SE500900C2

SE500900C2 - Fuel cartridge for boiling water reactor containing neutron absorbing material

Info

Publication number: SE500900C2
Application number: SE8300979A
Authority: SE
Inventors: Russell Lee Crowther; Dennis Bryson Townsend
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 1982-03-22
Filing date: 1983-02-22
Publication date: 1994-09-26
Also published as: SE8300979L; SE8300979D0; ES8404543A1; IT8320150A0; ES520007A0; JPH0378599B2; DE3308956C2; DE3308956A1; JPS58179392A; IT1160746B

Abstract

A configuration for a nuclear fuel cluster (15) for a nuclear reactor, which permits the clearance for the cold shutdown state to be maintained in conjunction with minimum impairment of the operating efficiency. The nuclear fuel cluster comprises a component made from fissile material, which is distributed over a substantial axial part of the cluster, as well as a component of neutron-absorbing material having an axial distribution which is characterised by concentration in a relatively short axial zone (65) (the control zone for the cold shutdown state), which corresponds to at least one section of the axial region of the maximum reactivity in the cold shutdown state. The axial distribution of the component made from neutron-absorbing material is characterised by additional concentration in an axial zone (62) (of the hot operating control zone). The component made from neutron-absorbing material is suitably inserted into at least a few of the fuel rods (57-G1, G2, G3, G4). The concentration in the control zone for the cold shutdown state can be at least partially created by one or more fuel rods (G2, G3) which have absorbers only in the control zone for the cold shutdown state. The concentration of the neutron-absorbing material in the control zone for the cold shutdown state can be supplemented by reduced fuel enrichment in the control zone for the cold shutdown state.

Description

500 900 högenergetiska neutroner. Förhållandet mellan den mängd klyvbart material som alstras, exempelvis Pu-239 och Pu-241, och förbrukat klyvbart material, exempelvis U-235, Pu-239 och Pu-241, benämns konversionsförhållandet. 500,900 high-energy neutrons. The ratio of the amount of fissile material generated, for example Pu-239 and Pu-241, to spent fissile material, for example U-235, Pu-239 and Pu-241, is called the conversion ratio.

Om reaktorn skall arbeta vid en konstant effektnivå, måste populationen av klyvningsgenererande neutroner vara konstant. Detta innebär, att varje klyvningsreaktion måste netto alstra en neutron, som i sin tur ger upphov till en efterföljande klyvningsreaktion, så att förloppet blir självunderhållande. Detta brukar uttryckas med att den effektiva multiplikationskonstanten keff måste vara lika med 1. Denna multiplikationskonstant avser hela reaktorn och måste alltså skiljas från den s.k. lokala eller oänd- liga multiplikationskonstanten k som nybildningen av - I neutroner i ett oändligt stort sygíem med samma egenska- per och sammansättning som ifrågavarande lokala del av reaktorn.If the reactor is to operate at a constant power level, the population of fission-generating neutrons must be constant. This means that each fission reaction must generate a net neutron, which in turn gives rise to a subsequent fission reaction, so that the process becomes self-sustaining. This is usually expressed by the fact that the effective multiplication constant keff must be equal to 1. This multiplication constant refers to the entire reactor and must therefore be separated from the so-called local or infinite multiplication constant k as the new formation of - In neutrons in an infinitely large sygeyem with the same properties and composition as the local part of the reactor in question.

Under drift utarmas det klyvbara materialet och en del av klyvningsprodukterna är själva neutronabsorberande eller "gifter". Med hänsyn härtill förses reaktorn normalt från början med ett överskott av kärnbränsle, som initialt medför en för hög reaktivitet. Av denna orsak erfordras ett styrsystem, som förmår hålla den effektiva multiplika- tionskonstanten på 1 under drift och att sänka den till under 1 då reaktorn skall avställas. Sådana styrsystem arbetar typiskt med neutronabsorberande material, som absorberar eller infångar neutroner utan att det sker någon klyvning. Åtminstone en del av det neutronabsorberande mate- rialet ingår i ett flertal selektivt manövrerbara styr- stavar, som skjuts upp från härdens botten i erforderlig omfattning för inreglering av dennas effektnivå och av effektfördelningen samt i och för avställning av reaktorn.During operation, the fissile material is depleted and some of the fission products are themselves neutron absorbing or "toxins". In view of this, the reactor is normally supplied from the beginning with an excess of nuclear fuel, which initially results in an excessively high reactivity. For this reason, a control system is required which is able to keep the effective multiplication constant at 1 during operation and to lower it to below 1 when the reactor is to be shut down. Such control systems typically work with neutron absorbing materials, which absorb or capture neutrons without any fission. At least a part of the neutron-absorbing material is included in a number of selectively manoeuvrable control rods, which are pushed up from the bottom of the core to the required extent to adjust its power level and the power distribution as well as to shut down the reactor.

En del av bränslestavarna kan innehålla brännbara absorp- tionsmaterial i och för minskning av behovet av mekanisk styrning. En sådan brännbar absorbator omvandlas genom soo 900 absorption av neutroner till ett material med lägre neutronabsorberande förmåga. Ett välkänt sådant material är gadolinium, vanligen i form av gadoliniumoxid. Dess udda isotoper, Gd-155 och Gd-157, har mycket höga infång- ningstvärsnitt för termiska neutroner. De brännbara absorbatorer som står till förfogande såsom konstruktions- material har emellertid en mycket hög restabsorptionsför- måga, betingad av absorbatorer med litet neutroninfång- ningstvärsnitt. Om man exempelvis använder gadolinium så- som brännbar absorbator, kommer isotoperna med högt tvär- snitt, Gd-155 och Gd-157, att snabbt förbrukas, medan en restabsorptionsförmåga kvarblir till följd av fortsatt neutroninfångning i isotoperna med jämna ordningsnummer, Gd-154, Gd-156 och Gd-158.Some of the fuel rods may contain combustible absorption materials in order to reduce the need for mechanical control. Such a combustible absorber is converted by soo 900 absorption of neutrons into a material with lower neutron absorbing ability. A well known such material is gadolinium, usually in the form of gadolinium oxide. Its odd isotopes, Gd-155 and Gd-157, have very high capture cross-sections for thermal neutrons. However, the combustible absorbers available as construction materials have a very high residual absorption capacity, due to absorbers with a small neutron capture cross section. If, for example, gadolinium is used as a combustible absorber, the high cross-sectional isotopes, Gd-155 and Gd-157, will be rapidly consumed, while a residual absorption capacity remains due to continued neutron capture in the isotopes with even sequence numbers, Gd-154. Gd-156 and Gd-158.

