JPS62245989A - Control rod - Google Patents

Control rod

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JPS62245989A
JPS62245989A JP61087996A JP8799686A JPS62245989A JP S62245989 A JPS62245989 A JP S62245989A JP 61087996 A JP61087996 A JP 61087996A JP 8799686 A JP8799686 A JP 8799686A JP S62245989 A JPS62245989 A JP S62245989A
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JP
Japan
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control rod
neutron
rod
rods
neutron absorption
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JP61087996A
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Japanese (ja)
Inventor
博見 丸山
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPS62245989A publication Critical patent/JPS62245989A/en
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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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】 [産業上の利用分野] 本発明は、制御棒に関し、特に燃料経済性向上に好適な
りラスター型制御棒に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a control rod, and particularly to a raster type control rod which is suitable for improving fuel economy.

[従来の技術〕 軽水炉の余剰反応度制御及び高力分布制御は、制御棒、
可燃性毒物棒、及びホウ酸水の冷却材への混入によりな
されている。
[Conventional technology] Surplus reactivity control and high force distribution control of light water reactors are performed using control rods,
This is done by mixing burnable poison rods and boric acid water into the coolant.

加圧木型原子炉で用いられているクラスター型制御棒は
、特開昭55−57188号公報に記載されているよう
に、複数のスパイダー腕及びそれらに取付けられた複数
の中性子吸収棒から成るクラスターが一つの制御棒駆動
軸で駆動される構成となっている。また、沸騰水型原子
炉で用いられている十字型制御棒は、多数の中性子吸収
棒を一列に並べて成る翼を十字型に駆動軸に取付けてい
る。このため、これら従来の制御棒は、制御棒のすべて
の中性子吸収棒が同時に駆動、操作され、これらの中性
子吸収棒が別々に操作できる構成にはなっていない。
Cluster control rods used in pressurized wooden nuclear reactors consist of multiple spider arms and multiple neutron absorption rods attached to them, as described in Japanese Patent Application Laid-open No. 55-57188. The cluster is configured to be driven by a single control rod drive shaft. In addition, a cruciform control rod used in a boiling water reactor has wings made of a large number of neutron absorption rods arranged in a row attached to a drive shaft in a cruciform shape. Therefore, in these conventional control rods, all the neutron absorption rods of the control rod are driven and operated at the same time, and these neutron absorption rods cannot be operated separately.

ところで、近年、原子炉の運転を簡単化するために、制
御棒を主に原子炉停止のための手段として用い、余剰反
応度制御及び出力分布制御の手段としては中性子吸収材
の減損の大きな物質を含む可燃性毒物捧を用いている。
By the way, in recent years, in order to simplify the operation of nuclear reactors, control rods are mainly used as a means of stopping the reactor, and as a means of controlling excess reactivity and power distribution, substances with large depletion of neutron absorbing material are used. A burnable poison sacrificial substance containing

この可燃性毒物棒としては、燃料棒内に可燃性毒物を混
入したものと、燃料棒とは独立に形成した可燃性毒物棒
との2種類ある。前者の例としては、特開昭55−70
792号公報に開示されているガドリニア入り燃料棒が
あり、沸騰水型原子炉の燃料集合体に広く使用されてい
る。後者の例としては、特開昭55−113991号公
報しこ示された燃料物質を含まない可燃性毒物と減速材
から成る中性子吸収棒がある。これらの可燃性毒物棒は
、原子炉運転中に操作されることはなく、燃料集合体を
炉心内に装荷した時から少なくとも次に別の燃料集合体
を炉心から取り出すまでの期間、すなわち1つの運転サ
イクルが終了するまで炉内に滞在していた。
There are two types of burnable poison rods: one in which a burnable poison is mixed into the fuel rod, and a burnable poison rod formed independently of the fuel rod. An example of the former is JP-A-55-70
There is a gadolinia-containing fuel rod disclosed in Japanese Patent No. 792, which is widely used in fuel assemblies of boiling water reactors. An example of the latter is a neutron absorbing rod made of a burnable poison and a moderator that does not contain a fuel substance, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 55-113991. These burnable poison rods are not manipulated during reactor operation and are used for at least one period from the time a fuel assembly is loaded into the core until the next time another fuel assembly is removed from the core. It remained in the furnace until the end of the operating cycle.

[発明が解決しようとする問題点] 原子炉の燃料経済性を高めるには運転サイクル末期に、
可燃性毒物などの不要な中性子吸収物質を炉心内に残存
させないことが重要である。特に、高燃焼度化を図ろう
とする場合には、炉心の余剰反応度が大きくなり、余剰
反応度制御に用いる可燃性毒物址も多くなる。このため
、制御に用いた可燃性毒物の残存量も多くなるが、従来
技術ではこれを炉心外に取り除く手段について配慮され
ていなかった。
[Problems to be solved by the invention] To improve the fuel economy of a nuclear reactor, at the end of the operating cycle,
It is important not to allow unnecessary neutron absorbing substances such as burnable poisons to remain in the reactor core. In particular, when attempting to achieve a high burnup, the surplus reactivity of the core increases, and the amount of burnable poison waste used for surplus reactivity control also increases. For this reason, the amount of burnable poison used for control remaining increases, but in the prior art, no consideration was given to a means to remove this from outside the reactor core.

