JPH052197B2 - - Google Patents
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- JPH052197B2 JPH052197B2 JP61053562A JP5356286A JPH052197B2 JP H052197 B2 JPH052197 B2 JP H052197B2 JP 61053562 A JP61053562 A JP 61053562A JP 5356286 A JP5356286 A JP 5356286A JP H052197 B2 JPH052197 B2 JP H052197B2
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
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- Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (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〕
本発明は沸騰水型原子炉用燃料集合体に関し、
特に軸方向出力分布を平坦化するための改良ウオ
ーターロツドを備えた沸騰水型原子炉用燃料集合
体に関する。[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention relates to a fuel assembly for a boiling water nuclear reactor;
In particular, it relates to a fuel assembly for a boiling water reactor with an improved water rod for flattening the axial power distribution.
沸騰水型原子炉では、燃料の核分裂反応による
熱エネルギーの吸収と、核分裂反応に寄与させる
ための中性子の減速作用とを目的とした冷却水が
炉心下部から上部へ流れている。炉心内において
下部から流入した冷却水は上部へ流れて行くに従
つて熱エネルギーを吸収するため、炉心上部の冷
却水は第2図に示すように約70%が気泡となる。
この気泡の存在は、核分裂反応によつて発生した
速中性子を冷却水によつて熱中性子レベルにまで
減速させる作用を不充分なものとし、このため燃
料上部においては減速の不十分な核分裂反応に直
接寄与しない速中性子が多く分布し、核分裂反応
率が下部に比べて小さくなる結果、燃料の軸方向
出力分布が不均一となる。
In a boiling water reactor, cooling water flows from the bottom of the reactor core to the top for the purpose of absorbing thermal energy from the nuclear fission reaction of the fuel and slowing down neutrons to contribute to the nuclear fission reaction. Cooling water flowing into the core from the bottom absorbs thermal energy as it flows to the top, so approximately 70% of the cooling water at the top of the core becomes bubbles, as shown in Figure 2.
The presence of these bubbles makes it insufficient for the cooling water to slow down the fast neutrons generated by the fission reaction to the level of thermal neutrons. Many fast neutrons that do not directly contribute are distributed, and the nuclear fission reaction rate is smaller than in the lower part, resulting in an uneven axial power distribution of the fuel.
そこで従来より、燃料上部において少しでも気
泡を少なくし冷却水の量を多くするために、中空
のウオーターロツドを1〜2本備えた燃料集合体
が実用化されている。このウオーターロツドは自
ら発熱することがないため、その内部は軸方向の
どこをとつても未沸騰の冷却水で満たされてお
り、このことによつて燃料集合体の上部の中性子
減速作用を補い、燃料の上部での反応度を稼いで
いる。しかしながら従来の実用燃料では、ウオー
ターロツドによる未沸騰冷却水の量が必ずしも充
分であるわけではなく、燃料軸方向出力分布の平
坦化は未だ不充分のままである。これに対してウ
オーターロツドを大口径にして未沸騰冷却水の量
を増やすことが考えられるが、その場合は炉心軸
方向下部の中性子減速作用が過剰になる欠点があ
る。 Conventionally, fuel assemblies equipped with one or two hollow water rods have been put into practical use in order to reduce air bubbles and increase the amount of cooling water in the upper part of the fuel. Since this water rod does not generate heat by itself, its interior is filled with unboiled cooling water everywhere in the axial direction, and this reduces the neutron moderating effect of the upper part of the fuel assembly. This compensates for the reactivity at the top of the fuel. However, in conventional practical fuels, the amount of unboiled cooling water provided by the water rod is not necessarily sufficient, and flattening of the fuel axial power distribution remains insufficient. To solve this problem, it is conceivable to increase the amount of unboiled cooling water by making the water rod larger in diameter, but in that case, there is a drawback that the neutron moderation effect in the lower part of the core in the axial direction becomes excessive.
