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JP2002022871A - Core for boiling water reactor and core monitor - Google Patents

Core for boiling water reactor and core monitor

Info

Publication number
JP2002022871A
JP2002022871A JP2000203228A JP2000203228A JP2002022871A JP 2002022871 A JP2002022871 A JP 2002022871A JP 2000203228 A JP2000203228 A JP 2000203228A JP 2000203228 A JP2000203228 A JP 2000203228A JP 2002022871 A JP2002022871 A JP 2002022871A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
core
fuel
boiling
axial
power distribution
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000203228A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takao Kageyama
隆夫 影山
Shiho Miyamoto
志保 宮本
Tomoki Yamamoto
知己 山本
Masato Imaoka
昌人 今岡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Engineering Corp
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Engineering Corp
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Engineering Corp, Toshiba Corp filed Critical Toshiba Engineering Corp
Priority to JP2000203228A priority Critical patent/JP2002022871A/en
Publication of JP2002022871A publication Critical patent/JP2002022871A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To increase tolerance of transient and stability by optimizing the axial output distribution and the cycle boiling length. SOLUTION: When the relative outputs of all fuel assemblies are arranged in descending order under rated output operating state, axial output distribution of fuel assemblies within a range of one third of all fuel rods is set not lower than 1.05 within a range of 5/24-9/24 node or the sub-cool boiling length is set not to exceed 2/24 node. A part of fuel pellets being filled in fuel rods within a range of 1/24-10/24 node is replaced by MOX fuel pellets containing Gd burning up to a middle of core operation cycle.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、沸騰水型原子力発
電プラントにおける原子炉用炉心と炉心監視装置に関す
る。
The present invention relates to a reactor core for a boiling water nuclear power plant and a monitoring system for the reactor core.

【0002】[0002]

【従来の技術】沸騰水型原子力発電プラント(以下、
「BWR」と記す)の概略を図14から図16を参照しなが
ら説明する。図14に示すように原子炉格納容器1内に原
子炉圧力容器2が設けられ、原子炉圧力容器2内に炉心
3と例えば水の冷却材4が収容されている。
2. Description of the Related Art A boiling water nuclear power plant (hereinafter, referred to as a nuclear power plant)
The outline of “BWR” will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 14, a reactor pressure vessel 2 is provided in a reactor containment vessel 1, and a reactor core 3 and, for example, a coolant 4 of water are accommodated in the reactor pressure vessel 2.

【0003】炉心3は図15に示したようにシュラウド5
内に配列された多数体の燃料集合体6,6と、これら燃
料集合体6,6間に挿入される制御棒7等からなってい
る。燃料集合体6の下部はシュラウド5内の下部で炉心
支持板8に設けられた燃料支持金具9で支持され、燃料
集合体6の上部はシュラウド5内の上部で上部格子板10
により支持されている。
[0003] As shown in FIG.
The fuel assembly includes a plurality of fuel assemblies 6, 6 arranged inside the fuel assembly 6, and control rods 7 inserted between the fuel assemblies 6, 6, and the like. A lower portion of the fuel assembly 6 is supported by a fuel support fitting 9 provided on a core support plate 8 at a lower portion of the shroud 5, and an upper portion of the fuel assembly 6 is formed by an upper grid plate 10 at an upper portion of the shroud 5.
Supported by

【0004】冷却材4は燃料集合体6の下部タイプレー
トから流入し燃料棒束内を通り抜けて上部タイプレート
から流出するが、図14に示す再循環系11により強制循環
されており、炉心3でウラン235(以下、「U235」と記
す)の核分裂により発生した熱を受けることにより飽和
水と飽和蒸気が混合した状態となり、炉心上部に移動す
る。
The coolant 4 flows in from the lower tie plate of the fuel assembly 6, passes through the fuel rod bundle and flows out of the upper tie plate, but is forcibly circulated by the recirculation system 11 shown in FIG. By receiving heat generated by the fission of uranium 235 (hereinafter referred to as “U235”), saturated water and saturated steam are mixed and move to the upper part of the core.

【0005】そして、図示しない気水分離器で気液分離
され、気体は蒸気乾燥器により乾燥状態となり、乾燥蒸
気は原子炉圧力容器2に接続された主蒸気配管12を介し
てタービン13に送られ、タービン13を駆動させる。この
タービン13の駆動により発電機14が回転され発電する。
Gas and liquid are separated by a steam-water separator (not shown), the gas is dried by a steam dryer, and the dried steam is sent to a turbine 13 via a main steam pipe 12 connected to the reactor pressure vessel 2. Then, the turbine 13 is driven. The drive of the turbine 13 rotates the generator 14 to generate power.

【0006】タービン13で仕事をした蒸気は復水器15内
に導入されて復水となり、復水は復水ろ過装置および復
水脱塩装置で浄化され、復水ポンプ16により給水加熱器
17に流入して昇温されたのちに給水ポンプ18により給水
管19を通し給水調整弁20から再度原子炉圧力容器2内に
供給される。
The steam that has worked in the turbine 13 is introduced into a condenser 15 to be condensed, and the condensate is purified by a condensate filtration device and a condensate desalination device.
After flowing into 17 and being heated, the water is supplied again from the water supply regulating valve 20 into the reactor pressure vessel 2 through the water supply pipe 19 by the water supply pump 18.

【0007】なお、図14において、主蒸気配管12と復水
器15との間にはバイパス配管21が接続しており、バイパ
ス配管21にはバイパス弁22が取り付けられている。原子
炉格納容器1内の主蒸気配管12には逃がし安全弁23が取
り付けられ、逃がし安全弁23はベント管24に接続し、ベ
ント管24の先端部はサプレッションプール25内のプール
水25a中に没入している。
[0007] In FIG. 14, a bypass pipe 21 is connected between the main steam pipe 12 and the condenser 15, and a bypass valve 22 is attached to the bypass pipe 21. A relief safety valve 23 is attached to the main steam pipe 12 in the containment vessel 1, and the relief safety valve 23 is connected to a vent pipe 24, and a tip end of the vent pipe 24 is immersed in pool water 25 a in a suppression pool 25. ing.

【0008】原子炉圧力容器2内にはジェットポンプ26
が設置され、ジェットポンプ26と原子炉圧力容器2との
間に原子炉冷却材再循環ループ27が接続されており、原
子炉冷却材再循環ループ27には原子炉冷却材再循環ポン
プ28が取り付けられている。なお、主蒸気配管12には主
蒸気隔離内弁29,主蒸気隔離外弁30,主蒸気止弁31およ
びタービン蒸気加減弁32が取り付けられている。
A jet pump 26 is provided in the reactor pressure vessel 2.
Is installed, and a reactor coolant recirculation loop 27 is connected between the jet pump 26 and the reactor pressure vessel 2, and a reactor coolant recirculation pump 28 is connected to the reactor coolant recirculation loop 27. Installed. The main steam pipe 12 is provided with a main steam isolation inner valve 29, a main steam isolation outer valve 30, a main steam stop valve 31, and a turbine steam control valve 32.

【0009】沸騰水型原子炉の炉心3は、より具体的に
は、図16に示すように構成されている。すなわち、炉心
3内には複数体の燃料集合体6が挿入されており、その
各々の燃料集合体6はチャンネルボックスに覆われてい
る。また、炉心3内には、中性子束を検出するために、
複数個の局部出力領域モニタ(以下、「LPRM」と記
す)33が配置されている。
[0009] More specifically, the core 3 of the boiling water reactor is configured as shown in FIG. That is, a plurality of fuel assemblies 6 are inserted into the core 3, and each of the fuel assemblies 6 is covered by the channel box. In addition, in the core 3, in order to detect a neutron flux,
A plurality of local output area monitors (hereinafter, referred to as “LPRM”) 33 are arranged.

【0010】さらに、各チャンネルボックスの上部は、
図15に示し前述したように上部格子板10で支持され、円
筒形シュラウド5で炉心支持板8と上部格子板10を保持
し、燃料集合体6全体を包んで炉心3を構成している。
燃料支持金具9は上部四隅の孔に各々一体ずつの燃料集
合体6の下端を支持し、中央の十字状孔の中を制御棒が
上下するようになっている。
Further, the upper part of each channel box is
As shown in FIG. 15 and described above, the core 3 is supported by the upper lattice plate 10, the core support plate 8 and the upper lattice plate 10 are held by the cylindrical shroud 5, and the entire fuel assembly 6 is wrapped to constitute the core 3.
The fuel support 9 supports the lower end of the fuel assembly 6 in each of the upper four corner holes, and the control rod moves up and down in the center cross-shaped hole.

【0011】冷却材4は、下方より燃料支持金具9のオ
リフィスおよび下部タイプレートを経由してチャンネル
ボックス内に流入し、燃料集合体6により熱せられ、沸
騰により蒸気(ボイド)を発生し、気液二相流となる。
現在運転されている商用BWRでの燃料集合体有効長さ
は、約3.7mである。
The coolant 4 flows into the channel box from below through the orifice of the fuel support 9 and the lower tie plate, is heated by the fuel assembly 6, generates steam (void) by boiling, and It becomes a liquid two-phase flow.
The fuel assembly effective length of a currently operating commercial BWR is about 3.7 m.

【0012】図17は、上記構成のBWRの原子炉出力と
炉心流量との関係を示す典型的な運転特性図である。通
常の運転は定格出力曲線、設計流量制御曲線、安定性制
限曲線、最低ポンプ速度曲線、キャビテーション制限曲
線、最大ポンプ速度曲線の各線上とそれらによって囲ま
れた領域内と自然循環曲線上で行われる。
FIG. 17 is a typical operating characteristic diagram showing the relationship between the reactor power and the core flow rate of the BWR having the above configuration. Normal operation is performed on the rated power curve, the design flow control curve, the stability limit curve, the minimum pump speed curve, the cavitation limit curve, the maximum pump speed curve, the area surrounded by them and on the natural circulation curve. .

【0013】図17の例では、定格出力は炉心流量が85%
〜105%にかけて達成されている。原子炉の運転は、通
常、サイクル初期では85%流量近傍にあり(点A1)、
冷却材流量増による反応度利得を利用するためにサイク
ル燃焼度が進むに従い高流量側に移動し(点A2)、サ
イクル末期では105%流量近傍(点A3)となる。
In the example of FIG. 17, the rated output is a core flow rate of 85%.
It has been achieved over ~ 105%. The operation of the reactor is usually near the 85% flow rate at the beginning of the cycle (point A1),
In order to utilize the reactivity gain due to the increase in the coolant flow rate, the flow rate increases toward the higher flow rate as the cycle burn-up advances (point A2), and approaches 105% flow rate at the end of the cycle (point A3).

【0014】また、炉心軸方向出力分布は、通常、サイ
クル初期では下歪みとなるよう炉心核設計を行い、炉心
出口でのボイド率を高めている。これにより、ウラン23
8(以下、「U238」と記す)から核分裂性物質であるプ
ルトニウム239(以下、「Pu239」と記す)の生成が促
進される。
The core power is normally designed so that the core axial power distribution has a lower strain in the early stage of the cycle, and the void fraction at the core outlet is increased. As a result, uranium 23
8 (hereinafter referred to as “U238”) promotes the production of fissile material plutonium 239 (hereinafter referred to as “Pu239”).

【0015】サイクル中期から末期にかけてはU235に
加えてPu239を燃焼させる運転となるため、炉心軸方
向出力分布は上歪み傾向となる。経済性を向上させた炉
心では、上記炉心流量調整と、軸方向出力分布調整を可
能とする核設計を組み合わせた最適化がなされている。
[0015] From the middle to the end of the cycle, the operation is such that Pu239 is burned in addition to U235, so that the power distribution in the axial direction of the core tends to be upwardly distorted. In a core with improved economy, optimization is performed by combining the above-mentioned core flow rate adjustment and a nuclear design that enables axial power distribution adjustment.

【0016】ところで、炉心3内での沸騰状態はより具
体的には以下のようになっている。すなわち、二相流が
熱的に非平衡状態にあるサブクール沸騰と平衡状態にあ
る飽和沸騰に分類される。
Incidentally, the boiling state in the core 3 is more specifically as follows. That is, the two-phase flow is classified into subcooled boiling in a thermally non-equilibrium state and saturated boiling in a equilibrium state.

【0017】公知文献1「“THE THERMAL‐HYDRAULICS
OF A BOILING WATER REACTOR‐Second Edition
‐by R.T.Lahey,Jr.& F.J.Moody”ANS(米国原子力
学会)発行」のFig.5‐16によれば、サブクール沸騰状
態でのボイドは、伝熱面に沿って局所的に発生するが、
流れの中心部にある液相のエンタルピは飽和点に達して
いない。
Known Document 1, "THE THERMAL-HYDRAULICS
OF A BOILING WATER REACTOR-Second Edition
-By RTLahey, Jr. & FJMoody According to Fig.5-16 of "ANS (American Atomic Energy Society)", voids in subcooled boiling state are generated locally along the heat transfer surface,
The enthalpy of the liquid phase at the center of the stream has not reached the saturation point.

【0018】これに対して、飽和沸騰状態でのボイド
は、液相部は飽和エンタルピhfに達しており、気相部
(ボイド)のエンタルピhgとの差は蒸発潜熱hfgで一
定である。
On the other hand, in the void in the saturated boiling state, the liquid phase reaches the saturated enthalpy h f , and the difference from the enthalpy h g of the gas phase (void) is constant with the latent heat of vaporization h fg . is there.

【0019】サブクール沸騰状態での伝熱面気相部から
中央液相部への熱流束には、代表する2つの相関式が提
案されており、原子炉の熱水力解析で使用されている。
1つは、Zuber‐StaubらによるProfile‐Fit Modelで
あり、他の1つはLaheyらによるMechanistics Modelで
ある。
For the heat flux from the gas phase on the heat transfer surface to the central liquid phase in the subcooled boiling state, two representative correlations have been proposed, which are used in thermal hydraulic analysis of a nuclear reactor. .
One is the Profile-Fit Model by Zuber-Staub et al., And the other is the Mechanisms Model by Lahey et al.

