JPH08248162A - Fuel assembly - Google Patents

Fuel assembly

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Publication number
JPH08248162A
JPH08248162A JP7053957A JP5395795A JPH08248162A JP H08248162 A JPH08248162 A JP H08248162A JP 7053957 A JP7053957 A JP 7053957A JP 5395795 A JP5395795 A JP 5395795A JP H08248162 A JPH08248162 A JP H08248162A
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JP
Japan
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fuel
region
rods
enrichment
rod
Prior art date
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Pending
Application number
JP7053957A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Sadayuki Izutsu
定幸 井筒
Katsumasa Haikawa
勝正 配川
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Hitachi Engineering Co Ltd
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Engineering Co Ltd
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH08248162A publication Critical patent/JPH08248162A/en
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Abstract

PURPOSE: To achieve the target of high burn-up by disposing fuel rods adjacent to both of a plurality of water rods having the maximum average enrichment. CONSTITUTION: Two water rods 3a disposed in the direction of a central diagonal line in a channel box 1a have large diameters which occupy the area of approximately 3 or 5 fuel rods 2a provided in the 9×9 fuel rods and non-boiling water is allowed to flow therein. Here, if a degree of enrichment of the other fuel rods 4a adjacent to both of the rods 3a is set in another degree of the maximum enrichment, local output peaking should be large at the time point when burning advances, and the output of the fuel rods facing the water area of the rods 3a will increase. A margin for 1% plastic strain of gadolinia content fuel rods can be made that or more for the 1% plastic strain of the fuel rods 4a at the time point when the minimum gadolinia of the margin for the 1% plastic strain of the gadolinia content fuel rods burns up. Thereby the degree of the enrichment of the gadolinia content fuel rods can be increased and other degree of fuel average enrichment is easily increased.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は燃料集合体に係り、特に
沸騰水型原子炉(以下、BWRと呼ぶ)に用いるのに好
適な燃料集合体に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel assembly, and more particularly to a fuel assembly suitable for use in a boiling water nuclear reactor (hereinafter referred to as BWR).

【0002】[0002]

【従来の技術】原子力発電所の経済性向上を図るために
は、燃料の高燃焼度化により燃料サイクル費を低減させ
ることが効果的である。
2. Description of the Related Art In order to improve the economical efficiency of a nuclear power plant, it is effective to reduce the fuel cycle cost by increasing the burnup of fuel.

【0003】燃料の高燃焼度化を図るためには、燃料の
保有する反応度を高める必要があることから燃料濃縮度
を増加させる必要がある。こために従来燃料を使用し単
に濃縮度を増加させる方法が考えられるが、中性子スペ
クトルの硬化が生じ炉心特性上次のような現象を生じ
る。即ち、中性子スペクトルが硬化すると、(1)ボイ
ド係数の絶対値の増加、(2)冷温時の炉心反応度の増
加、(3)ガドリニア等の可燃性毒物による反応度制御
能力の低下、等を生じる。これにより、熱的余裕,炉停
止余裕が減少する恐れがある。また、単に濃縮度を増加
させるだけで高燃焼度化を図る場合、燃料当たりに必要
な天然ウラン費,濃縮費等が増加するため、高燃焼度化
による燃料サイクル費の低減幅が小さくなる。BWR燃
料では、この問題を水対燃料比を増加させ、中性スペク
トルを柔らかくすることにより解決している。具体的に
は、燃料集合体の中の水ロッド(以下、ウォータロッド
と呼ぶ)の水領域を増加させていた。
In order to increase the burnup of the fuel, it is necessary to increase the reactivity of the fuel, so that it is necessary to increase the fuel enrichment. For this reason, a conventional method of using a fuel and simply increasing the enrichment can be considered, but the neutron spectrum is hardened and the following phenomenon occurs due to the core characteristics. That is, when the neutron spectrum is hardened, (1) increase in the absolute value of void coefficient, (2) increase in core reactivity at cold temperature, (3) decrease in reactivity control ability due to combustible poisons such as gadolinia, etc. Occurs. As a result, the thermal margin and the furnace shutdown margin may be reduced. Further, when the burnup is increased by simply increasing the enrichment, the cost of natural uranium per fuel, the enrichment cost, etc., increase, so that the reduction in the fuel cycle cost due to the increase in the burnup becomes small. BWR fuels solve this problem by increasing the water to fuel ratio and softening the neutral spectrum. Specifically, the water region of the water rod (hereinafter referred to as the water rod) in the fuel assembly is increased.

【0004】従来の燃料集合体中央部に設けたウォータ
ロッドの水領域を増加させるためには、例えば8行8列
の燃料棒配列(以下、8×8燃料集合体と呼ぶ)のまま
では、燃料棒本数が減少して熱的余裕が小さくなる。ま
た、燃料集合体当たりの燃料棒本数が減少するため、ガ
ドリニア入り燃料棒の配置の自由度が減少する等、核設
計上の自由度が少なくなる等のデメリットもある。この
ため、燃料棒配列を9行9列(以下、9×9燃料集合体
と呼ぶ)等に変更し、平均線出力密度を低下させ熱的余
裕を確保するとともに、燃料棒の核設計の自由度を増加
させることが考えられている。
In order to increase the water area of the water rod provided in the central portion of the conventional fuel assembly, for example, with the fuel rod array of 8 rows and 8 columns (hereinafter referred to as 8 × 8 fuel assembly), The number of fuel rods decreases and the thermal margin decreases. Further, since the number of fuel rods per fuel assembly is reduced, there is a demerit that the degree of freedom in arrangement of the fuel rods with gadolinia is reduced and the degree of freedom in nuclear design is reduced. For this reason, the fuel rod array is changed to 9 rows and 9 columns (hereinafter referred to as 9 × 9 fuel assembly) to reduce the average linear power density to secure a thermal margin and to freely design the fuel rods. It is considered to increase the degree.

