JPH06118188A - Fuel assembly and core for boiling water reactor - Google Patents
Fuel assembly and core for boiling water reactorInfo
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- JPH06118188A JPH06118188A JP4268769A JP26876992A JPH06118188A JP H06118188 A JPH06118188 A JP H06118188A JP 4268769 A JP4268769 A JP 4268769A JP 26876992 A JP26876992 A JP 26876992A JP H06118188 A JPH06118188 A JP H06118188A
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- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は特に熱的余裕および経済
性が向上した高燃焼度用燃料集合体とこれを装荷した沸
騰水型原子炉用炉心に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high burnup fuel assembly having improved thermal margin and economy, and a boiling water reactor core loaded with the fuel assembly.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、原子力発電の経済性向上のため
に、燃料の高燃焼度化が進められている。このような高
燃焼度用燃料集合体の一例を図12により説明する。な
お、図12（Ａ）は燃料集合体を一部断面で示す立面図、
同（Ｂ）は同（Ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図、同（Ｃ）同
（Ａ）のＣ−Ｃ矢視断面図である。2. Description of the Related Art In recent years, high burnup of fuel has been promoted in order to improve the economical efficiency of nuclear power generation. An example of such a high burnup fuel assembly will be described with reference to FIG. In addition, FIG. 12 (A) is an elevational view showing a partial cross section of the fuel assembly,
The same (B) is a sectional view taken along the line BB of the same (A), and is a sectional view taken along the line C-C of the same (C).
【０００３】図12（Ａ）において、燃料集合体１は、長
尺燃料棒２、短尺燃料棒３および太径ウォータロッド６
をスペーサ８で正方格子状に束ねて、これを上部タイプ
レート４および下部タイプレート５に固定して燃料棒束
とし、この燃料棒束をチャンネルボックス７で包囲して
構成されている。さらに、外部スプリング９が、長尺燃
料棒２と上部タイプレート４との間に介在されている。In FIG. 12A, a fuel assembly 1 includes a long fuel rod 2, a short fuel rod 3 and a large diameter water rod 6.
Are bundled in a square lattice by a spacer 8 and fixed to the upper tie plate 4 and the lower tie plate 5 to form a fuel rod bundle, and the fuel rod bundle is surrounded by a channel box 7. Further, an outer spring 9 is interposed between the long fuel rod 2 and the upper tie plate 4.
【０００４】このように構成された高燃焼度用燃料集合
体は、例えば特開平2-296192号に開示されている従来の
低燃焼度用燃料集合体と比較して以下のような特徴を有
している。The high burnup fuel assembly thus constructed has the following characteristics as compared with the conventional low burnup fuel assembly disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2-296192. is doing.
【０００５】すなわち、高燃焼度化を達成するためには
燃料の高濃縮度化が必要であるが、これはボイド分布に
起因する軸方向出力ピーキングをより一層増大させる。
さらに、炉内滞在期間が異なるより多種の燃料が炉心に
混在することになるため、径方向出力ピーキングも増大
する。That is, in order to achieve the high burnup, it is necessary to enrich the fuel, but this further increases the axial power peaking due to the void distribution.
Further, since more kinds of fuel having different residence periods in the core are mixed in the core, radial power peaking is also increased.
【０００６】これらの結果、最大線出力密度や最小限界
出力比などの熱的余裕が減少する。これを改善するため
に、図12の燃料集合体１では、燃料棒配列を従来燃料の
８行８列から９行９列にして燃料棒本数を増加してい
る。As a result, the thermal margins such as the maximum line power density and the minimum limit power ratio are reduced. In order to improve this, in the fuel assembly 1 of FIG. 12, the number of fuel rods is increased by changing the fuel rod arrangement from 8 rows and 8 columns of the conventional fuel to 9 rows and 9 columns.
【０００７】ところが、燃料棒本数が増加すると圧損が
増大し、これによって原子炉の安定性が損なわれること
になる。そこで図12の燃料集合体１では、一部の燃料棒
の長さを長尺燃料棒２よりも短くした短尺燃料棒３を使
用して、冷却材が二相流であるために圧損が大きい燃料
上部の流路を拡大して、燃料棒本数の増加による圧損の
増大を打ち消している。短尺燃料棒３の長さは図12
（Ｂ），（Ｃ）から明らかなように長尺燃料棒２の約２
／３となっている。However, as the number of fuel rods increases, the pressure loss increases, which impairs the stability of the nuclear reactor. Therefore, in the fuel assembly 1 of FIG. 12, a short fuel rod 3 in which some of the fuel rods are shorter than the long fuel rod 2 is used, and the pressure loss is large because the coolant is a two-phase flow. The flow path above the fuel is enlarged to offset the increase in pressure loss due to the increase in the number of fuel rods. The length of the short fuel rod 3 is shown in Fig. 12.
As is clear from (B) and (C), about 2 of the long fuel rod 2
/ 3.
【０００８】また、出力が過大になった場合に、燃料棒
から冷却材への熱伝達が、効率のよい核沸騰から効率の
悪い膜沸騰へ沸騰遷移するときの燃料集合体の出力が限
界出力である。Further, when the output becomes excessive, the output of the fuel assembly when the heat transfer from the fuel rod to the coolant makes a boiling transition from the efficient nucleate boiling to the inefficient film boiling is the limit output. Is.
【０００９】この沸騰遷移は燃料棒上部で発生する可能
性が高いので、短尺燃料棒３は限界出力を向上させるこ
とができる。この目的のために、短尺燃料棒３の位置は
燃料棒の冷却効率の悪い場所を選定しており、これによ
り最小限界出力比を増大させている。Since this boiling transition is likely to occur in the upper part of the fuel rod, the short fuel rod 3 can improve the limit output. For this purpose, the position of the short fuel rod 3 is selected to be a place where the cooling efficiency of the fuel rod is poor, thereby increasing the minimum limit output ratio.
【００１０】短尺燃料棒３はさらに、炉停止余裕を向上
させる作用がある。原子炉停止時においては、炉心上端
から全長の１／４ないし１／３だけ下の部位において中
性子束がピークを形成する。The short fuel rods 3 further have the function of improving the reactor shutdown margin. When the nuclear reactor is shut down, the neutron flux forms a peak at a position 1/4 to 1/3 below the upper end of the core.
【００１１】原子炉停止時には冷却材は、温度が低く密
度が高いため中性子吸収材として作用するので、軸方向
上部において燃料棒本数を減らし冷却材量を増やすこと
によって、炉停止余裕を向上させることができる。When the reactor is shut down, the coolant acts as a neutron absorber because it has a low temperature and a high density. Therefore, it is possible to improve the reactor shutdown margin by reducing the number of fuel rods and increasing the amount of coolant in the axially upper part. You can
【００１２】[0012]
（第１の課題）このように長尺燃料棒２と短尺燃料棒３
とから構成された燃料集合体１では、短尺燃料棒３が存
在しない軸方向上部領域（図12（Ｂ）におけるＢ−Ｂ矢
視断面）と短尺燃料棒３が存在する軸方向下部領域（図
12（Ｃ）におけるＣ−Ｃ矢視断面）とにおいて燃料棒の
本数が異なるため、燃料集合体の上下で運転時の反応度
特性が大きく異なる。(First problem) As described above, the long fuel rods 2 and the short fuel rods 3 are
In the fuel assembly 1 composed of (1) and (2), the axial upper region where the short fuel rod 3 does not exist (cross section taken along the line BB in FIG. 12B) and the axial lower region where the short fuel rod 3 exists (FIG.
Since the number of fuel rods is different from that of the section taken along the line CC in FIG.
【００１３】すなわち、減速材に対して燃料比が大きい
上部の方が核分裂によって発生した高エネルギー中性子
が減速されやすいので、上部の無限増倍率が下部よりも
大きくなる。That is, since high-energy neutrons generated by nuclear fission are more likely to be decelerated in the upper part where the fuel ratio is larger than that of the moderator, the infinite multiplication factor of the upper part is larger than that of the lower part.
【００１４】沸騰水型原子炉ではもともと、出力運転中
はボイド分布のために下部の出力ピークを生じやすい
が、短尺燃料棒３を含む燃料集合体１を装荷した炉心で
は、燃料棒本数の相違による無限増倍率の上下差がこれ
を緩和し、燃焼の長期にわたって軸方向出力分布を平坦
化するという好ましい効果を有する。In a boiling water reactor, a lower output peak is apt to occur due to a void distribution during power operation, but in a core loaded with a fuel assembly 1 including short fuel rods 3, the number of fuel rods is different. The difference between the upper and lower sides of the infinite multiplication factor by (1) reduces this, and has a preferable effect of flattening the axial power distribution over a long period of combustion.
【００１５】ところが、運転サイクル初期においては、
燃料棒本数の上下差は、逆に下部に生じる出力ピーキン
グを増大させるという問題がある。一般に沸騰水型原子
炉に用いられる燃料集合体では、反応度制御のために一
部の燃料棒にガドリニアなどの可燃性毒物が混入され
る。However, at the beginning of the operation cycle,
On the contrary, the difference in the number of fuel rods from top to bottom causes a problem of increasing the output peaking generated in the lower part. Generally, in a fuel assembly used in a boiling water reactor, some fuel rods are mixed with burnable poison such as gadolinia in order to control reactivity.
【００１６】これにより燃焼初期に無限増倍率を低下さ
せて、炉心の余剰反応度の燃焼変化を平坦にし、原子炉
の運転性および安全性を高めている。ガドリニアによる
燃焼初期の反応度制御量はガドリニア入り燃料棒本数に
ほぼ比例し、反応度制御が持続する期間はガドリニア濃
度にほぼ比例する。Thus, the infinite multiplication factor is lowered at the early stage of combustion, the combustion change of the excess reactivity of the core is flattened, and the operability and safety of the nuclear reactor are improved. The amount of reactivity control by gadolinia at the initial stage of combustion is almost proportional to the number of fuel rods with gadolinia, and the duration of the reactivity control is almost proportional to gadolinia concentration.
【００１７】しかしながら、図12に示す短尺燃料棒３を
含む燃料集合体１では、ガドリニア入り燃料棒本数が上
下で等しい場合であっても、燃焼初期における反応度制
御量は断面当りの燃料棒本数が少なく減速材量が多い上
部において下部よりも大きくなる。However, in the fuel assembly 1 including the short fuel rods 3 shown in FIG. 12, the reactivity control amount in the initial stage of combustion is the number of fuel rods per cross section even when the number of gadolinia-containing fuel rods is the same in the upper and lower parts. Is smaller and the amount of moderator is large, and it is larger than the lower part.
【００１８】その結果、特に原子炉の運転サイクル初期
において、上部の無限増倍率が下部よりも小さくなり、
炉心下部の出力ピーキングが増大することになる。As a result, the infinite multiplication factor of the upper part becomes smaller than that of the lower part, especially at the beginning of the operation cycle of the reactor.
Power peaking below the core will increase.
【００１９】一例として、平均濃縮度が約４％でガドリ
ニアを全く含まない場合の、図12の燃料集合体１のボイ
ド率40％時の無限増倍率を図13中曲線９，10に示す。曲
線９は下部、曲線10は上部の無限増倍率をそれぞれ示し
ている。As an example, curves 9 and 10 in FIG. 13 show infinite multiplication factors when the void ratio is 40% in the fuel assembly 1 of FIG. 12 when the average enrichment is about 4% and no gadolinia is contained at all. The curve 9 shows the lower part and the curve 10 shows the upper part infinite multiplication factor, respectively.
【００２０】なお、炉心におけるボイド率は下部では40
％よりも小さく、上部では40％よりも大きいので、上下
各々のボイド率における無限増倍率を比較する方がより
厳密である。しかしながら、ここでは、上下の無限増倍
率の相対的な大小関係が重要であるから、同じボイド率
で比較することにする。The void ratio in the core is 40 at the lower part.
It is smaller than%, and is larger than 40% at the upper part, so it is more strict to compare the infinite multiplication factors in the upper and lower void ratios. However, here, since the relative magnitude relationship between the upper and lower infinite multiplication factors is important, comparison will be made with the same void ratio.