本発明の目的は、余剰反応度制御に用いた可燃性毒物を
運転サイクル末期に炉心外に取り除き。
The purpose of the present invention is to remove burnable poisons used for surplus reactivity control from the reactor core at the end of the operating cycle.

原子炉の燃料経済性を高めることにある。The goal is to improve the fuel economy of nuclear reactors.

[問題点を解決するための手段] 上記の目的を達成するため1本発明は、制御棒の複数の
中性子吸収棒を少なくとも2つのグループに分け、1つ
のグループの中性子吸収棒を、他のグループの中性子吸
収棒を構成する中性子吸収材よりも減損の大きな中性子
吸収材にて構成することにある。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention divides a plurality of neutron absorbing rods of a control rod into at least two groups, and divides the neutron absorbing rods of one group into other groups. The neutron absorbing rod is made of a neutron absorbing material that has a higher depletion loss than the neutron absorbing material that makes up the neutron absorbing rod.

上述した1つのグループの中性子吸収棒に用いられる減
損の大きな中性子吸収材としては、ガドリニア、ユーロ
ピウム、ホウ素、カドミウムなどの混合物(例えば、ホ
ウ素入りステンレス)及び化合物(例えば、Gd2O,
)がある。上述した他のグループの中性子吸収棒に用い
られる減損の小さな中性子吸収材としては、従来の制御
棒に用いられている炭化ホウ素及びハフニウムなどがあ
る。
The neutron absorbing materials with large depletion used in the above-mentioned group of neutron absorbing rods include mixtures of gadolinia, europium, boron, cadmium, etc. (e.g. boron-containing stainless steel) and compounds (e.g. Gd2O,
). Low depletion neutron absorbing materials used in the other groups of neutron absorbing rods mentioned above include boron carbide and hafnium, which are used in conventional control rods.

[作用] 前述した特徴を有する制御棒は、以下のように作用する
ことにより、前述の問題を解消できる。
[Operation] The control rod having the above-mentioned characteristics can solve the above-mentioned problems by operating as follows.

2つのグループの中性子吸収棒を原子炉の1つの運転サ
イクル期間内で別々に操作する。すなわち炉心内に挿入
されている2つのグループのすべての中性子吸収棒のう
ち、m損の小さな中性子吸収材を有する中性子吸収棒を
、原子炉起動時に炉心から引き抜いて、原子炉の運転サ
イクル期間が減損の大きな中性子吸収材を含む中性子吸
収棒によって余剰反応度制御を行なうことができる。ま
た運転サイクル末期に、それまで炉心に挿入されていた
減損の大きな中性子吸収材を含む中性子吸収棒を、炉心
から引き抜くことができる。
The two groups of neutron absorbing rods are operated separately during one operating cycle of the reactor. In other words, among all the neutron absorbing rods in the two groups inserted into the reactor core, the neutron absorbing rod that has a neutron absorbing material with low m loss is pulled out from the reactor at startup, and the operating cycle period of the reactor is extended. Excess reactivity can be controlled by a neutron absorption rod containing a neutron absorption material with large depletion. Furthermore, at the end of the operating cycle, the neutron absorbing rods containing the neutron absorbing material with large depletion that had been inserted into the reactor core can be withdrawn from the reactor core.

このように中性子吸収棒を独立して操作することにより
、可燃性毒物枠及び従来の制御棒の役割を保ちながら、
余剰反応度のなくなる運転サイクル末期に可燃性毒物枠
をすべて炉心外に取除くことが可能となる。
By operating the neutron absorption rods independently in this way, while maintaining the role of the burnable poison frame and the conventional control rod,
At the end of the operating cycle, when there is no excess reactivity, it becomes possible to remove all burnable poison frames from the reactor core.

[実施例] 以下1本発明の好適な一実施例である制御棒を第1図及
び第2図により説明する。制御棒1は、16本のスパイ
ダー腕を有している。4本のスパイダー腕2は駆動軸4
に、及び残り12本のスパイダー腕3は駆動軸5にそれ
ぞれ固定されている。
[Embodiment] A control rod which is a preferred embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 and 2. The control rod 1 has 16 spider arms. The four spider arms 2 are the drive shaft 4
and the remaining 12 spider arms 3 are each fixed to the drive shaft 5.

駆動軸4は、第3図に示すように、駆動軸5内に駆動軸
5と同心状に配置されている。駆動軸4及び5は、駆動
軸5の内側に設けられた軸方向に伸びる溝16と駆動軸
4に設けられた軸方向に伸びる突起部17によってお互
に周方向に回転しない構造になっている。駆動@4と駆
動軸5との間には、若干の隙間が形成されている。駆動
軸S内の上端部には、第4図に示されるすように緩衝装
置18が設けられている。この緩衝装置18は、原子炉
のスクラム時における制御棒1の急速挿入によって駆動
軸4及び5間に生ずる衝撃を和らげ5それらの破損を防
止している。
The drive shaft 4 is arranged concentrically within the drive shaft 5, as shown in FIG. The drive shafts 4 and 5 are structured so that they do not rotate relative to each other in the circumferential direction due to an axially extending groove 16 provided inside the drive shaft 5 and an axially extending protrusion 17 provided on the drive shaft 4. There is. A slight gap is formed between the drive@4 and the drive shaft 5. A shock absorber 18 is provided at the upper end of the drive shaft S, as shown in FIG. This buffer device 18 cushions the impact generated between the drive shafts 4 and 5 due to the rapid insertion of the control rod 1 during a scram of the nuclear reactor, and prevents them from being damaged.

