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JP4023758B2 - Reactor fuel assemblies and cores - Google Patents

Reactor fuel assemblies and cores Download PDF

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JP4023758B2
JP4023758B2 JP17544498A JP17544498A JP4023758B2 JP 4023758 B2 JP4023758 B2 JP 4023758B2 JP 17544498 A JP17544498 A JP 17544498A JP 17544498 A JP17544498 A JP 17544498A JP 4023758 B2 JP4023758 B2 JP 4023758B2
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    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子炉の燃料集合体および炉心に係わり、特にプルトニウムを富化した燃料棒よりなる燃料集合体および炉心に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、原子炉の核燃料サイクルにおいて、使用済燃料を再処理し使用済燃料中に含まれるプルトニウムを回収し、BWRに装荷して使用するプルサーマルが進められており、燃料の経済性の向上が図られている。以下、従来のBWRのウラン燃料からなる燃料集合体に、ウラン酸化物を母材としてプルトニウム酸化物を混入した混合酸化物(MOX)からなるペレットを封入してなるいわゆるMOX燃料を使用した一般的な場合について説明する。
【0003】
図4は従来のBWRの燃料集合体の縦断面図である。燃料集合体は、図示しない多数の燃料ペレットを封入した複数の燃料棒1と、この燃料棒1を内部に格子状に配列する四角筒状のチャンネルボックス2と、このチャンネルボックス2の上部にあって把手を有する上部タイプレート3と、前記チャンネルボックス2の下部にあって燃料全体の台座となる下部タイプレート4より構成されている。そして前記燃料棒束の軸方向数箇所に燃料棒1やチャンネルボックス2などの間隙を維持するためのスペーサ5が設けられている。
【0004】
この燃料棒1の一部にMOXを用いたMOX燃料集合体についてその従来の燃料棒配置について、以下説明する。図5は従来のMOX燃料集合体の燃料棒配置の一例を示す横断面図であり、特開平3−128482号公報の第6図を引用したものである。図において符号P1〜P6はプルトニウムを含む燃料棒であり、添字番号が大きいほどプルトニウム富化度が低くなっている。符号Gはプルトニウムを含まず、濃縮度4.9%のウラン燃料棒に可燃性毒物としてガドリニアを混入した燃料棒を示している。
【0005】
この図に示す場合に代表されるように、近年主流として用いられつつあるMOX燃料集合体は、可燃性毒物を含まないMOX燃料棒と、可燃性毒物が添加されたウラン燃料棒の2種類の燃料棒のみから構成されている。その理由は、主に次の3点である。
【0006】
(1) MOXと、ガドリニアに代表される可燃性毒物との混合物の照射データが少なく、特性が十分に把握されていない。
(2) プルトニウム酸化物やガドリニアはともにウラン酸化物に比べて熱伝導度が低いため、こうした物質の組み合わせは可能な限り回避したい。
(3) プルトニウムは人体に対する毒性が極めて高く、また核物質防護措置も厳しいため、燃料集合体一体あたりの製造コスト、輸送コストが非常に高い。
【0007】
従って、図5に示すように、ガドリニアを混入する燃料棒以外は全てMOX燃料棒とし、燃料集合体一体に装荷するプルトニウム装荷量をなるべく大きくして単位プルトニウム量当たりのコストを低減する必要がある。
【0008】
図6は従来のMOX燃料集合体の燃料棒配置の別の一例を示す横断面図であり、前述の特開平3−128482号の第1図から引用したものである。図5と同様、符号P1〜P3はプルトニウムを含む燃料棒であり、符号Gは、プルトニウムを含まず、濃縮度4.5%のウラン燃料棒に可燃性毒物としてガドリニアを混入した燃料棒を示している。また、符号U1〜U3は濃縮度2.0〜3.5%のウラン燃料棒を示しており、燃料集合体の隅部及びその周辺に配置されている。
【0009】
この場合において、可燃性毒物を含まないMOX燃料棒と可燃性毒物が添加されたウラン燃料棒以外に、可燃性毒物を含まないウラン燃料棒を用いているのは、以下の理由による。
【0010】
(4) 燃料集合体の4つの隅部及びその周辺では一般に燃料棒の出力が大きくなるため、この部位における燃料棒についてはプルトニウム富化度を低く設定するのが一般的である。ところが、MOXペレットはウランペレットに比べて成形加工費が高いため、プルトニウム富化度の低いペレットを製造するのは経済的に非効率的である。
(5) 製造ラインにおいてペレットのプルトニウム富化度を変更する際はラインのクリーニングが必要であるが、そのコストが非常に高いため、富化度種類数を最小限に抑えることで製造に要する費用や時間をできるだけ抑えたいという要望がある。
【0011】
このように、MOX燃料を使用した燃料集合体の設計にあたっては、燃料特性以外に、コスト等に関する要求が考慮されている。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
以上のようなMOX燃料集合体の設計思想は、従来のウラン燃料集合体の設計思想の延長上にあるといえる。すなわち、ウラン燃料における各燃料棒のうち、Gdを含んでいるものや濃縮度が特に低いものなどは、MOX燃料棒として不適あるいは不経済であるため、このような燃料棒を除外して、残りのウラン燃料棒を相当する富化度のMOX燃料棒に置き換えた設計を行っている。
【0013】
このような考え方は実績のあるウラン燃料設計に基づいているだけに設計としては穏当であるが、前述したMOX燃料の特殊事情に照らして考えると必ずしも最適な選択とは言えない。
【0014】
すなわち、燃料集合体全体としてPuを多量に装荷し、かつMOX燃料棒の本数を少なくすることが、費用対効果の面から望ましい設計であるといえる。例えば上記従来の技術において(3)、(4)に述べたように、MOX燃料集合体は輸送・製造コストが高いという点を考慮すれば、MOXペレットの富化度をなるべく高くすると同時に、1体の燃料に装荷するプルトニウム量をなるべく大きくすることが望ましい。コストの面のみからみれば、燃料内の核分裂性物質の大部分をプルトニウムとすることが理想的である。
【0015】
