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JPS6228437B2 - - Google Patents
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JPS6228437B2 - - Google Patents

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JPS6228437B2
JPS6228437B2 JP54162111A JP16211179A JPS6228437B2 JP S6228437 B2 JPS6228437 B2 JP S6228437B2 JP 54162111 A JP54162111 A JP 54162111A JP 16211179 A JP16211179 A JP 16211179A JP S6228437 B2 JPS6228437 B2 JP S6228437B2
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JP
Japan
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fuel
core
gadolinia
fuel assembly
multiplication factor
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Application number
JP54162111A
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Japanese (ja)
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JPS5684586A (en
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Kazuo Hiramoto
Yasuhiro Kobayashi
Renzo Takeda
Akira Nishimura
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Publication date
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  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、原子炉の初装荷炉心の炉心部構造に
関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a core structure of an initially loaded core of a nuclear reactor.

従来、沸騰水型原子炉においては、初装荷炉心
の炉心部の構成に2つの方式が用いられている。
第1は、炉心部構成を単純化するため、1種類の
燃料集合体を用いる方式である。しかし、この方
式では、可燃性毒物である酸化ガドリニウム(G
d 2O3)(以下、ガドリニアと称する)の燃焼が速
く、サイクルを通して安定な余剰反応度特性を得
るためには、燃焼特性の複雑なガドリニアを高濃
度含んだものを使用せざるを得ないのが難点であ
つた。第2は、平均濃縮度の異なる2種類以上の
燃料集合体を使用し、近似的に平衡サイクル時の
炉心構成を実現することにより、適当な余剰反応
度特性を得る方法である。しかし、この方法は、
炉心部の構成が複雑となるばかりでなく、燃料集
合体の設計、製造も煩雑となる難点があつた。
Conventionally, in boiling water nuclear reactors, two methods have been used for the configuration of the core portion of the initially loaded reactor core.
The first method is to use one type of fuel assembly in order to simplify the core configuration. However, with this method, gadolinium oxide (G
d 2 O 3 ) (hereinafter referred to as gadolinia) burns quickly and in order to obtain stable surplus reactivity characteristics throughout the cycle, it is necessary to use a product containing a high concentration of gadolinia, which has complex combustion characteristics. That was the difficult point. The second method is to obtain appropriate surplus reactivity characteristics by using two or more types of fuel assemblies with different average enrichments and approximately realizing a core configuration during an equilibrium cycle. However, this method
Not only did the structure of the reactor core become complicated, but the design and manufacture of the fuel assembly were also complicated.

本発明の原子炉の初装荷炉心の炉心部構造は、
炉心が持つ燃焼に必要な余剰反応度の燃焼による
変化を少なくして、いかなる燃焼度においても制
御棒をほとんど操作することなく流量制御により
出力レベルの調整を行ないうる原子炉を実現する
ことを目的とし、核燃料と可燃性毒物とを含む第
1燃料棒および核燃料を含み可燃性毒物を含まな
い第2燃料棒よりなり、第1燃料棒と第2燃料棒
との本数の比の異なる少なくとも2種類の平均濃
縮度の等しい4体の燃料集合体を炉心構成の一単
位とし、この4体の燃料集合体が、燃焼にともな
い無限中性子増倍率が増加する燃料集合体を少な
くとも1種類、燃焼にともない無限中性子増倍率
が減少する燃料集合体を少なくとも1種類含むこ
とを特徴とするものである。
The core structure of the initial loading core of the nuclear reactor of the present invention is as follows:
The purpose is to reduce the change in the surplus reactivity necessary for combustion in the reactor core due to combustion, and to realize a nuclear reactor that can adjust the output level by controlling the flow rate without operating the control rods at any burnup. and consisting of a first fuel rod containing nuclear fuel and a burnable poison and a second fuel rod containing nuclear fuel but not containing a burnable poison, at least two types having different ratios of the number of first fuel rods and second fuel rods. Four fuel assemblies with the same average enrichment are considered as one unit of the reactor core configuration, and these four fuel assemblies contain at least one type of fuel assembly whose infinite neutron multiplication factor increases with combustion. It is characterized by including at least one type of fuel assembly whose infinite neutron multiplication factor decreases.

