JP4528545B2 - Fuel body storage rack and method for designing fuel body storage rack - Google Patents
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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
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
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
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
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
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。
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
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
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
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,
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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.
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
Claims (9)
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.
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.
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