【００２１】図13に示されているように無限増倍率は上
部（曲線10）の方が下部（曲線９）よりも大きく、その
差は燃焼初期で最大であり、燃焼とともに減少してい
く。一般に沸騰水型原子炉の軸方向出力分布は、運転サ
イクル初期で最も下方ピークであり、燃焼に伴い下部の
燃焼が上部よりも進行するため、運転サイクル末期に向
かって徐々に上方にシフトしていく。As shown in FIG. 13, the infinite multiplication factor is larger in the upper portion (curve 10) than in the lower portion (curve 9), and the difference is maximum at the initial stage of combustion and decreases with combustion. Generally, the axial power distribution of a boiling water reactor has the lowest peak at the beginning of the operation cycle, and the combustion of the lower part progresses more than that of the upper part with combustion, so it gradually shifts upward toward the end of the operation cycle. Go.
【００２２】図13に示された無限増倍率の上下差は、上
述した出力分布の燃焼変化を是正し、運転サイクルを通
じて平坦な軸方向出力分布を与えるのに好適である。The upper and lower difference of the infinite multiplication factor shown in FIG. 13 is suitable for correcting the above-described combustion change of the power distribution and providing a flat axial power distribution throughout the operation cycle.
【００２３】これに対して、14本の長尺燃料棒２にその
全長にわたって濃度 3.5％のガドリニアを添加した場合
の無限増倍率の燃焼変化を図13中曲線11，12に示す。曲
線11は下部の無限増倍率を、曲線12は上部の無限増倍率
をそれぞれ示している。On the other hand, the combustion changes of infinite multiplication factor in the case where gadolinia having a concentration of 3.5% is added over the entire length of 14 long fuel rods 2 are shown by curves 11 and 12 in FIG. Curve 11 shows the lower infinite multiplication factor, and curve 12 shows the upper infinite multiplication factor.
【００２４】上部の方が下部よりもガドリニアによる反
応度制御能力が大きいため、燃焼初期で無限増倍率は上
下逆転しており、運転サイクル初期の下方ピークを増大
させることになる。Since the upper part has a greater reactivity control capability by gadolinia than the lower part, the infinite multiplication factor is reversed upside down at the beginning of combustion, and the lower peak at the beginning of the operation cycle is increased.
【００２５】このような燃料集合体を装荷した炉心の特
性として、66本の長尺燃料棒２と８本の短尺燃料棒３で
構成された第１の燃料集合体を装荷した炉心と、74本の
長尺燃料棒２のみで構成された第２の燃料集合体を装荷
した炉心について、（Ａ）軸方向出力ピーキング、
（Ｂ）最大線出力密度および（Ｃ）運転サイクル初期と
（Ｄ）運転サイクル末期の軸方向出力分布を図14に示
す。The characteristics of the core loaded with such fuel assemblies are as follows: a core loaded with a first fuel assembly composed of 66 long fuel rods 2 and 8 short fuel rods 3; The core loaded with the second fuel assembly composed of only the long fuel rods 2 of the book, (A) axial power peaking,
FIG. 14 shows (B) maximum linear power density, (C) initial cycle of the operation cycle, and (D) final axial distribution of the operation cycle.
【００２６】いずれの燃料集合体においても、全ての長
尺燃料棒２の上下端に天然ウラン領域が設けられてお
り、14本の長尺燃料棒２には天然ウラン領域を除く内部
全域に濃度 3.5％のがどが添加されている。In each of the fuel assemblies, natural uranium regions are provided at the upper and lower ends of all the long fuel rods 2, and 14 long fuel rods 2 each have a concentration in the entire inner region except the natural uranium region. 3.5% throat is added.
【００２７】図14において、第１および第２の燃料集合
体の軸方向出力ピーキングが曲線13および曲線14で、最
大線出力密度が曲線15および曲線16で、さらに軸方向出
力分布が曲線17，19および曲線18，20で示されている。In FIG. 14, the axial power peaking of the first and second fuel assemblies is curves 13 and 14, the maximum linear power density is curves 15 and 16, and the axial power distribution is curve 17, 19 and curves 18, 20.
【００２８】第１の燃料集合体を装荷した炉心では、第
２の燃料集合体を装荷した炉心に比べて、運転サイクル
初期から中期にかけて軸方向出力分布が下方ピークとな
るため軸方向出力ピーキングが増大しており、最大線出
力密度が運転サイクル初期で最大 0.6kW／ft増大してい
る。運転サイクル末期では軸方向出力分布の相違は小さ
く、最大線出力密度も同程度である。In the core loaded with the first fuel assembly, the axial power distribution peaks downward from the early stage to the middle stage of the operation cycle, as compared with the core loaded with the second fuel assembly, so that axial power peaking occurs. The maximum linear power density has increased by a maximum of 0.6 kW / ft at the beginning of the operating cycle. At the end of the operation cycle, the difference in the axial power distribution is small and the maximum linear power density is also about the same.
【００２９】ところで、以上述べてきた軸方向出力分布
の特徴は経済性を向上させる作用があり、例えば特開平
2-296192号に述べられている。すなわち、運転サイクル
初期から中期にかけて下方ピークの出力分布で運転され
ることにより炉心の平均ボイド率が高まり、特に炉心上
部において中性子スペクトルが硬化する。By the way, the feature of the axial power distribution described above has the effect of improving the economical efficiency.
2-296192. That is, the average void fraction of the core is increased by operating with the power distribution of the lower peak from the early stage to the middle stage of the operation cycle, and the neutron spectrum is hardened particularly in the upper part of the core.
【００３０】その結果、プルトニウムの生成が促進さ
れ、運転サイクル末期では出力分布が上方ピークとな
り、上部に蓄積されたプルトニウムが効率的に燃焼され
る。このような作用はスペクトルシフト硬化と呼ばれて
いる。As a result, the production of plutonium is promoted, the output distribution peaks upward at the end of the operating cycle, and the plutonium accumulated in the upper part is efficiently burned. Such an action is called spectrum shift hardening.
【００３１】図12に示した燃料集合体１における図13の
無限増倍率特性において、燃料棒本数の相違に起因する
無限増倍率の上下差は、運転サイクル初期の下方ピーク
を是正し出力分布を平坦化するためスペクトルシフト効
果を減少させる。In the infinite multiplication factor characteristic of FIG. 13 in the fuel assembly 1 shown in FIG. 12, the vertical difference of the infinite multiplication factor due to the difference in the number of fuel rods corrects the lower peak at the beginning of the operation cycle and changes the output distribution. The flattening reduces the spectral shift effect.
【００３２】一方、燃焼初期におけるガドリニアの反応
度制御量の相違に起因する無限増倍率の上下差は下方ピ
ークをより一層強調するため、スペクトルシフト効果を
増加させる作用がある。On the other hand, the vertical difference of the infinite multiplication factor due to the difference in the gadolinia reactivity control amount in the early stage of combustion further emphasizes the lower peak, and thus has the effect of increasing the spectrum shift effect.
【００３３】本発明の第１の目的は、短尺燃料棒を有す
る燃料集合体において、特に運転サイクル初期における
最大線出力密度の増大を抑制し、十分な熱的余裕を有す
る高燃焼度用燃料集合体を提供することにある。A first object of the present invention is to provide a fuel assembly having a short fuel rod, particularly for a high burnup fuel assembly having a sufficient thermal margin while suppressing an increase in the maximum linear power density at the initial stage of the operation cycle. To provide the body.
【００３４】また、単に軸方向出力分布を平坦化するだ
けではスペクトルシフト効果が減少してしまうので、燃
料棒本数およびガドリニアの反応度制御量の上下差に起
因する無限増倍率特性を活用することによって、スペク
トルシフト効果を十分に発揮した経済性の高い高燃焼度
用燃料集合体を提供することも目的としている。Further, since the spectrum shift effect is reduced by simply flattening the axial power distribution, it is necessary to utilize the infinite multiplication factor characteristic caused by the difference between the number of fuel rods and the gadolinia reactivity control amount. It is also an object of the present invention to provide a fuel assembly for high burnup with a high economical efficiency that sufficiently exhibits the spectrum shift effect.
【００３５】（第２の課題）あらかじめガドリニア入り
燃料棒本数の多いタイプ１とガドリニア入り燃料棒本数
の少ないタイプ２の２種類の燃料集合体を用意し、適宜
その体数割合を変更することによって運転サイクル期間
の変動に対処する、いわゆる２ストリーム炉心の技術
が、例えば特開平2-296192号に述べられている。(Second Problem) Two kinds of fuel assemblies, a type 1 with a large number of gadolinia-containing fuel rods and a type 2 with a small number of gadolinia-containing fuel rods, are prepared in advance, and the proportion of the number of the fuel assemblies is appropriately changed. A so-called two-stream core technology for dealing with fluctuations in the operation cycle period is described in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2-296192.
【００３６】すなわち、当該またはその前の運転サイク
ル長さの変動によって、燃料の取替体数が当初の予定か
ら変更を余儀無くされることがある。この場合、取替体
数が予定より減少する場合にはタイプ１燃料集合体をよ
り多く装荷し、逆に取替体数が予定より多くなる場合に
はタイプ２燃料集合体をより多く装荷する。これにより
余剰反応度を１〜２％Δｋの適切な範囲に設定すること
ができる。That is, the number of fuel replacements may be forced to change from the original schedule due to the fluctuation of the operation cycle length before or before the above. In this case, more type 1 fuel assemblies are loaded when the number of replaceable bodies is smaller than planned, and conversely, more type 2 fuel assemblies are loaded when the number of replaceable bodies is larger than planned. . Thereby, the surplus reactivity can be set within an appropriate range of 1 to 2% Δk.
【００３７】このような２ストリーム炉心では一般に、
ガドリニア入り燃料棒本数が多く無限増倍率の小さいタ
イプ１燃料集合体は炉心中央部に、タイプ２燃料集合体
は炉心周辺部に配置される。Generally, in such a two-stream core,
A type 1 fuel assembly having a large number of gadolinia-containing fuel rods and a small infinite multiplication factor is arranged in the central part of the core, and a type 2 fuel assembly is arranged in the peripheral part of the core.
【００３８】炉心径方向の出力分布は中央部で高く周辺
部ほど低いので、ガドリニア入り燃料棒本数が異なる２
つのタイプの燃料集合体を上述のように配置することに
よって、径方向の出力分布が平坦化され、最大線出力密
度や最小限界出力比が改善される。The power distribution in the radial direction of the core is high in the central part and low in the peripheral part, so that the number of fuel rods with gadolinia is different.
By arranging the three types of fuel assemblies as described above, the radial power distribution is flattened, and the maximum linear power density and the minimum critical power ratio are improved.
【００３９】しかしながら、このような炉心では、炉心
周辺部に配置された燃料集合体に最大線出力密度は出現
する場合がある。一般に高燃焼度化すると、濃縮度が高
くなるためガドリニアが燃え尽きた後の無限増倍率が大
きくなる反面、燃料集合体１体当りのガドリニア入り燃
料棒本数が増加するので、燃焼初期の無限増倍率は減少
する。However, in such a core, the maximum linear power density may appear in the fuel assemblies arranged in the periphery of the core. Generally, when the burnup is increased, the infinite multiplication factor after the gadolinia burns out increases because the enrichment increases, but the number of fuel rods with gadolinia per fuel assembly increases, so the infinite multiplication factor at the beginning of combustion is Decrease.
【００４０】したがって、運転サイクル初期では、無限
増倍率の最も大きい２サイクル目燃料に最大線出力密度
が出現しやすい。ガドリニアの濃度は運転サイクル末期
には燃え尽きるように設定されるが、炉心周辺部では中
央部に比べて出力が低く燃焼の進行が遅れるので、炉心
周辺部に配置された２サイクル目燃料で無限増倍率が丁
度ピークを迎える可能性がある。Therefore, at the initial stage of the operation cycle, the maximum linear power density is likely to appear in the second cycle fuel having the largest infinite multiplication factor. The gadolinia concentration is set so that it burns out at the end of the operating cycle, but since the output is lower in the peripheral part of the core than in the central part and the progress of combustion is delayed, the gadolinia concentration increases infinitely with the second cycle fuel arranged in the peripheral part Magnification may just peak.