中性子吸収棒10は、スパイダ一孔7とその部分に取付
けられたプラグ8を通してスパイダー腕3に連結されて
いる。4本のスパイダー腕2に取付けられた中性子吸収
棒9は、全部で9本である。
The neutron absorption rod 10 is connected to the spider arm 3 through a spider hole 7 and a plug 8 attached to that part. There are a total of nine neutron absorption rods 9 attached to the four spider arms 2.

12本のスパイダー腕3に取付けられた中性子吸収棒1
0は、全部で16本である。中性子吸収棒9は、中性子
吸収棒10と同様にスパイダー腕2に連結されている。
Neutron absorption rod 1 attached to 12 spider arms 3
0 is 16 in total. The neutron absorption rod 9 is connected to the spider arm 2 similarly to the neutron absorption rod 10.

第5図は、中性子吸収棒9のスパイダー腕2への取り付
は部分の構造を示している。中性子吸収棒9は、ねじ込
みによってプラグ8と結合されている。プラグ8は、ス
パイダー腕2に設けられた四部14内に挿入されており
FIG. 5 shows the structure of the part where the neutron absorption rod 9 is attached to the spider arm 2. The neutron absorption rod 9 is connected to the plug 8 by screwing. The plug 8 is inserted into the four parts 14 provided on the spider arm 2.

上端をスパイダー腕2に設けられた摺動部材15にて押
えられている。中性子吸収棒9をスパイダー腕2から取
り外すときは、摺動部材15を横方向にずらして、プラ
グ8及び中性子吸収棒9を一緒に上方に引き出す。中性
子吸収棒10も、同様である。
The upper end is held down by a sliding member 15 provided on the spider arm 2. When removing the neutron absorption rod 9 from the spider arm 2, the sliding member 15 is laterally shifted and the plug 8 and the neutron absorption rod 9 are pulled upward together. The same applies to the neutron absorption rod 10.

中性子吸収棒9及び10は、それらの中に含まれている
中性子吸収材の種類が異なっている。第6図は、中性子
吸収棒9の構造を示している。この中性子吸収棒9は、
ステンレス鋼被覆管11の内側に、ガドリニア(Gd)
を含む合金(Zr−GdSn)である中性子吸収材12
を層状に設けている。さらに中性子吸収材12の内側は
、冷却材が流れる通路50になっている。中性子吸収棒
10は、第7図に示すようにステンレス鋼被覆管11内
に炭化ホウ素である中性子吸収材13を充填した構造と
なっている。中性子吸収棒9内に含まれる中性子吸収材
12を層状に設けている。
The neutron absorption rods 9 and 10 differ in the type of neutron absorption material contained therein. FIG. 6 shows the structure of the neutron absorption rod 9. This neutron absorption rod 9 is
Gadolinia (Gd) is placed inside the stainless steel cladding tube 11.
Neutron absorbing material 12 which is an alloy (Zr-GdSn) containing
are arranged in layers. Furthermore, the inside of the neutron absorbing material 12 is a passage 50 through which a coolant flows. As shown in FIG. 7, the neutron absorbing rod 10 has a structure in which a stainless steel cladding tube 11 is filled with a neutron absorbing material 13 made of boron carbide. The neutron absorbing material 12 contained in the neutron absorbing rod 9 is provided in layers.

さらに中性子吸収材12は、中性子吸収棒1o内に含ま
れる中性子吸収材13よりも減損の度合いが大きい。
Furthermore, the neutron absorbing material 12 has a greater degree of depletion than the neutron absorbing material 13 included in the neutron absorbing rod 1o.

第8図は、制御棒駆動機構を示す。本実施例の制御棒1
を操作するためには、2つの制御棒駆動装置19及び2
0を必要とする。制御棒駆動装置19及び20は、図示
されていないが−Jj’;(子炉容器の上端部に設けら
れている。制御棒駆動装置19で駆動軸4を、制御棒駆
動装置20で駆動軸5をそれぞれ駆動する。これらの制
御棒駆動装置は5電磁的に制御棒駆動装置内のラッチを
駆動軸にがみ合せたり、外したりすることにより、駆動
軸を上下に移動させる。たとえば、fM子炉起動時には
信号22により制御棒駆動装置20を作動させて、駆動
軸5に連結した中性子吸収棒10を炉心から引き抜く。
FIG. 8 shows the control rod drive mechanism. Control rod 1 of this embodiment
In order to operate the two control rod drives 19 and 2
Requires 0. Although not shown, the control rod drive devices 19 and 20 are provided at the upper end of the child reactor vessel.The control rod drive device 19 drives the drive shaft 4, and the control rod drive device 20 drives the drive shaft. These control rod drive devices move the drive shaft up and down by electromagnetically engaging and disengaging the latch in the control rod drive device 5 from the drive shaft.For example, fM When starting up the sub-reactor, the control rod drive device 20 is activated by a signal 22, and the neutron absorption rods 10 connected to the drive shaft 5 are pulled out from the core.