När sådana brännbara absorbatorer förekommer i till- räcklig koncentration, arbetar de självskärmande, dvs. när de utsätts för ett neutronflöde, sker neutronabsorp- tionen väsentligen vid deras utsida, så att volymen kommer att avtaga i radiell riktning i en takt som beror på koncen- trationen. Detta gör det möjligt att genom lämpligt val av antalet områden innehållande absorbatorer och av koncentra- tionen av absorbator i dessa områden åstadkomma en önskad variation av absorptionen inom en eller flera arbetscykler för reaktorn.When such combustible absorbers are present in sufficient concentration, they work self-shielding, ie. when they are exposed to a neutron flux, the neutron absorption takes place essentially at their outside, so that the volume will decrease in the radial direction at a rate that depends on the concentration. This makes it possible, by appropriate selection of the number of areas containing absorbers and of the concentration of absorber in these areas, to achieve a desired variation of the absorption within one or more operating cycles of the reactor.

Under drift kommer den procentuella andelen ångblåsor att öka i riktning uppåt, vilket får till följd att neutron- modereringen och effektutvecklingen varierar i vertikal led.During operation, the percentage of vapor bubbles will increase in the upward direction, with the result that neutron moderation and power development vary in the vertical direction.

Det är känt att kompensera detta genom att fördela brännbar absorbator på ett oregelbundet sätt i nämnda riktning. I sammanhanget hänvisas till US PS 3 799 839.It is known to compensate for this by distributing the combustible absorber in an irregular manner in said direction. In this context, reference is made to US PS 3,799,839.

När reaktorn är avställd och härden har svalnat, är emellertid situationen helt annorlunda. Då kommer hos en kokvattenreaktor härdens överdel att vara mer reaktiv än underdelen till följd av större produktion av Pu och mindre förbrukning av U-235 i överdelen. Vidare finns då inga ång- blåsor i överdelen. Ett typiskt myndighetskrav för drifts- 500 900 godkännande innebär att om vilken som helst av styrstavarna har fastnat i sitt ytterläge, så skall avställningsmargina- len motsvara en reaktivitetsminskning av minst 0,38% (keff skall vara mindre än O,9962). För att få en extra säkerhet ändras dessa värden i praktiken ofta till 1% resp. 0,99.However, when the reactor is shut down and the core has cooled down, the situation is completely different. Then, in a boiling water reactor, the upper part of the core will be more reactive than the lower part due to greater production of Pu and less consumption of U-235 in the upper part. Furthermore, there are then no steam bubbles in the upper part. A typical regulatory requirement for 500,900 operating approval means that if any of the control rods are stuck in their outer position, the shut-off margin shall correspond to a reactivity reduction of at least 0.38% (keff shall be less than 0,9962). In order to obtain extra security, these values are often changed in practice to 1% resp. 0.99.

Man kan visserligen jämna ut denna i vertikalled oregelbundna effektutveckling genom att placera större mängder brännbar absorbator i härdens undre partier, men om effektprofilen skall bli optimal vid maximieffekt, är det svårt att uppfylla ovannämnda säkerhetsmarginal vid avställning och kall härd. Man har därför ansett det nöd- vändigt att dimensionera härden så, att restvärdet av brännbar absorbator får ett överskott, vilket emellertid sker på bekostnad av den initiala anrikningen och höjer bränslebyteskostnaderna.Although it is possible to even out this in vertically irregular power development by placing larger amounts of combustible absorber in the lower parts of the core, but if the power profile is to be optimal at maximum power, it is difficult to meet the above safety margin during shutdown and cold hearth. It has therefore been considered necessary to dimension the core so that the residual value of combustible absorber has an excess, which, however, takes place at the expense of the initial enrichment and increases the fuel replacement costs.

Ytterligare ett problem är att gadoliniumoxid minskar bränslestavarnas värmeledningsförmåga och frigör mer klyv- ningsgaser. Bränslestavar, som innehåller gadoliniumoxid, är därför vanligen de stavar som i första hand begränsar bränslepatronens effekt, eftersom de måste nedklassas i effekthänseende, vilket ofördelaktigt påverkar lokala effektfördelningar. Hur stor nedklassning som erfordras beror på koncentrationen av gadoliniumoxid, men den inne- bär allvarliga problem i de fall höga koncentrationer er- fordras för uppfyllande av säkerhetskraven vid avställd, kall reaktor.Another problem is that gadolinium oxide reduces the thermal conductivity of fuel rods and releases more fission gases. Fuel rods, which contain gadolinium oxide, are therefore usually the rods that primarily limit the power of the fuel assembly, as they must be downgraded in terms of power, which adversely affects local power distributions. The degree of downgrading required depends on the concentration of gadolinium oxide, but it involves serious problems in cases where high concentrations are required to meet the safety requirements for a decommissioned, cold reactor.

Sammanfattningsvis gäller alltså att de fordringar som ställs på reaktorhärden under drift och vid avställ- ning verkar åt motsatta håll, vilket har försvårat kon- struktion av en härd med optimal konfiguration. Ändamålet med uppfinningen är att åstadkomma en bränslepatron, som gör det möjligt att med minimal upp- offring av driftverkningsgraden uppfylla säkerhetskraven vid avställning. Hos en bränslepatron enligt uppfinningen är restreaktiviteten i brännbara absorbatorer minskad, den erforderliga ursprungliga anrikningen är också mindre, son 900 det blir lättare att använda brännbara absorbatorer i hög koncentration och slutligen får man maximal flexibilitet vad beträffar fördelningen av sådana brännbara absorbato- rer i och för reglering av den axiella effektfördelningen.In summary, the requirements placed on the reactor core during operation and shutdown act in opposite directions, which has made it difficult to construct a core with an optimal configuration. The object of the invention is to provide a fuel assembly which makes it possible to meet the safety requirements during shutdown with minimal sacrifice of the operating efficiency. In a fuel assembly according to the invention, the residual reactivity in combustible absorbers is reduced, the required initial enrichment is also less, son 900 it becomes easier to use combustible absorbers in high concentration and finally one gets maximum flexibility regarding the distribution of such combustible absorbers in regulation of the axial power distribution.

