JPH08129091A - Fuel assembly for boiling water reactor - Google Patents

Fuel assembly for boiling water reactor

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JPH08129091A
JPH08129091A JP6335157A JP33515794A JPH08129091A JP H08129091 A JPH08129091 A JP H08129091A JP 6335157 A JP6335157 A JP 6335157A JP 33515794 A JP33515794 A JP 33515794A JP H08129091 A JPH08129091 A JP H08129091A
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fuel
enrichment
type
pellets
fuel assembly
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Kazunari Oguchi
一成 小口
Katsuhiro Tsuda
勝弘 津田
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    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Abstract

PURPOSE: To share fuel pellets with a high utilization factor by selecting the number of first type fuel rods, the enrichment and places of borders of the charged pellets in the upper and lower sections of the fuel rods. CONSTITUTION: The axial places of 17/24 from a lower section are used as borders, 3.3wt.% pellets are charged into an upper region and 3.8wt.%, pellets into a lower region, and first type fuel rods, in which the difference of enrichment is formed in upper and lower sections, are employed in fuel rods in a type 2, and twelve fuel rods are used. Second type fuel rods, in which pellets having uniform enrichment in the axial direction are charged with the exception of upper and lower blankets, are employed as each fuel rod in types 1, 3, G1, G2, and forty-two fuel rods in the type 1 having enrichment of 4.5wt.%, four fuel rods in the type 3 having enrichment of 2.6wt.%, four fuel rods in the type G1 containing gadolinia of 4wt.% in enrichment of 3.8wt.% and ten fuel rods in the type G2 containing gadolinia of 5wt.% in enrichment of 3.3wt.% are used in the number of the second type fuel rods.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は沸騰水型原子炉用燃料集
合体に関するものであり、更に詳しくは燃料ペレットを
装填した燃料棒の9本分の3×3格子の位置を占めるウ
ォーターチャンネルを備えた9×9正方格子配列の沸騰
水型原子炉用燃料集合体に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel assembly for a boiling water reactor, and more particularly to a water channel occupying a 3 × 3 lattice position for 9 fuel rods loaded with fuel pellets. The present invention relates to a 9 × 9 square lattice array boiling water reactor fuel assembly.

【0002】[0002]

【従来の技術】沸騰水型原子炉(BWR)の炉心構成に
は、大別して二つのタイプ、即ちC格子と呼ばれるもの
と、D格子と呼ばれるものとがある。図4はC格子炉心
構成の一例を示す燃料集合体周辺の配置図であり、図5
はD格子炉心構成の一例を示す燃料集合体周辺の配置図
である。
2. Description of the Related Art Core configurations of boiling water reactors (BWRs) are roughly classified into two types, that is, a C lattice and a D lattice. FIG. 4 is a layout diagram around the fuel assembly showing an example of the C-lattice core configuration.
[Fig. 4] is a layout drawing around a fuel assembly showing an example of a D-lattice core configuration.

【0003】C格子における燃料集合体42の隣接間隙
の水ギャップは、制御棒41の挿入位置における幅aと
制御棒の非挿入位置における幅bとが実質的に均等であ
り、燃料集合体に対して水ギャップが対称的である。こ
れに対してD格子では、隣接する燃料集合体52の間の
水ギャップは制御棒51の挿入位置における幅aが制御
棒の非挿入位置における幅bよりも大きく実質的に不均
等であり、燃料集合体に対して水ギャップが非対称的で
ある。尚、これらの図において符号43又は53はウォ
ーターロッドを、符号44又は54は燃料棒をそれぞれ
示し、これらによる8×8正方格子配列の燃料集合体が
構成されている。
In the water gap in the adjacent space of the fuel assembly 42 in the C lattice, the width a at the insertion position of the control rod 41 and the width b at the non-insertion position of the control rod 41 are substantially equal to each other. On the other hand, the water gap is symmetrical. On the other hand, in the D lattice, the water gap between the adjacent fuel assemblies 52 is substantially non-uniform because the width a at the insertion position of the control rod 51 is larger than the width b at the non-insertion position of the control rod, The water gap is asymmetric with respect to the fuel assembly. In these drawings, reference numeral 43 or 53 indicates a water rod, and reference numerals 44 or 54 indicate a fuel rod, respectively, and an 8 × 8 square lattice fuel assembly is formed by these.

【0004】運転状態にある原子炉の中では、燃料集合
体内の冷却水(減速材)が沸騰して密度が低下するた
め、中性子の減速は燃料集合体の外部の水ギャップの方
が優勢となる。このため、炉心横断面内での熱中性子の
分布は水ギャップとその近傍に位置する集合体周辺部の
燃料棒に偏り、熱中性子と燃料中の核分裂性物質(ウラ
ン)との核分裂反応は燃料集合体の中央部寄りの燃料棒
に比べて周辺部の燃料棒において活発になる。このよう
にして燃料棒毎の出力分布の偏りが生じ、従って局所ピ
ーキングが生じる。ここで、局所ピーキングとは、燃料
棒毎の出力と全燃料棒で平均した出力との相対値であ
る。
In the operating nuclear reactor, the cooling water (moderator) in the fuel assembly boils and its density decreases, so that the neutron moderation is predominant in the water gap outside the fuel assembly. Become. Therefore, the distribution of thermal neutrons in the core cross section is biased toward the fuel rods around the water gap and the assembly located in the vicinity, and the fission reaction between thermal neutrons and the fissile material (uranium) in the fuel is The fuel rods in the peripheral portion become more active than the fuel rods in the central portion of the assembly. In this way, the output distribution of each fuel rod is biased, and thus local peaking occurs. Here, the local peaking is a relative value between the output of each fuel rod and the average output of all the fuel rods.

【0005】過度の局所ピーキングは燃料棒の熱・機械
的健全性を阻害し、従って燃料棒毎に使用する燃料ペレ
ットの濃縮度を選択して局所ピーキングを抑制する必要
があることから、BWRの燃料集合体では燃料棒配列に
横断面内の濃縮度分布が与えられている。
Excessive local peaking impairs the thermal and mechanical integrity of the fuel rods, and therefore it is necessary to select the enrichment of the fuel pellets used for each fuel rod to suppress the local peaking. In the fuel assembly, the fuel rod array is provided with the enrichment distribution in the cross section.

【0006】ここでいう濃縮度とは、燃料ペレットに含
まれるウランの重量に対する核分裂性同位体、典型的に
235Uの重量割合であり、C格子の場合は濃縮度分布
が水ギャップに応じて対称であるが、D格子では濃縮度
分布が水ギャップの非対称性に応じて制御棒挿入位置と
その反対側とで非対称となり、従ってD格子ではC格子
に比べて燃料集合体に使用するペレットの濃縮度の種類
が多くなっている。
The enrichment referred to here is the weight ratio of the fissile isotope, typically 235 U, to the weight of uranium contained in the fuel pellet. In the case of the C lattice, the enrichment distribution depends on the water gap. However, in the D lattice, the enrichment distribution becomes asymmetric between the control rod insertion position and the opposite side depending on the asymmetry of the water gap. Therefore, in the D lattice, the pellets used for the fuel assembly compared to the C lattice. There are many types of enrichment.

【0007】一方、近時においては、燃料集合体の燃焼
度を高めることにより燃料集合体の1体当たりの取出し
エネルギーを増加して経済性を高くするために、従来の
8×8型燃料集合体から9×9型燃料集合体に移行する
傾向にあり、これはまた、使用済み燃料の発生を抑制す
る面でも効果が認められている。このような9×9型燃
料集合体への移行に当たっては、上記のような本来の目
的を達成するために燃料集合体の平均濃縮度を高める必
要がある。ここでいう平均濃縮度とは、燃料集合体に含
まれる全てのウランの重量に対する核分裂性同位体、典
型的には 235Uの重量割合である。
On the other hand, in recent years, in order to improve the economical efficiency by increasing the burnout energy of the fuel assembly to increase the extraction energy per fuel assembly, the conventional 8 × 8 type fuel assembly There is a tendency to move from the body to 9 × 9 type fuel assemblies, and this has also been confirmed to be effective in suppressing the generation of spent fuel. In transitioning to such a 9 × 9 type fuel assembly, it is necessary to increase the average enrichment of the fuel assembly in order to achieve the original purpose as described above. The average enrichment here is the weight ratio of fissile isotopes, typically 235 U, to the weight of all uranium contained in the fuel assembly.

