JPH01277798A - 原子炉燃料集合体 - Google Patents
原子炉燃料集合体Info
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- JPH01277798A JPH01277798A JP63107857A JP10785788A JPH01277798A JP H01277798 A JPH01277798 A JP H01277798A JP 63107857 A JP63107857 A JP 63107857A JP 10785788 A JP10785788 A JP 10785788A JP H01277798 A JPH01277798 A JP H01277798A
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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、圧力管型原子炉の燃料集合体に係り、さらに
詳細には、燃料経済性を高め、かつ炉心制御性を向上さ
せることのできる原子炉燃料集合体に関する。
詳細には、燃料経済性を高め、かつ炉心制御性を向上さ
せることのできる原子炉燃料集合体に関する。
従来、燃焼初期の余剰反応度を抑えるため、燃料集合体
中の複数本の燃料棒にガドリニア、あるいはボロンなど
の中性子吸収物質（バーナブルポイズン）を混入させた
燃料集合体が用いられている。
中の複数本の燃料棒にガドリニア、あるいはボロンなど
の中性子吸収物質（バーナブルポイズン）を混入させた
燃料集合体が用いられている。
しかして、従来、バーナブルポイズン入り燃料棒は、第
４図に示すように、燃料集合体の最外磨に位置する燃料
棒以外の燃料棒（内側層燃料棒）に使用するようにして
いる。
４図に示すように、燃料集合体の最外磨に位置する燃料
棒以外の燃料棒（内側層燃料棒）に使用するようにして
いる。
なお、第４図において、１は冷却材、２はパーナブルポ
イズンが入っていない通常の燃料棒、３はパーナブルポ
イズン入り燃料棒、４は燃料被覆である。
イズンが入っていない通常の燃料棒、３はパーナブルポ
イズン入り燃料棒、４は燃料被覆である。
ここで、従来、パーナブルポイズン入り燃料棒３を燃料
集合体の最外層燃料として用いない理由を下記する。
集合体の最外層燃料として用いない理由を下記する。
すなわち、従来使用されているパーナブルポイズン入り
燃料棒３は、パーナブルポイズンが燃料棒全体に均一に
混入されており、他方、熱中性子束および中性子吸収断
面積は、圧力管の外側に位置する重水の減速効果によっ
て相対的に大きくなり、パーナブルポイズン入り燃料棒
３を最外層燃料として用いた場合のパーナブルポイズン
の中性子吸収割合は、このパーナブルポイズン入り燃料
棒３を内側層燃料として用いた場合よりも、約１．７倍
程度大きくなる。したがって、最外層燃料にパーナブル
ポイズン入り燃料棒３を用いて所定の余剰反応度を抑え
る場合は、パーナブルポイズンの濃度を低くするか、あ
るいはパーナブルポイズン入り燃料棒３の本数を少なく
しなければならない。
燃料棒３は、パーナブルポイズンが燃料棒全体に均一に
混入されており、他方、熱中性子束および中性子吸収断
面積は、圧力管の外側に位置する重水の減速効果によっ
て相対的に大きくなり、パーナブルポイズン入り燃料棒
３を最外層燃料として用いた場合のパーナブルポイズン
の中性子吸収割合は、このパーナブルポイズン入り燃料
棒３を内側層燃料として用いた場合よりも、約１．７倍
程度大きくなる。したがって、最外層燃料にパーナブル
ポイズン入り燃料棒３を用いて所定の余剰反応度を抑え
る場合は、パーナブルポイズンの濃度を低くするか、あ
るいはパーナブルポイズン入り燃料棒３の本数を少なく
