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JPH0378955B2 - - Google Patents
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JPH0378955B2 - - Google Patents

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Publication number
JPH0378955B2
JPH0378955B2 JP60280962A JP28096285A JPH0378955B2 JP H0378955 B2 JPH0378955 B2 JP H0378955B2 JP 60280962 A JP60280962 A JP 60280962A JP 28096285 A JP28096285 A JP 28096285A JP H0378955 B2 JPH0378955 B2 JP H0378955B2
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JP
Japan
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fuel
rod
water
rods
water rod
Prior art date
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Application number
JP60280962A
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Japanese (ja)
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JPS62140091A (en
Inventor
Takaaki Mochida
Junichi Yamashita
Michihiro Ozawa
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0378955B2 publication Critical patent/JPH0378955B2/ja
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    • 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

  • Inert Electrodes (AREA)
  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、燃料集合体に係り、特に沸騰水型原
子炉の炉心に配置されるものであつて炉心反応度
利得および圧力損失の低減に好適なウオータロツ
ド(水ロツド)を有する燃料集合体に関するもの
である。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a fuel assembly, and in particular to a fuel assembly disposed in the core of a boiling water reactor, which is used to reduce core reactivity gain and pressure loss. The present invention relates to a fuel assembly with suitable water rods.

〔従来の技術〕 沸騰水型原子炉の炉心は、相互にある間隔を有
して配置される燃料集合体と、燃料集合体相互の
間に挿入される制御棒とを有する。
[Prior Art] A core of a boiling water nuclear reactor includes fuel assemblies arranged at a certain distance from each other and control rods inserted between the fuel assemblies.

第3図は沸騰水型原子炉に用いられる燃料集合
体の構造を示し、第4図はその燃料集合体に用い
られる燃料棒の構造を示す。燃料集合体10は、
上部タイプレート、下部タイプレート14及び燃
料棒16を有する。上部タイプレートに取付けら
れるチヤネルボツクス12の下端部が下部タイプ
レート14を取囲む。下部タイプレート14には
複数の孔が穿設され、その孔には燃料棒16の下
部端栓18が挿入される。燃料棒16の上部端栓
20は、上部タイプレートに保持される。そし
て、燃料棒16は、上部端栓20に取付けられる
膨張スプリング22により下方に押圧され、中間
部においてスペーサ26により横方向の動きを規
制されている。また、取つ手28が上部タイプレ
ートに設けられる。
FIG. 3 shows the structure of a fuel assembly used in a boiling water reactor, and FIG. 4 shows the structure of a fuel rod used in the fuel assembly. The fuel assembly 10 is
It has an upper tie plate, a lower tie plate 14, and a fuel rod 16. The lower end of the channel box 12 attached to the upper tie plate surrounds the lower tie plate 14. A plurality of holes are bored in the lower tie plate 14, and lower end plugs 18 of the fuel rods 16 are inserted into the holes. The upper end plug 20 of the fuel rod 16 is retained in the upper tie plate. The fuel rod 16 is pressed downward by an expansion spring 22 attached to the upper end plug 20, and its lateral movement is restricted by a spacer 26 at the intermediate portion. A handle 28 is also provided on the upper tie plate.

燃料棒16は、円筒状の燃料被覆管30内に燃
料ペレツト32を充填している。この燃料ペレツ
ト32が燃料被覆管30内のスプリング34によ
り下方に押圧される。
The fuel rod 16 has a cylindrical fuel cladding tube 30 filled with fuel pellets 32 . This fuel pellet 32 is pressed downward by a spring 34 within the fuel cladding tube 30.

第5図は、燃料集合体10の横断面を示す。燃
料棒16及び水ロツド17は8行8列の格子状に
配列される。
FIG. 5 shows a cross section of the fuel assembly 10. The fuel rods 16 and water rods 17 are arranged in a grid of 8 rows and 8 columns.

燃料集合体10内を冷却材である水が流れる。
この水は燃料棒16内に存在するウラン235など
の核分裂性物質の反応によつて発生する熱エネル
ギを除去する。また、水はチヤンネルボツクスの
外側の燃料集合体間の間隙にも流れる。
Water, which is a coolant, flows within the fuel assembly 10 .
This water removes thermal energy generated by the reaction of fissile material, such as uranium-235, present within the fuel rods 16. Water also flows into the gaps between the fuel assemblies outside the channel box.