【0008】平均濃縮度を高めるためには、燃料集合体
の平均濃縮度と共にペレットの最高濃縮度も高める必要
があるが、ペレット最高濃縮度には、燃料の加工工程や
輸送および再処理等における臨界管理による一定の制限
があり、この制限によるペレットの最高濃縮度は従来か
ら5wt%に定められている。
In order to increase the average enrichment, it is necessary to increase the maximum enrichment of the pellets together with the average enrichment of the fuel assembly. The maximum enrichment of the pellets is used in the fuel processing step, transportation and reprocessing. There is a certain limit due to criticality control, and the maximum concentration of pellets due to this limit is conventionally set to 5 wt%.

【0009】図6は、従来の9×9正方格子配列の沸騰
水型原子炉用燃料集合体の典型的な一例を示す燃料集合
体周辺の配置図(A)と燃料棒の軸方向濃縮度分布図
(B)である。この燃料集合体62は、1本のウォータ
ーチャンネル63と72本の燃料棒64を備え、平均濃
縮度は約3.77wt%である。ウォーターチャンネル6
3は、9行9列の正方格子配列における中央の3行3列
分(3×3格子)に相当する面積位置に配置されてい
る。ウォーターチャンネル63の内部は、原子炉の運転
中においても沸騰を生じていない水(減速材)で満たさ
れており、燃料集合体周囲の水ギャップによって生じる
燃料棒毎の出力分布の偏りを緩和する。
FIG. 6 is a layout diagram (A) around a fuel assembly showing a typical example of a conventional 9 × 9 square lattice fuel assembly for a boiling water reactor, and an axial enrichment of fuel rods. It is a distribution map (B). The fuel assembly 62 includes one water channel 63 and 72 fuel rods 64, and has an average enrichment of about 3.77 wt%. Water channel 6
3 is arranged at an area position corresponding to the central 3 rows and 3 columns (3 × 3 lattice) in the 9 rows × 9 columns square lattice arrangement. The inside of the water channel 63 is filled with water (moderator) that does not boil even during the operation of the nuclear reactor, and alleviates the deviation of the power distribution among the fuel rods caused by the water gap around the fuel assembly. .

【0010】図6Aにおける燃料棒64に付した符号
(1、2、3、4、G1)は、図6Bに示す各濃縮度別
の燃料棒タイプに対応し、図6Bにおける符号NUは天
然ウランブランケットを示している。このような大口径
のウォーターチャンネル63を有する9×9型燃料集合
体では、横断面内の燃料棒の濃縮度分布についても最高
濃縮度と最低濃縮度との差を小さくすることができ、ペ
レットの最高濃縮度を5wt%に制限したとしても、局所
ピーキングを高めることなしに約4wt%程度まで燃料集
合体平均濃縮度を高めた濃縮度分布の設計が可能であ
る。
The symbols (1, 2, 3, 4, G1) given to the fuel rods 64 in FIG. 6A correspond to the fuel rod types for each enrichment shown in FIG. 6B, and the symbol NU in FIG. 6B is natural uranium. Shows a blanket. In the 9 × 9 type fuel assembly having such a large diameter water channel 63, the difference between the maximum enrichment and the minimum enrichment can be reduced in the enrichment distribution of the fuel rods in the cross section, and the pellets Even if the maximum enrichment of the fuel is limited to 5 wt%, it is possible to design the enrichment distribution in which the average enrichment of the fuel assembly is increased to about 4 wt% without increasing the local peaking.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】8×8型燃料集合体と
同様に、高燃焼度化のための移行を目的とする9×9型
燃料集合体でも燃料材には低濃縮二酸化ウラン焼結ペレ
ットが用いられるが、BWRの炉心構成から必然的に生
じる燃料棒の局所ピーキングを抑制するためには多種類
の濃縮度のペレットが必要となる。
Similar to the 8 × 8 type fuel assembly, a low enriched uranium dioxide sintered material is used as a fuel material for a 9 × 9 type fuel assembly for the purpose of transition for higher burnup. Pellets are used, but in order to suppress the local peaking of the fuel rods, which is inevitably caused by the core structure of the BWR, pellets of various enrichments are required.

【0012】また、BWRの炉心構成にはC格子とD格
子の二種類があり、これらの炉心構成に対応して燃料集
合体の製造に必要な濃縮度の種類は更に多くなる。双方
の炉心構成に対して燃料ペレットの濃縮度を共通にする
こと、即ち濃縮度の共用化を図るには、共用化の対象と
して以下の二通りがあり、その第1はC格子同士あるい
はD格子同士のように同じ炉心構成の原子炉間でそれぞ
れの運転条件に適合する濃縮度分布の設計が二種類以上
あるとき、これらの設計の燃料集合体に共通の濃縮度の
ペレットを使用する場合であり、第2はC格子とD格子
のように互いに異なる炉心構成の原子炉間でそれぞれの
運転条件に適合する濃縮度分布の設計が二種類以上ある
とき、これらの燃料集合体に共通の濃縮度のペレットを
使用する場合である。
Further, there are two types of BWR core configurations, C lattice and D lattice, and the types of enrichment required for the production of fuel assemblies increase corresponding to these core configurations. In order to make the fuel pellet enrichment common to both core configurations, that is, to share the enrichment, there are the following two types of sharing targets, the first of which is C lattices or D When there are two or more types of enrichment distribution designs that match each operating condition between reactors with the same core configuration such as lattices, when using pellets with a common enrichment for fuel assemblies of these designs Secondly, when there are two or more types of enrichment distribution designs that match the respective operating conditions between reactors with different core configurations, such as the C lattice and the D lattice, common to these fuel assemblies. This is the case when using pellets with a high degree of concentration.

【0013】従来の燃料集合体の製造においては、この
ような多種類の濃縮度の管理が必要とされていたので、
製造面での過大な負担を余儀なくされ、濃縮ウランの手
配、輸送、再転換、ペレット及び燃料棒の製造工程など
における厳格な濃縮度管理を多種類に亙って行わなけれ
ばならないという問題点を残していた。
In the conventional manufacturing of fuel assemblies, it has been necessary to manage such various kinds of enrichment levels.
There is a problem that the burden on the manufacturing side is unavoidable and strict enrichment control must be carried out for many kinds in the uranium enrichment arrangement, transportation, re-conversion, pellet and fuel rod manufacturing process, etc. I had left.

【0014】例えば図6A及びBに示した9×9型燃料
集合体を例にとって、前述の諸条件を課した制限下でペ
レットの濃縮度の選択によって適正な濃縮度分布を得よ
うとする場合の問題点を具体的に説明すると以下のとお
りである。
For example, taking the 9 × 9 type fuel assembly shown in FIGS. 6A and 6B as an example, to obtain an appropriate enrichment distribution by selecting the enrichment of pellets under the restrictions imposed by the above-mentioned conditions. The problem will be specifically described as follows.

【0015】燃料棒の上下端には天然ウランや劣化ウラ
ンによる軸方向ブランケットが設けられ、また少数の燃
料棒には中性子吸収物質としてガドリニア(Gd2O3) など
の可燃性毒物が混入されるのが一般的であるが、説明を
簡明にするため、ここでは燃料集合体の濃縮度分布につ
いては燃料棒が濃縮ウランペレットのみで構成されるも
のとして考える。
Axial blankets of natural uranium and depleted uranium are provided at the upper and lower ends of the fuel rods, and a small number of fuel rods are mixed with burnable poisons such as gadolinia (Gd 2 O 3 ) as a neutron absorbing substance. However, in order to simplify the explanation, here, regarding the enrichment distribution of the fuel assembly, it is considered that the fuel rod is composed of only enriched uranium pellets.

【0016】図6に示した燃料集合体では4種類の濃縮
度のペレットで濃縮度分布が構成されているが、この燃
料集合体の平均濃縮度は天然ウランブランケットNUを
除いて次式で与えられる。 (4.7×34 + 3.9×12 + 3.4×22 + 2.5×4)/72 = 4.047
[wt%]
In the fuel assembly shown in FIG. 6, the enrichment distribution is composed of four types of enrichment pellets. The average enrichment of this fuel assembly is given by the following equation excluding natural uranium blanket NU. To be (4.7 x 34 + 3.9 x 12 + 3.4 x 22 + 2.5 x 4) / 72 = 4.047
[wt%]

【0017】この設計に対して、原子炉の運転条件の変
更により平均濃縮度を0.05wt%だけ引き上げるものとす
る。この場合、局所ピーキングを増加させない方法には
以下の二通りがある。
For this design, the average enrichment is increased by 0.05 wt% by changing the operating conditions of the reactor. In this case, there are the following two methods that do not increase the local peaking.