Dessa fördelar uppnås medelst en bränslepatron, som förutom en komponent av klyvbart material, fördelat längs en avsevärd del av patronens längd, även innefattar en komponent av ett neutronabsorberande material, vars axiella fördelning kännetecknas av en stegring inom en relativt kort axiell zon benämnd ("styrzon för kall av- ställning"), motsvarande åtminstone en del av det axiella området för maximal reaktivitet vid kall avställning (där i detta tillstånd neutronflödet har ett toppvärde). Patro- nen har därför inom denna zon större koncentration av brännbar absorbator eller också innehåller densamma där- städes ett större antal i tvärriktningen fördelade sådana områden. Denna zon möjliggör minskning av mängden brännbar absorbator inom andra områden i härdens undre och mellersta partier. Härigenom kan den totala absorbatormängden i patronen minskas och absorbatorfördelningen optimeras.These advantages are achieved by means of a fuel assembly which, in addition to a component of fissile material, distributed along a considerable part of the length of the assembly, also comprises a component of a neutron absorbing material, the axial distribution of which is characterized by an increase within a relatively short axial zone. for cold storage "), corresponding to at least a part of the axial range for maximum reactivity in cold storage (where in this state the neutron flux has a peak value). The cartridge therefore has a greater concentration of combustible absorber within this zone or it also contains a larger number of such areas distributed in the transverse direction. This zone allows the reduction of the amount of combustible absorber in other areas in the lower and middle parts of the core. In this way, the total amount of absorber in the cartridge can be reduced and the absorber distribution optimized.

Den axiala fördelningen av den komponent som inne- håller neutronabsorberande material innefattar typiskt delar som sträcker sig utmed hela eller större delen av det klyvbara bränslet i och för axiell profilering av effekten. I regel är koncentrationen extra hög inom en axialzon, som motsvarar åtminstone en del av det axiella område som har maximal reaktivitet under drift. Denna sistnämnda zon, benämnd "styrzon för drift", är typiskt längre än styrzonen för kall avställning och belägen nära bränslepatronens botten.The axial distribution of the component containing neutron absorbing material typically includes parts that extend along all or most of the fissile fuel for axial profiling of the power. As a rule, the concentration is extra high within an axial zone, which corresponds to at least a part of the axial area which has maximum reactivity during operation. This latter zone, called the "control zone for operation", is typically longer than the cold zone control zone and located near the bottom of the fuel assembly.

Det neutronabsorberande materialet införlivas lämp- ligen med åtminstone några av bränslestavarna. Stegringen inom den kalla styrzonen kan åtminstone delvis åstadkommas genom att en eller flera bränslestavar bestyckas med absorba- tor endast inom denna zon. Vid användning av gadoliniumoxid kan koncentrationen härav vara högre i dessa stavar än i 500 900 de andra gadoliniumoxidhaltiga bränslestavarna, eftersom bidraget till det totala invändiga gastrycket blir litet.The neutron absorbing material is suitably incorporated with at least some of the fuel rods. The increase within the cold control zone can be achieved at least in part by equipping one or more fuel rods with an absorber only within this zone. When using gadolinium oxide, the concentration of this may be higher in these rods than in 500,900 the other gadolinium oxide-containing fuel rods, since the contribution to the total internal gas pressure is small.

Genom att bränslepatronen innehåller den största mängden brännbar absorbator inom den kalla zonen, maxime- ras absorbatorns avställningsverkan. Vidare befinner sig denna zon inom den del av härden som ur neutronsynpunkt är av mindre betydelse under drift, varför inverkan på den axiella effektfördelningen under drift blir minimal.Because the fuel assembly contains the largest amount of combustible absorber within the cold zone, the shut-off effect of the absorber is maximized. Furthermore, this zone is located within the part of the core which, from a neutron point of view, is of minor importance during operation, so that the effect on the axial power distribution during operation is minimal.

Härtill kommer att gadoliniumoxidens restabsorptionsförmåga inom zonen blir minimal i varmt tillstånd men maximal i kallt.In addition, the residual absorption capacity of gadolinium oxide within the zone will be minimal in the hot state but maximum in the cold.

De bränslestavar som endast har korta segment av gadoliniumoxid inom den kalla styrzonen kan placeras i sådana positioner inom bränslepatronen som normalt är för- bjudna för gadoliniumoxid, exempelvis diagonalt intill hörnstavarna, utan att detta får någon menlig inverkan på utvärderingen av instrumentvärden avseende förhållandena i härden liksom utan att detta medför krav på minskad an- rikning i dessa bränslestavar i och för skapande av ut- rymme för klyvningsgaser, som frigörs av gadoliniumoxiden.The fuel rods that have only short segments of gadolinium oxide within the cold control zone can be placed in such positions within the fuel assembly that are normally prohibited for gadolinium oxide, for example diagonally adjacent to the corner rods, without this having a detrimental effect on the evaluation of instrument values. without this entailing a requirement for reduced enrichment in these fuel rods in order to create space for fission gases, which are released by the gadolinium oxide.

Den förhöjda halten av neutronabsorberande material inom den kalla styrzonen kan kompletteras med en minskad bränsleanrikning därstädes. Denna minskning kan begränsas till sådana stavar som innehåller gadoliniumoxid, vilket förenklar tillverkningen. En minskad anrikning inom denna zon blir mer effektiv än en ökning av gadoliniumoxidhalten.The elevated content of neutron absorbing material within the cold control zone can be supplemented by a reduced fuel enrichment there. This reduction can be limited to rods containing gadolinium oxide, which simplifies manufacture. A reduced enrichment within this zone becomes more effective than an increase in the gadolinium oxide content.

Den av den minskade anrikningen förorsakade lägre reaktivi- teten uppträder under bränslepatronens hela närvaro i här- den, medan brännbara absorbatorer i första hand minskar reaktiviteten under den första bränslebytesperioden. För ett givet toppvärde på anrikningen kommer emellertid en minskning av anrikningen inom den kalla styrzonen att minska utbränningen och att allvarligare förvärra axiella effekttoppfenomen än vad som sker vid ökning av gadolinium- oxidhalten i denna zon. Av denna anledning är det fördelak- tigt att använda en kombination av anrikning och högre sou 900 halt av gadoliniumoxid.The lower reactivity caused by the reduced enrichment occurs during the entire presence of the fuel assembly in the core, while combustible absorbers primarily reduce the reactivity during the first fuel change period. For a given peak value on the enrichment, however, a decrease in the enrichment within the cold control zone will reduce the burn-out and more seriously aggravate axial power peak phenomena than what happens with an increase in the gadolinium oxide content in this zone. For this reason, it is advantageous to use a combination of enrichment and higher sou 900 content of gadolinium oxide.

Uppfinningen beskrives nedan med hänvisning till ritningen.The invention is described below with reference to the drawing.

Fig. 1 visar schematiskt en vattenkyld, vattenmodere- rad kärnreaktor.Fig. 1 schematically shows a water-cooled, water-moderated nuclear reactor.

Fig. 2 visar i horisontalvy schematiskt reaktorhärdens uppbyggnad.Fig. 2 schematically shows in horizontal view the structure of the reactor core.

Fig. 3 visar en bränslepatron i perspektivvy.Fig. 3 shows a fuel assembly in perspective view.

