JP4528545B2 - Fuel body storage rack and method for designing fuel body storage rack - Google Patents

Fuel body storage rack and method for designing fuel body storage rack Download PDF

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Description

本発明は、原子炉用燃料体を収納する燃料セルを水ギャップを介して多数配列し、水中に設置される燃料体収納ラックおよび燃料体収納ラックの設計方法に関するものである。   The present invention relates to a fuel body storage rack in which a large number of fuel cells for storing nuclear reactor fuel bodies are arranged through a water gap and is installed in water, and a method for designing a fuel body storage rack.

原子力発電所の水プールに設置されている燃料体収納ラックには、原子炉装荷前の新燃料体、原子炉から一時的に取り出された燃料体、および使用済みとなった燃料体が収納される。使用済燃料中間貯蔵施設では、原子炉施設から発送され、再処理施設あるいは永久処分施設へ運ばれる間の使用済燃料体が収納される。そして、使用済燃料再処理施設の水プールに設置される燃料体収納ラックには、搬入されてきて再処理されるまでの間、使用済燃料体が収納される。   The fuel storage rack installed in the water pool of the nuclear power plant stores the new fuel assembly before loading the reactor, the fuel assembly temporarily removed from the reactor, and the spent fuel assembly. The In the spent fuel intermediate storage facility, spent fuel bodies are stored while being shipped from the nuclear reactor facility and transported to the reprocessing facility or the permanent disposal facility. And the spent fuel body is accommodated in the fuel body storage rack installed in the water pool of a spent fuel reprocessing facility until it is carried in and it is reprocessed.

これらの収納ラックでは絶対に臨界事故を起こしてはならない（臨界安全性の確保）。このため、古くは燃料体を収納する燃料セル相互間の間隔を十分に確保し、水の中性子遮蔽効果を利用して臨界安全性が確保されていた。原子力発電設備では設備費が高いことから、燃料を貯蔵する水プールの合理化設計方針により、燃料セル相互間の間隔を狭くして燃料体収納率を向上させる必要性が高まっている。   These storage racks must never cause a criticality accident (ensure critical safety). For this reason, in the old days, a sufficient interval between the fuel cells containing the fuel bodies was ensured, and critical safety was ensured by utilizing the neutron shielding effect of water. Due to the high facility costs of nuclear power generation facilities, there is an increasing need to improve the fuel housing capacity by narrowing the space between fuel cells according to the rational design policy of the water pool for storing fuel.

また、原子力発電の経済性向上の要求にしたがって燃料の濃縮度が高められ、臨界になり易くなることから、臨界安全性確保技術が必要視されるようになった。そこで、燃料セルを構成する構造材であるステンレス鋼（ＳＵＳ）などに、硼素（ボロン：Ｂ）などの中性子吸収材を添加したＢ−ＳＵＳ材などが採用されるようになった。すなわち、隣接する燃料セルの間に存在する水で中性子を減速させ、熱中性子となったものを燃料セル構成材に含まれる中性子吸収物質に吸収させる、いわゆる「中性子トラップ」方式が採用されるようになった。   In addition, fuel enrichment has been increased in accordance with the demand for improving the economic efficiency of nuclear power generation, and it becomes easy to become critical, so criticality safety ensuring technology has become necessary. Therefore, a B-SUS material in which a neutron absorbing material such as boron (boron: B) is added to stainless steel (SUS), which is a structural material constituting the fuel cell, has been adopted. In other words, a so-called “neutron trap” method is adopted in which neutrons are decelerated with water existing between adjacent fuel cells, and thermal neutrons are absorbed by neutron-absorbing substances contained in the fuel cell components. Became.

この方式では、構造材に添加できる中性子吸収物質の濃度は限られており、Ｂ−ＳＵＳの場合、Ｂは１重量パーセント（ｗｔ％、以下、単に「％」のみで表示する）を越えると加工性が著しく低下するとともに、機械的な強度も低下するため、１％以下に抑制すべきであることは良く知られている。   In this method, the concentration of the neutron absorbing material that can be added to the structural material is limited. In the case of B-SUS, when B exceeds 1 weight percent (wt%, hereinafter, simply expressed as “%”), processing is performed. It is well known that the property should be reduced to 1% or less because the mechanical strength is also lowered.

ボロンの中で中性子を吸収するのは、天然硼素の中に２０％程度含まれているＢ１０であるため、このＢ１０を濃縮すれば、ボロンの添加率を抑制しても中性子吸収能力は増大させることができるが、著しいコストの増大を招くことになり、商業用プラントに採用することは困難である。   In boron, neutrons are absorbed by B10, which is contained in about 20% of natural boron. Therefore, if this B10 is concentrated, the neutron absorption capacity is increased even if the boron addition rate is suppressed. Although this can lead to significant cost increases, it is difficult to employ in commercial plants.

図２３は、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）の燃料貯蔵プール１の水中に設置された燃料体収納ラック２を示し、図２４は、その燃料体収納ラック２を拡大して示している。   FIG. 23 shows the fuel body storage rack 2 installed in the water of the fuel storage pool 1 of the boiling water reactor (BWR), and FIG. 24 shows the fuel body storage rack 2 in an enlarged manner.

これらの図に示すように、燃料体収納ラック２は、仕切板または角管３で構成した多数の燃料セル６を有し、燃料セル６には原子力発電プラントにおいて、原子炉装荷前の新燃料体、原子炉から一時的に取り出された燃料体、および使用済みとなった燃料体が収納される。そして、図２４に示すように、燃料体収納ラック２の下部には台座４が設けられ、燃料体収納ラック２は固定ボルト５により、水張りされた燃料貯蔵プール１の床面に固定される。   As shown in these drawings, the fuel body storage rack 2 has a large number of fuel cells 6 composed of partition plates or square tubes 3, and the fuel cells 6 have a new fuel before being loaded in a nuclear power plant. Body, the fuel body temporarily removed from the reactor, and the spent fuel body are stored. As shown in FIG. 24, a pedestal 4 is provided at the lower part of the fuel body storage rack 2, and the fuel body storage rack 2 is fixed to the floor surface of the water-filled fuel storage pool 1 by fixing bolts 5.

原子力発電プラントにおいては一般に、原子炉を一定期間運転後、使用済となった燃料体が炉心から取り出され、当該使用済燃料体は、再処理工場へ搬出されるまでの間、上記のように、原子力発電所内の燃料貯蔵プールで貯蔵され、冷却される。   In a nuclear power plant, generally, after operating a nuclear reactor for a certain period of time, a spent fuel element is taken out of the core, and the spent fuel element is taken as described above until it is carried out to a reprocessing plant. Stored in a fuel storage pool in a nuclear power plant and cooled.

また、使用済となった燃料体は冷却の後、再処理されるため、輸送用に使用済燃料輸送容器のバスケットに収納され、輸送される。その後、使用済燃料体は再処理されるまで、再処理工場の使用済燃料受入貯蔵施設のプール内に設置された使用済燃料受入貯蔵ラック内に貯蔵される。   In addition, since the spent fuel body is cooled and then reprocessed, it is stored in a spent fuel transportation container basket for transportation. Thereafter, the spent fuel body is stored in a spent fuel receiving storage rack installed in a pool of a spent fuel receiving storage facility of the reprocessing plant until it is reprocessed.

この再処理前の使用済燃料受入貯蔵プールおよび使用済燃料受入貯蔵ラックも、図２３に示した原子力発電プラントの燃料貯蔵プールや、燃料体収納ラックとほぼ同一の形態をしている。   The spent fuel receiving storage pool and the spent fuel receiving storage rack before reprocessing have almost the same form as the fuel storage pool and fuel body storage rack of the nuclear power plant shown in FIG.

なお、図２３には、原子力発電プラントの燃料貯蔵プールや燃料体収納ラックについて、ＢＷＲの例を示しているが、加圧水型原子炉（ＰＷＲ）についても同様である。ＰＷＲの燃料は、ＢＷＲの燃料より大型のため、燃料セル６が大きいことなどに違いはあるが、ＰＷＲ燃料用の燃料体収納ラックも図２４に示した仕切板または角管３で構成した多数の燃料セル６を有するＢＷＲ燃料用の燃料体収納ラック２と同一の形態をしている。   FIG. 23 shows an example of a BWR for a fuel storage pool and a fuel storage rack of a nuclear power plant, but the same applies to a pressurized water reactor (PWR). The PWR fuel is larger than the BWR fuel, so there are differences in the size of the fuel cell 6 and the like. However, the fuel body storage rack for the PWR fuel is also composed of the partition plate or the square tube 3 shown in FIG. It has the same configuration as the fuel body storage rack 2 for BWR fuel having the fuel cells 6.

また、使用済ＰＷＲ燃料もＰＷＲブラントの炉心から取り出され、燃料体収納ラックの燃料セルにおいて冷却された後、再処理のため輸送された場合は、再処理前の使用済燃料受入貯蔵プールに受け入れられ、再処理工場の使用済燃料受入貯蔵施設プール中の使用済燃料受入貯蔵ラックに貯蔵されるが、これもＰＷＲプラントの燃料貯蔵プールや燃料体収納ラックとほぼ同一の形態をしている。   In addition, when the spent PWR fuel is also removed from the core of the PWR blunt, cooled in the fuel cell of the fuel body storage rack, and transported for reprocessing, it is received in the spent fuel receiving storage pool before reprocessing. The fuel is stored in a spent fuel receiving and storage rack in the spent fuel receiving and storage facility pool of the reprocessing plant, and this is also almost the same form as the fuel storage pool and the fuel body storage rack of the PWR plant.

図２４に示した燃料体収納ラック２には、燃料セル６の間に水領域がなく、燃料セル６間には燃料セル６を構成する仕切板または角管のみが存在する種類のもの、各燃料セル６を構成する仕切板または角管の間に水領域がある種類のもの、あるいは、それらを組み合わせた燃料体収納ラックがある。   The fuel storage rack 2 shown in FIG. 24 is of a type in which there is no water area between the fuel cells 6 and only the partition plates or square tubes constituting the fuel cells 6 exist between the fuel cells 6. There is a type having a water region between partition plates or square tubes constituting the fuel cell 6 or a fuel body storage rack combining them.

これらの設計については、燃料セル６に収納する燃料体の初期濃縮度、燃料体の寸法により最低限必要となる燃料セル６の大きさ、燃料セル６を構成する仕切板または角管の厚み、仕切板または角管の材料等が考慮される。   For these designs, the initial enrichment of the fuel body housed in the fuel cell 6, the size of the fuel cell 6 that is minimum required depending on the dimensions of the fuel body, the thickness of the partition plate or square tube constituting the fuel cell 6, The material of a partition plate or a square tube is considered.

また、それら材料中の中性子吸収材の含有の有無、あるいは、中性子可燃性毒物を含有する燃料体である場合にはその反応度低下効果を考慮すること（以下、「ガドリクレジット」という。）の有無、燃料体の燃焼による反応度低下を考慮する場合（以下、「燃焼度クレジット」という。）は、燃焼度クレジットの考慮の仕方や考慮の程度により、更に水の中性子の減速や遮蔽効果も考慮し、燃料体を一定の間隔を保ちながら貯蔵する燃料体収納ラックにおいて想定される、いかなる状況下においても未臨界性を保つことように決定される。 In addition, the presence or absence of a neutron absorbing material in these materials, or in the case of a fuel body containing a neutron flammable poison, take into account its reactivity lowering effect (hereinafter referred to as “gadori credit”). When considering the decrease in reactivity due to the presence or absence of fuel and the combustion of the fuel body (hereinafter referred to as “burn-up credit”), depending on how and how much the burn-up credit is taken into consideration, the neutron moderation and shielding effects of water In consideration of the above, it is determined to maintain subcriticality under any circumstances assumed in a fuel body storage rack that stores fuel bodies at regular intervals.

従来では、「中性子トラップ」効果を更に高めるべく、隣接する燃料セルの間に存在する間隙に、水よりも水素密度が大きい含水素物質を配置する案が示されている（特許文献１参照）。しかし、実際には含水素物質を収納する金属材料が必要となり、却って実効的な水素密度の低下を招き、また構造が複雑なため、製造コストの上昇を招くことになる。   Conventionally, in order to further enhance the “neutron trap” effect, a proposal has been made to arrange a hydrogen-containing substance having a hydrogen density larger than that of water in a gap existing between adjacent fuel cells (see Patent Document 1). . However, in actuality, a metal material that contains a hydrogen-containing substance is required, which in turn causes an effective decrease in hydrogen density, and the structure is complicated, leading to an increase in manufacturing cost.

さらに従来では、上記間隙に中性子吸収板を配置する案も提案されている（特許文献２参照）。しかし、具体的な検討についての記載はない。実際には、中性子吸収板と燃料セル構造材との間には水が存在し、中性子の複雑な挙動が発生し、期待と反対の現象が起こるような場合も存在することが明らかになっている。したがって、この提案も「中性子トラップ」効果を高めることを実現することができない。
特開平５−２４９２９０号公報 実開昭６１−８２２９５号公報 Furthermore, conventionally, the proposal which arrange | positions a neutron absorption board in the said gap | interval has also been proposed (refer patent document 2). However, there is no description about concrete examination. In fact, it has been clarified that water exists between the neutron absorber plate and the fuel cell structural material, and there are cases where complex behavior of neutrons occurs and the opposite phenomenon occurs. Yes. Therefore, this proposal also cannot realize the “neutron trap” effect.
JP-A-5-249290 Japanese Utility Model Publication No. 61-82295

従来では、燃料体を収納する燃料セルを構成する構造材をステンレス材（ＳＵＳ）またはＳＵＳに硼素（ボロン：Ｂ）などの中性子吸収材を添加したＢ−ＳＵＳ材とし、燃料セル相互間に間隔を持つ燃料体収納ラックにおいては、加工性や機械的な強度の観点から、Ｂ添加率を１％以下に抑制することが必要であった。 Conventionally, a structural material constituting a fuel cell for storing a fuel body is a stainless steel (SUS) or a B-SUS material obtained by adding a neutron absorbing material such as boron (boron: B) to SUS, and a space between the fuel cells. In the fuel assembly storage rack having the above, it is necessary to suppress the B addition rate to 1% or less from the viewpoint of workability and mechanical strength.

また、Ｂ１０を濃縮した高価なＢを使用せず、燃料セル相互間の間隙に中性子吸収板を配置することにより、「中性子トラップ」効果をさらに高め、燃料体収納率を向上させることも困難であった。   In addition, it is difficult to further enhance the “neutron trap” effect and improve the fuel body accommodation rate by arranging a neutron absorber plate in the gap between fuel cells without using expensive B enriched with B10. there were.

さらに、燃料セルを構成する材料に含まれるＢなどの中性子吸収物質の添加量を低減し、製造コストの低減と強度確保を計ることができる燃料体収納ラックの条件が明確でなかった。また、その燃料体収納ラックの設計方法が知られておらず、実用化が困難であった。 Furthermore, the condition of the fuel body storage rack capable of reducing the addition amount of a neutron absorbing material such as B contained in the material constituting the fuel cell and reducing the manufacturing cost and ensuring the strength has not been clear. Further, the method of designing the fuel assembly storage rack not known, practical use has been difficult.

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、燃料濃縮度が高くなっても燃料体収納率を低下させることなく、低コストで臨界安全性を確保することができる燃料体収納ラックおよび燃料体収納ラックの設計方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve such a problem, and even when the fuel enrichment is high, the fuel body that can ensure the critical safety at a low cost without reducing the fuel body storage rate. It is an object of the present invention to provide a design method for a storage rack and a fuel body storage rack.

より具体的には、上述した特許文献２で提案されている構造を参照しつつ、隣接する燃料セルを構成するセル構造材の中性子吸収物質の濃度および水ギャップに配置する中性子吸収板およびセル金属材と中性子吸収板との中性子の複雑な挙動を解明することによって、従来の課題を解決するものである。   More specifically, while referring to the structure proposed in Patent Document 2 described above, the neutron absorbing plate and cell metal disposed in the water gap and the concentration of neutron absorbing material of the cell structure material constituting the adjacent fuel cell By solving the complex behavior of neutrons between the material and the neutron absorber plate, the conventional problems are solved.

前記の目的を達成するために、請求項１に係る発明では、燃料体を収納する燃料セルを水ギャップを介して多数配列するとともに、これらの水ギャップに中性子吸収板をそれぞれ配置して構成され、水中に設置される燃料体収納ラックにおいて、前記中性子吸収板は、厚さが４ｍｍ以上１５ｍｍ以下であり、中性子吸収物質をステンレス鋼製の吸収物質被覆で収容して構成され、隣接する前記燃料セルを構成するセル金属材の外表面間の水ギャップ距離を１８ｍｍ以上、５０ｍｍ以下とし、かつ前記セル金属材の外表面と前記中性子吸収板の外表面との間隔に形成される水層の幅を７ｍｍ以上とし、前記セル金属材に含まれる中性子吸収材ボロン（Ｂ）の濃度を所定の値以下になるように抑制した、ことを特徴とする燃料体収納ラックを提供する。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is configured by arranging a large number of fuel cells containing fuel bodies through water gaps and arranging neutron absorbing plates in these water gaps. in the fuel element storage rack installed in the water, the neutron absorbing plate is not less 4mm or 15mm or less in thickness, is composed of neutron absorbing material is housed in a stainless steel absorbing material coating, adjacent the fuel water gap distance between the outer surfaces of the cell metal material constituting the cell 18mm or more, and less than 50mm, and the width of the water layer formed on the gap between the outer surface of said neutron absorber plate and the outer surface of said cell metal material It was a more 7 mm, provides the concentration of neutron absorber boron (B) contained in the cell metal material suppressed to be less than a predetermined value, fuel assembly storage rack, characterized in that That.

本発明において、セル金属材の外表面間の水ギャップ距離の下限を１８ｍｍとするのは、このギャップ距離未満では、そのギャップ内に位置して形成される水層が薄くなり、中性子トラップ効果が小さくなるためである。本発明では、水ギャップ距離を１８ｍｍ以上とすることにより、中性子吸収板の両外表面側に形成される各水層をそれぞれ７ｍｍ以上確保できる構成とし、望ましい中性子トラップ効果を得ることができるようにしている。   In the present invention, the lower limit of the water gap distance between the outer surfaces of the cell metal material is set to 18 mm. If the distance is less than the gap distance, the water layer formed in the gap becomes thin, and the neutron trap effect is achieved. This is because it becomes smaller. In the present invention, by setting the water gap distance to 18 mm or more, each water layer formed on both outer surface sides of the neutron absorber plate can be secured to 7 mm or more so that a desirable neutron trap effect can be obtained. ing.

例えば、セル金属材の厚さ（ｔ）が４ｍｍの場合、中性子吸収板の両外表面側に形成される各水層の和が、７ｍｍ×２＝１４ｍｍとなり、これにセル金属材の厚さ４ｍｍを加えて１８ｍｍとなる。また、水ギャップ距離の上限を５０ｍｍとするのは、構成のコンパクト化を図るためである。このような構成により、コンパクトで、かつ望ましい中性子トラップ効果が得られるようになる。   For example, when the thickness (t) of the cell metal material is 4 mm, the sum of the water layers formed on both outer surface sides of the neutron absorber plate is 7 mm × 2 = 14 mm, which is the thickness of the cell metal material. Add 4mm to 18mm. The upper limit of the water gap distance is set to 50 mm in order to make the configuration compact. With such a configuration, a compact and desirable neutron trap effect can be obtained.

請求項２に係る発明では、前記セル金属材は、ボロンを添加しないステンレス鋼またはボロンを１重量パーセント以下添加したボロン入りステンレス鋼で構成された請求項１記載の燃料体収納ラックを提供する。   According to a second aspect of the present invention, there is provided the fuel body storage rack according to the first aspect, wherein the cell metal material is made of stainless steel not containing boron or stainless steel containing boron to which boron is added at 1 weight percent or less.

本発明において、ボロン（Ｂ）の添加量を１重量パーセント以下に規定するのは、ステンレス鋼（ＳＵＳ）へのＢ添加量が１重量％を越えると、加工性、強度等において急に問題が多発するためである。なお、ボロンを添加しないステンレス鋼としては、ボラル、Ｇｄ−ＳＵＳ等が考えられる。   In the present invention, the amount of boron (B) added is regulated to 1 weight percent or less because if the amount of B added to stainless steel (SUS) exceeds 1% by weight, there is a sudden problem in workability and strength. This is because it occurs frequently. In addition, as a stainless steel to which boron is not added, boron, Gd-SUS, or the like can be considered.

請求項３に係る発明では、前記セル金属材は、ボロンを添加しないステンレス鋼と、ボロンを１重量パーセント以下添加したボロン入りステンレス鋼との組み合わせ材料で構成された請求項１記載の燃料体収納ラックを提供する。   According to a third aspect of the present invention, in the fuel cell housing according to the first aspect, the cell metal material is composed of a combination material of stainless steel to which boron is not added and stainless steel containing boron to which boron is added at 1 weight percent or less. Provide a rack.

請求項４に係る発明では、前記セル金属材の厚さは、３ｍｍ以上かつ８ｍｍ以下である請求項２または請求項３記載の燃料体収納ラックを提供する。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the fuel body storage rack according to the second or third aspect, wherein the thickness of the cell metal material is 3 mm or more and 8 mm or less.

セル金属材の厚さが３ｍｍ未満と薄い場合には十分な強度がえられない。また、過度の厚さに設定するとコンパクト化が測れない。強度的な面からセル金属材の厚さは８ｍｍで十分である。   When the thickness of the cell metal material is as thin as less than 3 mm, sufficient strength cannot be obtained. In addition, if the thickness is set excessively, the compactness cannot be measured. From the standpoint of strength, a thickness of 8 mm is sufficient for the cell metal material.

中性子吸収板の厚さが１５ｍｍを超えると、例えば水ギャップが３０ｍｍでＢ添加量が１重量％の時などに設定したような場合には、逆効果となる。また、中性子吸収板の厚さが４ｍｍ未満では、ボロン充填量不足と強度上の問題が発生する。   When the thickness of the neutron absorbing plate exceeds 15 mm, for example, when the water gap is set to 30 mm and the B addition amount is set to 1% by weight, the opposite effect is obtained. Further, if the thickness of the neutron absorbing plate is less than 4 mm, the boron filling amount is insufficient and a problem in strength occurs.

請求項５に係る発明では、前記中性子吸収板を構成する前記ステンレス鋼製の吸収物質被覆は、中空の平板状のステンレス鋼製容器であり、前記テンレス鋼製容器に収容される前記中性子吸収物質は、炭化硼素粉粒であり、収容された前記炭化硼素層の厚さは１．５ｍｍ以上かつ８ｍｍ以下であり、前記容器の一面を構成するステンレス鋼板の厚さは１ｍｍ以上かつ４ｍｍ以下である、請求項１ないし４のいずれか記載の燃料体収納ラックを提供する。 In the invention which concerns on Claim 5, the said stainless steel absorption substance coating | cover which comprises the said neutron absorption board is a hollow flat stainless steel container, The said neutron absorption substance accommodated in the said stainless steel container is a boron carbide powder grains, the thickness of the contained the boron carbide layer is less 1.5mm or more and 8 mm, the thickness of the stainless steel plate constituting the one side of the container is a 1mm or more and 4mm or less provides a fuel element storage rack according to any one of claims 1 to 4.

Ｂ４Ｃ厚さを１．５ｍｍ以上かつ８ｍｍ以下に設定することにより、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ／ＣＲ）では実効が得られる。なお、Ｂ４Ｃを平板化すると約２ｍｍ厚が適合し、さらに少し薄くても良いことから、前記設定としたものである。なお、Ｂ４Ｃ厚さは、８ｍｍを超えても、反応度抑制効果は２ｍｍの場合から格段に増加するものではない。 Effectiveness is obtained in a boiling water reactor (BWR / CR) by setting the B 4 C thickness to 1.5 mm or more and 8 mm or less. Note that when B 4 C is flattened, a thickness of about 2 mm is suitable and may be a little thinner, so the above setting is adopted. Incidentally, B 4 C thickness be greater than 8 mm, reactivity suppressing effect is not remarkably increased from the case of 2 mm.

なお、ＢＷＲ／ＣＲのシース厚みは、ＢＷＲ／４（旧厚型）で１．４ｍｍであり、新型では１．１ｍｍでスティフナ無しとされる。ＢＷＲ／５薄型では、０．８ｍｍでスティフナが必要であり、４ｍｍを越えて強度を過剰に確保する必要は通常ない。   The sheath thickness of BWR / CR is 1.4 mm for BWR / 4 (old thickness type), and 1.1 mm for the new type without stiffeners. In BWR / 5 thin, a stiffener is required at 0.8 mm, and it is not usually necessary to ensure an excessive strength beyond 4 mm.

請求項６に係る発明では、前記中性子吸収板を構成する前記ステンレス鋼製の吸収物質被覆は、対向する２枚の平板状ステンレス鋼であり、前記２枚の平板状ステンレス鋼の間に収容される前記中性子吸収物質は、内直径３ｍｍ以上、外直径１２ｍｍ以下のステンレス鋼管に炭化硼素粉粒を充填して形成された多数の吸収棒であり、前記中性子吸収板は、前記多数の吸収棒を前記対向する２枚の平板状ステンレス鋼の間に配列して構成したものである、請求項１ないし４のいずれか記載の燃料体収納ラックを提供する。 In the invention which concerns on Claim 6, the said stainless steel absorption material coating | cover which comprises the said neutron absorption board is two flat plate stainless steels which oppose, and is accommodated between the said two flat plate stainless steels. The neutron absorbing material is a large number of absorbing rods formed by filling boron carbide particles into a stainless steel tube having an inner diameter of 3 mm or more and an outer diameter of 12 mm or less, and the neutron absorbing plate includes the numerous absorbing rods. wherein is constructed by arranging between the two opposing flat stainless steel, it provides a fuel element storage rack according to any one of claims 1 to 4.

内直径が３ｍｍ未満では、Ｂ４Ｃ充填が容易でない、ＢＷＲ／ＣＲでは３．５ｍｍが適当である。外直径が１２ｍｍの場合、シースを含めると約１５ｍｍとなる。これを超える場合には、Ｂ４Ｃの過剰使用になる。 When the inner diameter is less than 3 mm, B 4 C filling is not easy. For BWR / CR, 3.5 mm is appropriate. When the outer diameter is 12 mm, it is about 15 mm including the sheath. If it exceeds this, B 4 C is excessively used.

請求項７に係る発明では、燃料体を収納する燃料セルが水ギャップを介して多数配列され、隣接する前記燃料セルを構成するセル金属材の外表面間の水ギャップ距離が１８ｍｍ以上である燃料体収納ラックにおいて、前記水ギャップの中に配置される中性子吸収板を備え、前記中性子吸収板は、厚さが４ｍｍ以上１５ｍｍ以下であり、中性子吸収物質をステンレス鋼製の吸収物質被覆で収容して構成され、前記セル金属材の外表面と前記中性子吸収板外表面との間隔に形成される水層の幅は７ｍｍ以上であり、前記燃料セルに収納される前記燃料体の最高濃縮度は、前記中性子吸収板が配置されていない状態において収納可能な最高濃縮度よりも大きい、ことを特徴とする燃料体収納ラックを提供する。 In the invention according to claim 7, the fuel cell for accommodating the fuel body is arrayed through the water gap, water gap distance between the outer surface of the cell metal material of the fuel cell adjacent at least 18mm fuel in the body storage rack, comprising a neutron absorbing plate disposed in said water gap, the neutron absorbing plate is not less 4mm or 15mm or less in thickness, containing a neutron absorbing material in stainless steel absorbing material coating configured Te, the width of the water layer formed on the gap between the outer surface and the neutron absorbing plate outer surface of the cell metal material is at 7mm or more, the highest enrichment of the fuel assemblies to be accommodated in the fuel cell The fuel body storage rack is characterized by being larger than the maximum concentration that can be stored in a state where the neutron absorber plate is not disposed .

請求項８に係る発明では、燃料体を収納する燃料セルを水ギャップを介して多数配列し、前記水ギャップにおける、前記燃料セルを構成する炭化硼素からなるセル金属材の外表面間の距離を、１８ｍｍ以上かつ５０ｍｍ以下とし、この水ギャップの中央位置に、前記セル金属材の外表面との間に７ｍｍ以上の隙間を確保するように中性子吸収板を配置して、前記燃料セルに所定の燃料体を収納する水中体系を対象とする設計方法であって、前記中性子吸収板の条件を設定する工程と、前記セル金属材の厚みと硼素濃度とを仮設定する工程と、実効増倍率を計算し、この値に計算誤差を含めた実効増倍率が制限値を満足するように、ボロン入りステンレス鋼材の外表面間の水ギャップ幅、ステンレス中のボロン濃度、およびボロン入りステンレス板厚を調節する工程とを備え、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の燃料体収納ラックを設計することを特徴とする燃料体収納ラックの設計方法を提供する。 In the invention according to claim 8 , a large number of fuel cells containing fuel bodies are arranged via a water gap, and the distance between the outer surfaces of the cell metal material made of boron carbide constituting the fuel cell in the water gap is determined. A neutron absorber plate is disposed at a central position of the water gap so as to secure a gap of 7 mm or more between the outer surface of the cell metal material, and a predetermined amount is provided in the fuel cell. A design method for an underwater system containing a fuel body, the step of setting conditions for the neutron absorber plate, the step of temporarily setting the thickness and boron concentration of the cell metal material, and the effective multiplication factor The water gap width between the outer surfaces of the stainless steel material containing boron, the boron concentration in the stainless steel, and the stainless steel containing boron so that the effective multiplication factor including the calculation error in this value satisfies the limit value. And a step of adjusting the thickness, to provide a method of designing the fuel assembly storage rack, which comprises designing a fuel assembly storage rack according to claims 1 to claim 6.

請求項９に係る発明では、水中に設置され、燃料体を収納する燃料セルを水ギャップを介して多数配列した燃料体収納ラックを対象とする設計方法であって、隣接する前記燃料セルを構成するセル金属材の外表面間の水ギャップ距離が１８ｍｍ以上である場合に、前記水ギャップの中央に、Ｂ−ＳＵＳ材外面との間に７ｍｍ以上を確保するように中性子吸収板を配置し、前記燃料セルに所定の燃料体を収納した水中体系にて実効増倍率を計算し、この計算値に計算誤差を含めた実効増倍率が制限値を満足するように中性子吸収板を調節し、中性子吸収板を配置する前に収納可能な燃料体の最高濃縮度を超え、収納可能な燃料体の最高濃縮度を大きくした請求項７記載の燃料体収納ラックを設計することを特徴とする燃料体収納ラックの設計方法を提供する。 The invention according to claim 9 is a design method for a fuel body storage rack that is installed in water and in which a large number of fuel cells that store fuel bodies are arranged via a water gap, and constitutes the adjacent fuel cells. When the water gap distance between the outer surfaces of the cell metal material is 18 mm or more, a neutron absorber plate is disposed at the center of the water gap so as to ensure 7 mm or more between the outer surface of the B-SUS material, The effective multiplication factor is calculated in an underwater system in which a predetermined fuel body is stored in the fuel cell, and the neutron absorber plate is adjusted so that the effective multiplication factor including the calculation error in the calculated value satisfies the limit value. 8. A fuel body storage rack according to claim 7 , wherein the fuel body storage rack is designed to exceed the maximum enrichment of the fuel body that can be stored before the absorber plate is disposed and to increase the maximum enrichment of the fuel body that can be stored. How to design a storage rack To provide.

本発明に係る燃料体収納ラックによれば、燃料濃縮度が高くなっても、燃料体収納率を低下させることなく、低コストで臨界安全性を確保することができる。また、本発明では、そのような燃料体収納ラックを設計する好適な方法を提供することができる。すなわち、隣接する燃料セルを構成するセル構造材の中性子吸収物質の濃度、水ギャップに配置する中性子吸収板およびセル金属材と中性子吸収板との中性子の複雑な挙動を解明することによって、上述した課題を解決することができる。   According to the fuel assembly storage rack of the present invention, even when the fuel enrichment is increased, critical safety can be ensured at a low cost without reducing the fuel assembly storage rate. Moreover, in this invention, the suitable method of designing such a fuel body storage rack can be provided. In other words, the concentration of the neutron absorbing material in the cell structure material constituting the adjacent fuel cell, the neutron absorbing plate placed in the water gap, and the complicated behavior of neutrons between the cell metal material and the neutron absorbing plate are described above. The problem can be solved.

以下、本発明に係る燃料体収納ラックおよび燃料体収納ラックの設計方法の実施形態について説明する。本実施形態では、本発明を達成するまでの解析計算の過程を、図面を用いて詳細に説明する。この解析は、燃料セルを構成するＢ−ＳＵＳ管相互間に水ギャップが介在する体系の水ギャップ内に中性子吸収板を配置し、中性子実効増倍率を小さくすることを活用し、燃料体収納ラックの燃料体収納密度の高密度化や低廉化を図るものである。   Embodiments of a fuel body storage rack and a fuel body storage rack design method according to the present invention will be described below. In the present embodiment, the process of analysis calculation until the present invention is achieved will be described in detail with reference to the drawings. This analysis uses the fact that a neutron absorber plate is arranged in the water gap of the system in which the water gap is interposed between the B-SUS pipes constituting the fuel cell, and the effective neutron multiplication factor is reduced, and the fuel body storage rack Therefore, it is intended to increase the fuel body storage density and reduce the cost.

図１（Ａ）は、解析計算の計算体系を説明するため、燃料体収納ラックの構成を示す断面図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の「ｂ」部拡大図である。   FIG. 1A is a cross-sectional view showing a configuration of a fuel assembly storage rack in order to explain a calculation system of analysis calculation. FIG. 1B is an enlarged view of the “b” portion of FIG.

これらの図に示すように、本実施形態の燃料体収納ラックは、燃料体を収納する燃料セル６を水ギャップ９を介して多数配列するとともに、これらの水ギャップ９に中性子吸収板８をそれぞれ配置し、水中に設置される。   As shown in these drawings, the fuel assembly storage rack according to the present embodiment has a large number of fuel cells 6 that store fuel assemblies arranged through water gaps 9, and a neutron absorber plate 8 is provided in each of these water gaps 9. Place and install in the water.

そして、隣接する燃料セル６を構成するセル金属材の外表面間の水ギャップ距離（幅）Ｈｇが、１８ｍｍ以上、５０ｍｍ以下とされている。   And the water gap distance (width | variety) Hg between the outer surfaces of the cell metal material which comprises the adjacent fuel cell 6 is 18 mm or more and 50 mm or less.

また、セル金属材の外表面と中性子吸収板８の外表面との間隔に形成される水層の幅Ｈｆが７ｍｍ以上とされ、セル金属材に含まれる中性子吸収材ボロン（Ｂ）の濃度は所定の値以下になるように抑制されている。   Further, the width Hf of the water layer formed between the outer surface of the cell metal material and the outer surface of the neutron absorber plate 8 is 7 mm or more, and the concentration of the neutron absorber boron (B) contained in the cell metal material is It is suppressed so as to be below a predetermined value.

以下、外形２１４ｍｍ×２１４ｍｍ、濃縮度４．１ｗｔ％のＰＷＲ燃料を例として、燃料セル構造材（Ｂ−ＳＵＳ）の管厚ｔｓ、燃料セル構造材（Ｂ−ＳＵＳ）中のＢ濃度、水ギャップ幅Ｈｇ、中性子吸収板の吸収物質厚ｄａおよび吸収物質被覆厚ｄｃをパラメータとして解析を行う場合について説明する。   Hereinafter, taking as an example a PWR fuel having an outer diameter of 214 mm × 214 mm and a concentration of 4.1 wt%, the tube thickness ts of the fuel cell structure material (B-SUS), the B concentration in the fuel cell structure material (B-SUS), and the water gap A case where analysis is performed using the width Hg, the absorbing material thickness da of the neutron absorbing plate, and the absorbing material coating thickness dc as parameters will be described.

中性子吸収板８の中性子吸収物質１０には、安価なＢ４Ｃを採用し、吸収物質被覆８ａには、水プール中の燃料体収納ラックの燃料セル構成材として実績のあるＳＵＳを採用した。 Inexpensive B 4 C was adopted as the neutron absorbing material 10 of the neutron absorbing plate 8, and SUS, which has been proven as a fuel cell constituent material of the fuel body storage rack in the water pool, was adopted as the absorbing material coating 8 a.

本実施形態で行う計算の第１ステップでは、図１に示す水ギャップ幅Ｈｇを３０ｍｍとし、燃料セル構造材材厚ｔｓを８ｍｍ、６ｍｍおよび４ｍｍとし、それぞれに対してＢ−ＳＵＳ中のＢ濃度を変化させ、実効増倍率を求めた。   In the first step of the calculation performed in this embodiment, the water gap width Hg shown in FIG. 1 is set to 30 mm, the fuel cell structure material thickness ts is set to 8 mm, 6 mm, and 4 mm. And the effective multiplication factor was obtained.

なお、この場合において、中性子吸収板８の吸収物質厚ｄは８ｍｍ、吸収物質被覆厚は３．５ｍｍ（すなわち、ＳＵＳ（３．５ｍｍ）−Ｂ４Ｃ（８ｍｍ）−ＳＵＳ（３．５ｍｍ））とし、中性子吸収板厚ｄａは１５ｍｍ、中性子吸収板８の外面とＢ−ＳＵＳ外面の水層厚Ｈｆは７．５ｍｍに固定した。 In this case, the absorbing material thickness d of the neutron absorbing plate 8 is 8 mm, and the absorbing material coating thickness is 3.5 mm (that is, SUS (3.5 mm) -B 4 C (8 mm) -SUS (3.5 mm)). The neutron absorbing plate thickness da was fixed to 15 mm, and the water layer thickness Hf of the outer surface of the neutron absorbing plate 8 and the outer surface of the B-SUS was fixed to 7.5 mm.

図２（Ａ）は、その解析結果を示したものである。中性子吸収板を水ギャップに挿入していない場合に対し、中性子吸収板を挿入した場合の実効増倍率の減少率（％Δｋ／ｋ）をＢ−ＳＵＳ中のＢ濃度を横軸として示している。   FIG. 2A shows the analysis result. The decrease rate (% Δk / k) of the effective multiplication factor when the neutron absorber plate is inserted with respect to the case where the neutron absorber plate is not inserted in the water gap, the B concentration in B-SUS is shown on the horizontal axis. .

燃料セル構造材（Ｂ−ＳＵＳ）の厚さが４ｍｍの場合には、中性子吸収板で実効増倍率を小さくすることができた。しかし、６ｍｍ厚のときには、Ｂ−ＳＵＳ中のＢ濃度が０．６％以上となり、８ｍｍ厚のときはＢ−ＳＵＳ中のＢ濃度が０．４％以上となり、実効増倍率は逆に大きくなった。   When the thickness of the fuel cell structural material (B-SUS) was 4 mm, the effective multiplication factor could be reduced with the neutron absorber plate. However, when the thickness is 6 mm, the B concentration in B-SUS is 0.6% or more, and when the thickness is 8 mm, the B concentration in B-SUS is 0.4% or more, and the effective multiplication factor is increased. It was.

図２（Ａ）によれば、Ｂ−ＳＵＳのＢ濃度が高いと中性子吸収板の効果が小さくなることが示されている。特に、Ｂ−ＳＵＳ厚さを大きくしたときには、Ｂ濃度が１％ではＢ−ＳＵＳの中性子吸収が極めて大きく（中性子に対しｂｌａｃｋ）、「中性子トラップ」効果が水領域の不足により、実効増倍率が逆に大きくなったものと考えられ、水層幅Ｈｆの増加が望ましいと言える。   FIG. 2A shows that the effect of the neutron absorbing plate is reduced when the B concentration of B-SUS is high. In particular, when the B-SUS thickness is increased, when the B concentration is 1%, the neutron absorption of B-SUS is extremely large (black against neutrons), and the “neutron trap” effect is insufficient due to the lack of water region. On the other hand, it is thought that it became large, and it can be said that increase of the water layer width Hf is desirable.

図２（Ｂ）は、上記の確認を行った結果を示している。すなわち、Ｂ−ＳＵＳの厚さが４ｍｍのときに、中性子吸収板の吸収物質厚を４ｍｍ、吸収物質被覆厚を１．５ｍｍ（ＳＵＳ（１．５）−Ｂ４Ｃ（４）−ＳＵＳ（１．５））とし、水層幅Ｈｆを増加させた場合の解析を行い、Ｂ−ＳＵＳのＢ濃度が高い領域で水層幅の増加が実効増倍率の減少に効果があることを示している。 FIG. 2B shows the result of the above confirmation. That is, when the thickness of B-SUS is 4 mm, the absorbing material thickness of the neutron absorber plate is 4 mm and the absorbing material coating thickness is 1.5 mm (SUS (1.5) -B 4 C (4) -SUS (1 .5)) and an analysis when the water layer width Hf is increased indicates that an increase in the water layer width is effective in reducing the effective multiplication factor in a region where the B concentration of B-SUS is high. .

また、別途行った吸収物質被覆の材料をＳＵＳからＡｌとする解析から、Ａｌを吸収物質被覆の材料とすると、ＳＵＳの場合よりもわずかに実効増倍率が下がることから、上記の変化にはＳＵＳの高速中性子の反射効果も含まれていることが考えられる。   In addition, from the analysis that the material of the absorbent material coating is performed separately from SUS to Al, the effective multiplication factor is slightly lower than the case of SUS when Al is the material of the absorbent material coating. It is thought that the reflection effect of fast neutrons is also included.

次の第２の計算ステップでは、ＳＵＳ（３．５ｍｍ）−Ｂ４Ｃ（８ｍｍ）−ＳＵＳ（３．５ｍｍ）はそのままとし、Ｂ−ＳＵＳ板の厚みを燃料体収納ラックの稠密化で現実的な４ｍｍとした。 In the next second calculation step, SUS (3.5 mm) -B 4 C (8 mm) -SUS (3.5 mm) is left as it is, and the thickness of the B-SUS plate is realistic by densifying the fuel storage rack. 4 mm.

また、水ギャップ幅を３０ｍｍ、４０ｍｍおよび５０ｍｍと変え、それぞれに対してＢ−ＳＵＳ中のＢ濃度を変化させ、実効増倍率を求めた。   In addition, the water gap width was changed to 30 mm, 40 mm, and 50 mm, and the B concentration in B-SUS was changed for each to determine the effective multiplication factor.

図３（Ａ）、（Ｂ）はその結果を示したものである。図３（Ａ）に示すように、水ギャップが広くなると、中性子吸収板の実効増倍率抑制効果が小さくなる傾向がある。Ｂ−ＳＵＳが４ｍｍでは、Ｂ−ＳＵＳはｂｌａｃｋではなく、中性子吸収板の効果が現れる。しかし、Ｇａｐが広いと水で遮蔽され、中性子吸収板の効果が小さくなる。但し、Ｂ−ＳＵＳのＢ濃度が下がると中性子吸収板の効果は大きくなる。   FIGS. 3A and 3B show the results. As shown in FIG. 3A, when the water gap is widened, the effective multiplication factor suppressing effect of the neutron absorbing plate tends to be small. When B-SUS is 4 mm, B-SUS is not black and the effect of a neutron absorbing plate appears. However, if the gap is wide, the gap is shielded with water, and the effect of the neutron absorbing plate is reduced. However, the effect of the neutron absorber increases as the B concentration of B-SUS decreases.

次の第３ステップでは、以上の第１、第２ステップの結果を踏まえ、現実性の高い中性子吸収板に変更した。中性子吸収板の吸収物質厚は４ｍｍとし、吸収物質被覆厚はＢＷＲの制御棒の場合を考えて、１．５ｍｍとした（ＳＵＳ（１．５ｍｍ）−Ｂ４Ｃ（４ｍｍ）−ＳＵＳ（１．５ｍｍ））。 In the next third step, the neutron absorbing plate was changed to a highly realistic neutron absorbing plate based on the results of the first and second steps. The absorbing material thickness of the neutron absorber plate is 4 mm, and the absorbing material coating thickness is 1.5 mm considering the case of the control rod of BWR (SUS (1.5 mm) -B 4 C (4 mm) -SUS (1. 5 mm)).

Ｂ−ＳＵＳ板の厚みは、燃料体収納ラックの稠密化で現実的な４ｍｍとした。ギャップ幅３０ｍｍでの結果は図２（Ｂ）に示したように、上記の通りである。   The thickness of the B-SUS plate was set to 4 mm which was realistic due to the densification of the fuel body storage rack. The results at the gap width of 30 mm are as described above as shown in FIG.

図３（Ｂ）は、ギャップ幅を３０ｍｍ（実線）、４０ｍｍ（点線）および５０ｍｍ（破線）と変化させた場合の結果を示している。この図３（Ｂ）の場合にも、全ての水ギャップ幅で中性子吸収板の効果は大きくなった。   FIG. 3B shows the results when the gap width is changed to 30 mm (solid line), 40 mm (dotted line), and 50 mm (broken line). In the case of FIG. 3B as well, the effect of the neutron absorbing plate is increased in all the water gap widths.

図４は、Ｂ−ＳＵＳ中のＢ濃度１．０％において、吸収物質Ｂ４Ｃ厚が８ｍｍで、吸収物質被覆ＳＵＳ厚を振った場合の中性子吸収板の効果を示している。吸収物質被覆ＳＵＳ厚を薄くすると中性子吸収効果が大きくなる。また、吸収物質被覆ＳＵＳ厚が現実的な１．５ｍｍで、吸収物質Ｂ４Ｃ厚を８から４ｍｍに変更しても、実効増倍率の低減効果に０．５％Δｋ／ｋ程度しか影響を与えないことが確認された。すなわち、中性子吸収板（ＳＵＳ（１．５ｍｍ）−Ｂ４Ｃ（４ｍｍ）−ＳＵＳ（１．５ｍｍ））の妥当性が確認された。 FIG. 4 shows the effect of the neutron absorber plate when the absorbing material B 4 C thickness is 8 mm and the absorbing material coating SUS thickness is changed at a B concentration of 1.0% in B-SUS. When the absorbing material coating SUS thickness is reduced, the neutron absorption effect is increased. In addition, even if the absorbent material coating SUS thickness is 1.5 mm, and the absorbent material B 4 C thickness is changed from 8 to 4 mm, the effect of reducing the effective multiplication factor is only affected by about 0.5% Δk / k. It was confirmed not to give. That is, the validity of the neutron absorption plate (SUS (1.5 mm) -B 4 C (4 mm) -SUS (1.5 mm)) was confirmed.

図５は、ギャップ幅３０ｍｍ、ＳＵＳ（３．５ｍｍ）−Ｂ４Ｃ（８ｍｍ）−ＳＵＳ（３．５ｍｍ）中性子吸収板の効果に関する図４（Ａ）の解析結果をＢ−ＳＵＳ厚さ依存性として書き直したものであり、参考に示した。 FIG. 5 shows the B-SUS thickness dependency of the analysis result of FIG. 4A regarding the effect of a SUS (3.5 mm) -B 4 C (8 mm) -SUS (3.5 mm) neutron absorber plate with a gap width of 30 mm. And rewritten as reference.

図６はＢ−ＳＵＳ板の厚みは燃料体収納ラックの稠密化で現実的な４ｍｍとし、現実性の高い中性子吸収板ＳＵＳ（１．５ｍｍ）−Ｂ４Ｃ（４ｍｍ）−ＳＵＳ（１．５ｍｍ）に対し、Ｂ−ＳＵＳ中のＢ濃度をパラメータとし、水ギャップ幅を横軸として、図３（Ｂ）の中性子吸収板の効果を書き直したものである。この図６に示すように、Ｂ−ＳＵＳの全Ｂ濃度範囲、通常の水ギャップの全範囲で、中性子吸収板の効果が得られることが確認された。 In FIG. 6, the thickness of the B-SUS plate is 4 mm which is realistic due to the densification of the fuel body storage rack, and the highly realistic neutron absorber plate SUS (1.5 mm) -B 4 C (4 mm) -SUS (1.5 mm 3), the effect of the neutron absorber plate of FIG. 3B is rewritten with the B concentration in B-SUS as a parameter and the water gap width as a horizontal axis. As shown in FIG. 6, it was confirmed that the effect of the neutron absorbing plate was obtained in the entire B concentration range of B-SUS and the entire range of the normal water gap.

以上の第３ステップで、中性子吸収板の反応度効果の検討から、本発明を達成するための条件が明らかになった。以下の説明では、ＳＵＳ（１．５ｍｍ）−Ｂ４Ｃ（４ｍｍ）−ＳＵＳ（１．５ｍｍ）の中性子吸収板がある場合と、無い場合との実効増倍率を直接比較し、中性子吸収板の作用・効果を示す。 In the above third step, the conditions for achieving the present invention have been clarified from the examination of the reactivity effect of the neutron absorber plate. In the following description, the effective multiplication factor with and without the SUS (1.5 mm) -B 4 C (4 mm) -SUS (1.5 mm) neutron absorber plate is directly compared. Describes the action / effect.

図７（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、第１の作用・効果説明図であり、Ｂ−ＳＵＳ板の厚みは燃料体収納ラックの稠密化で現実的な４ｍｍとし、水ギャップ幅３０、４０および５０ｍｍとし、現実性の高い中性子吸収板ＳＵＳ（１．５ｍｍ）−Ｂ４Ｃ（４ｍｍ）−ＳＵＳ（１．５ｍｍ）に対し、Ｂ−ＳＵＳ中Ｂ濃度を横軸に中性子吸収板がある場合とない場合の実効増倍率を示したものである。 FIGS. 7A, 7B, and 7C are diagrams for explaining the first action and effect. The thickness of the B-SUS plate is set to 4 mm, which is realistic due to the densification of the fuel body storage rack, and the water gap width. 30, 40 and 50 mm, neutron absorber plate SUS (1.5 mm) -B 4 C (4 mm) -SUS (1.5 mm) with high reality, B concentration in B-SUS is plotted on the horizontal axis It shows the effective multiplication factor with and without.

この図７（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、実効増倍率の制限値を０．９５とする場合には、水ギャップ３０ｍｍ、４０ｍｍおよび５０ｍｍにおいて、Ｂ−ＳＵＳ中のＢ濃度が１．０％から０．４３％、０．４６％から０．１２％、０．２６％から０．０３％に低減できる。実効増倍率の制限値を０．９８とする場合には、水ギャップ３０ｍｍ、４０ｍｍおよび５０ｍｍにおいて、Ｂ−ＳＵＳ中のＢ濃度が０．６２％から０．１４％まで、０．２９％から０％まで、０．１６％から０％まで低減でき、燃料セル構成材のＢ−ＳＵＳ材料の加工性も含めコスト低減に効果があることが分る。   As shown in FIGS. 7 (A), (B), and (C), when the limiting value of the effective multiplication factor is 0.95, the B in the B-SUS is used when the water gap is 30 mm, 40 mm, and 50 mm. The density can be reduced from 1.0% to 0.43%, 0.46% to 0.12%, and 0.26% to 0.03%. When the limiting value of the effective multiplication factor is 0.98, the B concentration in B-SUS is 0.62% to 0.14%, 0.29% to 0 when the water gap is 30 mm, 40 mm, and 50 mm. %, It can be reduced from 0.16% to 0%, and it can be seen that there is an effect in cost reduction including the workability of the B-SUS material of the fuel cell constituent material.

図８は、第２の作用・効果説明図である。この図８では、実効増倍率の制限値を０．９５と０．９８とし、従来の中性子吸収板がない燃料体収納ラックのＢ−ＳＵＳ材のＢ濃度が中性子吸収板の挿入により、Ｂ濃度がどこまで下げられるかを、水ギャップ幅を横軸として示している。   FIG. 8 is an explanatory diagram of the second action / effect. In FIG. 8, the limiting values of the effective multiplication factor are 0.95 and 0.98, and the B concentration of the B-SUS material of the fuel body storage rack without the conventional neutron absorber plate is changed by the insertion of the neutron absorber plate. The horizontal axis shows how far the water gap can be lowered.

なお、燃料体が収納された燃料体収納ラック体系の中性子実効増倍率は、例えば、ＳＣＡＬＥ（ＯＲＮＬ−ＲＳＩＣ,’SCALE 4:A Modular Code System for Performing Standardized Computer Analysis for Licensing Evaluation,’ CCC-545,1990）システム等の臨界解析コードと核定数ライブラリーを用いて評価するものである。このＳＣＡＬＥシステム等により、本実施形態における、中性子吸収板を燃料セル間の水ギャップに配置した条件の下で計算を行う。   Note that the effective neutron multiplication factor of the fuel body storage rack system in which the fuel body is stored is, for example, SCALE (ORNL-RSIC, 'SCALE 4: A Modular Code System for Performing Standardized Computer Analysis for Licensing Evaluation,' CCC-545, 1990) Evaluate using critical analysis code of system and nuclear constant library. With this SCALE system or the like, calculation is performed under the condition that the neutron absorbing plate in this embodiment is arranged in the water gap between the fuel cells.

この条件によれば、中性子吸収板を燃料セル間の水ギャップに配置しない従来の条件に比べ、燃料体が収納された燃料体収納ラック体系の実効増倍率が低下することを利用し、例えば未臨界制限値０．９５を下回る制限条件の下で、燃料セル構成材として高価な中性子吸収材入り材料を不要とすることができる。また、燃料セル構成材Ｂ−ＳＵＳの全部あるいは一部を中性子吸収材を含有しないＳＵＳ材としたり、Ｂ−ＳＵＳ材中のＢ濃度を低下させることができる。したがって、安価で強度を確保した設計を実現することができる。また、燃料セル間の水ギャップを狭くし、更に稠密度を増大させる設計を行うことができる。   According to this condition, the effective multiplication factor of the fuel body storage rack system in which the fuel body is stored is reduced compared to the conventional condition in which the neutron absorber plate is not disposed in the water gap between the fuel cells. Under a limiting condition that is less than the critical limit value 0.95, an expensive neutron absorbing material-containing material can be eliminated as a fuel cell constituent material. Further, all or part of the fuel cell constituent material B-SUS can be made of a SUS material that does not contain a neutron absorber, or the B concentration in the B-SUS material can be reduced. Therefore, it is possible to realize a design that is inexpensive and secures strength. In addition, the water gap between the fuel cells can be narrowed and the density can be further increased.

次に、本発明に係る燃料体収納ラックの具体的な構成例について、図９〜図１９を参照して説明する。   Next, a specific configuration example of the fuel body storage rack according to the present invention will be described with reference to FIGS.

図９（Ａ）は、燃料セル６の一方向のみに燃料セル６間に水ギャップ９を有する第１構成例としての燃料体収納ラックの一部平面図である。図９（Ｂ）は、同図（Ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。   FIG. 9A is a partial plan view of the fuel assembly storage rack as the first configuration example having the water gap 9 between the fuel cells 6 in only one direction of the fuel cell 6. FIG. 9B is a cross-sectional view taken along line XX of FIG.

この構成例では、仕切板または角管３が図９（Ａ）に示すように、縦方向に密着配置され、左右方向に間隙が設けられている。この間隙には、長尺のスペーサ（角管保持板）１２が設けられ、それを介して仕切板または角管３が保持されている。   In this configuration example, as shown in FIG. 9A, the partition plate or the square tube 3 is closely arranged in the vertical direction, and a gap is provided in the left-right direction. A long spacer (square tube holding plate) 12 is provided in the gap, and the partition plate or the square tube 3 is held through the spacer.

通常、スペーサ１２は少なくとも鉛直方向に上下２ヶ所配置される。   Usually, the spacers 12 are disposed at least two places in the vertical direction.

図１０（Ａ）は、燃料セル６の両方向に燃料セル６間に水ギャップ９を有する第２構成例としての燃料体収納ラックの一部平面図である。図１０（Ｂ）は、同図（Ａ）のＹ−Ｙ線断面図である。   FIG. 10A is a partial plan view of a fuel body storage rack as a second configuration example having water gaps 9 between the fuel cells 6 in both directions of the fuel cells 6. FIG. 10B is a cross-sectional view taken along line YY of FIG.

この構成例では、図１０（Ａ）に示すように、仕切板または角管３が縦方向および左右方向に交差する間隙が設けられている。そこには長尺のスペーサ１２が設けられ、それを介して燃料セル６が保持されている。   In this configuration example, as shown in FIG. 10 (A), a gap is provided at which the partition plate or the square tube 3 intersects in the vertical direction and the horizontal direction. There, a long spacer 12 is provided, through which the fuel cell 6 is held.

通常、スペーサ１２は少なくとも鉛直方向に上下２ヶ所配置される。中性子吸収板８は、このスペーサ１２の中性子吸収板配置位置７に設けられた中性子吸収板挿入用孔１３を通して挿入され、燃料セル６間の水ギャップ９に配置される。   Usually, the spacers 12 are disposed at least two places in the vertical direction. The neutron absorber plate 8 is inserted through the neutron absorber plate insertion hole 13 provided at the neutron absorber plate arrangement position 7 of the spacer 12 and is arranged in the water gap 9 between the fuel cells 6.

図１１は、第３構成例としての燃料体収納ラックの縦断面図である。図１２は、図１１のＺ−Ｚ線断面図である。   FIG. 11 is a longitudinal sectional view of a fuel assembly storage rack as a third configuration example. 12 is a cross-sectional view taken along the line ZZ in FIG.

この構成例では、図１１および図１２に示すように、中性子吸収板が、スペーサ１２の中性子吸収板配置位置７に設けられた中性子吸収板挿入用孔１３を通して挿入され、燃料セル６間の水ギャップ９に配置されている。   In this configuration example, as shown in FIGS. 11 and 12, the neutron absorber plate is inserted through the neutron absorber plate insertion hole 13 provided at the neutron absorber plate placement position 7 of the spacer 12, and the water between the fuel cells 6 is inserted. Arranged in the gap 9.

燃料セル６間の水ギャップ９中に中性子吸収板８を設置する方法としては、上記のように、仕切板または角管３で構成した多数の燃料セル６がそれらを保持するスペーサ１２に保持されている場合、当該スペーサ１２に中性子吸収板８を通すための中性子吸収体挿入用穴１３を空け、中性子吸収板８を貫通させて設置する。また、中性子吸収板８を燃料体収納ラック２の台座４に載せておく。これにより、本発明の効果が得られる。この場合、中性子吸収板８は、仕切板または角管３に倒れかかることもあり得る。しかし、水ギャップ９に設置した中性子吸収板８が、燃料体が収納された燃料体収納ラックの実効増倍率を、体系の熱中性子の吸収を増加させることにより、低下させる効果は失われない。   As a method of installing the neutron absorber plate 8 in the water gap 9 between the fuel cells 6, as described above, a large number of fuel cells 6 constituted by the partition plates or the square tubes 3 are held by the spacers 12 that hold them. In this case, a neutron absorber insertion hole 13 for passing the neutron absorber plate 8 through the spacer 12 is formed, and the neutron absorber plate 8 is installed. Further, the neutron absorbing plate 8 is placed on the base 4 of the fuel body storage rack 2. Thereby, the effect of the present invention can be obtained. In this case, the neutron absorbing plate 8 may fall over the partition plate or the square tube 3. However, the neutron absorber plate 8 installed in the water gap 9 does not lose the effect of lowering the effective multiplication factor of the fuel body storage rack in which the fuel body is stored by increasing the absorption of thermal neutrons in the system.

なお、縦方向上部に示した燃料体収納ラックには、外枠があるものと、ないものとがある。ここでは、燃料体収納ラックの外枠１４があるものを例示した。   In addition, the fuel body storage rack shown in the upper part in the vertical direction may or may not have an outer frame. Here, the fuel body storage rack with the outer frame 14 is illustrated.

また、本実施形態では、中性子吸収板８を水ギャップ９中の中性子吸収板設置位置７に設置し、燃料体が収納された燃料体収納ラック体系の実効増倍率を、体系の熱中性子の吸収を増加させることにより、低下させる。これにより、燃料セル構成材として高価な中性子吸収材入りＢ−ＳＵＳ材を不要としたり、その全部または一部を中性子吸収材を含有しないＳＵＳ材としたり、Ｂ−ＳＵＳ材中のＢ濃度を低下させることができる。   Further, in this embodiment, the neutron absorber plate 8 is installed at the neutron absorber plate installation position 7 in the water gap 9, and the effective multiplication factor of the fuel body storage rack system in which the fuel body is stored is determined as the thermal neutron absorption of the system. Decrease by increasing. This eliminates the need for expensive neutron-absorbing B-SUS material as a fuel cell component material, or makes all or part of it a SUS material that does not contain a neutron absorber, or lowers the B concentration in the B-SUS material. Can be made.

また、安価で、かつ強度を確保した燃料体収納ラック、あるいは燃料セル６間の水ギャップ９を狭めることができ、更に稠密度を増大させた燃料体収納ラックを提供することができる。   Further, it is possible to provide a fuel body storage rack that is inexpensive and secures strength, or that can narrow the water gap 9 between the fuel cells 6 and further increase the density.

図１３〜図１５には、それぞれ中性子吸収板配置位置７に設置する中性子吸収板８の異なる構成例を示している。 FIGS. 13 to 15 show different configuration examples of the neutron absorber plate 8 installed at the neutron absorber plate arrangement position 7.

図１３（Ａ）は、第１の例を示す側面図であり、同図（Ｂ）は平面図である。この構成例は、水ギャップ９中の中性子吸収板配置位置７に設置する中性子吸収板８が、特に熱中性子をよく吸収する熱中性子に対する吸収断面積が大きい物質である、中性子吸収物質を含むものである。   FIG. 13A is a side view showing a first example, and FIG. 13B is a plan view. In this configuration example, the neutron absorbing plate 8 installed at the neutron absorbing plate arrangement position 7 in the water gap 9 includes a neutron absorbing material, which is a material having a large absorption cross-section for thermal neutrons that particularly absorbs thermal neutrons. .

具体的な中性子吸収板の例としては、Ｂ４Ｃを収納した板とされている。 A specific example of the neutron absorbing plate is a plate containing B 4 C.

図１４（Ａ）は、第２の例を示す側面図であり、同図（Ｂ）は平面図である。この構成例では、中性子吸収板８をケース状とし、内部に中性子吸収材１０が挿入されている。   FIG. 14A is a side view showing a second example, and FIG. 14B is a plan view. In this configuration example, the neutron absorber plate 8 has a case shape, and a neutron absorber 10 is inserted therein.

図１５（Ａ）は、第３の例を示す側面図であり、同図（Ｂ）は平面図である。   FIG. 15A is a side view showing a third example, and FIG. 15B is a plan view.

この構成例では、中性子吸収板８をケース状とし、Ｂ４Ｃを収納した棒１１を配列したものである。この棒１１には、ボラール板、Ｂ−ＳＵＳ板、ＧｄとＢを添加したＳＵＳ板（Ｂ−Ｇｄ−ＳＵＳ板）などが適切である。 In this configuration example, the neutron absorber plate 8 has a case shape, and rods 11 containing B 4 C are arranged. A suitable example of the rod 11 is a bollard plate, a B-SUS plate, a SUS plate added with Gd and B (B-Gd-SUS plate), or the like.

図１６は、本発明を達成するための解析計算により得られた結果の一部を示している。   FIG. 16 shows a part of the result obtained by the analytical calculation for achieving the present invention.

燃料セル構成材Ｂ−ＳＵＳ板の厚みは、燃料体収納ラックの稠密化で現実的な４ｍｍとし、現実性の高い中性子吸収板ＳＵＳ（１．５ｍｍ）−Ｂ４Ｃ（４ｍｍ）−ＳＵＳ（１．５ｍｍ）に対し、Ｂ−ＳＵＳ材のＢ濃度を１．０％で固定した場合において、中性子吸収板８を挿入した場合の実効増倍率が挿入しない場合の実効増倍率とどの程度水ギャップ９を小さくすると一致するかを評価したものである。 The thickness of the fuel cell component material B-SUS plate is 4 mm which is realistic due to the densification of the fuel body storage rack, and the highly realistic neutron absorber plate SUS (1.5 mm) -B 4 C (4 mm) -SUS (1 5 mm), when the B concentration of the B-SUS material is fixed at 1.0%, the effective multiplication factor when the neutron absorber plate 8 is inserted is not the effective multiplication factor and the water gap 9 This is an evaluation of whether or not the values agree with each other.

中性子吸収板８を挿入しない場合で水ギャップ９の幅が４５ｍｍの実効増倍率に、中性子吸収板８を挿入した場合には、水ギャップ９の幅が約４０ｍｍの実効増倍率が一致することが分った。水ギャップ幅の減少により、燃料体収納ラックの稠密化が図れることが示された。   When the neutron absorber plate 8 is not inserted and the effective width of the water gap 9 is 45 mm, and when the neutron absorber plate 8 is inserted, the effective gain of the water gap 9 is approximately 40 mm. I understand. It was shown that the fuel body storage rack can be made dense by reducing the water gap width.

図１７は、燃料セル構成材Ｂ−ＳＵＳ板の厚みは燃料体収納ラックの稠密化で現実的な４ｍｍとし、現実性の高い中性子吸収板ＳＵＳ（１．５ｍｍ）−Ｂ４Ｃ（４ｍｍ）−ＳＵＳ（１．５ｍｍ）に対し、水ギャップ幅が４０および５０ｍｍにおいて、中性子吸収板８を挿入しない場合を示している。 FIG. 17 shows that the thickness of the fuel cell component B-SUS plate is 4 mm which is realistic due to the densification of the fuel body storage rack, and a highly realistic neutron absorber plate SUS (1.5 mm) -B 4 C (4 mm)- For SUS (1.5 mm), the neutron absorber plate 8 is not inserted when the water gap width is 40 and 50 mm.

すなわち、Ｂ−ＳＵＳ中Ｂ濃度が１％のときの実効増倍率に、中性子吸収板８を挿入した場合の実効増倍率がＢ−ＳＵＳ中のＢ濃度をどの程度小さくすると一致するかを評価したものである。中性子吸収板８を挿入しない場合でＢ濃度１％の実効増倍率に中性子吸収板８を挿入した場合には、両水ギャップ幅ともＢ濃度が約０．６％で実効増倍率が一致することが分った。   That is, it was evaluated how much the effective multiplication factor when the neutron absorber plate 8 is inserted matches the effective multiplication factor when the B concentration in B-SUS is 1%, and the B concentration in B-SUS is reduced. Is. When the neutron absorber plate 8 is not inserted and the neutron absorber plate 8 is inserted at an effective multiplication factor of B concentration of 1%, both water gap widths should have an effective multiplication factor of B concentration of about 0.6%. I found out.

本実施形態では、製造コストの低減と強度確保を計ることができる燃料体収納ラックが提供できることが示された。   In the present embodiment, it has been shown that a fuel body storage rack capable of reducing manufacturing costs and ensuring strength can be provided.

図１８は燃料セル構成材を、Ｂが含まれないＳＵＳ材とする場合について特に検討したものである。   FIG. 18 shows the case where the fuel cell constituent material is a SUS material that does not contain B.

ＳＵＳ材が６ｍｍの場合において、現実性の高い中性子吸収板ＳＵＳ（１．５ｍｍ）−Ｂ４Ｃ（４ｍｍ）−ＳＵＳ（１．５ｍｍ）に対し、濃縮度３．０％の燃料について、図１の体系で解析を行った。すなわち、中性子吸収板８を挿入した場合の実効増倍率が挿入しない場合の実効増倍率と、どの程度水ギャップ９の幅を小さくすると一致するかを評価したものである。 When the SUS material is 6 mm, the fuel having a concentration of 3.0% with respect to the highly realistic neutron absorber plate SUS (1.5 mm) -B 4 C (4 mm) -SUS (1.5 mm) is shown in FIG. The analysis was carried out using the system. That is, it was evaluated how much the effective multiplication factor when the neutron absorbing plate 8 is inserted does not match the effective multiplication factor when the neutron absorbing plate 8 is not inserted and how much the width of the water gap 9 is reduced.

中性子吸収板８を挿入しない場合で、水ギャップ９の幅が７０ｍｍでの実効増倍率に中性子吸収板８を挿入した場合には、水ギャップ９の幅が約４４ｍｍで実効増倍率が一致することが分った。   When the neutron absorber plate 8 is not inserted and the neutron absorber plate 8 is inserted into the effective multiplication factor when the width of the water gap 9 is 70 mm, the effective multiplication factor should be the same when the width of the water gap 9 is about 44 mm. I found out.

燃料セル構成材をＢの含まないＳＵＳ材とする場合においても、水ギャップ幅の減少により、燃料体収納ラックの稠密化が図れることが示された。なお、燃料の濃縮度を３．０％と比較的低くし、水ギャップ幅を比較的広い７０ｍｍにするもの、燃料セル構成材をＢの含まないＳＵＳ材とする燃料体収納ラックは使用済燃料に対してＧｄクレジットや燃焼度クレジットを採用することによって安価な燃料体収納ラックを狙ったものであり、その反応度低下を濃縮度の低下として考慮する場合等の例として選定したものである。   It has been shown that even when the fuel cell constituent material is a SUS material that does not contain B, the fuel body storage rack can be made dense by reducing the water gap width. A fuel body storage rack having a relatively low fuel enrichment of 3.0% and a relatively wide water gap width of 70 mm, and a SUS material that does not contain B as a fuel cell component material is used fuel. On the other hand, by adopting Gd credits or burnup credits, an inexpensive fuel body storage rack is aimed at, and is selected as an example when considering a decrease in reactivity as a decrease in enrichment.

なお、以上の通り、本実施形態によれば、隣接する燃料セルを構成するセル構造材の外表面間の距離を５０ｍｍ以下とすることができるので、燃料体の収納率の向上が期待できる。   As described above, according to the present embodiment, since the distance between the outer surfaces of the cell structural members constituting the adjacent fuel cells can be set to 50 mm or less, it is possible to expect an improvement in the storage ratio of the fuel body.

セル構造材Ｂ−ＳＵＳの厚みは、３ｍｍより薄いと強度不足とＢ添加量不足の問題を起こしやすく、強度上８ｍｍ程度で十分であり、燃料収納の稠密化から４ｍｍ程度が適切である。   If the thickness of the cell structural material B-SUS is less than 3 mm, the problem of insufficient strength and insufficient amount of added B is likely to occur, and about 8 mm is sufficient in terms of strength, and about 4 mm is appropriate from the densification of fuel storage.

また、配置する中性子吸収板は単純な構造で安価な硼素を、安価な粉粒状態でも使用できるので、製造コストの抑制が計られる。複雑な中性子挙動を解析した結果、中性子吸収板の厚みは、強度と中性子吸収材量の低減抑制とから４ｍｍ以上とし、中性子吸収板と燃料セル構造材外表面との間の水層の幅はトラップ効果の過剰な低下を防ぐために、７ｍｍ以上を確保するものとした。現実性の高い中性子吸収板は、中性子吸収板の吸収物質厚を４ｍｍとし、吸収物質被覆厚は１．５ｍｍとする、ＳＵＳ（１．５ｍｍ）−Ｂ４Ｃ（４ｍｍ）−ＳＵＳ（１．５ｍｍ）が適切である。 In addition, since the neutron absorber plate to be arranged has a simple structure and inexpensive boron can be used even in an inexpensive powder state, the manufacturing cost can be reduced. As a result of analyzing complicated neutron behavior, the thickness of the neutron absorber plate is 4 mm or more from the viewpoint of strength and reduction of the amount of neutron absorber, and the width of the water layer between the neutron absorber plate and the outer surface of the fuel cell structure material is In order to prevent an excessive decrease in the trap effect, 7 mm or more was secured. A highly realistic neutron absorber plate is SUS (1.5 mm) -B 4 C (4 mm) -SUS (1.5 mm) in which the neutron absorber plate has an absorbing material thickness of 4 mm and an absorbing material coating thickness of 1.5 mm. ) Is appropriate.

以上のように、本実施形態によれば、燃料体収納ラックの燃料セルを構成するＢ−ＳＵＳ管相互間に水ギャップが介在する体系の水ギャップ内に中性子吸収板を配置し、中性子実効増倍率を小さくすることを活用することにより、燃料体収納ラックの燃料体収納密度の高密度化や製造コストの低減と強度確保を計ることができる燃料体収納ラックを提供することができる。   As described above, according to the present embodiment, the neutron absorber plate is arranged in the water gap of the system in which the water gap is interposed between the B-SUS tubes constituting the fuel cell of the fuel body storage rack, and the neutron effective increase is achieved. By utilizing the reduction in magnification, it is possible to provide a fuel body storage rack capable of increasing the density of the fuel body storage of the fuel body storage rack, reducing the manufacturing cost, and ensuring the strength.

次に、従来の燃料体収納ラックに対し、中性子吸収板を水ギャップに挿入することにより、既存の燃料体収納ラックにおいて、収納可能な燃料体の濃縮度より濃縮度が高い燃料体を燃料体収納ラックに収納しても未臨界性を確保し、収納可能な燃料体の濃縮度の上限を大きくする実施形態について、説明する。すなわち、上述した解析計算に引続き、現実性の高い中性子吸収板ＳＵＳ（１．５ｍｍ）−Ｂ４Ｃ（４ｍｍ）−ＳＵＳ（１．５ｍｍ）を用いる効果を解析した。 Next, by inserting a neutron absorber plate into the water gap with respect to the conventional fuel body storage rack, in the existing fuel body storage rack, the fuel body having a higher concentration than the concentration of the fuel body that can be stored is the fuel body. An embodiment will be described in which subcriticality is ensured even when stored in a storage rack, and the upper limit of the concentration of a fuel body that can be stored is increased. That is, following the analysis calculation described above, the effect of using a highly realistic neutron absorber plate SUS (1.5 mm) -B 4 C (4 mm) -SUS (1.5 mm) was analyzed.

図１の体系で、濃縮度が低い３．０ｗｔ％濃縮のＰＷＲ燃料を例として、燃料セル構造材厚を６ｍｍとし、燃料セル構成材をＢ−ＳＵＳ中のＢ濃度をゼロとしたＳＵＳを適用した。そして、水ギャップ幅を７０ｍｍとし、中性子吸収板を挿入しない従来の燃料体収納ラックの実効増倍率を求めた。   In the system shown in FIG. 1, SUS is used in which the thickness of the fuel cell structural material is 6 mm and the B concentration in the B-SUS is zero as an example of a 3.0 wt% concentrated PWR fuel with low enrichment. did. And the effective multiplication factor of the conventional fuel body storage rack which made the water gap width 70mm and does not insert a neutron absorption board was calculated | required.

この例は、水ギャップ幅を比較的広い７０ｍｍにするもの、燃料セル構成材をＢの含まないＳＵＳ材とする該燃料体収納ラックは使用済燃料に対してＧｄクレジットや燃焼度クレジットを採用することによって、安価な燃料体収納ラックを狙ったものである。また、使用済燃料の反応度低下を濃縮度の低下として考慮する場合の例として選んだものである。   In this example, the fuel storage rack in which the water gap width is set to a relatively wide 70 mm and the fuel cell constituent material is a SUS material not containing B adopts Gd credits or burnup credits for spent fuel. Thus, an inexpensive fuel body storage rack is aimed at. In addition, it was selected as an example when considering a decrease in reactivity of spent fuel as a decrease in enrichment.

一方、同条件で中性子吸収板ＳＵＳ（１．５ｍｍ）−Ｂ４Ｃ（４ｍｍ）−ＳＵＳ（１．５ｍｍ）を、水ギャップに挿入し、燃料体の濃縮度を上昇させ、中性子吸収板がない場合の実効増倍率と一致する濃縮度を解析したところ、図１９の通りとなった。すなわち、中性子吸収板を挿入することにより、収納可能な最高濃縮度を３．０ｗｔ％から約３．９ｗｔ％に上昇することが示された。 On the other hand, under the same conditions, a neutron absorber plate SUS (1.5 mm) -B 4 C (4 mm) -SUS (1.5 mm) is inserted into the water gap to increase the concentration of the fuel body, and there is no neutron absorber plate. When the concentration corresponding to the effective multiplication factor in the case was analyzed, it was as shown in FIG. That is, it was shown that the maximum concentration that can be stored is increased from 3.0 wt% to about 3.9 wt% by inserting the neutron absorber plate.

図９および図１０の構成例１と構成例２において示したように、従来の燃料体収納ラックでは中性子吸収板８が水ギャップ９に入っていない。これに対し、本実施形態では水ギャップ９に中性子吸収板８を挿入することにより、体系の実効増倍率が小さくなり、その余裕を活用することにより、収納可能な燃料体の最高濃縮度を従来より大きくすることが可能となった。   As shown in the configuration example 1 and the configuration example 2 in FIGS. 9 and 10, the neutron absorbing plate 8 does not enter the water gap 9 in the conventional fuel body storage rack. On the other hand, in this embodiment, by inserting the neutron absorber plate 8 into the water gap 9, the effective multiplication factor of the system is reduced, and the maximum enrichment of the fuel body that can be stored is conventionally achieved by utilizing the margin. It became possible to make it larger.

本発明は、従来の燃料体収納ラックに対し、中性子吸収板を水ギャップに挿入することにより、既存の燃料体収納ラックにおいて収納可能な燃料体の濃縮度より濃縮度が高い燃料体を燃料体収納ラックに収納しても未臨界性を確保することができる。また、収納可能な燃料体の濃縮度の上限を大きくした燃料体収納ラックを提供することができる。   The present invention relates to a conventional fuel assembly storage rack by inserting a neutron absorber plate into a water gap so that a fuel assembly having a higher concentration than the enrichment of a fuel assembly that can be stored in an existing fuel assembly storage rack is provided. Subcriticality can be ensured even when stored in a storage rack. Further, it is possible to provide a fuel body storage rack in which the upper limit of the concentration of the fuel body that can be stored is increased.

なお、濃縮度３．０ｗｔ％のＰＷＲ燃料を例に取り、燃料セル構造材厚を６ｍｍ、燃料セル構成材をＢ−ＳＵＳ中のＢ濃度をゼロとしたＳＵＳ、水ギャップ幅を７０ｍｍとした既存の燃料体収納ラックについて例を示したが、図２〜図８および図１６〜図１９で示した濃縮度４．１ｗｔ％の燃料や、最高濃縮度５．０ｗｔ％を収納できる既存の燃料体収納ラックでは本発明の請求項７により、収納可能な燃料の最大濃縮度を５．０ｗｔ％以上に上げることが可能となる。

In addition, PWR fuel with a concentration of 3.0 wt% is taken as an example, the fuel cell structure material thickness is 6 mm, the fuel cell constituent material is SUS with B concentration in B-SUS being zero, and the water gap width is 70 mm An example of the fuel body storage rack is shown, but the existing fuel body that can store the fuel with the enrichment of 4.1 wt% shown in FIGS. 2 to 8 and FIGS. 16 to 19 and the maximum enrichment of 5.0 wt%. In the storage rack, according to the seventh aspect of the present invention, the maximum concentration of fuel that can be stored can be increased to 5.0 wt% or more.

図２０は、本発明の設計方法の実施形態について、その手順を示すフローチャートである。   FIG. 20 is a flowchart showing the procedure of an embodiment of the design method of the present invention.

すなわち、本実施形態では、燃料体を収納する燃料セルを水ギャップを介して多数配列し、水ギャップにおける、燃料セルを構成する炭化硼素（Ｂ４Ｃ）からなるセル金属材の外表面間の距離を、１８ｍｍ以上かつ５０ｍｍ以下とし、この水ギャップの中央位置に、セル金属材の外表面との間に７ｍｍ以上の隙間を確保するように中性子吸収板を配置し、燃料セルに所定の燃料体を収納する水中体系を対象とする設計方法である。 That is, in the present embodiment, a large number of fuel cells that store fuel bodies are arranged via the water gap, and the outer surface of the cell metal material made of boron carbide (B 4 C) that constitutes the fuel cell in the water gap. A distance is set to 18 mm or more and 50 mm or less, and a neutron absorber plate is arranged at the center of the water gap so as to secure a gap of 7 mm or more between the outer surface of the cell metal material, and a predetermined fuel is provided in the fuel cell. It is a design method for the underwater system that houses the body.

すなわち、収納する燃料体を設定する工程（Ｓ１０１）と、中性子吸収板の条件を設定する工程（Ｓ１０２）と、セル金属材の厚みと硼素濃度とを仮設定する工程（Ｓ１０３）と、実効増倍率を計算する工程（Ｓ１０４）と、この値に計算誤差を含めた実効増倍率が制限値を満足するように、ボロン入りステンレス鋼材の外表面間の水ギャップ幅、ステンレス中のボロン濃度、およびボロン入りステンレス板厚を調節する工程（Ｓ１０５）とを備える。   That is, a step of setting a fuel body to be stored (S101), a step of setting conditions of the neutron absorber plate (S102), a step of temporarily setting the thickness and boron concentration of the cell metal material (S103), and an effective increase The step of calculating the magnification (S104) and the water gap width between the outer surfaces of the stainless steel material containing boron, the boron concentration in the stainless steel, and the effective multiplication factor including the calculation error in this value satisfy the limit value, and And a step of adjusting the boron-containing stainless steel plate thickness (S105).

具体的には、収納する燃料体の設定の後、先ず、図９または図１０に示した燃料体収納ラックの水ギャップ９に挿入する中性子吸収板８の仕様を計算機に入力して設定する。   Specifically, after setting the fuel body to be stored, first, the specification of the neutron absorber plate 8 to be inserted into the water gap 9 of the fuel body storage rack shown in FIG. 9 or FIG.

この仕様では、例えば上述したように、中性子吸収板８の吸収物質厚を４ｍｍとし、吸収物質被覆厚を１．５ｍｍとしたＳＵＳ（１．５ｍｍ）−Ｂ４Ｃ（４ｍｍ）−ＳＵＳ（１．５ｍｍ）の中性子吸収板とすることが現実的である。 In this specification, as described above, for example, SUS (1.5 mm) -B 4 C (4 mm) -SUS (1. 1) where the absorbing material thickness of the neutron absorber plate 8 is 4 mm and the absorbing material coating thickness is 1.5 mm. It is realistic to use a neutron absorber plate of 5 mm).

次に、収納する燃料体の寸法を基に燃料セルを構成する構成材の大きさを設定し、また、水ギャップの幅を設定する。燃料セル構造材の材料は通常Ｂ−ＳＵＳ材であり、そのＢ−ＳＵＳ中のＢ濃度は１％、厚みは４ｍｍ程度である。水ギャップは稠密な燃料体収納ラックは４０から５０ｍｍ程度である。   Next, the size of the constituent material constituting the fuel cell is set based on the size of the fuel body to be stored, and the width of the water gap is set. The material of the fuel cell structural material is usually a B-SUS material, and the B concentration in the B-SUS is 1% and the thickness is about 4 mm. The water gap is about 40 to 50 mm for a dense fuel assembly storage rack.

以上の設定した条件で、図１に示した体系で、前述のＳＣＡＬＥシステム等で中性子実効増倍率の計算を行い、図２０に示すように、求めた実効増倍率が未臨界判定値（例えば、０．９５）以下であれば、前記の燃料セルの構成材の材質、寸法、厚さ、水ギャップ幅および中性子吸収板の条件が求める燃料体収納ラックの設計条件となる。   Under the conditions set above, the effective neutron multiplication factor is calculated by the above-described SCALE system or the like with the system shown in FIG. 1, and the calculated effective multiplication factor is a subcritical determination value (for example, 0.95) or less, the material, size, thickness, water gap width, and neutron absorber plate conditions for the fuel cell components are the design requirements for the fuel storage rack.

また、実効増倍率が未臨界判定値を満たさない場合には、燃料セルの構成材の厚さや水ギャップ幅を変更し、実効増倍率が未臨界判定値を満たすようにする。中性子吸収板８の吸収物質厚や吸収物質被覆厚を変えることも可能である。   Further, when the effective multiplication factor does not satisfy the subcritical determination value, the thickness of the constituent material of the fuel cell and the water gap width are changed so that the effective multiplication factor satisfies the subcritical determination value. It is also possible to change the absorbing material thickness and the absorbing material coating thickness of the neutron absorbing plate 8.

また、上記の計算による実効増倍率が未臨界判定値を下回っている場合は、その反応度の余裕を利用し、燃料セル構成材として高価な中性子吸収材入り材料を不要としたり、燃料セル構成材Ｂ−ＳＵＳの全部あるいは一部を中性子吸収材を含有しないＳＵＳ材としたり、Ｂ−ＳＵＳ材中のＢ濃度を低下させたり、あるいは燃料セル間の水ギャップを狭くした条件に変更する。そして、解析計算を行い、未臨界制限値を下回る制限条件の下で、材料強度を確保した上で更に経済性を向上させることや稠密度を増大させる設計を行うことができる。   In addition, when the effective multiplication factor by the above calculation is lower than the subcritical judgment value, the margin of reactivity is used to eliminate the need for expensive neutron absorbing material as a fuel cell component, All or part of the material B-SUS is changed to a SUS material that does not contain a neutron absorber, the B concentration in the B-SUS material is reduced, or the water gap between fuel cells is reduced. Then, an analytical calculation is performed, and under a limiting condition that is lower than the subcritical limit value, the material strength is ensured, and further, the economy can be improved and the design for increasing the density can be performed.

ここでの計算においては、設計後の製作を考え、製造公差は実効増倍率を大きく評価するよう保守側に設定する。また、ＳＣＡＬＥシステム等において、モンテカルロ計算コードを用いて計算を行う場合には、計算の統計誤差（σ）の３倍（３σ）を得られた実効増倍率に加え、未臨界判定値と比較する。   In this calculation, considering the production after the design, the manufacturing tolerance is set on the maintenance side so as to greatly evaluate the effective multiplication factor. In addition, in the SCALE system or the like, when the calculation is performed using the Monte Carlo calculation code, in addition to the effective multiplication factor that is obtained three times (3σ) of the statistical error (σ) of the calculation, it is compared with the subcritical determination value. .

なお、前述の構成例で説明した各種の解析は、燃料セル構造材の中性子吸収物質の濃度、水ギャップに配置する簡単な構造で低廉な中性子吸収板およびセル金属材と中性子吸収板との中性子の複雑な挙動を解明することを目的としたもので、図１の体系に対して実施した各種の計算結果を示した図２から図８、および図１６から図１９の結果には、モンテカルロ計算の統計誤差の３σを含んでいない。   The various analyzes described in the configuration examples described above are based on the neutron absorbing material concentration of the fuel cell structure material, the neutron absorbing plate with a simple structure that is placed in the water gap, and the neutron absorbing material between the cell metal material and the neutron absorbing plate. The results of FIGS. 2 to 8 and 16 to 19 showing various calculation results performed on the system of FIG. 1 are shown in the Monte Carlo calculation. The statistical error of 3σ is not included.

図２１は、本発明の設計方法の異なる実施形態について、その手順を示すフローチャートである。   FIG. 21 is a flowchart showing a procedure for different embodiments of the design method of the present invention.

本実施形態の方法は、水中に設置され、燃料体を収納する燃料セルを水ギャップを介して多数配列した燃料体収納ラックを対象とする設計方法である。   The method of this embodiment is a design method for a fuel body storage rack that is installed in water and in which a large number of fuel cells that store fuel bodies are arranged via a water gap.

すなわち、隣接する前記燃料セルを構成するセル金属材の外表面間の水ギャップ距離が１８ｍｍ以上である場合に、水ギャップの中央に、Ｂ−ＳＵＳ材外面との間に７ｍｍ以上を確保するように中性子吸収板を配置する。   That is, when the water gap distance between the outer surfaces of the cell metal materials constituting the adjacent fuel cells is 18 mm or more, 7 mm or more is ensured between the outer surface of the B-SUS material at the center of the water gap. A neutron absorber plate is placed in

そして、燃料体の濃縮度の設定を計算機に入力し（Ｓ２０１）、中性子吸収板の設定をする（Ｓ２０２）。そして、セル金属材の厚みと硼素濃度とを仮設定し（Ｓ２０３）、実効増倍率を計算する（Ｓ２０４）。   Then, the fuel enrichment setting is input to the computer (S201), and the neutron absorber plate is set (S202). Then, the thickness of the cell metal material and the boron concentration are temporarily set (S203), and the effective multiplication factor is calculated (S204).

この場合、燃料セルに所定の燃料体を収納した水中体系にて実効増倍率を計算し）、この計算値に計算誤差を含めた実効増倍率が制限値を満足するように中性子吸収板を調節し、中性子吸収板を配置する前に収納可能な燃料体の最高濃縮度を超え、収納可能な燃料体の最高濃縮度を大きくした燃料体収納ラックを設計する。   In this case, the effective multiplication factor is calculated using an underwater system with a predetermined fuel body in the fuel cell), and the neutron absorber plate is adjusted so that the effective multiplication factor including the calculation error in this calculation value satisfies the limit value. Then, a fuel body storage rack is designed in which the maximum enrichment of the fuel body that can be stored before the neutron absorber plate is disposed and the maximum concentration of the fuel body that can be stored is increased.

すなわち、この実施形態の方法では、先ず、図９および図１０等に示した燃料体収納ラックの水ギャップ９に挿入する中性子吸収板８の仕様を設定する。   That is, in the method of this embodiment, first, the specification of the neutron absorbing plate 8 to be inserted into the water gap 9 of the fuel body storage rack shown in FIGS. 9 and 10 is set.

本仕様は、例えば中性子吸収板８の吸収物質厚を４ｍｍとし、吸収物質被覆厚は１．５ｍｍとしたＳＵＳ（１．５ｍｍ）−Ｂ４Ｃ（４ｍｍ）−ＳＵＳ（１．５ｍｍ）中性子吸収板とすることが現実的である。 This specification is, for example, a SUS (1.5 mm) -B 4 C (4 mm) -SUS (1.5 mm) neutron absorbing plate in which the absorbing material thickness of the neutron absorbing plate 8 is 4 mm and the absorbing material coating thickness is 1.5 mm. Is realistic.

次に、既存の燃料体収納ラックに収納される燃料体の仕様のうち、燃料体の濃縮度を現状の上限値をより大きく仮設定し、既存燃料体収納ラックの燃料セル構成材の寸法、材料、中性子吸収材濃度、水ギャップの幅を設定する。   Next, among the specifications of the fuel assemblies stored in the existing fuel assembly storage rack, the enrichment of the fuel assemblies is temporarily set larger than the current upper limit, and the dimensions of the fuel cell components of the existing fuel assembly storage rack, Set material, neutron absorber concentration, water gap width.

そして、例えば図１の体系で、前述のＳＣＡＬＥシステム等で中性子実効増倍率の計算を行い、求めた実効増倍率が未臨界判定値（例えば、０．９５）以下となる最大の燃料濃縮度が燃料体収納ラックに中性子吸収板を挿入する場合の、最高濃縮度となるガドリクレジットや燃焼度クレジットを考慮し、実質の初期濃縮度を低く設定する。稠密化ではなく、低コストを図った燃体収納ラックでは、Ｂ−ＳＵＳ中のＢ濃度をゼロとしたり、水ギャップ幅を７０ｍｍ以上とするものがある。   Then, for example, in the system of FIG. 1, the neutron effective multiplication factor is calculated by the above-mentioned SCALE system or the like, and the maximum fuel enrichment at which the obtained effective multiplication factor is less than the subcritical judgment value (for example, 0.95) is Considering the gadoli credit and burnup credit, which are the maximum enrichment when inserting the neutron absorber plate into the fuel storage rack, the actual initial enrichment is set low. Some fuel storage racks that are not densified but low in cost have a B concentration in B-SUS of zero or a water gap width of 70 mm or more.

これが本実施形態における対象とする既存の燃料体収納ラックであるが、Ｂ−ＳＵＳを用い稠密化を図った既存のラックに対も対象とすることができる。また、上記の通り、燃料体収納ラックに中性子吸収板を挿入する場合の最高濃縮度が求まった場合でも、中性子吸収板８の吸収物質厚や吸収物質被覆厚を変え、更に検討することも可能である。   Although this is the existing fuel assembly storage rack to be used in the present embodiment, a pair can also be applied to an existing rack that has been densified using B-SUS. In addition, as described above, even when the maximum concentration when the neutron absorber plate is inserted into the fuel unit storage rack is obtained, it is possible to change the absorbing material thickness and the absorbing material coating thickness of the neutron absorber plate 8 for further examination. It is.

なお、ここでの計算においては、設計後の製作を考え、製造公差は実効増倍率を大きく評価するよう保守側に設定するとともに、ＳＣＡＬＥシステム等において、モンテカルロ計算コードを用いて計算を行う場合には、計算の統計誤差（σ）の３倍（３σ）を得られた実効増倍率に加え、未臨界判定値と比較する。   In this calculation, considering the production after design, the manufacturing tolerance is set on the maintenance side so that the effective multiplication factor is greatly evaluated, and when the calculation is performed using the Monte Carlo calculation code in the SCALE system or the like. In addition to the effective multiplication factor obtained 3 times (3σ) of the statistical error (σ) of the calculation, it is compared with the subcritical judgment value.

以上の実施形態では、具体例を掲げて詳細に説明したが、燃料セル６間に水ギャップ９が存在する場合には、当該燃料セル６間の水ギャップ９に中性子吸収板８を配置することにより、当該の水プールの水中に設置し、燃料体が収納される燃料体収納ラック体系の実効増倍率が低下する原理は以下の通りである。   In the above embodiment, a specific example has been described in detail. However, when the water gap 9 exists between the fuel cells 6, the neutron absorbing plate 8 is disposed in the water gap 9 between the fuel cells 6. Thus, the principle of reducing the effective multiplication factor of the fuel body storage rack system that is installed in the water of the water pool and that stores the fuel body is as follows.

図２２は水プール中の燃料体収納ラックに燃料体を収納した典型的な従来の燃料体収納ラックにおいて、中性子束の計算を行い、燃料セル６中に収納された燃料体の端を原点とし、燃料セル６中の水領域、燃料セル６を構成する仕切板または角管３および燃料セル６間の水ギャップ９を隣の燃料セル６間の中央までを横軸とし、得られた中性子束を所謂、高速中性子束、熱外中性子束および熱中性子束の３群の図式で示したものである。   FIG. 22 shows a typical conventional fuel body storage rack in which a fuel body is stored in a fuel body storage rack in a water pool. The neutron flux is calculated, and the end of the fuel body stored in the fuel cell 6 is used as the origin. The water region in the fuel cell 6, the partition plate constituting the fuel cell 6, or the water gap 9 between the square tube 3 and the fuel cell 6, with the horizontal axis extending to the center between the adjacent fuel cells 6, and the resulting neutron flux Is shown in a diagram of three groups of so-called fast neutron flux, epithermal neutron flux and thermal neutron flux.

なお、この中性子束の計算は、例えば、上記ＳＣＡＬＥシステムの他、ＳＲＡＣ計算コードシステム（奥村他、ＳＲＡＣ９５；汎用核計算コードシステム、ＪＡＥＲＩ−Ｄａｔａ／Ｃｏｄｅ９６−０１５、１９９６年３月）等を用い、燃料、構造材および水等の核定数を算出後、それらを用いて体系の拡散計算等を行い、各領域の中性子束を求めたものである。   The neutron flux is calculated using, for example, the above SCALE system, SRAC calculation code system (Okumura et al., SRAC95; general-purpose nuclear calculation code system, JAERI-Data / Code 96-015, March 1996), etc. After calculating the nuclear constants of fuel, structural material, water, etc., the system diffusion calculation is performed using them, and the neutron flux in each region is obtained.

図２２から明らかなように、熱中性子束は燃料セル６を構成する仕切板または角管３の構成材、あるいは構成材に中性子吸収材が含まれる場合は、その中性子吸収材による熱中性子の吸収により、燃料セル６中や仕切板または角管３の構成材では熱中性子は小さく抑えられている。しかし、燃料セル６中の燃料体間の中性子の相互干渉を減少させ、未臨界性を保持させるために設置されている水ギャップ９での熱中性子束レベルは高いことがわかる。   As is clear from FIG. 22, the thermal neutron flux is a component of the partition plate or the square tube 3 constituting the fuel cell 6, or if the neutron absorber is included in the component, absorption of thermal neutrons by the neutron absorber. Therefore, thermal neutrons are suppressed to be small in the fuel cell 6 and in the components of the partition plate or the square tube 3. However, it can be seen that the thermal neutron flux level in the water gap 9 installed in order to reduce the mutual interference of neutrons between the fuel bodies in the fuel cell 6 and maintain subcriticality is high.

本発明はこの特性に着目して行ったものであって、水ギャップ９の熱中性子を吸収するため、当該水ギャップ９に中性子吸収板８を配置することにより、水プール中の燃料体収納ラックに燃料体を収納した体系における熱中性子の吸収を多くすることや、それによって燃料セル６中の燃料体間の中性子の相互干渉を減少させ、燃料体収納ラックの実効増倍率を低下させることにより、未臨界性に対する余裕が大きくなり、この余裕を生かすものである。   The present invention has been made paying attention to this characteristic, and in order to absorb thermal neutrons in the water gap 9, a neutron absorbing plate 8 is disposed in the water gap 9, whereby a fuel body storage rack in the water pool. By increasing the absorption of thermal neutrons in the system in which the fuel body is housed, and thereby reducing the mutual interference of neutrons between the fuel bodies in the fuel cell 6 and reducing the effective multiplication factor of the fuel body housing rack The margin for subcriticality is increased, and this margin is utilized.

そして、燃料セル６を構成する仕切板または角管３の材料である燃料セル構成材として、高価な中性子吸収材入りＢ−ＳＵＳ材の一部または全部を不要としたり、中性子吸収材を含有しないＳＵＳ材としたり、Ｂ−ＳＵＳ材中のＢ中性子吸収材の濃度を低下させ、安価で強度を確保した燃料体収納ラックを、あるいは燃料セル６間の水ギャップ９を狭め、更に稠密度を増大させた燃料体収納ラックを提供することを可能とするものである。   And as a fuel cell constituent material which is the material of the partition plate or the square tube 3 constituting the fuel cell 6, some or all of the expensive neutron absorbing material-containing B-SUS material is unnecessary, or no neutron absorbing material is contained. Reduce the concentration of B neutron absorber in the B-SUS material, reduce the concentration of the fuel body storage rack that is cheap and secure the strength, or narrow the water gap 9 between the fuel cells 6 to further increase the density It is possible to provide a fuel body storage rack.

なお、燃料セル間に水領域が存在する場合、当該燃料セル間の水ギャップに中性子吸収板を設置することにより、燃料体が収納された燃料体収納体系の実効増倍率を、体系の熱中性子の吸収を増加させることにより、低下させる効果は、水中において角柱形状の燃料体を仕切板または角管格子状に形成した多数の燃料セルで構成される燃料体収納装置において一般的に得られる効果である。   If there is a water region between the fuel cells, the effective multiplication factor of the fuel body storage system in which the fuel body is stored can be determined by installing a neutron absorber plate in the water gap between the fuel cells. The effect of decreasing by increasing the absorption of water is generally obtained in a fuel body storage device composed of a number of fuel cells in which a prismatic fuel body is formed in a partition plate or a square tube lattice shape in water. It is.

例えば、原子力発電ブラントにおいて、原子炉を一定期間運転後、使用済となって炉心から取り出し、燃料体収納ラックで一定期間の冷却後、再処理工場または中間貯蔵施設への搬出のため、当該使用済燃料体が輸送または輸送・貯蔵される使用済燃料体輸送または輸送・貯蔵容器のバスケットにも適用可能である。   For example, in a nuclear power generation blunt, after a certain period of operation of a nuclear reactor, the reactor is used and removed from the core, cooled in a fuel assembly rack for a certain period, and then used for transportation to a reprocessing plant or intermediate storage facility. The present invention can also be applied to a spent fuel body transporting or transport / storage container basket in which the spent fuel body is transported, transported or stored.

また、仕切板または角管格子状に形成した多数の燃料セルで構成される当該使用済燃料体輸送または輸送・貯蔵容器のバスケットにおいて、燃料セル間に水ギャップが存在する場合には、中性子吸収板を燃料セル間の水ギャップ中に設置し、使用済燃料体輸送または輸送・貯蔵容器体系の実効増倍率を、体系の熱中性子の吸収を増加させることにより、低下させることができる。   If there is a water gap between the fuel cells in the spent fuel body transport or transport / storage container basket composed of a number of fuel cells formed in a partition plate or square tube grid, neutron absorption A plate can be installed in the water gap between the fuel cells to reduce the effective multiplication factor of the spent fuel body transport or transport / storage vessel system by increasing the thermal neutron absorption of the system.

そして、燃料セル構成材として、高価な中性子吸収材入りＢ−ＳＵＳ材を不要としたり、その全部または一部を中性子吸収材を含有しないＳＵＳ材としたり、Ｂ−ＳＵＳ材中の中性子吸収材の濃度を低下させたり、あるいは燃料セル間の間隔を狭め、安価で強度を確保したバスケットを持つ使用済燃料体輸送または輸送・貯蔵容器を、あるいは、更に稠密度を増大させたバスケットを持つ使用済燃料体輸送または輸送・貯蔵容器が提供できる。   And as a fuel cell constituent material, an expensive B-SUS material containing a neutron absorber is not required, or all or a part thereof is a SUS material containing no neutron absorber, or a neutron absorber in the B-SUS material. Used fuel body transport or transport / storage containers with baskets with reduced concentration or reduced spacing between fuel cells, cheap and strong, or used with further increased density density Fuel body transportation or transportation / storage containers can be provided.

（Ａ）は本発明の一実施形態による燃料体収納ラックの解析計算体系を説明するための全体断面図、（Ｂ）は（Ａ）のｂ部分拡大図。(A) is a whole sectional view for demonstrating the analysis calculation system of the fuel body storage rack by one Embodiment of this invention, (B) is the b partial enlarged view of (A). （Ａ）、（Ｂ）は本発明の一実施形態による中性子吸収板反応度のＢ−ＳＵＳ構造材Ｂ濃度依存性を示す特性図。(A), (B) is a characteristic view which shows the B-SUS structure material B density | concentration dependence of the neutron absorption plate reactivity by one Embodiment of this invention. （Ａ）、（Ｂ）は本発明の一実施形態による中性子吸収板反応度のＢ−ＳＵＳ構造材Ｂ濃度依存性を示す特性図。(A), (B) is a characteristic view which shows the B-SUS structure material B density | concentration dependence of the neutron absorption plate reactivity by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による中性子吸収板反応度の吸収物質被覆ＳＵＳ厚さ依存性を示す特性図。The characteristic view which shows the absorption material coating | coated SUS thickness dependence of the neutron absorption board reactivity by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による中性子吸収板反応度のＢ−ＳＵＳ構造材厚さ依存性を示す特性図。The characteristic view which shows the B-SUS structure material thickness dependence of the neutron absorption board reactivity by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による中性子吸収板反応度の水ギャップ幅依存性を示す特性図。The characteristic view which shows the water gap width dependence of the neutron absorption board reactivity by one Embodiment of this invention. （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は本発明の一実施形態による作用効果を示す説明図。(A), (B), (C) is explanatory drawing which shows the effect by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による作用効果を示す説明図。Explanatory drawing which shows the effect by one Embodiment of this invention. （Ａ）は本発明の一実施形態による燃料セルの一方向のみに水領域がある燃料体収納ラックを示す横断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ−Ｘ線断面図。(A) is a cross-sectional view showing a fuel body storage rack having a water region only in one direction of a fuel cell according to an embodiment of the present invention, and (B) is a cross-sectional view taken along line XX of (A). （Ａ）は本発明の一実施形態による燃料セルの両方向に水領域がある燃料体収納ラックを示す横断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＹ−Ｙ線断面図。(A) is a cross-sectional view showing a fuel body storage rack having water areas in both directions of a fuel cell according to an embodiment of the present invention, and (B) is a cross-sectional view taken along line YY of (A). 本発明の一実施形態による保持スペーサがある燃料体収納ラックの縦断面図。The longitudinal cross-sectional view of the fuel body storage rack with the holding spacer by one Embodiment of this invention. 図１１のＺ−Ｚ線断面図。FIG. 12 is a sectional view taken along line ZZ in FIG. 11. （Ａ）は本発明の一実施形態による燃料セル間の水領域に配置する中性子吸収体を示す側面図、（Ｂ）は（Ａ）の平面図。(A) is a side view which shows the neutron absorber arrange | positioned in the water area | region between the fuel cells by one Embodiment of this invention, (B) is a top view of (A). （Ａ）は本発明の一実施形態による中性子吸収材を収納するタイプの中性子吸収体を示す側面図、（Ｂ）は（Ａ）の平面図。(A) is a side view which shows the neutron absorber of the type which accommodates the neutron absorber by one Embodiment of this invention, (B) is a top view of (A). （Ａ）は本発明の一実施形態による中性子吸収材を収納した棒配列タイプの中性子吸収体を示す側面図、（Ｂ）は（Ａ）の平面図、（Ｃ）は（Ｂ）に示した棒を示す斜視図。(A) is a side view showing a rod array type neutron absorber containing a neutron absorber according to an embodiment of the present invention, (B) is a plan view of (A), and (C) is shown in (B). The perspective view which shows a stick | rod. 本発明の一実施形態による中性子吸収板反応度の水ギャップ幅の低減効果を示す特性図。The characteristic view which shows the reduction effect of the water gap width of the neutron absorption board reactivity by one Embodiment of this invention. （Ａ）、（Ｂ）は本発明の一実施形態による中性子吸収板反応度のＢ−ＳＵＳ構造材Ｂ濃度の低減効果を示す特性図。(A), (B) is a characteristic view which shows the reduction effect of B-SUS structure material B density | concentration of the neutron absorption plate reactivity by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による中性子吸収板反応度の水ギャップ幅の低減効果を示す特性図。The characteristic view which shows the reduction effect of the water gap width of the neutron absorption board reactivity by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による中性子吸収板反応度の燃料最大濃縮度の上昇効果を示す特性図。The characteristic view which shows the raise effect of the fuel maximum enrichment of the neutron absorption plate reactivity by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による燃料体収納ラックの設計方法を示すフローチャート。The flowchart which shows the design method of the fuel body storage rack by one Embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態による燃料体収納ラックの設計方法を示すフローチャート。The flowchart which shows the design method of the fuel body storage rack by other embodiment of this invention. 本発明における中性子束説明図。The neutron flux explanatory drawing in this invention. 燃料プール内における燃料体収納ラックを示す斜視図。The perspective view which shows the fuel body storage rack in a fuel pool. 従来の燃料体収納ラックを示す拡大斜視図。The expansion perspective view which shows the conventional fuel body storage rack.

符号の説明Explanation of symbols

１ 沸騰水型原子炉燃料プール
２ 燃料体収納ラック
３ 仕切板または角管
４ 台座
５ 固定ボルト
６ 燃料セル
７ 中性子吸収板配置位置
８ 中性子吸収板
９ 水ギャップ
１０ 中性子吸収材
１１ 中性子吸収材を収納した棒
１２ スペーサ
１３ 中性子吸収板挿入用孔
１４ 照射燃料ラックの外枠
Ｈｇ 水ギャップ（９）幅
Ｈｆ 水層幅
Ｗｆ 水フィルム幅
ｔｓ 燃料セル構造材（仕切板または角管３）幅
ｄ 中性子吸収板（８）厚
ｄａ 吸収物質厚
ｄｃ 吸収物質被覆圧 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Boiling water reactor fuel pool 2 Fuel body storage rack 3 Partition plate or square tube 4 Base 5 Fixing bolt 6 Fuel cell 7 Neutron absorber plate arrangement position 8 Neutron absorber plate 9 Water gap 10 Neutron absorber 11 Stores neutron absorber Rod 12 Spacer 13 Neutron absorber plate insertion hole 14 Irradiated fuel rack outer frame Hg Water gap (9) Width Hf Water layer width Wf Water film width ts Fuel cell structural material (partition plate or square tube 3) width d Neutron absorption Plate (8) Thickness da Absorbing material thickness dc Absorbing material coating pressure

Claims (9)

燃料体を収納する燃料セルを水ギャップを介して多数配列するとともに、これらの水ギャップに中性子吸収板をそれぞれ配置して構成され、水中に設置される燃料体収納ラックにおいて、
前記中性子吸収板は、厚さが４ｍｍ以上１５ｍｍ以下であり、中性子吸収物質をステンレス鋼製の吸収物質被覆で収容して構成され、
隣接する前記燃料セルを構成するセル金属材の外表面間の水ギャップ距離を１８ｍｍ以上、５０ｍｍ以下とし、
かつ前記セル金属材の外表面と前記中性子吸収板の外表面との間隔に形成される水層の幅を７ｍｍ以上とし、
前記セル金属材に含まれる中性子吸収材ボロン（Ｂ）の濃度を所定の値以下になるように抑制した、
ことを特徴とする燃料体収納ラック。 In a fuel body storage rack that is configured by arranging a large number of fuel cells for storing fuel bodies through water gaps and arranging neutron absorber plates in these water gaps, respectively,
The neutron absorber plate has a thickness of 4 mm or more and 15 mm or less, and is configured to contain a neutron absorbing material with a stainless steel absorbing material coating,
The water gap distance between the outer surfaces of the cell metal materials constituting the adjacent fuel cells is 18 mm or more and 50 mm or less,
And the width of the water layer formed in the space between the outer surface of the cell metal material and the outer surface of the neutron absorber plate is 7 mm or more,
It inhibited the concentration of neutron absorber boron contained in the cell metal material (B) to be equal to or less than the predetermined value,
Fuel assembly storage rack, characterized in that. 前記セル金属材は、ボロンを添加しないステンレス鋼またはボロンを１重量パーセント以下添加したボロン入りステンレス鋼で構成された請求項１記載の燃料体収納ラック。 2. The fuel body storage rack according to claim 1, wherein the cell metal material is made of stainless steel to which boron is not added or stainless steel containing boron to which boron is added at 1 weight percent or less. 前記セル金属材は、ボロンを添加しないステンレス鋼と、ボロンを１重量パーセント以下添加したボロン入りステンレス鋼との組み合わせ材料で構成された請求項１記載の燃料体収納ラック。 2. The fuel body storage rack according to claim 1, wherein the cell metal material is composed of a combination material of stainless steel to which boron is not added and boron-containing stainless steel to which boron is added at 1 weight percent or less. 前記セル金属材の厚さは、３ｍｍ以上かつ８ｍｍ以下である請求項２または請求項３記載の燃料体収納ラック。 The fuel body storage rack according to claim 2 or 3, wherein a thickness of the cell metal material is 3 mm or more and 8 mm or less. 前記中性子吸収板を構成する前記ステンレス鋼製の吸収物質被覆は、中空の平板状のステンレス鋼製容器であり、
前記テンレス鋼製容器に収容される前記中性子吸収物質は、炭化硼素粉粒であり、
収容された前記炭化硼素層の厚さは１．５ｍｍ以上かつ８ｍｍ以下であり、前記容器の一面を構成するステンレス鋼板の厚さは１ｍｍ以上かつ４ｍｍ以下である、
請求項１ないし４のいずれか記載の燃料体収納ラック。 The stainless steel absorbing material coating constituting the neutron absorbing plate is a hollow flat stainless steel container,
The neutron absorbing material contained in the stainless steel container is boron carbide powder,
The thickness of the accommodated boron carbide layer is 1.5 mm or more and 8 mm or less, and the thickness of the stainless steel plate constituting one surface of the container is 1 mm or more and 4 mm or less .
The fuel body storage rack according to any one of claims 1 to 4. 前記中性子吸収板を構成する前記ステンレス鋼製の吸収物質被覆は、対向する２枚の平板状ステンレス鋼であり、
前記２枚の平板状ステンレス鋼の間に収容される前記中性子吸収物質は、内直径３ｍｍ以上、外直径１２ｍｍ以下のステンレス鋼管に炭化硼素粉粒を充填して形成された多数の吸収棒であり、
前記中性子吸収板は、前記多数の吸収棒を前記対向する２枚の平板状ステンレス鋼の間に配列して構成したものである、
請求項１ないし４のいずれか記載の燃料体収納ラック。 The stainless steel absorbing material coating constituting the neutron absorbing plate is two opposing flat plate stainless steels,
The neutron absorbing material accommodated between the two flat plate stainless steels is a large number of absorbing rods formed by filling a stainless steel tube having an inner diameter of 3 mm or more and an outer diameter of 12 mm or less with boron carbide powder. ,
The neutron absorbing plate is to the large number of absorber rods constructed by arranging between two flat stainless steel the opposite,
The fuel body storage rack according to any one of claims 1 to 4. 燃料体を収納する燃料セルが水ギャップを介して多数配列され、隣接する前記燃料セルを構成するセル金属材の外表面間の水ギャップ距離が１８ｍｍ以上である燃料体収納ラックにおいて、
前記水ギャップの中に配置される中性子吸収板を備え、
前記中性子吸収板は、厚さが４ｍｍ以上１５ｍｍ以下であり、中性子吸収物質をステンレス鋼製の吸収物質被覆で収容して構成され、
前記セル金属材の外表面と前記中性子吸収板外表面との間隔に形成される水層の幅は７ｍｍ以上であり、
前記燃料セルに収納される前記燃料体の最高濃縮度は、前記中性子吸収板が配置されていない状態において収納可能な最高濃縮度よりも大きい、
ことを特徴とする燃料体収納ラック。 Fuel cells for accommodating fuel assemblies are arrayed through the water gap, the fuel assembly storage rack water gap distance is not less than 18mm between the outer surface of the cell metal material of the fuel cell adjacent,
Comprising a neutron absorber plate disposed in the water gap ;
The neutron absorber plate has a thickness of 4 mm or more and 15 mm or less, and is configured to contain a neutron absorbing material with a stainless steel absorbing material coating,
The width of the water layer formed on the gap between the outer surface and the neutron absorbing plate outer surface of the cell metal material is at 7mm or more,
The maximum enrichment of the fuel body stored in the fuel cell is greater than the maximum enrichment that can be stored in a state where the neutron absorber plate is not disposed,
A fuel body storage rack. 燃料体を収納する燃料セルを水ギャップを介して多数配列し、前記水ギャップにおける、前記燃料セルを構成する炭化硼素からなるセル金属材の外表面間の距離を、１８ｍｍ以上かつ５０ｍｍ以下とし、この水ギャップの中央位置に、前記セル金属材の外表面との間に７ｍｍ以上の隙間を確保するように中性子吸収板を配置して、前記燃料セルに所定の燃料体を収納する水中体系を対象とする設計方法であって、前記中性子吸収板の条件を設定する工程と、前記セル金属材の厚みと硼素濃度とを仮設定する工程と、実効増倍率を計算し、この値に計算誤差を含めた実効増倍率が制限値を満足するように、ボロン入りステンレス鋼材の外表面間の水ギャップ幅、ステンレス中のボロン濃度、およびボロン入りステンレス板厚を調節する工程とを備え、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の燃料体収納ラックを設計することを特徴とする燃料体収納ラックの設計方法。 A large number of fuel cells containing fuel bodies are arranged through a water gap, and the distance between the outer surfaces of the cell metal material made of boron carbide constituting the fuel cell in the water gap is 18 mm or more and 50 mm or less, A neutron absorber plate is arranged at a central position of the water gap so as to secure a gap of 7 mm or more between the outer surface of the cell metal material, and an underwater system for storing a predetermined fuel body in the fuel cell. The target design method includes a step of setting conditions for the neutron absorber plate, a step of temporarily setting the thickness and boron concentration of the cell metal material, and calculating an effective multiplication factor. Adjusting the water gap width between the outer surfaces of the stainless steel material containing boron, the boron concentration in the stainless steel, and the thickness of the stainless steel plate containing boron so that the effective multiplication factor including For example, fuel assembly storage rack design method characterized by designing the fuel assembly storage rack according to claims 1 to claim 6. 水中に設置され、燃料体を収納する燃料セルを水ギャップを介して多数配列した燃料体収納ラックを対象とする設計方法であって、隣接する前記燃料セルを構成するセル金属材の外表面間の水ギャップ距離が１８ｍｍ以上である場合に、前記水ギャップの中央に、ボロン入りステンレス鋼材外面との間に７ｍｍ以上を確保するように中性子吸収板を配置し、前記燃料セルに所定の燃料体を収納した水中体系にて実効増倍率を計算し、この計算値に計算誤差を含めた実効増倍率が制限値を満足するように中性子吸収板を調節し、中性子吸収板を配置する前に収納可能な燃料体の最高濃縮度を超え、収納可能な燃料体の最高濃縮度を大きくした請求項７記載の燃料体収納ラックを設計することを特徴とする燃料体収納ラックの設計方法。 A design method for a fuel body storage rack that is installed in water and in which a large number of fuel cells that store fuel bodies are arranged via water gaps, and between the outer surfaces of the cell metal materials constituting the adjacent fuel cells When a water gap distance is 18 mm or more, a neutron absorber plate is disposed at the center of the water gap so as to ensure 7 mm or more between the outer surface of the stainless steel material containing boron, and a predetermined fuel body is provided in the fuel cell. The effective multiplication factor is calculated with the underwater system containing the neutron, and the neutron absorber plate is adjusted so that the effective multiplication factor including the calculation error satisfies the limit value, and stored before placing the neutron absorber plate. 8. The fuel body storage rack design method according to claim 7 , wherein the fuel body storage rack is designed to exceed the maximum enrichment of possible fuel bodies and to increase the maximum enrichment of the fuel bodies that can be stored.
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