JPH1194972A - Boiling water reactor - Google Patents

Boiling water reactor

Info

Publication number
JPH1194972A
JPH1194972A JP9255478A JP25547897A JPH1194972A JP H1194972 A JPH1194972 A JP H1194972A JP 9255478 A JP9255478 A JP 9255478A JP 25547897 A JP25547897 A JP 25547897A JP H1194972 A JPH1194972 A JP H1194972A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
boiling water
fuel
water reactor
core
boiling
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP9255478A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Koji Hiraiwa
宏司 平岩
Shoichi Watanabe
庄一 渡辺
Ritsuo Yoshioka
律夫 吉岡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP9255478A priority Critical patent/JPH1194972A/en
Publication of JPH1194972A publication Critical patent/JPH1194972A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve conversion ratio and burning efficiency of plutonium without lowering the critical power ratio by properly setting the pressure in the core and the ratio of boiling part area to non-boiling part area. SOLUTION: A multitude of fuel rods 10 sealed with nuclear fuel material containing plutonium are bundled, which are surrounded with a channel box 13. By arranging fuel assemblies 12 with a certain interval in a reactor pressure vessel, a core is constituted. An outer bypass part where non-boiling water flows is provided between fuel assemblies and to part or whole of the bypass part, control rods 11 with cross shape cross section movable up and down are arranged. The operating pressure of the core part is set in the range at 5 MPa or less and the ratio of boiling part area (A) in horizontal cross section in the core to the sum of non-boiling part area (B) in outer bypass part and the inside of water rods, A/B is set at 3 or more.

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、プルトニウムを含
む燃料を使用する沸騰水型原子炉に係り、特に炉心部の
圧力を低く設定して、限界出力比を低下させることなく
転換比やプルトニウムの燃焼効率を向上させることを可
能とした沸騰水型原子炉に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a boiling water reactor using a plutonium-containing fuel, and more particularly to a reactor in which the pressure in the core is set low and the conversion ratio and the plutonium conversion without decreasing the critical power ratio. The present invention relates to a boiling water reactor capable of improving combustion efficiency.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の典型的な燃料集合体および十字型
制御棒等を使用した沸騰水型原子炉について、図10を
参照して説明する。
2. Description of the Related Art A conventional typical boiling water reactor using a typical fuel assembly and a cruciform control rod will be described with reference to FIG.

【0003】図10は燃料集合体および十字型制御棒の
構成および配置等を示したものである。この図10に示
すように、燃料集合体1は、円柱ペレット状の核燃料物
質6が封入された多数本の燃料棒3と、非沸騰水が内部
を流れる例えば2本のウォータロッド5とを束ね、その
周囲をチャンネルボックス4により囲み、内部を沸騰部
流路8とした構成となっている。
FIG. 10 shows the structure and arrangement of a fuel assembly and a cross control rod. As shown in FIG. 10, the fuel assembly 1 bundles a large number of fuel rods 3 in which a nuclear fuel material 6 in the form of a cylindrical pellet is sealed, and, for example, two water rods 5 through which non-boiling water flows. The surroundings are surrounded by a channel box 4, and the inside is formed as a boiling portion flow path 8.

【0004】この燃料集合体1を一定間隔で規則的に原
子炉圧力容器内に配置することにより炉心が形成され、
燃料集合体1の相互間隙は、沸騰しない水が流れる外部
バイパス部7とされている。そして、外部バイパス部7
の片側には、十字断面形状の制御棒2が配置されてい
る。
[0004] A reactor core is formed by regularly disposing the fuel assemblies 1 at regular intervals in a reactor pressure vessel.
The mutual gap between the fuel assemblies 1 is an external bypass portion 7 through which non-boiling water flows. And the external bypass unit 7
A control rod 2 having a cross-sectional shape is disposed on one side of the control rod 2.

【0005】ところで、従来のほとんどの沸騰水型原子
炉では、炉心部の圧力を7MPa程度に設定して運転を
行っている。すなわち、原子炉運転時には冷却材が沸騰
部領域8内で沸騰して蒸気が発生するが、この蒸気の平
均体積率が40%〜50%程度となるように設計されて
いる。この場合、燃料の核燃料物質の原子数HMと、冷
却材である水の中の水素原子数Hとの比、すなわちH/
HMが4.5〜5の範囲に設定されている。
[0005] Most conventional boiling water reactors are operated with the core pressure set at about 7 MPa. That is, during operation of the nuclear reactor, the coolant boils in the boiling portion region 8 to generate steam, and the steam is designed so that the average volume ratio of the steam is about 40% to 50%. In this case, the ratio between the number of atoms HM of the nuclear fuel substance of the fuel and the number of hydrogen atoms H in the water as the coolant, that is, H /
HM is set in the range of 4.5 to 5.

【0006】従来の沸騰水型原子炉でプルトニウムを燃
料として用いた例が、プルサーマルとして知られてお
り、このような原子炉では転換比は0.6程度である。
An example in which plutonium is used as fuel in a conventional boiling water reactor is known as pluthermal, and the conversion ratio in such a reactor is about 0.6.

【0007】さらに、転換比を増大させることを目的と
した高転換型原子炉の考え方も知られており、この高転
換型原子炉では燃料棒の配置を稠密化してH/HM比を
低減することにより、転換比をプルサーマルより増加す
ることが可能となっている。
[0007] Further, a concept of a high conversion type reactor for increasing the conversion ratio is also known. In this high conversion type reactor, the arrangement of fuel rods is made denser to reduce the H / HM ratio. This makes it possible to increase the conversion ratio from the pull thermal.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する二つの課題について述べる。
Problems to be solved by the present invention will be described.

【0009】まず、沸騰水型原子炉において、核燃料と
してプルトニウムを用いて転換比を高める場合の課題を
説明する。
First, the problem in the case of increasing the conversion ratio by using plutonium as nuclear fuel in a boiling water reactor will be described.

【0010】原子炉でプルトニウムを用いると、燃料の
転換比が高められ、天然ウラン資源の有効利用に役立つ
ことが知られている。転換比は、その値が大きいほどプ
ルトニウムの生成量が多いことを意味し、したがって転
換比が大きいほど天然ウランの消費を節約でき、この値
が1を超えると増殖とよぶ。天然ウラン資源節約の観点
からは、転換比は大きいほど良い。この転換比を増加さ
せるためには、核分裂で生じた高速中性子の水素による
減速が大きくならないように、H/HM比をなるべく小
さくすればよい。この方法として、従来では上述したよ
うに、燃料棒を稠密に配置する等の方法が考えられてき
た。
[0010] It is known that the use of plutonium in a nuclear reactor increases the fuel conversion ratio and contributes to the effective use of natural uranium resources. The higher the conversion ratio, the higher the amount of plutonium produced. Therefore, the higher the conversion ratio, the more natural uranium consumption can be saved. When this value exceeds 1, it is called growth. From the viewpoint of saving natural uranium resources, the higher the conversion ratio, the better. In order to increase the conversion ratio, the H / HM ratio should be reduced as much as possible so that the deceleration of fast neutrons generated by fission by hydrogen is not increased. Conventionally, as this method, a method of densely arranging fuel rods has been considered as described above.

【0011】しかしながら、沸騰水型原子炉では燃料棒
を稠密に配置すると、冷却材のマスフラックスが増加
し、除熱効率が低下して限界出力比と呼ばれる冷却性能
が低下する問題がある。
However, in the boiling water reactor, when the fuel rods are densely arranged, there is a problem that the mass flux of the coolant increases, the heat removal efficiency decreases, and the cooling performance called a critical power ratio decreases.

【0012】次に、沸騰水型原子炉において転換比の増
加を目的とせず、炉心の反応度をなるべく高めてプルト
ニウム装荷量を減らし、効率的にプルトニウムを用いる
場合の課題を説明する。
Next, a description will be given of a problem in a case where plutonium is efficiently used without increasing the conversion ratio in the boiling water reactor and increasing the reactivity of the reactor core as much as possible to reduce the plutonium loading.

【0013】プルトニウムを燃料に用いると、その大き
な吸収断面積により中性子の平均エネルギーがウラン燃
料の場合よりも高エネルギー側になり、この高エネルギ
ー側で運転される現在の沸騰水型原子炉用燃料では、ウ
ラン燃料の場合よりも減速が不十分となり、熱中性子束
が低下して反応度上不利となる。
When plutonium is used as a fuel, its large absorption cross section causes the average energy of neutrons to be higher than that of uranium fuel, and the current fuel for boiling water reactors operated on this high energy side In this case, the deceleration becomes insufficient as compared with the case of uranium fuel, and the thermal neutron flux decreases, which is disadvantageous in reactivity.

