JPH067182B2 - Fuel assembly - Google Patents

Fuel assembly

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JPH067182B2
JPH067182B2 JP61166012A JP16601286A JPH067182B2 JP H067182 B2 JPH067182 B2 JP H067182B2 JP 61166012 A JP61166012 A JP 61166012A JP 16601286 A JP16601286 A JP 16601286A JP H067182 B2 JPH067182 B2 JP H067182B2
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JP
Japan
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fuel
fuel assembly
enrichment
rod
axial
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JP61166012A
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JPS6321589A (en
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厚治 蛭川
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Toshiba Corp
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は沸騰水型原子炉(以下BWRという)の燃料集
合体の改良に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Field of Industrial Application) The present invention relates to an improvement in a fuel assembly of a boiling water reactor (hereinafter referred to as BWR).

(従来の技術) BWRで使用されている燃料集合体は、一般に以下のよ
うな構成となっている。すなわち断面が略正方形のチャ
ンネルボックス内には複数本(例えば8行×8列=64
本)の燃料棒が格子状に装荷されており、その上端およ
び下端は上部タイプレートおよび下部タイプレートによ
り固定されている。また軸方向数箇所に亘ってスペーサ
が設置されており、このスペーサにより燃料棒の間隔保
持をなしている。上記燃料棒は被覆管内に二酸化ウラン
(UO)を焼固めた複数の燃料ペレットを装荷した構
成をなしており、その上端および下端は上部端栓および
下部端栓により密封されている。
(Prior Art) A fuel assembly used in a BWR generally has the following configuration. That is, a plurality of channels (eg, 8 rows × 8 columns = 64) are provided in a channel box having a substantially square cross section.
Book) fuel rods are loaded in a grid pattern, and the upper and lower ends are fixed by the upper tie plate and the lower tie plate. Further, spacers are installed at several points in the axial direction, and the spacers maintain the distance between the fuel rods. The fuel rod has a structure in which a plurality of fuel pellets obtained by sintering uranium dioxide (UO 2 ) is loaded in a cladding tube, and the upper end and the lower end thereof are sealed by an upper end plug and a lower end plug.

原子炉の運転に際して上記燃料棒の健全性を確保するた
めには、燃料棒単位長さ当りの出力(以下線出力密度と
いう)を設計制限値以下に抑制する必要があり、その為
通常以下に示すような設計をなしている。
In order to ensure the integrity of the above fuel rods during the operation of the nuclear reactor, it is necessary to suppress the output per unit length of the fuel rods (hereinafter referred to as linear power density) to below the design limit value. The design is as shown.

まず場合燃料集合体の横断面における熱中性子束分布
は、水ギャップに面した最外周位置の燃料棒が最とも高
く、内側では低いものとなっている。そこで出力分布を
平坦化して出力ピーキングを下げるために燃料集合体の
中央にウォーターロッドを配置して冷却材を流通させ
て、燃料集合体中央部の熱中性子束を増加させることが
なされている。又燃料棒の濃縮度としては4種類のもの
を使用し、熱中性子束が高い位置(燃料集合体のコーナ
部及び最外周部)に低濃縮度の燃料棒を配置するととも
に、熱中性子束が段階的に低くなる内側にいく程高濃縮
度の燃料棒を配置することが行なわれている。
First, in the case, the thermal neutron flux distribution in the cross section of the fuel assembly is highest at the outermost fuel rods facing the water gap and low at the inner side. Therefore, in order to flatten the output distribution and reduce the output peaking, a water rod is arranged in the center of the fuel assembly to circulate the coolant to increase the thermal neutron flux in the central part of the fuel assembly. In addition, four types of fuel rod enrichment are used, and low enrichment fuel rods are placed at the positions where the thermal neutron flux is high (the corners and outermost periphery of the fuel assembly), and the thermal neutron flux is It is practiced to arrange fuel rods having a higher enrichment toward the inner side which becomes gradually lower.