前述の如く、1種類の燃料集合体を用いる方法
では、燃焼特性の複雑なガドリニアを高濃度に含
ませることが必要であり、平均濃縮度の異なる数
種の燃料集合体を用いる方法は、炉心構成や燃料
集合体の設計が複雑となるため、本発明では平均
濃縮度が1種類の燃料集合体を使用し、ガドリニ
アの燃焼特性を利用することにより、近似的に平
衡サイクルの炉心構成を実現したものである。平
衡サイクルの炉心構成とは、炉心滞在年数の異な
る数体の燃料集合体を1単位として炉心を構成す
る方法である。使用される燃料集合体は、炉心滞
在年数が1年目では、燃焼とともに無限中性子増
倍率が増加し、その後は無限中性子増倍率が減少
し、かつこの増加特性と減少特性を組みあわせる
ことにより余剰反応度の変化幅を小さくできるよ
うに設計される。
As mentioned above, the method using one type of fuel assembly requires a high concentration of gadolinia, which has complex combustion characteristics, while the method using several types of fuel assemblies with different average enrichment Since the configuration and fuel assembly design are complicated, the present invention uses fuel assemblies with one type of average enrichment and utilizes the combustion characteristics of gadolinia to approximately achieve an equilibrium cycle core configuration. This is what I did. The equilibrium cycle core configuration is a method of configuring the core by using several fuel assemblies with different core residence years as one unit. In the first year of stay in the core, the infinite neutron multiplication factor increases with combustion, and thereafter the infinite neutron multiplication factor decreases, and by combining these increasing and decreasing characteristics, a surplus It is designed to reduce the range of change in reactivity.

すなわち、本発明では、平均濃縮度の等しい4
体の燃料集合体を炉心構成の1単位とし、この4
体のうち燃焼にともない無限中性子増倍率が増加
する燃料集合体を少なくとも1種類、無限中性子
増倍率が減少する燃料集合体を少なくとも1種類
含むようにして、この無限中性子増倍率の増減特
性をくみあわせることにより余剰反応度の変化幅
を小さくする。
That is, in the present invention, 4
The fuel assembly of the core is considered as one unit of the core configuration, and these four
The fuel assembly includes at least one type of fuel assembly whose infinite neutron multiplication factor increases and at least one type of fuel assembly whose infinite neutron multiplication factor decreases as it burns, thereby combining the characteristics of increase and decrease of the infinite neutron multiplication factor. This reduces the range of change in surplus reactivity.

このような無限中性子増倍率の増減特性を得る
ために可燃性毒物ガドリニアを用いる。ガドリニ
アの濃度を濃くするとガドリニアの燃焼が遅れ、
燃料集合体中のガドリニア入り燃料棒本数を増す
とサイクル開始時の無限中性子増倍率が減少す
る。そこで、燃料集合体中のガドリニア濃度、ガ
ドリニア入り燃料棒の本数と位置を調節して、適
切な無限中性子増倍率の燃焼特性を得る。従つ
て、ガドリニア濃度を同一とした場合には、燃焼
により無限中性子増倍率が増加する燃料集合体
は、無限中性子増倍率が減少する燃料集合体にく
らべガドリニア入り燃料棒本数が多くなる。
In order to obtain such an increase/decrease characteristic of the infinite neutron multiplication factor, we use the burnable poison gadolinia. Increasing the concentration of gadolinia delays the combustion of gadolinia,
Increasing the number of fuel rods containing gadolinia in the fuel assembly reduces the infinite neutron multiplication factor at the start of the cycle. Therefore, the gadolinia concentration in the fuel assembly and the number and position of gadolinia-containing fuel rods are adjusted to obtain combustion characteristics with an appropriate infinite neutron multiplication factor. Therefore, when the gadolinia concentration is the same, a fuel assembly in which the infinite neutron multiplication factor increases due to combustion has a greater number of fuel rods containing gadolinia than a fuel assembly in which the infinite neutron multiplication factor decreases.

