JP6430141B2 - Boiling water reactor core - Google Patents
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Description
本発明は、軽水炉の一種である沸騰水型原子炉の炉心に関する。 The present invention relates to a core of a boiling water reactor that is a kind of light water reactor.
沸騰水型原子炉の炉心は、十字型制御棒とそれを囲む4体の燃料集合体を単位格子とし、この単位格子を多数配列して構成される。このような原子炉は、一般に、連続運転期間(運転サイクル)が終わる毎に、炉心内の一部の燃料集合体を取り出し、新しい燃料集合体(燃焼度が0GWd/tの未燃焼燃料集合体)を装荷して、運転サイクルを繰り返すことにより運用されている。 The core of a boiling water reactor is formed by arranging a plurality of unit lattices with a cross-shaped control rod and four fuel assemblies surrounding it as a unit lattice. In general, such a nuclear reactor takes out a part of the fuel assembly in the core every time the continuous operation period (operation cycle) ends, and a new fuel assembly (unburned fuel assembly having a burnup of 0 GWd / t). ) And the operation cycle is repeated.
このような沸騰水型原子炉の炉心に関する技術として、例えば、特許文献1(特開平10−082879号公報)には、初装荷炉心(原子炉が建設されて初めて燃料集合体が装荷された炉心)の径方向の出力分布を平坦化し、運転サイクルにおける炉心特性を向上させることを目的として、平均濃縮度の異なるそれぞれの燃料集合体を、平衡炉心における滞在期間の異なる燃料集合体それぞれに見立てた燃料構成として平衡炉心を模擬した炉心構成とし、炉心径方向の最外周と最外周から2層目に最高濃縮度で、かつ可燃性毒物入り燃料棒の本数の少ない燃料集合体を配置した初装荷炉心が開示されている。 As a technique related to the core of such a boiling water reactor, for example, Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 10-082879) discloses an initial loaded core (a core in which a fuel assembly is loaded for the first time after the reactor is constructed). In order to flatten the radial power distribution and improve the core characteristics in the operation cycle, each fuel assembly with a different average enrichment was considered as a fuel assembly with a different residence time in the equilibrium core. Initial loading with a core configuration that simulates an equilibrium core as the fuel configuration, and a fuel assembly that has the highest enrichment and a low number of fuel rods containing flammable poisons in the outermost and second outermost layers in the core radial direction. A reactor core is disclosed.
ところで、原子力発電プラントの稼働率、すなわち、全期間に対する稼働時間の比を向上させ、原子力発電プラントの経済性を向上させるためには、原子炉の運転サイクルを延長すること(長期サイクル運転)が有効である。原子炉の運転サイクルを延長させる方法としては、燃料集合体単位における核燃料物質の装荷量を増やして高い反応度を長期間維持できるようにすることが考えられる。 By the way, in order to improve the operation rate of the nuclear power plant, that is, the ratio of the operating time to the whole period and improve the economic efficiency of the nuclear power plant, it is necessary to extend the operation cycle of the nuclear reactor (long-term cycle operation). It is valid. As a method of extending the operation cycle of the nuclear reactor, it is conceivable to increase the amount of nuclear fuel material in the fuel assembly unit so that high reactivity can be maintained for a long time.
核燃料物質の装荷量を増やすには以下の方法がある。
すなわち、例えば、燃料集合体あたりの燃料ペレットの量を増加させることで核燃料物質の装荷量を増やすことができるが、燃料集合体の設計変更が必要となり、容易ではない。また、例えば、燃料ペレット内の核分裂性物質の割合を増やすこと、すなわち濃縮度を増加させることで、設計変更を行わずに核燃料物質の装荷量を増やすことができるが、核分裂物質の濃縮度には制限がある。また、核分裂性物質の濃縮度を増加させた場合、最大線出力密度、最小限界出力比といった熱的余裕の運転制限値、及び炉停止余裕の運転制限値を満たすことが困難である。
The following methods can be used to increase the amount of nuclear fuel material loaded.
That is, for example, the amount of nuclear fuel material loaded can be increased by increasing the amount of fuel pellets per fuel assembly, but the design of the fuel assembly needs to be changed, which is not easy. In addition, for example, by increasing the proportion of fissile material in the fuel pellet, that is, increasing the enrichment, it is possible to increase the amount of nuclear fuel material loaded without changing the design. There are limitations. Further, when the enrichment of the fissile material is increased, it is difficult to satisfy the thermal limit operation limit value such as the maximum linear power density and the minimum limit power ratio and the operation limit value of the reactor shutdown margin.
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、最高ウラン濃縮度、最大線出力密度、最小限界出力比、炉停止余裕などに関する制限を満たしつつ、運転サイクルを延長することができ、原子力発電プラントの経済性を向上させることができる沸騰水型原子炉の炉心を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and the operation cycle can be extended while satisfying the restrictions on the maximum uranium enrichment, the maximum linear power density, the minimum critical power ratio, the furnace shutdown margin, etc. An object of the present invention is to provide a boiling water reactor core capable of improving the economic efficiency of the reactor.
上記目的を達成するために、本発明は、未燃焼の燃料集合体のみで構成され、核分裂性物質の平均濃縮度が4.0wt%以上である沸騰水型原子炉の炉心であって、前記炉心の外接円の半径をRとした場合に、前記外接円と同じ中心を有する半径0.75Rの円よりも内側の領域を炉心内部領域、外側の領域を炉心外周領域と定義するとともに、中心が前記半径0.75Rの円の内側にある前記燃料集合体は前記炉心内部領域に属し、外側にある前記燃料集合体は前記炉心外周領域に属するものと定義し、前記炉心内部領域において、可燃性毒物含有燃料棒を含む前記燃料集合体における可燃性毒物含有燃料棒の本数の平均をaと定義し、前記炉心外周領域において、可燃性毒物含有燃料棒を含む前記燃料集合体のうち、最外周に配置された前記燃料集合体を除いた前記燃料集合体における可燃性毒物含有燃料棒の本数の平均をbと定義し、前記炉心内部領域において、可燃性毒物含有燃料棒を含む前記燃料集合体における可燃性毒物含有燃料棒の可燃性毒物の濃度の平均をAと定義し、前記炉心外周領域において、可燃性毒物含有燃料棒を含む前記燃料集合体のうち、最外周に配置された前記燃料集合体を除いた前記燃料集合体における可燃性毒物含有燃料棒の可燃性毒物の濃度の平均をBと定義した場合に、0.6≦(bB)/(aA)≦0.9を満たすものとする。 In order to achieve the above object, the present invention provides a core of a boiling water reactor that is composed only of unburned fuel assemblies and has an average enrichment of fissile material of 4.0 wt% or more. When the radius of the circumscribed circle of the core is R, an area inside the circle having a radius of 0.75R having the same center as the circumscribed circle is defined as an inner area of the core and an outer area is defined as an outer peripheral area of the core. Is defined as belonging to the core inner region and the fuel assembly located outside belongs to the outer peripheral region of the core. An average number of the flammable poison-containing fuel rods in the fuel assembly including the toxic poison-containing fuel rods is defined as a, and the outermost peripheral region of the core includes the flammable poison-containing fuel rods. Placed on the perimeter The average number of burnable poison-containing fuel rods in serial the fuel assembly excluding the fuel assembly defined is b, in the core inner region, the burnable poison in the fuel assembly comprising a burnable poison-containing fuel rods An average concentration of combustible poisons in the containing fuel rods is defined as A, and the fuel assemblies including the combustible poison-containing fuel rods in the outer peripheral region of the core are excluded from the fuel assemblies arranged on the outermost periphery. Further, when the average of the concentration of the flammable poison of the burnable poison-containing fuel rod in the fuel assembly is defined as B, 0.6 ≦ (bB) / (aA) ≦ 0.9 is satisfied.