次にBWRの場合にはボイドが発生する為に、軸方向
出力分布が下方ピークとなる特性を有している。そこで
軸方向出力分布を平坦化するべく、第5図に示すような
軸方向濃縮度分布設計及びガドリニア設計を行なってい
る。すなわち燃料濃縮度を上方で高くするとともに、ガ
ドリニア濃度については逆に下方で高くなるようにして
いる。これによって軸方向上方での燃焼を促進させて線
出力密度の低減(10〜20%)を図っている。尚第5図中
左側の線図は横軸に濃縮度をとり縦軸に炉心軸方向位置
(図中斜線部の長さを燃料有効長とする)をとって、濃
縮度の軸方向分布を示した図である。又第5図中右側の
線図は横軸にガドリニア濃度をとり縦軸に燃料有効長を
とってガドリニアの軸方向分布を示している。このよう
に従来の場合には、線出力密度を設計制限値以下に抑制
するべく低出力ピーキングの複雑な核設計を行なってい
た。
Next, in the case of BWR, since the voids are generated, the output distribution in the axial direction has a downward peak. Therefore, in order to flatten the axial output distribution, the axial enrichment distribution design and the gadolinia design as shown in FIG. 5 are performed. That is, the fuel enrichment is increased upward, and conversely, the gadolinia concentration is increased downward. This promotes combustion in the axial upper direction to reduce the linear power density (10 to 20%). In the diagram on the left side of Fig. 5, the horizontal axis represents the enrichment and the vertical axis represents the axial position of the core (the length of the shaded portion in the figure is the active fuel length) to show the axial distribution of the enrichment. It is the figure shown. The diagram on the right side of FIG. 5 shows the gadolinia concentration in the axial direction with the gadolinia concentration on the horizontal axis and the active fuel length on the vertical axis. As described above, in the conventional case, in order to suppress the linear power density to be equal to or less than the design limit value, a complicated nuclear design with low power peaking is performed.

また(8行×8列)の燃料集合体の代わりに、(9行
×9列)の燃料集合体の採用が考えられている。これは
燃料棒の本数を増加させることによって、燃料棒1本当
りの出力を低減させる、すなわち線出力密度を低減させ
る方法である。この方法によれば約20%程度線出力密度
を低減させることが出来る。
Also, instead of the fuel assembly of (8 rows x 8 columns), adoption of a fuel assembly of (9 rows x 9 columns) is considered. This is a method in which the output per fuel rod is reduced by increasing the number of fuel rods, that is, the linear power density is reduced. According to this method, the linear power density can be reduced by about 20%.