Fig. 4 visar en tvärsektion genom en bränslepatron.Fig. 4 shows a cross section through a fuel assembly.

Fig. 5A-5H visar sammansättningen i längdled av bränslepatroner enligt några utföringsformer av uppfinningen.Figs. 5A-5H show the longitudinal composition of fuel assemblies according to some embodiments of the invention.

Fig. 6A-6H visar sammansättningen i längdled hos bränslestavar, som innehåller gadoliniumoxid och som ingår i bränslepatronerna enligt fig. 5A-5G.Figures 6A-6H show the longitudinal composition of fuel rods containing gadolinium oxide and included in the fuel assemblies of Figures 5A-5G.

Fig. 7A är ett diagram över den relativa effektutveck- lingen hos reaktorn under drift.Fig. 7A is a diagram of the relative power development of the reactor during operation.

Fig. 7B visar den relativa effektutvecklingen vid kall, avställd reaktor och med en styrstav utdragen.Fig. 7B shows the relative power development at a cold, shut-off reactor and with a control rod extended.

Fig. 1 visar i längdsektion och schematiskt en vatten- kyld och vattenmodererad kokvattenreaktor. Reaktorsystemet har ett tryckkärl 11 med en reaktorhärd 12, nedsänkt i en kylvattenmoderator, exempelvis lätt vatten. I härden 12 finns ett flertal bränsleceller 13 omgivna av en ringmantel 14. Varje bränslecell består av fyra bränslepatroner eller bränsleknippen 15 och av en styrstav 16. Bränslecellerna hålls på avstånd från varandra av en övre platta 18 och en undre 19 och uppbärs nedtill av stöd 20. Styrstavarna kan selektivt införas mellan bränslepatronerna i och för reglering av härdens reaktivitet. Till varje styrstav hör ett rör 21, som bildar en styrning för staven i utdraget läge. Fig. 2 visar schematiskt hur bränslecellerna 13 är anordnade inom härden 12. En sådan härd innehåller typiskt ca. 300-900 bränslepatroner.Fig. 1 shows in longitudinal section and schematically a water-cooled and water-moderated boiling water reactor. The reactor system has a pressure vessel 11 with a reactor core 12, immersed in a cooling water moderator, for example light water. In the core 12 there are a plurality of fuel cells 13 surrounded by an annular jacket 14. Each fuel cell consists of four fuel assemblies or fuel bundles 15 and of a control rod 16. The fuel cells are spaced apart by an upper plate 18 and a lower 19 and supported at the bottom by supports 20. The control rods can be selectively inserted between the fuel assemblies to regulate the reactivity of the core. Each guide rod has a tube 21, which forms a guide for the rod in the extended position. Fig. 2 schematically shows how the fuel cells 13 are arranged within the core 12. Such a core typically contains approx. 300-900 fuel assemblies.

Den del av tryckkärlet 11 som befinner sig under här- den 12 avgränsar en förrådskammare 22 för kylmedel, medan delen ovanför härden innefattar en ångseparatorenhet 25. 500 900 Vid drift bringar en cirkulationspump 27 kylmedlet att cirkulera in i kammaren 22 och därifrån uppåt genom härden 12. Härvid upptar kylmedlet värme, som alstrats av klyvningsreaktionerna inuti härden. En del av kyl- medlet omvandlas till ånga, som passerar genom ångavskil- jaren 25 till en belastning, exempelvis en turbin 30. En kondensor 32 kondenserar utloppsångan och kondensatet återmatas av en returpump 35 till inloppssidan för cirku- lationspumpen 27.The part of the pressure vessel 11 which is below the hearth 12 delimits a storage chamber 22 for coolant, while the part above the hearth comprises a vapor separator unit 25. 500 900 In operation, a circulation pump 27 causes the coolant to circulate into the chamber 22 and thence upwards through the hearth 12 In this case, the coolant absorbs heat generated by the fission reactions inside the core. A part of the coolant is converted into steam, which passes through the steam separator 25 to a load, for example a turbine 30. A condenser 32 condenses the outlet steam and the condensate is fed back by a return pump 35 to the inlet side of the circulation pump 27.

Fig. 3 visar uppbyggnaden hos en bränslecell 13.Fig. 3 shows the structure of a fuel cell 13.

Styrstaven 16 är korsformad i tvärsektion, så att det bil- das flänsar 40, som var och en skjuter in mellan två var- andra närliggande bränslepatroner. Varje sådan bränsle- patron 15 innefattar ett flertal långsträckta bränsle- stavar 42, fasthållna mellan de övre och undre hållar- plattorna 45 resp. 46 med en omgivande flödeskapsel 48 av rektangulär tvärsektion. Varje bränsleelements undre ände har en nos 50 med öppningar 52, genom vilka kylvatten passerar in och fortsätter uppåt förbi bränslestavarna 42 inuti kapseln 48. Nosarna 50 passar in i motsvarande (icke visade) hylsor i stöden 20.The guide rod 16 is cross-shaped in cross section, so that flanges 40 are formed, each of which projects between two adjacent fuel assemblies. Each such fuel assembly 15 includes a plurality of elongate fuel rods 42, held between the upper and lower holding plates 45 and 45, respectively. 46 with a surrounding flow capsule 48 of rectangular cross section. The lower end of each fuel element has a nose 50 with openings 52, through which cooling water passes in and continues upwards past the fuel rods 42 inside the capsule 48. The noses 50 fit into corresponding sleeves (not shown) in the supports 20.

Varje bränslestav kan bestå av en cylindrisk kapsel, omslutande ett flertal sintrade bränslekutsar av anrikat uran och/eller plutoniumoxid. Anrikningsgraden varierar inom en och samma bränslepatron från stav till stav, typiskt inom ett intervall av ca. 0,7-5,0 vikts-% bränsle för åstadkommande av ett medeltal av approximativt 1,5-3,5. Naturligt uran har ett motsvarande värde av 0,7.Each fuel rod may consist of a cylindrical capsule, enclosing a plurality of sintered uranium enriched and / or plutonium oxide fuel tanks. The degree of enrichment varies within one and the same fuel assembly from rod to rod, typically within a range of approx. 0.7-5.0% by weight of fuel to give an average of approximately 1.5-3.5. Natural uranium has a corresponding value of 0.7.

Bränslestavarna kan ha en diameter av ungefär 25 mm och en längd av ungefär 4-5 m.The fuel rods can have a diameter of about 25 mm and a length of about 4-5 m.

Fig. 4 visar schematiskt fördelningen av bränsle- stavar i en bränslepatron enligt uppfinningen. Stavarna 42 är ordnade i en kvadrat med åtta stavar utmed varje sida, varvid två centrala platser upptas av vattenkanaler 55 (ibland benämnda "vattenstavar"). Tio av bränslestavarna, som försetts med beteckningen 57, innehåller en brännbar 500- 900 absorbator i form av gadoliniumoxid. Dessa stavar har inom cirkeln givits beteckningarna G1, G2, G3 eller G4. De åter- stående femtiotvå bränslestavarna innehåller inget gado- liniumoxid och inom deras cirklar finns ett tal, som anger viktsprocenten av U-235, i detta fall inom området 1,60-3,95%. Variationen ifråga om anrikningsgrad tvärs bränslepatronen 15 och de speciella platser på vilka sta- varna 57 placerats fastläggs enligt välkända kriterier, som inte kommer att beröras här, eftersom de inte utgör någon del av föreliggande uppfinning.Fig. 4 schematically shows the distribution of fuel rods in a fuel assembly according to the invention. The rods 42 are arranged in a square with eight rods along each side, two central locations being occupied by water channels 55 (sometimes referred to as "water rods"). Ten of the fuel rods, designated 57, contain a combustible 500-900 absorber in the form of gadolinium oxide. These rods have been given the designations G1, G2, G3 or G4 within the circle. The remaining fifty-two fuel rods do not contain gadolinium oxide and within their circles there is a number indicating the weight percentage of U-235, in this case in the range 1.60-3.95%. The variation in degree of enrichment across the fuel assembly 15 and the particular locations on which the rods 57 are placed are determined according to well known criteria, which will not be affected here, as they do not form part of the present invention.

Utformningen av stavarna G1-G4 bestämmer bränsle- patronens axiella effektprofil och styrkarakteristik vid kallavställning. Fig. 5A-5G visar sammansättningen hos bränslepatroner enligt sju olika utföringsformer, medan fig. 6A-6G visar sammansättningen hos bränslestavar, som innehåller gadoliniumoxid och används enligt dessa sju utföringsformer. Här bör observeras att en högre koncentra- tion av gadoliniumoxid inom en given axialzon kan uppnås antingen genom att man ökar antalet stavar med gadolinium- oxid inom denna zon eller genom att man inom ett givet antal stavar i zonen ökar dessas halt av gadoliniumoxid.The design of the rods G1-G4 determines the axial power profile and power characteristics of the fuel assembly during cold storage. Figures 5A-5G show the composition of fuel assemblies according to seven different embodiments, while Figures 6A-6G show the composition of fuel rods containing gadolinium oxide and used according to these seven embodiments. It should be noted here that a higher concentration of gadolinium oxide within a given axial zone can be achieved either by increasing the number of rods with gadolinium oxide within this zone or by increasing their content of gadolinium oxide within a given number of rods in the zone.

Vid de koncentrationer som används enligt uppfinningen (2-5 vikts-%) är hela mängden gadoliniumoxid självskärmande.At the concentrations used according to the invention (2-5% by weight), the entire amount of gadolinium oxide is self-shielding.

Fig. 5A illustrerar schematiskt sammansättningen i längdled hos en bränslepatron enligt en första utförings- form av uppfinningen. Bränslepatronens axiella längd är ca. 3,8 m, varvid 3,5 m upptas av en anrikad sektion 60 med 15 cm tjocka mantlar 59 av naturligt uran upptill och nedtill. Dessa mantlar kommer här inte att beskrivas vidare, utan den efterföljande redogörelsen avser enbart den anrikade sektionen 60.Fig. 5A schematically illustrates the longitudinal assembly of a fuel assembly according to a first embodiment of the invention. The axial length of the fuel assembly is approx. 3.8 m, 3.5 m being occupied by an enriched section 60 with 15 cm thick shells 59 of natural uranium at the top and bottom. These jackets will not be described further here, but the following description refers only to the enriched section 60.

Bränslepatronen innehåller gadoliniumoxid genom när- varo av stavar, som innehåller detta ämne. Avsikten är tvåfaldig, nämligen dels att ge en axiell effektprofil vid drift, dels att uppnå reglering av reaktiviteten vid kall avställning. För detta ändamål har bränslepatronen 500 900 förhöjd koncentration av gadoliniumoxid inom en avsevärd zon 62, som här benämns "varm styrzon vid drift" och en relativt kort zon 65, som benämns "kall styrzon vid av- ställning". Zonen 62 befinner sig vid eller nära bottnen för den anrikade sektionen 60, medan zonen 65 befinner sig nära överänden. Enligt denna utföringsform har zonerna 62 och 65 en längd av 137 resp. 30 cm. Sålunda sträcker sig den kalla styrzonen 65 vid avställning vid utföringsformen enligt fig. 5A/6A från 285-315 cm eller från 76-84% av den totala höjden på 375 cm av bränslet i bränslepatronen. Den förtätade zonen 62 har åstadkommits genom ökning av halten av gadoliniumoxid, medan zonen 65 bildats både genom ökad koncentration och genom ett större antal stavar innehållan- de gadoliniumoxid.The fuel assembly contains gadolinium oxide through the presence of rods containing this substance. The intention is twofold, namely to provide an axial power profile during operation, and to achieve regulation of the reactivity during cold shutdown. For this purpose, the fuel assembly 500 900 has an increased concentration of gadolinium oxide within a considerable zone 62, which is here referred to as "hot control zone during operation" and a relatively short zone 65, which is called "cold control zone during shutdown". Zone 62 is located at or near the bottom of the enriched section 60, while zone 65 is located near the upper end. According to this embodiment, the zones 62 and 65 have a length of 137 and 30 cm. Thus, when stopped in the embodiment of Figs. 5A / 6A, the cold control zone 65 extends from 285-315 cm or from 76-84% of the total height of 375 cm of the fuel in the fuel assembly. The densified zone 62 has been created by increasing the content of gadolinium oxide, while the zone 65 is formed both by increased concentration and by a larger number of rods containing gadolinium oxide.

