JPH0675076A - Reactor fuel assembly - Google Patents
Reactor fuel assemblyInfo
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- JPH0675076A JPH0675076A JP4225775A JP22577592A JPH0675076A JP H0675076 A JPH0675076 A JP H0675076A JP 4225775 A JP4225775 A JP 4225775A JP 22577592 A JP22577592 A JP 22577592A JP H0675076 A JPH0675076 A JP H0675076A
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- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は沸騰水型原子炉に用いら
れる原子炉用燃料集合体に係わり、特に、通常燃料棒と
通常燃料棒より燃料有効長が短い短尺燃料棒とを用いた
原子炉用燃料集合体に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel assembly for a nuclear reactor used in a boiling water reactor, and more particularly to an atom using a normal fuel rod and a short fuel rod having a shorter active fuel length than the normal fuel rod. The present invention relates to a fuel assembly for a furnace.
【0002】[0002]
【従来の技術】沸騰水型原子炉(BWR)に用いられる
原子炉用燃料集合体は、細長い円筒状燃料棒が多数本結
束されたバンドルにより構成されている。このバンドル
は、スペーサによって燃料棒間を等間隔に保持されてお
り、またバンドル内には燃料棒の他にウオータロッドが
組み込まれている。このバンドルの外周はチャンネルボ
ックスに取り囲まれており、このチャンネルボックスは
上部が上部タイプレートに、下部が下部タイプレートに
接合されている。従来の燃料集合体では、燃料棒とウオ
ータロッドは8行×8列の格子状に規則正しく並べられ
ている。2. Description of the Related Art A fuel assembly for a nuclear reactor used in a boiling water reactor (BWR) is composed of a bundle of a plurality of elongated cylindrical fuel rods. This bundle holds fuel rods at equal intervals by spacers, and a water rod is incorporated in the bundle in addition to the fuel rods. The outer periphery of this bundle is surrounded by a channel box, the upper part of which is joined to the upper tie plate and the lower part to the lower tie plate. In the conventional fuel assembly, the fuel rods and the water rods are regularly arranged in a lattice of 8 rows × 8 columns.
【0003】近年、このような燃料集合体において燃料
経済性の向上が重要な課題となっている。この燃料経済
性の向上は、燃料集合体における燃料の燃焼度を大きく
することによって実現できる。燃料の燃焼度を大きくす
るには、燃料棒に充填される燃料ペレットに含まれるウ
ラン−235の濃縮度を上げればよい。しかし、減速材
対燃料比を大きくしないで濃縮度を上げたのでは、中性
子のエネルギスペクトルが硬化してしまい、燃料集合体
の無限増倍率はその濃縮度における無限増倍率の最大値
とはならず、またボイド反応度係数の絶対値が大きくな
り過ぎて過渡時の炉心の応答が厳しくなる。同じ濃縮度
でできるだけ大きい無限増倍率を得ると共にボイド反応
度係数の絶対値を適正に維持するためには、濃縮度に応
じた最適の減速材対燃料比を実現する必要がある。即
ち、燃料経済性を向上させるために濃縮度を上げると、
最適の減速材対燃料比が大きくなるので、ウォータロッ
ドの水領域を増やす必要がある。In recent years, improvement of fuel economy has become an important issue in such a fuel assembly. This improvement in fuel economy can be realized by increasing the burnup of the fuel in the fuel assembly. To increase the burnup of the fuel, the enrichment of uranium-235 contained in the fuel pellets filled in the fuel rods may be increased. However, if the enrichment is increased without increasing the moderator-to-fuel ratio, the energy spectrum of neutrons will be hardened, and the infinite multiplication factor of the fuel assembly will not be the maximum value of the infinite multiplication factor at that enrichment. In addition, the absolute value of the void reactivity coefficient becomes too large, and the response of the core during transition becomes severe. In order to obtain as large an infinite multiplication factor as possible with the same enrichment and to properly maintain the absolute value of the void reactivity coefficient, it is necessary to realize an optimum moderator-fuel ratio corresponding to the enrichment. That is, if the enrichment is increased to improve fuel economy,
The water area of the water rod needs to be increased as the optimum moderator to fuel ratio increases.
【0004】ウォータロッドの水領域を高燃焼度化に伴
い増加させていくと、8×8格子のままでは燃料棒本数
が減少し、熱的余裕が小さくなる。また、高燃焼度化に
伴う濃縮度の増加は、炉心特性において燃料集合体間の
出力ミスマッチの増加を引き起こし、熱的余裕低減の要
因となる。このため、燃料棒配列を9行×9列の格子と
することにより、ウォータロッド配置の自由度を増すと
共に、燃料棒の平均線出力密度を低減させることによっ
て熱的余裕を確保することができる。When the water region of the water rod is increased with the increase in burnup, the number of fuel rods decreases and the thermal margin decreases with the 8 × 8 lattice. Further, the increase in enrichment due to the higher burnup causes an increase in the output mismatch between the fuel assemblies in the core characteristics, which causes a reduction in the thermal margin. Therefore, by forming the fuel rod array in a grid of 9 rows × 9 columns, the degree of freedom in arranging the water rods is increased, and the average linear power density of the fuel rods is reduced, so that a thermal margin can be secured. .