本発明の課題は、前述の従来技術の欠点を除去
して、燃料の軸方向下部での中性子減速作用を過
剰にすることなく、燃料軸方向出力分布の充分な
平坦化を与えるように燃料軸方向上部の充分な中
性子減速作用を選択的に与えることを可能とした
沸騰水型原子炉用燃料集合体を提供することにあ
る。
An object of the present invention is to eliminate the drawbacks of the prior art as described above, and to provide a fuel shaft that provides sufficient flattening of the fuel axial power distribution without excessive neutron moderating action in the axial lower part of the fuel. It is an object of the present invention to provide a fuel assembly for a boiling water reactor that can selectively provide sufficient neutron moderating action in the upper direction.
本発明の沸騰水型原子炉用燃料集合体は、前記
課題を達成するために、特別な構成を有するウオ
ーターロツドを備えており、このウオーターロツ
ドは、下部12/24ノード以下において管内流路断
面積が減少され、且つこの減少分の管内空間がベ
リリウムによつて置換されていることによつて特
徴付けられている。
In order to achieve the above object, the fuel assembly for a boiling water nuclear reactor of the present invention is equipped with a water rod having a special configuration, and this water rod has a water rod that controls the flow in the pipe below the lower 12/24 nodes. It is characterized in that the cross-sectional area of the tube is reduced and that the reduced tube space is replaced by beryllium.
本発明のひとつの実施態様においては、下部
12/24ノード以下においてウオーターロツドの管
内に肉厚のベリリウム管が配置され、好ましくは
ベリリウム管の両端の内側に1/24ノード分のテ
ーパが付与されている。ベリリウム管の内孔径は
上部から下部まで同径であつてもよく或いは下部
から上部へ向つて徐々に広げられていてもよい。 In one embodiment of the invention, the lower
A thick-walled beryllium tube is disposed within the water rod tube below the 12/24 node, and preferably a taper of 1/24 node is provided on the inside of both ends of the beryllium tube. The inner diameter of the beryllium tube may be the same from top to bottom, or may gradually widen from bottom to top.
本発明のもうひとつの実施態様においては9×
9正方格子状の燃料棒配列を有し、前記ウオータ
ーロツドが、通常燃料棒の9本分に相当する十字
形の横断面外周形状を有する上部ジルカロイ−2
中空管と同一横断面外周形状の下部ベリリウム十
字体とを12/24ノード近辺で接続したものからな
り、下部ベリリウム十字体の中央に前記中空管内
に通じる冷却水流入孔を貫通して設けられてい
る。この場合も好ましくは前記冷却水流入孔の上
端が上方へ向つて徐々に広げられてるのがよい。 In another embodiment of the invention, 9×
The upper Zircaloy-2 has a fuel rod arrangement in the form of a 9-square lattice, and the water rod has a cross-shaped cross-sectional outer peripheral shape corresponding to nine normal fuel rods.
It consists of a hollow tube and a lower beryllium cross having the same cross-sectional outer circumferential shape connected in the vicinity of the 12/24 node, and a cooling water inlet hole communicating with the hollow tube is provided in the center of the lower beryllium cross. ing. In this case as well, it is preferable that the upper end of the cooling water inflow hole gradually widens upward.
〔作用〕
本発明の沸騰水型原子炉用燃料集合体において
は、下部12/24ノード以下において管内流路断面
積が減少され、且つこの減少分の管内空間がベリ
リウムによつて置換されたウオーターロツドを有
するので、このベリリウムが燃料に対して中性子
の急峻な変化を与えないように緩衝作用をすると
共に、水に比べて中性子減速能の小さいベリリウ
ムによつて下部において中性子減速に関して上部
の気泡を含んだ冷却水を模倣することになり、例
えば通常燃料棒の9〜15本分に相当する容積をこ
のウオーターロツドによつて占めさせても、下部
における中性子減速能をさほど過剰にすることな
く、上部の中性子減速能を充分に補つて、燃料上
部および下部の中性子スペクトルを平坦化し、燃
料軸方向における出力分布を充分に均一化させる
ことができることになる。[Function] In the boiling water reactor fuel assembly of the present invention, the cross-sectional area of the tube is reduced below the lower 12/24 nodes, and the reduced tube space is replaced with water by beryllium. Because it has rods, this beryllium acts as a buffer to prevent sudden changes in neutrons from being applied to the fuel, and because of beryllium, which has a smaller neutron moderation ability than water, air bubbles in the upper part are used to reduce neutrons in the lower part. For example, even if this water rod occupies a volume equivalent to 9 to 15 fuel rods, the neutron moderating capacity in the lower part will not be excessively large. This means that the neutron moderating ability of the upper part can be sufficiently compensated for, the neutron spectra of the upper and lower parts of the fuel can be flattened, and the power distribution in the axial direction of the fuel can be made sufficiently uniform.
本発明において、ウオーターロツドの下部領域
の管内流路断面積は、上部において冷却水が沸騰
を起こさない流量を確保できるに充分な断面積と
すべきであることは述べるまでもない。 In the present invention, it goes without saying that the cross-sectional area of the pipe in the lower region of the water rod should be sufficient to ensure a flow rate that does not cause boiling of the cooling water in the upper part.
本発明の前述およびその他の目的と特徴を一層
明らかにするために、本発明の好適な実施例を図
面と共に説明すれば以下の通りである。 In order to make the above and other objects and features of the present invention more clear, preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第1図は本発明に係る8×8正方格子配列をも
つた燃料集合体の改良ウオーターロツドのみを示
す模式断面図で、ウオーターロツド本体をなすジ
ルカロイ−2製の中空管1とその下部の或る長さ
部分に亙つて内部に挿入されたベリリウム管2と
からなる。このウオーターロツドは、通常工程で
製造された中空管1に、外径が中空管の内径より
若干小さいベリリウム管2を挿入した構造となつ
ている。ベリリウム管2は、その両端内側にテー
パを施したうえで中空管1の下部9/24の位置に
挿入され、下端部においてTIG溶接等により固定
されている。ベリリウム管2の両端のテーパ部の
長さは全長の1/24以下で、下部から流入する冷却
水を滑らかに導き、上部では内部流路の広がりに
際して乱流を生じないように機能する。このテー
パ部はまた軸方向に関して中性子スペクトルの連
続的変化を助ける役目もする。ベリリウム管2の
内孔は図示の例では内径が一様であるが、下部か
ら上部へ向つて徐々に広がるようにしてもよい。
ベリリウムは気泡を含まない水に比べて中性子の
減速効果が劣つており、中性子の減速効果という
点で、気泡を含んだ炉心上部の冷却水に誓い性質
を示すことになる。このことから炉心上部の中性
子エネルギー分布と下部の中性子エネルギー分布
が第3図に示すようにほぼ均一となり、燃料の軸
方向における出力分布が第4図に例示するように
平坦化される。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing only the improved water rod of a fuel assembly having an 8×8 square lattice arrangement according to the present invention, showing the hollow tube 1 made of Zircaloy-2 and its It consists of a beryllium tube 2 inserted inside over a certain length of the lower part. This water rod has a structure in which a beryllium tube 2, whose outer diameter is slightly smaller than the inner diameter of the hollow tube, is inserted into a hollow tube 1 manufactured by a normal process. The beryllium tube 2 has both ends tapered inside, is inserted into the lower 9/24 position of the hollow tube 1, and is fixed at the lower end by TIG welding or the like. The length of the tapered portions at both ends of the beryllium tube 2 is 1/24 or less of the total length, and functions to smoothly guide the cooling water flowing in from the lower part, and to prevent turbulence from occurring at the upper part when the internal flow path widens. This taper also serves to facilitate continuous variation of the neutron spectrum in the axial direction. Although the inner diameter of the beryllium tube 2 is uniform in the illustrated example, it may gradually widen from the bottom to the top.
Beryllium is less effective at moderating neutrons than water without air bubbles, and in terms of its effect on moderating neutrons, it exhibits the same properties as cooling water in the upper part of the reactor core, which contains air bubbles. As a result, the neutron energy distribution in the upper part of the reactor core and the neutron energy distribution in the lower part become approximately uniform as shown in FIG. 3, and the power distribution in the axial direction of the fuel is flattened as shown in FIG. 4.
