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JPH04303796A - Fuel assembly for reactor - Google Patents

Fuel assembly for reactor

Info

Publication number
JPH04303796A
JPH04303796A JP3067424A JP6742491A JPH04303796A JP H04303796 A JPH04303796 A JP H04303796A JP 3067424 A JP3067424 A JP 3067424A JP 6742491 A JP6742491 A JP 6742491A JP H04303796 A JPH04303796 A JP H04303796A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel
assembly
core
internal
aggregate
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
JP3067424A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasushi Hirano
平 野   靖
Koichi Sakurada
桜 田 光 一
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 Corp
Original Assignee
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 Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP3067424A priority Critical patent/JPH04303796A/en
Publication of JPH04303796A publication Critical patent/JPH04303796A/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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

PURPOSE:To attain a good core characteristics regardless of core with UO2 fuel only or core with mixture of UO2 fuel and MOX fuel. CONSTITUTION:A fuel assembly is constituted of an outer assembly 2 on the periphery of the assembly where thermal neutrons coming from outside can reach and an inner assembly 3 in the center of the assembly where thermal neutrons from outside can rarely reach. In between the outer assembly 2 and inner assembly 3, an internal gap region 8 where single or two-phase water flows, is provided. The width of the gap region 8 is made controllable by changing the size of the channel box 6 of the inner assembly 3.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、BWRあるいはABW
R等の軽水炉に用いられる燃料集合体に係り、特にUO
2 燃料単独炉心においても、UO2 燃料とMOX燃
料との混在炉心においても、良好な炉心特性を得ること
ができる燃料集合体に関する。
[Industrial Application Field] The present invention is directed to BWR or ABW.
Regarding fuel assemblies used in light water reactors such as R, especially UO
2. The present invention relates to a fuel assembly that can obtain good core characteristics in both a single-fuel core and a mixed core of UO2 fuel and MOX fuel.

【0002】0002

【従来の技術】従来、BWRあるいはABWRに用いら
れているUO2 燃料集合体としては、図12に示すも
のが知られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a UO2 fuel assembly used in BWR or ABWR, the one shown in FIG. 12 is known.

【0003】この燃料集合体100は、図12および図
13に示すように、60本の燃料棒101と1本のウオ
ーターロッド102とを規則的に配列するとともに、こ
れらを図12および図14に示すスペーサー103によ
り結束し、かつ下端を、図12に示すように下部タイプ
レート104により、また上部を、図12および図15
に示す上部タイプレート105によりそれぞれ固定し、
これらを角筒状のチャンネルボックス106内に収容し
て構成されている。
This fuel assembly 100 has 60 fuel rods 101 and one water rod 102 arranged regularly as shown in FIGS. 12 and 13. 12 and 15.
Each is fixed by an upper tie plate 105 shown in FIG.
These are housed in a rectangular cylindrical channel box 106.

【0004】この燃料集合体100の形状・構造(集合
体のハード仕様)は取出燃焼度38Gwd/tを目標と
して定められており、一世代前の取出燃焼度33Gwd
/tを目標とした燃料に比べて、ウオーターロッド(内
部を冷却材が貫流する中空の管)の断面積が2倍程度と
なり、その分燃料棒が2本減少している。このように従
来の技術では、経済性向上を目標としたUO2 燃料の
高燃焼度化に対しては、ウオーターロッドの本数または
大きさの増加で対処しており、濃縮度の増加による核特
性の変化、すなわちボイド反応度係数の絶対値の増加や
炉停止余裕の減少などの影響を、運転時における重金属
燃料原子数に対する水素原子数の比率(以下H/H.M
.比という)を増加させることにより低減していた。
[0004] The shape and structure of this fuel assembly 100 (hard specifications of the assembly) are determined with the target of a take-off burn-up of 38 Gwd/t, which is higher than the take-off burn-up of 33 Gwd/t one generation ago.
/t, the cross-sectional area of the water rod (a hollow tube through which coolant flows) is about twice as large, and the number of fuel rods is reduced by two accordingly. In this way, in conventional technology, increasing the burn-up of UO2 fuel with the goal of improving economic efficiency is dealt with by increasing the number or size of water rods, and the nuclear properties are affected by increasing enrichment. The effects of changes, such as an increase in the absolute value of the void reactivity coefficient and a decrease in the margin for reactor shutdown, are measured by the ratio of the number of hydrogen atoms to the number of heavy metal fuel atoms during operation (hereinafter referred to as H/HM.
.. It was reduced by increasing the ratio (referred to as the ratio).