一方、水は中性子の減速材としての働きをも持
つており、核分裂によつて生じたエネルギの高い
高速中性子は、減速材である水によつて減速され
エネルギの低い熱中性子となる。この熱中性子が
燃料棒16中の核分裂性物質、例えばウラン235
に吸収されると、核分裂反応を起こしエネルギを
発生する。
On the other hand, water also acts as a moderator for neutrons, and the high-energy fast neutrons produced by nuclear fission are moderated by the moderator, water, and become low-energy thermal neutrons. These thermal neutrons are released into the fissile material in the fuel rods 16, such as uranium-235.
When absorbed, a nuclear fission reaction occurs, producing energy.

しかしながら、沸騰水型原子炉ではチヤンネル
ボツクス12の内側では燃料棒16からの発熱に
よりボイドが発生するのに対し、チヤンネルボツ
クス12の外側ではボイド発生がない。従つて、
水の密度分布は、チヤンネルボツクス12の外側
で高く、燃料集合体の中央付近では低いという特
徴を持つ。また、チヤンネルボツクス12の内側
では燃料による熱中性子束の吸収があるのに対
し、チヤンネルボツクス12の外側では核燃料に
よる熱中性子の吸収がなく更に減速材である水が
豊富にあるので、熱中性子束の分布は、燃料集合
体の中央部で低く、チヤンネルボツクスに近い外
側で高くなる。このため、燃料集合体内の出力分
布に不均衡が生じる。
However, in a boiling water reactor, voids are generated inside the channel box 12 due to heat generation from the fuel rods 16, whereas no voids are generated outside the channel box 12. Therefore,
The density distribution of water is characterized by being high outside the channel box 12 and low near the center of the fuel assembly. In addition, while the fuel absorbs thermal neutron flux inside the channel box 12, the nuclear fuel does not absorb thermal neutrons outside the channel box 12, and water, which is a moderator, is abundant, so the thermal neutron flux The distribution of is low in the center of the fuel assembly and high on the outside near the channel box. This causes an imbalance in the power distribution within the fuel assembly.

この対策として、燃料集合体の中央部に設けた
水ロツドの本数をふやす等の方法が特開昭50−
40986号公報に記載されている。近年、原子力プ
ラントの経済性向上のために、燃料の高燃焼度化
を進める傾向がある。これに合せて濃縮度の増加
に対応して燃料集合体中央部の水の量を増大する
ために、水ロツドの直径を大きくしこれを燃料集
合体の中央に配置することが考えられている。
As a countermeasure to this problem, methods such as increasing the number of water rods installed in the center of the fuel assembly were proposed in 1983-
It is described in Publication No. 40986. In recent years, there has been a trend toward increasing the burnup of fuel in order to improve the economic efficiency of nuclear power plants. In order to increase the amount of water in the center of the fuel assembly in response to the increase in enrichment, it is being considered to increase the diameter of the water rod and place it in the center of the fuel assembly. .

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

しかし、水ロツドの直径を大きくすることは、
燃料集合体の冷却材流路面積を狭くすることにな
る。これによつて、圧力損失が増大し熱的余裕が
減少するという問題が生じる。この問題に対する
対策が必要となることがわかつた。
However, increasing the diameter of the water rod
This results in a narrowing of the coolant flow path area of the fuel assembly. This results in the problem of increased pressure loss and decreased thermal margin. It became clear that countermeasures were needed to address this problem.

本発明の目的は、圧力損失の増大を抑制し反応
度を増大できる燃料集合体を提供することにあ
る。
An object of the present invention is to provide a fuel assembly that can suppress an increase in pressure loss and increase reactivity.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

上記の目的を達成する本発明の特徴は、内部に
核燃料物質が充填されている複数の燃料棒と、燃
料集合体の中央部に配置され、複数の燃料棒を配
置可能な領域を占有して配置され、しかも前記燃
料棒の直径よりも大きな直径を有する水ロツドと
を備え、前記水ロツドの軸方向長さは前記燃料棒
のそれよりも短く、前記水ロツドに隣接する前記
燃料棒における前記水ロツドの上端より上方の領
域は、最外周に位置する前記燃料棒におけるその
領域での平面濃縮度よりも低くなつていることに
ある。
The features of the present invention that achieve the above object include a plurality of fuel rods filled with nuclear fuel material inside, and a fuel assembly that is arranged in the center of a fuel assembly and occupies an area where a plurality of fuel rods can be arranged. and a water rod having a diameter larger than the diameter of the fuel rod, the axial length of the water rod being shorter than that of the fuel rod, and the water rod in the fuel rod adjacent to the water rod. The area above the upper end of the water rod is lower than the planar enrichment in that area of the outermost fuel rod.

