JPS6190084A - Nuclear fuel aggregate - Google Patents

Nuclear fuel aggregate

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JPS6190084A
JPS6190084A JP59211253A JP21125384A JPS6190084A JP S6190084 A JPS6190084 A JP S6190084A JP 59211253 A JP59211253 A JP 59211253A JP 21125384 A JP21125384 A JP 21125384A JP S6190084 A JPS6190084 A JP S6190084A
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JP
Japan
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gadolinia
fuel
region
reactor
fuel rods
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JP59211253A
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Japanese (ja)
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衛 三瓶
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Toshiba Engineering Corp
Toshiba Corp
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Toshiba Engineering Corp
Toshiba Corp
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は沸騰水型原子炉の核燃料集合体に係り、炉停止
余裕の増大による運転性能を向上させた核燃料集合体に
関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a nuclear fuel assembly for a boiling water nuclear reactor, and more particularly to a nuclear fuel assembly with improved operating performance due to increased reactor shutdown margin.

〔発明の技術的背景とその問題点〕[Technical background of the invention and its problems]

沸騰水型原子炉において特有なものの1つとして中性子
増倍率を減少させる負の反応度というものがあり、これ
によって原子炉が安全に、かつ安定に運転されでいる。
One of the unique features of boiling water reactors is negative reactivity, which reduces the neutron multiplication factor, and this allows the reactor to operate safely and stably.

この負の反応度は炉内の状態が変化することによって生
じるものであり、減速材である水の温度変化によるもの
(減速材温度反応度、ボイド反応rgI)、燃料棒の温
度変化によるもの(ドツプラー反応度)がある。減速材
の温度変化によるものは、減速材の温度が上昇すると減
速材の密度が減少し、更に減速材の飽和温度に達すると
減速材の中に気泡が発生し、温度上昇に伴って気泡の〃
j合が増加する。この減速材の密度の減少と減速材中の
気泡の増加は原f炉内の中性子の核分裂の割合(これを
中性子増倍率という)を減少させる方向に働く。燃料棒
の温度変化によるものは、燃料棒の温度が上昇すると、
原子核の熱運動が激しくなり、中性子を吸収しやすい原
子核と中性子との相対速度が大きくなり、中性子の吸収
される数が増加し、原子炉内の中性子の核分裂の割合を
減少させることになる。
This negative reactivity is caused by changes in the conditions inside the reactor, including changes in the temperature of the moderator water (moderator temperature reactivity, void reaction rgI), and changes in the temperature of the fuel rods (moderator temperature reactivity, void reaction rgI). Doppler reactivity). Temperature changes in the moderator cause the density of the moderator to decrease as the temperature of the moderator increases, and when the saturation temperature of the moderator is reached, bubbles are generated in the moderator, and as the temperature rises, the bubbles increase. 〃
j ratio increases. This decrease in the density of the moderator and the increase in the number of bubbles in the moderator work to decrease the rate of neutron fission (this is called the neutron multiplication factor) in the reactor. Due to temperature changes in the fuel rods, when the temperature of the fuel rods increases,
The thermal motion of the atomic nucleus increases, and the relative velocity between the neutron and the atomic nucleus that easily absorbs neutrons increases, increasing the number of neutrons absorbed and decreasing the rate of neutron fission in the reactor.

