JPH03592B2 - - Google Patents
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- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
(1) 発明の技術分野
沸騰水形原子炉に関し、特に燃料交換の際に炉
心に装荷される新燃料集合体に関する。
(2) 従来技術
第1図ないし第9図を参照して説明する。
第1図および第2図には燃料棒1…を示す。
この燃料棒1…はジルコニウム合金製の燃料被
覆管2内に燃料ペレツト3…を収容し、上端およ
び下端を上部端栓4および下部端栓5で密封して
構成されている。
上記燃料ペレツト3…は酸化ウランの粉末を焼
結したものが使用される。
上記燃料被覆管2内上部にはガスプレナム6が
形成され核分裂生成ガスはこのガスプレナム6内
に溜るように構成されている。
また、このガスプレナム6内にはプレナムスプ
リング7が収容され、このプレナムスプリング7
によつて燃料ペレツト3…が下方に押圧され、こ
れら燃料ペレツト3…の軸方向の移動が規制され
ている。
そして、第3図および第4図に示す如くこれら
燃料棒1…と水棒8…は8行8列合計64本の格子
状に束ねられ、これら燃料棒1…と水棒8…の束
はチヤンネルボツクス9…内に収容され燃料集合
体10…が構成される。
冷却材には主に上記燃料集合体10…の下部タ
イプレート11からチヤンネルボツクス9…内に
流入して、上方に流れる。また、一部の冷却材は
燃料集合体10…間の間隙をやはり下方から上方
に流れる。
そしてこれら燃料集合体10…は第4図に示す
如く断面十字状の制御棒12…の周囲に4体が配
列され、単位格子13…が形成される。
そしてこれらの単位格子13…は第5図に示す
如く格子状に配列され、平面形状が円形に近い炉
心14が構成される。なお、第5図中ひとつのま
す目がひとつの単位格子13…を示し、単位格子
13…内の十字は制御棒12…を示す。
沸騰水形原子炉は燃料集合体10…を炉心に装
荷すると通常9ケ月〜12ケ月、最低でも6ケ月間
は連続的に定格熱出力で運転される。
そして、この期間すなわち1サイクル燃焼させ
たのち原子炉を停止し、燃焼済の燃料集合体10
…を取り出し、新しい燃料集合体を装荷し、次の
サイクルを燃焼させる。この燃料交換は燃料集合
体10…の全数を交換するのではなく、1回の交
換では燃料集合体10…の1/3〜1/4を交換する。
よつて燃料集合体10…は3〜4サイクルの間使
用される。
そして、燃料集合体10…の無限増倍率K∞は
燃焼が進むに従つて低下し、これによつて炉心1
4全体の実効増倍率Keffも低下してゆく。そし
て、上記の各サイクルを通して定格運転を可能と
するには各サイクルの末期においても炉心14全
体の実効増倍率Keffを1.0以上とする必要があり、
Keff−1.0を余剰反応度Kexと称する。
そして、上記新燃料集合体10…のウラン235
平均濃縮度eは1サイクル中にわたつて炉心14
の余剰反応度Kexを正に維持できるような値に設
計される。
ところで、燃料集合体10…の無限増倍率K∞
は燃焼の進行に伴つて減少してゆくので、サイク
ル末期においても炉心14の余剰反応度Kexが正
となるように新燃料集合体10…のウラン235平
均濃縮度を設定するとサイクル初期においては無
限増倍率K∞が高くなり過ぎ、サイクル初期にお
いて炉心14の余剰反応度Kexが過大となり、原
子炉を安全に停止させるための停止余裕が少なく
なり、安全性が小さくなる。
このため、一般には燃料ペレツト3…中に可燃
性毒物を混入することがなされる。この可燃性毒
物は一般にガドリニアGd2O3が用いられる。
この可燃性毒物は中性子を吸収して反応度を抑
制するとともに燃焼が進むと中性子吸収能力が低
下するもので、これを混入した新燃料集合体10
…の無限増倍率K∞は第6図に実線で示す如く燃
焼初期で比較的低く、燃焼の進行に伴つて増大し
てゆき、ある程度燃焼が進んで可燃性毒物の中性
子吸収能力がなくなると無限増倍率K∞はふたた
び低下してゆく。
そして、この無限増倍率K∞の増加する期間R
がちようど1サイクルの期間を等しくなるように
可燃性毒物の混入量等を設定し、新燃料集合体1
0…の無限増倍率K∞の増加が他の旧燃料集合体
10…の無限増倍率K∞の低下を補償するように
し、炉心14全体の余剰反応度Kexが第7図に示
す如く略一定となるようにしている。
ところで、上記1サイクルの期間は電力需要の
変化等によつて延長を要求されることがある。そ
して、この1サイクルの期間を延長するには燃料
交換で装荷される新燃料集合体10…の体数を増
加することによつてなされる。
しかし、この新燃料集合体10…は燃焼が進む
につれて無限増倍率K∞が増加してゆく。したが
つてこの新燃料集合体10…の装荷体数を予定よ
り増加すると燃焼の進行に伴つて第8図の実線に
示す如く炉心14の余剰反応度Kexが増大してゆ
き、サイクル末期においては余剰反応度Kexが過
大となつて停止余裕が小さくなる不具合を生じ
る。
このため、あらかじめ可燃性毒物の含有量の少
ないA燃料集合体と含有量のいB燃料集合体とを
用意しておくいわゆる2ストリーム方式が採用さ
れている。そして次の1サイクルの期間に変更が
ない場合にはA燃料集合体を新燃料集合体として
予定体数だけ装荷し、第8図の一点鎖線に示す如
く予定していた通り炉心14の余剰反応度を略一
定に維持する。また、次の1サイクルの期間が延
長された場合にはB燃料集合体を予定体数より多
く装荷する。そしてこのB燃料集合体は可燃性毒
物の含有量が多いので反応度抑制の効果が大きく
あらわれ、炉心14の余剰反応度Kexの変化は第
8図の破線で示す如くなり、サイクル末期におけ
る余剰反応度Kexの増大が低く抑えられ、必要な
停止余裕が確保される。
(3) 従来技術の問題点
従来の2ストリーム方式のA燃料集合体および
B燃料集合体は単に可燃性毒物の含有量を変えた
だけのものである。
したがつて、燃焼の進行に対する無限増倍率K
∞の変化はA燃料集合体では第9図の実線、B燃
料集合体では第9図の破線で示す特性なる。そし
て、無限増倍率K∞が増加する期間RにおけるB
燃料集合体の特性はA燃料集合体の特性を平行移
動しただけのものとなる。よつて、このB燃料集
合体を予定体数より多く炉心に装荷した場合の炉
心の余剰反応度の変化の特性は第8図の実線(A
燃料集合体を予定体数より多く装荷した場合)を
平行移動しただけのものとなる。よつて第8図か
らも明らかなようにサイクル初期とサイクル末期
の余剰反応度の変化は大きい。そして、この余剰
反応度の変化幅は装荷体数を増加する程大とな
る。
したがつて、装荷体数を予定体数よりあまり変
えることができず、サイクル期間の変更は±1ケ
月が限度である。
また、サイクル初期において炉心の余剰反応度
が小さくなるのでサイクル初期において炉心に挿
入される制御棒の本数が少なくなり、炉心の出力
や炉心内の出力分布の調整の自由度が減少する。
また、予定体数より多く装荷したB燃料集合体
はサイクル末期において無限増倍率K∞が最大と
なる。よつてこの次のサイクルの初期には無限増
倍率が最大となつた燃料集合体が多数存在するこ
とになり、この次のサイクルにおいて炉の停止余
裕に悪影響を与える。
(4) 発明の目的
1サイクルの期間の変更幅を増大するとともに
1サイクルの期間を変更した場合においてもサイ
クル中の炉心の余剰反応度の変動を少なくするこ
とを目的とする。
(5) 発明の構成
本発明は2ストリーム方式の燃料集合体におい
て、B燃料集合体のウラン235平均濃縮率、可燃
性毒物を含有する燃料棒の本数、燃料棒1本当り
の可燃性毒物の最大濃度、燃料集合体全体の可燃
性毒物の平均濃度をそれぞれA燃料集合体より大
としたものである。
よつてウラン235平均濃縮度の異なるA燃料集
合体とB燃料集合体を任意の割合で新燃料集合体
として装荷すれば、新燃料集合体の体数を変える
ことなく新燃料集合体全体としてのウラン235平
均濃縮度の平均値を変えることでき、1サイクル
の期間の変更幅を大きくすることができる。
また、B燃料集合体の可燃性毒物を含有した燃
料棒の本数、燃料棒1本当りの可燃性毒物の濃度
の最大値、燃料集合体当りの可燃性毒物の平均濃
度をA燃料集合体より大とし、これらA燃料集合
体およびB燃料集合体を新燃料集合体として炉心
に装荷した場合、炉心の余剰反応度の変化特性に
与える影響がA燃料集合体、B燃料集合体で互に
等しくなるようにし、炉心の余剰反応度の変動を
少なくしたものである。
(6) 発明の一実施例
第10図ないし第18図を参照して説明する。