最高ウラン濃縮度、最大線出力密度、最小限界出力比などに関する制限を満たしつつ、運転サイクルを延長することができ、原子力発電プラントの経済性を向上させることができる。 While satisfying restrictions on maximum uranium enrichment, maximum linear power density, minimum critical power ratio, etc., the operating cycle can be extended and the economics of nuclear power plants can be improved.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本実施の形態に係る沸騰水型原子炉の全体構成を概略的に示す図である。 FIG. 1 is a diagram schematically showing an overall configuration of a boiling water reactor according to the present embodiment.
図1において、沸騰水型原子炉100は、原子炉圧力容器101と、原子炉圧力容器101の内部に設置された炉心シュラウド103と、炉心シュラウド103の内部に設置された炉心105と、原子炉圧力容器101の内部上方に設置された簡易蒸気乾燥器107と、原子炉圧力容器101内に軽水を供給する給水配管102と、原子炉圧力容器101内で発生した蒸気を外部に送る主蒸気配管108とを概略備えている。
In FIG. 1, a boiling water reactor 100 includes a
給水配管102を介して原子炉圧力容器101内部に供給された水は、原子炉圧力容器101と炉心シュラウド103とに囲まれた領域であるダウンカマ109内を下降し、下方から炉心105に流れる。炉心105に流入した水は、炉心105に装荷された複数の燃料集合体116(図2等参照)から熱エネルギーを得て昇温し、その一部は沸騰して蒸気となる。炉心105で発生した蒸気は、炉心105の上部に設置されたチムニ106により整流され、簡易蒸気乾燥器107に導かれる。簡易蒸気乾燥器107で湿分を分離された蒸気は、主蒸気配管108を介して原子炉圧力容器101の外部へ送られる。また、チムニ106を通った水は、再循環水として、再びダウンカマ109に流れ、給水と混ざり合う。
The water supplied into the
原子炉圧力容器101の外部へ送られた蒸気の熱エネルギーは、タービン(図示せず)を回すために使われ、タービンに接続された発電機(図示せず)によって発電が行われる。また、タービンにおいてエネルギーを失った蒸気は、復水器(図示せず)において凝縮され、給水加熱器(図示せず)により加熱されたあと、給水配管102を介して、再び原子炉圧力容器101内へ給水される。
The thermal energy of the steam sent to the outside of the
なお、本実施の形態で例示した沸騰水型原子炉100は、自然循環炉であり、給水と再循環水をダウンカマ109から炉心105への送水を、再循環ポンプを使用せずに、炉心シュラウド103の内外での密度差により生じる自然循環力のみで行う。また、沸騰水型原子炉100は、炉心105で熱せられて沸騰した蒸気を水と分離するために、簡易蒸気乾燥器107とは別に、蒸気と水に生じる重力の差だけで分離する、重力気水分離と呼ばれる現象を用いている。蒸気と水の速度が速いと、重力気水分離の効果が低くなるため、本実施の形態における沸騰水型原子炉では、炉心105の出力密度を低下させ、発生する蒸気と水の速度を低下させている。
The boiling water reactor 100 exemplified in the present embodiment is a natural circulation reactor, and feeds water and recirculation water from the
図2は、本実施の形態に係る燃料集合体の構成を概略的に示す縦断面図であり、図3はその燃料集合体の水平断面図である。 FIG. 2 is a longitudinal sectional view schematically showing the configuration of the fuel assembly according to the present embodiment, and FIG. 3 is a horizontal sectional view of the fuel assembly.
図2及び図3において、燃料集合体116は、二酸化ウランを含む複数の燃料ペレットを封入した複数の燃料棒111と、燃料棒の上端部を支持する上部タイプレート119と、燃料棒111の下端部を支持する下部タイプレート118、各燃料棒111間の間隔を保持する複数の燃料スペーサ117と、冷却水を流通させる水ロッド113と、燃料棒111を束ねて収納するチャンネルボックス110とを備えている。
2 and 3, the
チャンネルボックス110は、上端部が上部タイプレート119に取り付けられて下部タイプレート118に向かって伸びており、複数の燃料スペーサ117によって束ねられた複数の燃料棒111を取り囲んでいる。
The
燃料棒111には、核分裂性物質を含む燃料ペレットが装填された領域の長さ(燃料有効長)が他の燃料棒111に比べて短い、部分長燃料棒112が含まれる。本実施の形態の炉心における燃料棒111の燃料有効長は約2mである。なお、図3に示した水平断面図においては、標準の燃料棒111及び部分長燃料棒112が存在する高さ位置における水平断面を示している。
The
また、燃料棒111には、燃料ペレット内に可燃性毒物であるガドリニア(酸化ガドリニウム)を含有した可燃性毒物含有燃料棒114が含まれる。
Further, the
図3に示すように、燃料棒111(部分長燃料棒112、及び可燃性毒物含有燃料棒114を含む)は、燃料集合体116の水平断面において10行10列に配置されている。燃料集合体116の中心部には、2本の水ロッド113が配置されている。水ロッド113は太径水ロッドであり、少なくとも2本の燃料棒111が配置可能な領域を占有する横断面積を有している。
As shown in FIG. 3, the fuel rods 111 (including the partial-
なお、チャンネルボックス110の外幅は約15cmであり、燃料棒111の外径は約1.0cmであり、水ロッド113の外径は約2.5cmである。各燃料棒111内に充填される燃料ペレットは、核燃料物質である二酸化ウランを用いて製造され、核分裂性物質であるウラン−235を含んでいる。
The outer width of the
燃料集合体116は、沸騰水型原子炉の炉心105に装荷されたとき、四角筒状のチャンネルボックス110の4つの側面が、隣り合う燃料集合体116のチャンネルボックス110の側面とそれぞれ所定の間隔をあけて向かい合うよう正方格子状に配置される。燃料集合体116間の隙間には、横断面が十字形状である制御棒115が配設される。燃料集合体116は、沸騰水型原子炉の炉心105に装荷されたとき、四角筒状のチャンネルボックス110の四隅(4つのコーナー)のうちの一つが制御棒115の十字形状の交差部分と向かい合うように配置される。
When the
チャンネルボックス110は、チャンネルファスナ(図示せず)によって上部タイプレート119に取り付けられる。チャンネルファスナは、燃料集合体116が炉心105に装荷されたとき、制御棒115が燃料集合体116間に挿入できるよう、燃料集合体116の相互間に上記所定の間隔に相当する間隙を保持する機能を有する。このため、チャンネルファスナは、制御棒115と向かい合うコーナーに位置するように、上部タイプレート119に取り付けられている。すなわち、燃料集合体116の制御棒115と向かい合うコーナーは、チャンネルファスナが取り付けられたコーナーである。
図4は、炉心の水平断面における燃料集合体の配列を模式的に示す図である。また、図5は、炉心の中心からの距離に対する出力分布の一例を示す図である。 FIG. 4 is a diagram schematically showing the arrangement of the fuel assemblies in the horizontal cross section of the core. FIG. 5 is a diagram showing an example of the power distribution with respect to the distance from the center of the core.
