KR100281169B1 - Composite burnable absorber for reactivity control of nuclear fuel assembly - Google Patents
Composite burnable absorber for reactivity control of nuclear fuel assembly Download PDFInfo
- Publication number
- KR100281169B1 KR100281169B1 KR1019980017480A KR19980017480A KR100281169B1 KR 100281169 B1 KR100281169 B1 KR 100281169B1 KR 1019980017480 A KR1019980017480 A KR 1019980017480A KR 19980017480 A KR19980017480 A KR 19980017480A KR 100281169 B1 KR100281169 B1 KR 100281169B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- nuclear fuel
- outer ring
- fuel
- composite
- uranium dioxide
- Prior art date
Links
Landscapes
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Abstract
본 발명에서는 제공하는 복합 가연성 흡수물질 핵연료(1)는 내부 심(2)과 외부 환(3)으로 구성되며, 내부 심(2)의 부피는 복합 가연성 흡수물질 핵연료 전체 부피의 20∼80 % 이고, 내부 심(2)에 포함된 핵분열성 물질 및 가연성 흡수물질은 외부 환(3)에 포함된 핵분열성 물질 및 가연성 흡수물질과 서로 다른 것을 특징으로 한다. 내부 심(2)은 가돌리니움 산화물과 천연 또는 농축 이산화 우라늄의 혼합체로 구성되고 외부 환(3)은 어비움 산화물과 농축 이산화 우라늄의 혼합체로 구성되며, 또는 내부 심(2)은 가돌리니움 산화물과 이산화 우라늄의 혼합체 또는 어비움 산화물과 이산화 우라늄의 혼합체로 구성되고 외부 환(3)은 농축 이산화 우라늄으로 구성되며, 또는 내부 심(2)과 외부 환(3)은 모두 가돌리니움 산화물과 이산화 우라늄의 혼합체로 구성되고 다만 가돌리니움의 농도 및 이산화 우라늄의 농축도가 내부 심(2)과 외부 환(3)에서 서로 다른 것을 특징으로 한다. 복합 가연성 흡수물질 핵연료(1)는 장주기 원자로심에서 주기초에서 핵연료 집합체의 반응도를 낮추고 동시에 주기말에서는 잔존 중성자 흡수량이 적기 때문에 최적의 반응도 제어를 가능하게 한다.In the present invention, the composite flammable absorbent nuclear fuel (1) comprises an inner shim (2) and an outer ring (3), and the volume of the inner shim (2) is 20 to 80% of the total volume of the composite flammable absorbent nuclear fuel. In addition, the fissile material and the flammable absorbent material contained in the inner shim 2 are different from the fissile material and the flammable absorbent material contained in the outer ring 3. The inner shim 2 consists of a mixture of gadolinium oxide and natural or concentrated uranium dioxide and the outer ring 3 consists of a mixture of aluminium oxide and enriched uranium dioxide, or the inner shim 2 has gadolinium Composed of a mixture of oxide and uranium dioxide, or a mixture of aviium oxide and uranium dioxide, the outer ring (3) consists of concentrated uranium dioxide, or both the inner shim (2) and the outer ring (3) are composed of gadolinium oxide and It is composed of a mixture of uranium dioxide, but characterized in that the concentration of gadolinium and the concentration of uranium dioxide are different in the inner shim (2) and the outer ring (3). The composite flammable absorbent fuel (1) reduces the reactivity of the fuel assembly at the beginning of the cycle at the long cycle reactor core and at the same time, it allows optimum reactivity control because of the small amount of remaining neutron absorption at the end of the cycle.
Description
본 발명은 핵연료 집합체의 반응도 제어를 위한 복합 가연성 흡수물질 핵연료에 관한 것으로, 더 상세하게는 핵연료 집합체로 구성되는 경수형 원자로심의 운전과 관련해서 주기초에는 반응도를 효과적으로 제어하며 주기말에는 잔존 중성자 흡수량이 매우 작은 '복합 가연성 흡수물질 핵연료'를 제공하는데 있다.The present invention relates to a complex flammable absorbent nuclear fuel for controlling the reactivity of a nuclear fuel assembly, and more particularly, to effectively control the reactivity at the beginning of the cycle with respect to the operation of the light-water reactor core composed of the nuclear fuel assembly and to retain the remaining neutron absorption at the end of the cycle This very small 'complex flammable absorbent nuclear fuel' is provided.
경수형 원자로심에 장전되어 사용되는 핵연료 집합체는 많은 연료봉으로 구성되어 있고, 연료봉은 지르칼로이 피복관에 핵분열성 물질을 함유한 우라늄 산화물 핵연료를 장입하여 밀봉한 형태를 갖는다. 원자로심에서 중성자에 의해서 우라늄이 핵분열하면서 발생하는 열은 연료봉 사이를 흐르는 냉각수에 의해서 추출되어 동력으로 사용된다.The nuclear fuel assembly used in the light water reactor core is composed of many fuel rods, and the fuel rod is sealed by charging uranium oxide nuclear fuel containing fissile material in a zircaloy cladding tube. Heat generated by nuclear fission by neutrons in the reactor core is extracted by cooling water flowing between fuel rods and used as power.