〔作用〕[Effect]

水ロツドの軸方向長さを燃料棒のそれよりも短
くすることにより圧力損失の増大を抑制できる。
水ロツドの上端より上方の領域で、最外周に位置
する燃料棒の平均濃縮度が水ロツドに隣接する燃
料棒のそれよりも大きいので、反応度を増大させ
ることができる。
By making the axial length of the water rod shorter than that of the fuel rod, increase in pressure loss can be suppressed.
In the region above the upper end of the water rod, the average enrichment of the outermost fuel rods is greater than that of the fuel rods adjacent to the water rod, so that the reactivity can be increased.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

本発明の好適な一実施例である燃料集合体を説
明する前に、本発明を得るに至つた検討の内容に
ついて説明する。本発明の実施例に用いられる水
ロツドは、複数の燃料棒が配置される空間を占有
して配置され、燃料棒よりもその直径が大きいこ
とが特徴で、太径水ロツドと呼ばれる。太径水ロ
ツドの断面積は、燃料棒断面積の3〜5倍の断面
積を持つ。この太径ウオータロツドは、燃料集合
体の中央部に配置される。太径水ロツドの長さは
燃料棒より短く、太径水ロツドの直径が太くなつ
ている部分の上端の高さは、燃料棒内の核燃料物
質が充填されている部分(燃料有効部といい、そ
の軸方向の長さを燃料有効長という。)より低い。
このような太径水ロツドを部分長水ロツドと呼
ぶ。
Before explaining a fuel assembly which is a preferred embodiment of the present invention, the content of the study that led to the present invention will be explained. The water rod used in the embodiment of the present invention is arranged to occupy a space in which a plurality of fuel rods are arranged, and is characterized by having a larger diameter than the fuel rods, and is called a large-diameter water rod. The cross-sectional area of the large-diameter water rod is 3 to 5 times larger than the cross-sectional area of the fuel rod. This large diameter water rod is placed in the center of the fuel assembly. The length of the large diameter water rod is shorter than the fuel rod, and the height of the upper end of the thicker diameter part of the fuel rod is the part of the fuel rod that is filled with nuclear fuel material (referred to as the effective fuel part). , its axial length is called the effective fuel length).
Such a large diameter water rod is called a partial length water rod.

燃料集合体の中央部に太径水ロツド又は水など
の減速材を収納する容合を配置することは、特開
昭50−40986号公報、特開昭59−13981号公報及び
特開昭50−65792号公報等に記載されている。水
ロツドの配置により、燃料集合体内の熱中性子束
分布が均質化されて、濃縮度分布の簡素化及び反
応度増加による燃料経済性向上の効果があること
が知られている。
Placing a large-diameter water rod or a container for storing a moderator such as water in the center of the fuel assembly is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 50-40986, 1972-13981 and 1972. -Described in Publication No. 65792, etc. It is known that the arrangement of the water rods homogenizes the thermal neutron flux distribution within the fuel assembly, which has the effect of simplifying the enrichment distribution and improving fuel economy by increasing reactivity.

しかしながら、燃料集合体の中央部に太径の水
ロツドを配置することは、冷却材の流路面積を小
さくするので、燃料棒の冷却特性を悪化させ、燃
料の熱的余裕を減少させることになる。
However, placing a large-diameter water rod in the center of the fuel assembly reduces the coolant flow area, which worsens the cooling characteristics of the fuel rod and reduces the thermal margin of the fuel. Become.

燃料棒の冷却特性は、燃料集合体内を流れる冷
却材の圧力損失(圧損)によつて特徴づけられ
る。圧力損失の増大は燃料棒冷却特性を悪化し、
逆に圧力損失の減少は燃料棒の冷却特性を改善す
ることが知られている。
The cooling characteristics of fuel rods are characterized by the pressure drop of the coolant flowing within the fuel assembly. Increased pressure drop deteriorates fuel rod cooling characteristics,
Conversely, reducing pressure drop is known to improve the cooling characteristics of fuel rods.