しなければならない。
しかし、パーナブルポイズンの濃度を低くすると、当該
パーナブルポイズンが余剰反応度を抑えなければならな
い期間よりも早く燃え尽きてしまうという不具合を生じ
る。また、パーナブルポイズン入り燃料棒３の本数を少
なくすると、燃料集合体内における非均質性が大きくな
り、局所出力ビーキングが増大する。
パーナブルポイズンが余剰反応度を抑えなければならな
い期間よりも早く燃え尽きてしまうという不具合を生じ
る。また、パーナブルポイズン入り燃料棒３の本数を少
なくすると、燃料集合体内における非均質性が大きくな
り、局所出力ビーキングが増大する。
そこで、従来においては、パーナブルポイズン入り燃料
棒３を内側層燃料とする設計法がとられている。
棒３を内側層燃料とする設計法がとられている。
一方、パーナブルポイズン入り燃料棒３を内側層燃料と
した従来形燃料集合体は、燃料経済性に劣るという問題
を新たに生じる。すなわち、燃料集合体の寿命は、本数
の多い最外層燃料棒の燃料燃焼によってほとんど決り、
内側層燃料棒の燃料燃焼が進んでいない場合であっても
寿命に到る。
した従来形燃料集合体は、燃料経済性に劣るという問題
を新たに生じる。すなわち、燃料集合体の寿命は、本数
の多い最外層燃料棒の燃料燃焼によってほとんど決り、
内側層燃料棒の燃料燃焼が進んでいない場合であっても
寿命に到る。
これを換言すると、従来形燃料集合体においては、内側
層燃料による出力が低いために、燃料集合体が寿命に到
った時点での内側層燃料の燃え残りが多く、内側層燃料
が有効に使われずに、燃料経済性が損なわれるという問
題があった。また、非均質性が大きく１本来出力の低い
内側層燃料棒にパーナブルポイズン入り燃料ｎ３を用い
ると、その局所出力ビーキング係数も著しく増大する。
層燃料による出力が低いために、燃料集合体が寿命に到
った時点での内側層燃料の燃え残りが多く、内側層燃料
が有効に使われずに、燃料経済性が損なわれるという問
題があった。また、非均質性が大きく１本来出力の低い
内側層燃料棒にパーナブルポイズン入り燃料ｎ３を用い
ると、その局所出力ビーキング係数も著しく増大する。
このように、従来形原子炉燃料集合体にあっては、パー
ナブルポイズン入り燃料棒３を用いて所定の余剰反応度
を抑える場合、燃料経済性にすぐれているとは云い得す
、また出力ビーキング係数を十分に抑制することができ
ず、燃料の熱的健全性を保つ上でも改善の余地があった
。
ナブルポイズン入り燃料棒３を用いて所定の余剰反応度
を抑える場合、燃料経済性にすぐれているとは云い得す
、また出力ビーキング係数を十分に抑制することができ
ず、燃料の熱的健全性を保つ上でも改善の余地があった
。
本発明の目的は、前記した従来技術の問題点を解消し、
パーナブルポイズン入り燃料棒を用いて所定の余剰反応
度を抑える場合に、従来よりも燃料経済性を高め、かつ
炉心制御性をも向上させることのできる、改良された原
子炉燃料集合体を提供することにある。
パーナブルポイズン入り燃料棒を用いて所定の余剰反応
度を抑える場合に、従来よりも燃料経済性を高め、かつ
炉心制御性をも向上させることのできる、改良された原
子炉燃料集合体を提供することにある。
前記目的は、複数本の燃料棒を装荷してなる原子炉燃料
集合体において、燃料ペレット内を内側領域と外側領域
とに分け、外側領域よりも内側領域にパーナブルポイズ
ンを多く混入した燃料棒を、燃料集合体の燃料棒装荷領
域のうち、中性子束の高い領域に配置することによって
達成される。
集合体において、燃料ペレット内を内側領域と外側領域
とに分け、外側領域よりも内側領域にパーナブルポイズ
ンを多く混入した燃料棒を、燃料集合体の燃料棒装荷領
域のうち、中性子束の高い領域に配置することによって
達成される。
また、前記目的は、燃料ペレットの中央部を中空として