余剰反応度の変化を小さくするには、特に無限
中性子増倍率の増加特性がサイクルを通して継続
される必要があり、これを燃焼特性の複雑な高濃
度にガドリニアを含有するものを使うことなく実
現するためには比較的低濃度にガドリニアを含有
するものの燃焼を遅らせる必要がある。本発明で
は、燃料集合体中の熱中性子束分布が外周部から
中央へと低くなつていることを利用して、ガドリ
ニア入り燃料棒を燃料集合体中央部に集中して配
置することにより、上記の特性を実現している。
In order to reduce the change in surplus reactivity, the characteristic of increasing the infinite neutron multiplication factor in particular needs to be continued throughout the cycle, and this can be achieved without using a compound containing gadolinia at high concentrations with complex combustion characteristics. In order to achieve this, it is necessary to delay the combustion of materials containing gadolinia at relatively low concentrations. In the present invention, by utilizing the fact that the thermal neutron flux distribution in the fuel assembly decreases from the outer periphery to the center, the gadolinia-containing fuel rods are concentrated in the center of the fuel assembly. It has realized the characteristics of

以下、実施例について説明する。 Examples will be described below.

ここで実施例としたのは、熱出力、3300MW、
運転期間15ケ月、サイクル燃焼度9000MWd/st
の沸騰水型原子炉で、炉心には764体の燃料集合
体が装荷され、炉心高さは146インチ、燃料集合
体間隔は6インチである。最初に、実施例に使用
される燃料集合体の構成について説明する。
The example used here is a thermal output of 3300MW,
Operation period 15 months, cycle burnup 9000MW d /st
It is a boiling water reactor with 764 fuel assemblies loaded in the core, the core height is 146 inches, and the fuel assembly spacing is 6 inches. First, the configuration of the fuel assembly used in the example will be explained.

第1図は、燃焼に伴い無限中性子増倍率が増加
する燃料集合体の構成を示すもので、ガドリニア
入り燃料棒の本数を8本にしてある。この図で、
1は燃料棒、2は燃料集合体で、各燃料棒内に記
入されている数字はウランの濃縮度とガドリニア
の濃度を示し、各燃料棒1の下および燃料集合体
2中に記入されている数字は燃料棒の種類を示
し、G1,G2はガドリニア入り燃料棒であること
を示しており、さらにその下の括弧内の数字は燃
料集合体2一体あたりの各燃料棒1の本数を示し
ており、平均濃縮度は2.25重量%になる。なお、
燃料集合体2中に記入されているWは水ロツドを
示している。
FIG. 1 shows the configuration of a fuel assembly in which the infinite neutron multiplication factor increases with combustion, and the number of gadolinia-containing fuel rods is eight. In this diagram,
1 is a fuel rod, 2 is a fuel assembly, and the numbers written inside each fuel rod indicate the enrichment of uranium and the concentration of gadolinia. The numbers in the box indicate the type of fuel rod, G 1 and G 2 indicate fuel rods containing gadolinia, and the numbers in parentheses below them indicate the number of each fuel rod 1 per fuel assembly 2. The average concentration is 2.25% by weight. In addition,
The letter W written in the fuel assembly 2 indicates a water rod.

この場合、ガドリニアの濃度を5.0重量%とし
たのは、ガドリニアの濃度が6.0重量%をこえた
場合には、熱伝導度が低下し燃焼特性が複雑化す
るのを避けるためである。
In this case, the reason why the concentration of gadolinia is set to 5.0% by weight is to prevent thermal conductivity from decreasing and combustion characteristics to become complicated if the concentration of gadolinia exceeds 6.0% by weight.