Fig. 6A visar sammansättningen i längdled av stavar- na med gadoliniumxoid. Stavarna G1 och G4 har gadolinium- oxid fördelad inom hela den anrikade zonen 60, medan sta- varna G4 har en förhöjd halt inom varmstyrzonen 62 (4 jämfört med 2 vikts-%). Stavarna G4 har också en förhöjd halt av gadoliniumoxid (4 vikts-%) inom den kalla styrzonen 65, varvid en ytterligare mängd av gadoliniumoxid inom denna zon åstadkommes av stavarna G2 och G3, som har en hög halt (5 vikts-%) endast inom zonen 65. Inom parentes bör nämnas, att stavarna G2 och G3 kännetecknas av en något lägre halt av anrikat uran inom den kalla styrzonen 65. En signifikant lägre anrikningsgrad inom denna zon är visser- ligen ett kännetecken för några av de utföringsformer som nedan kommer att beskrivas men den lägre anrikningsgraden enbart i stavarna G2 och G3 medför endast en liten sänkning av medeltalet för hela bränslepatronen. Signifikant för denna utföringsform är endast, att det är fördelaktigt att tillverka bränslekutsar med en förutbestämd standardhalt av gadoliniumoxid och U-235.Fig. 6A shows the longitudinal composition of the rods with gadolinium oxide. Rods G1 and G4 have gadolinium oxide distributed throughout the enriched zone 60, while rods G4 have an elevated content within the hot control zone 62 (4 compared to 2% by weight). The rods G4 also have an elevated content of gadolinium oxide (4% by weight) within the cold control zone 65, an additional amount of gadolinium oxide within this zone being provided by the rods G2 and G3, which have a high content (5% by weight) only within zone 65. It should be mentioned in parentheses that the rods G2 and G3 are characterized by a slightly lower content of enriched uranium within the cold control zone 65. A significantly lower degree of enrichment within this zone is admittedly a characteristic of some of the embodiments which will be described below. is described, but the lower degree of enrichment only in the rods G2 and G3 results in only a small decrease in the average for the entire fuel assembly. Significant to this embodiment is only that it is advantageous to manufacture fuel pellets with a predetermined standard content of gadolinium oxide and U-235.

Den förhöjda halten av gadoliniumoxid i den kalla styrzonen 65 gör det möjligt att minska halten utanför soe 900 11 zonerna 65 och 62 för uppnående av önskad axiell effekt- profil. I tidigare kända bränslepatroner, som inte innefat- tade någon zon 65, skulle det ha varit nödvändigt att öka halten av gadoliniumoxid inom zonen 62 för att få denna axiella effektprofil. Vidare var det enligt känd teknik nödvändigt att för uppnående av en ökad marginal vid kall avställning öka mängden gadoliniumoxid inom alla axiella zoner för vidmakthållande av den axiella effektprofilen.The elevated content of gadolinium oxide in the cold control zone 65 makes it possible to reduce the content outside the solar 900 zones 65 and 62 to achieve the desired axial power profile. In prior art fuel assemblies, which did not include a zone 65, it would have been necessary to increase the content of gadolinium oxide within zone 62 to obtain this axial power profile. Furthermore, according to the prior art, in order to achieve an increased margin during cold shutdown, it was necessary to increase the amount of gadolinium oxide within all axial zones in order to maintain the axial power profile.

Fig. 5B illustrerar schematiskt sammansättningen i längdriktningen hos en bränslepatron enligt en andra ut- föringsform. Den skiljer sig från utföringsformen enligt fig. 5A genom att den varma styrzonen är något kortare (121 cm), medan den kalla zonen är längre (75 cm). Denna utföringsforms kalla styrzon vid avställning sträcker sig från 255-330 cm eller från 68-88% av bränslets höjd. Det skall också observeras, att halten av gadoliniumoxid i den kalla styrzonen inte ändras rätlinjigt utan stegvis, varvid en central del 67 har den största halten. Fig. 6B visar sammansättningen hos stavarna med gadoliniumoxid. Fördel- ningen inom den kalla zonen åstadkommas av stavarna G2 och G3 med en relativt kortare förtätad sektion än vad som gäller för stavarna G4.Fig. 5B schematically illustrates the longitudinal assembly of a fuel assembly according to a second embodiment. It differs from the embodiment according to Fig. 5A in that the hot control zone is slightly shorter (121 cm), while the cold zone is longer (75 cm). The cold control zone of this embodiment during storage extends from 255-330 cm or from 68-88% of the height of the fuel. It should also be noted that the content of gadolinium oxide in the cold control zone does not change rectilinearly but stepwise, with a central part 67 having the largest content. Fig. 6B shows the composition of the rods with gadolinium oxide. The distribution within the cold zone is achieved by the rods G2 and G3 with a relatively shorter densified section than that which applies to the rods G4.

Fig. 5C visar schematiskt sammansättningen hos en bränslepatron enligt en tredje utföringsform. Denna skiljer sig från fig. 5B genom att den kalla zonen 65, som sträcker sig från 225-330 cm eller från 68-88" av bränslet, har en längre sektion 68 med maximal halt av gadoliniumoxid. Av fig. 6C, som illustrerar halten i längdriktningen, framgår, att de förtätade segmenten inom stavarna G2 och G3 är längre än enligt fig. 5B och GB, vilket förklarar längd- skillnaden hos sektionen 68.Fig. 5C schematically shows the composition of a fuel assembly according to a third embodiment. This differs from Fig. 5B in that the cold zone 65, which extends from 225-330 cm or from 68-88 "of the fuel, has a longer section 68 with a maximum content of gadolinium oxide. Of Fig. 6C, which illustrates the content in the longitudinal direction, it appears that the densified segments within the rods G2 and G3 are longer than according to Figs. 5B and GB, which explains the length difference of the section 68.

Fig. 5D visar schematiskt sammansättningen enligt en fjärde utföringsform. Denna påminner närmast om fig. 5B men kännetecknas av en något kortare central sektion inom den kalla zonen. Den kalla styrzonen 65 vid avställning sträc- 500 900 12 ker sig från 270-333 cm eller från 72-88% av bränslehöjden.Fig. 5D schematically shows the assembly according to a fourth embodiment. This is most reminiscent of Fig. 5B but is characterized by a slightly shorter central section within the cold zone. The cold control zone 65 during shutdown extends from 270-333 cm or from 72-88% of the fuel height.

Fig. 6D visar sammansättningen hos bränslestavar innehål- lande gadoliniumoxid.Fig. 6D shows the composition of fuel rods containing gadolinium oxide.

Fig. 5E avser en femte utföringsform. Denna liknar närmast utföringsformen enligt fig. SD, varvid den kalla styrzonen 65 vid avställning sträcker sig från 270-330 cm eller från 72-88% av bränslets höjd, men fördelningen av gadoliniumoxid utanför zonerna 62 och 65 är något annorlun- da. Närmare angivet gäller, att medan enligt fig. 5A-5D det utanför styrzonen finns åtta gadoliniumoxidhaltiga stavar, av vilka fyra har en halt av 4% och fyra en halt av 2%, så föreligger enligt den femte utföringsformen åtta identiska stavar med halten 3%. Trots att alltså den absoluta halten är densamma, blir tillverknings- och utbränningsförhållan- dena annorlunda. Fig. 6E visar sammansättningen hos bräns- lestavar med gadoliniumoxid.Fig. 5E relates to a fifth embodiment. This is most similar to the embodiment according to Fig. SD, in which the cold control zone 65 during shutdown extends from 270-330 cm or from 72-88% of the height of the fuel, but the distribution of gadolinium oxide outside zones 62 and 65 is slightly different. More specifically, while according to Figs. 5A-5D there are eight gadolinium oxide-containing rods outside the control zone, four of which have a content of 4% and four a content of 2%, according to the fifth embodiment there are eight identical rods with a content of 3% . Even though the absolute content is the same, the manufacturing and burning conditions will be different. Fig. 6E shows the composition of fuel rods with gadolinium oxide.