また、運転サイクル末期には、信号21により制御棒駆
動装置19を作動させて、駆動軸4に連結した中性子吸
収棒9を炉心から引き抜く。さらに原子炉スクラム時に
は、信号21及び22により同時に両制御棒駆動装置の
電源を切ってすべてのラッチを各駆動軸より外すので1
重力により制御棒1が炉心内に挿入される。中性子吸収
棒9が炉心内に挿入されているときにさらに中性子吸収
棒10を徐々に炉心内に挿入する場合には、制御棒駆動
装[120による中性子吸収棒10の操作が可能である
。しかし、中性子吸収棒9が炉心から引き抜かれた状態
で中性子吸収棒10を炉心に挿入する場合には、制御棒
駆動装置20の電源を切ってさらに制御棒駆動装置20
のラッチを駆動軸5から外した上で、制御棒駆動袋[i
!19を操作し、中性子吸収棒10を中性子吸収棒9と
同時に炉心に挿入する。これは、中性子吸収棒9及び1
0を同時に炉心外へ引き抜くときも同じである。このよ
うにすると、それぞれの制御棒駆動装置19及び20を
それぞれ作動させて中性子吸収棒9及び10を同時に操
作する場合に比べ、それぞれの制御棒駆動装置の同期を
とる必要がなく、中性子吸収棒9及び10の操作が簡単
になる。
Furthermore, at the end of the operation cycle, the control rod drive device 19 is activated by the signal 21 to pull out the neutron absorption rods 9 connected to the drive shaft 4 from the core. Furthermore, during a reactor scram, signals 21 and 22 simultaneously turn off the power to both control rod drives and remove all latches from each drive shaft.
The control rod 1 is inserted into the reactor core by gravity. When the neutron absorption rods 10 are gradually inserted into the reactor core while the neutron absorption rods 9 are being inserted into the reactor core, the neutron absorption rods 10 can be operated by the control rod driving device [120]. However, when inserting the neutron absorption rod 10 into the reactor core with the neutron absorption rod 9 pulled out from the core, the control rod drive device 20 is powered off and then the control rod drive device 2
After removing the latch from the drive shaft 5, remove the control rod drive bag [i
! 19 to insert the neutron absorption rod 10 into the reactor core at the same time as the neutron absorption rod 9. This is the neutron absorption rod 9 and 1
The same is true when pulling 0 out of the core at the same time. In this way, there is no need to synchronize each control rod drive device, and the neutron absorption rod Operations 9 and 10 become easier.

前述の制御棒駆動装置19及び2oをコンパクトにする
ため、それぞれの中性子吸収棒グループに連結する駆動
軸4及び5は前述したように同心状で、しかも中心軸周
りに互いの角度を保てる構造となっていることが望まし
い。また、制御棒のスクラムの際に中性子吸収材の減損
の大きなもので構成される部分が他の部分の動作を妨害
しないように配慮しなければならない。
In order to make the aforementioned control rod drive devices 19 and 2o compact, the drive shafts 4 and 5 connected to each neutron absorption rod group are concentric as described above, and have a structure that allows them to maintain mutual angles around the central axis. It is desirable that the In addition, care must be taken to ensure that parts of the control rods that are made up of highly depleted neutron absorbers do not interfere with the operation of other parts during control rod scrams.

沸騰水型原子炉は、その炉心に第9図に示す燃料集合体
23が多数装荷されている。燃料集合体23は、ボイド
の浮遊を防ぐ角筒状の支切板24内に、15行15列の
格子配列で燃料棒25を配置している。8本の燃料棒2
5に1本の割合で制御棒案内管26及び27が、燃料集
合体23内にを設けられている。9本の制御棒案内管2
6にはそれぞれ1本の中性子吸収棒9が挿入される。残
りの16本の制御棒案内管27にはそれぞれ1本の中性
子吸収棒10が挿入される。これらの制御棒案内管は、
中性子吸収棒が引き抜かれた状態では水ロッドの役割を
果し、中性子の減速に役立っている。このような、燃料
集合体23において。
A boiling water reactor has a core loaded with a large number of fuel assemblies 23 shown in FIG. In the fuel assembly 23, fuel rods 25 are arranged in a lattice arrangement of 15 rows and 15 columns within a rectangular tube-shaped support plate 24 that prevents floating of voids. 8 fuel rods 2
One in five control rod guide tubes 26 and 27 are provided in the fuel assembly 23. 9 control rod guide tubes 2
One neutron absorption rod 9 is inserted into each of the holes 6 . One neutron absorption rod 10 is inserted into each of the remaining 16 control rod guide tubes 27. These control rod guide tubes are
When the neutron absorption rod is pulled out, it acts as a water rod, helping to slow down neutrons. In such a fuel assembly 23.