【0014】この改善策として、減速材量をウラン燃料
よりも増加した燃料構造とし、ウォータロッド本数を増
加する等の手段によって、エネルギーを低エネルギー側
にシフトさせる方法が知られている。
As a remedy, there is known a method of shifting the energy to a lower energy side by using a fuel structure in which the amount of a moderator is larger than that of uranium fuel and increasing the number of water rods.

【0015】しかし、減速材量を増加することは、一般
に燃料棒本数や流路面積を減少させることとなり、限界
出力比が低下する問題がある。
However, increasing the amount of moderator generally reduces the number of fuel rods and the area of the flow passage, and has a problem in that the limit output ratio decreases.

【0016】本発明はこのような問題を解決するために
なされたものであり、炉心部の圧力設定および沸騰部面
積と非沸騰部面積との比の設定等により、限界出力比を
低下させることなく、転換比やプルトニウムの燃焼効率
を向上させることができる沸騰水型原子炉を提供するこ
とを目的とする。
The present invention has been made in order to solve such a problem, and it is an object of the present invention to reduce a critical power ratio by setting a pressure in a core portion and a ratio between a boiling portion area and a non-boiling portion area. It is another object of the present invention to provide a boiling water reactor capable of improving the conversion ratio and the combustion efficiency of plutonium.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】発明者においては、限界
出力比を低下させることなく転換比やプルトニウムの燃
焼効率を向上させる観点から、炉心部の圧力および沸騰
部面積と非沸騰部面積との比等について、種々の考察を
行った。
In order to improve the conversion ratio and the combustion efficiency of plutonium without lowering the critical power ratio, the inventor of the present invention has investigated the pressure in the core and the relationship between the boiling area and the non-boiling area. Various considerations were made regarding the ratio and the like.

【0018】すなわち、出力運転中の沸騰水型原子炉で
は、バイパス部等の沸騰しない水が流れる領域(非沸騰
部)と、水が沸騰して一定の蒸気ボイド率となる領域
(沸騰部(アクティブ部))とがあり、原子炉の中性子
減速能力はこれらの水あるいは蒸気の平均密度に支配さ
れる。そして、この密度は運転圧力によって変化する。
That is, in a boiling water reactor during power operation, a region where non-boiling water flows (a non-boiling portion), such as a bypass portion, and a region where water boils and has a constant steam void ratio (a boiling portion ( The neutron moderating capability of the reactor is governed by the average density of these water or steam. This density varies with the operating pressure.

【0019】図2は、運転圧力を変えた場合の飽和水密
度(実線)および飽和蒸気密度(破線)の変化を示して
いる。なお、図2においては、いずれの密度とも7MP
aの値を100%とした相対値を示している。この図2
に示すように、飽和蒸気密度は圧力低下により一様に減
少する一方、飽和水密度は圧力低下により増加する特性
を有する。
FIG. 2 shows changes in saturated water density (solid line) and saturated steam density (dashed line) when the operating pressure is changed. In addition, in FIG.
The relative values are shown with the value of a set to 100%. This figure 2
As shown in (2), the saturated vapor density decreases uniformly with the pressure drop, while the saturated water density has the property of increasing with the pressure drop.

【0020】また、図3は、飽和蒸気密度の逆数である
飽和蒸気の比体積と、運転圧力との関係を示し、図4は
ボイド率と運転圧力との関係を示している。図3に示す
ように、飽和蒸気の比体積は圧力低下によって増加し、
この結果、原子炉圧力容器内の蒸気の体積割合であるボ
イド率は図4に示すように、低圧化により増大してく
る。なお、図4では熱出力と炉心入口での冷却材サブク
ール度(飽和温度との差)を、圧力によらず一定とし
た。
FIG. 3 shows the relationship between the specific volume of the saturated steam, which is the reciprocal of the saturated steam density, and the operating pressure, and FIG. 4 shows the relationship between the void fraction and the operating pressure. As shown in FIG. 3, the specific volume of the saturated steam increases due to the pressure drop,
As a result, the void fraction, which is the volume ratio of steam in the reactor pressure vessel, increases as the pressure decreases, as shown in FIG. In FIG. 4, the heat output and the coolant subcooling degree (difference from the saturation temperature) at the core inlet were made constant regardless of the pressure.

【0021】燃料集合体平均の水密度(減速材密度)の
変化と運転圧力の変化とは、沸騰部の面積Aと、非沸騰
部の面積Bとの比A:Bを種々異ならせた状態で表わす
ことができる。
The change in the water density (moderator density) and the change in the operating pressure in the fuel assembly average are obtained by changing the ratio A: B of the area A of the boiling portion to the area B of the non-boiling portion. Can be represented by

【0022】図5は、A:Bを1:1から30:1の範
囲で変化させた場合における、燃料集合体平均の水密度
(減速材密度)と運転圧力との関係を示している。な
お、ここでボイド率については図4で示したものを使用
し、飽和水密度および飽和蒸気密度については図2で示
したものを使用している。
FIG. 5 shows the relationship between the fuel assembly average water density (moderator density) and operating pressure when A: B is changed in the range of 1: 1 to 30: 1. Here, the void ratio shown in FIG. 4 is used, and the saturated water density and saturated vapor density shown in FIG. 2 are used.

【0023】従来の沸騰水型原子炉では、出力運転時に
A:Bの関係が、A/B=2付近となっており、燃料集
合体平均密度では水と蒸気との密度変化が打ち消されて
圧力の影響がない。これに対し、沸騰部の面積Aの比率
を増加して、A/B=3よりも大きい範囲では、低圧化
によって密度が低下し、また非沸騰部の面積Bの比率を
増加して、A/B=2未満とした範囲では低圧化によっ
て密度は増加する。このことから、平均水密度を、目的
に応じて従来の沸騰水型原子炉から増加させるか、減少
させるかの2通りの手段が選択でき、本発明では次のよ
うに原子炉を構成する。
In the conventional boiling water reactor, the relationship of A: B during power operation is around A / B = 2, and the average density of the fuel assemblies cancels out the density change between water and steam. No pressure effect. On the other hand, when the ratio of the area A of the boiling portion is increased and the ratio is larger than A / B = 3, the density is reduced by lowering the pressure and the ratio of the area B of the non-boiling portion is increased. In the range where / B is less than 2, the density is increased by lowering the pressure. From this, two means of increasing or decreasing the average water density from the conventional boiling water reactor according to the purpose can be selected. In the present invention, the reactor is configured as follows.

【0024】高転換を目的として、水密度を従来の沸騰
水型原子炉よりも減少させるためには、A/B=3以上
として低圧化する。また、A/B=20以上の範囲で
は、水密度減少の効果が頭打となることや、制御棒挿入
空間として非沸騰部が必要であるため、非沸騰部を一定
の割合で確保しておくことが良く、実際の原子炉ではA
/B=20〜30の範囲が適切である。運転圧力につい
ては、A/B=3の場合に密度低下効果が生じるのは5
MPa以下の範囲であり、したがってA/B=3以上の
場合には、5MPa以下とするのが良い。
In order to reduce the water density from that of the conventional boiling water reactor for the purpose of high conversion, the pressure is reduced to A / B = 3 or more. Further, in the range of A / B = 20 or more, since the effect of water density reduction reaches a peak and a non-boiling portion is required as a control rod insertion space, a non-boiling portion is secured at a fixed rate. It is good to put
The range of / B = 20 to 30 is appropriate. Regarding the operating pressure, when A / B = 3, the density lowering effect is 5
In the case where A / B = 3 or more, it is preferable to set the pressure to 5 MPa or less.

【0025】一方、反応度増加を目的として水密度を増
加させる場合には、A/B=2未満として低圧化する。
A/B=1では、圧力低下による密度増加効果が3MP
aでほぼ飽和することから、運転圧力は3MPa以上が
良い。
On the other hand, when increasing the water density for the purpose of increasing the reactivity, the pressure is reduced by setting A / B to less than 2.
When A / B = 1, the density increase effect due to the pressure drop is 3MP.
Since the pressure is almost saturated at a, the operating pressure is preferably 3 MPa or more.

【0026】以上のように、低圧化が平均水密度調節の
手段として利用可能であるが、従来技術の課題でも指摘
したように、限界出力への影響も考慮することが重要で
ある。
As described above, lowering the pressure can be used as a means for adjusting the average water density. However, as pointed out in the problem of the prior art, it is important to consider the influence on the limit output.