ところで、昨今燃料再処理の増加傾向及びサイクル長期
化の傾向があり、取替え燃料を高濃縮度化して取替え体
数を低減して燃料サイクル費を改善することか要求され
ている。又ジルコニウムライナ燃料棒(燃料棒の被覆管
の内側にジルコニウムをライニングしてペレットと被覆
管との熱膨張差を吸収するものである)の開発により、
線出力密度制限の中でできるだけ低濃縮度で高反応度の
燃料を設計し、燃料サイクル費を低減させることが要求
されている。かかる昨今の設計要求に対して第6図に示
すような核設計概念の(8行×8列)燃料集合体が実用
化されている。しかしながら(9行×9列)の燃料集合
体に対しては、上記ジルコニウムライナ燃料棒と組合わ
せた最適概念の確立はなされていないという問題があ
る。これを更に具体的にいうと、例えば燃料サイクル費
改善の原子炉運転方法として、サイクル初期から中期に
かけて線出力密度制限ぎりぎりまで下方出力分布にて運
転し、サイクル末期においては、出力分布を中央ピーク
或いは上方ピークとし、それによって炉心ボイド率を低
減させて炉心反応度を得るという運転方法が採用されて
いる(以下BSO運転と称す)。しかしながら(8×
8)燃料集合体の場合には前述したように軸方向設計を
複雑にして軸方向出力分布を制御しているので、上記B
SO運転による反応度利得は小さい。これに対して(9
×9)燃料集合体の場合には、軸方向設計を複雑にしな
くとも出力密度制限は充足される。ところが(9×9)
とすることにより共鳴吸収が増大し、かつボイド係数が
負値で絶対値が大きくなり(8×8)の場合に比べて反
応度的に不利となる。尚ここに共鳴吸収とは、燃料棒の
本数を増加させることにより燃料棒相互間の距離が短く
なり(本数を増加させても燃料集合体としての寸法は同
じであるため)、その結果燃料棒同志が相互に干渉する
現象をいう。その為燃料サイクル費を(8×8)燃料集
合体以上に有利にするには、上記BSO運転において、
(8×8)燃料集合体の場合よりも末期軸方向出力分布
を上方ピークにしてボイド反応度を小さくしなければな
らない。しかしながら(9×9)燃料集合体の場合に
は、上述したようにボイド係数が負の方向に大きくなる
ので、軸方向出力分布が(8×8)燃料集合体の場合よ
りも上方ピークとなり、その結果スクラムカーブが悪化
する。すなわち制御棒を挿入しても燃焼部分が上方にあ
るので、スクラムするのに時間がかかるのである。それ
と同時に圧力上昇過度現象(例えば発電機負荷遮断又は
タービントリップ)時に、ΔMCPR(限界出力比の変
化量)が(8×8)燃料集合体の場合よりも大きくな
り、その為通常運転時のCPR(限界出力比)制限値
(OCMCPR)を大きくしなければならないという問
題が有る。
By the way, recently, there is an increasing tendency of fuel reprocessing and a tendency of prolonging the cycle, and it is required to improve the fuel cycle cost by increasing the enrichment of the replacement fuel to reduce the number of replacements. Also, with the development of zirconium liner fuel rods (zirconium is lined inside the cladding of fuel rods to absorb the difference in thermal expansion between pellets and cladding),
It is required to design the fuel with the lowest possible enrichment and high reactivity within the linear power density limit to reduce the fuel cycle cost. In response to these recent design requirements, a fuel assembly of the nuclear design concept (8 rows × 8 columns) as shown in FIG. 6 has been put into practical use. However, there is a problem in that the optimum concept in combination with the zirconium liner fuel rod has not been established for the (9 rows × 9 columns) fuel assembly. More specifically, for example, as a reactor operating method for improving fuel cycle cost, the reactor is operated with a lower power distribution from the beginning of the cycle to the end of the line power density limit until the end of the cycle, and at the end of the cycle, the output distribution is at the central peak Alternatively, an operation method is adopted in which the peak is set to the upper peak, and thereby the core void fraction is reduced to obtain the core reactivity (hereinafter referred to as BSO operation). However (8 ×
8) In the case of the fuel assembly, the axial power distribution is controlled by complicating the axial design as described above.
The reactivity gain due to SO operation is small. On the other hand, (9
× 9) In the case of the fuel assembly, the power density limit is satisfied without complicating the axial design. However (9x9)
By this, the resonance absorption increases, and the void coefficient becomes a negative value and the absolute value becomes large, which is disadvantageous in terms of reactivity as compared with the case of (8 × 8). Resonance absorption means that the distance between the fuel rods becomes shorter by increasing the number of fuel rods (since the size of the fuel assembly is the same even if the number of fuel rods is increased), as a result, the fuel rods are absorbed. It is a phenomenon in which fellows interfere with each other. Therefore, in order to make the fuel cycle cost more advantageous than the (8 × 8) fuel assembly, in the above BSO operation,
The void reactivity must be reduced by making the end-stage axial power distribution have an upper peak than in the case of the (8 × 8) fuel assembly. However, in the case of the (9 × 9) fuel assembly, since the void coefficient increases in the negative direction as described above, the axial power distribution has an upper peak than that in the case of the (8 × 8) fuel assembly, As a result, the scrum curve gets worse. That is, even if the control rod is inserted, since the combustion portion is located above, it takes time to scram. At the same time, when the pressure rise transient phenomenon (for example, generator load cutoff or turbine trip), ΔMCPR (change amount of limit output ratio) becomes larger than that in the case of (8 × 8) fuel assembly, and therefore CPR during normal operation (Limit output ratio) There is a problem that the limit value (OCMCPR) must be increased.

(発明が解決しようとする問題点) このように従来の(8×8)燃料集合体および(9×
9)燃料集合体にあっては種々の問題があり、本発明は
まさにこのような点に基づいてなされものでその目的と
するところは、(9×9)燃料集合体において、線出力
密度制限の中でより燃料経済性の高い燃料集合体を提供
することにある。
(Problems to be Solved by the Invention) Thus, the conventional (8 × 8) fuel assembly and (9 ×)
9) There are various problems in the fuel assembly, and the present invention has been made on the basis of such a point, and an object of the invention is to limit the linear power density in the (9 × 9) fuel assembly. Among them, it is to provide a fuel assembly with higher fuel economy.

[発明の構成] (問題点を解決するための手段) すなわち本発明による燃料集合体は、チャンネルボック
ス内に燃料棒を9行×9列に格子状に配列し、その上端
及び下端を上部タイプレート及び下部タイプレートで固
定するともに、軸方向複数箇所に燃料棒の間隔保持をな
すスペーサを設置してなる燃料集合体において、最外周
位置に燃料濃縮度の高い燃料棒を配置するとともに、軸
方向下部の燃料濃縮度を軸方向上部の燃料濃縮度より高
くしたことを特徴とするものである。
[Configuration of Invention] (Means for Solving Problems) That is, in the fuel assembly according to the present invention, the fuel rods are arranged in a lattice in 9 rows × 9 columns in the channel box, and the upper and lower ends thereof are of the upper type. And a lower tie plate, and in a fuel assembly in which spacers are provided at a plurality of positions in the axial direction for maintaining the distance between the fuel rods, the fuel rods with high fuel enrichment are arranged at the outermost peripheral position, and It is characterized in that the fuel enrichment at the lower part in the direction is made higher than the fuel enrichment at the upper part in the axial direction.