制御棒案内管26に挿入される中性子吸収棒9は9本で
ある必要はなく、たとえば燃料集合体23の中央部に4
本の中性子吸収棒9を挿入して運転する方が良い炉心特
性をもっこともある。このような変更は、スパイダー腕
2に取り付ける中性子吸収棒9を中央の4本のみとして
おくことにより簡単に実現できる。また、中性子吸収棒
の中性子吸収材の濃度を変えておくことも、燃料集合体
23の炉心内滞在サイクル数(運転サイクル数)によっ
て中性子吸収棒の本数や中性子吸収材の濃度を変えるこ
とも容易である。
The number of neutron absorption rods 9 inserted into the control rod guide tube 26 does not have to be nine; for example, four neutron absorption rods 9 are inserted in the center of the fuel assembly 23.
In some cases, core characteristics are better achieved by inserting neutron absorbing rods 9 into the reactor. Such a change can be easily realized by attaching only four neutron absorption rods 9 to the spider arm 2 at the center. In addition, it is easy to change the concentration of the neutron absorbing material in the neutron absorbing rods, or to change the number of neutron absorbing rods and the concentration of the neutron absorbing material depending on the number of cycles (number of operating cycles) of the fuel assembly 23 in the core. It is.

本実施例によれば、減損の大きな中性子吸収材12を有
する中性子吸収棒9を運転サイクル末期において炉心外
に取り出すことができるので、運転サイクル末期にて炉
心内に中性子吸収材が残存しないように中性子吸収棒の
本数及び中性子吸収材の′a度の最適化を図ることが従
来はど必要とならない。
According to this embodiment, the neutron absorbing rod 9 having the neutron absorbing material 12 with large depletion can be taken out of the reactor core at the end of the operating cycle, so that no neutron absorbing material remains in the reactor core at the end of the operating cycle. Conventionally, it is not necessary to optimize the number of neutron absorbing rods and the degree of neutron absorbing material.

本実施例の制御棒を用いた原子炉のilを転倒を、濃縮
度5重量%の燃料集合体で取出燃焼度約700Wd/l
を達成する場合を例にとって説明する。
Using the control rods of this example, the reactor IL was overturned and extracted with a fuel assembly with an enrichment of 5% by weight, with a burnup of approximately 700 Wd/l.
An example of achieving this will be explained below.

第10図に、従来の可燃性毒物入り燃料棒を用いた燃料
集合体の炉心への装荷時点(a点)より炉心から取出す
時点(g点)までの無限増倍率の変化を示す。第10図
において、a = bの期間は第1運転サイクル、b 
= cの期間は第2運転サイクル、c”dの期間は第3
運転サイクル、d −eの期間は第4運転サイクル、e
 ”= fの期間は第5運転サイクル、及びf−gの期
間は第6運転サイクルである(第11図においても同様
)9各運転サイクル期間が終了した時点で、原子炉が停
止されて第6運転サイクルを経験した使用済の燃料集合
体が炉心内から取り出され、代わりに新しい燃料集合体
が炉心内に装荷される。その後、原子炉の運転が再開さ
れて次の運転サイクルが開始される。
FIG. 10 shows the change in the infinite multiplication factor from the time when a fuel assembly using conventional burnable poison fuel rods is loaded into the core (point a) to the time when it is removed from the core (point g). In FIG. 10, the period a = b is the first operation cycle, b
= Period c is the second operation cycle, period c”d is the third operation cycle.
The driving cycle, the period d - e is the fourth driving cycle, e
”= The period f is the fifth operation cycle, and the period f−g is the sixth operation cycle (the same applies to Figure 11).9 At the end of each operation cycle period, the reactor is shut down and the The spent fuel assemblies that have undergone six operating cycles are removed from the reactor core, and new fuel assemblies are loaded into the reactor core in their place.Then, the reactor is restarted and the next operating cycle begins. Ru.

従来においては、炉心に装荷する新しい燃料集合体とし
て可燃性毒物入りの燃料集合体を用いていた。第1運転
サイクル初期におけるその新しい燃料集合体の無限増倍
率(a点)は小さい。しかし、運転が進行して中性子吸
収材が燃焼するに伴いその新しい燃料集合体の無限増倍
率は増加し、第1運転サイクルのサイクル末期ではb点
に達する。
Conventionally, fuel assemblies containing burnable poison have been used as new fuel assemblies to be loaded into the reactor core. The infinite multiplication factor (point a) of the new fuel assembly at the beginning of the first operating cycle is small. However, as the operation progresses and the neutron absorbing material burns, the infinite multiplication factor of the new fuel assembly increases and reaches point b at the end of the first operation cycle.

また、第2運転サイクルロの燃料集合体の無限増倍率は
運転サイクル中においてb点から0点に。
Also, the infinite multiplication factor of the fuel assembly in the second operation cycle RO changes from point b to point 0 during the operation cycle.