【0020】これらのモデルによれば、気泡発生部から
中央サブクール部への熱流束q''liが、壁面での熱流束
q''wの他に、中央サブクール部エンタルピhl、混合エ
ンタルピ
According to these models, the heat flux q ″ li from the bubble generating portion to the central subcool portion is different from the heat flux q ″ w at the wall surface in addition to the central subcool portion enthalpy h l and the mixed enthalpy

【数1】 、クオリティX等の関数で与えられている。そしてq''
liが、hlまたは
(Equation 1) , Quality X, etc. And q ''
li is h l or

【数1】 に大きく影響される現象が取り込まれている。(Equation 1) Phenomena that are greatly affected by

【0021】これに対して、飽和沸騰の中でもBWRで
主に利用されている核沸騰領域では、蒸気泡が伝熱面か
ら離脱し、かつ液相部エンタルピが一定値hfに保たれ
ているため、壁面からの熱流束q''w は安定したものと
なる。
[0021] In contrast, in the nucleate boiling region are mainly used in BWR in saturated boiling, vapor bubbles are separated from the heat transfer surface, and the liquid phase enthalpy is kept at a constant value h f Therefore, the heat flux q ″ w from the wall surface becomes stable.

【0022】また、サブクール沸騰開始高さについて
も、上記公知文献1のTABLE5−1に整理されており、L
evyによるForce Balance Model,Saha‐ZuberによるE
mpirical Model等が原子炉の熱水力解析で使用されて
いる。
The subcool boiling start height is also summarized in TABLE 5-1 of the above-mentioned known document 1,
Force Balance Model by evy, E by Saha-Zuber
The mpirical model and the like are used in thermal hydraulic analysis of nuclear reactors.

【0023】以上のような沸騰水型原子炉における燃料
集合体としては、国内で商用の発電が行われて以来、7
行7列型、8行8列型、改良8行8列型、高燃焼度化8
行8列型、そして高燃焼度化9行9列型が採用されるに
至っている。
The fuel assemblies in the boiling water reactor described above have been used since commercial power generation in Japan.
Row 7 column type, 8 row 8 column type, improved 8 row 8 column type, high burnup 8
A row 8 column type and a high burnup 9 row 9 column type have been adopted.

【0024】これらの改良により燃料集合体あたりの核
分裂性物質の収容量が増加し、集合体内濃縮度分布の最
適化と可燃性毒物の最適配置により、高燃焼度化と長期
運転サイクル化が実現されている。これと前記炉心流量
調整幅の有効利用により、炉心の経済性は向上してい
る。
[0024] These improvements increase the fissile material capacity per fuel assembly, and realize high burnup and long-term operation cycle by optimizing the enrichment distribution in the assembly and the optimal arrangement of burnable poisons. Have been. Due to this and the effective use of the core flow rate adjustment width, the economic efficiency of the core is improved.

【0025】図18(a)〜(e)は前記燃料集合体の中
で、高燃焼度化8行8列型(以下、高燃焼度化8×8燃
料集合体と記す)を示し、図19(a)〜(e)は9行9
列型(以下、9×9燃料集合体と記す)の基本構造を示
している。
FIGS. 18 (a) to 18 (e) show a high burnup 8 rows and 8 columns type (hereinafter referred to as a high burnup 8 × 8 fuel assembly) among the fuel assemblies. 19 (a) to (e) are 9 rows and 9 rows
The basic structure of a row type (hereinafter referred to as a 9 × 9 fuel assembly) is shown.

【0026】図18(a)は高燃焼度化8×8燃料集合体
34を一部縦断面で示す立面図で、図18(b)は図18
(a)における燃料棒35の上端部を支持する従来型上部
タイプレート36を示す平面図であり、図18(c)は同じ
く丸型スペーサ37を示す平面図であり、図18(d)は同
じく太径ウォータロッド38の部分を中心に左右に横断し
て示す横断面図であり、図18(e)は下部タイプレート
39の燃料棒端栓を挿入するネットワーク部40を示す平面
図である。
FIG. 18A shows a high burnup 8 × 8 fuel assembly.
FIG. 18 (b) is an elevational view showing a part of FIG.
FIG. 18A is a plan view showing a conventional upper tie plate 36 supporting the upper end of the fuel rod 35 in FIG. 18A, FIG. 18C is a plan view showing the same round spacer 37, and FIG. FIG. 18 (e) is a transverse cross-sectional view of the same large diameter water rod 38 as shown in FIG.
FIG. 39 is a plan view showing a network section 40 into which 39 fuel rod end plugs are inserted.

【0027】図19(a)は9×9燃料集合体41を一部縦
断面で示す立面図、図19(b)は図19(a)における燃
料棒35を支持する改良型上部タイプレート42を示す平面
図で、図19(c)は同じく丸型スペーサ43を示す平面
図、図19(d)は同じく2本の太径ウォータロッド44の
部分を中心に横断して示す横断面図、図19(e)は同じ
く改良型下部タイプレート45のネットワーク部46を示す
平面図である。なお、図19(a),(d)中、符号47は
部分長燃料棒である。
FIG. 19 (a) is an elevational view showing a 9 × 9 fuel assembly 41 in a longitudinal section, and FIG. 19 (b) is an improved upper tie plate supporting the fuel rod 35 in FIG. 19 (a). 19 (c) is a plan view showing the same round spacer 43, and FIG. 19 (d) is a cross-sectional view showing the same two cross sections of the large diameter water rod 44. FIG. 19 (e) is a plan view showing the network section 46 of the improved lower tie plate 45 in the same manner. In FIGS. 19A and 19D, reference numeral 47 denotes a partial length fuel rod.

【0028】図18に示した高燃焼度化8×8燃料集合体
34から進化し、図19に示した9×9燃料集合体41では、
高燃焼度化,長期運転サイクル化に伴うボイド反応度係
数絶対値増加による過渡特性と安定性の悪化は、2本の
太径ウォータロッド44の採用等により防止されている。
High burnup 8 × 8 fuel assembly shown in FIG.
In the 9 × 9 fuel assembly 41 evolved from 34 and shown in FIG.
Deterioration of transient characteristics and stability due to an increase in the absolute value of the void reactivity coefficient due to an increase in burnup and a long operation cycle is prevented by the use of two large diameter water rods 44 and the like.

【0029】また、燃料集合体格子の増加に伴う二相圧
損増加による熱水力的要因に基づく安定性の悪化は、ス
ペーサ圧損係数の低減と8本の部分長燃料棒47および高
圧損改良型下部タイプレート45の採用により防止されて
いる。
The deterioration of stability due to thermo-hydraulic factors due to an increase in two-phase pressure loss due to an increase in the fuel assembly lattice is caused by a reduction in the spacer pressure loss coefficient, the eight partial length fuel rods 47 and the high pressure loss improved type. This is prevented by the adoption of the lower tie plate 45.

【0030】また、9×9燃料集合体41を装荷するとき
の核設計例を図20および図21に示す。これらは公知文献
2「TLR−057“沸騰水型原子力発電所9×9燃料に
ついて 改訂2”株式会社東芝発行」に記載されたもの
と同じである。表1は図20および図21の各々の燃料棒に
おける凡例を示している。
FIGS. 20 and 21 show examples of nuclear design when the 9 × 9 fuel assembly 41 is loaded. These are the same as those described in the publicly known document 2 “TLR-057“ Revision 2 for 9 × 9 fuel of boiling water nuclear power plant ”published by Toshiba Corporation”. Table 1 shows a legend for each fuel rod of FIGS.

【0031】図21に示した場合では7種類の燃料棒を用
いている。燃料棒タイプ5は短尺燃料棒である。また燃
料棒タイプ6,7は可燃性毒物としてガドリニアを含有
する燃料棒であり、これらのガドリニア入り燃料棒の濃
縮度分布及び燃料集合体内配置は図20,21の燃料棒タイ
プ1から4のいずれかに従うものとする。
In the case shown in FIG. 21, seven types of fuel rods are used. Fuel rod type 5 is a short fuel rod. The fuel rod types 6 and 7 are fuel rods containing gadolinia as a burnable poison, and the enrichment distribution and the arrangement in the fuel assembly of these gadolinia-containing fuel rods are the same as those of fuel rod types 1 to 4 in FIGS. Custody.

【0032】[0032]

【表1】 [Table 1]

【0033】なお、高燃焼度化8×8燃料集合体34につ
いては、燃料棒本数の1/3程度を全長にわたってMO
X燃料ペレットに置換したものを、国内商用炉に装荷す
る計画が進んでいる。MOXとはMixed Oxide(混合酸
化物)の略で、プルトニウム酸化物とウラン酸化物の混
合物を意味している。
In the high burnup 8.times.8 fuel assembly 34, about one third of the number of fuel rods
A plan to load X fuel pellets into commercial reactors in Japan is in progress. MOX is an abbreviation for Mixed Oxide, which means a mixture of plutonium oxide and uranium oxide.

【0034】ここで、過渡特性とは、プラントで発電機
負荷遮断、主蒸気隔離弁の閉止等の運転時の異常な過渡
変化が発生したときの出力,圧力等のプロセスパラメー
タの時間変化の他に、燃料集合体の熱的健全性を意味す
る。燃料集合体は、前記過渡変化中も良好な除熱が行え
るのが望ましく、過渡変化中に全燃料棒の0.1%以上が繊
維沸騰とならないように設計することが工学的に妥当と
されている。
Here, the transient characteristics include the time change of process parameters such as output and pressure when an abnormal transient change occurs during operation such as shutting down a generator load or closing a main steam isolation valve in a plant. In addition, it means the thermal integrity of the fuel assembly. It is desirable that the fuel assembly can perform good heat removal during the transient, and it is engineeringly reasonable to design so that 0.1% or more of all the fuel rods do not become fiber boiling during the transient. .

【0035】燃料の除熱性能に関するパラメータとして
は最小限界出力比(Minimum Critical Power Rati
o、以下、MCPRと記す)があり、過渡変化時のMC
PRが安全限界MCPR(Safety Limit MCPR;以
下、SMCPRと記す)を下回らないように運転時のM
CPRに制限が加えられている。
A parameter relating to the heat removal performance of the fuel is a minimum critical power ratio (Minimum Critical Power Rati).
o, hereinafter referred to as MCPR).
M during operation so that PR does not fall below Safety Limit MCPR (hereinafter referred to as SMCPR).
CPR has restrictions.

【0036】運転制限MCPR(Operation Limit MC
PR;以下、OLMCPRと記す)は、プラントの寿命中
に発生することが予想される様々な過渡変化を解析し、
MCPRの変化(以下、ΔMCPRと記す)が求められ
るが、その中で最大の変化(以下、ΔMCPRmaxと記
す)を前記SLMCPRに加えることにより算出するこ
とができる。
Operation Limit MCPR
PR; hereinafter referred to as OLMCPR) analyzes various transient changes expected to occur during the life of the plant,
The change in MCPR (hereinafter, referred to as ΔMCPR) is obtained, and can be calculated by adding the largest change (hereinafter, referred to as ΔMCPRmax) to the SLMCPR.

【0037】 OLMCPR=ΔMCPRmax+SLMCPR …(1) ΔMCPRmaxは、スクラム速度が比較的遅いBWR建
設初期でのプラント(以下、従来スクラムプラントと記
す)で大きくなる傾向がある。
OLMCPR = ΔMCPRmax + SLMCPR (1) ΔMCPRmax tends to increase in a plant in the early stage of BWR construction (hereinafter referred to as a conventional scrum plant) having a relatively low scram speed.

【0038】特に、サイクル末期では、負のボイド反応
度係数の増大、スクラム特性の劣化があるため、過渡特
性の悪化する方向となるが、運転時のMCPRはOLM
CPRを下回らないように設計されている。
In particular, at the end of the cycle, the negative void reactivity coefficient increases and the scram characteristic deteriorates, so that the transient characteristic tends to deteriorate.
It is designed not to fall below CPR.

【0039】炉心三次元核熱水力解析コードを用いて、
110万kWe級BWR5従来スクラムプラントについて、定
格出力での発電機負荷遮断,バイパス弁不動作をサイク
ル初期(図17の点A1)、中期(図17の点A2)、末期
(図17の点A3)において解析した例を図22(a)〜
(c)に示す。
Using a three-dimensional nuclear thermal hydraulic analysis code,
For the 1.1 million kWe-class BWR5 conventional scrum plant, generator load shedding at rated output and bypass valve non-operation were performed at the beginning of the cycle (point A1 in FIG. 17), in the middle (point A2 in FIG. 17), and at the end (point A3 in FIG. 17). The examples analyzed in ()) are shown in FIGS.
It is shown in (c).

【0040】ここで、図14に示した発電機14の負荷が遮
断されると、パワーロードアンバランス・リレーの動作
によりタービン蒸気加減弁32が急速閉すると同時に、通
常、バイパス弁22が急開される。本解析では、保守側に
バイパス弁の不作動を仮定している。
Here, when the load on the generator 14 shown in FIG. 14 is cut off, the turbine steam control valve 32 is rapidly closed by the operation of the power load unbalance relay, and the bypass valve 22 is usually rapidly opened. Is done. In this analysis, it is assumed that the bypass valve is not operated on the maintenance side.