第1図に示した燃料集合体の燃焼による無限中
性子増倍率の変化をガイド率40%の場合について
示したのが第3図の曲線5である。この図の横
軸、縦軸には、それぞれ、燃焼度(GWd/st)、
無限中性子増倍率がとつてある。サイクル初期に
は無限中性子増倍率は増加しているが直線6に示
すサイクル燃焼度9.0GWd/st以前の8.0GWd/st
から減少している。これはガドリニアが
9.0GWd/st以前に燃えつきているためである。
このように、サイクル燃焼度以前に無限中性子増
倍率の燃焼特性が増加から減少へと変化すると、
サイクル末期には全ての燃料集合体の無限中性子
増倍率が減少することになり、余剰反応度の変化
を小さくすることは期待できない。そこで、サイ
クルを通じて無限中性子増倍率が増加する燃料集
合体を得るために、濃度5.0重量%のガドリニア
の燃焼を遅らせる必要がある。
Curve 5 in FIG. 3 shows the change in the infinite neutron multiplication factor due to combustion of the fuel assembly shown in FIG. 1 when the guide rate is 40%. The horizontal and vertical axes of this figure represent the burnup (GW d /st) and the vertical axis, respectively.
It has an infinite neutron multiplication factor. Although the infinite neutron multiplication factor increases at the beginning of the cycle, the cycle burnup shown in line 6 is 8.0GW d /st before the cycle burnup of 9.0GW d /st.
It has been decreasing since. This is gadolinia
This is because they are burned out before 9.0GW d /st.
In this way, when the combustion characteristics of the infinite neutron multiplication factor change from increasing to decreasing before the cycle burnup,
At the end of the cycle, the infinite neutron multiplication factor of all fuel assemblies decreases, and it cannot be expected to reduce the change in surplus reactivity. Therefore, in order to obtain a fuel assembly in which the infinite neutron multiplication factor increases throughout the cycle, it is necessary to delay the combustion of gadolinia at a concentration of 5.0% by weight.

燃料集合体中の熱中性子束は外周部から中央部
へと低くなる分布をしていることと、ガドリニア
入り燃料棒を隣接して配置するとその相互干渉が
増すことから、第2図の燃料集合体の断面に示す
ようにガドリニア入り燃料棒を配置するとガドリ
ニアの燃焼が遅れることが予想できる。第2図に
おいて、3の黒丸はガドリニア入り燃料棒を、4
の白丸はガドリニアを含まない燃料棒を示す。第
2図に示した燃料集合体の燃料濃縮度の配置は第
1図に示した燃料集合体と同じである。第2図に
示した燃料集合体の燃焼による無限中性子増倍率
の変化をボイド率40%の場合について第3図の曲
線7に示す。曲線7から分るように、ガドリニア
の燃焼が遅れることにより、無限中性子増倍率は
サイクル燃焼度9.0GWd/st以降まで増加特性を
示している。以下、このガドリニア入り燃料棒を
8本含み、ガドリニアの燃焼を遅らせた燃料集合
体を燃料集合体Aと表記する。
Thermal neutron flux in the fuel assembly has a distribution that decreases from the outer periphery to the center, and mutual interference increases when gadolinia-containing fuel rods are placed next to each other. If the fuel rods containing gadolinia are arranged as shown in the cross section of the body, it can be expected that the combustion of gadolinia will be delayed. In Figure 2, the black circle 3 indicates the fuel rod containing gadolinia, and the black circle 4 indicates the fuel rod containing gadolinia.
White circles indicate fuel rods that do not contain gadolinia. The fuel enrichment arrangement of the fuel assembly shown in FIG. 2 is the same as that of the fuel assembly shown in FIG. The change in the infinite neutron multiplication factor due to combustion of the fuel assembly shown in FIG. 2 is shown in curve 7 in FIG. 3 for the case of a void ratio of 40%. As can be seen from curve 7, due to the delay in the combustion of gadolinia, the infinite neutron multiplication rate shows an increasing characteristic up to a cycle burnup of 9.0 GW d /st and beyond. Hereinafter, a fuel assembly including eight gadolinia-containing fuel rods and in which gadolinia combustion is delayed will be referred to as a fuel assembly A.

先ず、一つの実施例では、炉心を構成する単位
とした4燃料集合体に、燃料集合体Aと、ガドリ
ニアを含まず、燃料の濃縮度の配置が第1図と同
じでサイクルを通して無限中性子増倍率が減少す
る燃料集合体(以下、燃料集合体Bと称する)と
各2体ずつ用いて原子炉を構成した。
First, in one embodiment, the four fuel assemblies that constitute the reactor core include fuel assembly A, which does not contain gadolinia, and whose fuel enrichment arrangement is the same as that in Figure 1, so that infinite neutrons increase throughout the cycle. A nuclear reactor was constructed using two fuel assemblies of decreasing magnification (hereinafter referred to as fuel assemblies B).