このように炉内の温度が上昇づると、中性子増倍率は逆
に減少し、温度上昇を下げる方向に働くので負の反応度
という。原子炉内の温度が土昇りると負の反応度により
、中性子増倍率は減少するが、原子炉内の温度が下がる
と逆に負の反応度がなくなる方向となるので、中性子増
倍率は増加する。従って沸騰水型原子炉の最低温度であ
る水のig度20℃で最も中性子増倍率が大きくなり、
このどき1IIII御棒が全挿入された状態で炉心がν
走することのないように中性子の従来の炉内での漏れを
考えた中性子増倍率(実効増倍率)を1.0未満にする
必要がある。実際の炉心では安全的に余裕を見込んで制
御棒全挿入から、最大反応度価値を持つ制御棒1本が完
全に引扱かれた状態においても、炉心の実効増倍率が常
に0.99未満になるようにしている。又、このときの
実効増倍率を1.0から差し引いたものを炉停止余裕と
いう。
As the temperature inside the reactor increases in this way, the neutron multiplication factor decreases, working in the direction of lowering the temperature rise, which is called a negative reactivity. When the temperature inside the reactor rises, the neutron multiplication factor decreases due to negative reactivity, but when the temperature inside the reactor falls, the negative reactivity disappears, so the neutron multiplication factor increases. do. Therefore, the neutron multiplication factor is highest at 20°C, which is the lowest temperature of water in a boiling water reactor.
At this moment, the reactor core is ν with the 1III control rod fully inserted.
In order to prevent neutrons from escaping, the neutron multiplication factor (effective multiplication factor), which takes into account the leakage of neutrons in conventional reactors, must be less than 1.0. In an actual reactor core, the effective multiplication factor of the reactor core is always less than 0.99 even when all the control rods are inserted to allow a safety margin, and even when one control rod with the maximum reactivity value is completely withdrawn. I'm trying to make it happen. Also, the value obtained by subtracting the effective multiplication factor at this time from 1.0 is called the reactor shutdown margin.

従来の燃料では、ウランの濃縮度が低かったため、炉停
止余裕を大きくすることができたが、時代の変化に伴っ
て原子炉の運転の長期化、燃料の経済性などの理由から
ウランの濃縮度が増加する傾向にあり、従ってこれによ
り炉停止余裕が小さくなってきている。
With conventional fuel, the enrichment level of uranium was low, which made it possible to increase the margin for reactor shutdown. As a result, the reactor shutdown margin is becoming smaller.

沸騰水型原子炉においては、炉心底部からサブクール状
態にある単相流が流入し、炉内の発熱によりボイドが発
生し、炉心上部では70%もボイドが発生する。そのた
め、炉心上部と下部を比べた場合下部の方が中性子の熱
化が進み、加圧水型原子炉ではコサイン分布に近い軸方
向中性子分布をしているのに対し、沸騰水型原子炉では
中性子ピークの位置が下部で大きくなり、出力分布も同
様の挙動をする。しかしながら、出力分布は炉心内で均
一であることが望ましい。
In a boiling water reactor, a single-phase flow in a subcooled state flows from the bottom of the reactor core, and voids are generated due to heat generation within the reactor, and as many as 70% of the voids are generated in the upper part of the reactor core. Therefore, when comparing the upper and lower parts of the core, the thermalization of neutrons is more advanced in the lower part, and in pressurized water reactors there is an axial neutron distribution close to a cosine distribution, whereas in boiling water reactors the neutron peak The position of becomes larger at the bottom, and the output distribution behaves similarly. However, it is desirable that the power distribution be uniform within the core.

炉心の超過反応度を抑制する一手段として燃料中にガド
リニア(Gd203)を少準屁入することが行なわれて
いる。このガドリニアは天然に存在する元素の中で他に
類をみないほど大きな中性子吸収能力をもち、■つ、バ
ーナプルポイズン(可燃性汚物)としても優れた特性を
もっている。。
As a means of suppressing excessive reactivity in the reactor core, a small amount of gadolinia (Gd203) is injected into the fuel. Gadolinia has an unprecedented ability to absorb neutrons among naturally occurring elements, and also has excellent properties as a burnable poison. .