沸騰水型原子炉炉心の流れは気液二相流で、そ
の摩擦圧損ΔPfは、 ΔPf=W2/2g〓・f・L/DH・A2 CHφTPF で表わされる。
The flow in the boiling water reactor core is a gas-liquid two-phase flow, and its frictional pressure loss ΔP f is expressed as ΔP f =W 2 /2 g 〓·f·L/D H ·A 2 CH φ TPF .

ここで、ΔPfは摩擦圧損、Wはチヤンネル流
量、gは重力加速度、ρは水の密度、DHはチヤ
ンネル水力直径、ACHはチヤンネル流路面積、L
は長さ、fは摩擦圧損係数、及びφTPFは2相流摩
擦圧損倍率である。
Here, ΔP f is friction pressure drop, W is channel flow rate, g is gravitational acceleration, ρ is water density, D H is channel hydraulic diameter, A CH is channel flow area, L
is the length, f is the friction pressure loss coefficient, and φ TPF is the two-phase flow friction pressure loss multiplier.

燃料集合体中央部の燃料棒4本を取り除いて、
太径水ロツドを替りに配置した場合には、チヤン
ネル流路面積ACHが減少するので、摩擦圧損ΔPf
は増大する。摩擦圧損ΔPfの増大をふせぐために
は圧損部の長さLを短くすることが考えられる。
本実施例では長さLを短くするために太径水ロツ
ドの長さを短くし、部分長としている。太径水ロ
ツドの長さは、太径水ロツドの本来の目的が燃料
有効部での核的特性の改善、すなわち、燃料集合
体の熱中性子束分布の平坦化にあることから、燃
料有効部の上端程度まであれば十分である。
Remove the four fuel rods in the center of the fuel assembly,
If a large-diameter water rod is placed instead, the channel flow area A CH decreases, so the friction pressure loss ΔP f
increases. In order to prevent an increase in the frictional pressure loss ΔP f , it is conceivable to shorten the length L of the pressure loss portion.
In this embodiment, in order to shorten the length L, the length of the large diameter water rod is shortened and made into a partial length. The length of the large-diameter water rod is determined by the length of the large-diameter water rod because the original purpose of the large-diameter water rod is to improve the nuclear properties in the fuel effective part, that is, to flatten the thermal neutron flux distribution of the fuel assembly. It is sufficient to reach the upper limit of .

しかしながら、太径水ロツドによる圧力損失が
大きい場合には、長さLを短くするために、太径
水ロツドの上端を燃料有効部の上端より下側に位
置させる必要がある。このため、太径水ロツドが
ない燃料有効部の上端部では、熱中性子束分布の
歪みが大きくなり、また反応度の損失が生じる。
However, if the pressure loss due to the large diameter water rod is large, the upper end of the large diameter water rod must be located below the upper end of the fuel effective portion in order to shorten the length L. Therefore, at the upper end of the fuel effective portion where there is no large-diameter water rod, the thermal neutron flux distribution is greatly distorted and reactivity is lost.

部分長水ロツド採用に伴う核特性の悪化を改善
するために、部分長水ロツドの上端部に位置する
すべての領域を濃縮度の低い燃料、例えば天然ウ
ランによる工夫もある。しかし、その領域を天然
ウランにした場合に反応度利得が生じるのは、そ
の領域の軸方向長さを約45cm以内、又は燃料有効
長の3/24以内にした場合である。部分長水ロツド
をこれ以上に短くする必要がある場合には、部分
長水ロツドの上端部より上をすべて天然ウランと
することは適切でなくなる。
In order to improve the deterioration of nuclear properties caused by the adoption of part-length water rods, there is an idea to use low-enrichment fuel, such as natural uranium, in the entire region located at the upper end of the part-length water rod. However, when the region is made of natural uranium, a reactivity gain occurs when the axial length of the region is within about 45 cm, or within 3/24 of the effective length of the fuel. If the part-length water rod needs to be made shorter than this, it is no longer appropriate to use natural uranium above the upper end of the part-length water rod.

