JPH102982A - Core for nuclear reactor and its operating method - Google Patents
Core for nuclear reactor and its operating methodInfo
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- JPH102982A JPH102982A JP8152034A JP15203496A JPH102982A JP H102982 A JPH102982 A JP H102982A JP 8152034 A JP8152034 A JP 8152034A JP 15203496 A JP15203496 A JP 15203496A JP H102982 A JPH102982 A JP H102982A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は沸騰水型原子炉の炉
心とその運転方法に係り、特に取出燃焼度の増大によっ
て燃料経済性を大幅に向上させた初装荷燃料集合体から
なる原子炉の炉心とその運転方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a core of a boiling water reactor and a method of operating the core, and more particularly, to a nuclear reactor comprising an initially loaded fuel assembly whose fuel economy is greatly improved by increasing the extraction burn-up. It relates to the core and its operation method.
【0002】[0002]
【従来の技術】原子炉が建設されて初めて炉心に装荷さ
れる燃料を初装荷燃料という。このような初装荷燃料と
して、かつては燃料集合体の濃縮度を統一したものを使
用していたが、近年では、取出燃焼度を向上させるた
め、濃縮度の異なる複数の種類の燃料集合体を組み合わ
せて使用するようになった。但しいずれの場合において
も、初装荷燃料の平均濃縮度は、第1サイクルの終了時
に炉心の余剰反応度がほぼゼロとなるように、2.1〜
2.5%の範囲に設定されている。2. Description of the Related Art Fuel initially loaded in a reactor core after a reactor is constructed is referred to as initially loaded fuel. In the past, fuels with a uniform enrichment of fuel assemblies were used as such initially loaded fuels, but in recent years, in order to improve the take-out burnup, multiple types of fuel assemblies with different enrichments have been used. It came to be used in combination. However, in any case, the average enrichment of the initially loaded fuel is set to 2.1 to 2 so that the excess reactivity of the core becomes almost zero at the end of the first cycle.
It is set in the range of 2.5%.
【0003】このような初装荷炉心の例として、燃料ウ
ランの平均濃縮度の異なる4種類の燃料集合体の組み合
わせからなる初装荷燃料によって構成された、従来の沸
騰水型原子炉の燃料配置の一例を示す1/4炉心の構成
図を、図12に示す。この図に示す炉心1は872体の
燃料集合体2、3、4、5で構成されており、またこの
図においては升目□が1体の燃料集合体を表す。またこ
こでは4種類の燃料集合体が使用されている。記号Hで
示された燃料2は平均濃縮度が3.7%のものであり、
燃料交換時に新たに装荷される取替燃料集合体の平均濃
縮度と等しい。また、記号M、L、Sで示された燃料集
合体3、4、5は、それぞれ平均濃縮度が2.5%、
1.6%、0.9%のものを示す。この燃料集合体3、
4、5については、取替燃料集合体がそれぞれ1、2、
3サイクルにわたって炉内に滞在した後の反応度とほぼ
同等の反応度となるように、濃縮度を定めている。また
ここに示した炉心においては、燃料集合体2、3、4は
各200体、燃料集合体5は272体装荷されており、
初装荷燃料の全体の平均濃縮度は2.1%である。[0003] As an example of such an initially loaded core, there is a fuel arrangement of a conventional boiling water reactor constituted by an initially loaded fuel composed of a combination of four types of fuel assemblies having different average enrichments of fuel uranium. FIG. 12 shows a configuration diagram of a 1/4 core showing an example. The core 1 shown in this figure is composed of 872 fuel assemblies 2, 3, 4, and 5. In this figure, the squares □ represent one fuel assembly. Here, four types of fuel assemblies are used. Fuel 2 indicated by the symbol H has an average enrichment of 3.7%,
It is equal to the average enrichment of the newly loaded replacement fuel assembly at the time of refueling. The fuel assemblies 3, 4, and 5 indicated by symbols M, L, and S have an average enrichment of 2.5%, respectively.
1.6% and 0.9% are shown. This fuel assembly 3,
For 4, 5 the replacement fuel assemblies are 1, 2,
The enrichment is determined so that the reactivity after staying in the furnace for three cycles is approximately the same as the reactivity. Further, in the core shown here, each of the fuel assemblies 2, 3, and 4 is loaded with 200 units, and the fuel assembly 5 is loaded with 272 units.
The overall average enrichment of the initially loaded fuel is 2.1%.
【0004】ここで用いられている4種類の燃料集合体
2、3、4、5はともに高燃焼度燃料集合体の一例であ
る。この高燃焼度燃料集合体の縦断面図を図13(a)
に示す。また図13(a)におけるb−b及びc−c矢
視方向断面図をそれぞれ図13(b)及び(c)に示
す。The four types of fuel assemblies 2, 3, 4, and 5 used here are all examples of high burnup fuel assemblies. FIG. 13A is a longitudinal sectional view of this high burn-up fuel assembly.
Shown in 13 (b) and 13 (c) show cross-sectional views taken along arrows bb and cc in FIG. 13 (a), respectively.
【0005】ここに示した燃料集合体は、長尺燃料棒6
と、長尺燃料棒6より短い短尺燃料棒7及び内部を冷却
材が流れるウォータロッド8を、スペーサ9により9行
9列の正方格子状に束ねて上部タイプレート10及び下
部タイプレート11に固定して燃料棒束とし、この燃料
棒束をチャンネルボックス12で包囲して構成されてい
る。短尺燃料棒7を採用することで、燃料集合体上部の
冷却材流路を拡大して圧力損失を低減するとともに、炉
停止余裕を向上させることができる。The fuel assembly shown here is a long fuel rod 6
And the short fuel rods 7 shorter than the long fuel rods 6 and the water rods 8 through which the coolant flows inside are bundled by a spacer 9 in a square grid of 9 rows and 9 columns and fixed to the upper tie plate 10 and the lower tie plate 11. The bundle of fuel rods is surrounded by a channel box 12. By employing the short fuel rods 7, it is possible to reduce the pressure loss by expanding the coolant flow path at the upper part of the fuel assembly and improve the furnace stop margin.
【0006】また、図12に示した初装荷炉心1におい
ては、図中丸印で示した位置13に制御棒が、合計20
5本具備されている。この制御棒1本とこれを包囲する
4体の燃料棒を合わせて1体のセルと呼ぶ。この炉心の
最外周の一部にはセルを構成しない燃料が存在する。Further, in the initially loaded core 1 shown in FIG. 12, control rods are located at positions 13 indicated by circles in FIG.
Five are provided. One control rod and four fuel rods surrounding the control rod are collectively referred to as one cell. Fuel that does not constitute a cell exists in a part of the outermost periphery of the core.
【0007】ところで、原子炉運転中に炉心の余剰反応
度を適切に制御するために、図中の位置13に配置され
た制御棒の少なくとも一部を移動させる。この際、制御
棒の移動に伴って制御棒に隣接する燃料集合体の出力分
布に歪みが生ずる。そこで、濃縮度が低い燃料集合体あ
るいは燃焼の進んだ反応度の低い燃料集合体を4体1組
にして配したコントロールセルを炉心内に離散的に配置
することで、この出力分布の歪みを緩和することができ
る。尚図12においては、低濃縮度燃料集合体5からな
るコントロールセル14を太枠で示した。この炉心内に
は21体のコントロールセル14が配置されている。By the way, in order to appropriately control the excess reactivity of the reactor core during the operation of the reactor, at least a part of the control rod arranged at the position 13 in the figure is moved. At this time, the power distribution of the fuel assembly adjacent to the control rod is distorted as the control rod moves. Therefore, by disposing discretely in the reactor core control cells in which a fuel assembly having a low enrichment or a fuel assembly having advanced combustion and a low reactivity is arranged in a group, the distortion of the power distribution is reduced. Can be eased. In FIG. 12, the control cell 14 composed of the low enrichment fuel assembly 5 is indicated by a thick frame. In this core, 21 control cells 14 are arranged.
【0008】この図12に示した初装荷炉心により原子
炉を運転し、第1サイクルが終了すると、この炉心内の
反応度の低下した燃料集合体約200体を炉心から取り
出し、新たに取替燃料集合体を装荷して第2サイクルの
運転を行う。以下同様に、第3、第4サイクル…と運転
を繰り返す。When the reactor is operated with the initially loaded core shown in FIG. 12 and the first cycle is completed, about 200 fuel assemblies with reduced reactivity in the core are taken out of the core and replaced. The second cycle operation is performed with the fuel assemblies loaded. In the same manner, the operation is repeated in the third, fourth, and so on.
【0009】ところで近年、このような初装荷燃料集合
体の取出燃焼度を増大させ、もって燃料の経済性を向上
させるための開発が進められている。そのためには初装
荷燃料の平均濃縮度を高める必要があるが、一方で濃縮
度を高めると特に第1サイクル及び第2サイクルにおい
て余剰反応度が増加し、また炉停止余裕が低下するとい
う、2つの課題が生じる。In recent years, developments have been made to increase the burn-out of such initially loaded fuel assemblies, thereby improving the fuel economy. For this purpose, it is necessary to increase the average enrichment of the initially loaded fuel. However, increasing the enrichment increases the excess reactivity particularly in the first cycle and the second cycle, and decreases the margin for shutting down the furnace. Issues arise.
【0010】沸騰水型原子炉では一般に、炉心の余剰反
応度を1〜2%Δkの適正な範囲に制御するために、燃
料集合体を構成する一部の燃料棒にガドリニア等の可燃
性毒物を含有させている。燃料集合体1体あたりの可燃
性毒物入り燃料棒の本数は、サイクル初期における余剰
反応度が適切な範囲内となるように、また可燃性毒物の
濃度はサイクル長さを考慮して、それぞれ設定される。
図12に示した平均濃縮度2.1%の初装荷炉心におい
て、燃料集合体2、3、4を構成する適切な本数の燃料
棒を、濃度7.5%でガドリニアを混合した燃料棒とし
た場合、第1サイクルの余剰反応度は、1.5〜2%Δ
kの範囲でほぼ一定して推移し、サイクル末期にはほぼ
ゼロとなる。In a boiling water reactor, in order to control the excess reactivity of the reactor core within an appropriate range of 1 to 2% Δk, burnable poison such as gadolinia is sometimes added to some fuel rods constituting a fuel assembly. Is contained. The number of fuel rods containing burnable poison per fuel assembly is set so that the excess reactivity at the beginning of the cycle is within an appropriate range, and the concentration of burnable poison is set in consideration of the cycle length. Is done.
In the initially loaded core having an average enrichment of 2.1% shown in FIG. 12, an appropriate number of fuel rods constituting the fuel assemblies 2, 3, and 4 are combined with a fuel rod mixed with gadolinia at a concentration of 7.5%. In this case, the excess reactivity in the first cycle is 1.5 to 2% Δ
It keeps almost constant in the range of k, and becomes almost zero at the end of the cycle.
【0011】ところが、初装荷燃料の平均濃縮度を高く
すると、原子炉の運転期間が一定であっても、サイクル
中期以降の余剰反応度が増大してしまう。たとえば図1
2における初装荷燃料において各燃料集合体2、3、
4、5の装荷体数を調整して平均濃縮度を2.7%とし
た場合の初装荷炉心では、余剰反応度がサイクル後半で
3%Δkを超える。However, if the average enrichment of the initially loaded fuel is increased, the excess reactivity after the middle stage of the cycle increases even if the operation period of the reactor is constant. For example, FIG.
In the first loading fuel at 2, each fuel assembly 2, 3,.
In the initial loading core in which the average enrichment is adjusted to 2.7% by adjusting the number of loaded bodies of 4 and 5, the excess reactivity exceeds 3% Δk in the latter half of the cycle.
【0012】また、平均濃縮度を高くすると、一般に原
子炉運転時の反応度と原子炉停止時の反応度との差が大
きくなる。従って、平均濃縮度を従来よりも大幅に高め
た初装荷炉心においては、仮に余剰反応度を適正な範囲
内に制御できたとしても、十分な炉停止余裕を確保する
ことが困難となる。ここで炉停止余裕とは、通常原子炉
停止時には全ての制御棒が炉心に挿入されるのに対し、
何らかの理由により1本の制御棒が炉心に挿入されない
ような場合、特に最大反応度価値の制御棒が挿入されな
い場合の未臨界度のことをいう。こうした場合において
も原子炉を未臨界に保つことが設計上要求される。When the average enrichment is increased, the difference between the reactivity when the reactor is in operation and the reactivity when the reactor is stopped is generally increased. Therefore, in an initially loaded core in which the average enrichment is significantly higher than in the past, it becomes difficult to secure a sufficient reactor shutdown margin even if the excess reactivity can be controlled within an appropriate range. Here, the reactor shutdown margin means that all control rods are inserted into the core during normal reactor shutdown,
This refers to the subcriticality when one control rod is not inserted into the core for some reason, particularly when the control rod having the highest reactivity value is not inserted. Even in such a case, it is required by design to keep the reactor subcritical.