従来の燃料棒では、軸り面出ツノ分布の平坦化を図るた
め燃料棒を上半部と下半部との2領域に分け、下・半部
が上半部よりも高濃度どなるようガドリニアを混入した
り、上半部が下半部よりも高濃度となるようウランに分
布を持たゼていた。このような燃料棒では、燃料棒の下
半部がガドリニアによって、出力(中性子束)が抑えら
れ、又燃料棒の上半部が高ウラン濃縮度のため上半部に
出力が出て、20℃の冷温時ではボイドが存在しないた
め、上部にピークがある出力分イ[になる。このため、
燃料棒の上部領域の中性子ピークのために炉心の実効増
倍率が大きくなり、最大反応度(IIIi値を持つ制御
棒が1本完全に引き抜かれた時に、炉心の実効増倍率が
0.99に近い値となってしまい、炉停止余裕が小さく
、炉心を安全に運転Jる上での余裕に限界が生じている
In conventional fuel rods, in order to flatten the distribution of axially protruding horns, the fuel rod is divided into two regions, an upper half and a lower half. uranium was mixed in, and the uranium was distributed so that the concentration was higher in the upper half than in the lower half. In such a fuel rod, the lower half of the fuel rod is made of gadolinia, which suppresses the output (neutron flux), and the upper half of the fuel rod has a high uranium enrichment, so output is produced in the upper half, and the output is 20 When the temperature is as low as ℃, there are no voids, so the output with a peak at the top becomes I[. For this reason,
Due to the neutron peak in the upper region of the fuel rods, the effective multiplication factor of the core increases, and when one control rod with the maximum reactivity (IIIi value) is completely withdrawn, the effective multiplication factor of the core becomes 0.99. As a result, the margin for reactor shutdown is small, and there is a limit to the margin for safely operating the core.

これらのことから、ウランの濃縮度が高く且つ炉停止余
裕の大きな、軸方向出力分布の平坦化のできる燃料の心
間性が出てさくいる。
These factors lead to the use of fuel that has a high uranium enrichment, has a large reactor shutdown margin, and can flatten the axial power distribution.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は、ウラン濃縮度を^くして原子炉の運転
の長期化と、燃料の経済性を改善しつつ、炉停止余裕を
増大することができる燃料集合体を提供することにある
An object of the present invention is to provide a fuel assembly that can increase reactor shutdown margin while reducing uranium enrichment, prolonging nuclear reactor operation, and improving fuel economy.

(発明の概要) 本発明は、複数の燃料棒全体におけるガドリニアなどの
可燃性毒物の濃度分布を、燃料棒の軸線に沿ってその燃
料有効長の上端から上部領域、中央領域、下部領域に区
分したとき、上部領域J5よび下部領域のいずれもが中
央領域よりも高くすることによって中性子の実効増倍率
を実質的に下げ、炉停止余裕を増大させたものである。
(Summary of the Invention) The present invention divides the concentration distribution of burnable poisons such as gadolinia throughout a plurality of fuel rods into an upper region, a central region, and a lower region from the upper end of the effective fuel length along the axis of the fuel rod. In this case, by making both the upper region J5 and the lower region higher than the central region, the effective multiplication factor of neutrons is substantially lowered, and the reactor shutdown margin is increased.

〔発明の実施例) 以下図面を参照して、本発明の一実施例を説明する。[Embodiments of the invention] An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図は本発明の一実施例を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of the present invention.

核燃料集合体11は、第1図に示づ如く正方略子状に配
列された複数本の燃料棒21と、この燃料棒21の上端
及び下端を夫々支持する上側結合板22及び下側結合板
23と、前記燃料棒21の途中に位置して燃料捧間の間
隙を規制する数個のスペーサ24と、これらを覆うチャ
ンネルボックス25とから構成される。この核燃料集合
体11の燃料棒21には、核分裂物質である二酸化ウラ
ン(UO2)と可燃性毒物であるガドリニア(Gd O
3)とが装填されている。二酸化ウランの混入量は燃料
棒21全長に亘ってほぼ同一であるが、複数本ある燃料
棒21の何本かにはガドリニアが混入されてJ3す、そ
の濃度分布は軸方向に変化を持たせて混入されている。
As shown in FIG. 1, the nuclear fuel assembly 11 includes a plurality of fuel rods 21 arranged in a square shape, and an upper coupling plate 22 and a lower coupling plate that support the upper and lower ends of the fuel rods 21, respectively. 23, several spacers 24 located in the middle of the fuel rods 21 to regulate the gaps between the fuel rods, and a channel box 25 that covers these spacers. The fuel rods 21 of this nuclear fuel assembly 11 contain uranium dioxide (UO2), which is a fissile material, and gadolinia (GdO2), which is a burnable poison.
3) is loaded. The amount of uranium dioxide mixed in is almost the same over the entire length of the fuel rods 21, but gadolinia is mixed in some of the fuel rods 21, and the concentration distribution varies in the axial direction. It is mixed with