【0027】図6は圧力と限界出力との関係を示してい
る。この図6は、沸騰水型原子炉の出力運転状態での限
界出力の圧力変化を示しており、限界出力は圧力3MP
aから5MPaの範囲で最大化することが分かる。した
がって、限界出力の面からは運転圧力が3MPaから5
MPaまでの範囲が望ましい。
FIG. 6 shows the relationship between the pressure and the limit output. FIG. 6 shows the pressure change of the critical output in the power operation state of the boiling water reactor, and the critical power is 3MP.
It can be seen that the value is maximized in the range from a to 5 MPa. Therefore, from the viewpoint of the limit output, the operating pressure is 3 MPa to 5
A range up to MPa is desirable.

【0028】また、プルトニウム窒化物については、3
00度以上の範囲から水との反応を起こし易いとされて
いる。これに対し、図7に示すように、運転圧力を低圧
化すると飽和温度が低下し、例えば4MPaでは飽和温
度が250℃であり、プルトニウム窒化物の反応性が抑
制できる利点がある。本発明では母材としてウランを用
いるが、この場合はウランについても窒化物とすること
ができる。
As for plutonium nitride, 3
It is said that a reaction with water easily occurs from a range of 00 degrees or more. On the other hand, as shown in FIG. 7, when the operating pressure is reduced, the saturation temperature is lowered. For example, at 4 MPa, the saturation temperature is 250 ° C., and there is an advantage that the reactivity of plutonium nitride can be suppressed. In the present invention, uranium is used as a base material. In this case, uranium can also be nitride.

【0029】窒素は、天然ではいくつかの質量数の同位
体があり、存在比が最大の窒素14(N14)は中性子
を吸収して放射性炭素14(C14)を生成する。この
反応は中性子吸収断面の大きい熱エネルギー領域で高ま
るため、熱エネルギー領域での運転を行う軽水炉をはじ
めとする熱中性子炉では、反応度低下をもたらす。これ
を防ぐためにはN15の濃縮が必要であり、反応度上の
損失が1%Δk以下程度とするためには、N15を少な
くとも99%以上に濃縮する必要がある。
Nitrogen naturally has several mass isotopes, and nitrogen 14 (N14), which has the largest abundance, absorbs neutrons and produces radiocarbon 14 (C14). Since this reaction increases in the thermal energy region having a large neutron absorption cross section, the reactivity decreases in thermal neutron reactors such as a light water reactor operating in the thermal energy region. To prevent this, it is necessary to concentrate N15, and to reduce the loss in reactivity to about 1% Δk or less, it is necessary to concentrate N15 to at least 99% or more.

【0030】一方、高転換を目的とする場合は、熱エネ
ルギーでの運転ではないため、反応度上の損失は小さ
い。しかし、C14は半減期が長く、生成量をなるべく
少なくすべき核種であるため、この場合もN14の濃度
は少ない程良い。
On the other hand, in the case of high conversion, the loss in reactivity is small because the operation is not performed with heat energy. However, C14 is a nuclide whose half-life is long and its production amount should be as small as possible. Therefore, in this case as well, the smaller the concentration of N14, the better.

【0031】なお、核燃料物質の形態は以上に述べた高
密度の窒化物燃料に限定されない。すなわち、水との反
応を起こしにくいプルトニウムとウランとの混合酸化物
(MOX)を、円柱状の焼結ペレットまたは顆粒状粒子
の形態で封入したMOX燃料棒に適用した場合にも、本
発明の目的は達成される。
The form of the nuclear fuel material is not limited to the high-density nitride fuel described above. That is, the present invention is also applicable to a case where a mixed oxide (MOX) of plutonium and uranium, which does not easily react with water, is applied to a MOX fuel rod in which cylindrical mixed pellets or granular particles are encapsulated. The goal is achieved.

【0032】また、転換比を大きくするためには、H/
HM比をできるだけ小さくすることが必要であり、少な
くともH/HM比を1.0以下とするプルトニウム入り
燃料を使用することが必要となる。
In order to increase the conversion ratio, H /
It is necessary to reduce the HM ratio as much as possible, and it is necessary to use a plutonium-containing fuel having an H / HM ratio of at least 1.0 or less.

【0033】格子配列を稠密化して冷却材量を減少する
とともに、核分裂性物質量(HM)を増加してH/HM
を小さくするには、燃料棒を密に配置できる三角格子と
するのが幾何形状からみて最も有利である。
The lattice arrangement is made denser to reduce the amount of coolant, and the amount of fissile material (HM) is increased to increase H / HM
In order to reduce the size, it is most advantageous in terms of geometrical shape to form a triangular lattice in which fuel rods can be densely arranged.

【0034】軽水炉で用いる酸化ガドリニウムなどの可
燃性毒物は、ほとんど熱エネルギー領域のみで中性子を
吸収するため、H/HMの小さい高転換型炉では出力運
転時には中性子吸収は少ない。一方、高転換型炉におい
ても、低温時には中性子吸収効果がある。低温時は中性
子密度が運転時より大幅に小さいため、可燃性毒物はほ
とんど燃焼せず、1%程度の少量の含有で十分1運転期
間中の間吸収能力を維持することができる。
Since burnable poisons such as gadolinium oxide used in light water reactors absorb neutrons almost exclusively in the thermal energy region, neutron absorption in power conversion operation is small in high conversion type reactors having a small H / HM. On the other hand, a high conversion type reactor also has a neutron absorption effect at low temperatures. At low temperatures, the neutron density is much lower than during operation, so that burnable poisons hardly burn, and a small amount of about 1% can sufficiently maintain the absorption capacity during one operation period.

【0035】高転換型炉の場合、外部バイパス部の水は
少ないほど転換比増大に有利である。十字型制御棒の上
半分を中性子吸収の十分小さい水排除部(フォロワー)
とし、出力運転時にはこれを挿入状態として用いること
により、外部バイパス部の水を排除して、H/HMを小
さくすることができる。また、必要に応じてさらに制御
棒を挿入することにより、吸収能力の大きい部分を挿入
状態とすることもできる。
In the case of a high conversion furnace, the smaller the amount of water in the external bypass section, the more advantageous the conversion ratio. The upper half of the cross-shaped control rod is a water exclusion part (follower) with sufficiently small neutron absorption
By using this as an inserted state during output operation, water in the external bypass portion can be eliminated, and H / HM can be reduced. Further, by inserting a control rod as needed, a portion having a large absorption capacity can be brought into the inserted state.

【0036】以上の知見に基づき、請求項1の発明は、
プルトニウムを含む核燃料物質が封入された多数本の燃
料棒と、非沸騰水が内部を流れる0本または1本以上の
ウォータロッドとを束ね、その周囲をチャンネルボック
スで囲むことにより内部に沸騰部流路を形成した燃料集
合体を備え、これら燃料集合体を原子炉圧力容器内に一
定間隔で配置することにより炉心を構成し、前記燃料集
合体相互間に沸騰しない水が流れる外部バイパス部を設
けるとともに、これら外部バイパス部の一部または全て
の部位に十字断面形状の上下に可動な制御棒を配置した
沸騰水型原子炉であって、前記炉心部の運転圧力を5M
Pa以下の範囲に設定する一方、前記炉心の水平方向断
面における沸騰部の面積Aと、前記外部バイパス部およ
びウォータロッド内部の非沸騰水通路部の面積の和Bと
の比A/Bを、3以上に設定したことを特徴とする。
Based on the above findings, the invention of claim 1
Numerous fuel rods containing nuclear fuel material containing plutonium are bundled with zero or one or more water rods through which non-boiling water flows, and the surroundings are surrounded by a channel box. A fuel core having a passage formed therein is provided, and these fuel assemblies are arranged at regular intervals in a reactor pressure vessel to constitute a core, and an external bypass portion through which non-boiling water flows between the fuel assemblies is provided. And a boiling water reactor in which a vertically or vertically movable control rod having a cross-sectional shape is arranged at a part or all of these external bypass parts, and the operating pressure of the core part is 5 M
While the ratio A / B of the area A of the boiling portion in the horizontal cross section of the core and the sum B of the areas of the non-boiling water passage portions inside the external bypass portion and the water rod is set to It is characterized by being set to three or more.

【0037】本発明によれば、低圧時において平均水密
度を低下することができ、転換比の増加が図れる。
According to the present invention, the average water density can be reduced at low pressure, and the conversion ratio can be increased.

【0038】請求項2の発明は、請求項1記載の沸騰水
型原子炉において、原子炉定格出力時における炉心全体
の燃料棒中の重金属原子数HMと、冷却材中に含まれる
水素の原子数HMとの比H/HMを、1.0以下に設定
したことを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, there is provided the boiling water reactor according to the first aspect, wherein the number of heavy metal atoms HM in the fuel rods of the entire core at the time of the rated power of the reactor and the number of hydrogen atoms contained in the coolant are determined. The ratio H / HM to the number HM is set to 1.0 or less.