第5図は本発明に係る9×9正方格子配列をも
つた燃料集合体の改良ウオーターロツドのみを示
す模式斜視図で、このウオーターロツドは通常の
燃料棒の9〜15本分の容積を占めており、上部
15/24ノード分がジルカロイ−2製の十字形中空
管10、下部9/24ノード分がベリリウム十字体
11からなる。ベリリウム十字体11は、第6お
よび7図に示すように、その十字の中央部に中空
管10内で冷却水が沸騰を起こさないような充分
な流量を確保するに足りる口径の冷却水流入孔1
2を有し、またその十字の腕の各々に補助的な冷
却水流入孔13を有している。これら5つの貫通
孔12,13は、好ましくはそれらの上下端部に
おいて徐々に広がるテーパを有すると共に各々下
部から上部に向つて徐々に口径が広がる形状を有
し、また中空管10内において十字体11が十字
腕の外側ほど高く中央部で低くなるように傾斜形
状をもつようにしてある。 FIG. 5 is a schematic perspective view showing only the improved water rod of a fuel assembly with a 9x9 square lattice arrangement according to the present invention, and this water rod has a volume equivalent to 9 to 15 normal fuel rods. occupies the top
The 15/24 nodes are made of a cross-shaped hollow tube 10 made of Zircaloy-2, and the lower 9/24 nodes are made of a beryllium cross 11. As shown in FIGS. 6 and 7, the beryllium cross 11 has a cooling water inlet in the center of the cross with a diameter sufficient to ensure a sufficient flow rate to prevent the cooling water from boiling within the hollow tube 10. Hole 1
2, and each of the arms of the cross has auxiliary cooling water inlet holes 13. These five through holes 12 and 13 preferably have a taper that gradually widens at their upper and lower ends, and each has a shape that gradually widens in diameter from the bottom to the top. The font 11 has an inclined shape such that it is higher toward the outside of the cross arm and lower toward the center.
この十字形ウオーターロツドを有する9×9配
列の燃料集合体においては、燃料集合体中にウオ
ーターロツドが占める割合燃料棒の9本分以上に
なるため、燃料下部における中性子エネルギーの
分布を上部のそれとほぼ等しい分布にすることが
容易であり、中性子スペクトルを燃料軸方向にお
いて更に均一にして燃料軸方向の出力分布を一層
平坦にすることが可能である。 In a 9 x 9 fuel assembly with cross-shaped water rods, the proportion of water rods in the fuel assembly is more than 9 fuel rods, so the distribution of neutron energy in the lower part of the fuel is It is easy to make the distribution approximately equal to that of the neutron spectrum, and it is possible to make the neutron spectrum more uniform in the fuel axis direction and to make the power distribution in the fuel axis direction even more flat.
以上に述べたように、本発明の沸騰水型原子炉
用燃料集合体によれば、下部12/24ノード以下に
おいて管内流路断面積が減少され、且つこの減少
分の管内空間がベリリウムによつて置換されたウ
オーターロツドを有するので、燃料の軸方向下部
での中性子減速作用を過剰にすることなく、燃料
軸方向出力分布の充分な平坦化を与えるに足りる
燃料軸方向上部の充分な中性子減速作用を選択的
に与えることが可能である。
As described above, according to the fuel assembly for a boiling water reactor of the present invention, the cross-sectional area of the pipe in the lower 12/24 nodes and below is reduced, and this reduced space in the pipe is filled with beryllium. With the water rods displaced by the fuel, there are enough neutrons in the upper axial portion of the fuel to provide sufficient flattening of the fuel axial power distribution without excessive neutron moderation in the lower axial portion of the fuel. It is possible to selectively apply a deceleration effect.
第1図は本発明の一実施例に係る沸騰水型原子
炉用燃料集合体のウオーターロツドを示す模式断
面図、第2図は従来の燃料の軸方向ボイド率分布
を示す線図、第3図は本発明と従来例との軸方向
における平均中性子エネルギーの比較を示す線
図、第4図は本発明と従来例との軸方向における
出力分布の比較を示す線図、第5図は本発明の別
の実施例に係る沸騰水型原子炉用燃料集合体のウ
オーターロツドを示す模式斜視図、第6図は第5
図A−A線矢視断面図、第7図は第5図B−B線
矢視断面図である。
1……ウオーターロツド本体中空管、2……ベ
リリウム管、10……十字形中空管、11……ベ
リリウム十字体、12,13……冷却水流入孔。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a water rod of a fuel assembly for a boiling water reactor according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing the axial void fraction distribution of conventional fuel, and FIG. Figure 3 is a diagram showing a comparison of the average neutron energy in the axial direction between the present invention and the conventional example, Figure 4 is a diagram showing a comparison of the power distribution in the axial direction between the present invention and the conventional example, and Figure 5 is a diagram showing a comparison of the power distribution in the axial direction between the present invention and the conventional example. FIG. 6 is a schematic perspective view showing a water rod of a fuel assembly for a boiling water reactor according to another embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line B--B in FIG. 5. 1...Water rod main body hollow tube, 2...Beryllium tube, 10...Cross-shaped hollow tube, 11...Beryllium cross shape, 12, 13...Cooling water inflow hole.