Fig. 5F avser en bränslepatron enligt en sjätte utföringsform. Här har zonerna samma storlekar och för- delning av gadoliniumoxid som enligt fig. 5D. Anriknings- graden inom den kalla styrzonen 65 är emellertid väsentligt lägre i förhållande till anrikningsgraden utanför denna zon. Fig. 6F, som anger sammansättningen hos de gadolinium- oxidhaltiga bränslestavarna, utvisar att denna mindre anrikningsgrad uppnåtts genom förekomst av naturligt uran i de gadoliniumoxidrika sektionerna inom bränslestavarna G1-G4. Anrikningsgraden avtar inte linjärt utan stegvis på samma sätt som halten gadoliniumoxid varierar.Fig. 5F relates to a fuel assembly according to a sixth embodiment. Here the zones have the same sizes and distribution of gadolinium oxide as according to Fig. 5D. However, the degree of enrichment within the cold control zone 65 is significantly lower in relation to the degree of enrichment outside this zone. Fig. 6F, which shows the composition of the gadolinium oxide-containing fuel rods, shows that this lesser degree of enrichment has been achieved by the presence of natural uranium in the gadolinium oxide-rich sections within the fuel rods G1-G4. The degree of enrichment does not decrease linearly but gradually in the same way as the gadolinium oxide content varies.

Fig. 5G avser en sjunde utföringsform. Skillnaden gentemot fig. SF är endast att den varma styrzonen 62 är något längre. Denna skillnad har uppnåtts genom de ändring- ar av stavarna G4 som framgår av fig. 6G.Fig. 5G relates to a seventh embodiment. The difference from Fig. SF is only that the hot control zone 62 is slightly longer. This difference has been achieved by the changes of the rods G4 shown in Fig. 6G.

Enligt de ovan beskrivna utföringsformerna är vis- serligen halten av gadoliniumoxid hög inom zonen 62 i och för åstadkommande av en axiell effektprofil men härav följer inte, att en sådan utformning är en förutsättning 500 9ÛAÛ 13 för användning av en styrzon för kall avställning enligt uppfinningen. Fig. SH avser en åttonde utföringsform. Denna skiljer sig från de föregående sju därigenom, att fördel- ningen av gadoliniumoxid är jämn med undantag för en för- höjning i den kalla zonen 65, som sträcker sig från 255-315 cm eller från 68-84% av bränslehöjden. Fig. 6H, som avser bränslestavarna, utvisar att stavarna G1 och G4 har en jämn fördelning av gadoliniumoxidkomponenten, medan förhöjningen inom zonen 65 härrör från stavarna G2 och G3.According to the embodiments described above, it is true that the content of gadolinium oxide is high within the zone 62 in order to provide an axial power profile, but it does not follow that such a design is a prerequisite for using a cold storage control zone according to the invention. Fig. SH refers to an eighth embodiment. This differs from the previous seven in that the distribution of gadolinium oxide is even with the exception of an increase in the cold zone 65, which extends from 255-315 cm or from 68-84% of the fuel height. Fig. 6H, which relates to the fuel rods, shows that the rods G1 and G4 have an even distribution of the gadolinium oxide component, while the elevation within the zone 65 derives from the rods G2 and G3.

Skillnaden gentemot utföringsformen enligt fig. SC och 6C avser endast utformningen av stavarna G4.The difference with respect to the embodiment according to Figs. SC and 6C refers only to the design of the rods G4.

Den inverkan som den förhöjda halten av gadolinium- oxid i den kalla styrzonen 65 får vid avställning och vilken zon sträcker sig över ett område eller från 68-88% av höjden på bränslet i bränslepatronen, blir olika enligt de olika utföringsformerna och kommer också att variera beroende på reaktorns föregående drifthistoria. I fig. 7A visar kurvan 85 den relativa effekten som en funktion av nivåläget i axiell riktning hos en reaktor med bränsle- patroner enligt fig. 5A och 6A, som i början av cykeln drivs med samtliga styrstavar utdragna. Medeleffekten har givits jämförelsesiffran 1,0. För jämförelsens skull har också inritats en streckad kurva 86, som anger effektpro- filen vid jämn fördelning av gadoliniumoxid. Den förhöjda halten inom den heta styrzonen gör tydligen den axiella effektfördelningen något jämnare, medan förekomsten av en högre halt inom den kalla avställningszonen ger en liten reduktion därstädes.The effect that the elevated content of gadolinium oxide in the cold control zone 65 has during shutdown and which zone extends over a range or from 68-88% of the height of the fuel in the fuel assembly, will be different according to the different embodiments and will also vary. depending on the previous operating history of the reactor. In Fig. 7A, the curve 85 shows the relative power as a function of the level position in the axial direction of a reactor with fuel assemblies according to Figs. 5A and 6A, which at the beginning of the cycle are driven with all the control rods extended. The average effect has been given the comparison figure 1.0. For the sake of comparison, a dashed curve 86 has also been drawn, which indicates the power profile at even distribution of gadolinium oxide. The elevated content within the hot control zone apparently makes the axial power distribution somewhat more even, while the presence of a higher content within the cold shutdown zone gives a small reduction there.

I fig. 7B anger kurvan 88 den relativa effekten som en funktion av den axiella nivån inom en reaktorhärd, som är kall och avställd med samtliga styrstavar utom en in- förd. Den streckade kurvan 89 avser även här effektprofilen vid jämn fördelning av gadoliniumoxid i axiell riktning.In Fig. 7B, the curve 88 indicates the relative power as a function of the axial level within a reactor core, which is cold and set off with all the control rods except one inserted. The dashed curve 89 here also refers to the power profile at even distribution of gadolinium oxide in the axial direction.

Det skall observeras, att de absoluta neutronflödena enligt fig. 7B är ungefär sju storleksordningar lägre än enligt 500 900 14 fig. 7A (1o° neutroner/cmz/sek i kallt tillstånd jämfört med ” neutroner/cmﬂsek i hett tillstånd). Den förhöjda halten av gadoliniumoxid inom den kalla avställningszonen ger sig alltså tillkänna såsom en dramatisk minskning av neutronflöde och effektutveckling inom den kalla zonen 65 vid avställning.It should be noted that the absolute neutron flows according to Fig. 7B are approximately seven orders of magnitude lower than according to 500 900 14 Fig. 7A (10 ° neutrons / cm 2 / sec in the cold state compared to “neutrons / cm 2 ﬂ sec in the hot state). The elevated content of gadolinium oxide within the cold shutdown zone is thus manifested as a dramatic decrease in neutron flux and power development within the cold zone 65 during shutdown.

Valet av utföringsform styrs av de specifika drifts- förhållandena inom det aktuella kärnkraftverket, eftersom dessa förhållanden kraftigt påverkar kraven på kall av- ställning. I vissa fall erfordras hög kapacitetsfaktor och samtidigt följsamhet till ett tidsschema, som kan kräva snabb avställning med överskottsreaktivitet. Sådana krav kan exempelvis dikteras av föreskrifter om inspektions- intervall eller av säsongsmässiga variationer beträffande tillgång till alternativa kraftkällor, exempelvis vatten- kraft. I de fall då den mest begränsande situationen upp- träder vid arbetscykelns början, uppnår man tillräcklig styrning vid kall avställning genom att anordna en längre motsvarande styrzon eller ett större antal bränslestavar innehållande gadoliniumoxid. Under dessa förhållanden är det ett lämpligt tillvägagångssätt att minska uranhalten inom denna kalla zon. En sådan minskning får ungefär kons- tant inverkan under hela driftperioden, medan däremot inverkan från gadoliniumoxid varierar. Andra anläggningar arbetar med långa driftperioder, exempelvis då kostnaden för alternativ elkraft alltid är hög. I sådana fall är det lämpligt att öka koncentrationen av gadoliniumoxid i den kalla styrzonen för att en tillräckligt stor mängd skall finnas kvar i mitten av driftperioden och även nära dennas slut.The choice of embodiment is governed by the specific operating conditions within the nuclear power plant in question, as these conditions strongly affect the requirements for cold storage. In some cases, a high capacity factor and at the same time adherence to a time schedule is required, which may require rapid shutdown with excess reactivity. Such requirements can, for example, be dictated by regulations on inspection intervals or by seasonal variations regarding access to alternative power sources, such as hydropower. In cases where the most limiting situation occurs at the beginning of the work cycle, sufficient control is achieved during cold shutdown by arranging a longer corresponding control zone or a larger number of fuel rods containing gadolinium oxide. Under these conditions, it is an appropriate approach to reduce the uranium content within this cold zone. Such a reduction has an approximately constant effect throughout the operating period, while on the other hand the effect of gadolinium oxide varies. Other plants work with long operating periods, for example when the cost of alternative electricity is always high. In such cases, it is advisable to increase the concentration of gadolinium oxide in the cold control zone so that a sufficiently large amount remains in the middle of the operating period and also near its end.

Sammanfattningsvis kan sägas, att uppfinningsföre- målet utgörs av en bränslepatron med ett utförande, som kännetecknas av större marginaler för kall avställning samt av möjlighet att variera dessa marginaler med obetydlig inverkan på den axiella effektfördelningen och på rest- soo~9oo reaktivitet hos brännbar absorbator. Kraven på kall av- ställning och axiell effektprofil kan båda uppfyllas och optimeras genom kombinationer av utföringsformer enligt uppfinningen. Uppfinningen erbjuder alltså ett mycket flexibelt system och snabb anpassning till olika driftsför- hållanden, varvid endast de bränslestavar som innehåller gadoliniumoxid behöver ändras och ofta ej ens samtliga dessa.In summary, it can be said that the object of the invention consists of a fuel assembly with a design which is characterized by larger margins for cold storage and by the possibility of varying these margins with insignificant effect on the axial power distribution and on residual reactivity of combustible absorber. The requirements for cold adjustment and axial power profile can both be met and optimized by combinations of embodiments according to the invention. The invention thus offers a very flexible system and rapid adaptation to different operating conditions, whereby only the fuel rods containing gadolinium oxide need to be changed and often not even all of them.

De ovan beskrivna utföringsformerna är endast av- sedda att belysa, inte att begränsa, patentets skyddsområde enligt den generella uppfinningstanken. Som exempel kan nämnas, att enligt de utföringsformer där gadoliniumoxid- halten är förhöjd och anrikningsgraden minskad inom den kalla styrzonen, så är det inget villkor att dessa båda förändringsområden sammanfaller. Den högre halten av gado- liniumoxid kan förefinnas inom en första del av zonen och den mindre anrikningsgraden inom en andra del, som even- tuellt kan överlappa den första. På motsvarande sätt gäl- ler, att den visade fördelningen av bränslestavar med gadoliniumoxid i tvärriktningen inom en given bränslepatron är lämplig för omladdning, så kan en annan fördelning användas vid den första laddningen. Visserligen kan det vara bekvämt att minska antalet "specialstavar", som inne- håller gadoliniumoxid och har minskad anrikningsgrad, men det är inget absolut krav att så sker. Man kan exempelvis arbeta med en första uppsättning stavar, som har förhöjd halt av gadoliniumoxid i den kalla styrzonen, och med en andra uppsättning stavar, som har minskad anrikning inom 2011611 .The embodiments described above are only intended to illustrate, not to limit, the scope of protection of the patent according to the general inventive concept. As an example, it can be mentioned that according to the embodiments where the gadolinium oxide content is increased and the degree of enrichment is reduced within the cold control zone, it is not a condition that these two areas of change coincide. The higher content of gadolinium oxide may be present within a first part of the zone and the lower degree of enrichment within a second part, which may overlap the first. Correspondingly, if the distribution of fuel rods with gadolinium oxide shown in the transverse direction within a given fuel assembly is suitable for recharging, another distribution can be used for the first charge. Although it may be convenient to reduce the number of "special rods", which contain gadolinium oxide and have a reduced degree of enrichment, this is not an absolute requirement. One can, for example, work with a first set of rods, which has an increased content of gadolinium oxide in the cold control zone, and with a second set of rods, which has reduced enrichment by 2011611.

Claims

500 900 16 Patent claims

Fuel cartridge for boiling water reactors, containing a component of fissile material distributed along a considerable part of the length of the cartridge, and a component of a combustible, neutron absorbing material, for example gadolinium oxide, characterized in that the axial distribution of said neutron absorbing material within a given number of transversely distributed locations has elevated content within an axial zone (65), the axial extent of which amounts to 68-88% of the height dimension for fissile material in the fuel assembly, calculated from its bottom.

2. A fuel assembly according to claim 1, characterized in that the fissile material is substantially evenly distributed in the axial direction.