(作用) まず(9×9)燃料集合体の採用により(8×8)燃料
集合体の場合より熱的余裕が増大することに着目して、
最外周位置に燃料濃縮度が高い燃料を配置して燃料経済
性を向上させんとする。つまり(9×9)燃料集合体は
(8×8)燃料集合体に比べて略20%程度燃料棒の本数
が増加し、その結果平均線出力密度が20%程度低下す
る。これについては前述した通りである。したがって従
来と同様の出力ピーキング係数(局所ピーキング係数)
の設計を行なえば、(9×9)燃料集合体の最大線出力
密度は約20%程度低下して熱的余裕が増大するのであ
る。これは逆に言えば同一の最大線出力密度を採用ると
すれば1.2倍まで局所出力ピーキング係数を高くするこ
とができるのである。また軸方向下方の燃料濃縮度を軸
方向上方より高くすることにより、(9×9)燃料集合
体における軸方向出力分布を下方ピークとするものであ
る。
(Operation) First, focusing on the fact that the adoption of the (9 × 9) fuel assembly increases the thermal margin as compared with the case of the (8 × 8) fuel assembly,
Fuel with high fuel enrichment is placed at the outermost position to improve fuel economy. That is, the number of fuel rods in the (9 × 9) fuel assembly is increased by about 20% as compared with the (8 × 8) fuel assembly, and as a result, the average linear power density is reduced by about 20%. This is as described above. Therefore, the output peaking coefficient (local peaking coefficient) similar to the conventional one
The maximum linear power density of the (9 × 9) fuel assembly decreases about 20% and the thermal margin increases. Conversely speaking, if the same maximum linear power density is adopted, the local output peaking coefficient can be increased up to 1.2 times. Further, by making the fuel enrichment on the lower side in the axial direction higher than that on the upper side in the axial direction, the axial power distribution in the (9 × 9) fuel assembly has a lower peak.

(実施例) 以下第1図乃至第4図を参照して本発明の一実施例を説
明する。第1図は本実施例による燃料集合体101の横
断面図である。図中符号102はチャンネルボックスで
あり、このチャンネルボックス102はその断面が略正
方形をなしている。このチャンネルボックス102内に
は複数本(9×9)の燃料棒103が格子状に配置され
ている。これら複数本の燃料棒103はその上端および
下端を図示しない上部タイプレートおよび下部タイプレ
ートにより固定されている。軸方向には複数箇所に亘っ
てスペーサが設置されており、振動防止が図られてい
る。尚図中符号104は制御棒であり、4体の燃料集合
101の中心に1体の制御棒104が配置され、単位
格子を形成している。
(Embodiment) An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 4. FIG. 1 is a cross-sectional view of a fuel assembly 101 according to this embodiment. In the figure, reference numeral 102 is a channel box, and the channel box 102 has a substantially square cross section. A plurality of (9 × 9) fuel rods 103 are arranged in a lattice in the channel box 102. The upper and lower ends of the plurality of fuel rods 103 are fixed by an upper tie plate and a lower tie plate (not shown). Spacers are installed at a plurality of locations in the axial direction to prevent vibration. Reference numeral 104 in the drawing denotes a control rod, and one control rod 104 is arranged at the center of the four fuel assemblies 101 to form a unit lattice.