【0018】第1の方法は、全てのペレット濃縮度を
(4.047 + 0.05)/4.047 = 1.012 倍だけ一律に引き上げ
る方法である。この方法は、運転条件の異なる原子炉に
対して平均濃縮度の異なる燃料集合体を用いるときに互
いの燃料集合体でペレット濃縮度の共用化が図れないこ
とに難点があり、濃縮度の多種類化が避けられない。
The first method is to measure all pellet enrichments.
(4.047 + 0.05) /4.047 = 1.012 It is a method to uniformly increase the value. This method has a drawback in that when fuel assemblies having different average enrichments are used for nuclear reactors having different operating conditions, pellet enrichments cannot be shared by the fuel assemblies, so that the enrichment is high. Inevitable categorization.

【0019】第2の方法は、新たなペレット濃縮度を準
備する方法であり、この場合、注意しなければならない
のは、燃料集合体の製造工程で製品である燃料棒の濃縮
度の測定が必須であることであり、そのための検査装置
の分解能に制限があることから、ペレットの濃縮度スプ
リットが相対値で10%以上の濃縮度スパンを持たない
と、測定結果による濃縮度の判別精度の信頼性が得られ
ないことである。
The second method is a method of preparing a new pellet enrichment. In this case, it should be noted that the measurement of the enrichment of the fuel rod, which is a product, in the manufacturing process of the fuel assembly. Since it is essential and the resolution of the inspection device for that is limited, unless the enrichment split of the pellet has a relative enrichment span of 10% or more, the determination accuracy of the enrichment based on the measurement results It is not reliable.

【0020】例えば図6Bに示された4種類の濃縮度を
そのまま利用し、これに1種類の新たな濃縮度のペレッ
トを準備する場合、濃縮度 3.9wt%と 4.7wt%との間の
濃縮度差は 0.8wt%、即ち 3.9wt%の20.5%のスパンに
相当するが、その中間に例えば4.28wt%の新たな濃縮度
を設定すると、この新たな濃縮度と 3.9wt%との濃縮度
差0.38wt%は 3.9wt%の約9.74%にしかならず、また
4.7wt%との間の濃縮度差0.42wt%は4.28wt%の約9.81
%にしかならず、その結果、燃料集合体の製造工程中で
燃料棒の濃縮度を測定する際に検査装置によるこれらの
ペレット濃縮度の判別が新たな濃縮度の加入によって不
確実となってしまうことになる。
For example, when the four types of enrichment shown in FIG. 6B are used as they are and one kind of pellet of a new enrichment is prepared, the enrichment between the concentrations of 3.9 wt% and 4.7 wt% is performed. The degree difference is 0.8 wt%, that is, it corresponds to a span of 20.5% of 3.9 wt%, but if a new enrichment of, for example, 4.28 wt% is set in the middle, the enrichment between this new enrichment and 3.9 wt% is The difference of 0.38 wt% is only about 9.74% of 3.9 wt%, and
Concentration difference between 4.7 wt% and 0.42 wt% is about 9.81 of 4.28 wt%
%, And as a result, when measuring the enrichment of the fuel rods during the fuel assembly manufacturing process, the determination of these pellet enrichments by the inspection device becomes uncertain due to the addition of a new enrichment. become.

【0021】同様の理由により、 3.9wt%と 3.4wt%と
の間はいずれにせよ約15%のスパンしかないので、これ
らの中間の濃縮度を新たに選択することはできない。ま
た、2.5 wt%の濃縮度の燃料棒4本で集合体平均濃縮度
を0.05wt%増加させるためには、燃料棒の本数が少なく
3.4wt%まで引き上げなければならないので、局所ピー
キングが過大となってしまう。更に 4.7wt%の濃縮度に
ついては、濃縮度の検査を前提に10%増のペレット濃縮
度を設定すると5.17wt%となるため、使用ペレットの最
高濃縮度を5wt%以下に抑えるという制限を維持できな
くなる。
For the same reason, there is only a span of about 15% between 3.9 wt% and 3.4 wt% anyway, so it is not possible to newly select an intermediate enrichment between them. Also, in order to increase the average enrichment of the assembly by 0.05 wt% with four fuel rods having a enrichment of 2.5 wt%, the number of fuel rods must be small.
Since it has to be raised to 3.4 wt%, local peaking becomes excessive. Furthermore, for a concentration of 4.7 wt%, if a 10% increase in pellet concentration is set on the premise of a concentration inspection, it will be 5.17 wt%, so the maximum concentration of pellets used will be limited to 5 wt% or less. become unable.

【0022】本発明の第1の目的は、ペレットの濃縮度
の共用化を前提に太径ウォーターチャンネルを有する9
×9型燃料集合体において濃縮度分布の設計に対する自
由度の大きい構成を提供することである。
A first object of the present invention is to have a large diameter water channel 9 on the premise that the pellet concentration degree is shared.
It is to provide a configuration having a high degree of freedom in designing the enrichment distribution in a × 9 type fuel assembly.

【0023】本発明の第2の目的は、第1の目的に加え
て、燃料集合体の製造工程における燃料棒の濃縮度の測
定に際して検査装置の分解能の制限下で十分な精度で濃
縮度の判別ができるような濃縮度スプリットのもとに可
及的に少ない種類の濃縮度のペレットによって局所ピー
キングを抑制した前記9×9型燃料集合体を提供するこ
とである。
A second object of the present invention is, in addition to the first object, of measuring the enrichment of the fuel rods in the manufacturing process of the fuel assembly with sufficient accuracy under the limitation of the resolution of the inspection device. It is an object of the present invention to provide the 9 × 9 type fuel assembly in which the local peaking is suppressed by the pellet having the smallest possible enrichment based on the enrichment split that can be discriminated.

【0024】本発明の第3の目的は、第1及び第2の目
的に加えて、ペレットの最高濃縮度5wt%以下という制
限下において燃料集合体の平均濃縮度を例えば0.01wt%
の高い精度で比較的自由に選択することができ、要求さ
れた原子炉運転条件、即ち、平均取出燃焼度や燃料取替
本数などの条件を十分に満足することのできる構成を持
った前記9×9型燃料集合体を提供することである。
The third object of the present invention is, in addition to the first and second objects, the average enrichment of the fuel assembly is, for example, 0.01 wt% under the limitation that the maximum enrichment of pellets is 5 wt% or less.
It is possible to select relatively accurately with high accuracy, and to have a structure capable of sufficiently satisfying the required reactor operating conditions, that is, the conditions such as the average take-out burnup and the number of refueling lines. To provide a × 9 type fuel assembly.

【0025】本発明の第4の目的は、第1〜第3の目的
に加えて、燃料集合体の製造工程において原料の濃縮ウ
ランの手配から再転換、ペレットの製造、および最終製
品までの加工工程を少ない種類の濃縮度で可能とすると
共に、原子炉の炉心構成及び運転条件の差異にも濃縮度
を共用化するのに好適な構成の前記9×9型燃料集合体
を提供することである。
The fourth object of the present invention is, in addition to the first to third objects, in the fuel assembly manufacturing process from the arrangement of raw material enriched uranium to reconversion, production of pellets, and processing up to the final product. By providing the 9 × 9 type fuel assembly having a structure that enables the process to be performed with a small number of types of enrichment and is suitable for sharing the enrichment with the difference in the core configuration and operating conditions of the reactor. is there.

【0026】[0026]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明による沸
騰水型原子炉用燃料集合体は、燃料ペレットを装填した
燃料棒の9本分の3×3格子の位置を占めるウォーター
チャンネルを備えた9×9正方格子配列をもっている。
A fuel assembly for a boiling water reactor according to the present invention comprises water channels occupying a 3 × 3 lattice position corresponding to nine fuel rods loaded with fuel pellets. It also has a 9 × 9 square lattice array.

【0027】燃料ペレットは、核分裂性物質の濃縮度が
互いに10%以上の濃縮度スパンで異なる7種類以下の
燃料ペレットからなると共に、これらの燃料ペレットの
最高濃縮度は5wt%以下である。
The fuel pellets are composed of seven or less kinds of fuel pellets having different enrichment levels of fissionable materials in enrichment spans of 10% or more, and the maximum enrichment of these fuel pellets is 5 wt% or less.