【0005】以上の中央部にウォータロッドを配置した
燃料集合体において、各燃料棒の燃料濃縮度は、燃料体
の反応度、及び局所出力ピーキングの大きさと燃焼に伴
う変化を考慮して設計される。
In the fuel assembly in which the water rod is arranged in the central portion as described above, the fuel enrichment of each fuel rod is designed in consideration of the reactivity of the fuel assembly and the magnitude of local output peaking and the change accompanying combustion. It

【0006】即ち、燃料集合体の中央子束分布は、チャ
ンネルの外側に水ギャップが存在するためにチャンネル
に面した領域で高くなる傾向にある。このため、局所出
力ピーキングが大きくなり過ぎないように、チャンネル
に面した燃料棒の濃縮度を適度に設定することによって
中性子利用率を向上させ、燃料集合体の反応度を高めて
いる。具体的には、燃料集合体のコーナ部に位置する燃
料棒は最低濃縮度に設定され、燃料集合体の平均濃縮度
よりも高い濃縮度の領域を有する燃料棒が、燃料集合体
横断面において最外周に配置される。
That is, the central bundle distribution of the fuel assembly tends to be high in the region facing the channel due to the existence of the water gap outside the channel. Therefore, the neutron utilization rate is improved and the reactivity of the fuel assembly is increased by appropriately setting the enrichment of the fuel rod facing the channel so that the local output peaking does not become too large. Specifically, the fuel rods located at the corners of the fuel assembly are set to the minimum enrichment, and the fuel rods having the enrichment region higher than the average enrichment of the fuel assembly are It is placed on the outermost circumference.

【0007】また、燃料集合体の中央部に位置するウォ
ータロッドの水領域においても中性子束分布は高くなる
傾向にあるため、ウォータロッドの水領域に面した燃料
棒の濃縮度もまた、局所出力ピーキングが大きくなり過
ぎないように、適度な大きさに設定される。具体的に
は、9×9燃料集合体においては、それぞれが燃料棒
3.5 本分の領域を占める大口径の2本のウォータロッ
ドが燃料集合体中央部に配置されるが、少なくとも2つ
の異なった濃縮度のウラン燃料棒が水ロッドに側面で接
する場合、このウォータロッドの水領域に2面で接する
燃料棒の濃縮度を最高濃縮度より低く設定することによ
って、局所出力ピーキング係数の燃焼に伴う推移を低く
維持していた。
Further, since the neutron flux distribution tends to be high even in the water region of the water rod located in the central portion of the fuel assembly, the enrichment of the fuel rod facing the water region of the water rod is also locally output. The size is set appropriately so that the peaking does not become too large. Specifically, in a 9 × 9 fuel assembly, two large-diameter water rods, each of which occupies an area for 3.5 fuel rods, are arranged in the center of the fuel assembly, but at least two When uranium fuel rods of different enrichment contact the water rod on the side, by setting the enrichment of the fuel rod contacting the water region of this water rod on two sides lower than the maximum enrichment, combustion of the local power peaking coefficient The trend was kept low.

【0008】他方、高燃焼度燃料は、燃料の反応度を高
めているため、燃料集合体に使用されるガドリニア入り
燃料棒の本数が増大する。燃料棒の運転時における熱的
余裕の1つに1%塑性歪みに対する余裕があるが、BW
Rの燃料設計では、ガドリニア入り燃料棒の1%塑性歪
みに対する余裕が、ウラン燃料棒の1%塑性歪みに対す
る余裕より大きくなるように設計が行われる。このた
め、ガドリニア入り燃料棒における燃料濃縮度は、ウラ
ン燃料棒の濃縮度より低く設定される。高燃焼度燃料に
おいてガドリニア入り燃料棒の本数が増大すると、ウラ
ン燃料棒の濃縮度の上限が製造上、設定されている場合
では、ガドリニア入り燃料棒における燃料濃縮度の上述
の制約により燃料集合体平均濃縮度を高めることが難し
くなる。
On the other hand, the high burnup fuel increases the reactivity of the fuel, so that the number of gadolinia-containing fuel rods used in the fuel assembly increases. One of the thermal margins during fuel rod operation is a margin for 1% plastic strain, but BW
In the R fuel design, the margin for the 1% plastic strain of the fuel rod with gadolinia is designed to be larger than the margin for the 1% plastic strain of the uranium fuel rod. Therefore, the fuel enrichment of the fuel rod with gadolinia is set lower than that of the uranium fuel rod. When the number of gadolinia-containing fuel rods increases in high burnup fuel, if the upper limit of enrichment of uranium fuel rods is set in the manufacturing process, the above-mentioned restriction of fuel enrichment in gadolinia-containing fuel rods causes the fuel assembly. It becomes difficult to increase the average enrichment.

【0009】以上のような燃料経済性を向上させる従来
技術として、特開昭61−240193号公報及び特開平2−296
192 号公報に記載のものがある。
As conventional techniques for improving the fuel economy as described above, Japanese Patent Laid-Open Nos. 61-240193 and 2-296
Some are described in Japanese Patent No.192.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
の燃料設計上の難しさを解決し、燃料濃縮度を増大させ
て目標とする高燃焼度を達成することを容易にできる高
経済型燃料集合体を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned difficulties in fuel design and to easily increase the fuel enrichment to achieve the target high burnup. Type fuel assembly.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記目的は、9行9列に
配置された平均濃縮度が異なる複数の燃料棒と、7本の
燃料棒が配置可能な中央部領域の燃料集合体の対角線方
向に隣接して配置された2本の太径の水ロッドとを備
え、少なくとも2つの異なる平均濃縮度の燃料棒が前記
水ロッドに隣接する燃料集合体において、前記2本の水
ロッドの両方に隣接する燃料棒を、平均濃縮度が最高の
燃料棒としたことにより達成される。
SUMMARY OF THE INVENTION The above object is to provide a plurality of fuel rods arranged in 9 rows and 9 columns and having different average enrichments, and a diagonal line of a fuel assembly in a central region where 7 fuel rods can be placed. Two large diameter water rods disposed adjacent to each other in a direction, wherein at least two fuel rods having different average enrichments are adjacent to the water rod, both of the two water rods being provided. This is achieved by the fuel rod adjacent to the fuel rod having the highest average enrichment.