【0013】こうした課題に対して、第1サイクル及び
第2サイクルにおける余剰反応度を適正な範囲に制御す
るとともに、十分な炉停止余裕を確保することを目的と
する発明が、特開平7−244184号公報に開示され
ている。同公報の請求項3及び4に記載された発明で
は、第1サイクルの炉停止余裕を確保するための手段と
して、低濃縮度燃料と高濃縮度燃料の炉内での配置を規
定している。また同公報の請求項5乃至7に記載された
発明では、第2サイクルの余剰反応度を低減しさらに燃
料の燃焼効率を向上させるための手段として、第1サイ
クルから第2サイクルに移行する際の燃料の移動を規定
している。また同公報の請求項9乃至12に記載された
発明では、第1サイクルと第2サイクルの余剰反応度を
適正な範囲に制御するとともに炉心径方向の出力分布の
歪みを平坦化するための手段として、初装荷燃料のうち
最高濃縮度の燃料を可燃性毒物入り燃料棒の本数が異な
る2種類の燃料からなるものとして、各燃料の炉心内で
の配置を規定している。また同公報の請求項19及び2
0に記載された発明では、第2サイクルにおける余剰反
応度を低減するために、燃料集合体内での可燃性毒物入
り燃料棒の配置を規定している。To cope with such a problem, Japanese Patent Laid-Open No. Hei 7-244184 discloses an invention which aims to control the excess reactivity in the first cycle and the second cycle within an appropriate range and to secure a sufficient furnace stoppage margin. No. 6,086,045. In the inventions described in claims 3 and 4 of the publication, arrangements of the low-enrichment fuel and the high-enrichment fuel in the furnace are defined as means for securing the reactor shutdown margin in the first cycle. . Further, in the invention described in claims 5 to 7 of the publication, as a means for reducing the excess reactivity in the second cycle and further improving the fuel combustion efficiency, when shifting from the first cycle to the second cycle, Regulates the movement of fuel. In the invention described in claims 9 to 12 of the publication, the means for controlling the excess reactivity in the first cycle and the second cycle to an appropriate range and flattening the distortion of the power distribution in the core radial direction. The arrangement of the fuels in the core is defined assuming that the fuel with the highest enrichment among the initially loaded fuels is composed of two types of fuels having different numbers of burnable poison-containing fuel rods. Claims 19 and 2 of the publication
In the invention described in No. 0, the arrangement of the burnable poison-containing fuel rods in the fuel assembly is specified in order to reduce the excess reactivity in the second cycle.
【0014】[0014]
【発明が解決しようとする課題】余剰反応度を制御する
ために、可燃性毒物濃度を高く設定して可燃性毒物を長
寿命化する方法がある。しかし可燃性毒物の濃度を過度
に高めると燃料棒の熱伝導度が低下して燃料温度が上昇
しやすくなるので、燃料の健全性を高く維持するために
も可燃性毒物の濃度は低い方が望ましい。In order to control the excess reactivity, there is a method of setting the concentration of the burnable poison high to extend the life of the burnable poison. However, if the concentration of the burnable poison is excessively increased, the thermal conductivity of the fuel rods decreases, and the fuel temperature tends to increase. desirable.
【0015】可燃性毒物の濃度を変えずに長寿命化する
方法として、可燃性毒物入り燃料棒を、燃料集合体内に
おいてウォータロッドに面しない位置に配置する方法が
ある。すなわち、可燃性毒物は減速した低エネルギーの
中性子ほどよく吸収する性質があるので、中性子を減速
する冷却水が多く存在するウォータロッドに面した位置
を避けて配置することで、中性子の吸収を抑制し可燃性
毒物としての効果を長期化させることができる。As a method of extending the life without changing the concentration of the burnable poison, there is a method of disposing the burnable poison-containing fuel rod at a position not facing the water rod in the fuel assembly. In other words, burnable poisons have the property of absorbing low-energy neutrons more slowly, so neutron absorption is suppressed by arranging them away from the water rod facing the water rod where there is more cooling water to slow down neutrons. The effect as a burnable poison can be prolonged.
【0016】一方、可燃性毒物入り燃料棒をウォータロ
ッドに面する位置に配置した場合には、炉停止余裕が向
上するという利点がある。高温の原子炉運転状態と比較
して、水の密度が大きく低温の原子炉停止状態の方が、
中性子の減速作用が大きい。そのため可燃性毒物入り燃
料棒をウォータロッドの近くに配置した場合、可燃性毒
物による中性子吸収効果は原子炉運転時よりも原子炉停
止状態において大きくなり、その結果炉停止余裕が向上
する。On the other hand, if the burnable poison-containing fuel rod is arranged at a position facing the water rod, there is an advantage that the furnace stop margin is improved. Compared to the high-temperature reactor operating state, the reactor with the water density is large and the low-temperature
The neutron moderating effect is large. Therefore, when the fuel rod containing the burnable poison is arranged near the water rod, the neutron absorption effect of the burnable poison becomes larger in the reactor stopped state than in the reactor operation, and as a result, the reactor stop margin is improved.
【0017】特開平7−244184号公報に開示され
ている請求項19及び20記載の発明に係る燃料集合体
では、少なくとも1本の可燃性毒物入り燃料棒がX方向
及びY方向において他の4本の可燃性毒物入り燃料棒と
面するように配置されている。すなわち、5本の可燃性
毒物入り燃料棒が十字型に配置されている。この十字型
配置の可燃性毒物入り燃料棒のうち、特に中央に位置す
る燃料棒においてその可燃性毒物の中性子吸収効果が抑
制されるため、可燃性毒物によるこの効果を長期間持続
させることができる。しかしながら、上述したようなウ
ォータロッドに面する位置に可燃性毒物入り燃料棒を配
置することから生じる利点や課題を考え、原子炉の炉心
における余剰反応度の適切な制御と炉停止余裕の確保と
いう2つの点を同時に改善するために、燃料集合体中の
どの位置に可燃性毒物入り燃料棒を配置するべきかにつ
いては、従来は考慮されてこなかった。In the fuel assembly according to claims 19 and 20 disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-244184, at least one burnable poison-containing fuel rod is provided in the X direction and the Y direction by the other fuel rods. It is arranged to face the burnable poisoned fuel rod. That is, five burnable poison-containing fuel rods are arranged in a cross shape. Since the neutron absorption effect of the burnable poison is suppressed particularly in the fuel rod located at the center among the fuel rods containing the burnable poison in the cross-shaped arrangement, the effect of the burnable poison can be maintained for a long time. . However, considering the advantages and problems arising from arranging the burnable poison-containing fuel rods at the position facing the water rod as described above, it is necessary to appropriately control the excess reactivity in the reactor core and secure the reactor shutdown margin. Hitherto, no consideration has been given as to where in the fuel assembly the burnable poisoned fuel rods should be located in order to improve the two points simultaneously.
【0018】本発明は上記の事情に鑑みなされたもの
で、初装荷燃料の平均濃縮度を高めた原子炉の炉心にお
いて、余剰反応度を適切な範囲に制御するとともに十分
な炉停止余裕を確保し、さらに初装荷燃料の取出燃焼度
を増大させることで燃料の経済性を大幅に向上させた原
子炉の炉心を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above circumstances, and in a reactor core in which the average enrichment of initially loaded fuel is increased, the excess reactivity is controlled to an appropriate range and a sufficient reactor shutdown margin is secured. It is another object of the present invention to provide a nuclear reactor core in which the fuel economy is greatly improved by increasing the take-up burnup of the initially loaded fuel.
【0019】[0019]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、核燃料物質を含み可燃性毒物を含まな
い第1群の燃料棒と、核燃料物質及び可燃性毒物を含む
第2群の燃料棒と、内部を冷却水が流れるウォータロッ
ドとを格子状に束ねて構成された燃料集合体を複数具備
する原子炉の炉心において、前記複数の燃料集合体に
は、前記第2群の燃料棒のうち前記ウォータロッドに面
する位置に配置されている燃料棒の割合が異なる少なく
とも2種類の燃料集合体が含まれることを特徴とする原
子炉の炉心を提供する。In order to achieve the above object, according to the present invention, there is provided a first group of fuel rods containing a nuclear fuel substance and containing no burnable poison, and a second group of fuel rods containing a nuclear fuel substance and a burnable poison. In a core of a nuclear reactor having a plurality of fuel assemblies each formed by bundling fuel rods and water rods through which cooling water flows in a grid, the plurality of fuel assemblies include the second group of fuels. A nuclear reactor core includes at least two types of fuel assemblies each having a different ratio of fuel rods disposed at positions facing the water rod among the rods.
【0020】可燃性毒物を含む第2群の燃料棒のうち、
ウォータロッドに面する位置に配置されている燃料棒の
割合の異なる2種類の燃料集合体の一例として、2種類
の燃料集合体15、16の燃料棒配置を示す断面図を、
それぞれ図8(a)及び(b)に示す。また、各燃料集
合体15、16の無限増倍率を示すグラフを図9に示
す。Of the second group of fuel rods containing burnable poisons,
As an example of two types of fuel assemblies having different proportions of the fuel rods arranged at positions facing the water rod, a cross-sectional view showing the fuel rod arrangement of two types of fuel assemblies 15 and 16 is shown.
These are shown in FIGS. 8A and 8B, respectively. FIG. 9 is a graph showing the infinite multiplication factor of each of the fuel assemblies 15 and 16.
【0021】可燃性毒物を含む第2群の燃料棒17及び
18を、図中では記号Gで表す。図7に示した燃料集合
体15、16は、いずれも10本の第2群の燃料棒を含
む。またこの第2群の燃料棒Gのうちウォータロッドに
面する位置に配置されている燃料棒(図中符号18で示
した。)の割合は、燃料集合体15では20%、燃料集
合体16では0%である。A second group of fuel rods 17 and 18 containing burnable poisons is designated by the symbol G in the figure. Each of the fuel assemblies 15 and 16 shown in FIG. 7 includes ten second group fuel rods. In the fuel rods G of the second group, the ratio of the fuel rods (indicated by reference numeral 18 in the drawing) arranged at positions facing the water rods is 20% in the fuel assembly 15 and is 16%. Is 0%.
【0022】図9はこれらの燃料集合体15及び16の
無限増倍率の燃焼推移を示すグラフである。ここでは、
燃料集合体15及び16の原子炉運転時の無限増倍率を
それぞれa、bとし、また原子炉停止時の無限増倍率を
それぞれc、dとしている。またいずれの場合も制御棒
が未挿入の状態である。原子炉停止時には実際は全ての
制御棒が挿入されるが、炉停止余裕を考えるうえでは何
らかの理由により1本の制御棒が挿入されない場合を想
定する必要があるため、ここでは制御棒未挿入の条件下
で考察する。FIG. 9 is a graph showing the combustion transition of these fuel assemblies 15 and 16 at infinite multiplication factor. here,
The infinite multiplication factors of the fuel assemblies 15 and 16 when the reactor is in operation are denoted by a and b, respectively, and the infinite multiplication factors when the reactor is stopped are denoted by c and d, respectively. In each case, the control rod is not inserted. Although all control rods are actually inserted when the reactor is stopped, it is necessary to assume that one control rod will not be inserted for some reason in consideration of the reactor shutdown margin. Consider below.
【0023】原子炉運転状態では、燃焼初期段階では燃
料集合体15に比べて燃料集合体16の無限増倍率bが
大きいが、燃焼が進むにつれて今度は燃料集合体15の
無限増倍率aの方が大きくなる。従って燃料集合体16
の方が可燃性毒物の中性子吸収効果が小さく、可燃性毒
物の寿命が長いことがわかる。一方原子炉停止状態で
は、燃焼初期から長期にわたり、燃料集合体16に比べ
て燃料集合体15の無限増倍率cが小さい。すなわち燃
料集合体15の方が炉停止余裕を改善する。In the operation state of the nuclear reactor, the infinite multiplication factor b of the fuel assembly 16 is larger than that of the fuel assembly 15 in the initial stage of combustion. Becomes larger. Therefore, the fuel assembly 16
It can be seen that the neutron absorption effect of the burnable poison is smaller and the life of the burnable poison is longer. On the other hand, in the reactor shutdown state, the infinite multiplication factor c of the fuel assembly 15 is smaller than that of the fuel assembly 16 for a long period from the initial stage of combustion. That is, the fuel assembly 15 improves the furnace stop margin.
【0024】よってこれらの燃料集合体の特性を有効に
用いることにより、炉停止余裕の改善と長期間にわたる
余剰反応度の低減を同時に達成することができる。たと
えば、炉心内で炉停止余裕が厳しくなりやすい場所に
は、第2群の燃料棒のうちウォータロッドに面した位置
に配置された燃料棒の割合の比較的大きい燃料集合体1
5を多く配置し、また炉停止余裕の面でそれほど厳しく
ない位置には燃料集合体16を多く配置すると効果的で
ある。Thus, by effectively using the characteristics of these fuel assemblies, it is possible to simultaneously improve the reactor shutdown margin and reduce the excess reactivity over a long period of time. For example, in a location where the reactor shutdown margin is likely to be severe in the core, the fuel assembly 1 having a relatively large proportion of the fuel rods disposed at the position facing the water rods among the fuel rods of the second group is used.
It is effective to arrange a large number of fuel assemblies 16 at a position where the number of fuel assemblies 5 is not so severe in terms of reactor stop margin.
【0025】さらに本発明では、平均濃縮度が異なる少
なくとも2種類の燃料集合体を具備し、かつこれらの燃
料集合体のうち最高濃縮度の燃料集合体には、第1の燃
料集合体と、前記第2群の燃料棒のうち前記ウォータロ
ッドに面する位置に配置されている燃料棒の割合が前記
第1の燃料集合体より小さい第2の燃料集合体とが含ま
れることを特徴とする原子炉の炉心を提供する。Further, according to the present invention, at least two types of fuel assemblies having different average enrichments are provided, and a fuel assembly having the highest enrichment among these fuel assemblies includes a first fuel assembly, The fuel rods of the second group include a second fuel assembly in which a proportion of the fuel rods arranged at a position facing the water rod is smaller than the first fuel assembly. A reactor core is provided.