【0005】BWRでは、燃料集合体の取替えにバッチ
方式(燃料集合体のすべてを一度に取替えるのではなく
、一回の定期検査ごとに全体の1/3〜1/5の体数を
取替える方法)を採用している。図16はABWR炉心
の例で、872体装荷された燃料集合体のうち1/4程
度が取替えられる。したがって、新規な燃料集合体を採
用する場合には、過渡的なサイクルでは従来燃料と新燃
料が同じ炉心内に混在することになり、両者の燃料の核
特性が大きく異なる場合には、炉心装荷割合によって炉
心特性が変化し、運転上の制約となる恐れがある。また
炉心で使用される制御棒は、ほぼ集合体4体あたり1体
使用され炉心全体では205体使用され、特に、定格運
転時に使用する制御棒108を取り囲む4体の燃料集合
体107(以下コントロールセルという)は、制御棒操
作に伴う軸方向の出力分布の歪みによって熱的な制限値
を超えることがないように、反応度の低い燃料で構成さ
れている。
[0005] In BWR, fuel assemblies are replaced using a batch method (instead of replacing all fuel assemblies at once, 1/3 to 1/5 of the total number of fuel assemblies are replaced at each periodic inspection). ) is adopted. Figure 16 shows an example of an ABWR core, in which about 1/4 of the 872 loaded fuel assemblies are replaced. Therefore, when adopting a new fuel assembly, the conventional fuel and new fuel will be mixed in the same core during the transient cycle, and if the nuclear properties of the two fuels are significantly different, the core loading The core characteristics may change depending on the ratio, which may cause operational constraints. In addition, the control rods used in the reactor core are approximately one control rod per four assemblies, and 205 control rods are used in the entire reactor core. The fuel cells (called cells) are composed of low-reactivity fuel to prevent thermal limits from being exceeded due to distortions in the axial power distribution associated with control rod operations.

【0006】一方、BWRにおいてMOX燃料を使用す
る場合、製造や熱水力学データの取得を同じ形状・構造
の燃料集合体とすることの利点から、UO2燃料集合体
と同じハードを利用し、さらにUO2 燃料集合体と同
程度の取出燃焼度を実現しようとすると、ウランとプル
トニウムの中性子断面積の違いが顕著に現れ、燃焼特性
が大きく異なってくる。
On the other hand, when using MOX fuel in BWR, the same hardware as UO2 fuel assemblies is used, since it is advantageous to use fuel assemblies with the same shape and structure for manufacturing and acquiring thermo-hydraulic data. If an attempt is made to achieve the same extraction burnup as that of a UO2 fuel assembly, the difference in neutron cross section between uranium and plutonium will become noticeable, resulting in a large difference in combustion characteristics.

【0007】例えば、図17に示したように、燃料集合
体全体をMOX燃料のみで構成するディスクリート型M
OX燃料の場合、熱核分裂性のプルトニウムがウラン2
35よりも熱中性子断面積が大きいので、集合体全体の
中性子のスペクトルが硬くなり、さらに、チャンネルボ
ックスの外側の非沸騰水領域(以下外部水ギャップ領域
という)で減速された熱中性子が、集合体周辺領域の燃
料棒に吸収されやすくなり、集合体内部までとどく熱中
性子量がUO2 燃料に比べて少なくなる。
For example, as shown in FIG. 17, a discrete type M in which the entire fuel assembly is composed of only MOX fuel
In the case of OX fuel, thermonuclear plutonium is converted into uranium-2
Since the thermal neutron cross section is larger than that of 35, the neutron spectrum of the entire assembly becomes hard, and furthermore, the thermal neutrons moderated in the non-boiling water region outside the channel box (hereinafter referred to as the external water gap region) are It is easily absorbed by the fuel rods in the area around the body, and the amount of thermal neutrons that reach the inside of the assembly is smaller than that of UO2 fuel.

【0008】これによりUO2 燃料に比べて、■ボイ
ド係数の絶対値の増加、■制御棒価値の低下、■局所ピ
ーキング係数の増加を招き、炉心安定性・炉停止余裕・
炉心の熱的な特性を悪化させる。これらの特性を緩和す
る例として図18に示したように、集合体の周辺部をU
O2 燃料で置き換えるアイランド型MOX燃料があり
、これは、集合体周辺部にUO2 燃料を配置すること
で、集合体平均の中性子スペクトルを軟らかくすると同
時に、集合体周辺部の燃料による吸収を減らすことで、
制御棒価値の増加、局所ピーキング係数の低減を実現で
きる。 ただし、製造・管理の難しいMOX燃料とUO2 燃料
を同時に取扱う必要が生じる。
[0008] As a result, compared to UO2 fuel, this leads to (1) an increase in the absolute value of the void coefficient, (2) a decrease in the value of control rods, and (2) an increase in the local peaking coefficient, resulting in lower core stability, reactor shutdown margin, and
Deteriorates the thermal properties of the reactor core. As an example of alleviating these characteristics, as shown in FIG.
There is an island-type MOX fuel that replaces O2 fuel with UO2 fuel, which softens the average neutron spectrum of the assembly by placing UO2 fuel around the assembly, and at the same time reduces absorption by the fuel around the assembly. ,
It is possible to increase the value of control rods and reduce local peaking coefficients. However, it will be necessary to simultaneously handle MOX fuel and UO2 fuel, which are difficult to manufacture and manage.

【0009】以上のようなMOX燃料使用時の問題を解
決するための1つの方法に、集合体のハード使用の変更
を許し、中性子スペクトルを軟化させるように各燃料集
合体ごとのH/H.M.比を増加する方法がある。例え
ば、UO2 燃料の高燃焼度化時と同様に、ウオーター
ロッドの本数または大きさの増加による方法が挙げられ
る。
One method for solving the above-mentioned problems when using MOX fuel is to allow changes in the hard use of the assemblies and change the H/H. M. There are ways to increase the ratio. For example, as in the case of increasing the burnup of UO2 fuel, there is a method of increasing the number or size of water rods.

【0010】0010

【発明が解決しようとする課題】現在、燃料経済性向上
の観点からUO2 燃料の高燃焼度化が要請され、さら
に、燃料サイクルのプラントの開発動向が流動的である
ことから種々のプルトニウムの利用形態(プルトニウム
の燃焼を効率的に進めることからプルトニウムへの転換
を高める場合まで)に対応することが望まれており、燃
料組成の違いによる核特性の差を低減する燃料集合体と
これを装荷する炉心構成の工夫が必要とされている。
[Problems to be Solved by the Invention] Currently, there is a demand for higher burnup of UO2 fuel from the viewpoint of improving fuel economy, and furthermore, as the development trend of fuel cycle plants is fluid, various uses of plutonium are required. It is desired to respond to various configurations (from efficiently promoting plutonium combustion to increasing conversion to plutonium), and it is desirable to develop fuel assemblies and loading them that reduce differences in nuclear properties due to differences in fuel composition. It is necessary to devise a core configuration that will

【0011】UO2 燃料の高燃焼度化に対しては、集
合体のハード仕様の変更を許しH/H.M.比を増加さ
せる必要がある。また、従来燃料と新燃料の混在炉心に
おいて、各燃料集合体の核特性の違いを低減する場合に
も、各集合体のH/H.M.比を適切に調整する必要が
ある。しかしながら、ウオーターロッド本数または大き
さを増加させる従来の方法では、燃料棒の装荷量を減少
させ線出力密度を増加させるなどの問題がある。また他
の方法である外部水ギャップ領域の拡大は、制御棒価値
の変化、炉心サイズの拡大などの問題がある。
[0011] In order to increase the burnup of UO2 fuel, H/H. M. It is necessary to increase the ratio. In addition, when reducing the difference in the nuclear characteristics of each fuel assembly in a mixed core of conventional fuel and new fuel, the H/H of each fuel assembly can be reduced. M. It is necessary to adjust the ratio appropriately. However, conventional methods of increasing the number or size of water rods have problems such as decreasing fuel rod loading and increasing linear power density. Another method of expanding the external water gap region has problems such as a change in control rod value and an increase in core size.

【0012】一方、MOX燃料を使用する場合、ある取
出燃焼度専用に作られたUO2 燃料集合体のハードを
、そのままMOX燃料に用いる従来の方法は、ディスク
リート型MOX燃料では、ボイド係数増加、制御棒価値
増加、局所出力ピーキング増加により炉心特性が厳しく
なり、これらの特性を満足させるためには、局所出力ピ
ーキング係数減少のための富化度種類数の増加や炉心の
運用(MOX燃料の装荷割合、装荷パターン)に制限を
課す必要が生じる。また、アイランド型MOX燃料では
、被曝管理上問題のあるMOX燃料とUO2 燃料を、
燃料製造時および再処理時に同一工程で取り扱う必要が
生じること、炉心に装荷されるMOX燃料の総量が限ら
れるなどの問題が残されている。
On the other hand, when using MOX fuel, the conventional method of using the hardware of a UO2 fuel assembly made exclusively for a certain extraction burnup as MOX fuel is to increase the void coefficient and control the Core characteristics are becoming stricter due to increased rod value and local power peaking. , loading pattern). In addition, island type MOX fuel uses MOX fuel and UO2 fuel, which have problems in terms of radiation exposure management.
Problems remain, such as the need to handle fuel in the same process during fuel production and reprocessing, and the total amount of MOX fuel that can be loaded into the reactor core.

【0013】さらに、制御棒数削減、燃料交換作業低減
のために集合体を大型化した場合、従来のコントロール
セルを用いると、コントロールセルの面積増加に伴い反
応度が損失する。また、集合体の大型化は径方向の出力
ピーキング係数を増加させる。
Furthermore, when the size of the assembly is increased in order to reduce the number of control rods and refueling work, if a conventional control cell is used, reactivity is lost as the area of the control cell increases. Also, increasing the size of the aggregate increases the radial output peaking coefficient.

【0014】本発明は、このような点を考慮してなされ
たもので、UO2 燃料単独炉心においても、UO2 
燃料とMOX燃料との混在炉心においても、良好な炉心
特性を得ることができる原子炉用燃料集合体を提供する
ことを目的とする。
The present invention has been made in consideration of these points, and even in a UO2 fuel-only core, UO2
It is an object of the present invention to provide a fuel assembly for a nuclear reactor that can obtain good core characteristics even in a mixed core of fuel and MOX fuel.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成する手段として、チャンネルボックス外側の非沸騰水
領域で減速された熱中性子が到達する集合体周辺部領域
の外部集合体と、前記熱中性子がほとんど到達しない集
合体中央部領域の内部集合体とを備え、前記内部集合体
のチャンネルボックスの大きさを変えることにより、外
部集合体と内部集合体との間に、単相または二相の水の
流れる任意幅の内部水ギャップ領域を形成できるように
したことを特徴とする。
[Means for Solving the Problems] As a means for achieving the above object, the present invention provides an external aggregate in a peripheral area of the aggregate where thermal neutrons moderated in a non-boiling water area outside the channel box reach the aggregate; By changing the size of the channel box of the inner aggregate, there is a single-phase or two-phase structure between the outer aggregate and the inner aggregate. It is characterized by being able to form an internal water gap region of arbitrary width through which phase water flows.

【0016】[0016]

【作用】本発明に係る原子炉用燃料集合体においては、
外部集合体と内部集合体との間に、内部集合体のチャン
ネルボックスの大きさを変えることにより、任意幅の内
部水ギャップ領域を形成できるようになっている。この
ため、ウオーターロッドの本数またはサイズ増加時のよ
うな燃料装荷量の減少はなく、外部水ギャップ幅の変更
時のような制御棒価値の変化はなく、目標とする取出燃
焼度に合わせてH/H.M.比を適切に調整でき燃料特
性の違いを低減することができる。また、内部水ギャッ
プ領域を上下端に小さい穴の開いた閉じた構造にすれば
、内部の流量変化によりボイド率を調節でき集合体の反
応度制御にも利用できる。
[Operation] In the nuclear reactor fuel assembly according to the present invention,
By changing the size of the channel box of the inner assembly, an internal water gap region of arbitrary width can be formed between the outer assembly and the inner assembly. For this reason, there is no reduction in fuel loading as would be the case when the number or size of water rods was increased, and there would be no change in control rod value as would be the case when changing the external water gap width. /H. M. The ratio can be adjusted appropriately and differences in fuel characteristics can be reduced. Furthermore, if the internal water gap region is made into a closed structure with small holes at the top and bottom ends, the void ratio can be adjusted by changing the internal flow rate, and it can also be used to control the reactivity of the aggregate.

【0017】一方、MOX燃料を使用する場合は、内部
集合体はMOX燃料、外部集合体はUO2 燃料で構成
することにより、両者はそれぞれ別個なスペーサーを束
ねられているので容易に分離可能で製造および再処理時
にUO2 燃料とMOX燃料を別々に取り扱うことがで
きる。さらに、集合体全体をMOX燃料とした場合に比
べて、■集合体1体当たりのプルトニウム装荷量が減る
ので中性子のスペクトルが柔らかくなりボイド係数の絶
対値が小さくなり、■制御棒に隣接する外部集合体に熱
中性子断面積の小さいUO2 を配置したので制御棒価
値が増加し、■集合体中央部まで届く熱中性子量が増加
し集合体内の出力分布が平坦化するので、炉心安定性、
炉停止余裕、炉心の熱的な余裕の向上につながる。また
、集合体内部の出力分布の平坦化により、MOX燃料の
富化度種類数を低減することも可能である。
On the other hand, when using MOX fuel, the inner assembly is composed of MOX fuel and the outer assembly is composed of UO2 fuel, and since both are bundled with separate spacers, they can be easily separated and manufactured. and UO2 fuel and MOX fuel can be handled separately during reprocessing. Furthermore, compared to when the entire assembly is used as MOX fuel, ■ the amount of plutonium loaded per assembly is reduced, the neutron spectrum becomes softer and the absolute value of the void coefficient becomes smaller; By arranging UO2 with a small thermal neutron cross section in the assembly, the value of the control rods increases, and the amount of thermal neutrons that reach the center of the assembly increases, flattening the power distribution within the assembly, improving core stability,
This leads to improved reactor shutdown margin and core thermal margin. Furthermore, by flattening the power distribution inside the assembly, it is also possible to reduce the number of enrichment types of MOX fuel.

【0018】プルトニウムの種々の利用形態に対しては
、プルトニウムの燃焼を促進する場合は、内部水ギャッ
プの幅を拡大することにより中性子のスペクトルを軟化
し内部領域においてプルトニウムを効率良く燃焼でき、
プルトニウムへの転換を促進する場合は、内部水ギャッ
プ幅を減少させさらに内部集合体の燃料棒を三角格子な
どH/H.M.比を下げた配置を取り、中性子スペクト
ルを硬くすることで、内部集合体の転換率を高めること
ができる。この場合、外部集合体にUO2 燃料を配置
しているので、集合体全体をMOX燃料で構成した場合
に比べて、プルトニウムへの転換率は低下するが、燃料
特性の悪化の程度は小さい。なお、MOX燃料の炉心装
荷割合は、本燃料の外部集合体と内部集合体の燃料棒数
を等しくすれば、MOX燃料とUO2 燃料の混在炉心
で0〜50%まで調整可能となる。
For various forms of utilization of plutonium, in order to promote the combustion of plutonium, it is possible to soften the neutron spectrum by widening the width of the internal water gap and efficiently burn plutonium in the internal region.
To promote the conversion to plutonium, the internal water gap width is reduced and the fuel rods in the internal assembly are arranged in a triangular lattice or other H/H. M. By adopting a configuration with a lower ratio and hardening the neutron spectrum, the conversion rate of the internal assembly can be increased. In this case, since the UO2 fuel is placed in the outer assembly, the conversion rate to plutonium is lower than when the entire assembly is composed of MOX fuel, but the degree of deterioration of the fuel properties is small. The core loading ratio of MOX fuel can be adjusted from 0 to 50% in a mixed core of MOX fuel and UO2 fuel by making the number of fuel rods in the outer assembly and the inner assembly equal to each other.

【0019】また、内部集合体を外部集合体から着脱可
能な構造とし、部分集合体の再配置を可能にすれば、燃
料集合体大型化に伴う問題点のうち、コントロールセル
の面積増加に伴う反応度損失については、外部集合体の
無限増倍率を内部集合体より低くした大型集合体でコン
トロールセルを作成し、低反応度燃料の過度の集中を避
けることで対処でき、また、径方向出力ピーキング係数
の増加については、無限増倍率(バッチ数)の異なる部
分集合体を組み合わせて、大型集合体を作成することに
より解決できる。
[0019] Furthermore, if the structure is such that the internal assembly is removable from the external assembly, and partial assemblies can be rearranged, one of the problems associated with increasing the size of the fuel assembly can be solved due to the increase in area of the control cell. Reactivity losses can be addressed by creating control cells with large assemblies with an infinite multiplication factor of the outer assemblies lower than that of the inner assemblies, avoiding excessive concentration of low-reactivity fuel, and reducing radial output power. The increase in the peaking coefficient can be solved by combining subsets with different infinite multiplication factors (number of batches) to create a large aggregate.

【0020】[0020]

【実施例】以下、本発明を図面を参照して説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be explained below with reference to the drawings.

【0021】図1は、本発明の第1実施例に係る燃料集
合体を示すもので、この燃料集合体1は、図中白丸で表
示した燃料棒2aからなる外部集合体2と、図中黒丸で
表示した燃料棒3aからなる内部集合体3との2つの部
分集合体から構成されており、前記両燃料棒2a,3a
は、いずれもUO2 燃料で構成され、外部集合体2の
内外両側および内部集合体3の外側には、チャンネルボ
ックス4,5,6がそれぞれ配置されている。また、内
部集合体3には、ウオーターロッド7が配置されている
FIG. 1 shows a fuel assembly according to a first embodiment of the present invention, and this fuel assembly 1 includes an outer assembly 2 consisting of fuel rods 2a indicated by white circles in the figure, and an outer assembly 2 consisting of fuel rods 2a indicated by white circles in the figure. It is composed of two partial assemblies, an inner assembly 3 consisting of fuel rods 3a indicated by black circles, and both fuel rods 2a, 3a.
are all composed of UO2 fuel, and channel boxes 4, 5, and 6 are arranged on both the inner and outer sides of the outer assembly 2 and on the outside of the inner assembly 3, respectively. Further, a water rod 7 is arranged in the internal assembly 3.

【0022】両集合体2,3の間には、単相または2相
の水の流れる内部水ギャップ領域8が設けられており、
この内部水ギャップ領域8の幅は、内部集合体3のチャ
ンネルボックス6の大きさを変更することにより、任意
に調節できるようになっている。そして、この内部水ギ
ャップ領域8の幅を拡げることにより、H/H.M.比
が増加して高燃焼度化を図ることができるようになって
いる。また、内部水ギャップ領域8を、上下端に小さな
孔を穿けた閉じた構造にすることにより、内部水ギャッ
プ領域8内の流量変化によりボイド率が調整され、スペ
クトルシフト運転に利用できるようになっている。
An internal water gap region 8 through which single-phase or two-phase water flows is provided between the two aggregates 2 and 3.
The width of this internal water gap region 8 can be arbitrarily adjusted by changing the size of the channel box 6 of the internal assembly 3. By widening the width of this internal water gap region 8, H/H. M. The ratio increases, making it possible to achieve higher burnup. In addition, by making the internal water gap region 8 a closed structure with small holes at the top and bottom ends, the void ratio can be adjusted by changing the flow rate in the internal water gap region 8, and it can be used for spectrum shift operation. ing.

【0023】このように内部集合体3のチャンネルボッ
クス6の大きさを変えるだけで、内部水ギャップ領域8
の幅を調節できるので、ウオーターロッドの本数または
サイズ増加時のような燃料装荷量の減少はなく、また外
部水ギャップ幅の変更時のような制御棒価値の変化はな
く、目標とする取出燃焼度に合わせてH/H.M.比を
適切に調整できる。
In this way, by simply changing the size of the channel box 6 of the internal assembly 3, the internal water gap region 8 can be
Since the width of the water rod can be adjusted, there is no reduction in fuel loading as is the case when the number or size of water rods is increased, and there is no change in control rod value as is the case when the external water gap width is changed. H/H depending on the degree. M. The ratio can be adjusted appropriately.

【0024】図2は、本発明の第2実施例を示すもので
、前記第1実施例の場合と燃料構成を変えたものである
FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention, in which the fuel composition is different from that of the first embodiment.

【0025】すなわち、この燃料集合体1においては、
外部集合体2の燃料棒2aがUO2 燃料で構成され、
また内部集合体3の燃料棒3aがMOX燃料で構成され
ているる。そして、本実施例では、プルトニウムの燃焼
を促進させるため、内部水ギャップ領域8の幅を拡げて
H/H.M.比を増加させ、中性子スペクトルをUO2
 燃料並に柔らかくしている。
That is, in this fuel assembly 1,
The fuel rods 2a of the outer assembly 2 are composed of UO2 fuel,
Furthermore, the fuel rods 3a of the internal assembly 3 are made of MOX fuel. In this embodiment, in order to promote the combustion of plutonium, the width of the internal water gap region 8 is widened and the H/H. M. increase the ratio and change the neutron spectrum to UO2
It is as soft as fuel.

【0026】なお、その他の点については、前記第1実
施例と同一構成となっている。
In other respects, the configuration is the same as that of the first embodiment.

【0027】このように、内部水ギャップ領域8の幅の
調節により、H/H.M.比を適切に調整でき、燃料特
性の違いを低減することができるとともに、外部集合体
2と内部集合体3とを容易に分離することができ、製造
および再処理時に、UO2 燃料とMOX燃料とを別々
に取扱うことができる。
Thus, by adjusting the width of the internal water gap region 8, the H/H. M. The ratio can be adjusted appropriately, the difference in fuel properties can be reduced, and the outer assembly 2 and the inner assembly 3 can be easily separated, so that UO2 fuel and MOX fuel can be separated during production and reprocessing. can be treated separately.

【0028】図3は、本発明の第3実施例を示すもので
、プルトニウムへの転換を促進させるため、中性子スペ
クトルをできるだけ硬くしたものである。
FIG. 3 shows a third embodiment of the present invention, in which the neutron spectrum is made as hard as possible in order to promote conversion to plutonium.

【0029】すなわち、この燃料集合体1は、外部集合
体2の燃料棒2aがUO2 燃料で構成され、また内部
集合体3の燃料棒3aが、H/H.M.比を下げたMO
X燃料(燃料格子は三角格子等)で構成されており、内
部集合体3には、ウオーターロッドが配置されていない
。 また、内部水ギャップ領域8の幅は、集合体特性が許す
限り狭く設定されている。
That is, in this fuel assembly 1, the fuel rods 2a of the outer assembly 2 are composed of UO2 fuel, and the fuel rods 3a of the inner assembly 3 are composed of H/H. M. MO with lower ratio
It is composed of X fuel (the fuel lattice is a triangular lattice, etc.), and no water rod is arranged in the internal assembly 3. Further, the width of the internal water gap region 8 is set to be as narrow as the aggregate characteristics allow.

【0030】なお、その他の点については、前記第1実
施例と同一構成となっている。
In other respects, the configuration is the same as that of the first embodiment.

【0031】このように構成することにより、中性子ス
ペクトルを硬くしてプルトニウムへの転換を促進させる
ことができる。なお、本実施例のように、集合体内外の
流路面積が大きく異なっている場合には、チャンネル安
定性の観点から集合体内外の圧損を調整するの望ましい
が、その方法としては、内部集合体3の燃料棒3aの長
さを短くすることが考えられる。
[0031] With this configuration, the neutron spectrum can be hardened and the conversion to plutonium can be promoted. In addition, when the flow path area inside and outside the assembly differs greatly as in this example, it is desirable to adjust the pressure drop inside and outside the assembly from the viewpoint of channel stability. It is conceivable to shorten the length of the fuel rods 3a of the body 3.

【0032】図4ないし図6は、本発明の第4ないし第
6実施例をそれぞれ示すもので、前記第1ないし第3実
施例と異なり、外部集合体2の燃料棒の層の数を、2層
ではなく3層に増加させたものである。
4 to 6 respectively show fourth to sixth embodiments of the present invention, and unlike the first to third embodiments, the number of layers of fuel rods in the outer assembly 2 is This increases the number of layers to three instead of two.

【0033】なお、その他の点については、前記第1な
いし第3実施例と同一構成となっている。
In other respects, the structure is the same as that of the first to third embodiments.

【0034】このように、外部集合体2の燃料棒2aの
層数は、内外の部分集合体2,3の熱中性子の相対的な
量の差(スペクトルの差)で決まるため、内部水ギャッ
プ領域8の幅を拡げ、外部集合体2の熱中性子量を増加
させることにより、外部集合体2の燃料棒2aの層の数
を、3層あるいはそれ以上に増加させることができる。
In this way, the number of layers of fuel rods 2a in the outer assembly 2 is determined by the difference in relative amounts of thermal neutrons (difference in spectra) between the inner and outer subassemblies 2 and 3, so the inner water gap By widening the width of the region 8 and increasing the amount of thermal neutrons in the outer assembly 2, the number of layers of fuel rods 2a in the outer assembly 2 can be increased to three or more.

【0035】図7は、本発明の第7実施例を示すもので
、前記第3実施例における燃料集合体1から、内部水ギ
ャップ領域8を削除し、かつチャンネルボックス5,6
に代え、内外の領域を区分ける構造材9を用いるように
したものである。
FIG. 7 shows a seventh embodiment of the present invention, in which the internal water gap region 8 is removed from the fuel assembly 1 in the third embodiment, and the channel boxes 5 and 6 are removed.
Instead, a structural member 9 is used that separates the inside and outside areas.

【0036】なお、その他の点については、前記第3実
施例と同一構成となっている。
In other respects, the configuration is the same as that of the third embodiment.

【0037】このように構成することにより、内部集合
体3の転換率を高めることができる。なお、本実施例の
場合、構造材9による中性子吸収の低減と、内部と外部
との圧力差をなくすため構造材9を、薄型で部分的に孔
の穿いた構造とすることもできる。
With this configuration, the conversion rate of the internal assembly 3 can be increased. In the case of this embodiment, the structural material 9 may be thin and have a partially perforated structure in order to reduce neutron absorption by the structural material 9 and eliminate pressure differences between the inside and the outside.

【0038】図8は、本発明の第8実施例を示すもので
、図中■で示す低反応度燃料集合体のみからなる従来の
集合体に代え、制御棒10に隣接する外部集合体2を低
反応度燃料集合体4とするとともに、内部集合体3を高
反応度燃料集合体2した燃料集合体1を用い、制御棒1
0に隣接する外部集合体2の無限増倍率を内部集合体3
より小さくしたものである。
FIG. 8 shows an eighth embodiment of the present invention, in which an external assembly 2 adjacent to the control rod 10 is used instead of the conventional assembly consisting only of low-reactivity fuel assemblies indicated by ■ in the figure. Using a fuel assembly 1 in which the internal assembly 3 is a low-reactivity fuel assembly 4 and the internal assembly 3 is a high-reactivity fuel assembly 2, the control rod 1 is
The infinite multiplication factor of the outer aggregate 2 adjacent to 0 is the inner aggregate 3
It is smaller.

【0039】なお、その他の点については、前記第1実
施例と同一構成となっている。
In other respects, the configuration is the same as that of the first embodiment.

【0040】このように、外部集合体2の無限増倍率を
内部集合体3より小さくしているので、大型集合体から
なる炉心においても、低反応度の燃料集合体が過度に集
まることがなく、反応度の損失を免れることができる。
In this way, since the infinite multiplication factor of the outer assembly 2 is made smaller than that of the inner assembly 3, even in a core composed of large assemblies, fuel assemblies with low reactivity do not accumulate excessively. , the loss of reactivity can be avoided.

【0041】図9は、本発明の第9実施例を示すもので
、前記第1ないし第3実施例における内部集合体3およ
び内部水ギャップ領域8を、外部集合体2に対して軸廻
りに45度回転させ、内部水ギャップ領域8が菱形形状
となるようにしたものである。
FIG. 9 shows a ninth embodiment of the present invention, in which the inner assembly 3 and the inner water gap region 8 in the first to third embodiments are arranged around the axis relative to the outer assembly 2. It is rotated by 45 degrees so that the internal water gap region 8 has a rhombic shape.

【0042】なお、その他の点については、前記第1な
いし第3実施例と同一構成となっている。
In other respects, the structure is the same as that of the first to third embodiments.

【0043】このように構成しても、前記第1ないし第
3実施例と同様の効果が期待できる。
Even with this configuration, the same effects as in the first to third embodiments can be expected.

【0044】図10は、本発明の第10実施例を示すも
ので、外部集合体2の内側のチャンネルボックス5と内
部集合体3のチャンネルボックス6とに流路抵抗11を
設け、内部集合体3の挿入方向で内部水ギャップ領域8
を流れる流量を調節できるようにしたものである。
FIG. 10 shows a tenth embodiment of the present invention, in which a flow path resistance 11 is provided in the channel box 5 inside the outer assembly 2 and the channel box 6 of the inner assembly 3. Internal water gap region 8 in insertion direction of 3
This allows the flow rate to be adjusted.

【0045】なお、その他の点については、前記第1実
施例と同一構成となっている。
In other respects, the configuration is the same as that of the first embodiment.

【0046】このように、流路抵抗11をつけることに
より、内部水ギャップ領域8のボイド率を、燃焼初期で
は高く燃焼後期では低くするスペクトルシフト運転が可
能となる。
[0046] By providing the flow path resistance 11 in this way, spectrum shift operation is possible in which the void ratio of the internal water gap region 8 is high at the early stage of combustion and low at the late stage of combustion.

【0047】図11は、本発明の第11実施例を示すも
ので、内部水ギャップ領域8内に、箱型の制御棒12を
配置し、制御棒価値に影響を及ぼさない通常の外部水ギ
ャップ領域13を、流量制御によるスペクトルシフト領
域として利用するようにしたものである。
FIG. 11 shows an eleventh embodiment of the present invention, in which a box-shaped control rod 12 is disposed within the internal water gap region 8, and a normal external water gap that does not affect the control rod value is provided. The region 13 is used as a spectrum shift region by controlling the flow rate.

【0048】なお、その他の点については、前記第1実
施例と同一構成となっている。
[0048] In other respects, the configuration is the same as that of the first embodiment.

【0049】このように構成しても、前記第1実施例と
同様の効果が期待できる。
Even with this configuration, the same effects as in the first embodiment can be expected.

