JP2019163945A - Fuel assembly and core of light water reactor loaded with fuel assembly - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料集合体及びそれを装荷する軽水炉の炉心に関する。 The present invention relates to a fuel assembly and a core of a light water reactor loaded with the fuel assembly.
現在運転中の軽水を減速材及び冷却材として用いる軽水炉において燃料集合体内の燃料棒を三角格子稠密に配置することで中性子スペクトルを硬化させた軽水炉(以下、低減速軽水炉と称する)が提唱されている。
低減速軽水炉は、液体ナトリウムを冷却材とする高速炉と同様に超ウラン核種(TRans−Uranium、以下TRUと称する)であるプルトニウムやマイナーアクチニド(Minor Actinide:MA)を装荷して、TRUを燃焼するTRU燃焼炉とすることができる。
しかしながら、低減速軽水炉では、燃料集合体格子内の減速材である軽水が偏在する箇所で燃料棒の出力が増大し最大線出力密度が増大する課題がある。一方で、低減速軽水炉はTRU中で燃えにくいマイナーアクチニドを効率的に燃焼させることが求められている。
A light water reactor (hereinafter referred to as a reduced-speed light water reactor) in which the neutron spectrum is hardened by arranging the fuel rods in the fuel assembly densely in a triangular lattice in a light water reactor that uses currently operating light water as a moderator and coolant has been proposed. Yes.
Low-speed light water reactors are loaded with plutonium and minor actinides (MA), which are super uranium nuclides (TRU), similar to fast reactors that use liquid sodium as a coolant, and burn TRU. TRU combustion furnace.
However, in the reduced-speed light water reactor, there is a problem that the output of the fuel rod increases and the maximum linear power density increases at a location where the light water as the moderator in the fuel assembly lattice is unevenly distributed. On the other hand, reduced-speed light water reactors are required to efficiently burn minor actinides that are difficult to burn in TRU.
このような低減速軽水炉で最大線出力密度を低減する技術として、例えば、特許文献1に記載される技術が提案されている。特許文献1では、燃料棒の充填密度が低く、冷却材体積が大きく低エネルギー中性子の割合が多い最外周燃料棒の核分裂性プルトニウムの濃度を低くすることで、最外周の燃料捧に発生する出力ピークを抑制し最大線出力密度を低減する構成が開示されている。
As a technique for reducing the maximum linear power density in such a reduced-speed light water reactor, for example, a technique described in
しかしながら、特許文献1に記載される構成では、最外周燃料棒を低プルトニウム富化度燃料とするため劣化ウランの割合が増加し、劣化ウランからのマイナーアクチニドの転換が増加することにより、マイナーアクチニドの燃焼効率が低下する。
そこで、本発明は、運転中に中性子スペクトルを硬化させた軽水炉において最大線出力密度を低減しつつ、マイナーアクチニド燃焼効率を向上し得る燃料集合体及びそれを装荷する軽水炉の炉心を提供する。
However, in the configuration described in
Therefore, the present invention provides a fuel assembly capable of improving the minor actinide combustion efficiency while reducing the maximum linear power density in a light water reactor in which the neutron spectrum is hardened during operation, and a core of a light water reactor loaded with the fuel assembly.
上記課題を解決するため、本発明に係る燃料集合体は、横断面が正方形状のチャンネルボックス内に複数の燃料棒が三角稠密配置され、軽水炉の炉心に正方格子状に装荷される燃料集合体であって、燃料集合体は、軽水による中性子に対する減速効果の大きい高減速領域及び軽水による中性子に対する減速効果の小さい低減速領域を有し、前記高減速領域に配される燃料棒のウランとプルトニウムとマイナーアクチニドを足し合わせた重金属中のマイナーアクチニドの平均重量割合が、前記低減速領域に配される燃料棒のウランとプルトニウムとマイナーアクチニドを足し合わせた重金属中のマイナーアクチニドの平均重量割合より大きいことを特徴とする。
また、本発明に係る軽水炉の炉心は、正方格子状に複数体の燃料集合体が装荷される軽水炉の炉心であって、前記燃料集合体は、横断面が正方形状のチャンネルボックス内に三角稠密配置される複数の燃料棒を有し、軽水による中性子に対する減速効果の大きい高減速領域及び軽水による中性子に対する減速効果の小さい低減速領域を有し、燃料集合体の炉心への装荷時において、前記高減速領域に配される燃料棒のウランとプルトニウムとマイナーアクチニドを足し合わせた重金属中のマイナーアクチニドの平均重量割合が、前記低減速領域に配される燃料棒のウランとプルトニウムとマイナーアクチニドを足し合わせた重金属中のマイナーアクチニドの平均重量割合より大きいことを特徴とする。
In order to solve the above problems, a fuel assembly according to the present invention is a fuel assembly in which a plurality of fuel rods are densely arranged in a channel box having a square cross section and loaded in a square lattice pattern in a light water reactor core. The fuel assembly has a high deceleration region having a large deceleration effect on neutrons caused by light water and a reduced speed region having a small deceleration effect on neutrons caused by light water, and uranium and plutonium of fuel rods arranged in the high deceleration region The average weight ratio of the minor actinides in the heavy metal combined with the minor actinides is larger than the average weight ratio of the minor actinides in the heavy metal combined with uranium, plutonium and minor actinides of the fuel rods arranged in the reduction speed region. It is characterized by that.
The core of the light water reactor according to the present invention is a core of a light water reactor in which a plurality of fuel assemblies are loaded in a square lattice shape, and the fuel assemblies are triangularly packed in a channel box having a square cross section. A plurality of fuel rods arranged, a high deceleration region having a large deceleration effect on neutrons by light water, and a reduced speed region having a small deceleration effect on neutrons by light water, and when the fuel assembly is loaded on the core, Fuel rod uranium, plutonium, and minor actinides in heavy metals, which are added to uranium, plutonium, and minor actinides in the high-speed deceleration region, add up to uranium, plutonium, and minor actinides in the heavy metal. It is characterized by being greater than the average weight fraction of minor actinides in the combined heavy metals.
本発明によれば、運転中に中性子スペクトルを硬化させた軽水炉において最大線出力密度を低減しつつ、マイナーアクチニド燃焼効率を向上し得る燃料集合体及びそれを装荷する軽水炉の炉心を提供することが可能となる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
According to the present invention, it is possible to provide a fuel assembly capable of improving the minor actinide combustion efficiency while reducing the maximum linear power density in a light water reactor in which the neutron spectrum is hardened during operation, and a light water reactor core loaded with the fuel assembly. It becomes possible.
Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of embodiments.
本明細書において、本発明に係る燃料集合体及びそれを装荷する軽水炉の炉心が適用される軽水炉とは、再循環ポンプを備え冷却材として軽水(冷却水)を原子炉圧力容器外へ通流し再び原子炉圧力容器内のダウンカマへ流入させることで冷却水を循環させる通常の沸騰水型原子炉(Boiling Water Reactor:BWR)、インターナルポンプを備え冷却水を原子炉圧力容器内で循環させる改良型沸騰水型原子炉(Advanced Boiling Water Reactor:ABWR)、チムニによる冷却水の自然循環方式を用いることで、BWRにおける再循環ポンプ、ABWRにおけるインターナルポンプを不要とする高経済性単純化沸騰水型原子炉(Economic Simplified Boiling Water Reactor:ESBWR)、冷却水を炉心全体にわたって沸騰しない高温高圧水とし、この高温高圧水を蒸気発生器に送って熱交換により蒸気を発生させる加圧水型原子炉(Pressurized Water Reactor:PWR)を含む。以下では、本発明に係る燃料集合体が装荷される炉心を有する軽水炉として、ABWRを一例に説明する。
以下、図面を用いて本発明の実施例について説明する。
In this specification, the fuel assembly according to the present invention and the light water reactor to which the core of the light water reactor loaded with the fuel assembly is applied include a recirculation pump and allows light water (cooling water) to flow outside the reactor pressure vessel as a coolant. A normal boiling water reactor (BWR) that circulates cooling water by flowing it back into the downcomer in the reactor pressure vessel, and an internal pump that improves cooling water circulation in the reactor pressure vessel Boiling Water Reactor (ABWR), a natural circulation system for cooling water by Chimney, and a highly economical simplified boiling water that eliminates the need for a recirculation pump in BWR and an internal pump in ABWR Type Reactor (Economic Simulated Boiling Wa) er Reactor (ESBWR), including a pressurized water reactor (PWR) in which the cooling water is high-temperature high-pressure water that does not boil over the entire core, and this high-temperature high-pressure water is sent to a steam generator to generate steam by heat exchange. . Hereinafter, ABWR will be described as an example of a light water reactor having a core in which a fuel assembly according to the present invention is loaded.
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
以下、本実施例では872体の燃料集合体を炉心に装荷する改良型軽水炉(ABWR)を対象に説明するが、これに限られるものではなく、上述のように、本発明に係る燃料集合体は、正方格子の燃料集合体を装荷する他の軽水炉にも適用可能である。 Hereinafter, in the present embodiment, an improved light water reactor (ABWR) in which 872 fuel assemblies are loaded on the core will be described, but the present invention is not limited to this. Is applicable to other light water reactors loaded with a square lattice fuel assembly.
先ず、軽水炉の一例として、改良型軽水炉(ABWR)について説明する。図3は、改良型軽水炉(ABWR)の概略構成図である。図3に示すように、本実施例の燃料集合体(詳細後述する)が装荷される炉心を備える改良型軽水炉20は、原子炉圧力容器21内に円筒状の炉心シュラウド26が設けられ、炉心シュラウド26内に、複数体の燃料集合体(図示せず)が装荷された炉心22が設置されている。また、原子炉圧力容器21内には、炉心22を覆うシュラウドヘッド30、シュラウドヘッド30に取り付けられ上方へと延伸する気水分離器28、及び気水分離器28の上方に配される蒸気乾燥器29が設けられている。
上部格子板24が、シュラウドヘッド30の下方で炉心シュラウド26内に配され、炉心シュラウド26に取り付けられて炉心22の上端部に位置している。炉心支持板23が、炉心22の下端部に位置して炉心シュラウド26内に配され、炉心シュラウド26に設置されている。また、複数の燃料支持金具25が炉心支持板23に設置されている。
また、原子炉圧力容器21内には、燃料集合体の核反応を制御するため炉心22へ複数の横断面十字状の制御棒(図示せず)を挿入可能とする制御棒案内管32が設けられている。原子炉圧力容器21の底部より下方に設置された制御棒駆動機構ハウジング(図示せず)内に制御棒駆動機構33を備え、制御棒は制御棒駆動機構33に連結されている。
First, an improved light water reactor (ABWR) will be described as an example of a light water reactor. FIG. 3 is a schematic configuration diagram of an improved light water reactor (ABWR). As shown in FIG. 3, an improved
An
In addition, a control
原子炉圧力容器21の底部である下鏡34に、その下方より原子炉圧力容器21の内部へ貫通するよう複数のインターナルポンプ31が設置されている。複数のインターナルポンプ31は、複数の制御棒案内管32の最外周部より外側であって、環状に相互に所定の間隔にて離間し、複数台配されている。これにより、インターナルポンプ31は、制御棒案内管32等と干渉することはない。そして、各インターナルポンプ31のインペラが、円筒状の炉心シュラウド26と原子炉圧力容器21の内面との間に形成される環状のダウンカマ27内に位置付けられている。原子炉圧力容器21内の冷却材である水(冷却水)は、各インターナルポンプ31のインペラにより、ダウンカマ27を介して、下鏡34側から炉心22へ供給される。炉心22内に流入する冷却水は、燃料集合体(図示せず)の核反応により加熱され気液二相流となり、気水分離器28へ流入する。気水分離器28を通流する気液二相流は、湿分を含む蒸気(気相)と水(液相)に分離され、液相は再び冷却水としてダウンカマ27へ降下する。一方、蒸気(気相)は、蒸気乾燥器29へと導入され湿分が除去された後、主蒸気配管35を介してタービン(図示せず)へ供給される。復水器等を介して給水配管36より原子炉圧力容器21内に流入する冷却水は、ダウンカマ27内を下方へと通流する(降下する)。このように、インターナルポンプ31は、炉心22で発生する熱を効率良く冷却するため、冷却水を炉心22へ強制循環させる。
A plurality of
次に、炉心22に装荷される本実施例の燃料集合体及び炉心22の構造について説明する。図1は、本実施例の燃料集合体の横断面図(水平断面図)であり、図2は、図1に示す燃料集合体が複数体装荷される軽水炉の炉心の横断面図(水平断面図)である。
図1に示すように、燃料集合体1は、横断面(水平断面)が正方形状のチャンネルボックス2の内部に243本の外径7.2mm、間隙1.5mmで燃料棒3を三角稠密配置している。なお、各燃料棒3は上下両端部を上部タイプレート及び下部タイプレート(図示せず)にて、また、燃料棒3の途中を軸方向に一定間隔で離間する燃料スペーサー(図示せず)によって保持されている。燃料棒3は、劣化ウランに核分裂プルトニウムを含むプルトニウムとマイナーアクチニドを含む超ウラン核種を富化した混合酸化物(以下、MOX燃料と称する)のペレット(図示せず)を被覆管(図示せず)に充填している。チャンネルボックス2の外側には飽和水であるギャップ水領域4と十字型制御棒(横断面十字状の制御棒)5が挿入されている。十字型制御棒5の上半分は、冷却水である軽水より減速能が小さい物質である炭素で構成されたフォロアー部を設けている。また、十字型制御棒5の反対側(燃料集合体1を挟み十字型制御棒5と対向する側)には、冷却水である軽水より減速能が小さい物質である炭素を封入した水排除板6を設置している。以上の構成により、燃料集合体1内を通流する冷却水を少なくして、炉心22内の中性子スペクトルを硬化した(高エネルギー側にシフトした)低減速軽水炉を実現している。
図2は、図1に示す燃料集合体1が複数体装荷される改良型軽水炉(ABWR)の炉心22の横断面図(水平断面図)である。図2に示すように、炉心22に872体の燃料集合体1が正方格子状に装荷されており、最外周に配される複数体の燃料集合体1を除き、相互に隣接する4体の燃料集合体1は、十字型制御棒5を囲むよう炉心22に装荷されている。上述の図1に示した燃料集合体1の横断面図(水平断面図)は、上記4体の燃料集合体の内の1体の燃料集合体1を示している。
Next, the structure of the fuel assembly and the
As shown in FIG. 1, the
2 is a cross-sectional view (horizontal cross-sectional view) of the
次に図4から図9により本実施例の作用について説明する。図4は、図1に示す燃料集合体1において高減速領域と低減速領域を示す燃料集合体の横断面図(水平断面図)である。すなわち、チャンネルボックス2の内側領域を軽水による減速効果によって分割した図である。ギャップ水領域4により減速された中性子が流れ込み、かつ、燃料棒3とチャンネルボックス2の間隙により軽水による減速効果が大きい領域を高減速領域7とし、高減速領域7より内側で、軽水の減速効果が小さい領域を低減速領域8とする。ここで、高減速領域7と低減速領域8の境界9は、例えば、改良型軽水炉(ABWR)が定格出力で運転されている状態で、燃料集合体1の水平断面内において、正方形状のチャンネルボックス2の各内面(各側面)より、燃料集合体1の内側へと向かい水素の平均自由行程分(水素の輸送効果を考慮した平均自由行程分)の長さ(距離10)に相当する位置に設定される。なお、ここで、チャンネルボックス2の内面から境界9までの距離10を、中性子を減速させる水素における輸送効果を考慮した平均自由行程とした理由として、中性子は軽水中の水素原子と衝突することで減速するものであるため、水素の平均自由行程に着目したためである。本実施例では以下の表1に示すように、例えば、上述の距離10は1.95cmとなる。
Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a cross-sectional view (horizontal cross-sectional view) of the fuel assembly showing the high deceleration region and the reduction speed region in the
表1に示すように、水素の散乱ミクロ断面積は30.27×10-24cm2であり、水素の捕獲ミクロ断面積は0.33×10-24cm2であり、水素の個数密度(飽和水)は4.9×1022個/cm3であることから、水素の輸送効果を考慮した平均自由行程は1.95cmとなる。
なお、図4に示すように境界9にかかる燃料棒3については、当該燃料棒3の水平断面内における占有面積に基づき高減速領域7か低減速領域8かに割り振られる。換言すれば、仮に高減速領域7内の占有面積が、低減速領域8内の占有面積よりも大きい場合、当該燃料棒3は高減速領域7に配される燃料棒3として決定される。
As shown in Table 1, the hydrogen scattering micro cross section is 30.27 × 10 −24 cm 2 , the hydrogen capture micro cross section is 0.33 × 10 −24 cm 2 , and the hydrogen number density ( Saturated water) is 4.9 × 10 22 pcs / cm 3 , so the mean free path considering the hydrogen transport effect is 1.95 cm.
As shown in FIG. 4, the
図5は、図4に示す燃料集合体において燃料棒毎のTRU富化度と重金属中のマイナーアクチニドの重量割合を示す本実施例の燃料集合体1の横断面図(水平断面図)であり、高減速領域7にマイナーアクチニドを集中的に装荷している。具体的には、図5に示すように、TRU富化度が63.6wt%であり重金属中のマイナーアクチニドの重量割合が37.6wt%の燃料棒3aは、高減速領域7のみに12本配置されている。また、TRU富化度が73.3wt%であり重金属中のマイナーアクチニドの重量割合が38.8wt%の燃料棒3bは、高減速領域7のみに21本配置されており、TRU富化度が88.0wt%であり重金属中のマイナーアクチニドの重量割合が40.5wt%の燃料棒3cは、高減速領域7のみに24本配置されている。また、TRU富化度が60.9wt%であり重金属中のマイナーアクチニドの重量割合が0.0wt%の燃料棒3dは、高減速領域7に49本配置され低減速領域8に42本配置されている。TRU富化度が74.2wt%であり重金属中のマイナーアクチニドの重量割合が0.0wt%の燃料棒3eは、低減速領域8のみに95本配置されている。
よって、高減速領域7に配置される燃料棒(燃料棒3a〜3d)の平均の重金属中のマイナーアクチニドの重量割合は22.1wt%であり、低減速領域8の燃料棒(燃料棒3d及び燃料棒3e)の重金属中のマイナーアクチニドの重量割合は0%である。従って、高減速領域7に配される燃料棒の平均の重金属中のマイナーアクチニドの重量割合は、低減速領域8に配される燃料棒の重金属中のマイナーアクチニドの重量割合より大きい。図5の局所出力ピーキングは燃焼度ゼロで1.3である。
FIG. 5 is a cross-sectional view (horizontal cross-sectional view) of the
Therefore, the weight ratio of the minor actinides in the average heavy metal of the fuel rods (fuel rods 3a to 3d) arranged in the
図6は、図4に示す燃料集合体において燃料棒毎のTRU富化度と重金属中のマイナーアクチニドの重量割合を示す比較例の燃料集合体1の横断面図(水平断面図)であり、TRU富化度分布により局所出力ピ―キングを低減した比較例としての燃料集合体を示している。図6に示すように、TRU富化度が6.7wt%であり重金属中のマイナーアクチニドの重量割合が0.9wt%の燃料棒3fは、高減速領域7のみに1本のみ配置され、TRU富化度が11.7wt%であり重金属中のマイナーアクチニドの重量割合が1.5wt%の燃料棒3gは、高減速領域7のみに9本配置されている。また、TRU富化度が26.7wt%であり重金属中のマイナーアクチニドの重量割合が3.5wt%の燃料棒3hは、高減速領域7のみに5本配置され、TRU富化度が36.7wt%であり重金属中のマイナーアクチニドの重量割合が4.8wt%の燃料棒3iは、高減速領域7のみに15本配置されている。TRU富化度が51.7wt%であり重金属中のマイナーアクチニドの重量割合が6.8wt%の燃料棒3jは、高減速領域7のみに27本配置され、TRU富化度が66.7wt%であり重金属中のマイナーアクチニドの重量割合が8.7wt%の燃料棒3kは、高減速領域7に49本配置され低減速領域8に42本配置され、TRU富化度が83.2wt%であり重金属中のマイナーアクチニドの重量割合が10.9wt%の燃料棒3mは、低減速領域8のみに95本配置されている。
よって、比較例では局所出力ピーキングを低減するために高減速領域7に配置される燃料棒(燃料棒3f〜3k)の重金属中のTRUの富化度を小さくしており、高減速領域7に配置される燃料棒(燃料棒3f〜3k)の重金属中のマイナーアクチニドの重量割合は6.7wt%であり、低減速領域8に配置される燃料棒(燃料棒3k及び燃料棒3m)の重金属中のマイナーアクニドの重量割合は10.2wtである。従って、比較例においては、高減速領域7に配される燃料棒の平均の重金属中のマイナーアクチニドの重量割合は、低減速領域8に配される燃料棒の重金属中のマイナーアクチニドの重量割合より小さい。なお、図6の局所出力ピーキングは燃焼度ゼロで本実施例と同様に1.3である。
6 is a cross-sectional view (horizontal cross-sectional view) of a
Therefore, in the comparative example, in order to reduce local output peaking, the enrichment of TRUs in the heavy metal of the fuel rods (fuel rods 3f to 3k) arranged in the
図7は、図5と図6に示す燃料集合体の燃焼度に対する中性子無限像倍率の変化を示すグラフであり、図8は、図5と図6に示す燃料集合体の燃焼度に対するマイナーアクチニドの燃焼効率の変化を示すグラフである。図7及び図8はシミュレーション結果を示しており、シミュレーションにおいては、燃料集合体断面の中性子無限増倍率、局所出力ピーキング、重金属中のマイナーアクチニドの重量割合はVMONT(モンテカルロ燃料集合体燃焼特性解析コード)を用いた。VMONTは、例えば、文献1(Harumi Maruyama,et al.:A Vectorized Monte Carlo Method with Pseudo−SCATtering for Neutron Transport Analysis: Proc. Int. Topl. Mtg. Advances in Reactor Physics, Mathematics and Computation, Paris, France, April 27−30, 1987, 3, 1791−1800 (1987))、或は、文献2(Yuuichi Morimoto, et al.:Neutronic Analysis Code for Fuel Assembly Using a Vectorized Monte Carlo Method :N.Sci.&Eng.,103,351(1989))に記載されている。 FIG. 7 is a graph showing the change of the neutron infinite image magnification with respect to the burnup of the fuel assemblies shown in FIGS. 5 and 6, and FIG. 8 is a minor actinide with respect to the burnup of the fuel assemblies shown in FIGS. It is a graph which shows the change of the combustion efficiency of. 7 and 8 show the simulation results. In the simulation, the neutron infinite multiplication factor, local power peaking, and the weight ratio of minor actinides in heavy metals are VMONT (Monte Carlo Fuel Assembly Combustion Characteristic Analysis Code). ) Was used. VMONT is, for example, the literature 1 (Harumi Maruyama, et al.:A Vectorized Monte Carlo Method with Pseudo-SCATtering for Neutron Transport Analysis:.... Proc Int Topl Mtg Advances in Reactor Physics, Mathematics and Computation, Paris, France, April 27-30, 1987, 3, 1791-1800 (1987)), or reference 2 (Yuichi Morimoto, et al .: Neutral Analysis Code for Fuel Assessed Vectors). e Carlo Method: N. Sci. & Eng., 103, 351 (1989)).
図7における曲線aは本実施例の図5の燃料集合体断面の中性子無限増倍率の燃焼変化を、曲線bは比較例の図6の燃料集合体断面の中性子無限増倍率の燃焼に伴う変化を示している。曲線aと曲線bがほぼ一致しており、原子炉に装荷した場合は図5と図6は同一取り出し燃焼度で臨界となる。図8における曲線aは本実施例の図5の燃料集合体断面のマイナーアクチニド燃焼効率の燃焼変化を、曲線bは比較例の図6の燃料集合体断面のマイナーアクチニド燃焼効率の燃焼変化を示している。マイナーアクチニド燃焼効率は以下の式(1)で求められる。
燃焼度aのマイナーアクチニド燃焼効率(%)=(M0−Ma)/M0×100・・・(1)
ここで、M0は装荷時の燃料集合体平均マイナーアクチニド重量であり、Maは燃焼度aの燃料集合体平均マイナーアクチニド重量である。
The curve a in FIG. 7 shows the combustion change at the neutron infinite multiplication factor in the fuel assembly cross section of FIG. 5 of this embodiment, and the curve b shows the change accompanying the combustion at the neutron infinite multiplication factor in the fuel assembly cross section of FIG. Is shown. The curve a and the curve b almost coincide with each other. When the reactor is loaded, FIG. 5 and FIG. 6 become critical at the same burnup degree. Curve a in FIG. 8 shows the combustion change of the minor actinide combustion efficiency of the fuel assembly cross section of FIG. 5 of this embodiment, and curve b shows the combustion change of the minor actinide combustion efficiency of the fuel assembly cross section of FIG. 6 of the comparative example. ing. The minor actinide combustion efficiency is obtained by the following equation (1).
Minor actinide combustion efficiency (%) with burn-up a = (M 0 −Ma) / M 0 × 100 (1)
Here, M 0 is the fuel assembly average minor actinide weight at the time of loading, and Ma is the fuel assembly average minor actinide weight of the burnup a.
図9は、代表的なマイナーアクチニドであるAm―241の中性子エネルギーに対する中性子反応断面積の変化を示すグラフである。図9の上段に示すグラフにおいて、横軸は中性子エネルギーを、縦軸は中性子反応断面積を示している。また、図9の下段に具体的な値を表で示している。fission(核分裂)とcapture(捕獲)との関係については、マイナーアクチニドであるAm―241は、中性子を捕獲(capture)し、核分裂(fission)を起こすことでマイナーアクチニドであるAm―241が燃焼する。従って、中性子を捕獲するのみではマイナーアクチニドであるAm―241の燃焼効率には無関係であり、捕獲した中性子により核分裂(fission)することでマイナーアクチニドであるAm―241が燃焼する。
図9においては、本実施例の燃料集合体の構成により、高減速領域7に配される燃料棒3の重金属中のマイナーアクチニドであるAm―241の平均重量割合を高くすることで、中性子エネルギーの低い領域(高減速領域7)では、核分裂断面積が大きい。なお、高減速領域7では、捕獲断面積が核分裂断面積よりも2桁オーダー分大きいが、核分裂断面積の絶対値を見れば、十分な大きさを有することからマイナーアクチニドであるAm―241の燃焼効率向上を達成することが可能となる。換言すれば、マイナーアクチニドであるAm―241は中性子エネルギーが小さいほど捕獲断面積(capture)が大きいため、マイナーアクチニドであるAm―241を中性子エネルギーが低い高減速領域7に装荷することで、マイナーアクチニドであるAm―241の中性子捕獲により局所出力ピーキングを低減しつつ、燃焼させることができる。
FIG. 9 is a graph showing changes in the neutron reaction cross section with respect to the neutron energy of Am-241 which is a typical minor actinide. In the graph shown in the upper part of FIG. 9, the horizontal axis represents neutron energy, and the vertical axis represents the neutron reaction cross section. In addition, specific values are shown in a table in the lower part of FIG. Regarding the relationship between fission and capture, the minor actinide Am-241 captures neutrons and causes fission to burn the minor actinide Am-241. . Therefore, only capturing neutrons is irrelevant to the combustion efficiency of Am-241, which is a minor actinide, and Am-241, which is a minor actinide, is burned by fission by the captured neutrons.
In FIG. 9, neutron energy is increased by increasing the average weight ratio of Am-241, which is a minor actinide in the heavy metal of the
以上のように本実施例によれば、運転中に中性子スペクトルを硬化させた軽水炉において最大線出力密度を低減しつつ、マイナーアクチニド燃焼効率を向上し得る燃料集合体及びそれを装荷する軽水炉の炉心を提供することが可能となる。
また、本実施例によれば、運転中に中性子スペクトルを硬化させた軽水炉において局所出力ピーキングを低減しつつ、マイナーアクニドの燃焼効率を向上させることが可能な燃料集合体及びそれを装荷する軽水炉の炉心を実現することが可能となる。
As described above, according to the present embodiment, the fuel assembly capable of improving the minor actinide combustion efficiency while reducing the maximum linear power density in the light water reactor in which the neutron spectrum is cured during operation, and the core of the light water reactor loaded with the fuel assembly. Can be provided.
Further, according to the present embodiment, a fuel assembly capable of improving the combustion efficiency of minor actinides while reducing local power peaking in a light water reactor in which the neutron spectrum is hardened during operation, and a light water reactor loaded with the fuel assembly It is possible to realize a core of
図10は、本発明の他の実施例に係る実施例2の燃料集合体の横断面図(水平断面図)である。本実施例では、燃料集合体の横断面(水平断面)内において、最外周に配される燃料棒3nのみにマイナーアクチニドを装荷する点が実施例1と異なる。実施例1と同様の構成要素に同一符号を付している。 FIG. 10 is a cross-sectional view (horizontal cross-sectional view) of the fuel assembly of the second embodiment according to another embodiment of the present invention. The present embodiment is different from the first embodiment in that minor actinides are loaded only on the fuel rods 3n arranged on the outermost periphery in the cross section (horizontal section) of the fuel assembly. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals.
図10に示すように、本実施例の燃料集合体1は、最外周に配される燃料棒3nのみを重金属中のマイナーアクチニドの平均重量割合を高くしている。これは、最外周部が最も中性子が減速されることによる。図11は、図5と図6及び図10に燃料集合体の燃焼度に対するマイナーアクチニドの燃焼効率の変化を示すグラフである。図11における曲線aは上述の実施例1の図5の燃料集合体断面のマイナーアクチニド燃焼効率の燃焼変化を、曲線bは上述の比較例の図6の燃料集合体断面のマイナーアクチニド燃焼効率の燃焼変化を、曲線cは本実施例の図10の燃料集合体断面のマイナーアクチニド燃焼効率の燃焼変化を示している。図11の曲線cにて示されるように、本実施例においてもマイナーアクチニドを効率よく燃焼し得ることが分かる。
本実施例によれば、実施例1と同様に、マイナーアクチニドを効率よく燃焼させることができる。
As shown in FIG. 10, in the
According to the present embodiment, similar to the first embodiment, minor actinides can be burned efficiently.
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。 In addition, this invention is not limited to an above-described Example, Various modifications are included. For example, the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described.
1…燃料集合体
2…チャンネルボックス
3,3a〜3n…燃料棒
4…ギャップ水領域
5…十字型制御棒
6…水排除板
7…高減速領域
8…低減速領域
9…高減速領域と低減速領域の境界
20…改良型軽水炉
21…原子炉圧力容器
22…炉心
23…炉心支持板
24…上部格子板
25…燃料支持金具
26…炉心シュラウド
27…ダウンカマ
28…気水分離器
29…蒸気乾燥器
30…シュラウドヘッド
31…インターナルポンプ
32…制御棒案内管
33…制御棒駆動機構
34…下鏡
35…主蒸気配管
36…給水配管
DESCRIPTION OF
Claims (8)
燃料集合体は、軽水による中性子に対する減速効果の大きい高減速領域及び軽水による中性子に対する減速効果の小さい低減速領域を有し、前記高減速領域に配される燃料棒のウランとプルトニウムとマイナーアクチニドを足し合わせた重金属中のマイナーアクチニドの平均重量割合が、前記低減速領域に配される燃料棒のウランとプルトニウムとマイナーアクチニドを足し合わせた重金属中のマイナーアクチニドの平均重量割合より大きいことを特徴とする燃料集合体。 A fuel assembly in which a plurality of fuel rods are densely arranged in a triangular shape in a channel box having a square cross section, and loaded into a square lattice in the core of a light water reactor,
The fuel assembly has a high deceleration region with a large decelerating effect on light water neutrons and a reduced speed region with a small decelerating effect on light water neutrons, and uranium, plutonium and minor actinides of fuel rods arranged in the high decelerating region The average weight ratio of the minor actinides in the combined heavy metal is greater than the average weight ratio of the minor actinides in the heavy metal combined with uranium, plutonium and minor actinides of the fuel rods arranged in the reduction speed region. Fuel assembly.
前記高減速領域及び前記低減速領域との境界は、定格出力で運転されている状態で、水平断面内において前記正方形状のチャンネルボックスの内面から燃料集合体の内側へと向かい水素の輸送効果を考慮した平均自由行程分の長さに相当する位置に設定されることを特徴とする燃料集合体。 The fuel assembly according to claim 1, wherein
The boundary between the high speed reduction region and the reduction speed region is a state where it is operated at a rated output, and in the horizontal section, it has a hydrogen transport effect from the inner surface of the square channel box to the inside of the fuel assembly. A fuel assembly, characterized in that the fuel assembly is set at a position corresponding to the length of the mean free path considered.
前記高減速領域に配される燃料棒は、燃料集合体の水平断面内において最外周に配される燃料棒であることを特徴とする燃料集合体。 The fuel assembly according to claim 1, wherein
The fuel assembly arranged in the high deceleration region is a fuel assembly arranged on the outermost periphery in a horizontal section of the fuel assembly.
前記高減速領域及び前記低減速領域との境界にかかる位置に配される燃料棒は、水平断面内における占有面積に基づき、前記高減速領域に配される燃料棒か前記低減速領域に配される燃料棒か決定されることを特徴とする燃料集合体。 The fuel assembly according to claim 2, wherein
The fuel rods arranged at the position between the high deceleration region and the reduced speed region are arranged on the fuel rods arranged in the high deceleration region or the reduced speed region based on the occupied area in the horizontal section. A fuel assembly characterized by being determined as a fuel rod.
前記燃料集合体は、
横断面が正方形状のチャンネルボックス内に三角稠密配置される複数の燃料棒を有し、
軽水による中性子に対する減速効果の大きい高減速領域及び軽水による中性子に対する減速効果の小さい低減速領域を有し、燃料集合体の炉心への装荷時において、前記高減速領域に配される燃料棒のウランとプルトニウムとマイナーアクチニドを足し合わせた重金属中のマイナーアクチニドの平均重量割合が、前記低減速領域に配される燃料棒のウランとプルトニウムとマイナーアクチニドを足し合わせた重金属中のマイナーアクチニドの平均重量割合より大きいことを特徴とする軽水炉の炉心。 A core of a light water reactor in which a plurality of fuel assemblies are loaded in a square lattice shape,
The fuel assembly is
A plurality of fuel rods arranged in a triangular dense arrangement in a channel box having a square cross section;
A uranium of fuel rods arranged in the high deceleration region when the fuel assembly is loaded into the core, having a high deceleration region with a large deceleration effect on light beam neutrons and a reduced speed region with a small deceleration effect on light water neutrons. The average weight ratio of minor actinides in heavy metals combined with plutonium and minor actinides is the average weight ratio of minor actinides in heavy metals combined with uranium, plutonium and minor actinides in fuel rods arranged in the reduction speed region A light water reactor core characterized by a larger size.
前記高減速領域及び前記低減速領域との境界は、定格出力で運転されている状態で、水平断面内において前記正方形状のチャンネルボックスの内面から燃料集合体の内側へと向かい水素の輸送効果を考慮した平均自由行程分の長さに相当する位置に設定されることを特徴とする軽水炉の炉心。 In the core of the light water reactor according to claim 5,
The boundary between the high speed reduction region and the reduction speed region is a state where it is operated at a rated output, and in the horizontal section, it has a hydrogen transport effect from the inner surface of the square channel box to the inside of the fuel assembly. A core of a light water reactor, which is set at a position corresponding to the length of the mean free path considered.
前記高減速領域に配される燃料棒は、燃料集合体の水平断面内において最外周に配される燃料棒であることを特徴とする軽水炉の炉心。 In the core of the light water reactor according to claim 5,
The fuel rod disposed in the high deceleration region is a fuel rod disposed on the outermost periphery in a horizontal cross section of the fuel assembly.
前記高減速領域及び前記低減速領域との境界にかかる位置に配される燃料棒は、水平断面内における占有面積に基づき、前記高減速領域に配される燃料棒か前記低減速領域に配される燃料棒か決定されることを特徴とする軽水炉の炉心。 In the core of the light water reactor according to claim 6,
The fuel rods arranged at the position between the high deceleration region and the reduced speed region are arranged on the fuel rods arranged in the high deceleration region or the reduced speed region based on the occupied area in the horizontal section. The core of a light water reactor, characterized in that it is determined as a fuel rod.
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|---|---|---|---|---|
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| JP2022091259A (en) * | 2020-12-09 | 2022-06-21 | 三菱重工業株式会社 | Core structure and reactor |
| JP2023072223A (en) * | 2021-11-12 | 2023-05-24 | 日立Geニュークリア・エナジー株式会社 | Fuel assembly and core of nuclear reactor |
| WO2024157544A1 (en) * | 2023-01-26 | 2024-08-02 | 株式会社日立製作所 | Boiling water reactor and fuel assembly |
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2018
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2022006419A (en) * | 2020-06-24 | 2022-01-13 | 株式会社日立製作所 | Fuel assembly and boiling water reactor |
| JP7365297B2 (en) | 2020-06-24 | 2023-10-19 | 株式会社日立製作所 | Fuel assemblies and boiling water reactors |
| JP2022091259A (en) * | 2020-12-09 | 2022-06-21 | 三菱重工業株式会社 | Core structure and reactor |
| JP2023072223A (en) * | 2021-11-12 | 2023-05-24 | 日立Geニュークリア・エナジー株式会社 | Fuel assembly and core of nuclear reactor |
| JP7733545B2 (en) | 2021-11-12 | 2025-09-03 | 日立Geベルノバニュークリアエナジー株式会社 | Fuel assemblies and reactor cores |
| WO2024157544A1 (en) * | 2023-01-26 | 2024-08-02 | 株式会社日立製作所 | Boiling water reactor and fuel assembly |
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