[go: up one dir, main page]

JP2000098074A - Nuclear reactor core, its operation method, and fuel assembly - Google Patents

Nuclear reactor core, its operation method, and fuel assembly

Info

Publication number
JP2000098074A
JP2000098074A JP10270796A JP27079698A JP2000098074A JP 2000098074 A JP2000098074 A JP 2000098074A JP 10270796 A JP10270796 A JP 10270796A JP 27079698 A JP27079698 A JP 27079698A JP 2000098074 A JP2000098074 A JP 2000098074A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel
fuel assembly
cycle
burnable poison
reactor core
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.)
Granted
Application number
JP10270796A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3960572B2 (en
Inventor
Yamato Hayashi
大和 林
Noriyuki Yoshida
紀之 吉田
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 JP27079698A priority Critical patent/JP3960572B2/en
Publication of JP2000098074A publication Critical patent/JP2000098074A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3960572B2 publication Critical patent/JP3960572B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

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

(57)【要約】 【課題】 燃料経済性や運転制御性を損なうことなく、
出力ピーキングを低減して、炉心熱特性の良好な原子炉
炉心を得る。 【解決手段】 原子炉炉心を構成する燃料集合体は、可
燃性毒物が第1の燃焼サイクル期間の終了時にほぼ燃え
尽きる程度に設定される第1の燃料集合体から構成され
る燃料集合体グループAと、可燃性毒物が第1の燃料サ
イクル以降の次サイクルまで燃え残る程度に設定される
第2の燃料集合体から構成される燃料集合体グループB
とからなり、各燃料集合体グループは少なくとも第1サ
イクル目の燃料集合体と第2サイクル目の燃料集合体と
を含有し、第2の燃料集合体1体に含まれる可燃性毒物
入り燃料棒の本数は第1の燃料集合体のそれより少なく
設定され、第2の燃料集合体に初装荷時に含まれる可燃
性毒物の濃度は第1の燃料集合体のそれの1.2倍以上に
設定される。
(57) [Abstract] [Problem] Without impairing fuel economy and operation controllability,
Power peaking is reduced to obtain a reactor core having good core thermal characteristics. SOLUTION: A fuel assembly constituting a nuclear reactor core includes a fuel assembly group A including a first fuel assembly set such that burnable poison is substantially burned out at the end of a first combustion cycle period. And a fuel assembly group B including a second fuel assembly set to such an extent that the burnable poison remains unburned until the next cycle after the first fuel cycle.
Each fuel assembly group includes at least a fuel assembly in a first cycle and a fuel assembly in a second cycle, and includes a fuel rod containing a burnable poison contained in one second fuel assembly. Is set to be smaller than that of the first fuel assembly, and the concentration of the burnable poison contained in the second fuel assembly at the time of initial loading is set to be 1.2 times or more that of the first fuel assembly. .

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、沸騰水型原子炉の
燃料集合体と、これを装荷した原子炉炉心に係り、特に
高燃焼度燃料で構成された原子炉炉心に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel assembly for a boiling water reactor and a reactor core loaded with the fuel assembly, and more particularly to a reactor core made of high burnup fuel.

【0002】[0002]

【従来の技術】沸騰水型原子炉の燃料集合体では、燃焼
初期における過剰な反応度を抑制するために、可燃性毒
物としてガドリニア(Gd2O3)を用いている。ガドリニ
アは燃焼と共に急速に燃え尽きるので、燃料集合体の無
限増倍率は、燃焼初期においては増加し、ガドリニアが
燃え尽きるころにピークを迎え、以降は燃焼の進行に従
って減少する。ただし、ガドリニアがほとんど燃え尽き
たあとも、ガドリニウム(Gd)同位体の一部は平衡状態
となり、以降の燃焼期間中一定の反応度ロスとして作用
する。これを残留ガドリニア反応度という。
2. Description of the Related Art In a fuel assembly of a boiling water reactor, gadolinia (Gd 2 O 3 ) is used as a burnable poison in order to suppress excessive reactivity in the early stage of combustion. Since gadolinia burns out rapidly with combustion, the infinite multiplication factor of the fuel assembly increases in the early stage of combustion, reaches a peak when the gadolinia burns out, and thereafter decreases as the combustion progresses. However, even after gadolinia is almost burned out, some gadolinium (Gd) isotopes remain in equilibrium and act as a constant loss of reactivity during the subsequent combustion period. This is called residual gadolinia reactivity.

【0003】燃料集合体はガドリニアを添加した燃料棒
(ガドリニア燃料棒)とその他の燃料棒により構成され
るが、例えば特許第2577367号公報に記載された発明に
代表されるように、ガドリニア燃料棒の配置具合によ
り、ガドリニアの燃え尽きる期間を遅らせる方法が知ら
れている。
A fuel assembly is composed of fuel rods containing gadolinia (gadolinia fuel rods) and other fuel rods. For example, as shown in the invention described in Japanese Patent No. 2577367, gadolinia fuel rods are used. There is known a method of delaying the gadolinia burnout period depending on the arrangement of the gadolinia.

【0004】従来の燃料集合体においては、サイクル終
了時にガドリニアが燃え尽きるように、その初期濃度を
設定するのが一般的である。これはサイクル終了時にガ
ドリニアが残っていると反応度をロスすることになるか
らである。また、ガドリニア燃料棒本数は運転サイクル
を通じて余剰反応度を一定にするように決めるが、この
ようにすると、燃焼度の異なる燃料集合体で炉心を構成
したときに、運転サイクルを通じて余剰反応度を一定に
することが容易だからである。なお、ガドリニア燃料棒
本数の異なる2種類の燃料集合体を用意して、運転期間
の変動に応じて、各々の装荷割合を調節することによ
り、運転サイクル中の余剰反応度を一定に保つ方法が知
られている。この場合でも、各々の燃料集合体のガドリ
ニア濃度は第1サイクル終了時に、ほぼ燃え尽きるよう
にしてある。
[0004] In a conventional fuel assembly, it is general to set an initial concentration of gadolinia so that gadolinia burns out at the end of a cycle. This is because if gadolinia remains at the end of the cycle, the reactivity will be lost. In addition, the number of gadolinia fuel rods is determined so that the excess reactivity is constant throughout the operation cycle.In this case, when the core is composed of fuel assemblies having different burnups, the excess reactivity is constant throughout the operation cycle. This is because it is easy to A method of preparing two types of fuel assemblies with different numbers of gadolinia fuel rods and adjusting the loading ratio according to the fluctuation of the operation period to keep the excess reactivity during the operation cycle constant. Are known. Also in this case, the gadolinia concentration of each fuel assembly is almost burned out at the end of the first cycle.

【0005】沸騰水型原子炉の炉心を構成する燃料集合
体は、一般に、炉内滞在期間(炉内滞在サイクル数)の
異なる複数のグループに分けられる。同じグループ同志
の燃料集合体を隣接させると、出力ピーキングが生じ易
いので、通常の炉心では可能な限り同じグループの燃料
集合体を隣接しないように分散して配置する。ただし、
初装荷炉心においては、燃料集合体の炉内滞在期間は全
て同じであるが、初期ウラン濃縮度の異なるグループに
分けられ、同様に分散配置される。通常運転時に使用す
る制御棒の周囲4体の燃料集合体は、燃焼の進んだ燃料
集合体で構成され、これをコントロールセルという。一
般に、炉心最外周およびコントロールセル周辺では、出
力ピーキングは小さくなり、逆にそれ以外のところで出
力ピーキングは大きくなる。
[0005] The fuel assemblies constituting the core of a boiling water reactor are generally divided into a plurality of groups having different periods of stay in the reactor (the number of cycles in the reactor). When the fuel assemblies of the same group are adjacent to each other, power peaking is likely to occur. Therefore, in a normal core, the fuel assemblies of the same group are dispersed and arranged so as not to be adjacent to each other as much as possible. However,
In the initially loaded core, all the fuel assemblies stay in the furnace for the same period, but are divided into groups having different initial uranium enrichments and are similarly dispersed. The four fuel assemblies around the control rod used during normal operation are composed of burned fuel assemblies, and are called control cells. In general, the power peaking becomes smaller at the outermost periphery of the core and around the control cell, and conversely, the power peaking becomes larger at other places.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】近年、沸騰水型原子炉
における燃料経済性の向上と、使用済み燃料体数の削減
を目的として、1体の燃料集合体から取り出すエネルギ
ーを増大させる高燃焼度化が進められており、このた
め、1運転サイクルあたりの燃焼度増分(サイクル燃焼
度という。)は増加する傾向にある。サイクル燃焼度が
増加すると、炉内滞在サイクル数の異なる燃料集合体グ
ループ間の無限増倍率の差は大きくなるので、出力ピー
キングを増加させる。これは熱特性の悪化を招き、高燃
焼度化の阻害要因となっている。
In recent years, a high burnup which increases energy extracted from a single fuel assembly for the purpose of improving fuel economy and reducing the number of spent fuel assemblies in a boiling water reactor. Therefore, the burn-up increment per operation cycle (referred to as cycle burn-up) tends to increase. When the cycle burn-up increases, the difference in the infinite multiplication factor between the fuel assembly groups having different numbers of in-furnace cycles is increased, so that the output peaking is increased. This leads to deterioration of the thermal characteristics, and is a hindrance factor for increasing the burnup.