【0039】本発明によれば、転換比を1程度に増大す
ることができる。
According to the present invention, the conversion ratio can be increased to about one.

【0040】請求項3の発明は、請求項1記載の沸騰水
型原子炉において、核燃料物質として燃料棒中に含まれ
るプルトニウムおよびウランが窒素化合物の形態で存在
していることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in the boiling water reactor according to the first aspect, plutonium and uranium contained in the fuel rods as nuclear fuel substances are present in the form of nitrogen compounds.

【0041】本発明によれば、プルトニウム重量密度を
増大できるので、H/HMを小さくすることができ、転
換比の増加が図れる。
According to the present invention, since the weight density of plutonium can be increased, H / HM can be reduced, and the conversion ratio can be increased.

【0042】請求項4の発明は、請求項3記載の沸騰水
型原子炉において、窒素化合物を形成するための窒素元
素として、天然に存在する窒素14(N14)と窒素1
5(N15)との割合よりも窒素15(N15)の比率
が多いものを濃縮して用いていることを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the boiling water reactor according to the third aspect, wherein naturally occurring nitrogen 14 (N14) and nitrogen 1 are used as the nitrogen element for forming a nitrogen compound.
It is characterized in that those having a higher ratio of nitrogen 15 (N15) than that of 5 (N15) are concentrated and used.

【0043】本発明によれば、N14の中性子吸収によ
ってC14の生成量を削減することができる。
According to the present invention, the amount of C14 produced can be reduced by neutron absorption of N14.

【0044】請求項5の発明は、請求項2記載の沸騰水
型原子炉において、燃料集合体中の燃料棒の配置を、隣
接する3本の燃料棒の中心位置が正三角形の頂点となる
三角格子を形成する配置に設定したことを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, in the boiling water reactor according to the second aspect, the arrangement of the fuel rods in the fuel assembly is such that the center positions of three adjacent fuel rods are vertices of an equilateral triangle. It is characterized in that the arrangement is such that a triangular lattice is formed.

【0045】本発明によれば、格子配列を稠密化して減
速材量を減少するとともに、各分裂性物質量を増加し
て、H/HMを小さくすることができる。
According to the present invention, it is possible to reduce the amount of moderator by increasing the density of the lattice arrangement, and to increase the amount of each fissionable material to reduce H / HM.

【0046】請求項6の発明は、請求項5記載の沸騰水
型原子炉において、チャンネルボックスの水平断面を略
正方形としたことを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, in the boiling water reactor according to the fifth aspect, the horizontal cross section of the channel box is substantially square.

【0047】本発明にによっても、燃料棒を稠密に配置
することができるので、H/HMを小さくして転換比を
大きくすることができる。
According to the present invention, since the fuel rods can be arranged densely, the H / HM can be reduced and the conversion ratio can be increased.

【0048】請求項7の発明は、請求項2記載の沸騰水
型原子炉において、一部の燃料棒内または全ての燃料棒
内に可燃性毒物として酸化ガドリニウムを含み、燃料棒
内の核燃料物質に対する前記酸化ガドリニウムの重量割
合を1%以下に設定したことを特徴とする。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided the boiling water reactor according to the second aspect, wherein gadolinium oxide is contained as a burnable poison in some or all of the fuel rods, and the nuclear fuel material in the fuel rods is provided. Characterized in that the weight ratio of the gadolinium oxide is set to 1% or less.

【0049】本発明によれば、運転時の反応度を損なう
ことなく低温停止時の反応度を低下することができ、停
止時の炉停止余裕を増加して安全性を高めることができ
る。
According to the present invention, the reactivity at the time of low-temperature stop can be reduced without impairing the reactivity at the time of operation, and the furnace shutdown margin at the time of stop can be increased to enhance safety.

【0050】請求項8の発明は、請求項1記載の沸騰水
型原子炉において、制御棒は炉心下部より挿入されるも
のであり、その制御棒の上半分は中性子吸収能力の小さ
い、水を排除するフォロワーとして構成され、下半分は
中性子吸収能力の大きい物質によって構成されているこ
とを特徴とする。
According to an eighth aspect of the present invention, in the boiling water reactor according to the first aspect, the control rod is inserted from a lower part of the core, and the upper half of the control rod is made of water having a small neutron absorption capacity. It is configured as a follower to be excluded, and the lower half is made of a substance having a large neutron absorption capacity.

【0051】本発明によれば、運転中は上部を挿入状態
とすることで水密度を低下することができ、転換比の増
加が図れるとともに、さらに挿入した場合は負の反応度
を印加することができ、反応度の調節に用いることがで
きる。
According to the present invention, the water density can be reduced by placing the upper part in the inserted state during operation, the conversion ratio can be increased, and the negative reactivity is applied when the inserted part is further inserted. Can be used to adjust the reactivity.

【0052】請求項9の発明は、プルトニウムを含む核
燃料物質が封入された多数本の燃料棒と、非沸騰水が内
部を流れる1本以上のウォータロッドとを束ね、その周
囲をチャンネルボックスで囲むことにより内部に沸騰部
流路を形成した燃料集合体を備え、これら燃料集合体を
原子炉圧力容器内に一定間隔で配置することにより炉心
を構成し、前記燃料集合体相互間に沸騰しない水が流れ
る外部バイパス部を設けるとともに、これら外部バイパ
ス部に十字断面形状の上下に可動な制御棒を配置した沸
騰水型原子炉であって、前記炉心部の運転圧力を3MP
a以上、5MPa以下の範囲に設定する一方、前記炉心
の水平方向断面における沸騰部の面積Aと、前記外部バ
イパス部およびウォータロッド内部の非沸騰水通路部の
面積の和Bとの比A/Bを、1.5以下に設定したこと
を特徴とする。
According to a ninth aspect of the present invention, a number of fuel rods in which nuclear fuel material containing plutonium is sealed and one or more water rods through which non-boiling water flows are bundled, and the periphery thereof is surrounded by a channel box. A fuel assembly having a boiling part flow path formed therein, and by arranging these fuel assemblies at regular intervals in a reactor pressure vessel to constitute a reactor core, water that does not boil between the fuel assemblies. And a control rod movable up and down in a cross-sectional shape is disposed in these external bypass sections, and the operating pressure of the core section is 3MP.
a and 5 MPa or less, while the ratio A / of the area A of the boiling portion in the horizontal cross section of the core and the sum B of the areas of the non-boiling water passages inside the external bypass portion and the water rod. B is set to 1.5 or less.

【0053】本発明によれば、平均水密度を増加するこ
とができ、中性子減速効果を高めて運転時反応度を増加
できるので、所要プルトニウム濃度の低減が図れる。
According to the present invention, the average water density can be increased, the neutron moderating effect can be enhanced, and the reactivity during operation can be increased, so that the required plutonium concentration can be reduced.

【0054】請求項10の発明は、請求項9記載の沸騰
水型原子炉において、原子炉定格出力時における炉心全
体の燃料棒中の重金属原子数HMと、冷却材中に含まれ
る水素の原子数HMとの比H/HMを、6.0以上に設
定したことを特徴とする。
According to a tenth aspect of the present invention, in the boiling water reactor according to the ninth aspect, the number of heavy metal atoms HM in the fuel rods of the entire core at the time of the rated power of the reactor and the number of hydrogen atoms contained in the coolant are determined. The ratio H / HM to the number HM is set to 6.0 or more.

【0055】本発明によれば、平均水密度を最大化する
ことができ、運転時反応度が増加できるので、所用プル
トニウム濃度の低減が図れる。
According to the present invention, since the average water density can be maximized and the reactivity during operation can be increased, the required plutonium concentration can be reduced.

【0056】請求項11の発明は、請求項10記載の沸
騰水型原子炉において、核燃料物質として燃料棒中に含
まれるプルトニウムおよびウランが窒素化合物の形態で
存在しており、その窒素化合物を形成するための窒素元
素として、天然に存在する窒素14(N14)と窒素1
5(N15)との割合よりも窒素15(N15)の比率
が多いものを濃縮して用いるとともに、その窒素15の
濃縮度を99%以上に設定したことを特徴とする。
According to an eleventh aspect of the present invention, in the boiling water reactor according to the tenth aspect, plutonium and uranium contained in the fuel rods as nuclear fuel substances are present in the form of nitrogen compounds, and the nitrogen compounds are formed. Naturally occurring nitrogen 14 (N14) and nitrogen 1
The method is characterized in that a substance having a higher ratio of nitrogen 15 (N15) than that of 5 (N15) is concentrated and used, and the concentration of the nitrogen 15 is set to 99% or more.