Claims (1)
積が減少され、且つこの減少分の管内空間がベリ
リウムによつて置換されているウオーターロツド
を有することを特徴とする沸騰水型原子炉用燃料
集合体。 2 下部12/24ノード以下において管内に肉厚の
ベリリウム管が配置されていることを特徴とする
特許請求の範囲第1項に記載の沸騰水型原子炉用
燃料集合体。 3 ベリリウム管の両端の内側に1/24ノード分
のテーパが付与されていることを特徴とする特許
請求の範囲第2項に記載の沸騰水型原子炉用燃料
集合体。 4 ベリリウム管の内孔径が上部へ向つて徐々に
広げられていることを特徴とする特許請求の範囲
第2項に記載の沸騰水型原子炉用燃料集合体。 5 9×9正方格子状の燃料棒配列を有し、前記
ウオーターロツドが、通常燃料棒の9本分に相当
する十字形の横断面外周形状を有する上部ジルカ
ロイ−2中空管と同一横断面外周形状の下部ベリ
リウム十字体とを12/24ノード近辺で接続したも
のからなり、下部ベリリウム十字体の中央に前記
中空管内に通じる冷却水流入孔が貫通して設けら
れていることを特徴とする特許請求の範囲第1項
に記載の沸騰水型原子炉用燃料集合体。 6 前記冷却水流入孔の上端が上方へ向つて徐々
に広げられていることを特徴とする特許請求の範
囲第5項に記載の沸騰水型原子炉用燃料集合体。[Claims] 1. A boiling tube characterized by having a water rod in which the cross-sectional area of the pipe is reduced below the lower 12/24 nodes, and the reduced space in the pipe is replaced by beryllium. Fuel assembly for water reactors. 2. The fuel assembly for a boiling water reactor according to claim 1, wherein a thick-walled beryllium tube is disposed inside the tube below the lower 12/24 nodes. 3. The fuel assembly for a boiling water reactor according to claim 2, wherein the beryllium tube has a taper of 1/24 node on the inside of both ends thereof. 4. The fuel assembly for a boiling water reactor according to claim 2, wherein the inner diameter of the beryllium tube gradually increases toward the top. 5 It has a fuel rod arrangement in the form of a 9x9 square lattice, and the water rods have the same cross section as the upper Zircaloy-2 hollow tube, which has a cross-shaped cross-sectional outer circumferential shape corresponding to nine fuel rods. It consists of a lower beryllium cross in the shape of a surface outer periphery connected near the 12/24 node, and a cooling water inflow hole leading into the hollow tube is provided in the center of the lower beryllium cross. A fuel assembly for a boiling water nuclear reactor according to claim 1. 6. The fuel assembly for a boiling water reactor according to claim 5, wherein the upper end of the cooling water inlet hole is gradually widened upward.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61053562A JPS62211583A (en) | 1986-03-13 | 1986-03-13 | Fuel aggregate for boiling water type reactor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61053562A JPS62211583A (en) | 1986-03-13 | 1986-03-13 | Fuel aggregate for boiling water type reactor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62211583A JPS62211583A (en) | 1987-09-17 |
| JPH052197B2 true JPH052197B2 (en) | 1993-01-11 |
Family
ID=12946256
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61053562A Granted JPS62211583A (en) | 1986-03-13 | 1986-03-13 | Fuel aggregate for boiling water type reactor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62211583A (en) |
-
1986
- 1986-03-13 JP JP61053562A patent/JPS62211583A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62211583A (en) | 1987-09-17 |
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