JPH0242388A - 沸騰水型原子炉の燃料装荷方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、コントロールセル炉心形式の沸騰水型原子炉
に好適な燃料装荷方法に係り、更に詳細には、コントロ
ールセルに配置される燃料集合体の、制御棒操作に伴な
う出力密度の変化を抑制する燃料装荷方法に関するもの
である。

［従来の技術］ 従来より沸騰水型原子炉の燃料装荷方法には、例えば特
公昭５８−４４２３７号に示されたようなコントロール
セル炉心が広く通用されている。

このコントロールセル炉心とは、低反応度の燃料集合体
四゛一体を特定の制御棒の周囲に配置して一つの単位の
コントロールセルとし、これを一定のパターンで炉心に
一様に配置したものである。この場合、原子炉運転中の
出力調整は、専ら上述の特定の制御棒のコントロールセ
ルへの挿入操作により行なわれる。

このような炉心構成を採ると、コントロールセルは低反
応度のため出力が低く、制御棒挿入操作を行なったとき
の出力変化も小さい。それ故、定の制御棒パターンを維
持しながら制御棒の挿入量を調整する操作、所謂制御棒
パターン調整が容易に行なえるという利点がある。

このような利点を有するコントロールセル炉心は、燃料
の健全性の確保、原子炉運転性能の向上という観点から
、今後も沸騰水型原子炉の燃料装荷方法の主流を占める
と考えられている。

ところで、コントロールセルに配置される燃料集合体は
、上述の通り低反応度のものであるが、従来は単に炉心
装荷後２または３運転サイクル経過して成る程度燃焼の
進んだ燃料集合体をコントロールセルに装荷しているに
すぎない。この場合、その初期濃縮度（新燃料濃縮度）
は、他の燃料集合体とは特に区別されていなかった。す
なわち、従来のコントロールセル炉心は、初期？＋Ｉ　
ＥＱ度の観点からは一種類の燃料からなる１ストリーム
燃料で構成されていた。

しかしながら、１ストリ一ム燃才４でコントロ−ルセル
炉心を構成すると、下記の理由により必ずしも燃焼の進
んだ燃料集合体がコントロールセルに配置されるとは限
らない。

（１）コントロールセルを構成する燃料集合体は、全炉
心の集合体の約１５％程度にすぎない。

方、現行の沸騰水型原子炉における燃料集合体の運転サ
イクル毎の燃料交換率は、約３０％である。従って、新
たに装荷された燃料集合体が後にコントロールセルに配
置される確率は、約５０％（１５／３０）である。

（２）２または３サイクル燃焼した集合体は、充分な原
子炉停止余裕の確保、出力分布平坦化を考慮すると、必
ずしも燃焼度の高い順にコントロールセルに配置できる
わけではな′い。

［発明が解決しようとする課題］ そのため従来では、コントロールセル炉心を構成しても
、実際には未だ燃焼率の低い燃料集合体がコントロール
セルに装荷されてしまう場合があった。

このように、あまり燃焼の進んでいない燃料集合体がコ
ントロールセルに配置されると、反応度調整のために制
御棒を深挿入から中間挿入とする場合、線出力密度（Ｉ
ｊｎｅａｒ　ｌ１ｅａｔ　Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｌｌａ
ｔｅ　；以下、ＬＨＧＲと略す）の上昇が大きくなって
しまう。この場合のＬＨＧＲの上昇について第３図及び
第４図を参照して説明する。

第３図には制御棒の引き抜きによる集合体軸方向出力分
布の変化が示されており、（Ａ）、（Ｂ）図ともに実線
は制御棒引き抜ぎ前、点線は制御棒引ぎ抜き後を示す。

今、第３図（Ｂ）に示すように制御棒を引き抜ぎ、挿入
量が減少すると、それまで制御棒が挿入されていたノー
ドの出力が第３図（Ａ）に示すように大幅に上昇してし
まう。