【0057】本発明によれば、運転時のN14の吸収に
よる反応度低下を抑制できるとともに、C14の生成量
を削減することができる。
According to the present invention, a decrease in reactivity due to absorption of N14 during operation can be suppressed, and the amount of C14 generated can be reduced.

【0058】請求項12の発明は、請求項1から9まで
のいずれかに記載の沸騰水型原子炉において、燃料棒に
封入されたプルトニウムを含む核燃料物質は、円柱状ペ
レットまたは顆粒状粒子の形態をなす混合酸化物である
ことを特徴とする。
According to a twelfth aspect of the present invention, in the boiling water reactor according to any one of the first to ninth aspects, the nuclear fuel material containing plutonium encapsulated in the fuel rod is formed of cylindrical pellets or granular particles. It is a mixed oxide in a form.

【0059】本発明によれば、水との反応を起しにくい
形態の核燃料物質を用いることができる。
According to the present invention, it is possible to use a nuclear fuel substance in a form that does not easily react with water.

【0060】請求項13の発明は、水平断面が正方形の
チャンネルボックス内に、核燃料物質が封入された多数
本の燃料棒を、隣接する3本の燃料棒の中心位置が正三
角形の頂点となる三角格子を形成する配置で収容し、前
記チャンネルボックスの内部に沸騰部流路を形成した燃
料集合体を備え、これら燃料集合体を原子炉圧力容器内
に一定間隔で配置することにより炉心を構成した沸騰水
型原子炉において、前記チャンネルボックスの最外周に
配置される燃料棒列と、前記チャンネルボックスの内面
との間に形成される空隙部に、中性子吸収能力の小さい
水排除棒を設けたことを特徴とする。
According to a thirteenth aspect of the present invention, in a channel box having a square horizontal section, a large number of fuel rods in which nuclear fuel material is sealed, and the center positions of three adjacent fuel rods are vertices of an equilateral triangle. A fuel core which is housed in an arrangement forming a triangular lattice and has a boiling part flow path formed inside the channel box is provided, and these fuel assemblies are arranged at regular intervals in a reactor pressure vessel to constitute a core. In the boiling water reactor, a water exclusion rod having a small neutron absorption capacity is provided in a gap formed between a fuel rod row arranged at the outermost periphery of the channel box and an inner surface of the channel box. It is characterized by the following.

【0061】本発明によれば、当該空隙部の水を排除し
てH/HMを小さくすることができ、さらに冷却材の無
駄な流路を無くして冷却効果を高めることができる。
According to the present invention, H / HM can be reduced by eliminating water in the voids, and the cooling effect can be enhanced by eliminating unnecessary flow paths of the coolant.

【0062】[0062]

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る沸騰水型原子
炉の一実施形態について、図1を参照して説明する。図
1は、高転換型沸騰水型原子炉に好適な燃料集合体の水
平断面を示す図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of a boiling water reactor according to the present invention will be described below with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram showing a horizontal cross section of a fuel assembly suitable for a high conversion boiling water reactor.

【0063】この図1に示すように、本実施形態の燃料
集合体12では、内部にプルトニウムと母材としての減
損ウランとを含む燃料棒10が三角格子状に配置され、
例えば横方向に23本または24本、縦方向に28列配
置されて束ねられている。この燃料棒10がチャンネル
ボックス13によって囲まれている。燃料棒10の三角
格子状配置によって生じたチャンネルボックス13の内
面側と最外周側の燃料棒10との間隙部には、ジルカロ
イなどの核燃料物質を含まず中性子吸収能力が小さい水
排除棒14が配置されている。出力運転時にはチャンネ
ルボックス13の内部が沸騰部分となる。
As shown in FIG. 1, in the fuel assembly 12 of this embodiment, fuel rods 10 containing plutonium and depleted uranium as a base material are arranged in a triangular lattice,
For example, 23 or 24 pieces are arranged in the horizontal direction and 28 rows are arranged in the vertical direction, and they are bundled. The fuel rod 10 is surrounded by a channel box 13. In the gap between the inner surface of the channel box 13 and the outermost fuel rods 10 generated by the triangular lattice arrangement of the fuel rods 10, a water exclusion rod 14 containing no nuclear fuel material such as zircaloy and having a small neutron absorption capacity is provided. Are located. During the output operation, the inside of the channel box 13 becomes a boiling portion.

【0064】チャンネルボックス13の各辺の中央位置
外面には、水排除用および隣接する燃料集合体との相互
位置を保持するための突起15が、それぞれ設けられて
いる。また、チャンネルボックス13の四隅部を囲む配
置で、炉心下部から挿入される十字型制御棒11が配置
されている。
Projections 15 for water removal and for maintaining mutual positions with adjacent fuel assemblies are provided on the outer surface of the channel box 13 at the central position on each side. Further, a cross-shaped control rod 11 inserted from the lower part of the core is arranged so as to surround the four corners of the channel box 13.

【0065】この制御棒11は、上半分がジルカロイ等
を用いて構成された中性子吸収能力の小さい水排除能力
のみを有する部分とされ、下半分がボロンカーバイド
(B4C)等を用いて構成された中性子吸収能力の大き
い部分とされている。そして、出力運転中は制御棒の上
半分または下半分のいずれかが挿入され、運転停止時に
は下半分が挿入される。すなわち、制御棒13は常時挿
入状態で使用されるものとなっている。
The control rod 11 has an upper half made of zircaloy or the like and having only a water exclusion ability with a small neutron absorption ability, and a lower half made of boron carbide (B 4 C) or the like. Neutron absorption capacity. Then, during the output operation, either the upper half or the lower half of the control rod is inserted, and when the operation is stopped, the lower half is inserted. That is, the control rod 13 is always used in the inserted state.

【0066】前述したジルカロイなどを用いた水排除棒
14は、水平断面が正方形のチャンネルボックスに三角
配列の燃料棒10を収納することによって生ずる空隙部
に配置することにより、冷却材流量を減少させ、かつ冷
却材の無駄な流路を無くして冷却効果を高める機能を有
する。
The water exclusion rods 14 made of Zircaloy or the like described above are arranged in gaps formed by accommodating the fuel rods 10 having a triangular arrangement in a channel box having a square horizontal section, thereby reducing the coolant flow rate. And a function of improving the cooling effect by eliminating a useless flow path of the coolant.

【0067】そして、本実施形態においては、制御棒沸
騰部Aと非沸騰部Bとの比A/Bが約30に設定され、
運転時の炉心圧力が4MPaの時に、H/HMが約0.
5となっている。図8は、この運転圧力を変化した場合
の転換比の変化を示している。すなわち、この図8では
7MPaを基準とした場合の転換比の相対変化を表して
おり、同図によれば、圧力を4MPaとすると、転換比
は約5%増加し、低圧化により有意な改善が得られるこ
とが分かる。
In this embodiment, the ratio A / B of the control rod boiling portion A and the non-boiling portion B is set to about 30,
When the core pressure during operation is 4 MPa, the H / HM is about 0.
It is 5. FIG. 8 shows a change in the conversion ratio when the operating pressure is changed. That is, FIG. 8 shows the relative change of the conversion ratio based on 7 MPa. According to FIG. 8, when the pressure is set to 4 MPa, the conversion ratio increases by about 5%, and is significantly improved by lowering the pressure. Is obtained.

【0068】このように、本実施形態によれば、圧力を
4MPaとすることで限界出力改善効果も得られ、7M
Paの場合と比較すると、限界出力を約15%増加する
ことが可能となる。
As described above, according to the present embodiment, by setting the pressure to 4 MPa, a marginal output improvement effect can be obtained.
As compared with the case of Pa, the limit output can be increased by about 15%.

【0069】また、本実施形態では図1に示したよう
に、可燃性毒物として濃度が0.5重量%の酸化ガドリ
ニウムを添加した可燃性毒物入燃料棒16を、燃料束の
うち最周辺位置で制御棒11に隣接しない位置に、所用
本数ずつ配置してある。これにより、出力運転時に反応
度損失を伴うことなく、低温時に反応度を低下させるこ
とができ、かつ制御棒11の中性子吸収能力を損なうこ
とを防止することができる。
In this embodiment, as shown in FIG. 1, the burnable poison-containing fuel rod 16 to which gadolinium oxide having a concentration of 0.5% by weight is added as the burnable poison is moved to the outermost position in the fuel bundle. In a position not adjacent to the control rod 11, the number of required rods is arranged. Thus, the reactivity can be reduced at low temperature without loss of reactivity during output operation, and the neutron absorption capacity of the control rod 11 can be prevented from being impaired.