、このペレット中空部内にパーナブルポイズンを入れた
燃料棒を、燃料集合体の燃料棒装荷領域のうち、中性子
束の高い領域に配置することによっても達成される。
、このペレット中空部内にパーナブルポイズンを入れた
燃料棒を、燃料集合体の燃料棒装荷領域のうち、中性子
束の高い領域に配置することによっても達成される。
第５図はパーナブルポイズン入り燃料棒を燃料集合体の
最外層、中間層、最内層にそれぞれ装荷した場合と、パ
ーナブルポイズン入り燃料棒を装荷しない燃料集合体と
の燃焼度−中性子無限増倍率比較特性線図、すなわち燃
料燃焼にともなう中性子無限増倍率の変化を示した図で
ある。
最外層、中間層、最内層にそれぞれ装荷した場合と、パ
ーナブルポイズン入り燃料棒を装荷しない燃料集合体と
の燃焼度−中性子無限増倍率比較特性線図、すなわち燃
料燃焼にともなう中性子無限増倍率の変化を示した図で
ある。
第５図において、実線はパーナブルポイズン無しの場合
、−点鎖線はパーナブルポイズン入り燃料棒を燃料集合
体の最内層に装荷した場合、二点鎖線はパーナブルポイ
ズン入り燃料棒を燃料集合体の中間層に装荷した場合、
破線はパーナブルポイズン入り燃料棒を燃料集合体の最
外層に装荷した場合を示し、第５図より、パーナブルポ
イズン入り燃料棒を最外層燃料棒として装荷した燃料集
合体では、燃焼初期の中性子無限増倍率が極端に小さく
なり、パーナブルポイズンは急速に燃え尽きてしまう。
、−点鎖線はパーナブルポイズン入り燃料棒を燃料集合
体の最内層に装荷した場合、二点鎖線はパーナブルポイ
ズン入り燃料棒を燃料集合体の中間層に装荷した場合、
破線はパーナブルポイズン入り燃料棒を燃料集合体の最
外層に装荷した場合を示し、第５図より、パーナブルポ
イズン入り燃料棒を最外層燃料棒として装荷した燃料集
合体では、燃焼初期の中性子無限増倍率が極端に小さく
なり、パーナブルポイズンは急速に燃え尽きてしまう。
一方、パーナブルポイズン入り燃料棒を内側層燃料棒と
して装荷した燃料集合体では、従来技術の項で説明した
ように、内側層燃料が有効に使われず、燃料経済性が悪
く、局所ピーキング係数が著しく増大する。
して装荷した燃料集合体では、従来技術の項で説明した
ように、内側層燃料が有効に使われず、燃料経済性が悪
く、局所ピーキング係数が著しく増大する。
しかして、中性子束の高い領域に配置される燃料棒のペ
レット内を内側領域と外側領域とに分け、外側領域より
も内側領域にパーナブルポイズンを多く混入するか、あ
るいは中性子束の高い領域に配置されるペレットの中央
部を中空として、このペレット中空部内にパーナブルポ
イズンを入れると、燃焼初期に中性子無限増倍率が極端
に小さくなることを防ぎ、またパーナブルポイズンが急
速に燃焼し尽くすこともなく、局所ピーキング係数を抑
制することが可能となる。
レット内を内側領域と外側領域とに分け、外側領域より
も内側領域にパーナブルポイズンを多く混入するか、あ
るいは中性子束の高い領域に配置されるペレットの中央
部を中空として、このペレット中空部内にパーナブルポ
イズンを入れると、燃焼初期に中性子無限増倍率が極端
に小さくなることを防ぎ、またパーナブルポイズンが急
速に燃焼し尽くすこともなく、局所ピーキング係数を抑
制することが可能となる。
以下、本発明を、第１図〜第３図にもとづいて説明する
と、第１図は本発明に係る燃料集合体の一実施例を示す
横断面図であり、第１図において、第４図と同一符号は
同一部分を示している。しかして、第１図の実施例にお
いては、燃料集合体の最外層に装荷される燃料棒として
、そのペレット内を内側領域と外側領域とに２分割し、
内側領域に中性子吸収物質を混入したパーナブルポイズ
ン入り燃料棒５を用いている。なお、燃料集合体を構成
する燃料棒の燃料成分は、プルトニウム・ウラン混合酸
化物燃料であり、また燃料集合体のフィツサイルプルト
ニウム富化度は、最内層、中間層、最外層でそれぞれ約
５．０％、約５．０％、約２．５％ としてあり、さら
に前記したパーナブルポイズンとしては、ガドリニアを
使用し、ガドリニアの混入割合は、重量比で１．５ ％
である。そして、第１図の実施例においては、燃料集合
体最外層に装荷する燃料棒を、全てパーナブルポイズン
入り燃料棒５としであるが、これは、最外層燃料の燃焼
初期における局所ピーキング係数を低減するためである
。他方、燃料集合体の最外層に装荷するパーナブルポイ
ズン入り燃料棒５の内側領域にのみ、パーナブルポイズ
ンを混入した理由は以下のとおりである。すなわち、燃
料集合体の最外層燃料棒は本数が多いので、この最外層
燃料棒の全てにパーナブルポイズンを混入すると、燃料
の反応度が低下し過ぎるためである。
と、第１図は本発明に係る燃料集合体の一実施例を示す
横断面図であり、第１図において、第４図と同一符号は
同一部分を示している。しかして、第１図の実施例にお
いては、燃料集合体の最外層に装荷される燃料棒として
、そのペレット内を内側領域と外側領域とに２分割し、
内側領域に中性子吸収物質を混入したパーナブルポイズ
ン入り燃料棒５を用いている。なお、燃料集合体を構成
する燃料棒の燃料成分は、プルトニウム・ウラン混合酸
化物燃料であり、また燃料集合体のフィツサイルプルト
ニウム富化度は、最内層、中間層、最外層でそれぞれ約
５．０％、約５．０％、約２．５％ としてあり、さら
に前記したパーナブルポイズンとしては、ガドリニアを
使用し、ガドリニアの混入割合は、重量比で１．５ ％
である。そして、第１図の実施例においては、燃料集合
体最外層に装荷する燃料棒を、全てパーナブルポイズン
入り燃料棒５としであるが、これは、最外層燃料の燃焼
初期における局所ピーキング係数を低減するためである
。他方、燃料集合体の最外層に装荷するパーナブルポイ
ズン入り燃料棒５の内側領域にのみ、パーナブルポイズ
ンを混入した理由は以下のとおりである。すなわち、燃
料集合体の最外層燃料棒は本数が多いので、この最外層
燃料棒の全てにパーナブルポイズンを混入すると、燃料
の反応度が低下し過ぎるためである。
第２図は従来形燃料集合体と本発明燃料集合体との燃焼
度−中性子無限増倍率比較特性線図、第３図は同じ〈従
来形燃料集合体と本発明燃料集合体との燃焼度−局所ピ
ーキング係数比較特性線図、すなわち第２図、第３図は
それぞれ第１図に示す本発明燃料集合体の燃焼にともな
う中性子無限増倍率および局所ピーキング係数を、第４
図に示す従来形燃料集合体のそれと比較して示した図で
あり、第２図および第３図において、実線は本発明に係
る燃料集合体（第１図）の特性を、また破線は従来形燃
料集合体（第４図）の特性をそれぞれ示している。
度−中性子無限増倍率比較特性線図、第３図は同じ〈従
来形燃料集合体と本発明燃料集合体との燃焼度−局所ピ
ーキング係数比較特性線図、すなわち第２図、第３図は
それぞれ第１図に示す本発明燃料集合体の燃焼にともな
う中性子無限増倍率および局所ピーキング係数を、第４
図に示す従来形燃料集合体のそれと比較して示した図で
あり、第２図および第３図において、実線は本発明に係
る燃料集合体（第１図）の特性を、また破線は従来形燃
料集合体（第４図）の特性をそれぞれ示している。
第２図の結果から９本発明の燃料集合体によれば、燃焼
初期での余剰反応度が充分に抑えられていることが分る
。また、第３図の結果から、本発明に係る燃料集合体の
局所ピーキング係数は、それが最も大きい燃焼度０ＧＷ
ｄ／ｌで約１．２０（最外層）となり、従来形燃料集合
体の値１．３０よりも約８％小さくなっていることが分
る。
初期での余剰反応度が充分に抑えられていることが分る
。また、第３図の結果から、本発明に係る燃料集合体の