ガドリニアによる反応度のコントロールの仕方には2種
類ある。その一つはガドリニアを含む燃料棒の本数をか
えることであり、他の一つは含まれるガドリニアの淵麿
をかえることである。これを具体的に承りためにガドリ
ニアの濃度差による燃焼挙動と、ガドリニア入りの燃料
棒21本数の差による燃料挙動を第2図を参照して詳明
する。
There are two ways to control the reactivity using gadolinia. One is to change the number of fuel rods containing gadolinia, and the other is to change the amount of gadolinia contained. In order to specifically understand this, the combustion behavior due to the difference in gadolinia concentration and the fuel behavior due to the difference in the number of fuel rods 21 containing gadolinia will be explained in detail with reference to FIG. 2.

第2図は縦軸にガドリニアによる負の反応度(△K G
 )をパーセントで示し、横軸に燃焼度(GW+) /
 S T )を示す。なお、図中、線△は2W10のガ
ドリニアが混入された燃料棒を5本石する燃料集合体、
線Bは4W10のガドリニアが混入された燃料棒を5本
有覆る燃料集合体、線Cは4W10のガドリニアが混入
された燃料棒を6本石ηる燃料集合体に対するガドリニ
アの挙動を夫々示している。この挙動や理解するための
技術的費用を述べる。
In Figure 2, the vertical axis shows the negative reactivity due to gadolinia (△K G
) is shown as a percentage, and the horizontal axis shows the burnup (GW+) /
S T ). In the figure, the line △ indicates a fuel assembly consisting of five fuel rods mixed with 2W10 gadolinia;
Line B shows the behavior of gadolinia for a fuel assembly with five fuel rods mixed with 4W10 gadolinia, and line C shows the behavior of gadolinia for a fuel assembly with six fuel rods mixed with 4W10 gadolinia. There is. We describe this behavior and the technical costs of understanding it.

ガドリニアには何種類かのガドリニウムのアイソト−プ
が含まれており、その中で中性子を吸収し易い反応度汚
物として作用するのは主にGd15とGd   である
。これら2種のアイソ1−−プは中性子を吸収して中性
子mとしてほとんど機能しない他の核種に変化してゆく
。この過程を゛ガドリニアが燃える″と称している。ガ
ドリニアの中性子吸収断面積は非常に大きいので燃料棒
21の燃料ベレット内で分布するガドリニアの表面だけ
で中性子はほとんど捕獲されてしまい燃料ベレッ1〜の
中心部には余り侵入しない。従って燃焼期1υ1では燃
料ベレットの最表面までガドリニアは存在するが、燃焼
と共にガドリニアの中性子馬としての有効表面は徐々に
シリンダー状に小さくなり、最後には消失してしまう。
Gadolinia contains several types of gadolinium isotopes, among which Gd15 and Gd mainly act as reactive pollutants that easily absorb neutrons. These two types of iso-1 absorb neutrons and change into other nuclides that hardly function as neutrons m. This process is called ``Gadolinia burns.'' Since the neutron absorption cross section of Gadolinia is very large, most of the neutrons are captured only on the surface of Gadolinia distributed within the fuel pellets of the fuel rods 21, and the fuel pellets 1 to 1. Therefore, during the combustion period 1υ1, gadolinia exists up to the outermost surface of the fuel pellet, but as it burns, the effective surface of gadolinia as a neutral foal gradually becomes smaller in the shape of a cylinder, and finally disappears. I end up.

この有効表面積の小さくなる速度はガドリニアの濃度が
濃い程遅くなるので、濃度を調m−することによりガド
リニアの反応度毒性の消失時期をコントロールできる。
The rate at which the effective surface area decreases becomes slower as the concentration of gadolinia increases, so by adjusting the concentration it is possible to control the time when the reactivity toxicity of gadolinia disappears.

またガドリニアを含む燃料棒の本数の多い方が核燃料集
合体として全体のガドリニアの有効表面積が大きくなり
、反応度毒性が大きいことはいうまでもt;い。
It goes without saying that the larger the number of fuel rods containing gadolinia, the larger the effective surface area of the entire gadolinia as a nuclear fuel assembly, and the greater the reactivity toxicity.