핵연료 집합체의 반응도는 보통 무한증배계수로 나타내는데, 원자로심의 주기초에는 핵연료 집합체 안에 핵분열성 물질이 많아서 반응도가 높고 핵분열이 진행되면서 핵분열성 물질이 점점 고갈되므로 반응도가 점점 낮아진다. 반응도가 일정 값 이하로 되면 원자로심의 운전을 정지하고 연소한 핵연료 집합체를 새로운 핵연료 집합체로 교체하고 다시 원자로심을 운전한다.The reactivity of a fuel assembly is usually expressed as an infinite multiplication factor. At the beginning of the nuclear reactor core, there are many fissile materials in the fuel assembly, which leads to a high degree of reactivity. When the reactivity falls below a certain value, the reactor core is shut down, the burned fuel assembly is replaced with a new fuel assembly, and the nuclear reactor core is operated again.
원자로심의 운전주기가 길어질수록 원자로심의 가동률이 높아져서 경제적인 이득이 된다. 원자로심의 운전주기를 늘리기 위해서는 노심 안에 핵분열성 물질을 가능한한 많이 장전하는 것이 유리하지만 핵분열성 물질이 많아지면 주기초에 반응도가 너무 높아져서 원자로심의 안전성에 나쁜 영향을 준다. 따라서 종래기술에서는 중성자의 흡수력이 매우 큰 가연성 흡수물질을 핵연료 집합체 안에 장전하며 동시에 냉각수 안에 붕소를 사용해서, 주기초의 잉여 반응도를 삭감하고 운전주기 동안 비교적 일정하게 반응도를 제어한다. 가연성 흡수물질은 주기초에만 중성자를 흡수해서 반응도를 낮추고 어느정도 핵연료의 연소가 진행된 이후에는 더 이상 중성자를 흡수하지 않아야 한다. 즉 잔존 중성자 흡수량이 적어야 한다. 만약 계속해서 중성자를 흡수하면 반응도가 낮아지므로, 동일한 열을 얻기 위해서는 핵분열성 물질을 추가해야 하므로 경제적으로 손실이 된다.The longer the operation cycle of the reactor core, the higher the utilization rate of the reactor core, which is an economic benefit. It is advantageous to load as much fissile material as possible in the core to increase the operating cycle of the reactor core, but the more fissile material, the higher the reactivity at the beginning of the cycle, which adversely affects the safety of the reactor core. Therefore, in the related art, a flammable absorbent material having a very high absorbing force of neutrons is loaded into a fuel assembly and boron is used in cooling water, thereby reducing the excess reactivity of the cycle and controlling the reactivity relatively uniformly during the operation cycle. Combustible absorbent materials should absorb neutrons only at the beginning of the cycle, reducing their reactivity and no longer absorbing neutrons after the combustion of the fuel to some extent. That is, the amount of remaining neutron absorption should be small. If the neutrons continue to be absorbed, the reactivity becomes low, which is economically lost since additional fissile material must be added to obtain the same heat.
종래기술에서 따르면, 가연성 흡수물질의 분말을 핵분열성 물질 ( 천연 또는 농축 우라늄 산화물)의 분말과 혼합하고 성형하고 소결해서 가연성 흡수물질 핵연료를 제조한다. 가연성 흡수물질 핵연료를 피복관에 장입하고 밀봉하여 가연성 흡수봉을 제조하고 핵연료 집합체의 정해진 위치에 장전하여 반응도를 제어한다. 따라서 하나의 핵연료 집합체는 핵분열성 물질(농축 우라늄 산화물) 만을 함유한 연료봉과 가연성 흡수봉으로 구성된다. 특히 가연성 흡수물질 핵연료에는 가연성 흡수물질과 핵분열성 물질이 균질하게 혼합된 상태로 존재한다.According to the prior art, a combustible absorbent nuclear fuel is prepared by mixing, shaping and sintering a powder of combustible absorbent materials with a powder of fissile material (natural or concentrated uranium oxide). The flammable absorbent fuel is charged into a cladding tube and sealed to produce a flammable absorbent rod and loaded at a predetermined position of the fuel assembly to control the reactivity. Thus, one fuel assembly consists of a fuel rod containing only fissile material (enriched uranium oxide) and a flammable absorbent rod. In particular, the flammable absorbent material fuel is present in a homogeneous mixture of the flammable absorbent material and the fissile material.