上記燃料棒103は複数種類のものからなり、夫々所定
位置に配置されている。まず図中符号Gで示す燃料棒1
03は二酸化ウラン(uo)の中に可燃性毒物として
のガドリニア(Gd)を含有した燃料ペレットを
積層してなるものである。この燃料棒103は(2,
3)、(2,7)、(3,2)、(3,5)、(3,
8)、(5,3)、(5,7)、(7,2)、(7,
5)、(7,8)、(8,3)、(8,7)位置に配置
されている。尚第1図中位置を示すために横軸および縦
軸に番号を付して示し、縦軸および横軸の番号によりそ
の位置を特定するようにしている。またこの燃料棒10
3は第2図に示すように上端にブランケット領域(N)
を有している。これはガドリニアを含有した燃料ペレッ
トは熱伝導度が若干低いのでペレットの温度が上昇し、
その結果核分裂生成ガス(以下FPガスという)の放出
がガドリニアを含有しない燃料棒と比較して多くなり、
内圧が高くなる傾向に有るからである。そして下部ブラ
ンケット領域については、ガスプレナムに当てる。仮に
内圧が高い場合には上部ブランケット領域についてもガ
スプレナムに当てる。又濃縮領域は2つに分離されてお
り、上方の濃縮領域(燃料有効長の1/12〜1/6)は濃縮
度が3.0wt%でありガドリニア濃度が4.5wt%である。又
下方の濃縮領域はその濃縮度が4.6wt%であって、ガド
リニア濃度は4.5wt%である。
The fuel rods 103 are made of a plurality of types and are arranged at predetermined positions. First, the fuel rod 1 indicated by reference numeral G in the drawing
No. 03 is a stack of fuel pellets containing gadolinia (Gd 2 O 3 ) as a burnable poison in uranium dioxide (uo 2 ). This fuel rod 103 has (2
3), (2,7), (3,2), (3,5), (3
8), (5,3), (5,7), (7,2), (7,
5), (7,8), (8,3), and (8,7). The horizontal axis and the vertical axis are numbered to indicate the position in FIG. 1, and the position is specified by the numbers on the vertical axis and the horizontal axis. Also this fuel rod 10
3 is a blanket area (N) at the upper end as shown in FIG.
have. This is because the fuel pellet containing gadolinia has a slightly low thermal conductivity, so the temperature of the pellet rises,
As a result, the amount of fission product gas (hereinafter referred to as FP gas) is increased as compared with the fuel rod containing no gadolinia,
This is because the internal pressure tends to increase. The lower blanket area is then applied to the gas plenum. If the internal pressure is high, apply the upper blanket area to the gas plenum. The enrichment region is divided into two, and the enrichment region in the upper part (1/12 to 1/6 of the active fuel length) has a concentration of 3.0 wt% and a gadolinia concentration of 4.5 wt%. In the lower concentrated region, the concentration is 4.6 wt% and the gadolinia concentration is 4.5 wt%.

又図中符号Pで示す燃料棒は部分長燃料棒である。この
部分長燃料棒103は第2図に示すように他の燃料棒1
03と比較してその軸方向長さが短くなっている。この
部分長燃料棒103は(2,2)、(2,5)、(2,
8)、(5,2)、(5,8)、(8,2)、(8,
5)、(8,8)なる位置に配置されている。また上記
部分長燃料棒103は水力振動を考慮してスペーサグリ
ッドより若干上方に突出することが望ましい。よって部
分長燃料棒の燃料が欠落している部分の長さは上記スペ
ーサグリッドの間隔に依存した値となる。そして部分長
燃料棒103は炉停止余裕の改善、冷却材圧力損失の低
減、ボイド係数の改善といった効果を奏するもので、現
在のBWRのように7個のスペーサグリッドを有する設
計では1スペーサ間隔あるいは2スペーサ間隔とするの
が望ましい。本実施例では2スペーサ間隔としている。
またその濃縮度は4.85wt%ある。
Further, the fuel rod indicated by the symbol P in the figure is a partial length fuel rod. This partial length fuel rod 103 is used for other fuel rods 1 as shown in FIG.
Its axial length is shorter than that of No. 03. This partial length fuel rod 103 has (2, 2), (2, 5), (2
8), (5,2), (5,8), (8,2), (8,
5) and (8, 8). Further, it is desirable that the partial length fuel rod 103 projects slightly above the spacer grid in consideration of hydraulic vibration. Therefore, the length of the portion of the partial length fuel rod where the fuel is missing has a value depending on the spacing of the spacer grid. The partial length fuel rods 103 have the effects of improving the reactor shutdown allowance, reducing the coolant pressure loss, and improving the void coefficient. In the design having seven spacer grids like the current BWR, one spacer interval or It is desirable to have a space between two spacers. In this embodiment, the space between the two spacers is set.
The concentration is 4.85 wt%.

又図中符号Wで示すのはウォーターロッドであって、中
空状となっており中を冷却材が流通する。
In addition, reference numeral W in the drawing denotes a water rod, which is hollow and through which the coolant flows.

図中符号1で示す燃料棒103は、燃料有効長の1/24〜
1/12の長さの天然ウラン又は劣化ウランブランケット領
域(第2図中符号Nで示す)を有しており、またその濃
縮領域は上下2段に分離され、燃料有効長の上端から約
1/3〜1/2の箇所に境目を有している。そして上方の濃縮
度が4.60wt%であるのに対して下方は4.85wt%と高くな
っている。また上記境目の位置は前記部分長燃料棒10
3の燃料有効長の上端と一致させている。
The fuel rod 103 indicated by reference numeral 1 in the drawing has a fuel effective length of 1/24 to
It has a 1/12 natural uranium or depleted uranium blanket region (indicated by symbol N in Fig. 2), and its enrichment region is separated into two upper and lower stages, and it is approximately from the upper end of the active fuel length.
It has a boundary at 1/3 to 1/2. The upper concentration is 4.60 wt%, while the lower concentration is 4.85 wt%. Further, the position of the boundary is the partial length fuel rod 10
Aligned with the upper end of the active fuel length of No. 3.