したがって第2図から分るようにガドリニア入り燃料棒
21本数が同一で0麿が異なれば燃焼に伴うガドリニア
の消失量の早さが異なる。即ち、ガドリニア入り燃料棒
21本数が同一で濃度が小さければ早く消失しくAの場
合)、人さくノれば遅くまで残る(Bの場合)。又、ガ
ドリニアの濃度が同一でガドリニア入り燃料棒21本数
が異なるときは、燃焼に伴う洲失早さは同一であるか、
0の反応度ΔKGが異なる。即ち、ガドリニアの濶lα
が同一でガドリニア入り燃料棒21本数が多GJれば負
の反応度ΔKGが大きくなり(Cの場合)、少な【ノれ
ば負の反応度ΔKGが小さくなる(Bの場合)。
Therefore, as can be seen from FIG. 2, if the number of gadolinia-containing fuel rods 21 is the same but the zero temperature is different, the speed of the loss of gadolinia due to combustion will be different. That is, if the number of gadolinia-containing fuel rods 21 is the same and the concentration is small, it will disappear quickly (case A), and if left unattended, it will remain until later (case B). Also, if the concentration of gadolinia is the same but the number of gadolinia-containing fuel rods 21 is different, are the speeds of loss due to combustion the same?
0 reactivity ΔKG is different. That is, the gadolinia volume lα
If GJ is the same and the number of gadolinia-containing fuel rods 21 is large, the negative reactivity ΔKG becomes large (in the case of C), and if it is small, the negative reactivity ΔKG becomes small (in the case of B).

実効増倍率は、燃料の燃焼が進むにつれてウラン(23
5U)が核分裂を生じるのでウランの濃度が下がり、実
効増倍率も下がる。第3図は、冷温時20℃での全制御
棒挿入状態から最大反応度価値を持つ制御棒1本が完全
に引き汰かれた状態での炉心における実効増倍率が燃焼
によって減少する一例を示したものである。第3図に示
したように炉心の実効増倍率が大きくなるのは、燃焼初
期であり、この時の炉停止余裕が満たされれば、燃焼が
進んだ燃料においては全ての炉停止余裕が満たされるこ
とになる。
The effective multiplication factor is uranium (23
5U) causes nuclear fission, so the concentration of uranium decreases and the effective multiplication factor also decreases. Figure 3 shows an example of how the effective multiplication factor in the core decreases due to combustion when one control rod with the highest reactivity value is completely withdrawn from a state where all control rods are inserted at a cold temperature of 20°C. It is something that As shown in Figure 3, the effective multiplication factor of the core increases at the early stage of combustion, and if the reactor shutdown margin at this time is satisfied, all reactor shutdown margins are satisfied for the fuel that has progressed through combustion. It turns out.

この燃焼初期、第3図にJ3ける時間ゼロでの炉心の軸
方向平均出力分布は第4図のようになる。
The average power distribution in the axial direction of the core at time zero at J3 in FIG. 3, which is the initial stage of combustion, is as shown in FIG. 4.

第4図は縦軸にコア高さをパーセントで、横軸に出力分
布を1.0に規格化して夫々示している。
In FIG. 4, the vertical axis shows the core height in percentage, and the horizontal axis shows the output distribution normalized to 1.0.

即ち平均出力密度が1.0になるようにしである、。That is, the average power density is set to 1.0.

○印は本発明による炉心の挙動を、実線はガドリニアの
分布が燃料有効長の最下部からコア高さの40%で上下
2領域に分かれ、下部が5%、上部が4%の炉心の挙動
を夫々示づ。第4図かられかるように、本発明の原子炉
にJ3いては、コア高さ80〜100%の範囲の出力密
度が従来の炉心に比べて抑えられている。このことはガ
ドリニアがコア高さ80〜100%の範囲に存在する中
性子をよく吸収し、出力畜瓜のピークを抑えており、中
性子の実効増倍率が実質的に下がっていることを意味し
ている。従って本発明では、炉停止余裕が従来に比較し
て増大している。
The circle indicates the behavior of the core according to the present invention, and the solid line indicates the behavior of the core where the gadolinia distribution is divided into upper and lower regions at 40% of the core height from the lowest part of the effective fuel length, with the lower part being 5% and the upper part being 4%. Show each. As can be seen from FIG. 4, in the nuclear reactor J3 of the present invention, the power density in the range of 80% to 100% of the core height is suppressed compared to the conventional core. This means that gadolinia absorbs neutrons well in the range of 80% to 100% of the core height, suppressing the peak of output power, and effectively reducing the effective multiplication factor of neutrons. There is. Therefore, in the present invention, the reactor shutdown margin is increased compared to the conventional method.