本実施例では、この対策として濃縮度の軸方向
区分に次のような工夫を行つた。
In this embodiment, as a countermeasure against this problem, the following measures were taken in the axial division of the enrichment degree.

第6図は2種類の燃料棒の軸方向濃縮度区分と
部分長水ロツドとの関係を示したものである。
FIG. 6 shows the relationship between the axial enrichment classification and the partial length water rod for two types of fuel rods.

部分長水ロツド103はその軸方向長さが燃料
有効長より短く、その上端部は燃料棒の上端部よ
り短い。部分長水ロツドの上端部にて領域区分す
る境界面を想定し、この境界面より下の領域を第
1領域、境界面より上の領域を第2領域とする。
燃料棒は上記の境界面にて、濃縮度の領域区分を
持つ燃料棒102と、濃縮度の領域区分を持たな
い燃料棒101に分類される。燃料棒102は、
第1領域の濃縮度が第2領域の濃縮度より低く、
部分長太径水ロツド103の周辺に配置される。
第6図において、e1,e2,e3は各領域の濃縮度を
示し、e1>e3、e2>e3の関係がある。e1とe2の関
係は、特に拘束されないが、一般にはe1≦e2であ
る。
The part-length water rod 103 has an axial length shorter than the effective fuel length, and its upper end is shorter than the upper end of the fuel rod. Assuming a boundary surface that divides the area at the upper end of the part-length water rod, the area below this boundary surface is defined as a first area, and the area above the boundary surface is defined as a second area.
The fuel rods are classified at the above boundary surface into fuel rods 102 that have enrichment area divisions and fuel rods 101 that do not have enrichment area divisions. The fuel rod 102 is
the degree of enrichment in the first region is lower than the degree of enrichment in the second region;
It is arranged around the large diameter water rod 103 with a partial length.
In FIG. 6, e 1 , e 2 , and e 3 indicate the degree of enrichment of each region, and there is a relationship of e 1 >e 3 and e 2 >e 3 . The relationship between e 1 and e 2 is not particularly restricted, but generally e 1 ≦e 2 .

これらの濃縮度領域区分は次のように作用す
る。第7図は、第6図の第1領域の横断面を模式
的に、チヤンネルボツクス外の水ギヤツプ部と、
水ロツド部、及びその中間の燃料棒を配列する部
分を2つに分けて示したものである。太径水ロツ
ドを用いる目的が、燃料集合体の中央部に水領域
を設けて、熱中性子束の分布を平坦にすることで
あるので、燃料棒の濃縮度は、内側と外側とでほ
ぼ等しくすることができる。第6図との関係でい
うと、内側に配列される燃料棒は燃料棒102
で、外側に配置される燃料棒は燃料棒101であ
る。太径水ロツド内の水領域面積が水ギヤツプ部
の水領域面積とほぼ等しい時には、e1=e2とする
ことも可能となる。しかし、太径水ロツド内の水
領域面積が小さいので、一般にはe1≦e2として燃
料棒出力を平坦化している。内側を高濃縮領域と
しているのは、太径水ロツド領域で熱化した中性
子を有効に燃料に吸収させるためである。
These enrichment region divisions operate as follows. FIG. 7 schematically shows a cross section of the first area in FIG. 6, showing the water gap part outside the channel box,
The water rod part and the part in between where the fuel rods are arranged are shown divided into two parts. The purpose of using large-diameter water rods is to provide a water region in the center of the fuel assembly to flatten the distribution of thermal neutron flux, so the enrichment of the fuel rods is approximately equal on the inside and outside. can do. In relation to FIG. 6, the fuel rods arranged inside are fuel rods 102.
The fuel rods arranged on the outside are fuel rods 101. When the area of the water area in the large-diameter water rod is approximately equal to the area of the water area in the water gap, it is also possible to set e 1 =e 2 . However, since the area of the water region in the large-diameter water rod is small, the fuel rod output is generally flattened by setting e 1 ≦e 2 . The reason why the inner side is a highly enriched region is to effectively absorb the neutrons heated in the large-diameter water rod region into the fuel.