図中符号2で示す燃料棒は103は、上記符号1で示す
燃料棒103と同様に上下端に天然ウラン又は劣化ウラ
ンブランケット領域Nを有しているが、濃縮領域は分離
されておらず、その濃縮度は4.00wt%である。また符号
3で示す燃料棒103も同様であり、その濃縮度は3.00
wt%である。
The fuel rod 103 shown by reference numeral 2 in the drawing has natural uranium or depleted uranium blanket regions N at the upper and lower ends similarly to the fuel rod 103 shown by the above reference symbol 1, but the enrichment region is not separated, Its enrichment is 4.00 wt%. The fuel rod 103 indicated by reference numeral 3 is also the same, and its enrichment is 3.00.
wt%.

以上各種類毎に説明したが、夫々の本数については第2
図に示す通りであり、その本数および各濃縮度等につい
ては、(9×9)燃料集合体101を採用する運転長さ
に依存して決定されるもので、本実施例では15〜18月間
実効出力(EFPM:Effective Full
Power Per Month)用のものである。又
各燃料棒103の被覆管はジルコニウム合金よりなり、
内側に薄いPCIバリア層が有る。本実施例では純Zr
のライナ層である。
As described above for each type, the number of each is
As shown in the figure, the number and each enrichment, etc. are determined depending on the operation length that employs the (9 × 9) fuel assembly 101, and in the present embodiment, for 15 to 18 months. Effective Output (EFPM: Effective Full)
For Power Per Month). The cladding of each fuel rod 103 is made of zirconium alloy,
There is a thin PCI barrier layer on the inside. In this embodiment, pure Zr
It is the liner layer.

上記構成によると以下のような効果を奏することが出来
る。
With the above configuration, the following effects can be achieved.

まず本実施例による燃料集合体101の場合には、中
性子束分布が高い水ギャップに面した最外周の燃料棒1
03の濃縮度が高いために、熱中性子利用率が向上し、
反応度利得を得ることができ、燃料経済性が向上する。
First, in the case of the fuel assembly 101 according to the present embodiment, the outermost fuel rod 1 facing the water gap having a high neutron flux distribution 1
Due to the high concentration of 03, the thermal neutron utilization rate is improved,
The reactivity gain can be obtained, and the fuel economy is improved.

次に符号1、2、3で示す燃料棒103はその上下端
にブランケット領域(N)が設置されているので、上下
方向への中性子の漏洩を低減させることができ、中性子
インポータンスが高い中央部分の濃縮度を高めているの
で、燃料集合体101としての反応度が高くなってい
る。
Next, the fuel rods 103 indicated by reference numerals 1, 2, and 3 have blanket regions (N) installed at the upper and lower ends thereof, so that the leakage of neutrons in the vertical direction can be reduced, and the central portion having a high neutron importance. Since the enrichment of the fuel assembly 101 is increased, the reactivity of the fuel assembly 101 is high.

そして濃縮領域の内軸方向上端から1/12〜1/6
の領域が低濃縮領域となっているので(Gで示す燃料棒
の上端)、燃料の燃え残りが少なく、炉停止余裕が改善
される。すなわち(9×9)燃料集合体101の場合に
は(8×8)燃料集合体に比較して共鳴吸収が大きく、
かつ上部でのPuの蓄積が多い上に、ボイド係数が大き
いので、上部の出力割合いも(8×8)燃料集合体より
若干小さく、U235の燃え残りも多い。その結果燃焼が
進行した低温状態では、軸方向反応度分布が上方ピーク
になる傾向に有った。この点を本実施例により改善する
ことが出来た。
And 1/12 to 1/6 from the upper end in the axial direction of the concentration region
Region is the low enrichment region (upper end of the fuel rod indicated by G), the unburned residue of the fuel is small and the reactor shutdown margin is improved. That is, in the case of the (9 × 9) fuel assembly 101 , the resonance absorption is larger than that of the (8 × 8) fuel assembly,
In addition, since the accumulation of Pu in the upper part is large and the void coefficient is large, the output ratio in the upper part is slightly smaller than that of the (8 × 8) fuel assembly, and the unburned residue of U 235 is large. As a result, in the low temperature state where combustion progressed, the axial reactivity distribution tended to have an upper peak. This point could be improved by this embodiment.