第10図および第11図には燃料棒101…を
示す。この燃料棒101…はジルコニウム合金製
の燃料被覆管102内に燃料ペレツト103…を
収容し、上端および下端を上部端栓104および
下部端栓105で密封して構成されている。
上記燃料ペレツト103…は酸化ウランの粉末
を焼結したものが使用される。
上記燃料被覆管102内上部にはガスプレナム
106が形成され核分裂生成ガスはこのガスプレ
ナム106内に溜るように構成されている。
また、このガスプレナム106内にはプレナム
スプリング107が収容され、このプレナムスプ
リング107によつて燃料ペレツト103…が下
方に押圧され、これら燃料ペレツト103…の軸
方向の移動が規制されている。
そして、第12図および第13図に示す如くこ
れら燃料棒101…と水棒108…は8行8列合
計64本の格子状に束ねられ、これら燃料棒101
…と水棒108…の束はチヤンネルボツクス10
9…内に収容され燃料集合体110…が構成され
る。
冷却材は主に上記燃料集合体110…の下部タ
イプレート111からチヤンネルボツクス109
…内に流入し、上方に流れる。また、一部の冷却
材は燃料集合体10…間の間隙をやはり下方から
上方に流れる。
そしてこれら燃料集合体110…は第13図に
示す如く断面十字状の制御棒112…の周囲に4
体が配列され、単位格子113…が形成される。
そしてこれらの単位格子113…は第14図に
示す如く格子状に配列され、平面形状が円形に近
い炉心114が構成される。なお、第14図中ひ
とつのます目がひとつの単位格子113…を示
し、各単位格子113…内の十字は制御棒112
…を示す。
そして、上記炉心114内には燃料交換の際の
新燃料集合体としてA燃料集合体110…とB燃
料集合体110…とが装荷されており、これらA
燃料集合体110…およびB燃料集合体110…
は全体の1/4〜1/3の体数が装荷されている。
そして、これらA燃料集合体110…とB燃料
集合体110…とはウラン235平均濃縮度、可燃
性毒物すなわちガドリニアの含有量がそれぞれ異
なつている。
すなわち、A燃料集合体110…のウラン235
平均濃縮度をeA、ガドリニアを含有した燃料棒1
01…の本数をNA、燃料棒101…当りのガド
リニア濃度の最大値をρnaxA重量%、燃料集合体
当りのガドリニアの平均濃度をA重量%、最大
ガドリニア濃度の燃料棒101…の本数をN
(ρnaxA)とし、またB燃料集合体110…のウラ
ン235平均濃縮度をeB、ガドリニアを含有した燃
料棒101…の本数をNB、燃料棒101…当り
のガドリニア濃度の最大値をρnaxB重量%、燃料
集合体当りのガドリニア平均濃度をB重量%、
最大ガドリニア濃度の燃料棒101…の本数をN
(ρnaxBとしたとき、
eA<eB ………(1)
NA<NB ………(2)
ρnaxA<ρnaxB ………(3)
A<B ………(4)
N(ρnaxA)≦N(ρnaxB) ………(5)
となるように構成されている。
なお、上記ガドリニアは燃料棒101…の全長
にわたつて混入されている場合以外に、燃料棒1
01…の一部分だけに含有されている場合もあ
り、このような場合はガドリニアの混入されてい
る部分の長さと燃料棒101…の全長との割合で
燃料棒101…の本数とする。たとえば全長の1/
2の部分にガドリニアが混入されている場合は0.5
本と算定する。
さらに、上記の各値は次のような関係に設定さ
れている。
NB−NA=(eB−eA)/C1 ………(6)
0.25≦C1≦0.35 ………(6)′
ρnaxB−ρnaxA=(eB−eA)C2 ………(7)
5≦C2≦6 ………(7)′
そして、上記A燃料集合体110…とB燃料集
合体110…とは次のサイクルの期間に対応して
所定の割合で新燃料集合体として装荷されてい
る。たとえば次のサイクルの期間を最大とする場
合にはB燃料集合体110…のみを新燃料集合体
として装荷し、また次のサイクルの期間が最小の
場合にはA燃料集合体110…のみを新燃料集合
体として装荷し、次のサイクルの期間が最大と最
小の間である場合にはこの期間に対応してA燃料
集合体110…とB燃料集合体110…との割合
が設定される。なお、いずれの場合にも新燃料集
合体として装荷される体数の総数は一定である。
なお、サイクルの期間の最小を9ケ月、最大を
12ケ月と予定した場合、およびサイクルの期間の
最小を12ケ月、最大を15ケ月とした場合における
A燃料集合体110…およびB燃料集合体110
…の諸元の例を下表に示す。
【表】
次に、この一実施例の作用を説明する。
まず、燃料交換時にはA燃料集合体110…お
よびB燃料集合体110…を新燃料集合体として
炉心114に装荷する。
この場合、次のサイクルの予定期間に対応して
A燃料集合体110…とB燃料集合体110…の
割合を決定する。すなわち、A燃料集合体110
…のウラン235平均濃縮度eAは低く、またB燃料
集合体110…のウラン235平均濃度eBは高いも
のであるから、これらの割合を変えることにより
炉心114の余剰反応度を変えることができ、炉
心114の連続運転可能日数を変えることができ
る。たとえば第15図には炉心に装荷される全燃
料集合体数548体の80万kW級の沸騰水形原子炉
において新燃料集合体として200体を装荷する場
合、この200体中のB燃料集合体の割合(%)と
全出力で連続運転可能な日数との関係を示す。し
たがつて、次のサイクル期間を12ケ月すなわち
360日とすれば、このB燃料集合体110…の割
合を約83%とすればよく、このようにすればこの
期間の運転が可能であり、かつ炉心114の余剰
反応度を不必要に高くすることがない。そして、
この場合には従来のものと異なり新燃料集合体の
総数を変える必要がないので、サイクル期間の変
更幅を大きくすることができる。
また、ウラン235平均濃縮度が高いB燃料集合
体110…ではガドリニアを含有した燃料棒の本
数、燃料棒当りのガドリニア濃度の最大値、燃料
集合体当りのガドリニアの平均濃度等をいずれも
A燃料集合体110…より大としてあるので、こ
れによりA燃料集合体110…とB燃料集合体1
10…のウラン235平均濃縮度の差による無限増
倍率の差が補償される。したがつて、これらA燃
料集合体110…およびB燃料集合体110…を
炉心114に装荷した場合に炉心114の余剰反
応度に与える影響がA燃料集合体110…、B燃
料集合体110…で互に略等しくなり、B燃料集
合体110…の割合を変えても炉心114の余剰
反応度の変化特性があまり変らず、炉心114の
出力制御の自由度や炉の停止余裕を損なうことが
ない。
以下この作用を具体的に説明する。
すなわち、炉心114の余剰反応度に与える影
響をA燃料集合体110…、B燃料集合体110
…で互に等しくするには、まず燃焼初期における
A燃料集合体110…とB燃料集合体110…の
無限増倍率を等しくする必要がある。そして、こ
のような特性は可燃性毒物としてガドリニアを使
用した場合、前記(2),(6),(6)′式を満足すること
によつて得られる。
このガドリニア中のガドリニウムは強中性子吸
収体であり、自然界に存在するガドリニウムでも
約49000バーンの中性子吸収能力を有する。よつ
て燃料棒101…中のガドリニアの濃度が約2.0
重量%を超えるとこのガドリニアの中性子吸収能
力は飽和に達し、これ以上の濃度であつても中性
子吸収能力はほとんど変らない。そして、一般に
混入されるガドリニアの濃度は2.0重量%以上で
ある。よつて燃焼の初期においてはガドリニア混
入による燃料集合体の無限増倍率抑制効果はガド
リニアの濃度には比例せず、ガドリニアを含有し
た燃料棒101…の本数に比例する。
そして、この無限増倍率K∞の抑制効果はガド
リニアを含有した燃料棒1本当り約2.5%ΔK∞〜
3.2%ΔK∞である。また、このガドリニアの無限
増倍率抑制効果は燃料のウラン235濃縮度eにも
影響され、通常使用されるe=2.7〜3.5重量%の
範囲ではeの1%当り約9〜10%ΔK∞である。
よつて、燃焼初期においてA燃料集合体110
…のウラン235平均濃縮度eAとB燃料集合体11
0…のウラン235平均濃縮度eBの差Δe=eB−eAに
よる無限増倍率の差〔ΔK∞(Δe)〕は、ガドリ
ニアを含有した燃料棒101…の本数を等しいと
すれば
ΔK∞(Δe)=Δe・t(t=9〜10)
である。そしてこの無限増倍率の差〔ΔK∞
(Δe)〕をガドリニアを含有した燃料棒101の
本数の差ΔNによつて補償しようとすると、
ΔN=ΔK∞(Δe)/S(S=2.5〜3.2)
となる。よつて、
ΔN=Δe/(S/t)
ΔN=(eB−eA)/C1
となる。こここで、C1=S/tであるからC1=0.25