これに対し、太径水の存在しない第2領域の横
断面を第8図に示す。第2領域では中心部がボイ
ド領域となるために、高濃縮度領域を外側に配置
して低濃縮度領域を内側に配置したほうが水ギヤ
ツプ部付近に高濃縮度燃料棒を配置することにな
り、反応度を向上させることができる。また、低
濃縮度領域を天然ウランとした時には、高ボイド
領域に接して、ウラン238を多く配置することに
なり、プルトニウムへの転換を高くすることがで
き、これをさらに燃焼させることにより、反応度
を高くすることができる。
On the other hand, FIG. 8 shows a cross section of the second region where large-diameter water does not exist. In the second region, the center becomes a void region, so placing the high enrichment region on the outside and the low enrichment region on the inside will result in placing the high enrichment fuel rods near the water gap. , the reactivity can be improved. In addition, when natural uranium is used as the low enrichment region, a large amount of uranium-238 will be placed in contact with the high void region, which will increase the conversion to plutonium, and by further burning it, reaction will occur. The degree can be increased.

また第2領域の構成をこのように、高濃縮領域
と低濃縮領域で構成することにより、第2領域の
平均濃縮度は、第1領域の平均濃縮度より低くな
り、原子炉の炉停止余裕を向上できる効果があ
る。
In addition, by configuring the second region into a high enrichment region and a low enrichment region, the average enrichment of the second region is lower than the average enrichment of the first region, and the reactor has a margin for reactor shutdown. It has the effect of improving

また、特願昭51−115269号には、燃料棒の軸方
向濃縮度を2領域に分割し、軸方向出力分布を平
坦化する技術が掲載されているが、この技術を上
記した技術と併用することができる。この場合、
例えば、第9図の燃料棒104を燃料棒102と
して用いることになる。燃料棒104の濃縮度分
割面Aを、太径水ロツド103の上端より下側に
設けることにより第6図の場合と同じ効果が得ら
れる。
In addition, Japanese Patent Application No. 115269/1984 describes a technology to flatten the axial power distribution by dividing the axial enrichment of a fuel rod into two regions, and this technology can be used in combination with the above-mentioned technology. can do. in this case,
For example, fuel rod 104 in FIG. 9 will be used as fuel rod 102. By providing the enrichment dividing surface A of the fuel rod 104 below the upper end of the large diameter water rod 103, the same effect as in the case of FIG. 6 can be obtained.

さらに、特願昭58−46077号には、燃料経済性
を向上させるために、燃料棒の上端、又は下端に
天然ウランを15〜30cmの長さにわたつて配置する
技術が記載されている。この技術の併用も可能で
ある。
Furthermore, Japanese Patent Application No. 58-46077 describes a technique for arranging natural uranium over a length of 15 to 30 cm at the upper or lower ends of fuel rods in order to improve fuel economy. It is also possible to use this technique in combination.

以下、本発明の一実施例である燃料集合体を第
1図、第2図、第10図により説明する。
Hereinafter, a fuel assembly which is an embodiment of the present invention will be explained with reference to FIGS. 1, 2, and 10.

第10図は、本実施例における部分長水ロツド
を有する燃料集合体の構造を示している。部分長
太径水ロツド8は、燃料棒16より軸方向長さが
短い。更に部分長太径水ロツド8は、第1図に示
すように、燃料集合体の中央部で燃料棒4本が占
有し得る領域に配置され、その外径は燃料棒16
のそれより大きい。
FIG. 10 shows the structure of a fuel assembly having part-length water rods in this embodiment. The large diameter water rod 8 has a shorter axial length than the fuel rod 16. Furthermore, as shown in FIG. 1, the large diameter water rod 8 is disposed in the center of the fuel assembly in an area that can be occupied by four fuel rods, and its outer diameter is equal to that of the fuel rod 16.
is larger than that of