【0028】正方格子配列を構成する燃料棒は4〜12
本の第1タイプの燃料棒と残余の第2タイプの燃料棒と
からなり、第1タイプの燃料棒と第2タイプの燃料棒の
各上下端には天然ウランもしくは劣化ウランに相当する
低濃縮度の軸方向ブランケットが設けられている。
The number of fuel rods constituting the square lattice array is 4 to 12.
The first type fuel rods and the remaining second type fuel rods of the book, and the low enrichment corresponding to natural uranium or depleted uranium at the upper and lower ends of the first type fuel rods and the second type fuel rods, respectively. An axial blanket of degrees is provided.

【0029】第1タイプの燃料棒には軸方向の予め定め
られた境界を境にして上部と下部とで核分裂性物質の濃
縮度が互いに異なる燃料ペレットが装填され、これ対し
て第2タイプの燃料棒には軸方向に関して核分裂性物質
の濃縮度が実質的に同じ燃料ペレットが装填されてい
る。
Fuel rods of the first type are loaded with fuel pellets having different enrichment levels of fissionable material in the upper and lower portions with a predetermined boundary in the axial direction as a boundary, while the fuel pellets of the second type are loaded. The fuel rods are loaded with fuel pellets having substantially the same fissionable material enrichment in the axial direction.

【0030】第1タイプの燃料棒における前記境界の位
置は、燃料集合体平均の濃縮度が予め定められた値とな
るように選ばれており、第1タイプの燃料棒の前記境界
よりも上部には比較的低濃縮度の燃料ペレットが装填さ
れ、また下部には比較的高濃縮度の燃料ペレットが装填
され、これら上下の燃料ペレット相互間の濃縮度差が前
記スパンの一段階分に相当するように選ばれている。
The position of the boundary in the first type fuel rod is selected so that the enrichment average of the fuel assembly has a predetermined value, and is located above the boundary of the first type fuel rod. Is loaded with relatively low enrichment fuel pellets, and the lower portion is loaded with relatively high enrichment fuel pellets, and the enrichment difference between these upper and lower fuel pellets corresponds to one step of the span. Have been chosen to do.

【0031】請求項2の発明は、請求項1に記載の沸騰
水型原子炉用燃料集合体において、燃料集合体を囲む水
ギャップの幅が四周で実質的に均等なC格子炉心構成の
沸騰水型原子炉に装荷される燃料集合体であり、核分裂
性物質の濃縮度が互いに10%以上の濃縮度スパンで異
なる5種類以下の燃料ペレットにより構成されているこ
とを特徴とするものである。
According to a second aspect of the invention, in the fuel assembly for a boiling water reactor according to the first aspect, the boiling of a C-lattice core structure in which the width of the water gap surrounding the fuel assembly is substantially equal in four rounds. A fuel assembly loaded in a water reactor, characterized in that it is composed of five or less types of fuel pellets having different enrichment spans of 10% or more. .

【0032】請求項3の発明は、請求項1に記載の沸騰
水型原子炉用燃料集合体において、燃料集合体を囲む水
ギャップの幅が四周で実質的に不均等なD格子炉心構成
の沸騰水型原子炉に装荷される燃料集合体であり、核分
裂性物質の濃縮度が互いに10%以上の濃縮度スパンで
異なる7種類以下の燃料ペレットにより構成されている
ことを特徴とするものである。
According to a third aspect of the present invention, in the fuel assembly for a boiling water reactor according to the first aspect, the water gap surrounding the fuel assembly has a D-lattice core structure in which the widths of the water gaps are four circles and are substantially uneven. A fuel assembly to be loaded into a boiling water reactor, characterized in that it is composed of seven or less types of fuel pellets having different enrichment spans of 10% or more. is there.

【0033】[0033]

【作用】請求項1の発明において、燃料ペレットは核分
裂性物質、典型的には 235Uの濃縮度が互いに10%以
上の濃縮度スパンで異なる7種類以下のものからなる。
ここで10%以下の濃縮度スパンとは、低い方の濃縮度
から順にA,B,C…とするとき、濃縮度Bは濃縮度A
の10%増(Aの110%)以上、濃縮度Cは濃縮度B
の10%増(Bの110%)以上であることを意味す
る。従って、これらの濃縮度のペレットは燃料棒の濃縮
度を測定する際に検査装置によって十分な精度で判別さ
れ得るものである。
In the invention of claim 1, the fuel pellets are made of fissile material, typically 7 kinds or less of enrichment of 235 U differing from each other in enrichment span of 10% or more.
Here, when the enrichment span of 10% or less is A, B, C ... in order from the lowest enrichment, the enrichment B is the enrichment A.
More than 10% (110% of A), enrichment C is enrichment B
Of 10% of B (110% of B) or more. Therefore, the pellets of these enrichments can be discriminated with sufficient accuracy by the inspection device when measuring the enrichment of the fuel rods.

【0034】濃縮度の種類は、製造上は種類が少ないほ
ど製造コストの低減効果があること、核特性上は種類が
多いほど最適な核設計ができることを考慮して決定され
る。更に、出力ピーキング特性を考慮すると濃縮度の種
類は、C格子において5種類以下、D格子において、7
種類以下とするのが適当である。
The kind of enrichment is determined in consideration of the fact that the smaller the kind in terms of manufacturing, the more the effect of reducing the manufacturing cost, and the higher the kind in terms of nuclear characteristics, the more optimal the nuclear design can be made. Further, in consideration of the output peaking characteristics, there are five types of enrichment in the C lattice and 7 or less in the D lattice.
It is appropriate that the number is less than or equal to the type.

【0035】本発明の燃料集合体では、このような7種
類以下の濃縮度のペレットによって4〜12本の第1タ
イプの燃料棒と残余の本数の第2タイプの燃料棒とが構
成され、これら燃料棒が、その9本分の3×3格子の位
置を占める一本のウォーターチャンネルを備えた9×9
の正方格子配列を構成している。
In the fuel assembly of the present invention, 4 to 12 first-type fuel rods and the remaining number of second-type fuel rods are constituted by such pellets of enrichment of 7 types or less, These fuel rods are 9 × 9 with one water channel occupying the position of the 9 × 3 × 3 grid.
Form a square lattice array.

【0036】4〜12本の第1タイプの燃料棒には、軸
方向のあらかじめ定められた境界を境にして上部と下部
とで核分裂性物質の濃縮度が互いに異なる燃料ペレット
が装填されている。これに対して残余の本数の第2タイ
プの燃料棒には、軸方向に関して核分裂性物質の濃縮度
が実質的に同じ燃料ペレットが装填されている。4〜1
2本の第1タイプの燃料棒における前記境界の軸方向位
置を選択することにより、燃料集合体の平均濃縮度があ
らかじめ定められた値に定められる。
Four to twelve fuel rods of the first type are loaded with fuel pellets having different enrichment levels of the fissile material at the upper and lower sides of a predetermined boundary in the axial direction. . In contrast, the remaining second type fuel rods are loaded with fuel pellets having substantially the same enrichment of fissile material in the axial direction. 4-1
By selecting the axial position of the boundary in the two first type fuel rods, the average enrichment of the fuel assembly is set to a predetermined value.

【0037】この場合、第1タイプの燃料棒の境界位置
を全て同一とする場合だけでなく、互いに異なる境界を
持つように設計することもできる。
In this case, not only the case where the boundary positions of the first type fuel rods are all the same, but it is also possible to design so as to have different boundaries.

【0038】このようにして、本発明では先に図6を参
照して述べた9×9型燃料集合体の特徴を活用し、7種
類以下の少ない濃縮度種類で局所ピーキングを抑制した
燃料集合体を構成することができ、また第1タイプの燃
料棒の本数とその上下の装填ペレットの濃縮度および境
界の位置を選ぶことにより、前記濃縮度スパンと濃縮度
種類の数によって燃料集合体の平均濃縮度は例えば0.01
wt%の精度で種々に設定することが可能であり、これに
より、原子炉の平均取出燃焼度や燃料取替本数などの運
転条件の違いに高い精度で適応することが可能となると
共に、炉心構成または運転条件の異なる原子炉間におけ
る燃料集合体の燃料ペレットを高い利用率で共用化する
ことが可能となる。
As described above, in the present invention, the features of the 9 × 9 type fuel assembly described above with reference to FIG. 6 are utilized, and the fuel assembly in which the local peaking is suppressed with a small enrichment type of 7 types or less. The number of fuel rods of the first type, the enrichment of the loading pellets above and below it, and the position of the boundary can be selected so that the fuel assembly can be constructed according to the enrichment span and the number of enrichment types. Average enrichment is 0.01
It is possible to set various values with wt% accuracy, which makes it possible to adapt with high accuracy to differences in operating conditions such as the average take-out burnup of the reactor and the number of refueling lines, as well as the core. It becomes possible to share fuel pellets of a fuel assembly between reactors having different configurations or operating conditions at a high utilization rate.

【0039】また請求項1の発明によれば、燃料ペレッ
トの最高濃縮度が5wt%以下に制限されているので、前
述の特徴に加えて燃料加工工程や輸送及び再処理などに
おける臨界管理を従来と同様に行うことができ、新たな
対策は不要である。
According to the invention of claim 1, the maximum enrichment of the fuel pellets is limited to 5 wt% or less. Therefore, in addition to the above-mentioned characteristics, the criticality control in the fuel processing process, transportation and reprocessing is conventionally performed. It can be performed in the same way as above, and no new measures are required.

【0040】更に請求項1の発明によれば、第1タイプ
の燃料棒の前記境界より上部に装填される燃料ペレット
の濃縮度よりも、下部に装填される燃料ペレットのほう
が、比較的高い濃縮度をもっており、これら上下の燃料
ペレット相互間の濃縮度の差は前記濃縮度スパンの一段
階分に相当している。BWR炉心内のチャンネル内では
冷却水の沸騰により蒸気体積が多くなっている上部の熱
中性子利用率は下部よりも低いので、本発明のように上
部を低濃縮度、下部を高濃縮度とすることにより、燃料
のウラン利用率が向上すると共に、第1タイプの燃料棒
の本数を4〜12本に制限し、且つその上下の濃縮度差
を前記濃縮度スパンの一段階分に制限しているので、燃
料集合体の平均濃縮度の上下差も例えば72本の燃料棒
の場合で最高でも前記濃縮度スパンの17%程度に抑制
することができ、下部に過大な出力ピーキングを生じる
ことを防止することが可能である。
According to the invention of claim 1, the fuel pellets loaded in the lower portion of the fuel rod of the first type have a relatively higher enrichment than the fuel pellets loaded in the upper portion of the boundary. The difference in enrichment between the upper and lower fuel pellets corresponds to one step of the enrichment span. In the channel in the BWR core, the thermal neutron utilization rate of the upper part, where the vapor volume is large due to boiling of cooling water, is lower than that of the lower part, so that the upper part has a low enrichment and the lower part has a high enrichment as in the present invention. As a result, the uranium utilization rate of the fuel is improved, the number of fuel rods of the first type is limited to 4 to 12, and the enrichment difference above and below that is limited to one enrichment span. Therefore, the difference in the average enrichment of the fuel assembly can be suppressed to about 17% of the enrichment span at the maximum in the case of 72 fuel rods, for example, and excessive output peaking at the lower part can be prevented. It is possible to prevent.

【0041】請求項2の発明によればC格子炉心構成向
けの燃料集合体が提供でき、この場合、燃料ペレットの
濃縮度は5種類である。一方、請求項3の発明によれば
D格子炉心構成向けの燃料集合体が提供でき、この場合
の燃料ペレットの濃縮度は7種類である。これらC格子
向けの燃料集合体とD格子向けの燃料集合体の各燃料ペ
レットの濃縮度は相互に共用可能であることは述べるま
でもない。
According to the second aspect of the present invention, a fuel assembly for a C-lattice core structure can be provided, and in this case, the enrichment of the fuel pellets is 5 types. On the other hand, according to the invention of claim 3, a fuel assembly for a D-lattice core configuration can be provided, and the enrichment of the fuel pellets in this case is seven types. It goes without saying that the enrichment of each fuel pellet of the fuel assembly for the C lattice and the fuel assembly for the D lattice can be shared with each other.

【0042】[0042]

【実施例】図1は、本発明によるC格子向けの9×9型
燃料集合体の一実施例を示す横断面配置図(A)と燃料
棒の軸方向濃縮度分布図(B)であり、ここでは集合体
の平均濃縮度は3.77wt%に選ばれている。
FIG. 1 is a cross-sectional layout view (A) showing an embodiment of a 9 × 9 type fuel assembly for a C lattice according to the present invention and an axial enrichment distribution map (B) of a fuel rod. Here, the average enrichment of the aggregate is selected to be 3.77 wt%.

【0043】図1において、燃料集合体12の周囲は水
ギャップで囲まれており、片側の隣接辺に接する水ギャ
ップは制御棒11の挿入位置となっている。燃料集合体
12は、1本のウォーターチャンネル13と72本の燃
料棒14を備え、平均濃縮度は約3.77wt%である。
ウォーターチャンネル13は、9行9列の正方格子配列
における中央の3×3格子の位置、即ち3行3列分に相
当する面積を占めて配置されている。ウォーターチャン
ネル13の内部は、原子炉の運転中においても沸騰を生
じていない水(減速材)で満たされており、燃料集合体
周囲の水ギャップによって生じる燃料棒毎の出力分布の
偏りを緩和する。
In FIG. 1, the fuel assembly 12 is surrounded by a water gap, and the water gap in contact with the adjacent side on one side is the insertion position of the control rod 11. The fuel assembly 12 includes one water channel 13 and 72 fuel rods 14, and has an average enrichment of about 3.77 wt%.
The water channel 13 is arranged so as to occupy the area corresponding to the position of the central 3 × 3 lattice in the square lattice array of 9 rows and 9 columns, that is, the area corresponding to 3 rows and 3 columns. The inside of the water channel 13 is filled with water (moderator) that does not boil even during the operation of the nuclear reactor, and alleviates the deviation of the power distribution among the fuel rods caused by the water gap around the fuel assembly. .

【0044】図1Aにおける燃料棒14に付した符号
(1、2、3、G1,G2)は、図1Bに示す各濃縮度
別の燃料棒タイプに対応し、図1Bにおける符号NUは
1/24の軸方向長さの天然ウランブランケットを示し
ている。これらの各タイプの燃料棒14を構成するペレ
ットの濃縮度の種類は、2.6wt%,3.3wt%,3.
8wt%および4.5wt%の4種類である。
The reference numerals (1, 2, 3, G1, G2) given to the fuel rods 14 in FIG. 1A correspond to the fuel rod types for each enrichment shown in FIG. 1B, and the reference numeral NU in FIG. 1B is 1 /. 24 shows a natural uranium blanket of 24 axial lengths. The types of enrichment of the pellets constituting each of these types of fuel rods 14 are 2.6 wt%, 3.3 wt%, 3.
There are four types, 8 wt% and 4.5 wt%.

【0045】タイプ2の燃料棒は、下部から17/24
の軸方向位置を境界として上部領域に3.3wt%のペレ
ットを、下部領域に3.8wt%のペレットを装填して、
上下に濃縮度差をつけた第1タイプの燃料棒であり、そ
の本数は12本である。
Type 2 fuel rods are 17/24 from the bottom
With 3.3 wt% pellets in the upper region and 3.8 wt% pellets in the lower region with the axial position of
It is the first type of fuel rod with the enrichment difference at the top and bottom, and the number is 12.

【0046】タイプ1、3、G1、G2の各燃料棒は上
下のブランケットを除いて軸方向に均一な濃縮度のペレ
ットを装填した第2タイプの燃料棒であり、それらの本
数は、4.5wt%の濃縮度のタイプ1の燃料棒が42
本、2.6wt%の濃縮度のタイプ3の燃料棒が4本、そ
して3.8wt%の濃縮度で4wt%のガドリニアを含有し
たタイプG1の燃料棒が4本、3.3wt%の濃縮度で5
wt%のガドリニアを含有したタイプG2の燃料棒が10
本である。
The type 1, 3, G1, and G2 fuel rods are the second type fuel rods loaded with pellets of uniform enrichment in the axial direction except for the upper and lower blankets, and the number of them is 4. 42 type 1 fuel rods with 5wt% enrichment
4 fuel rods of type 3 with 2.6 wt% enrichment and 4 fuel rods of type G1 containing 4 wt% gadolinia with 3.8 wt% enrichment and 3.3 wt% 5 in degrees
10 type G2 fuel rods containing wt% gadolinia
It is a book.

【0047】図2は、図1のC格子向けの実施例とペレ
ットの濃縮度の共用化を行った場合の本発明によるD格
子向けの9×9型燃料集合体の一実施例を示す横断面配
置図(A)と燃料棒の軸方向濃縮度分布図(B)であ
り、ここでは集合体の平均濃縮度は3.86wt%に選ば
れている。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an embodiment of the 9 × 9 type fuel assembly for the D lattice according to the present invention when the pellet enrichment is shared with the embodiment for the C lattice of FIG. It is a surface layout drawing (A) and an axial enrichment distribution map of a fuel rod (B), where the average enrichment of the assembly is selected to be 3.86 wt%.

【0048】図2において、燃料集合体22の周囲は水
ギャップで囲まれており、片側の隣接辺に接する水ギャ
ップは制御棒21の挿入位置となっている。燃料集合体
22は、1本のウォーターチャンネル23と72本の燃
料棒24を備え、平均濃縮度は約3.86wt%である。
ウォーターチャンネル23は、9行9列の正方格子配列
における中央の3×3格子の位置、即ち3行3列分に相
当する面積を占めて配置されている。ウォーターチャン
ネル23の内部は、原子炉の運転中においても沸騰を生
じていない水(減速材)で満たされており、燃料集合体
周囲の水ギャップによって生じる燃料棒毎の出力分布の
偏りを緩和する。
In FIG. 2, the periphery of the fuel assembly 22 is surrounded by a water gap, and the water gap in contact with the adjacent side on one side is the insertion position of the control rod 21. The fuel assembly 22 has one water channel 23 and 72 fuel rods 24, and has an average enrichment of about 3.86 wt%.
The water channel 23 is arranged so as to occupy an area corresponding to the position of the central 3 × 3 lattice in the square lattice array of 9 rows and 9 columns, that is, 3 rows and 3 columns. The inside of the water channel 23 is filled with water (moderator) that does not boil even during the operation of the reactor, and alleviates the deviation of the power distribution among the fuel rods caused by the water gap around the fuel assembly. .

【0049】図2Aにおける燃料棒24に付した符号
(1、2、3、4、5、6、G1,G2)は、図2Bに
示す各濃縮度別の燃料棒タイプに対応し、図2Bにおけ
る符号NUは1/24の軸方向長さの天然ウランブラン
ケットを示している。これら各タイプの燃料棒24を構
成するペレットの濃縮度の種類は、1.8wt%,2.6
wt%,3.0wt%、3.3wt%、3.8wt%、4.5wt
%および4.95wt%の7種類である。
The reference numerals (1, 2, 3, 4, 5, 6, G1, G2) given to the fuel rods 24 in FIG. 2A correspond to the fuel rod types for each enrichment shown in FIG. 2B. The reference numeral NU in FIG. 1 denotes a natural uranium blanket having an axial length of 1/24. The types of enrichment of the pellets constituting each of these types of fuel rods 24 are 1.8 wt%, 2.6
wt%, 3.0 wt%, 3.3 wt%, 3.8 wt%, 4.5 wt
% And 4.95 wt%.

【0050】タイプ5の燃料棒は、下部から17/24
の軸方向位置を境界として上部領域に2.6wt%のペレ
ットを、下部領域に3.0wt%のペレットを装填して、
上下に濃縮度差をつけた第1タイプの燃料棒であり、そ
の本数は6本である。
The type 5 fuel rod is 17/24 from the bottom.
With 2.6 wt% pellets in the upper region and 3.0 wt% pellets in the lower region with the axial position of
It is the first type of fuel rod with the enrichment difference at the top and bottom, and the number is six.

【0051】タイプ1、2、3、4、6、G1、G2の
各燃料棒は上下のブランケットを除いて軸方向に均一な
濃縮度のペレットを装填した第2タイプの燃料棒であ
り、それらの本数は、4.95wt%の濃縮度のタイプ1
の燃料棒が22本、4.5wt%の濃縮度のタイプ2の燃
料棒が9本、3.8wt%の濃縮度のタイプ3の燃料棒が
16本、3.3wt%の濃縮度のタイプ4の燃料棒が4
本、1.8wt%の濃縮度のタイプ6の燃料棒が1本、そ
して4.5wt%の濃縮度で4wt%のガドリニアを含有し
たタイプG1の燃料棒が8本、3.3wt%の濃縮度で5
wt%のガドリニアを含有したタイプG2の燃料棒が6本
である。
The type 1, 2, 3, 4, 6, G1 and G2 fuel rods are second type fuel rods loaded with pellets of uniform enrichment in the axial direction except for the upper and lower blankets. Is the type 1 with a concentration of 4.95 wt%
22 fuel rods, 9 type 2 fuel rods with 4.5 wt% enrichment, 16 type 3 fuel rods with 3.8 wt% enrichment, 3.3 wt% enrichment type 4 fuel rods 4
, One type 6 fuel rod with 1.8 wt% enrichment, and eight type G1 fuel rods containing 4 wt% gadolinia with 4.5 wt% enrichment, 3.3 wt% enrichment 5 in degrees
There are six type G2 fuel rods containing wt% gadolinia.

【0052】図1と図2に明らかなように、C格子向け
燃料集合体(図1)におけるタイプ1〜3、G1および
G2に使用したペレット原料の4種類の濃縮度は、異な
る平均濃縮度のD格子向け燃料集合体(図2)における
タイプ2〜4、タイプ5の上部領域、タイプG2に使用
したペレットの濃縮度と完全な共用化が達成されてい
る。この結果、これら4種類の濃縮度に関するウラン原
料の手配、輸送、再転換およびペレット製造までの工程
をこれらC格子向けとD格子向けの各燃料集合体で共用
化できる。
As is apparent from FIGS. 1 and 2, the four types of enrichment of the pellet raw materials used for the types 1 to 3, G1 and G2 in the fuel assembly for C lattice (FIG. 1) have different average enrichments. In the fuel assembly for the D-lattice of FIG. 2 (FIG. 2), the enrichment and complete sharing of the pellets used in the upper regions of types 2 to 4 and type 5 and type G2 have been achieved. As a result, the processes of arranging, transporting, reconverting and pelletizing the uranium raw materials relating to these four types of enrichment can be shared by the fuel assemblies for the C lattice and the D lattice.

【0053】図3は、最高濃縮度の4.95wt%を含め
て図2のD格子向けの実施例とペレットの濃縮度の共用
化を行った場合の本発明によるC格子向けの9×9型燃
料集合体の別の実施例を示す横断面配置図(A)および
燃料棒の軸方向濃縮度分布図(B)であり、ここでは集
合体の平均濃縮度は図1の場合と同じく3.77wt%に
選ばれている。
FIG. 3 shows a case where the pellet enrichment is shared with the embodiment for D lattice of FIG. 2 including the highest enrichment of 4.95 wt%, and 9 × 9 for C lattice according to the present invention. FIG. 5 is a cross-sectional layout view (A) and an axial enrichment distribution map (B) showing another embodiment of the fuel assembly, where the average enrichment of the assembly is 3 as in FIG. It is selected to be 77% by weight.

【0054】図3において、燃料集合体32の周囲は水
ギャップで囲まれており、片側の隣接辺に接する水ギャ
ップは制御棒31の挿入位置となっている。燃料集合体
32は、1本のウォーターチャンネル33と72本の燃
料棒34を備え、ウォーターチャンネル33は、9行9
列の正方格子配列における中央の3×3格子の位置、即
ち3行3列分に相当する面積を占めて配置されている。
ウォーターチャンネル33の内部は、原子炉の運転中に
おいても沸騰を生じていない水(減速材)で満たされて
おり、燃料集合体周囲の水ギャップによって生じる燃料
棒毎の出力分布の偏りを緩和する。
In FIG. 3, the fuel assembly 32 is surrounded by a water gap, and the water gap in contact with the adjacent side on one side is the insertion position of the control rod 31. The fuel assembly 32 includes one water channel 33 and 72 fuel rods 34, and the water channel 33 has 9 rows and 9 rows.
It is arranged so as to occupy the position of the central 3 × 3 grid in the square grid array of columns, that is, the area corresponding to 3 rows and 3 columns.
The inside of the water channel 33 is filled with water (moderator) that does not boil even during the operation of the reactor, and alleviates the deviation of the power distribution among the fuel rods caused by the water gap around the fuel assembly. .

【0055】図3Aにおける燃料棒34に付した符号
(1、2、3、4、5、G1,G2)は、図3Bに示す
各濃縮度別の燃料棒タイプに対応し、図3Bにおける符
号NUは1/24の軸方向長さの天然ウランブランケッ
トを示している。これらの各タイプの燃料棒34を構成
するペレットの濃縮度の種類は、2.6wt%,3.3wt
%,3.8wt%、4.5wt%および4.95wt%の5種
類である。
The reference numerals (1, 2, 3, 4, 5, G1, G2) given to the fuel rods 34 in FIG. 3A correspond to the fuel rod types for each enrichment shown in FIG. 3B, and the reference numerals in FIG. 3B. NU indicates a natural uranium blanket with an axial length of 1/24. The types of enrichment of the pellets constituting each of these types of fuel rods 34 are 2.6 wt% and 3.3 wt%.
%, 3.8 wt%, 4.5 wt% and 4.95 wt%.

【0056】タイプ3の燃料棒は、下部から17/24
の軸方向位置を境界として上部領域に3.3wt%のペレ
ットを、下部領域に3.8wt%のペレットを装填して、
上下に濃縮度差をつけた第1タイプの燃料棒であり、そ
の本数は4本である。
Type 3 fuel rods are 17/24 from the bottom
With 3.3 wt% pellets in the upper region and 3.8 wt% pellets in the lower region with the axial position of
It is the first type of fuel rod with the enrichment difference at the top and bottom, and the number is four.

【0057】タイプ1、2、4、5、G1、G2の各燃
料棒は上下のブランケットを除いて軸方向に均一な濃縮
度のペレットを装填した第2タイプの燃料棒であり、そ
れぞれの本数は、4.95wt%の濃縮度のタイプ1の燃
料棒が4本、4.5wt%の濃縮度のタイプ2の燃料棒が
38本、3.3wt%の濃縮度のタイプ4の燃料棒が8
本、2.6wt%の濃縮度のタイプ5の燃料棒が4本、そ
して3.8wt%の濃縮度で4wt%のガドリニアを含有し
たタイプG1の燃料棒が6本、3.3wt%の濃縮度で5
wt%のガドリニアを含有したタイプG2の燃料棒が8本
である。
The type 1, 2, 4, 5, G1, and G2 fuel rods are the second type fuel rods loaded with pellets of uniform enrichment in the axial direction except for the upper and lower blankets. Are 4 type 1 fuel rods with 4.95 wt% enrichment, 38 type 2 fuel rods with 4.5 wt% enrichment, and type 4 fuel rods with 3.3 wt% enrichment. 8
, 4 type 5 fuel rods with 2.6 wt% enrichment, and 6 type G1 fuel rods with 4 wt% gadolinia with 3.8 wt% enrichment, 3.3 wt% enrichment 5 in degrees
There are 8 type G2 fuel rods containing wt% gadolinia.

【0058】図2と図3に明らかなように、C格子向け
燃料集合体(図3)におけるタイプ1〜5、G1および
G2に使用したペレット原料の5種類の濃縮度は、異な
る平均濃縮度のD格子向け燃料集合体(図2)における
タイプ1〜4、タイプ5の上部領域、タイプG1とG2
に使用した各ペレットの濃縮度と完全な共用化が達成さ
れている。この結果、これらの5種類の濃縮度に関する
ウラン原料の手配、輸送、再転換およびペレット製造ま
での工程をこれらC格子向けとD格子向けの各燃料集合
体で共用化できる。
As is apparent from FIGS. 2 and 3, the five types of enrichment of the pellet raw materials used for types 1 to 5 and G1 and G2 in the fuel assembly for C lattice (FIG. 3) have different average enrichments. Type 1 to 4 and type 5 upper regions, types G1 and G2 in the fuel assembly for the D lattice of FIG.
The degree of enrichment and complete sharing of each pellet used in the above have been achieved. As a result, the steps from arrangement, transportation, reconversion, and pellet production of the uranium raw materials relating to these five types of enrichment can be shared by the fuel assemblies for the C lattice and the D lattice.

【0059】以上に述べたいずれの実施例においても、
各濃縮度は10%以上の濃縮度スパンでスプリット構成
されているので、燃料棒の濃縮度測定において十分な判
別精度で検査可能である。
In any of the embodiments described above,
Since each enrichment is split with an enrichment span of 10% or more, it is possible to inspect with sufficient discrimination accuracy in measuring the enrichment of fuel rods.

【0060】また、軸方向に均一な濃縮度の第2タイプ
の燃料棒の濃縮度の選定に加えて、図1のC格子炉心構
成の実施例では12本、図2のD格子炉心構成の実施例
では6本、そして図3のC格子炉心構成の別の実施例で
は4本の各第1タイプの燃料棒(タイプ2,5またはタ
イプ3)における上下各領域の燃料ペレットの濃縮度を
1段階分の濃縮度スパンで種々に選び、上下領域の境界
の軸方向位置を種々に選定することにより、7種類以下
という少ない濃縮度でも燃料集合体の平均濃縮度を充分
に細かいスパンで高精度に可変設計することができ、し
かも局所ピーキングの抑制が可能である。
Further, in addition to the selection of the enrichment of the second type fuel rod having the uniform enrichment in the axial direction, in the embodiment of the C-lattice core configuration of FIG. 1, 12 rods and the D-lattice core configuration of FIG. In one embodiment, six fuel rods, and in another embodiment having the C-lattice core structure shown in FIG. 3, four fuel rods of the first type (type 2, 5 or type 3) are used to determine the enrichment of the fuel pellets in the upper and lower regions. By selecting various enrichment spans for one step and various axial positions of the boundaries between the upper and lower regions, the average enrichment of the fuel assembly can be increased with a sufficiently fine span even with a small enrichment of 7 or less. It can be variably designed with high accuracy, and local peaking can be suppressed.

【0061】燃料集合体の平均濃縮度は、例えば4〜1
2本の第1タイプの上下領域の各燃料ペレット間の濃縮
度の絶対値の差が0.5wt%である場合、その境界位置
を変えることにより最大で0.08wt%(0.5wt%×
12本/72本)までのスパンで連続的に調整可能であ
る。これは、燃料集合体の平均取出燃焼度で約1000 MWd
/tに相当し、また20%の取替を仮定した場合のサイク
ル長さ約200 MWd/t(約1週間)に相当する。このような
調整ができることは、原子炉運転計画に応じて燃料集合
体の濃縮ウランを有効に利用できる利点がある。
The average enrichment of the fuel assembly is, for example, 4-1.
When the difference in absolute value of the enrichment between the two fuel pellets in the upper and lower regions of the first type is 0.5 wt%, the maximum of 0.08 wt% (0.5 wt% ×
It is possible to adjust continuously with a span of up to 12/72). This is about 1000 MWd at the average burnup of the fuel assembly.
This corresponds to a cycle length of about 200 MWd / t (about one week), assuming 20% replacement. Being able to make such adjustments has an advantage that the enriched uranium of the fuel assembly can be effectively used according to the reactor operation plan.

【0062】第1タイプの燃料棒に関して、上下の濃縮
度差は上部で低濃縮度、下部で高濃縮度となるようにす
るのが好ましく、これは、BWRでは燃料集合体内の冷
却水流通チャンネル内で冷却水の沸騰が生じるため、蒸
気体積の比較的大きい上部領域における熱中性子の利用
率が下部に比べて低いため、上部領域を低濃縮度、下部
領域を高濃縮度とするほうが濃縮ウランの利用率が向上
するためである。この場合、下部に過大な出力ピーキン
グが生じることを避けるため、第1タイプの燃料棒の本
数の上限は12本に制限され、しかも第1タイプ燃料棒
における上下の濃縮度差も1段階分の濃縮度スパンに制
限されており、これにより燃料集合体の平均濃縮度でみ
た場合の上下の差は、燃料棒内の上下の濃縮度差が0.
5wt%の場合に約0.08wt%に抑制される。
Regarding the fuel rods of the first type, it is preferable that the difference between the upper and lower enrichments is low at the top and high at the bottom, which is the BWR cooling water flow channel in the fuel assembly. Because of the boiling of cooling water in the interior, the utilization rate of thermal neutrons in the upper region where the vapor volume is relatively large is lower than that in the lower region.Therefore, it is better to make the upper region low enrichment and the lower region high enrichment. This is because the utilization rate of is improved. In this case, in order to avoid excessive output peaking in the lower part, the upper limit of the number of the first type fuel rods is limited to 12, and the difference in enrichment between the upper and lower sides of the first type fuel rods is one stage. Since the enrichment span is limited, the difference between the upper and lower sides of the average enrichment of the fuel assembly is 0.
When it is 5 wt%, it is suppressed to about 0.08 wt%.