第3運転サイクル目の燃料集合体の無限増倍率は0点か
らd点に、第4運転サイクル目の燃料集合体の無限増倍
率はd点からe点に、第5運転サイクルロの燃料集合体
の無限増倍率はe点からf点に、及び第6運転サイクル
口の燃料集合体の無限増倍率はf点からg点にそれぞれ
低下する。第1運転サイクル]]における燃料集合体の
サイクル初期の無限増倍率は5余剰反応度が小さくなる
ように可燃性毒物入り燃料棒の本数や中性子吸収材の濃
度によって調節される。したがって、余剰反応度が大き
くなるとより多くの中性子吸収材が必要となり、それだ
け燃料集合体内の核燃料物質の量を少なくせざるを得な
くなる。これは、燃料経済性を低下させる要因となる。
The infinite multiplication factor of the fuel assembly in the third operating cycle goes from point 0 to point d, the infinite multiplication factor of the fuel assembly in the fourth operating cycle goes from point d to point e, and the infinite multiplication factor of the fuel assembly in the fifth operating cycle goes from point d to point e. The infinite multiplication factor of the fuel assembly decreases from point e to point f, and the infinite multiplication factor of the fuel assembly at the beginning of the sixth operation cycle decreases from point f to point g. The infinite multiplication factor of the fuel assembly at the beginning of the cycle in the first operation cycle is adjusted by the number of fuel rods containing burnable poison and the concentration of the neutron absorbing material so that the surplus reactivity is small. Therefore, as the surplus reactivity increases, more neutron absorbing material is required, and the amount of nuclear fuel material in the fuel assembly must be reduced accordingly. This becomes a factor that reduces fuel economy.

一方2本実施例の制御棒1を用いると、第11図に示す
ように、中性子吸収材による余剰反応度の制御を5第1
運転サイクル目の燃料集合体と第2運転サイクル目の燃
料集合体とに分散させて実施することができる。第11
図の例では、第6図に示した濃度C1の中性子吸収材1
2を有するN1本の中性子吸収棒9を第1運転サイクル
目の燃料集合体23の制御棒案内管26内に挿入して原
子炉の運転を行い、それらの中性子吸収棒を運転サイク
ル末期に制御棒案内管26から引き抜いている。すべて
の中性子吸収棒10は、第1運転サイクルの間、燃料集
合体23から引き抜かれている。
On the other hand, if two control rods 1 of this embodiment are used, as shown in FIG.
It can be carried out by dispersing the fuel assemblies in the first operating cycle and the fuel assemblies in the second operating cycle. 11th
In the example shown in the figure, the neutron absorbing material 1 with the concentration C1 shown in FIG.
The reactor is operated by inserting N1 neutron absorption rods 9 having 2 neutron absorption rods 9 into the control rod guide tube 26 of the fuel assembly 23 in the first operation cycle, and these neutron absorption rods are controlled at the end of the operation cycle. It is pulled out from the rod guide tube 26. All neutron absorbing rods 10 are withdrawn from the fuel assembly 23 during the first operating cycle.

さらに、第1運転サイクル終了後の燃料交換時に第1運
転サイクルで用いた中性子吸収棒9を濃度C2のものに
換えてしかも中性子吸収棒9の本数をN2本とし、次の
第2運転サイクルでこれらの中性子吸収棒9を燃料集合
体23内に挿入して原子炉の運転を行う。すべての中性
子吸収棒10は、第2運転サイクルの間においても、燃
料集合体23から引き抜かれている。このとき。
Furthermore, when replacing the fuel after the end of the first operation cycle, the neutron absorption rods 9 used in the first operation cycle are replaced with those of concentration C2, and the number of neutron absorption rods 9 is changed to N2, and in the next second operation cycle, These neutron absorption rods 9 are inserted into the fuel assembly 23 to operate the nuclear reactor. All neutron absorption rods 10 are withdrawn from the fuel assembly 23 even during the second operating cycle. At this time.

N1<N。N1<N.

C□〉C2 となっている。このような制御棒1の操作を行うことに
より、第1B転サイクル期間中における燃料集合体23
の無限増倍率は、a点で一様である。
C□〉C2. By operating the control rods 1 in this manner, the fuel assembly 23 during the 1B rotation period is
The infinite multiplication factor of is uniform at point a.

前述の第2運転サイクル開始前における中性子吸収棒9
の交換によって第2運転サイクルの初期においては燃料
集合体23の無限増倍率がb2点まで低下するが、第2
運転サイクル期間中における燃料集合体23の無限増倍
率は、中性子吸収材12の燃焼によりb2点からC点ま
で上昇する。
Neutron absorption rod 9 before the start of the second operation cycle described above
At the beginning of the second operation cycle, the infinite multiplication factor of the fuel assembly 23 decreases to point b2 due to the replacement of
The infinite multiplication factor of the fuel assembly 23 during the operation cycle increases from point b2 to point C due to combustion of the neutron absorbing material 12.