図4では、炉心105の略円形の水平断面の外接円の中心を原点Oとし、燃料集合体116が並ぶ方向に沿った直交する2つの座標軸(座標軸X、座標軸Y)を設定した座標系のうちの1象限(すなわち、4分の1)だけを示している。
In FIG. 4, a coordinate system in which the center of the circumscribed circle of the substantially circular horizontal cross section of the
また、図5では、一例として、炉心等価半径が2.2m以下の炉心における出力分布を示しており、横軸に炉心中心(原点O)からの距離を、縦軸に相対出力をそれぞれ示している。なお、炉心中心Oからの距離は、外接円の半径を1として示している。 Further, in FIG. 5, as an example, the core equivalent half diameter shows the power distribution in the following core 2.2 m, the distance from the core center (the origin O) on the horizontal axis and the vertical axis shows the relative outputs ing. In addition, the distance from the core center O is shown with the radius of the circumscribed circle being 1.
図5に示すように、炉心中心Oからの距離が0.7(すなわち、炉心外径に対して炉心中心から約75%の距離)を境に、炉心中心からの距離が遠くなるに従って、出力が徐々に低下していく。本願発明者は、この点に着目し、炉心105の外接円の半径をRとした場合に、外接円と同じ中心を有する半径0.75Rの円よりも内側の領域を炉心内部領域41、外側の領域を炉心外周領域42と定義した。
As shown in FIG. 5, as the distance from the core center increases, the distance from the core center O becomes 0.7 (ie, a distance of about 75% from the core center with respect to the outer diameter of the core). Gradually decreases. The inventor of the present application pays attention to this point, and when the radius of the circumscribed circle of the
すなわち、炉心外径に対して炉心中心から75%の距離に境界40を設定し、炉心105における境界40よりも内側の燃料集合体116の位置に相当する領域を炉心内部領域41、外側の燃料集合体116の位置に相当する領域を炉心外周領域42、反射体と接する燃料集合体116(炉心105の最外周に配置された燃料)の位置に相当する領域を炉心最外周領域43とそれぞれ定義し、炉心外周領域42に炉心内部領域41の燃料集合体116よりも可燃性毒物含有燃料棒114の本数が相対的に少ない燃料集合体116を配置することにより、運転サイクル初期での炉心105における径方向外側の出力分布をより高くすることとした。なお、反射体と接する炉心最外周領域43に位置する燃料集合体116は、中性子の漏れの効果が特に高く、反応度が特に低く、出力が小さいため、炉心の特性への影響が小さい。
That is, the boundary 40 is set at a distance of 75% from the core center with respect to the core outer diameter, and a region corresponding to the position of the
図4に示した座標系における燃料集合体116の位置は以下のように定義する。すなわち、隣り合う燃料集合体116の中心間距離を座標軸の単位長さとし、各燃料集合体116の位置はその中心座標とする。例えば、炉心中心に一番近い位置Eの燃料集合体116の座標は(0.5,0.5)であり、原点Oとの距離は、0.71である。また、位置Eの燃料集合体116の原点Oから最も遠い角の座標は(1,1)であり、原点Oとの距離は、1.41である。つまり、燃料集合体116の中心が境界40よりも内側か外側かによって、その燃料集合体116が炉心内部領域41に属するか炉心外周領域42に属するかを判定する。
The position of the
ところで、原子力発電プラントの稼働率、すなわち、全期間に対する稼働時間の比を向上させ、原子力発電プラントの経済性を向上させるためには、沸騰水型原子炉100の運転サイクルを延長すること(長期サイクル運転)が有効である。原子炉の運転サイクルを延長させる方法としては、燃料集合体116単位における核燃料物質の装荷量を増やして高い反応度を長期間維持できるようにすることが考えられる。燃料集合体116における核燃料物質の装荷量を増やす方法としては、燃料ペレット内の核分裂性物質の割合を増やす、すなわち濃縮度を増加させる方法がある。
By the way, in order to improve the operation rate of the nuclear power plant, that is, the ratio of the operation time to the whole period and improve the economic efficiency of the nuclear power plant, the operation cycle of the boiling water reactor 100 is extended (long-term Cycle operation) is effective. As a method of extending the operation cycle of the nuclear reactor, it is conceivable to increase the loading amount of the nuclear fuel material in the unit of the
図10は、平均ウラン濃縮度が1種類の燃料集合体のみで構成された炉心における平均ウラン濃縮度と連続運転期間の関係を例示する図である。 FIG. 10 is a diagram illustrating the relationship between the average uranium enrichment and the continuous operation period in a core composed of only one type of fuel assembly.
図10に示すように、沸騰水型原子炉の運転サイクルを3年以上にするには、平均ウラン濃縮度を4.0wt%以上とすることが必要である。
As shown in FIG. 10, it is necessary to set the average uranium enrichment to 4.0 wt% or more in order to make the operation cycle of the boiling
ここで、以上のように構成した本実施の形態の炉心105において、さらに、以下のように定義する。すなわち、未燃焼の燃料集合体116のみで構成され、核分裂性物質の平均濃縮度が4.0wt%以上である沸騰水型原子炉100の炉心において、炉心内部領域41において、可燃性毒物含有燃料棒114を含む燃料集合体116における可燃性毒物含有燃料棒114の本数の平均をaと定義し、炉心外周領域42において、可燃性毒物含有燃料棒114を含む燃料集合体116のうち、最外周に配置された前記燃料集合体を除いた燃料集合体116における可燃性毒物含有燃料棒114の本数の平均をbと定義する。
Here, the
図6は、定義した平均aと平均bの比と、運転サイクル初期における熱的余裕(相対値)の関係を示す図である。図6では、横軸に平均の比(b/a)をとり、縦軸に熱的余裕(相対値)をとる。 FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the ratio of the defined average a and average b and the thermal margin (relative value) at the beginning of the operation cycle. In FIG. 6, the horizontal axis represents the average ratio (b / a), and the vertical axis represents the thermal margin (relative value).
比(b/a)の値が大きい場合、運転初期において、炉心外周領域42の出力を十分高くすることができず、炉心内部領域41の出力が相対的に高くなり、最大線出力密度や最小限界出力比といった制限値に切迫する可能性がある。 When the value of the ratio (b / a) is large, the output of the core outer peripheral region 42 cannot be sufficiently increased in the initial stage of operation, and the output of the core inner region 41 becomes relatively high. There is a possibility of imminent limits such as the limit power ratio.
図6からわかるように、比(b/a)が0.6程度の小さい値の場合には、熱的余裕は、沸騰水型原子炉100について法的に定められた熱的制限よりも小さい値であるが、比(b/a)が大きくなるのに従って熱的余裕も大きくなり、比(b/a)の値が0.9になると熱的余裕は熱的制限に達し、さらに比(b/a)が大きくなるのに従って熱的余裕も大きくなっていく。したがって、本実施の形態における沸騰水型原子炉100の炉心105においては、比(b/a)≦0.9とする。
As can be seen from FIG. 6, when the ratio (b / a) is a small value of about 0.6, the thermal margin is smaller than the legally defined thermal limit for the boiling water reactor 100. As the ratio (b / a) increases, the thermal margin increases. When the ratio (b / a) value becomes 0.9, the thermal margin reaches the thermal limit, and the ratio ( As b / a) increases, the thermal margin increases. Therefore, in the
図7は、定義した平均aと平均bの比と、運転サイクル初期における炉心停止余裕(相対値)の関係を示す図である。図7では、横軸に平均の比(b/a)をとり、縦軸に炉心停止余裕(相対値)をとる。 FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the defined ratio of average a and average b and the core shutdown margin (relative value) at the beginning of the operation cycle. In FIG. 7, the horizontal axis represents the average ratio (b / a), and the vertical axis represents the core stop margin (relative value).
b/aの値が小さい場合、すなわち、炉心外周領域42の燃料が有する可燃性含有燃料棒本数が小さい場合、運転サイクル初期における、炉心外周領域42の燃料の出力が高くなる。運転状態では、炉心では沸騰状態にあることから、中性子の漏れが大きい。しかし、冷温状態になると、沸騰状態ではなくなり、中性子の漏れの効果が急激に減少する。つまり、炉心外周領域42の燃料の相対出力が一層高くなる。 When the value of b / a is small, that is, when the number of combustible fuel rods included in the fuel in the core outer peripheral region 42 is small, the fuel output in the core outer peripheral region 42 at the beginning of the operation cycle becomes high. In operation, neutron leakage is large because the core is in a boiling state. However, when it reaches a cold state, it is not in a boiling state, and the effect of neutron leakage decreases rapidly. That is, the relative output of fuel in the core outer peripheral region 42 is further increased.
特に、炉心等価半径が2.2m以下である比較的小さい炉心では中性子漏れの効果が炉心等価半径の大きな炉心よりも大きいため、運転状態と冷温状態との差が大きい。また、炉心平均ウラン濃縮度が4.0wt%以上であり、高い反応度を有するため、冷温状態において、炉停止余裕の制限値に切迫する可能性がある。これは、炉心等価半径が比較的小さく、平均ウラン濃縮度が比較的高い炉心において、本願発明者が初めて見出した課題である。 In particular, the relatively small core core equivalent half diameter of less 2.2m for the effect of neutron leakage is larger than the major core of the core equivalent half diameter, large difference between the operating state and the cold state. Moreover, since the core average uranium enrichment is 4.0 wt% or more and has a high reactivity, there is a possibility that the limit value of the reactor shutdown margin is imminent in a cold state. This core equivalent half diameter is relatively small, the relatively high core average uranium enrichment is the problem that the present inventor has first found.
図7からわかるように、比(b/a)が0.6程度の小さい値の場合には、炉心停止余裕は、沸騰水型原子炉100について法的に定められた炉心停止余裕制限よりも著しく小さい値であるが、比(b/a)が大きくなるのに従って熱的余裕も大きくなり、比(b/a)の値が0.7になると炉心停止余裕は炉心停止余裕制限に達し、さらに比(b/a)が大きくなると炉心停止余裕制限を越えた値で推移する。したがって、本実施の形態における沸騰水型原子炉100の炉心105においては、0.7≦(b/a)とする。
As can be seen from FIG. 7, when the ratio (b / a) is a small value of about 0.6, the core shutdown margin is smaller than the legal core shutdown margin limit for the boiling water reactor 100. Although the value is extremely small, the thermal margin increases as the ratio (b / a) increases. When the ratio (b / a) is 0.7, the core stop margin reaches the core stop margin limit, Further, when the ratio (b / a) increases, the value changes beyond the core stop margin limit. Therefore, in the
また、本実施の形態の炉心105において、さらに、以下のように定義する。すなわち、未燃焼の燃料集合体116のみで構成され、核分裂性物質の平均濃縮度が4.0wt%以上である沸騰水型原子炉100の炉心において、炉心内部領域41において、可燃性毒物含有燃料棒114を含む燃料集合体116における可燃性毒物の濃度の平均をAと定義し、炉心外周領域42において、可燃性毒物含有燃料棒114を含む燃料集合体116のうち、最外周に配置された燃料集合体116を除いた燃料集合体116における可燃性毒物の濃度の平均をBと定義する。
Further, in the
図8は、定義した本数aと濃度平均Aの積のaAと、本数Bと濃度平均Bの積bBとの比(bB/aA)と、運転サイクル末期における反応度である中性子増倍率(相対値)の関係を示す図である。 FIG. 8 shows the ratio (bB / aA) of the product aB of the defined number a and the concentration average A, the product bB of the number B and the concentration average B, and the neutron multiplication factor (relative) at the end of the operation cycle. It is a figure which shows the relationship of (value).
図8からわかるように、比(bB/aA)が0.6程度の小さい値の場合には、中性子増倍率は、沸騰水型原子炉100について臨界値よりも大きい値であるが、比(bB/aA)が大きくなるのに従って中性子増倍率も小さくなり、比(bB/aA)の値が0.9になると中性子増倍率は臨界値に達し、さらに比(bB/aA)が大きくなると中性子増倍率はさらに小さくなる。したがって、本実施の形態における沸騰水型原子炉100の炉心105においては、運転サイクル末期において炉心を臨界に維持できるように、(bB/aA)≦0.9とする。
As can be seen from FIG. 8, when the ratio (bB / aA) is a small value of about 0.6, the neutron multiplication factor is larger than the critical value for the boiling water reactor 100, but the ratio ( As bB / aA) increases, the neutron multiplication factor decreases. When the ratio (bB / aA) becomes 0.9, the neutron multiplication factor reaches a critical value, and when the ratio (bB / aA) further increases, neutrons increase. The multiplication factor becomes even smaller. Therefore, in the
図9は、定義した本数aと濃度平均Aの積のaAと、本数Bと濃度平均Bの積bBとの比(bB/aA)と、運転サイクル中期から末期における炉心停止余裕(相対値)の関係を示す図である。 FIG. 9 shows the ratio (bB / aA) between the product aB of the defined number a and the concentration average A, the product bB of the number B and the concentration average B, and the core shutdown margin (relative value) from the middle to the end of the operation cycle. It is a figure which shows the relationship.
運転サイクル中期から運転サイクル末期では、燃料集合体116における可燃性毒物含有燃料棒114の本数だけでなく、可燃性毒物濃度にも依存して反応度が変化するため、炉停止余裕は可燃性毒物114の本数と濃度をかけた総量に依存する。
From the middle of the operation cycle to the end of the operation cycle, the reactivity changes depending not only on the number of the flammable poison-containing
図9からわかるように、比(bB/aA)が0.5程度の小さい値の場合には、炉心停止余裕(相対値)は、沸騰水型原子炉100について法的に定められた制限値よりも小さい値であるが、比(bB/aA)が大きくなるのに従って炉心停止余裕も大きくなり、比(bB/aA)の値が0.6になると炉心停止余裕は制限値に達し、さらに比(bB/aA)が大きくなると炉心停止余裕は制限値を越えた値で推移する。したがって、本実施の形態における沸騰水型原子炉100の炉心105においては、0.6≦(bB/aA)とする。
As can be seen from FIG. 9, when the ratio (bB / aA) is a small value of about 0.5, the core shutdown margin (relative value) is a legally defined limit value for the boiling water reactor 100. However, as the ratio (bB / aA) increases, the core stop margin increases, and when the ratio (bB / aA) becomes 0.6, the core stop margin reaches a limit value. When the ratio (bB / aA) increases, the core stop margin changes at a value exceeding the limit value. Therefore, in the
また、本実施の形態の炉心105において、さらに燃料同士の出力差が大きくなって、局所的に運転制限値を超えることがないよう、以下のように定義する。すなわち、炉心105の核分裂物質の平均濃縮度をC、燃料集合体116単位における核分裂物質の平均濃縮度の最高値をDと定義した場合に、0.9≦C/Dとする。
Further, in the
以上のように、本実施の形態においては、0.7≦b/a≦0.9、0.6≦(bB)/(aA)≦0.9、および、0.9≦C/Dとする。 As described above, in the present embodiment, 0.7 ≦ b / a ≦ 0.9, 0.6 ≦ (bB) / (aA) ≦ 0.9, and 0.9 ≦ C / D. To do.
一般に、平均ウラン濃縮度が4.0wt%以上の燃料集合体一種類のみで構成された炉心では、運転サイクル初期において、炉心径方向の内側に位置する燃料集合体(炉心内部領域の燃料)の出力が高くなり、燃焼が早く進む。一方、運転サイクル末期においてでは、燃焼が早く進み反応度が低下した炉心内部領域の燃料に代わって、燃焼が進んでいない炉心径方向外側に位置する燃料集合体(炉心外周領域の燃料)の出力が増加する。しかし、炉心外周領域の燃料は、反射体が近く、炉心内部領域の燃料と比較して、中性子が漏れる割合が高いため、反応度が比較的低くなる。そのため、炉心外周領域の燃料が反応度の多くを担う運転サイクル末期においては、臨界が維持できないことが分かった。そこで、発明者らは運転サイクル末期においても臨界を維持できるよう、運転サイクル中において、炉心径方向出力分布を次のようにすることを考案にした。すなわち、燃料集合体の反応度が余っている運転サイクル初期では、炉心外周領域の燃料の反応度を向上させて、これら燃料が出力の多くを担うようにし、燃料集合体の反応度が低下した運転サイクル末期では、中性子漏れの効果が少なく、比較的大きな反応度を維持できる炉心内部領域の燃料の反応度を向上させて、これらが出力の多くを担うようにする。 In general, in a core composed of only one type of fuel assembly having an average uranium enrichment of 4.0 wt% or more, the fuel assembly (fuel in the core inner region) located inside the core radial direction at the beginning of the operation cycle. Output increases and combustion proceeds faster. On the other hand, at the end of the operation cycle, instead of the fuel in the core inner region where the combustion progresses faster and the reactivity decreases, the output of the fuel assembly (fuel in the core outer peripheral region) located outside the core radial direction where the combustion does not progress Will increase. However, the fuel in the outer periphery region of the core has a relatively low reactivity because the reflector is close and the rate of neutron leakage is higher than the fuel in the inner region of the core. For this reason, it was found that the criticality cannot be maintained at the end of the operation cycle in which the fuel in the outer periphery region of the core bears much of the reactivity. In view of this, the inventors have devised that the power distribution in the radial direction of the core is as follows during the operation cycle so that the criticality can be maintained even at the end of the operation cycle. That is, at the initial stage of the operation cycle when the reactivity of the fuel assembly is excessive, the reactivity of the fuel in the outer peripheral region of the core is improved so that these fuels take up much of the output, and the reactivity of the fuel assembly is reduced. At the end of the operation cycle, the effect of the neutron leakage is small and the reactivity of the fuel in the core internal region that can maintain a relatively high reactivity is improved, so that these take up much of the output.
運転サイクル初期において、炉心径方向外側の出力を高めるには、炉心に装荷する燃料集合体のタイプを2種類以上用意し、燃料に含まれる可燃性毒物含有燃料棒の本数が少ない方を炉心外周部の燃料とすればよい。これは、可燃性毒物含有燃料棒の本数は運転サイクル初期の反応度を調整でき、その本数が少ないほど運転サイクル初期の反応度は高くなるからである。また、可燃性毒物の濃度によって、中性子吸収効果の持続期間を調整できるため、運転サイクル末期において炉心径方向内側の出力を高めるには、炉心外周部の燃料に含まれる可燃性毒物の濃度を低くすればよい。これにより、炉心外周部の燃料の可燃性毒物が早く消滅し、燃焼が早く進むため、運転サイクル末期には炉心外周部の燃料の反応度が低下し、相対的に炉心内部領域の燃料の出力が向上するためである。 In order to increase the power outside the core radial direction at the beginning of the operation cycle, prepare two or more types of fuel assemblies to be loaded on the core, and select the fuel rods with less flammable poisons contained in the fuel. Part of the fuel. This is because the number of combustible poison-containing fuel rods can adjust the reactivity at the beginning of the operation cycle, and the smaller the number, the higher the reactivity at the beginning of the operation cycle. In addition, the duration of the neutron absorption effect can be adjusted by the concentration of the flammable poison. do it. As a result, the flammable poison of the fuel on the outer periphery of the core disappears quickly and the combustion proceeds faster, so the reactivity of the fuel on the outer periphery of the core decreases at the end of the operation cycle, and the fuel output in the inner region of the core relatively It is for improving.
以上のように構成した本実施の形態の効果を説明する。 The effect of the present embodiment configured as described above will be described.
原子力発電プラントの稼働率、すなわち、全期間に対する稼働時間の比を向上させ、原子力発電プラントの経済性を向上させるためには、原子炉の運転サイクルを延長すること(長期サイクル運転)が有効である。原子炉の運転サイクルを延長させる方法としては、燃料集合体単位における核燃料物質の装荷量を増やして高い反応度を長期間維持できるようにすることが考えられる。核燃料物質の装荷量を増やすには以下の方法がある。すなわち、例えば、燃料集合体あたりの燃料ペレットの量を増加させることで核燃料物質の装荷量を増やすことができるが、燃料集合体の設計変更が必要となり、容易ではない。また、例えば、燃料ペレット内の核分裂性物質の割合を増やすこと、すなわち濃縮度を増加させることで、設計変更を行わずに核燃料物質の装荷量を増やすことができるが、核分裂物質の濃縮度には制限がある。また、核分裂性物質の濃縮度を増加させた場合、最大線出力密度、最小限界出力比といった熱的余裕の運転制限値、及び炉停止余裕の運転制限値を満たすことが困難である。 Extending the operating cycle of a nuclear reactor (long-term cycle operation) is effective in improving the operating rate of a nuclear power plant, i.e., the ratio of operating time over the entire period, and improving the economic efficiency of the nuclear power plant. is there. As a method of extending the operation cycle of the nuclear reactor, it is conceivable to increase the amount of nuclear fuel material in the fuel assembly unit so that high reactivity can be maintained for a long time. The following methods can be used to increase the amount of nuclear fuel material loaded. That is, for example, the amount of nuclear fuel material loaded can be increased by increasing the amount of fuel pellets per fuel assembly, but the design of the fuel assembly needs to be changed, which is not easy. In addition, for example, by increasing the proportion of fissile material in the fuel pellet, that is, increasing the enrichment, it is possible to increase the amount of nuclear fuel material loaded without changing the design. There are limitations. Further, when the enrichment of the fissile material is increased, it is difficult to satisfy the thermal limit operation limit value such as the maximum linear power density and the minimum limit power ratio and the operation limit value of the reactor shutdown margin.
これに対し、本発明は、未燃焼の燃料集合体のみで構成され、核分裂性物質の平均濃縮度が4.0wt%以上である沸騰水型原子炉の炉心であって、前記炉心の外接円の半径をRとした場合に、外接円と同じ中心を有する半径0.75Rの円よりも内側の領域を炉心内部領域、外側の領域を炉心外周領域と定義し、炉心内部領域において、可燃性毒物含有燃料棒を含む燃料集合体における可燃性毒物含有燃料棒の本数の平均をaと定義し、炉心外周領域において、可燃性毒物含有燃料棒を含む燃料集合体のうち、最外周に配置された燃料集合体を除いた燃料集合体における可燃性毒物含有燃料棒の本数の平均をbと定義した場合に、0.7≦b/a≦0.9を満たすように構成したので、最高ウラン濃縮度、最大線出力密度、最小限界出力比、炉停止余裕などに関する制限を満たしつつ、運転サイクルを延長することができ、原子力発電プラントの経済性を向上させることができる。 On the other hand, the present invention is a boiling water reactor core composed of only unburned fuel assemblies and having an average enrichment of the fissile material of 4.0 wt% or more, and is a circumscribed circle of the core. When the radius of R is R, the region inside the circle of radius 0.75R having the same center as the circumscribed circle is defined as the core inner region, and the outer region is defined as the core outer peripheral region. The average number of combustible poison-containing fuel rods in a fuel assembly including poisonous-containing fuel rods is defined as a, and the fuel assembly including combustible poison-containing fuel rods is arranged on the outermost periphery in the core outer peripheral region. When the average number of flammable poison-containing fuel rods in the fuel assembly excluding the fuel assembly is defined as b, it is configured to satisfy 0.7 ≦ b / a ≦ 0.9. Concentration, maximum linear power density, minimum critical power ratio While satisfying the restrictions on such reactor shutdown margin, it is possible to extend the operating cycle, thereby improving the economics of nuclear power plants.
また、本発明は、炉心内部領域において、可燃性毒物含有燃料棒を含む燃料集合体における可燃性毒物の濃度の平均をAと定義し、炉心外周領域において、可燃性毒物含有燃料棒を含む燃料集合体のうち、最外周に配置された燃料集合体を除いた燃料集合体における可燃性毒物の濃度の平均をBと定義した場合に、さらに、0.6≦(bB)/(aA)≦0.9を満たすように構成したので、さらに確実に最高ウラン濃縮度、最大線出力密度、最小限界出力比、炉停止余裕などに関する制限を満たしつつ、運転サイクルを延長することができ、原子力発電プラントの経済性を向上させることができる。 In the present invention, the average concentration of the flammable poison in the fuel assembly including the flammable poison-containing fuel rod is defined as A in the core inner region, and the fuel including the flammable poison-containing fuel rod in the core outer peripheral region. When the average of the concentration of the flammable poison in the fuel assembly excluding the fuel assembly arranged on the outermost periphery among the assemblies is defined as B, 0.6 ≦ (bB) / (aA) ≦ Since it is configured to satisfy 0.9, the operation cycle can be extended while satisfying the restrictions on maximum uranium enrichment, maximum linear power density, minimum limit power ratio, reactor shutdown margin, etc. The economics of the plant can be improved.
本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図11は、本実施例に係る沸騰水型原子炉の炉心における燃料集合体の配置の一例を示す図である。図11では、燃料集合体の炉心における配置を水平断面における配置として模式的に示している。なお、図11では、略円形である炉心の水平断面のうち、中心を原点Oとし、燃料集合体116(116a〜116c)が並ぶ方向に沿った直交する2つの座標軸(座標軸X、座標軸Y)を設定した座標系の第2象限分(すなわち、4分の1)だけを示している。 FIG. 11 is a diagram illustrating an example of the arrangement of the fuel assemblies in the core of the boiling water reactor according to the present embodiment. In FIG. 11, the arrangement of the fuel assemblies in the core is schematically shown as the arrangement in the horizontal section. In FIG. 11, two orthogonal coordinate axes (coordinate axis X and coordinate axis Y) along the direction in which the fuel assemblies 116 ( 116 a to 116 c) are arranged with the center as the origin O in the substantially circular horizontal cross section of the core. Only the second quadrant (that is, a quarter) of the coordinate system in which is set is shown.
図11に示すように、炉心105は、400体の燃料集合体116と、97本の制御棒115(図3参照)とで構成されている。
As shown in FIG. 11, the
燃料集合体116は、すべて燃焼度0GWd/tの新燃料集合体であり、含まれる燃料集合体116の本数により多Gd燃料116aと、少Gd燃料116bと、低濃縮燃料116cとの3種類が構成されている。多Gd燃料116aは、図2及び図3で説明した配置を有し、含まれる可燃性毒物含有燃料棒114は、12本であり、可燃性毒物(ガドリニア)の平均濃度は11%である。また、少Gd燃料116bは、8本の可燃性毒物含有燃料棒114を有しており、可燃性毒物の平均濃度は9%である。低濃縮燃料116cは可燃性毒物含有燃料棒を含まずに構成されている。燃料集合体116の平均ウラン濃縮度は、多Gd燃料116a、少Gd燃料116bともに4.3wt%であり、低濃縮燃料116cは0.71wt%である。低濃縮燃料116cは、炉心105中で2行2列の単位(セル)を作っている。これは、運転サイクル中の出力制御のために、制御棒を挿入するコントロールセルと呼ばれるセルである。
The
本実施例における炉心において、各燃料の配置は図11に示す通りであり、炉心最外周領域43の燃料集合体116は、多Gd燃料が60体、少Gd燃料116bが0体、低濃縮燃料116cが0体で、合計60体である。また、炉心外周領域42の燃料集合体116は、多Gd燃料116aが28体、少Gd燃料116bが56体、低濃縮燃料116cが0体で、合計84体である。炉心外周領域42の可燃性毒物含有燃料棒114を含む燃料集合体116の可燃性毒物含有燃料棒114の平均本数bは、9.33本である。また、濃度Bと本数bの積bBの平均は92.0である。一方、炉心内部領域41の燃料集合体116は、多Gd燃料116aが204体、少Gd燃料116bが16体、低濃縮燃料116cが36体で、合計256体である。炉心内部領域41の可燃性毒物含有燃料棒114を含む燃料集合体116の可燃性毒物含有燃料棒114の平均本数aは、11.71本である。濃度Aと本数aの積aAの平均は127.64である。したがって、炉心内部領域41の燃料集合体116と炉心外周領域42の燃料集合体116の可燃性毒物含有燃料棒114の平均の比b/aは、0.79であり、0.7≦b/a≦0.9を満たす。また、炉心内部領域41の燃料集合体116と炉心外周領域42の燃料集合体116の可燃性毒物含有燃料棒114と可燃性毒物濃度の積の平均の比(bB)/(aA)は、0.721であり、0.6≦(bB)/(aA) ≦0.9を満たす。また、炉心105内の平均ウラン濃縮度は4.01wt%で、4.0wt%以上である。また、炉心105の平均濃縮度と、燃料集合体の平均濃縮度の最高値との比は0.92で、0.9以上である。
In the core in the present embodiment, the arrangement of each fuel is as shown in FIG. 11, and the
このように、本実施例では、炉心外周領域42での少Gd燃料116bの割合を大きくし、炉心内部領域41での多Gd燃料116aの割合を大きくすることにより、運転サイクル初期では径方向出力分布は炉心外側で大きく、運転サイクル末期での径方向出力分布は炉心内側で大きくなるため、運転サイクル中において臨界を維持することができる。また、炉心内部領域41の燃料集合体116と炉心外周領域42の燃料集合体の可燃性毒物含有燃料棒114の平均の比b/aを、0.7≦b/a≦0.9の範囲内とし、可燃性毒物含有燃料棒114と濃度の平均の比(bB)/(aA)を0.6≦(bB)/(aA)≦0.9の範囲内とすることで、運転サイクル中において臨界を維持でき、熱的余裕や炉停止余裕といった運転制限値を満たすことができる。つまり、本実施例では、最高ウラン濃縮度が5wt%以下という制約が課せられた場合に、運転サイクル中臨界を維持し、最大線出力密度や最小限界出力比といった熱的余裕に関する運転制限値及び、炉停止余裕の運転制限値を満たす、運転期間3年以上の長期サイクル運転を実現することができる。
As described above, in this embodiment, the ratio of the
また、本実施例では、制御棒操作のためのコントロールセルを設定することができる。 In this embodiment, a control cell for control rod operation can be set.
したがって、本実施例では、最高ウラン濃縮度が5wt%以下という制約が課せられた場合に、運転サイクル中臨界を維持し、最大線出力密度や最小限界出力比といった熱的余裕に関する運転制限値及び、炉停止余裕の運転制限値を満たす、運転期間3年以上の長期サイクル運転を実現できる。 Therefore, in this example, when the restriction that the maximum uranium enrichment is 5 wt% or less is imposed, the criticality is maintained during the operation cycle, and the operation limit value relating to the thermal margin such as the maximum linear power density and the minimum critical power ratio, and In addition, a long-term cycle operation with an operation period of 3 years or more that satisfies the operation limit value of the furnace stop margin can be realized.
なお、実施の形態及び本実例1及び2では、燃料集合体116の燃料棒配列が10行10列の場合について説明したが、9行9列の燃料集合体や8行8列の燃料集合体、11行11列の燃料集合体に対しても本発明を適用することができ、同様の効果を得ることができる。
In the embodiment and the actual examples 1 and 2, the case where the fuel rod array of the
また、複数の部分長燃料棒を保有する燃料集合体について説明したが、部分長燃料棒を含まない燃料集合体についても同様の効果が得られる。 Further, although the fuel assembly having a plurality of partial length fuel rods has been described, the same effect can be obtained for a fuel assembly that does not include partial length fuel rods.
さらに、2本の水ロッドを配置した燃料集合体について説明したが、水ロッドが1本である燃料集合体や、方形断面を有する水ロッドを配置した燃料集合体についても同様の効果が得られる。 Further, the fuel assembly in which two water rods are arranged has been described, but the same effect can be obtained for a fuel assembly having one water rod and a fuel assembly in which a water rod having a square cross section is arranged. .
本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図12は、本実例に係る沸騰水型原子炉の炉心における燃料集合体の配置の一例を示す図である。図12では、燃料集合体の炉心における配置を水平断面における配置として模式的に示している。なお、図12では、略円形である炉心の水平断面のうち、中心を原点Oとし、燃料集合体116(116a,116b)が並ぶ方向に沿った直交する2つの座標軸(座標軸X、座標軸Y)を設定した座標系の第2象限分(すなわち、4分の1)だけを示している。 FIG. 12 is a diagram showing an example of the arrangement of the fuel assemblies in the core of the boiling water reactor according to this example. In FIG. 12, the arrangement of the fuel assemblies in the core is schematically shown as the arrangement in the horizontal section. In FIG. 12, two orthogonal coordinate axes (coordinate axis X, coordinate axis Y) along the direction in which the fuel assemblies 116 (116a, 116b) are arranged with the center being the origin O in the substantially circular horizontal cross section of the core. Only the second quadrant (that is, a quarter) of the coordinate system in which is set is shown.
図12に示すように、炉心105は、400体の燃料集合体116と、97本の制御棒115(図3参照)とで構成されている。
As shown in FIG. 12, the
各燃料集合体116は、すべて燃焼度が0GWd/tの新燃料集合体であり、含まれる可燃性毒物含有燃料棒114の本数により多Gd燃料116aと少Gd燃料116bとの2種類が構成されている。多Gd燃料116aは、図2及び図3で説明した配置を有し、12本の可燃性毒物含有燃料棒114を有しており、可燃性毒物(ガドリニア)の平均濃度は11%である。また、少Gd燃料116bは、8本の可燃性毒物含有燃料棒114を有しており、可燃性毒物の平均濃度は9%である。燃料集合体116の平均ウラン濃縮度は、多Gd燃料116a、少Gd燃料116bともに4.3wt%であり、したがって、炉心105に装荷されている燃料集合体116の平均ウラン濃縮度は4.0wt%以上となる。
Each
なお、本実施例においては、運転初期における高い反応度をおさえるために、沸騰水型原子炉100の炉心105に含まれる全ての燃料集合体116が可燃性毒物含有燃料棒114を有する。これにより、高い炉心平均濃縮度を実現でき、より連続運転期間を延長することができる。
In the present embodiment, all the
本実施例における炉心105において、各燃料の配置は図12に示す通りであり、炉心最外周領域43の燃料集合体116は、多Gd燃料116aが60体、少Gd燃料116bが0体で、合計60体である。また、炉心外周領域42の燃料集合体116は、多Gd燃料116aが28体、少Gd燃料116bが56体で、合計84体である。また、炉心外周領域42の燃料集合体116の可燃性毒物含有燃料棒114の平均本数bは、9.33本である。濃度Bと本数bの積bBの平均は92.0である。一方、炉心内部領域41の燃料集合体116は、多Gd燃料116aが240体、少Gd燃料116bが16体で、合計256体である。炉心内部領域41の燃料集合体116の可燃性毒物含有燃料棒114の平均本数aは、11.75本である。濃度Aと本数aの積aAの平均は128.25である。したがって、炉心内部領域41の燃料集合体116と炉心外周領域42の燃料集合体116の可燃性毒物含有燃料棒114の平均の比b/aは、0.79であり、0.7≦b/a≦0.9を満たす。また、炉心内部領域41の燃料集合体116と炉心外周領域42の燃料集合体116の可燃性毒物含有燃料棒114と可燃性毒物濃度の積の平均の比(bB)/(aA)は、0.717であり、0.6≦(bB)/(aA)≦0.9を満たす。
In the
このように、本実施例では、炉心外周領域42での少Gd燃料116bの割合を大きくし、炉心内部領域41での多Gd燃料116aの割合を大きくすることにより、運転サイクル初期では径方向出力分布は炉心外側で大きく、運転サイクル末期での径方向出力分布は炉心内側で大きくなるため、運転サイクル中において臨界を維持することができる。また、炉心内部領域41の燃料集合体116と炉心外周領域42の燃料集合体の可燃性毒物含有燃料棒114の平均の比b/aを、0.7≦b/a≦0.9の範囲内とし、可燃性毒物含有燃料棒114と濃度の平均の比(bB)/(aA)を0.6≦(bB)/(aA)≦0.9の範囲内とすることで、運転サイクル中において臨界を維持でき、熱的余裕や炉停止余裕といった運転制限値を満たすことができる。つまり、本実施例では、最高ウラン濃縮度が5wt%以下という制約が課せられた場合に、運転サイクル中臨界を維持し、最大線出力密度や最小限界出力比といった熱的余裕に関する運転制限値及び、炉停止余裕の運転制限値を満たす、運転期間3年以上の長期サイクル運転を実現することができる。
As described above, in this embodiment, the ratio of the
40 境界
41 炉心内部領域
42 炉心外周領域
43 炉心最外周領域
100 沸騰水型原子炉
101 原子炉圧力容器
102 給水配管
103 シュラウド
104 制御棒駆動機構
105 炉心
106 チムニ
107 簡易蒸気乾燥器
108 主蒸気配管
109 ダウンカマ
110 チャンネルボックス
111 燃料棒
112 部分長燃料棒
113 水ロッド
114 可燃性毒物含有燃料棒
115 制御棒
116 燃料集合体
116a 多Gd燃料
116b 少Gd燃料
116c 低濃縮燃料
117 スペーサ
118 下部タイプレート
119 上部タイプレート
40 Boundary 41 Core inner region 42 Core outer peripheral region 43 Core outermost peripheral region 100
Claims (3)
前記炉心の外接円の半径をRとした場合に、前記外接円と同じ中心を有する半径0.75Rの円よりも内側の領域を炉心内部領域、外側の領域を炉心外周領域と定義するとともに、中心が前記半径0.75Rの円の内側にある前記燃料集合体は前記炉心内部領域に属し、外側にある前記燃料集合体は前記炉心外周領域に属するものと定義し、
前記炉心内部領域において、可燃性毒物含有燃料棒を含む前記燃料集合体における可燃性毒物含有燃料棒の本数の平均をaと定義し、
前記炉心外周領域において、可燃性毒物含有燃料棒を含む前記燃料集合体のうち、最外周に配置された前記燃料集合体を除いた前記燃料集合体における可燃性毒物含有燃料棒の本数の平均をbと定義し、
前記炉心内部領域において、可燃性毒物含有燃料棒を含む前記燃料集合体における可燃性毒物含有燃料棒の可燃性毒物の濃度の平均をAと定義し、
前記炉心外周領域において、可燃性毒物含有燃料棒を含む前記燃料集合体のうち、最外周に配置された前記燃料集合体を除いた前記燃料集合体における可燃性毒物含有燃料棒の可燃性毒物の濃度の平均をBと定義した場合に、
0.6≦(bB)/(aA)≦0.9を満たすことを特徴とする沸騰水型原子炉の炉心。 A core of a boiling water reactor that is composed only of unburned fuel assemblies and has an average enrichment of fissile material of 4.0 wt% or more,
When the radius of the circumscribed circle of the core is R, a region inside a circle having a radius of 0.75R having the same center as the circumscribed circle is defined as a core inner region, and an outer region is defined as a core outer peripheral region. The fuel assembly whose center is inside the circle having the radius of 0.75R belongs to the core inner region, and the fuel assembly outside the core is defined to belong to the core outer peripheral region,
In the core inner region, a is defined as the average number of flammable poison-containing fuel rods in the fuel assembly including the flammable poison-containing fuel rods,
The average number of flammable poison-containing fuel rods in the fuel assembly excluding the fuel assemblies arranged on the outermost periphery among the fuel assemblies including the flammable poison-containing fuel rods in the core outer peripheral region. b and
In the core inner region, A is defined as the average concentration of flammable poisons of the flammable poison-containing fuel rods in the fuel assembly including the flammable poison-containing fuel rods ;
In the core periphery region, among the fuel assemblies containing the burnable poison-containing fuel rods, burnable poison burnable poison-containing fuel rods in the fuel assembly excluding the fuel assemblies disposed in the outermost periphery When the average density is defined as B,
A core of a boiling water reactor characterized by satisfying 0.6 ≦ (bB) / (aA) ≦ 0.9.
前記炉心の前記核分裂性物質の平均濃縮度をC、
前記燃料集合体単位における前記核分裂性物質の平均濃縮度の最高値をDと定義した場合に、
0.9≦C/Dを満たすことを特徴とする沸騰水型原子炉の炉心。 In the core of the boiling water reactor according to claim 1,
The average enrichment of the fissile material in the core is C,
When the maximum value of the average enrichment of the fissile material in the fuel assembly unit is defined as D,
A core of a boiling water reactor characterized by satisfying 0.9 ≦ C / D.
前記炉心に含まれる全ての前記燃料集合体が前記可燃性毒物含有燃料棒を有することを特徴とする沸騰水型原子炉の炉心。 In the core of the boiling water reactor according to claim 1,
A core of a boiling water reactor, wherein all the fuel assemblies included in the core have the burnable poison-containing fuel rods.
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