【0041】蒸気の流れの遮断による圧力の上昇による
中性子束は急上昇するが、タービン蒸気加減弁32の急速
閉信号により原子炉には全ての制御棒7が急挿入される
(スクラム)のと併せて、圧力上昇による炉心内ボイド
率減少を緩和するために再循環ポンプ28の電源が遮断さ
れる(RPT)ことから、炉心流量が減少する。原子炉
圧力容器2の圧力上昇は、逃がし安全弁23の開放により
抑制される。
Although the neutron flux rises sharply due to the pressure increase due to the interruption of the steam flow, all the control rods 7 are suddenly inserted into the reactor (scram) by the quick closing signal of the turbine steam control valve 32. As a result, the power supply of the recirculation pump 28 is cut off (RPT) in order to alleviate the decrease in the void ratio in the core due to the pressure increase, so that the core flow rate decreases. The pressure increase in the reactor pressure vessel 2 is suppressed by opening the relief safety valve 23.

【0042】このときのΔMCPRは、それぞれ0.04,
0.14,0.27であり、これらをSLMCPR=1.07に加え
ると、OLMCPRはサイクル初期、中期、末期で1.1
1,1.21,1.34となる。したがって、サイクルを通じて
運転MCPRを1.34以上に維持すれば全過渡事象発生時
に0.1%以上の燃料棒が沸騰繊維を経験することはない。
At this time, ΔMCPR is 0.04,
0.14, 0.27, and when these are added to SLMCPR = 1.07, OLMCPR becomes 1.1 at the beginning, middle, and end of the cycle.
1, 1.21, and 1.34. Thus, if the operating MCPR is maintained above 1.34 throughout the cycle, no more than 0.1% of the fuel rods will experience boiling fiber during all transient events.

【0043】なお、本評価例でのサイクル末期における
軸方向出力分布は、炉心平均でピーキングが1.28(ピー
クノード14/24)であり(図5に破線で示す従来の炉
心)、サブクール沸騰長は炉心平均で9.5/24ノード分
ある。
The axial power distribution at the end of the cycle in this evaluation example is such that the core average is a peaking of 1.28 (peak node 14/24) (the conventional core indicated by a broken line in FIG. 5), and the subcooled boiling length is The core average is 9.5 / 24 nodes.

【0044】次に、安定性とは、プラント起動時または
停止時に運転点が低流量/高出力状態となった場合、あ
るいは、プラントで再循環ポンプ1台トリップ等の過渡
変化が発生し、運転点が低流量/高出力に移行したとき
の中性子束振動の減衰特性を意味する。
Next, the stability means that when the operating point is in a low flow rate / high output state at the time of starting or stopping the plant, or when a transient change such as a single recirculation pump trip occurs in the plant, the operation is stopped. It means the neutron flux vibration damping characteristics when the point shifts to low flow / high output.

【0045】炉心は、全運転領域で安定であることが望
ましく、安定性の判定パラメータである減幅比が1.0未
満であることを解析することにより確認される。減幅比
は、ステップ状の入力外乱が印加された場合の系の応答
における隣り合う振幅の比で示される。
The core is desirably stable over the entire operation range, and is confirmed by analyzing that the reduction ratio, which is a parameter for determining stability, is less than 1.0. The reduction ratio is indicated by the ratio of adjacent amplitudes in the response of the system when a step-like input disturbance is applied.

【0046】減幅比1.0に対して余裕の少ない運転領域
は、選択制御棒(Selected Rods Insertion;以下、
SRIと記す)や安定性制限曲線(図17の直線BD)に
より除外される。
The operating region having a small margin with respect to the reduction ratio of 1.0 is selected rods (Selected Rods Insertion;
SRI) and stability limitation curve (straight line BD in FIG. 17).

【0047】安定性の種類には、特に最高出力チャンネ
ルの熱水力的な安定性に注目したチャンネル安定性、炉
心全体の位相が揃った中性子束振動である炉心安定性、
炉心周方向に対称軸を有し180度位相がずれた中性子束
振動である領域安定性がある。それぞれの安定性の軸方
向出力分布への感度は、炉心安定性が一般に平坦な分布
ほど厳しい方向であり、チャンネル安定性、領域安定性
は下部ピークな分布ほど厳しい方向となっている。
The types of stability include channel stability focusing on the thermo-hydraulic stability of the highest power channel, core stability that is a neutron flux vibration in which the entire core phase is aligned,
There is a region stability that is a neutron flux oscillation having a symmetry axis in the core circumferential direction and 180 degrees out of phase. The sensitivity of each stability to the axial power distribution is in a severe direction as the core stability is generally flat, and the channel stability and the regional stability are in a severe direction as the distribution has a lower peak.

【0048】炉心安定性では、他の安定性と軸方向出力
分布への感度が異なるのは、炉心安定性では核的フィー
ドバックの効果が大きく、これはボイド率の高いところ
で出力ピークが高いときに、大きな影響となって現れる
ためである。
In the core stability, the difference between the other stability and the sensitivity to the axial power distribution is that the effect of the nuclear feedback is large in the core stability, which is obtained when the power peak is high at a high void fraction. Because it appears as a great influence.

【0049】また、炉心径方向および周方向について
は、出力分布の歪みが大きいほど不安定化すると考えら
れており、歪み具合を表すパラメータとして、炉心安定
性についてはR0値、領域安定性についてはR1値が有
効であることが実機安定性私権結果および解析コードを
用いた感度解析により明らかになっている。
It is considered that in the radial and circumferential directions of the core, the greater the distortion of the power distribution, the more unstable the power distribution becomes. As parameters representing the degree of distortion, the R0 value for the core stability and the R0 value for the region stability are used. The effectiveness of the R1 value has been clarified by the results of the private use of the actual stability of the machine and the sensitivity analysis using the analysis code.

【0050】R0値、R1値は以下のように定式化され
ている。
The R0 value and the R1 value are formulated as follows.

【数2】 (Equation 2)

【0051】ここで、nは燃料集合体数、iは1〜nま
での燃料集合体番号を示す。また、Ψiは径方向出力分
布ピーキングを表し、ψiは周方向一次モード出力分布
ピーキングを表している。
Here, n is the number of fuel assemblies, and i is the fuel assembly number from 1 to n. Further, Ψ i represents the radial direction power distribution peaking, and ψ i represents the circumferential primary mode power distribution peaking.

【0052】通常、R0値、R1値は全燃料集合体数n
=Nに対して算出されるが、例えば、全燃料集合体を相
対出力が高い順に並べたときに、1/3の範囲にある集
合体n=Mに対して計算することにより、出力分布に対
する感度を高めた指標とすることが可能である。
Normally, the R0 value and the R1 value are the total fuel assembly number n.
= N. For example, when all the fuel assemblies are arranged in descending order of the relative output, by calculating the assemblies n = M in the range of 1/3, the power distribution is calculated. It can be used as an index with increased sensitivity.

【0053】炉心三次元核熱水力解析コードを用いて、
定格出力状態から再循環ポンプ速度を下げたときに、炉
心全体に10¢の反応度をステップ状に投入したときの全
炉心平均の中性子束応答をサイクル初期(図17の点
B)、中期(図17の点C)、末期(図17の点D)におい
て解析した例を図23(a)〜(c)に示す。このときの
減幅比は図23(a)に示すサイクル初期、図23(b)に
示すサイクル中期、図23(c)に示すサイクル末期で0.
38,0.61,0.78となる。
Using the core three-dimensional nuclear thermal hydraulic analysis code,
When the recirculation pump speed was reduced from the rated output state, the neutron flux response of the average of all cores when a 10 ° reactivity was injected in a stepwise manner into the entire core was determined at the beginning of the cycle (point B in FIG. 17) and during the middle ( FIGS. 23 (a) to 23 (c) show examples of analysis at the point C) in FIG. 17 and at the end stage (point D in FIG. 17). The reduction ratio at this time is 0.1 at the beginning of the cycle shown in FIG. 23 (a), at the middle of the cycle shown in FIG. 23 (b), and at the end of the cycle shown in FIG. 23 (c).
38, 0.61, and 0.78.

【0054】この評価例での最低ポンプ最大出力点での
サイクル末期における軸方向出力分布は、炉心平均でピ
ーキングが1.14(ピークノード9/24)であり(図7の
破線)、サブクール沸騰長は炉心平均で9.5/24ノード
分、サブクール沸騰高さは炉心平均で2/24内にある。
In the axial power distribution at the end of the cycle at the lowest pump maximum power point in this evaluation example, the peaking is 1.14 (peak node 9/24) on the core average (dashed line in FIG. 7), and the subcooled boiling length is The core average is 9.5 / 24 nodes, and the subcool boiling height is within 2/24 on the core average.

【0055】なお、炉心三次元核熱水力解析コードの例
としては、公知文献3「“TRACG TRANSIENT ANALYSIS
CODE ‐THREE‐DIMENSIONAL KINETICS MODEL IMP
LEMENTATION AND APPLICABILITY FOR SPACE‐DEPEN
DENT ANALYSIS”Nuclear Technology vol.105 pp1
62‐183 Feb.1994」に詳しい。
As an example of a core three-dimensional nuclear thermal-hydraulic analysis code, see “TRACG TRANSIENT ANALYSIS
CODE -THREE-DIMENSIONAL KINETICS MODEL IMP
LEMENTATION AND APPLICABILITY FOR SPACE‐DEPEN
DENT ANALYSIS ”Nuclear Technology vol.105 pp1
62-183 Feb. 1994 ”.

【0056】このように、9×9燃料集合体41を採用し
た炉心では、各種設計改良により過渡・安定性の悪化が
防止されていることが確認されているが、サイクル末期
でMCPRと炉心安定性上の余裕が減少する方向となっ
ている。これには、前記ボイド係数の他に、サイクル末
期では、ボイド率の高い炉心出口で生成されたPu239
を燃焼させることから、軸方向出力分布がやや上歪みと
なることが関係している。
As described above, in the core employing the 9 × 9 fuel assembly 41, it has been confirmed that the transient and stability deterioration is prevented by various design improvements. However, the MCPR and the core stability at the end of the cycle are confirmed. Sexual margins tend to decrease. This includes, besides the void coefficient, Pu239 generated at the core exit with a high void fraction at the end of the cycle.
This is related to the fact that the axial power distribution is slightly upwardly distorted due to the combustion of.

【0057】すなわち、軸方向出力分布が上歪みになる
と、過渡特性上はスクラム特性が悪化するのと同時に乱
れが生じたときに下流側へも影響が伝播することになる
サブクール沸騰領域が長くなる傾向にある。また、炉心
安定性上も低流量/高出力運転状態で軸方向出力分布が
平坦な傾向となることにより、特に炉心安定性減幅比は
大きくなる傾向となっている。
That is, if the axial power distribution becomes upwardly distorted, the scram characteristic deteriorates in terms of transient characteristics, and at the same time, when disturbance occurs, the subcooled boiling region in which the influence propagates to the downstream side becomes longer. There is a tendency. Also, in terms of core stability, the axial power distribution tends to be flat in the low flow rate / high power operation state, and in particular, the core stability reduction ratio tends to increase.

【0058】逆に、サイクル末期において炉心軸方向出
力分布を下歪みとした場合には、スクラム特性が向上
し、炉心安定性も改善傾向となるが、炉心の経済性を犠
牲にすることに加えて、過度の下歪み分布は領域安定性
とチャンネル安定性を悪化させる要因になる、という技
術課題がある。
Conversely, when the axial power distribution in the core axial direction is set to the lower strain at the end of the cycle, the scram characteristic is improved and the core stability tends to be improved, but the economical efficiency of the core is sacrificed. Therefore, there is a technical problem that an excessive lower strain distribution is a factor that deteriorates the region stability and the channel stability.

【0059】炉心軸方向出力分布に過渡・安定性上の観
点から制限を課すことについては、これまでも各種提案
がなされている(例えば、特開昭58−208692号公報「原
子炉の出力制御方法およびその装置」、特開平5−2569
78号公報「原子炉保護装置」)。
Various proposals have been made to limit the power distribution in the axial direction of the reactor core from the viewpoint of transient and stability (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-208692, "Power Control of Reactor"). Method and Apparatus ", JP-A-5-2569
No. 78, “Reactor protection device”).

【0060】しかしながら、それらはチャンネル一体の
みに関するものであるか、または、全炉心平均の軸方向
出力分布に関するものであり、炉心全体の過渡・安定性
に大きな影響を及ぼすのは、全燃料集合体の相対出力を
大きな順に並べたときに、全燃料集合体数中1/3まで
の範囲にある燃料集合体であるという、炉心動特性上の
特質が見過ごされてきた。
However, they relate only to the integral of the channel, or to the axial power distribution of the average of the entire core, and greatly affect the transient and stability of the entire core. When the relative powers of the fuel assemblies are arranged in descending order, the characteristic of the core dynamic characteristics that the fuel assemblies are in a range of up to 1/3 of the total number of fuel assemblies has been overlooked.

【0061】図25は、種々の軸方向出力分布に対する典
型的なBWRプラントの最低ポンプ速度最大出力点での
炉心安定性解析結果を示したものである。評価には、炉
心核一点近似動特性方程式を含む周波数領域安定性解析
コードを用いている。適用した軸方向出力分布は、図24
に示すように平坦分布(最大値:1.15;ピークノード5
/24)、下歪み分布(最大値:1.50;ピークノード9/
24)、中央歪み分布(最大値:1.40;ピークノード12/
24)の3種類とした。
FIG. 25 shows core stability analysis results at the minimum pump speed maximum power point of a typical BWR plant for various axial power distributions. For the evaluation, a frequency domain stability analysis code including the core dynamics equation is used. Figure 24 shows the applied axial power distribution.
Flat distribution (maximum value: 1.15; peak node 5)
/ 24), lower strain distribution (maximum value: 1.50; peak node 9 /
24), central distortion distribution (maximum value: 1.40; peak node 12 /
24).