【0026】平均濃縮度が異なる2種類以上の燃料集合
体が装荷された炉心では、最高濃縮度が装荷されている
セルの位置において炉停止余裕が厳しくなりやすい。ま
た、燃料の濃縮度を高くするほど中性子スペクトルがエ
ネルギーの高い方へ移動する現象(中性子硬化)によ
り、可燃性毒物による中性子吸収の効果は濃縮度の高い
燃料ほど小さくなる。よって、炉心の余剰反応度を長期
にわたって抑制するためには、最高濃縮度の燃料集合体
に含まれる可燃性毒物の寿命を伸長させることが最も効
果的である。従って、2種類以上に分類された最高濃縮
度の燃料集合体において、第2群の燃料棒のうちウォー
タロッドに面する位置に配置されている燃料棒の割合が
異なるように設計することにより、炉停止余裕の改善と
余剰反応度抑制効果の一層の長期化を図ることができ
る。In a core loaded with two or more types of fuel assemblies having different average enrichments, the reactor shutdown margin tends to be strict at the position of the cell loaded with the highest enrichment. Also, due to the phenomenon (neutron hardening) in which the neutron spectrum shifts to higher energy as the fuel enrichment increases, the effect of the neutron absorption by the burnable poison decreases with the fuel enrichment. Therefore, in order to suppress the excess reactivity of the core for a long time, it is most effective to extend the life of the burnable poison contained in the fuel assembly having the highest enrichment. Therefore, in the fuel assemblies of the highest enrichment classified into two or more types, by designing such that the ratio of the fuel rods arranged at the position facing the water rod among the fuel rods of the second group is different, It is possible to improve the furnace shutdown margin and further prolong the effect of suppressing excess reactivity.
【0027】さらに本発明では、第1の燃料集合体につ
いて、前記第2群の燃料棒のうち少なくとも1本が前記
ウォータロッドに2方向で面していることを特徴とする
原子炉の炉心を提供する。Further, according to the present invention, the reactor core of the first fuel assembly is characterized in that at least one of the fuel rods of the second group faces the water rod in two directions. provide.
【0028】図9のグラフから、燃料集合体16と比べ
て、ウォータロッドに2方向で面する位置18に第2群
の燃料棒が配置された燃料集合体15は、原子炉運転時
と原子炉停止時との余剰反応度の差が小さいことがわか
る。このような運転時と停止時の反応度差の小さい燃料
集合体を用いることにより、さらに炉停止余裕を向上さ
せることができる。From the graph of FIG. 9, the fuel assembly 15 in which the second group of fuel rods is disposed at the position 18 facing the water rod in two directions, as compared with the fuel assembly 16, It can be seen that the difference in surplus reactivity from when the furnace was stopped was small. By using such a fuel assembly having a small difference in reactivity between operation and shutdown, it is possible to further improve the reactor shutdown margin.
【0029】さらに本発明では、第2の燃料集合体につ
いて、前記第2群の燃料棒のうち少なくとも1本がX方
向またはY方向のうち少なくとも1方向で他の第2群の
燃料棒と面していることを特徴とする原子炉の炉心を提
供する。Further, in the present invention, in the second fuel assembly, at least one of the second group of fuel rods is in surface contact with another second group of fuel rods in at least one of the X and Y directions. A nuclear reactor core is provided.
【0030】第2群の燃料棒は可燃性毒物による中性子
吸収効果を有するため、第1群の燃料棒と比較して核分
裂により発生する中性子数が少ない。従って、第2群の
燃料棒を互いに面して配置した場合、第2群の燃料棒の
位置に隣接する燃料棒から流入する中性子量が減少する
から、可燃性毒物の燃焼の進行が遅くなり、寿命が長期
化する。Since the fuel rods of the second group have a neutron absorption effect by the burnable poison, the number of neutrons generated by fission is smaller than that of the fuel rods of the first group. Therefore, when the second group of fuel rods are arranged facing each other, the amount of neutrons flowing from the fuel rods adjacent to the position of the second group of fuel rods decreases, so that the progress of burning of the burnable poison becomes slow. , The service life is prolonged.
【0031】さらに本発明では、第1の燃料集合体と第
2の燃料集合体は、第2群の燃料棒の本数が等しいこと
を特徴とする原子炉の炉心を提供する。先に引用した特
開平7−244184号公報の請求項9乃至12に記載
され開示された発明では、余剰反応度を適切な範囲に制
御するとともに炉心内の径方向の出力分布の歪みを平坦
化するために、第2群の燃料棒の本数が異なる2種類の
燃料集合体を使用していた。すなわち、径方向で出力を
低く抑制する要求の高い位置には、第2群の燃料棒を多
く含む燃料集合体を配置していた。これに対し、図8
(a)に示した燃料集合体15においては、2本の可燃
性毒物入り燃料棒18が2方向でウォータロッドと接し
ているため、第2群の燃料棒の本数が燃料集合体16と
同じであるにもかかわらず、図8(b)に示した燃料集
合体16と比べて可燃性毒物による中性子吸収効果が大
きい。よって、燃料集合体15は、上記の開示された発
明における第2群の燃料棒の本数を多く含む燃料集合体
とほぼ同様の作用を有する。さらに、各最高濃縮度の燃
料集合体において第2群の燃料棒の本数が等しいことか
ら、燃料製造時に第2群の燃料棒の本数を最高濃縮度の
燃料集合体の種類毎に考慮する必要がなくなり、燃料の
製造に要する時間や手間を低減させることができる。Further, according to the present invention, there is provided a nuclear reactor core, wherein the first fuel assembly and the second fuel assembly have the same number of the second group of fuel rods. In the invention disclosed in claims 9 to 12 of Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-244184, the excess reactivity is controlled to an appropriate range and the distortion of the radial power distribution in the core is flattened. Therefore, two types of fuel assemblies having different numbers of fuel rods of the second group have been used. That is, a fuel assembly including many fuel rods of the second group is disposed at a position where there is a high demand for suppressing the output in the radial direction. In contrast, FIG.
In the fuel assembly 15 shown in (a), since the two burnable poison-containing fuel rods 18 are in contact with the water rods in two directions, the number of the second group of fuel rods is the same as that of the fuel assembly 16. Nevertheless, the neutron absorption effect of the burnable poison is greater than that of the fuel assembly 16 shown in FIG. Therefore, the fuel assembly 15 has substantially the same operation as the fuel assembly including a large number of the second group of fuel rods in the disclosed invention. Further, since the number of fuel rods of the second group is equal in each fuel assembly having the highest enrichment, it is necessary to consider the number of fuel rods of the second group for each type of fuel assembly having the highest enrichment during fuel production. And the time and labor required for fuel production can be reduced.
【0032】さらに本発明では、第1の燃料集合体と第
2の燃料集合体は、燃料集合体を構成する燃料棒の種類
及び本数が等しいことを特徴とする原子炉の炉心を提供
する。Further, according to the present invention, there is provided a nuclear reactor core, wherein the first fuel assembly and the second fuel assembly have the same type and number of fuel rods constituting the fuel assembly.
【0033】上記構成により、最高濃縮度の燃料集合体
のうち少なくとも2種類については、燃料棒の種類及び
本数は等しく、燃料棒の配列のみが異なることとなり、
燃料の製造がさらに容易となる。With the above configuration, at least two of the fuel assemblies having the highest enrichment have the same type and number of fuel rods, and only the arrangement of the fuel rods is different.
Fuel production becomes easier.
【0034】さらに本発明では、炉心内には1本の制御
棒とこれを包囲する4体の燃料集合体とから構成される
セルが多数配置されており、かつ前記炉心を、炉心最外
周に位置する燃料集合体と前記炉心最外周に位置する燃
料集合体を少なくとも1体含むセルを構成する燃料集合
体とからなる炉心周辺領域と、この炉心周辺領域に属さ
ない炉心中心領域とに分けたとき、前記炉心内部領域に
おける第1の燃料集合体と第2の燃料集合体の体数の比
は、前記炉心周辺領域における前記第1の燃料集合体と
第2の燃料集合体の体数の比より大きいことを特徴とす
る原子炉の炉心を提供する。Further, in the present invention, a large number of cells each comprising one control rod and four fuel assemblies surrounding the control rod are arranged in the core, and the core is located at the outermost periphery of the core. A core peripheral region comprising a fuel assembly located therein and a fuel assembly constituting a cell including at least one fuel assembly located at the outermost periphery of the core, and a core central region not belonging to the core peripheral region. At this time, the ratio of the number of the first fuel assemblies and the number of the second fuel assemblies in the core inner region is equal to the number of the first fuel assemblies and the second fuel assemblies in the core peripheral region. Provided is a reactor core characterized by being greater than the ratio.
【0035】上述したように、第1の燃料集合体は主に
炉停止余裕を改善する作用を有し、また第2の燃料集合
体は主に可燃性毒物の寿命を伸長させる作用を有する。
図10は、同一仕様の燃料集合体のみからなる原子炉の
炉心における、原子炉停止時の制御棒価値の分布の一例
を示す1/4炉心の構成図である。ここでは径方向での
制御棒価値の最大値を1として、相対値を示した。この
図より、炉心周辺領域に属するセルの制御棒価値は、炉
心内部領域に属するセルと比べて著しく低いことがわか
る。このため、炉心内部領域において可燃性毒物による
炉停止余裕の改善効果を高くすることが要求される一
方、炉心周辺領域においてはそれほど厳しい要求はな
く、可燃性毒物による効果が小さい場合でも十分な炉停
止余裕を確保することができる。As described above, the first fuel assembly has an action mainly for improving the furnace stop margin, and the second fuel assembly has an action mainly for extending the life of the burnable poison.
FIG. 10 is a configuration diagram of a 1/4 core showing an example of a distribution of control rod values at the time of reactor shutdown in a reactor core consisting only of fuel assemblies having the same specifications. Here, the relative value is shown assuming that the maximum value of the control rod value in the radial direction is 1. From this figure, it is understood that the control rod value of the cells belonging to the core peripheral region is significantly lower than the cells belonging to the core inner region. For this reason, it is required to improve the effect of the burnable poison on the reactor shutdown margin in the area inside the core, while there is not so severe requirement in the area around the core, and even if the effect by the burnable poison is small, sufficient furnace A stop margin can be secured.
【0036】従って、炉心周辺領域には、第1の燃料集
合体と比べて炉停止余裕の改善効果の小さい第2の燃料
集合体を多く配置することができる。この炉心周辺領域
では中性子の一部が炉心外に漏れ出すため、この位置に
装荷された燃料集合体の出力が低く燃焼の進行が遅いの
で、可燃性毒物の寿命は相対的に長くなる。よってこの
炉心周辺領域に配置された第2の燃料集合体に関しては
可燃性毒物の寿命をさらに伸長させることができる。Therefore, in the core peripheral region, more second fuel assemblies having a smaller effect of improving the reactor shutdown margin than the first fuel assemblies can be arranged. In this core peripheral region, a part of the neutrons leak out of the core, so that the output of the fuel assembly loaded at this position is low and the progress of combustion is slow, so that the life of the burnable poison is relatively long. Therefore, the life of the burnable poison can be further extended for the second fuel assembly disposed in the core peripheral region.
【0037】また、図9によれば、燃焼初期から燃焼前
半にわたって、第1の燃料集合体と比べて第2の燃料集
合体の運転時の無限増倍率が大きいことがわかる。よっ
て第2の燃料集合体を出力の低い炉心周辺領域に多く配
置することにより、炉心内の径方向の出力分布の歪みを
平坦化することができる。FIG. 9 shows that the infinite multiplication factor during the operation of the second fuel assembly is larger than that of the first fuel assembly from the early stage of combustion to the first half of combustion. Therefore, by disposing a large number of the second fuel assemblies in the low-power core peripheral region, it is possible to flatten radial distortion of the power distribution in the core.
【0038】さらに本発明では、炉心周辺領域において
は第2の燃料集合体の体数が第1の燃料集合体の体数よ
り多いことを特徴とする原子炉の炉心を提供する。ま
た、炉心内部領域においては第1の燃料集合体の体数が
第2の燃料集合体の体数より多いことを特徴とする原子
炉の炉心を提供する。また、炉心周辺領域において装荷
される最高濃縮度の燃料集合体は第2の燃料集合体であ
ることを特徴とする原子炉の炉心を提供する。Further, the present invention provides a nuclear reactor core, wherein the number of the second fuel assemblies is larger than the number of the first fuel assemblies in the region around the core. Further, the present invention provides a nuclear reactor core, wherein the number of the first fuel assemblies is larger than the number of the second fuel assemblies in the core inner region. Further, the present invention provides a nuclear reactor core, wherein the fuel assembly having the highest enrichment loaded in the core peripheral region is a second fuel assembly.
【0039】炉心周辺領域に第2の燃料集合体を多く配
置することにより、高い炉停止余裕を維持しつつも、炉
心全体として可燃性毒物の寿命を伸長させることができ
る。また炉心内部領域に第1の燃料集合体を多く配置す
ることにより、可燃性毒物の寿命を長く維持しつつも、
炉停止余裕をさらに向上させることができる。同時に、
第1の燃料集合体を配置することにより元来出力が大き
い炉心内部領域の出力を下げ、径方向の出力分布の歪み
をさらに平坦化することができる。By arranging a large number of the second fuel assemblies in the core peripheral region, it is possible to extend the life of the burnable poison as the whole core while maintaining a high reactor shutdown margin. Further, by arranging a large number of the first fuel assemblies in the core inner region, the life of the burnable poison can be maintained long,
Furnace shutdown margin can be further improved. at the same time,
By arranging the first fuel assembly, it is possible to lower the power in the core inner region where the power is originally large, and to further flatten the distortion of the power distribution in the radial direction.
【0040】さらに本発明では、炉心内に多数配置され
たセルの一部が反応度の低い燃料集合体4体からなるコ
ントロールセルであり、かつ前記炉心内での前記コント
ロールセルに面するセルまたは最低濃縮度の燃料集合体
を少なくとも1体含むセルに装荷される第1の燃料集合
体と第2の燃料集合体の体数の比が、前記炉心内部領域
での前記コントロールセル以外の前記コントロールセル
に面しないかつ最低濃縮度の燃料集合体を含まないセル
に装荷される前記第1の燃料集合体と第2の燃料集合体
の体数の比よりも小さいことを特徴とする原子炉の炉心
を提供する。Further, according to the present invention, a part of a number of cells arranged in the core is a control cell composed of four fuel assemblies having low reactivity, and a cell facing the control cell in the core or The ratio of the number of the first fuel assemblies to the number of the second fuel assemblies loaded in the cell including at least one fuel assembly having the lowest enrichment is smaller than the control cells other than the control cells in the core inner region. Claims: 1. A nuclear reactor characterized in that it is smaller than the ratio of the number of said first fuel assemblies and that of said second fuel assemblies loaded in cells not facing the cells and containing no fuel assemblies with the lowest enrichment. Provide a core.