【0050】[0050]

【発明の効果】以上説明したように本発明は、燃料集合
体を、外部から到達する熱中性子量の程度に応じて外部
集合体と内部集合体とに分け、これら両集合体の間に、
内部集合体のチャンネルボックスの大きさを調整するこ
とにより、任意幅の内部水ギャップ領域を形成できるよ
うにしているので、UO2 燃料単独炉心においても、
UO2 燃料とMOX燃料との混在炉心においても、良
好な炉心特性を得ることができる。
As explained above, the present invention divides a fuel assembly into an external assembly and an internal assembly depending on the amount of thermal neutrons arriving from the outside, and between these two assemblies,
By adjusting the size of the channel box in the internal assembly, it is possible to form an internal water gap region of any width, even in a UO2 fuel-only core.
Even in a mixed core of UO2 fuel and MOX fuel, good core characteristics can be obtained.

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

【図1】本発明の第1実施例に係る原子炉用燃料集合体
を示す構成図。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a nuclear reactor fuel assembly according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2実施例に係る原子炉用燃料集合体
を示す構成図。
FIG. 2 is a configuration diagram showing a nuclear reactor fuel assembly according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第3実施例に係る原子炉用燃料集合体
を示す構成図。
FIG. 3 is a configuration diagram showing a nuclear reactor fuel assembly according to a third embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第4実施例に係る原子炉用燃料集合体
を示す構成図。
FIG. 4 is a configuration diagram showing a nuclear reactor fuel assembly according to a fourth embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第5実施例に係る原子炉用燃料集合体
を示す構成図。
FIG. 5 is a configuration diagram showing a nuclear reactor fuel assembly according to a fifth embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第6実施例に係る原子炉用燃料集合体
を示す構成図。
FIG. 6 is a configuration diagram showing a nuclear reactor fuel assembly according to a sixth embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第7実施例に係る原子炉用燃料集合体
を示す構成図。
FIG. 7 is a configuration diagram showing a nuclear reactor fuel assembly according to a seventh embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第8実施例に係る原子炉用燃料集合体
を従来の燃料集合体と比較して示す構成図。
FIG. 8 is a configuration diagram showing a nuclear reactor fuel assembly according to an eighth embodiment of the present invention in comparison with a conventional fuel assembly.

【図9】本発明の第9実施例に係る原子炉用燃料集合体
を示す構成図。
FIG. 9 is a configuration diagram showing a nuclear reactor fuel assembly according to a ninth embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第10実施例に係る原子炉用燃料集
合体を示す説明図。
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a nuclear reactor fuel assembly according to a tenth embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第11実施例に係る原子炉用燃料集
合体を示す構成図。
FIG. 11 is a configuration diagram showing a nuclear reactor fuel assembly according to an eleventh embodiment of the present invention.

【図12】従来のUO2 燃料集合体の構成を示す断面
図。
FIG. 12 is a sectional view showing the configuration of a conventional UO2 fuel assembly.

【図13】図12の燃料集合体の燃料配置を示す説明図
13 is an explanatory diagram showing the fuel arrangement of the fuel assembly of FIG. 12. FIG.

【図14】図12の燃料集合体のスペーサーの構成を示
す説明図。
14 is an explanatory diagram showing the configuration of a spacer of the fuel assembly in FIG. 12. FIG.

【図15】図12の燃料集合体の上部タイプレートの構
成を示す説明図。
15 is an explanatory diagram showing the configuration of the upper tie plate of the fuel assembly in FIG. 12. FIG.

【図16】従来の原子炉の炉心の装荷パターンの一例を
示す説明図。
FIG. 16 is an explanatory diagram showing an example of a core loading pattern of a conventional nuclear reactor.

【図17】従来のMOX燃料集合体で、集合体全体をM
OX燃料棒で構成するディスクリート型MOX燃料集合
体を示す構成図。
[Fig. 17] In a conventional MOX fuel assembly, the entire assembly is
FIG. 2 is a configuration diagram showing a discrete MOX fuel assembly composed of OX fuel rods.

【図18】従来のMOX燃料集合体で、集合体の周辺部
をUO2 燃料棒で構成するアイランド型MOX燃料集
合体を示す構成図。
FIG. 18 is a configuration diagram showing an island-type MOX fuel assembly in which the periphery of the assembly is composed of UO2 fuel rods, which is a conventional MOX fuel assembly.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1  燃料集合体 2  外部集合体 3  内部集合体 4,5,6…チャンネルボックス 8  内部水ギャップ領域 1 Fuel assembly 2 External aggregate 3 Internal aggregate 4,5,6...channel box 8 Internal water gap region

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】チャンネルボックス外側の非沸騰水領域で
減速された熱中性子が到達する集合体周辺部領域の外部
集合体と、前記熱中性子がほとんど到達しない集合体中
央部領域の内部集合体とを備え、前記内部集合体のチャ
ンネルボックスの大きさを変えることにより、外部集合
体と内部集合体との間に、単相または二相の水の流れる
任意幅の内部水ギャップ領域を形成可能としたことを特
徴とする原子炉用燃料集合体。
1. An outer aggregate in the peripheral area of the aggregate, where thermal neutrons slowed in the non-boiling water area outside the channel box reach, and an inner aggregate in the central area of the aggregate, where the thermal neutrons hardly reach. By changing the size of the channel box of the internal assembly, it is possible to form an internal water gap region of any width between the external assembly and the internal assembly, through which single-phase or two-phase water flows. A nuclear reactor fuel assembly characterized by:
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