【００４１】さらに、下方ピークで燃焼が進行すると上
部の無限増倍率が下部よりも大きくなるが、炉心周辺部
では中央部に比べて燃焼度が小さいので下方ピークのま
まである。したがって、２ストリーム炉心では、燃料集
合体が装荷される径方向位置に応じた軸方向設計が必要
となる。Further, when combustion progresses at the lower peak, the infinite multiplication factor of the upper portion becomes larger than that of the lower portion, but since the burnup is smaller in the peripheral portion of the core than in the central portion, it remains at the lower peak. Therefore, in the two-stream core, it is necessary to design the axial direction according to the radial position where the fuel assemblies are loaded.
【００４２】さらに、濃縮度の低い低燃焼度用燃料集合
体のみが装荷されている平衡炉心から、濃縮度の高い高
燃焼度用燃料集合体のみが装荷されている平衡炉心へ移
行する場合、燃料交換のたびに、低燃焼度用燃料集合体
が取り出され高燃焼度用燃料集合体が順次装荷されてい
く。Further, when the equilibrium core in which only the fuel assembly for low burnup with low enrichment is loaded is transferred to the equilibrium core in which only the fuel assembly for high burnup with high enrichment is loaded, Each time the fuel is exchanged, the low burnup fuel assemblies are taken out and the high burnup fuel assemblies are sequentially loaded.
【００４３】このような移行第１または第２サイクルで
は、濃縮度の低い低燃焼度用燃料集合体が多い炉心に濃
縮度の高い高燃焼度用燃料集合体が少数体装荷されるの
で、高燃焼度用燃料集合体に径方向出力ピーキングが生
じる。In the first or second cycle of such a transition, a small number of high enrichment high burnup fuel assemblies are loaded in the core containing low enrichment low burnup fuel assemblies, so Radial power peaking occurs in the burnup fuel assembly.
【００４４】さらに、濃縮度が高い燃料ほど軸方向出力
分布がより一層下方ピークとなるので、移行サイクルで
は平衡炉心よりも最大線出力密度が増大しやすいという
問題がある。Further, the fuel having a higher enrichment has a further lower peak in the axial power distribution, so that there is a problem that the maximum linear power density tends to increase in the transition cycle as compared with the equilibrium core.
【００４５】本発明の第２の目的は、２ストリーム炉心
において、平衡サイクルおよび移行サイクルにおいて、
特に運転サイクル初期における最大線出力密度を低減し
て、十分な熱的余裕を有する沸騰水型原子炉の炉心を提
供することにある。A second object of the present invention is in a two-stream core, in equilibrium and transition cycles,
In particular, it is to reduce the maximum linear power density in the early stage of the operation cycle to provide a core of a boiling water reactor having a sufficient thermal margin.
【００４６】[0046]
【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、第１の発明では、長尺燃料棒と前記長尺燃料
棒よりも有効部分が短い短尺燃料棒とを格子状に束ねて
構成される燃料集合体において、可燃性毒物を含有する
燃料棒として、その上下端を除く大部分に可燃性毒物が
含有されている第１群の前記長尺燃料棒と、前記短尺燃
料棒が存在する軸方向下部領域に相当する部位の少なく
とも一部分だけに可燃性毒物が含有されている第２群の
前記長尺または短尺燃料棒とを具備している。さらに望
ましくは、前記第２群の長尺または短尺燃料棒に含有さ
れる可燃性毒物の濃度を、前記第１群の長尺燃料棒に含
有される可燃性毒物の濃度よりも十分低く設定する。In order to achieve the first object, in the first invention, a long fuel rod and a short fuel rod having an effective portion shorter than that of the long fuel rod are formed in a lattice shape. In a fuel assembly configured by bundling, as a fuel rod containing a burnable poison, a first group of the long fuel rods containing the burnable poison in most of the upper and lower ends thereof and the short fuel rod A second group of the long or short fuel rods, wherein the burnable poison is contained only in at least a part of a region corresponding to an axial lower region where the rods are present. More preferably, the concentration of the burnable poison contained in the long fuel rods of the second group is set sufficiently lower than the concentration of the burnable poison contained in the long fuel rods of the first group. .
【００４７】次に、上記第２の目的を達成するために、
第２の発明では、前記第１群の長尺燃料棒の本数が多い
タイプ１燃料集合体と、前記第１群の長尺燃料棒の本数
が前記タイプ１燃料集合体よりも少ないタイプ２燃料集
合体とが装荷され、しかも前記第２群の長尺または短尺
燃料棒の本数が、前記タイプ１燃料集合体よりも前記タ
イプ２燃料集合体において多くする。Next, in order to achieve the above second object,
In the second invention, a type 1 fuel assembly having a large number of the first group long fuel rods and a type 2 fuel having a smaller number of the first group long fuel rods than the type 1 fuel assembly The number of long or short fuel rods of the second group is larger in the type 2 fuel assembly than in the type 1 fuel assembly.
【００４８】[0048]
（第１の発明による作用）第１の発明に係る燃料集合体
では、上部よりも下部の方が可燃性毒物入り燃料棒本数
が多いので、特に燃焼初期において下部の無限増倍率を
上部よりも小さくすることができ、ガドリニアの反応度
制御量の上下差に起因する運転サイクル初期における軸
方向出力分布の下方ピークを是正することができる。そ
の結果、運転サイクル初期の最大線出力密度が低減さ
れ、熱的余裕を十分に確保することができる。(Operation according to the first invention) In the fuel assembly according to the first invention, since the lower part has a larger number of burnable poison-bearing fuel rods than the upper part, the infinite multiplication factor of the lower part is higher than that of the upper part especially at the initial stage of combustion. It is possible to make it small, and it is possible to correct the lower peak of the axial power distribution at the beginning of the operation cycle due to the vertical difference in the gadolinia reactivity control amount. As a result, the maximum linear power density at the beginning of the operation cycle is reduced, and a sufficient thermal margin can be secured.
【００４９】また、第２群の長尺または短尺燃料棒に含
有される可燃性毒物の濃度を、第１群の長尺燃料棒に含
有される可燃性毒物の濃度よりも低く設定した場合に
は、上下の無限増倍率は以下のようになる。When the concentration of the burnable poison contained in the long or short fuel rods of the second group is set lower than the concentration of the burnable poison contained in the long fuel rods of the first group. The upper and lower infinite multiplication factors are as follows.
【００５０】すなわち、燃焼のごく初期では下部の無限
増倍率が上部よりも小さくなるが、燃焼が進み濃度の低
い可燃性毒物が燃焼してしまうと上下の無限増倍率の差
が縮まり、さらに燃焼が進むと燃料棒本数差に起因して
再び下部の無限増倍率が上部よりも小さくなる。That is, the infinite multiplication factor of the lower portion becomes smaller than that of the upper portion at the very early stage of combustion, but when combustion progresses and the burnable poison having a low concentration burns, the difference between the upper and lower infinite multiplication factors decreases, and further combustion As is progressing, the infinite multiplication factor of the lower part becomes smaller than that of the upper part again due to the difference in the number of fuel rods.
【００５１】例として、図13で説明した濃度 3.5％のガ
ドリニアを14本の長尺燃料棒に含有した燃料集合体にお
いて、２本の長尺燃料棒の下部に濃度 1.5％のガドリニ
アを追加した場合の無限増倍率を図15中曲線22に示す。As an example, in the fuel assembly containing the gadolinia having a concentration of 3.5% described in FIG. 13 in 14 long fuel rods, a gadolinia having a concentration of 1.5% was added below the two long fuel rods. The infinite multiplication factor in this case is shown by the curve 22 in FIG.
【００５２】これに対して、濃度 3.5％のガドリニアを
追加した場合の図15中曲線23で示す無限増倍率は、ガド
リニアが燃え尽きるまでの全期間において下部の無限増
倍率を低くしてしまう。図15中曲線12は濃度 3.5％のガ
ドリニアを添加した場合の上部の無限増倍率を示してい
る。On the other hand, the infinite multiplication factor shown by the curve 23 in FIG. 15 in the case where the gadolinia having a density of 3.5% is added, lowers the lower infinite multiplication factor during the entire period until the gadolinia burns out. Curve 12 in Fig. 15 shows the upper infinite multiplication factor when gadolinia at a concentration of 3.5% was added.
【００５３】このような無限増倍率特性を有する燃料集
合体では、燃焼初期においては軸方向出力分布を好まし
い程度に平坦化することができる。一方、無限増倍率の
上下差が縮まる燃焼中期では出力分布が下方ピークにな
るので、スペクトルシフト効果の実現により経済性を高
めることができるとともに、次の運転サイクル初期の下
方ピークを小さくすることができる。In the fuel assembly having such an infinite multiplication factor characteristic, the axial power distribution can be flattened to a preferable degree in the initial stage of combustion. On the other hand, since the output distribution has a lower peak in the mid-combustion period when the difference between the upper and lower infinite multiplication factors decreases, it is possible to improve the economic efficiency by realizing the spectrum shift effect and reduce the lower peak at the beginning of the next operation cycle. it can.
【００５４】すなわち、下方ピークで燃焼が進むと無限
増倍率は次第に上部の方が下部よりも大きくなるので、
運転サイクル初期においても、新燃料以外の燃料集合体
では軸方向出力分布を平坦化する性質を有している。こ
の効果は下方ピークの燃焼をより長く経験しているほど
有効である。That is, as the combustion progresses at the lower peak, the infinite multiplication factor gradually becomes larger in the upper part than in the lower part.
Even in the initial stage of the operation cycle, the fuel assemblies other than the fresh fuel have the property of flattening the axial power distribution. This effect is more effective the longer the lower peak combustion is experienced.
【００５５】なお、運転サイクル中期では、以下に述べ
る理由によって、下方ピークを増大させても最大線出力
密度を過度に増大させることにはならない。In the middle of the operation cycle, increasing the lower peak does not excessively increase the maximum linear power density for the reason described below.
【００５６】炉心の径方向出力ピーキングは、図14
（Ａ）中曲線21に示すように運転サイクル中期で小さく
なる時期がある。その説明のために図13中の左上側に符
号Ｉ，IIを付して、１運転サイクル間における新燃料の
無限増倍率の推移を区間Ｉで、２サイクル目燃料の無限
増倍率の推移を区間IIで示す。The radial power peaking of the core is shown in FIG.
(A) As shown by the medium curve 21, there is a time when it becomes small in the middle of the operation cycle. For the purpose of explanation, reference numerals I and II are attached to the upper left side in FIG. 13, and the transition of the infinite multiplication factor of the new fuel during one operation cycle is shown in the section I, and the transition of the infinite multiplication factor of the second cycle fuel is shown. Shown in section II.
【００５７】径方向出力ピーキングは、運転サイクル初
期では無限増倍率の最も大きい２サイクル目燃料に出現
するが、燃焼とともに２サイクル目燃料の出力は下が
り、一方新燃料の出力が増大してくるので運転サイクル
末期には新燃料に出現する。The radial output peaking appears in the fuel of the second cycle having the largest infinite multiplication factor at the beginning of the operation cycle, but the output of the fuel of the second cycle decreases with the combustion, while the output of the new fuel increases. It appears in new fuel at the end of the operation cycle.
【００５８】この間の運転サイクル中期では、新燃料と
２サイクル目燃料の無限増倍率の差が縮まるので、径方
向出力ピーキングが小さくなる。最大線出力密度は軸方
向および径方向の両出力ピーキングに依存するので、径
方向出力ピーキングの小さい運転サイクル中期において
は、最大線出力密度の過度な増大を招くことなく軸方向
出力分布を下方ピークにすることができる。In the middle of the operation cycle during this period, the difference between the infinite multiplication factors of the fresh fuel and the fuel of the second cycle is reduced, so that the radial output peaking is reduced. Since the maximum linear power density depends on both the axial and radial power peaking, in the middle of the operation cycle where the radial power peaking is small, the axial power distribution peaks downward without causing an excessive increase in the maximum linear power density. Can be
【００５９】（第２の発明による作用）２ストリームの
平衡炉心では、タイプ２燃料集合体が炉心周辺部に、タ
イプ１燃料集合体が炉心中央部に装荷されるので、短尺
燃料棒が存在する軸方向下部領域に相当する部位の少な
くとも一部分だけに可燃性毒物が含有されている第２群
の長尺または短尺燃料棒の本数を、タイプ１燃料集合体
よりもタイプ２燃料集合体において多くすることによっ
て、炉心周辺部の軸方向出力分布の下方ピークを抑制
し、最大線出力密度を低減することができる。(Operation according to the second invention) In the two-stream equilibrium core, since the type 2 fuel assembly is loaded in the peripheral portion of the core and the type 1 fuel assembly is loaded in the central portion of the core, a short fuel rod exists. Increasing the number of the second or longer fuel rods of the second group in which the burnable poison is contained in at least a part of the portion corresponding to the axially lower region in the type 2 fuel assembly rather than the type 1 fuel assembly As a result, the lower peak of the axial power distribution around the core can be suppressed and the maximum line power density can be reduced.