【0041】また本発明では、炉心内部領域において、
第2の燃料集合体はコントロールセルに面するセルまた
は最低濃縮度の燃料集合体を少なくとも1体含むセルに
のみ装荷されていることを特徴とする原子炉の炉心を提
供する。According to the present invention, in the core inner region,
The second fuel assembly is provided in a nuclear reactor core, wherein the second fuel assembly is loaded only in a cell facing the control cell or a cell including at least one fuel assembly having the lowest enrichment.
【0042】図11は、コントロールセル14を21個
配置した原子炉の炉心における、原子炉停止時の制御棒
価値の分布の一例を示す1/4炉心の構成図である。こ
の炉心は図中太枠で示された位置14に低濃縮度燃料集
合体からなるコントロールセルを配置し、コントロール
セル以外の位置には全て同一仕様の高濃縮度燃料集合体
を配置した。またここでは径方向での制御棒価値の最大
値を1として、相対値を示した。この図より、コントロ
ールセルにおいては、高濃縮度燃料集合体のみからなる
セルと比べて制御棒価値が小さいことがわかる。ただ
し、高濃縮度燃料集合体のみからなるセルのうちコント
ロールセルと面する位置にあるセルは、コントロールセ
ルに面しないセルと比べて制御棒価値が10〜20%程
度小さい。また、低濃縮度燃料集合体を少なくとも1体
含むセルは相対的に制御棒価値が小さいので、十分な炉
停止余裕がある。従って、このような制御棒価値が小さ
いセルに、炉停止余裕が相対的に厳しい第2の燃料集合
体を多く配置することにより、十分な炉停止余裕を確保
しつつ炉心全体としての可燃性毒物の寿命を伸長させる
ことができる。FIG. 11 is a block diagram of a 1/4 reactor core showing an example of a distribution of control rod values when the reactor is stopped in a reactor core where 21 control cells 14 are arranged. In this core, a control cell composed of a low-enrichment fuel assembly was arranged at a position 14 indicated by a thick frame in the figure, and a high-enrichment fuel assembly of the same specification was arranged at all positions other than the control cell. Here, the relative value is shown with the maximum value of the control rod value in the radial direction being set to 1. It can be seen from this figure that the control rod value of the control cell is smaller than that of the cell composed of only the high enrichment fuel assembly. However, among the cells consisting only of the high enrichment fuel assemblies, the cells located at the position facing the control cell have a control rod value of about 10 to 20% smaller than the cells not facing the control cell. Further, a cell including at least one low-enrichment fuel assembly has a relatively small control rod value, and thus has a sufficient reactor shutdown margin. Therefore, by arranging a large number of second fuel assemblies having relatively small reactor stop margins in such cells having a small control rod value, the burnable poison as the whole core can be secured while ensuring a sufficient reactor stop margin. Can extend the life of the device.
【0043】さらに本発明では、炉心内部領域における
第1の燃料集合体と第2の燃料集合体の体数の比を、第
1サイクルにおいては炉心周辺領域における前記第1の
燃料集合体と第2の燃料集合体の体数の比より大きく設
定し、第2サイクルにおいては前記炉心周辺領域におけ
る前記第1の燃料集合体と第2の燃料集合体の体数の比
より小さく設定することを特徴とする原子炉の炉心の運
転方法を提供する。Further, in the present invention, the ratio of the number of the first fuel assemblies to the number of the second fuel assemblies in the core inner region is determined in the first cycle by the ratio between the first fuel assemblies and the second fuel assemblies in the core peripheral region. 2 is set to be larger than the ratio of the number of fuel assemblies, and in the second cycle, is set to be smaller than the ratio of the number of the first fuel assemblies to the number of the second fuel assemblies in the core peripheral region. A method for operating a core of a nuclear reactor is provided.
【0044】この構成によれば、第1サイクルでは、制
御棒価値の小さい炉心周辺領域に第2の燃料集合体が多
く装荷されることから、上述したように、炉停止余裕の
改善と可燃性毒物の寿命の伸長という2つの課題を同時
に達成できるとともに径方向出力分布を平坦化すること
ができる。また第2サイクルでは、第1サイクルで炉心
周辺領域に装荷されて燃焼の進行が遅くまだ多くの可燃
性毒物を残している第2の燃料集合体の一部を、炉心全
体の実効増倍率への寄与が大きい炉心内部領域に配置す
るため、余剰反応度を十分低くすることができる。また
図9によれば、燃焼後半においては、第1の燃料集合体
と比べて第2の燃料集合体の原子炉運転時の無限増倍率
が大きいことがわかる。よって上記構成により、第2サ
イクルにおいて径方向出力分布の歪みを平坦化すること
ができる。According to this configuration, in the first cycle, a large amount of the second fuel assemblies is loaded in the core peripheral region having a small control rod value. The two problems of extending the life of the poison can be achieved at the same time, and the radial output distribution can be flattened. In the second cycle, a part of the second fuel assembly, which is loaded in the core peripheral region in the first cycle and whose combustion progresses slowly and still has a large amount of burnable poisons, is converted into an effective multiplication factor of the entire core. Is arranged in the core inner region where the contribution of the reaction is large, the excess reactivity can be sufficiently reduced. FIG. 9 also shows that in the latter half of the combustion, the infinite multiplication factor during the operation of the reactor of the second fuel assembly is larger than that of the first fuel assembly. Therefore, with the above configuration, the distortion of the radial output distribution can be flattened in the second cycle.
【0045】さらに本発明では、炉心周辺領域において
第1の燃料集合体の体数は、第1サイクルでは第2の燃
料集合体の体数より少なくかつ第2サイクルでは第2の
燃料集合体の体数より多いことを特徴とする原子炉の炉
心の運転方法を提供する。また、炉心内部領域において
第1の燃料集合体の体数は、第1サイクルでは第2の燃
料集合体の体数より多くかつ第2サイクルでは第2の燃
料集合体の体数より少ないことを特徴とする原子炉の炉
心の運転方法を提供する。Further, in the present invention, the number of the first fuel assemblies in the core peripheral region is smaller than the number of the second fuel assemblies in the first cycle and the number of the second fuel assemblies in the second cycle. Provided is a method for operating a reactor core, wherein the number of reactor cores is larger than the number of reactors. Further, the number of the first fuel assemblies in the core inner region is larger than the number of the second fuel assemblies in the first cycle and smaller than the number of the second fuel assemblies in the second cycle. A method for operating a core of a nuclear reactor is provided.
【0046】この構成により、特に第2サイクルにおい
て余剰反応度を低く制御しつつ径方向の出力分布の歪み
を平坦化することができる。さらに本発明では、炉心の
最外周には最高濃縮度の燃料集合体として、第1サイク
ルでは第2の燃料集合体を、また第2サイクルでは第1
の燃料集合体を装荷することを特徴とする原子炉の炉心
の運転方法を提供する。With this configuration, it is possible to flatten the distortion of the radial output distribution while controlling the excess reactivity in the second cycle. Further, in the present invention, the outermost periphery of the core is provided with a fuel assembly having the highest enrichment, the second fuel assembly in the first cycle, and the first fuel assembly in the second cycle.
And a method for operating a reactor core of a nuclear reactor characterized by loading the fuel assembly.
【0047】制御棒価値が小さい炉心周辺領域の中でも
炉心最外周は、炉停止余裕への影響が少なく、かつ炉心
内で径方向で最も出力の小さい領域にあたる。従って上
記構成によれば、第1サイクルにおいては、炉停止余裕
を悪化させることなく可燃性毒物の燃焼の進行を最大限
に遅らせることができると同時に径方向の出力分布の歪
みを平坦化することができる。また第2サイクルにおい
ては、余剰反応度をさらに低減させることができると同
時に径方向の出力分布を平坦化させることができる。The outermost periphery of the core in the core peripheral region where the control rod value is small is a region where the influence on the reactor stop margin is small and the power is the smallest in the radial direction in the core. Therefore, according to the above configuration, in the first cycle, the progress of the burning of the burnable poison can be delayed as much as possible without deteriorating the furnace stop margin, and at the same time, the distortion of the radial power distribution is flattened. Can be. In the second cycle, the excess reactivity can be further reduced, and the radial power distribution can be flattened.
【0048】さらに本発明では、第1サイクルから第2
サイクルに移行する際に、炉心内部領域内の低濃縮度燃
料集合体4体からなるコントロールセルに装荷された低
濃縮度燃料集合体を、前記コントロールセル以外に装荷
された低濃縮度燃料集合体と交換することを特徴とする
原子炉の炉心の運転方法を提供する。Further, according to the present invention, the first cycle to the second cycle
At the time of transition to the cycle, the low-enrichment fuel assembly loaded in the control cell composed of four low-enrichment fuel assemblies in the core inner region is replaced with the low-enrichment fuel assembly loaded in other than the control cell. And a method of operating a reactor core of a nuclear reactor, wherein
【0049】また本発明では、第1サイクルから第2サ
イクルに移行する際に、炉心周辺領域に装荷された第2
の燃料集合体を、炉心内部領域に装荷された第1の燃料
集合体と交換することを特徴とする原子炉の炉心の運転
方法を提供する。According to the present invention, when shifting from the first cycle to the second cycle, the second cycle loaded in the core peripheral region is used.
The present invention also provides a method of operating a reactor core of a nuclear reactor, wherein the fuel assembly is replaced with a first fuel assembly loaded in a core inner region.
【0050】[0050]
【発明の実施の形態】以下本発明の第1の実施形態につ
いて図面を参照して説明する。図1(a)は第1の実施
形態に係る原子炉の1/4炉心の燃料配置構成図であ
る。この炉心に装荷する燃料集合体の基本構成は図13
に示した従来の沸騰水型原子炉の燃料集合体と同じであ
る。図1(a)において記号A及びBは、それぞれ平均
濃縮度3.7%の高濃縮度初装荷燃料集合体19及び2
0を表し、また記号Lは平均濃縮度1.6%の低濃縮度
初装荷燃料集合体21を表す。この高濃縮度燃料集合体
19、20の平均濃縮度は、燃料交換時に装荷する取替
燃料集合体の濃縮度と等しい。またこの初装荷炉心に
は、高濃縮度燃料集合体AとBは合わせて688体、低
濃縮度燃料集合体Lは184体装荷されており、初装荷
炉心全体の平均濃縮度は3.3%である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1A is a fuel arrangement configuration diagram of a quarter core of the nuclear reactor according to the first embodiment. The basic configuration of the fuel assembly loaded in this core is shown in FIG.
This is the same as the fuel assembly of the conventional boiling water reactor shown in FIG. In FIG. 1A, symbols A and B represent high enrichment initially loaded fuel assemblies 19 and 2 having an average enrichment of 3.7%, respectively.
0 and the symbol L represents a low-enrichment initially loaded fuel assembly 21 having an average enrichment of 1.6%. The average enrichment of the high enrichment fuel assemblies 19 and 20 is equal to the enrichment of the replacement fuel assembly loaded at the time of refueling. The initially loaded core is loaded with 688 high enrichment fuel assemblies A and B in total and 184 low enrichment fuel assemblies L, and the average enrichment of the entire initially loaded core is 3.3. %.
【0051】またこの炉心は、炉心最外周に位置する燃
料集合体とこの炉心最外周に位置する燃料集合体を少な
くとも1体含むセルを構成する燃料集合体とからなる炉
心周辺領域30と、この炉心周辺領域30に属さない炉
心中心領域31とに分けられる。図1(a)中の2重線
はこの炉心周辺領域30と炉心中心領域31との境界を
示している。The core includes a core peripheral region 30 composed of a fuel assembly located at the outermost periphery of the core and a fuel assembly constituting a cell including at least one fuel assembly located at the outermost periphery of the core. It is divided into a core central region 31 which does not belong to the core peripheral region 30. The double line in FIG. 1A indicates the boundary between the core peripheral region 30 and the core central region 31.
【0052】図1(a)に太枠で示すように、低濃縮度
燃料集合体21が4体で構成されるコントロールセル1
4が、炉心内に21個配置されている。またコントロー
ルセル14以外にも、低濃縮度燃料集合体21は炉心内
にほぼ均等に装荷されている。As shown by the thick frame in FIG. 1A, the control cell 1 composed of four low-enrichment fuel assemblies 21 is shown.
21 are disposed in the core. In addition to the control cell 14, the low enrichment fuel assemblies 21 are almost uniformly loaded in the core.
【0053】各燃料集合体の軸方向の濃縮度の分布の構
成図を図2に示す。またここでは、可燃性毒物としてガ
ドリニアを用いたガドリニア入り燃料棒を一部採用して
おり、この燃料棒の軸方向の分布構成についても示す。
図2(a)は高濃縮度燃料集合体19、20の構成図、
図2(b)は低濃縮度燃料集合体21の構成図、図2
(c)は取替燃料集合体の構成図である。この図におい
て例えば「3.9e,10G7.0」とは、「濃縮度が
3.9%で、かつ7.0%濃度のガドリニア入り燃料棒
を10本有する」ことを示す。またこれらの燃料集合体
はいずれも図13に示した燃料集合体と同様の形状の高
燃焼度燃料集合体であり、全長24ノードのうち上端部
2ノード及び下端部1ノードに、図中斜線で示すガドリ
ニアを含有しない天然ウラン領域が設けられている。ま
た図中の矢印は、図12に示した短尺燃料棒7の上端を
示す。これらの燃料集合体のうち図2(b)及び(c)
に示した低濃縮度燃料集合体21及び取替燃料集合体2
2は、特開平7−244184号公報に開示された発明
で図7に示された燃料集合体と同一である。FIG. 2 shows a configuration diagram of the distribution of enrichment in the axial direction of each fuel assembly. Further, here, a gadolinia-containing fuel rod using gadolinia as a burnable poison is partially adopted, and the axial distribution configuration of the fuel rod is also shown.
FIG. 2A is a configuration diagram of the high-enrichment fuel assemblies 19 and 20;
FIG. 2B is a configuration diagram of the low-enrichment fuel assembly 21, and FIG.
(C) is a block diagram of a replacement fuel assembly. In this figure, for example, “3.9e, 10G7.0” indicates that “the enrichment is 3.9% and there are ten gadolinia-containing fuel rods with a concentration of 7.0%”. Each of these fuel assemblies is a high burn-up fuel assembly having the same shape as the fuel assembly shown in FIG. 13, and two nodes at the upper end and one node at the lower end of the total length of 24 nodes are indicated by oblique lines in the figure. A natural uranium region containing no gadolinia is provided. The arrow in the figure indicates the upper end of the short fuel rod 7 shown in FIG. 2 (b) and 2 (c) of these fuel assemblies
Fuel assembly 21 and replacement fuel assembly 2 shown in FIG.
2 is the same as the fuel assembly shown in FIG. 7 in the invention disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-244184.
【0054】図3(a)及び(b)は、それぞれ図1
(a)で記号A及びBを付して示した高濃縮度燃料集合
体19及び20の燃料棒の配置を示す断面図である。こ
れらの断面図は図13(a)の燃料集合体におけるc−
c矢視方向位置での断面図である。図3で記号Gで示し
た燃料棒がガドリニア入り燃料棒である。また1から4
までの番号を付した燃料棒は、ガドリニアを含まず、ま
た番号の若い順に濃縮度が高い燃料棒を示す。燃料集合
体19と20とでは、燃料集合体中に配置されるガドリ
ニアを含まない燃料棒4種類及びガドリニア入り燃料棒
の構造や燃料集合体中の本数は同じである。但し図3に
示すように、燃料集合体19では11本のガドリニア入
り燃料棒のうち5本がウォータロッドに面しているのに
対し、燃料集合体20では11本のガドリニア入り燃料
棒のうち1本がウォータロッドに面している。すなわ
ち、ガドリニア入り燃料棒のうちウォータロッドに接す
る位置に配置されている燃料棒の割合は、燃料集合体1
9が5/11、燃料集合体20が1/11であるから、
燃料集合体19の方がその割合が高い。FIGS. 3A and 3B respectively show FIGS.
It is sectional drawing which shows the arrangement | positioning of the fuel rod of the high-enrichment fuel assemblies 19 and 20 shown with the code | symbol A and B in (a). These cross-sectional views show c-c in the fuel assembly of FIG.
It is sectional drawing in the c arrow direction direction position. The fuel rod indicated by the symbol G in FIG. 3 is a fuel rod containing gadolinia. Also 1 to 4
The fuel rods numbered up to indicate fuel rods that do not include gadolinia and have higher enrichment in ascending order of number. The fuel assemblies 19 and 20 have the same four types of gadolinia-free fuel rods and the structure of gadolinia-containing fuel rods and the number of fuel rods in the fuel assemblies. However, as shown in FIG. 3, in the fuel assembly 19, five of the eleven gadolinia-containing fuel rods face the water rod, while in the fuel assembly 20, the eleven gadolinia-containing fuel rods of the fuel assembly 20 face the water rod. One is facing the water rod. That is, the ratio of the fuel rods arranged at positions in contact with the water rods among the gadolinia-containing fuel rods is determined by the fuel assembly 1
9 is 5/11 and fuel assembly 20 is 1/11,
The ratio is higher in the fuel assembly 19.
【0055】また、図3に示した燃料集合体19及び2
0中にそれぞれ1本存在する、図中符号18を付したガ
ドリニア入り燃料棒Gは、2本のウォータロッド8に面
している。この燃料棒18については、図2に示した軸
方向分布構成図において図中矢印で示した部分より上部
にはガドリニアを含まないものとする。また、図3に示
した燃料集合体19及び20中にそれぞれ2本存在す
る、図中符号23を付したガドリニア入り燃料棒Gは、
X方向及びY方向で4本のガドリニア入り燃料棒に接し
ている。尚ここでX方向及びY方向とは図3に矢印で示
した方向をさすものとする。The fuel assemblies 19 and 2 shown in FIG.
The gadolinia-containing fuel rods G indicated by the reference numeral 18 in the figure each face one of the two water rods 8. This fuel rod 18 does not include gadolinia above the portion indicated by the arrow in the axial distribution configuration diagram shown in FIG. Further, gadolinia-containing fuel rods G denoted by reference numeral 23 in the drawings are present in each of the two fuel assemblies 19 and 20 shown in FIG.
It is in contact with four gadolinia-containing fuel rods in the X and Y directions. Here, the X direction and the Y direction refer to the directions indicated by arrows in FIG.
【0056】このような配置とした場合、燃料集合体中
のガドリニアが燃え尽きたときの燃焼度は約25GWd
/tとなる。一方、同濃度のガドリニア入り燃料棒を上
述した図8に示した燃料配置とした場合に、燃料集合体
中のガドリニアが燃え尽きたときの燃焼度は約20GW
d/tである。従って、図3のようにガドリニア入り燃
料棒を配置することにより、図8の場合と比較してガド
リニアの寿命を約20%伸長させることができる。With this arrangement, the burnup when gadolinia in the fuel assembly burns out is about 25 GWd.
/ T. On the other hand, when the gadolinia-containing fuel rods having the same concentration are arranged in the fuel arrangement shown in FIG. 8, the burnup when the gadolinia in the fuel assembly burns out is about 20 GW.
d / t. Therefore, by arranging gadolinia-containing fuel rods as shown in FIG. 3, the life of the gadolinia can be extended by about 20% as compared with the case of FIG.
【0057】図4は高濃縮度燃料集合体19、20の無
限増倍率の燃焼推移を示すグラフである。ここでは高濃
縮度燃料集合体19及び20の原子炉運転時の無限増倍
率をそれぞれa、bとし、また原子炉停止状態の無限増
倍率をそれぞれc、dとしている。またいずれの場合も
制御棒が未挿入の状態である。図4からわかるように、
燃焼初期においては、燃料集合体20と比べて燃料集合
体19の方が原子炉停止時の無限増倍率が小さいため炉
停止余裕を改善する。一方燃焼が進み燃焼度が15GW
d/t超の段階では燃料集合体19と比べて燃料集合体
20の方が原子炉運転時の無限増倍率が小さくなる。よ
って燃料集合体20の方が燃料中のガドリニアの寿命が
長い。FIG. 4 is a graph showing the combustion transition of the high enrichment fuel assemblies 19 and 20 at infinite multiplication factor. Here, the infinite multiplication factors of the high enrichment fuel assemblies 19 and 20 during the operation of the reactor are a and b, respectively, and the infinite multiplication factors when the reactor is stopped are c and d, respectively. In each case, the control rod is not inserted. As can be seen from FIG.
In the early stage of combustion, the fuel assembly 19 has a smaller infinite multiplication factor at the time of reactor shutdown than the fuel assembly 20, so that the reactor shutdown margin is improved. On the other hand, combustion advances and burnup is 15 GW
At the stage exceeding d / t, the fuel assembly 20 has a smaller infinite multiplication factor during the operation of the reactor than the fuel assembly 19. Therefore, the life of gadolinia in the fuel is longer in the fuel assembly 20.
【0058】図1(b)は図1(a)に示した配置で
の、炉心周辺領域30及び炉心内部領域31における、
記号A及びBで示される高濃縮度燃料集合体19及び2
0の体数を表す表である。ここに示すように、炉心周辺
領域30では燃料集合体19と比べて燃料集合体20の
体数が多く、また炉心内部領域31では燃料集合体20
と比べて燃料集合体19の体数が多い。また、炉心内部
領域31における燃料集合体19と燃料集合体20の体
数の比は、炉心周辺領域30における燃料集合体19と
燃料集合体20の体数の比より大きい。尚ここで、燃料
集合体19と燃料集合体20の体数の比とは、燃料集合
体19の体数を燃料集合体20の体数で除した値であ
る。FIG. 1 (b) shows the core peripheral region 30 and the core inner region 31 in the arrangement shown in FIG. 1 (a).
Highly enriched fuel assemblies 19 and 2 indicated by symbols A and B
It is a table showing the body number of 0. As shown here, the number of the fuel assemblies 20 in the core peripheral region 30 is larger than that of the fuel assemblies 19, and the fuel assembly 20 in the core inner region 31.
The number of fuel assemblies 19 is larger than that of FIG. The ratio of the number of fuel assemblies 19 and the number of fuel assemblies 20 in the core inner region 31 is larger than the ratio of the number of fuel assemblies 19 and the number of fuel assemblies 20 in the core peripheral region 30. Here, the ratio between the numbers of the fuel assemblies 19 and the fuel assemblies 20 is a value obtained by dividing the number of the fuel assemblies 19 by the number of the fuel assemblies 20.
【0059】以上のような配置の結果、本実施形態に係
る炉心は、初装荷燃料の平均濃縮度が3.3%と従来よ
り高く設定しているにもかかわらず、約1〜2%Δkの
範囲内でほぼ一定した余剰反応度を示し、また1%Δk
以上の十分な炉停止余裕を確保することができる。As a result of the above arrangement, the core according to the present embodiment has an initial enrichment of about 1.3% Δk despite the fact that the average enrichment of the initially loaded fuel is set to 3.3%, which is higher than the conventional one. Shows a substantially constant excess reactivity within the range of
The above-mentioned sufficient furnace stop margin can be secured.
【0060】以下本実施形態の作用について、図1に示
した炉心において記号A及びBで示した2種類の高濃縮
度燃料集合体19、20の位置に、全て燃料集合体19
を配置した場合あるいは全て燃料集合体20を配置した
場合と比較して説明する。図1に示した炉心において燃
料集合体20を全て燃料集合体19で置き換えた炉心で
は、本実施形態と比較して炉停止余裕がやや改善される
が、炉心周辺領域の出力が低下するので径方向ピーキン
グが増大する。すなわち径方向の出力分布の歪みが大き
くなる。また図1に示した炉心において燃料集合体19
を全て燃料集合体20で置き換えた炉心では、本実施形
態と比較して炉停止余裕が悪化するとともに、炉心内部
領域の出力が増大するので径方向ピーキングが増大す
る。従って、本実施形態のように2種類の高濃縮度燃料
19、20を適切な位置に配置することにより、径方向
の出力分布の歪みを平坦化し、かつ十分な炉停止余裕を
確保することができる。Hereinafter, the operation of the present embodiment will be described with reference to the two types of high enrichment fuel assemblies 19 and 20 indicated by symbols A and B in the core shown in FIG.
This will be described in comparison with the case where the fuel assembly 20 is arranged or the case where all the fuel assemblies 20 are arranged. In the core shown in FIG. 1 in which the fuel assemblies 20 are entirely replaced by the fuel assemblies 19, the reactor stop margin is slightly improved as compared with the present embodiment, but the output in the core peripheral region is reduced, so that the diameter is reduced. Directional peaking increases. That is, the distortion of the power distribution in the radial direction increases. In the core shown in FIG.
Is replaced by the fuel assembly 20, the reactor shutdown margin is deteriorated as compared with the present embodiment, and the power in the core inner region is increased, so that the radial peaking is increased. Therefore, by disposing the two types of high enrichment fuels 19 and 20 at appropriate positions as in the present embodiment, it is possible to flatten the distortion of the radial power distribution and secure a sufficient reactor shutdown margin. it can.
【0061】以下本発明の第2の実施形態について、図
面を参照して説明する。尚第1の実施形態と同様の構成
部分については同一符号を付し詳細な説明を省略する。
第2の実施形態に係る原子炉の炉心の運転方法において
は、燃焼の第1サイクルと第2サイクルとで燃料配置の
パタンが異なるため、第1サイクルから第2サイクルに
移行する際に燃料配置を一部変更する。本実施形態の第
1サイクルにおける原子炉の炉心は、第1の実施形態に
おいて図1に示した炉心と同じものである。第2サイク
ルにおける炉心について図5に示す。図5(a)は本実
施形態の第2サイクルにおける原子炉の1/4炉心の燃
料配置構成図、図5(b)は図5(a)に示した配置で
の、炉心周辺領域30及び炉心内部領域31における、
記号A及びBで示された高濃縮度燃料集合体19及び2
0の体数を表す表である。Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted.
In the operating method of the reactor core of the nuclear reactor according to the second embodiment, since the fuel arrangement pattern is different between the first cycle and the second cycle of the combustion, the fuel arrangement is changed when shifting from the first cycle to the second cycle. Is partially changed. The core of the nuclear reactor in the first cycle of the present embodiment is the same as the core shown in FIG. 1 in the first embodiment. FIG. 5 shows the core in the second cycle. FIG. 5A is a fuel arrangement diagram of a 1/4 core of the nuclear reactor in the second cycle of the present embodiment, and FIG. 5B is a diagram showing the arrangement around the core periphery region 30 and the arrangement shown in FIG. In the core inner region 31,
Highly enriched fuel assemblies 19 and 2 designated A and B
It is a table showing the body number of 0.
【0062】第1サイクルが終了し第2サイクルに移行
する際には、初装荷燃料集合体と取替燃料集合体との交
換は行わず、初装荷燃料集合体の配置の変更のみを行
う。まず、第1サイクルにおいて炉心内部領域31内の
コントロールセル14に装荷された低濃縮度燃料集合体
21を、コントロールセル以外に装荷された低濃縮度燃
料集合体21と交換する。第1サイクルに比べて余剰反
応度が増加するのに備えて、第2サイクルでは符号14
aで示した箇所に新しくコントロールセル4個を配置し
て全部で25個としている。When the first cycle is completed and the process proceeds to the second cycle, the replacement of the initially loaded fuel assembly with the replacement fuel assembly is not performed, but only the arrangement of the initially loaded fuel assembly is changed. First, in the first cycle, the low-enrichment fuel assemblies 21 loaded in the control cells 14 in the core inner region 31 are replaced with low-enrichment fuel assemblies 21 loaded in other than the control cells. In the second cycle, reference numeral 14 indicates that the excess reactivity increases in comparison with the first cycle.
Four control cells are newly arranged at the location indicated by a, to make a total of 25 control cells.
【0063】また高濃縮度燃料集合体については、第1
サイクルで炉心周辺領域30に装荷されていた燃料集合
体20と第1サイクルで炉心内部領域31に装荷されて
いた燃料集合体19とを交換する。この結果、炉心の最
外周には高濃縮度燃料集合体として、第1サイクルでは
燃料集合体20が配置されたが、第2サイクルでは燃料
集合体19が配置されることになる。またこの燃料集合
体の交換により、炉心周辺領域30及び炉心内部領域3
1における燃料集合体19及び20の体数は、この交換
により図1(b)から図5(b)の表に示すように変化
する。すなわち、第1サイクルにおいて炉心内部領域3
1における燃料集合体19と燃料集合体20の体数の比
は、炉心周辺領域30における燃料集合体19と燃料集
合体20の体数の比より大きいが、第2サイクルにおい
てはこの両者の大小関係が逆転している。For the highly enriched fuel assembly, the first
The fuel assemblies 20 loaded in the core peripheral region 30 in the cycle and the fuel assemblies 19 loaded in the core inner region 31 in the first cycle are exchanged. As a result, the fuel assembly 20 is arranged in the outermost periphery of the core as a highly enriched fuel assembly in the first cycle, but the fuel assembly 19 is arranged in the second cycle. In addition, the replacement of the fuel assembly allows the core peripheral region 30 and the core inner region 3
The number of the fuel assemblies 19 and 20 in 1 changes as shown in the table of FIG. 1B from FIG. That is, in the first cycle, the core inner region 3
The ratio of the number of the fuel assemblies 19 to the fuel assemblies 20 at 1 is larger than the ratio of the number of the fuel assemblies 19 to the fuel assemblies 20 in the core peripheral region 30. The relationship is reversed.
【0064】以下本実施形態の作用について説明する。
第1サイクルにおいては第1の実施形態と同様の作用が
得られる。第1サイクルでは炉心周辺領域30は出力が
低いため、炉心周辺領域30に配置された燃料集合体2
0は炉心内部領域31に比べ相対的に燃焼が進まない。
また上述したように燃料集合体20内のガドリニアの寿
命は燃料棒配置の作用により伸長されている。よって、
燃料集合体20内のガドリニアは第1サイクル終了時に
おいてもまだ十分に残っている。従って第2サイクルに
おいて、この燃料集合体20を炉心内部領域31に多く
配置することによって、主に炉心内部領域31に位置す
るガドリニアの作用により、余剰反応度を十分低くして
適切な範囲内に制御することができる。The operation of this embodiment will be described below.
In the first cycle, the same operation as in the first embodiment is obtained. In the first cycle, since the power in the core peripheral region 30 is low, the fuel assemblies 2 disposed in the core peripheral region 30
0 indicates that combustion does not progress relatively as compared with the core inner region 31.
As described above, the life of the gadolinia in the fuel assembly 20 is extended by the action of the fuel rod arrangement. Therefore,
The gadolinia in the fuel assembly 20 still remains sufficiently at the end of the first cycle. Therefore, in the second cycle, by arranging a large number of the fuel assemblies 20 in the core inner region 31, the surplus reactivity is sufficiently reduced mainly by the action of gadolinia located in the core inner region 31 so as to fall within an appropriate range. Can be controlled.
【0065】無限増倍率の推移を示した図4において、
記号f1及びf2は、それぞれ本実施形態における第1
サイクル及び第2サイクルの燃焼期間を表すものとす
る。図4からわかるように、炉心内部領域30に配置さ
れた燃料集合体19の無限増倍率aは、第1サイクルで
は燃料集合体20の無限増倍率bよりも小さいが、燃焼
が進み第2サイクルへ移行すると逆転して燃料集合体2
0の無限増倍率bよりも大きくなる。従って、第2サイ
クルにおいて、無限増倍率が大きい燃料集合体19を炉
心周辺領域30に配置し、かつガドリニアを多く残して
いる燃料集合体20を炉心内部領域31に多く配置する
ことにより、炉心の径方向の出力分布の歪みを低減する
ことができる。In FIG. 4 showing the transition of the infinite multiplication factor,
Symbols f1 and f2 are the first in the present embodiment, respectively.
It represents the combustion period of the cycle and the second cycle. As can be seen from FIG. 4, the infinite multiplication factor a of the fuel assembly 19 disposed in the core inner region 30 is smaller than the infinite multiplication factor b of the fuel assembly 20 in the first cycle, but the combustion proceeds and the second cycle Reverses to fuel assembly 2
It becomes larger than the infinite multiplication factor b of 0. Therefore, in the second cycle, the fuel assemblies 19 having a large infinite multiplication factor are arranged in the core peripheral region 30 and the fuel assemblies 20 that have much gadolinia remaining are arranged in the core inner region 31 so that the core assembly region has a large infinite multiplication factor. Distortion of the radial output distribution can be reduced.
【0066】以下本発明の第3の実施形態について、図
面を参照して説明する。尚第1または第2の実施形態と
同様の構成部分については同一符号を付し詳細な説明を
省略する。図6(a)は第3の実施形態に係る原子炉の
1/4炉心の燃料配置構成図である。第3の実施形態に
係る原子炉の炉心には低濃縮度、中濃縮度、高濃縮度の
3種類の濃縮度の初装荷燃料が用いられている。尚図中
で記号A、B、Lで示した燃料は第1の実施形態で詳述
した燃料と同一であり、また記号Mは中濃縮度燃料24
を表す。Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the same components as those in the first or second embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted. FIG. 6A is a fuel arrangement configuration diagram of a 1/4 core of a nuclear reactor according to the third embodiment. In the core of the nuclear reactor according to the third embodiment, initially loaded fuel having three types of enrichment, low enrichment, medium enrichment, and high enrichment, is used. It should be noted that the fuel indicated by the symbols A, B, and L in the figure is the same as the fuel described in detail in the first embodiment, and the symbol M is the medium enriched fuel 24.
Represents
【0067】この炉心には記号Lで示した平均濃縮度
1.6%の低濃縮度燃料集合体21が296体、記号M
で示した平均濃縮度2.5%の中濃縮度燃料集合体24
が84体、記号A及びBで示した平均濃縮度3.7%の
高濃縮度燃料集合体19及び20が合わせて492体装
荷されており、初装荷燃料集合体の全体の平均濃縮度は
2.9%である。In this core, 296 low-enrichment fuel assemblies 21 having an average enrichment of 1.6%, indicated by symbol L,
Medium enrichment fuel assembly 24 having an average enrichment of 2.5%
Are loaded with 492 high-enrichment fuel assemblies 19 and 20 having an average enrichment of 3.7% indicated by symbols A and B in total, and the total average enrichment of the initially loaded fuel assembly is: 2.9%.
【0068】低濃縮度燃料集合体21は、炉心最外周
と、炉心内部に離散的に配置されたコントロールセル1
4に装荷されているほか、炉心内部領域31にあって炉
心最外周に近いセルにも一部装荷されている。また中濃
縮度燃料集合体24は、炉心内部領域31のコントロー
ルセル14以外の低濃縮度燃料集合体21を含むセルに
装荷されている。The low-enrichment fuel assembly 21 includes the outermost periphery of the core and the control cells 1 disposed discretely inside the core.
4 as well as a part of cells in the core inner region 31 near the outermost periphery of the core. The medium enrichment fuel assemblies 24 are loaded in cells including the low enrichment fuel assemblies 21 other than the control cells 14 in the core inner region 31.
【0069】図6(b)は図6(a)に示した配置で
の、炉心周辺領域30及び炉心内部領域31における、
記号A及びBで示される高濃縮度燃料集合体19及び2
0の体数を表す表である。ここに示すように、炉心内部
領域31における燃料集合体19と燃料集合体20の体
数の比は、炉心周辺領域30における燃料集合体19と
燃料集合体20の体数の比より大きい。また、炉心内部
領域31でのコントロールセル14に面するセルまたは
低濃縮度燃料集合体21を少なくとも1体含むセルに装
荷される燃料集合体19と燃料集合体20の体数の比
は、炉心内部領域31でのコントロールセル14以外の
コントロールセル14に面しないかつ低濃縮度燃料集合
体21を含まないセルに装荷される燃料集合体19と燃
料集合体20の体数の比よりも小さい。FIG. 6 (b) shows the core peripheral region 30 and the core inner region 31 in the arrangement shown in FIG. 6 (a).
Highly enriched fuel assemblies 19 and 2 indicated by symbols A and B
It is a table showing the body number of 0. As shown here, the ratio of the numbers of the fuel assemblies 19 and the fuel assemblies 20 in the core inner region 31 is larger than the ratio of the numbers of the fuel assemblies 19 and the fuel assemblies 20 in the core peripheral region 30. The ratio of the number of fuel assemblies 19 to the number of fuel assemblies 20 loaded in the cells facing the control cells 14 or the cells including at least one low-enrichment fuel assembly 21 in the core inner region 31 is determined by the core number. It is smaller than the ratio of the number of the fuel assemblies 19 and the number of the fuel assemblies 20 loaded in the cells not facing the control cells 14 other than the control cells 14 in the inner region 31 and not including the low-enrichment fuel assemblies 21.
【0070】図6(a)に示すように、炉心周辺領域3
0に装荷される高濃縮度燃料集合体は全て燃料集合体2
0である。また炉心内部領域31では燃料集合体20
は、コントロールセル14に面したセルや、あるいは炉
心周辺領域31に近くかつ低濃縮度燃料集合体21を含
むセルに装荷される。このような装荷位置においては制
御棒価値は相対的に小さいので、原子炉運転時と原子炉
停止時とで反応度の差が大きい燃料集合体20を装荷し
ても炉停止余裕を悪化させることはない。一方、炉心内
部領域31の制御棒価値が大きい位置には、燃料集合体
20と比べて原子炉運転時と停止時とで反応度差が小さ
い燃料集合体19を多く装荷している。これにより炉停
止余裕を確保したうえで、ガドリニアの寿命を長期化す
ることができる。As shown in FIG. 6A, the core peripheral region 3
All the high enrichment fuel assemblies loaded at 0 are fuel assembly 2
0. In the core inner region 31, the fuel assemblies 20
Is loaded in a cell facing the control cell 14 or a cell near the core peripheral region 31 and including the low-enrichment fuel assembly 21. Since the control rod value is relatively small at such a loading position, the reactor shutdown margin is deteriorated even when the fuel assembly 20 having a large difference in reactivity between the reactor operation and the reactor shutdown is loaded. There is no. On the other hand, many fuel assemblies 19 having a smaller reactivity difference between the operation and the shutdown of the reactor than the fuel assemblies 20 are loaded at positions in the core inner region 31 where the control rod value is large. As a result, the life of the gadolinia can be prolonged while securing a furnace stop margin.
【0071】また本実施形態では、炉心最外周に低濃縮
度燃料集合体21を装荷することによって炉心外への中
性子の漏れを低減し、中性子の利用効率を向上させてい
る。この配置により炉心最外周における出力が極端に小
さくなるきらいがあるが、その対策として、炉心最外周
から2層目及び3層目に高濃縮度燃料集合体を装荷し
て、炉心の径方向出力分布の歪みを平坦化している。ま
たこの2、3層目に配置する高濃縮度燃料集合体の殆ど
を、燃焼初期の無限増倍率が大きい燃料集合体20とし
たため、径方向出力分布の歪みの低減効果はさらに大き
くなる。In this embodiment, the neutron leakage outside the reactor core is reduced by loading the low enrichment fuel assembly 21 on the outermost periphery of the reactor core, and the neutron utilization efficiency is improved. This arrangement may result in extremely low output at the outermost periphery of the core, but as a countermeasure, the second and third layers from the outermost periphery of the core are loaded with highly enriched fuel assemblies, and the radial output of the core is reduced. The distribution distortion is flattened. In addition, since most of the high enrichment fuel assemblies arranged in the second and third layers are the fuel assemblies 20 having a large infinite multiplication factor at the initial stage of combustion, the effect of reducing the distortion in the radial power distribution is further increased.
【0072】本実施形態では初装荷燃料集合体の全体の
平均濃縮度が2.9%であり、第2の実施形態の3.3
%よりも低く設定されている。そのため、初装荷燃料集
合体の第1サイクルの燃焼が終了した後、低濃縮度燃料
集合体21のうち最も燃焼が進んだ56体を選んで、図
2(c)に示した取替燃料集合体22と交換して、第2
サイクルの運転を行う。また、第1サイクルで炉心最外
周を除く炉心周辺領域30に装荷された燃料集合体20
を、炉心内部領域31に装荷された燃料集合体19と交
換する。このとき第2サイクルでは、炉心最外周には低
濃縮度燃料集合体21が配置され、炉心最外周を除いた
炉心周辺領域30には燃料集合体19が配置され、炉心
内部領域31内の高濃縮度燃料集合体の殆どを燃料集合
体20が占めることになる。従って第2サイクルにおい
て、炉心の径方向の出力分布の歪みを平坦化できるとと
もに、炉心内部領域31内における燃料集合体20の作
用により余剰反応度を低減することができる。In the present embodiment, the average enrichment of the whole initially loaded fuel assembly is 2.9%, which is 3.3 in the second embodiment.
It is set lower than%. Therefore, after the combustion of the first cycle of the initially loaded fuel assembly is completed, 56 of the low enrichment fuel assemblies 21 that have undergone the most combustion are selected, and the replacement fuel assembly shown in FIG. In exchange for body 22,
Run the cycle. In the first cycle, the fuel assemblies 20 loaded in the core peripheral region 30 excluding the outermost periphery of the core
Is replaced with the fuel assembly 19 loaded in the core inner region 31. At this time, in the second cycle, the low enrichment fuel assembly 21 is arranged at the outermost periphery of the core, the fuel assembly 19 is arranged at the core peripheral region 30 excluding the outermost periphery of the core, Most of the enrichment fuel assembly will be occupied by the fuel assembly 20. Therefore, in the second cycle, the distortion of the power distribution in the radial direction of the core can be flattened, and the excess reactivity can be reduced by the action of the fuel assembly 20 in the core inner region 31.
【0073】また、本実施形態の変形例として、炉心最
外周に低濃縮度燃料21に代えて中濃縮度燃料24を装
荷した初装荷炉心がある。この場合、炉心からの中性子
漏れは第3の実施形態と比較していくらか増大するが、
中濃縮度燃料集合体24の作用により径方向の出力分布
の歪みの低減効果はより大きくなる。As a modified example of this embodiment, there is an initially loaded core in which a medium enriched fuel 24 is loaded instead of the low enriched fuel 21 on the outermost periphery of the core. In this case, the neutron leakage from the core increases somewhat as compared with the third embodiment,
The effect of reducing the distortion of the radial power distribution is increased by the action of the medium enrichment fuel assembly 24.
【0074】あるいはまた、本実施形態の他の変形例と
して、図12に示した4種類の濃縮度の初装荷燃料集合
体で構成される初装荷炉心がある。この場合、第3の実
施形態において炉心内部領域31内の低濃縮度燃料集合
体21の装荷位置には、4種類のうち最低濃縮度の燃料
集合体または2番目に低い濃縮度の燃料集合体を装荷す
ることで、炉停止余裕の向上を図ることができる。ま
た、第1サイクルにおいて炉心最外周に装荷される燃料
集合体としては、最低濃縮度燃料集合体に限らず、2番
目に低い濃縮度の燃料集合体、3番目に低い濃縮度の燃
料集合体あるいは最高濃縮度の燃料集合体を装荷するこ
とが考えられる。あるいはこれらの4種類の燃料を適切
に組み合わせた配置も可能である。Alternatively, as another modified example of the present embodiment, there is an initially loaded core composed of initially loaded fuel assemblies of four types of enrichment shown in FIG. In this case, in the third embodiment, the loading position of the low enrichment fuel assembly 21 in the core inner region 31 is located at the lowest enrichment fuel assembly or the second lowest enrichment fuel assembly of the four types. , The furnace stop margin can be improved. The fuel assemblies loaded on the outermost periphery of the core in the first cycle are not limited to the lowest enrichment fuel assemblies, but the second lowest enrichment fuel assemblies and the third lowest enrichment fuel assemblies Alternatively, it is conceivable to load a fuel assembly with the highest enrichment. Alternatively, an arrangement in which these four types of fuels are appropriately combined is also possible.
【0075】以下本発明の第4の実施形態について、図
面を参照して説明する。尚第1乃至第3の実施形態と同
様の構成部分については同一符号を付し詳細な説明を省
略する。本実施形態に係る原子炉の炉心は、第1乃至第
3の実施形態における記号A及びBで示された高濃縮度
燃料集合体19及び20を、それぞれ以下に詳述する高
濃縮度燃料集合体25及び26に置き換えたものであ
る。図7は、本実施形態に係る原子炉の炉心の高濃縮度
燃料集合体の配置構成図である。ここで図7(a)が燃
料集合体25、図7(b)が燃料集合体26に関するも
のである。また記号Gがガドリニア入り燃料棒を表す。Hereinafter, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The same components as those in the first to third embodiments are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted. The core of the nuclear reactor according to the present embodiment is similar to the high enrichment fuel assemblies 19 and 20 indicated by the symbols A and B in the first to third embodiments, respectively. It has been replaced by bodies 25 and 26. FIG. 7 is an arrangement configuration diagram of the highly enriched fuel assembly of the reactor core of the nuclear reactor according to the present embodiment. Here, FIG. 7 (a) relates to the fuel assembly 25, and FIG. 7 (b) relates to the fuel assembly 26. Symbol G represents a fuel rod containing gadolinia.
【0076】図3に示した高濃縮度燃料集合体19及び
20は、X方向及びY方向で4本のガドリニア入り燃料
棒に接するガドリニア入り燃料棒23をそれぞれ2本有
していた。すなわち5本のガドリニア入り燃料棒2組が
それぞれ十字型に配置されていた。これに対して本実施
形態では、燃料集合体25及び26において、ガドリニ
ア入り燃料棒の十字型配置をなくし、各ガドリニア入り
燃料棒が隣接しているガドリニア入り燃料棒が多くて2
本となるよう配置されている。またガドリニア入り燃料
棒のうちウォータロッド8に面する位置に配置されてい
る燃料棒の割合は、燃料集合体25は6/11、燃料集
合体26は0/10であるから、燃料集合体25の方が
その割合が高い。この燃料集合体25中に2本存在す
る、図中符号18を付したガドリニア入り燃料棒Gは、
2本のウォータロッド8に面している。The high enrichment fuel assemblies 19 and 20 shown in FIG. 3 each have two gadolinia-containing fuel rods 23 in contact with the four gadolinia-containing fuel rods in the X and Y directions. That is, two sets of five gadolinia-containing fuel rods were arranged in a cross shape. On the other hand, in the present embodiment, in the fuel assemblies 25 and 26, the cross-shaped arrangement of the gadolinia-containing fuel rods is eliminated, and the gadolinia-containing fuel rods are adjacent to each other in at most two gadolinia-containing fuel rods.
It is arranged to be a book. Further, the ratio of the fuel rods arranged at the position facing the water rod 8 among the fuel rods containing gadolinia is 6/11 for the fuel assembly 25 and 0/10 for the fuel assembly 26. Have a higher ratio. Two gadolinia-containing fuel rods G, which are denoted by reference numeral 18 in the drawing, are present in the fuel assembly 25.
It faces two water rods 8.
【0077】本実施形態においては、燃料集合体19及
び20をそれぞれ燃料集合体25及び26に置き換えた
以外は、第1乃至第3の実施形態の炉心配置のいずれか
を採用するものとする。In this embodiment, any one of the core arrangements of the first to third embodiments is adopted except that the fuel assemblies 19 and 20 are replaced with fuel assemblies 25 and 26, respectively.
【0078】高濃縮度燃料集合体の燃料棒の配置変更に
よりガドリニアの寿命は短くなるが、ガドリニア入り燃
料棒を燃料集合体内で均一に配置することにより、燃料
集合体内の出力分布を平坦化することができるので、熱
的余裕が向上する。Although the life of the gadolinia is shortened by changing the arrangement of the fuel rods in the high enrichment fuel assembly, the power distribution in the fuel assembly is flattened by uniformly disposing the gadolinia-containing fuel rods in the fuel assembly. As a result, the thermal margin is improved.
【0079】燃料集合体内において、一般にガドリニア
の中性子吸収量が最大となる位置とウォータロッドに面
する位置とは一致しないことが知られている。従って、
燃料集合体25においてウォータロッドに面する位置に
ガドリニア入り燃料棒を集中して配置しているため、場
合によっては燃料集合体26よりも燃焼初期の無限増倍
率が大きくなることも起こり得る。しかし、本実施形態
においては、燃料集合体26にガドリニア入り燃料棒を
10本配置したのに対し、燃料集合体25にはガドリニ
ア入り燃料棒を11本配置している。この構成により、
燃料集合体26と比べて燃料集合体25の燃焼初期の無
限増倍率を低く抑えている。It is known that, in a fuel assembly, the position where the neutron absorption of gadolinia is generally maximum does not coincide with the position facing the water rod. Therefore,
Since the fuel rods containing gadolinia are concentrated at the position facing the water rod in the fuel assembly 25, the infinite multiplication factor in the initial stage of combustion may be larger than that of the fuel assembly 26 in some cases. However, in this embodiment, ten fuel rods containing gadolinia are arranged in the fuel assembly 26, whereas eleven fuel rods containing gadolinia are arranged in the fuel assembly 25. With this configuration,
The infinite multiplication factor in the initial stage of combustion of the fuel assembly 25 is suppressed lower than that of the fuel assembly 26.
【0080】ところで、上述したように、燃料の健全性
を保持するため、燃料内に配置されるガドリニア入り燃
料棒の本数を少なくまたガドリニア濃度を低く抑える場
合がある。ガドリニア濃度の上限を仮に10%以下に抑
える必要がある場合には、燃料集合体25及び26に用
いられる全てのガドリニア入り燃料棒のガドリニア濃度
を10%とすることで、第2サイクルの余剰反応度を最
大限に抑制することができる。また設定条件によって
は、燃料集合体25には濃度10%のガドリニア入り燃
料棒を、また燃料集合体26には濃度11%のガドリニ
ア入り燃料棒を用いることが考えられる。この場合、第
2サイクルにおいて炉心内部に燃料集合体26が多く配
置したことにより、第2サイクルにおける余剰反応度の
抑制効果が一層高められる。As described above, in order to maintain the integrity of the fuel, the number of gadolinia-containing fuel rods disposed in the fuel may be reduced and the gadolinia concentration may be reduced. If the upper limit of the gadolinia concentration needs to be suppressed to 10% or less, the gadolinia concentration of all the gadolinia-containing fuel rods used in the fuel assemblies 25 and 26 is set to 10%, so that the surplus reaction in the second cycle is performed. The degree can be suppressed to the maximum. Further, depending on the setting conditions, it is conceivable to use 10% concentration gadolinia-containing fuel rods for the fuel assembly 25 and 11% concentration gadolinia-containing fuel rods for the fuel assembly 26. In this case, the effect of suppressing the excess reactivity in the second cycle is further enhanced by arranging many fuel assemblies 26 inside the core in the second cycle.
【0081】[0081]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、初
装荷燃料集合体の全体の平均濃縮度を大幅に高めた原子
炉の炉心において、燃料の健全性維持の観点から許容さ
れる範囲内で従来よりも可燃性毒物の濃度を高く設定
し、燃焼初期から後期に至るまで余剰反応度を適切な範
囲に制御しつつも同時に十分な炉停止余裕を確保するこ
とができるので、初装荷燃料集合体の取出燃焼度を増大
させることで燃料の経済性を従来より大幅に向上させる
ことができる。さらに本発明により、燃焼初期から長期
にわたって径方向の出力分布の歪みを平坦化させること
ができるので、最大線出力密度を低く制御しペレット−
被覆管相互作用を防止し、また最小限界出力比を適切な
範囲に制御することで炉心の熱的余裕を改善することが
できる。As described above, according to the present invention, in the core of a nuclear reactor in which the average enrichment of the whole initially loaded fuel assembly is greatly increased, the range allowed from the viewpoint of maintaining the fuel integrity. Within this time, the concentration of burnable poisons is set higher than before, and from the beginning to the end of combustion, the excess reactivity can be controlled to an appropriate range, while at the same time ensuring a sufficient shutdown margin for the furnace. By increasing the take-up burn-up of the fuel assembly, the fuel economy can be greatly improved compared to the prior art. Further, according to the present invention, since the distortion of the radial power distribution can be flattened for a long period from the initial stage of combustion, the maximum linear power density can be controlled to be low and the pellet-
Preventing cladding tube interaction and controlling the minimum critical power ratio in an appropriate range can improve the thermal margin of the core.
【図1】(a)は本発明の第1の実施形態に係る原子炉
の1/4炉心の燃料配置構成図、(b)は(a)に示し
た配置での炉心周辺領域及び炉心内部領域における高濃
縮度燃料集合体19、20の体数を示す表である。FIG. 1 (a) is a fuel arrangement diagram of a quarter core of a nuclear reactor according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1 (b) is a core peripheral region and the inside of the core in the arrangement shown in FIG. It is a table | surface which shows the number of high-enrichment fuel assemblies 19 and 20 in an area | region.
【図2】(a)は高濃縮度燃料集合体19、20の軸方
向の濃縮度及びガドリニア分布の構成図、(b)は低濃
縮度燃料集合体21の軸方向の濃縮度及びガドリニア分
布の構成図、(c)は取替燃料集合体24の軸方向の濃
縮度及びガドリニア分布の構成図である。2 (a) is a configuration diagram of the axial enrichment and gadolinia distribution of the high enrichment fuel assemblies 19 and 20, and FIG. 2 (b) is an axial enrichment and gadolinia distribution of the low enrichment fuel assembly 21. And (c) is a configuration diagram of the enrichment and gadolinia distribution of the replacement fuel assembly 24 in the axial direction.
【図3】(a)は高濃縮度燃料集合体19の燃料棒配置
を示す断面図、(b)は高濃縮度燃料集合体20の燃料
集合体の燃料棒配置を示す断面図である。3A is a sectional view showing a fuel rod arrangement of a high enrichment fuel assembly 19, and FIG. 3B is a sectional view showing a fuel rod arrangement of a fuel assembly of a high enrichment fuel assembly 20.
【図4】本発明の第1乃至第3の実施形態に係る原子炉
の炉心の高濃縮度燃料集合体19、20の無限増倍率の
推移を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing the transition of the infinite multiplication factor of the highly enriched fuel assemblies 19 and 20 in the core of the nuclear reactor according to the first to third embodiments of the present invention.
【図5】(a)は本発明の第2の実施形態における第2
サイクルに係る原子炉の1/4炉心の燃料配置構成図、
(b)は(a)に示した配置での炉心周辺領域及び炉心
内部領域における高濃縮度燃料集合体19、20の体数
を示す表である。FIG. 5 (a) shows a second embodiment according to the second embodiment of the present invention.
Fuel arrangement configuration diagram of the 1/4 core of the nuclear reactor related to the cycle,
(B) is a table showing the number of high enrichment fuel assemblies 19 and 20 in the core peripheral region and the core inner region in the arrangement shown in (a).
【図6】(a)は本発明の第3の実施形態に係る原子炉
の1/4炉心の燃料配置構成図、(b)は(a)に示し
た配置での炉心周辺領域及び炉心内部領域における高濃
縮度燃料集合体19、20の体数を示す表である。FIG. 6 (a) is a fuel arrangement diagram of a 1/4 core of a nuclear reactor according to a third embodiment of the present invention, and (b) is a core peripheral region and the inside of the core in the arrangement shown in (a). It is a table | surface which shows the number of high-enrichment fuel assemblies 19 and 20 in an area | region.