〜0.35となり、前記(6),(6)′式
NB−NA=(eB−eA)/C1 ………(6)
0.25≦C1≦0.35 ………(6)′
が導びかれる。よつて、この(6),(6)′式を満足し
ていれば燃焼初期においてA燃料集合体110…
とB燃料集合体110…の無限増倍率を等しくす
ることができる。
また、炉心114の余剰反応度に与えるA燃料
集合体110…とB燃料集合体110…の影響を
等しくするには燃焼の進行に伴つて増大する無限
増倍率の最大値も等しくしなければならない。そ
して、この最大値を等しくするには前記(3)、(4)、
(5)、(7)、(7)′式を満足することによつてなされる。
以下その理由を説明する。
まず、B燃料集合体110…のガドリニアの平
均濃度B、燃料棒1本当りのガドリニア最大濃
度ρnaxBをいずれもA燃料集合体110…と等し
くしたと仮定する。この場合のB燃料集合体11
0…の無限増倍率の変化特性を第16図に実線で
示す。なお第16図の一点鎖線はA燃料集合体1
10…の無限増倍率の変化特性である。そして、
前述した如くB燃料集合体110…のガドリニア
を含有した燃料棒101…の本数NBを増すこと
により燃焼初期においてはA燃料集合体110…
とB燃料集合体110…の無限増倍率を等しくで
きる。しかし、燃焼の進行に伴つてガドリニアの
中性子吸収能力は減少してゆくので、燃焼が進行
するに従つてA燃料集合体110…とB燃料集合
体110…のウラン235平均濃縮度eA、eBの差に
より無限増倍率に差が生じ、無限増倍率の最大値
にh1の差が生じる。そして、この無限増倍率が最
大に達した際の燃焼度すなわちガドリニアの効果
がなくなつた時点以降は燃焼の進行によるウラン
235の減損によつて無限増倍率が低下しているが、
その低下率はウラン235平均濃縮度にはあまり影
響されない。よつてこの無限増倍率の最大値の差
h1はその後もあまり変らず、任意の燃焼度におけ
るA燃料集合体110…とB燃料集合体110…
の無限増倍率の差h2は上記h1に略等しい。よつ
て、A燃料集合体110…とB燃料集合体110
…がある無限増倍率に達するまでの燃焼度にはl
なる遅れが生じる。そして、そもそもA燃料集合
体110…とB燃料集合体110…のウラン235
平均濃縮度eA、eBに差をもたせたのはB燃料集合
体110…にこのような燃焼度的な遅れをもたせ
ることにより新燃焼集合体の総装荷体数を変えず
にサイクル期間の変更幅を増大させるものであ
り、この遅れlは必要な特性である。しかし、上
記の無限増倍率の最大値の差h1は1サイクル中の
炉心114の余剰反応度の変動幅を大きくしてし
まうので、このh1は小さくしなければならない。
そして、このh1を小さくするにはA燃料集合体1
10…とB燃料集合体110…のガドリニア平均
濃度A、Bを
A<B ………(4)
とすることにより達成できる。
ところで、ガドリニアは燃焼の進行に伴つて中
性子吸収能力が低下し、遂には中性子吸収能力が
なくなるが、この中性子吸収能力がなくなるまで
の期間すなわち中性子吸収能力持続期間は燃料棒
1本当りのガドリニア最大濃度に比例する。した
がつて燃料集合体当りのガドリニア平均濃度を上
記(4)式の如く設定しただけではB燃料集合体11
0…中のガドリニアの中性子吸収能力持続期間は
A燃料集合体110…と等しくなつてしまい、B
燃料集合体110…の無限増倍率が最大に達する
期間はA燃料集合体110…と等しくなつてしま
う。そして、このB燃料集合体110…は1サイ
クルの期間を延長するために装荷されるものであ
るからこのB燃料集合体110…の無限増倍率が
最大に達するまでの期間がA燃料集合体110…
と等しければ1サイクルの期間を延長しようとし
てもこのサイクルの末期に至る前にA燃料集合体
110…、B燃料集合体110…がともに無限増
倍率が最大となり、その後は無限増倍率が減少し
てゆくので炉心114の余剰反応度がサイクル末
期に至る前に低下してしまい、結局サイクル期間
の延長ができない。したがつて、このB燃料集合
体110…の無限増倍率が最大に達する期間はA
燃料集合体110…に対してlだけ遅らせる必要
がある。そして、このlなる遅れをもたせるには
B燃料集合体110…の燃料棒101…当りのガ
ドリニア濃度の最大値ρnaxBをA燃料集合体11
0…のρnaxAに対して
ρnaxA<ρnaxB ………(3)
としてやればよい。
また、この場合上記の効果を確実なものとする
ため、B燃料集合体110…におけるガドリニア
濃度最大の燃料棒の本数N(ρnaxB)をA燃料集合
体110…のN(ρnaxA)に対して
N(ρnaxA)≦N(ρnaxB) ………(5)
とすることが好ましい。
さらに、具体的にはガドリニアの中性子吸収能
力持続期間ガドリニア濃度2〜5重量%の範囲で
はガドリニア濃度1%当り燃焼度2GWd/Tであ
る。また、ウラン235平均濃縮度eの差による燃
焼度の遅れlは、ウラン235平均濃縮度が3.2〜
4.0重量%の範囲ではウラン235平均濃縮度差0.1
重量%当り約1.0〜1.2GWd/Tである。
そして、上記ガドリニアの最大濃度差により無
限増倍率が最大となる時期の遅れをΔE1とする
と、
ΔE1=(ρnaxB−ρnaxA)・f
f≒2.0
となる。
また、ウラン235平均濃縮度の差に対応する燃
焼度差ΔE2は
ΔE2=(eB−eA)・g
g=10〜12
である。よつてガドリニアの最大濃度差によつて
無限増倍率が最大となる時期をウラン235平均濃
縮度の差に対応した遅れlだけ遅らせるには
ΔE1=ΔE2
とすればよく、よつて
(ρnaxB−ρnaxA)・f=(eB−eA)・g
よつて
ρnaxB−ρnaxA=(eB−eA)・g/f
=(eB−eA)・C2 ………(7)
となる。ここで
C2=g/f
であるから
5≦C2≦6 ………(7)′
となる。
よつて上記(3)、(4)、(5)、(7)、(7)′式を満足すれ
ば炉心114の余剰反応度に与える影響をA燃料
集合体110…とB燃料集合体110…とで等し
くすることができる。
なお、第17図には実際のA燃料集合体110
…とB燃料集合体110…の燃焼度の進行に対す
る無限増倍率の変化特性を示し、第17図中実線
がA燃料集合体110…、破線がB燃料集合体1
10…を示す。この第17図からも明らかなよう
に、A燃料集合体110…とB燃料集合体110
…の無限増倍率は燃焼初期で略等しく、また最大
値も互に略等しく、さらに無限増倍率の変化もB
燃料集合体110…ではウラン235平均濃縮度の
差に対応した燃焼度分だけ一様に遅れている。
したがつて、第18図に示す如くA燃料集合体
110…だけを新燃料集合体として炉心114に
装荷すれば炉心114の余剰反応度の変化特性は
第18図の実線で示す如くなり、またB燃料集合
体110…のみを新燃料集合体として炉心114
に装荷すれば炉心114の余剰反応度の変化特性
は第18図の破線で示す如くなる。
よつて、このA燃料集合体110…とB燃料集
合体110…の体数の割合を変えれば装荷する新
燃料集合体の総体数を変えずに連続運転可能期間
すなわちサイクル期間をP1、P2の間で任意に変
更できる。そしてこの場合A燃料集合体110…
とB燃料集合体110…が炉心114の余剰反応
度の変化特性に与える影響は互に等しいので、炉
心114の余剰反応度の変動はいずれの場合にも
きわめて少ない。
(7) 発明の効果
本発明はB燃料集合体のウラン235平均濃縮度
をA燃料集合体より大きくしたので、新燃料集合
体として装荷するA燃料集合体とB燃料集合体の
体数の割合を変えれば新燃料集合体の総数を変え
ずにサイクル期間を変更することができる。よつ
て新燃料集合体の装荷体数の変化に伴う不具合を
生じることがなく、サイクル期間の変更幅を増大
することができる。
また、B燃料集合体では可燃性毒物を含有する
燃料棒の本数、燃料棒当りの可燃性毒物の最大濃
度、燃料集合体当りの可燃性毒物の平均濃度をそ
れぞれA燃料集合体より大とし、ウラン235平均
濃縮度の差による特性の差を補償し、これらA燃
料集合体およびB燃料集合体が炉心の余剰反応度
の変動特性に与える影響を互に等しくしてある。
よつてA燃料集合体とB燃料集合体の装荷体数の
割合が変化しても炉心の余剰反応度の変動特性に
差が生ずることがなく、炉心の余剰反応度の変動
を常に小さく抑えることができ、炉心の出力制御
等の自由度を損なうことがなく、炉心の特性が安