第12図に1本実施例の制御棒を用いた上記運転での出
力ミスマツチ係数を、前述した従来技術を用いた運転と
比較して示す。本実施例の制御棒1を用いて上記の運転
を実施した場合は、特性28に示すように出力の高い第
1運転サイクルロの燃料集合体の出力ミスマツチ係数を
ほぼ一定にして運転でき、しかも最大値は特性29で示
す従来の場合よりも約4%低くできる。仮に、従来の方
法でこの最大値を4%低くするためには、可燃性毒物の
濃度を大きくする必要があり、第10図の破線で示すよ
うに可燃性毒物の燃え残りがますます多くなって燃料経
済性を低下させる。本実施例の制御棒1を用いた上記の
運転では、運転サイクル末期の中性子吸収材の炉心内残
留がないだけでなく、第1i転サイクル目及び第1B転
サイクル目の燃料集合体内に中性子吸収材12を分散さ
せているため核燃料物質の量を低下させることがないの
で、燃料経済性は従来より高くなる。
FIG. 12 shows the output mismatch coefficient in the above operation using the control rod of this embodiment in comparison with the operation using the prior art described above. When the above operation is carried out using the control rod 1 of this embodiment, as shown in characteristic 28, it is possible to operate with the output mismatch coefficient of the fuel assembly in the first operation cycle RO, which has a high output, almost constant, and also to achieve maximum output. The value can be lowered by about 4% than the conventional case shown by characteristic 29. In order to lower this maximum value by 4% using the conventional method, it would be necessary to increase the concentration of burnable poison, and as shown by the broken line in Figure 10, more and more burnable poison would remain unburned. and reduce fuel economy. In the above operation using the control rod 1 of this embodiment, not only is there no neutron absorbing material remaining in the core at the end of the operation cycle, but also neutrons are absorbed in the fuel assemblies of the 1i-th turn cycle and the 1B-th turn cycle. Because the material 12 is dispersed, the amount of nuclear fuel material is not reduced, so the fuel economy is higher than in the past.

本発明の他の実施例である制御棒の構造を第13図及び
第14図に示す。この実施例は、2つの駆動軸のうちの
一方の駆動軸4に取付けられたスパイダー腕32の先端
部に、中性子吸収棒9Aを着脱自在に保持する保持機構
34が設けられる3燃焼による減損の大きい中性子吸収
材12を有する中性子吸収棒9Aは、運転サイクル初期
にこの保持機構34によって制御棒から切離され、炉心
内に挿入される。また、燃焼末期には保持機構34につ
かまれて制御棒に取付けられ、炉心外に取りだされる。
The structure of a control rod according to another embodiment of the present invention is shown in FIGS. 13 and 14. In this embodiment, a holding mechanism 34 for removably holding a neutron absorption rod 9A is provided at the tip of a spider arm 32 attached to one of the two drive shafts 4. The neutron absorbing rod 9A having the large neutron absorbing material 12 is separated from the control rod by this holding mechanism 34 at the beginning of the operation cycle and inserted into the reactor core. Further, at the final stage of combustion, it is grabbed by the holding mechanism 34, attached to the control rod, and taken out of the reactor core.

このような構成によっても、第1図の実施例と同様の効
果が得られる。さらに、構造が複雑になるが3本の以上
の駆動軸を配置することも可能であり、中性子吸収棒の
グループを多くすれば、それだけ運転の自由度も増すこ
とになる。
Even with such a configuration, the same effects as the embodiment shown in FIG. 1 can be obtained. Furthermore, although the structure becomes more complicated, it is possible to arrange three or more drive shafts, and the greater the number of groups of neutron absorption rods, the greater the degree of freedom in operation.

以上では、いわゆる熱中性子炉における本発明の実施例
を述べたが、本発明の制御棒はたとえば高転換軽水炉に
も使用できる。制御棒の構造は。
Although the embodiments of the present invention in so-called thermal neutron reactors have been described above, the control rods of the present invention can also be used, for example, in high conversion light water reactors. What is the structure of the control rod?

前述した実施例とおなしものを用い、減損率の大きい中
性子吸収材を有する中性子吸収棒の代りに減損ウラン燃
料棒を用いた場合、この燃料棒でプルトニウムが生成し
転換比が向上する。さらに、運転サイクル末期で上記燃
料棒を引抜くと、前述したように水ロッドが形成される
から、燃料集合体の水対ウラン比が大きくなる。この結
果、炉心反応度が大きくなり、運転期間が長くなる。こ
のように本発明の制御棒を高転換軽水炉に使用すればス
ペクトルシフト運転が可能となり、高転換軽水炉の燃料
経済性向上にも効果がある。
If the same as the above-described embodiment is used and a depleted uranium fuel rod is used instead of a neutron absorbing rod having a neutron absorbing material with a large depletion rate, plutonium is produced in this fuel rod and the conversion ratio is improved. Furthermore, when the fuel rods are withdrawn at the end of the operating cycle, water rods are formed as described above, thereby increasing the water-to-uranium ratio of the fuel assembly. As a result, the core reactivity increases and the operating period becomes longer. As described above, when the control rod of the present invention is used in a high conversion light water reactor, spectrum shift operation becomes possible, which is also effective in improving the fuel economy of the high conversion light water reactor.

[発明の効果] 以上説明したように1本発明によれば、従来原子炉運転
中に操作できなかった可燃性毒物棒が操作可能となり、
とくに高燃焼度化により中性子吸収材の必要量が増加し
た場合にも運転サイクル末期において上記中性子吸収材
の炉心内残存をなくし、燃料経済性の向上を実現できる
。また1本発明の制御棒を利用することによって出力ミ
スマソチを約4%低減でき、熱的余裕確保の点でも効果
がある。
[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, the burnable poison rod, which conventionally could not be operated during reactor operation, can now be operated.
In particular, even when the required amount of neutron absorber increases due to higher burnup, the neutron absorber does not remain in the core at the end of the operating cycle, and fuel economy can be improved. Furthermore, by using the control rod of the present invention, output mismasochism can be reduced by about 4%, which is also effective in securing thermal margin.

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

第1図は本発明の一実施例である制御棒の構造図、第2
図は第1図の制御棒の平面図、第3図は制御棒駆動軸の
水Klt断面図、第4図は制御棒駆動軸の上部構造の局
部断面図、第5図はスパイダー腕と中性子吸収棒の連結
構造を示す図、第6図は中性子吸収棒9の構成図、第飄
図は中性子吸収棒1oの構成図、第8図は制御棒駆動装
置の構成図、第9図は燃料集合体の水平断面図、第10
図は従来技術を用いた運転における無限増倍率の変化を
示す図、第11図は第1図の制御棒を用いた運転におけ
る無限増倍率の変化を示す図、第12.図は第1運転サ
イクル目の燃料集合体の出力ミスマツチ係数の変化を示
す図、第13図は本発明の他の実施例の構造図、第14
図は中性子吸収棒9Aの構成図である。 1・・・制御棒、2.3,32・・・スパイダー腕、4
.5・・・制御棒駆動軸、9.9A、10・・・中性子
吸収棒、12.13・・・中性子吸収材、19.2o・
・・制御棒駆動装置、23・・・燃料集合体、2G、2
7・・・茅2目      芽1 巳 茅4.固 茅 q 固 l  lO固 霞煙屋(QWd/l) 茅II  目 2’波71 (cTW〆/1) サイクルη同 j¥/3目
Figure 1 is a structural diagram of a control rod that is an embodiment of the present invention;
The figure is a plan view of the control rod in Figure 1, Figure 3 is a water Klt sectional view of the control rod drive shaft, Figure 4 is a local sectional view of the upper structure of the control rod drive shaft, and Figure 5 is a spider arm and neutron A diagram showing the connection structure of the absorption rods, FIG. 6 is a configuration diagram of the neutron absorption rod 9, a schematic diagram is a configuration diagram of the neutron absorption rod 1o, FIG. 8 is a configuration diagram of the control rod drive device, and FIG. 9 is a configuration diagram of the neutron absorption rod 9. Horizontal sectional view of the assembly, No. 10
11 is a diagram showing changes in infinite multiplication factor during operation using the control rod of FIG. 1; FIG. 12 is a diagram showing changes in infinite multiplication factor during operation using the conventional technology; 13 is a diagram showing the change in the output mismatch coefficient of the fuel assembly in the first operation cycle, FIG. 13 is a structural diagram of another embodiment of the present invention, and FIG.
The figure is a configuration diagram of the neutron absorption rod 9A. 1... Control rod, 2.3, 32... Spider arm, 4
.. 5... Control rod drive shaft, 9.9A, 10... Neutron absorption rod, 12.13... Neutron absorption material, 19.2o.
...Control rod drive device, 23...Fuel assembly, 2G, 2
7...Kaya 2 eyes Bud 1 Snake grass 4. Koko q Kol lO Koka Smokehouse (QWd/l) Koko II Eye 2' Wave 71 (cTW〆/1) Cycle η Same j\/3rd

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1、第1制御棒駆動軸と、前記第1制御棒駆動軸に設け
られた第1アームと、前記第1アームに取付けられた複
数の第1中性子吸収棒と、前記第1制御棒駆動軸とは独
立して前記第1制御棒駆動軸と同心状に配置された第2
制御棒駆動軸と、前記第2制御棒駆動軸に設けられた第
2アームと、前記第2アームに取付けられた複数の第2
中性子吸収棒とを有し、前記第1中性子吸収棒が、前記
第2中性子吸収棒内に含まれる中性子吸収材よりも減損
の大きな中性子吸収材有することを特徴とする制御棒。
1. A first control rod drive shaft, a first arm provided on the first control rod drive shaft, a plurality of first neutron absorption rods attached to the first arm, and the first control rod drive shaft a second control rod disposed concentrically with the first control rod drive shaft independently of the second control rod drive shaft;
a control rod drive shaft, a second arm provided on the second control rod drive shaft, and a plurality of second arms attached to the second arm.
A control rod comprising a neutron absorption rod, wherein the first neutron absorption rod has a neutron absorption material having a larger depletion loss than the neutron absorption material contained in the second neutron absorption rod.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007017160A (en) * 2005-07-05 2007-01-25 Nuclear Fuel Ind Ltd Fuel assembly
JP2018151361A (en) * 2017-03-15 2018-09-27 株式会社東芝 Thermal neutron reactor core and method of designing thermal neutron reactor core
GB2590102A (en) * 2020-07-24 2021-06-23 Rolls Royce Plc Refuelling and/or storage neutron-absorbing rods

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