【0070】なお、本実施形態では、燃料棒10に含ま
れる燃料ペレットとして、プルトニウムの酸化物および
ウランの酸化物との混合物を適用することができるが、
プルトニウムの窒化物およびウランの窒化物を適用する
することもできる。窒化物とした場合には、重金属密度
が酸化物の約1.4倍となるため、H/HM比をさらに
低減することができ、転換比の増加が可能となる。この
場合、窒素のうちN15を濃縮したものを使用すれば、
C14の成生を抑制することができる。
In this embodiment, a mixture of a plutonium oxide and a uranium oxide can be used as the fuel pellets contained in the fuel rod 10.
Plutonium nitride and uranium nitride can also be applied. In the case of using a nitride, the density of heavy metals is about 1.4 times that of the oxide, so that the H / HM ratio can be further reduced and the conversion ratio can be increased. In this case, if a nitrogen-enriched nitrogen is used,
The formation of C14 can be suppressed.

【0071】また、本実施形態では上述したように運転
圧力を4MPaに設定したが、これに限らず、3MPa
以上で5MPa以下の範囲で運転しても効果はほぼ同じ
である。
In the present embodiment, the operating pressure is set to 4 MPa as described above, but the present invention is not limited to this.
The effect is almost the same even if the operation is performed within the range of 5 MPa or less.

【0072】図9は、本発明の他の実施形態による燃料
集合体の構成を示している。この実施形態による燃料集
合体は、プルトニウムを使用した沸騰水型原子炉におい
て、反応度増加を目的として水密度を増加させるために
好適なものである。
FIG. 9 shows the structure of a fuel assembly according to another embodiment of the present invention. The fuel assembly according to this embodiment is suitable for increasing the water density in a boiling water reactor using plutonium for the purpose of increasing the reactivity.

【0073】すなわち、図9に示すように、この燃料集
合体20は内部にプルトニウムを含む燃料棒21と、こ
の燃料棒21とほぼ同径の細径ウォータロッド24と、
これよりも大径の太径ウォータロッド25とを、四角格
子状に10行10列配置して束ねた構成とされている。
That is, as shown in FIG. 9, the fuel assembly 20 includes a fuel rod 21 containing plutonium therein, a small-diameter water rod 24 having substantially the same diameter as the fuel rod 21, and
A large diameter water rod 25 having a larger diameter than this is arranged in a 10 × 10 matrix in a rectangular lattice and bundled.

【0074】なお、燃料棒の一部は、酸化ガドリニウム
などの可燃性毒物が添加された可燃性毒物入燃料棒26
とされている。この可燃性毒物の濃度は、1重量%以上
である。また、太径のウォータロッド25は例えば2
本、燃料束の中央付近に配置され、細径のウォータロッ
ド24はその周囲部に例えば6本配置されている。
A part of the fuel rod is a fuel rod 26 containing a burnable poison, to which a burnable poison such as gadolinium oxide is added.
It has been. The concentration of this burnable poison is 1% by weight or more. The water rod 25 having a large diameter is, for example, 2
The small number of water rods 24 are arranged near the center of the book and the fuel bundle, for example, six small diameter water rods 24 are arranged in the periphery thereof.

【0075】これら燃料束の周囲が正方形のチャンネル
ボックス22によって囲まれ、出力運転時にはチャンネ
ルボックス22の内部が沸騰部分となる。このチャンネ
ルボックス22の片側の外部ギャップ部には、十字型制
御棒23が配置される。この図9で示した実施形態で
は、制御棒23が従来型の制御棒と同様に、ボロンカー
バイド(B4 C)またはハフニウム(Hf)などを用い
た中性子吸収能力の大きい物質で構成されている。
The periphery of these fuel bundles is surrounded by a square channel box 22, and the inside of the channel box 22 becomes a boiling portion during output operation. A cross-shaped control rod 23 is arranged in an external gap on one side of the channel box 22. In the embodiment shown in FIG. 9, the control rod 23 is made of a substance having a large neutron absorption capacity using boron carbide (B 4 C) or hafnium (Hf), like the conventional control rod. .

【0076】また、この実施形態ではプルトニウムペレ
ットが窒化物であり、窒素はN15の存在比が99.9
%以上となるよう濃縮されている。99.9%とするこ
とで熱領域でのN14の吸収をほとんど無視でき、反応
度増加に効果があるとともに、C14をほとんど生成し
ない利点もある。
In this embodiment, the plutonium pellet is a nitride, and the nitrogen content of N15 is 99.9.
%. By setting it to 99.9%, the absorption of N14 in the thermal region can be almost ignored, which is effective in increasing the reactivity and has the advantage that C14 is hardly generated.

【0077】この実施形態では、制御棒沸騰部Aと非沸
騰部Bとの比A/Bが約1.5であり、圧力4MPa時
にH/HMは約6となっている。このように、冷却材平
均密度を従来の沸騰水型原子炉より大きく設定したこと
により、従来のH/HMの5の場合と比較して反応度が
増加でき、これにより集合体平均の核分裂性プルトニウ
ム割合を低減することができる。
In this embodiment, the ratio A / B between the control rod boiling portion A and the non-boiling portion B is about 1.5, and H / HM is about 6 at a pressure of 4 MPa. As described above, by setting the average coolant density higher than that of the conventional boiling water reactor, the reactivity can be increased as compared with the case of the conventional H / HM of 5, thereby increasing the average fissile property of the aggregate. The plutonium ratio can be reduced.

【0078】なお、ウォータロッド24,25を図示以
上に増加してH/HMを6より大きい範囲として実施し
た場合にも、反応度増加の効果が得られたが、その効果
は頭打ちとなったことから、H/HMとしては6程度が
適切である。
When the water rods 24 and 25 were increased more than shown and the H / HM was set to a range larger than 6, the effect of increasing the reactivity was obtained, but the effect leveled off. Therefore, about 6 is appropriate as H / HM.

【0079】このように、燃料棒の一部をウォータロッ
ドに置き換えて燃料束の中心付近に配置することによ
り、中心付近の中性子減速を改善することができ、出力
時の反応度の向上が実現できるようになる。
As described above, by replacing a part of the fuel rod with the water rod and disposing it near the center of the fuel bundle, the neutron deceleration near the center can be improved, and the reactivity at the time of output can be improved. become able to.

【0080】一方、燃料棒21がウォータロッド本数分
だけ減少して、伝熱面積が小さくなり、限界出力が減少
する影響があるが、そのかわりに運転圧力を4MPaと
して限界出力を約15%増加することができるため、全
体としての限界出力は増加することができる。
On the other hand, the fuel rods 21 are reduced by the number of water rods, the heat transfer area is reduced, and the limit output is reduced. Instead, the operating pressure is set to 4 MPa and the limit output is increased by about 15%. The overall marginal power can be increased.

【0081】なお、この図9の実施形態例では、燃料棒
をウォータロッドに置き換える方式としたが、ウォータ
ロッド数を従来の沸騰水型原子炉と同様に2本程度とし
て、燃料棒を細くしていく方式でも同様の効果が得られ
る。また、ウォータロッド増加と燃料棒を細くしていく
方式とを同時に採用することもできる。また、外部ギャ
ップ部の幅を増加させることでも同様の効果が得られ
る。
In the embodiment shown in FIG. 9, the fuel rods are replaced with water rods. However, the number of water rods is reduced to about two as in the conventional boiling water reactor, and the fuel rods are made thinner. The same effect can be obtained even in the moving method. Further, it is possible to simultaneously employ a method of increasing the number of water rods and a method of making fuel rods thinner. The same effect can be obtained by increasing the width of the external gap.

【0082】また、この実施形態でも運転圧力を4MP
aに設定したが、もちろん圧力は3MPaから5MPa
以下の範囲であれば効果はほぼ同様である。また、母材
として減損ウランを利用したが、天然ウランを利用して
も上記の各効果についてはぼ同様に得られる。
Also in this embodiment, the operating pressure is set to 4MP.
a, but of course the pressure is 3MPa to 5MPa
The effects are almost the same in the following ranges. Although the depleted uranium is used as the base material, the above effects can be obtained in the same manner even when natural uranium is used.

【0083】さらに、可燃性毒物入燃料棒16は、燃料
棒21の束の周辺側に配置したが、必要に応じて燃料束
の内部に分散して配置することもできる。この場合、1
本当たりの吸収効果は小さくなるが、配置位置の制限が
少なく、より多い本数を配置できる利点がある。
Further, the burnable poison-bearing fuel rods 16 are arranged on the periphery of the bundle of fuel rods 21, but they can be dispersedly arranged inside the fuel bundle as needed. In this case, 1
Although the absorption effect per book is reduced, there is an advantage that the arrangement position is less restricted and a larger number can be arranged.

【0084】[0084]

【発明の効果】以上の実施形態で詳述したように、本発
明によれば、沸騰水型原子炉における運転時の炉心圧力
と、沸騰部および非沸騰部の比率を適切な範囲に設定す
ることにより、限界出力比を低下させることなく、転換
比またはプルトニウムの燃焼効率ひいては炉心反応度を
改善できる等の優れた効果が奏される。
As described in detail in the above embodiment, according to the present invention, the core pressure during operation of a boiling water reactor and the ratio of a boiling portion and a non-boiling portion are set in appropriate ranges. As a result, excellent effects such as improvement of the conversion ratio or the combustion efficiency of plutonium, and the core reactivity can be achieved without lowering the critical power ratio.

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

【図1】本発明の一実施形態による沸騰水型原子炉の構
成を示す平面図。
FIG. 1 is a plan view showing a configuration of a boiling water reactor according to one embodiment of the present invention.

【図2】本発明の概念を説明するもので、水または蒸気
密度と炉心圧力との関係を示す特性図。
FIG. 2 is a characteristic diagram illustrating the concept of the present invention and showing the relationship between water or steam density and core pressure.

【図3】本発明の概念を説明するもので、蒸気比体積と
炉心圧力との関係を示す特性図。
FIG. 3 is a characteristic diagram illustrating a concept of the present invention and showing a relationship between a steam specific volume and a core pressure.

【図4】本発明の概念を説明するもので、ボイド率と炉
心圧力との関係を示す特性図。
FIG. 4 is a characteristic diagram illustrating a concept of the present invention and showing a relationship between a void fraction and a core pressure.

【図5】本発明の概念を説明するもので、減速材平均密
度と炉心圧力との関係を示す特性図。
FIG. 5 is a characteristic diagram illustrating the concept of the present invention and showing the relationship between moderator average density and core pressure.

【図6】本発明の概念を説明するもので、限界出力と炉
心圧力との関係を示す特性図。
FIG. 6 is a characteristic diagram illustrating the concept of the present invention and showing a relationship between a critical power and a core pressure.

【図7】本発明の概念を説明するもので、飽和温度と炉
心圧力との関係を示す特性図。
FIG. 7 is a characteristic diagram for explaining the concept of the present invention and showing a relationship between a saturation temperature and a core pressure.

【図8】前記一実施形態の効果を示す説明図で、転換比
と炉心圧力との関係を示す特性図。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing an effect of the embodiment, and is a characteristic diagram showing a relationship between a conversion ratio and a core pressure.

【図9】本発明の他の実施形態による沸騰水型原子炉の
構成を示す平面図。
FIG. 9 is a plan view showing a configuration of a boiling water reactor according to another embodiment of the present invention.

【図10】従来の沸騰水型原子炉の構成を示す平面図。FIG. 10 is a plan view showing a configuration of a conventional boiling water reactor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 燃料棒 11 制御棒 12 燃料集合体 13 チャンネルボックス 14 水排除棒 15 突起 16 可燃性毒物入燃料棒 20 燃料集合体 21 燃料棒 22 チャンネルボックス 23 制御棒 24 細径ウォーターロッド 25 太径ウォーターロッド 26 可燃性毒物入燃料棒 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Fuel rod 11 Control rod 12 Fuel assembly 13 Channel box 14 Water exclusion rod 15 Projection 16 Fuel rod containing burnable poison 20 Fuel assembly 21 Fuel rod 22 Channel box 23 Control rod 24 Small diameter water rod 25 Large diameter water rod 26 Fuel rod with burnable poison

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI G21C 3/62 G21C 3/30 T 7/00 GDB GDBW 7/10 7/10 H ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI G21C 3/62 G21C 3/30 T 7/00 GDB GDBW 7/10 7/10 H