そして符号1で示す燃料棒にあっては、燃料有効長の
上端から約1/3〜1/2の境目から下の濃縮領域の濃
縮度をその上側の濃縮領域のそれより約0.1〜0.3wt%程
度高めている。この濃縮領域は0〜40%の冷却材ボイド
率に相当し、その上の40〜70%ボイド率部分より水対燃
料比が大きいので、反応度的にも大きい傾向に有る。そ
れによってこの領域の濃縮度を更に高めているので、イ
ンポータンスの高い領域にU235をより多く配置したこ
ととなり、反応度利得を向上させる上で極めて効果的で
ある。
In the fuel rod indicated by reference numeral 1, the enrichment degree in the enrichment region below the boundary of about 1/3 to 1/2 from the upper end of the active fuel length is about 0.1 to 0.3 wt. It is raised by about%. This concentration region corresponds to a coolant void fraction of 0 to 40%, and since the water-to-fuel ratio is larger than that of the 40 to 70% void fraction portion above that, the reactivity tends to be large. Since this further increases the concentration of this region, more U 235 is arranged in the region of high importance, which is extremely effective in improving the reactivity gain.

また(9×9)燃料集合体は、(8×8)燃料集合体
よりもボイド係数が大きいので、第3図及び第4図に示
すように軸方向出力分布は自ずと(8×8)燃料集合体
よりも下方ピークの度合いが強い。尚第3図及び第4図
中斜線部は制御棒であり、第3図(c)及び第4図
(c)は制御棒全引抜の状態である。更に濃縮領域の下
方が濃縮度が高くなっているので、BSO運転を行なう
場合に制御棒パターンを極端な新挿入制御棒パターンに
しなくとも下方ピーク出力分布が得られる。したがって
制御棒による反応度調整余裕を確保する為に炉心有効長
の1/12〜1/6程度制御棒を引抜いた状態で制御棒
パターンを組むことが出来、制御棒計画の運用が容易と
なる。又濃縮領域下部の濃縮度が上部のそれより約0.3w
t%高く、BSO運転を実施してもサイクル末期に下部
の反応度がまだ高いので、軸方向出力分布の形状が従来
よりも穏やかな上方ピークの形状となる。その結果スク
ラムカーブは改善され、異常な過度事象が発生した場合
のΔMCPRが従来の軸方向一様濃縮度設計よりも小さ
くなる。
Further, since the void coefficient of the (9 × 9) fuel assembly is larger than that of the (8 × 8) fuel assembly, the axial power distribution naturally becomes (8 × 8) fuel assembly as shown in FIGS. 3 and 4. The lower peak is stronger than the aggregate. The shaded portions in FIGS. 3 and 4 are control rods, and FIGS. 3 (c) and 4 (c) show the state in which the control rods are fully withdrawn. Further, since the degree of enrichment is high below the enrichment region, a lower peak output distribution can be obtained without making the control rod pattern an extreme new insertion control rod pattern when performing BSO operation. Therefore, in order to secure the reactivity adjustment margin by the control rod, the control rod pattern can be assembled with the control rod pulled out by about 1/12 to 1/6 of the effective core length, which facilitates the operation of the control rod plan. . Also, the concentration of the lower part of the concentration area is about 0.3w than that of the upper part.
Even if the BSO operation is performed, the reactivity of the lower part is still high at the end of the cycle even when the BSO operation is performed, so that the shape of the axial power distribution becomes an upper peak shape that is gentler than the conventional shape. As a result, the scrum curve is improved and the ΔMCPR in the event of an abnormal transient event is smaller than in the conventional axial uniform enrichment design.

サイクル末期の軸方向出力分布が従来の軸方向一様濃
縮度設計よりも穏やかな上方ピークである為、炉心平均
ボイド率がやや大きくなり、炉心のKeff上若干ボイ
ド反応度が大きく、損失の部分が有るが、炉心上部のボ
イド率が高くインポータンスの低い部分よりインポータ
ンスの高い部分にU235を一部回すことにより、サイク
ル初期からサイクル中期にかけて有効に燃焼させ、上部
のU235の燃え残りが従来燃料設計より少ないためにサ
イクル燃焼度増加分に損失は無い。尚第3図は従来の
(9×9)燃料集合体のサイクル運転中の軸方向出力分
布の変化を示した図であり、第4図は本実施例の場合の
軸方向出力分布の変化を示した図である。
Since the axial power distribution at the end of the cycle has a gentler upper peak than the conventional uniform axial enrichment design, the average void fraction in the core is slightly large, and the void reactivity is slightly large on the core Keff, and there is a loss. However, by partially rotating U 235 to a part with a high void ratio in the upper part of the core and a part with a high importance in the upper part of the core, the U 235 is effectively burned from the beginning of the cycle to the middle of the cycle, and the unburned residue of the upper part of U 235 remains Since it is less than the fuel design, there is no loss in the cycle burnup increase. Incidentally, FIG. 3 is a view showing a change in the axial output distribution during the cycle operation of the conventional (9 × 9) fuel assembly, and FIG. 4 shows a change in the axial output distribution in the case of the present embodiment. It is the figure shown.