【図7】(a)は本発明の第4の実施形態に係る原子炉
の炉心の高濃縮度燃料集合体25の燃料棒配置を示す断
面図、(b)は本発明の第4の実施形態に係る原子炉の
炉心の高濃縮度燃料集合体26の燃料棒配置を示す断面
図である。FIG. 7A is a cross-sectional view showing a fuel rod arrangement of a highly enriched fuel assembly 25 in a reactor core according to a fourth embodiment of the present invention, and FIG. 7B is a fourth embodiment of the present invention. It is sectional drawing which shows the fuel rod arrangement | positioning of the high enrichment fuel assembly 26 of the core of the nuclear reactor concerning a form.
【図8】(a)及び(b)は、可燃性毒物を含む燃料棒
のうち、ウォータロッドに面する位置に配置されている
燃料棒の割合の異なる2種類の燃料集合体の燃料棒配置
を示す断面図である。FIGS. 8A and 8B are fuel rod arrangements of two types of fuel assemblies having different ratios of fuel rods arranged at positions facing water rods among fuel rods containing burnable poisons. FIG.
【図9】図8に示した燃料集合体の無限増倍率の推移を
示すグラフである。9 is a graph showing a transition of an infinite multiplication factor of the fuel assembly shown in FIG.
【図10】同一仕様の燃料集合体のみからなる原子炉の
炉心における、原子炉停止時の制御棒価値の分布の一例
を示す1/4炉心の構成図である。FIG. 10 is a configuration diagram of a 1/4 core showing an example of a distribution of control rod values at the time of reactor shutdown in a reactor core consisting only of fuel assemblies of the same specification.
【図11】21個のコントロールセルを配備した原子炉
の炉心における、原子炉停止時の制御棒価値の分布の一
例を示す1/4炉心の構成図である。FIG. 11 is a configuration diagram of a 1/4 reactor core showing an example of a distribution of control rod values when the reactor is stopped in a reactor core having 21 control cells.
【図12】濃縮度の異なる4種類の初装荷燃料集合体に
より構成される、従来の沸騰水型原子炉の燃料配置の一
例を示す1/4炉心の構成図である。FIG. 12 is a configuration diagram of a 1/4 core showing an example of a fuel arrangement of a conventional boiling water reactor constituted by four types of initially loaded fuel assemblies having different enrichments.
【図13】(a)は沸騰水型原子炉の高燃焼度燃料集合
体の縦断面図、(b)は(a)のb−b矢視方向断面
図、(c)は(a)のc−c矢視方向断面図である。13A is a longitudinal sectional view of a high burn-up fuel assembly of a boiling water reactor, FIG. 13B is a sectional view taken along line bb of FIG. 13A, and FIG. 13C is a sectional view of FIG. It is sectional drawing in the cc arrow direction.
6 長尺燃料棒 7 短尺燃料棒 8 ウォータロッド 9 スペーサ 10 上部タイプレート 11 下部タイプレート 12 チャンネルボックス 13 制御棒 14 コントロールセル 19、20、25、26 高濃縮度燃料集合体 21 低濃縮度燃料集合体 22 取替燃料集合体 24 中濃縮度燃料集合体 30 炉心周辺領域 31 炉心内部領域 Reference Signs List 6 long fuel rod 7 short fuel rod 8 water rod 9 spacer 10 upper tie plate 11 lower tie plate 12 channel box 13 control rod 14 control cell 19, 20, 25, 26 high enrichment fuel assembly 21 low enrichment fuel assembly Body 22 Replacement fuel assembly 24 Medium enrichment fuel assembly 30 Peripheral core area 31 Inner core area
───────────────────────────────────────────────────── 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 GDBP GDBY ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Agency reference number FI Technical display location G21C 3/30 GDBP GDBY
Claims (18)
第1群の燃料棒と、核燃料物質及び可燃性毒物を含む第
2群の燃料棒と、内部を冷却水が流れるウォータロッド
とを格子状に束ねて構成された燃料集合体を複数具備す
る原子炉の炉心において、前記複数の燃料集合体には、
前記第2群の燃料棒のうち前記ウォータロッドに面する
位置に配置されている燃料棒の割合が異なる少なくとも
2種類の燃料集合体が含まれることを特徴とする原子炉
の炉心。1. A grid comprising a first group of fuel rods containing a nuclear fuel substance and containing no burnable poison, a second group of fuel rods containing a nuclear fuel substance and a burnable poison, and a water rod through which cooling water flows. In a reactor core including a plurality of fuel assemblies configured in a bundle, the plurality of fuel assemblies include:
A nuclear reactor core comprising at least two types of fuel assemblies each having a different ratio of the fuel rods arranged at a position facing the water rod among the second group of fuel rods.
燃料集合体を具備し、かつこれらの燃料集合体のうち最
高濃縮度の燃料集合体には、第1の燃料集合体と、前記
第2群の燃料棒のうち前記ウォータロッドに面する位置
に配置されている燃料棒の割合が前記第1の燃料集合体
より小さい第2の燃料集合体とが含まれることを特徴と
する請求項1記載の原子炉の炉心。2. The fuel assembly having at least two types of fuel assemblies having different average enrichments, and the fuel assembly having the highest enrichment among the fuel assemblies includes a first fuel assembly and the second fuel assembly. 2. The fuel rod of the group includes a second fuel assembly in which a proportion of the fuel rod arranged at a position facing the water rod is smaller than the first fuel assembly. 3. The reactor core of the described reactor.
の燃料棒のうち少なくとも1本が前記ウォータロッドに
2方向で面していることを特徴とする請求項2記載の原
子炉の炉心。3. The nuclear reactor of claim 2, wherein at least one of the second group of fuel rods faces the water rod in two directions with respect to the first fuel assembly. Core.
の燃料棒のうち少なくとも1本がX方向またはY方向の
うち少なくとも1方向で他の第2群の燃料棒と面してい
ることを特徴とする請求項2または3記載の原子炉の炉
心。4. In the second fuel assembly, at least one of the second group of fuel rods faces another second group of fuel rods in at least one of the X direction and the Y direction. 4. The reactor core of a nuclear reactor according to claim 2, wherein:
は、第2群の燃料棒の本数が等しいことを特徴とする請
求項2乃至4記載の原子炉の炉心。5. The reactor core according to claim 2, wherein the first fuel assembly and the second fuel assembly have the same number of fuel rods of the second group.
は、燃料集合体を構成する燃料棒の種類及び本数が等し
いことを特徴とする請求項5記載の原子炉の炉心。6. The reactor core according to claim 5, wherein the first fuel assembly and the second fuel assembly have the same type and number of fuel rods constituting the fuel assembly.
る4体の燃料集合体とから構成されるセルが多数配置さ
れており、かつ前記炉心を、炉心最外周に位置する燃料
集合体と前記炉心最外周に位置する燃料集合体を少なく
とも1体含むセルを構成する燃料集合体とからなる炉心
周辺領域と、この炉心周辺領域に属さない炉心中心領域
とに分けたとき、前記炉心内部領域における第1の燃料
集合体と第2の燃料集合体の体数の比は、前記炉心周辺
領域における前記第1の燃料集合体と第2の燃料集合体
の体数の比より大きいことを特徴とする請求項2乃至6
記載の原子炉の炉心。7. A plurality of cells each comprising one control rod and four fuel assemblies surrounding the control rod are arranged in the core, and the core is located at the outermost periphery of the core. When divided into a core peripheral region consisting of an assembly and a fuel assembly constituting a cell including at least one fuel assembly located at the outermost periphery of the core, and a core central region not belonging to this core peripheral region, The ratio of the number of the first fuel assemblies to the number of the second fuel assemblies in the core inner region is larger than the ratio of the number of the first fuel assemblies to the number of the second fuel assemblies in the core peripheral region. 7. The method according to claim 2, wherein:
The reactor core of the described reactor.
体の体数が第1の燃料集合体の体数より多いことを特徴
とする請求項7記載の原子炉の炉心。8. The reactor core according to claim 7, wherein the number of the second fuel assemblies is larger than the number of the first fuel assemblies in the core peripheral region.
体の体数が第2の燃料集合体の体数より多いことを特徴
とする請求項7または8記載の原子炉の炉心。9. The reactor core according to claim 7, wherein the number of the first fuel assemblies is larger than the number of the second fuel assemblies in the core inner region.
濃縮度の燃料集合体は第2の燃料集合体であることを特
徴とする請求項7乃至9記載の原子炉の炉心。10. The nuclear reactor core according to claim 7, wherein the fuel assembly having the highest enrichment loaded in the core peripheral region is a second fuel assembly.
反応度の低い燃料集合体4体からなるコントロールセル
であり、かつ前記炉心内部領域での前記コントロールセ
ルに面するセルまたは最低濃縮度の燃料集合体を少なく
とも1体含むセルに装荷される第1の燃料集合体と第2
の燃料集合体の体数の比が、前記炉心内部領域での前記
コントロールセル以外の前記コントロールセルに面しな
いかつ最低濃縮度の燃料集合体を含まないセルに装荷さ
れる前記第1の燃料集合体と第2の燃料集合体の体数の
比よりも小さいことを特徴とする請求項7または8記載
の原子炉の炉心。11. A part of a large number of cells arranged in a core is a control cell composed of four fuel assemblies having low reactivity, and a cell facing the control cell or a minimum enrichment in the core inner region. A first fuel assembly loaded in a cell containing at least one fuel assembly and a second fuel assembly
The first fuel assembly loaded in a cell that does not face the control cell other than the control cell in the core inner region and does not include the fuel assembly with the lowest enrichment, wherein the ratio of the number of fuel assemblies The reactor core according to claim 7 or 8, wherein the ratio is smaller than the ratio of the number of the bodies to the number of the second fuel assemblies.
合体はコントロールセルに面するセルまたは最低濃縮度
の燃料集合体を少なくとも1体含むセルにのみ装荷され
ていることを特徴とする請求項11記載の原子炉の炉
心。12. The reactor according to claim 1, wherein in the core inner region, the second fuel assembly is loaded only to a cell facing the control cell or a cell containing at least one fuel assembly having the lowest enrichment. 12. The reactor core of claim 11.
おいて、炉心内部領域における第1の燃料集合体と第2
の燃料集合体の体数の比を、第1サイクルにおいては炉
心周辺領域における前記第1の燃料集合体と第2の燃料
集合体の体数の比より大きく設定し、第2サイクルにお
いては前記炉心周辺領域における前記第1の燃料集合体
と第2の燃料集合体の体数の比より小さく設定すること
を特徴とする原子炉の炉心の運転方法。13. The reactor core according to claim 2, wherein the first fuel assembly and the second fuel assembly in the core inner region are provided.
In the first cycle, the ratio of the numbers of the fuel assemblies is set to be larger than the ratio of the numbers of the first fuel assemblies and the second fuel assemblies in the core peripheral region, and in the second cycle, A method of operating a reactor core of a nuclear reactor, wherein the ratio is set to be smaller than the ratio of the number of the first fuel assemblies and the number of the second fuel assemblies in a core peripheral region.
体の体数は、第1サイクルでは第2の燃料集合体の体数
より少なくかつ第2サイクルでは第2の燃料集合体の体
数より多いことを特徴とする請求項13記載の原子炉の
炉心の運転方法。14. The volume of the first fuel assembly in the core peripheral region is smaller than the volume of the second fuel assembly in the first cycle and smaller than the volume of the second fuel assembly in the second cycle. The method for operating a reactor core of a nuclear reactor according to claim 13, wherein the number is large.
体の体数は、第1サイクルでは第2の燃料集合体の体数
より多くかつ第2サイクルでは第2の燃料集合体の体数
より少ないことを特徴とする請求項13または14記載
の原子炉の炉心の運転方法。15. The volume of the first fuel assembly in the core interior region is greater than the volume of the second fuel assembly in the first cycle and greater than the volume of the second fuel assembly in the second cycle. The method for operating a nuclear reactor core according to claim 13 or 14, wherein the number is small.
合体として、第1サイクルでは第2の燃料集合体を、ま
た第2サイクルでは第1の燃料集合体を装荷することを
特徴とする請求項13または15記載の原子炉の炉心の
運転方法。16. A fuel assembly having the highest enrichment on the outermost periphery of the core, wherein a second fuel assembly is loaded in a first cycle, and a first fuel assembly is loaded in a second cycle. The method for operating a reactor core of a nuclear reactor according to claim 13 or 15, wherein:
する際に、炉心内部領域内の低濃縮度燃料集合体4体か
らなるコントロールセルに装荷された低濃縮度燃料集合
体を、前記コントロールセル以外に装荷された低濃縮度
燃料集合体と交換することを特徴とする請求項13乃至
16記載の原子炉の炉心の運転方法。17. When shifting from the first cycle to the second cycle, the low-enrichment fuel assembly loaded in the control cell including four low-enrichment fuel assemblies in the core inner region is transferred to the control cell. 17. The method for operating a reactor core of a nuclear reactor according to claim 13, wherein the fuel cell is replaced with a low enrichment fuel assembly loaded other than the above.
する際に、炉心周辺領域に装荷された第2の燃料集合体
を、炉心内部領域に装荷された第1の燃料集合体と交換
することを特徴とする請求項13乃至17記載の原子炉
の炉心の運転方法。18. A process for replacing a second fuel assembly loaded in a core peripheral region with a first fuel assembly loaded in a core inner region when shifting from the first cycle to the second cycle. The method for operating a reactor core of a nuclear reactor according to any one of claims 13 to 17, wherein:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15203496A JP3907133B2 (en) | 1996-06-13 | 1996-06-13 | Reactor core and method of operation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15203496A JP3907133B2 (en) | 1996-06-13 | 1996-06-13 | Reactor core and method of operation |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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