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 プルトニウムを含む核燃料物質が封入さ
れた多数本の燃料棒と、非沸騰水が内部を流れる0本ま
たは1本以上のウォータロッドとを束ね、その周囲をチ
ャンネルボックスで囲むことにより内部に沸騰部流路を
形成した燃料集合体を備え、これら燃料集合体を原子炉
圧力容器内に一定間隔で配置することにより炉心を構成
し、前記燃料集合体相互間に沸騰しない水が流れる外部
バイパス部を設けるとともに、これら外部バイパス部の
一部または全ての部位に十字断面形状の上下に可動な制
御棒を配置した沸騰水型原子炉であって、前記炉心部の
運転圧力を5MPa以下の範囲に設定する一方、前記炉
心の水平方向断面における沸騰部の面積Aと、前記外部
バイパス部およびウォータロッド内部の非沸騰水通路部
の面積の和Bとの比A/Bを、3以上に設定したことを
特徴とする沸騰水型原子炉。
1. A method in which a number of fuel rods in which nuclear fuel material containing plutonium is sealed and zero or more water rods through which non-boiling water flows are bundled, and the periphery thereof is surrounded by a channel box. A fuel core having a boiling part flow path formed therein is provided, and these fuel assemblies are arranged at regular intervals in a reactor pressure vessel to constitute a core, and non-boiling water flows between the fuel assemblies. A boiling water reactor in which an external bypass portion is provided and control rods movable up and down in a cross-sectional shape are arranged at some or all of the external bypass portion, and the operating pressure of the core portion is 5 MPa or less. While the ratio of the area A of the boiling portion in the horizontal cross section of the core to the sum B of the areas of the non-boiling water passage portion inside the external bypass portion and the water rod is set. A boiling water reactor wherein A / B is set to 3 or more.
【請求項2】 請求項1記載の沸騰水型原子炉におい
て、原子炉定格出力時における炉心全体の燃料棒中の重
金属原子数HMと、冷却材中に含まれる水素の原子数H
Mとの比H/HMを、1.0以下に設定したことを特徴
とする沸騰水型原子炉。
2. The boiling water reactor according to claim 1, wherein the number of heavy metal atoms HM in the fuel rods of the entire core and the number of hydrogen atoms H contained in the coolant at the time of the rated power of the reactor.
A boiling water reactor, wherein the ratio H / HM to M is set to 1.0 or less.
【請求項3】 請求項1記載の沸騰水型原子炉におい
て、核燃料物質として燃料棒中に含まれるプルトニウム
およびウランが窒素化合物の形態で存在していることを
特徴とする沸騰水型原子炉。
3. The boiling water reactor according to claim 1, wherein plutonium and uranium contained in the fuel rods as nuclear fuel substances are present in the form of nitrogen compounds.
【請求項4】 請求項3記載の沸騰水型原子炉におい
て、窒素化合物を形成するための窒素元素として、天然
に存在する窒素14と窒素15との割合よりも窒素15
の比率が多いものを濃縮して用いていることを特徴とす
る沸騰水型原子炉。
4. The boiling water reactor according to claim 3, wherein the nitrogen element for forming the nitrogen compound is nitrogen 15 which is higher than the ratio of naturally existing nitrogen 14 to nitrogen 15.
A boiling water reactor characterized in that a reactor having a high ratio of the above is concentrated and used.
【請求項5】 請求項2記載の沸騰水型原子炉におい
て、燃料集合体中の燃料棒の配置を、隣接する3本の燃
料棒の中心位置が正三角形の頂点となる三角格子を形成
する配置に設定したことを特徴とする沸騰水型原子炉。
5. The boiling water reactor according to claim 2, wherein the arrangement of the fuel rods in the fuel assembly forms a triangular lattice in which the center positions of three adjacent fuel rods are the vertices of an equilateral triangle. A boiling water reactor characterized by being arranged in an arrangement.
【請求項6】 請求項5記載の沸騰水型原子炉におい
て、チャンネルボックスの水平断面を略正方形としたこ
とを特徴とする沸騰水型原子炉。
6. The boiling water reactor according to claim 5, wherein the horizontal cross section of the channel box is substantially square.
【請求項7】 請求項2記載の沸騰水型原子炉におい
て、一部の燃料棒内または全ての燃料棒内に可燃性毒物
として酸化ガドリニウムを含み、燃料棒内の核燃料物質
に対する前記酸化ガドリニウムの重量割合を1%以下に
設定したことを特徴とする沸騰水型原子炉。
7. The boiling water reactor according to claim 2, wherein gadolinium oxide is contained as a burnable poison in some or all of the fuel rods, and the gadolinium oxide reacts with nuclear fuel material in the fuel rods. A boiling water reactor having a weight ratio of 1% or less.
【請求項8】 請求項1記載の沸騰水型原子炉におい
て、制御棒は炉心下部より挿入されるものであり、その
制御棒の上半分は中性子吸収能力の小さい、水を排除す
るフォロワーとして構成され、下半分は中性子吸収能力
の大きい物質によって構成されていることを特徴とする
沸騰水型原子炉。
8. The boiling water reactor according to claim 1, wherein the control rod is inserted from a lower part of the reactor core, and an upper half of the control rod is configured as a follower having a small neutron absorption capacity and excluding water. The boiling water reactor is characterized in that the lower half is made of a substance having a high neutron absorption capacity.
【請求項9】 プルトニウムを含む核燃料物質が封入さ
れた多数本の燃料棒と、非沸騰水が内部を流れる1本以
上のウォータロッドとを束ね、その周囲をチャンネルボ
ックスで囲むことにより内部に沸騰部流路を形成した燃
料集合体を備え、これら燃料集合体を原子炉圧力容器内
に一定間隔で配置することにより炉心を構成し、前記燃
料集合体相互間に沸騰しない水が流れる外部バイパス部
を設けるとともに、これら外部バイパス部に十字断面形
状の上下に可動な制御棒を配置した沸騰水型原子炉であ
って、前記炉心部の運転圧力を3MPa以上、5MPa
以下の範囲に設定する一方、前記炉心の水平方向断面に
おける沸騰部の面積Aと、前記外部バイパス部およびウ
ォータロッド内部の非沸騰水通路部の面積の和Bとの比
A/Bを、1.5以下に設定したことを特徴とする沸騰
水型原子炉。
9. A fuel cell in which a plurality of fuel rods in which nuclear fuel material containing plutonium is sealed and one or more water rods through which non-boiling water flows are bundled, and the periphery thereof is surrounded by a channel box to boil the inside. An external bypass section in which a fuel core having a partial flow path is formed, and the fuel assemblies are arranged at regular intervals in a reactor pressure vessel to form a core, and water not boiling between the fuel assemblies flows. And a control rod movable up and down in a cross-sectional shape in the external bypass portion, wherein the operating pressure of the core portion is 3 MPa or more and 5 MPa
The ratio A / B of the area A of the boiling portion in the horizontal cross section of the core and the sum B of the areas of the non-boiling water passage portions inside the external bypass portion and the water rod is set to be 1 in the following range. A boiling water reactor characterized by having a setting of not more than .5.
【請求項10】 請求項9記載の沸騰水型原子炉におい
て、原子炉定格出力時における炉心全体の燃料棒中の重
金属原子数HMと、冷却材中に含まれる水素の原子数H
Mとの比H/HMを、6.0以上に設定したことを特徴
とする沸騰水型原子炉。
10. The boiling water reactor according to claim 9, wherein the number of heavy metal atoms HM in the fuel rods of the whole core and the number of hydrogen atoms H contained in the coolant at the time of the rated power of the reactor.
A boiling water reactor, wherein the ratio H / HM to M is set to 6.0 or more.
【請求項11】 請求項10記載の沸騰水型原子炉にお
いて、核燃料物質として燃料棒中に含まれるプルトニウ
ムおよびウランが窒素化合物の形態で存在しており、そ
の窒素化合物を形成するための窒素元素として、天然に
存在する窒素14と窒素15との割合よりも窒素15の
比率が多いものを濃縮して用いるとともに、その窒素1
5の濃縮度を99%以上に設定したことを特徴とする沸
騰水型原子炉。
11. The boiling water reactor according to claim 10, wherein plutonium and uranium contained in the fuel rods as nuclear fuel substances are present in the form of nitrogen compounds, and the nitrogen element for forming the nitrogen compounds is used. In the method, a substance having a higher ratio of nitrogen 15 than that of naturally occurring nitrogen 14 and nitrogen 15 is concentrated and used.
5. A boiling water reactor, wherein the concentration of No. 5 is set to 99% or more.
【請求項12】 請求項1から9までのいずれかに記載
の沸騰水型原子炉において、燃料棒に封入されたプルト
ニウムを含む核燃料物質は、円柱状ペレットまたは顆粒
状粒子の形態をなす混合酸化物であることを特徴とする
沸騰水型原子炉。
12. The boiling water reactor according to claim 1, wherein the nuclear fuel material containing plutonium enclosed in the fuel rod is in the form of mixed pellets or granular particles. A boiling water reactor characterized by being a substance.
【請求項13】 水平断面が正方形のチャンネルボック
ス内に、核燃料物質が封入された多数本の燃料棒を、隣
接する3本の燃料棒の中心位置が正三角形の頂点となる
三角格子を形成する配置で収容し、前記チャンネルボッ
クスの内部に沸騰部流路を形成した燃料集合体を備え、
これら燃料集合体を原子炉圧力容器内に一定間隔で配置
することにより炉心を構成した沸騰水型原子炉におい
て、前記チャンネルボックスの最外周に配置される燃料
棒列と、前記チャンネルボックスの内面との間に形成さ
れる空隙部に、中性子吸収能力の小さい水排除棒を設け
たことを特徴とする沸騰水型原子炉。
13. A large number of fuel rods filled with nuclear fuel material are formed in a channel box having a square horizontal section into a triangular lattice in which the center positions of three adjacent fuel rods are vertices of an equilateral triangle. A fuel assembly having a boiling portion flow path formed inside the channel box,
In a boiling water reactor in which a core is formed by disposing these fuel assemblies at regular intervals in a reactor pressure vessel, a fuel rod array disposed on the outermost periphery of the channel box, and an inner surface of the channel box. A boiling water reactor characterized in that a water exclusion rod having a small neutron absorption capacity is provided in a gap formed between the two.
JP9255478A 1997-09-19 1997-09-19 Boiling water reactor Pending JPH1194972A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP9255478A JPH1194972A (en) 1997-09-19 1997-09-19 Boiling water reactor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP9255478A JPH1194972A (en) 1997-09-19 1997-09-19 Boiling water reactor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH1194972A true JPH1194972A (en) 1999-04-09

Family

ID=17279329

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP9255478A Pending JPH1194972A (en) 1997-09-19 1997-09-19 Boiling water reactor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH1194972A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006017716A (en) * 2004-06-29 2006-01-19 Westinghouse Electric Co Llc Use of nitrogen isotope-enriched actinide fuel in nuclear reactor
JP2008064641A (en) * 2006-09-08 2008-03-21 Japan Atomic Energy Agency Method for reducing radionuclide by concentrating in nitrogen isotope in steel or ferritic steel
JP2008281501A (en) * 2007-05-14 2008-11-20 Toshihisa Shirakawa Core of light-water type nuclear reactor

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006017716A (en) * 2004-06-29 2006-01-19 Westinghouse Electric Co Llc Use of nitrogen isotope-enriched actinide fuel in nuclear reactor
JP2008064641A (en) * 2006-09-08 2008-03-21 Japan Atomic Energy Agency Method for reducing radionuclide by concentrating in nitrogen isotope in steel or ferritic steel
JP2008281501A (en) * 2007-05-14 2008-11-20 Toshihisa Shirakawa Core of light-water type nuclear reactor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4968479A (en) Fuel assembly for nuclear reactor
US5089210A (en) Mox fuel assembly design
US10242758B2 (en) Method of operating a pressurized-water nuclear reactor allowing same to pass from a plutonium equilibrium cycle to a uranium equilibrium cycle and corresponding nuclear fuel assembly
JP3037717B2 (en) Reactor fuel assembly
US5940461A (en) Reactor core for a light water cooled reactor, fuel assembly and control rod
CA2734248A1 (en) Mixed oxide fuel assembly
KR100773203B1 (en) A nuclear fuel for use in a nuclear reactor
JP2000019280A (en) Core of light water cooling reactor and operation method of the reactor
JPS646421B2 (en)
JPH07306285A (en) Reactor core of nuclear reactor
JPH1194972A (en) Boiling water reactor
EP0199197B1 (en) Fuel assembly
JP2966877B2 (en) Fuel assembly
JP2610254B2 (en) Boiling water reactor
JPS63127190A (en) Nuclear reactor fuel aggregate
JPH0376434B2 (en)
JP2635694B2 (en) Fuel assembly
JP2000258574A (en) Fuel assembly
Kim et al. A proliferation-resistant lead-cooled reactor for transmutation of TRU and LLFP
Sofer et al. Fuel assemblies containing UO 2 and PuO 2--UO 2 for water cooled nuclear reactors
JPH07151883A (en) Fuel assembly for boiling water reactor
JPH0448297A (en) Reactor core of nuclear reactor
JPH1152088A (en) Heavy-water-cooled breeder reactor
JPS63247691A (en) Fuel aggregate
JPH10307196A (en) Fuel assembly