定するものである。 [Detailed Description of the Invention] (1) Technical Field of the Invention The present invention relates to boiling water nuclear reactors, and particularly to new fuel assemblies loaded into the reactor core during fuel exchange. (2) Prior Art This will be explained with reference to FIGS. 1 to 9. A fuel rod 1 is shown in FIGS. 1 and 2. The fuel rods 1 are constructed by accommodating fuel pellets 3 in a fuel cladding tube 2 made of zirconium alloy, and sealing the upper and lower ends with an upper end plug 4 and a lower end plug 5. The fuel pellets 3 used are sintered uranium oxide powder. A gas plenum 6 is formed in the upper part of the fuel cladding tube 2, and the fission product gas is configured to accumulate in the gas plenum 6. Further, a plenum spring 7 is housed in this gas plenum 6, and this plenum spring 7
The fuel pellets 3 are pressed downward, and movement of these fuel pellets 3 in the axial direction is restricted. As shown in Figs. 3 and 4, these fuel rods 1 ... and water rods 8 ... are bundled into a total of 64 grids in 8 rows and 8 columns. The fuel assemblies 10 are accommodated in channel boxes 9 and constitute fuel assemblies 10 . The coolant mainly flows into the channel boxes 9 from the lower tie plates 11 of the fuel assemblies 10 and flows upward. Also, some of the coolant flows through the gaps between the fuel assemblies 10 from below to above. As shown in FIG. 4, four of these fuel assemblies 10 are arranged around a control rod 12 having a cross-shaped cross section to form a unit grid 13 . These unit lattices 13 are arranged in a lattice shape as shown in FIG. 5, forming a core 14 whose planar shape is nearly circular. In addition, each square in FIG. 5 indicates one unit cell 13 ..., and the cross within the unit cell 13... indicates the control rod 12.... When a boiling water reactor is loaded with fuel assemblies 10 into the reactor core, it is normally operated continuously at the rated thermal output for 9 to 12 months, and for at least 6 months. After this period, that is, one cycle of combustion, the reactor is stopped and the burned fuel assembly 10 is
... is removed, a new fuel assembly is loaded, and the next cycle is fired. In this fuel exchange, not all of the fuel assemblies 10 ... are replaced, but 1/3 to 1/4 of the fuel assemblies 10 ... are replaced at one time.
Therefore, the fuel assembly 10 is used for 3 to 4 cycles. Then, the infinite multiplication factor K∞ of the fuel assembly 10 ... decreases as combustion progresses, and as a result, the core 1
The effective multiplication factor Keff of all 4 also decreases. In order to enable rated operation through each cycle described above, the effective multiplication factor Keff of the entire core 14 must be 1.0 or more even at the end of each cycle.
Keff−1.0 is called surplus reactivity K ex . And the uranium 235 of the new fuel assembly 10 ...
The average enrichment e is the core 14 during one cycle.
The surplus reactivity K ex is designed to a value that can be maintained positive. By the way, the infinite multiplication factor K∞ of the fuel assembly 10 ...
decreases as combustion progresses, so if the average enrichment of uranium 235 in the new fuel assembly 10 is set so that the surplus reactivity K ex of the core 14 is positive even at the end of the cycle, then at the beginning of the cycle The infinite multiplication factor K∞ becomes too high, the surplus reactivity K ex of the reactor core 14 becomes excessive in the early stage of the cycle, and the shutdown margin for safely stopping the reactor decreases, reducing safety. For this reason, burnable poison is generally mixed into the fuel pellets 3. Gadolinia Gd 2 O 3 is generally used as this burnable poison. This burnable poison absorbs neutrons and suppresses reactivity, and as combustion progresses, the neutron absorption capacity decreases .
As shown by the solid line in Figure 6, the infinite multiplication factor K∞ of ... is relatively low at the beginning of combustion, increases as combustion progresses, and becomes infinite when combustion progresses to a certain extent and the neutron absorption capacity of the burnable poison is exhausted. The multiplication factor K∞ decreases again. Then, the period R during which this infinite multiplication factor K∞ increases
The amount of burnable poison mixed in is set so that the period of one cycle is equal, and the new fuel assembly 1
The increase in the infinite multiplication factor K∞ of 0... compensates for the decrease in the infinite multiplication factor K∞ of other old fuel assemblies 10..., so that the excess reactivity K ex of the entire core 14 becomes approximately as shown in FIG. I try to keep it constant. Incidentally, the period of one cycle may be required to be extended due to changes in power demand, etc. The period of one cycle can be extended by increasing the number of new fuel assemblies 10 loaded during fuel exchange. However, as the combustion progresses in this new fuel assembly 10 , the infinite multiplication factor K∞ increases. Therefore, if the number of loaded new fuel assemblies 10 is increased more than planned, as combustion progresses, the excess reactivity K ex of the core 14 will increase as shown by the solid line in Figure 8, and at the end of the cycle This causes a problem in which the excess reactivity K ex becomes excessive and the stop margin becomes small. For this reason, a so-called two-stream system is adopted in which a fuel assembly A containing a small amount of burnable poison and a fuel assembly B containing a large amount of burnable poison are prepared in advance. If there is no change in the period of the next cycle, the planned number of A fuel assemblies are loaded as new fuel assemblies, and the reactor core 14 reacts as planned, as shown by the dashed line in Figure 8. Maintain the temperature approximately constant. Furthermore, if the period of the next cycle is extended, more B fuel assemblies are loaded than the planned number. Since this B fuel assembly has a high content of burnable poisons, the effect of suppressing the reactivity is large, and the change in the surplus reactivity K ex of the core 14 is as shown by the broken line in Figure 8, and the surplus reactivity at the end of the cycle is The increase in reactivity K ex is suppressed to a low level, and the necessary shutdown margin is secured. (3) Problems with the prior art The conventional two-stream type fuel assemblies A and B only have different contents of burnable poisons. Therefore, the infinite multiplication factor K for the progress of combustion
The change in ∞ is the characteristic shown by the solid line in FIG. 9 for the A fuel assembly and the broken line in FIG. 9 for the B fuel assembly. Then, B in the period R during which the infinite multiplication factor K∞ increases
The characteristics of the fuel assembly are simply the characteristics of the A fuel assembly shifted in parallel. Therefore, the characteristics of the change in the surplus reactivity of the reactor core when more B fuel assemblies than the planned number are loaded into the reactor core are shown by the solid line (A) in Figure 8.
When more fuel assemblies are loaded than the planned number), it is simply a parallel movement of the fuel assemblies. Therefore, as is clear from FIG. 8, there is a large change in the surplus reactivity between the beginning of the cycle and the end of the cycle. The range of change in this surplus reactivity increases as the number of loaded bodies increases. Therefore, the number of loaded objects cannot be changed much more than the planned number, and the cycle period can only be changed by ±1 month. In addition, since the surplus reactivity of the core decreases in the early stage of the cycle, the number of control rods inserted into the core decreases in the early stage of the cycle, and the degree of freedom in adjusting the core output and the power distribution within the core decreases. Furthermore, the infinite multiplication factor K∞ of the B fuel assembly loaded in a larger number than the planned number reaches its maximum at the end of the cycle. Therefore, at the beginning of the next cycle, there will be a large number of fuel assemblies with the maximum infinite multiplication factor, which will have a negative impact on the shutdown margin of the reactor in the next cycle. (4) Purpose of the invention The purpose of the invention is to increase the range of changes in the period of one cycle and to reduce fluctuations in the surplus reactivity of the reactor core during the cycle even when the period of one cycle is changed. (5) Structure of the Invention The present invention provides a two-stream type fuel assembly in which the average enrichment rate of uranium 235 of the B fuel assembly, the number of fuel rods containing burnable poison, and the amount of burnable poison per fuel rod are determined. The maximum concentration and the average concentration of burnable poison in the entire fuel assembly are both higher than those in fuel assembly A. Therefore, if A fuel assemblies and B fuel assemblies with different average enrichments of uranium-235 are loaded as a new fuel assembly at an arbitrary ratio, the total number of new fuel assemblies as a whole can be increased without changing the number of new fuel assemblies. The average value of the uranium-235 average enrichment can be changed, and the range of change in the period of one cycle can be increased. In addition, the number of fuel rods containing burnable poisons in fuel assembly B, the maximum concentration of burnable poisons per fuel rod, and the average concentration of burnable poisons per fuel assembly should be made larger than in fuel assembly A. If these A fuel assemblies and B fuel assemblies are loaded into the reactor core as new fuel assemblies, the influence on the change characteristics of the excess reactivity of the reactor core will be equal for A fuel assemblies and B fuel assemblies. This reduces fluctuations in the excess reactivity of the reactor core. (6) One embodiment of the invention This will be explained with reference to FIGS. 10 to 18. 10 and 11 show fuel rods 101 . The fuel rods 101 are constructed by housing fuel pellets 103 in a fuel cladding tube 102 made of zirconium alloy, and having their upper and lower ends sealed with an upper end plug 104 and a lower end plug 105. The fuel pellets 103 are made by sintering uranium oxide powder. A gas plenum 106 is formed in the upper part of the fuel cladding tube 102, and the fission product gas is configured to accumulate in the gas plenum 106. Further, a plenum spring 107 is housed within the gas plenum 106, and the plenum spring 107 presses the fuel pellets 103 downward to restrict movement of the fuel pellets 103 in the axial direction. As shown in FIGS. 12 and 13, these fuel rods 101 ... and water rods 108 ... are bundled into a grid of 64 in total in 8 rows and 8 columns.
...and a bundle of water sticks 108...is a channel box 10
9... constitutes a fuel assembly 110 .... The coolant mainly flows from the lower tie plate 111 of the fuel assembly 110 to the channel box 109.
...flows inward and upward. Also, some of the coolant flows through the gaps between the fuel assemblies 10 from below to above. As shown in FIG.
The bodies are arranged to form a unit cell 113. These unit lattices 113 are arranged in a lattice shape as shown in FIG. 14, forming a core 114 whose planar shape is nearly circular. In addition, each square in FIG. 14 indicates one unit cell 113 ..., and the cross inside each unit cell 113 ... indicates the control rod 112.
...is shown. In the core 114 , A fuel assemblies 110 ... and B fuel assemblies 110 ... are loaded as new fuel assemblies at the time of fuel exchange.
Fuel assembly 110 ... and B fuel assembly 110 ...
is loaded with 1/4 to 1/3 of the total number of bodies. These A fuel assemblies 110 ... and B fuel assemblies 110 ... differ in the average enrichment of uranium 235 and the content of burnable poison, that is, gadolinia. In other words, uranium 235 of A fuel assembly 110 ...
Fuel rod 1 containing gadolinia with average enrichment e A
The number of fuel rods 101... is N A , the maximum gadolinia concentration per fuel rod 101 is ρ naxA weight%, the average concentration of gadolinia per fuel assembly is A weight%, the number of fuel rods 101 with the maximum gadolinia concentration is N
(ρ naxA ), the average enrichment of uranium 235 in fuel assembly B 110 is e B , the number of gadolinia-containing fuel rods 101 is N B , and the maximum gadolinia concentration per fuel rod 101 is ρ naxB weight%, average gadolinia concentration per fuel assembly B weight%,
The number of fuel rods 101 with the maximum gadolinia concentration is N
(When ρ naxB , e A < e B ………(1) N A < N B ………(2) ρ naxA < ρ naxB ………(3) A < B ………(4) N (ρ naxA )≦N(ρ naxB ) (5).In addition, the above-mentioned gadolinia is mixed over the entire length of the fuel rod 101 .
In some cases, the fuel rods 101 are contained in only a portion of the fuel rods 101, and in such cases, the number of fuel rods 101 is determined by the ratio of the length of the portion where gadolinia is mixed and the total length of the fuel rods 101 . For example, 1/ of the total length
0.5 if gadolinia is mixed in part 2
Calculate it as a book. Furthermore, the above values are set in the following relationship. N B −N A = (e B −e A )/C 1 ………(6) 0.25≦C 1 ≦0.35 ………(6)′ ρ naxB −ρ naxA = (e B −e A )C 2 ………(7) 5≦C 2 ≦6 ………(7)′ Then, the A fuel assembly 110 … and the B fuel assembly 110 … are separated at a predetermined ratio corresponding to the period of the next cycle. It is loaded as a new fuel assembly. For example, if the period of the next cycle is to be the maximum, only the B fuel assemblies 110 ... are loaded as new fuel assemblies, and if the period of the next cycle is to be the minimum, only the A fuel assemblies 110 ... are loaded as new fuel assemblies. When the fuel assemblies are loaded as fuel assemblies and the period of the next cycle is between the maximum and minimum periods, the ratio between the A fuel assemblies 110 and the B fuel assemblies 110 is set corresponding to this period. Note that in either case, the total number of new fuel assemblies loaded as new fuel assemblies is constant. The minimum cycle period is 9 months, and the maximum is 9 months.
A fuel assembly 110 ... and B fuel assembly 110 when the cycle period is scheduled to last 12 months, and when the minimum cycle period is 12 months and the maximum cycle period is 15 months.
Examples of the specifications of ... are shown in the table below. [Table] Next, the operation of this embodiment will be explained. First, at the time of fuel exchange, the A fuel assemblies 110 ... and the B fuel assemblies 110 ... are loaded into the reactor core 114 as new fuel assemblies. In this case, the ratio of the A fuel assemblies 110 ... and the B fuel assemblies 110 ... is determined in accordance with the scheduled period of the next cycle. That is, A fuel assembly 110
Since the average uranium 235 enrichment e A of ... is low, and the average uranium 235 concentration e B of the B fuel assembly 110 ... is high, it is possible to change the surplus reactivity of the core 114 by changing these ratios. It is possible to change the number of days that the reactor core 114 can be continuously operated. For example, Figure 15 shows that when 200 new fuel assemblies are loaded in an 800 MW class boiling water reactor with a total of 548 fuel assemblies loaded in the core, B fuel assemblies among these 200 It shows the relationship between the body proportion (%) and the number of days that can be operated continuously at full output. Therefore, the next cycle period is 12 months, i.e.
If the period is 360 days, the proportion of this B fuel assembly 110 should be approximately 83%, and in this way, operation for this period is possible and the surplus reactivity of the core 114 is not increased unnecessarily. There's nothing to do. and,
In this case, unlike the conventional method, there is no need to change the total number of new fuel assemblies, so the range of change in cycle period can be increased. In addition, for B fuel assembly 110 , which has a high average enrichment of uranium-235, the number of gadolinia-containing fuel rods, the maximum gadolinia concentration per fuel rod, the average gadolinia concentration per fuel assembly, etc. Since the fuel assembly 110 is larger than the fuel assembly A 110 ... and the fuel assembly B 1.
The difference in infinite multiplication factor due to the difference in the average enrichment of uranium 235 of 10... is compensated for. Therefore, when these A fuel assemblies 110 ... and B fuel assemblies 110 ... are loaded into the reactor core 114 , the influence that A fuel assemblies 110 ..., B fuel assemblies 110 ... have on the surplus reactivity of the reactor core 114 is They are approximately equal to each other, and even if the ratio of the B fuel assemblies 110 is changed, the change characteristics of the surplus reactivity of the reactor core 114 will not change much, and the degree of freedom in controlling the output of the reactor core 114 and the reactor shutdown margin will not be impaired. . This effect will be specifically explained below. In other words, the influence on the surplus reactivity of the reactor core 114 is
In order to make them equal to each other, it is first necessary to make the infinite multiplication factors of the A fuel assembly 110 and the B fuel assembly 110 equal at the initial stage of combustion. When gadolinia is used as a burnable poison, such characteristics can be obtained by satisfying the above formulas (2), (6), and (6)'. Gadolinium in gadolinia is a strong neutron absorber, and even naturally occurring gadolinium has a neutron absorption capacity of about 49,000 burns. Therefore, the concentration of gadolinia in fuel rod 101 is approximately 2.0.
When the concentration exceeds % by weight, the neutron absorption ability of this gadolinia reaches saturation, and even at a concentration higher than this, the neutron absorption ability hardly changes. The concentration of gadolinia mixed in is generally 2.0% by weight or more. Therefore, in the early stage of combustion, the effect of suppressing the infinite multiplication factor of the fuel assembly due to gadolinia mixing is not proportional to the concentration of gadolinia, but is proportional to the number of fuel rods 101 containing gadolinia. The effect of suppressing this infinite multiplication factor K∞ is approximately 2.5%ΔK∞ per fuel rod containing gadolinia.
3.2%ΔK∞. In addition, the infinite multiplication factor suppressing effect of gadolinia is also affected by the uranium-235 enrichment e of the fuel, and in the normally used range of e = 2.7 to 3.5 wt%, it is approximately 9 to 10% ΔK∞ per 1% of e. be. Therefore, in the early stage of combustion, the A fuel assembly 110
Average enrichment of uranium 235 e A and B fuel assemblies 11
The difference in the average enrichment e B of uranium 235 of 0... Δe = e B −e The difference in infinite multiplication factor due to A [ΔK∞(Δe)] is ΔK if the number of fuel rods 101 containing gadolinia is equal. ∞(Δe)=Δe·t(t=9 to 10). And this difference in infinite multiplication factor [ΔK∞
(Δe)] by the difference ΔN in the number of fuel rods 101 containing gadolinia, ΔN=ΔK∞(Δe)/S (S=2.5 to 3.2). Therefore, ΔN=Δe/(S/t) ΔN=(e B −e A )/C 1 . Here, since C 1 = S/t, C 1 = 0.25 to 0.35, and the above formulas (6) and (6)' N B - N A = (e B - e A )/C 1 ...... (6) 0.25≦C 1 ≦0.35 ………(6)′ is derived. Therefore, if these equations (6) and (6)' are satisfied, the A fuel assembly 110 ...
and the B fuel assembly 110 can be made equal to each other. Furthermore, in order to equalize the effects of the A fuel assemblies 110 and B fuel assemblies 110 on the surplus reactivity of the core 114 , the maximum values of the infinite multiplication factors that increase as combustion progresses must also be made equal. . To make these maximum values equal, the above (3), (4),
This is done by satisfying equations (5), (7), and (7)'.
The reason will be explained below. First, it is assumed that the average gadolinia concentration B of the B fuel assemblies 110 and the maximum gadolinia concentration ρ naxB per fuel rod are both equal to those of the A fuel assemblies 110 . B fuel assembly 11 in this case
The change characteristics of the infinite multiplication factor of 0... are shown in FIG. 16 by a solid line. Note that the dashed-dotted line in Fig. 16 indicates fuel assembly A 1.
10... is the change characteristic of the infinite multiplication factor. and,
As mentioned above, by increasing the number N B of the gadolinia-containing fuel rods 101 of the B fuel assemblies 110 , the A fuel assemblies 110 ...
and the B fuel assembly 110 can be made equal to each other. However, as the combustion progresses, the neutron absorption capacity of gadolinia decreases, so as the combustion progresses, the average uranium-235 enrichment e A , e of the A fuel assembly 110 ... and the B fuel assembly 110 ... The difference in B causes a difference in the infinite multiplication factor, and a difference in h 1 occurs in the maximum value of the infinite multiplication factor. Then, after the burnup when this infinite multiplication factor reaches its maximum, that is, the effect of gadolinia disappears, uranium is lost due to the progress of burning.
The infinite multiplication factor has decreased due to the impairment of 235, but
The rate of decline is not significantly affected by the average enrichment of uranium-235. Therefore, the difference between the maximum values of this infinite multiplication factor
h 1 does not change much after that, and the A fuel assembly 110 ... and the B fuel assembly 110 ... at any burnup.
The difference between the infinite multiplication factors h 2 is approximately equal to the above h 1 . Therefore, the A fuel assembly 110 ... and the B fuel assembly 110
...The burnup until reaching a certain infinite multiplication factor is l
There will be a delay. In the first place, the uranium 235 of the A fuel assembly 110 ... and the B fuel assembly 110 ...
The reason for the difference in average enrichment e A and e B is that by giving the B fuel assembly 110 such a burnup delay, the cycle period can be shortened without changing the total number of fuels loaded in the new combustion assembly. This delay l is a necessary characteristic because it increases the range of change. However, since the above-mentioned difference h 1 between the maximum values of the infinite multiplication factors increases the fluctuation range of the surplus reactivity of the core 114 during one cycle, this h 1 must be made small.
In order to reduce this h 1 , A fuel assembly 1
This can be achieved by setting the average gadolinia concentrations A and B of the fuel assemblies 10 and 110 so that A < B (4). By the way, as the combustion progresses, the neutron absorption capacity of gadolinia decreases, and the neutron absorption capacity eventually disappears, but the period until this neutron absorption capacity disappears, that is, the duration of the neutron absorption capacity, is the maximum gadolinia per fuel rod. Proportional to concentration. Therefore, if the average concentration of gadolinia per fuel assembly is set as shown in equation (4) above, B fuel assembly 11
The duration of the neutron absorption ability of gadolinia in 0... becomes equal to that in A fuel assembly 110 ..., and B
The period during which the infinite multiplication factor of the fuel assemblies 110 ... reaches the maximum becomes equal to that of the A fuel assemblies 110 .... Since the B fuel assemblies 110 are loaded to extend the period of one cycle, the period until the infinite multiplication factor of the B fuel assemblies 110 reaches the maximum is the same as that of the A fuel assemblies 110. …
If it is equal to , even if one attempts to extend the period of one cycle , the infinite multiplication factor of both A fuel assembly 110... and B fuel assembly 110 ... will reach its maximum before reaching the end of this cycle, and after that, the infinite multiplication factor will decrease. As a result, the surplus reactivity of the core 114 decreases before reaching the end of the cycle, and the cycle period cannot be extended. Therefore, the period during which the infinite multiplication factor of this B fuel assembly 110 reaches its maximum is A.
It is necessary to delay the fuel assembly 110 by l. In order to have this delay of l, the maximum value of gadolinia concentration ρ naxB per fuel rod 101 of B fuel assembly 110 is determined by
For ρ naxA of 0..., ρ naxA < ρ naxB ......(3). In this case, in order to ensure the above effect, the number N (ρ naxB ) of the fuel rods with the maximum gadolinia concentration in the B fuel assembly 110 ... is set to N (ρ naxA ) of the A fuel assembly 110 ... It is preferable that N(ρ naxA )≦N(ρ naxB ) (5). Furthermore, specifically, the burnup is 2 GWd/T per 1% gadolinia concentration when the gadolinia concentration is 2 to 5% by weight during the duration of the neutron absorption ability of gadolinia. In addition, the burnup delay l due to the difference in the average enrichment e of uranium 235 is 3.2~
In the range of 4.0% by weight, the average enrichment difference of uranium-235 is 0.1
It is about 1.0 to 1.2 GWd/T per weight %. If the delay in the timing at which the infinite multiplication factor reaches its maximum due to the maximum concentration difference of gadolinia is ΔE 1 , then ΔE 1 =(ρ naxB −ρ naxA )·ff≈2.0. Further, the burnup difference ΔE 2 corresponding to the difference in the average enrichment of uranium 235 is ΔE 2 =(e B −e A )·gg=10 to 12. Therefore, in order to delay the time when the infinite multiplication factor reaches its maximum due to the difference in the maximum concentration of gadolinia by a delay l corresponding to the difference in the average enrichment of uranium-235, it is sufficient to set ΔE 1 = ΔE 2 , and therefore (ρ naxB −ρ naxA )・f=(e B −e A )・g Therefore, ρ naxB −ρ naxA = (e B −e A )・g/f = (e B −e A )・C 2 ………( 7) becomes. Here, since C 2 = g/f, 5≦C 2 ≦6 ………(7)′. Therefore, if the above equations (3), (4), (5), (7), and (7)' are satisfied, the influence on the surplus reactivity of the core 114 can be determined by the A fuel assembly 110 ... and the B fuel assembly 110. It can be made equal to... Note that FIG. 17 shows the actual A fuel assembly 110.
... and the B fuel assembly 110 ... with respect to the progress of the burnup. The solid line in FIG .
10... is shown. As is clear from FIG. 17, the A fuel assembly 110 ... and the B fuel assembly 110 ...
The infinite multiplication factors of ... are approximately equal at the beginning of combustion, the maximum values are also approximately equal, and the change in the infinite multiplication factors is also B
The fuel assemblies 110 are uniformly delayed by the amount of burnup corresponding to the difference in the average enrichment of uranium-235. Therefore, if only the A fuel assemblies 110... are loaded into the core 114 as new fuel assemblies as shown in FIG. 18, the change characteristics of the surplus reactivity of the core 114 will become as shown by the solid line in FIG. 18, and Only the B fuel assembly 110 ... is used as a new fuel assembly in the core 114.
If the core 114 is loaded with the same amount of fuel, the change characteristics of the surplus reactivity in the core 114 will be as shown by the broken line in FIG. Therefore, by changing the ratio of the numbers of A fuel assemblies 110 ... and B fuel assemblies 110 ..., the continuous operation period, that is, the cycle period, can be changed to P 1 , P without changing the total number of new fuel assemblies to be loaded. It can be changed arbitrarily between 2 . In this case, A fuel assembly 110...
and B fuel assembly 110 ... have the same influence on the change characteristics of the surplus reactivity of the core 114, so the fluctuation of the surplus reactivity of the core 114 is extremely small in either case. (7) Effects of the invention In the present invention, the average enrichment of uranium-235 in the B fuel assembly is higher than that in the A fuel assembly, so the ratio of the number of A fuel assemblies and B fuel assemblies to be loaded as new fuel assemblies is reduced. By changing , the cycle period can be changed without changing the total number of new fuel assemblies. Therefore, problems associated with changes in the number of loaded new fuel assemblies do not occur, and the range of changes in the cycle period can be increased. In addition, in the B fuel assembly, the number of fuel rods containing burnable poison, the maximum concentration of burnable poison per fuel rod, and the average concentration of burnable poison per fuel assembly are each larger than in the A fuel assembly, and the uranium 235 The difference in characteristics due to the difference in average enrichment is compensated for, and the effects of these A fuel assemblies and B fuel assemblies on the fluctuation characteristics of the excess reactivity of the reactor core are made equal.
Therefore, even if the ratio of the number of loaded bodies between fuel assemblies A and B fuel assemblies changes, there is no difference in the fluctuation characteristics of the surplus reactivity of the core, and the fluctuations of the surplus reactivity of the core can be kept small at all times. This allows for stable core characteristics without compromising flexibility in core power control, etc.
第1図ないし第9図は従来例を示し、第1図は
燃料棒の縦断面図、第2図は第1図の−線に
沿う断面図、第3図は燃料集合体の斜視図、第4
図は単位格子の平面図、第5図は炉心の模式的な
平面図、第6図は燃料集合体の無限増倍率の変化
特性を示す線図、第7図は炉心の余剰反応度の変
動特性を示す線図、第8図は従来の2ストリーム
方式による炉心の余剰反応度の変動特性を示す線
図、第9図は従来の2ストリーム方式の燃料集合
体の無限増倍率の変化特性を示す線図である。第
10図ないし第18図は本発明の一実施例を示
し、第10図は燃料棒の縦断面図、第11図は第
10図のXI−XI線に沿う断面図、第12図は燃料
集合体の斜視図、第13図は単位格子の平面図、
第14図は炉心の模式的な平面図、第15図はB
燃料集合体の装荷割合と連続運転可能日数との関
係を示す線図、第16図はA燃料集合体とB燃料
集合体の特性を説明する線図、第17図はA燃料
集合体とB燃料集合体の無限増倍率の変化特性を
示す線図、第18図はA燃料集合体およびB燃料
集合体を装荷した場合の炉心の余剰反応度の変動
特性を示す線図である。
101……燃料棒、103……燃料ペレツト、
108……水棒、110……燃料集合体、112
……制御棒、113……単位格子、114……炉
心。
1 to 9 show conventional examples, FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a fuel rod, FIG. 2 is a sectional view taken along the - line in FIG. 1, and FIG. 3 is a perspective view of a fuel assembly. Fourth
The figure is a plan view of the unit cell, Fig. 5 is a schematic plan view of the core, Fig. 6 is a diagram showing the change characteristics of the infinite multiplication factor of the fuel assembly, and Fig. 7 is the fluctuation of the excess reactivity of the core. Figure 8 is a diagram showing the fluctuation characteristics of the excess reactivity of the core in the conventional two-stream system, and Figure 9 is the diagram showing the fluctuation characteristics of the infinite multiplication factor of the fuel assembly in the conventional two-stream system. FIG. 10 to 18 show one embodiment of the present invention, FIG. 10 is a vertical sectional view of a fuel rod, FIG. 11 is a sectional view taken along the line XI-XI in FIG. 10, and FIG. 12 is a fuel rod. A perspective view of the aggregate, FIG. 13 is a plan view of the unit cell,
Figure 14 is a schematic plan view of the core, Figure 15 is B
A diagram showing the relationship between the loading ratio of fuel assemblies and the number of days of continuous operation. Figure 16 is a diagram explaining the characteristics of fuel assemblies A and B. Figure 17 is a diagram showing the relationship between fuel assemblies A and B. FIG. 18 is a diagram showing the variation characteristics of the infinite multiplication factor of the fuel assembly, and FIG. 18 is a diagram showing the variation characteristics of the surplus reactivity of the core when loaded with the A fuel assembly and the B fuel assembly. 101 ... Fuel rod, 103... Fuel pellet,
108...Water rod, 110 ...Fuel assembly, 112
...Control rod, 113 ...Unit cell, 114 ...Reactor core.
Claims (1)
235平均濃縮度、可燃性毒物を含有した燃料棒の
本数、燃料棒1本当りの可燃性毒物の濃度の最大
値および燃料集合体全体の可燃性毒物の濃度がそ
れぞれ上記A燃料集合体より大きなB燃料集合体
とを燃料交換の際の新燃料集合体として炉心に装
荷し、かつ燃焼初期におけるA燃料集合体とB燃
料集合体の無限増倍率を等しくするとともに、燃
焼の進行に伴つて増大するA燃料集合体およびB
燃料集合体の無限増倍率の最大値を等しくするこ
とを特徴とする沸騰水形原子炉。 2 前記燃焼初期におけるA燃料集合体とB燃料
集合体の無限増倍率を等しくするために、前記可
燃性毒物はガドリニアを使用し、前記A燃料集合
体のウラン235平均濃縮度をeA重量%、可燃性毒
物を含有した燃料棒の本数をNA、前記B燃料集
合体のウラン235平均濃縮度をeB重量%、可燃性
毒物を含んだ燃料棒の本数をNBとしたとき NB−NA=(eB−eA)/C1 0.25≦C1≦0.35 としたことを特徴とする特許請求の範囲第1項記
載の沸騰水形原子炉。 3 前記燃焼の進行に伴つて増大するA燃料集合
体およびB燃料集合体の無限増倍率の最大値を等
しくするために、前記可燃性毒物はガドリニアを
使用し、前記A燃料集合体のウラン235平均濃縮
度をeA重量%、燃料棒1本当りの可燃性毒物の濃
度の最大値をρnaxA重量%、前記B燃料集合体の
ウラン235平均濃縮度をeB重量%、燃料棒1本当
りの可燃性毒物の濃度の最大値をρnaxB重量%と
したとき ρnaxB−ρnaxA=(eB−eA)/C2 5≦C2≦6 としたことを特徴とする特許請求の範囲第1項ま
たは第2項記載の沸騰水形原子炉。[Claims] 1 A fuel assembly and uranium in the entire fuel assembly
235 The average enrichment, the number of fuel rods containing burnable poisons, the maximum concentration of burnable poisons per fuel rod, and the concentration of burnable poisons in the entire fuel assembly are each greater than the above A fuel assembly. B fuel assembly is loaded into the reactor core as a new fuel assembly during fuel exchange, and the infinite multiplication factors of A fuel assembly and B fuel assembly are made equal at the beginning of combustion, and increase as combustion progresses. A fuel assembly and B
A boiling water nuclear reactor characterized by equalizing the maximum values of the infinite multiplication factors of the fuel assemblies. 2. In order to equalize the infinite multiplication factors of fuel assembly A and fuel assembly B at the initial stage of combustion, gadolinia is used as the burnable poison, and the average enrichment of uranium 235 in fuel assembly A is set to e A weight percent. , the number of fuel rods containing burnable poison is N A , the average enrichment of uranium 235 in the B fuel assembly is e B weight %, and the number of fuel rods containing burnable poison is N B , N B The boiling water nuclear reactor according to claim 1, characterized in that -N A = (e B -e A )/C 1 0.25≦C 1 ≦0.35. 3. In order to equalize the maximum values of the infinite multiplication factors of fuel assembly A and fuel assembly B, which increase as the combustion progresses, gadolinia is used as the burnable poison, and uranium 235 of fuel assembly A is used as the burnable poison. The average enrichment is e A weight %, the maximum concentration of burnable poison per fuel rod is ρ naxA weight %, the average enrichment of uranium 235 in the B fuel assembly is e B weight %, one fuel rod When the maximum concentration of burnable poison per unit is ρ naxB weight %, ρ naxB −ρ naxA = (e B − e A )/C 2 5≦C 2 ≦6. Boiling water nuclear reactor according to scope 1 or 2.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56167559A JPS5868692A (en) | 1981-10-20 | 1981-10-20 | Bwr type reactor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56167559A JPS5868692A (en) | 1981-10-20 | 1981-10-20 | Bwr type reactor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5868692A JPS5868692A (en) | 1983-04-23 |
| JPH03592B2 true JPH03592B2 (en) | 1991-01-08 |
Family
ID=15851965
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56167559A Granted JPS5868692A (en) | 1981-10-20 | 1981-10-20 | Bwr type reactor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5868692A (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6896561B2 (en) | 2016-09-26 | 2021-06-30 | 株式会社東芝 | Light water reactor fuel assembly, light water reactor core, light water reactor fuel assembly manufacturing method and MOX fuel assembly manufacturing method |
| JP2020098110A (en) * | 2018-12-17 | 2020-06-25 | 日立Geニュークリア・エナジー株式会社 | Fuel loading method and reactor core |
-
1981
- 1981-10-20 JP JP56167559A patent/JPS5868692A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5868692A (en) | 1983-04-23 |
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