【0007】また、炉心の燃料経済性を向上させるため
の方策として、最も無限増倍率の小さい燃料集合体グル
ープを炉心最外周に配置する低漏洩型の原子炉が知られ
ている。しかし、低漏洩型の原子炉においては、炉心中
央部でグループ毎の燃料集合体数のバランスが崩れるの
で、無限増倍率の高いグループの燃料集合体同志が隣接
せざるを得なくなる場合があり、これにより径方向出力
ピーキングが生じる。よって、従来は炉内の燃料集合体
の配置を上述の低漏洩型とすることができず、このこと
が燃料経済性向上の阻害要因となっている。
Further, as a measure for improving the fuel economy of the core, a low-leakage reactor in which a fuel assembly group having the smallest infinite multiplication factor is arranged at the outermost periphery of the core is known. However, in low-leakage reactors, the balance of the number of fuel assemblies in each group is disrupted in the center of the core, so that fuel assemblies in groups with a high infinite multiplication factor must be adjacent to each other, This results in radial output peaking. Therefore, conventionally, the arrangement of the fuel assemblies in the furnace cannot be the above-described low-leakage type, and this is a hindrance to improving fuel economy.

【0008】次に、熱特性の悪化について説明する。一
般に、第1サイクル目燃料の無限増倍率はサイクル初期
から末期にかけて増加する。そして第2サイクル目燃料
の無限増倍率はサイクル初期から末期にかけて減少す
る。よって、サイクル初期においては、無限増倍率の大
きい第2サイクル目燃料に出力ピーキングが生じて熱特
性が悪くなる。逆にサイクル後期になると、第1サイク
ル目燃料に出力ピーキングが生じて熱特性が悪くなる。
Next, the deterioration of the thermal characteristics will be described. Generally, the infinite multiplication factor of the fuel in the first cycle increases from the beginning to the end of the cycle. The infinite multiplication factor of the fuel in the second cycle decreases from the beginning to the end of the cycle. Therefore, at the beginning of the cycle, output peaking occurs in the fuel in the second cycle having a large infinite multiplication factor, and the thermal characteristics deteriorate. Conversely, in the latter half of the cycle, output peaking occurs in the fuel in the first cycle, resulting in poor thermal characteristics.

【0009】熱特性の一例である線出力密度は、その値
が大きいほど安全余裕が小さい。一般に、燃料の線出力
密度が通常最も大きくなるのは、サイクル後期における
第1サイクル目燃料である。また、限界出力比の値が小
さいほど安全余裕は小さい。一般に、限界出力比が通常
最も小さいのは、第2サイクル目燃料においてサイクル
初期の期間であり、その期間は全サイクル期間の20%程
度である。したがって、この期間の出力ピーキングが特
に問題となる。
As for the linear output density, which is an example of thermal characteristics, the larger the value, the smaller the safety margin. Generally, the fuel having the highest linear power density is the fuel in the first cycle in the second half of the cycle. Also, the smaller the value of the limit power ratio, the smaller the safety margin. Generally, the minimum power ratio is usually the smallest in the early cycle of the second cycle fuel, which is about 20% of the entire cycle. Therefore, output peaking during this period is particularly problematic.

【0010】ところで、ガドリニアの初期濃度を高めて
第1サイクル終了後の次サイクルまで燃え残るように設
定すると、無限増倍率のピークが燃焼度の進んだ側にず
れると共に、ピークの最大値が小さくなる。このため、
炉内滞在サイクル数の異なる燃料集合体間の無限増倍率
の差は小さくなり、出力ピーキングを小さくすることが
できる。特に上述した限界出力比を改善するためには、
ガドリニアがサイクル期間の1.2倍以上燃え残るよう
に、その濃度を高めればよい。また、線出力密度を改善
するには、ガドリニア濃度が高いほどよい。
If the initial concentration of gadolinia is increased so that the gadolinia remains unburned until the next cycle after the end of the first cycle, the peak of the infinite multiplication factor shifts to the side where the burnup advances, and the maximum value of the peak decreases. Become. For this reason,
The difference in the infinite multiplication factor between the fuel assemblies having different numbers of cycles in the furnace becomes smaller, and the power peaking can be reduced. In particular, in order to improve the above-mentioned limit power ratio,
The concentration may be increased so that gadolinia remains unburned at least 1.2 times the cycle period. In order to improve the linear output density, the higher the gadolinia density, the better.

【0011】しかしこの場合には2つの問題が併せて発
生する。1つは、サイクル末期で燃え残ったガドリニア
による反応度ロスによって、燃料経済性が悪くなること
である。もう1つは、余剰反応度が運転サイクルを通じ
て一定とならず、運転制御性が悪化することである。例
えば、特開昭62−106391号公報に記載された燃料集合体
においては、燃料集合体内の一部のガドリニア濃度を高
めることによって、余剰反応度を一定に保てることが示
されている。しかしこの場合でもガドリニアによる反応
度ロスの発生が問題として残ることとなる。
However, in this case, two problems occur together. One is that fuel economy is deteriorated due to reactivity loss due to gadolinia remaining at the end of the cycle. The other is that the excess reactivity is not constant throughout the operation cycle, and the operation controllability deteriorates. For example, in the fuel assembly described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-106391, it is shown that the excess reactivity can be kept constant by increasing the gadolinia concentration in a part of the fuel assembly. However, even in this case, the occurrence of reactivity loss due to gadolinia remains as a problem.

【0012】本発明はこうした事情に鑑みなされたもの
であり、燃料集合体の高燃焼度化のために、燃料経済性
や運転制御性を損なうことなく、出力ピーキングを低減
して、炉心熱特性の良好な原子炉炉心を提供することを
目的とする。
The present invention has been made in view of these circumstances, and has been made to reduce the power peaking without impairing the fuel economy and operation controllability to increase the burnup of the fuel assembly, and to reduce the core thermal characteristics. The purpose of the present invention is to provide a good reactor core.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の請求項1記載の発明は、内部に燃料要素を
含む燃料棒および内部を冷却材が流通するウォータロッ
ドを包含する燃料集合体を複数装荷して構成され、運転
期間が複数の燃料サイクル期間によりなる原子炉炉心に
おいて、この原子炉炉心を構成する燃料集合体は、
(A)可燃性毒物が第1の燃焼サイクル期間の終了時に
ほぼ燃え尽きる程度に設定される第1の燃料集合体から
構成される第1の燃料集合体グループ、(B)可燃性毒
物が第1の燃料サイクル以降の次サイクルまで燃え残る
程度に設定される第2の燃料集合体から構成される第2
の燃料集合体グループ、の少なくとも2つのグループか
らなり、各燃料集合体グループは少なくとも第1サイク
ル目の燃料集合体と第2サイクル目の燃料集合体とを含
有し、かつ第2の燃料集合体1体に含まれる可燃性毒物
入り燃料棒の本数は第1の燃料集合体1体に含まれる可
燃性毒物入り燃料棒の本数より少なく設定され、さらに
第2の燃料集合体に初装荷時に含まれる可燃性毒物の濃
度は、第1の燃料集合体に初装荷時に含まれる可燃性毒
物の濃度の1.2倍以上に設定されることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 of the present invention provides a fuel assembly including a fuel rod having a fuel element therein and a water rod through which a coolant flows. In a reactor core that is configured by loading a plurality of bodies and the operation period is a plurality of fuel cycle periods, a fuel assembly that constitutes the reactor core includes:
(A) a first fuel assembly group consisting of a first fuel assembly set to such an extent that the burnable poison is substantially burned out at the end of the first combustion cycle period, and (B) the first burnable poison is a first fuel assembly group. A second fuel assembly that is set to an extent that it remains unburned until the next cycle after the first fuel cycle
Each of the fuel assembly groups includes at least a first cycle fuel assembly and a second cycle fuel assembly, and a second fuel assembly. The number of burnable poison-containing fuel rods included in one fuel assembly is set smaller than the number of burnable poison-containing fuel rods included in one first fuel assembly, and the number of burnable poisonous fuel rods included in the second fuel assembly at the time of first loading is further reduced. The concentration of the burnable poison is set to be at least 1.2 times the concentration of the burnable poison contained in the first fuel assembly when initially loaded.

