JPH0990076A - Fuel assembly and reactor core - Google Patents

Fuel assembly and reactor core

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JPH0990076A
JPH0990076A JP7249069A JP24906995A JPH0990076A JP H0990076 A JPH0990076 A JP H0990076A JP 7249069 A JP7249069 A JP 7249069A JP 24906995 A JP24906995 A JP 24906995A JP H0990076 A JPH0990076 A JP H0990076A
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JP
Japan
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fuel
fuel assembly
channel box
enrichment
rod
Prior art date
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Application number
JP7249069A
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Japanese (ja)
Inventor
Satoshi Fujita
聡志 藤田
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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Publication date
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To properly control excess reactivity without degrading the core characteristics and improve fuel economics. SOLUTION: A zirconium alloy channel box 12 include boron-10 of ca. 0.2wt.%. A fuel assembly including the channel box 12 contains two kinds of fuel rod of No.1 and 2. Plutonium enrichment (a) of the fuel rod No.1 is lower by ca. 1wt.%. than that (b) of the rod No.2. Therefore, the amount of burnable poison in the fuel rods can be reduced owing to the channel box containing boron-10 and so the suppression of excess reactivity and suppress of local power peaking is possible and thus, the kind number of fuel rods with different plutonium enrichment can be greatly reduced. Especially, as the kind number of the fuel rods with different plutonium enrichment is two or less, the production process of the fuel assembly can be greatly simplified.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料集合体及び原
子炉の炉心に係り、特に沸騰水型原子炉(以下BWRと
称する)に適用するのに好適な燃料集合体及び原子炉の
炉心にに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel assembly and a reactor core, and more particularly to a fuel assembly and a reactor core suitable for application to a boiling water reactor (hereinafter referred to as BWR). Regarding

【0002】[0002]

【従来の技術】原子炉は、核分裂性物質の核分裂によっ
て発生する熱エネルギーと共に放出される中性子が他の
核分裂性物質に衝突して次の核分裂を引き起こすという
連鎖反応によりエネルギーを出し続ける。この連鎖反応
の発生率が平衡にある状態を臨界といい、一定の出力で
運転される原子炉はこの状態を保ち続けている。また、
連鎖反応が増大していく状態を臨界超過、逆に連鎖反応
が減少していく状態を未臨界という。
2. Description of the Related Art Reactors continue to generate energy by a chain reaction in which neutrons emitted together with thermal energy generated by the fission of fissionable materials collide with other fissile materials to cause the next fission. The state in which the rate of occurrence of this chain reaction is in equilibrium is called critical, and the reactor that operates at a constant power continues to maintain this state. Also,
The state in which the chain reaction increases is called supercritical, while the state in which the chain reaction decreases is called subcritical.

【0003】原子炉は、一定の期間にわたって核分裂性
物質を含む燃料物質を補給しないで運転し続けなければ
ならない。このため、臨界維持に必要な量よりも多い核
分裂性物質が、原子炉の炉心内に装荷されている。従っ
て、原子炉は、中性子吸収物質からなる制御材なしには
臨界超過になる。この超過した反応度が余剰反応度であ
る。この余剰反応度を原子炉の運転期間を通じて適切に
制御することが重要である。この余剰反応度を運転期間
を通じて制御するために、可燃性毒物を燃料物質中に混
入することがよく知られている。可燃性毒物は、運転期
間を通じ除々に燃焼しその物質量が減少していく中性子
吸収材である。可燃性毒物の代表例としては、核燃料物
質に混ぜて使用されるガドリニアがある。
Reactors must continue to operate for a period of time without refueling fuel material, including fissile material. Therefore, more fissile material than the amount required to maintain the criticality is loaded in the core of the nuclear reactor. Therefore, the reactor will be supercritical without the control material of neutron absorbing material. This excess reactivity is the excess reactivity. It is important to properly control this excess reactivity throughout the operation period of the reactor. It is well known to mix combustible poisons into fuel materials in order to control this excess reactivity throughout the operating period. Combustible poison is a neutron absorber that gradually burns and the amount of its substance decreases throughout the operation period. A typical example of a burnable poison is gadolinia that is mixed with a nuclear fuel material.