この実効増倍率を具体的数値で示せば、下表の通りであ
る。
This effective multiplication factor is shown in the table below in concrete numerical values.

ここで従来例、実施例1、実施例2は、それぞれ第5図
に示すようなガドリニア分布を右する燃料棒1を合む核
燃料集合体によりなる炉心である。
Here, the conventional example, Example 1, and Example 2 are reactor cores made of nuclear fuel assemblies including fuel rods 1 having a gadolinia distribution as shown in FIG. 5, respectively.

即ら、従来例は、第5図aに相当し、」7高さ0〜40
%の範囲に5W10のガドリニアを有Jる燃料棒10本
と、コア高さ40〜100%の範囲に4W10のガドリ
ニアを有する燃料棒8木を貝えた核燃料集合体からなる
炉心、実施例1は第5図すに相当し、コア高さ0〜40
%及び85〜100%の範囲に5W10ガドリニアを有
する燃料棒10本と、コア高さ40〜85%の範囲に4
W10のガドリニアを有する燃料棒8本を具えた核燃料
集合体からなる炉心、実施例2は第5図Cに相当し、コ
ア高ざ0〜40%及び75〜100%の範囲に5W10
のガドリニアを有する燃料棒10本とコア高さ40〜7
5%の範囲に4W10のガドリニアを有する燃料棒8木
を具える核燃料集合体からなる炉心である。
That is, the conventional example corresponds to FIG. 5a, and has a height of 0 to 40
Example 1 is a reactor core consisting of a nuclear fuel assembly made of 10 fuel rods with 5W10 gadolinia in the range of 10% and 8 fuel rods with 4W10 gadolinia in the range of 40% to 100% of the core height. Corresponds to Figure 5, core height 0 to 40
% and 10 fuel rods with 5W10 gadolinia in the range of 85-100% and 4 with core height in the range of 40-85%.
A core consisting of a nuclear fuel assembly comprising 8 fuel rods with gadolinia of W10, Example 2 corresponds to FIG.
10 fuel rods with gadolinia and core height 40~7
The core consists of a nuclear fuel assembly comprising 8 fuel rods with 4W10 gadolinia in the 5% range.

上記した表から明らかなように実施例1および実施例2
では、いずれも従来例に比べて実効増倍率が低く、炉停
止余裕が増大していることがわかる。
As is clear from the table above, Example 1 and Example 2
It can be seen that in both cases, the effective multiplication factor is lower than in the conventional example, and the reactor shutdown margin is increased.

本発明において、燃料棒の軸線に沿ってその燃料有効長
の上端から上部W4域、中央領域、下部領域とに区分し
た際、−F部領域と下部領域のいずれもが中央領域J:
りも可燃性毒物、例えばガドリニアの濃度が高く分布さ
れていればよい。したがって、上部領域が下部領域より
もガドリニアの濃度が低く分布されていてもよく、また
必ずしも各々の燃料棒が上部領域、中央領域、下部領域
に区分され、中央領域のガドリニアのci度が高くされ
ている必要はなく、燃料棒の軸線に沿った複数の燃料棒
全体の分布が上記のように中央領域のガドリニアの濃度
が低いようになっていてもよい。
In the present invention, when the fuel rod is divided from the upper end of its effective fuel length into an upper W4 region, a central region, and a lower region along the axis of the fuel rod, both the -F region and the lower region are the central region J:
It is sufficient that the burnable poison, such as gadolinia, is distributed in a high concentration. Therefore, the concentration of gadolinia may be distributed lower in the upper region than in the lower region, and each fuel rod is not necessarily divided into an upper region, a central region, and a lower region, and the ci degree of gadolinia in the central region is high. The distribution of gadolinia across the plurality of fuel rods along the axis of the fuel rods may be such that the concentration of gadolinia is low in the central region as described above.

