
構成して軸方向に核燃料物質量を異ならしめた核燃料集
合体において、前記チャンネルボックス内の燃料棒配列
の外層から2列目に配置される可燃性毒物含有の燃料棒
の配置位置を、核燃料物質量が相対的に少ない軸方向領
域においては、核燃料物質量が相対的に多い軸方向領域
における可燃性毒物含有の燃料棒の配置位置に比べ、チ
ャンネルボックスの四隅のコーナより平均的に離れた位
置とするとともに、前記核燃料物質量が相対的に少ない
軸方向領域の径方向断面における可燃性毒物を含む燃料
棒の本数は、前記核燃料物質量が相対的に多い軸方向領
域の径方向断面における可燃性毒物を含む燃料棒の本数
と同数としたことを特徴とする核燃料集合体。
A fuel rod containing a nuclear fuel substance and a fuel rod containing a nuclear fuel substance and a burnable poison are bundled in a square grid in a channel box. In a nuclear fuel assembly composed of long fuel rods and short fuel rods having different lengths and having different amounts of nuclear fuel material in the axial direction, the flammable fuel arranged in the second row from the outer layer of the fuel rod array in the channel box is used. In the axial region where the amount of nuclear fuel material is relatively small, the arrangement position of the fuel rod containing the toxic poison is compared with the arrangement position of the burnable poison-containing fuel rod in the axial region where the amount of nuclear fuel material is relatively large. The number of fuel rods containing burnable poisons in the radial cross section in the axial region where the amount of nuclear fuel material is relatively small, with the positions being averagely separated from the corners of the four corners of the channel box, Nuclear fuel assembly, characterized in that the amount of fuel material was equal to the number of fuel rods containing burnable poison in the radial cross section of the relatively large axial region.
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