【００６０】さらに、本発明は運転サイクル長さの変動
にも対処することができる。すなわち、タイプ２燃料集
合体は通常は炉心周辺部に配置されるが、運転サイクル
長さの変動により取替体数が増加した場合には炉心中央
部にまで配置される場合が生じる。Furthermore, the present invention can also accommodate variations in operating cycle length. That is, the type 2 fuel assembly is usually arranged in the core peripheral portion, but when the number of replacements increases due to fluctuations in the operation cycle length, it may be arranged even in the core central portion.
【００６１】タイプ２燃料集合体はタイプ１燃料集合体
よりもガドリニア入り燃料棒本数が少なく無限増倍率が
大きいので、炉心中央部に配置されると出力が高く下方
ピークが著しくなり、最大線出力密度が増大する可能性
がある。Since the type 2 fuel assembly has a smaller number of gadolinia-containing fuel rods and a larger infinite multiplication factor than the type 1 fuel assembly, when it is arranged in the central part of the core, the output is high and the lower peak becomes remarkable, and the maximum line output is Density may increase.
【００６２】しかしながら、本発明によれば、炉心中央
部に配置された場合でもタイプ２燃料集合体の軸方向出
力ピーキングを抑制することができる。However, according to the present invention, the axial power peaking of the type 2 fuel assembly can be suppressed even when it is arranged in the central portion of the core.
【００６３】次に、低燃焼度用燃料集合体のみで構成さ
れた平衡炉心から高燃焼度用燃料集合体のみで構成され
た平衡炉心への移行サイクルにおける作用を説明する。Next, the operation in the transition cycle from the equilibrium core composed of only the low burnup fuel assemblies to the equilibrium core composed of only the high burnup fuel assemblies will be described.
【００６４】移行サイクルでの高燃焼度用燃料集合体の
取替体数は、炉心に滞在している低燃焼度用燃料集合体
の濃縮度が低いため、高燃焼度用燃料集合体のみで構成
された平衡炉心よりも多くなる。The number of replacements of the high burnup fuel assembly in the transition cycle is only the high burnup fuel assembly because the enrichment of the low burnup fuel assembly staying in the core is low. More than the configured equilibrium core.
【００６５】この場合、余剰反応度を適切な値に設定す
るために、タイプ２燃料集合体が多数炉心に装荷され、
炉心中央部へも配置されることになる。タイプ２燃料集
合体はタイプ１燃料集合体よりも無限増倍率が大きいの
で、出力が高く軸方向出力ピーキングが大きい。したが
って、このような移行サイクルにおいても、本発明を適
用することによって最大線出力密度の増大を抑制するこ
とができる。In this case, in order to set the surplus reactivity to an appropriate value, multiple type 2 fuel assemblies are loaded in the core,
It will also be placed in the central part of the core. The Type 2 fuel assembly has a larger infinite multiplication factor than the Type 1 fuel assembly, and thus has higher output and larger axial power peaking. Therefore, even in such a transition cycle, it is possible to suppress the increase in the maximum linear power density by applying the present invention.
【００６６】なお、平衡炉心では移行サイクルほど下方
ピークが顕著ではないので、タイプ１燃料集合体では、
第２群の長尺または短尺燃料棒の本数を少なくしておく
ことが重要である。さもなければ、平衡炉心では下方ピ
ークを抑制しすぎることになり、スペクトルシフト効果
が減少して経済性が低下することになる。In the equilibrium core, the lower peak is not as remarkable as that in the transfer cycle. Therefore, in the type 1 fuel assembly,
It is important to keep the number of long or short fuel rods in the second group small. Otherwise, the equilibrium core would suppress the lower peaks too much, reducing the spectral shift effect and reducing economics.
【００６７】[0067]
（第１の実施例）本発明に係る燃料集合体の第１の実施
例である高燃焼度用燃料集合体を図１および図２により
説明する。なお、図１は燃料集合体１の横断面概略図
と、この燃料集合体１内の燃料棒について、濃縮度とガ
ドリニアの濃度とを軸方向分布で示し、上方の燃料集合
体内の丸で囲んだ番号と、下方の燃料棒の番号とは対応
している。(First Embodiment) A high burnup fuel assembly which is a first embodiment of the fuel assembly according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of the fuel assembly 1 and the concentration and gadolinia concentration of the fuel rods in the fuel assembly 1 in the axial distribution, which is circled in the upper fuel assembly. No. corresponds to the fuel rod number below.
【００６８】本第１の実施例における燃料集合体は図12
に示した燃料集合体と同様の構造を有しており、図１の
上方に示したように燃料棒の配列は９行９列の正方格子
配列であり、燃料棒束は66本の長尺燃料棒２と８本の短
尺燃料棒３および２本の太径ウォータロッド６で構成さ
れている。燃料ペレットが充填されている有効部分の長
さは、長尺燃料棒２では約 370cm、短尺燃料棒３では約
220cmである。The fuel assembly of the first embodiment is shown in FIG.
1 has a structure similar to that of the fuel assembly shown in Fig. 1, and as shown in the upper part of Fig. 1, the fuel rods are arranged in a square lattice array of 9 rows and 9 columns, and the fuel rod bundle is 66 long rods. It is composed of a fuel rod 2, eight short fuel rods 3 and two large diameter water rods 6. The length of the effective portion filled with fuel pellets is about 370 cm for the long fuel rod 2 and about 370 cm for the short fuel rod 3.
It is 220 cm.
【００６９】長尺燃料棒２の有効部分には、上端約30cm
および下端約15cmの部分に天然ウランペレットが充填さ
れているが、内部の約 325cmの部分の濃縮度は軸方向に
一様であり、各燃料棒の内部に充填されている燃料ペレ
ットの濃縮度はｐ＞ｑ＞ｒ＞ｓの順に高くなっている。At the effective portion of the long fuel rod 2, the upper end is about 30 cm.
The natural uranium pellets are packed in the bottom and about 15 cm at the bottom, but the enrichment of the inner part of about 325 cm is uniform in the axial direction, and the enrichment of the fuel pellets packed inside each fuel rod is high. Are higher in the order of p>q>r> s.
【００７０】短尺燃料棒３の濃縮度は燃料集合体の断面
平均濃縮度に等しく 4.1％であり、従って上下端天然ウ
ラン部を除いて燃料集合体の断面平均濃縮度は軸方向に
一様である。なお、上下端天然ウラン部を含めた平均濃
縮度は約 3.7％である。The enrichment of the short fuel rods 3 is 4.1%, which is equal to the cross-sectional average enrichment of the fuel assembly. Therefore, the cross-sectional average enrichment of the fuel assembly is uniform in the axial direction except for the upper and lower natural uranium parts. is there. The average enrichment of natural uranium at the upper and lower ends is about 3.7%.
【００７１】番号６の長尺燃料棒には上下端天然ウラン
部を除く内部全域に濃度 3.5％のガドリニアが含有され
ており、本実施例における第１群の長尺燃料棒を形成し
ている。The long fuel rod of No. 6 contains gadolinia with a concentration of 3.5% in all the inside except the upper and lower natural uranium parts, and forms the first group of long fuel rods in this embodiment. .
【００７２】また、番号７および番号８の長尺燃料棒
は、短尺燃料棒が存在する軸方向下部領域のみにガドリ
ニアが含有されている第２群の燃料棒である符号Ａまた
は符号Ｂの長尺燃料棒のいずれか一方か、またはガドリ
ニアを含まない番号２の長尺燃料棒である。Further, the long fuel rods of Nos. 7 and 8 are the second group of fuel rods containing gadolinia only in the axial lower region where the short fuel rods are present. Either one of the length fuel rods or the number 2 length fuel rod not including gadolinia.
【００７３】符号Ａの長尺燃料棒には濃度α％のガドリ
ニアが短尺燃料棒の有効部分の全長に相当する部分に含
有されており、符号Ｂの長尺燃料棒には濃度β％のガド
リニアが短尺燃料棒の有効部分の１／２に相当する部分
に含有されている。The long fuel rod indicated by symbol A contains gadolinia having a concentration of α% in a portion corresponding to the entire length of the effective portion of the short fuel rod, and the long fuel rod indicated by symbol B has a concentration of β% gadolinia. Is contained in a portion corresponding to 1/2 of the effective portion of the short fuel rod.
【００７４】本実施例の燃料集合体が装荷された平衡炉
心の軸方向出力ピーキングとして、番号７および番号８
の燃料棒がいずれもガドリニアを含有しない番号２の長
尺燃料棒である従来の燃料集合体を装荷した平衡炉心の
軸方向出力ピーキングの増加率に対する燃焼度との関係
を図２（Ａ），（Ｂ）に示す。The axial output peaking of the equilibrium core loaded with the fuel assembly of this example is given as No. 7 and No. 8
Fig. 2 (A) shows the relationship between the increase rate of axial power peaking and the burnup of the equilibrium core loaded with the conventional fuel assembly in which all the fuel rods of No. 2 are long fuel rods of No. 2 which do not contain gadolinia, It shows in (B).
【００７５】さらに、本実施例におけるスペクトルシフ
ト効果を調べるために、運転サイクル末期の実効増倍率
を、従来の燃料集合体に対する増加量として表１に示
す。Further, in order to examine the spectrum shift effect in this embodiment, the effective multiplication factor at the end of the operation cycle is shown in Table 1 as an increase amount with respect to the conventional fuel assembly.
【００７６】図２（Ａ）は、番号７の燃料棒が番号２の
長尺燃料棒であり、番号８の燃料棒が符号Ａの長尺燃料
棒であって、ガドリニア濃度αを 0.5％〜 3.5％の範囲
で変化させた場合である。In FIG. 2A, the fuel rod of No. 7 is the long fuel rod of No. 2, the fuel rod of No. 8 is the long fuel rod of No. A, and the gadolinia concentration .alpha. This is the case when changing within the range of 3.5%.
【００７７】本実施例により、特に運転サイクル初期の
軸方向出力ピーキングが減少しており、その効果はガド
リニア濃度が低いほど顕著である。ガドリニア濃度が低
い場合、運転サイクル中期の軸方向出力ピーキングがや
や増大するが、図14（Ａ）に示したように、この時点で
は曲線21で示す径方向出力ピーキングが小さいので最大
線出力密度の増大は問題にはならない。According to this embodiment, the axial output peaking is reduced particularly at the beginning of the operation cycle, and the effect is more remarkable as the gadolinia concentration is lower. When the gadolinia concentration is low, the axial output peaking in the middle of the operation cycle is slightly increased, but as shown in FIG. 14 (A), the radial output peaking shown by the curve 21 is small at this point, so the maximum linear power density Growth is not a problem.
【００７８】運転サイクル中期の下方ピークはまた、ス
ペクトルシフト効果を助長し運転サイクル末期の実効増
倍率を増大させている。The lower peak in the middle of the operation cycle also promotes the spectrum shift effect and increases the effective multiplication factor at the end of the operation cycle.
【００７９】一方、ガドリニア濃度が濃い場合、運転サ
イクル中期での下方ピークが十分ではないため、下部の
燃焼が進行せず、その結果、運転サイクル初期および後
半において軸方出力ピーキングが増大する。On the other hand, when the gadolinia concentration is high, the lower peak in the middle part of the operation cycle is not sufficient, so combustion in the lower part does not proceed, and as a result, axial output peaking increases in the early and latter half of the operation cycle.
【００８０】図14（Ａ）中曲線21で示したように径方向
出力ピーキングが最も小さくなるのが運転サイクル長さ
の約１／３を経過する頃であることから、第２群の燃料
棒のガドリニア濃度は、第１群の燃料棒のガドリニア濃
度の約１／３以下であることが望ましく、製造可能な範
囲でできる限り低い方がよい。As indicated by the curve 21 in FIG. 14 (A), the radial output peaking becomes the smallest when about 1/3 of the operation cycle length elapses. The gadolinia concentration is preferably about 1/3 or less of the gadolinia concentration of the first group of fuel rods, and is preferably as low as possible within a manufacturable range.
【００８１】図２（Ｂ）は、番号７および番号８の燃料
棒の種々の組合せにおける軸方向出力ピーキングの増加
率を示している。符号Ａまたは符号Ｂの長尺燃料棒の下
部に含有されるガドリニア濃度は常に 0.5％である。FIG. 2B shows the rate of increase in axial power peaking for various combinations of fuel rods numbered 7 and 8. The gadolinia concentration contained in the lower part of the length A fuel rod or the length B fuel rod is always 0.5%.
【００８２】番号８の燃料棒に加えて番号７の燃料棒も
符号Ａの長尺燃料棒とすると、運転サイクル初期の軸方
向出力ピーキングは大幅に改善されるが、スペクトルシ
フト効果はやや低下する。When the fuel rod of No. 8 and the fuel rod of No. 7 are long fuel rods of code A in addition to the fuel rod of No. 8, the axial output peaking at the beginning of the operation cycle is greatly improved, but the spectrum shift effect is slightly lowered. .
【００８３】また、番号８の燃料棒を符号Ａの長尺燃料
棒の代りに符号Ｂの長尺燃料棒とした場合には、運転サ
イクル初期の軸方向出力ピーキングはわずかに低減され
るものの、スペクトルシフト効果は半減している。When the fuel rod of No. 8 is replaced by the long fuel rod of A, the long fuel rod of B is used, although the axial output peaking at the beginning of the operation cycle is slightly reduced. The spectrum shift effect is halved.
【００８４】以上のように、ガドリニア濃度は低いほど
熱的余裕および経済性を同時に向上させることができ
る。しかしながら、その他の組合せにおいては、熱的余
裕の向上と経済性の向上とが相反するので、必要に応じ
て好ましい組合せを適宜選択する必要がある。As described above, the lower the gadolinia concentration, the more the thermal margin and the economical efficiency can be improved at the same time. However, in other combinations, the improvement of the thermal margin and the improvement of the economical efficiency are contradictory to each other. Therefore, it is necessary to appropriately select a preferable combination as necessary.
【００８５】[0085]
【表１】 [Table 1]
【００８６】低濃度のガドリニアを含有する第２群の燃
料棒としては、２つの太径ウォータロッド６に隣接する
図１中符号36で示した燃料棒が好適である。この符号36
で示した位置では熱中性子束が高いのでガドリニアの反
応度制御量が大きく、早く燃焼する。従って、実質的に
第２群の燃料棒本数を増加し、ガドリニア濃度を低くし
たことになるので、軸方向出力分布の制御上有効であ
る。As the second group of fuel rods containing a low concentration of gadolinia, the fuel rod indicated by reference numeral 36 in FIG. 1 adjacent to the two large diameter water rods 6 is suitable. This code 36
Since the thermal neutron flux is high at the position indicated by, the reactivity control amount of gadolinia is large and the combustion is rapid. Therefore, the number of fuel rods in the second group is substantially increased and the gadolinia concentration is lowered, which is effective in controlling the axial power distribution.
【００８７】さらに、ガドリニアは熱伝導度が低く、燃
料棒の温度が上昇しやすいので、ガドリニアを含有する
燃料棒では濃縮度を下げて出力を低くしており、その程
度はガドリニア濃度に依存する。熱中性子束が高い符号
36で示した位置において高濃度のガドリニアを含有する
場合はこの燃料棒の濃縮度を十分低くする必要がある。Further, since gadolinia has low thermal conductivity and the temperature of the fuel rod easily rises, in the fuel rod containing gadolinia, the enrichment is lowered to lower the output, and the degree depends on the gadolinia concentration. . Signs with high thermal neutron flux
When a high concentration of gadolinia is contained at the position indicated by 36, it is necessary to make the enrichment of this fuel rod sufficiently low.
【００８８】その結果、ガドリニアを含有しない燃料棒
の濃縮度を高くしなければならないので、燃料集合体の
局所出力ピーキングが増大する。これに対してガドリニ
ア濃度が低い場合にはそれほど濃縮度を下げる必要はな
く、局所出力ピーキングの増大は問題にならない。As a result, the fuel rods that do not contain gadolinia must be enriched, which increases the local power peaking of the fuel assembly. On the other hand, when the gadolinia concentration is low, it is not necessary to reduce the concentration so much, and the increase in local output peaking does not pose a problem.
【００８９】（第２の実施例）本発明の第２の実施例で
ある２ストリーム用燃料集合体を図３により説明する。
図３（Ａ）はタイプ１燃料集合体、（Ｂ）はタイプ２燃
料集合体である。本第２の実施例も第１の実施例と同
様、図12に示した高燃焼度用燃料集合体と同様の構造を
有している。したがって、同一部分の説明は省略する。(Second Embodiment) A two-stream fuel assembly according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
3A is a type 1 fuel assembly, and FIG. 3B is a type 2 fuel assembly. Like the first embodiment, the second embodiment has the same structure as the high burnup fuel assembly shown in FIG. Therefore, description of the same parts will be omitted.
【００９０】長尺燃料棒２の有効部分には、上端約30cm
および下端約15cmの部分に天然ウランペレットが充填さ
れているが、内部の約 325cmの部分の濃縮度は軸方向に
一様である。各燃料棒の内部に充填されている燃料ペレ
ットの濃縮度はａ＞ｂ＞ｃ＞ｄの順に高く、短尺燃料棒
の濃縮度はｃである。At the effective portion of the long fuel rod 2, the upper end is about 30 cm.
And the natural uranium pellets are packed in the lower part of about 15 cm, but the concentration of the inner part of about 325 cm is uniform in the axial direction. The enrichment of the fuel pellets filled in each fuel rod is high in the order of a>b>c> d, and the enrichment of the short fuel rod is c.
【００９１】その結果、集合体断面平均濃縮度は、短尺
燃料棒３の上端を境にしてその上部の方が下部よりも約
0.1％高くなっている。なお、上下端天然ウラン部まで
含めた平均濃縮度は約 3.7％である。As a result, the average cross-sectional enrichment of the assembly is about about the upper part of the short fuel rod 3 as compared with the lower part.
0.1% higher. The average enrichment including the upper and lower natural uranium parts is about 3.7%.
【００９２】タイプ１燃料集合体では、15本の番号６の
長尺燃料棒において上下端天然ウラン部を除く内部全域
にガドリニアが含まれており、短尺燃料棒の中心付近を
境に下方では上方よりもガドリニア濃度が濃くなってい
る。このようなガドリニア分布により特に運転サイクル
後半の下方ピークを抑制することができる。In the type 1 fuel assembly, the gadolinia is included in the entire inner portion of the 15 long fuel rods of No. 6 except the upper and lower natural uranium portions, and the gadolinia is located above the center of the short fuel rods as a boundary and rises downward. The gadolinia density is higher than that. Such a gadolinia distribution can suppress the lower peak particularly in the latter half of the operation cycle.
【００９３】また、１本の番号７の長尺燃料棒におい
て、短尺燃料棒の中心付近よりも下方のみに濃度１％の
ガドリニアが含まれており、特に運転サイクル初期の下
方ピークを抑制する。Further, in the single long fuel rod No. 7, gadolinia having a concentration of 1% is included only below the vicinity of the center of the short fuel rod, and particularly the lower peak at the initial stage of the operation cycle is suppressed.
【００９４】タイプ２燃料集合体では、12本の番号６の
長尺燃料棒および２本の番号７の長尺燃料棒において、
各々、タイプ１燃料集合体の同一番号の燃料棒と同じガ
ドリニア分布を有している。In the type 2 fuel assembly, 12 long fuel rods with number 6 and 2 long fuel rods with number 7 were used.
Each has the same gadolinia distribution as the similarly numbered fuel rods of a Type 1 fuel assembly.
【００９５】図４は本第２の実施例との比較のための従
来例であり、（Ａ）はタイプ１燃料集合体、（Ｂ）はタ
イプ２燃料集合体である。図３とほぼ同様の構成である
が、各燃料棒の内部に充填されている燃料ペレットの濃
縮度はｅ＞ｆ＞ｇ＞ｈの順に高く、短尺燃料棒の濃縮度
は最も低いｈである。FIG. 4 shows a conventional example for comparison with the second embodiment, where (A) is a type 1 fuel assembly and (B) is a type 2 fuel assembly. Although the configuration is almost the same as that of FIG. 3, the enrichment of the fuel pellets filled in each fuel rod is high in the order of e>f>g> h, and the enrichment of the short fuel rod is the lowest h. .
【００９６】その結果、集合体断面平均濃縮度は短尺燃
料棒３の上端を境にしてその上部の方が下部よりも約
0.2％高くなっている。タイプ１燃料集合体における15
本の番号６の長尺燃料棒およびタイプ２燃料集合体にお
ける12本の番号６の長尺燃料棒では、図３に示した本発
明の第２の実施例の同じ番号の長尺燃料棒と同一のガド
リニア分布を有している。As a result, the average cross-sectional enrichment of the assembly is about about the upper part of the short fuel rod 3 as compared with the lower part.
0.2% higher. 15 in type 1 fuel assemblies
The number 6 long fuel rods in the book and the 12 number 6 long fuel rods in the type 2 fuel assembly are similar to the same number long fuel rods of the second embodiment of the invention shown in FIG. It has the same gadolinia distribution.
【００９７】これらタイプ１およびタイプ２燃料集合体
を装荷した平衡炉心の燃料配置図および最大線出力密度
を図５に示す。図５（Ａ）は炉心の１／４平面図であ
り、１つの升目24が燃料集合体１体を表している。新燃
料の位置が１または２で示されており、前者がタイプ１
燃料集合体、後者がタイプ２燃料集合体である。FIG. 5 shows the fuel layout and the maximum linear power density of the equilibrium core loaded with these type 1 and type 2 fuel assemblies. FIG. 5A is a 1/4 plan view of the core, and one square 24 represents one fuel assembly. The position of new fuel is indicated by 1 or 2, the former is type 1
The fuel assembly, the latter a Type 2 fuel assembly.
【００９８】その他の位置には、５サイクル目燃料が最
外周に、４サイクル目燃料の一部が太枠で包囲されたコ
ントロールセル25に配置されており、その他の燃料は残
りの位置にほぼ均一に配置されている。図５（Ｂ）は
（Ａ）における最大線出力密度と燃焼度との関係を示し
ている。At the other positions, the fuel for the fifth cycle is arranged at the outermost periphery, and a part of the fuel for the fourth cycle is arranged in the control cell 25 surrounded by a thick frame, and the other fuels are almost at the remaining positions. They are evenly arranged. FIG. 5 (B) shows the relationship between the maximum linear power density and the burnup in (A).
【００９９】本炉心において、図３に示した本発明の第
２の実施例である燃料集合体を装荷した場合の最大線出
力密度（図５（Ｂ）中曲線26）は、図４に示した従来例
の燃料集合体を装荷した場合の最大線出力密度（同曲線
27）に比べて、運転サイクル初期において著しく低減し
ている。運転サイクル後半では最大線出力密度は逆に増
大しているが、運転サイクルを通じての最大値は改善さ
れており、本実施例の有効性が示されている。FIG. 4 shows the maximum linear power density (curve 26 in FIG. 5B) when the fuel assembly of the second embodiment of the present invention shown in FIG. 3 is loaded in the core. Maximum linear power density when the conventional fuel assembly was loaded
Compared to 27), it is significantly reduced at the beginning of the operation cycle. On the contrary, the maximum linear power density increases in the latter half of the operation cycle, but the maximum value throughout the operation cycle is improved, which shows the effectiveness of this embodiment.
【０１００】次に、低燃焼度用燃料集合体のみが装荷さ
れている平衡炉心に、図３または図４の高燃焼度用燃料
集合体がはじめて装荷された移行第１サイクルの燃料配
置図および最大線出力密度を図６に、移行第２サイクル
の燃料配置図および最大線出力密度を図７に示す。
（Ａ）は炉心の１／４平面図であり、１および２が各々
タイプ１およびタイプ２の高燃焼度用燃料集合体の新燃
料である。Next, the equilibrium core in which only the low burnup fuel assemblies are loaded with the high burnup fuel assemblies of FIG. 3 or FIG. The maximum linear power density is shown in FIG. 6, and the fuel layout diagram and the maximum linear power density of the second cycle of transition are shown in FIG. 7.
(A) is a 1/4 plan view of the core, and 1 and 2 are new fuels of the type 1 and type 2 high burnup fuel assemblies, respectively.
【０１０１】なお、図示されない位置には、移行第１サ
イクルにおいては、特開平2-296192号の図１〜図４に開
示されている低燃焼度用燃料集合体と同様の燃料集合体
が装荷されている。In the first cycle of transition, a fuel assembly similar to the low burnup fuel assembly disclosed in FIGS. 1 to 4 of JP-A-2-296192 is loaded at a position not shown. Has been done.
【０１０２】これは燃料棒４本分の太径ウォータロッド
を中央に有する８行８列の燃料格子で、平均濃縮度は約
3.3％である。移行第２サイクルでは低燃焼度用燃料集
合体の他に、高燃焼度用燃料集合体の２サイクル目燃料
が装荷されている。This is a fuel grid of 8 rows and 8 columns having a large diameter water rod for four fuel rods in the center, and the average enrichment is about
3.3%. In the second cycle of transition, in addition to the fuel assembly for low burnup, the fuel for the second cycle of the fuel assembly for high burnup is loaded.
【０１０３】最大線出力密度を示す図６（Ｂ）および図
７（Ｂ）において、曲線28および曲線30が本発明の第２
の実施例である燃料集合体を装荷した場合であり、曲線
29および曲線31が従来例の燃料集合体を装荷した場合で
ある。In FIGS. 6 (B) and 7 (B) showing the maximum linear power density, the curves 28 and 30 correspond to the second line of the present invention.
When the fuel assembly, which is an example of
29 and curve 31 are the case where the fuel assembly of the conventional example is loaded.
【０１０４】移行第１サイクルで装荷されている高燃焼
度用燃料集合体の新燃料では、低燃焼度用燃料集合体よ
りも濃縮度は高いが、ガドリニア入り燃料棒本数が多い
ので無限増倍率は比較的小さい。The new fuel of the high burnup fuel assembly loaded in the first cycle of transition has a higher enrichment than the low burnup fuel assembly, but the infinite multiplication factor due to the large number of gadolinia-containing fuel rods. Is relatively small.
【０１０５】したがって、移行第１サイクルでは、最大
線出力密度は２サイクル目の低燃焼度用燃料集合体に現
れるので、従来例の高燃焼度用燃料集合体を使用した場
合でも最大線出力密度は十分小さくなり、本発明の実施
例を使用してもほとんど改善されない。Therefore, in the first cycle of transition, the maximum linear power density appears in the fuel assembly for low burnup in the second cycle. Therefore, even if the fuel assembly for high burnup of the conventional example is used, the maximum linear power density is obtained. Is sufficiently small that there is little improvement using the embodiments of the present invention.
【０１０６】移行第２サイクルでは、２サイクル目の高
燃焼度用燃料集合体に最大線出力密度が現れる。特に運
転サイクル初期では無限増倍率がピークを迎えているの
で、最大線出力密度が大幅に増大することになる。In the second cycle of transition, the maximum linear power density appears in the fuel assembly for high burnup in the second cycle. In particular, since the infinite multiplication factor peaks at the beginning of the operation cycle, the maximum linear power density will increase significantly.
【０１０７】さらに図７（Ａ）に示されるように、移行
サイクルではガドリニア入り燃料棒本数が少ないタイプ
２燃料集合体が炉心中央部にまで配置される。Further, as shown in FIG. 7A, in the transition cycle, a type 2 fuel assembly having a small number of gadolinia-containing fuel rods is arranged even in the center of the core.
【０１０８】したがって、本発明により特にタイプ２燃
料集合体の下部の無限増倍率を燃焼初期で低下させるこ
とによって、炉心中央部における軸方向出力分布を平坦
化し、出力の高い２サイクル目燃料の軸方向ピークを抑
制して、運転サイクル初期の最大線出力密度を大幅に減
少することができる。Therefore, according to the present invention, the infinite multiplication factor of the lower portion of the type 2 fuel assembly is lowered particularly in the initial stage of combustion to flatten the axial power distribution in the central portion of the core and to increase the axial power of the second cycle fuel having a high output. By suppressing the directional peak, the maximum linear power density at the beginning of the driving cycle can be significantly reduced.
【０１０９】ところで、図３に示した本発明の第２の実
施例も図４に示した従来例も、全ての長尺および短尺燃
料棒において、上下端天然ウラン部を除く内部の濃縮度
は軸方向に一様である。By the way, in both the second embodiment of the present invention shown in FIG. 3 and the conventional example shown in FIG. 4, in all long and short fuel rods, the internal enrichment excluding the upper and lower natural uranium parts is Uniform in the axial direction.
【０１１０】これらの燃料集合体では、短尺燃料棒の濃
縮度を長尺燃料棒の平均濃縮度よりも低くすることによ
って、集合体断面平均濃縮度に上下差をもたせており、
これによって軸方向出力分布を平坦化している。In these fuel assemblies, by making the enrichment of the short fuel rods lower than the average enrichment of the long fuel rods, the cross-section average enrichment of the assembly has a difference.
This flattens the axial power distribution.
【０１１１】集合体断面平均濃縮度に上下差を持たせる
手段としては、例えば図３における番号１の燃料棒の上
下端天然ウラン部を除く内部において、濃縮度を軸方向
に分布させる手段がある。As means for giving a difference in the aggregate cross-section average enrichment level, for example, there is a means for axially distributing the enrichment inside the upper and lower end natural uranium part of the fuel rod No. 1 in FIG. .
【０１１２】しかしながら、燃料棒の製造工程におい
て、燃料ペレットを被覆管に充填していく途中で濃縮度
が変わると、製造工程が複雑になる上、燃料棒が完成し
た後の検査にも手間がかかる。これらの結果ひいては製
造コストの上昇につながる可能性がある。However, in the process of manufacturing the fuel rod, if the enrichment changes during the filling of the fuel pellets into the cladding tube, the manufacturing process becomes complicated and the inspection after the fuel rod is completed is troublesome. It takes. As a result, the manufacturing cost may be increased.
【０１１３】したがって、本発明の第２の実施例や従来
例で採用したように、短尺燃料棒の濃縮度を低くするこ
とによって集合体断面平均濃縮度に上下差をもたせれ
ば、製造および検査工程を大幅に簡素化することができ
る。Therefore, as in the second embodiment of the present invention and the conventional example, if the enrichment of the short fuel rods is made lower so that the aggregate cross-sectional average enrichment has a difference in level, manufacturing and inspection will be performed. The process can be greatly simplified.
【０１１４】ところが、図４に示した従来例の燃料集合
体のように、上下濃縮度分布だけで軸方向出力分布を平
坦化するためには短尺燃料棒の濃縮度を極端に低くする
必要がある。その結果、所定の平均濃縮度を維持するた
めにはその他の燃料棒の濃縮度を高くしなければなら
ず、燃料集合体の局所出力ピーキングが増大する。However, like the fuel assembly of the conventional example shown in FIG. 4, in order to flatten the axial power distribution by only the vertical enrichment distribution, it is necessary to make the enrichment of the short fuel rod extremely low. is there. As a result, in order to maintain a predetermined average enrichment, the enrichment of other fuel rods must be increased, which increases the local power peaking of the fuel assembly.
【０１１５】これに対して、本実施例により上下濃縮度
分布とガドリニア分布との最適な組合せにより軸方向出
力分布を平坦化すれば、短尺燃料棒の濃縮度を過度に低
くする必要がなくなるので、局所出力ピーキングを低減
することができる。On the other hand, if the axial power distribution is flattened by the optimum combination of the vertical enrichment distribution and the gadolinia distribution in this embodiment, it is not necessary to make the enrichment of the short fuel rods excessively low. , Local output peaking can be reduced.
【０１１６】図３および図４における濃縮度ａ〜ｈを適
切に定めた結果、本発明の第２の実施例では従来例に比
べて、無限増倍率がピークとなる燃焼度での局所出力ピ
ーキングを、タイプ１およびタイプ２燃料集合体とも２
％低減できた。図５〜図７に示した最大線出力密度はこ
の効果を既に含んだものである。As a result of appropriately determining the enrichment factors a to h in FIGS. 3 and 4, the second embodiment of the present invention has a local output peaking at the burnup at which the infinite multiplication factor peaks as compared with the conventional example. 2 for both type 1 and type 2 fuel assemblies
% Could be reduced. The maximum linear power density shown in FIGS. 5 to 7 already includes this effect.
【０１１７】図３に示した本発明の第２の実施例の燃料
集合体では、原子炉の安全性向上のために、さらに燃料
棒配置の工夫がなされている。原子炉停止時には全制御
棒が炉心内に挿入されており、運転を開始する際には徐
々にこれを引き抜いていく。このときに何らかの原因に
より、引き抜いたはずの制御棒が挿入されたままの状態
であり、あるとき、突然落下して引き抜かれることが想
定される。In the fuel assembly of the second embodiment of the present invention shown in FIG. 3, the arrangement of fuel rods is further devised to improve the safety of the nuclear reactor. All control rods are inserted into the core when the reactor is stopped, and they are gradually pulled out when the operation is started. At this time, for some reason, the control rod, which should have been pulled out, is still inserted, and at some point, it may be suddenly dropped and pulled out.
【０１１８】このような制御棒落下事故時において、反
応度の印加による燃料棒の温度上昇は新燃料において最
も大きいことが知られている。特に２ストリーム炉心で
は、無限増倍率が大きいタイプ２燃料集合体の方がタイ
プ１燃料集合体よりも温度が上昇しやすい。It is known that the temperature rise of the fuel rod due to the application of the reactivity is the largest in the fresh fuel in the event of such a control rod drop accident. Particularly in a two-stream core, the temperature of the type 2 fuel assembly having a large infinite multiplication factor tends to rise more than that of the type 1 fuel assembly.
【０１１９】したがって、制御棒落下事故に対して十分
な余裕を確保するためには、タイプ２燃料集合体の局所
出力ピーキングを低くしておくことが有効である。さら
に、原子炉停止時には炉心上端から１／４ないし１／３
だけ下の部位において中性子束がピークを形成するの
で、図12に示した高燃焼度用燃料集合体１では、短尺燃
料棒３が存在しない上部断面（Ｂ）において局所出力ピ
ーキングを低くする必要がある。Therefore, in order to secure a sufficient margin against a control rod drop accident, it is effective to lower the local output peaking of the type 2 fuel assembly. Furthermore, when the reactor is shut down, it is 1/4 to 1/3 from the upper end of the core.
Since the neutron flux forms a peak at a portion just below, in the high burnup fuel assembly 1 shown in FIG. 12, it is necessary to reduce the local power peaking in the upper cross section (B) where the short fuel rod 3 does not exist. is there.
【０１２０】図４（Ｂ）の従来例のタイプ２燃料集合体
では、経済性を向上させるために燃料集合体最外周の一
部に番号１の最高濃縮度の長尺燃料棒を配置している。
出力運転中には、短尺燃料棒32の上方のボイド率は70％
近くになっているので、これに隣接して最外周に配置さ
れた燃料棒34の出力はそれほど大きくはない。In the conventional type 2 fuel assembly shown in FIG. 4B, a long fuel rod of highest enrichment number 1 is arranged at a part of the outermost periphery of the fuel assembly in order to improve the economical efficiency. There is.
During power operation, the void fraction above the short fuel rod 32 is 70%.
Since the fuel rods 34 are close to each other, the output of the fuel rods 34 arranged adjacent to the outermost periphery is not so large.
【０１２１】ところが、原子炉停止時には、短尺燃料棒
32の上方には高密度の低温水が充満しているので熱中性
子束が高く、これに隣接して最外周に配置された最高濃
縮度の燃料棒34の出力が増大する。However, when the reactor is shut down, short fuel rods
Since high-density low-temperature water is filled above 32, the thermal neutron flux is high, and the output of the fuel rod 34 having the highest enrichment located adjacently to the outermost periphery is increased.
【０１２２】これを改善するために、図３（Ｂ）に示し
た本発明の第２の実施例のタイプ２燃料集合体では、短
尺燃料棒32に隣接して最外周に配置された長尺燃料棒33
を第２番目の濃縮度としている。In order to improve this, in the type 2 fuel assembly of the second embodiment of the present invention shown in FIG. 3 (B), the long fuel rod 32 is arranged adjacent to the short fuel rod 32 at the outermost circumference. Fuel rod 33
Is the second enrichment.
【０１２３】その結果、原子炉停止時におけるタイプ２
燃料集合体の局所出力ピーキングは、本発明の第２の実
施例では従来例よりも３％低減することができ、これに
より制御棒落下事故に対する安全性が高まる。なお、タ
イプ１燃料集合体では、タイプ２燃料集合体よりも無限
増倍率が小さいので原子炉停止時の局所出力ピーキング
は多少大きくても問題にはならない。As a result, type 2 at the time of reactor shutdown
In the second embodiment of the present invention, the local output peaking of the fuel assembly can be reduced by 3% as compared with the conventional example, which increases the safety against a control rod drop accident. Since the type 1 fuel assembly has a smaller infinite multiplication factor than the type 2 fuel assembly, even if the local power peaking at the time of reactor shutdown is somewhat large, it does not matter.
【０１２４】そこで、図３（Ａ）に示した本発明の第２
の実施例のタイプ１燃料集合体では、タイプ２燃料集合
体の最外周に配置された燃料棒33に対応する位置35に、
番号１の最高濃縮度の燃料棒を配置して経済性を向上さ
せている。Therefore, the second embodiment of the present invention shown in FIG.
In the type 1 fuel assembly of the embodiment of the above, at the position 35 corresponding to the fuel rod 33 arranged at the outermost periphery of the type 2 fuel assembly,
The fuel rod with the highest enrichment of No. 1 is placed to improve the economic efficiency.
【０１２５】２ストリーム燃料を構成する場合、本実施
例のように、２つのタイプの燃料集合体において、同一
濃縮度の燃料棒は同一本数用いることが望ましい。この
ように構成していれば、運転サイクル期間の変動などに
伴なってタイプ１燃料集合体とタイプ２燃料集合体の装
荷割合が変更されても、燃料製造工場においてガドリニ
ア含有量だけを調整することによって容易に対応するこ
とが可能である。ところが、濃縮ウランは製造のかなり
以前に手配されているので、濃縮度の変更は容易には対
応できない。When a two-stream fuel is constructed, it is desirable to use the same number of fuel rods having the same enrichment in the two types of fuel assemblies as in this embodiment. With such a configuration, even if the loading ratio of the type 1 fuel assembly and the type 2 fuel assembly is changed due to fluctuations in the operation cycle period, etc., only the gadolinia content is adjusted in the fuel manufacturing plant. By doing so, it is possible to deal with it easily. However, since enriched uranium is arranged long before the production, it is not easy to change the enrichment.
【０１２６】このように、同一濃縮度の燃料棒を同一本
数用いて２つのタイプの燃料集合体を構成した場合、２
つのタイプの燃料集合体間で異なるのは、ガドリニア入
り燃料棒およびこれと濃縮度が等しくガドリニアを含ま
ない燃料棒の本数だけである。ガドリニアは熱伝導度が
低いため、通常第２番目または第３番目の濃縮度の燃料
ペレットに含有される。In this way, when two types of fuel assemblies are constructed by using the same number of fuel rods having the same enrichment, 2
The only difference between the two types of fuel assemblies is the number of fuel rods with gadolinia and the number of fuel rods with the same enrichment and without gadolinia. Since gadolinia has low thermal conductivity, it is usually contained in the second or third enriched fuel pellet.
【０１２７】ガドリニア入り燃料棒本数の少ないタイプ
２燃料集合体では、この第２番目または第３番目の濃縮
度のガドリニアを含まない燃料棒の本数が多いので、こ
れを最外周の燃料棒33として利用することができる。In the type 2 fuel assembly having a small number of gadolinia-containing fuel rods, since the number of fuel rods not containing gadolinia having the second or third enrichment is large, this is designated as the outermost fuel rod 33. Can be used.
【０１２８】（第３の実施例）本発明の第３の実施例で
ある２ストリーム炉心に用いられるタイプ２燃料集合体
を図８により説明する。本実施例におけるタイプ１燃料
集合体は図４（Ａ）に示すものと同一である。(Third Embodiment) A type 2 fuel assembly used in a two-stream core according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The type 1 fuel assembly in this embodiment is the same as that shown in FIG.
【０１２９】すなわち、第３の実施例では下部のみにガ
ドリニアが含有されている第２群の燃料棒が、ガドリニ
ア入り燃料棒本数の少ないタイプ２燃料集合体だけに用
いられている。その結果、図４に示した従来例に比べて
運転サイクル初期の最大線出力密度が低減される。That is, in the third embodiment, the second group of fuel rods containing gadolinia only in the lower part is used only in the type 2 fuel assembly having a small number of gadolinia-containing fuel rods. As a result, the maximum linear power density at the beginning of the operation cycle is reduced as compared with the conventional example shown in FIG.
【０１３０】次に、第４の実施例から第６の実施例につ
いて、１ストリーム炉心へ適用される燃料集合体を対象
にして、本発明の多様な適用形態を説明する。これらの
実施例は２ストリーム炉心へも同様に適用できることは
明らかである。Next, with respect to the fourth to sixth embodiments, various application modes of the present invention will be described for fuel assemblies applied to the one-stream core. Obviously, these embodiments are equally applicable to a two-stream core.
【０１３１】（第４の実施例）本発明の第４の実施例で
ある燃料集合体を図９により説明する。番号６および番
号７の長尺燃料棒が各々、第１群および第２群の燃料棒
である。(Fourth Embodiment) A fuel assembly according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The long fuel rods numbered 6 and 7 are the fuel rods of the first and second groups, respectively.
【０１３２】本実施例では、各燃料棒の内部に充填され
ている燃料ペレットの濃縮度はｕ＞ｖ＞ｗ＞ｘの順に高
く、番号２および番号３の燃料棒において濃縮度を軸方
向に分布させている。In this embodiment, the enrichment of the fuel pellets filled in each fuel rod is higher in the order of u>v>w> x, and the enrichment of the fuel rods of No. 2 and No. 3 is in the axial direction. Distributed.
【０１３３】その結果、集合体断面平均濃縮度は上部の
方が下部よりも約 0.2％高くなっている。従って、燃料
の製造および検査がやや複雑になるが、短尺燃料棒の濃
縮度を過度に低くする必要がないので局所出力ピーキン
グを低くすることができる。As a result, the average cross-sectional enrichment of the aggregates is about 0.2% higher in the upper part than in the lower part. Therefore, although the production and inspection of the fuel are slightly complicated, it is not necessary to make the enrichment of the short fuel rods excessively low, so that the local power peaking can be reduced.
【０１３４】（第５の実施例）本発明の第５の実施例で
ある燃料集合体を図10により説明する。図１に示した第
１の実施例では長尺燃料棒を第２群の燃料棒としていた
が、本実施例では、番号７の２本の短尺燃料棒の有効部
分の全域に濃度 0.5％のガドリニアを含有させて第２群
の燃料棒としている。(Fifth Embodiment) A fuel assembly according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the first embodiment shown in FIG. 1, the long fuel rods were used as the second group of fuel rods. However, in this embodiment, the two short fuel rods of No. 7 have a concentration of 0.5% over the entire effective portion. The second group of fuel rods was made to contain gadolinia.
【０１３５】本実施例では、上下端の天然ウラン部を除
き、全ての燃料棒において燃料ペレットの組成が途中で
変わらないので、燃料の製造および検査が大幅に簡素化
される。In this embodiment, except for the natural uranium parts at the upper and lower ends, the composition of the fuel pellets does not change in the middle of all the fuel rods, so the fuel production and inspection are greatly simplified.
【０１３６】（第６の実施例）本発明の第６の実施例で
ある燃料集合体を図11により説明する。本実施例では、
図１に示した第１の実施例と比べて、番号６の第１群の
燃料棒において、短尺燃料棒３の上端よりも上部のガド
リニア濃度を低くしている。これにより運転サイクル末
期におけるガドリニアの燃え残りを減少させ、経済性を
高めている。(Sixth Embodiment) A fuel assembly which is a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment,
Compared with the first embodiment shown in FIG. 1, in the first group of fuel rods of No. 6, the gadolinia concentration above the upper ends of the short fuel rods 3 is lower. This reduces the unburned residue of gadolinia at the end of the operation cycle and improves economic efficiency.
【０１３７】図12に示した短尺燃料棒３を有する高燃焼
度用燃料集合体１では、原子炉停止時には、冷却材の多
い上部では高密度の低温水が中性子吸収材として作用す
るので、この領域のガドリニア濃度を低くしても炉停止
余裕は十分確保できる。仮に、炉停止余裕が過度に減少
するようであれば、上部における濃縮度を下部よりも0.
1〜 0.3％程度低くしてもよい。In the high burnup fuel assembly 1 having the short fuel rods 3 shown in FIG. 12, when the reactor is shut down, high-density low-temperature water acts as a neutron absorber in the upper part where there is a large amount of coolant. Even if the gadolinia concentration in the region is lowered, a sufficient shutdown margin can be secured. If the reactor shutdown margin decreases excessively, the enrichment in the upper part should be 0.
It may be lowered by about 1 to 0.3%.
【０１３８】第６の実施例ではまた、番号６の第１群の
燃料棒の下部のガドリニア濃度を濃くしている。その境
界位置は、番号７の第２群の燃料棒においてガドリニア
が含有されている領域の上端とは異なっている。In the sixth embodiment, the gadolinia concentration in the lower part of the first group of fuel rods having the number 6 is also increased. The boundary position is different from the upper end of the region containing gadolinia in the second group of fuel rods numbered 7.
【０１３９】このように、第１群および第２群における
ガドリニア濃度の境界位置、さらに軸方向に濃縮度が分
布する場合の濃縮度の境界位置は、種々の組合せが考え
られる。As described above, various combinations can be considered for the boundary position of the gadolinia concentration in the first and second groups and the boundary position of the enrichment when the enrichment is distributed in the axial direction.
【０１４０】[0140]
【発明の効果】本発明によれば、長尺燃料棒と短尺燃料
棒とで構成された高燃焼度用燃料集合体において、短尺
燃料棒が存在する軸方向下部領域の少なくとも一部のみ
に低濃度のガドリニアを含有させることによって、軸方
向出力分布を最適に制御することができる。According to the present invention, in a high burnup fuel assembly composed of a long fuel rod and a short fuel rod, a low burn rate is provided only in at least a part of an axial lower region in which the short fuel rod exists. By including the concentration of gadolinia, the axial power distribution can be optimally controlled.
【０１４１】すなわち、運転サイクル初期の出力分布が
平坦化されるので、最大線出力密度を低減することがで
きる。さらに、運転サイクル中期では出力分布を下方ピ
ークにすることができるので、スペクトルシフト効果を
助長して経済性を向上させることができる。That is, since the output distribution in the initial stage of the operation cycle is flattened, the maximum linear output density can be reduced. Further, since the output distribution can peak downward in the middle of the operation cycle, it is possible to promote the spectrum shift effect and improve the economical efficiency.
【０１４２】また、２ストリーム炉心において、短尺燃
料棒が存在する軸方向下部領域の少なくとも一部のみに
ガドリニアを含有する燃料棒の本数を、ガドリニア入り
燃料棒本数の多いタイプ１燃料集合体よりもガドリニア
入り燃料棒本数の少ないタイプ２燃料集合体において多
くすることによって、計画どおり運転されている平衡炉
心のみならず、運転サイクル長さの変動があった場合に
も最大線出力密度を十分低くすることができる。In the two-stream core, the number of fuel rods containing gadolinia in at least a part of the axial lower region where the short fuel rods are present is smaller than that of the type 1 fuel assembly having a large number of gadolinia-containing fuel rods. By increasing the number of type-2 fuel assemblies with a small number of gadolinia-containing fuel rods, not only the equilibrium core that is operating as planned, but also the maximum linear power density is sufficiently reduced when there are fluctuations in the operating cycle length. be able to.
【０１４３】さらに、低燃焼度用燃料集合体で構成され
た平衡炉心から高燃焼度用燃料集合体で構成された平衡
炉心への移行サイクルにおいても、最大線出力密度を十
分に低くすることができる。Further, even in the transition cycle from the equilibrium core composed of low burnup fuel assemblies to the equilibrium core composed of high burnup fuel assemblies, the maximum linear power density can be made sufficiently low. it can.
【０１４４】また、燃料集合体の最外周に配置されてい
る長尺燃料棒のうち短尺燃料棒に隣接する燃料棒の濃縮
度を、タイプ１燃料集合体よりもタイプ２燃料集合体に
おいて低くすることによって、燃焼初期において無限増
倍率の大きいタイプ２燃料集合体の低温時局所出力ピー
キングを低減することができるので、制御棒落下事故に
対する安全性が高まる。Further, among the long fuel rods arranged at the outermost periphery of the fuel assembly, the fuel rods adjacent to the short fuel rods have a lower enrichment in the type 2 fuel assembly than in the type 1 fuel assembly. As a result, the local output peaking at a low temperature of the type 2 fuel assembly, which has a large infinite multiplication factor in the early stage of combustion, can be reduced, so that the safety against a control rod drop accident is enhanced.
【０１４５】以上説明したように、本発明を適用するこ
とによって、原子炉の運転中および停止時において安全
性が高く、しかも経済性に優れた高燃焼度用燃料集合体
を提供することができる。As described above, by applying the present invention, it is possible to provide a high burnup fuel assembly which is highly safe during operation and shutdown of the nuclear reactor and which is also excellent in economic efficiency. .
【図１】本発明の第１の実施例における燃料集合体の横
断面に対応する各燃料棒の濃縮度およびガドリニア濃度
を示す軸方向分布図。FIG. 1 is an axial distribution diagram showing enrichment and gadolinia concentration of each fuel rod corresponding to a cross section of a fuel assembly according to a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の第１の実施例である燃料集合体を装荷
した炉心における軸方向出力ピーキングの従来例に対す
る増加率を示す特性図で、（Ａ）は第２群の燃料棒に含
有されるガドリニア濃度を変化させた場合、（Ｂ）は第
２群の燃料棒本数、または第２群の燃料棒においてガド
リニアが含有されている領域の長さを変化させた場合を
それぞれ示す。FIG. 2 is a characteristic diagram showing an increase rate of axial power peaking in a core loaded with a fuel assembly according to the first embodiment of the present invention with respect to a conventional example. (A) is contained in a second group of fuel rods. (B) shows the case where the number of fuel rods of the second group or the length of the region containing gadolinia in the fuel rods of the second group is changed when the gadolinia concentration is changed.
【図３】本発明の第２の実施例である２ストリーム用燃
料集合体の各燃料棒の濃縮度およびガドリニアの軸方向
分布図で、（Ａ）はタイプ１燃料集合体を、（Ｂ）はタ
イプ２燃料集合体をそれぞれ示す。FIG. 3 is an axial distribution diagram of enrichment and gadolinia of each fuel rod of a two-stream fuel assembly according to a second embodiment of the present invention, where (A) is a type 1 fuel assembly and (B) is Indicate Type 2 fuel assemblies, respectively.
【図４】従来例である２ストリーム用燃料集合体の各燃
料棒の濃縮度およびガドリニアの軸方向分布図で、
（Ａ）はタイプ１燃料集合体を、（Ｂ）はタイプ２燃料
集合体をそれぞれ示す。FIG. 4 is an axial distribution map of enrichment and gadolinia of each fuel rod of a conventional two-stream fuel assembly,
(A) shows a type 1 fuel assembly, and (B) shows a type 2 fuel assembly.
【図５】（Ａ）は本発明の第２の実施例または従来例で
ある２ストリーム燃料集合体のみを装荷した平衡炉心の
１／４を示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）における最大線出
力密度を示す特性図。5A is a plan view showing a quarter of an equilibrium core loaded with only a two-stream fuel assembly according to a second embodiment of the present invention or a conventional example, and FIG. 5B is a maximum view in FIG. The characteristic view which shows a linear output density.
【図６】（Ａ）は低燃焼度用燃料集合体のみを装荷した
平衡炉心から図５の平衡炉心への移行第１サイクルの炉
心の１／４を示す燃料配置図、（Ｂ）は（Ａ）における
最大線出力密度を示す特性図。FIG. 6 (A) is a fuel layout diagram showing 1/4 of the core of the first cycle of transition from the equilibrium core loaded with only the low burnup fuel assembly to the equilibrium core of FIG. 5, and (B) is ( The characteristic view which shows the maximum linear power density in A).
【図７】（Ａ）は低燃焼度用燃料集合体のみを装荷した
平衡炉心から図５の平衡炉心への移行第２サイクルの炉
心の１／４を示す燃料配置図、（Ｂ）は（Ａ）における
最大線出力密度を示す特性図。FIG. 7 (A) is a fuel arrangement diagram showing 1/4 of the core of the second cycle of transition from the equilibrium core loaded with only the low burnup fuel assembly to the equilibrium core of FIG. 5; The characteristic view which shows the maximum linear power density in A).
【図８】本発明の第３の実施例である２ストリーム炉心
に用いられるタイプ２燃料集合体の各燃料棒の濃縮度お
よびガドリニアの軸方向分布図。FIG. 8 is an axial distribution diagram of enrichment and gadolinia of each fuel rod of a type 2 fuel assembly used in a two-stream core that is a third embodiment of the present invention.
【図９】本発明の第４の実施例である燃料集合体の各燃
料棒の濃縮度およびガドリニアの軸方向分布図。FIG. 9 is an axial distribution diagram of enrichment and gadolinia of each fuel rod of a fuel assembly according to a fourth embodiment of the present invention.
【図１０】本発明の第５の実施例である燃料集合体の各
燃料棒の濃縮度およびガドリニアの軸方向分布図。FIG. 10 is an axial distribution diagram of enrichment and gadolinia of each fuel rod of the fuel assembly according to the fifth embodiment of the present invention.
【図１１】本発明の第６の実施例である燃料集合体の各
燃料棒の濃縮度およびガドリニアの軸方向分布図。FIG. 11 is an axial distribution diagram of enrichment and gadolinia of each fuel rod of the fuel assembly according to the sixth embodiment of the present invention.
【図１２】（Ａ）は従来の高燃焼度用燃料集合体を一部
断面で示す立面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ矢視断面
図、（Ｃ）は（Ａ）のＣ−Ｃ矢視断面図。FIG. 12 (A) is an elevation view showing a conventional high burnup fuel assembly in a partial cross section, (B) is a cross sectional view taken along the line BB of (A), and (C) is (A). 6 is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG.
【図１３】図12における燃料集合体のボイド率40％時の
無限増倍率の燃焼変化を示す特性図。13 is a characteristic diagram showing a combustion change of infinite multiplication factor when the void rate of the fuel assembly in FIG. 12 is 40%.
【図１４】（Ａ）は66本の長尺燃料棒２と８本の短尺燃
料棒３で構成された第１の燃料集合体または74本の長尺
燃料棒２のみで構成された第２の燃料集合体を装荷した
炉心の出力ピーキングを示す特性図、（Ｂ）は各々の最
大線出力密度を示す特性図、（Ｃ）は運転サイクル初期
における軸方向出力分布図、（Ｄ）は運転サイクル末期
における軸方向出力分布図。FIG. 14A is a first fuel assembly composed of 66 long fuel rods 2 and 8 short fuel rods 3 or a second fuel rod composed of only 74 long fuel rods 2; Is a characteristic diagram showing the power peaking of the core loaded with the fuel assembly of (1), (B) is a characteristic diagram showing the maximum linear power density of each, (C) is an axial power distribution diagram at the beginning of the operation cycle, (D) is the operation Axial output distribution map at the end of the cycle.
【図１５】図９に示す燃料集合体の下部のみに２本のガ
ドリニアを追加して含有させた場合の無限増倍率の燃焼
変化を示す特性図。FIG. 15 is a characteristic diagram showing a combustion change of infinite multiplication factor when two gadolinia are additionally contained only in the lower portion of the fuel assembly shown in FIG. 9.
１…燃料集合体、２…長尺燃料棒、３…短尺燃料棒、４
…上部タイプレート、５…下部タイプレート、６…太径
ウォータロッド、７…チャンネルボックス、８…スペー
サ、９…外部スプリング。1 ... Fuel assembly, 2 ... Long fuel rod, 3 ... Short fuel rod, 4
... Upper tie plate, 5 ... Lower tie plate, 6 ... Large diameter water rod, 7 ... Channel box, 8 ... Spacer, 9 ... External spring.
Claims (3)
効部分が短い短尺燃料棒とを格子状に束ねて構成される
燃料集合体において、可燃性毒物を含有する燃料棒とし
て、その上下端を除く大部分に可燃性毒物が含有されて
いる第１群の前記長尺燃料棒と、前記短尺燃料棒が存在
する軸方向下部領域に相当する部位の少なくとも一部分
だけに可燃性毒物が含有されている第２群の前記長尺ま
たは短尺燃料棒とを具備していることを特徴とする燃料
集合体。1. A fuel assembly comprising a long fuel rod and a short fuel rod having an effective portion shorter than that of the long fuel rod bundled in a lattice pattern as a fuel rod containing a burnable poison. Except for the upper and lower ends, the first group of the long fuel rods containing most of the combustible poisons, and at least a part of the portion corresponding to the axial lower region where the short fuel rods are present, are the combustible poisons. And a second group of the long or short fuel rods containing the fuel assembly.
棒の本数が多いタイプ１燃料集合体と、前記第１群の長
尺燃料棒の本数が前記タイプ１燃料集合体よりも少ない
タイプ２燃料集合体とが装荷され、しかも前記第２群の
長尺または短尺燃料棒の本数が、前記タイプ１燃料集合
体よりも前記タイプ２燃料集合体において多いことを特
徴とする沸騰水型原子炉用炉心。2. A type 1 fuel assembly having a larger number of the long fuel rods of the first group according to claim 1, and a type 1 fuel assembly having a larger number of the long fuel rods of the first group than the type 1 fuel assembly. And the number of long or short fuel rods of the second group is larger in the type 2 fuel assembly than in the type 1 fuel assembly. Water reactor core.
部分が短い短尺燃料棒とを格子状に束ねて構成される燃
料集合体を装荷した沸騰水型原子炉用炉心において、可
燃性毒物を含有する燃料棒の本数が多いタイプＡ燃料集
合体と、可燃性毒物を含有する燃料棒の本数が前記タイ
プＡ燃料集合体よりも少ないタイプＢ燃料集合体とが装
荷され、前記燃料集合体の最外周にあって前記短尺燃料
棒に隣接する少なくとも一部の前記長尺燃料棒Ｃの核分
裂性物質含有量が、前記タイプＢ燃料集合体において前
記タイプＡ燃料集合体よりも低いことを特徴とする沸騰
水型原子炉用炉心。3. A core for a boiling water reactor equipped with a fuel assembly configured by bundling long fuel rods and short fuel rods having an effective portion shorter than that of the long fuel rods in a lattice pattern, A type A fuel assembly having a large number of fuel rods containing a poisonous substance and a type B fuel assembly having a smaller number of fuel rods containing a burnable poison than the type A fuel assembly are loaded, and the fuel is used. The fissile material content of at least a part of the long fuel rods C adjacent to the short fuel rods on the outermost periphery of the assembly is lower in the type B fuel assembly than in the type A fuel assembly. A boiling water reactor core characterized by:
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| JP26876992A JP3237922B2 (en) | 1992-10-07 | 1992-10-07 | Fuel assemblies and cores for boiling water reactors |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6343106B1 (en) | 1998-08-27 | 2002-01-29 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Boiling water reactor and operation thereof |
| JP2008286529A (en) * | 2007-05-15 | 2008-11-27 | Toshiba Corp | Method for controlling criticality of nuclear fuel cycle facility, method for manufacturing uranium dioxide powder, nuclear reactor's fuel rods, and fuel assembly |
-
1992
- 1992-10-07 JP JP26876992A patent/JP3237922B2/en not_active Expired - Lifetime
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| JP2008286529A (en) * | 2007-05-15 | 2008-11-27 | Toshiba Corp | Method for controlling criticality of nuclear fuel cycle facility, method for manufacturing uranium dioxide powder, nuclear reactor's fuel rods, and fuel assembly |
| US8130896B2 (en) | 2007-05-15 | 2012-03-06 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method of controlling criticality of nuclear fuel cycle facility, method of producing uranium dioxide powder, reactor fuel rod, and fuel assembly |
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