また、第４図には制御棒に隣接する燃料棒の、制御棒の
引き抜きによる出力ビーキングの変化が示されている。

図において、例えばｔｌで制御棒を挿入すると、その制
御棒に隣接する燃料ｍ（コーナーロッド）の燃焼度は抑
制される。そのため、制御棒を引き抜いたｔ２時に、前
記燃料棒の出力ビーキングが破線で示すように上昇する
という現象が生じる。この出力ビーキングの上昇現象を
制御棒ブレード履歴効果（Ｃｏｎｔｒｏｌ　　［１１ａ
　ｄ　ｅｌｌｉｓｔｏｒｙ　Ｅｆｆｅｃｔ　：以下、Ｃ
ＢＨ効果と略す）という。このＣＢＨ効果は、制御棒引
き抜き後は徐々に小さくなる。例えば、第４図の１ａで
制御棒を引き抜いたとすると、ＣＢＨ効果の大きさはａ
となり、その後減少する。

制御棒引き抜きの際は、上記集合体軸方向の出力上昇に
加えて、このＣＢＨ効果によりＬＨＧＲが上昇してしま
う。

このように従来の燃料装荷方法においては、優れた利点
を有するコントロールセル炉心を導入したにも係らず、
制御棒引き抜きの際にはＬＨＧＲ上昇という不都合を生
じるのが通例であった。

この発明は上述の状況に鑑みて成されたもので、その目
的とするところは、制御棒の引き抜きに伴なう出力ビー
キングの上昇を効果的に抑制し、コントロールセル炉心
本来の長所をより有効に発揮しつる沸騰水型原子炉の燃
料装荷方法を提供することである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、原子炉出力運転期間中に反応度調整の目的で
挿入引き抜きを行なう特定の制御棒の周囲に、比較的反
応度の低い複数の燃料集合体を配置したコントロールセ
ルを含むコントロールセル炉心配置を備えた沸騰水型原
子炉の燃料装荷方法において、 新たに炉心に装荷される燃料集合体を、ほぼ同数づつ装
荷されるべき第一と第二との濃縮度設計が相異なる二種
類の燃料集合体からなる２ストリーム構成とし、 前記第一の燃料集合体が、第１図に示すようにその上下
端部を除く軸方向の大部分についての濃縮度の分布を一
様とされ、 前記第二の燃料集合体が、第１図に示すようにその上下
端部を除く軸方向の大部分についての濃縮度の設計を上
下の二領域に分けられ、その上部領域の濃縮度は、その
下部領域及び前記第一の燃料集合体の濃縮度よりも低く
され、その下部領域の？Ｒ縮度は、前記第一の燃料集合
体の濃縮度以下とされ、 炉心に装荷されてから少なくとも２運転サイクル以上経
過した第二の燃料集合体をコントロールセルに配置する
ことにより上記課題を達成したものである。

なお、前記第一と第二の燃料集合体の濃縮度設計は、第
一の燃料集合体よりも第二の燃料集合体の濃縮度を低く
、すなわち反応度を低くすることを目的としている。こ
の目的を達成するためには、第１図に示した第一と第二
の燃料集合体の濃縮度設計例に代えて、第２図に示すよ
うに第二の燃料集合体の制御棒に隣接する部位のコーナ
ーロッドの上下端部を除く軸方向の上部または大部分に
ついての濃縮度が、第一の燃料集合体の前記隣接部位に
対応する部位のコーナーロッドの上下端部を除く軸方向
の上部または大部分についてｑ′）ｍ縮度よりも低くす
る設計を採る方法もある。