ところが、上記従来の技術で図面を参照して述べた設計例を見ると、いずれの場合も、可燃性毒物を含む燃料棒には濃縮度が4%以上の濃縮ウランを用い、また可燃性毒物を含まないウランのみの燃料棒には濃縮度が2.0〜3.5%の濃縮ウランを用いている。こうした構成では、これらの燃料の反応度の相当量の部分をウラン燃料棒が担っており、その分、理想的な設計に比べてプルトニウム装荷量は減少していることは明らかである。
【0016】
このことは言い換えれば、ウラン燃料棒に、MOX燃料集合体並みの高い製造コスト、輸送コストをかけていることになり、その観点から経済性を著しく損なった設計になっていたとみることができる。
【0017】
こうした観点からみて、図5や図6に示した場合に比べてより望ましい設計の一例を紹介する。図7は従来のMOX燃料集合体の燃料棒配置の別の一例を示す横断面図であり、特公平5−8398号公報の第7図から引用したものである。図7において符号P1〜P3はプルトニウムを含む燃料棒であり、添字番号が大きいほどプルトニウム富化度が低くなっている。符号Gは、プルトニウムを含まず、天然ウランからなるウラン燃料棒に可燃性毒物としてガドリニアを混入した燃料棒を示している。
【0018】
この構成においては、62本の燃料棒からなる燃料集合体におけるウラン燃料棒は、可燃性毒物を含む符号Gで示された4本のみである。これらの燃料棒Gは熱中性子束の大きい燃料集合体の隅部に配置されており、中性子吸収量が多いため、図5や図6に示した設計例に比べてウラン燃料棒の本数を少なくすることが可能となった。さらに、これらの燃料棒Gには、天然ウランを用いているので、濃縮ウランを使用した図5や図6の場合と比較して、燃料集合体内のウラン燃料棒に含まれるウラン235の量は非常に少なくなっている。
したがって、図7に示した設計により、この燃料の設計条件下においてプルトニウムの装荷量はほぼ最大化されているといえる。
【0019】
しかしながらこの場合では、燃料集合体の4隅部にガドリニア入り燃料棒を配置しているために、燃焼初期においては、4隅部以外に配置されたプルトニウムを富化した燃料棒への熱中性子の供給は少なくなっている。すると、燃料集合体内の減速材による中性子減速の割合が相対的に高くなるため、沸騰状態の変化が反応度に与える影響が大きくなる。このようなボイド率変化に対する反応度変化の比はボイド係数と呼ばれ、その絶対値が大きくなると、原子炉内で過渡的な変化が起きた時の炉心出力変化が大きくなるために、燃料の健全性に悪影響を及ぼすことになる。またこのとき、安定性が悪化することも知られている。
【0020】
また、この図7の設計では、MOX燃料棒およびウラン燃料棒における濃縮度が全て軸方向に一様であり、運転条件によっては、ボイド率が低い燃料集合体下部に過度の出力ピーキングが発生する可能性がある。その観点からは、ウラン燃料棒には、天然ウランに代えて、軸方向の濃縮度分布を設定できる範囲でなるべく濃縮度の低い濃縮ウランを用いた方が良い場合もある。
【0021】
さらに、こうしたMOX燃料の設計にあたっては、炉心運転の観点からも考慮すべき課題がある。すなわち、従来発電用原子力プラントは電力供給源としてベースロードに使われることが多く運転期間が比較的一定しているが、近年は様々な理由により、サイクル毎に運転期間の変動が大きくなりつつある。従って、運転期間が長いサイクルではそれだけ定検時に新燃料を多く装荷し、炉心への可燃性毒物の持ち込み量を増加させる必要があり、一般にはサイクル初期の炉心反応度が不足する傾向にある。また、運転期間が短いサイクルでは逆の事態が発生し、サイクル初期の炉心反応度が高過ぎることになる。よって、何れの場合においてもサイクル初期の炉心反応度の変動を小さくすることが求められる。
【0022】
この対策の一つとして、ウラン燃料の場合には、可燃性毒物の混入量や濃縮度の異なる2種類の燃料を用いてその装荷割合を変更することにより、反応度調整を行っている。MOX燃料についても同様の手法を用いることが望ましい。 しかし、MOX燃料棒の製造にあたっては再処理工程を含めて長期的な計画を立てる必要があり、それだけ製造に要する時間が長く、原子炉運転の直前の運転計画変更に対して設計変更が間に合わないという特殊な事情がある。したがって、MOX燃料に前述の反応度調整を行う場合は、燃料集合体内のウラン燃料棒を設計変更して対応しなければならない。
【0023】
こうした観点から図5から図7までの3つの設計例について検討してみると、まず図5と図7については、MOX燃料棒の変更無しではガドリニア本数を増加することができないことがわかる。また、図6の例ではガドリニアの有無に係わらず、既にウラン燃料棒に高い濃縮度を用いているので、さらにウラン濃縮度を増加した場合にはウラン燃料棒の出力が過度に高くなり、熱的余裕を損なう可能性がある。
【0024】
本発明は上記の諸課題を解決するためになされたものであり、MOX燃料集合体において、単位プルトニウム量当たりの製造コストを削減し、燃料経済性の高い燃料集合体を提供するとともに、炉心・燃料の健全性を確保し運転性を向上することを目的とする。
【0025】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項1記載の発明は、天然ウラン、ウラン濃縮工程において副生される劣化ウラン、使用済燃料の再処理によって回収される回収ウラン、或いはこれらの混合物のいずれかからなるプルトニウムを含まない第1の燃料棒と、プルトニウムを富化してなる第2の燃料棒と、内部を冷却材が流通するウォータロッドとを格子状に束ねてチャンネルボックスで包囲してなる原子炉の燃料集合体において、燃料集合体の隅部に位置する燃料棒の少なくとも一部は、可燃性毒物が添加された前記第1の燃料棒であり、かつこの燃料棒に隣接する位置に配置される燃料棒は可燃性毒物が添加されていない前記第1の燃料棒であることを特徴とする原子炉の燃料集合体を提供する。
【0028】
この構成により、ボイド係数を悪化させることなく燃料集合体における可燃性毒物入りウラン燃料棒の本数を最小限に抑え、プルトニウム装荷量を与えられた設計条件下で最大化することができる。
【0029】
また、請求項2記載の発明は、第1の燃料棒の少なくとも一部は、軸方向に可燃性毒物濃度またはウラン濃縮度のうちの少なくとも一つが異なる複数の領域を備えてなることを特徴とする。この構成により、局所的に過度の出力を生じないよう集合体軸方向出力分布を調整し、燃料の健全性を高めることができる。
【0035】
【発明の実施の形態】
(第1の実施の形態)
図1は本発明の第1の実施の形態の燃料集合体を示したものであり、図1(a)は燃料集合体内の燃料配置を示す横断面図、(b)は各燃料棒の軸方向濃縮度、ガドリニア分布を示す図である。なお、図中、従来の技術と同一部分は同一符号を附し、重複する説明は省略する。
【0036】
図1(a)において、符号P1,P2,P3はプルトニウムを含むMOX燃料棒(全長燃料棒)、符号PVはプルトニウムを含むMOX燃料棒(部分長燃料棒)、符号U1は天然ウランからなるウラン燃料棒、符号G1は天然ウランに可燃性毒物としてガドリニアを混入したウラン燃料棒を示している。また、燃料集合体の中央部には、符号Wで表される、内部を冷却材が流通するウォータロッドを配置する。
【0037】
図1(b)において符号p1,p2,p3はプルトニウム富化度を示し、添字番号が大きいほどプルトニウム富化度は小さくなっている。また、e1はウラン濃縮度を、g1およびg2はガドリニア濃度を示し、g2がg1より小さくなるよう設定する。
【0038】
図1に示すように、燃料集合体の隅部に、ガドリニア入りウラン燃料棒G1を配置する。各ガドリニア入りウラン燃料棒G1に隣接して、2本のプルトニウムを含まない天然ウラン燃料棒U1を配置し、U1に隣接してプルトニウム富化度の低い燃料棒P3またはPVを配置する。また、このガドリニア入りウラン燃料棒G1は、軸方向にガドリニア濃度を変化させており、下端部および上端部には天然ウランを用いているが、上端部を除く軸方向上部領域(e1+g1)は、下端部を除く軸方向下部領域(e1+g2)より、ガドリニア濃度を高く設定している。
【0039】
また、燃料集合体の中央に設けられたウォータロッドWに2方向で接する位置に天然ウラン燃料棒U1を配置し、このU1またはWに隣接する位置にプルトニウム富化度の高い燃料棒P1を配置する。
【0040】
すなわち、本実施の形態を例示した図1においては、プルトニウムを含まずかつウラン235の濃縮度の低い燃料棒U1またはG1が、チャンネルボックスに隣接しない位置としてウォータロッドに2面で隣接する位置に2本、またチャンネルボックスに隣接する位置に12本、それぞれ配置されている。また、チャンネルボックスに隣接する位置の12本のうち、4本が可燃性毒物としてガドリニアを含む燃料棒G1から構成されている。
【0041】
なお、ここで用いる天然ウラン燃料棒U1またはガドリニア入りウラン燃料棒G1のウラン濃縮度e1の一例としては、特に天然ウランの平均的な値として約0.7%を想定している。しかし、これらの燃料棒U1,G1は燃料集合体の隅部に配置されるために、U1,G1の製造にあたっては通常の濃縮工程を経たウラン燃料棒の濃縮度より低い濃縮度からなる低濃縮ウランを使用する必要があるが、これは天然ウランには限定されない。
【0042】
すなわち、燃料棒U1,G1には、天然ウランに代えて、ウラン濃縮工程において副生される劣化ウランや、あるいは使用済燃料の再処理によって回収される回収ウランを用いることとしてもよい。また、燃料棒U1,G1には、天然ウラン、劣化ウラン、回収ウランのうち選択される組合せによる混合物を用いることとしてもよい。この場合は、混合物の精製後に濃縮工程を経ないで製作されるものとする。
【0043】
劣化ウランや回収ウランを用いた場合でも、燃料棒U1,G1のウラン濃縮度は天然ウランと同様に低く設定することとする。天然ウランの濃縮度は約0.7%、劣化ウランの平均的濃縮度は0.2〜0.3%である。一方で回収ウランの濃縮度については、再処理前の使用済燃料の燃焼前の濃縮度や燃焼条件によって異なり、1.2%程度までの範囲となるものが一般的である。よって、低濃縮度としかつ燃料製造にかかる費用を低減するという高い効果を得るためにも、天然ウラン以外の燃料棒U1,G1のウラン濃縮度は約1.2%を超えない値に設定するのが好適である。
【0044】
本実施の形態における作用効果として、4つの点について説明する。
(1) 本実施の形態において燃料集合体を構成するMOX以外の燃料棒は、燃料棒U1及びG1であり、全て天然ウランを使用したものであり、U235の量はごくわずかである。よって、従来の濃縮ウランを用いた場合と比較して、MOX燃料棒中のプルトニウム量を大きくとることができる。
【0045】
(2) ガドリニアを含む燃料棒は、燃料集合体の隅部に配置された燃料棒G1のみである。G1を可燃性毒物としての価値が高くなる位置にのみ配置することで、燃料集合体中のガドリニア入り燃料棒本数を4本と少なくすることができる。
【0046】
(3) ガドリニア入り燃料棒G1に隣接して、天然ウラン燃料棒U1を配置している。これにより、U1の周囲で熱中性子束が高くなるために、燃料集合体の最外周より内側に配置されたMOX燃料棒P1,P2,P3,PVに対して熱中性子束が十分供給され、ボイド係数を低くすることができる。また、このU1の配置によってガドリニア入り燃料棒G1への熱中性子束供給も増加するため、燃料棒G1によるガドリニア価値をさらに高めることができる。
【0047】
(4) 中性子スペクトルが硬く燃料の燃焼効率が悪い燃料集合体内部に濃縮ウランを含まない天然ウラン燃料棒U1を2本配置することで、MOX燃料棒におけるMOXペレットの富化度を可能な限り高めている。またこの配置により、燃料集合体内部の中性子スペクトルを柔らかくする効果もある。
【0048】
以上説明したように、本実施の形態により、燃料集合体中のプルトニウム装荷量を最大化しつつも、MOXペレットの富化度を高めることによってMOXペレット製造量を最小化した経済性の良い燃料を実現することができる。さらに、ボイド係数を低くすることで、過渡変化時にも燃料健全性を損なうことがない、安定性の良い燃料を実現することができる。
【0049】
なお、本実施の形態においては、沸騰水型原子炉において一般的な9×9型燃料集合体を例にその配置構成を説明したが、この種の配置は10×10型等の他の型の燃料集合体に対しても適用可能である。また、17×17型のような加圧水型原子炉用燃料集合体に対しても同様の配置を与えることができる。
【0050】
(第2の実施の形態)
図2は本発明の第2の実施の形態の燃料集合体を示したものであり、図2(a)は燃料集合体内の燃料配置を示す横断面図、(b)は各燃料棒の軸方向濃縮度、ガドリニア分布を示す図である。
【0051】
図2に示す燃料集合体は、図1の場合におけるMOX燃料棒の数及び配置位置をそのまま流用し、かつウラン燃料棒U1の本数を減らすとともに、可燃性毒物であるガドリニアを添加した2種類の燃料棒を装荷してなるものである。
【0052】
図2において、符号P1〜P3およびPVは、図1の同符号のものと同じMOX燃料棒を示し、符号U1も図1と同じ天然ウランからなるウラン燃料棒を示す。符号G3は、ウラン燃料棒U1の下端部を除く軸方向下部領域に限定してガドリニアを混入した燃料棒を示す。また、e1及びe2はウラン濃縮度を、g3,g4およびg5はガドリニア濃度を示す。
【0053】
すなわち、本実施の形態を例示した図2においては、プルトニウムを含まずかつウラン235の濃縮度の低い燃料棒U1,G2またはG3が、チャンネルボックスに隣接しない位置としてウォータロッドに2面で隣接する位置に2本、またチャンネルボックスに隣接する位置に12本、それぞれ配置されている。また、チャンネルボックスに隣接する位置の12本のうち、7本が可燃性毒物としてガドリニアを含む燃料棒G2またはG3から構成されている。
【0054】
また、図2(b)において符号e2はウラン濃縮度を示し、その値はe1より高く設定する。すなわち、ガドリニア入りウラン燃料棒G2は、軸方向にガドリニア濃度とウラン濃縮度の両方を変化させており、下端部および上端部には天然ウランを用いているが、上端部を除く軸方向上部領域(e2+g3)は、下端部を除く軸方向下部領域(e1+g4)より、ウラン濃縮度を高く設定している。またこの2領域においてガドリニア濃度を異なるものと設定している。
【0055】
したがって、図2に示した燃料集合体は、ガドリニア入りウラン燃料棒G2の上部領域において濃縮度を高く設定した分だけ、図1の燃料集合体よりウラン235の装荷量が多くなっており、反応度が高い。よって、原子炉の運転期間が増加した場合に、図2の燃料集合体を必要な割合だけ混ぜて、新燃料と同様の取扱いにより使用すれば、対応することができる。
【0056】
また、反応度の増加による炉心特性の悪化を防ぐため、ガドリニア入り燃料棒数を増加して、燃焼初期から中期の反応度を抑えると同時に、上下濃縮度差によって軸方向下部のピーキング上昇を防ぐことができる。
【0057】
燃料棒G2の軸方向上部領域の濃縮度e2は、下部領域の濃縮度e1より高く設定するというものの、一方で、前述したボイド係数改善の目的からも、なるべく低いことが望ましい。下部領域に天然ウランを使用した場合の濃縮度e1は、約0.7%である。
【0058】
通常、一本の燃料棒内に軸方向濃縮度分布がある場合は、製造後に非破壊検査を行う際に装置によって分布を感知できるよう、有為な濃縮度差を設ける必要がある。現状の感度の優れた燃料棒非破壊検査装置における分布検知限界が0.5%であることを考慮すれば、天然ウランの濃縮度e1と濃縮度分布をつけるため、e2の設定にあたっては約1.2%とするのが好適であり、ボイド係数改善のためにはそれ以下とするのが望ましい。
【0059】
本実施の形態においては、上記第1の実施の形態と同様の作用効果を奏するとともに、さらに、燃料経済性が良く、燃料健全性に優れたMOX燃料を用いながら、更に運転計画に柔軟に対応することができる炉心を実現することができる。
【0060】
なお、本実施の形態においては、9×9型燃料集合体を例にその配置構成を説明したが、10×10型等の他の型の燃料集合体に対しても適用可能である。
(第3の実施の形態)
図3は本発明の第3の実施の形態にかかる原子炉の炉心の燃料棒配置の一例を示す1/4横断面図である。本実施の形態の原子炉の炉心は、上記第1及び第2の実施の形態にかかる燃料集合体を用いて構成したものである。図3は、正方形で示した燃料集合体8を略円筒状に配列した炉心の1/4を上方から俯瞰したもので、符号9で示した十字は通常運転時に制御棒を挿入して反応度を調整する位置を示している。また、図中の正方形は1体の燃料集合体を表し、符号Uは従来使用されているプルトニウムを含まないウラン燃料棒のみからなるウラン燃料集合体、符号L及びHはそれぞれ第1及び第2の実施の形態にかかるMOX燃料集合体をそれぞれ示している。
【0061】
図3に示すように、MOX燃料集合体L及びHは、それぞれ隣接する4方向にウラン燃料集合体Uが装荷されている。図3は炉心の1/4横断面図であるが、図示しない炉心位置においても、MOX燃料集合体の隣接する4方向には、プルトニウムを含まないウラン燃料集合体Uを配置することとする。
【0062】
MOX燃料集合体L及びHは、図1及び図2において符号P1,P2,P3,PVで示されるMOX燃料棒の各種類の本数が同じであるばかりか、富化度の異なる複数のMOX燃料棒の配置位置が共通している。すなわち、MOX燃料集合体L及びHは、MOX燃料棒に関しては全く同一の設計からなり、その違いは濃縮度の低いウラン燃料棒及びガドリニアを含むウラン燃料棒の構成が異なるのみである。すなわち、両燃料集合体L,Hの相違点は、ウラン燃料棒の濃縮度、濃縮度の軸方向分布、及びこのウラン燃料棒のうち可燃性毒物を含む燃料棒の本数、あるいはこの可燃性毒物の濃度や、可燃性毒物濃度の軸方向分布に関する点であるといえる。(なお、これらの要素のうち何れかを同一の設計とすることも可能である。)
このように、MOX燃料棒を共通の仕様とし、製造期間の短いウラン燃料棒の設計を変えることにより、両MOX燃料集合体L,Hの体数比を容易に変更することが可能で、炉心設計の変更に容易に対応することができる。
【0063】
また、前述したように、第2の実施の形態にかかるMOX燃料集合体Hは、ガドリニア含有量が多く、また燃料下部の出力ピーキングを抑えた設計となっているので、熱的余裕が大きいうえに、平均核分裂性物質濃度が高いのでサイクル末期には炉心反応度に対する寄与が大きい。一方、第1の実施の形態にかかるMOX燃料集合体Lは、Hに比べてガドリニア含有量が少ないため、出力が低く燃焼度が進みにくい場所に配置してもサイクル末期までにガドリニアが燃焼し尽くすので炉心の反応度損失を招くことがない。
【0064】
したがって本実施の形態では、図3にその炉心配置の一例を示すように、Lを炉心周辺部や運転時に挿入される制御棒の周辺に、Hをその他の熱的余裕の小さい部分に配置することで、熱的余裕が大きいうえにサイクル末期に反応度の高い炉心が実現されるだけでなく、運転計画の変更等に対応して柔軟に炉心の出力分布や反応度を調整することができる。
【0065】
【発明の効果】
本発明によれば、MOX燃料の製造コストを最小限に抑えながらプルトニウム装荷量を増大し、過渡特性、安定性、運転融通性、運転特性に優れた燃料集合体及び原子炉の炉心を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明にかかる燃料集合体の第1の実施の形態の燃料棒配置を示す図、(b)は各燃料棒の軸方向濃縮度分布、ガドリニア分布を示す図。
【図2】(a)は本発明にかかる燃料集合体の第2の実施の形態の燃料棒配置を示す図、(b)は各燃料棒の軸方向濃縮度分布、ガドリニア分布を示す図。
【図3】本発明の第3の実施の形態にかかる原子炉の炉心の燃料棒配置の一例を示す1/4横断面図。
【図4】従来の燃料集合体を一部断面で示す立面図。
【図5】従来のMOX燃料集合体の一例の横断面図。
【図6】従来のMOX燃料集合体の一例の横断面図。
【図7】従来のMOX燃料集合体の一例の横断面図。
【符号の説明】
1…燃料棒、2…チャンネルボックス、3…上部タイプレート、
4…下部タイプレート、5…スペーサ、6…ウォータロッド、
7…制御棒、8…燃料集合体、
9…通常運転時に反応度を調整するため挿入される制御棒位置。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel assembly and a core of a nuclear reactor, and more particularly to a fuel assembly and a core made of fuel rods enriched with plutonium.
[0002]
[Prior art]
In recent years, in the nuclear fuel cycle of nuclear reactors, the plutonium used to reprocess the spent fuel, collect the plutonium contained in the spent fuel, and load and use it on the BWR has been promoted. It has been. Hereinafter, a conventional fuel assembly composed of uranium fuel of BWR uses a so-called MOX fuel in which pellets composed of mixed oxide (MOX) in which plutonium oxide is mixed with uranium oxide as a base material are used. A case will be described.
[0003]
FIG. 4 is a longitudinal sectional view of a conventional BWR fuel assembly. The fuel assembly includes a plurality of fuel rods 1 in which a large number of fuel pellets (not shown) are enclosed, a rectangular tubular channel box 2 in which the fuel rods 1 are arranged in a grid, and an upper portion of the channel box 2. An upper tie plate 3 having a handle and a lower tie plate 4 below the channel box 2 and serving as a base for the entire fuel. Spacers 5 for maintaining gaps between the fuel rods 1 and the channel box 2 are provided at several locations in the axial direction of the fuel rod bundle.
[0004]
A conventional fuel rod arrangement for a MOX fuel assembly using MOX as a part of the fuel rod 1 will be described below. FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of a fuel rod arrangement of a conventional MOX fuel assembly, which is cited from FIG. 6 of Japanese Patent Laid-Open No. 3-128482. In the figure, reference symbols P1 to P6 denote fuel rods containing plutonium. The larger the subscript number, the lower the plutonium enrichment. The symbol G indicates a fuel rod which does not contain plutonium and is a uranium fuel rod having a concentration of 4.9% mixed with gadolinia as a flammable poison.
[0005]
As represented by the case shown in this figure, the MOX fuel assemblies that have been used in the mainstream in recent years include two types of MOX fuel rods that do not contain flammable poisons and uranium fuel rods that contain flammable poisons. It consists only of fuel rods. The reasons are mainly the following three points.
[0006]
(1) There are few irradiation data of the mixture of MOX and combustible poisons represented by gadolinia, and the characteristic is not fully grasped.
(2) Both plutonium oxide and gadolinia have lower thermal conductivity than uranium oxide, so we want to avoid combinations of these substances as much as possible.
(3) Since plutonium is extremely toxic to the human body and the nuclear material protection measures are severe, the manufacturing cost and transportation cost per unit of fuel assembly are very high.
[0007]
Therefore, as shown in FIG. 5, it is necessary to make all the fuel rods other than the fuel rod mixed with gadolinia MOX fuel rods and reduce the cost per unit plutonium amount as much as possible by increasing the amount of plutonium loaded in the fuel assembly integrally. .
[0008]
FIG. 6 is a cross-sectional view showing another example of the fuel rod arrangement of the conventional MOX fuel assembly, which is cited from FIG. 1 of the aforementioned Japanese Patent Laid-Open No. 3-128482. As in FIG. 5, reference symbols P1 to P3 denote fuel rods containing plutonium, and reference symbol G denotes a fuel rod which does not contain plutonium and which contains gadolinia as a flammable poison in a 4.5% enriched uranium fuel rod. ing. Reference numerals U1 to U3 denote uranium fuel rods having a concentration of 2.0 to 3.5%, which are arranged at the corners of the fuel assembly and the periphery thereof.
[0009]
In this case, the reason why the uranium fuel rod not containing the flammable poison is used in addition to the MOX fuel rod not containing the flammable poison and the uranium fuel rod added with the flammable poison is as follows.
[0010]
(4) Since the output of the fuel rod generally increases at the four corners of the fuel assembly and the periphery thereof, the plutonium enrichment is generally set low for the fuel rod at this portion. However, since MOX pellets have a higher molding cost than uranium pellets, it is economically inefficient to produce pellets with low plutonium enrichment.
(5) When changing the plutonium enrichment of pellets in the production line, it is necessary to clean the line, but the cost is very high, so the cost required for production by minimizing the number of enrichment types There is a desire to save time and time as much as possible.
[0011]
As described above, in designing a fuel assembly using MOX fuel, in addition to the fuel characteristics, requirements relating to cost and the like are taken into consideration.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
It can be said that the design concept of the MOX fuel assembly as described above is an extension of the design concept of the conventional uranium fuel assembly. That is, among the fuel rods in uranium fuel, those containing Gd or those with a particularly low enrichment are unsuitable or uneconomical as MOX fuel rods. The uranium fuel rod is replaced with a corresponding enriched MOX fuel rod.
[0013]
Such an idea is based on a proven uranium fuel design and is moderate in design, but is not necessarily an optimal choice in light of the special circumstances of MOX fuel described above.
[0014]
That is, it can be said that it is a desirable design from the viewpoint of cost effectiveness to load a large amount of Pu as the whole fuel assembly and to reduce the number of MOX fuel rods. For example, as described in the above prior arts (3) and (4), considering that the MOX fuel assembly is high in transportation / manufacturing costs, the enrichment of the MOX pellets is increased as much as possible, and 1 It is desirable to increase the amount of plutonium loaded into the body fuel as much as possible. From a cost standpoint, it is ideal that most of the fissile material in the fuel is plutonium.
[0015]
However, looking at the design examples described with reference to the drawings in the above prior art, in any case, enriched uranium having a concentration of 4% or more is used for the fuel rod containing the combustible poison, and the combustible poison is also used. Enriched uranium with a degree of enrichment of 2.0 to 3.5% is used for the uranium-only fuel rod that does not contain uranium. In such a configuration, it is clear that the uranium fuel rods bear a significant portion of the reactivity of these fuels, and the corresponding amount of plutonium loading is reduced compared to the ideal design.
[0016]
In other words, it can be seen that the uranium fuel rods are subjected to high production costs and transportation costs similar to those of the MOX fuel assembly, and from this point of view, the design is greatly impaired in economic efficiency.
[0017]
From this point of view, an example of a design that is more desirable than the cases shown in FIGS. 5 and 6 will be introduced. FIG. 7 is a cross-sectional view showing another example of the arrangement of fuel rods in a conventional MOX fuel assembly, which is taken from FIG. 7 of Japanese Patent Publication No. 5-8398. In FIG. 7, reference symbols P <b> 1 to P <b> 3 are fuel rods containing plutonium. The greater the subscript number, the lower the plutonium enrichment. Reference symbol G indicates a fuel rod that does not contain plutonium and is mixed with gadolinia as a flammable poison in a uranium fuel rod made of natural uranium.
[0018]
In this configuration, the number of uranium fuel rods in the fuel assembly composed of 62 fuel rods is only four, which is indicated by the symbol G including a flammable poison. These fuel rods G are arranged at the corners of a fuel assembly having a large thermal neutron flux and have a large amount of neutron absorption. Therefore, the number of uranium fuel rods is smaller than the design examples shown in FIGS. It became possible to do. Furthermore, since natural uranium is used for these fuel rods G, the amount of uranium 235 contained in the uranium fuel rods in the fuel assembly is smaller than in the case of FIGS. 5 and 6 using enriched uranium. It is very low.
Therefore, it can be said that the loading amount of plutonium is almost maximized under the design conditions of the fuel by the design shown in FIG.
[0019]
However, in this case, since the gadolinia-containing fuel rods are arranged at the four corners of the fuel assembly, the thermal neutrons to the plutonium-enriched fuel rods arranged at the other corners at the initial stage of combustion. Supply is low. Then, since the rate of neutron moderation by the moderator in the fuel assembly becomes relatively high, the influence of the change in the boiling state on the reactivity increases. The ratio of the change in reactivity to the change in void fraction is called the void coefficient. When the absolute value increases, the change in the core output when a transient change occurs in the reactor increases. It will have a negative impact on health. At this time, it is also known that the stability deteriorates.
[0020]
Further, in the design of FIG. 7, the enrichment in the MOX fuel rod and the uranium fuel rod is all uniform in the axial direction, and excessive output peaking occurs at the lower part of the fuel assembly having a low void ratio depending on the operating conditions. there is a possibility. From that point of view, it may be better to use enriched uranium with as low enrichment as possible within the range in which the enrichment distribution in the axial direction can be set instead of natural uranium.
[0021]
Furthermore, when designing such MOX fuel, there are issues to be considered from the viewpoint of core operation. In other words, the conventional nuclear power plant is often used for base load as a power supply source, and the operation period is relatively constant. However, in recent years, the fluctuation of the operation period is increasing for each cycle due to various reasons. . Therefore, in a cycle with a long operation period, it is necessary to load a large amount of new fuel at the time of regular inspection and increase the amount of combustible poisons brought into the core. Generally, the core reactivity tends to be insufficient at the beginning of the cycle. In the cycle with a short operation period, the opposite situation occurs, and the core reactivity at the beginning of the cycle is too high. Therefore, in any case, it is required to reduce the fluctuation of the core reactivity at the beginning of the cycle.
[0022]
As one of the countermeasures, in the case of uranium fuel, the reactivity is adjusted by changing the loading ratio using two kinds of fuels with different amounts of flammable poisons and enrichment. It is desirable to use the same method for the MOX fuel. However, when manufacturing MOX fuel rods, it is necessary to make a long-term plan including a reprocessing process, and the time required for manufacturing is so long that the design change is not in time for the change in the operation plan immediately before the reactor operation. There are special circumstances. Therefore, when the above-described reactivity adjustment is performed on the MOX fuel, the uranium fuel rod in the fuel assembly must be changed in design.
[0023]
Examining the three design examples from FIG. 5 to FIG. 7 from this point of view, it can be seen that the number of gadolinia cannot be increased without changing the MOX fuel rods in FIG. 5 and FIG. In addition, in the example of FIG. 6, regardless of the presence or absence of gadolinia, a high enrichment is already used for the uranium fuel rod, so when the uranium enrichment is further increased, the output of the uranium fuel rod becomes excessively high, There is a possibility of damaging the margin.
[0024]
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems. In the MOX fuel assembly, the manufacturing cost per unit amount of plutonium is reduced, and a fuel assembly with high fuel economy is provided. The purpose is to ensure the soundness of the fuel and improve the drivability.
[0025]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the invention according to claim 1 of the present invention is:A plutonium-free first fuel rod consisting of natural uranium, depleted uranium by-produced in the uranium enrichment process, recovered uranium recovered by reprocessing spent fuel, or a mixture thereof, and plutonium-rich The fuel assembly of the nuclear reactor is formed by bundling a second fuel rod formed into a gas and a water rod in which a coolant circulates in a lattice shape and surrounded by a channel box, and is located at the corner of the fuel assembly. At least a part of the fuel rod is the first fuel rod to which a flammable poison is added, and the fuel rod disposed at a position adjacent to the fuel rod is the first fuel rod to which the flammable poison is not added. A fuel assembly for a nuclear reactor is provided.
[0028]
With this configuration, the number of uranium fuel rods containing combustible poisons in the fuel assembly can be minimized and the plutonium loading can be maximized under given design conditions without deteriorating the void coefficient.
[0029]
Also,Claim 2According to the present invention, at least a part of the first fuel rod includes a plurality of regions in which at least one of the combustible poison concentration and the uranium enrichment is different in the axial direction. With this configuration, the assembly axial direction output distribution can be adjusted so as not to produce excessive output locally, and the soundness of the fuel can be improved.
[0035]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
FIG. 1 shows a fuel assembly according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1 (a) is a cross-sectional view showing a fuel arrangement in the fuel assembly, and FIG. 1 (b) is a shaft of each fuel rod. It is a figure which shows direction enrichment and gadolinia distribution. In the figure, the same parts as those in the prior art are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
[0036]
In FIG. 1A, symbols P1, P2, and P3 are MOX fuel rods containing plutonium (full length fuel rods), symbol PV is an MOX fuel rod containing plutonium (partial length fuel rods), and symbol U1 is uranium made of natural uranium. The fuel rod, symbol G1, indicates a uranium fuel rod obtained by mixing gadolinia as a flammable poison in natural uranium. In addition, a water rod represented by the symbol W and through which the coolant flows is disposed at the center of the fuel assembly.
[0037]
In FIG. 1B, symbols p1, p2, and p3 indicate the plutonium enrichment, and the greater the subscript number, the smaller the plutonium enrichment. Further, e1 indicates the uranium enrichment, g1 and g2 indicate gadolinia concentrations, and g2 is set to be smaller than g1.
[0038]
As shown in FIG. 1, gadolinia-containing uranium fuel rods G1 are arranged at the corners of the fuel assembly. Two natural uranium fuel rods U1 not containing plutonium are disposed adjacent to each gadolinia-containing uranium fuel rod G1, and fuel rods P3 or PV having a low plutonium enrichment are disposed adjacent to U1. Further, this gadolinia-containing uranium fuel rod G1 changes the gadolinia concentration in the axial direction and uses natural uranium at the lower end and the upper end, but the upper axial region (e1 + g1) excluding the upper end is The gadolinia density is set higher than the axially lower region (e1 + g2) excluding the lower end.
[0039]
Further, a natural uranium fuel rod U1 is disposed at a position in two directions in contact with a water rod W provided in the center of the fuel assembly, and a fuel rod P1 having a high plutonium enrichment is disposed at a position adjacent to U1 or W. To do.
[0040]
That is, in FIG. 1 illustrating the present embodiment, the fuel rod U1 or G1, which does not contain plutonium and has a low enrichment of uranium 235, is positioned adjacent to the water rod on two sides as a position not adjacent to the channel box. Two and twelve are arranged at positions adjacent to the channel box. Further, four of the twelve rods adjacent to the channel box are composed of fuel rods G1 containing gadolinia as a flammable poison.
[0041]
As an example of the uranium enrichment e1 of the natural uranium fuel rod U1 or gadolinia-containing uranium fuel rod G1 used here, an average value of natural uranium is assumed to be about 0.7%. However, since these fuel rods U1 and G1 are arranged at the corners of the fuel assembly, in the production of U1 and G1, a low enrichment having a enrichment lower than the enrichment of uranium fuel rods that have undergone a normal enrichment process. Uranium must be used, but this is not limited to natural uranium.
[0042]
That is, instead of natural uranium, the fuel rods U1 and G1 may use deteriorated uranium produced as a by-product in the uranium enrichment process or recovered uranium recovered by reprocessing spent fuel. The fuel rods U1 and G1 may be a mixture of combinations selected from natural uranium, deteriorated uranium, and recovered uranium. In this case, it shall be manufactured without purifying the mixture after purification.
[0043]
Even when deteriorated uranium or recovered uranium is used, the uranium enrichment of the fuel rods U1 and G1 is set to be low as in the case of natural uranium. The enrichment of natural uranium is about 0.7% and the average enrichment of depleted uranium is 0.2-0.3%. On the other hand, the enrichment of recovered uranium varies depending on the enrichment before combustion of the spent fuel before reprocessing and the combustion conditions, and is generally in the range up to about 1.2%. Therefore, in order to obtain a high effect of reducing the enrichment and reducing the cost for fuel production, the uranium enrichment of the fuel rods U1, G1 other than natural uranium is set to a value not exceeding about 1.2%. Is preferred.
[0044]
Four points will be described as operational effects in the present embodiment.
(1) In this embodiment, the fuel rods other than the MOX constituting the fuel assembly are fuel rods U1 and G1, all using natural uranium, and the amount of U235 is very small. Therefore, the amount of plutonium in the MOX fuel rod can be increased as compared with the case where conventional enriched uranium is used.
[0045]
(2) The fuel rod including gadolinia is only the fuel rod G1 disposed at the corner of the fuel assembly. By disposing G1 only at a position where the value as a flammable poison is high, the number of fuel rods containing gadolinia in the fuel assembly can be reduced to four.
[0046]
(3) A natural uranium fuel rod U1 is disposed adjacent to the gadolinia-containing fuel rod G1. As a result, since the thermal neutron flux becomes higher around U1, the thermal neutron flux is sufficiently supplied to the MOX fuel rods P1, P2, P3, and PV arranged on the inner side of the outermost periphery of the fuel assembly. The coefficient can be lowered. In addition, the arrangement of U1 also increases the supply of thermal neutron flux to the fuel rod G1 with gadolinia, so that the gadolinia value of the fuel rod G1 can be further increased.
[0047]
(4) By arranging two natural uranium fuel rods U1 that do not contain enriched uranium inside the fuel assembly with a hard neutron spectrum and poor fuel combustion efficiency, the enrichment of MOX pellets in the MOX fuel rods is as much as possible It is increasing. This arrangement also has the effect of softening the neutron spectrum inside the fuel assembly.
[0048]
As described above, according to the present embodiment, an economical fuel in which the amount of MOX pellets produced is minimized by increasing the enrichment of MOX pellets while maximizing the amount of plutonium loaded in the fuel assembly. Can be realized. Furthermore, by reducing the void coefficient, it is possible to realize a highly stable fuel that does not impair fuel soundness even during a transient change.
[0049]
In the present embodiment, the arrangement configuration has been described by taking a typical 9 × 9 type fuel assembly in a boiling water reactor as an example, but this type of arrangement may be another type such as a 10 × 10 type. The present invention can also be applied to other fuel assemblies. Further, the same arrangement can be given to a pressurized water reactor fuel assembly such as a 17 × 17 type.
[0050]
(Second Embodiment)
FIG. 2 shows a fuel assembly according to a second embodiment of the present invention. FIG. 2 (a) is a cross-sectional view showing the fuel arrangement in the fuel assembly, and FIG. 2 (b) is the axis of each fuel rod. It is a figure which shows direction enrichment and gadolinia distribution.
[0051]
The fuel assembly shown in FIG. 2 uses two types of MOX fuel rods and arrangement positions in the case of FIG. 1 as they are, reduces the number of uranium fuel rods U1, and adds two kinds of flammable poisons, gadolinia. The fuel rod is loaded.
[0052]
In FIG. 2, symbols P1 to P3 and PV denote the same MOX fuel rods as those of the same symbols in FIG. 1, and symbol U1 also denotes a uranium fuel rod made of natural uranium as in FIG. Symbol G3 indicates a fuel rod mixed with gadolinia only in the lower region in the axial direction excluding the lower end portion of the uranium fuel rod U1. E1 and e2 indicate uranium enrichment, and g3, g4, and g5 indicate gadolinia concentrations.
[0053]
That is, in FIG. 2 illustrating this embodiment, the fuel rods U1, G2 or G3 not containing plutonium and having a low enrichment of uranium 235 are adjacent to the water rod on two sides as positions not adjacent to the channel box. Two at the position and twelve at the position adjacent to the channel box. Of the 12 rods adjacent to the channel box, seven are composed of fuel rods G2 or G3 containing gadolinia as a flammable poison.
[0054]
In FIG. 2B, symbol e2 indicates the uranium enrichment, and its value is set higher than e1. That is, the gadolinia-filled uranium fuel rod G2 changes both the gadolinia concentration and the uranium enrichment in the axial direction, and uses natural uranium at the lower end and the upper end, but the upper axial region excluding the upper end (E2 + g3) sets the uranium enrichment higher than the axial lower region (e1 + g4) excluding the lower end. In addition, the gadolinia density is set to be different in these two regions.
[0055]
Therefore, the amount of uranium 235 loaded in the fuel assembly shown in FIG. 2 is larger than that in the fuel assembly in FIG. 1 by the amount of enrichment set higher in the upper region of the gadolinia-filled uranium fuel rod G2. High degree. Therefore, when the operation period of the nuclear reactor is increased, it can be coped with by mixing the fuel assemblies in FIG. 2 in a necessary ratio and using them by the same handling as the new fuel.
[0056]
Also, in order to prevent deterioration of core characteristics due to increased reactivity, the number of fuel rods containing gadolinia is increased to suppress reactivity from the beginning to the middle of the combustion, and at the same time prevent peaking in the lower axial direction due to the difference in the upper and lower enrichment be able to.
[0057]
The enrichment e2 in the upper region in the axial direction of the fuel rod G2 is set higher than the enrichment e1 in the lower region. On the other hand, it is desirable that the enrichment e2 is as low as possible for the purpose of improving the void coefficient. When natural uranium is used in the lower region, the enrichment e1 is about 0.7%.
[0058]
Usually, when there is an axial enrichment distribution in one fuel rod, it is necessary to provide a significant enrichment difference so that the distribution can be detected by the apparatus when performing nondestructive inspection after manufacturing. Considering that the distribution detection limit in the current non-destructive fuel rod non-destructive inspection system is 0.5%, the enrichment e1 and enrichment distribution of natural uranium are attached. .2% is preferable, and it is desirable to make it less than that in order to improve the void coefficient.
[0059]
In the present embodiment, the same operational effects as those of the first embodiment are obtained, and further, the fuel economy is excellent, and the MOX fuel having excellent fuel soundness is used, and the operation plan can be flexibly dealt with. A core that can be realized can be realized.
[0060]
In the present embodiment, the arrangement configuration has been described by taking a 9 × 9 type fuel assembly as an example, but the present invention can also be applied to other types of fuel assemblies such as a 10 × 10 type.
(Third embodiment)
FIG. 3 is a ¼ cross-sectional view showing an example of the arrangement of fuel rods in the core of a nuclear reactor according to the third embodiment of the present invention. The reactor core of the present embodiment is configured using the fuel assemblies according to the first and second embodiments. FIG. 3 is an overhead view of a quarter of the core in which fuel assemblies 8 shown in a square are arranged in a substantially cylindrical shape, and the cross shown by reference numeral 9 indicates the reactivity by inserting control rods during normal operation. The position to adjust is shown. Further, the square in the figure represents one fuel assembly, the symbol U is a uranium fuel assembly made up of uranium fuel rods not containing plutonium, and the symbols L and H are the first and second symbols, respectively. The MOX fuel assemblies according to the embodiment are respectively shown.
[0061]
As shown in FIG. 3, MOX fuel assemblies L and H are loaded with uranium fuel assemblies U in four adjacent directions. Although FIG. 3 is a quarter cross-sectional view of the core, uranium fuel assemblies U not containing plutonium are arranged in four adjacent directions of the MOX fuel assemblies even at a core position (not shown).
[0062]
The MOX fuel assemblies L and H have a plurality of MOX fuels not only having the same number of each type of MOX fuel rods indicated by reference numerals P1, P2, P3 and PV in FIGS. 1 and 2, but also having different enrichments. The arrangement position of the bars is common. That is, the MOX fuel assemblies L and H have exactly the same design with respect to the MOX fuel rods, the only difference being the configuration of the uranium fuel rods including low enrichment uranium fuel rods and gadolinia. That is, the difference between the fuel assemblies L and H is that the enrichment of uranium fuel rods, the axial distribution of enrichment, the number of fuel rods containing flammable poisons in the uranium fuel rods, or the combustible poisons. It can be said that this is a point relating to the axial distribution of the concentration of flammable poisons. (Note that any one of these elements can be the same design.)
In this way, by changing the design of the uranium fuel rods that have the same specifications for the MOX fuel rods and a short manufacturing period, the ratio of the numbers of the MOX fuel assemblies L and H can be easily changed. It is possible to easily cope with design changes.
[0063]
Further, as described above, the MOX fuel assembly H according to the second embodiment has a large gadolinia content and is designed to suppress the output peaking in the lower part of the fuel. In addition, since the average fissile material concentration is high, the contribution to the core reactivity is large at the end of the cycle. On the other hand, since the MOX fuel assembly L according to the first embodiment has a lower gadolinia content than H, even if it is placed in a place where the output is low and the burnup is difficult to proceed, the gadolinia burns by the end of the cycle. It does not cause a loss of core reactivity.
[0064]
Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 3 as an example of the core arrangement, L is arranged in the periphery of the core and around the control rod inserted during operation, and H is arranged in other portions with a small thermal margin. As a result, a thermal core with a large thermal margin and a high reactivity at the end of the cycle can be realized, and the power distribution and reactivity of the core can be adjusted flexibly in response to changes in the operation plan, etc. .
[0065]
【The invention's effect】
According to the present invention, the load of plutonium is increased while minimizing the manufacturing cost of MOX fuel, and a fuel assembly and a reactor core having excellent transient characteristics, stability, operational flexibility, and operational characteristics are obtained. Can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a diagram showing a fuel rod arrangement of a fuel assembly according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a diagram showing an axial concentration distribution and a gadolinia distribution of each fuel rod.
2A is a diagram showing a fuel rod arrangement of a fuel assembly according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a diagram showing an axial concentration distribution and a gadolinia distribution of each fuel rod.
FIG. 3 is a ¼ cross-sectional view showing an example of fuel rod arrangement in a reactor core according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an elevational view showing a conventional fuel assembly in a partial cross section.
FIG. 5 is a cross-sectional view of an example of a conventional MOX fuel assembly.
FIG. 6 is a cross-sectional view of an example of a conventional MOX fuel assembly.
FIG. 7 is a cross-sectional view of an example of a conventional MOX fuel assembly.
[Explanation of symbols]
1 ... Fuel rod, 2 ... Channel box, 3 ... Upper tie plate,
4 ... Lower tie plate, 5 ... Spacer, 6 ... Water rod,
7 ... Control rod, 8 ... Fuel assembly,
9: Control rod position inserted to adjust reactivity during normal operation.

Claims (2)

天然ウラン、ウラン濃縮工程において副生される劣化ウラン、使用済燃料の再処理によって回収される回収ウラン、或いはこれらの混合物のいずれかからなるプルトニウムを含まない第1の燃料棒と、プルトニウムを富化してなる第2の燃料棒と、内部を冷却材が流通するウォータロッドとを格子状に束ねてチャンネルボックスで包囲してなる原子炉の燃料集合体において、燃料集合体の隅部に位置する燃料棒の少なくとも一部は、可燃性毒物が添加された前記第1の燃料棒であり、かつこの燃料棒に隣接する位置に配置される燃料棒は可燃性毒物が添加されていない前記第1の燃料棒であることを特徴とする原子炉の燃料集合体。A plutonium-free first fuel rod consisting of natural uranium, depleted uranium by-produced in the uranium enrichment process, recovered uranium recovered by reprocessing spent fuel, or a mixture thereof, and plutonium-rich The fuel assembly of the nuclear reactor is formed by bundling a second fuel rod formed into a gas and a water rod in which a coolant circulates in a lattice shape and surrounded by a channel box, and is located at the corner of the fuel assembly. At least a part of the fuel rod is the first fuel rod to which a flammable poison is added, and the fuel rod disposed at a position adjacent to the fuel rod is the first fuel rod to which the flammable poison is not added. A fuel assembly for a nuclear reactor, characterized by being a fuel rod. 前記第1の燃料棒の少なくとも一部は、軸方向に可燃性毒物濃度またはウラン濃縮度のうちの少なくとも一つが異なる複数の領域を備えてなることを特徴とする請求項1記載の原子炉の燃料集合体。2. The nuclear reactor according to claim 1, wherein at least a part of the first fuel rod includes a plurality of regions in which at least one of combustible poison concentration and uranium enrichment is different in an axial direction. Fuel assembly.
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