尚本発明は前記一実施例に限定されるものではなく、種
々の実施例が考えられる。例えば部分長燃料棒は前記実
施例のように被覆管を含めて部分長とする以外にも、被
覆管としては通常通りで、中身だけ部分長にしてもよ
い。
The present invention is not limited to the above-mentioned embodiment, and various embodiments can be considered. For example, the partial length fuel rod is not limited to the partial length including the cladding tube as in the above-described embodiment, but the cladding tube is a normal cladding tube, and only the contents may be partial length.

[発明の効果] 以上詳述したように本発明による燃料集合体によると、
(9×9)燃料集合体にあって、燃料経済性を向上させ
ることができるとともに、軸方向出力分布を下方ピーク
とすることが出来るので、BSO運転の適用が容易とな
り、スクラムカーブの悪化を効果的に抑制することが出
来る等その効果は大である。
[Advantages of the Invention] As described in detail above, according to the fuel assembly of the present invention,
In the (9 × 9) fuel assembly, the fuel economy can be improved, and the axial output distribution can have a downward peak, so that the BSO operation can be easily applied and the scram curve is deteriorated. The effect is great because it can be effectively suppressed.

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

第1図は本発明の一実施例による燃料集合体の横断面
図、第2図は燃料棒の軸方向の構成を示す図、第3図
(a),(b),(c)は従来の(9×9)燃料集合体
であってBSO運転を行なった場合の軸方向出力分布、
第4図(a),(b),(c)は本発明の一実施例によ
る燃料集合体にあってBSO運転を行なった場合の軸方
向出力分布を示す特性図、第5図及び第6図は従来の
(8×8)燃料集合体の軸方向の構成を示す特性図であ
る。101 …燃料集合体、102…チャンネルボックス、1
03…燃料棒。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a fuel assembly according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a view showing the axial configuration of a fuel rod, and FIGS. 3 (a), (b) and (c) are conventional. (9 × 9) fuel assembly of BSO operation in the axial direction,
4 (a), (b), and (c) are characteristic diagrams showing the axial output distribution when the fuel assembly according to the embodiment of the present invention is operated in BSO, FIG. 5, and FIG. The figure is a characteristic diagram showing an axial configuration of a conventional (8 × 8) fuel assembly. 101 ... Fuel assembly, 102 ... Channel box, 1
03 ... Fuel rod.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】チャンネルボックス内に燃料棒を9行×9
列に格子状に配列し、その上端及び下端を上部タイプレ
ート及び下部タイプレートで固定するともに、軸方向複
数箇所に燃料棒の間隔保持をなすスペーサを設置してな
る燃料集合体において、最外周位置に燃料濃縮度の高い
燃料棒を配置するとともに、軸方向下部の燃料濃縮度を
軸方向上部の燃料濃縮度より高くしたことを特徴とする
燃料集合体。
1. Fuel rods in 9 rows × 9 in a channel box.
The outermost circumference of a fuel assembly in which the spacers are arranged in rows in a grid pattern, the upper and lower ends of which are fixed by the upper tie plate and the lower tie plate, and spacers that hold the fuel rods at intervals are installed at multiple locations in the axial direction. A fuel assembly characterized in that a fuel rod having a high fuel enrichment is arranged at a position, and a fuel enrichment in an axially lower portion is made higher than an axially upper fuel enrichment.
【請求項2】上記燃料棒は被覆管の内側にジルコニウム
をライニングしたライナー被覆管を採用するものである
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の燃料集合
体。
2. The fuel assembly according to claim 1, wherein the fuel rod is a liner cladding tube with zirconium lining inside the cladding tube.
【請求項3】軸方向長さが燃料有効長より短い燃料棒を
有しこれを軸方向下部に位置させるとともに、軸方向上
部に低濃縮度の領域を有する燃料棒を有することを特徴
とする特許請求の範囲第1項記載の燃料集合体。
3. A fuel rod having an axial length shorter than an active fuel length, which is located at a lower portion in the axial direction, and has a fuel rod having a low enrichment region in an upper portion in the axial direction. The fuel assembly according to claim 1.
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