【0012】[0012]

【作用】従来の技術における難しさを解決するには、B
WRの燃料設計基準である「ガドリニア入り燃料棒の1
%塑性歪みに対する余裕が、ウラン燃料棒の1%塑性歪
に対する余裕より大きくなる」を満足するように、ガド
リニア入り燃料棒の1%塑性歪みに対する余裕が、ウラ
ン燃料棒の1%塑性歪みに対する余裕と比較して最も小
さくなるガドリニアの燃え尽きる時点で、前者が相対的
に大きくなるように設計することが効果的である。この
ためには、燃焼が進んだ時点で比較的局所出力ピーキン
グが大きくなるウォータロッドの水領域に面した燃料棒
の出力を増加させることが有効であり、これは当該領域
の燃料棒の濃縮度を増加することにより実現できる。特
に、少なくとも2つの異なる平均濃縮度の燃料棒が2本
の太径のウォータロッドに隣接する燃料集合体において
は、2本のウォータロッドの両方に隣接する燃料棒の濃
縮度を燃料集合体の中で最高濃縮度とすることが有効と
なる。
In order to solve the difficulty in the conventional technique, B
WR fuel design standard “1 of fuel rod with gadolinia
%, The margin for 1% plastic strain of the uranium fuel rod is larger than the margin for 1% plastic strain of the uranium fuel rod. " It is effective to design so that the former becomes relatively large at the time when the gadolinia becomes the smallest compared to the above. For this purpose, it is effective to increase the output of the fuel rods facing the water region of the water rod, where the local power peaking becomes relatively large when the combustion progresses. Can be achieved by increasing In particular, in a fuel assembly in which at least two fuel rods having different average enrichments are adjacent to two large diameter water rods, the enrichment of the fuel rods adjacent to both of the two water rods is compared to that of the fuel assembly. The highest concentration is effective.

【0013】しかしながら、単にウォータロッドに隣接
した燃料棒の濃縮度を増加させただけでは熱的余裕その
ものが厳しくなる方向であるため、9×9燃料集合体の
ように燃料棒本数を増加させて熱的余裕を大きくした場
合に特に有効なものとなる。また、燃料棒本数を増加さ
せるだけでは、炉心の圧力損失が増加し熱水力安定性が
悪化する等の問題点が生じるため、軸方向長さの異なる
燃料棒を使用して圧力損失の増加を抑えた設計が有効で
ある。従って、水領域を増加させた太径ウォータロッド
及び軸方向長さの短い短尺燃料棒と組み合わせた9×9
の燃料棒配列を採用することにより、熱的余裕及び炉停
止余裕等の炉心特性に対する安全余裕を確保すると共
に、平均線出力密度が減少するため、燃料集合体の局所
出力ピーキング係数等の出力ピーキングを増加させるこ
とにより燃料径済性の向上を図ることができる。
However, simply increasing the enrichment of the fuel rods adjacent to the water rods tends to make the thermal margin itself strict. Therefore, the number of fuel rods should be increased like a 9 × 9 fuel assembly. This is especially effective when the thermal margin is increased. In addition, since increasing the number of fuel rods alone causes problems such as increased core pressure loss and worsened thermal-hydraulic stability, using fuel rods with different axial lengths increases pressure loss. A design that suppresses is effective. Therefore, a 9 × 9 combination of a large diameter water rod with an increased water area and a short fuel rod with a short axial length is used.
By adopting the fuel rod array of, the safety margin for the core characteristics such as the thermal margin and the reactor shutdown margin is secured, and the average linear power density is reduced, so the output peaking such as the local power peaking coefficient of the fuel assembly It is possible to improve the fuel recyclability by increasing.

【0014】[0014]

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0015】本発明による燃料集合体の第1の実施例の
水平断面図を図1に示す。
A horizontal sectional view of a first embodiment of the fuel assembly according to the present invention is shown in FIG.

【0016】本実施例は、チャンネルボックス1a内に
9行9列に配置された燃料棒2aと、燃料集合体の中央
部に対角線方向に隣接して配置された2本のウォータロ
ッド3aとを備える。2本のウォータロッド3aは、燃
料棒2aの3.5 本分の領域を占める太径のものであ
り、ウォータロッド内には沸騰しない水が流れるように
してある。
In this embodiment, the fuel rods 2a are arranged in 9 rows and 9 columns in the channel box 1a, and two water rods 3a are arranged diagonally adjacent to each other in the center of the fuel assembly. Prepare The two water rods 3a have a large diameter occupying an area corresponding to 3.5 of the fuel rods 2a, and water that does not boil flows in the water rods.

【0017】本実施例の燃料集合体によれば、水対燃料
比が従来燃料より大きくなるため中性子スペクトルがソ
フト化し、濃縮度の増加によって生ずる(1)ボイド係
数の絶対値の増加、(2)冷温時の炉心反応度の増加、
(3)ガドリニア等の可燃性毒物の反応度制御能力低
下、の効果を打消し、熱的余裕及び炉停止余裕の炉心特
性悪化を改善することができる。また同時に、水対燃料
比が従来より増加しているため燃料の反応度を向上させ
ることができる。
According to the fuel assembly of this embodiment, since the water-to-fuel ratio is larger than that of the conventional fuel, the neutron spectrum is softened and (1) the absolute value of the void coefficient increases (2). ) Increase in core reactivity at cold temperature,
(3) The effect of reducing the reactivity controllability of combustible poisons such as gadolinia can be canceled and the deterioration of the core characteristics of the thermal margin and the reactor shutdown margin can be improved. At the same time, since the water-to-fuel ratio is higher than in the past, the reactivity of the fuel can be improved.