가장 잘 알려진 가연성 흡수물질 핵연료는 농축 또는 천연 이산화 우라늄(UO2)과 가돌리니움 산화물(Gd2O3)을 균질하게 혼합하여 소결하여 제조한 핵연료이다. 가돌리니움은 열중성자에 대한 흡수력이 매우 커서 적은 양을 장전하더라도 반응도를 적절히 제어할 수 있으며 또한 잔존 중성자 흡수량이 적은 장점이 있다. 그러나 통상적으로 사용되는 가돌리니움 산화물의 농도는 4∼10 중량% 인데 열전도도가 이산화 우라늄 핵연료 보다 나빠서 동일한 출력 조건에서 핵연료의 온도가 높아진다. 이것을 상쇄하기 위해서 가돌리니움을 함유한 가연성 흡수물질 핵연료에는 우라늄의 농축도를 낮추어야만 한다. 즉 핵연료 집합체 안에 핵분열성 물질량이 감소하므로 핵연료의 경제성이 떨어지게 된다. 또한 가돌리니움 함유 가연성 흡수봉을 핵연료 집합체 안에 장전할 때 대칭성을 유지하기 위해서 흡수봉의 수가 4의 배수가 되어야 하는 제한이 있고 따라서 반응도 제어를 최적화 하기 어렵다. 특히, 가돌리니움 함유 가연성 흡수봉을 18개월 이상의 장주기에 사용하려면 일반적으로 핵연료 집합체 당 가돌리니움 함유 가연성 흡수봉의 개수가 16 개 이상으로 증가하므로 핵연료 집합체 당 핵분열성 물질의 양이 현저히 감소해서 경제적으로 손실이 된다.The most well known flammable absorbent nuclear fuel is a fuel produced by sintering a homogeneous mixture of concentrated or natural uranium dioxide (UO 2 ) and gadolinium oxide (Gd 2 O 3 ). Gadolinium has a very high absorption capacity for thermal neutrons, so it is possible to properly control the reactivity even if a small amount is loaded, and also has the advantage of low residual neutron absorption. However, the concentration of gadolinium oxide, which is commonly used, is 4 to 10% by weight, and the thermal conductivity is worse than that of uranium dioxide fuel, which increases the temperature of the fuel at the same output conditions. To offset this, flammable absorbent nuclear fuel containing gadolinium must be reduced in uranium concentration. In other words, the amount of fissile material in the fuel assembly is reduced, thereby reducing the fuel economy. In addition, there is a limitation that the number of absorbing rods should be a multiple of 4 to maintain symmetry when loading the gadolinium-containing combustible absorbing rods into the fuel assembly, and thus it is difficult to optimize the reactivity control. In particular, when gadolinium-containing flammable absorbent rods are used for longer periods of 18 months or more, the number of gadolinium-containing flammable absorbent rods per nuclear fuel assembly generally increases to 16 or more, resulting in a significant reduction in the amount of fissile material per fuel assembly. This is a loss.
알려진 다른 가연성 흡수물질 핵연료는 농축 우라늄 산화물의 분말과 어비움 산화물 (Er2O3)의 분말을 균일하게 혼합하고 성형하고 소결해서 제조한 핵연료가 있다. 어비움은 가돌리니움보다 늦게 연소하기 때문에, 어비움 산화물의 농도는 1∼ 2 중량%가 통상적으로 사용되며 18개월 이상의 장주기에서 반응도를 제어하는데 적합한 가연성 흡수물질이다. 그러나 어비움은 중성자 흡수력이 가돌리니움보다 매우 작아서 많은 양을 핵연료 집합체에 장전해야만 반응도를 제어할 수 있다. 알려진 기술로는 핵연료 집합체 당 어비움 함유 가연성 흡수봉은 60∼120개 정도 인데, 어비움 함유 가연성 흡수봉이 우라늄 산화물 연료봉보다 비싸기 때문에 핵연료 집합체의 가격이 상승할 뿐만 아니라 잔존 중성자 흡수량이 많은 단점이 있다.Other known flammable absorbent nuclear fuels include those made by uniformly mixing, shaping and sintering powders of enriched uranium oxide and powders of aluminium oxide (Er 2 O 3). Since avianium burns later than gadolinium, the concentration of aluminium oxide is usually 1 to 2% by weight and is a combustible absorbent material suitable for controlling the reactivity in a long cycle of 18 months or more. However, avium has a much lower neutron absorption than gadolinium, so a large amount of fuel must be loaded into the fuel assembly to control its reactivity. Known techniques include about 60 to 120 pieces of ammonia-containing flammable absorbent rods per fuel assembly, and because the ammonia-containing flammable absorbent rods are more expensive than uranium oxide fuel rods, the fuel assembly has a higher cost and a large amount of remaining neutron absorption.