勿論、第１図と第２図に示された濃縮度設計を組合せて
第一と第二の燃料集合体を構成することも可能である。

すなわち、前記第一の燃料集合体が、その上下端部を除
く軸方向の大部分についての濃縮度の分布を−様とされ
、 前記第二の燃料集合体が、その上下端部を除く軸方向の
大部分についての濃縮度の設計を上下の二領域に分けら
れ、その上部領域の濃縮度は、その下部領域及び前記第
一の燃料集合体の濃縮度よりも低くされ、その下部領域
の濃縮度は、前記第一の燃料集合体の濃縮度以下とされ
、且つ前記第二の燃料集合体の制御棒に隣接する部位の
コーナーロッドの上下端部を除く軸方向の上部または大
部分についての濃縮度が、前記第一の燃料集合体の前言
己隣接部位に対応する部位のコーナーロッドの上下端部
を除く軸方向の上部または大部分についての濃縮度より
も低くされている設計としてもよい。

［作用］ 本発明に従えば、新たに炉心に装荷される燃料集合体に
は、濃縮度設計が相異なる第一と第二の二種類の燃料集
合体からなる２ストリーム構成が採用されている。そし
て、コントロニルセルには第二の燃料集合体が配置され
る。この第二の燃料集合体は、予め第一の燃料集合体よ
りも？ａ縮度が低く、すなわち反応度が低くされている
ため、制御棒引き抜きの際の出力上昇を抑制できる。

ところで、新たに装荷された燃料が後にコントロールセ
ルに配置される確率は、上述の通り約５０％である。従
って、２ストリーム構成の内訳は、第一と第二との燃料
集合体をほぼ同数づつとすればよい。

なお、第一と第二との燃料集合体の構成例としては、例
えは第１図に示されるものがある。この例では、軸方向
の濃縮度設計が−様な高濃縮度の第一の燃料集合体に対
して、第二の燃料集合体の濃縮度設計は、上部領域を低
濃縮度、下部領域を中濃縮度または高濃縮度とされてい
る。すなわち、上部領域の反応度が第一の燃料集合体に
対して予め低く設定されている。従って、この構成を採
用すると、制御棒引き抜きの際の軸方向上部の出力上昇
を抑制できる。

一方、第２図に示される構成においては、第二の燃料集
合体の制御棒に隣接する部位のコーナーロッドの′ａ縮
度が、第一の燃料集合体の対応部位のコーナーロッドの
濃縮度よりも低くされている。従って、この構成を採用
すると、制御棒引き抜きの際のＣＢＨ効果による出力上
昇を抑制できる。

なお、第１図と第２図に示された構成を組合せて第一と
第二の燃料集合体を構成した場合は、上述の二つの出力
上昇抑制効果を同時に奏することは述べるまでもない。

本発明の特徴と利点を一層明確にするために、好ましい
実施例について添付図面とともに説明すれば以下の通り
である。

［実施例〕 第１図及び第２図には、本発明に用いる第一と第二の燃
料集合体の濃縮度の設計例が示されている。何れの例に
おいても、コントロールセルには第二の燃料集合体を配
置するものとする。

第１図には、制御棒引き抜き時の集合体軸方向のＬＨＧ
Ｒ上昇を防ぐための設計例として、集合体軸方向につい
ての！Ｉ縮度の設計例が示されている。図において、 第一の燃料集合体ＩＡと第二の燃料集合体２Ａとの軸方
向の上下端部を除く大部分についての濃縮度は、上述の
作用ＩＩで説明した通りの設計となっている。

なお、集合体ＩＡ、ＩＢともに、その上下端部には天然
ウラン領域ＮＯが設けられている。

また第２図には、制御棒引き抜き時のＣＢＨ効果による
ＬＨＧＲ上昇を防ぐための設計例として、集合体平面方
向（横断面）についての濃縮度の設計例が示されている
。図において、第一の燃料集合体ＩＢ及び第二の燃料集
合体２Ｂの主要部の構成は従来公知の燃料集合体と同様
である。すなわち、Ｏ印で示される複数の燃料棒と、内
部に燃料物質を含まず中空で冷却水を流通する二本のつ
オータロラドＷとを正方格子状に配列して構成され、ジ
ルカロイ製のチャネルボックス３で外周を囲まれている
。