【0018】燃料集合体内の中性子束分布は、チャンネ
ルボックス1aの外側の水ギャップ及びチャンネルボッ
クス1aの中央部のウォータロッド3aの存在のため
に、これらに面した燃料領域で高くなる傾向にある。本
実施例の燃料集合体では、少なくとも2つの異なった濃
縮度の燃燃棒4a及び5aがウォータロッドに隣接する
燃料集合体において、2本のウォータロッド3aの両方
に隣接する燃料棒4aの濃縮度を最高濃縮度に設定する
ことにより、燃焼が進んだ時点で比較的局所的出力ピー
キングが大きくなる、ウォータロッド3aの水領域に面
した燃料棒の出力を増加させ、ガドリニア入り燃料棒の
1%塑性歪みに対する余裕の最も小さくなるガドリニア
の燃え尽きる時点でガドリニア入り燃料棒の1%塑性歪
みに対する余裕が、燃料棒の1%塑性歪みに対する余裕
と比較して相対的に大きくなるようにすることができ
る。
The neutron flux distribution in the fuel assembly tends to be higher in the fuel region facing them due to the water gap outside the channel box 1a and the water rod 3a in the center of the channel box 1a. In the fuel assembly of this embodiment, at least two fuel rods 4a and 5a having different degrees of enrichment are adjacent to the water rod, and the fuel rod 4a adjacent to both of the two water rods 3a is concentrated. By setting the degree of condensation to the maximum enrichment, the output of the fuel rod facing the water region of the water rod 3a is increased, which causes a relatively large local output peaking at the time when the combustion advances, and % When the gadolinia burns out with the smallest margin for plastic strain, the margin for 1% plastic strain of the fuel rod with gadolinia can be made relatively large compared to the margin for 1% plastic strain of the fuel rod. it can.

【0019】この効果により、ガドリニア入り燃料棒の
出力余裕が大きくなるため、ガドリニア入り燃料棒の燃
料濃縮度を増加させることができ、燃料集合体の燃料平
均濃縮度の増加が容易となる。
Due to this effect, the output margin of the fuel rod with gadolinia becomes large, so that the fuel enrichment of the fuel rod with gadolinia can be increased, and the average enrichment of fuel in the fuel assembly can be easily increased.

【0020】図5は、燃料棒配列が9行9列であり、7
本の前記燃料棒が配置可能な領域を占有する2本のウォ
ータロッドが、燃料集合体横断面中央部に互いに隣接し
て配置された燃料集合体において、少なくとも2つの異
なった濃縮度の燃料棒がウォータロッドに側面で接する
条件で、2本のウォータロッドの両方に隣接する燃料棒
の濃縮度をパラメータとして変化させた時の燃料集合体
中で最大の局所出力ピーキング係数及びガドリニア入り
燃料棒の局所出力ピーキング係数の燃焼度に対する変化
を示したものである。また、図6は、前記の2つの局所
出力ピーキングの比である燃料棒出力比(ガドリニア入
り燃料棒の局所出力ピーキング/最大の局所出力ピーキ
ング)の燃焼度に対する変化を示したものである。これ
らの図より、2本のウォータロッドの両方に隣接する燃
料棒の濃縮度を高くする(ケースa→b→c)ことによ
り、ガドリニア入り燃料棒の局所出力ピーキングを最大
の局所出力ピーキングに対して低減できることが分か
る。
In FIG. 5, the fuel rod arrangement is 9 rows and 9 columns, and 7
In a fuel assembly in which two water rods occupying an area in which the fuel rods can be arranged are arranged adjacent to each other in a central portion of a cross section of the fuel assembly, at least two fuel rods having different enrichments are provided. Of the fuel rods adjacent to both of the two water rods as a parameter, the maximum local power peaking coefficient in the fuel assembly and the fuel rods with gadolinia It shows the change of the local output peaking coefficient with respect to the burnup. Further, FIG. 6 shows changes in the fuel rod output ratio (local output peaking of fuel rod with gadolinia / maximum local output peaking), which is the ratio of the two local output peakings, with respect to the burnup. From these figures, by increasing the enrichment of the fuel rods adjacent to both of the two water rods (case a → b → c), the local output peaking of the fuel rod with gadolinia is compared with the maximum local output peaking. It can be seen that it can be reduced.

【0021】次に、本発明による燃料集合体の第2の実
施例を、図2乃至図4に基づいて説明する。本実施例の
燃料集合体16は、燃料棒15,チャンネルボックス1
2,ウォータロッド13,下部タイプレート19,上部
タイプレート18及び燃料スペーサ20などからなって
いる。燃料棒15及びウォータロッド13の上下端部
は、下部タイプレート及び上部タイプレートによって保
持される(但し、燃料棒のうち、短尽燃料棒は下端部の
みを下部タイプレートによって保持される。)。スペー
サ20は燃料棒15の軸方向に幾つか配置され、燃料棒
15及びウォータロッド13相互間の間隙を適切な状態
に保持している。チャンネルボックス12は上部タイプ
レート18に取り付けられ、スペーサ20で保持された
燃料棒15の束の外周を取り囲んでいる。チャンネルフ
ァスナ(図示せず)が上部タイプレート18に取り付け
られる。14は、制御棒である。
Next, a second embodiment of the fuel assembly according to the present invention will be described with reference to FIGS. The fuel assembly 16 of this embodiment includes a fuel rod 15 and a channel box 1.
2, water rod 13, lower tie plate 19, upper tie plate 18, fuel spacer 20, and the like. The upper and lower ends of the fuel rods 15 and the water rods 13 are held by the lower tie plate and the upper tie plate (however, of the fuel rods, only the lower ends of the fuel rods are held by the lower tie plate). . Several spacers 20 are arranged in the axial direction of the fuel rods 15 and maintain the gap between the fuel rods 15 and the water rods 13 in an appropriate state. The channel box 12 is attached to the upper tie plate 18 and surrounds the outer circumference of the bundle of fuel rods 15 held by the spacers 20. Channel fasteners (not shown) are attached to the upper tie plate 18. 14 is a control rod.