燃料棒内のガドリニアの分布は、中央領域よりも高いガ
ドリニア濃度を持つ上部領域の範囲が広ければ広いほど
炉停止余裕は増大するが、炉停止余裕の増加割合は、上
部領域の範囲が広がるにしたがって減少していく。この
様子を示したのが第6図である。第6図は、II軸が炉
停止余裕、横軸が上部領域の範囲を示し、横軸の上部領
域の範囲は、全コア高さを24としたノード数で示しで
ある。
Regarding the gadolinia distribution within the fuel rod, the reactor shutdown margin increases as the range of the upper region, which has a higher gadolinia concentration than the central region, increases; however, the rate of increase in the reactor shutdown margin increases as the range of the upper region increases. Therefore, it will decrease. FIG. 6 shows this situation. In FIG. 6, the II axis shows the reactor shutdown margin, the horizontal axis shows the range of the upper region, and the range of the upper region on the horizontal axis is shown by the number of nodes, where the total core height is 24.

上部領域と中央領域の境界は、燃料有効長の最下端から
16/24〜22/24の範囲にあり、ガドリニアの濃
度は上部領域が中央領域よりも高く分布されている燃料
集合体が最も効果的に炉停止余裕を増大することができ
る。
The boundary between the upper region and the center region is within the range of 16/24 to 22/24 from the bottom of the effective fuel length, and the concentration of gadolinia is most effective in a fuel assembly in which the upper region is distributed higher than the center region. It is possible to increase the margin for reactor shutdown.