局所ピーキング係数は、それが最も大きい燃焼度０ＧＷ
ｄ／ｌで約１．２０（最外層）となり、従来形燃料集合
体の値１．３０よりも約８％小さくなっていることが分
る。
なお、前記実施例においては、燃料集合体の燃料棒装荷
領域のうち、中性子束の高い領域に配置する燃料棒とし
て、当該燃料棒のペレット内を内側領域と外側領域とに
２分割し、内側領域に中性子吸収物質を混入したパーナ
ブルポイズン入り燃料棒５を用いた場合について例示し
たが、これに代えて、中性子束の高い領域に配置する燃
料ペレットの中央部を中空として、このペレット中空部
内にパーナブルポイズンを入れるようにしてもよく、こ
れによれば、燃料棒の内外領域が明確になり、パーナブ
ルポイズンの装填、ひいてはこの種燃料棒の製作を容易
におこなうことができる。
領域のうち、中性子束の高い領域に配置する燃料棒とし
て、当該燃料棒のペレット内を内側領域と外側領域とに
２分割し、内側領域に中性子吸収物質を混入したパーナ
ブルポイズン入り燃料棒５を用いた場合について例示し
たが、これに代えて、中性子束の高い領域に配置する燃
料ペレットの中央部を中空として、このペレット中空部
内にパーナブルポイズンを入れるようにしてもよく、こ
れによれば、燃料棒の内外領域が明確になり、パーナブ
ルポイズンの装填、ひいてはこの種燃料棒の製作を容易
におこなうことができる。
本発明は以上のごときであり、前記実施例の説明からも
明らかなように１本発明によれば、複数本の燃料棒を装
荷してなる原子炉燃料集合体において、燃料ペレット内
を内側領域と外側領域とに分け、外側領域よりも内側領
域にパーナブルポイズンを多く混入した燃料棒、あるい
は燃料ペレットの中央部を中空として、このペレット中
空部内にパーナブルポイズンを入れた燃料棒を、燃料集
合体の燃料棒装荷領域のうち、中性子束の高い領域に配
置することにより、パーナブルポイズン入り燃料棒を用
いて所定の余剰反応度を抑える場合に、従来よりも燃料
経済性を高め、かつ炉心制御性、ひいては原子炉の安全
性を向上させることができる。
明らかなように１本発明によれば、複数本の燃料棒を装
荷してなる原子炉燃料集合体において、燃料ペレット内
を内側領域と外側領域とに分け、外側領域よりも内側領
域にパーナブルポイズンを多く混入した燃料棒、あるい
は燃料ペレットの中央部を中空として、このペレット中
空部内にパーナブルポイズンを入れた燃料棒を、燃料集
合体の燃料棒装荷領域のうち、中性子束の高い領域に配
置することにより、パーナブルポイズン入り燃料棒を用
いて所定の余剰反応度を抑える場合に、従来よりも燃料
経済性を高め、かつ炉心制御性、ひいては原子炉の安全
性を向上させることができる。
第１図は本発明に係る燃料集合体の一実施例を示す横断
面図、第２図は従来形燃料集合体と本発明燃料集合体と
の燃焼度−中性子無限増倍率比較特性線図、第３図は同
じ〈従来形燃料集合体と本発明燃料集合体との燃焼度−
局所ピーキング係数比校特性線図、第４図は従来形燃料
集合体の内部構造を示す横断面図、第５図はパーナブル
ポイズン入り燃料棒を燃料集合体の最外層、中間層、最
内層にそれぞれ装荷した場合と、パーナブルポイズン入
り燃料棒を装荷しない燃料集合体との燃焼度−中性子無
限増倍率比較特性線図である。 １・・・冷却材、２・・・通常燃料棒、３，５・・・パ
ーナブルポイズン入り燃料棒、４・・・燃料被覆。 茅 １ 凹 ４ 履’Ｐ′ｌ−級デ１ 芋 ２ 口 θ ｓｌρθ 応゛戊凌（ｑＷｄ／ｌ） 茅３ 固 ス六°度度 ＜ｑｖ〆／ｌジ 第４− 固
面図、第２図は従来形燃料集合体と本発明燃料集合体と
の燃焼度−中性子無限増倍率比較特性線図、第３図は同
じ〈従来形燃料集合体と本発明燃料集合体との燃焼度−
局所ピーキング係数比校特性線図、第４図は従来形燃料