【0062】炉心安定性減幅比は、それぞれ0.72,0.4
6,0.34であり、前述したように平坦分布のときが最も
減幅比が大きくなっている。これらを基本ケースとし
て、全燃料集合体の相対出力を大きな順に並べたとき
に、全燃料集合体数中1/3までの範囲にある燃料集合
体の軸方向出力分布を下歪み分布または中央歪み分布と
し、残りの2/3を平坦分布にした場合について評価し
た結果を、図25に重ねてプロットしてある。
The core stability reduction ratios were 0.72 and 0.4, respectively.
6, 0.34, and the flattened distribution has the largest width reduction ratio as described above. With these as basic cases, when the relative outputs of all the fuel assemblies are arranged in descending order, the axial output distribution of the fuel assemblies in the range of up to 1/3 of the total number of fuel assemblies is changed to the lower strain distribution or the central strain. The result of evaluating the case where the distribution is set as a distribution and the remaining 2/3 is made a flat distribution is plotted in FIG.

【0063】減幅比は、前者が0.50、後者が0.45であ
る。これらの結果から、相対出力が低い集合体も安定性
に影響を及ぼしているが、その寄与度は小さく、相対出
力が高い集合体が安定性の大部分を支配していることが
わかる。
The width reduction ratio is 0.50 for the former and 0.45 for the latter. From these results, it can be seen that an aggregate having a low relative output also affects stability, but its contribution is small and an aggregate having a high relative output controls most of the stability.

【0064】[0064]

【発明が解決しようとする課題】従来から提案されてい
る沸騰水型原子炉用燃料集合体では、炉心の経済性の向
上が実現されているのと同時に、ボイド反応度係数、圧
力損失の面での種々の改良がなされ過渡・安定性の悪化
が防止されている。しかしながら、さらに高燃焼度化、
長期運転サイクルとすることにより、炉心の経済性を向
上させるには、炉心運転サイクルを通じて過渡・安定性
評価結果を総合的に考慮した炉心の作製が不可欠であ
る。
The fuel assemblies for boiling water reactors proposed so far have not only improved the economical efficiency of the reactor core, but also achieved a reduction in the void reactivity coefficient and pressure loss. Various improvements have been made to prevent the deterioration of transient and stability. However, higher burnup,
In order to improve the economic efficiency of the core by using a long operation cycle, it is indispensable to manufacture a core that comprehensively considers the transient and stability evaluation results throughout the core operation cycle.

【0065】本発明の目的は、経済性を向上させた炉心
での軸方向出力分布のサイクル内変化を考慮に入れ、特
に定格出力運転状態で過渡特性と安定性上重要な相対出
力が高い燃料集合体での軸方向出力分布、サブクール沸
騰長、およびサブクール沸騰開始高さを過渡・安定性上
最適化することにより、過渡特性と安定性上の改善を図
り、その余裕を実効的に増加させるような沸騰水型原子
炉用炉心を提供することにある。
An object of the present invention is to take into consideration the intra-cycle variation of the axial power distribution in a core with improved economy, and particularly to a fuel having a high relative power which is important for transient characteristics and stability under rated power operation. Transient characteristics and stability are improved by optimizing the axial power distribution, subcooled boiling length, and subcooled boiling start height in the aggregate in terms of transient and stability, and the margin is effectively increased. An object of the present invention is to provide such a boiling water reactor core.

【0066】[0066]

【課題を解決するための手段】請求項1に係る発明は、
低濃縮ウラン酸化物を充填した燃料棒を正方格子状に配
置した燃料集合体を炉心に装荷してなる沸騰水型原子炉
用炉心において、前記酸化物が充填される軸方向領域下
方の1/24から10/24の下部領域の燃料集合体断面平均
ウラン濃縮度が、軸方向上部の11/24から24/24の領域
の燃料集合体断面平均ウラン濃縮度よりも高く、かつ下
部1/24から10/24領域の燃料集合体断面平均の可燃性
毒物量が上部11/24から24/24領域の燃料集合体断面平
均の可燃性毒物量よりも大きい燃料集合体を前記炉心に
装荷することにより、定格出力運転状態で全燃料集合体
の相対出力の高い順に並べたときに全燃料集合体数中1
/3までの範囲にある燃料集合体の軸方向出力分布のピ
ーキングが5/24から9/24の範囲で1.05を下回らない
ようにするか、または前記炉心下部で発生するサブクー
ル沸騰長が軸方向領域で8/24の長さを超えないことを
特徴とする。
The invention according to claim 1 is
In a boiling water reactor core in which a fuel assembly in which fuel rods filled with low-enriched uranium oxide are arranged in a square lattice shape is loaded in the core, 1 / The average uranium enrichment in the cross section of the fuel assembly in the lower region of 24 to 10/24 is higher than the average uranium enrichment in the cross section of the fuel assembly in the upper region of 11/24 to 24/24 in the axial direction, and Loading the core with a burnable poison having an average cross-sectional burnable poison amount of the fuel assembly in the region from 10/24 to 10/24 greater than the average burnable poison amount in the cross-sectional area of the fuel assembly in the upper 11/24 to 24/24 region In the rated output operation state, when the relative outputs of all the fuel assemblies are arranged in descending order of the relative output, 1
The peaking of the axial power distribution of the fuel assembly in the range of up to / 3 is not less than 1.05 in the range of 5/24 to 9/24, or the subcooled boiling length generated in the lower part of the core is in the axial direction. It is characterized in that the area does not exceed a length of 8/24.

【0067】請求項1の発明によれば、運転時の異常な
過渡変化発生時のスクラム特性を向上させるとともに、
運転点が低流量ないし高出力状態に移行したときの中性
子束の同位相での減衰特性を改善することができる。
According to the first aspect of the present invention, the scram characteristic at the time of occurrence of an abnormal transient change during operation is improved,
It is possible to improve the neutron flux in-phase attenuation characteristics when the operating point shifts to a low flow rate or high output state.

【0068】請求項2に係る発明は、ウランおよびプル
トニウムの混合酸化物を充填した燃料棒を正方格子状に
配置した燃料集合体を炉心に装荷してなる沸騰水型原子
炉用炉心において、前記酸化物が充填される軸方向領域
下方の1/24から10/24の下部領域の燃料集合体断面平
均ウラン濃縮度が、軸方向上部の11/24から24/24の領
域の燃料集合体断面平均ウラン濃縮度よりも高く、かつ
下部1/24から10/24領域の燃料集合体断面平均の可燃
性毒物量が上部11/24から24/24領域の燃料集合体断面
平均の可燃性毒物量よりも大きい燃料集合体を前記炉心
に装荷することにより、前記炉心の全燃料集合体の相対
出力の高い順から1/3までの範囲にある燃料集合体の
軸方向ピーキングを軸方向領域5/24から9/24の範囲
で1.05を下回らないか、またはサブクール沸騰長が軸方
向領域で8/24の長さを超えないことを特徴とする。請
求項2の発明によれば、炉心軸方向出力分布に係る制
限、またはサブクール沸騰長に係る制限を成立させるこ
とができる。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a boiling water reactor core comprising a fuel assembly in which fuel rods filled with a mixed oxide of uranium and plutonium are arranged in a square lattice, the core being loaded in the core. The average uranium enrichment cross section of the fuel assembly in the lower region of 1/24 to 10/24 below the axial region filled with the oxide is the cross section of the fuel assembly in the region of 11/24 to 24/24 in the upper axial direction. Amount of burnable poison that is higher than the average uranium enrichment and average cross section of the fuel assembly in the lower 1/24 to 10/24 area is higher than average fuel section in the upper 11/24 to 24/24 area. By loading a larger fuel assembly into the core, the axial peaking of the fuel assemblies in the range from the highest relative output of all the fuel assemblies in the core to one third is reduced to the axial region 5 /. Not less than 1.05 in the range 24 to 9/24, or Wherein the Bukuru boiling length does not exceed the length of 8/24 in axial region. According to the second aspect of the present invention, it is possible to satisfy the restriction on the core axial power distribution or the restriction on the subcooled boiling length.

【0069】請求項3に係る発明は、軸方向領域下方の
1/24から10/24に可燃性毒物を含まないウランおよび
プルトニウムの混合酸化物を充填した部分長燃料棒と、
軸方向上部11/24から24/24に可燃性毒物を含まない低
濃縮ウラン酸化物を充填した部分長燃料棒を連結した燃
料棒と、低濃縮ウラン酸化物を充填した全長燃料棒とを
正方格子状に配置した燃料集合体を炉心内に装荷してな
る沸騰水型原子炉用炉心において、前記燃料棒の周辺の
少なくとも4本の燃料棒の1/24から10/24に可燃性毒
物を含む低濃縮ウラン酸化物を充填した全長燃料棒を配
置することにより、前記炉心の全燃料集合体の相対出力
の高い順から1/3までの範囲にある燃料集合体の軸方
向ピーキングを軸方向領域5/24から9/24の範囲で1.
05を下回らないか、またはサブクール沸騰長が軸方向領
域で8/24の長さを超えないことを特徴とする。
A third aspect of the present invention is to provide a partial length fuel rod filled with a mixed oxide of uranium and plutonium containing no burnable poison from 1/24 to 10/24 below the axial region,
A fuel rod with a partial-length fuel rod filled with low-enriched uranium oxide containing no burnable poison in the upper axial section 11/24 to 24/24 and a full-length fuel rod filled with low-enriched uranium oxide are squared. In a boiling water reactor core in which fuel assemblies arranged in a lattice are loaded in a core, burnable poison is applied to 1/24 to 10/24 of at least four fuel rods around the fuel rods. By disposing the full-length fuel rods filled with the low-enriched uranium oxide containing, the axial peaking of the fuel assemblies in the range from the highest relative output of all the fuel assemblies in the core to one third is axially reduced. 1. In the range 5/24 to 9/24.
It is characterized in that it does not fall below 05 or the subcooled boiling length does not exceed a length of 8/24 in the axial region.

【0070】請求項3の発明によれば、サイクル初期か
ら中期にかけて炉心軸方向出力分布が極端な下歪み分布
となることを防止でき、サイクル中期から末期にかけて
炉心軸方向出力分布を平坦から下部ピークに維持するこ
とができる。その結果、サイクル初期から中期にかけて
チャンネル、領域安定性の悪化を防止し、サイクル中期
から末期にかけてスクラム特性と炉心安定性の改善を図
ることができる。
According to the third aspect of the present invention, it is possible to prevent the core axial power distribution from becoming extremely lower strain distribution from the early stage to the middle period of the cycle, and to reduce the core axial power distribution from flat to lower peak from the middle to the end of the cycle. Can be maintained. As a result, it is possible to prevent deterioration of channel and region stability from the early stage to the middle stage of the cycle, and to improve scram characteristics and core stability from the middle stage to the end stage of the cycle.

【0071】請求項4に係る発明は、定格出力運転状態
から自動または手動により炉心入口流量を50%定格流量
以下まで下げたとき、または定格出力運転状態で再循環
ポンプモータ電源が喪失し炉心入口流量が50%定格流量
以下になったとき、あるいは全燃料集合体の相対出力が
大きな順に並べたときに全燃料集合体数中1/3までの
範囲にある燃料集合体の軸方向出力分布のピーキングが
4/24ノードから8/24ノードの範囲で1.15を下回ら
ず、かつ3/24ノードから5/24ノードの範囲で1.75を
上回らないようにすることを特徴とする。請求項4の発
明によれば、低流量ないし高出力運転時の基本モード中
性子束と高次モード中性子束の減衰特性を改善すること
ができる。
According to a fourth aspect of the present invention, when the core inlet flow rate is automatically or manually reduced from the rated output operation state to 50% or less of the rated flow rate, or in the rated output operation state, the power of the recirculation pump motor is lost and the core inlet flow rate is reduced. When the flow rate falls below the 50% rated flow rate, or when the relative outputs of all the fuel assemblies are arranged in descending order, the axial power distribution of the fuel assemblies within 1/3 of the total number of fuel assemblies It is characterized in that the peaking does not fall below 1.15 in the range of 4/24 nodes to 8/24 nodes and does not exceed 1.75 in the range of 3/24 nodes to 5/24 nodes. According to the invention of claim 4, the attenuation characteristics of the fundamental mode neutron flux and the higher mode neutron flux at the time of low flow rate or high output operation can be improved.

【0072】請求項5に係る発明は、定格出力運転状態
から自動または手動により炉心入口流量を50%定格流量
以下まで下げたとき、または定格出力運転状態で再循環
ポンプモータ電源が喪失し炉心入口流量が50%定格流量
以下になったときに、相対出力が全燃料集合体中1/3
までの範囲にある燃料集合体のサブクール沸騰長が10/
24ノード分を超えず、かつサブクール沸騰開始点が2/
48ノード下端を下回らないようにすることを特徴とす
る。
According to a fifth aspect of the present invention, when the core inlet flow rate is automatically or manually reduced from the rated output operation state to 50% or less of the rated flow rate, or in the rated output operation state, the power of the recirculating pump motor is lost and the core inlet flow rate is reduced. When the flow rate falls below the 50% rated flow rate, the relative output becomes one-third of all fuel assemblies.
The subcooled boiling length of the fuel assembly in the range up to 10 /
It does not exceed 24 nodes and the subcool boiling point is 2 /
The feature is to not go below the lower end of 48 nodes.

【0073】請求項5の発明によれば、炉心下部で発生
するサブクールガイドが炉心の安定性に深く関与してい
ることに着目し、相対出力が全燃料集合体数中1/3ま
での範囲にある燃料集合体のサブクール沸騰長が10/24
ノード分を超えず、かつサブクール沸騰長開始点が2/
48ノード下端を下回らない制限を課すことができる。
According to the fifth aspect of the present invention, attention is paid to the fact that the subcool guide generated at the lower part of the core is deeply involved in the stability of the core, and the relative output is within a range of up to 1/3 of the total number of fuel assemblies. Subcooled boiling length of fuel assembly at 10/24
Subcooled boiling length starting point is 2 /
You can impose restrictions that do not go below the bottom of the 48 nodes.