【0022】燃料棒15は、図示されていないが下部端
栓及び上部端栓にて両端を密封された被覆管内に多数の
燃料ペレットを装荷したものである。燃料ペレットは、
燃料物質であるUO2 にて構成され、核分列物質である
235 を含んでいる。スプリングが被覆管内のガスプレ
ナム領域に配置され、燃料ペレットを下方に押圧してい
る。
Although not shown, the fuel rod 15 has a large number of fuel pellets loaded in a cladding tube whose both ends are sealed by a lower end plug and an upper end plug. Fuel pellets
It is composed of UO 2 which is a fuel material, and contains U 235 which is a nuclear array material. A spring is located within the cladding tube in the gas plenum region and presses the fuel pellet downward.

【0023】ウォータロッド13は燃料棒15と同じ被
覆管を用いているが、燃料物質を装荷せず、図示されて
いないが被覆管の上部及び下部の側面に孔を設け内部を
沸騰しない冷却材が通過するようになっている。
The water rod 13 uses the same cladding tube as the fuel rod 15, but it is not loaded with a fuel substance, and although not shown, holes are formed in the upper and lower side surfaces of the cladding tube to prevent boiling inside. Are supposed to pass through.

【0024】BWR炉心は、燃料集合体4体に1体の割
合で十字型の制御棒14が挿入される。この炉心には、
挿入される制御棒14に面する燃料集合体16の側壁側
に形成された水ギャップの幅が、その反対側にあって制
御棒14に面しない燃料集合体16の側壁側に形成され
た水ギャップの幅よりも広くなっている炉心(D格子炉
心)と、制御棒14に面する燃料集合体16の側壁側に
形成された水ギャップの幅が、その反対側にあって制御
棒14に面しない燃料集合体16の側壁側に形成された
水ギャップの幅と等しい炉心(C格子炉心)とがある。
In the BWR core, cruciform control rods 14 are inserted into one of four fuel assemblies. This core has
The width of the water gap formed on the side wall side of the fuel assembly 16 facing the control rod 14 to be inserted is the water formed on the side wall side of the fuel assembly 16 on the opposite side and not facing the control rod 14. The core (D lattice core) wider than the width of the gap and the width of the water gap formed on the side wall side of the fuel assembly 16 facing the control rod 14 are on the opposite side to the control rod 14. There is a core (C lattice core) having a width equal to the width of the water gap formed on the side wall side of the fuel assembly 16 that does not face.

【0025】本実施例の燃料集合体16は、C格子炉心
に装荷される燃料集合体である。燃料集合体16を構成
する燃料棒15は、図3に示すように燃料棒1〜8の8
種類のものがある。これらの燃料棒1〜8が、図3に示
されるようにチャンネルボックス12内で燃料集合体横
断面に配置されている。燃料棒6は、短尺燃料棒であ
り、片の番号の燃料棒が長尺燃料棒である。
The fuel assembly 16 of this embodiment is a fuel assembly loaded in the C-lattice core. As shown in FIG. 3, the fuel rods 15 that compose the fuel assembly 16 are the fuel rods 1-8.
There are different types. These fuel rods 1 to 8 are arranged in the cross section of the fuel assembly in the channel box 12 as shown in FIG. The fuel rod 6 is a short fuel rod, and the fuel rod with the number of one piece is a long fuel rod.

【0026】本実施例のウォータロッド13は、図3の
ように燃料棒15の7本分の領域を占有するように大口
径のものを2本配置し、集合体中央に位置している。こ
れにより水対燃料比が従来燃料より大きくなり、高燃焼
度化による炉心特性の悪化を解決し、同時に反応度の向
上を図っている。
As the water rods 13 of this embodiment, as shown in FIG. 3, two large diameter rods are arranged so as to occupy the area of seven fuel rods 15, and they are located at the center of the assembly. As a result, the water-to-fuel ratio becomes larger than the conventional fuel, and the deterioration of the core characteristics due to the higher burnup is solved, and at the same time the reactivity is improved.

【0027】長尺燃料棒1〜5,7及び8は、燃料物質
充填領域の上下端部に天然ウランからなる燃料ペレット
を充填した領域(天然ウランブランケット領域)が形成
される。天然ウランブランケットは、燃料物質充填領域
の下端から燃料有効長Hの1/24、また上端から燃料
有効長Hの2/24までを占めている。短尺燃料棒6に
は、天然ウランブランケット領域は設けられていない。
The long fuel rods 1 to 5, 7 and 8 have regions (natural uranium blanket regions) in which fuel pellets made of natural uranium are filled at the upper and lower ends of the fuel substance filling region. The natural uranium blanket occupies 1/24 of the active fuel length H from the lower end and 2/24 of the active fuel length H from the upper end of the fuel substance filling region. The short fuel rod 6 is not provided with a natural uranium blanket region.

【0028】長尺燃料棒1〜5,7及び8において、燃
料有効部の下端から燃料有効長Hの1/24〜22/2
4の範囲は、濃縮ウランが充填されている濃縮ウラン領
域である。図4に示すように、燃料棒1,3〜5,7及
び8は、濃縮ウラン領域が軸方向において一様な濃縮度
になっており、燃料棒2は濃縮ウラン領域が軸方向に濃
縮度の異なる3つの領域を有している。また短尺燃料棒
6は軸方向において一様な濃縮度になっている。各燃料
棒の濃縮ウラン領域の濃縮度は、燃料棒1でA重量%,
燃料棒3でC重量%,燃料棒4でD重量%,燃料棒5で
E重量%,燃料棒6でB重量%,燃料棒7及び8でF重
量%になっている。燃料棒2は、濃縮ウラン領域におい
て、燃料有効部の下端を基点として、燃料有効長hの1
/24〜8/24の範囲の濃縮度がB重量%,燃料有効
長hの8/24〜20/24の範囲の濃縮度がA重量%
及び燃料有効長hの20/24〜20/24の範囲の濃
縮度がC重量%である。燃料棒7及び8は、濃縮ウラン
領域の燃料ペレット内に可燃性毒物であるガドリニアを
含有している。濃縮ウラン領域の軸方向におけるガドリ
ニア濃度は、燃料棒7で燃料有効部の下端を基点とし
て、燃料有効長hの1/24〜8/24の範囲で、H重
量%、燃料有効長hの8/24〜22/24の範囲で、
G重量%である。燃料棒8は、燃料有効部の下端を基点
として、燃料有効長hの1/24〜20/24の範囲
で、H重量%、及び燃料有効長hの20/24〜22/
24の範囲で、G重量%である。燃料棒1〜6は、ガド
リニアを含有していない。
In the long fuel rods 1 to 5, 7 and 8, 1/24 to 22/2 of the effective fuel length H is measured from the lower end of the effective fuel portion.
The range of 4 is the enriched uranium region filled with enriched uranium. As shown in FIG. 4, in the fuel rods 1, 3 to 5, 7 and 8, the enriched uranium region has a uniform enrichment in the axial direction, and in the fuel rod 2, the enriched uranium region has the enriched concentration in the axial direction. It has three different areas. Further, the short fuel rods 6 have a uniform enrichment in the axial direction. The enrichment in the enriched uranium region of each fuel rod is A wt% for fuel rod 1,
The fuel rod 3 has C weight%, the fuel rod 4 has D weight%, the fuel rod 5 has E weight%, the fuel rod 6 has B weight%, and the fuel rods 7 and 8 have F weight%. In the enriched uranium region, the fuel rod 2 has a fuel effective length h of 1 with the lower end of the fuel effective portion as a base point.
The enrichment in the range of / 24 to 8/24 is B% by weight, and the enrichment in the range of 8/24 to 20/24 of the active fuel length h is A% by weight.
And the enrichment degree in the range of 20/24 to 20/24 of the active fuel length h is C% by weight. Fuel rods 7 and 8 contain gadolinia, a combustible poison, in the fuel pellets in the enriched uranium region. The gadolinia concentration in the axial direction of the enriched uranium region is in the range of 1/24 to 8/24 of the fuel effective length h with the lower end of the fuel effective portion of the fuel rod 7 as the base point, and is H weight% and 8 of the fuel effective length h. In the range of / 24 to 22/24,
G% by weight. The fuel rods 8 have H weight% and 20/24 to 22/22 of the fuel effective length h in the range of 1/24 to 20/24 of the fuel effective length h with the lower end of the fuel effective portion as a base point.
In the range of 24, it is G% by weight. Fuel rods 1-6 do not contain gadolinia.

【0029】ここで、濃縮ウラン領域の濃縮度の大小関
係は、濃縮度の大きい方から、A,B,F,C,D,E
の順となっている。また、ガドリニア入り燃料棒のガド
リニア濃度の大小関係は、濃度の大きい方から、H,D
の順となっている。
Here, the magnitude relationships of enrichment in the enriched uranium region are A, B, F, C, D, and E in descending order of enrichment.
The order is. In addition, the relationship between the gadolinia concentrations of the fuel rods with gadolinia is H, D
The order is.

【0030】燃料集合体16において燃料有効部の上下
端部に形成される天然ウランブランケット領域は、0.
71 重量%のU235 を含有している。
The natural uranium blanket region formed at the upper and lower ends of the fuel effective portion of the fuel assembly 16 is 0.
It contains 71% by weight of U 235 .

【0031】BWRでは炉心上端に行くに従って蒸気泡
(ボイド)が多いために、炉心上部で中性子減速材であ
る水の密度が低下する。このため、軸方向の濃縮度分布
が一様な燃料集合体を炉心内に装荷した場合、燃料集合
体下部に出力ピークが生ずる下歪の出力分布となる傾向
がある。また、本実施例の燃料集合体では短尺燃料棒を
使用しており、燃料下部における燃料装荷量が燃料上部
におけるそれよりも大きいため、下歪の出力分布となる
要因となる。従って、前述のように、燃料集合体下部の
濃縮度よりも燃料集合体上部の濃縮度を高くすることに
よって、燃料集合体の軸方向の出力分布を平坦化してい
る。
In the BWR, since there are many vapor bubbles (voids) toward the upper end of the core, the density of water as a neutron moderator decreases in the upper part of the core. For this reason, when a fuel assembly having a uniform axial enrichment distribution is loaded in the core, there is a tendency for the output distribution of the lower strain to have an output peak below the fuel assembly. Further, in the fuel assembly of the present embodiment, the short fuel rods are used, and the fuel loading amount in the lower part of the fuel is larger than that in the upper part of the fuel, which causes the output distribution of the lower strain. Therefore, as described above, the output distribution in the axial direction of the fuel assembly is flattened by making the enrichment of the upper part of the fuel assembly higher than that of the lower part of the fuel assembly.

【0032】また、前記の様にBWRでは炉心上端に行
くに従って蒸気泡(ボイド)が多いために、炉心上部で
中性子減速材である水の密度が低く、炉心下部で水の密
度が高い。このため、軸方向のガドリニア平均重量%を
同一とすると、炉心下部で中性子スペクトルが上部に比
べ柔らかいことからガドリニアの燃焼が早く進む。これ
によりガドリニアの燃焼が進む際の炉心下部の反応度の
上昇速度が早くなるため、軸方向の出力分布が下方ピー
クとなり易くなる。本実施例ではこれを適切に制御する
ため、最下部領域のガドリニア濃度を相対的に大きくし
ている。
Further, as described above, in the BWR, since there are many vapor bubbles (voids) toward the upper end of the core, the density of water which is a neutron moderator is low in the upper part of the core and the density of water is high in the lower part of the core. For this reason, if the gadolinia average weight% in the axial direction is the same, the gadolinia combustion proceeds faster because the neutron spectrum is softer in the lower part of the core than in the upper part. As a result, the rate of increase in the reactivity of the lower part of the core when the gadolinia combustion progresses becomes faster, and the axial power distribution is likely to have a downward peak. In this embodiment, in order to control this appropriately, the gadolinia density in the lowermost region is made relatively large.

【0033】燃料集合体16は、濃縮ウラン領域の最上
部領域(燃料有効長hの20/24〜22/24の範
囲)を有している。この最上部領域の断面平均濃縮度
は、濃縮ウラン領域の中央部領域(燃料有効長hの8/
24〜20/24の範囲)及び最下部領域(燃料集効長
hの1/24〜8/24の範囲)の断面平均濃縮度より
も低い。濃縮ウラン領域の最上部領域は、断面平均濃縮
度が低くてしかも燃料棒7及び8の可燃性毒物の低濃度
領域に対応しており、炉停止余裕の減少を補償してい
る。
The fuel assembly 16 has the uppermost region (the range of 20/24 to 22/24 of the active fuel length h) of the enriched uranium region. The average cross-sectional enrichment of this uppermost region is the central region of the enriched uranium region (8 / the active fuel length h).
24 to 20/24) and the lowermost region (range of 1/24 to 8/24 of the fuel collecting length h). The uppermost region of the enriched uranium region has a low average cross-sectional enrichment and corresponds to the low concentration region of the burnable poison of the fuel rods 7 and 8, and compensates for the reduction in the reactor shutdown margin.

【0034】燃料集合体16は、2つの異なった濃縮度
のウラン燃料棒1及び2がウォータロッドに側面で接す
ると共に、ウォータロッドに、直交する2方向の側面で
接する燃料棒位置(コーナから行,列共4番目及び6番
目の2本の燃料棒)の燃料棒として、燃料集合体中の最
高濃縮度の燃料棒1を保有している。この結果、燃料棒
出力比が低減し、ガドリニア入り燃料棒の1%塑性歪み
に対する余裕が、ウラン燃料棒の1%塑性歪みに対する
余裕と比較して相対的に増大している。
In the fuel assembly 16, two uranium fuel rods 1 and 2 having different enrichment are in contact with the water rod at the side surface, and the fuel rod is in contact with the water rod at two side surfaces orthogonal to each other (from the corner). , Fuel rods 1 of the highest enrichment in the fuel assembly are held as the fuel rods of the 4th and 6th fuel rods in each row. As a result, the fuel rod output ratio is reduced, and the margin for the 1% plastic strain of the fuel rod with gadolinia is relatively increased as compared with the margin for the 1% plastic strain of the uranium fuel rod.

【0035】また、燃料集合体16は、燃料集合体の平
均濃縮度よりも高い濃縮度の領域を有する燃料棒2及び
3を、燃料集合体横断面の最外周に配置している。
Further, in the fuel assembly 16, the fuel rods 2 and 3 each having a region having an enrichment higher than the average enrichment of the fuel assembly are arranged at the outermost periphery of the cross section of the fuel assembly.

【0036】以上述べた燃料集合体16は、原子炉の安
全余裕を十分確保しつつ、最高濃縮度の上限値が設定さ
れている条件下で、燃料集合体平均濃縮度を高め、高燃
焼度を達成することができる。これによって、燃料サイ
クルに要する費用を低減でき、さらに、使用済燃料集合
体の発生量も低減できる。
The fuel assembly 16 described above increases the average enrichment of the fuel assembly under the condition that the upper limit of the maximum enrichment is set, while ensuring a sufficient safety margin of the reactor, and increases the burnup. Can be achieved. As a result, the cost required for the fuel cycle can be reduced, and the amount of spent fuel assemblies generated can be reduced.

【0037】[0037]

【発明の効果】本発明によれば、ガドリニア入り燃料棒
の1%塑性歪みに対する余裕が、ウラン燃料棒の1%塑
性歪みに対する余裕と比較して相対的に増大することに
よって、燃料棒の最高濃縮度の上限値が設定されている
条件の下で、燃料集合体平均濃縮度を高め、高燃焼度化
により、燃料経済性の向上に利用でき、取り出しエネル
ギーの増大を図ることができる。
According to the present invention, the margin for 1% plastic strain of a fuel rod containing gadolinia is relatively increased as compared with the margin for 1% plastic strain of a uranium fuel rod, so that the maximum fuel rod Under the condition that the upper limit of enrichment is set, the average enrichment of the fuel assembly can be increased and the burnup can be increased, which can be used for improving the fuel economy and increasing the extraction energy.

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

【図1】本発明による燃料集合体の第1の実施例の水平
断面図。
FIG. 1 is a horizontal sectional view of a first embodiment of a fuel assembly according to the present invention.

【図2】本発明による燃料集合体の第2の実施例の軸方
向断面図。
FIG. 2 is an axial sectional view of a second embodiment of the fuel assembly according to the present invention.

【図3】第2の実施例の水平断面図。FIG. 3 is a horizontal sectional view of the second embodiment.

【図4】第2の実施例の燃料棒の濃縮度及びガドリニア
分布の説明図。
FIG. 4 is an explanatory view of the enrichment and gadolinia distribution of the fuel rod of the second embodiment.

【図5】第1の実施例の燃焼度と局所出力ピーキング係
数の関係図。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the burnup and the local output peaking coefficient in the first embodiment.

【図6】第1の実施例の燃焼度と燃料棒出力比の関係
図。
FIG. 6 is a relationship diagram of burnup and fuel rod output ratio in the first embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1a,12…チャンネルボックス、3a,13…水ロッ
ド、1〜8,2a,4a,5a,15…燃料棒、14…
制御棒、16…燃料集合体、18…上部タイプレート、
19…下部タイプレート、20…燃料スペーサ。
1a, 12 ... Channel box, 3a, 13 ... Water rod, 1-8, 2a, 4a, 5a, 15 ... Fuel rod, 14 ...
Control rod, 16 ... Fuel assembly, 18 ... Upper tie plate,
19 ... Lower tie plate, 20 ... Fuel spacer.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G21C 3/30 GDBT ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI technical display location G21C 3/30 GDBT

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】9行9列に配置された平均濃縮度が異なる
複数の燃料棒と、7本の燃料棒が配置可能な中央部領域
の燃料集合体の対角線方向に隣接して配置された2本の
太径の水ロッドとを備え、少なくとも2つの異なる平均
濃縮度の燃料棒が前記水ロッドに隣接する燃料集合体に
おいて、 前記2本の水ロッドの両方に隣接する燃料棒を、平均濃
縮度が最高の燃料棒としたことを特徴とする燃料集合
体。
1. A plurality of fuel rods arranged in 9 rows and 9 columns and having different average enrichments and a fuel assembly in a central region where 7 fuel rods can be arranged are arranged adjacent to each other in a diagonal direction. A fuel assembly comprising two large diameter water rods, wherein at least two fuel rods having different average enrichments are adjacent to the water rods, wherein the fuel rods adjacent to both of the two water rods are averaged. A fuel assembly characterized in that the fuel rod has the highest enrichment.
【請求項2】請求項1において、前記燃料棒の核燃料物
質充填領域は、燃料集合体の軸方向に、天然ウランが装
荷される上端部及び下端部と、濃縮ウランが装荷され平
均濃縮度が異なる上部領域,中央領域及び下部領域とに
領域分けされ、 前記中央領域の平均濃縮度は、前記上部領域及び下池領
域の平均濃縮度よりも高く、 前記中央領域と前記下部領域の平均濃縮度の差は、前記
中央領域と前記上部領域の平均濃縮度の差よりも小さ
く、 前記上部領域における前記軸方向単位長さ当りの可燃性
毒物の含有量は、前記中央領域及び下部領域におれる前
記軸方向単位長さ当りの可燃性毒物の含有量よりも少な
いことを特徴とする燃料集合体。
2. The nuclear fuel material filling region of the fuel rod according to claim 1, wherein an upper end portion and a lower end portion of natural uranium are loaded in the axial direction of the fuel assembly, and enriched uranium is loaded and an average enrichment is increased. It is divided into different upper region, central region and lower region, the average concentration of the central region is higher than the average concentration of the upper region and the lower pond region, of the average concentration of the central region and the lower region The difference is smaller than the difference between the average enrichment of the central region and the upper region, the content of burnable poison per axial unit length in the upper region is in the central region and the lower region A fuel assembly characterized by being less than the content of combustible poisons per axial unit length.
【請求項3】請求項1において、前記燃料棒は、前記軸
方向の長さが長い第1燃料棒と、該第1燃料棒よりも前
記軸方向の長さが短い第2燃料棒とを含み、 該第2燃料棒の核燃料物質充填領域の上端は前記中央領
域内に位置し、 前記中央領域のうち前記第2燃料棒の上端より上方に位
置する中央第1領域の平均濃縮度は、前記中央領域のう
ち前記第2燃料棒の上端より下方に位置する中央第2領
域の平均濃縮度よりも低いことを特徴とする燃料集合
体。
3. The fuel rod according to claim 1, wherein the fuel rod comprises a first fuel rod having a longer axial length and a second fuel rod having a shorter axial length than the first fuel rod. An upper end of the nuclear fuel material filling region of the second fuel rod is located within the central region, and an average enrichment of the central first region located above the upper end of the second fuel rod in the central region, A fuel assembly characterized in that it is lower than the average enrichment of the central second region located below the upper end of the second fuel rod in the central region.
【請求項4】請求項3において、前記中央第2領域と前
記下部領域の平均濃縮度の差は、前記中央第1領域と前
記上部領域の平均濃縮度の差よりも小さいことを特徴と
する燃料集合体。
4. The difference in average enrichment between the central second region and the lower region is smaller than the difference in average enrichment between the central first region and the upper region. Fuel assembly.
【請求項5】請求項2において、前記濃縮ウラン装荷領
域における前記軸方向単位長さ当りの可燃性毒物の含有
量は、前記上部領域,前記中央領域,前記下部領域の順
に多くなることを特徴とする燃料集合体。
5. The content of burnable poison per unit length in the axial direction in the enriched uranium loading region increases in the order of the upper region, the central region, and the lower region. And the fuel assembly.
【請求項6】請求項1において、燃料集合体の平均濃縮
度よりも高い濃縮度の領域を有する燃料棒を、燃料集合
体横断面の最外層に配置したことを特徴とする燃料集合
体。
6. The fuel assembly according to claim 1, wherein the fuel rods having a region having an enrichment higher than the average enrichment of the fuel assembly are arranged in the outermost layer of the cross section of the fuel assembly.
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