第2図は、燃料棒16の濃縮度分布及びガドリ
ニア(Gd2O3)分布を示している。燃料棒1〜7
及び水ロツド8は、第1図のように配置される。
第2図において、斜線で示した部分は天然ウラン
領を示し、これ以外の部分は濃縮ウラン領域であ
る。濃縮ウラン領域の濃縮度は図中に数字で示し
てあり、例えば燃料棒1の大部分の濃縮度は3.0
%である。燃料棒6及び7はガドリニアを含んで
いる。燃料棒6はガドリニア5%、燃料棒7は上
部領域で3.5%のガドリニアを下部領域で4.5%の
ガドリニアを含む。燃料棒1〜7の合計本数は60
本で、これらを1本の水ロツド8を取囲む8×8
の格子状に配列している。
FIG. 2 shows the enrichment distribution and gadolinia (Gd 2 O 3 ) distribution of the fuel rods 16. Fuel rods 1-7
and the water rod 8 are arranged as shown in FIG.
In FIG. 2, the shaded area represents the natural uranium area, and the other areas are the enriched uranium area. The enrichment level of the enriched uranium region is shown numerically in the figure. For example, the enrichment level of most of the fuel rod 1 is 3.0.
%. Fuel rods 6 and 7 contain gadolinia. Fuel rod 6 contains 5% gadolinia, fuel rod 7 contains 3.5% gadolinia in the upper region and 4.5% gadolinia in the lower region. The total number of fuel rods 1 to 7 is 60
In a book, these are 8x8 surrounding one water rod 8.
are arranged in a grid pattern.

本実施例において、水ロツド8の上端は、燃料
有効部の上端より燃料有効部の全長の5/24だけ下
方の位置にある。そして、水ロツド8を取囲む燃
料棒5及び6は、燃料有効部の上端より燃料有効
部全長の5/24だけ下方の位置に濃縮度区分の境界
を有し、境界より上方の領域の濃縮度は0.71%
(天然ウラン)で、境界より下方の領域(燃料有
効部の下端から1/24の領域を除く)がそれぞれ
4.5%、3.9%である。燃料棒5及び6は燃料棒1
02に相当する。燃料棒1〜4は、水ロツド8に
隣接しないで配置され、5/24の高さで濃縮度分割
がないことから、燃料棒101に相当する。ま
た、燃料棒3は、燃料有効部下端より9/24の高さ
に濃縮度分割点を有し、特願昭51−115269号に示
された技術により軸方向出力分布の平坦化を行つ
ている。また、各燃料棒の上下端1/24ずつを天然
ウランとすることにより反応度の向上を得る技術
(特願昭58−46077号に記載)も合せて採用してい
る。
In this embodiment, the upper end of the water rod 8 is located below the upper end of the fuel effective portion by 5/24 of the total length of the fuel effective portion. The fuel rods 5 and 6 surrounding the water rod 8 have an enrichment classification boundary at a position 5/24 of the total length of the effective fuel part below the upper end of the effective fuel part, and enrichment in the area above the boundary. degree is 0.71%
(natural uranium), and the area below the boundary (excluding the 1/24th area from the bottom of the fuel effective part) is
4.5% and 3.9%. Fuel rods 5 and 6 are fuel rod 1
Corresponds to 02. Fuel rods 1 to 4 correspond to fuel rod 101 because they are arranged not adjacent to water rod 8 and have no enrichment division at a height of 5/24. In addition, the fuel rod 3 has an enrichment division point at a height of 9/24 from the lower end of the effective fuel, and the axial power distribution is flattened by the technology shown in Japanese Patent Application No. 115269/1983. There is. In addition, a technique (described in Japanese Patent Application No. 1983-46077) has also been adopted to improve the reactivity by filling 1/24 of the upper and lower ends of each fuel rod with natural uranium.

本実施例は、太径水ロツド8を部分長にしたこ
とにより燃料集合体の圧力損失を低減することが
でき、また、燃料棒5及び6の上端部を天然ウラ
ンにすることで第8図の構成となり反応度利得を
得ることができる。更には、原子炉の炉停止余裕
も向上する。
In this embodiment, the pressure loss of the fuel assembly can be reduced by making the large-diameter water rod 8 a partial length, and the upper ends of the fuel rods 5 and 6 are made of natural uranium, as shown in FIG. With this configuration, reactivity gain can be obtained. Furthermore, the reactor shutdown margin is also improved.

