JPH01140092A - Reactor core of light water reactor - Google Patents

Reactor core of light water reactor

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JPH01140092A
JPH01140092A JP62296058A JP29605887A JPH01140092A JP H01140092 A JPH01140092 A JP H01140092A JP 62296058 A JP62296058 A JP 62296058A JP 29605887 A JP29605887 A JP 29605887A JP H01140092 A JPH01140092 A JP H01140092A
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JP
Japan
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core
reactor
fuel
height
monitor
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Application number
JP62296058A
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Japanese (ja)
Inventor
Kiyoshi Ueda
精 植田
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Toshiba Corp
Nippon Atomic Industry Group Co Ltd
Original Assignee
Toshiba Corp
Nippon Atomic Industry Group Co Ltd
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Publication date
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    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain a reactor core in which a nuclear reactor operating characteristic supervising reactor monitor is properly arranged by separating the difference of height of reactor instrumentation and an inclusion area measuring the output in the time of high output operation such as a local output range monitor up to constant value or more while providing at least a low area (inclusion area) of fissionable nuclide concentration. CONSTITUTION:A fuel assembly is vertically arranged and the height H of its effective part (including an inclusion area) is 3.6-3.7m. In the case where the inclusion area of only a stage is arranged, the H/3-H/6 from fuel effective part upper end (TAF) is proper and this position makes the largest effectiveness from the point of the improvement of a reactor stop margin. Channels A-D of a local output range monitor 4 (LPRM) are arranged at regular intervals (not much exceeding H/4) and the increase of instrumentation errors can be prevented because the channels are separated from the inclusion area up to constant distance or more. Further, a neutron source range monitor (SRM) used in the time of nuclear reactor starting is arranged in the inclusion area and high sensitivity measurement in which rise is utilized can be performed by the inclusion area of thermal neutron flux.

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は軽水炉の炉心に係り、特に運転サイクルが長く
、高停止余裕型として炉心内にその軸方向と直角方向に
介在領域を形成し、そのような炉心に対して中性子モニ
タを適切に配置した軽水炉の炉心に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Objective of the Invention] (Industrial Field of Application) The present invention relates to the core of a light water reactor, particularly a light water reactor with a long operating cycle and a high shutdown margin, which is interposed in the core in a direction perpendicular to its axis. The present invention relates to a light water reactor core having a region formed therein and a neutron monitor appropriately placed with respect to such core.

(従来の技術) 沸騰水型原子炉の炉心は、通常1体の十字型制御棒とそ
れを取り囲む4体の燃料集合体から構成されたセルが規
則正しく配置されている。すなわち、各燃料集合体およ
び制御棒は、それらの軸が垂直で互いに平行になるよう
に配列され、減速材としての機能を有する冷却水は炉心
の下方から上方に向って流れるように構成されている。
(Prior Art) In the core of a boiling water nuclear reactor, cells each consisting of one cross-shaped control rod and four fuel assemblies surrounding it are normally arranged in a regular manner. That is, the fuel assemblies and control rods are arranged so that their axes are perpendicular and parallel to each other, and the cooling water, which functions as a moderator, flows from the bottom of the core to the top. There is.

炉心有効部下端部ら発熱部の下端付近では気泡は発生し
ないが、炉心の中央部から上端部にかけては大臣の気泡
が発生し、この発生した気泡は炉心上方に流れる。気泡
の占める体積割合即ちボイド割合が高くなると、中性子
の減速特性が低下するため熱中性子束が低下し、出力が
低下する。これを避けるため、ボイド割合の高い部位で
は核分裂核種濃度即ち燃料の濃縮度を高めたり、或いは
ボイド割合の高い部位の出力上背を抑えるべく可燃性毒
物を入れる等して対処してきた。
No air bubbles are generated from the effective lower end of the core to the vicinity of the lower end of the heat generating section, but large air bubbles are generated from the center to the upper end of the core, and these generated air bubbles flow upwards of the core. When the volume ratio occupied by bubbles, that is, the void ratio increases, the neutron moderation characteristics decrease, resulting in a decrease in thermal neutron flux and a decrease in output. In order to avoid this, measures have been taken such as increasing the fission nuclide concentration, that is, the enrichment of the fuel, in areas with a high void ratio, or adding burnable poison to suppress the output in areas with a high void ratio.

したがって、沸騰水型原子炉では炉心上部の燃焼が遅れ
易く、これによってU −23!4度が相対的に他の部
分より高くなり、また、ボイドによりPu−239など
の核分裂性核種が生成されるため、炉心上部では原子炉
の停止余裕がきびしくなり易い。また、経済性向上を主
目的として、運転サイクルの長期化や燃料の燃焼度向上
のための努力が続けられている。この場合も燃料の濃縮
度は必然的に高められるので、原子炉の停止余裕は一段
ときびしくなる。
Therefore, in a boiling water reactor, combustion in the upper part of the core tends to be delayed, which causes U -23!4 degrees to be relatively higher than in other parts, and voids can generate fissile nuclides such as Pu-239. Therefore, the margin for reactor shutdown tends to be tight in the upper part of the core. In addition, efforts are being made to lengthen the operating cycle and improve fuel burn-up, with the main purpose of improving economic efficiency. In this case as well, the enrichment of the fuel will inevitably increase, making the margin for reactor shutdown even tighter.

次に、沸騰水型原子炉に用いられた従来の燃J”1集合
体及び近い将来用いられると期待される燃料集合体の代
表例を図面を参照して説明する。
Next, typical examples of conventional fuel assemblies used in boiling water nuclear reactors and fuel assemblies expected to be used in the near future will be explained with reference to the drawings.

第10図(A)および同図(B)はそれぞれ従来の燃料
集合体の斜視図および燃料集合体を構成する燃料棒の概
略縦断面図である。
FIGS. 10(A) and 10(B) are a perspective view of a conventional fuel assembly and a schematic vertical sectional view of a fuel rod constituting the fuel assembly, respectively.

第10図(A)において、燃料集合体は水棒(図示せず
)と燃料棒2を上部タイプレート4.スベーザ5.下部
タイプレート6により固定し、その外側をチャンネルボ
ックス1で取り囲むように構成されている。燃料棒2は
同図(B)に示すように、被覆管7内に燃料ペレット8
を配設し、その上部のガスプレナムにスプリング9を設
け、上端に上部端栓10を下端に下部端栓11を設けて
いる。
In FIG. 10(A), the fuel assembly includes a water rod (not shown) and a fuel rod 2 connected to an upper tie plate 4. Subeza 5. It is fixed by a lower tie plate 6 and surrounded by a channel box 1 on the outside. As shown in the same figure (B), the fuel rod 2 has fuel pellets 8 in the cladding tube 7.
A spring 9 is provided in the upper gas plenum, an upper end plug 10 is provided at the upper end, and a lower end plug 11 is provided at the lower end.

第11図は第10図に示す従来の燃料集合体の横断面図
である。チャンネルボックス1内には62本の燃料棒2
と2本の水棒3が配列されて燃料集合体を構成している
。水棒3は集合体内部で減速材である水が不足するのを
抑制しているが、この水棒3は軸方向に一様であるため
炉心下方では水過剰、上方では水不足になるという問題
点がある。
FIG. 11 is a cross-sectional view of the conventional fuel assembly shown in FIG. 10. There are 62 fuel rods 2 in the channel box 1.
and two water rods 3 are arranged to form a fuel assembly. The water rods 3 suppress the shortage of water, which is a moderator, inside the reactor assembly, but since these water rods 3 are uniform in the axial direction, there is a problem that there is an excess of water below the core and a lack of water above the core. There is a point.

第12図に示す燃料集合体は前記燃料集合体の特性を改
良するために開発されたものであり、集合体内部に1本
の太水棒12を配置して非沸庇水を導入している。しか
しながら、この例でも炉心下方では水過剰、上方では水
不足になるという問題点がある。
The fuel assembly shown in FIG. 12 was developed to improve the characteristics of the fuel assembly, and one thick water rod 12 is placed inside the assembly to introduce non-boiling water. There is. However, even in this example, there is a problem in that there is an excess of water below the core and a shortage of water above the core.

第13図に示す燃料集合体も第11図の燃料集合体の改
良であり、4つの小チャンネルボックス13を設け、小
チャンネルボックス13内には沸騰冷却水を、また小ヂ
ャンネルボックス13相互間の十字状間隙14には非沸
騰冷却水領域とすることにより、水平方向出力分布の平
坦化を図ったものであるが、このタイプの燃料集合体も
炉心下方では水過剰、上方では水不足になるという問題
点がある。
The fuel assembly shown in FIG. 13 is also an improvement of the fuel assembly shown in FIG. The horizontal power distribution is flattened by creating a non-boiling cooling water region in the cross-shaped gap 14, but this type of fuel assembly also suffers from excess water below the core and insufficient water above it. There is a problem.

第14図に示す燃料集合体は、第13図の燃料集合体の
改良型として開発されたものである。この燃11集合体
は9ケのサブアセンブリ15で構成されており、各サブ
アセンブリ15はそれぞれ9本の燃料棒2で構成されて
いる。サブアセンブリ15の間にはやや広い水路16が
設けられている。この燃料集合体の場合も炉心上下部の
水の過不足問題は解決されていない。
The fuel assembly shown in FIG. 14 was developed as an improved version of the fuel assembly shown in FIG. This fuel 11 assembly is composed of nine subassemblies 15, and each subassembly 15 is composed of nine fuel rods 2. A somewhat wide waterway 16 is provided between the subassemblies 15. In the case of this fuel assembly as well, the problem of excess and shortage of water in the upper and lower parts of the core has not been resolved.

(発明が解決しようとする問題点) 上述したように、沸騰水型原子炉(BWR)の発熱部で
ある燃料集合体の最下端では、気泡は発生しないものの
、その他の部分ではどこででも発生し、しかも発生した
気泡は炉心上方(下流)へ流れていく。従って、BWR
の気泡υ[合(ボイド割合)は炉心上方はど高くなる。
(Problems to be Solved by the Invention) As mentioned above, bubbles do not occur at the lowest end of the fuel assembly, which is the heat generating part of a boiling water reactor (BWR), but bubbles occur everywhere else. Moreover, the generated bubbles flow upward (downstream) into the reactor core. Therefore, BWR
The bubble υ [void ratio] becomes higher above the core.

その結果、中性子の減速特性が低下するので核分裂割合
が低下する。すなわち、燃焼は炉心下方で進み、炉心上
方で遅れることになる。そこで、炉心上方の出力の低下
を抑制するために、炉心上方の核分裂核種濃度を高くす
ることが提案されている。
As a result, the rate of nuclear fission decreases because the moderation characteristics of neutrons decrease. That is, combustion proceeds below the core and is delayed above the core. Therefore, it has been proposed to increase the concentration of fission nuclides above the reactor core in order to suppress the decrease in power above the reactor core.

ところが、炉心上方でのボイド割合の上背と核分裂核種
濃度を高くすることは、原子炉停止時の炉心の上部での
未臨界度を浅くすることになる。
However, increasing the void ratio and fission nuclide concentration above the core will reduce the degree of subcriticality at the top of the core when the reactor is shut down.

一方、運転サイクルを長期化して経済性を向上するため
には燃料の濃縮度を更に高めなければならないが、この
ことは炉心上部での未臨界度をますます浅くすることに
なり、終には原子炉を停止できなくなる場合も考えられ
る。すなわちこの点がネックとなって、従来の原子炉炉
心では運転サイクルの長期化が出来ないという問題点が
あった。
On the other hand, in order to lengthen the operating cycle and improve economic efficiency, it is necessary to further increase the enrichment of the fuel, but this will make the subcriticality in the upper part of the core even shallower, and eventually There may be cases where the reactor cannot be shut down. In other words, this point has become a bottleneck, and conventional nuclear reactor cores have had the problem of not being able to extend the operating cycle.

本発明は上記問題点を解消するためになされたもので、
その目的は、燃料の濃縮度を高くしても原子炉停止を可
能とし、その際に導入された構成によって発生する軸方
向中性子束分布の局所的な歪みに対処した原子炉運転特
性監視用炉内モニタを適性に配置した軽水炉の炉心を提
供することにある。
The present invention was made to solve the above problems, and
Its purpose is to enable reactor shutdown even when the fuel enrichment level is high, and to deal with local distortions in the axial neutron flux distribution caused by the configuration introduced at that time. The object of the present invention is to provide a light water reactor core in which internal monitors are appropriately arranged.

[発明の構成] (問題点を解決するための手段) 上記目的を達成するために、本発明は多数の燃料棒から
なる燃料集合体の軸がそれぞれ垂直で互に平行になるよ
うに規則的に配置された炉心と、この炉心の下方から上
方に向って冷却材を流し、この冷却材の流れの下流で少
くとも気泡が発生する軽水型原子炉の炉心において、前
記炉心の発熱部分の上端から一定以上の距離で、冷却材
の通過する空間に占める気泡の体積の割合が相対的に高
く、また原子炉停止時に原子炉の局所的な未臨界度が浅
くなる部分に、厚さ一定の高さ幅を炉心の水平方向に一
定以上の範囲にわたって実質的に核分裂性核種濃度を著
しく低下させる介在領域を少なくとも1領域設けるとと
もに介在領域の導入によって発生する軸方向中性子束分
布の局所的な歪みに対処して、局所出力レンジモニタな
どの高出力運転時の出力を計測する炉内計装と介在領域
との高さの差を一定距以上離したことを特徴とするもの
である。
[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, the present invention provides a structure in which the axes of a fuel assembly consisting of a large number of fuel rods are arranged regularly so that they are perpendicular and parallel to each other. In the core of a light water reactor, a reactor core is arranged at At a distance above a certain distance, the proportion of the volume of bubbles in the space through which the coolant passes is relatively high, and in the area where the local subcriticality of the reactor becomes shallow when the reactor is shut down, At least one intervening region is provided that substantially reduces the fissile nuclide concentration over a certain range of height and width in the horizontal direction of the reactor core, and local distortion of the axial neutron flux distribution is generated by introducing the intervening region. In order to cope with this problem, the present invention is characterized in that the difference in height between the in-core instrumentation, such as a local power range monitor, that measures the output during high-power operation and the intervening area is set at a certain distance or more.

(作 用) 上記したように、本発明の炉心構成によると、核分裂性
核種濃度の低い領域(介在領域)を挟んで上下の燃料領
域の中性子相互作用(結合効果)が減少し、その結果停
止中の炉の未臨界度をより大きく(深く)することがで
き、また原子炉運転中の不要な過剰反応度が抑制され、
サイクル末期で過剰反応度がなくなり結合効果がよくな
り、その結果運転サイクルを延長することができる等に
より燃料の紅全性が保たれるとともに介在領域の導入に
よって発生する軸方向中性子束分布の局所的な歪みに対
処して、局所出力レンジモニタは介在領域から一定距離
以上離すので、計装誤差の増大が防止され、原子炉起動
の際に用いられる中性子源レンジモニタは介在領域部に
配置して熱中性子束の介在領域による盛り上がりを利用
した高感度測定が可能となる。
(Function) As described above, according to the core configuration of the present invention, the neutron interaction (coupling effect) in the upper and lower fuel regions sandwiching the region with low concentration of fissile nuclides (intervening region) is reduced, resulting in shutdown. The subcriticality of the reactor inside can be made larger (deeper), and unnecessary excessive reactivity during reactor operation can be suppressed.
At the end of the cycle, excess reactivity disappears and the coupling effect improves, making it possible to extend the operating cycle, thereby maintaining the red integrity of the fuel, and reducing the localization of the axial neutron flux distribution caused by the introduction of an intervening region. In order to deal with such distortions, the local power range monitor is placed at least a certain distance away from the intervening area, which prevents an increase in instrumentation errors, and the neutron source range monitor used during reactor startup is placed in the intervening area. This makes it possible to perform high-sensitivity measurements using the bulge caused by the intervening region of thermal neutron flux.

次に、本発明で導入する介在領域の作用について説明す
る。
Next, the effect of the intervening region introduced in the present invention will be explained.

炉心の実効増倍率をk。ffとする。(ここでは簡素化
のためkで表6し“eff ”を省略する)そうすると
、修正1群モデル(軽水炉のkに関する記述として簡単
で信頼性が高い)では下記のように表わせる。
The effective multiplication factor of the core is k. Let it be ff. (Here, for simplicity, we use k in Table 6 and omit "eff.") Then, the modified first group model (which is simple and reliable as a description of k for light water reactors) can be expressed as follows.

k=  k■ 1+M2B2 ここで、k■・・・無限増倍率 M2・・・中性子移動面積 B2・・・バックリング(cm−2単位)k■は炉心設
計では、通常、便宜的に各点(又は一定の体積点)にお
ける核分裂による中性子放出率と中性子吸収率との比と
して取扱われる。
k= k■ 1+M2B2 Here, k■...Infinite multiplication factor M2...Neutron transfer area B2...Buckling (cm-2 unit) k■ is usually calculated at each point ( It is treated as the ratio of the neutron emission rate and neutron absorption rate due to nuclear fission at a given volume point).

M2は M2 =τ十L2で表わされる。τはフェルミ
年齢で、炉心設計では高速中性子の移動面積と呼ばれる
M2 is expressed as M2 = τ+L2. τ is the Fermi age, which is called the moving area of fast neutrons in core design.

なお、τ=τF+τE (又はτ1+τ2)であり、τ
はこのように更に高速(fast)中性子と熱外(ep
 i therma l )中性子に分けることもある
が、本発明ではここまで分けて説明する必要は殆どない
Note that τ=τF+τE (or τ1+τ2), and τ
In this way, even faster neutrons and epithermal (ep)
(thermal) neutrons, but in the present invention there is almost no need to explain them separately.

L2は熱中性子移動面積(熱中性子拡散係数と吸収断面
積の比で与えられる)、M=バーは中性子移動距離、L
= I’Uは熱中性子移動距離、また、B2はバックリ
ング(cm−2単位)であり、32.3 2 +822
で表わせる。3.2は半径方向バックリング、B22は
軸方向バックリングである。
L2 is the thermal neutron transfer area (given by the ratio of thermal neutron diffusion coefficient to absorption cross section), M = bar is the neutron transfer distance, L
= I'U is the thermal neutron movement distance, and B2 is the buckling (in cm-2 units), 32.3 2 +822
It can be expressed as 3.2 is a radial buckling, and B22 is an axial buckling.

ところで、kの値は中性子炉物理学としては臨界近傍で
は体系全体で定義されるが、本発明では、K■に空間依
存性を取り入れる炉心設計の立場に立つので、k値も上
式を用い、空間依存性を取り入れたものとして取扱うこ
とにする。
By the way, in terms of neutron reactor physics, the value of k is defined for the entire system in the vicinity of criticality, but in this invention, we are from the standpoint of core design that incorporates the spatial dependence of K, so the value of k is also defined using the above formula. , we will treat it as incorporating spatial dependence.

また動力用原子炉では、M2 B2は0.03〜0.0
5程度、B2は0.0001〜0.0002 (cm−
2)程度、軸方向は通常平板状であり、炉心の高さをZ
軸方向反射体節約(軸方向外端距離ということもある)
をδ=δや+δ−(上側士下側の意)とすれば、で与え
られる。
In addition, in power reactors, M2 B2 is 0.03 to 0.0
5, B2 is 0.0001 to 0.0002 (cm-
2) The axial direction is usually flat, and the height of the core is Z
Axial reflector saving (sometimes referred to as axial outer end distance)
If we let δ=δ or +δ− (meaning upper side and lower side), then it is given by.

(未臨界体系を取扱う為に反応度の定義で符号を変えた
もの) ?の値は中性子炉物理学における臨界近傍では体系全体
で定義されるが、本発明ではに■に空間依存性を取り入
れる炉心設計の立場に立つので、(k■→に→?)?値
にも空間依存性を取り入れたものとして取扱う。
(The sign was changed in the definition of reactivity to handle subcritical systems) ? The value of is defined for the entire system in the critical vicinity in neutron reactor physics, but in this invention, we take the position of core design that incorporates spatial dependence into ■, so (k■→→?)? The values are treated as incorporating spatial dependence.

したがって、本発明における未臨界度は上記した理由で
空間依存の未臨界度を論じている。炉心体系内でこのよ
うな未臨界度が小さい(臨界に近い)場所があると、そ
こが臨界になり易いことを示す指標となる。
Therefore, the degree of subcriticality in the present invention refers to a spatially dependent degree of subcriticality for the reasons described above. If there is a place in the core system where the degree of subcriticality is low (close to criticality), it becomes an indicator that that place is likely to become critical.

次に、本発明の作用を第2図を参照して説明する。同図
(^)に示すように直方形断面を有する2つの燃料領域
I、IIがあり、その間に幅Wの水ギャップが存在する
ものとする。このときの水ギャップWと中性子増倍率の
関係は同図(B)に示すとおりである。実線は冷態時(
原子炉停止時のように原子炉はほとんど発熱していない
状態)のkeffの水ギャップの広さ依存性を、また破
線は高温時でボイド割合が高い場合のkeffの水ギャ
ップの広さ依存性を示している。比較し易いようにw=
Qで両画線が一致するように規格化している。燃料集合
体は最適減速即ち臨界質量が最小になる近傍でやや減速
不足の状態に設計されることが多いので、WがOかられ
ずかに大きくなると、keff値はほぼ一定か微かに(
+)になることがあるが、Wを更に大きくするとkef
f値はぐんぐん小さくなる。すなわら、燃料領域(I>
と(II)の中性子結合作用が目立って小さくなってく
る。
Next, the operation of the present invention will be explained with reference to FIG. As shown in the same figure (^), it is assumed that there are two fuel regions I and II having a rectangular cross section, and a water gap of width W exists between them. The relationship between the water gap W and the neutron multiplication factor at this time is as shown in the same figure (B). The solid line is when cold (
The dotted line shows the dependence of the keff water gap on the width of the water gap when the reactor is generating almost no heat, such as when the reactor is shut down, and the broken line shows the dependence of the keff on the water gap width when the void ratio is high at high temperatures. It shows. For easy comparison w=
The lines are standardized so that they match at Q. Fuel assemblies are often designed in a state where the deceleration is slightly insufficient near the optimum deceleration, that is, the minimum critical mass, so when W increases slightly from O, the keff value remains almost constant or slightly decreases (
+), but if W is further increased, kef
The f value becomes smaller and smaller. In other words, the fuel region (I>
The neutron binding effect of (II) becomes noticeably smaller.

その一つの目安として、熱中性子拡散距離(20℃の水
中で〜2.5cm )が参考になる。
One guideline is the thermal neutron diffusion distance (~2.5 cm in water at 20°C).

次に、体系が高温でボイド割合が高い場合、例えばBW
R炉心の上部では約286℃(水の密度約0、74 >
で、ボイド割合が60%を越える場合がある。
Next, if the system is high temperature and has a high void fraction, for example, BW
The upper part of the R core is approximately 286℃ (the density of water is approximately 0.74 >
In some cases, the void ratio exceeds 60%.

この場合の実効的な水の密度は20℃の場合に比べて〜
0.7/IX(1−0,E)) =0.3程度となる。
The effective density of water in this case is ~ compared to the case of 20℃
0.7/IX(1-0,E)) = approximately 0.3.

熱中性子の拡散距離は定義式から容易に理解できるごと
く、はぼ密度の変化(1→0.3)の逆数に比例する。
As can be easily understood from the definition equation, the diffusion distance of thermal neutrons is approximately proportional to the reciprocal of the change in density (1→0.3).

従って、この場合熱中性子拡散距離は8cm程度となる
Therefore, in this case, the thermal neutron diffusion distance is about 8 cm.

水ギャップがこの程度広い場合には、高温でボイド割合
が高い場合でもk。ff値は最大値よりやや小さくなる
。その半分程度、即ち4〜5cm程度の場合にkeH値
は最大となる。破線に極大値が現われるのは、高温高ボ
イド状態では減速材不足となっているからである。即ら
減速材不足の状態(under−moderate状態
)になっており、別に水を導入することによってkef
fを大きくすることができる。この状態は2つの燃料領
域■、■が最適の状態にあることを示している。
When the water gap is this wide, k even at high temperatures and high void fractions. The ff value becomes slightly smaller than the maximum value. The keH value reaches its maximum when it is about half of that, that is, about 4 to 5 cm. The reason why the maximum value appears on the broken line is that there is a shortage of moderator in the high temperature, high void state. In other words, the moderator is in a state of insufficient moderation (under-moderate state), and by separately introducing water, kef
f can be increased. This state shows that the two fuel regions (1) and (2) are in the optimum state.

本発明は上記した特性を巧みに応用したものである。即
ら、燃料が殆ど存在しない領域は凡そ水ギャップの幅W
に対応し、原子炉が出力を出していない状態ではギャッ
プによって原子炉のk。ffが明らかに低下しく結合域
の弱まっている状態)、高温高ボイド時はkeff値が
ギVツブ導入によって逆に増大するか、殆ど減少しない
範囲の特性を利用するものである。そして、高温高ボイ
ド時に水不足であった部分に水を導入するので、中性子
減速特性が改善され、これにより出力が改善されること
になる。
The present invention is a clever application of the characteristics described above. That is, the area where almost no fuel exists is approximately the width W of the water gap.
Corresponding to this, when the reactor is not producing output, the reactor's k due to the gap. This is a state in which the keff value clearly decreases and the bonding region is weakened), and in the case of high temperature and high voids, the keff value either increases or hardly decreases due to the introduction of the GiV-tube. Since water is introduced into areas that lack water during high-temperature, high-void conditions, neutron moderation characteristics are improved, thereby improving output.

そこで、次に第3図(A)に示すように炉心を軸方向に
3分割し2個の介在層が存在する場合について説明する
。図において、各炉心片の未臨界度P+ 、5’2 、
P3を求めると次のようになる。
Next, a case where the core is divided into three in the axial direction and two intervening layers are present as shown in FIG. 3(A) will be described. In the figure, the subcriticality of each core piece is P+, 5'2,
P3 is calculated as follows.

’?1=3−−−1 に1 B12−82十872 B22=8 2+Bz□2 B32=8 2+8232 ここで、δiは上下隣接炉心片の影響を取り入れた反射
体節約、B、2は各炉心片とも共通とする。炉心温度が
上昇すると、減速材の温度が上ったりボイドが発生する
。するとに■iは僅かに変化しく軽水炉では平均的には
減少する)、Mi2は増加し、δiの増加によりB21
2は減少する。
'? 1 = 3 - - 1 to 1 B12-82 + 872 B22 = 8 2 + Bz□2 B32 = 8 2 + 8232 Here, δi is the reflector saving that takes into account the effects of the upper and lower adjacent core pieces, and B and 2 are the reflector savings for each core piece. Common. When the core temperature rises, the temperature of the moderator increases and voids occur. Then, ■i changes slightly and decreases on average in light water reactors), Mi2 increases, and B21 increases due to the increase in δi.
2 decreases.

介在層の厚ざdl 、 d2を適切に選ぶと、δiが著
しく増大する。そして、各炉心片は一体的に結合し、軸
方向バックリングは一体化し、となる。逆に炉心温度が
下ると、介在層により各炉心片が分割されたような特徴
が現れてくる。これは、炉心温度が下ると水の密度が上
昇し、介在層の水が炉心を上下に分割遮蔽する働きが現
れてくるためである。このように、介在層により冷温時
(炉停止時)は炉心片を上下に分離する機能が増大し、
高温時は分離する機能が弱まる(水の密度が低下するた
め、実質的にdl 、 d2が小さくなる効果が現れる
。これは結合効果といえる。)特性を有する。dl 、
d2の値を適切に選定すると、高温時の水(減速材)不
足の効果を補う効果も現われて、介在層が存在しない(
dl、dz部も燃料あり)場合よりk。ff値を多少増
大させることざえ可能となる。
If the thicknesses dl and d2 of the intervening layers are appropriately selected, δi increases significantly. Then, each core piece is integrally connected, and the axial buckling is integrally formed. On the other hand, when the core temperature decreases, a feature appears in which each core piece appears to be divided by an intervening layer. This is because as the core temperature falls, the density of water increases, and the water in the intervening layer acts to divide and shield the core into upper and lower regions. In this way, the intervening layer increases the ability to separate the core pieces into upper and lower parts during cold temperatures (when the reactor is shut down).
At high temperatures, the separation function is weakened (as the density of water decreases, there is an effect that dl and d2 become substantially smaller. This can be said to be a bonding effect). dl,
If the value of d2 is appropriately selected, the effect of compensating for the lack of water (moderator) at high temperatures will appear, and there will be no intervening layer (
dl and dz parts also have fuel) k than in the case. It becomes possible to increase the ff value to some extent.

介在層の厚さは、冷温時(炉停止時)の熱中性子の移動
距離より大ぎく、高温時(BWRでは更にボイド発生時
)のそれと同程度かやや小さい程度とするのが最適であ
り、具体的な値として好ましい範囲は3〜8CIIl程
度である。2cm未満では冷態時に分離機能が発生せず
、10cm以上では高温時の分割機能は弱まるものの、
介在層が存在しない時に比べて炉心の実効増倍率が減少
し、運転サイクルの低減を招くため不利である。BWR
では介在層の厚さは3〜3cmが好適でおり、PWRで
は介在層の厚さは3〜5cmが好適である。それはBW
Rでは冷態から高温になっても水の密度は1/3になる
ので、中性子移動距離は3倍となるが、PWRでは冷態
から高温になっても水の密度は0.65程度にしか減少
せず、したがって中性子移動距離も2倍以上にしか増大
しない。このように介在層の厚さが異なる理由の一つは
、上記したように介在層が存在する近傍の減速材密度、
減速材対燃料体積比、燃料の中の核分裂性核種濃度等に
よって分離・結合効果が影響を受けるためでおる。
The thickness of the intervening layer is optimally greater than the distance traveled by thermal neutrons at cold temperatures (when the reactor is shut down), and approximately the same or slightly smaller than that at high temperatures (furthermore, when voids occur in BWR). A preferable range as a specific value is about 3 to 8 CIIl. If it is less than 2 cm, the separation function will not occur when it is cold, and if it is 10 cm or more, the separation function will be weakened at high temperature.
This is disadvantageous because the effective multiplication factor of the core is reduced compared to when no intervening layer is present, leading to a reduction in the operating cycle. BWR
For PWR, the thickness of the intervening layer is preferably 3 to 3 cm, and for PWR, the thickness of the intervening layer is preferably 3 to 5 cm. That's BW
In R, the density of water is 1/3 even when it goes from cold to high temperature, so the neutron travel distance is tripled, but in PWR, even when it goes from cold to high temperature, the density of water is about 0.65. Therefore, the distance traveled by neutrons only increases by a factor of two or more. One of the reasons for the difference in the thickness of the intervening layer is, as mentioned above, the moderator density near the intervening layer,
This is because the separation and combination effects are affected by the moderator to fuel volume ratio, the concentration of fissile nuclides in the fuel, etc.

しかして、介在層が分離効果を発揮する冷態時では、B
Zi2が急増するために、各炉心片のに1が減少し、P
、 (未臨界度)が増大する。介在層が結合効果を発揮
する高温運転時では、BZi2の値は急減し、好適状態
ではほぼ介在層がない状態と笠しくなり、k、は急増す
る(このに、は介在層なしの時とほぼ等しいかやや大に
することができる)。
However, in the cold state when the intervening layer exerts a separation effect, B
Due to the rapid increase in Zi2, 1 decreases in each core piece, and P
, (subcriticality) increases. During high-temperature operation when the intervening layer exhibits a binding effect, the value of BZi2 rapidly decreases, and in a suitable state, it becomes almost as if there is no intervening layer, and k rapidly increases (in this case, the (can be approximately equal or slightly larger).

次に、介在層が分離効果および結合効果を発揮する具体
的計算例を示す。
Next, a specific calculation example will be shown in which the intervening layer exhibits a separation effect and a bonding effect.

BWRにおいて、初期平均濃縮度3.7%、燃焼度28
GWd/lの体系で、制御棒は部分挿入されていないも
のとする°。
In BWR, initial average enrichment is 3.7%, burnup is 28
It is assumed that the control rod is not partially inserted in the GWd/l system.

このようなりWRでは、炉心上端から174長付近で炉
停止中に未臨界度が最も小さくなるので、その部分に介
在層を全炉心にわたって水平に配置し、介在層の厚さを
変えてS1算した。計算体系は冷態(20℃)時と高温
運転時(286℃、ボイド分布あり)の2種類とし、ま
た画体系それぞれに対して、介在層の厚さをゼロとした
ときの炉心の実効増倍率keffを基準とした。この計
算例を示したのが第3図(b)のグラフである。このグ
ラフから次のことが分る。
In such a WR, the degree of subcriticality is the lowest during reactor shutdown near the 174-length length from the top of the core, so an intervening layer is placed horizontally across the entire core at that point, and the thickness of the intervening layer is changed to calculate S1. did. There are two calculation systems: cold (20°C) and high temperature operation (286°C, with void distribution), and for each system, the effective increase in the core when the thickness of the intervening layer is set to zero. The magnification keff was used as a reference. The graph in FIG. 3(b) shows an example of this calculation. The following can be seen from this graph.

■冷態時においては、〜5cm(これが分離効果が顕著
に増加する範囲となる)まで急に減少、それから飽和状
態に向かう。この漸近値は炉心切片(本例では炉心下3
74部)のk。ff値になる。
(2) In the cold state, it suddenly decreases to ~5 cm (this is the range in which the separation effect increases significantly), and then approaches a saturated state. This asymptotic value is the core intercept (in this example, 3 below the core
74 part) k. ff value.

■高温時においては、≦10Cmまではk。ff値は介
在層によって殆ど減少しない。これパ結合効果によるも
ので、特に、3〜5cm付近ではかえってkeffが増
大している。これは高温ボイド時の減速材不足による熱
中性子束不足を介在層から補給する作用が有効に作用す
るためである。
■At high temperatures, k up to ≦10Cm. The ff value is hardly reduced by the intervening layer. This is due to the PA coupling effect, and especially in the vicinity of 3 to 5 cm, keff increases on the contrary. This is because the intervening layer effectively replenishes the lack of thermal neutron flux due to lack of moderator during high-temperature voids.

次に、炉内計装と介在領域との関係について説明する。Next, the relationship between the in-core instrumentation and the intervening area will be explained.

例えばBWR炉心は既に説明したように、第10図(B
)に示す燃料棒を規則正しく配列して同図(^)に示す
ような燃料集合体を構成する。しかして燃料棒の配置に
は第11図〜第14図に示すように種々の配置構造のも
のが用いられている。通常、第7図に示すように炉心2
0は十字型制御棒21を取り囲む4体の燃料集合体22
を1つのセルとして構成されている。そして、セルコー
ナ部には、中性子源23(図では■で示す)、中性子源
レンジモニタ24(以下SRMと称し、図ではムで示す
)2局所出力レンジモニタ25(以下しPRMと称し、
図では■で示す)等が配置されている。なお、22aは
燃′F31棒、22bはチVンネルボックスである。S
RMあるいはLPRMを中心とした燃料集合体と十字型
制御棒との関係を第8図に示す。計装管26は第8図に
示すように4本の燃料集合体22の中心の水ギヤツプ部
28に配置されている。
For example, as already explained, the BWR core is shown in Figure 10 (B
) The fuel rods shown in ) are regularly arranged to form a fuel assembly as shown in the same figure (^). As shown in FIGS. 11 to 14, various arrangements of fuel rods are used. Usually, as shown in Figure 7, the core 2
0 indicates four fuel assemblies 22 surrounding a cross-shaped control rod 21
is configured as one cell. The cell corner portion includes a neutron source 23 (indicated by ■ in the figure), a neutron source range monitor 24 (hereinafter referred to as SRM, indicated by M in the figure), 2 a local output range monitor 25 (hereinafter referred to as PRM,
(indicated by ■ in the figure) etc. are arranged. Note that 22a is a combustion rod and 22b is a channel box. S
FIG. 8 shows the relationship between a fuel assembly centered on RM or LPRM and a cross-shaped control rod. As shown in FIG. 8, the instrumentation pipe 26 is arranged in a water gap section 28 at the center of the four fuel assemblies 22.

第9図は第8図の計装管配置部分の詳細図である。図に
示すように、LPRM25はA、B、C。
FIG. 9 is a detailed view of the instrumentation tube arrangement portion of FIG. 8. As shown in the figure, the LPRM25 has A, B, and C.

Dの4ヂヤンネルがおり、下からA〜Dの順にほぼ等間
隔で炉心軸方向に配置されている。ざらに、この図は検
出器(TTP)本体27aとLPRM25のCの検出器
25cが同一高さにある状態で、Cの検出器25Cを水
平方向(炉心軸と直角方向)に切断した図である。した
がって、A、B、Dは本体部より細いケーブル部を切断
した状態となっている。また、検出器27は水密構造の
検出器案内管27b内を検出器本体27aが軸方向に走
行自在となるように構成されている。なお、計装管26
内のその他の部分は水が軸方向に流れている。
There are four channels D, which are arranged in the order of A to D from the bottom at approximately equal intervals in the core axis direction. Roughly speaking, this figure shows the detector (TTP) main body 27a and the C detector 25c of the LPRM 25 being at the same height, with the C detector 25C cut in the horizontal direction (perpendicular to the core axis). be. Therefore, A, B, and D have cable parts that are thinner than the main body part cut off. Further, the detector 27 is configured such that a detector main body 27a can freely travel in the axial direction within a detector guide tube 27b having a watertight structure. In addition, the instrumentation pipe 26
In other parts of the interior, water flows axially.

検出器を軸方向に走行させた時(高出力運転時)に得ら
れる炉心軸方向熱中性子束分布の一例を第5図に示して
いる。すなわち、第5図(B)の分布図は同図(A)の
燃料集合体の軸方向に対応している。この図から介在領
域の導入によって鋭い熱中性子束ピークが局所的に発生
することが分る。−般的には、熱中性子束ピークは局所
的な出力ピークを発生させ、燃料の健全性に悪影響を与
えるので、それを防止するために出力ピーク抑制対策が
実施されている。その対策の一例は可燃性毒物の局所的
配置である。これによって出力ピークおよび熱中性子束
ピークは大幅に抑制される。しかしながら、サイクル末
期で出力ピークが発生しても差し支えなくなる時点では
意図的にピークを発生させるのが得策である。この場合
、サイクルを通して熱中性子束ピークをみると、相対的
なピークの大きさは大幅に変化する。従って熱中性子束
ピーク発生位置近傍にLPRMを配置すると、熱中性子
束ピークの変化を直接受けることになり、LPRM近傍
の出力を精度よく求める際の大きな障害となる。
FIG. 5 shows an example of the core axial thermal neutron flux distribution obtained when the detector is moved in the axial direction (during high power operation). That is, the distribution diagram in FIG. 5(B) corresponds to the axial direction of the fuel assembly in FIG. 5(A). This figure shows that the introduction of the intervening region locally generates a sharp thermal neutron flux peak. - In general, thermal neutron flux peaks generate local power peaks and adversely affect the health of the fuel, so measures to suppress power peaks are implemented to prevent this. An example of such a countermeasure is the local placement of burnable poisons. This significantly suppresses the power peak and thermal neutron flux peak. However, at the end of the cycle, when there is no problem even if the output peak occurs, it is a good idea to intentionally generate the peak. In this case, when looking at the thermal neutron flux peak throughout the cycle, the relative peak magnitude changes significantly. Therefore, if the LPRM is placed near the location where the thermal neutron flux peak occurs, it will be directly affected by changes in the thermal neutron flux peak, which will be a major hindrance in accurately determining the output near the LPRM.

ところが熱中性子束ピークの波及する範囲は一般に狭い
ため、介在領域から例えば10cm以上離れると、熱中
性子束の盛り上がりは微小なものとなり、LPRMにJ
:る出力モニタリングの障害となる恐れはなくなる。
However, since the range in which the thermal neutron flux peak spreads is generally narrow, if the distance from the intervening region is, for example, 10 cm or more, the rise in thermal neutron flux becomes minute, and J
: There is no possibility of interference with output monitoring.

本発明ではLPRMはその有効部端と介在領域端部との
距離を少なくとも10Cm離すことによってLPPMの
測定精度の低下を防止するものである。
In the present invention, the distance between the end of the effective part of the LPRM and the end of the interposed region is set at least 10 cm to prevent a decrease in the measurement accuracy of the LPPM.

また、原子炉を停止している状態から起動する際の軸方
向熱中性子束分布の一例を第6図に示す。
Further, FIG. 6 shows an example of the axial thermal neutron flux distribution when the nuclear reactor is started from a stopped state.

すなわち、第6図(B)の分布図は同図(A)の燃料集
合体の軸方向に対応しており、炉停止中の軸方向熱中性
子束分布は小ざいが、介在領域部では炉停止中も大きな
熱中性子束ピークが存在することが分る。起動時の中性
子束モニタはSRM(中性子源レンジモニタ)によって
行なわれる。起動時の中性子束レベルは低いため、SR
Mは感度の高い位置に配置するのが得策であり、充分な
信頼性をもって中性子束レベルの変化をモニタしながら
原子炉を起動するととができる。第6図から明らかなよ
うに、SRMを介在領域部に配置すればSRMの計数率
が増大する。計数率が増大すれば統計精度が向上するの
で信頼度の高G)起動ができる。
In other words, the distribution diagram in Figure 6 (B) corresponds to the axial direction of the fuel assembly in Figure 6 (A), and although the axial thermal neutron flux distribution during reactor shutdown is small, the It can be seen that a large thermal neutron flux peak exists even during shutdown. Neutron flux monitoring at startup is performed by SRM (neutron source range monitor). Since the neutron flux level at startup is low, the SR
It is a good idea to place M at a highly sensitive position, so that the reactor can be started while monitoring changes in the neutron flux level with sufficient reliability. As is clear from FIG. 6, if the SRM is placed in the intervening region, the counting rate of the SRM increases. As the counting rate increases, statistical accuracy improves, allowing highly reliable G) activation.

(実施例) 本発明の実施例を図面を参照して説明する。(Example) Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は本発明の一実施例の概略構成図であり、本実施
例は沸騰水型原子炉に適用したものである。
FIG. 1 is a schematic diagram of an embodiment of the present invention, and this embodiment is applied to a boiling water reactor.

同図に示すように、燃料集合体は垂直に配置され、その
有効部(介在領域を含む)の高さHは3.6〜3.7m
程度である。沸騰水型原子炉で一段のみ介在領域を配置
する場合には燃料有効部上端(TAF)より、173H
〜176H程度が好適であり、この位置が炉停止余裕の
向上の点から最も効果が大きくなる。しかし、これらの
値は炉心設計条件によって変化する。なお、加圧水型原
子炉では介在領域は燃料有効部上@(TAF)より17
2H〜1/311に設けるのが効果的である。
As shown in the figure, the fuel assembly is arranged vertically, and the height H of its effective part (including the intervening area) is 3.6 to 3.7 m.
That's about it. When arranging only one stage of intervening region in a boiling water reactor, from the upper end of active fuel part (TAF), 173H
~176H is suitable, and this position has the greatest effect in terms of improving the reactor shutdown margin. However, these values vary depending on core design conditions. In addition, in a pressurized water reactor, the intervening area is 17 mm above the active fuel part (TAF).
It is effective to provide it between 2H and 1/311.

また、炉内計装としては中性子源レンジモニタ(SRM
)、中間レンジモニタ(IRM、図示せず)および局所
出力レンジモニ(LPRM>があるが、中間レンジモニ
タは本発明では関係がないので図示していない。しPR
Mは4ケのヂャンネルA、B、C,Dがほぼ等間隔(1
/40程度)で図のように配置されている。この図では
、Dヂャンネルと介在領域との境界部間距離h1 おに
びCチャンネルと介在領域との境界部間路1ath2は
いずれも10CIn以上となるように介在領域の位置あ
るいはLPPMの少なくともいずれか一方を必要に応じ
てシフトさせて配置され、熱中性子束ピークの影響が誤
差を生じない範囲で評価できるようにされている。
In addition, the in-core instrumentation includes a neutron source range monitor (SRM).
), an intermediate range monitor (IRM, not shown), and a local output range monitor (LPRM>), but the intermediate range monitor is not related to the present invention and is therefore not shown.
For M, 4 channels A, B, C, and D are approximately equally spaced (1
/40) and are arranged as shown in the figure. In this figure, the distance h1 between the boundary between the D channel and the intervening region, and the distance 1ath2 between the boundary between the C channel and the intervening region are both 10CIn or more at least at the position of the intervening region or LPPM. One of the two is shifted as necessary so that the influence of the thermal neutron flux peak can be evaluated within a range that does not cause errors.

SRMは、低い中性子束レベルにおける中性子計数率を
より高めるために、介在領域部に配置されている。熱中
性子束ピーク位置にSRMを配置すれば計数率が向上す
るためである。なお、中性子源はSRMと同一高さとす
ることによって計数率を向上できるのは自明であるが、
SRMと中性子源との距離が小さい程燃料による増倍効
果を受けていない直接透過してきた中性子を計数する確
率すなわちバックグラウンドレベルが相対的に悪化する
傾向があり、原子炉起動時の増倍特性を必ずしも満足に
代表できない場合を想定して、この実施例では、SRM
と中性子源との高さにhsの差をつけて両者間の距離を
いくらか長くした例を示している。通常はこのような配
慮は必要ないことが多い。
The SRM is placed in the intervening region to further increase the neutron count rate at low neutron flux levels. This is because the counting rate is improved if the SRM is placed at the thermal neutron flux peak position. It is obvious that the counting rate can be improved by placing the neutron source at the same height as the SRM, but
As the distance between the SRM and the neutron source decreases, the probability of counting directly transmitted neutrons that have not been affected by the multiplication effect of the fuel, that is, the background level, tends to become relatively worse, and the multiplication characteristics at reactor startup tend to deteriorate. In this example, SRM
An example is shown in which the distance between the two is increased somewhat by adding hs to the heights of the neutron source and the neutron source. Usually, such considerations are not necessary.

第4図(^) 、 (C) 、 (D)はそれぞれ本発
明にかかる燃料集合体の異なる縦断面図を示すものであ
る。すなわち、同図(A)は上端から174H〜176
H程度の位置に介在層を一段設けた場合であり、同図(
B)は同図(^)の炉心軸方向のボイド率分布および炉
停止余裕を示した図である。介在層がない場合は炉心軸
方向のボイド率分布が図の実線イのようになっているの
で、炉停止余裕は1/4tl〜1/6H付近で特にきび
しくなる。しかし、介在層の挿入によってその部分のき
びしさは図示のごとく大幅に瞑和され、炉停止余裕が改
善される一 同図(C)は介在層を二段に設けた例である。
FIGS. 4(^), (C), and (D) respectively show different longitudinal cross-sectional views of the fuel assembly according to the present invention. In other words, the figure (A) is 174H to 176 from the top.
This is a case where one step of the intervening layer is provided at a position of about H, and the same figure (
B) is a diagram showing the void fraction distribution in the core axis direction and the reactor shutdown margin in the same figure (^). If there is no intervening layer, the void fraction distribution in the core axis direction is as shown by the solid line A in the figure, so the reactor shutdown margin becomes particularly severe near 1/4 tl to 1/6 H. However, by inserting the intervening layer, the harshness of that part is greatly reduced as shown in the figure, and the reactor shutdown margin is improved. Figure (C) is an example in which the intervening layer is provided in two stages.

同図([))は介在層を三段に設けた例である。The same figure ([)] is an example in which the intervening layer is provided in three stages.

BWRでは炉心中央から上方が停止余裕は一般に厳しく
なるので、このような構成(同図CおよびD)は好適な
一例である。しかし、これ以上炉心上半に介在層を設け
ると、停止余裕は炉心下半で厳しくなる傾向になるので
、好ましくない。
In a BWR, the shutdown margin is generally severe above the center of the core, so this configuration (C and D in the figure) is a suitable example. However, if more intervening layers are provided in the upper half of the core, the shutdown margin tends to become severe in the lower half of the core, which is not preferable.

PWRでは介在層は一般に軸方向に分散して配置°され
る。
In PWR, the intervening layers are generally distributed in the axial direction.

[発明の効果] 以上説明したように、本発明の構成により、原子炉の未
臨界度を効果的に増大させることができると同時に、介
在領域の高さと炉内計装用中性子検出器の高さを適正に
選定したから、原子炉出力運転中の局所出力レンジモニ
タについては誤差の増大が防止され、原子炉起動時の中
性子源レンジモニタについては感度を向上することがで
き、信頼度の高い原子炉起動時のモニタリングを行うこ
とができるという、効果を奏する。ざらに、本発明では
介在領域の導入によって次のような効果もある。すなわ
ら、 (1)原子炉停止時はボイドもなく、水温も低くく水の
密度が高いので、熱中性子の拡散距離は小さいが、本発
明の炉心構成によると、核分裂性物質濃度の低い領域(
介在領域)を挟んで上下の燃料領域の中性子相互作用(
結合効果)ハ減少し、その結果停止中の炉の未臨界度を
J:り大きく(深く)することができる。
[Effects of the Invention] As explained above, with the configuration of the present invention, it is possible to effectively increase the subcriticality of the nuclear reactor, and at the same time, the height of the intervening region and the height of the neutron detector for in-reactor instrumentation can be increased. By appropriately selecting the neutron source range, it is possible to prevent an increase in error in the local power range monitor during reactor power operation, and to improve the sensitivity of the neutron source range monitor during reactor startup. This has the effect of being able to monitor the furnace startup. Broadly speaking, the present invention has the following effects by introducing the intervening region. (1) When the reactor is shut down, there are no voids, the water temperature is low, and the water density is high, so the diffusion distance of thermal neutrons is small, but according to the core configuration of the present invention, the concentration of fissile material is low. region(
Neutron interaction (intervening region) in the upper and lower fuel regions (
As a result, the degree of subcriticality of the reactor during shutdown can be increased (deepened) by J.

(2)高温高ボイド運転時は、水の平均密度が大幅に低
下し、その結果、熱中性子拡散距離が大幅(2〜3位)
に延びる。その結果、介在領域を挟んだ結合効果が向上
し、実効増倍率は核分裂性物質濃度が著しく減少した領
域があるにもかかわらず、かえって僅かではあっても増
大させることかできる。介在領域の導入により不利にな
らない。
(2) During high-temperature, high-void operation, the average density of water decreases significantly, and as a result, the thermal neutron diffusion distance increases significantly (2nd to 3rd place)
Extends to. As a result, the coupling effect across the intervening region is improved, and the effective multiplication factor can be increased, even if only slightly, despite the fact that there is a region where the concentration of fissile material is significantly reduced. There are no disadvantages due to the introduction of the intervening region.

(3)介在領域ないしそれに隣接する部分の限定した範
囲に可燃性毒物を添加し、運転サイクル末期が近付いた
頃に毒作用が消滅するように設h]することは容易であ
り、その場合、サイクル末期に近付くまでは、その可燃
性毒物が熱中性子を吸収して高温高ボイド運転中でも結
合効果が抑えられ゛ る。即ら、運転中の不要な過!1
反応度が抑制され、サイクル末期で過剰反応度がなくな
り、やむをえずサイクルを終了せざるを得ないような時
点で結合効果がよくなり、過剰反応度が供給される。こ
の結果運転サイクルを延長することができる。
(3) It is easy to add a burnable poison to a limited area in or adjacent to the intervening area and set it so that the poisonous effect disappears near the end of the operating cycle; in that case, Until near the end of the cycle, the burnable poison absorbs thermal neutrons, suppressing the binding effect even during high-temperature, high-void operation. In other words, unnecessary mistakes while driving! 1
The reactivity is suppressed and the excess reactivity disappears at the end of the cycle, and at the point when the cycle has no choice but to end, the binding effect improves and the excess reactivity is supplied. As a result, the operating cycle can be extended.

(4)本発明では、介在領域またはそれに軸方向に隣接
する燃料の限られた部分に可燃性毒物が効果的に配置さ
れるので、出力ピーク(出力スパイク)は発生せず、従
って燃料の健全性が保たれる。
(4) In the present invention, since the burnable poison is effectively placed in a limited portion of the fuel in or axially adjacent to the intervening region, power peaks (power spikes) do not occur and therefore the fuel integrity Maintains sexuality.

さらに、上下のカップリングがボイド率の上昇によって
良くなるために、過大な負のボイド係数を緩和する性質
がある。
Furthermore, since the vertical coupling is improved by increasing the void ratio, it has the property of alleviating an excessively negative void coefficient.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例の概略構成図、第2図(^)
および同図(B)は本発明の詳細な説明するための図、
第3図(A)および(B)は本発明に係わる炉心の特性
を説明するための図、第4図(A)。 (C) 、 ([))はそれぞれ本発明に係る燃料集合
体の異なる縦断面図、同図(B)は同図(A)の炉心軸
方向のボイド率分布および炉停止余裕を示した図、第5
図および第6図はそれぞれ従来の燃料集合体と本発明の
燃料集合体の高出力運転時および炉停止時の軸方向熱中
性子束を比較した分布図、第7図は中性子源、中性子源
レンジモニタ、局所出力レンジモニタを配置したBWR
炉心の平面図、第8図は第7図の部分拡大図、第9図は
第8図の計装管配置部分の詳細図、第10図(A)およ
び同図(B)はそれぞれ従来の燃料集合体の斜視図およ
び燃料集合体を構成する燃料棒の概略縦断面図、第11
図は第10図に示す従来の燃料集合体の横断面図、第1
2図〜第14図はいずれも異なる従来の燃料集合体の横
断面図である。 1.22b・・・チャンネルボックス 2.22a・・・燃料棒 3・・・水棒 12・・・太水棒 13・・・小デセンネルボックス 14.16.28・・・間隙 15・・・サブアセンブリ 20・・・炉心 21・・・十字型制御棒 22・・・燃料集合体 23・・・中性子源 24・・・中性子源レンジモニタ 25・・・局所出力レンジモニタ 26・・・計装管 27・・・検出器 (8733)代理人 弁理士 猪 股 祥 晃(ばか 
1名) (A) 水N−77・勇Q2  (w) (B) 第2図 壌  I  P −/l    (gb ”yニーc−′−&← CB)      (A)      <C)    
(D)コ 4 @ ン5 Z 72 ] S ; 39 コ 第1【@ 第12図
Figure 1 is a schematic configuration diagram of an embodiment of the present invention, Figure 2 (^)
and the same figure (B) is a figure for detailed explanation of the present invention,
3(A) and (B) are diagrams for explaining the characteristics of the reactor core according to the present invention, and FIG. 4(A). (C) and ([)) are respectively different vertical cross-sectional views of fuel assemblies according to the present invention, and (B) is a diagram showing the void fraction distribution and reactor shutdown margin in the core axis direction of (A). , 5th
Fig. 6 and Fig. 6 are distribution diagrams comparing the axial thermal neutron flux of the conventional fuel assembly and the fuel assembly of the present invention during high power operation and reactor shutdown, respectively, and Fig. 7 shows the neutron source and neutron source range. BWR with monitor and local output range monitor
A plan view of the reactor core, FIG. 8 is a partially enlarged view of FIG. 7, FIG. 9 is a detailed view of the instrumentation tube arrangement part of FIG. 8, and FIGS. A perspective view of a fuel assembly and a schematic longitudinal sectional view of fuel rods constituting the fuel assembly, No. 11
The figure is a cross-sectional view of the conventional fuel assembly shown in Figure 10.
2 to 14 are cross-sectional views of different conventional fuel assemblies. 1.22b...Channel box 2.22a...Fuel rod 3...Water rod 12...Thick water rod 13...Small desennel box 14.16.28...Gap 15... Subassembly 20...core 21...cruciform control rod 22...fuel assembly 23...neutron source 24...neutron source range monitor 25...local power range monitor 26...instrumentation Tube 27...Detector (8733) Agent Patent Attorney Yoshiaki Inomata (Idiot)
1 person) (A) Water N-77/Yu Q2 (w) (B) Figure 2 I P -/l (gb ``y knee c-'-&← CB) (A) <C)
(D) Con 4 @ Con 5 Z 72 ] S ; 39 Co 1 [@ Figure 12

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)多数の燃料棒を規則正しく束ねた燃料集合体が、
その軸がそれぞれ垂直で互に平行になるように配置され
、前記燃料集合体の内部または隣接する燃料集合体相互
間の間隙に局所出力モニタなどの高出力運転時の出力を
計測する炉内計装が配置され、前記燃料集合体の内部ま
たは隣接する燃料集合体相互間の間隙に原子炉起動時の
中性子束を計測する中性子源領域モニタが配置された炉
心と、前記燃料棒間にその燃料棒の下方から上方に向つ
て冷却材である軽水が流れるように構成された軽水炉の
炉心において、前記炉心の一部分または全体を上下方向
に少なくとも2ケの炉心切片に分割するごとく所定幅の
核分裂性核種濃度を大幅に低減させた介在領域を前記局
所出力レンジモニタ等の高出力運転時の出力を計測する
炉内計装が配置された高さから一定以上の高さの差をさ
し挟んで配置し、前記介在領域はその幅が軽水炉出力運
転中における熱中性子拡散距離ないしその2倍以内の距
離であり、軽水炉の常温時における熱中性子拡散距離な
いしそれより大きくしたことを特徴とする軽水炉の炉心
(1) A fuel assembly consisting of a large number of fuel rods bundled together in an orderly manner
The in-core gauge is arranged so that its axes are perpendicular and parallel to each other, and is installed inside the fuel assembly or in the gap between adjacent fuel assemblies to measure the output during high-output operation, such as a local output monitor. A reactor core in which a neutron source area monitor for measuring neutron flux during reactor startup is arranged inside the fuel assemblies or in the gap between adjacent fuel assemblies, and the fuel is disposed between the fuel rods. In a light water reactor core configured such that light water, which is a coolant, flows from the bottom to the top of the rods, a fissile core of a predetermined width is divided such that a part or the entire core is vertically divided into at least two core segments. The intervening region where the nuclide concentration has been significantly reduced is placed across a certain height difference from the height where the in-core instrumentation that measures the output during high-power operation, such as the local power range monitor, is located. The width of the intervening region is equal to or within twice the thermal neutron diffusion distance during power operation of the light water reactor, and is equal to or larger than the thermal neutron diffusion distance at room temperature of the light water reactor. Reactor core.
(2)前記中性子源領域モニタの炉心内配置高さを、前
記介在層の配置高さとほぼ一致させたことを特徴とする
特許請求の範囲第1項記載の軽水炉の炉心。
(2) The core of a light water reactor according to claim 1, wherein the height of the neutron source area monitor in the core is substantially the same as the height of the intervening layer.
(3)前記介在領域の配置軸方向高さと前記局所出力モ
ニタなどの高出力運転時の出力を計測する炉内計装が配
置される高さの差異は約15cm以上であることを特徴
とする特許請求の範囲第1項記載の軽水炉の炉心。
(3) The difference between the axial height of the arrangement of the intervening region and the height at which in-core instrumentation such as the local power monitor for measuring output during high-power operation is arranged is about 15 cm or more. A core of a light water reactor according to claim 1.
JP62296058A 1987-07-18 1987-11-26 Reactor core of light water reactor Pending JPH01140092A (en)

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JP62296058A JPH01140092A (en) 1987-11-26 1987-11-26 Reactor core of light water reactor
DE3824082A DE3824082A1 (en) 1987-07-18 1988-07-15 FUEL ARRANGEMENT FOR CORE REACTORS
US07/219,346 US5068082A (en) 1987-07-18 1988-07-15 Fuel assembly for nuclear reactor
SE8802659A SE505651C2 (en) 1987-07-18 1988-07-18 Nuclear reactor fuel cartridge

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