【0014】この構成によれば、第2の燃料集合体グル
ープにおいては、可燃性毒物がサイクル期間の1.2倍以
上の間燃え残る。したがって、サイクル初期における限
界出力比と、サイクル後期における線出力密度を改善す
ることができる。また第1の燃料集合体グループに属す
る燃料集合体については、炉内で、無限増倍率の異なる
第2の燃料集合体グループに属する燃料集合体と混在さ
せて配置することにより、出力を分散させる効果が得ら
れるので、熱特性を改善することができる。一方、第2
の燃料集合体グループによる燃え残った可燃性毒物によ
る反応度ロスと、運転サイクル期間を通じての余剰反応
度への影響は、第1の燃料集合体グループが存在するこ
とで炉心全体で緩和されて小さくなる。また、第2の燃
料集合体に含まれる可燃性毒物入り燃料棒の本数を、第
1の燃料集合体のそれよりも少なく設定することで、可
燃性毒物総量を減らし、残留する可燃性毒物による反応
度ロスを低減することができる。
According to this configuration, in the second fuel assembly group, the burnable poison remains unburned for at least 1.2 times the cycle period. Therefore, it is possible to improve the limit output ratio at the beginning of the cycle and the linear output density at the end of the cycle. Further, the output of the fuel assemblies belonging to the first fuel assembly group is dispersed by arranging the fuel assemblies in the furnace together with the fuel assemblies belonging to the second fuel assembly group having different infinite multiplication factors. Since the effect is obtained, the thermal characteristics can be improved. On the other hand, the second
The reactivity loss due to the burnable poison remaining by the fuel assembly group and the effect on the excess reactivity throughout the operation cycle period are alleviated by the presence of the first fuel assembly group and are reduced by the entire core. Become. Further, by setting the number of the fuel rods containing the burnable poison contained in the second fuel assembly to be smaller than that of the first fuel assembly, the total amount of the burnable poison is reduced, and the remaining burnable poison is reduced. Reactivity loss can be reduced.

【0015】さらに、請求項2記載の発明は、請求項1
記載の原子炉炉心において、第2の燃料集合体では、燃
料集合体の最外周部およびウォータロッドに隣接する位
置には可燃性毒物を含有しない燃料棒が配置され、かつ
少なくとも2つの可燃性毒物入り燃料棒は互いに隣接し
て配置されることを特徴とする。この構成により、可燃
性毒物が効果的に燃え残るので、可燃性毒物の総量を低
減することが可能となり、残留する可燃性毒物による反
応度ロスを低減できる。
Further, the invention according to claim 2 is the same as the invention according to claim 1.
In the nuclear reactor core described above, in the second fuel assembly, a fuel rod containing no burnable poison is disposed at a position adjacent to the outermost periphery of the fuel assembly and the water rod, and at least two burnable poisons are provided. The fuel rods are preferably arranged adjacent to each other. With this configuration, the burnable poison remains burnt effectively, so that the total amount of the burnable poison can be reduced, and the reactivity loss due to the remaining burnable poison can be reduced.

【0016】また、請求項3記載の発明は、請求項1記
載の原子炉炉心において、第2の燃料集合体のウラン濃
縮度は第1の燃料集合体のウラン濃縮度より高く設定さ
れることを特徴とする。これにより、第2の燃料集合体
グループに起因する残留可燃性毒物による反応度ロスを
補うことができる。
According to a third aspect of the present invention, in the reactor core of the first aspect, the uranium enrichment of the second fuel assembly is set higher than the uranium enrichment of the first fuel assembly. It is characterized by. Thereby, the reactivity loss due to the residual burnable poison caused by the second fuel assembly group can be compensated.

【0017】また、請求項4記載の発明は、請求項1記
載の原子炉炉心において、第2の燃料集合体グループに
属する燃料集合体は炉心最外周とコントロールセルを除
く位置に配置され、かつ第2の燃料集合体グループに属
する燃料集合体の体数は原子炉炉心の全ての燃料集合体
の体数の20%以下に設定されることを特徴とする。炉心
最外周とコントロールセルはもともと出力ピーキングが
低いので、当該位置を除いた出力ピーキングの高い位置
に可燃性毒物を配置することでより有効な効果を得るこ
とができる。また、炉心最外周部以外またはコントロー
ルセル以外の場所で、4体の燃料集合体からなるセルに
必ず第2の燃料集合体グループに属する燃料集合体を1
体配置すると、その体数比率は炉心全体数の20%程度に
なり、このときにほぼ最大の出力ピーキング低減効果が
得られる。これ以上の装荷は、可燃性毒物の燃え残りに
よる反応度ロスを増大するという悪影響の方が大きいと
想定される。
According to a fourth aspect of the present invention, in the reactor core of the first aspect, the fuel assemblies belonging to the second fuel assembly group are arranged at positions other than the outermost periphery of the core and the control cells, and The number of fuel assemblies belonging to the second fuel assembly group is set to 20% or less of the number of all fuel assemblies in the reactor core. Since the power peaking of the outermost periphery of the core and the control cell is originally low, a more effective effect can be obtained by arranging the burnable poison at a position where the power peaking is high excluding this position. Also, at a location other than the outermost periphery of the core or a location other than the control cell, a fuel assembly belonging to the second fuel assembly group is always added to a cell composed of four fuel assemblies.
When the bodies are arranged, the ratio of the number of bodies becomes about 20% of the total number of the cores, and at this time, an almost maximum power peaking reduction effect is obtained. It is assumed that loading more than this has a greater adverse effect of increasing reactivity loss due to unburned burnable poisons.

【0018】また、請求項5記載の発明は、請求項1記
載の原子炉炉心において、原子炉炉心の反応を制御する
制御棒を中心として4体の燃料集合体で構成されるセル
として、炉心最外周に位置せずかつコントロールセルに
隣接しないセルであって、セル内に第1サイクル目の燃
料集合体が少なくとも2体配置される場合または第2サ
イクル目の燃料集合体が少なくとも2体配置される場合
の何れかのときに、当該セル内に第2の燃料集合体グル
ープに属する燃料集合体が配置されることを特徴とす
る。この構成により、炉心最外周のセルまたはコントロ
ールセルに隣接するセルにおいては、第1サイクル目の
燃料集合体が2体以上である場合、または第2サイクル
目燃料集合体が2体以上である場合でも、制御棒の反応
度価値がそれほど大きくならない。よってかかる位置以
外のセル内に可燃性毒物を配置することで、より有効な
効果を得ることができる。また、かかる位置以外のセル
を構成する4体の燃料集合体の中心に配置される制御棒
は、その反応度価値が大きくなる。しかし第2の燃料集
合体グループに属する燃料集合体によれば、可燃性毒物
が燃え残っているために、かかる制御棒の反応度価値を
小さくすることによって、炉停止余裕を改善することが
できる。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the nuclear reactor core according to the first aspect, wherein the fuel cell includes four fuel assemblies centered on control rods for controlling the reaction of the reactor core. A cell which is not located at the outermost periphery and which is not adjacent to the control cell, wherein at least two fuel assemblies in the first cycle are arranged in the cell, or at least two fuel assemblies in the second cycle are arranged in the cell. In any of the cases, a fuel assembly belonging to the second fuel assembly group is arranged in the cell. With this configuration, in a cell adjacent to the outermost core cell or the control cell, the number of fuel assemblies in the first cycle is two or more, or the number of fuel assemblies in the second cycle is two or more. However, the reactivity value of the control rod is not so great. Therefore, more effective effects can be obtained by arranging the burnable poison in a cell other than the position. In addition, the control rod disposed at the center of the four fuel assemblies constituting the cell other than the position has a higher reactivity value. However, according to the fuel assemblies belonging to the second fuel assembly group, since the burnable poison remains unburned, the reactivity stop value of the control rod is reduced, so that the reactor shutdown margin can be improved. .