但し、本発明においては、第二の集合体２Ｂのコーナー
ロッド２２Ｂの濃縮度は、第一の集合体ＩＢの対応部位
のコーナーロッドＩＩＢに比して低いものとなっている
０例えば、Ｏ印で示される燃料棒の濃縮度が■−■の順
に低くなるものとすると、コーナーロッドＩＩＢの濃縮
度■に対して、コーナーロッド２２Ｂは濃縮度■となっ
ている。このコーナーロッド２２Ｂは、図に示すように
コントロールセルに挿入される十字形状の制御棒４に隣
接する部位に位置しているが、第２図には、コーナーロ
ッドＩＩＢの位置関係を明らかにするために、集合体２
Ｂ側にも制御棒４を破線で示しである。

この第２図に示した例において、制御棒４に隣接するコ
ーナーロッド２２Ｂの濃縮度は、例えば予想されるＣＢ
Ｈ効果が大きければ濃縮度を低めにするなど、炉心の運
転計画に対応して設計することが可能である。例えば、
コーナーロッド２２Ｂの出力ビーキングの上昇に対する
燃焼度の影響は、大ぎくても０　、０３　／　（Ｇ　ｗ
　ｄ　／　ｔ　）程度である。ここで、コントロールセ
ルにおける集合体の１サイクルでの燃焼度の増分を１０
０　ｗ　ｄ　／　ｔと仮定すると、コーナーロッド２２
Ｂの出力ビーキングの上昇は、ＣＢＨ効果により最大約
０．　３となる。コーナーロッド２２Ｂの濃縮度は、こ
の値を加えたコーナーロッドのピーキングと集合体内の
他の燃料棒の出力ビーキングの最大値（局所出力ビーキ
ング）を考慮して決定すればよい。

なお、上記実施例では、本発明に用いる第一と第二の燃
料集合体の濃縮度の設計例として、第１図と第２図に示
されるように集合体の平面方向と軸方向との二種類の設
計例を示したが、両設計を組合せた構成を採ってもよい
。

また、何れの例においても、少なくとも２サイクル以上
燃焼した第二の燃料集合体をコントロールセル炉心に配
置する。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、コントロールセル
に配置する第二の燃料集合体の濃縮度を、第一の燃料集
合体に比して予め低いものとしたため、制御棒を引き抜
く際の出力上昇を抑制できる。従って、燃料棒の健全性
が向上するが、これに起因して、原子炉出力を余り低下
することなく制御棒の引き抜き操作を行なうことが可能
となり、設備利用の効率化を図れる。また、あまり燃焼
の進んでいない第二の燃料集合体をコントロールセルに
配置することも可能となる。