【0063】[0063]

【発明の効果】以上に述べたように、本発明によれば、
炉心構成や運転条件の異なる沸騰水型原子炉向けの燃料
集合体として使用燃料ペレットの原料の濃縮度を共用化
でき、例えばC格子炉心向けとD格子炉心向けの燃料集
合体相互間および平均取出燃焼度や燃料取替本数などの
運転条件の異なる炉心向けに平均濃縮度の異なる燃料集
合体相互間において、濃縮ウランの手配、輸送、再転
換、ペレットおよび燃料棒の製造工程までの燃料材およ
び関連設備機器や作業の共用化が達成できることから、
製造コストの低減に多大に寄与する効果がある。なお、
本発明に従うC格子炉心向け燃料集合体の設計は、水ギ
ャップの幅に対称性をもつ炉心構成である他の型の原子
炉、例えばABWRにも共用することが可能である。
As described above, according to the present invention,
Used as a fuel assembly for boiling water reactors with different core configurations and operating conditions It is possible to share the enrichment of the raw material of fuel pellets, for example, between the fuel assemblies for the C-lattice core and the D-lattice core and the average extraction. For fuel cores with different average enrichments for cores with different operating conditions such as burnup and number of fuel replacements, fuel materials and fuel materials up to the process of arranging, transporting, reconverting enriched uranium, manufacturing pellets and fuel rods Since sharing of related equipment and work can be achieved,
It has an effect of greatly contributing to the reduction of manufacturing cost. In addition,
The fuel assembly design for C-lattice cores according to the present invention can also be applied to other types of nuclear reactors, such as ABWR, which have a core configuration with symmetry in the width of the water gap.

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

【図1】本発明によるC格子向けの9×9型燃料集合体
の一実施例を示す横断面配置図(A)と燃料棒の軸方向
濃縮度分布図(B)である。
FIG. 1 is a cross-sectional layout diagram (A) and an axial enrichment distribution diagram (B) of a 9 × 9 type fuel assembly for a C lattice according to the present invention.

【図2】図1のC格子向けの実施例とペレットの濃縮度
の共用化を行った場合の本発明によるD格子向けの9×
9型燃料集合体の一実施例を示す横断面配置図(A)と
燃料棒の軸方向濃縮度分布図(B)である。
FIG. 2 is 9 × for the D-lattice according to the present invention in the case of sharing the pellet enrichment with the example for the C-lattice of FIG.
It is a cross-sectional layout diagram (A) and an axial enrichment distribution diagram (B) showing an example of a 9-type fuel assembly.

【図3】図2のD格子向けの実施例とペレットの濃縮度
の共用化を行った場合の本発明によるC格子向けの9×
9型燃料集合体の別の実施例を示す横断面配置図(A)
と燃料棒の軸方向濃縮度分布図(B)である。
FIG. 3 is 9 × for the C lattice according to the present invention when the concentration of the pellet is shared with the embodiment for the D lattice of FIG.
Cross-sectional layout diagram (A) showing another embodiment of the 9-type fuel assembly
FIG. 3B is a distribution diagram (B) of axial enrichment of fuel rods.

【図4】従来のC格子炉心構成の一例を示す燃料集合体
周辺の配置図である。
FIG. 4 is a layout diagram around a fuel assembly showing an example of a conventional C-lattice core configuration.

【図5】従来のD格子炉心構成の一例を示す燃料集合体
周辺の配置図である。
FIG. 5 is a layout diagram around a fuel assembly showing an example of a conventional D-lattice core configuration.

【図6】従来の9×9正方格子配列の沸騰水型原子炉用
燃料集合体の一例を示す燃料集合体周辺の配置図(A)
と燃料棒の軸方向濃縮度分布図(B)である。
FIG. 6 is a layout diagram around a fuel assembly showing an example of a conventional 9 × 9 square lattice fuel assembly for a boiling water reactor (A).
FIG. 3B is a distribution diagram (B) of axial enrichment of fuel rods.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11,21,31:制御棒 12,22,32:燃料集合体 13,23,33:ウォーターチャンネル 14,24,34:燃料棒 11, 21, 31: Control rod 12, 22, 32: Fuel assembly 13, 23, 33: Water channel 14, 24, 34: Fuel rod

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 燃料ペレットを装填した燃料棒の9本分
の3×3格子の位置を占めるウォーターチャンネルを備
えた9×9正方格子配列の沸騰水型原子炉用燃料集合体
において、 燃料ペレットは核分裂性物質の濃縮度が互いに10%以
上の濃縮度スパンで異なる7種類以下の燃料ペレットか
らなると共に、燃料ペレットの最高濃縮度が5wt%以下
であり、 正方格子配列を構成する燃料棒は4〜12本の第1タイ
プの燃料棒と残余の第2タイプの燃料棒とからなり、 第1タイプの燃料棒と第2タイプの燃料棒の各上下端に
天然ウランもしくは劣化ウランに相当する低濃縮度の軸
方向ブランケットが設けられており、 第1タイプの燃料棒には軸方向の予め定められた境界を
境にして上部と下部とで核分裂性物質の濃縮度が互いに
異なる燃料ペレットが装填され、 第2タイプの燃料棒には軸方向に関して核分裂性物質の
濃縮度が実質的に同じ燃料ペレットが装填され、 燃料集合体平均の濃縮度が予め定められた値となるよう
に第1タイプの燃料棒における前記境界の位置が選ばれ
ていると共に、 第1タイプの燃料棒の前記境界よりも上部に比較的低濃
縮度の燃料ペレットが装填されるとともに下部に比較的
高濃縮度の燃料ペレットが装填され、これら上下の燃料
ペレット相互間の濃縮度差が前記スパンの一段階分に相
当することを特徴とする沸騰水型原子炉用燃料集合体。
1. A fuel assembly for a boiling water nuclear reactor in a 9 × 9 square lattice array having water channels occupying positions of 3 × 3 lattices corresponding to nine fuel rods loaded with fuel pellets. Is composed of 7 or less types of fuel pellets with different enrichment spans of 10% or more, and the maximum enrichment of fuel pellets is 5 wt% or less. It is composed of 4 to 12 first type fuel rods and the remaining second type fuel rods, and the upper and lower ends of the first type fuel rods and the second type fuel rods correspond to natural uranium or depleted uranium. A low-concentration axial blanket is provided, and the first type fuel rods have fuel pellets having different enrichment levels of fissile material at the upper and lower sides of a predetermined axial boundary. Fuel rods of the second type are loaded with fuel pellets having substantially the same enrichment of fissionable material in the axial direction, so that the average enrichment of the fuel assembly has a predetermined value. The position of the boundary of the type 1 fuel rod is selected, and fuel pellets of relatively low enrichment are loaded above the boundary of the type 1 fuel rod and relatively high enrichment of the lower part thereof. The fuel assembly for a boiling water reactor characterized in that the fuel pellets are loaded, and the difference in enrichment between the upper and lower fuel pellets corresponds to one step of the span.
【請求項2】 燃料集合体を囲む水ギャップの幅が四周
で実質的に均等なC格子炉心構成の沸騰水型原子炉に装
荷される燃料集合体であって、核分裂性物質の濃縮度が
互いに10%以上の濃縮度スパンで異なる5種類以下の
燃料ペレットにより構成されていることを特徴とする請
求項1に記載の沸騰水型原子炉用燃料集合体。
2. A fuel assembly to be loaded into a boiling water reactor having a C-lattice core structure in which the width of a water gap surrounding the fuel assembly is substantially equal on all four sides, the enrichment of fissile material being The fuel assembly for a boiling water reactor according to claim 1, wherein the fuel assembly is composed of five or less kinds of fuel pellets different from each other in enrichment span of 10% or more.
【請求項3】 燃料集合体を囲む水ギャップの幅が四周
で実質的に不均等なD格子炉心構成の沸騰水型原子炉に
装荷される燃料集合体であって、核分裂性物質の濃縮度
が互いに10%以上の濃縮度スパンで異なる7種類以下
の燃料ペレットにより構成されていることを特徴とする
請求項1に記載の沸騰水型原子炉用燃料集合体。
3. A fuel assembly to be loaded into a boiling water reactor having a D-lattice core configuration, in which the width of the water gap surrounding the fuel assembly is four and substantially non-uniform, and the enrichment of fissionable material is provided. 2. The fuel assembly for a boiling water reactor according to claim 1, wherein the fuel assembly is composed of seven or less kinds of fuel pellets different from each other in enrichment span of 10% or more.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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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

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