【0019】また、請求項6記載の発明は、請求項1記
載の原子炉炉心において、第1の燃料集合体グループお
よび第2の燃料集合体グループに加えて、(C) 可燃
性毒物が第1の燃焼サイクル期間の途中で燃え尽きる程
度に設定される第3の燃料集合体から構成される第3の
燃料集合体グループの少なくとも3つのグループからな
り、第3の燃料集合体グループはコントロールセルに隣
接して配置されることを特徴とする。第3の燃料集合体
の無限増倍率の最大値は、第1の燃料集合体グループよ
りも大きくなる。一方、コントロールセル周辺の出力ピ
ーキングは低いので、この構成により、第3の燃料集合
体グループに属する燃料集合体によって出力ピーキング
を増加すれば、炉心全体の出力バランスが変えることに
より、他の場所の高い出力ピーキングを低減することが
できる。また、第2の燃料集合体グループに起因する燃
え残りの可燃性毒物による反応度ロスを補うことができ
る。
According to a sixth aspect of the present invention, in the reactor core of the first aspect, in addition to the first fuel assembly group and the second fuel assembly group, (C) a burnable poison is added to the first fuel assembly group and the second fuel assembly group. The third fuel assembly group includes at least three third fuel assembly groups each including a third fuel assembly that is set to the extent that it burns out in the middle of one combustion cycle period, and the third fuel assembly group serves as a control cell. It is characterized by being arranged adjacently. The maximum value of the infinite multiplication factor of the third fuel assembly is larger than that of the first fuel assembly group. On the other hand, since the power peaking around the control cell is low, by this configuration, if the power peaking is increased by the fuel assemblies belonging to the third fuel assembly group, the power balance of the whole core is changed, so that the power elsewhere is controlled. High output peaking can be reduced. Further, it is possible to compensate for the reactivity loss caused by the unburned burnable poison caused by the second fuel assembly group.

【0020】また、請求項7記載の発明は、請求項1記
載の原子炉炉心の運転方法に関するものであり、燃料サ
イクル期間の末期に燃料交換を行う際に、まず第2の燃
料集合体グループに属する燃料集合体を取出し、次に第
1の燃料集合体グループに属する燃料集合体を取出すこ
とを特徴とする。かかる方法が有効であるのは、第2の
燃料集合体に属する燃料集合体は、残留する可燃性毒物
による反応度が大きいため、これを先に取出した方が余
剰反応度は大きくなる。
[0020] The invention according to claim 7 relates to the method of operating a nuclear reactor core according to claim 1, and when refueling is performed at the end of a fuel cycle period, first, the second fuel assembly group is used. And extracting fuel assemblies belonging to the first fuel assembly group. This method is effective because the fuel assemblies belonging to the second fuel assembly have a high reactivity due to the remaining burnable poison, and the excess reactivity increases when the fuel assemblies are taken out first.

【0021】また、請求項1記載の発明においては、上
述した以外の構成のほかに、さらに以下のような構成を
追加して実施することが好適である。第1に、互いに炉
内滞在期間がほぼ同じであるような、第1の燃料集合体
グループに属する燃料集合体と第2の燃料集合体グルー
プに属する燃料集合体とが、隣接して配置されるのが好
適である。この2者の燃料集合体では、炉内滞在期間が
同じであっても、無限増倍率が異なるので、隣接して配
置しても出力ピーキングを生じないためである。第2
に、第2の燃料集合体グループに属する燃料集合体に隣
接する4体の燃料集合体のうち、少なくとも2体が第1
サイクル目または第2サイクル目の燃料集合体であるよ
うに配置されるのが好適である。第1または第2サイク
ル目の燃料集合体を集中させる配置では出力ピーキング
が生じ易いので、かかる位置に燃料集合体グループに属
する燃料集合体を配置すれば、出力ピーキングを低減す
る効果が大きくなる。
In the first aspect of the present invention, it is preferable to implement the following configuration in addition to the configuration other than the above. First, the fuel assemblies belonging to the first fuel assembly group and the fuel assemblies belonging to the second fuel assembly group are arranged adjacent to each other such that their in-furnace stay periods are substantially the same. It is preferred that This is because, even if the two fuel assemblies have the same in-furnace stay period, the infinite multiplication factors are different, so that output peaking does not occur even if they are arranged adjacently. Second
At least two of the four fuel assemblies adjacent to the fuel assemblies belonging to the second fuel assembly group
Preferably, it is arranged to be a fuel assembly in a cycle or a second cycle. Since the output peaking is likely to occur in the arrangement in which the fuel assemblies in the first or second cycle are concentrated, if the fuel assemblies belonging to the fuel assembly group are arranged at such positions, the effect of reducing the output peaking is increased.

【0022】また、請求項8記載の発明は、運転期間が
複数の燃料サイクル期間によりなる原子炉炉心に装荷さ
れ内部に可燃性毒物を含む燃料要素を包含する燃料集合
体において、可燃性毒物は第1の燃料サイクル以降の次
サイクルまで燃え残る程度に設定され、この燃料集合体
の最外周部およびウォータロッドに隣接する位置には可
燃性毒物を含有しない燃料棒が配置され、かつ少なくと
も2つの可燃性毒物入り燃料棒は互いに隣接して配置さ
れることを特徴とする。この構成により、可燃性毒物が
効果的に燃え残るので、可燃性毒物の総量を減らすこと
で、残留する可燃性毒物による反応度ロスを低減するこ
とができる。
[0022] The invention according to claim 8 is a fuel assembly including a fuel element loaded in a reactor core having an operation period consisting of a plurality of fuel cycle periods and containing a burnable poison therein, wherein the burnable poison is At least two fuel rods containing no burnable poison are arranged at the outermost periphery of the fuel assembly and at a position adjacent to the water rod, so as to remain unburned until the next cycle after the first fuel cycle. The fuel rods containing burnable poisons are arranged adjacent to each other. With this configuration, the burnable poison remains unburned effectively, so that the loss of reactivity due to the remaining burnable poison can be reduced by reducing the total amount of the burnable poison.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】本発明の第1の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図1は本実施の形態におけ
る原子炉炉心の燃料配置を示す断面図である。この図は
1/4炉心を示しているが、本実施形態においては炉心
は1/4回転対称に燃料を配置することとする。図1に
示した炉心は、以下で詳述する異なる2種の燃料集合体
グループから構成されている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing a fuel arrangement of a nuclear reactor core according to the present embodiment. Although this figure shows a 1/4 core, in the present embodiment, it is assumed that the fuel is arranged in the core in a quarter rotational symmetry. The core shown in FIG. 1 is composed of two different fuel assembly groups described in detail below.

【0024】燃料集合体グループAは、ガドリニアが第
1サイクルの終了前に燃え尽きるように設定された燃料
集合体2から構成され、さらにその炉内滞在サイクル数
により4種類に分類される。図1では、燃料集合体グル
ープAのうち第1サイクル目の燃料をA1と表し、第2サ
イクル目、第3サイクル目、第4サイクル目の燃料をそ
れぞれA2,A3,A4と表している。また、燃料集合体グル
ープBは、第1サイクル終了後も次サイクル以降までガ
ドリニアが燃え残るように設定された燃料集合体3から
構成され、さらにその炉内滞在サイクル数により3種類
に分類される。つまり、燃料集合体3は燃料集合体2に
比べてガドリニア含有量が多く設定されている。燃料集
合体グループBの燃料集合体うち第1サイクル目、第2
サイクル目、第3サイクル目の燃料をそれぞれB1,B2,
B3と表している。
The fuel assembly group A is composed of a fuel assembly 2 set so that gadolinia burns out before the end of the first cycle, and is further classified into four types according to the number of cycles in the furnace. In FIG. 1, the fuel in the first cycle of the fuel assembly group A is represented by A1, and the fuels in the second, third, and fourth cycles are represented by A2, A3, and A4, respectively. Further, the fuel assembly group B is composed of the fuel assemblies 3 set so that gadolinia remains unburned even after the end of the first cycle until the next cycle, and is further classified into three types according to the number of cycles in the furnace. . That is, the gadolinia content of the fuel assembly 3 is set to be larger than that of the fuel assembly 2. First cycle, second cycle of fuel assemblies of fuel assembly group B
The fuel in the third and third cycles is B1, B2,
Expressed as B3.

【0025】図1において符号10で示される太線により
囲まれた部分はコントロールセルである。燃焼の進んだ
第3サイクル目、第4サイクル目の燃料集合体A3,A4に
より構成されている。図2は、これらの燃料集合体グル
ープA,Bを構成する燃料集合体2,3の無限増倍率の
燃焼変化を示すグラフである。実線4Aが燃料集合体2
(燃料集合体グループA)を、破線4Bが燃料集合体3
(燃料集合体グループB)を示している。また、d1,
d2は、それぞれ第1サイクル、第2サイクルの期間の
凡その範囲を示す。
In FIG. 1, a portion surrounded by a thick line indicated by reference numeral 10 is a control cell. It is composed of fuel assemblies A3 and A4 in the third and fourth cycles in which combustion has progressed. FIG. 2 is a graph showing a combustion change of the fuel assemblies 2 and 3 constituting the fuel assembly groups A and B at an infinite multiplication factor. Solid line 4A indicates fuel assembly 2
The broken line 4B indicates the fuel assembly 3 (the fuel assembly group A).
(Fuel assembly group B) is shown. Also, d1,
d2 indicates the approximate range of the first cycle and the second cycle, respectively.

【0026】燃料集合体グループAにおいては、燃料集
合体2のガドリニアが第1サイクル終了時に燃え尽きる
ので、実線4Aに示すように、無限増倍率は第1サイク
ル末期で最大となる。一方燃料集合体グループBにおい
ては、ガドリニアが次サイクル以降まで燃え残る。よっ
て、破線4Bに示すように、燃料集合体グループAと比
較すると、燃料集合体グループBの1サイクル目燃料B1
と2サイクル目燃料B2とでの無限増倍率の差は小さい。
すなわち、燃料集合体グループBにおいては、サイクル
初期の限界出力比とサイクル後期の線出力密度が改善さ
れる。また燃料集合体グループAについては、無限増倍
率の異なる燃料集合体グループBと混在して炉心を構成
することにより、出力を分散させる効果が得られるの
で、熱特性を改善することができる。
In the fuel assembly group A, since the gadolinia of the fuel assembly 2 burns out at the end of the first cycle, the infinite multiplication factor becomes maximum at the end of the first cycle as shown by the solid line 4A. On the other hand, in fuel assembly group B, gadolinia remains unburned until the next cycle. Therefore, as shown by the broken line 4B, when compared with the fuel assembly group A, the first cycle fuel B1
The difference between the infinite multiplication factor between the second cycle fuel B2 and the second cycle fuel B2 is small.
That is, in the fuel assembly group B, the limit power ratio at the beginning of the cycle and the linear power density at the end of the cycle are improved. The fuel assembly group A has the effect of dispersing the power by forming the core in a mixed manner with the fuel assembly group B having different infinite multiplication factors, so that the thermal characteristics can be improved.

【0027】図3および図4は、それぞれ燃料集合体グ
ループAおよびBを構成する燃料集合体2および3の燃
料棒配置の一例を示す断面図である。ここに示した燃料
集合体2,3は、ともにチャンネルボックス9内に燃料
棒7が10行10列に配置され、燃料棒7の総数は92本であ
る。また、中央部に内部を冷却材が流通するウォータロ
ッド8が2本配置される。図3においては、燃料棒7に
付された燃料棒番号のうち1,2,3はウラン燃料棒
を、G1,G2はガドリニア入りの燃料棒を示し、ともに燃
料棒番号が若いいほどウラン濃縮度が大きいことを示し
ている。図3に示す燃料集合体グループAの燃料棒72本
のうち16本をしめるガドリニア入り燃料棒G1のガドリニ
ア濃度は6wt%となっており、サイクル燃焼度が14GWd/
tの時点でほぼ燃え尽きるように設定されている。
FIGS. 3 and 4 are sectional views showing an example of the fuel rod arrangement of the fuel assemblies 2 and 3 constituting the fuel assembly groups A and B, respectively. In each of the fuel assemblies 2 and 3 shown here, the fuel rods 7 are arranged in the channel box 9 in 10 rows and 10 columns, and the total number of the fuel rods 7 is 92. Also, two water rods 8 through which a coolant flows are arranged in the center. In FIG. 3, among the fuel rod numbers assigned to the fuel rods 7, 1, 2 and 3 indicate uranium fuel rods, and G1 and G2 indicate fuel rods containing gadolinia. The degree is large. The gadolinia concentration of the gadolinia-containing fuel rod G1, which holds 16 of the 72 fuel rods of the fuel assembly group A shown in FIG. 3, is 6 wt%, and the cycle burnup is 14 GWd /
It is set to almost burn out at time t.

【0028】一方、図4においても燃料棒番号1,2,
3で示されるウラン燃料棒とG1,G2,G3で示されるガド
リニア入り燃料棒が併存している。図4に示す燃料集合
体グループBのガドリニア入り燃料棒のなかで最もガド
リニア濃度の高い燃料棒G1のガドリニア濃度は10wt%で
あり、燃料集合体グループAのガドリニア入り燃料棒G1
のガドリニア濃度(6wt%)の約1.7倍である。また、燃
料集合体グループAの燃料集合体内の平均ガドリニア濃
度は、燃料集合体グループBのそれに比べて1.2倍以上
に設定するのが好適である。
On the other hand, in FIG.
A uranium fuel rod indicated by 3 and a gadolinia-containing fuel rod indicated by G1, G2, and G3 coexist. Among the gadolinia-containing fuel rods of the fuel assembly group B shown in FIG. 4, the gadolinia concentration of the fuel rod G1 having the highest gadolinia concentration is 10 wt%, and the gadolinia-containing fuel rod G1 of the fuel assembly group A is 10 wt%.
Is about 1.7 times the gadolinia concentration (6 wt%). The average gadolinia concentration in the fuel assembly of the fuel assembly group A is preferably set to be 1.2 times or more as compared with that of the fuel assembly group B.

【0029】図4に示す燃料集合体グループBのガドリ
ニア入り燃料棒は16本であり、図3に示す燃料集合体グ
ループAのガドリニア入り燃料棒本数20本よりも少なく
設定したために、残留ガドリニア反応度ロスが低減され
る。また、図4に示す燃料集合体グループBのガドリニ
ア入り燃料棒16本は、最外周部以外およびウォーターロ
ッド周辺部以外に配置されており、かつこのうち12本は
互いに隣接して配置されている。これにより、ガドリニ
アを効果的に燃え残すことが可能となり、残留ガドリニ
ア反応度ロスが低減される。さらに、図4に示す燃料集
合体グループBの平均ウラン濃縮度は4.45%であり、図
3に示す燃料集合体グループAの平均ウラン濃縮度4.38
%よりも高く設定されている。これにより残留ガドリニ
ア反応度ロスを補うことができる。
The fuel assembly group B shown in FIG. 4 has 16 gadolinia-containing fuel rods, which is smaller than the fuel assembly group A shown in FIG. 3 having 20 gadolinia-containing fuel rods. The degree loss is reduced. Further, the 16 gadolinia-containing fuel rods of the fuel assembly group B shown in FIG. 4 are arranged other than the outermost periphery and the periphery of the water rod, and 12 of them are arranged adjacent to each other. . Thereby, gadolinia can be effectively left unburned, and residual gadolinia reactivity loss is reduced. Further, the average uranium enrichment of the fuel assembly group B shown in FIG. 4 is 4.45%, and the average uranium enrichment of the fuel assembly group A shown in FIG.
It is set higher than%. This makes it possible to compensate for the residual gadolinia reactivity loss.

【0030】本実施の形態の作用について、実証結果と
してグラフを参照して説明する。図5は、燃焼に伴う余
剰反応度の変化を示すグラフである。破線5Aは、燃料
集合体グループAを構成する燃料集合体2のみによって
炉心が構成された場合、すなわち図1におけるB1,B2,
B3をそれぞれA1,A2,A3で置き換えたときの余剰反応度
を示している。この場合の余剰反応度はサイクル期間中
ほぼ一定の値で、サイクル末期の反応度も足りている。
The operation of the present embodiment will be described with reference to a graph as a verification result. FIG. 5 is a graph showing a change in surplus reactivity accompanying combustion. The broken line 5A indicates the case where the core is constituted only by the fuel assemblies 2 constituting the fuel assembly group A, that is, B1, B2, B2 in FIG.
It shows the excess reactivity when B3 is replaced with A1, A2, and A3, respectively. The surplus reactivity in this case is a substantially constant value during the cycle period, and the reactivity at the end of the cycle is sufficient.

【0031】また図5の破線5Bは、逆に燃料集合体グ
ループBを構成する燃料集合体3のみによって炉心が構
成された場合の余剰反応度を示している。この場合は、
サイクル期間中に余剰反応度が大きく変化し、サイクル
末期で反応度が足りていない。図5の実線6は図1に示
す本実施の形態にかかる原子炉炉心1の余剰反応度を示
している。原子炉炉心1の全燃料集合体数368体のうち、
燃料集合体グループBに属するものは24体であり、その
全体に占める比率は7%以下となっている。このため、
炉心1の余剰反応度変化に与える燃料集合体グループB
の影響は、実線6で示すように、炉心全体で緩和されて
小さいものとなる。
The broken line 5B in FIG. 5 shows the excess reactivity when the core is constituted only by the fuel assemblies 3 constituting the fuel assembly group B. in this case,
The surplus reactivity greatly changes during the cycle period, and the reactivity is insufficient at the end of the cycle. A solid line 6 in FIG. 5 indicates the excess reactivity of the reactor core 1 according to the present embodiment shown in FIG. Out of 368 fuel assemblies in reactor core 1,
Twenty-four fuel assemblies belong to fuel assembly group B, accounting for 7% or less of the total. For this reason,
Fuel assembly group B for surplus reactivity change of reactor core 1
As shown by the solid line 6, the effect is reduced by the entire core and becomes small.

【0032】原子炉炉心1の座標を図1に示す(I,J)
で示すこととする。(I,J)=(11,9)位置にある燃
料集合体は、燃料集合体グループAの第2サイクル目燃
料A2である。また、それに制御棒11を介して隣接する
(11,10)位置にある燃料集合体は、燃料集合体グルー
プBの第2サイクル目燃料B2である。これらの隣接す
る燃料集合体A2とB2は、炉内滞在期間がほぼ同じで
あるが、無限増倍率が異なるので、出力ピーキングは発
生しない。(11,9)位置の燃料集合体A2に隣接する
4体の燃料集合体のうち、3体(A1,A1,B2)が第1サ
イクル目または第2サイクル目の燃料集合体である。こ
のような位置では出力ピーキングが発生し易いので、
(11,9)位置にある燃料集合体A2による出力ピーキン
グ低減効果も大きい。
FIG. 1 shows the coordinates of the reactor core 1 (I, J).
It will be shown by. The fuel assembly at the position (I, J) = (11, 9) is the second cycle fuel A2 of the fuel assembly group A. Further, the fuel assembly located at the position (11, 10) adjacent thereto via the control rod 11 is the second cycle fuel B2 of the fuel assembly group B. These adjacent fuel assemblies A2 and B2 have substantially the same stay period in the furnace, but have different infinite multiplication factors, so that no output peaking occurs. Of the four fuel assemblies adjacent to the fuel assembly A2 at the (11, 9) position, three (A1, A1, B2) are the fuel assemblies in the first cycle or the second cycle. Since output peaking is likely to occur in such a position,
The output peaking reduction effect by the fuel assembly A2 at the position (11, 9) is also large.

【0033】図1に示す制御棒11を中心として構成され
る4体の燃料集合体のうちには、第2サイクル目燃料集
合体が3体(A2,A2,B2)位置しており、上記(11,
9)位置の燃料集合体A2も含まれる。この燃料集合体A2
が存在するために、制御棒11の反応度価値は小さくな
り、炉停止余裕が改善される。また、原子炉を運転する
際には、炉心1において、各サイクル末期には、燃料集
合体グループBを燃料集合体グループAより優先して取
出すこととする。つまり、燃料集合体グループBを取出
した後に、燃料集合体グループAを取出すという、選択
的に2段階に分けて燃料交換のための取出しを行うこと
とする。これにより、残留ガドリニア反応度ロスを小さ
くすることができる。図6および図7は、それぞれ本実
施の形態における線出力密度および限界出力比を示すグ
ラフである。図6の実線12で示すように、本実施の形態
にかかる炉心1の線出力密度は、破線13で示される従来
の炉心の場合よりも、とくにサイクル中期において改善
されていることがわかる。同様に、図7の実線14で示す
ように、本実施の形態に係る炉心1の限界出力比も、破
線15で示される従来の場合よりも改善されており、特に
運転初期の運転サイクル期間の約20%の期間において改
善効果が大きいことがわかる。
Of the four fuel assemblies constituted around the control rod 11 shown in FIG. 1, three fuel assemblies (A2, A2, B2) in the second cycle are located. (11,
9) The fuel assembly A2 at the position is also included. This fuel assembly A2
, The reactivity value of the control rod 11 is reduced, and the furnace shutdown margin is improved. When operating the nuclear reactor, the fuel assembly group B is taken out of the fuel assembly group A at the end of each cycle in the core 1 in preference to the fuel assembly group A. In other words, after the fuel assembly group B is taken out, the fuel assembly group A is taken out, that is, taking out for refueling is selectively performed in two stages. Thereby, the residual gadolinia reactivity loss can be reduced. 6 and 7 are graphs showing the linear output density and the limit output ratio in the present embodiment, respectively. As shown by the solid line 12 in FIG. 6, it is understood that the linear power density of the core 1 according to the present embodiment is improved particularly in the middle stage of the cycle as compared with the case of the conventional core shown by the broken line 13. Similarly, as shown by the solid line 14 in FIG. 7, the limit power ratio of the core 1 according to the present embodiment is also improved as compared with the conventional case shown by the dashed line 15, and particularly in the operation cycle period in the initial operation. It can be seen that the improvement effect is large in the period of about 20%.

【0034】以下、本発明の第2の実施の形態について
説明する。図8は本実施の形態にかかる原子炉炉心16の
燃料配置を示す1/4回転対称の断面図である。第1の
実施の形態と異なる点は、図8においてC1,C2で示され
る燃料集合体グループCを導入した点にある。
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 8 is a quarter rotationally symmetric sectional view showing the fuel arrangement of the reactor core 16 according to the present embodiment. The difference from the first embodiment is that a fuel assembly group C indicated by C1 and C2 in FIG. 8 is introduced.

【0035】この燃料集合体グループCを構成する燃料
集合体では、ガドリニアがサイクル途中で燃え尽きるよ
うに設定している。図9は、この燃料集合体グループC
を構成する燃料集合体の無限増倍率の燃焼変化を、図2
に重ねて示したものである。これによれば、破線4Cに
示すように、無限増倍率は第1サイクル途中で最大とな
る。燃料集合体グループCはコントロールセルに隣接し
て配置しているので、この位置の出力ピーキングが増加
し、炉心全体の出力バランスが変わるので、他の場所の
高い出力ピーキングを低減することができる。またこの
燃料集合体グループCにより、燃料集合体グループBが
第1サイクル末期においても含有する燃え残りのガドリ
ニアによる反応度ロスを補うことができる。
In the fuel assemblies constituting the fuel assembly group C, gadolinia is set to burn out during the cycle. FIG. 9 shows this fuel assembly group C
Fig. 2 shows the combustion change of the fuel assembly constituting
Are superimposed. According to this, as shown by the broken line 4C, the infinite multiplication factor becomes maximum during the first cycle. Since the fuel assembly group C is arranged adjacent to the control cell, the power peaking at this position increases, and the power balance of the entire core changes, so that high power peaking elsewhere can be reduced. The fuel assembly group C can compensate for the reactivity loss caused by the unburned gadolinia contained in the fuel assembly group B even at the end of the first cycle.

【0036】[0036]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、燃
料経済性や運転制御性を損なうことなく、出力ピーキン
グを低減して、炉心熱特性の良好な原子炉炉心を得るこ
とができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a reactor core having good core thermal characteristics by reducing output peaking without impairing fuel economy and operation controllability.

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

【図1】本発明の第1の実施の形態にかかる原子炉炉心
の燃料配置を示す1/4回転対称の断面図である。
FIG. 1 is a 1/4 rotationally symmetric sectional view showing a fuel arrangement of a reactor core according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1に示した燃料集合体グループA,Bの無限
増倍率の燃焼変化を示す特性図である。
FIG. 2 is a characteristic diagram showing a combustion change of an infinite multiplication factor of the fuel assembly groups A and B shown in FIG.

【図3】図1に示した燃料集合体グループAを構成する
燃料集合体2の燃料棒配置を示す断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a fuel rod arrangement of a fuel assembly 2 constituting a fuel assembly group A shown in FIG.

【図4】図1に示した燃料集合体グループBを構成する
燃料集合体3の燃料棒配置を示す断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a fuel rod arrangement of a fuel assembly 3 constituting a fuel assembly group B shown in FIG.

【図5】図1に示した原子炉炉心の無限増倍率の燃焼変
化を示す特性図である。
FIG. 5 is a characteristic diagram showing a combustion change of the reactor core shown in FIG. 1 at an infinite multiplication factor.

【図6】図1に示した原子炉炉心の線出力密度の燃焼変
化を示す特性図である。
FIG. 6 is a characteristic diagram showing a combustion change of a linear power density of the reactor core shown in FIG.

【図7】図1に示した原子炉炉心の限界出力比の燃焼変
化を示す特性図である。
FIG. 7 is a characteristic diagram showing a combustion change of a critical power ratio of the reactor core shown in FIG.

【図8】本発明の第2の実施の形態にかかる原子炉炉心
の燃料配置を示す1/4回転対称の断面図である。
FIG. 8 is a 1/4 rotationally symmetric sectional view showing a fuel arrangement of a nuclear reactor core according to a second embodiment of the present invention.

【図9】図8に示した燃料集合体グループA,B,Cの
無限増倍率の燃焼変化を示す特性図である。
9 is a characteristic diagram showing a combustion change of the fuel assembly groups A, B, and C shown in FIG. 8 at an infinite multiplication factor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,16…原子炉炉心,2,3…燃料集合体,7…燃料
棒,8…ウォータロッド,9…チャンネルボックス,10
…コントロールセル,11…制御棒。
1, 16: Reactor core, 2, 3: Fuel assembly, 7: Fuel rod, 8: Water rod, 9: Channel box, 10
... control cell, 11 ... control rod.

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 内部に燃料要素を含む燃料棒および内部
を冷却材が流通するウォータロッドを包含する燃料集合
体を複数装荷して構成され、運転期間が複数の燃料サイ
クル期間によりなる原子炉炉心において、この原子炉炉
心を構成する燃料集合体は、(A) 可燃性毒物が第1
の燃焼サイクル期間の終了時にほぼ燃え尽きる程度に設
定される第1の燃料集合体から構成される第1の燃料集
合体グループ、(B) 可燃性毒物が第1の燃料サイク
ル以降の次サイクルまで燃え残る程度に設定される第2
の燃料集合体から構成される第2の燃料集合体グルー
プ、の少なくとも2つのグループからなり、各燃料集合
体グループは少なくとも第1サイクル目の燃料集合体と
第2サイクル目の燃料集合体とを含有し、かつ前記第2
の燃料集合体1体に含まれる可燃性毒物入り燃料棒の本
数は前記第1の燃料集合体1体に含まれる可燃性毒物入
り燃料棒の本数より少なく設定され、さらに前記第2の
燃料集合体に初装荷時に含まれる可燃性毒物の濃度は、
前記第1の燃料集合体に初装荷時に含まれる可燃性毒物
の濃度の1.2倍以上に設定されることを特徴とする原子
炉炉心。
1. A reactor core comprising a plurality of fuel assemblies each including a fuel rod including a fuel element therein and a water rod through which a coolant flows, and having an operation period of a plurality of fuel cycle periods. In the fuel assembly constituting the reactor core, (A) the burnable poison is
A first fuel assembly group consisting of a first fuel assembly that is set to such a degree that it burns out at the end of the combustion cycle period of (B), in which the burnable poison burns to the next cycle after the first fuel cycle; Second set to the extent that it remains
And a second fuel assembly group comprising at least two fuel assemblies. Each fuel assembly group includes at least a first cycle fuel assembly and a second cycle fuel assembly. And the second
The number of burnable poison-containing fuel rods included in one fuel assembly is set to be smaller than the number of burnable poison-containing fuel rods included in the first fuel assembly, and the second fuel assembly is further provided. The concentration of burnable poisons in the body when first loaded,
A nuclear reactor core, wherein the concentration of the burnable poison contained in the first fuel assembly at the time of initial loading is set to 1.2 times or more.
【請求項2】 前記第2の燃料集合体では、燃料集合体
の最外周部および前記ウォータロッドに隣接する位置に
は前記可燃性毒物を含有しない燃料棒が配置され、かつ
少なくとも2つの前記可燃性毒物入り燃料棒は互いに隣
接して配置されることを特徴とする請求項1記載の原子
炉炉心。
2. In the second fuel assembly, a fuel rod not containing the burnable poison is disposed at an outermost peripheral portion of the fuel assembly and at a position adjacent to the water rod, and at least two of the burnable poisons are disposed. 2. The reactor core according to claim 1, wherein the poisoned fuel rods are arranged adjacent to each other.
【請求項3】 前記第2の燃料集合体のウラン濃縮度は
前記第1の燃料集合体のウラン濃縮度より高く設定され
ることを特徴とする請求項1記載の原子炉炉心。
3. The reactor core according to claim 1, wherein the uranium enrichment of the second fuel assembly is set higher than the uranium enrichment of the first fuel assembly.
【請求項4】 前記第2の燃料集合体グループに属する
燃料集合体は炉心最外周とコントロールセルを除く位置
に配置され、かつ前記第2の燃料集合体グループに属す
る燃料集合体の体数は前記原子炉炉心の全ての燃料集合
体の体数の20%以下に設定されることを特徴とする請求
項1記載の原子炉炉心。
4. The fuel assemblies belonging to the second fuel assembly group are arranged at positions other than the outermost periphery of the core and the control cells, and the number of fuel assemblies belonging to the second fuel assembly group is 2. The reactor core according to claim 1, wherein the number is set to 20% or less of the number of fuel assemblies in the reactor core.
【請求項5】 原子炉炉心の反応を制御する制御棒を中
心として4体の燃料集合体で構成されるセルとして、炉
心最外周に位置せずかつコントロールセルに隣接しない
セルであって、セル内に第1サイクル目の燃料集合体が
少なくとも2体配置される場合または第2サイクル目の
燃料集合体が少なくとも2体配置される場合の何れかの
ときに、当該セル内に前記第2の燃料集合体グループに
属する燃料集合体が配置されることを特徴とする請求項
1記載の原子炉炉心。
5. A cell comprising four fuel assemblies centered on a control rod for controlling a reaction of a reactor core, wherein the cell is not located at the outermost periphery of the core and is not adjacent to the control cell. The fuel assembly of the first cycle is arranged in at least two fuel assemblies or the fuel assembly of the second cycle is arranged in at least two fuel cells in the second cycle. The reactor core according to claim 1, wherein fuel assemblies belonging to the fuel assembly group are arranged.
【請求項6】 前記原子炉炉心は、前記第1の燃料集合
体グループおよび前記第2の燃料集合体グループに加え
て、(C) 可燃性毒物が第1の燃焼サイクル期間の途
中で燃え尽きる程度に設定される第3の燃料集合体から
構成される第3の燃料集合体グループの少なくとも3つ
のグループからなり、前記第3の燃料集合体グループは
コントロールセルに隣接して配置されることを特徴とす
る請求項1記載の原子炉炉心。
6. The reactor core according to claim 1, wherein, in addition to the first fuel assembly group and the second fuel assembly group, (C) a degree to which the burnable poison is burned out during the first combustion cycle period. And at least three groups of a third fuel assembly group configured by a third fuel assembly set as described above, wherein the third fuel assembly group is disposed adjacent to a control cell. The reactor core according to claim 1, wherein
【請求項7】 運転期間が複数の燃料サイクル期間によ
りなる原子炉炉心を構成する燃料集合体は、内部に燃料
要素を含む燃料棒および内部を冷却材が流通するウォー
タロッドを包含する燃料集合体を複数装荷して構成さ
れ、かつ(A) 可燃性毒物が第1の燃焼サイクル期間
の終了時にほぼ燃え尽きる程度に設定される第1の燃料
集合体から構成される第1の燃料集合体グループ、
(B) 可燃性毒物が第1の燃料サイクル以降の次サイ
クルまで燃え残る程度に設定される第2の燃料集合体か
ら構成される第2の燃料集合体グループ、の少なくとも
2つのグループからなり、各燃料集合体グループは少な
くとも第1サイクル目の燃料集合体と第2サイクル目の
燃料集合体とを含有し、かつ前記第2の燃料集合体1体
に含まれる可燃性毒物入り燃料棒の本数は前記第1の燃
料集合体1体に含まれる可燃性毒物入り燃料棒の本数よ
り少なく設定され、さらに前記第2の燃料集合体に初装
荷時に含まれる可燃性毒物の濃度は、前記第1の燃料集
合体に初装荷時に含まれる可燃性毒物の濃度の1.2倍以
上に設定されており、前記燃料サイクル期間の末期に燃
料交換を行う際に、まず第2の燃料集合体グループに属
する燃料集合体を取出し、次に第1の燃料集合体グルー
プに属する燃料集合体を取出すことを特徴とする原子炉
炉心の運転方法。
7. A fuel assembly constituting a nuclear reactor core having an operation period including a plurality of fuel cycle periods, the fuel assembly including a fuel rod having a fuel element therein and a water rod having a coolant flowing therein. And (A) a first fuel assembly group comprising a first fuel assembly set such that the burnable poison is substantially burned out at the end of the first combustion cycle period.
(B) a second fuel assembly group consisting of a second fuel assembly set to such an extent that the burnable poison remains unburned until the next cycle after the first fuel cycle, Each fuel assembly group includes at least a fuel assembly of a first cycle and a fuel assembly of a second cycle, and the number of fuel rods containing burnable poison contained in the second fuel assembly. Is set to be smaller than the number of burnable poison-containing fuel rods included in the first fuel assembly, and the concentration of the burnable poison included in the second fuel assembly at the time of initial loading is equal to the first fuel assembly. Is set to be at least 1.2 times the concentration of the burnable poison contained in the fuel assembly at the time of initial loading, and when performing fuel exchange at the end of the fuel cycle period, first, the fuel belonging to the second fuel assembly group Take out the aggregate And then extracting a fuel assembly belonging to the first fuel assembly group.
【請求項8】 運転期間が複数の燃料サイクル期間によ
りなる原子炉炉心に装荷され内部に可燃性毒物を含む燃
料要素を包含する燃料集合体において、前記可燃性毒物
は第1の燃料サイクル以降の次サイクルまで燃え残る程
度に設定され、この燃料集合体の最外周部および前記ウ
ォータロッドに隣接する位置には前記可燃性毒物を含有
しない燃料棒が配置され、かつ少なくとも2つのガドリ
ニア入り燃料棒は互いに隣接して配置されることを特徴
とする燃料集合体。
8. A fuel assembly loaded in a reactor core having an operating period consisting of a plurality of fuel cycle periods and including a fuel element containing a burnable poison therein, wherein said burnable poison is contained in a fuel cycle after a first fuel cycle. Fuel rods containing no burnable poison are arranged at the outermost periphery of the fuel assembly and at a position adjacent to the water rod, and at least two gadolinia-containing fuel rods are set so as to remain unburned until the next cycle. A fuel assembly which is arranged adjacent to each other.
JP27079698A 1998-09-25 1998-09-25 Reactor core and its operating method Expired - Fee Related JP3960572B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP27079698A JP3960572B2 (en) 1998-09-25 1998-09-25 Reactor core and its operating method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP27079698A JP3960572B2 (en) 1998-09-25 1998-09-25 Reactor core and its operating method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2000098074A true JP2000098074A (en) 2000-04-07
JP3960572B2 JP3960572B2 (en) 2007-08-15

Family

ID=17491140

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP27079698A Expired - Fee Related JP3960572B2 (en) 1998-09-25 1998-09-25 Reactor core and its operating method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3960572B2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019128233A (en) * 2018-01-24 2019-08-01 株式会社東芝 Method for planning light-water reactor operation, method for effective use of light-water reactor fuel, light-water reactor fuel aggregate, and light-water reactor core
CN115171922A (en) * 2022-07-21 2022-10-11 中国核动力研究设计院 Method for loading low-fuel-consumption fuel assemblies in initial reactor core of pressurized water reactor

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019128233A (en) * 2018-01-24 2019-08-01 株式会社東芝 Method for planning light-water reactor operation, method for effective use of light-water reactor fuel, light-water reactor fuel aggregate, and light-water reactor core
JP7010711B2 (en) 2018-01-24 2022-01-26 株式会社東芝 Light water reactor operation planning method, light water reactor fuel operation method, light water reactor fuel assembly, and light water reactor core
CN115171922A (en) * 2022-07-21 2022-10-11 中国核动力研究设计院 Method for loading low-fuel-consumption fuel assemblies in initial reactor core of pressurized water reactor
CN115171922B (en) * 2022-07-21 2024-05-07 中国核动力研究设计院 Loading method for loading low-burnup fuel assemblies into pressurized water reactor initial reactor core

Also Published As

Publication number Publication date
JP3960572B2 (en) 2007-08-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2915200B2 (en) Fuel loading method and reactor core
JPH02296192A (en) Fuel assembly and nuclear reactor
US5787139A (en) Fuel loading method
JPS623916B2 (en)
JP3960572B2 (en) Reactor core and its operating method
JP4475554B2 (en) Boiling water reactor fuel assembly and fuel assembly assembly
JP3080663B2 (en) Operation method of the first loading core
JPH1082879A (en) Reactor core
JP2627952B2 (en) Reactor core
JPH0644055B2 (en) Boiling Water Reactor Core Structure and Fuel Loading Method
JP2972917B2 (en) Fuel assembly
JP3075749B2 (en) Boiling water reactor
JP4198397B2 (en) Nuclear reactor core
JP2009156628A (en) Nuclear fuel assembly
JP2563287B2 (en) Fuel assembly for nuclear reactor
JP2852101B2 (en) Reactor core and fuel loading method
JPH11202070A (en) First loading core of nuclear reactor
JP4308940B2 (en) Fuel assembly
JPH0650351B2 (en) Reactor core
JP3596831B2 (en) Boiling water reactor core
JP3117207B2 (en) Fuel assembly for boiling water reactor
JP4653342B2 (en) Boiling water reactor core
JP2963712B2 (en) Fuel assembly for boiling water reactor
JP2002090487A (en) Reactor core and method of operating the same
JPH0331794A (en) Boiling water reactor

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20040601

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20050414

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20050606

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070216

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20070411

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20070511

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20070514

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110525

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110525

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120525

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120525

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130525

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130525

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140525

Year of fee payment: 7

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees