JPS6314790B2 - - Google Patents
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- JPS6314790B2 JPS6314790B2 JP55148027A JP14802780A JPS6314790B2 JP S6314790 B2 JPS6314790 B2 JP S6314790B2 JP 55148027 A JP55148027 A JP 55148027A JP 14802780 A JP14802780 A JP 14802780A JP S6314790 B2 JPS6314790 B2 JP S6314790B2
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- Japan
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- core
- type
- reactor
- gadolinia
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Description
本発明は原子炉に係り、特に炉心の停止余裕度
を損なうことなく燃料経済性を向上させることが
できる沸騰水型原子炉に関する。 一般に、沸騰水型原子炉においては、原子炉内
に設置された原子炉制御棒は、制御棒駆動装置に
よつて炉心内に出入れされるようになつており、
特に原子炉を停止させる場合には駆動装置はすべ
ての制御棒を炉心内に最大限に挿入する。その
際、制御棒駆動装置の故障または何等かの原因に
よつて、炉心内制御棒中の最大の反応度価値を有
する制御棒1本が炉心内に挿入できない事態とな
つた場合、または炉心内に全制御棒が最大限に挿
入された炉停止状態から炉心内で最大の反応度価
値を有する制御棒1本が誤つて引抜かれた場合で
も、炉心内の中性子実効増倍率が1以上となつて
はならず、炉心は未臨界状態を保たなければなら
ない。このことは炉心設計上義務づけられてい
る。 前記の炉心内で最大の反応度価値を有する制御
棒を除き他のすべての制御棒が炉心内に最大限に
挿入された状態での炉心内中性子実効増倍率を
Keffとし、ΔK=1−Keffを炉停止余裕と定義す
る。原子炉の安全性から考えてこの炉停止余裕
ΔKが大きいほど安全性が高いことになる。 炉心に装荷される燃料集合体は、燃料取替を行
なわないで運転する単位燃焼期間(サイクルと称
す)のどの時点においても、前記炉停止余裕ΔK
を0.01(1%)以上確保するように実際の炉心設
計が行なわれている。 従来の原子炉においては、この炉停止余裕を満
足するようガドリニア(Gd2O3)等の可燃性毒物
(以下ガドリニアと記す)を燃料集合体を構成す
る燃料棒のうち、数本から10本程度の燃料棒に混
入させている。そして、炉心に装荷される燃料集
合体の全部が新しい燃料集合体から構成される炉
心(第1サイクル)においては、一種類の燃料集
合体で炉心を構成するか、あるいは2種類の燃料
集合体を用い、炉心最周辺列に装荷される燃料集
合体に含まれるガドリニアの混入量をそれ以外の
燃料集合体に含まれるガドリニアの混入量より少
なくした炉心構成としている。 第1図および第2図は前記する従来の代表的な
炉心構成の水平断面を模式的に示すものであり、
第1図は炉心に装荷される燃料集合体に含まれる
ガドリニアの混入量が同一であるタイプA燃料集
合体(以下燃料Aと略す)炉心全体に配列したも
のであり、また第2図は前記燃料Aよりガドリニ
アの混入量を少なくしたタイプB燃料集合体(以
下燃料Bと略す)を炉心最周辺列に配し、それ以
外の領域に燃料Aを配列したものである。 なお、第1図、第2図および後に説明する他図
において符号Aは燃料Aを、また符号Bは燃料B
を、さらに符号Cは制御棒をそれぞれ示す。 第3図は、代表的な燃料Aおよび燃料Bの原子
炉運転時での無限増倍率の燃焼変化示すもので、
燃料Aと燃料Bとは同量の重量のウラン量を含ん
だ燃料集合体である。ガドリニアが燃えてなくな
るまでは、第2図のように燃料Aより無限増倍率
の大きい燃料Bを炉心最周辺列に配列することに
より、その場所での燃料集合体の出力の増加を促
進し、前記最周辺列の燃料集合体を効率よく燃焼
させることにより中性子経済の向上を図ることが
できるとともに、燃料Bの配列場所は中性子の漏
れが最も大きいため炉停止余裕の悪化を最小限に
抑えることができる。 一方、燃料Bを炉心最周辺列だけに限定せずに
中性子の漏れがより小さい炉心内側に向かつて配
列していくに従つて中性子経済はより一層向上す
るが、反面炉停止余裕の悪化の程度は大きくなつ
ていく。すなわち、中性子経済向上による燃料経
済性の向上と炉停止余裕とは相反する関係にあ
る。 本発明はかかる現況に鑑みなされたもので、そ
の目的とするところは、炉停止余裕の悪化を現実
的な範囲で低く抑え、かつ燃料経済性を向上させ
ることができる原子炉を提供するにある。 本発明は、燃料Bを炉心最周辺列に装荷すると
ともに最周辺列の1段内側の列に1本おきに装荷
し、燃料Aを前記残余の部分に装荷し、かつ燃料
Bと燃料Aとのガドリニア入り燃料棒の本数を等
しいかまたは燃料Bの方を1本少なくし、さらに
燃料Bのガドリニア入り燃料棒の全長にわたつて
混入するガドリニア濃度を1.5ないし2.0重量パー
セント(W/O)としたものである。 以下本発明を図面を参照して説明する。 第4図は、第3図に示した核特性を有する燃料
Aおよび燃料Bの燃料集合体の水平断面を示すも
ので、図中符号Eはウランのみを含有する燃料棒
であり、燃料Aと燃料Bとで同一のものである。
符号G1,G2はガドリニアを混入した燃料棒であ
り、燃料棒G1のガドリニア濃度は5.0W/O、燃
料棒G2のガドリニア濃度は2.0/W/Oにしてあ
る。また符号Wはウオータロツドを示す。 第5図は、第4図で示した燃料Aおよび燃料B
を炉心に配列したときの燃料経済性の向上率と炉
停止余裕の悪化率とを燃料Bの炉心への装荷率を
変数として表わしたもので、黒丸グラフは燃料経
済性の向上率を示し、また白丸グラフは炉停止余
裕の悪化率を示す。 ここで炉停止余裕の悪化率は以下で定義する。
第5図イの炉心構成における炉停止余裕をΔk゜と
し、ロないしトの炉停止余裕をΔkで表わすと 炉停止余裕の悪化率=(Δk゜−Δk)×100 で定義する。一方、燃料経済の向上率の定義は以
下の通りである。第5図イの炉心構成におけるサ
イクルN長さをl0(メガワツト・日/トン)とし、
ロないしトのサイクル長さをlで表わすと、 燃料経済性の向上率=l−l0/l0×100 で定義する。 第5図において、符号イおよび符号ロは、第1
図および第2図に示した炉心構成のときの結果を
それぞれ示し、またハ,ニ,ホ,ヘ,トの各符号
は、第6図ないし第10図に示す炉心構成のとき
の結果をそれぞれ示す。また第5図における炉停
止余裕の悪化率はサイクル全体で炉停止余裕が最
も悪くなる時点での結果を示してある。 第5図からも明らかなように、符号イに対する
炉停止余裕の悪化率は符号ロ,ハの場合0.1ない
し0.2%程度であるのに対し、符号ニないしトで
は炉停止余裕は急激に悪化する。これは、炉心内
で最大反応度価値を有する制御棒は符号ロ,ハの
場合符号イと同様炉心中心部に位置する制御棒で
あるのに対し、符号ニないしトの場合の最大反応
度価値を有する制御棒は炉心周辺部に移行するた
めである。符号ハに対応する炉心構成第8図と符
号ニに対応する炉心構成第9図とでは、炉心最周
辺から3列目に配置されている燃料Bの数が異な
つており、それら3列目の燃料Bに接する制御棒
の反応度価値を比較すると、符号ニの場合は燃料
Bが隣り合つているのに対し、符号ハの場合は隣
り合つていないので異なる。 一方、燃料経済性の符号イに対する向上率は、
符号ロからトになるにつれて鈍化する。これは、
第3図に示したように燃料A,Bの無限増倍率は
ガドリニアが燃えた後は同じになるので、符号ロ
から符号トにかけて燃料Bの装荷率が炉心中心に
向つて大きくなるにしたがつてサイクル末期では
炉中心に近い方の燃料Aのガドリニアは燃えつき
ており、燃料Bと同等の無限増大率と同じになる
ためである。 したがつて、燃料経済性の向上率は炉停止余裕
の悪化率に比べて鈍化するわけである。 以上のことから本発明では燃料Bの装荷率を符
号ハのようにする。すなわち燃料Bを、炉心最周
辺列に装荷するとともに最周辺列の1段内側の列
に1本おきに装荷し、残余の中心部分に燃料Aを
装荷することにより、炉停止余裕の悪化率を最小
限に抑えつつ燃料経済性を従来の炉心構成より向
上させるようにしている。 次に、燃料Bのガドリニアの混入量について説
明する。
を損なうことなく燃料経済性を向上させることが
できる沸騰水型原子炉に関する。 一般に、沸騰水型原子炉においては、原子炉内
に設置された原子炉制御棒は、制御棒駆動装置に
よつて炉心内に出入れされるようになつており、
特に原子炉を停止させる場合には駆動装置はすべ
ての制御棒を炉心内に最大限に挿入する。その
際、制御棒駆動装置の故障または何等かの原因に
よつて、炉心内制御棒中の最大の反応度価値を有
する制御棒1本が炉心内に挿入できない事態とな
つた場合、または炉心内に全制御棒が最大限に挿
入された炉停止状態から炉心内で最大の反応度価
値を有する制御棒1本が誤つて引抜かれた場合で
も、炉心内の中性子実効増倍率が1以上となつて
はならず、炉心は未臨界状態を保たなければなら
ない。このことは炉心設計上義務づけられてい
る。 前記の炉心内で最大の反応度価値を有する制御
棒を除き他のすべての制御棒が炉心内に最大限に
挿入された状態での炉心内中性子実効増倍率を
Keffとし、ΔK=1−Keffを炉停止余裕と定義す
る。原子炉の安全性から考えてこの炉停止余裕
ΔKが大きいほど安全性が高いことになる。 炉心に装荷される燃料集合体は、燃料取替を行
なわないで運転する単位燃焼期間(サイクルと称
す)のどの時点においても、前記炉停止余裕ΔK
を0.01(1%)以上確保するように実際の炉心設
計が行なわれている。 従来の原子炉においては、この炉停止余裕を満
足するようガドリニア(Gd2O3)等の可燃性毒物
(以下ガドリニアと記す)を燃料集合体を構成す
る燃料棒のうち、数本から10本程度の燃料棒に混
入させている。そして、炉心に装荷される燃料集
合体の全部が新しい燃料集合体から構成される炉
心(第1サイクル)においては、一種類の燃料集
合体で炉心を構成するか、あるいは2種類の燃料
集合体を用い、炉心最周辺列に装荷される燃料集
合体に含まれるガドリニアの混入量をそれ以外の
燃料集合体に含まれるガドリニアの混入量より少
なくした炉心構成としている。 第1図および第2図は前記する従来の代表的な
炉心構成の水平断面を模式的に示すものであり、
第1図は炉心に装荷される燃料集合体に含まれる
ガドリニアの混入量が同一であるタイプA燃料集
合体(以下燃料Aと略す)炉心全体に配列したも
のであり、また第2図は前記燃料Aよりガドリニ
アの混入量を少なくしたタイプB燃料集合体(以
下燃料Bと略す)を炉心最周辺列に配し、それ以
外の領域に燃料Aを配列したものである。 なお、第1図、第2図および後に説明する他図
において符号Aは燃料Aを、また符号Bは燃料B
を、さらに符号Cは制御棒をそれぞれ示す。 第3図は、代表的な燃料Aおよび燃料Bの原子
炉運転時での無限増倍率の燃焼変化示すもので、
燃料Aと燃料Bとは同量の重量のウラン量を含ん
だ燃料集合体である。ガドリニアが燃えてなくな
るまでは、第2図のように燃料Aより無限増倍率
の大きい燃料Bを炉心最周辺列に配列することに
より、その場所での燃料集合体の出力の増加を促
進し、前記最周辺列の燃料集合体を効率よく燃焼
させることにより中性子経済の向上を図ることが
できるとともに、燃料Bの配列場所は中性子の漏
れが最も大きいため炉停止余裕の悪化を最小限に
抑えることができる。 一方、燃料Bを炉心最周辺列だけに限定せずに
中性子の漏れがより小さい炉心内側に向かつて配
列していくに従つて中性子経済はより一層向上す
るが、反面炉停止余裕の悪化の程度は大きくなつ
ていく。すなわち、中性子経済向上による燃料経
済性の向上と炉停止余裕とは相反する関係にあ
る。 本発明はかかる現況に鑑みなされたもので、そ
の目的とするところは、炉停止余裕の悪化を現実
的な範囲で低く抑え、かつ燃料経済性を向上させ
ることができる原子炉を提供するにある。 本発明は、燃料Bを炉心最周辺列に装荷すると
ともに最周辺列の1段内側の列に1本おきに装荷
し、燃料Aを前記残余の部分に装荷し、かつ燃料
Bと燃料Aとのガドリニア入り燃料棒の本数を等
しいかまたは燃料Bの方を1本少なくし、さらに
燃料Bのガドリニア入り燃料棒の全長にわたつて
混入するガドリニア濃度を1.5ないし2.0重量パー
セント(W/O)としたものである。 以下本発明を図面を参照して説明する。 第4図は、第3図に示した核特性を有する燃料
Aおよび燃料Bの燃料集合体の水平断面を示すも
ので、図中符号Eはウランのみを含有する燃料棒
であり、燃料Aと燃料Bとで同一のものである。
符号G1,G2はガドリニアを混入した燃料棒であ
り、燃料棒G1のガドリニア濃度は5.0W/O、燃
料棒G2のガドリニア濃度は2.0/W/Oにしてあ
る。また符号Wはウオータロツドを示す。 第5図は、第4図で示した燃料Aおよび燃料B
を炉心に配列したときの燃料経済性の向上率と炉
停止余裕の悪化率とを燃料Bの炉心への装荷率を
変数として表わしたもので、黒丸グラフは燃料経
済性の向上率を示し、また白丸グラフは炉停止余
裕の悪化率を示す。 ここで炉停止余裕の悪化率は以下で定義する。
第5図イの炉心構成における炉停止余裕をΔk゜と
し、ロないしトの炉停止余裕をΔkで表わすと 炉停止余裕の悪化率=(Δk゜−Δk)×100 で定義する。一方、燃料経済の向上率の定義は以
下の通りである。第5図イの炉心構成におけるサ
イクルN長さをl0(メガワツト・日/トン)とし、
ロないしトのサイクル長さをlで表わすと、 燃料経済性の向上率=l−l0/l0×100 で定義する。 第5図において、符号イおよび符号ロは、第1
図および第2図に示した炉心構成のときの結果を
それぞれ示し、またハ,ニ,ホ,ヘ,トの各符号
は、第6図ないし第10図に示す炉心構成のとき
の結果をそれぞれ示す。また第5図における炉停
止余裕の悪化率はサイクル全体で炉停止余裕が最
も悪くなる時点での結果を示してある。 第5図からも明らかなように、符号イに対する
炉停止余裕の悪化率は符号ロ,ハの場合0.1ない
し0.2%程度であるのに対し、符号ニないしトで
は炉停止余裕は急激に悪化する。これは、炉心内
で最大反応度価値を有する制御棒は符号ロ,ハの
場合符号イと同様炉心中心部に位置する制御棒で
あるのに対し、符号ニないしトの場合の最大反応
度価値を有する制御棒は炉心周辺部に移行するた
めである。符号ハに対応する炉心構成第8図と符
号ニに対応する炉心構成第9図とでは、炉心最周
辺から3列目に配置されている燃料Bの数が異な
つており、それら3列目の燃料Bに接する制御棒
の反応度価値を比較すると、符号ニの場合は燃料
Bが隣り合つているのに対し、符号ハの場合は隣
り合つていないので異なる。 一方、燃料経済性の符号イに対する向上率は、
符号ロからトになるにつれて鈍化する。これは、
第3図に示したように燃料A,Bの無限増倍率は
ガドリニアが燃えた後は同じになるので、符号ロ
から符号トにかけて燃料Bの装荷率が炉心中心に
向つて大きくなるにしたがつてサイクル末期では
炉中心に近い方の燃料Aのガドリニアは燃えつき
ており、燃料Bと同等の無限増大率と同じになる
ためである。 したがつて、燃料経済性の向上率は炉停止余裕
の悪化率に比べて鈍化するわけである。 以上のことから本発明では燃料Bの装荷率を符
号ハのようにする。すなわち燃料Bを、炉心最周
辺列に装荷するとともに最周辺列の1段内側の列
に1本おきに装荷し、残余の中心部分に燃料Aを
装荷することにより、炉停止余裕の悪化率を最小
限に抑えつつ燃料経済性を従来の炉心構成より向
上させるようにしている。 次に、燃料Bのガドリニアの混入量について説
明する。
【表】
【表】
表―1は、燃料Bの炉心内での配列を第6図に
示すようにした場合、燃料Bのガドリニア濃度お
よびガドリニアを混入した燃料棒の本数を変化さ
せたときの第1図に示す従来の炉心構成に対する
燃料経済性の向上率および炉停止余裕の悪化率を
まとめたものである。但し、表―1では、燃料A
のガドリニアを混入した燃料棒本数を3本とし、
その濃度を5.0W/Oとしたときの燃料Bによる
作用結果である。 表―1からも明らかなように、燃料経済性の向
上率を従来の炉心構成である第2図の炉心による
最大の向上率である第5図ロの場合の2.6%より
充分大きな(約3%以上)効果を得るには燃料B
に混入するガドリニアの濃度を2.0W/O以下に
することが必要であるとともに、1.0W/O以下
になると燃料経済性の向上は2.0W/Oのガドリ
ニアの場合と比べてほとんど改善されずに炉停止
余裕の悪化率のみ大きくなることが判る。 以上の結果より、燃料Bに混入するガドリニア
の濃度は1.5ないし2.0W/Oの範囲とし、かつガ
ドリニア入りの燃料棒は燃料Aのそれと同数また
はそれより1本少なくすることが好ましい。 以上説明したように本発明によれば、炉停止余
裕の悪化を最小限に抑えて燃料経済性の向上を図
ることができる。
示すようにした場合、燃料Bのガドリニア濃度お
よびガドリニアを混入した燃料棒の本数を変化さ
せたときの第1図に示す従来の炉心構成に対する
燃料経済性の向上率および炉停止余裕の悪化率を
まとめたものである。但し、表―1では、燃料A
のガドリニアを混入した燃料棒本数を3本とし、
その濃度を5.0W/Oとしたときの燃料Bによる
作用結果である。 表―1からも明らかなように、燃料経済性の向
上率を従来の炉心構成である第2図の炉心による
最大の向上率である第5図ロの場合の2.6%より
充分大きな(約3%以上)効果を得るには燃料B
に混入するガドリニアの濃度を2.0W/O以下に
することが必要であるとともに、1.0W/O以下
になると燃料経済性の向上は2.0W/Oのガドリ
ニアの場合と比べてほとんど改善されずに炉停止
余裕の悪化率のみ大きくなることが判る。 以上の結果より、燃料Bに混入するガドリニア
の濃度は1.5ないし2.0W/Oの範囲とし、かつガ
ドリニア入りの燃料棒は燃料Aのそれと同数また
はそれより1本少なくすることが好ましい。 以上説明したように本発明によれば、炉停止余
裕の悪化を最小限に抑えて燃料経済性の向上を図
ることができる。
第1図および第2図は従来の炉心構成をそれぞ
れ示す水平断面図、第3図は代表的な燃料Aと燃
料Bとの無限増倍率の変化を示すグラフ、第4図
は燃料Aおよび燃料Bの構成をそれぞれ示す水平
断面図、第5図は燃料Bの装荷率を変化させたと
きの炉停止余裕の悪化率と燃料経済性の向上率と
の関係を示すグラフ、第6図ないし第10図は燃
料Bの装荷方法の例をそれぞれ示す炉心の水平断
面図である。 A…燃料A、B…燃料B、C…制御棒、W…ウ
オータロツド。
れ示す水平断面図、第3図は代表的な燃料Aと燃
料Bとの無限増倍率の変化を示すグラフ、第4図
は燃料Aおよび燃料Bの構成をそれぞれ示す水平
断面図、第5図は燃料Bの装荷率を変化させたと
きの炉停止余裕の悪化率と燃料経済性の向上率と
の関係を示すグラフ、第6図ないし第10図は燃
料Bの装荷方法の例をそれぞれ示す炉心の水平断
面図である。 A…燃料A、B…燃料B、C…制御棒、W…ウ
オータロツド。
Claims (1)
- 1 核分裂性物質および可燃性毒物を含む燃料棒
を束ねて燃料集合体とするとともに、この燃料集
合体を多数配列して炉心を構成する原子炉におい
て、前記炉心の初装荷燃料集合体として相対的に
可燃性毒物の混入量が多いタイプA燃料と、相対
的に可燃性毒物の混入量が少ないタイプB燃料と
の2種類の燃料集合体を用い、前記タイプB燃料
を炉心最周辺列に装荷するとともに最周辺列の1
段内側の列に1本おきに装荷し、タイプA燃料を
前記残余の部分に装荷し、かつタイプB燃料とタ
イプA燃料との可燃性毒物を含む燃料棒の本数を
等しいかまたはタイプB燃料の方を1本少なく
し、さらにタイプB燃料の可燃性毒物を含む燃料
棒に混入する可燃性毒物濃度をタイプA燃料より
小さくしたことを特徴とする原子炉。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55148027A JPS5770489A (en) | 1980-10-22 | 1980-10-22 | Nuclear reactor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55148027A JPS5770489A (en) | 1980-10-22 | 1980-10-22 | Nuclear reactor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5770489A JPS5770489A (en) | 1982-04-30 |
| JPS6314790B2 true JPS6314790B2 (ja) | 1988-04-01 |
Family
ID=15443467
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP55148027A Granted JPS5770489A (en) | 1980-10-22 | 1980-10-22 | Nuclear reactor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5770489A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58180533U (ja) * | 1982-05-26 | 1983-12-02 | オムロン株式会社 | 光偏向素子 |
| JPS62261988A (ja) * | 1986-05-08 | 1987-11-14 | 株式会社東芝 | 沸騰水型原子炉 |
| JP2564383B2 (ja) * | 1988-12-12 | 1996-12-18 | 株式会社日立製作所 | 原子炉の炉心及び原子炉の燃料装荷方法並びに原子炉の運転方法 |
| JPH07101237B2 (ja) * | 1989-05-10 | 1995-11-01 | 株式会社東芝 | 燃料集合体及び原子炉 |
-
1980
- 1980-10-22 JP JP55148027A patent/JPS5770489A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5770489A (en) | 1982-04-30 |
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