【0074】請求項6に係る発明は、前記燃料集合体に
おける燃料棒の軸方向出力分布に係る制限、またはサブ
クール沸騰長、あるいは飽和沸騰開始点に係る制限を課
す炉心運転サイクル燃焼度期間を、全制御棒が引き抜か
れた後からサイクル終了までの期間とすることを特徴と
する。
According to a sixth aspect of the present invention, the core operation cycle burn-up period which imposes a limit on the axial power distribution of the fuel rods in the fuel assembly, or a limit on the subcooling boiling length or the saturation boiling start point, The period is from the time when all the control rods are pulled out to the end of the cycle.

【0075】請求項6の発明によれば、炉心軸方向出力
分布に係る制限、または飽和沸騰開始点に係る制限を課
すサイクル燃焼度期間を、全制御棒が引き抜かれた後か
ら終了までの期間に限定することができる。
According to the sixth aspect of the present invention, the cycle burn-up period for imposing a limit on the core axial power distribution or a limit on the saturation boiling start point is a period from the time when all the control rods are withdrawn to the time when the control rod is terminated. Can be limited to

【0076】請求項7に係る発明は、前記燃料集合体に
おける燃料棒の軸方向出力分布に係る制限、またはサブ
クール沸騰長、あるいは飽和沸騰開始点に係る制限は、
全燃料集合体の相対出力を大きな順に並べたときに、全
燃料集合体の体数中において1/3までの範囲にある燃
料集合体についての平均軸方向出力分布、または平均サ
ブクール沸騰長、あるいは平均サブクール沸騰開始高さ
に対して課することを特徴とする。
According to a seventh aspect of the present invention, the limitation on the axial power distribution of the fuel rods in the fuel assembly or the limitation on the subcooled boiling length or the saturated boiling start point is as follows:
When the relative outputs of all the fuel assemblies are arranged in descending order, the average axial power distribution or the average subcooled boiling length of the fuel assemblies in the range of up to 1/3 of the total number of the fuel assemblies, or It is characterized by imposing on the average subcool boiling start height.

【0077】請求項7の発明によれば、相対出力が最高
から1/3までの範囲の燃料集合体についての平均軸方
向出力分布、平均サブクール沸騰長または平均サブクー
ル沸騰高さに対して制限を課すことができる。
According to the seventh aspect of the present invention, a limit is imposed on the average axial power distribution, average subcooled boiling length or average subcooled boiling height for a fuel assembly having a relative output ranging from the highest to 1/3. Can be imposed.

【0078】請求項8に係る発明は、全燃料集合体の相
対出力を大きな順に並べたときに、全燃料集合体数中1
/3までの範囲にある燃料集合体は、径方向出力分布の
ピーキングの自乗について加算したものを前記燃料集合
体数で除算した結果(R0値)が1.75以下であり、かつ
全燃料集合体の径方向出力分布のピーキングと周方向一
次モード出力分布のピーキングの積の絶対値を大きな順
に並べたときに、全燃料集合体数中1/3までの範囲に
ある燃料集合体は、径方向出力分布のピーキングと周方
向一次モード出力分布のピーキングの積の絶対値を加算
したものを前記燃料集合体数で除算した結果(R1値)
が2.00以下であるようにした上で、請求項1〜6に記載
した軸方向出力分布とサブクール沸騰長およびサブクー
ル沸騰開始点に関する制約を課すことを特徴とする。請
求項8の発明によれば、請求項1から6に記載した軸方
向出力分布とサブクール沸騰長およびサブクール沸騰開
始点に関する制限を課すことができる。
The invention according to claim 8 is characterized in that when relative outputs of all fuel assemblies are arranged in descending order, one out of the total number of fuel assemblies
For fuel assemblies in the range up to / 3, the result (R0 value) obtained by dividing the sum of the squares of the peaking of the radial output distribution by the number of fuel assemblies is 1.75 or less, and When the absolute value of the product of the peaking of the radial power distribution and the peaking of the circumferential first-order mode power distribution is arranged in descending order, the fuel assemblies in the range of up to 1/3 of the total number of the fuel assemblies have the radial output. Result of adding the absolute value of the product of the peaking of the distribution and the peaking of the circumferential first-order mode output distribution and dividing by the number of fuel assemblies (R1 value)
Is set to 2.00 or less, and restrictions on the axial power distribution, the subcooled boiling length and the subcooled boiling start point described in claims 1 to 6 are imposed. According to the invention of claim 8, it is possible to impose restrictions on the axial power distribution, the subcool boiling length and the subcool boiling start point described in claims 1 to 6.

【0079】請求項9に係る発明は、炉心内に配置され
た局部出力モニタ信号と、原子炉圧力、炉心入口流量、
給水温度および給水流量からなるヒートバランス条件を
入力するプロセス計算機と、このプロセス計算機からの
炉心出力分布、サブクール沸騰開始高さおよび飽和沸騰
開始高さ信号を入力する炉心監視部とを具備してなり、
前記炉心監視部は判定部と、この判定部に接続する情報
保管部および表示部を有し、前記炉心監視部からの値が
所定値を上回ったときに中央制御室に警報を発生させる
系統を有することを特徴とする。
According to the ninth aspect of the present invention, a local power monitor signal disposed in a core, a reactor pressure, a core inlet flow rate,
A process computer for inputting a heat balance condition including a feedwater temperature and a feedwater flow rate, and a core monitoring unit for inputting a core power distribution, a subcool boiling start height and a saturation boiling start height signal from the process computer. ,
The core monitoring unit includes a determination unit, an information storage unit and a display unit connected to the determination unit, and a system that generates an alarm in a central control room when a value from the core monitoring unit exceeds a predetermined value. It is characterized by having.

【0080】請求項9の発明によれば、炉心軸方向、径
方向および周方向に関する制限を監視することができ
る。すなわち、相対出力が全燃料集合体中、予め定めら
れた割合までの範囲にある燃料集合体の軸方向出力分布
が、予め定められた範囲で所定の値を下回ったとき,上
回ったとき,サブクール沸騰長が所定の値を上回ったと
き,サブクール沸騰開始高さが所定の値を下回ったと
き,R0値が所定の値を上回ったとき,またはR1値が
所定の値を上回ったときに中央制御室に警報を発生させ
ることができる。
According to the ninth aspect of the invention, it is possible to monitor the restrictions in the core axial direction, the radial direction, and the circumferential direction. That is, when the axial output distribution of the fuel assembly whose relative output is within a predetermined range of all the fuel assemblies falls below or exceeds a predetermined value within a predetermined range, the subcooling is performed. Central control when the boiling length exceeds a predetermined value, when the subcool boiling start height falls below a predetermined value, when the R0 value exceeds a predetermined value, or when the R1 value exceeds a predetermined value. An alarm can be generated in the room.

【0081】[0081]

【発明の実施の形態】図1から図8により本発明に係る
沸騰水型原子炉用炉心の第1の実施の形態を説明する。
なお、各図中、図14から図21までに説明した部分と同一
部分には同一符号を付して重複する部分の説明は省略す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment of a boiling water reactor core according to the present invention will be described with reference to FIGS.
In each of the drawings, the same portions as those described in FIGS. 14 to 21 are denoted by the same reference numerals, and description of overlapping portions will be omitted.

【0082】図1および図2は本実施の形態における9
×9燃料集合体の軸方向出力分布とサブクール沸騰長、
およびサブクール沸騰開始高さに対する制限を実現する
ための燃料集合体核設計例である。図1は燃料集合体の
横断面図、図2は図1における各々の燃料棒タイプ1か
ら7の濃縮度またはガドリニア濃度を示しており、これ
らの凡例を表2に示す。燃料棒タイプ6のノード1/24
〜10/24には、最高ガドリニア濃度a+を含むMOX燃
料ペレット(M)が充填されている。
FIGS. 1 and 2 show the structure of the present embodiment.
× 9 fuel assembly axial power distribution and subcooled boiling length,
7 is an example of a fuel assembly nucleus design for realizing a restriction on a subcool boiling start height. FIG. 1 is a cross-sectional view of a fuel assembly, and FIG. 2 shows enrichment or gadolinia concentration of each of the fuel rod types 1 to 7 in FIG. Fuel rod type 6 node 1/24
~ 10/24 is filled with MOX fuel pellets (M) containing the highest gadolinia concentration a +.

【0083】[0083]

【表2】 [Table 2]

【0084】ガドリニアの効果により反応度価値の高い
燃料棒タイプ6の下部領域での出力発生はサイクル前半
では抑制され、ガドリニアが燃え尽きるサイクル後半で
同領域のバンドル全体出力に対する出力割合を高めてい
る。
Due to the gadolinia effect, the output generation in the lower region of the fuel rod type 6 having high reactivity value is suppressed in the first half of the cycle, and the output ratio to the entire bundle output in the same region is increased in the second half of the cycle when the gadolinia burns out.

【0085】これにより、サイクル初期〜中期にかけ
て、炉心軸方向出力分布が極端な下歪み分布となること
を防いだ上で、サイクル中期から末期にかけては炉心軸
方向出力分布を平坦から下部ピークに維持することが可
能となる。
This prevents the core axial power distribution from becoming extremely low strain distribution from the initial stage to the middle stage of the cycle, and maintains the core axial power distribution from flat to the lower peak from the middle stage to the end of the cycle. It is possible to do.

【0086】その結果、サイクル初期〜中期にかけて
は、チャンネル・領域安定性の悪化を防止し、サイクル
中期〜末期にかけては、スクラム特性と炉心安定性の改
善を図ることができる。
As a result, it is possible to prevent the channel / region stability from being deteriorated in the early to middle stages of the cycle, and to improve the scram characteristics and core stability in the middle to late stages of the cycle.

【0087】図3は図1における炉心での領域安全性解
析結果を軸方向出力分布で示し、図4(a),(b)は
ガドリニアが有る場合と無い場合の核設計例を示してい
る。図4(a)はサイクル初期において、前記核設計例
の9×9燃料集合体を装荷した定格出力/85%定格流量
の運転状態から再循環ポンプ速度を下げることにより、
運転点を安定性制限曲線と流量制御曲線との交点(図17
の点B)に移動させたときの反応度外乱に対する炉心断
面点対称位置での中性子束の応答(領域安定性)を炉心
三次元解析コードにより評価したものである。
FIG. 3 shows the results of the area safety analysis in the core in FIG. 1 in the axial power distribution, and FIGS. 4 (a) and 4 (b) show examples of nuclear design with and without gadolinia. . FIG. 4A shows that, at the beginning of the cycle, the recirculation pump speed is lowered from the operating state of the rated output / 85% rated flow rate loaded with the 9 × 9 fuel assembly of the nuclear design example,
The operating point is defined as the intersection of the stability limit curve and the flow control curve (Fig. 17
The response (region stability) of the neutron flux at the point of symmetry of the reactor core with respect to the reactivity disturbance when moved to the point B) is evaluated by the core three-dimensional analysis code.

【0088】ウランおよびプルトニウムの混合酸化物燃
料ペレットにガドリニアがa+だけ含有されている場合
には、相対出力を大きな順に並べたときに、全燃料集合
体数中1/3までの範囲にある燃料集合体での平均軸方
向出力分布は図3に示すようにピーキングが1.60(ピー
クノード4/24)であるが、ガドリニアが含有されてい
ない場合にはピーキングが1.80(ピークノード3/24)
となっている。
When gadolinia is contained only in a + in a mixed oxide fuel pellet of uranium and plutonium, when the relative output is arranged in descending order, the fuel within the range of up to 1/3 of the total number of fuel assemblies As shown in FIG. 3, the average axial power distribution in the aggregate is 1.60 (peak node 4/24) with peaking, but when no gadolinia is contained, peaking is 1.80 (peak node 3/24).
It has become.

【0089】このとき、サブクール沸騰開始高さは、そ
れぞれ2/48ノード内と1/48ノード内にある。平均軸
方向出力分布1.6(ピークノード4/24)であるときに
は、中性子束は減幅比0.8で減衰している。他方、平均
軸方向出力分布が1.8(ピークノード3/24)であると
きには、中性子束は発振(リミットサイクル状態)して
いる。
At this time, the subcool boiling start heights are within the 2/48 node and the 1/48 node, respectively. When the average axial power distribution is 1.6 (peak node 4/24), the neutron flux is attenuated at a reduction ratio of 0.8. On the other hand, when the average axial power distribution is 1.8 (peak node 3/24), the neutron flux is oscillating (limit cycle state).

【0090】図6は、前記核設計例の9×9燃料集合体
を装荷した従来のスクラムプラントで、サイクル末期で
制御棒が全引抜きとなったときの、定格出力/105%定格
流量(図17の点A3)での発電機負荷遮断・バイパス弁
不作動の炉心三次元コードによる解析結果を本発明と従
来例とを比較して示したものである。
FIG. 6 shows a conventional scrum plant loaded with the 9 × 9 fuel assembly of the above nuclear design example, and the rated output / 105% rated flow rate when the control rods were fully pulled out at the end of the cycle (FIG. The analysis result of the core load three-dimensional code at 17 points A3) of the generator load shedding / bypass valve inactivation is shown by comparing the present invention with the conventional example.

【0091】このときの初期の炉心軸方向出力分布を従
来例と比較して図5に示すが、相対出力が最高のものか
ら1/3までの範囲にある燃料集合体での平均軸方向出
力分布は5/24ノード〜9/24ノードの範囲で1.10を超
えており(最大値は16/24ノードで1.15)、平均サブク
ール沸騰長は7.5/24ノード分ある。
The initial core axial power distribution at this time is shown in FIG. 5 in comparison with the conventional example. The average axial power in the fuel assembly whose relative power is in the range from the highest to one third is shown. The distribution exceeds 1.10 in the range of 5/24 nodes to 9/24 nodes (the maximum value is 1.15 for 16/24 nodes), and the average subcooled boiling length is 7.5 / 24 nodes.

【0092】過渡変化中のΔMCPRは0.21であり、従
来例と比べ、ΔMCPRで0.07余裕が増加している。こ
れは、従来例と比べてスクラム性能が改善されたこと
と、サブクール沸騰蝶が短くなったこととが複合してえ
られたものと考えられる。
The ΔMCPR during the transient change is 0.21, and the margin of ΔMCPR is increased by 0.07 as compared with the conventional example. This is considered to be due to a combination of improved scrum performance and a shorter subcooled boiling butterfly compared to the conventional example.

【0093】次に図8はサイクル末期において前記定格
出力/105%定格流量の運転状態から再循環ポンプ速度を
下げることにより、運転点を最低ポンプ速度最大出力点
(図17の点D)に移動させたときの反応度外乱に対する
炉心平均中性子束の応答を炉心三次元解析コードにより
評価したものである。
Next, FIG. 8 shows that at the end of the cycle, the operating point is moved to the minimum pump speed maximum output point (point D in FIG. 17) by lowering the recirculation pump speed from the operation state of the rated output / 105% rated flow rate. The response of the core average neutron flux to the reactivity disturbance at the time of the reaction is evaluated by the core three-dimensional analysis code.

【0094】このときの最低ポンプ速度最大出力点での
炉心軸方向出力分布を図7に示すが、相対出力を大きな
順に並べたときに、全燃料集合体数中1/3までの範囲
にある燃料集合体での平均軸方向出力分布はピーキング
が1.25(ピークノード5/24)であり、5/24〜10/24
の範囲で1.10を超えており、平均サブクール沸騰長は7.
8/24ノード分、平均サブクール沸騰開始高さ2/24ノ
ード内にある。中性子束応答の減幅比は0.65であり、従
来例と比べ、Δ減幅比で0.13余裕が増加している。
FIG. 7 shows the core axial power distribution at the lowest pump speed maximum power point at this time. When the relative power is arranged in descending order, it is within 1/3 of the total number of fuel assemblies. The average axial power distribution in the fuel assembly has a peaking of 1.25 (peak node 5/24), from 5/24 to 10/24.
In the range of 1.10, the average subcool boiling length is 7.
8/24 nodes, average subcool boiling start height within 2/24 nodes. The reduction ratio of the neutron flux response is 0.65, which is 0.13 more than the conventional example.

【0095】次に図9および図10により本発明に係る沸
騰水型原子炉用炉心の第2の実施の形態を説明する。図
9および図10は燃料棒の軸方向出力分布と飽和沸騰開始
高さ、およびサブクール沸騰開始高さに対する制限を実
現するための第2の実施の形態を示している。表3は図
9および図10の凡例である。
Next, a second embodiment of the boiling water reactor core according to the present invention will be described with reference to FIGS. 9 and 10. 9 and 10 show a second embodiment for realizing restrictions on the axial power distribution of the fuel rods, the saturation boiling start height, and the subcool boiling start height. Table 3 is a legend for FIGS. 9 and 10.

【0096】[0096]

【表3】 [Table 3]

【0097】燃料棒タイプ6のノード1/24〜10/24に
は、最高ガドリニア濃度a+を含む最大プルトニウム富
化度XのMOX燃料ペレットが充填され、11/24〜24/
24にはガドリニア濃度bを含むプルトニウム富化度Yの
MOX燃料ペレットが充填されている。
The nodes 1/24 to 10/24 of the fuel rod type 6 are filled with MOX fuel pellets having the maximum plutonium enrichment X including the highest gadolinia concentration a +, and
24 is filled with MOX fuel pellets of plutonium enrichment Y containing gadolinia concentration b.

【0098】ガドリニアの効果により、反応度価値の高
い燃料棒タイプ6の下部領域での出力発生はサイクル前
半では抑制され、ガドリニアが燃え尽きるサイクル後半
での同領域でのバンドル全体出力に対する出力割合を高
めている。
Due to the gadolinia effect, the output generation in the lower region of the fuel rod type 6 having high reactivity value is suppressed in the first half of the cycle, and the output ratio to the total bundle output in the same region in the second half of the cycle when the gadolinia burns out is increased. ing.

【0099】次に図11および図12により本発明に係る沸
騰水型原子炉用炉心の第3の実施の形態を説明する。図
11および図12は、前記軸方向出力分布と飽和沸騰開始高
さ、およびサブクール沸騰開始高さに対する制限を実現
するための第3の実施の形態を示している。表4は図11
および図12の凡例である。
Next, a third embodiment of the boiling water reactor core according to the present invention will be described with reference to FIGS. 11 and 12. Figure
FIGS. 11 and 12 show a third embodiment for realizing the restrictions on the axial power distribution, the saturated boiling start height, and the subcooled boiling start height. Table 4 shows FIG.
13 and the legend of FIG.

【0100】[0100]

【表4】 [Table 4]

【0101】燃料棒タイプ6のノード1/24〜10/24に
は、ガドリニアを含まないMOX燃料ペレット(M)が
充填され、11/24〜23/24にはやはりガドリニアを含ま
ない最大濃縮度Aのウラン燃料ペレットが充填されてい
る。
The nodes 1/24 to 10/24 of the fuel rod type 6 are filled with MOX fuel pellets (M) not containing gadolinia, and the enrichment without gadolinia is also contained on 11/24 to 23/24. A is filled with uranium fuel pellets.

【0102】そして、燃料棒タイプ7のノード1/24〜
10/24には、最大ガドリニア濃度aを含む濃縮度Bのウ
ラン燃料ペレットが充填され、11/24〜23/24にはやは
りガドリニア濃度bを含む濃縮度Bのウラン燃料ペレッ
トが充填されている。
Then, the fuel rod type 7 node 1/24 to
10/24 is filled with uranium fuel pellets of enrichment B containing the maximum gadolinia concentration a, and from 11/24 to 23/24 is filled with uranium fuel pellets of enrichment B also containing gadolinia concentration b. .

【0103】図11に示したように燃料棒タイプ6の周囲
には少なくとも4本の燃料棒タイプ7が配置されてい
る。下部領域での反応度価値の高い燃料棒タイプ6を、
やはり下部領域でのガドリニア濃度の高い燃料棒タイプ
7で囲むことにより、サイクル後半でのバンドル全体出
力に対する燃料棒タイプ6の下部出力の割合を高めてい
る。
As shown in FIG. 11, at least four fuel rod types 7 are arranged around the fuel rod type 6. Fuel rod type 6 with high reactivity value in the lower area,
Also, by enclosing the fuel rod type 7 having a high gadolinia concentration in the lower region, the ratio of the lower power of the fuel rod type 6 to the entire bundle output in the latter half of the cycle is increased.

【0104】なお、本実施の形態は、上述した2本の太
径ウォータロッド44を有する9×9燃料集合体の他に
も、1本の太径ウォータロッドを有する高燃焼度化8×
8燃料集合体、1個の四角型ウォータチャンネルを有す
る9×9燃料集合体または10×10燃料集合体、1個の十
字型ウォータチャンネルを有する9×9燃料集合体また
は10×10燃料集合体についても適用が可能である。
The present embodiment is different from the 9 × 9 fuel assembly having two large diameter water rods 44 described above in addition to the high burnup 8 × having one large diameter water rod.
8 fuel assemblies, 9 × 9 fuel assemblies or 10 × 10 fuel assemblies with one square water channel, 9 × 9 fuel assemblies or 10 × 10 fuel assemblies with one cruciform water channel Is also applicable.

【0105】また、炉心軸方向での核的(出力分布)、
熱水力敵(サブクール沸騰長とサブクール沸騰開始高
さ)に関する制限は、相対出力を大きな順に並べたとき
に全燃料集合体数中1/3までの範囲にある燃料集合体
に課すことにより、十分な実効性が期待できるが、これ
にさらに炉心径方向,周方向での核的制限を加えること
により、過渡特性と安定性のより確実な改善を図ること
ができる。
Further, nuclear (power distribution) in the core axis direction,
Restrictions on thermo-hydraulic enemies (subcooled boiling length and subcooled boiling start height) are imposed on the fuel assemblies in the range of up to 1/3 of the total number of fuel assemblies when the relative power is arranged in descending order. Sufficient effectiveness can be expected, but by further adding nuclear restrictions in the core radial direction and circumferential direction, transient characteristics and stability can be more reliably improved.

【0106】これは、相対出力を大きな順に並べたとき
に全燃料集合体数中1/3までの範囲にある燃料集合体
のR0値を1.75以下、かつ全燃料集合体の径方向出力分
布のピーキングと周方向一次モード出力分布のピーキン
グの積の絶対値を大きな順に並べたときに、全燃料集合
体数中1/3までの範囲にある燃料集合体のR1値を2.
00以下とすることにより達成される。
This is because, when the relative outputs are arranged in descending order, the R0 value of the fuel assemblies in the range of up to 1/3 of the total number of fuel assemblies is 1.75 or less, and the radial output distribution of all the fuel assemblies is 1.75. When the absolute value of the product of peaking and the peaking of the circumferential first-order mode output distribution is arranged in descending order, the R1 value of the fuel assembly in the range of up to 1/3 of the total number of fuel assemblies is set to 2.
Achieved by setting it to 00 or less.

【0107】次に図13により本発明に係る炉心監視装置
の第1の実施の形態を説明する。図13は、前記軸方向出
力分布とサブクール沸騰開始高さ、飽和沸騰開始高さ、
径方向出力分布および周方向出力分布に対する制限を監
視するための炉心監視装置をブロック図で示している。
Next, a first embodiment of the core monitoring apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 13 shows the axial power distribution and subcooled boiling start height, saturated boiling start height,
FIG. 2 shows a block diagram of a core monitoring device for monitoring limits on radial power distribution and circumferential power distribution.

【0108】本実施の形態に係る炉心監視装置は、図13
に示したようにLPRM信号とヒート・バランス条件を
入力するプロセス計算機48と、このプロセス計算機48か
ら出力する炉心出力分布、サブクール沸騰開始高さおよ
び飽和沸騰開始高さを入力する炉心監視部49とからなっ
ている。
The core monitoring apparatus according to the present embodiment is similar to that shown in FIG.
As shown in (1), a process computer 48 for inputting the LPRM signal and the heat balance condition, a core monitoring unit 49 for inputting the core power distribution, the subcool boiling start height and the saturated boiling start height output from the process computer 48, Consists of

【0109】炉心監視部49は判定部50と、この判定部50
に接続する情報保管部51および表示部52からなってい
る。なお、炉心監視部49には炉心監視部49からの値が上
回ったときに中央制御室(図示せず)に警報を発生させ
る系統(図示せず)が接続されている。
The core monitoring unit 49 includes a determination unit 50 and the determination unit 50.
An information storage unit 51 and a display unit 52 are connected to each other. The core monitoring unit 49 is connected to a system (not shown) for generating an alarm in a central control room (not shown) when the value from the core monitoring unit 49 exceeds.

【0110】すなわち、プロセス計算機48は、LPRM
信号、原子炉圧力P、炉心入口流量W、給水温度TFW
給水流量FFWからなるヒート・バランス条件を入力とし
て、径方向出力ピーキングΨ(r)と軸方向出力ピーキ
ングΦ(z)からなる炉心出力分布、原子炉熱出力Q、
炉心入口エンタルピHを算出している。
That is, the process computer 48 executes the LPRM
Signal, reactor pressure P, core inlet flow rate W, feedwater temperature T FW ,
With the heat balance condition consisting of the feedwater flow rate F FW as input, the core power distribution consisting of the radial output peaking Ψ (r) and the axial output peaking Φ (z), the reactor heat output Q,
The core entrance enthalpy H is calculated.

【0111】炉心監視部49は、Ψ、Φ、Q、W、P、H
を入力信号とし、判定部50、情報保管部51および表示部
52から構成される。情報保管部51には、制限を課する燃
料集合体の相対出力範囲(例えば、最高のものから1/
3まで)、制限を課する軸方向出力分布の範囲(例え
ば、5/24〜9/24ノード、3/24〜5/24ノード)と
出力分布制限値(例えば1.05、および1.75)、制限を課
するサブクール沸騰長(例えば8/24ノード分)、制限
を課するサブクール沸騰開始高さ(例えば2/24ノード
下端)、および制限を課するR0値(例えば1.75)、R
1値(例えば2.00)が予め入力されている。
[0111] The core monitoring unit 49 includes: Ψ, Φ, Q, W, P, H
Is an input signal, and the determination unit 50, the information storage unit 51, and the display unit
Consists of 52. The information storage unit 51 stores a relative output range (for example, 1 /
3), the range of the axial power distribution (for example, 5/24 to 9/24 node, 3/24 to 5/24 node) that imposes the limit, the output distribution limit value (for example, 1.05 and 1.75), and the limit. Subcool boiling length to impose (eg, for 8/24 nodes), subcool boiling start height to impose limits (eg, 2/24 node bottom), and R0 value (eg, 1.75), R to impose limits
One value (for example, 2.00) is input in advance.

【0112】次に上記構成に係る炉心監視装置を運転の
サイクル末期に動作させた場合の動作例を説明する。判
定部50により、最高相対出力から1/3までの範囲の燃
料集合体のいずれかの軸方向出力分布が、5/24〜9/
24のいずれかのノードで1.04となった場合、または3/
24〜5/24のいずれかのノードで1.76となった場合に中
央操作室に警報を発生する。
Next, an example of the operation when the core monitoring apparatus having the above configuration is operated at the end of the operation cycle will be described. The determination unit 50 determines that the axial output distribution of any one of the fuel assemblies in the range from the maximum relative output to 1/3 is from 5/24 to 9 /
If it becomes 1.04 in any of the 24 nodes, or 3 /
If it becomes 1.76 in any node from 24 to 5/24, an alarm is issued to the central control room.

【0113】また、最高相対出力から1/3までの範囲
の燃料集合体のいずれかのサブクール沸騰長が9/24ノ
ードとなった場合、またはサブクール沸騰開始点が1/
48ノードとなった場合にも中央操作室に警報を発生す
る。
When the subcooled boiling length of any one of the fuel assemblies in the range from the maximum relative output to 1/3 is 9/24 node, or the subcooled boiling start point is 1/24
An alarm is also issued to the central control room when there are 48 nodes.

【0114】さらに、相対出力を大きな順に並べたとき
に、全燃料集合体数中1/3までの範囲にある燃料集合
体のR0値が1.76となった場合、または全燃料集合体の
径方向出力分布のピーキングと周方向一次モード出力分
布のピーキングの積の絶対値を大きな順に並べたとき
に、全燃料集合体数中1/3までの範囲にある燃料集合
体のR1値が2.01となった場合にも中央操作室に警報を
発生する。
Further, when the relative outputs are arranged in descending order, when the R0 value of the fuel assemblies within 1/3 of the total number of fuel assemblies becomes 1.76, When the absolute value of the product of the peaking of the power distribution and the peaking of the circumferential first-order mode power distribution is arranged in descending order, the R1 value of the fuel assembly within 1/3 of the total number of fuel assemblies becomes 2.01. In the event of a warning, a warning is issued to the central control room.

【0115】前記軸方向出力分布、飽和沸騰開始高さ、
サブクール沸騰開始高さ、R0値、R1値および判定結
果については表示部52に数値、色、色調、色の明るさ、
色の強さで識別して画面表示される。
The axial power distribution, saturated boiling start height,
The subcool boiling start height, the R0 value, the R1 value, and the determination result are displayed on the display unit 52 in numerical value, color, color tone, color brightness,
The image is displayed on the screen by identifying the color intensity.

【0116】本実施の形態によれば、炉心軸方向の核熱
水力的制限が監視でき、万一、制限を逸脱した場合に、
中央操作室内の運転員に通知することができ、制御棒操
作による監視パラメータの適切化を促すことができる。
According to the present embodiment, the nuclear thermo-hydraulic restriction in the axial direction of the reactor core can be monitored.
It is possible to notify the operator in the central operation room, and it is possible to promote appropriate monitoring parameters by operating the control rod.

【0117】なお、本発明に係る炉心監視装置は、他の
安定性監視装置との組み合わせも容易であり、例えば特
開平11−38175号公報記載の沸騰水型原子炉の監視制御
装置と組み合わせることにより、安定性の悪化をより確
実に防止することが可能となる。
The core monitoring apparatus according to the present invention can be easily combined with another stability monitoring apparatus. For example, the core monitoring apparatus can be combined with a boiling water reactor monitoring control apparatus described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-38175. Thereby, it is possible to more reliably prevent the deterioration of stability.

【0118】[0118]

【発明の効果】本発明に係る炉心によれば、炉心三次元
(軸方向、径方向、周方向)についての核的制限(出力
分布についての制限)と熱水力的制限(サブクール沸騰
長とサブクール沸騰開始高さについての制限)を適用す
ることにより、定格出力運転状態で過渡変化が発生した
ときの燃料の熱的健全性上の余裕を増加させることがで
きると同時に、低流量/高出力運転状態での中性子振動
の発生に対する余裕を増加させることができる。
According to the core of the present invention, nuclear limitations (limits on power distribution) in three dimensions (axial, radial, circumferential) and thermal hydraulic limitations (subcooled boiling length and By applying the subcooling boiling start height), it is possible to increase the margin of thermal integrity of the fuel when a transient change occurs in the rated output operation state, and at the same time, to reduce the flow rate / high output. It is possible to increase the margin for the occurrence of neutron vibration in the operating state.

【0119】また、炉心軸方向の核熱水力的制限は、低
濃縮ウラン酸化物を充填した燃料棒、または、ウランお
よびプルトニウムの混合酸化物を充填した燃料棒を正方
格子状に配置した燃料集合体において、平均ウラン濃縮
度と可燃性毒物量の軸方向分布と燃料集合体断面での配
置を最適化することにより達成される。
The nuclear thermo-hydraulic restriction in the axial direction of the core is based on a fuel rod filled with a low-enriched uranium oxide or a fuel rod filled with a mixed oxide of uranium and plutonium arranged in a square lattice. In the assembly, this is achieved by optimizing the axial distribution of the average uranium enrichment and the amount of burnable poisons and the arrangement in the cross section of the fuel assembly.

【0120】本発明に係る炉心監視装置によれば、炉心
軸方向の核熱水力的制限が監視でき、万一、制限を逸脱
した場合に中央操作室内の運転員に通知することがで
き、制御棒操作による監視パラメータの適切化を促すこ
とができる。
According to the core monitoring apparatus of the present invention, it is possible to monitor the nuclear thermo-hydraulic restriction in the axial direction of the core, and to notify the operator in the central operating room if the restriction is deviated, It is possible to promote appropriate control of monitoring parameters by operating the control rod.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る第1の実施の形態における燃料集
合体を制御棒の一部を含んだ状態で示す横断面図。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a fuel assembly according to a first embodiment of the present invention including a part of a control rod.

【図2】図1における燃料集合体内の各々異なる燃料棒
の配列図。
FIG. 2 is an arrangement diagram of different fuel rods in the fuel assembly in FIG. 1;

【図3】図1における炉心での領域安全性解析結果を示
す軸方向出力分布図。
FIG. 3 is an axial power distribution diagram showing a result of an area safety analysis in the core shown in FIG. 1;

【図4】(a)は図1におけるガドリニア有りの場合の
核設計例を示す波形曲線図、(b)は同じくガドリニア
無しの場合の波形曲線図。
4A is a waveform curve diagram showing an example of a nuclear design with gadolinia in FIG. 1; FIG. 4B is a waveform curve diagram without gadolinia in FIG. 1;

【図5】本発明と従来例における炉心での過渡変化解析
結果を示す炉心軸方向出力分布曲線図。
FIG. 5 is a core axial direction power distribution curve diagram showing a transient change analysis result in a core according to the present invention and a conventional example.

【図6】本発明と従来例における炉心三次元コードによ
る解析結果を比較して示す曲線図。
FIG. 6 is a curve diagram showing a comparison between analysis results by a three-dimensional core code of the present invention and a conventional example.

【図7】本発明と従来例における炉心での炉心安定性解
析結果を炉心軸方向出力分布で比較して示す曲線図。
FIG. 7 is a curve diagram showing a comparison of core stability analysis results in a core axial direction power distribution between a core according to the present invention and a core according to a conventional example.

【図8】本発明と従来例における炉心平均中性子束の応
答を炉心三次元解析コードにより評価した比較曲線図。
FIG. 8 is a comparison curve diagram in which the response of the average neutron flux in the core according to the present invention and the conventional example is evaluated by the core three-dimensional analysis code.

【図9】本発明に係る第2の実施の形態における燃料集
合体の制御棒の一部を含んだ状態で示す横断面図。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a state including a part of a control rod of a fuel assembly according to a second embodiment of the present invention.

【図10】図9における燃料集合体内の各々異なる燃料
棒の配列図。
FIG. 10 is an array diagram of different fuel rods in the fuel assembly in FIG. 9;

【図11】本発明に係る第3の実施の形態における燃料
集合体を制御棒の一部を含んだ状態で示す横断面図。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a fuel assembly according to a third embodiment of the present invention, including a part of a control rod.

【図12】図11における燃料集合体内の各々異なる燃料
棒の配列図。
FIG. 12 is an arrangement diagram of different fuel rods in the fuel assembly in FIG. 11;

【図13】本発明に係る炉心監視装置の第1の実施の形
態を示すブロック図。
FIG. 13 is a block diagram showing a first embodiment of a reactor core monitoring apparatus according to the present invention.

【図14】従来の沸騰水型原子力発電プラントを説明す
るための概略的構成図。
FIG. 14 is a schematic configuration diagram for explaining a conventional boiling water nuclear power plant.

【図15】図14における炉心を概略的に示す縦断面図。FIG. 15 is a longitudinal sectional view schematically showing the core in FIG.

【図16】図14における炉心の平面図。FIG. 16 is a plan view of the core in FIG.

【図17】図14における原子炉出力と炉心流量との関係
を示す運転特性図。
17 is an operation characteristic diagram showing a relationship between a reactor power and a core flow rate in FIG.

【図18】(a)は従来の8×8燃料集合体を示す立面
図、(b)は(a)の上部タイプレート部を示す平面
図、(c)は(a)の丸セル型スペーサを示す平面図、
(d)は(a)の太径ウォータロッド部を示す横断面
図、(e)は(a)の下部タイプレート部を示す平面
図。
18 (a) is an elevation view showing a conventional 8 × 8 fuel assembly, FIG. 18 (b) is a plan view showing an upper tie plate part of FIG. 18 (a), and FIG. 18 (c) is a round cell type of FIG. Plan view showing a spacer,
(D) is a cross-sectional view showing the large diameter water rod part of (a), and (e) is a plan view showing the lower tie plate part of (a).

【図19】(a)は従来の9×9燃料集合体を示す立面
図、(b)は(a)の上部タイプレート部を示す平面
図、(c)は(a)の丸セル型スペーサを示す平面図、
(d)は(a)の太径ウォータロッド部を示す横断面
図、(e)は(a)の下部タイプレート部を示す平面
図。
19A is an elevation view showing a conventional 9 × 9 fuel assembly, FIG. 19B is a plan view showing an upper tie plate part of FIG. 19A, and FIG. 19C is a round cell type of FIG. Plan view showing a spacer,
(D) is a cross-sectional view showing the large diameter water rod part of (a), and (e) is a plan view showing the lower tie plate part of (a).

【図20】図19における燃料集合体を一部制御棒を含む
横断面図。
FIG. 20 is a cross-sectional view of the fuel assembly in FIG. 19 including a part of control rods.

【図21】図20における燃料集合体内の各々異なる燃料
棒の配列図。
FIG. 21 is an arrangement diagram of different fuel rods in the fuel assembly in FIG. 20;

【図22】(a)は従来例におけるサイクル初期の過渡
変化解析図、(b)は同じくサイクル中期の過渡変化解
析図、(c)は同じくサイクル末期の過渡変化解析図。
22A is a transient change analysis diagram at the beginning of a cycle in a conventional example, FIG. 22B is a transient change analysis diagram at the middle of the cycle, and FIG. 22C is a transient change analysis diagram at the end of the cycle.

【図23】(a)は従来例におけるサイクル初期の安定
性解析図、(b)は同じくサイクル中期の安定性解析
図、(c)は同じくサイクル末期の安定性解析図。
23A is a stability analysis diagram at the beginning of a cycle in a conventional example, FIG. 23B is a stability analysis diagram at the middle stage of the cycle, and FIG. 23C is a stability analysis diagram at the end of the cycle.

【図24】従来例における安定性解析結果を示す軸方向
出力分布図。
FIG. 24 is an axial output distribution diagram showing a stability analysis result in a conventional example.

【図25】図24と同じく減幅比と軸方向出力分布を示す
特性図。
FIG. 25 is a characteristic diagram showing a width reduction ratio and an axial output distribution as in FIG. 24;

【符号の説明】 1…原子炉格納容器、2…原子炉圧力容器、3…炉心、
4…冷却材、5…シュラウド、6…燃料集合体、7…制
御棒、8…炉心支持板、9…燃料支持金具、10…上部格
子板、11…再循環系、12…主蒸気配管、13…タービン、
14…発電機、15…復水器、16…復水ポンプ、17…給水加
熱器、18…給水ポンプ、19…給水管、20…給水調整弁、
21…バイパス配管、22…バイパス弁、23…逃がし安全
弁、24…ベント管、25…サプレッションプール、25a…
プール水、26…ジェットポンプ、27…原子炉冷却材再循
環ループ、28…原子炉冷却材再循環ポンプ、29…主蒸気
隔離内弁、30…主蒸気隔離外弁、31…主蒸気止め弁、32
…タービン蒸気加減弁、34…高燃焼度8×8燃料集合
体、35…燃料棒、36…従来型上部タイプレート、37…丸
型スペーサ、38…太径ウォータロッド、39…下部タイプ
レート、40…ネットワーク部、41…9×9燃料集合体、
42…改良型上部タイプレート、43…丸型スペーサ、44…
太径ウォータロッド、45…改良型下部タイプレート、46
…ネットワーク部、47…部分長燃料棒。
[Description of Signs] 1 ... Reactor containment vessel, 2 ... Reactor pressure vessel, 3 ... Core,
4 ... Coolant, 5 ... Shroud, 6 ... Fuel assembly, 7 ... Control rod, 8 ... Core support plate, 9 ... Fuel support fitting, 10 ... Upper grid plate, 11 ... Recirculation system, 12 ... Main steam piping, 13 ... turbine,
14 ... generator, 15 ... condenser, 16 ... condensate pump, 17 ... feed water heater, 18 ... feed water pump, 19 ... feed pipe, 20 ... feed water regulating valve,
21: bypass piping, 22: bypass valve, 23 ... relief safety valve, 24 ... vent pipe, 25 ... suppression pool, 25a ...
Pool water, 26… Jet pump, 27… Reactor coolant recirculation loop, 28… Reactor coolant recirculation pump, 29… Main steam isolation inner valve, 30… Main steam isolation outer valve, 31… Main steam stop valve , 32
... turbine steam regulator, 34 ... high burnup 8x8 fuel assembly, 35 ... fuel rod, 36 ... conventional upper tie plate, 37 ... round spacer, 38 ... large diameter water rod, 39 ... lower tie plate, 40… Network part, 41… 9 × 9 fuel assembly,
42… Improved upper tie plate, 43… Round spacer, 44…
Large diameter water rod, 45 ... Improved lower tie plate, 46
… Network part, 47… Part length fuel rod.

フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G21C 7/04 G21C 3/30 Y 17/00 17/00 S V (72)発明者 宮本 志保 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 山本 知己 神奈川県川崎市幸区堀川町66番2 東芝エ ンジニアリング株式会社内 (72)発明者 今岡 昌人 神奈川県川崎市幸区堀川町66番2 東芝エ ンジニアリング株式会社内 Fターム(参考) 2G075 CA08 CA38 DA20 EA01 FA06 FA12 FA19 FB07 FB08 FB09 FB16 FD07 GA15 Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat II (Reference) G21C 7/04 G21C 3/30 Y 17/00 17/00 SV (72) Inventor Shiho Miyamoto Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa 8 Shin-Sugitacho Inside Toshiba Yokohama Office (72) Inventor Tomomi Yamamoto 66-2 Horikawa-cho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Inside Toshiba Engineering Co., Ltd. 66-2 Horikawacho Toshiba Engineering Co., Ltd. F-term (reference) 2G075 CA08 CA38 DA20 EA01 FA06 FA12 FA19 FB07 FB08 FB09 FB16 FD07 GA15

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 低濃縮ウラン酸化物を充填した燃料棒を
正方格子状に配置した燃料集合体を炉心に装荷してなる
沸騰水型原子炉用炉心において、前記酸化物が充填され
る軸方向領域下方の1/24から10/24の下部領域の燃料
集合体断面平均ウラン濃縮度が、軸方向上部の11/24か
ら24/24の領域の燃料集合体断面平均ウラン濃縮度より
も高く、かつ下部1/24から10/24領域の燃料集合体断
面平均の可燃性毒物量が上部11/24から24/24領域の燃
料集合体断面平均の可燃性毒物量よりも大きい燃料集合
体を前記炉心に装荷することにより、定格出力運転状態
で全燃料集合体の相対出力の高い順に並べたときに全燃
料集合体数中1/3までの範囲にある燃料集合体の軸方
向出力分布のピーキングが5/24から9/24の範囲で1.
05を下回らないようにするか、または前記炉心下部で発
生するサブクール沸騰長が軸方向領域で8/24の長さを
超えないことを特徴とする沸騰水型原子炉用炉心。
1. A boiling water reactor core, in which fuel assemblies in which fuel rods filled with low-enriched uranium oxide are arranged in a square lattice are loaded in a core, an axial direction in which the oxides are filled. The average uranium enrichment of the cross section of the fuel assembly in the lower region of 1/24 to 10/24 below the region is higher than the average uranium enrichment of the cross section of the fuel assembly in the upper region of 11/24 to 24/24 in the axial direction, And a fuel assembly in which the average burnable poison amount in the cross section of the fuel assembly in the lower 1/24 to 10/24 region is larger than the average burnable poison amount in the cross section of the fuel assembly in the upper 11/24 to 24/24 region. By loading the reactor core, peaking of the axial power distribution of the fuel assemblies in the range of up to 1/3 of the total number of fuel assemblies when arranged in the order of the relative power of all the fuel assemblies in the rated power operation state Is in the range of 5/24 to 9/24.
A boiling water reactor core, wherein the core length is not less than 05 or a subcooled boiling length generated in a lower portion of the core does not exceed a length of 8/24 in an axial region.
【請求項2】 ウランおよびプルトニウムの混合酸化物
を充填した燃料棒を正方格子状に配置した燃料集合体を
炉心に装荷してなる沸騰水型原子炉用炉心において、前
記酸化物が充填される軸方向領域下方の1/24から10/
24の下部領域の燃料集合体断面平均ウラン濃縮度が、軸
方向上部の11/24から24/24の領域の燃料集合体断面平
均ウラン濃縮度よりも高く、かつ下部1/24から10/24
領域の燃料集合体断面平均の可燃性毒物量が上部11/24
から24/24領域の燃料集合体断面平均の可燃性毒物量よ
りも大きい燃料集合体を前記炉心に装荷することによ
り、前記炉心の全燃料集合体の相対出力の高い順から1
/3までの範囲にある燃料集合体の軸方向ピーキングを
軸方向領域5/24から9/24の範囲で1.05を下回らない
か、またはサブクール沸騰長が軸方向領域で8/24の長
さを超えないことを特徴とする沸騰水型原子炉用炉心。
2. A boiling water reactor core, in which a fuel assembly in which fuel rods filled with a mixed oxide of uranium and plutonium are arranged in a square lattice is loaded in a core, the oxide is filled. 1/24 to 10 / below the axial area
24, the average uranium enrichment cross section of the fuel assembly in the lower region is higher than the average uranium enrichment cross section of the fuel assembly in the region of 11/24 to 24/24 in the upper part in the axial direction, and the lower uranium enrichment is 1/24 to 10/24.
The average burnable poison amount of the cross section of the fuel assembly in the region is 11/24
By loading a fuel assembly larger than the average burnable poison amount of the cross section of the fuel assembly in the region from 24 to 24 to the core, the relative output of all the fuel assemblies in the core is increased by 1 from the highest order.
The axial peaking of the fuel assembly in the range of up to 3/3 does not fall below 1.05 in the axial region 5/24 to 9/24 or the subcooled boiling length is less than 8/24 in the axial region. A boiling water reactor core characterized by not exceeding.
【請求項3】 軸方向領域下方の1/24から10/24に可
燃性毒物を含まないウランおよびプルトニウムの混合酸
化物を充填した部分長燃料棒と、軸方向上部11/24から
24/24に可燃性毒物を含まない低濃縮ウラン酸化物を充
填した部分長燃料棒を連結した燃料棒と、低濃縮ウラン
酸化物を充填した全長燃料棒とを正方格子状に配置した
燃料集合体を炉心内に装荷してなる沸騰水型原子炉用炉
心において、前記燃料棒の周辺の少なくとも4本の燃料
棒の1/24から10/24に可燃性毒物を含む低濃縮ウラン
酸化物を充填した全長燃料棒を配置することにより、前
記炉心の全燃料集合体の相対出力の高い順から1/3ま
での範囲にある燃料集合体の軸方向ピーキングを軸方向
領域5/24から9/24の範囲で1.05を下回らないか、ま
たはサブクール沸騰長が軸方向領域で8/24の長さを超
えないことを特徴とする沸騰水型原子炉用炉心。
3. A part-length fuel rod filled with a mixed oxide of uranium and plutonium free of burnable poisons from 1/24 to 10/24 below the axial region, and from the upper axial portion 11/24.
A fuel assembly in which 24/24 fuel rods connected to low-enriched uranium oxide containing no burnable poisons and fuel rods connected to partial-length fuel rods and full-length fuel rods filled with low-enriched uranium oxide are arranged in a square lattice In a core for a boiling water reactor in which a body is loaded in a core, a low-enriched uranium oxide containing a burnable poison is added to 1/24 to 10/24 of at least four fuel rods around the fuel rod. By arranging the filled full-length fuel rods, the axial peaking of the fuel assemblies in the range from the highest relative output of all the fuel assemblies of the core to one third is increased from the axial region 5/24 to 9/9. A boiling water reactor core, characterized in that the boiling range is not less than 1.05 in the range of 24 or the subcooled boiling length does not exceed 8/24 in the axial region.
【請求項4】 定格出力運転状態から自動または手動に
より炉心入口流量を50%定格流量以下まで下げたとき、
または定格出力運転状態で再循環ポンプモータ電源が喪
失し炉心入口流量が50%定格流量以下になったとき、あ
るいは全燃料集合体の相対出力が大きな順に並べたとき
に全燃料集合体数中1/3までの範囲にある燃料集合体
の軸方向出力分布のピーキングが4/24ノードから8/
24ノードの範囲で1.15を下回らず、かつ3/24ノードか
ら5/24ノードの範囲で1.75を上回らないようにするこ
とを特徴とする沸騰水型原子炉用炉心。
4. When the core inlet flow rate is automatically or manually reduced from the rated output operation state to 50% or less of the rated flow rate,
Or, when the power of the recirculation pump motor is lost in the rated output operation state and the core inlet flow rate becomes 50% or less of the rated flow rate, or when the relative outputs of all the fuel assemblies are arranged in descending order, 1 in the total number of fuel assemblies The peaking of the axial power distribution of the fuel assembly in the range of up to / 3 is from 4/24 node to 8 /
A boiling water reactor core characterized in that it does not fall below 1.15 in the range of 24 nodes and does not exceed 1.75 in the range of 3/24 nodes to 5/24 nodes.
【請求項5】 定格出力運転状態から自動または手動に
より炉心入口流量を50%定格流量以下まで下げたとき、
または定格出力運転状態で再循環ポンプモータ電源が喪
失し炉心入口流量が50%定格流量以下になったときに、
相対出力が全燃料集合体中1/3までの範囲にある燃料
集合体のサブクール沸騰長が10/24ノード分を超えず、
かつサブクール沸騰開始点が2/48ノード下端を下回ら
ないようにすることを特徴とする沸騰水型原子炉用炉
心。
5. When the core inlet flow rate is automatically or manually reduced from the rated output operation state to 50% or less of the rated flow rate,
Or, when the power of the recirculation pump motor is lost in the rated output operation state and the core inlet flow rate becomes 50% or less of the rated flow rate,
The subcooled boiling length of the fuel assembly whose relative output is within 1/3 of all fuel assemblies does not exceed 10/24 nodes,
A boiling water reactor core characterized in that the subcooling boiling start point does not fall below the lower end of the 2/48 node.
【請求項6】 前記燃料集合体における燃料棒の軸方向
出力分布に係る制限または、サブクール沸騰長、あるい
は飽和沸騰開始点に係る制限を課す炉心運転サイクル燃
焼度期間を、全制御棒が引き抜かれた後からサイクル終
了までの期間とすることを特徴とする請求項1ないし5
記載の沸騰水型原子炉用炉心。
6. All the control rods are pulled out of the core operation cycle burnup period which imposes a restriction on the axial power distribution of the fuel rods in the fuel assembly or a restriction on the subcooled boiling length or the saturation boiling start point. 6. A period from the end of the cycle to the end of the cycle.
A boiling water nuclear reactor core as described.
【請求項7】 前記燃料集合体における燃料棒の軸方向
出力分布に係る制限、またはサブクール沸騰長、あるい
は飽和沸騰開始点に係る制限は、全燃料集合体の相対出
力を大きな順に並べたときに、全燃料集合体数中1/3
までの範囲にある燃料集合体についての平均軸方向出力
分布、または平均サブクール沸騰長、あるいは平均サブ
クール沸騰開始高さに対して課することを特徴とする請
求項1ないし5記載の沸騰水型原子炉用炉心。
7. The restriction on the axial power distribution of the fuel rods in the fuel assembly, or the restriction on the subcooled boiling length or the saturation boiling start point, is set when the relative outputs of all the fuel assemblies are arranged in descending order. , 1/3 of all fuel assemblies
The boiling water atom according to claim 1, wherein the average axial power distribution, the average subcool boiling length, or the average subcool boiling start height is set for the fuel assembly in the range of up to: Furnace core.
【請求項8】 全燃料集合体の相対出力を大きな順に並
べたときに、全燃料集合体数中1/3までの範囲にある
燃料集合体は、径方向出力分布のピーキングの自乗につ
いて加算したものを前記燃料集合体数で除算した結果
(R0値)が1.75以下であり、かつ全燃料集合体の径方
向出力分布のピーキングと周方向一次モード出力分布の
ピーキングの積の絶対値を大きな順に並べたときに、全
燃料集合体数中1/3までの範囲にある燃料集合体は、
径方向出力分布のピーキングと周方向一次モード出力分
布のピーキングの積の絶対値を加算したものを前記燃料
集合体数で除算した結果(R1値)が2.00以下であるよ
うにした上で、請求項1〜6に記載した軸方向出力分布
とサブクール沸騰長およびサブクール沸騰開始点に関す
る制約を課すことを特徴とする沸騰水型原子炉用炉心。
8. When the relative outputs of all the fuel assemblies are arranged in descending order, the fuel assemblies in the range of up to 1/3 of the total number of fuel assemblies are added for the square of the peaking of the radial power distribution. Is divided by the number of fuel assemblies (R0 value) is 1.75 or less, and the absolute value of the product of the peaking of the radial power distribution and the peaking of the circumferential primary mode power distribution of all the fuel assemblies is determined in descending order. When arranged, the fuel assemblies in the range up to 1/3 of the total number of fuel assemblies are:
The result (R1 value) obtained by dividing the sum of the absolute value of the product of the peaking of the radial power distribution and the peaking of the circumferential primary mode power distribution by the number of fuel assemblies (R1 value) is 2.00 or less. A core for a boiling water reactor, which imposes restrictions on the axial power distribution, the subcooled boiling length, and the subcooled boiling start point described in the items 1 to 6.
【請求項9】 炉心内に配置された局部出力モニタ信号
と、原子炉圧力、炉心入口流量、給水温度および給水流
量からなるヒートバランス条件を入力するプロセス計算
機と、このプロセス計算機からの炉心出力分布、サブク
ール沸騰開始高さおよび飽和沸騰開始高さ信号を入力す
る炉心監視部とを具備してなり、前記炉心監視部は判定
部と、この判定部に接続する情報保管部および表示部を
有し、前記炉心監視部からの値が所定値を上回ったとき
に中央制御室に警報を発生させる系統を有することを特
徴とする炉心監視装置。
9. A process computer for inputting a local power monitor signal arranged in a reactor core and heat balance conditions including a reactor pressure, a reactor core inlet flow rate, a feedwater temperature and a feedwater flow rate, and a core power distribution from the process computer A core monitoring unit for inputting a subcool boiling start height and a saturation boiling start height signal, wherein the core monitoring unit includes a determination unit, an information storage unit and a display unit connected to the determination unit. And a system for generating an alarm in a central control room when a value from the core monitoring unit exceeds a predetermined value.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2461328A1 (en) * 2010-12-06 2012-06-06 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Nuclear fuel rod and nuclear fuel assembly

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