종래기술로 알려진 기술은 가연성 흡수물질을 우라늄 산화물과 균일하게 혼합한 펠렛의 형태로 사용하며, 핵연료 집합체의 반응도를 조절하는 방법으로는 2 개의 변수, 즉 가연성 흡수봉의 개수와 가연성 흡수물질의 농도만을 변화시키므로 반응도 제어를 최적화 하는데 한계가 있다. 즉, 일정 농도의 가연성 흡수물질로 가연성 흡수봉의 개수를 증가시키면 핵연료의 연소가 진행되면서 출력첨두가 발생하는 단점이 있고, 일정 개수의 가연성 흡수봉에서 가연성 흡수물질의 농도를 높이면 주기초의 반응도를 제어하지 못하는 단점이 있다. 가돌리니움 함유 가연성 흡수물질 핵연료는 빠르게 연소하므로 장주기에서 반응도 제어가 어렵고, 어비움 함유 가연성 흡수물질 핵연료에서는 어비움의 농도를 낮게 유지해야 하므로 아주 많은 흡수봉을 핵연료 집합체에 장전해야 하는 단점이 있다.The technique known in the art uses the form of pellets in which the flammable absorbent material is uniformly mixed with uranium oxide, and the method of controlling the reactivity of the fuel assembly has two variables: the number of flammable absorbent rods and the concentration of the flammable absorbent material. There is a limit to optimizing responsiveness control because of variations. In other words, increasing the number of flammable absorbent rods with a certain concentration of flammable absorbent material has the disadvantage that output peak occurs as the combustion of nuclear fuel proceeds. There is a disadvantage that can not control. Gadolinium-containing flammable absorbent nuclear fuel burns rapidly, making it difficult to control the reactivity in the long cycle. .
종래기술의 상기한 단점을 극복할 수 있도록 가연성 흡수물질 핵연료 안에 다른 2 종류의 가연성 흡수물질을 분리해서 배열함으로써 반응도의 제어에 제 3 변수를 제공하여 반응도의 다양한 조절이 가능하게 해서, 장주기 원자로심에서 주기초에는 반응도를 낮추고 주기말에는 잔존 중성자 흡수량이 적은 복합 가연성 흡수물질 핵연료를 제공하고자 한다.In order to overcome the above disadvantages of the prior art, by arranging the other two kinds of flammable absorbent materials separately in the flammable absorbent fuel, the third variable is provided for the control of the reactivity, thereby enabling various control of the reactivity. To reduce the reactivity at the beginning of the cycle, and to provide a composite flammable absorbent nuclear fuel with a small amount of residual neutron absorption at the end of the cycle.
도 1은 복합 가연성 흡수물질 핵연료를 구성하는 내부 심과 외부 환을 보여주는 그림이고,1 is a view showing the inner core and the outer ring constituting the complex flammable absorbent nuclear fuel,
도 2는 핵연료 집합체 안에 장전되는 복합 가연성 흡수봉의 위치를 예시하는 그림이며,2 is a diagram illustrating the position of a composite flammable absorbent rod loaded into a fuel assembly,
도 3은 복합 가연성 흡수물질 핵연료를 장전한 핵연료 집합체의 반응도를 나타내는 결과도이다.3 is a result diagram showing the reactivity of a nuclear fuel assembly loaded with a composite combustible absorbent material fuel.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
(1) : 복합 가연성 흡수물질 핵연료(1): complex flammable absorbent material nuclear fuel
(2) : 내부 심(2): inner seam
(3) : 외부 환(3): outer ring
상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명의 실시예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다.When described in detail with reference to the accompanying drawings, the configuration and the operation of the embodiment of the present invention to achieve the object as described above and to perform the task for eliminating the conventional drawbacks.
도 1은 복합 가연성 흡수물질 핵연료를 구성하는 내부 심과 외부 환을 보여주는 그림인데, 본 발명 복합 가연성 흡수물질 핵연료(1)는 반경방향으로 내부 심(2)과 외부 환(3)의 이중구조로 구성되고, 내부 심(2)은 천연 또는 농축 우라늄 산화물과 가돌리니움 산화물의 혼합체이며 외부 환(3)은 농축 우라늄 산화물과 어비움 산화물의 혼합체인 것을 특징으로 한다.1 is a view showing an inner seam and an outer ring constituting the composite flammable absorbent nuclear fuel, the composite flammable absorbent nuclear fuel (1) is a dual structure of the inner seam (2) and outer ring (3) in the radial direction And the inner shim 2 is a mixture of natural or concentrated uranium oxide and gadolinium oxide and the outer ring 3 is a mixture of concentrated uranium oxide and abysium oxide.
또한 본 발명에서는 복합 가연성 흡수물질 핵연료(1)의 내부 심(2)과 외부 환(3)에 동일한 가연성 흡수물질을 장전하면서 그것의 농도를 서로 다르게 하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is characterized by varying its concentration while loading the same flammable absorbent material in the inner shim 2 and the outer ring 3 of the composite flammable absorbent material fuel 1.
복합 가연성 흡수물질 핵연료(1)의 내부 심(2) 및 외부 환(3)은 각각 우라늄 산화물 분말과 가연성 흡수물질 분말을 혼합하고 성형하여 소결해서 제조한다. 성형 및 소결 중에 내부 심(2)과 외부 환(3)의 물질이 서로 혼입되지 않도록 한다.The inner shim 2 and the outer ring 3 of the composite combustible absorbent nuclear fuel 1 are produced by mixing, molding and sintering uranium oxide powder and combustible absorbent powder, respectively. The material of the inner shim 2 and the outer ring 3 is not mixed with each other during molding and sintering.
복합 가연성 흡수물질 핵연료(1)를 지르칼로이 피복관에 장입하고 밀봉해서 가연성 흡수봉을 제조하고, 가연성 흡수봉을 핵연료 집합체에 장전해서 반응도를 제어한다.The composite flammable absorbent material fuel (1) is charged into a Zircaloy cladding tube and sealed to produce a flammable absorbent rod, and the flammable absorbent rod is loaded into the fuel assembly to control the reactivity.
복합 가연성 흡수물질 핵연료(1)에서 내부 심(2)과 외부 환(3)의 길이는 서로 동일하며, 통상적인 길이 범위는 6∼20 mm 이다. 복합 가연성 흡수물질 핵연료(1)의 직경은 6∼ 15 mm 범위 안에 있다.In the composite combustible absorbent nuclear fuel 1, the length of the inner shim 2 and the outer ring 3 is the same, and the typical length range is 6-20 mm. The diameter of the composite flammable absorbent nuclear fuel 1 is in the range of 6 to 15 mm.
복합 가연성 흡수물질 핵연료(1)를 사용하면, 가연성 흡수물질의 농도 및 가연성 흡수봉의 갯수 외에도 내부 심(2)의 직경을 변화시킴으로써 핵연료 집합체의 반응도를 미세하고 다양하게 조절할 수 있다.By using the composite flammable absorbent nuclear fuel (1), the reactivity of the fuel assembly can be finely and varied by changing the diameter of the inner shim (2) in addition to the concentration of the flammable absorbent and the number of flammable absorbent rods.
복합 가연성 흡수물질 핵연료(1)는 내부 심(2)과 외부 환(3)에 가돌리니움 산화물과 어비움의 산화물을 각각 분리해서 배열함으로써 상기 두 물질의 장점을 결합하면서 동시에 두 물질의 단점을 보완한 것을 특징으로 한다.The composite combustible absorbent fuel (1) combines the advantages of both materials by simultaneously arranging the oxides of gadolinium oxide and abysium in the inner shim (2) and the outer ring (3), while at the same time eliminating the disadvantages of both materials. It is characterized by a complement.
가돌리니움은 중성자 흡수력이 커서 적은 양을 장전해도 반응도를 제어할 수 있는 장점이 있는 반면 연소 속도가 빨라서 장주기에 부적합하다는 단점이 있다.Gadolinium has the advantage of controlling the reactivity even when a small amount of neutron absorption is loaded, but has a disadvantage in that it is unsuitable for long periods due to the fast burning rate.
복합 가연성 흡수물질 핵연료(1)에서는 내부 심(2)에 가돌리니움을 배치함으로써 가돌리니움의 연소 속도를 늦추는 효과가 있다.In the composite combustible absorbent nuclear fuel 1, by placing a gadolinium in the inner shim 2, the combustion rate of the gadolinium is slowed down.
어비움은 연소 속도가 느려서 장주기에 적합하다는 장점이 있는 반면 어비움의 농도를 높이면 잔존 중성자 흡수력이 증가하는 단점이 있다.Avianum has the advantage of being suitable for long cycles due to the slow burning rate, while increasing the concentration of avianum has the disadvantage of increasing the absorption of residual neutrons.
복합 가연성 흡수물질 핵연료(1)에서는 외부 환(3)에 어비움을 배열함으로써 연소 속도를 빨리해서 잔존 중성자 흡수량을 감소하는 효과가 있으며, 낮은 농도의 어비움 가연성 흡수물질은 높은 농축도의 우라늄 산화물과 혼합할 수 있으므로 일정 핵연료 집합체에 많은 양의 핵분열성 물질을 장전할 수 있다. 복합 가연성 흡수물질 핵연료(1)를 사용하면, 적은 갯수의 가연성 흡수봉으로도 장주기에서 반응도를 효과적으로 제어한다.In the composite combustible absorbent nuclear fuel (1), by arranging aeration in the outer ring (3), the combustion rate is increased to reduce the amount of remaining neutrons absorbed. The low concentration of ammonia combustible absorbent material has a high concentration of uranium oxide and Because of the mixing, a large amount of fissile material can be loaded into a fuel assembly. The use of a composite flammable absorbent nuclear fuel (1) effectively controls the reactivity in the long cycle even with a small number of flammable absorbent rods.
복합 가연성 흡수물질 핵연료(1)의 내부 심(2) 직경을 변화시키면 가돌리니움 및 어비움의 양을 조절할 수 있기 때문에 핵연료 집합체의 반응도를 최적으로 제어하는 것이 가능하다.By varying the diameter of the inner shim 2 of the composite combustible absorbent nuclear fuel 1, the amount of gadolinium and avium can be adjusted, thereby enabling optimal control of the reactivity of the fuel assembly.
내부 심(2)의 직경이 너무 크거나 또는 작으면, 종래기술에 따른 가돌리니움 함유 핵연료 또는 어비움 함유 핵연료와 비슷해지므로 복합 가연성 흡수물질 핵연료(1)의 장점을 잃어버린다. 따라서 내부 심(2) 직경의 크기는 내부 심(2)의 부피가 복합 가연성 흡수물질 핵연료(1) 부피의 20∼80% 정도에 해당되도록 한다.If the diameter of the inner shim 2 is too large or too small, it becomes similar to the gadolinium-containing fuel or the avium-containing fuel according to the prior art, and thus loses the advantages of the composite combustible absorbent nuclear fuel 1. Therefore, the size of the inner shim 2 is such that the volume of the inner shim 2 corresponds to about 20 to 80% of the volume of the composite combustible absorbent nuclear fuel 1.
통상적으로 가연성 흡수물질 핵연료에서 발생하는 열은 흡수봉의 표면을 통해서 냉각되므로, 핵연료의 중심이 가장 온도가 높고 핵연료의 가장자리는 온도가 낮다. 핵연료의 용융을 방지하기 위해서 핵연료의 중심온도는 일정한 온도 이하로 유지되어야 하고, 따라서 종래기술에서는 온도가 낮은 가장자리도 온도가 가장 높은 중심에 따라서 핵분열성 물질의 양이 제한된다.Heat from the combustible absorbent nuclear fuel is typically cooled through the surface of the absorbent rod, so that the center of the fuel is the hottest and the edge of the fuel is cold. In order to prevent melting of the fuel, the center temperature of the fuel must be kept below a certain temperature, and accordingly, in the prior art, the amount of fissile material is limited according to the center of the temperature at the edge of the lower temperature.
본 발명에서 제공하는 복합 가연성 흡수물질 핵연료(1)에서는 내부 심(2)과 외부 환(3)의 핵분열성 물질을 다르게 장입할 수 있으므로, 외부 환(3)에 농축도가 높은 핵분열성 물질을 장전하면 핵연료의 중심온도를 높이지 않으면서도 핵연료 집합체 당 많은 열을 얻을 수 있다.In the composite flammable absorbent nuclear fuel (1) provided by the present invention, since the fissile material of the inner shim (2) and the outer ring (3) can be charged differently, the nuclear fissile material with high concentration is loaded into the outer ring (3). This way, a large amount of heat can be obtained per fuel assembly without raising the central temperature of the fuel.
본 발명에 따른 복합 가연성 흡수물질 핵연료(1)에서는 상기한 방법 외에도 내부 심(2)과 외부 환(3)에 다양한 방법으로 핵분열성 물질과 가연성 흡수물질을 배열하는 것이 가능하다. 내부 심(2)과 외부 환(3)을 모두 가돌리니움 산화물과 이산화 우라늄의 혼합체로 구성하고 가돌리니움의 농도 및 이산화 우라늄의 농축도를 내부 심(2)과 외부 환(3)이 서로 다르게 하면, 핵연료 집합체의 반응도를 적절히 제어할 수 있다. 또 다른 방법으로, 내부 심(2)을 이산화 우라늄과 가돌리니움 또는 어비움의 산화물의 혼합체로 구성하고 외부 환(3)은 농축 이산화 우라늄으로 하면 주기말에서 잔존 중성자 흡수량이 감소한다.In the composite combustible absorbent material nuclear fuel 1 according to the present invention, in addition to the above-described method, it is possible to arrange the fissile material and the combustible absorbent material in various ways in the inner shim 2 and the outer ring 3. Both the inner seam (2) and the outer ring (3) are composed of a mixture of gadolinium oxide and uranium dioxide, and the concentrations of gadolinium and the concentration of uranium dioxide are different between the inner seam (2) and the outer ring (3). In this case, the reactivity of the fuel assembly can be properly controlled. Alternatively, if the inner shim 2 consists of a mixture of uranium dioxide and an oxide of gadolinium or aviium, and the outer ring 3 is enriched uranium dioxide, the amount of residual neutron absorption decreases at the end of the cycle.
이하 본 발명의 바람직한 한 실시예이다.The following is a preferred embodiment of the present invention.
(실시예)(Example)
경수형 원자로심에서 널리 사용되고 있는 핵연료 집합체에 복합 가연성 흡수물질 핵연료(1)를 장전하는 경우에 대해서 설명한다. 복합 가연성 흡수물질 핵연료(1)에서 흡수물질의 함량 및 복합 가연성 흡수봉의 갯수를 조절하고 추가로 내부 심(2) 직경을 조절하면, 핵연료 집합체의 반응도를 다양하게 제어할 수 있다. 상기한 반응도 제어 변수를 조절하여 구한 복합 가연성 흡수물질 핵연료(1)에 대한 하나의 예를 서술한다.A case where the composite combustible absorbent material fuel (1) is loaded into a nuclear fuel assembly widely used in a light-water reactor core will be described. By adjusting the content of the absorbent material and the number of the complex flammable absorbent rods in the composite combustible absorbent nuclear fuel (1), and further adjusting the inner shim (2) diameter, it is possible to control the reactivity of the nuclear fuel assembly in various ways. An example of the composite flammable absorbent nuclear fuel 1 obtained by adjusting the above reactivity control parameters will be described.
복합 가연성 흡수물질 핵연료(1)의 내부 심(2) 직경을 5.65 mm, 외부 환(3) 직경을 8.05 mm 이다. 내부 심(2)은 천연 이산화 우라늄 (UO2)과 가돌리니움 산화물 (Gd2O3)이 균질 혼합된 상태이며 가돌리니움 산화물의 함량은 12 중량 % 이고, 외부 환(3)은 농축 이산화 우라늄과 어비움 산화물(Er2O3)이 균질 혼합된 상태이며 우라늄 농축도는 4.95 중량% 어비움 산화물의 함량은 2 중량% 이다.The inner flap 2 of the composite combustible absorbent fuel 1 is 5.65 mm in diameter and the outer ring 3 is 8.05 mm in diameter. The inner seam (2) is a homogeneous mixture of natural uranium dioxide (UO 2 ) and gadolinium oxide (Gd 2 O 3 ), the content of gadolinium oxide is 12% by weight, and the outer ring (3) is concentrated dioxide Uranium and erbium oxide (Er 2 O 3 ) is a homogeneous mixture of uranium concentration of 4.95% by weight of the content of arsenium oxide is 2% by weight.
상기한 복합 가연성 흡수물질 핵연료(1)를 피복관에 장입하여 복합 가연성 흡수봉을 구성하고, 상기한 복합 가연성 흡수봉에서 복합 가연성 흡수물질 핵연료(1)를 적재한 길이는 3658 mm 이다. 복합 가연성 흡수봉 24 개를 핵연료 집합체 안에 균일하게 장전하며 각각의 위치를 도 2 에 도시한다.The composite flammable absorbent nuclear fuel 1 was charged into a cladding tube to construct a composite flammable absorbent rod, and the composite flammable absorbent nuclear fuel 1 was loaded in the composite flammable absorbent rod having a length of 3658 mm. Twenty-four composite flammable absorbent rods are uniformly loaded in the fuel assembly and their positions are shown in FIG. 2.
상기한 복합 가연성 흡수봉을 장전한 핵연료 집합체의 무한증배계수를 연소도에 따라서 도 3에 나타낸다. 도 3에는 종래기술에 따라서 설계된 천연 이산화 우라늄과 8중량% 가돌리니움 산화물을 함유한 가연성 흡수봉이 핵연료 집합체 안에 16 개 장전된 경우도 함께 나타낸다. 도 3에서 본 발명의 효과를 분명하게 확인할 수 있는데, 복합 가연성 흡수물질 핵연료(1)를 사용하면 주기초에서 핵연료 집합체의 무한증배계수가 더 낮아서 반응도 제어 효과가 우수하고, 연소후 약 40,000 MWD/MTU 에서는 무한증배계수가 높아서 잔존 중성자 흡수량이 적다.3 shows the infinite multiplication coefficient of the nuclear fuel assembly loaded with the composite flammable absorbing rod according to the combustion degree. FIG. 3 also shows the case where 16 flammable absorbent rods containing natural uranium dioxide and 8% by weight gadolinium oxide were loaded into the fuel assembly. In Figure 3 it can be clearly seen the effect of the present invention, the use of the composite combustible absorbent material nuclear fuel (1) has a lower infinite multiplication coefficient of the fuel assembly at the beginning of the cycle, the reactivity control effect is excellent, about 40,000 MWD / after combustion At MTU, the infinite multiplication factor is high, resulting in less residual neutron absorption.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.The present invention is not limited to the above-described specific preferred embodiments, and various modifications can be made by any person having ordinary skill in the art without departing from the gist of the present invention claimed in the claims. Of course, such changes will fall within the scope of the claims.