【0004】次に可燃性毒物の反応度抑制の様子を図を
用いて示す。図6は、ガドリニアを混入した燃料物質を
含む複数の燃料棒を有する燃料集合体の燃焼度に対する
その燃料集合体の無限増倍率の変化の一例を示す。一般
に、可燃性毒物が混入されている燃料棒の本数が増加す
れば、燃焼初期での無限増倍率が低下する。また混入す
る可燃性毒物の濃度を増加させれば、ガドリニアの燃え
尽きる時期が遅くなり、その結果、無限増倍率の最大値
が抑制される。これらの機能を利用し、可燃性毒物の濃
度と可燃性毒物入り燃料棒の本数との組み合わせを適切
に選択することにより、炉心の余剰反応度を適切に制御
することが可能となる。
Next, the manner of suppressing the reactivity of the burnable poison will be shown with reference to the drawings. FIG. 6 shows an example of the change of the infinite multiplication factor of a fuel assembly having a plurality of fuel rods containing a fuel substance mixed with gadolinia, with respect to the burnup. In general, if the number of fuel rods containing combustible poisons increases, the infinite multiplication factor in the initial stage of combustion decreases. Further, if the concentration of the burnable poison mixed in is increased, the time when gadolinia burns out is delayed, and as a result, the maximum value of the infinite multiplication factor is suppressed. By utilizing these functions and appropriately selecting the combination of the concentration of burnable poison and the number of fuel rods containing burnable poison, the excess reactivity of the core can be appropriately controlled.

【0005】原子炉は、このように制御棒及び可燃性毒
物を用いることで余剰反応度を適切に制御できる。
In this way, the reactor can properly control the excess reactivity by using the control rod and the burnable poison.

【0006】しかしながら、近年、濃縮度の増加による
燃料集合体の高燃焼度化が検討されている。高燃焼度化
の燃料集合体を用いることにより、炉心の余剰反応度も
一層増加することになる。この余剰反応度の増加を制御
棒の挿入で対応すれば、制御棒の挿入本数の増加によっ
て炉心の半径方向の出力ピーキングが増大して、熱的余
裕が減少する。しかも、運転期間中の大きな余剰反応度
変化を補償するために、制御棒操作が増加する。これ
は、原子炉稼働率の低下を招き、燃料経済性の観点から
も望ましくない。一方、余剰反応度の増加を可燃性毒物
濃度の増加で対応すれば、燃料ペレットの熱伝導が低下
し、燃料健全性の点から好ましくない。また、可燃性毒
物含有燃料棒の本数の増加で対応すれば、出力の低い燃
料棒本数が増え、局所出力ピーキング(燃料集合体内の
燃料棒出力の平均値に対する最大出力の比)が増大し、
熱的余裕が減少する。
However, in recent years, a high burnup of the fuel assembly has been studied by increasing the enrichment. The excess reactivity of the core is further increased by using the high burnup fuel assembly. If the increase of the excess reactivity is dealt with by the insertion of the control rods, the increase in the number of the control rods inserted increases the radial power peaking of the core and reduces the thermal margin. Moreover, control rod operation is increased to compensate for large excess reactivity changes during operation. This leads to a reduction in the reactor operating rate and is not desirable from the viewpoint of fuel economy. On the other hand, if the increase in the surplus reactivity is dealt with by the increase in the concentration of the burnable poison, the heat conduction of the fuel pellet is reduced, which is not preferable in terms of fuel integrity. If the number of burnable poison-containing fuel rods is increased, the number of fuel rods with low output will increase, and local output peaking (the ratio of the maximum output to the average value of the fuel rod output in the fuel assembly) will increase.
Thermal margin is reduced.

【0007】特に、燃焼初期から数%のプルトニウムを
含むMOX燃料(ウランとプルトニウムの混合した原子
燃料)が充填された燃料棒を有する燃料集合体(MOX
燃料集合体)では、プルトニウムの熱中性子吸収断面積
がウランより大きいので、MOX燃料を含まず燃料物質
としてウランを含む燃料集合体(ウラン燃料集合体)より
も相対的にエネルギーの高い中性子の割合が多い。この
結果、MOX燃料集合体を装荷した炉心では、制御棒の
反応度効果(制御棒価値)及び可燃性毒物の反応度効果
が低下する。これによって、MOX燃料集合体を装荷し
た炉心は、余剰反応度の制御のために制御棒及び可燃性
毒物含有燃料棒の本数をより多くしなければならず、ウ
ラン燃料集合体を装荷した炉心に比べて余剰反応度の制
御がより困難になる。
In particular, a fuel assembly (MOX) having fuel rods filled with MOX fuel (nuclear fuel mixture of uranium and plutonium) containing several% of plutonium from the early stage of combustion (MOX)
In the fuel assembly), the thermal neutron absorption cross-section of plutonium is larger than that of uranium, so the proportion of neutrons with a relatively higher energy than the fuel assembly that does not contain MOX fuel but contains uranium as the fuel substance (uranium fuel assembly). There are many. As a result, in the core loaded with the MOX fuel assembly, the reactivity effect of the control rod (control rod value) and the reactivity effect of the burnable poison are reduced. As a result, the core loaded with MOX fuel assemblies must have a larger number of control rods and burnable poison-bearing fuel rods to control the excess reactivity, and the core loaded with uranium fuel assemblies must be In comparison, it becomes more difficult to control the excess reactivity.