本発明では、燃料棒下部の出力ピークを抑えるためにガ
ドリニアの11度を下部領域が中央領域よりも高く分布
させているが、中央′W4域と下部領域の境界は燃料有
効長の最下端から8/24〜14/24の範囲であると
きが最も効果的に出力ピークが抑えられ、これ以外の範
囲では、燃料棒下部の出力ピークが大きくなり、出力分
布が下部にひずんだ形になる。
In the present invention, in order to suppress the output peak at the lower part of the fuel rod, the 11 degrees of gadolinia is distributed higher in the lower region than in the center region, but the boundary between the center 'W4 region and the lower region is from the lowest end of the effective fuel length. The output peak is most effectively suppressed in the range of 8/24 to 14/24, and in other ranges, the output peak at the lower part of the fuel rod becomes large, and the output distribution becomes distorted toward the lower part.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように本発明の核燃料集合体で構成される
炉心は中性子の実効増倍率が実質的に下がり炉停止余裕
が増大され、従来に比較して炉心を安全に停止する余裕
が増すため、運転のf滲通性が拡大される。従って運転
期間の長期化に対応でき、そのため稼動率を向上させる
ことができる。
As explained above, in the reactor core composed of the nuclear fuel assembly of the present invention, the effective multiplication factor of neutrons is substantially reduced and the reactor shutdown margin is increased, and the margin for safely shutting down the reactor core is increased compared to the conventional method. The permeability of driving is expanded. Therefore, it is possible to cope with a longer operating period, and therefore the operating rate can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の核燃料集合体の一実施例を示す斜61
図、第2図はガドリニアa度の差異による燃焼特性を承
りグラフ図、第3図は炉停止余裕の燃焼特性を示すグラ
フ図、第4図は本発明の効果を従来と比較して示す出力
分布特性図、第5図(a)(b)(c)はそれぞれガド
リニアの分布の状態を示す燃料棒の概略縦断面図、第6
図は中央領域よりも高い濃度のガドリニア分布を持つ上
部領域の範囲による炉停止余裕の変化図である。 11・・・核燃料集合体、21・・・燃料棒、22・・
・上側結合板、23・・・下側結合板、24・・・スペ
ーサ、25・・・チャンネルボックス。 出願人代理人   波 多 野   久第1図 笛4F!A 第3図 時藺 (月) 木 →   2 出力2度  (1,01−、*只督イし)第5図 第6図 」二部1輔1戚  (ノート敬) 手続補正書目式) %式% 1、事件の表示 昭和59年特許願第211253@ 2、発明の名称 核燃料集合体 3、補正をする各 事件との関係  特許出願人 (307)  株式会社 東  芝 (ほか1名) 4、代理人 〒105 東京都港区新橋五丁目14番2号 5、補正命令の日付 昭和60年I J:19日 (発送日 昭和60年1月29日〉 6、補正の対象 明細書の「図面の簡単な説明」の欄 7、補正の内容 明細書の第15頁の第7行ないし第9行記載の「第5図
(a)(b)(c)は・・・・・・の概略縦断面図、」
を、「第5図はガドリニアの分布状態をそれぞれ示す燃
料棒の概略縦断面図、」に訂正する。
FIG. 1 shows a diagonal 61 showing an embodiment of the nuclear fuel assembly of the present invention.
Figure 2 is a graph showing the combustion characteristics due to differences in gadolinia a degree, Figure 3 is a graph showing the combustion characteristics with reactor shutdown margin, and Figure 4 is a graph showing the effect of the present invention compared to the conventional output. Distribution characteristic diagrams, Figures 5 (a), (b), and (c) are schematic vertical cross-sectional views of fuel rods showing the state of gadolinia distribution, respectively.
The figure shows changes in the reactor shutdown margin depending on the range of the upper region, which has a gadolinia distribution with a higher concentration than the central region. 11... Nuclear fuel assembly, 21... Fuel rod, 22...
- Upper coupling plate, 23... Lower coupling plate, 24... Spacer, 25... Channel box. Applicant's agent Hisashi Hatano Figure 1 Flute 4F! A Figure 3 Time (Monday) Thursday → 2 Output 2 degrees (1,01-, *Tadakashi Ishi) Figure 5 Figure 6'' 2nd part 1st place 1st relative (Note Kei) Procedural amendment form) % Formula % 1. Indication of the case Patent Application No. 211253 @ 1983 2. Name of the invention Nuclear fuel assembly 3. Relationship with each case to be amended Patent applicant (307) Toshiba Corporation (and 1 other person) 4. Agent Address: 14-2-5 Shinbashi 5-chome, Minato-ku, Tokyo 105 Date of amendment order: IJ: 19, 1985 (Shipping date: January 29, 1985) 6. Drawings of the specification subject to amendment Column 7 of ``Brief explanation of the contents of the amendment'', line 7 to line 9 of page 15 of the statement of contents of the amendment, ``Figure 5 (a), (b), and (c) are... Longitudinal sectional view,
is corrected to ``Figure 5 is a schematic vertical cross-sectional view of a fuel rod showing the distribution state of gadolinia.''

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] ガドリニアを混入した燃料を内蔵する燃料棒を複数本結
束し、チャンネルボックスで包囲してなる核燃料集合体
において、前記燃料棒の軸線に沿ってその燃料有効長の
上端から上部領域、中央領域、下部領域とに区分したと
き、複数の燃料棒全体における前記ガドリニアの濃度分
布は上部領域および下部領域のいずれもが中央領域より
も高くされており、上部領域と中央領域との境界は、燃
料有効長の最下端から16/24〜22/24の範囲に
あり、中央領域と下部領域との境界は燃料有効長の最下
端から8/24〜14/24であることを特徴とする核
燃料集合体。
In a nuclear fuel assembly formed by bundling a plurality of fuel rods containing fuel mixed with gadolinia and surrounding them with a channel box, the fuel rods are divided into an upper region, a central region, and a lower region from the upper end of the effective fuel length along the axis of the fuel rods. When divided into regions, the concentration distribution of gadolinia throughout the plurality of fuel rods is such that both the upper region and the lower region are higher than the central region, and the boundary between the upper region and the central region is the same as the fuel effective length. 16/24 to 22/24 from the lowest end of the fuel effective length, and the boundary between the central region and the lower region is 8/24 to 14/24 from the lowest end of the fuel effective length.
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