燃料集合体Bの燃焼にともなう無限中性子増倍
率の変化をボイド率40%の場合について示したの
が第4図の曲線8である。この図の横軸、縦軸に
は、それぞれ、燃焼度(GWd/st)、無限中性子
増倍率がとつてあり、比較のため、燃料集合体A
の無限中性子増倍率の変化を曲線7として示して
ある。曲線7と曲線8との比較から、燃料集合体
A,Bにおいては、これらを構成する燃料棒の濃
縮度、配置も等しいため、ガドリニアの燃えたあ
との無限中性子増倍率がほぼ等しくなることがわ
かる。
Curve 8 in FIG. 4 shows the change in the infinite neutron multiplication factor due to combustion of fuel assembly B in the case of a void ratio of 40%. The horizontal and vertical axes of this figure show burnup (GW d /st) and infinite neutron multiplication factor, respectively.For comparison, fuel assembly A
The change in the infinite neutron multiplication factor is shown as curve 7. Comparing curves 7 and 8, it can be seen that in fuel assemblies A and B, the enrichment and arrangement of the fuel rods that make up these are the same, so the infinite neutron multiplication factors after gadolinia burns are almost the same. Recognize.

第5図は、この実施例を適用した沸騰水型原子
炉の炉心部の横断面を示すもので、1つのますが
燃料集合体1体を表わし、12に示すのが4体の
燃料集合体により構成される炉心構成の1単位で
ある。ますの中の記号8,0は、それぞれ、燃料
集合体A,Bを表し、数字8と0とは燃料集合体
A,B中のガドリニア入り燃料棒の本数を示して
いる。12で示される1つのます内の4体の燃料
集合体は、そのます内に挿入される十字型の制御
棒を取囲むように配置される。
Figure 5 shows a cross section of the core of a boiling water reactor to which this embodiment is applied, where one box represents one fuel assembly, and 12 shows four fuel assemblies. It is one unit of the core configuration consisting of. Symbols 8 and 0 in the boxes represent fuel assemblies A and B, respectively, and numbers 8 and 0 represent the number of gadolinia-containing fuel rods in fuel assemblies A and B, respectively. Four fuel assemblies in one cell, indicated by 12, are arranged so as to surround a cross-shaped control rod inserted into the cell.

この炉心の燃焼に伴う余剰反応度の変化を示し
たのが、第10図の曲線15で、この図の横軸、
縦軸には、それぞれ、燃焼度(GWd/st)、炉心
余剰反応度(%Δk/k)がとつてある。曲線1
5が示すように、この実施例の炉心の余剰反応度
は小さくサイクル中期まで、ほぼ一定である。サ
イクル末期において変化しているのは炉心中央の
相対的に出力の高い部分の燃焼度が炉心平均の燃
焼度にくらべ高く、この領域でのガドリニアの燃
焼が進んでいるためである。曲線15の
0.2GWd/st〜9.0GWd/stの範囲における余剰反
応度の変化幅は1.45%Δk/kである。
Curve 15 in Figure 10 shows the change in surplus reactivity accompanying combustion of the core, and the horizontal axis of this figure
The vertical axis shows burnup (GW d /st) and core surplus reactivity (%Δk/k), respectively. curve 1
5, the excess reactivity of the core in this example is small and remains almost constant until the middle of the cycle. The reason for the change at the end of the cycle is that the burnup in the relatively high-output part at the center of the core is higher than the average burnup in the core, and the burning of gadolinia is progressing in this region. Curve 15
The range of change in surplus reactivity in the range of 0.2 GW d /st to 9.0 GW d /st is 1.45% Δk/k.

次に、他の実施例では、炉心構成の単位である
4燃料集合体として、燃料集合体A1体と、燃焼
により無限中性子増倍率が減少するようにガドリ
ニア入り燃料棒を1本入れた燃料集合体(以下、
燃料集合体Cと称する)1体と、ガドリニア入り
燃料棒を2本入れた燃料集合体(以下、燃料集合
体Dと称する)を2体用いて炉心を構成した。
Next, in another embodiment, four fuel assemblies, which are units of the core configuration, include one fuel assembly A and a fuel assembly containing one fuel rod containing gadolinia so that the infinite neutron multiplication factor is reduced by combustion. body (hereinafter referred to as
A reactor core was constructed using one fuel assembly (hereinafter referred to as fuel assembly C) and two fuel assemblies containing two fuel rods containing gadolinia (hereinafter referred to as fuel assembly D).

燃料集合体C,Dのいずれも、それを構成する
燃料棒の濃縮度と配置は第1図に等しく、ガドリ
ニア入り燃料棒の位置は、それぞれ、第6図,第
7図の3で示す如くである。なお、ガドリニアの
濃度は、いずれも5.0重量%である。燃料集合体
C,Dの燃焼による無限中性子増倍率の変化をボ
イド率40%の場合について示したのが第4図の曲
線9,10である。
For both fuel assemblies C and D, the enrichment and arrangement of the fuel rods that constitute them are the same as in Figure 1, and the positions of the gadolinia-containing fuel rods are as shown by 3 in Figures 6 and 7, respectively. It is. Note that the concentration of gadolinia is 5.0% by weight in both cases. Curves 9 and 10 in FIG. 4 show changes in the infinite neutron multiplication factor due to combustion of fuel assemblies C and D for a void ratio of 40%.

第8図は、この実施例の断面を示すもので、第
5図と同様に、1つのますが燃料集合体1体を表
わし、12で示すのが4体の燃料集合体により構
成される炉心構成の1単位である。ますの中の記
号8,1,2は、それぞれ、燃料集合体A,C,
Dを表し、数字8,1,2は各燃料集合体中のガ
ドリニア入り燃料棒の本数を示す。この実施例の
炉心の燃焼に伴う余剰反応度の変化を第10図の
曲線16に示す。曲線16の0.2GWd/st〜
9.0GWd/stの範囲における余剰反応度の変化幅
は1.8%Δk/kである。
FIG. 8 shows a cross section of this embodiment. Similarly to FIG. 5, one cell represents one fuel assembly, and 12 represents a core composed of four fuel assemblies. It is one unit of composition. Symbols 8, 1, and 2 in the boxes indicate fuel assemblies A, C, and C, respectively.
D, and the numbers 8, 1, and 2 indicate the number of gadolinia-containing fuel rods in each fuel assembly. Curve 16 in FIG. 10 shows the change in surplus reactivity accompanying combustion of the core in this example. Curve 16 0.2GW d /st~
The range of change in surplus reactivity in the range of 9.0GW d /st is 1.8%Δk/k.

これらの実施例の炉心の余剰反応度の変化幅
は、前者が1.45%Δk/k、後者が1.8%Δk/
kであり、この変化をおさえるために必要な制御
棒の本数は前者で約15本、後者で約18本である。
また第10図の曲線15,16から分るように、
二つの実施例の炉心ともサイクル初期からサイク
ル中期を過ぎるまで余剰反応度の変化は小さく、
制御棒操作を必要最小限におさえることが可能な
ことを示している。
The range of change in the surplus reactivity of the core in these examples is 1.45%Δk/k for the former and 1.8%Δk/k for the latter.
k, and the number of control rods required to suppress this change is approximately 15 for the former and approximately 18 for the latter.
Also, as can be seen from curves 15 and 16 in Figure 10,
In both cores of the two examples, the change in excess reactivity was small from the early cycle to the middle of the cycle.
This shows that it is possible to keep control rod operations to the minimum necessary.

ここで、比較のため、従来用いられてきた1種
類の燃料集合体で構成した炉心の余剰反応度を求
めた。使用した燃料集合体の燃料棒の濃縮度とそ
の配置は第1図の場合と同じとし、ガドリニア入
り燃料棒の本数は3本である。燃料集合体の断面
を第9図に示す。13及び14で示す燃料棒中の
ガドリニア濃度は、それぞれ、4.0及び6.0重量%
である。この燃料集合体の燃焼に伴う無限中性子
増倍率の変化をボイド率40%の場合について第4
図の曲線11に示す。第4図の曲線11よりわか
るように燃料集合体中のガドリニア入り燃料棒本
数がこれより少いと、無限中性子増倍率が大きく
なるため余剰反応度も必要以上の値となり、ガド
リニア入り燃料棒本数を多くすると無限中性子増
倍率の変化が大きくなるため余剰反応度の変化幅
も大きくなる。
Here, for comparison, the surplus reactivity of a core constructed from one type of fuel assembly that has been conventionally used was determined. The enrichment and arrangement of the fuel rods in the fuel assembly used were the same as in the case of FIG. 1, and the number of gadolinia-containing fuel rods was three. A cross section of the fuel assembly is shown in FIG. The gadolinia concentrations in the fuel rods 13 and 14 are 4.0 and 6.0% by weight, respectively.
It is. The change in the infinite neutron multiplication factor accompanying the combustion of this fuel assembly is shown in the fourth graph for the case of a void ratio of 40%.
This is shown in curve 11 of the figure. As can be seen from curve 11 in Figure 4, if the number of fuel rods containing gadolinia in the fuel assembly is less than this, the infinite neutron multiplication factor will increase, so the surplus reactivity will also exceed the necessary value, and the number of fuel rods containing gadolinia will increase. When the number is increased, the change in the infinite neutron multiplication factor becomes large, and the range of change in the surplus reactivity also becomes large.

この炉心の燃焼に伴う余剰反応度の変化を第1
0図の曲線17に示す。余剰反応度の変化は、第
4図の曲線11に示した無限中性子増倍率の変化
とよく似ているが、余剰反応度がピークとなる時
点は無限中性子増倍率のそれにくらべ早い。これ
も、既に述べたように炉心中央部の燃焼のすすみ
方が早いことによる。0.2GWd/st〜9.0GWd/st
の範囲での余剰反応度の変化幅は2.55%Δk/k
であり、その変化を見るとサイクル中期まで余剰
反応が大きくなるため制御棒挿入量を増し、その
後の余剰反応度の減少に応じて制御棒をくり返し
引き抜く必要があることがわかる。
The first factor is the change in surplus reactivity associated with the combustion of the core.
This is shown in curve 17 in Figure 0. The change in the surplus reactivity is very similar to the change in the infinite neutron multiplication factor shown in curve 11 in FIG. 4, but the point at which the surplus reactivity reaches its peak is earlier than that of the infinite neutron multiplication factor. This is also due to the fact that combustion progresses quickly in the central part of the reactor core, as mentioned above. 0.2GWd /st~ 9.0GWd /st
The range of change in surplus reactivity within the range is 2.55%Δk/k
Looking at the changes, it is clear that the amount of control rods inserted must be increased because the surplus reaction increases until the middle of the cycle, and then the control rods must be withdrawn repeatedly as the surplus reactivity decreases.

これに対し本発明の二つの実施例の炉応の余剰
反応度の変化幅は、それぞれ1.45%Δk/k,
1.88%Δk/kであり、制御棒を従来の方法にく
らべ、それぞれ約11本、約8本、減らすことがで
きる。また余剰反応度の変化の違いから、本発明
では従来にくらべ運転を簡単化でき、これらの結
果は本発明が極めて有効であることを示してい
る。
On the other hand, the range of change in the surplus reactivity of the reactor reaction in the two embodiments of the present invention is 1.45%Δk/k,
1.88% Δk/k, and the number of control rods can be reduced by about 11 and about 8, respectively, compared to the conventional method. Furthermore, due to the difference in the change in surplus reactivity, the present invention can simplify operation compared to the conventional method, and these results show that the present invention is extremely effective.

以上の如く、本発明の原子炉の初装荷炉心の炉
心部構造は、炉心が持つ燃焼に必要な余剰反応度
の燃焼による変化を少くして、いかなる燃焼度に
おいても制御棒をほとんど操作することなく流量
制御により出力レベルの調整を行ないうる原子炉
を実現可能とするもので、産業上の効果の大なる
ものである。
As described above, the core structure of the initially loaded core of the nuclear reactor of the present invention minimizes the change in surplus reactivity necessary for combustion in the reactor core due to combustion, and allows control rods to be operated almost at any burnup. This makes it possible to realize a nuclear reactor in which the output level can be adjusted by controlling the flow rate without any problems, and has great industrial effects.

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

第1図は、本発明の原子炉の炉心部構造の実施
例で用いるガドリニア入り燃料棒8本の燃料集合
体の構成図、第2図は、同じく第1図中のガドリ
ニア入り燃料棒8本を中央に集中させた燃料集合
体の構成図、第3図は、第1図,第2図に示した
燃料集合体の燃焼による無限中性子増倍率の変化
を示す特性線図、第4図は、実施例に使用する各
種燃料集合体の燃焼による無限中性子増倍率の変
化を示す特性線図、第5図は、一実施例の炉心断
面図、第6図,第7図は、ガドリニア入り燃料棒
を、それぞれ、1本、2本含む燃料集合体の構成
図、第8図は、他の実施例の炉心断面図、第9図
は、ガドリニア入り燃料棒を3本含む燃料集合体
の構成図、第10図は、第5図および第8図の実
施例の炉心の余剰反応度と燃焼度との関係を、従
来の場合との比較において示した特性線図であ
る。 1…燃料棒、2…燃料集合体、3…ガドリニア
入り燃料棒、4…ガドリニアを含まない燃料棒、
13,14…ガドリニア入り燃料棒。
FIG. 1 is a configuration diagram of a fuel assembly of eight fuel rods containing gadolinia used in an embodiment of the core structure of a nuclear reactor of the present invention, and FIG. Fig. 3 is a diagram showing the structure of a fuel assembly in which the , a characteristic diagram showing the change in infinite neutron multiplication factor due to combustion of various fuel assemblies used in the example, FIG. 5 is a cross-sectional view of the reactor core of one example, and FIGS. 6 and 7 are the fuel containing gadolinia. A configuration diagram of a fuel assembly containing one and two rods, respectively, FIG. 8 is a cross-sectional view of the core of another embodiment, and FIG. 9 is a configuration diagram of a fuel assembly containing three fuel rods containing gadolinia. 10 are characteristic diagrams showing the relationship between the excess reactivity and burnup of the core in the embodiments of FIGS. 5 and 8 in comparison with the conventional case. 1... Fuel rod, 2... Fuel assembly, 3... Fuel rod containing gadolinia, 4... Fuel rod not containing gadolinia,
13, 14...Fuel rod containing gadolinia.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 核燃料と可燃性毒物とを含む第1燃料棒およ
び前記核燃料を含み前記可燃性毒物を含まない第
2燃料棒よりなり、前記第1燃料棒と前記第2燃
料棒との本数の比の異なる少なくとも2種類の平
均濃縮度の等しい4体の燃料集合体を、炉心構成
の一単位とし、該4体の燃料集合体が、燃焼にと
もない無限中性子増倍率が増加する燃料集合体を
少なくとも1種類、燃焼にともない無限中性子増
倍率が減少する燃料集合体を少なくとも1種類含
むことを特徴とする原子炉の初装荷炉心の炉心部
構造。 2 前記4体の燃料集合体が、酸化ウランと酸化
ガドリニウムを含む第1燃料棒と、酸化ウランを
含み酸化ガドリニウムを含まない第2燃料棒より
なる第1燃料集合体と、前記第1燃料棒の本数が
前記第1燃料集合体におけるよりも少ない第2燃
料集合体とよりなる特許請求の範囲第1項記載の
原子炉の初装荷炉心の炉心部構造。
[Scope of Claims] 1 Consisting of a first fuel rod containing nuclear fuel and a burnable poison, and a second fuel rod containing the nuclear fuel but not containing the burnable poison, the first fuel rod and the second fuel rod Four fuel assemblies of at least two types with different ratios of numbers and the same average enrichment are considered as one unit of the core configuration, and these four fuel assemblies are fuels whose infinite neutron multiplication factor increases as they burn. A core structure of an initially loaded core of a nuclear reactor, comprising at least one type of fuel assembly and at least one type of fuel assembly whose infinite neutron multiplication factor decreases as it burns. 2. The four fuel assemblies include a first fuel rod containing uranium oxide and gadolinium oxide, a second fuel rod containing uranium oxide but not gadolinium oxide, and the first fuel rod. The core structure of an initially loaded core of a nuclear reactor according to claim 1, comprising a second fuel assembly having a smaller number of fuel assemblies than in the first fuel assembly.
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