また、本発明は、本実施例のような8×8の格
子に限つて実施されるものではなく、例えば、第
11図及び第12図に示す燃料棒の9×9の格子
状配列を有する燃料集合体においても適用が可能
である。特に、9×9配列の燃料集合体では、燃
料棒が増加する関係上、圧力損失の増加が大きく
なるので、太径水ロツドと併用する場合には、圧
力損失低下のために太径水ロツドを部分長とする
必要性が高くなる。第11図の例では、第12図
に示すように、2本の部分長太径ウオータロツド
を集合体中央に配置している。これに隣接する燃
料棒5,6は、いずれも、部分長太径水ロツドの
上端より上の領域が天然ウランである。
Furthermore, the present invention is not limited to an 8 x 8 lattice as in this embodiment, but may be implemented using, for example, a 9 x 9 lattice arrangement of fuel rods as shown in FIGS. 11 and 12. Application is also possible in fuel assemblies. In particular, in a fuel assembly arranged in a 9 x 9 arrangement, the increase in pressure loss increases due to the increase in the number of fuel rods. It becomes more necessary to use the partial length as the partial length. In the example of FIG. 11, as shown in FIG. 12, two partially long and large diameter water rods are arranged at the center of the assembly. In both fuel rods 5 and 6 adjacent to this, the region above the upper end of the large diameter water rod of partial length is made of natural uranium.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、燃料集合体の圧力損失の増加
を抑制することができ、また反応度を増大させる
ことができる。
According to the present invention, it is possible to suppress an increase in pressure loss of a fuel assembly, and it is also possible to increase reactivity.

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

第1図は本発明の好適な一実施例である燃料集
合体の横断面図、第2図は第1図に示す各燃料棒
の濃縮度及びガドリニアの分布を示す説明図、第
3図は従来の燃料集合体の縦断面図、第4図は第
3図の燃料棒の構造図、第5図は第3図に示す燃
料集合体の横断面図、第6図は第1図に示す実施
例の概念を示す説明図、第7図は第6図に示す第
1領域の横断面構成を示す模式図、第8図は第6
図に示す第2領域の横断面構成を示す模式図、第
9図は特願昭51−115269号に示された概念を適用
した燃料棒と部分長水ロツドとの関係を示す説明
図、第10図は第1図の燃料集合体の縦断面図、
第11図は本発明の他の実施例である燃料集合体
の縦断面図、第12図は第11図の燃料集合体の
横断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a fuel assembly that is a preferred embodiment of the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram showing the enrichment and gadolinia distribution of each fuel rod shown in FIG. 1, and FIG. 4 is a structural diagram of the fuel rod shown in FIG. 3, FIG. 5 is a cross-sectional view of the fuel assembly shown in FIG. 3, and FIG. 6 is shown in FIG. 1. An explanatory diagram showing the concept of the embodiment, FIG. 7 is a schematic diagram showing the cross-sectional configuration of the first region shown in FIG. 6, and FIG.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing the relationship between a fuel rod and a partial length water rod to which the concept shown in Japanese Patent Application No. 115269/1980 is applied; Figure 10 is a longitudinal sectional view of the fuel assembly in Figure 1;
FIG. 11 is a longitudinal cross-sectional view of a fuel assembly according to another embodiment of the present invention, and FIG. 12 is a cross-sectional view of the fuel assembly shown in FIG. 11.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 内部に核燃料物質が充填されている複数の燃
料棒と、燃料集合体の中央部に配置され、複数の
燃料棒を配置可能な領域を占有して配置され、し
かも前記燃料棒の直径よりも大きな直径を有する
水ロツドとを備え、前記水ロツドの軸方向長さは
前記燃料棒のそれよりも短く、前記水ロツドに隣
接する前記燃料棒における前記水ロツドの上端よ
り上方の領域は、最外周に位置する前記燃料棒に
おけるその領域での平均濃縮度よりも低くなつて
いることを特徴とする燃料集合体。 2 前記水ロツドに隣接する前記燃料棒は、前記
水ロツド上端より上方の領域が天然ウランである
特許請求の範囲第1項記載の燃料集合体。
[Scope of Claims] 1. A fuel assembly having a plurality of fuel rods filled with nuclear fuel material, and a fuel assembly arranged in the center of the fuel assembly, occupying an area where the plurality of fuel rods can be arranged, and a water rod having a diameter larger than the diameter of the fuel rod, the axial length of the water rod is shorter than that of the fuel rod, and the axial length of the water rod is shorter than the upper end of the water rod in the fuel rod adjacent to the water rod. A fuel assembly characterized in that the upper region has a lower average enrichment than the average enrichment in that region of the outermost fuel rods. 2. The fuel assembly according to claim 1, wherein the fuel rod adjacent to the water rod has a region above the upper end of the water rod made of natural uranium.
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