JP3325462B2 - Manufacturing method of fuel assembly - Google Patents

Manufacturing method of fuel assembly

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JP3325462B2
JP3325462B2 JP16369296A JP16369296A JP3325462B2 JP 3325462 B2 JP3325462 B2 JP 3325462B2 JP 16369296 A JP16369296 A JP 16369296A JP 16369296 A JP16369296 A JP 16369296A JP 3325462 B2 JP3325462 B2 JP 3325462B2
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    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ウラン及びプルト
ニウム等の核燃料物質を含む燃料集合体の製造方法に関
し、更に詳しく述べると、原子炉の運転サイクル末期の
実効増倍率がほぼ一定となるように核燃料物質含有量を
調整して新燃料集合体を製造する方法に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a fuel assembly containing nuclear fuel materials such as uranium and plutonium. More specifically, the present invention relates to a method for producing a fuel assembly in which an effective multiplication factor at the end of a reactor operation cycle is substantially constant. The present invention relates to a method for producing a new fuel assembly by adjusting the content of nuclear fuel material.

【0002】[0002]

【従来の技術】高速炉においては、ウラン・プルトニウ
ム混合酸化物燃料(MOX燃料)が用いられている。こ
のプルトニウムは、原子炉の使用済燃料を再処理するこ
とによって回収されたものである。このようなプルトニ
ウムは、取り出される原子炉の炉型(軽水炉、ガス炉、
プルサーマル炉等)、燃料の燃焼度、冷却期間(炉から
取り出され、高速炉に新たに装荷されるまでの期間)に
依存して、その同位体組成比が変動するという特徴を有
する。しかもプルトニウム同位体はそれぞれ異なった核
特性(核分裂性、中性子吸収特性等)を有しているの
で、原子炉の核特性は必然的にプルトニウム組成に応じ
たものとなる。
2. Description of the Related Art In a fast reactor, uranium-plutonium mixed oxide fuel (MOX fuel) is used. This plutonium was recovered by reprocessing spent fuel of the nuclear reactor. Such plutonium is supplied to the reactor type (light water reactor, gas reactor,
It is characterized in that its isotope composition ratio fluctuates depending on the burn-up of fuel, the burn-up of the fuel, and the cooling period (the period from when it is taken out of the furnace to when it is newly loaded into the fast reactor). Moreover, since the plutonium isotopes have different nuclear properties (fission properties, neutron absorption properties, etc.), the nuclear properties of the reactor necessarily correspond to the plutonium composition.

【0003】ところで、原子炉を所定の燃焼期間運転す
るためには、運転サイクル末期に炉心を臨界にするため
の反応度が確保されている必要がある。しかし、新燃料
集合体中の各核燃料物質は、原子炉内の中性子照射等に
より様々な組成変化を起こすので、異なる組成の核燃料
物質を用いた場合、たとえ新燃料集合体の核的価値が同
じであっても、運転サイクル末期では一般に核的価値は
等しくならない。従って、燃焼末期に所定の反応度を得
るためには、プルトニウム同位体組成比が異なる毎に、
プルトニウム富化度を決定する必要がある。
In order to operate a nuclear reactor for a predetermined combustion period, it is necessary to ensure a reactivity for making the core critical at the end of an operation cycle. However, each nuclear fuel material in the new fuel assembly undergoes various composition changes due to neutron irradiation in the reactor, etc., so if nuclear fuel materials with different compositions are used, even if the nuclear value of the new fuel assembly is the same Even at the end of the driving cycle, however, the core values are generally not equal. Therefore, in order to obtain a predetermined reactivity at the end of combustion, every time the plutonium isotope composition ratio is different,
Plutonium enrichment needs to be determined.

【0004】異なる組成を持つプルトニウムの核的価値
の違いを考慮し、様々なプルトニウム同位体組成の燃料
が炉内で等しい反応度価値をもつように、プルトニウム
富化度を調整する手法として、「等価フィッサイル法」
と呼ばれる方法が知られている。これは、Pu−239
の炉心反応度に対する効果を1.0として他のプルトニ
ウム同位体(Am−241も含む)及びウラン同位体の
相対的な反応度効果を定義し(これを「等価フィッサイ
ル係数」という)、炉心反応度への全体としての効果
を、各元素の構成比率に、この等価フィッサイル係数を
乗じたものの和として表す方法である。そのためプルト
ニウム同位体組成比が異なっても、燃料のプルトニウム
富化度を統一的に記述できるように、等価フィッサイル
富化度という概念を導入する。
[0004] Considering the differences in the nuclear value of plutonium with different compositions, a technique for adjusting the plutonium enrichment so that fuels of various plutonium isotope compositions have equal reactivity values in the furnace has been developed using the technique of " Equivalent Fissail Method "
A method called is known. This is Pu-239
The relative reactivity effect of other plutonium isotopes (including Am-241) and uranium isotope is defined with the effect on the core reactivity of 1.0 as 1.0 (this is referred to as "equivalent fissile coefficient"), In this method, the overall effect on the degree is expressed as the sum of the composition ratio of each element multiplied by the equivalent fissile coefficient. Therefore, the concept of equivalent fissile enrichment is introduced so that the plutonium enrichment of fuel can be described in a unified manner even if the plutonium isotope composition ratio is different.

【0005】まず燃料中の各核種について等価フィッサ
イル係数〔F〕を定める。この等価フィッサイル係数
は、ウランやプルトニウム同位体の反応度価値に対する
Pu−239の反応度価値の比を行列の形で記載したも
のである。中性子エネルギー1群、1点炉近似の場合、
各要素Fi は次式で定義される。 Fi =(νσf −σa i /(νσf −σa 239 … 但し、Fi :核種iの等価フィッサイル係数 ν :核分裂当たりの中性子発生数 σf :ミクロ核分裂断面積 σa :ミクロ吸収断面積 である。高速炉におけるプルトニウム同位体の等価フィ
ッサイル係数〔F〕は0以外の値を持つため、全てのプ
ルトニウム同位体が有意な反応度価値を有している。従
って、高速炉用燃料集合体を製造する場合、プルトニウ
ム同位体組成は富化度設定のための重要なパラメータと
なる。
First, an equivalent fissile coefficient [F] is determined for each nuclide in the fuel. The equivalent fissile coefficient describes the ratio of the reactivity value of Pu-239 to the reactivity value of uranium and plutonium isotopes in the form of a matrix. Neutron energy 1 group, 1 point reactor approximation,
Each element F i is defined by the following equation. F i = (νσ f −σ a ) i / (νσ f −σ a ) 239 where F i : equivalent fissile coefficient of nuclide i ν: number of neutrons generated per fission σ f : microfission cross section σ a : The micro absorption cross section. Since plutonium isotope equivalent Fissile coefficients [F] in fast reactors have values other than 0, all plutonium isotopes have significant reactivity value. Therefore, when producing a fuel assembly for a fast reactor, plutonium isotope composition is an important parameter for setting the enrichment.

【0006】次に、このように定義された等価フィッサ
イル係数を用いて、等価フィッサイル富化度(E239
を次式で定義する。 E239 =εΣαi i +(1−ε)Σβj j … 但し、ε :プルトニウム富化度 αi :プルトニウム同位体iの組成比 βj :ウラン同位体jの組成比 Fi :プルトニウム同位体iの等価フィッサイル係数 Fj :ウラン同位体jの等価フィッサイル係数 この式を用いて、基準となる組成でのプルトニウム富化
度と等価フッサイル係数とから、基準の等価フィッサイ
ル富化度を求める。実際に使用するプルトニウムに対し
ては、等価フィッサイル係数と上記で求められた等価フ
ィッサイル富化度から、その組成の場合に必要となるプ
ルトニウム富化度を推定(逆算)する。
Next, using the equivalent fissile coefficient defined in this way, the equivalent fissile enrichment (E 239 )
Is defined by the following equation. E 239 = εΣα i F i + (1−ε) Σβ j F j where ε: plutonium enrichment α i : composition ratio of plutonium isotope i β j : composition ratio of uranium isotope j F i : plutonium Equivalent fissail coefficient of isotope i F j : Equivalent fissail coefficient of uranium isotope j Using this equation, the standard equivalent fissile enrichment is determined from the plutonium enrichment and the equivalent fusile coefficient at the reference composition. . For the plutonium actually used, the plutonium enrichment required for the composition is estimated (back-calculated) from the equivalent fissile coefficient and the equivalent fissile enrichment determined above.

【0007】このように取り扱うことによって、プルト
ニウム富化度が異なる燃料を装荷した場合においても、
炉心の反応度を一定に保つことができる。
[0007] By handling in this manner, even when fuels with different plutonium enrichment are loaded,
The reactivity of the reactor core can be kept constant.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】炉心設計では、あるプ
ルトニウム組成を想定して所定の運転日数が得られるよ
うに、プルトニウム富化度を設定している。ところがプ
ルトニウム組成に応じて燃焼に伴う実効増倍率の減少の
仕方が異なるので、プルトニウム組成が異なる場合にお
いても初期のプルトニウム富化度を一定とした場合、必
ずしも所定の運転日数が確保できるとは限らない。また
実際の原子炉の運転では、炉停止余裕の観点から運転サ
イクル初期の余剰反応度の値も重要であるが、運転日数
の確保の観点からは、運転サイクル末期の炉心反応度の
維持が重要である。その対策としては、入手しうるプル
トニウム組成を用いてその都度設計をやり直す方法、設
計時のプルトニウム富化度に余裕を持たせる方法、新燃
料の交換本数を増減させる方法、燃料装荷位置を調整す
る方法などが考えられる。しかし、それらの対策は、経
済的でないこと、あるいは経験に基づく煩雑な試行錯誤
の作業を必要とするなど、種々の問題がある。
In the core design, the plutonium enrichment is set so that a predetermined number of operating days can be obtained assuming a certain plutonium composition. However, the method of decreasing the effective multiplication factor accompanying combustion differs depending on the plutonium composition, so even if the plutonium composition is different, if the initial plutonium enrichment is fixed, it is not always possible to secure a predetermined number of operating days Absent. In actual reactor operation, the value of excess reactivity at the beginning of the operation cycle is also important from the viewpoint of reactor shutdown margin, but from the viewpoint of securing the number of operation days, maintaining the core reactivity at the end of the operation cycle is important. It is. As a countermeasure, there is a method of redesigning each time using the available plutonium composition, a method of giving plenty of plutonium enrichment at the time of design, a method of increasing or decreasing the number of replacements of new fuel, adjusting the fuel loading position A method can be considered. However, these countermeasures have various problems such as being not economical or requiring complicated trial and error work based on experience.

【0009】本発明の目的は、新燃料集合体として利用
するウランやプルトニウム等の核燃料物質の核的価値の
相違や燃焼中の組成変化による核的価値の変化を考慮し
て、新燃料集合体中のこれら核燃料物質の含有率を適切
に設定できるようにし、それによって運転サイクル末期
の核的価値の変動を抑制した燃料集合体を製造する方法
を提供することである。
An object of the present invention is to provide a new fuel assembly in consideration of a difference in nuclear value of nuclear fuel materials such as uranium and plutonium used as a new fuel assembly and a change in nuclear value due to a change in composition during combustion. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a fuel assembly in which the content of these nuclear fuel materials in a fuel assembly can be appropriately set, thereby suppressing a change in nuclear value at the end of an operation cycle.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明は、複数本の燃料
棒の一部又は全てにウラン及びプルトニウムを含む核燃
料物質を充填する際、充填する核燃料物質の同位体組成
比に応じて、核燃料物質の含有率を変え、そうして得ら
れる複数本の燃料棒によって燃料集合体を製造する方法
である。本発明では、プルトニウム−239と等価な反
応度価値を表す係数である反応度保存方式の等価フィッ
サイル係数〔F〕と、各核燃料物質の燃焼中の時間変化
を表す微分方程式である燃焼方程式の解を基に反応度に
与える影響が大きい核種だけを取り出して構成される燃
焼行列〔M〕とを掛け合わせ、次式 〔B〕=〔F〕・〔M〕 … (3) で定義される燃焼保証方式の等価フィッサイル係数
〔B〕を求め、この燃焼保証方式の等価フィッサイル係
数〔B〕を用いて運転サイクル末期の実効増倍率がほぼ
一定となるように各核燃料物質の含有率を決定する。
「燃焼保証方式」の等価フィッサイル係数とは、燃焼サ
イクル末期で実効増倍率keff が1以上(例えばほぼ
1.01)の一定値であることが保証される等価フィッ
サイル係数であることを明示するために用いている。そ
れに対して「反応度保存方式」の等価フィッサイル係数
とは、従来から用いられていた新燃料の装荷時に反応度
が保存される等価フィッサイル係数のことであり、今回
の「燃焼保証方式」の等価フィッサイル係数と区別する
ために、この用語を用いている。なお上記において、
〔B〕、〔F〕、〔M〕は、それらが行列であることを
表している。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a method for filling a part or all of a plurality of fuel rods with a nuclear fuel material containing uranium and plutonium according to the isotope composition ratio of the nuclear fuel material to be filled. This is a method of manufacturing a fuel assembly using a plurality of fuel rods obtained by changing the content of a substance. In the present invention, the equivalent fissile coefficient [F] of the reactivity preservation method, which is a coefficient representing the reactivity value equivalent to plutonium-239, and the solution of a combustion equation, which is a differential equation representing a time change during combustion of each nuclear fuel material, are obtained. Based on the reactivity
By multiplying by a combustion matrix [M] composed by extracting only nuclides having a large influence on the nuclide , the equivalent fissile coefficient of the combustion assurance method defined by the following equation [B] = [F] · [M] (3) [B] is obtained, and the content rate of each nuclear fuel substance is determined using the equivalent fissile coefficient [B] of the combustion assurance method so that the effective multiplication factor at the end of the operation cycle becomes substantially constant.
The "equivalent fissile coefficient" of the "combustion assurance method" clearly indicates that the effective multiplication factor keff at the end of the combustion cycle is guaranteed to be a constant value of 1 or more (for example, approximately 1.01). Used for On the other hand, the equivalent fissile coefficient of the "reactivity preservation method" is the equivalent fissile coefficient that the reactivity is preserved when a new fuel is used, which has been used in the past, and is equivalent to the current "combustion assurance method". This term is used to distinguish it from the Fissail coefficient. In the above,
[B], [F], and [M] indicate that they are matrices.

【0011】燃料の燃焼後の組成が得られれば、等価フ
ィッサイル係数〔F〕を用いて、その時の燃料の反応度
価値を求めることは可能である。従って、いかなる組成
のプルトニウムを用いても、この時の反応度価値を一定
にすることができれば、運転サイクル末期の反応度を一
定に保つことができることになる。
If the composition of the fuel after combustion is obtained, it is possible to determine the reactivity value of the fuel at that time by using the equivalent fissile coefficient [F]. Therefore, no matter what composition of plutonium is used, if the reactivity value at this time can be kept constant, the reactivity at the end of the operation cycle can be kept constant.

【0012】ところで核燃料物質の燃焼による変化は、
次の微分方程式で表せる。 dNi /dt=−λi i −(σa i φNi +λi-1 i-1 +(σc i+1 φNi+1 … (4) 但し、Ni :核種iの原子数密度 λ :崩壊定数 φ :原子炉内の中性子束 σc :ミクロ捕獲断面積 である。そこで、各核燃料物質の燃料中の上記(4)式
の解を基に構成される燃焼行列〔M〕を用いて、燃料の
燃焼後の同位体組成を同定することを考える。ここで求
めた同位体組成と等価フィッサイル係数を用いれば、燃
料の燃焼後の反応度価値を求めることができる。具体的
には、反応度保存方式の等価フィッサイル係数〔F〕と
燃焼行列〔M〕を掛け合わせた新たな係数〔B〕を導入
する。この係数を、燃焼保証方式の等価フィッサイル係
数と呼ぶ。 〔B1 (t) … Bn (t)〕=〔F(0)〕・〔M(t)〕 ここでnは核種数であり、〔B(t)〕は1行n列の行
列、〔F(0)〕は1行n列の行列、〔M(t)〕はn
行n列の行列となる。なおB(t)及びM(t)はB及
びMが燃焼時間の関数であることを示しており、F
(0)は初期値(新燃料として装荷された時の値)であ
ることを示している。なお、ここで得られた係数〔B〕
を(2)式のFのように使用する場合には、〔B〕中の
各要素を同じ〔B〕中のPu−239の値で除する必要
がある。
By the way, the change due to the burning of nuclear fuel material is as follows.
It can be expressed by the following differential equation. dN i / dt = -λ i N i - (σ a) i φN i + λ i-1 N i-1 + (σ c) i + 1 φN i + 1 ... (4) where, N i: nuclide i Atomic number density λ: decay constant φ: neutron flux in the reactor σ c : micro-capture cross section Therefore, it is considered to identify the isotope composition of the fuel after combustion using the combustion matrix [M] based on the solution of the above equation (4) in the fuel of each nuclear fuel substance. By using the isotope composition and the equivalent Fissail coefficient obtained here, the reactivity value of the fuel after combustion can be obtained. Specifically, the equivalent fissile coefficient [F] of the reactivity preservation method is
A new coefficient [B] multiplied by the combustion matrix [M ] is introduced. This coefficient is called an equivalent fissile coefficient of the combustion assurance method. [B 1 (t)... B n (t)] = [F (0)] · [M (t)] where n is the number of nuclides, [B (t)] is a matrix of 1 row and n columns, [F (0)] is a matrix of 1 row and n columns, and [M (t)] is n
It is a matrix with n rows and n columns . Note that B (t) and M (t) indicate that B and M are functions of the combustion time, and
(0) indicates an initial value (a value when loaded as a new fuel). The coefficient [B] obtained here
Is used as F in the expression (2), it is necessary to divide each element in [B] by the value of Pu-239 in the same [B].

【0013】上記の行列の各要素Bi の値は、その核種
の燃焼中の他の核種への変化による影響を取り込んだも
のになっている。従って、この燃焼保証方式の等価フィ
ッサイル係数を用いれば、原子炉に新燃料として装荷さ
れる燃料の燃焼後の組成を同定し、且つその時点の反応
度価値を求めることができる。この方法によって、所定
の運転日数が得られる燃料のプルトニウム富化度を求め
ることができることになる。
The value of each element B i of the above matrix takes into account the effects of changes to other nuclides during burning of that nuclide. Therefore, by using the equivalent fissile coefficient of this combustion assurance method, it is possible to identify the composition of the fuel loaded as new fuel into the nuclear reactor after combustion, and to obtain the reactivity value at that time. By this method, the plutonium enrichment of the fuel for which a predetermined number of operating days can be obtained can be obtained.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】予め所定の運転日数を確保できる
ようにプルトニウム富化度が調整された基準となる燃料
集合体のt時間燃焼後の燃料組成〔Wst〕を仮定する。
この〔Wst〕は詳細な核設計により求めることができ
る。また反応度保存方式の等価フィッサイル係数〔F〕
により、この燃料組成の等価フィッサイル富化度
〔Et 〕は、次式で計算される。 〔Et 〕=〔F〕・〔Wst〕 任意の組成〔Wt 〕については、時刻tにおいて次式が
満足されれば、〔Wst〕と等しい核的価値が得られるこ
とになる。 〔Et 〕=〔F〕・〔Wt 〕 一方、この組成と燃焼初期の組成〔W0 〕には次の関係
がある。 〔Wt 〕=〔Mt 〕・〔W0 〕 ここで〔Mt 〕は燃焼行列である。従って、新燃料の組
成に対して次式が満たされれば、時刻tにおいて等しい
核的価値が得られることになる。 〔Et 〕=〔F〕・〔Mt 〕・〔W0 〕 =〔Bt 〕・〔W0 〕 本発明で導入した燃焼保証方式の等価フィッサイル係数
〔Bt 〕は時間の関数であり、この時刻tを適切に設定
することにより、所期の目的を達成できる。すなわち、
時刻tを燃焼終期とすると、運転サイクル末期の実効増
倍率の変動を極めて小さくできる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A fuel composition [W st ] after burning for t hours of a fuel assembly, which is a reference whose plutonium enrichment has been adjusted so that a predetermined number of operation days can be secured, is assumed.
This [W st ] can be obtained by a detailed nuclear design. The equivalent fissile coefficient [F] of the reactivity preservation method
Thus, the equivalent fissile enrichment [E t ] of this fuel composition is calculated by the following equation. [E t ] = [F] · [W st ] For an arbitrary composition [W t ], if the following expression is satisfied at time t, a nuclear value equal to [W st ] will be obtained. [E t ] = [F] · [W t ] On the other hand, the following relationship exists between this composition and the composition [W 0 ] at the beginning of combustion. [W t ] = [M t ] · [W 0 ] where [M t ] is a combustion matrix. Therefore, if the following formula is satisfied for the composition of the new fuel, the same nuclear value will be obtained at the time t. [E t ] = [F] · [M t ] · [W 0 ] = [B t ] · [W 0 ] The equivalent fissile coefficient [B t ] of the combustion assurance system introduced in the present invention is a function of time. By setting this time t appropriately, the intended purpose can be achieved. That is,
When the time t is the end of combustion, the fluctuation of the effective multiplication factor at the end of the operation cycle can be extremely reduced.

【0015】燃焼マトリクス〔M〕は次のように作成す
る。燃料中の核種は、原子炉の運転中に中性子照射等に
より膨大な種類の核種に変化していく。〔M〕には、こ
れらの核種の生成に関する情報が、要素として含まれる
必要がある。しかしながら、それらを全て取り扱うこと
は困難である。また変化後の核種の量、断面積の大きさ
に基づく反応度への寄与を考慮すれば、必ずしも全ての
核種を取り扱う必要は無い。反応度に与える影響が大き
い核種だけを取り出して行列を作成することになる。そ
こで、原子炉の中性子による照射条件を模擬し、燃料中
の各核種が中性子との核反応等によってどのように変化
していくかを核計算コードを用いて調査した。その結果
から、燃焼行列〔M〕として、約15核種程度を考慮す
ればよいことが分かる。
The combustion matrix [M] is prepared as follows. The nuclides in the fuel change into a huge number of nuclides during operation of the reactor due to neutron irradiation and the like. [M] needs to include information on the generation of these nuclides as an element. However, it is difficult to handle them all. In addition, considering the contribution to the reactivity based on the amount of the nuclide after the change and the size of the cross-sectional area, it is not always necessary to handle all the nuclides. A matrix is created by extracting only nuclides that have a large effect on reactivity. Therefore, we simulated the irradiation conditions of neutrons in the reactor and investigated how each nuclide in the fuel changes due to nuclear reactions with neutrons, etc., using nuclear calculation codes. From the results, it is understood that about 15 nuclides should be considered as the combustion matrix [M].

【0016】高速炉に関して反応度保存方式の等価フィ
ッサイル係数を用いた場合(従来技術)と、燃焼保証方
式の等価フィッサイル係数を用いた場合の反応度価値の
計算結果を比較したところ、U−238、Pu−23
9、Pu−240、及びPu−241の影響が大きく異
なることが分かった。U−238についてはPu−23
9の生成が、Pu−239についてはPu−240の生
成が、Pu−240についてはPu−241の生成が、
そしてPu−241についてはPu−242の生成が主
に寄与している。
A comparison of the calculation results of the reactivity value between the case where the equivalent fissile coefficient of the reactivity preservation method is used for the fast reactor (prior art) and the case of using the equivalent fissile coefficient of the combustion guarantee method is shown in U-238. , Pu-23
9, it was found that the effects of Pu-240 and Pu-241 were significantly different. Pu-23 for U-238
9, the generation of Pu-239 is Pu-240, the generation of Pu-240 is Pu-241,
The generation of Pu-242 mainly contributes to Pu-241.

【0017】[0017]

【実施例】60万kWe相当の大型高速炉初装荷炉心を
対象にして、様々な同位体組成比のPuを燃料として用
いた場合について、本発明方法(燃焼保証方式の等価フ
ィッサイル法)を適用した結果について説明する。燃焼
行列〔M〕の例を以下に示す。
[Embodiment] The present invention method (equivalent fissile method of combustion assurance method) is applied to a case where Pu having various isotope composition ratios is used as a fuel for the first loading core of a large fast reactor equivalent to 600,000 kWe. The results obtained will be described. An example of the combustion matrix [M] is shown below.

【0018】[0018]

【数1】 (Equation 1)

【0019】 ここで、0: 235U, 1: 236U, 2: 238U, 3: 238Pu, 4: 239Pu, 5: 240Pu, 6: 241Pu, 7: 242Pu, 8: 241Am, 9:242mAm, a: 243Am, b: 242Cm, c: 243Cm, d: 244Cm, e: 245Cm, f:FP− 235U, g:FP− 238U, h:FP− 239Pu, i:FP− 241Pu である。Here, 0: 235 U, 1: 236 U, 2: 238 U, 3: 238 Pu, 4: 239 Pu, 5: 240 Pu, 6: 241 Pu, 7: 242 Pu, 8: 241 Am , 9: 242 mAm, a: 243 Am, b: 242 Cm, c: 243 Cm, d: 244 Cm, e: 245 Cm, f: FP- 235 U, g: FP- 238 U, h: FP- 239 Pu, i: FP- 241 Pu.

【0020】また燃焼行列〔M〕の各要素を具体的に示
すと以下のようになる。 m00=a( 235U) m10=b( 235U, 236U) mf0=c( 235U) m11=a( 236U) mg1=c( 236U) m22=a( 238U) m42=b( 238U, 239Pu) m52=d( 238U, 239Pu, 240Pu) m62=e( 238U, 239Pu, 240Pu, 241Pu) mg2=c( 238U) m33=a( 238Pu) m43=b( 238Pu, 239Pu) mh3=c( 238Pu) m44=a( 239Pu) m54=b( 239Pu, 240Pu) m64=f( 239Pu, 240Pu, 241Pu) mh4=c( 239Pu) m55=a( 240Pu) m65=g( 240Pu, 241Pu) m85=h( 240Pu, 241Pu, 241Am) mi5=c( 240Pu) m36=i( 241Pu, 241Am, 242Cm, 238Pu) m66=j( 241Pu) m76=k( 241Pu, 242Pu, 241Am) m86=l( 241Pu, 241Am) m96=m( 241Pu, 241Am,242mAm) ma6=n( 241Pu, 241Am,242mAm, 243Am) mb6=o( 241Pu, 241Am, 242Cm) mi6=p( 241Pu) m77=a( 242Pu) ma7=b( 242Pu, 243Am) md7=d( 242Pu, 243Am, 244Cm) mc7=q( 242Pu, 243Am, 244Cm, 245Cm) mi7=c( 242Pu) m38=r( 241Am, 242Cm, 238Pu) m48=s( 241Am, 242Cm, 238Pu, 239Pu) m88=a( 241Am) m98=t( 241Am,242mAm) mb8=u( 241Am, 242Cm) mc8=v( 241Am, 242Cm, 243Cm) mi8=c( 241Am) m99=a(242mAm) mi9=c(242mAm) maa=a( 243Am) mia=c( 243Am) mbb=j( 242Cm) mib=p( 242Cm) mcc=a( 243Cm) mic=c( 243Cm) mdd=a( 244Cm) mid=c( 244Cm) mee=a( 245Cm) mie=c( 245Cm)
Each element of the combustion matrix [M] is specifically described as follows. m 00 = a (235 U) m 10 = b (235 U, 236 U) m f0 = c (235 U) m 11 = a (236 U) m g1 = c (236 U) m 22 = a (238 U ) M 42 = b ( 238 U, 239 Pu) m 52 = d ( 238 U, 239 Pu, 240 Pu) m 62 = e ( 238 U, 239 Pu, 240 Pu, 241 Pu) mg 2 = c ( 238 U) ) M 33 = a ( 238 Pu) m 43 = b ( 238 Pu, 239 Pu) m h3 = c ( 238 Pu) m 44 = a ( 239 Pu) m 54 = b ( 239 Pu, 240 Pu) m 64 = f ( 239 Pu, 240 Pu, 241 Pu) m h4 = c ( 239 Pu) m 55 = a ( 240 Pu) m 65 = g ( 240 Pu, 241 Pu) m 85 = h ( 240 Pu, 241 Pu, 241) Am) m i5 = c ( 240 Pu) m 36 = i ( 241 Pu, 241 Am, 242 Cm, 238 Pu) m 66 = j ( 241 Pu) m 76 = k ( 241 Pu, 242 Pu, 241 Am) m 86 = l (241 u, 241 Am) m 96 = m (241 Pu, 241 Am, 242m Am) m a6 = n (241 Pu, 241 Am, 242m Am, 243 Am) m b6 = o (241 Pu, 241 Am, 242 Cm) m i6 = p ( 241 Pu) m 77 = a ( 242 Pu) m a7 = b ( 242 Pu, 243 Am) md7 = d ( 242 Pu, 243 Am, 244 Cm) mc7 = q ( 242 Pu, 243 Am, 244 Cm, 245 Cm) mi 7 = c ( 242 Pu) m 38 = r ( 241 Am, 242 Cm, 238 Pu) m 48 = s ( 241 Am, 242 Cm, 238 Pu, 239 Pu) m 88 = a ( 241 Am) m 98 = t ( 241 Am, 242 mAm) mb8 = u ( 241 Am, 242 Cm) mc8 = v ( 241 Am, 242 Cm, 243 Cm) mi8 = c ( 241 Am) m 99 = a (242m Am) m i9 = c (242m Am) m aa = a (243 Am) m ia = c (243 Am) m bb = j (242 Cm) m ib = p 242 Cm) m cc = a ( 243 Cm) m ic = c (243 Cm) m dd = a (244 Cm) m id = c (244 Cm) m ee = a (245 Cm) m ie = c (245 Cm )

【0021】ここで上記の各式は次の通りである。Here, the above equations are as follows.

【数2】 (Equation 2)

【数3】 (Equation 3)

【数4】 (Equation 4)

【数5】 (Equation 5)

【数6】 (Equation 6)

【数7】 (Equation 7)

【数8】 (Equation 8)

【数9】 (Equation 9)

【数10】 (Equation 10)

【数11】 [Equation 11]

【数12】 (Equation 12)

【数13】 (Equation 13)

【数14】 [Equation 14]

【数15】 (Equation 15)

【数16】 (Equation 16)

【数17】 [Equation 17]

【数18】 (Equation 18)

【数19】 [Equation 19]

【数20】 (Equation 20)

【数21】 (Equation 21)

【数22】 (Equation 22)

【数23】 (Equation 23)

【0022】なお、σa :ミクロ吸収断面積 σc :ミクロ捕獲断面積 σf :ミクロ核分裂断面積 λ :崩壊定数 φ :中性子束 t :燃焼期間 であり、またΣ a : micro absorption cross section σ c : micro capture cross section σ f : micro fission cross section λ: decay constant φ: neutron flux t: combustion period

【数24】 (Equation 24)

【数25】 である。(Equation 25) It is.

【0023】表1に60万kWe相当の大型高速炉の場
合の反応度保存方式の等価フィッサイル係数Fi の計算
例を示す。
[0023] shows a calculation example of an equivalent Fissairu coefficients F i reactivity saving scheme when 1 to 600,000 kWe equivalent large fast reactor table.

【表1】 [Table 1]

【0024】また表2に60万kWe相当の大型高速炉
の場合の燃焼保証方式の等価フィッサイル係数Bi の計
算例を示す。
[0024] shows a calculation example of an equivalent Fissairu coefficients B i of combustion guarantee scheme for large fast reactor 600,000 kWe equivalent to Table 2.

【表2】 [Table 2]

【0025】今回の検討で使用したプルトニウムを表3
に示す。プルトニウムは、軽水炉UO2 及びMOX使用
済燃料から取り出されるものとし、それらの燃焼度が約
3〜4.5万MWd/t、炉外サイクル時間(軽水炉か
ら取り出されたプルトニウムが、高速炉に用いられるま
での期間)が0〜15年の範囲で異なるものを使用し
た。
Table 3 shows the plutonium used in this study.
Shown in Plutonium shall be taken out from the light-water reactor UO 2 and MOX spent fuel, they burn about 3-45000 MWd / t, plutonium taken from outside the furnace cycle time (LWR used fast reactor Used in the range of 0 to 15 years.

【0026】[0026]

【表3】 [Table 3]

【0027】表3に示すケース1〜10について、プル
トニウム富化度を燃焼保証方式の等価フィッサイル法を
用いて算出し、更にそのプルトニウム富化度を用いて核
計算コードにより燃焼計算を実施し、実効増倍率の変化
を調べた。燃焼に伴う実効増倍率の変化を図1に示す。
同図に示す通り、燃焼サイクル末期の実効増倍率は、約
0.03%Δkの範囲内で一致した。因に、従来の反応
度保存方式の等価フィッサイル係数を用いた初装荷炉心
では、運転サイクル末期の実効増倍率の変化幅は約1.
37%Δkの範囲であった。
For Cases 1 to 10 shown in Table 3, the plutonium enrichment was calculated by using the equivalent fissile method of the combustion assurance method, and the combustion calculation was performed using the plutonium enrichment by a nuclear calculation code. The change of the effective multiplication factor was examined. FIG. 1 shows a change in the effective multiplication factor accompanying the combustion.
As shown in the figure, the effective multiplication factors at the end of the combustion cycle coincided within a range of about 0.03% Δk. However, in the first loading core using the equivalent fissile coefficient of the conventional reactivity preservation method, the variation range of the effective multiplication factor at the end of the operation cycle is about 1.
It was in the range of 37% Δk.

【0028】[0028]

【発明の効果】本発明方法によれば、新燃料集合体とし
て利用されるウランやプルトニウム等の核燃料物質の核
的価値の相違や燃焼中の組成変化による核的価値の変化
を考慮して、新燃料集合体中のこれら核燃料物質の含有
率を適切に設定できるため、核的価値の変動を抑制した
燃料集合体を製造できる。これにより、上記燃料集合体
を装荷した炉心は、運転サイクル末期の実効倍増率をほ
ぼ一定とすることができる。
According to the method of the present invention, the difference in nuclear value of nuclear fuel materials such as uranium and plutonium used as a new fuel assembly and the change in nuclear value due to a change in composition during combustion are considered. Since the content rates of these nuclear fuel substances in the new fuel assembly can be appropriately set, a fuel assembly in which fluctuations in nuclear value are suppressed can be manufactured. Thus, the core loaded with the fuel assembly can have an almost constant effective doubling rate at the end of the operation cycle.

【0029】本発明方法によれば、高速炉のサイクル運
転日数が増加した場合においても、所定の運転日数をよ
り精度よく管理できる。更に、今後、軽水炉の高燃焼度
化、軽水炉によるMOX燃料利用など、高速炉用燃料と
して供給されるプルトニウムが多様化していくと考えら
れるが、このような事態に対しても本発明方法は十分に
対応できる。
According to the method of the present invention, even when the number of days of cycle operation of the fast reactor increases, the predetermined number of days of operation can be managed more accurately. Further, in the future, plutonium supplied as fuel for fast reactors will be diversified, such as increasing the burnup of light water reactors and using MOX fuel by light water reactors. Can respond to.

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

【図1】燃焼保証方式の等価フィッサイル係数を用いた
燃焼日数に対する実効増倍率の変化を示すグラフ。
FIG. 1 is a graph showing a change in an effective multiplication factor with respect to the number of combustion days using an equivalent fissile coefficient of a combustion assurance method.

フロントページの続き (56)参考文献 中江延男ほか3名「等価フィッサイル 法を用いたプルトニウム富化度管理」、 動燃技報、No70、1989年6月発行、 p.77−81 竹田敏一「原子炉物理」第二版、1995 年1月、p.360−374 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G21C 3/30,17/00,17/06 Continuation of the front page (56) References Nobuo Nakae and three others "Plutonium enrichment management using the equivalent fissile method", JASDF, No. 70, published in June 1989, p. 77-81 Toshikazu Takeda, "Reactor Physics" Second Edition, January 1995, p. 360-374 (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G21C 3/30, 17/00, 17/06

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 複数本の燃料棒の一部又は全てにウラン
及びプルトニウムを含む核燃料物質を充填する際、充填
する核燃料物質の同位体組成比に応じて、核燃料物質の
含有率を変え、そうして得られる複数本の燃料棒によっ
て燃料集合体を製造する方法において、 プルトニウム−239と等価な反応度価値を表す係数で
ある反応度保存方式の等価フィッサイル係数〔F〕と、
各核燃料物質の燃焼中の時間変化を表す微分方程式であ
る燃焼方程式の解を基に反応度に与える影響が大きい核
種だけを取り出して構成される燃焼行列〔M〕とを掛け
合わせ、次式 〔B〕=〔F〕・〔M〕 で定義される燃焼保証方式の等価フィッサイル係数
〔B〕を求め、この燃焼保証方式の等価フィッサイル係
数〔B〕を用いて運転サイクル末期の実効増倍率がほぼ
一定となるように各核燃料物質の含有率を決定すること
を特徴とする燃料集合体の製造方法。
When filling a part or all of a plurality of fuel rods with a nuclear fuel material containing uranium and plutonium, the content of the nuclear fuel material is changed according to the isotope composition ratio of the nuclear fuel material to be filled. A method for manufacturing a fuel assembly by using a plurality of fuel rods obtained by the method, comprising: an equivalent fissile coefficient [F] of a reactivity preservation method, which is a coefficient representing a reactivity value equivalent to plutonium-239;
A nucleus that has a large effect on reactivity based on the solution of the combustion equation, which is a differential equation representing the time change during combustion of each nuclear fuel material
By multiplying by a combustion matrix [M] constituted by taking out only the seeds, an equivalent fissile coefficient [B] of a combustion assurance method defined by the following equation [B] = [F] · [M] is obtained. A method for producing a fuel assembly, characterized in that the content ratio of each nuclear fuel substance is determined so that the effective multiplication factor at the end of an operation cycle is substantially constant using the equivalent fissile coefficient [B] of the guarantee system.
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Title
中江延男ほか3名「等価フィッサイル法を用いたプルトニウム富化度管理」、動燃技報、No70、1989年6月発行、p.77−81
竹田敏一「原子炉物理」第二版、1995年1月、p.360−374

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