【0008】MOX燃料集合体においては、MOX燃料
が充填された燃料棒への可燃性毒物の混入実績がなく可
燃性毒物の使用に制約がある場合、可燃性毒物含有燃料
棒の本数増加はMOX燃料棒本数の減少につながりプル
トニウム装荷量が減少する。更に、局所出力ピーキング
増加の緩和は、燃料集合体内においてプルトニウム富化
度(以下、単に富化度という)の異なる燃料棒の種類数の
増加、高出力位置への低富化度のMOX燃料棒配置を必
要とする。富化度が異なる燃料棒の種類数の増加は、M
OX燃料集合体の製造工程を複雑化する。この製造工程
の簡略化のためにも、富化度が異なる燃料棒の種類数は
できるだけ少ないことが望ましい。
In the MOX fuel assembly, if there is no record of mixing burnable poisons in the fuel rods filled with MOX fuel and there is a restriction on the use of burnable poisons, the increase in the number of burnable poison-bearing fuel rods is MOX. The number of fuel rods will decrease and the plutonium loading will decrease. In addition, the increase in local power peaking is mitigated by increasing the number of types of fuel rods with different plutonium enrichment (hereinafter simply referred to as enrichment) in the fuel assembly, and by increasing the enrichment of MOX fuel rods to a high power position. Requires placement. The increase in the number of fuel rods with different enrichment is
The manufacturing process of the OX fuel assembly is complicated. In order to simplify the manufacturing process, it is desirable that the number of types of fuel rods having different enrichment be as small as possible.

【0009】以上述べたように、燃料集合体の高燃焼度
化及びMOX燃料集合体の使用において、制御棒操作の
増加及び可燃性毒物含有燃料棒の本数増加によっては、
熱的余裕及び核分裂性物質の装荷量の点で制約が増大す
る傾向にある。
As described above, in the high burnup of the fuel assembly and the use of the MOX fuel assembly, depending on the increase of the control rod operation and the number of burnable poison-bearing fuel rods,
Constraints tend to increase in terms of thermal margin and fissile material loading.

【0010】従来の初装荷の高燃焼度炉心の例が、特開
平5−249270 号公報に記載されている。この炉心は、平
均濃縮度が3.4 %の高濃縮度燃料集合体、平均濃縮度
が2.3%の中濃縮度燃料集合体、及び平均濃縮度が1.
1%の低濃縮度燃料集合体の3種類の燃料集合体で構成
される。核分裂性物質の有効利用のために、平均濃縮度
の低い燃料集合体ほど早い時期に炉心から取り出され、
平均濃縮度の高い燃料集合体ほど長い期間炉心内に滞在
する。初装荷炉心に装荷された燃料集合体の取出燃焼度
を更に高めるためには、炉心平均濃縮度をより一層高め
て燃料集合体の炉内滞在期間をより長くする必要があ
る。炉心平均濃縮度を高める方法として、燃料集合体の
平均濃縮度を高める方法,炉心を構成する燃料集合体の
うち、高濃縮度燃料集合体の体数を増加する方法があ
る。前者の方法によると、燃料交換時に新たに炉心に装
荷される取替燃料集合体の平均濃縮度と初装荷炉心に装
荷されている高濃縮度燃料集合体の平均濃縮度が異なっ
てくる。また、後者の方法によると、可燃性毒物の混入
した燃料棒の効果が大きく作用することにより、サイク
ル途中で余剰反応度がより高くなるという困難さが生じ
る。
An example of a conventional initially loaded high burnup core is described in Japanese Patent Laid-Open No. 5-249270. This core has a high enrichment fuel assembly with an average enrichment of 3.4%, a medium enrichment fuel assembly with an average enrichment of 2.3%, and an average enrichment of 1.
It is composed of three types of fuel assemblies, 1% low enrichment fuel assemblies. In order to effectively use fissile material, fuel assemblies with lower average enrichment are taken out of the core earlier.
Fuel assemblies with a higher average enrichment stay in the core for longer periods. In order to further increase the ejection burnup of the fuel assemblies loaded in the initially loaded core, it is necessary to further increase the average enrichment of the core and prolong the stay period of the fuel assemblies in the reactor. As a method of increasing the average enrichment of the core, there are a method of increasing the average enrichment of the fuel assembly and a method of increasing the number of highly enriched fuel assemblies among the fuel assemblies constituting the core. According to the former method, the average enrichment of the replacement fuel assembly newly loaded in the core at the time of refueling differs from the average enrichment of the high enrichment fuel assembly loaded in the initially loaded core. Further, according to the latter method, the effect of the fuel rod mixed with the burnable poison is greatly exerted, which causes a difficulty that the excess reactivity becomes higher during the cycle.

【0011】従来のMOX燃料集合体の例としては、特
開昭63−108294号公報に記載されているように、プルト
ニウムを富化した燃料棒及びプルトニウムを含まないガ
ドリニア含有燃料棒を正方形の格子状に配置し、ガドリ
ニア含有燃料棒において軸方向で濃縮度分布もしくはガ
ドリニア濃度分布を変えた燃料集合体がある。この燃料
集合体で高燃焼度化のためにプルトニウム富化度をさら
に高めた場合、ガドリニア含有燃料棒の本数を増やす必
要が生じ、燃料集合体におけるプルトニウム装荷量の低
減,プルトニウム富化度が異なる燃料棒の種類数の増加
が生じる。
As an example of a conventional MOX fuel assembly, as described in JP-A-63-108294, a plutonium-enriched fuel rod and a plutonium-free gadolinia-containing fuel rod are arranged in a square lattice. There is a fuel assembly in which the concentration distribution or the gadolinia concentration distribution is changed in the axial direction in the gadolinia-containing fuel rod. If the plutonium enrichment is further increased for higher burnup in this fuel assembly, it is necessary to increase the number of gadolinia-containing fuel rods, which reduces plutonium loading in the fuel assembly and differs in plutonium enrichment. An increase in the number of types of fuel rods occurs.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】燃料集合体の高燃焼度
化のためにウラン濃縮度またはプルトニウム富化度を高
めた場合、炉心の余剰反応度が上昇する。これに対し、
制御棒の挿入本数の増加及び可燃性毒物濃度の増加で対
応すると、熱的余裕の減少,燃料特性の劣化,プルトニ
ウム装荷量の減少及び富化度の異なる燃料棒の種類数の
増加等の問題が生じる。また、局所出力ピーキングを低
減するための富化度種類数はできるだけ少ないことが望
ましい。
When the uranium enrichment or plutonium enrichment is increased to increase the burnup of the fuel assembly, the excess reactivity of the core increases. In contrast,
If the number of control rods inserted and the concentration of combustible poisons are increased, problems such as a decrease in thermal margin, deterioration of fuel characteristics, a decrease in plutonium loading, and an increase in the number of types of fuel rods with different enrichment Occurs. Further, it is desirable that the number of enrichment types for reducing local output peaking is as small as possible.

【0013】本発明の目的は、炉心特性を損なうことな
く余剰反応度を適切に制御でき、かつ燃料経済性を向上
できる燃料集合体及び原子炉の炉心を提供することにあ
る。
An object of the present invention is to provide a fuel assembly and a core of a nuclear reactor capable of appropriately controlling the excess reactivity without impairing the core characteristics and improving fuel economy.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する本
発明の特徴は、ジルコニウム合金製のチャンネルボック
スはそのジルコニウム合金よりも中性子吸収断面積の大
きな物質を含み、かつ、軸方向の1つの水平断面におい
てウラン濃縮度またはプルトニウム富化度が異なる燃料
棒の種類数が2以下であることにある。
Means for Solving the Problems The features of the present invention that achieve the above object are that a channel box made of a zirconium alloy contains a substance having a larger neutron absorption cross section than that of the zirconium alloy, The number of types of fuel rods having different uranium enrichment or plutonium enrichment in the horizontal section is 2 or less.

【0015】ジルコニウム合金製のチャンネルボックス
はそのジルコニウム合金よりも中性子吸収断面積の大き
な物質、例えばボロン10を含んでいるので、燃料棒内
への可燃性毒物(例えば、ガドリニア)の充填量を減少
できる。このジルコニウム合金よりも中性子吸収断面積
の大きな物質を含むチャンネルボックスにより、余剰反
応度の抑制及び局所出力ピーキングの抑制を可能として
いる。これにより、ウラン濃縮度またはプルトニウム富
化度の異なる燃料棒の種類数を著しく低減できる。
Since the channel box made of zirconium alloy contains a substance having a larger neutron absorption cross section than that of the zirconium alloy, for example, boron 10, the filling amount of the burnable poison (eg gadolinia) in the fuel rod is reduced. it can. The channel box containing a substance having a larger neutron absorption cross section than the zirconium alloy enables suppression of excess reactivity and suppression of local power peaking. As a result, the number of types of fuel rods having different uranium enrichments or plutonium enrichments can be significantly reduced.

【0016】好ましくは、中性子吸収材を含むチャンネ
ルボックスを、燃料寿命の途中において、燃料集合体の
反応度が低下した段階で、中性子吸収材を含まない従来
のジルコニウム合金製のチャンネルボックスと交換する
ことにより、中性子の無駄な吸収を防ぐことが可能であ
る。
[0016] Preferably, the channel box containing the neutron absorbing material is replaced with a conventional zirconium alloy-containing channel box containing no neutron absorbing material at the stage where the reactivity of the fuel assembly is lowered during the life of the fuel. As a result, it is possible to prevent unnecessary absorption of neutrons.

【0017】本発明の作用を具体例に基づいて以下によ
り具体的に説明する。図8に示す燃料集合体は、燃料棒
16及び水ロッド13を備え、燃料棒16の束をジルコ
ニウム合金製のチャンネルボックス17が取り囲んでい
る。このチャンネルボックス17に中性子吸収物質であ
るボロン10を添加し、この添加量を変えたときの燃料
集合体の無限増倍率及び局所出力ピーキングのボロン1
0濃度依存性を、図7に示す。チャンネルボックス17
内へのボロン10の添加により燃料集合体の無限増倍率
及び局所出力ピーキングは、共に減少する。好ましく
は、そのボロン10濃度を0.3 %以上にすることによ
って、燃料集合体の無限増倍率及び局所出力ピーキング
は、燃料集合体の無限増倍率及び局所出力ピーキングを
共に著しく低減できる。図7の特性では、無限増倍率に
おける約20%の低減が局所出力ピーキングにおける約
10%の低減に対応している。
The operation of the present invention will be specifically described below based on specific examples. The fuel assembly shown in FIG. 8 includes fuel rods 16 and water rods 13, and a bundle of fuel rods 16 is surrounded by a channel box 17 made of a zirconium alloy. Boron 10, which is a neutron absorbing substance, is added to the channel box 17, and the infinite multiplication factor of the fuel assembly and the local output peaking boron 1 when the addition amount is changed.
The 0 concentration dependence is shown in FIG. Channel box 17
The infinite multiplication factor and local power peaking of the fuel assembly are both reduced by the addition of boron 10 therein. Preferably, by setting the concentration of boron 10 to be 0.3% or more, the infinite multiplication factor and local power peaking of the fuel assembly can be significantly reduced. In the characteristic of FIG. 7, a reduction of about 20% in the infinite multiplication factor corresponds to a reduction of about 10% in the local output peaking.

【0018】本発明により、無限増倍率が低減するので
可燃性毒物であるガドリニアの燃料棒への充填量を従来
よりも減少させて、炉心余剰反応度の制御,燃料特性余
裕の確保,プルトニウム装荷量の増加を図ることができ
る。更に、局所出力ピーキングが低減するので、熱的余
裕の確保、プルトニウム富化度が異なる燃料棒の種類数
を減少できる。特に、燃料集合体の軸方向の1つの水平
断面においてウラン濃縮度またはプルトニウム富化度が
異なる燃料棒の種類数が2以下であるので、燃料棒は2
種類製造するだけでよく、燃料集合体の製造工程が著し
く簡略化できる。
Since the infinite multiplication factor is reduced by the present invention, the filling amount of the fuel rod of gadolinia, which is a burnable poison, is reduced as compared with the conventional one, and the control of the core excess reactivity, the securement of the fuel characteristic margin, and the plutonium loading are carried out. The quantity can be increased. Further, since the local output peaking is reduced, it is possible to secure a thermal margin and reduce the number of types of fuel rods having different plutonium enrichments. In particular, since the number of kinds of fuel rods having different uranium enrichment or plutonium enrichment in one horizontal section in the axial direction of the fuel assembly is 2 or less, the number of fuel rods is 2 or less.
Since it is only necessary to manufacture various types, the manufacturing process of the fuel assembly can be significantly simplified.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施例を示す。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below.

【0020】(実施例1)図1に、本発明の一実施例で
ある燃料集合体を示す。本実施例の燃料集合体は、燃料
棒11,水ロッド13及びチャンネルボックス15を備
え、MOX燃料集合体である。チャンネルボックス15
は、ジルコニウム合金製であり、中性子吸収物質である
ボロン10を0.2 重量%程度含んでいる。その燃料集
合体が装荷されるBWRの炉心は、燃料集合体4体に1
体の割合で十字型の制御棒14が挿入される構成となっ
ている。制御棒14は、中性子吸収材としてボロンを充
填しており、燃料集合体間に挿入される。
(Embodiment 1) FIG. 1 shows a fuel assembly which is an embodiment of the present invention. The fuel assembly of this embodiment includes a fuel rod 11, a water rod 13, and a channel box 15, and is a MOX fuel assembly. Channel box 15
Is made of a zirconium alloy and contains about 0.2% by weight of boron 10, which is a neutron absorbing substance. The BWR core loaded with the fuel assemblies has one fuel assembly for every four fuel assemblies.
The cross-shaped control rod 14 is inserted in proportion to the body. The control rod 14 is filled with boron as a neutron absorbing material, and is inserted between the fuel assemblies.

【0021】この炉心は、制御棒が挿入される側の燃料
集合体間に形成された水ギャップの幅が、その反対側に
あって制御棒が挿入されない側において燃集合体間に形
成された水ギャップの幅と等しい(C格子炉心)。な
お、他の炉心として、前者の水ギャップの幅が後者の水
ギャップの幅よりも広いD格子炉心と称されるものがあ
る。
In this core, the width of the water gap formed between the fuel assemblies on the side where the control rods are inserted is formed between the fuel assemblies on the side opposite to the side where the control rods are not inserted. Equal to the width of the water gap (C lattice core). As another core, there is one called a D lattice core in which the width of the former water gap is wider than the width of the latter water gap.

【0022】燃料集合体を構成する燃料棒11は、図1
に示すように燃料棒1及び2の2種類である。図2に示
すように、燃料棒1のプルトニウム富化度がaであり、
燃料棒2のプルトニウム富化度がbである。これらの燃
料棒が、図1に示す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1と燃料棒
2は、プルトニウム富化度が異なる。燃料棒2は、燃料
棒1よりもプルトニウム富化度が1重量%程度低い(b
<a)。
The fuel rods 11 constituting the fuel assembly are shown in FIG.
There are two types of fuel rods 1 and 2, as shown in FIG. As shown in FIG. 2, the plutonium enrichment of the fuel rod 1 is a,
The plutonium enrichment of the fuel rod 2 is b. These fuel rods are arranged in the cross section of the fuel assembly in the channel box 12 as shown in FIG. The fuel rod 1 and the fuel rod 2 have different plutonium enrichments. The fuel rod 2 has a plutonium enrichment lower than that of the fuel rod 1 by about 1% by weight (b
<A).

【0023】本実施例は、プルトニウム富化度の低い燃
料棒2が最外周の燃料棒配列のコーナ部にのみに配置し
ている。燃料棒2は4本であり、他の燃料棒は燃料棒1
である。
In this embodiment, the fuel rods 2 having a low plutonium enrichment are arranged only at the corners of the outermost fuel rod array. There are four fuel rods 2 and the other fuel rods are fuel rods 1.
It is.

【0024】本実施例における燃料集合体の無限増倍率
の燃焼度に対する変化を図9の特性Cに示す。また、本
実施例の燃料集合体における局所出力ピーキングの燃焼
度に対する変化を図10の特性Cに示す。
The change in the infinite multiplication factor of the fuel assembly with respect to the burnup in this embodiment is shown in characteristic C of FIG. A change in local output peaking with respect to burnup in the fuel assembly of this embodiment is shown in characteristic C of FIG.

【0025】ボロン10を添加しないチャンネルボック
スを用い、かつ燃料棒として1種類の燃料棒1のみを有
する燃料集合体における無限増倍率及び局所出力ピーキ
ングの燃焼度に対する変化は、図9及び図10の特性A
である。また、ボロン10を含むチャンネルボックスを
用い、かつ燃料棒として1種類の燃料棒1のみを有する
燃料集合体における無限増倍率及び局所出力ピーキング
の燃焼度に対する変化は、図9及び図10の特性Bであ
る。図5に、燃料棒1の1種類のみを用いた燃料集合体
の構成を示す。
The change of the infinite multiplication factor and the local power peaking with respect to the burnup in a fuel assembly using a channel box not containing boron 10 and having only one kind of fuel rod 1 as a fuel rod is shown in FIGS. 9 and 10. Characteristic A
It is. Further, in the fuel assembly using the channel box including the boron 10 and having only one type of fuel rod 1 as a fuel rod, the infinite multiplication factor and the change in the local output peaking with respect to the burnup are the characteristics B of FIGS. 9 and 10. Is. FIG. 5 shows the structure of a fuel assembly using only one type of fuel rod 1.

【0026】ボロン10を含むチャンネルボックス1
2,燃料棒1及び2を有する本実施例は、無限増倍率で
20%,局所出力ピーキングで特性Aに対し25%程
度,特性Bに対し15%程度の低減効果が得られる。
Channel box 1 containing boron 10
2. In the present embodiment having the fuel rods 1 and 2, an infinite multiplication factor of 20%, a local output peaking of about 25% with respect to the characteristic A, and a reduction effect of about 15% with respect to the characteristic B can be obtained.

【0027】ジルコニウム合金製のチャンネルボックス
にボロン10を含有させ、及びプルトニウム富化度の異
なる2種類の燃料棒1及び2を用いる本実施例の燃料集
合体は、無限増倍率及び局所出力ピーキングにおいて大
きな低減効果が得られる。
The fuel assembly of the present embodiment, in which the channel box made of a zirconium alloy contains boron 10 and two kinds of fuel rods 1 and 2 having different plutonium enrichments are used, the infinite multiplication factor and the local power peaking are obtained. A large reduction effect can be obtained.

【0028】(実施例2)図3に、本発明の他の実施例
(実施例2)である燃料集合体を示す。
(Embodiment 2) FIG. 3 shows a fuel assembly which is another embodiment (Embodiment 2) of the present invention.

【0029】本実施例の燃料集合体を構成する燃料棒1
1も、燃料棒1及び2の2種類である。燃料棒1は32
本,燃料棒2は28本である。燃料棒2は、燃料棒1よ
りもプルトニウム富化度が1重量%程度低い。燃料棒2
は、チャンネルボックス12に隣接する、燃料棒配列の
最外周に配置される。燃料棒1は、燃料棒配列の最外周
よりも内側に配置される。ジルコニウム合金製のチャン
ネルボックス12は、実施例1のチャンネルボックスと
同様にボロン10を0.2 重量%程度含有している。
Fuel rod 1 constituting the fuel assembly of this embodiment
1 is also two types of fuel rods 1 and 2. 32 fuel rods
The number of fuel rods 2 is 28. The fuel rod 2 has a plutonium enrichment degree lower than that of the fuel rod 1 by about 1% by weight. Fuel rod 2
Are arranged on the outermost periphery of the fuel rod array adjacent to the channel box 12. The fuel rods 1 are arranged inside the outermost periphery of the fuel rod array. The channel box 12 made of a zirconium alloy contains boron 10 in an amount of about 0.2% by weight like the channel box of the first embodiment.

【0030】本実施例の燃料集合体における無限増倍率
の燃焼度に対する変化を図9の特性Dに示す。また、本
実施例の燃料集合体における局所出力ピーキングの燃焼
変化を図10の特性Dに示す。
The change in infinite multiplication factor with respect to burnup in the fuel assembly of this embodiment is shown in characteristic D of FIG. Further, the combustion change of the local output peaking in the fuel assembly of this example is shown in the characteristic D of FIG.

【0031】本実施例は、実施例1に比較して、無限増
倍率が同程度減少し、局所出力ピーキングが更に5%程
度減少する。
In this embodiment, the infinite multiplication factor is reduced to the same extent as in the first embodiment, and the local output peaking is further reduced by about 5%.

【0032】(実施例3)本発明の他の実施例の燃料集
合体は、図4に示される。
(Embodiment 3) A fuel assembly according to another embodiment of the present invention is shown in FIG.

【0033】燃料集合体を構成する燃料棒11として
は、実施例1と同様に、燃料棒1及び2の2種類が用い
られる。燃料棒1は24本,燃料棒2は36本である。
燃料棒2は、燃料棒1よりもプルトニウム富化度が1重
量%程度低い。燃料棒2は、チャンネルボックス12に
隣接する、燃料棒配列の最外周、及び水ロッド13に隣
接した位置にそれぞれ配置される。燃料棒1は、燃料棒
2が配置された以外の位置に配置される。ジルコニウム
合金製のチャンネルボックス12は、実施例1のチャン
ネルボックスと同様にボロン10を0.2 重量%程度含
有している。
As in the first embodiment, two types of fuel rods 1 and 2 are used as the fuel rods 11 constituting the fuel assembly. There are 24 fuel rods 1 and 36 fuel rods 2.
The fuel rod 2 has a plutonium enrichment degree lower than that of the fuel rod 1 by about 1% by weight. The fuel rods 2 are arranged adjacent to the channel box 12, the outermost periphery of the fuel rod array, and the position adjacent to the water rod 13, respectively. The fuel rod 1 is arranged at a position other than the position where the fuel rod 2 is arranged. The channel box 12 made of a zirconium alloy contains boron 10 in an amount of about 0.2% by weight like the channel box of the first embodiment.

【0034】本実施例は、実施例2と同じ効果を得るこ
とができ、特に局所出力ピーキングが燃焼が進んだ時点
において実施例2よりも低減する。
The present embodiment can obtain the same effect as that of the second embodiment, and the local output peaking is reduced more than that of the second embodiment especially at the time when combustion progresses.

【0035】[0035]

【発明の効果】本発明によれば、高燃焼度化のためのウ
ラン濃縮度またはプルトニウム富化度を高めた場合で
も、炉心の余剰反応度を適切に制御できると共に、熱的
余裕の確保,燃料特性余裕の確保,プルトニウム装荷量
の増加及びプルトニウム富化度が異なる燃料棒の種類数
の減少を図ることができる。
According to the present invention, even when the uranium enrichment or plutonium enrichment for increasing burnup is increased, the excess reactivity of the core can be appropriately controlled and the thermal margin can be secured. It is possible to secure a fuel characteristic margin, increase plutonium loading, and reduce the number of types of fuel rods with different plutonium enrichments.

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

【図1】本発明の好適な一実施例である燃料集合体の横
断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a fuel assembly which is a preferred embodiment of the present invention.

【図2】図1に実施例に用いられる燃料棒のプルトニウ
ム富化度の分布を示す説明図である。
FIG. 2 is an explanatory view showing a distribution of plutonium enrichment of fuel rods used in the example in FIG.

【図3】本発明の他の実施例である燃料集合体の横断面
図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view of a fuel assembly which is another embodiment of the present invention.

【図4】本発明の他の実施例である燃料集合体の横断面
図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view of a fuel assembly which is another embodiment of the present invention.

【図5】従来の燃料集合体においてプルトニウムを充填
した1種類の燃料棒を配置した燃料集合体の横断面図で
ある。
FIG. 5 is a cross-sectional view of a fuel assembly in which one type of fuel rod filled with plutonium is arranged in a conventional fuel assembly.

【図6】可燃性毒物濃度,可燃性毒物含有燃料棒の本数
の変化による無限増倍率への影響を示す説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing the influence on the infinite multiplication factor by changes in the concentration of burnable poison and the number of fuel rods containing burnable poison.

【図7】チャンネルボックスに含まれるボロン10濃度
に対する無限増倍率及び局所ピーキングの変化を示す特
性図である。
FIG. 7 is a characteristic diagram showing changes in infinite multiplication factor and local peaking with respect to the concentration of boron 10 contained in the channel box.

【図8】図7の特性を得る検討対象にした燃料集合体の
横断面図である。
8 is a cross-sectional view of a fuel assembly which is a subject of study for obtaining the characteristics of FIG.

【図9】種々の燃料集合体における、燃焼度に対する無
限増倍率の変化を示す特性図である。
FIG. 9 is a characteristic diagram showing changes in infinite multiplication factor with respect to burnup in various fuel assemblies.

【図10】種々の燃料集合体における、燃焼度に対する
局所出力ピーキングの変化を示す特性図である。
FIG. 10 is a characteristic diagram showing changes in local power peaking with respect to burnup in various fuel assemblies.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11…燃料棒、12,15…チャンネルボックス、13
…水ロッド、14…御棒棒。
11 ... Fuel rod, 12, 15 ... Channel box, 13
… Water rod, 14… God stick.

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 GDBW GDBD GDBX GDBT (72)発明者 配川 勝正 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内Continuation of front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Office reference number FI Technical display location G21C 3/30 GDBW GDBD GDBX GDBT (72) Inventor Katsumasa Urikawa 3-1-1, Saiwaicho, Hitachi-shi, Ibaraki Stock company Hitachi Ltd.Hitachi factory

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】内部に燃料物質が充填された複数の燃料棒
と、これらの束を取り囲むジルコニウム合金製のチャン
ネルボックスとを有する燃料集合体において、前記チャ
ンネルボックスは前記ジルコニウム合金よりも中性子吸
収断面積の大きな物質を含み、かつ、軸方向の1つの水
平断面においてウラン濃縮度またはプルトニウム富化度
が異なる前記燃料棒の種類数が2以下であることを特徴
とする燃料集合体。
1. A fuel assembly having a plurality of fuel rods filled with a fuel substance inside and a channel box made of a zirconium alloy surrounding these bundles, wherein the channel box has a neutron absorption insulation more than that of the zirconium alloy. A fuel assembly comprising a substance having a large area, and the number of kinds of the fuel rods having different uranium enrichment or plutonium enrichment in one horizontal cross section in the axial direction is 2 or less.
【請求項2】前記燃料棒のうちウラン濃縮度またはプル
トニウム富化度の低い燃料棒が前記チャンネルボックス
に隣接しかつ前記チャンネルボックスのコーナ部付近に
配置される請求項1の燃料集合体。
2. The fuel assembly according to claim 1, wherein among the fuel rods, a fuel rod having a low uranium enrichment or a low plutonium enrichment is disposed adjacent to the channel box and near a corner portion of the channel box.
【請求項3】前記燃料棒のうちウラン濃縮度またはプル
トニウム富化度の低い燃料棒が、前記チャンネルボック
スに隣接しかつ前記チャンネルボックスのコーナ部付
近、及び燃料集合体中央部に配置された水ロッドに面し
て配置される請求項1の燃料集合体。
3. A fuel rod having a low uranium enrichment or a plutonium enrichment among the fuel rods, which is disposed adjacent to the channel box, near a corner portion of the channel box, and in a central portion of the fuel assembly. The fuel assembly of Claim 1 disposed facing a rod.
【請求項4】可燃性毒物を含む燃料棒が配置されていな
い請求項1,請求項2または請求項3の燃料集合体。
4. The fuel assembly according to claim 1, wherein the fuel rod containing burnable poison is not arranged.
【請求項5】請求項1から請求項4のいずれか1つに記
載の燃料集合体が装荷されていることを特徴とした原子
炉の炉心。
5. A reactor core comprising a fuel assembly according to any one of claims 1 to 4 loaded therein.
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