상기와 같은 본 발명은 핵연료 집합체의 반응도를 제어함에 있어서, 가연성 흡수봉의 갯수 및 가연성 흡수물질의 함량 외에도 내부 심(2) 직경의 조절이 가능하므로 반응도를 최적으로 제어할 수 있다. 주기초에 반응도를 감소시킴으로써 냉각수의 붕소 농도를 낮출 수 있고, 주기말에 잔존 중성자 흡수량이 적으므로 핵연료 집합체의 경제성이 향상된다.In the present invention as described above, in addition to the number of the flammable absorbent rods and the content of the flammable absorbent material in controlling the reactivity of the nuclear fuel assembly, the inner seam (2) diameter can be adjusted, so that the reactivity can be optimally controlled. By reducing the reactivity at the beginning of the cycle, the boron concentration of the cooling water can be lowered, and the amount of remaining neutrons absorbed at the end of the cycle improves the economic efficiency of the nuclear fuel assembly.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019980017480A KR100281169B1 (en) | 1998-05-15 | 1998-05-15 | Composite burnable absorber for reactivity control of nuclear fuel assembly |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019980017480A KR100281169B1 (en) | 1998-05-15 | 1998-05-15 | Composite burnable absorber for reactivity control of nuclear fuel assembly |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR19990085212A KR19990085212A (en) | 1999-12-06 |
| KR100281169B1 true KR100281169B1 (en) | 2001-02-01 |
Family
ID=65892267
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1019980017480A KR100281169B1 (en) | 1998-05-15 | 1998-05-15 | Composite burnable absorber for reactivity control of nuclear fuel assembly |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100281169B1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7485246B2 (en) | 2004-05-19 | 2009-02-03 | Korea Atomic Energy Research Institute | Fabrication method of sintered duplex nuclear fuel pellet |
| KR101292995B1 (en) * | 2011-11-03 | 2013-08-02 | 한국수력원자력 주식회사 | B4C Burnable Poison for High Temperature Gas-cooled Reactor |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101100806B1 (en) * | 2009-12-08 | 2012-01-02 | 한국원자력연구원 | Candu fuel bundle loaded with burnable absorber |
| KR101286033B1 (en) * | 2013-02-08 | 2013-07-19 | 한국과학기술원 | Nuclear fuel assembly of research reactor |
| US11049625B2 (en) | 2016-11-25 | 2021-06-29 | Korea Advanced Institute Of Science And Technology | Nuclear fuel pellet with central burnable absorber |
| US11367537B2 (en) * | 2017-05-09 | 2022-06-21 | Westinghouse Electric Company Llc | Annular nuclear fuel pellets with central burnable absorber |
| KR102104711B1 (en) * | 2018-03-29 | 2020-04-24 | 한국과학기술원 | Sintered nuclear fuel pellet with localized burnable absorber |
| KR102128532B1 (en) | 2019-10-29 | 2020-06-30 | 한국과학기술원 | Disk-type Burnable Absorber for Nuclear Reactor Fuel |
-
1998
- 1998-05-15 KR KR1019980017480A patent/KR100281169B1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7485246B2 (en) | 2004-05-19 | 2009-02-03 | Korea Atomic Energy Research Institute | Fabrication method of sintered duplex nuclear fuel pellet |
| KR101292995B1 (en) * | 2011-11-03 | 2013-08-02 | 한국수력원자력 주식회사 | B4C Burnable Poison for High Temperature Gas-cooled Reactor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR19990085212A (en) | 1999-12-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2222837C2 (en) | Fuel assembly of seed-blanket modules for nuclear reactor (alternatives) | |
| JP3037717B2 (en) | Reactor fuel assembly | |
| US4636352A (en) | Nuclear fuel rod with burnable plate and pellet-clad interaction fix | |
| EP0418578B1 (en) | Fissionable nuclear fuel composition | |
| US4668468A (en) | Reactivity control of nuclear fuel pellets by volumetric redistribution of fissile, fertile and burnable poison material | |
| JP2663737B2 (en) | Fuel assembly | |
| KR100281169B1 (en) | Composite burnable absorber for reactivity control of nuclear fuel assembly | |
| Goldstein et al. | A comparison of gadolinia and boron for burnable poison applications in pressurized water reactors | |
| KR100773203B1 (en) | A nuclear fuel for use in a nuclear reactor | |
| US4678629A (en) | Nuclear fuel pellet containing gadolinia | |
| KR20180059399A (en) | Sintered nuclear fuel pellet with localized burnable absorber | |
| JP2017534864A (en) | Fuel assemblies for nuclear boiling water reactors | |
| US4832906A (en) | Fuel assembly | |
| JPH01277798A (en) | Nuclear reactor fuel assembly | |
| JP5355870B2 (en) | Nuclear reactor core | |
| JP2003107183A (en) | Mox fuel assembly for thermal neutron reactor | |
| RU42128U1 (en) | FUEL TABLET OF A NUCLEAR REACTOR NUCLEAR REJECTOR WITH A BURNING ABSORBER | |
| JPS63293489A (en) | Fuel assembly | |
| JP4313898B2 (en) | Fuel assembly | |
| JP2860615B2 (en) | Fuel assembly for plutonium firing | |
| JP5090687B2 (en) | PWR nuclear fuel rod-based BWR square nuclear fuel assembly manufacturing method and nuclear fuel assembly | |
| RU2077742C1 (en) | Neutron absorber for active core of water moderated nuclear reactor | |
| JPH041593A (en) | Fuel assembly | |
| JPH07234295A (en) | Reactor core | |
| JPS59147295A (en) | Fuel assembly |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| N231 | Notification of change of applicant | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20071101 Year of fee payment: 8 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |