JP2966877B2 - Fuel assembly - Google Patents

Fuel assembly

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JP2966877B2
JP2966877B2 JP2067875A JP6787590A JP2966877B2 JP 2966877 B2 JP2966877 B2 JP 2966877B2 JP 2067875 A JP2067875 A JP 2067875A JP 6787590 A JP6787590 A JP 6787590A JP 2966877 B2 JP2966877 B2 JP 2966877B2
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  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、沸騰水型原子炉において使用される燃料集
合体に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Field of Industrial Application) The present invention relates to a fuel assembly used in a boiling water reactor.

(従来の技術) 沸騰水型(BWR)の原子力発電所においては、多数本
の燃料棒を7×7または8×8の正方格子状に配列して
チャンネルボックス内に収納した燃料集合体を、制御棒
と共に炉内に装荷して炉心部を構成している。
(Prior Art) In a boiling water type (BWR) nuclear power plant, a fuel assembly in which a large number of fuel rods are arranged in a 7 × 7 or 8 × 8 square grid and accommodated in a channel box is used. The core is loaded into the furnace together with the control rods.

上記燃料棒としては、2〜3%の低濃縮二酸化ウラン
を焼結した燃料ペレットを被覆管内に多数個充填したも
のが、従来から多用されている。また、BWR燃料集合体
では、一般に、炉心反応度を調整するために一部の燃料
棒に可燃性毒物を混入させている。
As the above-mentioned fuel rod, one in which a large number of fuel pellets obtained by sintering low-enriched uranium dioxide of 2 to 3% are filled in a cladding tube has been widely used. In addition, in BWR fuel assemblies, burnable poisons are generally mixed into some fuel rods in order to adjust core reactivity.

このような原子力発電所において、その経済性の向上
を図るためには、運転期間の長期化による設備利用率の
向上に対応しつつ、燃料の高燃焼度化による燃料サイク
ル費を低減させることが効果的である。
In order to improve the economic efficiency of such a nuclear power plant, it is necessary to reduce the fuel cycle cost by increasing the burnup of fuel while responding to the improvement of the capacity factor by extending the operation period. It is effective.

燃料の高燃焼度化を図るためには、従来形の燃料を使
用し、その濃縮度を上げる方法を考えられる。
In order to increase the burnup of the fuel, it is conceivable to use a conventional fuel and increase the enrichment.

(発明が解決しようとする課題) しかしながら、従来形の燃料を使用し、単にその濃縮
度を上げただけでは、中性子スペクトルの硬化が生じ、
炉心特性上、次のような現象が生じる。
(Problems to be Solved by the Invention) However, simply using a conventional fuel and simply increasing its enrichment results in hardening of the neutron spectrum,
The following phenomena occur in the core characteristics.

ボイド係数絶対値の増加 冷温時の炉心反応度の増加 ガドリニア等の可燃性毒物の反応度制御能力の低下 これにより、熱的余裕、炉停止余裕が現象する恐れが
ある。
Increase in absolute value of void coefficient Increase in reactivity of core at cold temperature Decrease in ability to control reactivity of burnable poisons such as gadolinia This may cause thermal margin and furnace shutdown margin.

また、単に濃縮度を上げるだけで高燃焼度化を図る場
合には、燃料当りに必要な天然ウラン費、濃縮費等が増
加するため、高燃焼度化による燃料サイクル費の低減幅
は小さくなる。
Further, in the case of achieving high burnup simply by increasing the enrichment, natural uranium cost per fuel, enrichment cost, etc. increase, so that the reduction in fuel cycle cost due to the high burnup becomes small. .

本発明は上記の炉心性能上の問題を解決し、可能な限
り低い濃縮度で目標とする高燃焼度化を達成することが
できる高経済型高燃焼度燃料を提供することを目的とす
る。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems in core performance and to provide a high-economic high-burnup fuel capable of achieving a target high burnup with the lowest possible enrichment.

[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明の燃料集合体は、内部に燃料物質が充填された
複数の燃料棒を有する燃料集合体において、前記燃料集
合体を構成する複数の燃料棒のうち少なくとも一部は、
軸方向に含有量を異ならせて可燃性毒物が添加された燃
料棒であり、かつこの可燃性毒物が含有された燃料棒の
うち1〜2本の燃料棒は、濃縮ウランを含む軸方向位置
には可燃性毒物が含有されてなり、単位長さ、燃料棒当
りの可燃性毒物の含有量が上部から中ほどまでは同等も
しくは順次増加されるとともに、中ほどより下方に単位
長さ、燃料棒当りの可燃性毒物の含有量が中ほどより小
さく設定された領域を有してなり、前記可燃性毒物が含
有された燃料棒のうち残りの燃料棒は、単位長さ、燃料
棒当りの可燃性毒物の含有量が、上部から下部に向かっ
て順次増加されていることを特徴としている。
[Constitution of the Invention] (Means for Solving the Problems) A fuel assembly according to the present invention includes a plurality of fuel rods each having a plurality of fuel rods filled with a fuel substance. At least some of the fuel rods
A fuel rod to which a burnable poison is added by varying the content in the axial direction, and one or two fuel rods among the fuel rods containing the burnable poison are located in an axial position including enriched uranium. Contains the burnable poison, and the unit length and the amount of burnable poison per fuel rod are increased or increased from the top to the middle, and the unit length and fuel It has a region where the content of burnable poison per rod is set to be smaller in the middle, and the remaining fuel rods among the fuel rods containing the burnable poison have a unit length per unit fuel rod. It is characterized in that the content of the burnable poison is gradually increased from the upper part to the lower part.

なお、これによって、前記燃料集合体全体の軸方向の
可燃性毒物の平均含有量は、上部から下部に向かって順
次増加されている。
As a result, the average content of burnable poisons in the axial direction of the entire fuel assembly is gradually increased from the upper part to the lower part.

(作用) 以下、本発明の燃料集合体では、可燃性毒物を混入さ
せて燃料棒の可燃性毒物の分布集合体軸方向に異なるよ
うにしている(実施例では、燃料棒の可燃性毒物の含有
量を軸方向の2〜5領域で異ならせている。)。
(Operation) In the fuel assembly of the present invention, the distribution of burnable poisons in the fuel rods is made different in the axial direction of the distribution of burnable poisons in the fuel rods in the fuel assembly of the present invention. The contents are different in 2 to 5 regions in the axial direction.)

BWRでは一般にボイド率が低い炉心下部の方が中性子
減速効果が大きく、反応度が高く、従って出力が高くな
るので、例えば、可燃性毒物の含有率を上下2領域で異
なるようにした場合、下部領域の可燃性毒物を多くする
ことは、サイクル初期の下方の出力ピークを抑え、ひい
ては燃料の運転制御値である最大線出力密度を設計基準
内に収めておくことができる。
In BWRs, the lower part of the core, which generally has a lower void fraction, has a greater neutron moderating effect, a higher reactivity, and therefore a higher output. For example, if the content of burnable poisons is different between the upper and lower regions, Increasing the amount of burnable poison in the region can suppress the lower output peak at the beginning of the cycle, and keep the maximum linear power density, which is the operation control value of the fuel, within the design standard.

ところが、このような可燃性毒物分布を与えた場合、
サイクルを通じて殆どの期間、炉心下部の出力を抑えた
軸方向出力分布で燃焼することになり、炉心反応度の増
加が期待できない。
However, when such a burnable poison distribution is given,
For the most part of the cycle, combustion occurs in the axial power distribution with the power in the lower part of the core suppressed, and an increase in core reactivity cannot be expected.

これとは逆に、サイクル初期からサイクル中期にかけ
て炉心下方ピークとすれば、この効果が期待できる。
Conversely, this effect can be expected if the peak below the core is reached from the beginning of the cycle to the middle of the cycle.

すなわち、サイクル初期からサイクル中期にかけて軸
方向出力分布が下方ピークとなり、炉心の平均ボイド率
が高くなると、中性子スペクトルが硬くなり、プルトニ
ウムPuの蓄積を図ることができ、炉心反応度を増加させ
ることができる。また、サイクル末期では、可燃性毒物
が燃え尽きること、サイクル初期からサイクル中期まで
下部領域の燃焼が進むこと、および前記の濃縮度分布が
下部領域に比べ上部領域を高くしていることから炉心軸
方向分布が上部ピークとなる。
That is, the axial power distribution has a lower peak from the beginning of the cycle to the middle of the cycle, and when the average void fraction of the core increases, the neutron spectrum becomes harder, plutonium Pu can be accumulated, and the core reactivity can be increased. it can. Also, at the end of the cycle, the burnable poison burns out, the combustion in the lower region progresses from the early stage to the middle of the cycle, and the enrichment distribution is higher in the upper region than in the lower region. The distribution becomes the upper peak.

これにより炉心平均ボイド率が低くなり、炉心反応度
を増加させることができる。
As a result, the core average void fraction is reduced, and the core reactivity can be increased.

また、この燃料棒の効果により冷温時における炉心反
応度を下げることができるので、炉停止余裕を改善する
ことができる。
Further, the core reactivity at the time of cold temperature can be reduced by the effect of the fuel rod, so that the reactor shutdown margin can be improved.

本発明の燃料集合体においては、サイクル初期の下方
ピークは全体的に可燃性毒物が多い下部領域で抑え、か
つ、下部領域に濃度が薄い可燃性毒物を含有する燃料棒
を1〜2本配置しているので、この可燃性毒物が燃え尽
きた後のサイクル初期を過ぎた時点より下方ピークと
し、サイクル末期での炉心反応度を得ることができる。
In the fuel assembly of the present invention, the lower peak at the beginning of the cycle is entirely suppressed in the lower region where there is a large amount of burnable poison, and one or two fuel rods containing the burnable poison having a low concentration are arranged in the lower region. As a result, the core reactivity at the end of the cycle can be obtained as a lower peak after the burnable poison has burned out and past the early stage of the cycle.

(実施例) 次に、第1図ないし第3図を参照して本発明の燃料集
合体の実施例を説明する。
(Embodiment) Next, an embodiment of the fuel assembly of the present invention will be described with reference to FIG. 1 to FIG.

本実施例の燃料集合体10は、多数本の燃料棒20と、そ
れらの中心に形成されたウォータロッド21と、これらを
収容するチャンネルボックス22とから構成されている。
また、燃料集合体10には、下部タイプレート、上部タイ
プレートおよびスペーサ(いずれも図示せず)が取付け
られている。
The fuel assembly 10 of the present embodiment includes a large number of fuel rods 20, a water rod 21 formed at the center of the fuel rods 20, and a channel box 22 for accommodating them.
Further, a lower tie plate, an upper tie plate and a spacer (all not shown) are attached to the fuel assembly 10.

燃料棒20およびウォータロッド21の上下端部は、上部
タイプレートおよび下部タイプレートによって保持され
ている。スペーサは燃料棒20の軸方向にいくつか配置さ
れ、燃料棒20およびウォータロッド21の相互間の間隙を
適切な状態に保持している。また、上部タイプレートに
はチャンネルファスナ(図示せず)が取付けられてい
る。
The upper and lower ends of the fuel rod 20 and the water rod 21 are held by an upper tie plate and a lower tie plate. A number of spacers are arranged in the axial direction of the fuel rod 20 to maintain a proper gap between the fuel rod 20 and the water rod 21. A channel fastener (not shown) is attached to the upper tie plate.

燃料棒20は、図示されていない下部端栓および上部端
栓には両端を密封された被覆管内に多数の燃料ペレット
を装荷したものである。
The fuel rod 20 has a lower end plug and an upper end plug (not shown) in which a number of fuel pellets are loaded in a cladding tube having both ends sealed.

燃料ペレットは燃料物質である二酸化ウランUO2にて
構成され、核分裂物質であるウラン235を含んでいる。
また、被覆管内のガスプレナム内にはスプリングが配置
され、燃料ペレットを下方に押圧している。
Fuel pellets are composed of uranium dioxide UO 2 is a fuel material includes uranium-235 is a fissionable substance.
Further, a spring is disposed in the gas plenum in the cladding tube, and presses the fuel pellet downward.

ウォータロッド21は燃料棒20と同じ材質の被覆管で構
成されているが、燃料物質を装荷しておらず、被覆管
(図示せず)の上部および下部の側面に孔を透設され、
内部を沸騰しない冷却材が通貨する構造とされている。
The water rod 21 is formed of a cladding tube of the same material as the fuel rod 20, but does not carry a fuel substance, and is provided with holes through the upper and lower side surfaces of the cladding tube (not shown).
It has a structure in which coolant that does not boil inside makes money.

BWRの炉心には、4体の燃料集合体10に対して1体の
割合いで、横断面十字型の制御棒30が挿入されている。
A control rod 30 having a cross-shaped cross section is inserted into the core of the BWR at a ratio of one to four fuel assemblies 10.

この炉心には、挿入される制御棒30に面する燃料集合
体10の側壁側に形成された水ギャップの幅が、その反対
側にあって制御棒30に面しない燃料集合体10の側壁側に
形成された水ギャップの幅よりも広くなっている炉心
(D格子炉心)と、制御棒30に面する燃料集合体10の側
壁側に形成された水ギャップの幅が、その反対側にあっ
て制御棒30に面しない燃料集合体10の側壁側に形成され
た水ギャップの幅と等しい炉心(C格子炉心)とがあ
る。
In this core, the width of the water gap formed on the side wall of the fuel assembly 10 facing the inserted control rod 30 is different from the side wall side of the fuel assembly 10 not facing the control rod 30 on the opposite side. The width of the water gap formed on the side of the fuel assembly 10 facing the control rod 30 and the width of the core (D lattice core) wider than the width of the water gap formed at Thus, there is a core (C lattice core) having a width equal to the width of a water gap formed on the side wall of the fuel assembly 10 not facing the control rod 30.

本実施例の燃料集合体10は、上記C格子炉心に装荷さ
れる燃料集合体である。
The fuel assembly 10 of this embodiment is a fuel assembly loaded on the C lattice core.

燃料集合体10を構成する燃料棒20には、第1図に示す
ように、燃料棒11〜18の8種類がある。これらの燃料棒
11〜18が、第1図のようにチャンネルボックス22内の燃
料集合体横断面に配置されている。
As shown in FIG. 1, there are eight types of fuel rods 20 constituting the fuel assembly 10, that is, fuel rods 11 to 18. These fuel rods
11 to 18 are arranged in a cross section of the fuel assembly in the channel box 22 as shown in FIG.

本実施例におけるウォータロッド21の口径は第1図の
ように、4本の燃料棒20の領域を占領する大きさとさ
れ、燃料集合体10の横断面中央に位置している。
The diameter of the water rod 21 in this embodiment is sized to occupy the area of the four fuel rods 20 as shown in FIG. 1, and is located at the center of the cross section of the fuel assembly 10.

これにより水対燃料費が従来燃料より大きくなり、高
燃焼度化による炉心特性の悪化を解決し、同時に反応度
の向上をはかっている。
As a result, the cost of water to fuel becomes larger than that of conventional fuel, and the deterioration of the core characteristics due to the high burnup is solved, and at the same time, the reactivity is improved.

燃料棒20を構成する8種の燃料棒11〜18には、燃料物
質充填領域の下端部および上端部に天然ウランからなる
燃料ペレットを充填した天然ウランブラケット領域N1、
N2が形成されている。
Eight types of fuel rods 11 to 18 constituting the fuel rod 20 include a natural uranium bracket region N1 in which fuel pellets made of natural uranium are filled at the lower end and the upper end of the fuel material filling region.
N2 is formed.

これらの天然ウランブラケットN1、N2は、第2図に示
すように、燃料物質充填領域の下部0及び上端24からそ
れぞれ燃料物質充填領域の軸方向の長さ(以下、有効燃
料長Hという)の1/24の位置までを占めている。
As shown in FIG. 2, these natural uranium brackets N1 and N2 have an axial length (hereinafter referred to as an effective fuel length H) of the fuel material filling region from the lower part 0 and the upper end 24 of the fuel material filling region. Occupies up to 1/24 position.

なお、燃料物質充填領域は、燃料ペレットを充填して
いる領域を意味し、各燃料棒11〜18の燃料物質充填領域
の軸方向の長さは等しい。また各燃料棒において、燃料
物質充填領域の下端から燃料有効長Hの1/24〜23/24の
範囲は濃縮ウランが充填されている濃縮ウラン領域Cで
ある。
The fuel material filling region means a region filled with fuel pellets, and the fuel material filling regions of the fuel rods 11 to 18 have the same axial length. In each fuel rod, the range from 1/24 to 23/24 of the active fuel length H from the lower end of the fuel material filling region is the enriched uranium region C filled with enriched uranium.

第2図に示すように燃料棒11、12、16、17および18で
は、濃縮ウラン領域Cが軸方向において一様な濃縮度に
なっており、また、燃料棒12、14および15では、濃縮ウ
ラン領域が軸方向で濃縮度の異なる3つの領域C1、C2、
C3から構成されている。
As shown in FIG. 2, in the fuel rods 11, 12, 16, 17 and 18, the enriched uranium region C has a uniform enrichment in the axial direction, and in the fuel rods 12, 14 and 15, The uranium region has three regions C1, C2 with different enrichments in the axial direction.
Consists of C3.

各燃料棒の濃縮ウラン領域の濃縮度は、燃料棒11で4.
3重量%、燃料棒13、16、17および18で、3.3重量%にな
っている。
The enrichment in the enriched uranium region of each fuel rod is 4.
3% by weight and 3.3% by weight for fuel rods 13, 16, 17 and 18.

燃料棒12は、濃縮ウラン領域において、燃料物質充填
領域の下端を基点として燃料有効長Hの1/24〜10/24の
範囲の濃縮度C1が3.3重量%、燃料有効長Hの10/24〜20
/24の範囲C2の濃縮度が3.8%重量、燃料有効長Hの20/2
4〜23/24の範囲の濃縮度C3が3.3重量%である。
In the enriched uranium region, the enrichment C1 in the range of 1/24 to 10/24 of the active fuel length H is 3.3% by weight, and 10/24 of the active fuel length H in the enriched uranium region. ~ 20
/ 24 range C2 enrichment 3.8% by weight, active fuel length H 20/2
The enrichment C3 in the range from 4 to 23/24 is 3.3% by weight.

同様に、燃料棒14では、C1=2.9、C2=3.3、C3=2.9
重量%であり、燃料棒15ではC1=2.1、C2=2.5、C3=2.
1重量%である。
Similarly, in the fuel rod 14, C1 = 2.9, C2 = 3.3, C3 = 2.9
% For fuel rod 15, C1 = 2.1, C2 = 2.5, C3 = 2.
1% by weight.

燃料棒16、17、18は濃縮ウラン領域の燃料ペレット内
に可燃性毒物であるガドリニアを含有している。
The fuel rods 16, 17, and 18 contain gadolinia, which is a burnable poison, in the fuel pellets in the enriched uranium region.

燃料棒16における濃縮ウラン領域の軸方向におけるガ
ドリニア濃度は、燃料物質充填領域の下端を基点として
燃料有効長Hの1/24〜10/24の範囲で5.0重量%、燃料有
効長Hの10/24〜20/24の範囲で4.0重量%、20/24〜23/2
4の範囲で3.0重量%である。
The gadolinia concentration in the axial direction of the enriched uranium region in the fuel rod 16 is 5.0% by weight in the range of 1/24 to 10/24 of the active fuel length H and 10/10 of the active fuel length H based on the lower end of the fuel material filling region. 4.0% by weight in the range of 24-20 / 24, 20 / 24-23 / 2
In the range of 4, it is 3.0% by weight.

燃料棒17のガドリニア濃度は、燃料物質充填領域の下
端を基点として、燃料有効長Hの1/24〜20/24の範囲で
4.0重量%、燃料有効長Hの20/24〜23/24の範囲で3.0重
量%である。
The gadolinia concentration of the fuel rod 17 is within a range of 1/24 to 20/24 of the active fuel length H, with the lower end of the fuel material filling region as a base point.
4.0% by weight, and 3.0% by weight in the range of 20/24 to 23/24 of the active fuel length H.

本発明の特徴をなす燃料棒18のガドリニア濃度は、燃
料有効長Hの1/24〜10/24の範囲で2.0重量%、1/2〜20/
24の範囲で4.0重量%、20/24〜23/24の範囲で3.0重量%
である。
The gadolinia concentration of the fuel rod 18, which is a feature of the present invention, is 2.0% by weight in the range of 1/24 to 10/24 of the active fuel length H, and 1/2 to 20/20.
4.0% by weight in the range of 24, 3.0% by weight in the range of 20/24 to 23/24
It is.

なお、燃料棒11〜15は、ガドリニアを含有していな
い。
The fuel rods 11 to 15 do not contain gadolinia.

上記のような軸方向濃縮度分布を有する燃料棒11〜18
を第1図のように配置することによって、燃料集合体10
の軸方向における各部の断面平均濃縮度分布は第2図の
右端に示すように、燃料集合体の燃料物質充填領域の下
端を基点として燃料有効長Hの1/24〜10/24の範囲C1
(濃縮ウラン領域の下部領域)および燃料有効長Hの20
/24〜23/24の範囲C3(濃縮ウラン領域の上部領域)で3.
44重量%、燃料有効長Hの10/24〜20/24の範囲C2(濃縮
ウラン領域の中央部制御)で3.64重量%となる。また、
燃料物質充填領域の上下端部に形成される天然ウランブ
ランケット領域N1、N2は0.71重量%のウラン235を含有
している。
Fuel rods 11 to 18 having the axial enrichment distribution as described above
By arranging the fuel assemblies 10 as shown in FIG.
As shown in the right end of FIG. 2, the cross-sectional average enrichment distribution of each part in the axial direction is a range C1 of 1/24 to 10/24 of the active fuel length H based on the lower end of the fuel material filling region of the fuel assembly.
(Lower region of enriched uranium region) and effective fuel length H of 20
3.C3 in the range / 24-23 / 24 (upper region of enriched uranium region).
44% by weight, and 3.64% by weight in the range C2 (control of the central part of the enriched uranium region) in the effective fuel length H of 10/24 to 20/24. Also,
The natural uranium blanket regions N1, N2 formed at the upper and lower ends of the fuel material filling region contain 0.71% by weight of uranium 235.

本実施例における燃料集合体は、濃縮ウラン領域の下
部領域C1の断面平均濃縮度を低くし、濃縮ウラン領域の
中央部量入C2の断面平均濃縮度を高くし、それらの領域
の間で焼0.2重量%の平均濃縮度差をつけている。
In the fuel assembly according to the present embodiment, the cross-sectional average enrichment of the lower region C1 of the enriched uranium region is reduced, the cross-sectional average enrichment of the central portion C2 of the enriched uranium region is increased, and burning is performed between those regions. An average concentration difference of 0.2% by weight is provided.

BWRでは炉心上端に行くに従って蒸気泡(ボイド)が
多いため、炉心上部で中性子減速材である水の密度が低
下する。このため、軸方向の濃縮度分布が一様な燃料集
合体を炉心内に装荷した場合には、燃料集合体下部に出
力ピークが生ずる下歪みの出力分布となる傾向がある。
In the BWR, the density of water, which is a neutron moderator, decreases at the upper part of the core because there are many vapor bubbles (voids) toward the upper end of the core. For this reason, when a fuel assembly having a uniform axial enrichment distribution is loaded into the core, the output distribution tends to have a lower strain in which an output peak occurs at the lower portion of the fuel assembly.

従って、前述のように、燃料集合体の下部領域よりも
中央部領域の濃縮度を高くすることによって、燃料集合
体の軸方向の出力分布を平坦化することができる。
Therefore, as described above, by increasing the enrichment in the central region than in the lower region of the fuel assembly, the axial power distribution of the fuel assembly can be flattened.

本実施例の燃料集合体における中央部領域C2と下部領
域C1との平均濃縮度の差、約0.2重量%と、中央部領域C
2および下部領域C1の境界位置(燃料有効長Hの10/24の
位置)は、軸方向出力分布平坦化の効果が最大となるよ
う選んだものである。
The difference in average enrichment between the central region C2 and the lower region C1 in the fuel assembly of the present embodiment, about 0.2% by weight, and the central region C
The boundary position (position of 10/24 of the active fuel length H) between 2 and the lower region C1 is selected so as to maximize the effect of flattening the axial power distribution.

本実施例における燃料集合体20の内、10本のガドリニ
ア入り燃料棒16、17のガドリニアの平均重量%は、第2
図および第3図に示すように、全体的には下部領域を高
くして中央部領域を低くし、それらの領域の間で約0.5
重量%の差をつけている。
The average weight% of the gadolinia of the ten gadolinia-containing fuel rods 16 and 17 of the fuel assembly 20 in the present embodiment is the second gadolinia.
As shown in the figures and FIG. 3, the lower region is generally higher and the central region is lower, with about 0.5
Weight% difference.

前述のように、BWFでは炉心上端に行くに従ってボイ
ドが多いため、炉心上部では中性子減速材である水の密
度が低く、炉心下部では水の密度が高い。このため軸方
向のガドリニア平均重量%を同一とすると、炉心下部で
中性子スペクトルが上部に比べて軟らかいことから、ガ
ドリニアの燃焼が早く進む。これによりガドリニアの燃
焼が進む際の炉心下部の反応度の上昇速度が早くなるた
め、軸方向の出力分布が下部ピークとなり易くなる。
As described above, the density of water, which is a neutron moderator, is low in the upper part of the core and high in the lower part of the core because the voids increase toward the upper end of the core in the BWF. For this reason, if the average gadolinia weight% in the axial direction is the same, the neutron spectrum in the lower part of the core is softer than that in the upper part, so that gadolinia combustion proceeds quickly. This increases the rate of increase in the reactivity of the lower part of the core when gadolinia combustion proceeds, so that the axial power distribution tends to have a lower peak.

本発明では、これを適切に制御するため、下部領域に
おけるガドリニアの平均濃度を0.5重量%大きくしてい
る。この濃度差0.5重量%は軸方向出力分布の平坦化の
効果が最適となるように選んだものである。
In the present invention, in order to appropriately control this, the average concentration of gadolinia in the lower region is increased by 0.5% by weight. This concentration difference of 0.5% by weight was selected so that the effect of flattening the axial power distribution was optimized.

なお、この実施例では、ガドリニア入り燃料棒が3種
類あるが、これは燃料製造上の配慮からであり、同一燃
料内でガドリニアの濃度の差を約1重量%以上とするた
めである。
In this embodiment, there are three types of gadolinia-containing fuel rods. This is for the sake of fuel production, and the difference in gadolinia concentration in the same fuel is about 1% by weight or more.

更に本発明では、ガドリニア入り燃料棒18の下部領域
C1のガドリニアの平均重量を2.0重量%と中央部領域C2
の4.0重量%よりも低くしているので、下部領域のガド
リニアが燃え尽きる前の、サイクル初期の軸方向の出力
分布が下部ピークとなるのを押えた後、下部領域のガド
リニアが燃焼した後のサイクル中期以降に適度な下部ピ
ークとなるようにして、炉心反応度を得ている。
Further, in the present invention, the lower region of the fuel rod 18 containing gadolinia is
The average weight of gadolinia in C1 is 2.0% by weight and the central area C2
Before the gadolinia in the lower region burns out, the cycle power after the axial power distribution at the beginning of the cycle has suppressed to the lower peak, and after the gadolinia in the lower region has burned. The core reactivity is obtained by setting a moderate lower peak after the middle stage.

このような選択によって得られた軸方向の濃縮度分布
およびガドリニア濃度差によって生じる燃料集合体の出
力ピーキングの余裕は約15%〜20%となる。本発明の燃
料集合体では、この出力ピーキングの余裕を高燃焼度化
によるピーキングの増加の緩和および前述のような反応
度利得に振向けて燃料経済性を向上させている。
The margin of output peaking of the fuel assembly caused by the axial enrichment distribution and gadolinia concentration difference obtained by such a selection is about 15% to 20%. In the fuel assembly of the present invention, the margin of the output peaking is alleviated to the increase of the peaking by increasing the burnup and the fuel economy is improved by allocating the margin to the reactivity gain as described above.

なお、第3図にも示すように、燃料集合体における濃
縮ウラン領域の上部領域C3(燃料有効長Hの20/24〜23/
24)の断面平均濃縮度は、下部領域C1(燃料有効長Hの
1/24〜10/24)の断面平均濃縮度とほぼ等しく低濃縮度
領域であり、かつ燃料棒16、17の可燃性毒物の低濃度領
域に対応しており、炉停止余裕の減少を補償している。
また、濃縮ウラン領域の上部領域C3の軸方向長さ(燃料
有効長Hの3/24)は、可燃性毒物減少による経済的効果
が最大となるよう決定したものである。
As shown in FIG. 3, the upper region C3 of the enriched uranium region in the fuel assembly (20/24 to 23 /
The cross-sectional average enrichment of 24) is the lower area C1 (effective fuel length H).
The low enrichment area is almost equal to the average cross-sectional enrichment of 1/24 to 10/24) and corresponds to the low-concentration area of burnable poisons on the fuel rods 16 and 17, compensating for the reduction in the margin of furnace shutdown. doing.
The axial length (3/24 of the active fuel length H) of the upper region C3 of the enriched uranium region is determined so that the economic effect due to the reduction of burnable poisons is maximized.

以上述べたように、本発明の燃料集合体によれば、燃
料経済性を著しく向上できる。
As described above, according to the fuel assembly of the present invention, fuel economy can be significantly improved.

即ち、本発明の燃料集合体は、原子炉の安全余裕を十
分確保しつつ、可能な限り低い濃縮度で、目標とする高
燃焼度を達成することができ、これによって燃料サイク
ルに要する費用を著しく低減できる。また使用済み燃料
集合体の発生量も著しく低減することができる。
That is, the fuel assembly of the present invention can achieve the target high burnup with the lowest possible enrichment while ensuring a sufficient safety margin of the reactor, thereby reducing the cost required for the fuel cycle. It can be significantly reduced. Further, the amount of spent fuel assemblies generated can be significantly reduced.

[発明の効果] 本発明によれば、高燃焼度化による炉心性能の悪化を
解消すると共に、出力ピーキングの余裕を燃料経済性の
向上に利用でき、取出しエネルギーを著しく増大でき
る。
[Effects of the Invention] According to the present invention, deterioration of core performance due to high burn-up can be eliminated, and the margin of output peaking can be used for improving fuel economy, and the extraction energy can be significantly increased.

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

第1図は本発明の実施例である燃料集合体の横断面図、
第2図は第1図に示す燃料集合体を構成する燃料棒の濃
縮度およびガドリニア分布を示す説明図、第3図は本発
明の燃料集合体を構成する濃縮度および可燃性毒物の分
布を示す模式図である。 10……燃料集合体 20(11〜18)……燃料棒 21……ウオーターロッド 22……チャンネルボックス 30……制御棒
FIG. 1 is a cross-sectional view of a fuel assembly according to an embodiment of the present invention,
FIG. 2 is an explanatory diagram showing the enrichment and gadolinia distribution of the fuel rods constituting the fuel assembly shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a graph showing the enrichment and the distribution of burnable poisons constituting the fuel assembly of the present invention. FIG. 10 Fuel assembly 20 (11 to 18) Fuel rod 21 Water rod 22 Channel box 30 Control rod

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】内部に燃料物質が充填された複数の燃料棒
を有する燃料集合体において、 前記燃料集合体を構成する複数の燃料棒のうち少なくと
も一部は、軸方向に含有量を異ならせて可燃性毒物が添
加された燃料棒であり、かつこの可燃性毒物が含有され
た燃料棒のうち1〜2本の燃料棒は、濃縮ウランを含む
軸方向位置には可燃性毒物が含有されてなり、単位長
さ、燃料棒当りの可燃性毒物の含有量が上部から中ほど
までは同等もしくは順次増加されるとともに、中ほどよ
り下方に単位長さ、燃料棒当りの可燃性毒物の含有量が
中ほどより小さく設定された領域を有してなり、前記可
燃性毒物が含有された燃料棒のうち残りの燃料棒は、単
位長さ、燃料棒当りの可燃性毒物の含有量が、上部から
下部に向かって順次増加されていることを特徴とする燃
料集合体。
1. A fuel assembly having a plurality of fuel rods filled with a fuel substance therein, wherein at least a part of the plurality of fuel rods constituting the fuel assembly has different contents in the axial direction. And one or two of the fuel rods containing the burnable poison contain the burnable poison at an axial position containing enriched uranium. The unit length, the content of burnable poison per fuel rod from the top to the middle is equal or sequentially increased, and the unit length below the middle, the content of burnable poison per fuel rod It has a region where the amount is set smaller in the middle, and the remaining fuel rods among the fuel rods containing the burnable poison have a unit length, the content of the burnable poison per fuel rod, Note that it is gradually increased from top to bottom. Fuel assembly to be featured.
【請求項2】前記燃料集合体全体の軸方向の可燃性毒物
の平均含有量は、上部から下部に向かって順次増加され
ていることを特徴とする請求項1記載の燃料集合体。
2. The fuel assembly according to claim 1, wherein the average content of the burnable poison in the axial direction of the entire fuel assembly is gradually increased from the upper part to the lower part.
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