この場合、第二の燃料集合体の軸方向上部の濃縮度の設
計が、第一の燃料集合体の濃縮度よりも低い構成を採る
と、上記出力上昇抑制は、集合体軸方向について有効で
ある。一方、第二の燃料集合体の制御棒に隣接するコー
ナーロッドのｆＱ縮度の設計が、第一の燃料集合体の対
応部位の濃縮度よりも低い構成を採ると、上記出力上昇
抑制は、ＣＢＨ効果に対して有効である。勿論、両設計
を組合せれば、上記出力上昇抑制は、集合体軸方向につ
いてもＣＢＨ効果に対しても有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に用いる第一と第二の燃料集合体の軸方
向設計例を示す説明図、第２図は本発明に用いる第一と
第二の燃料集合体の平面方向設計例を示す横断面図、第
３図〜第４図は従来の燃料装荷方法における燃料棒引き
抜きの際の出力変化を示す線図である。 ＩＡ、ＩＢ・・・第一の燃料集合体 ２Ａ、２Ｂ・・・第二の燃料集合体 ４・・・・・・・制御棒 １１Ｂ・・・・・第一の燃料集合体のコーナーロッド ２２Ｂ・・・・・第二の燃料集合体のコーナーロッド 代 理 人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、原子炉出力運転期間中に反応度調整の目的で挿入引
   き抜きを行なう特定の制御棒の周囲に、比較的反応度の
   低い複数の燃料集合体を配置したコントロールセルを含
   むコントロールセル炉心配置を備えた沸騰水型原子炉の
   燃料装荷方法において、 新たに炉心に装荷される燃料集合体を、ほぼ同数づつ装
   荷されるべき第一と第二との濃縮度設計が相異なる二種
   類の燃料集合体からなる２ストリーム構成とし、 前記第一の燃料集合体が、その上下端部を除く軸方向の
   大部分についての濃縮度の分布を一様とされ、 前記第二の燃料集合体が、その上下端部を除く軸方向の
   大部分についての濃縮度の設計を上下の二領域に分けら
   れ、その上部領域の濃縮度は、その下部領域及び前記第
   一の燃料集合体の濃縮度よりも低くされ、その下部領域
   の濃縮度は、前記第一の燃料集合体の濃縮度以下とされ
   、 炉心に装荷されてから少なくとも２運転サイクル以上経
   過した第二の燃料集合体をコントロールセルに配置する
   ことを特徴とする沸騰水型原子炉の燃料装荷方法。 ２、原子炉出力運転期間中に反応調整の目的で挿入引き
   抜きを行なう特定の制御棒の周囲に、比較的反応度の低
   い複数の燃料集合体を配置したコントロールセルを含む
   コントロールセル炉心配置を備えた沸騰水型原子炉の燃
   料装荷方法において、 新たに炉心に装荷される燃料集合体を、ほぼ同数づつ装
   荷されるべき第一と第二との濃縮度設計が相異なる二種
   類の燃料集合体からなる２ストリーム構成とし、 前記第二の燃料集合体の制御棒に隣接する部位のコーナ
   ーロッドの上下端部を除く軸方向の上部または大部分に
   ついての濃縮度が、前記第一の燃料集合体の前記隣接部
   位に対応する部位のコーナーロッドの上下端部を除く軸
   方向の上部または大部分についての濃縮度よりも低くさ
   れ、 炉心に装荷されてから少なくとも２運転サイクル以上経
   過した第二の燃料集合体をコントロールセルに配置する
   ことを特徴とする沸騰水型原子炉の燃料装荷方法。 ３、原子炉出力運転期間中に反応度調整の目的で挿入引
   き抜きを行なう特定の制御棒の周囲に、比較的反応度の
   低い複数の燃料集合体を配置したコントロールセルを含
   むコントロールセル炉心配置を備えた沸騰水型原子炉の
   燃料装荷方法において、 新たに炉心に装荷される燃料集合体を、ほぼ同数づつ装
   荷されるべき第一と第二との濃縮度設計が相異なる二種
   類の燃料集合体からなる２ストリーム構成とし、 前記第一の燃料集合体が、その上下端部を除く軸方向の
   大部分についての濃縮度の分布を一様とされ、 前記第二の燃料集合体が、その上下端部を除く軸方向の
   大部分についての濃縮度の設計を上下の二領域に分けら
   れ、その上部領域の濃縮度は、その下部領域及び前記第
   一の燃料集合体の濃縮度よりも低くされ、その下部領域
   の濃縮度は、前記第一の燃料集合体の濃縮度以下とされ
   、且つ前記第二の燃料集合体の制御棒に隣接する部位の
   コーナーーロッドの上下端部を除く軸方向の上部または
   大部分についての濃縮度が、前記第一の燃料集合体の前
   記隣接部位に対応する部位のコーナーロッドの上下端部
   を除く軸方向の上部または大部分についての濃縮度より
   も低くされ、 炉心に装荷されてから少なくとも２運転サイクル以上経
   過した第二の燃料集合体をコントロールセルに配置する
   ことを特徴とする沸騰水型原子炉の燃料装荷方法。