集合体の内部構造を示す横断面図、第５図はパーナブル
ポイズン入り燃料棒を燃料集合体の最外層、中間層、最
内層にそれぞれ装荷した場合と、パーナブルポイズン入
り燃料棒を装荷しない燃料集合体との燃焼度−中性子無
限増倍率比較特性線図である。 １・・・冷却材、２・・・通常燃料棒、３，５・・・パ
ーナブルポイズン入り燃料棒、４・・・燃料被覆。 茅 １ 凹 ４ 履’Ｐ′ｌ−級デ１ 芋 ２ 口 θ ｓｌρθ 応゛戊凌（ｑＷｄ／ｌ） 茅３ 固 ス六°度度 ＜ｑｖ〆／ｌジ 第４− 固
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、複数本の燃料棒を装荷してなる原子炉燃料集合体に
おいて、燃料ペレット内を内側領域と外側領域とに分け
、外側領域よりも内側領域にバーナブルポイズンを多く
混入した燃料棒を、燃料集合体の燃料棒装荷領域のうち
、中性子束の高い領域に配置したことを特徴とする原子
炉燃料集合体。 ２、特許請求の範囲第１項記載の発明において、外側領
域よりも内側領域にバーナブルポイズンを多く混入した
燃料棒を、燃料集合体の最外層領域に配置したことを特
徴とする原子炉燃料集合体。 ３、複数本の燃料棒を装荷してなる原子炉燃料集合体に
おいて、燃料ペレットの中央部を中空として、このペレ
ット中空部内にバーナブルポイズンを入れた燃料棒を、
燃料集合体の燃料棒装荷領域のうち、中性子束の高い領
域に配置したことを特徴とする原子炉燃料集合体。 ４、特許請求の範囲第３項記載の発明において、燃料ペ
レットの中空部内にバーナブルポイズンを入れた燃料棒
を、燃料集合体の最外層領域に配置したことを特徴とす
る原子炉燃料集合体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63107857A JPH01277798A (ja) | 1988-04-30 | 1988-04-30 | 原子炉燃料集合体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63107857A JPH01277798A (ja) | 1988-04-30 | 1988-04-30 | 原子炉燃料集合体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| JPH01277798A true JPH01277798A (ja) | 1989-11-08 |
Family
ID=14469825
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP63107857A Pending JPH01277798A (ja) | 1988-04-30 | 1988-04-30 | 原子炉燃料集合体 |
Country Status (1)
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| JP (1) | JPH01277798A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02116788A (ja) * | 1988-10-26 | 1990-05-01 | Power Reactor & Nuclear Fuel Dev Corp | 圧力管型原子炉用燃料集合体 |
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-
1988
- 1988-04-30 JP JP63107857A patent/JPH01277798A/ja active Pending
Patent Citations (1)
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