【0005】一方、9×9格子は、燃料棒のぬれぶち長
さが大きくなるので、炉心の圧力損失が増加する。この
ための対策として、例えば特開昭63−235889号
公報に示されているように、多数の燃料棒の内の何本か
を短尺(部分長)燃料棒とすることが提案されており、
これによりボイド率の高い炉心上部で燃料棒が無くなり
冷却材の流路面積が広くなり、圧力損失の増大を抑制す
ることができる。On the other hand, in the 9 × 9 lattice, since the wetting length of the fuel rod becomes large, the pressure loss of the core increases. As measures against this, for example, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 63-235889, it has been proposed to use some of a large number of fuel rods as short length (partial length) fuel rods.
As a result, the fuel rods are eliminated in the upper part of the core where the void ratio is high, the flow passage area of the coolant is widened, and an increase in pressure loss can be suppressed.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】特開昭63−2358
89号公報に記載の従来技術のように短尺燃料棒を配置
した燃料集合体では、短尺燃料棒の上方は燃料ペレット
が無く、燃料による熱中性子の吸収が無いため熱中性子
の量が多い。このため、短尺燃料棒中のペレットの出力
分布は、短尺燃料棒の上端部で高くなる。このことを以
下で出力スパイクと呼ぶ。従来技術では、この出力スパ
イクの効果によって、短尺燃料棒上端部の線出力密度が
高くなり、またこの出力スパイクが隣接燃料棒に影響し
その部分での出力上昇を招く。このため、短尺燃料棒中
のペレットの濃縮度を低下させることや、出力スパイク
部近傍での隣接燃料棒の出力が低くなるように炉心設計
を配慮する必要があり、燃料集合体の核設計に対する自
由度が低下するという問題があった。DISCLOSURE OF THE INVENTION Problems to be Solved by the Invention JP-A-63-2358
In the fuel assembly in which short fuel rods are arranged as in the prior art described in Japanese Patent Publication No. 89, there is no fuel pellet above the short fuel rods, and there is no absorption of thermal neutrons by the fuel, so the amount of thermal neutrons is large. Therefore, the output distribution of pellets in the short fuel rod becomes high at the upper end portion of the short fuel rod. This is called output spike below. In the prior art, due to the effect of this power spike, the linear power density at the upper end of the short fuel rod becomes high, and this power spike affects the adjacent fuel rods, resulting in an increase in power at that portion. Therefore, it is necessary to consider the core design so as to reduce the enrichment of pellets in short fuel rods and to reduce the output of adjacent fuel rods near the power spikes. There was a problem that the degree of freedom decreased.
【0007】本発明の目的は、短尺燃料棒の出力スパイ
クを小さくし、核設計に対する自由度を増大した原子炉
用燃料集合体を提供することである。[0007] It is an object of the present invention to provide a fuel assembly for a nuclear reactor in which the power spike of a short fuel rod is reduced and the degree of freedom in nuclear design is increased.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、燃料ペレットの上方に配置され燃料ペレ
ットを押さえるスプリング及びばね受け部材を有する第
1の燃料棒と、燃料ペレットの上方に配置され燃料ペレ
ットを押さえるスプリング及びばね受け部材を有し、燃
料ペレットの充填長さが前記第1の燃料棒の燃料ペレッ
トの充填長さより短い第2の燃料棒とを有する原子炉用
燃料集合体において、前記第2の燃料棒のばね受け部材
を前記第1の燃料棒のばね受け部材よりも厚くしたこと
を特徴とする。In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a first fuel rod having a spring and a spring bearing member which is arranged above the fuel pellet and which holds the fuel pellet, and above the fuel pellet. Fuel assembly for a nuclear reactor having a spring and a spring receiving member that are disposed in the first fuel rod, the second fuel rod having a filling length of the fuel pellet shorter than the filling length of the fuel pellet of the first fuel rod. In the body, the spring bearing member of the second fuel rod is thicker than the spring bearing member of the first fuel rod.
【0009】ここで、好ましくは、前記第2の燃料棒の
ばね受け部材は前記第1の燃料棒のばね受け部材と同じ
材質である。Preferably, the spring bearing member of the second fuel rod is made of the same material as the spring bearing member of the first fuel rod.
【0010】また、好ましくは、前記第1及び2の燃料
棒のばね受け部材はステンレス製である。Preferably, the spring bearing members of the first and second fuel rods are made of stainless steel.
【0011】更に、好ましくは、前記第1の燃料棒のば
ね受け部材は約1mmの厚さを有し、前記第2の燃料棒
のばね受け部材は約2mm〜13mmの厚さを有し、一
例として第2の燃料棒のばね受け部材は約10mmの厚
さを有している。Further preferably, the spring bearing member of the first fuel rod has a thickness of about 1 mm and the spring bearing member of the second fuel rod has a thickness of about 2 mm to 13 mm. As an example, the spring bearing member of the second fuel rod has a thickness of about 10 mm.
【0012】また、好ましくは、前記第1及び第2の燃
料棒のばね受け部材は円盤形状でかつ前記燃料ペレット
に接して位置している。Preferably, the spring receiving members of the first and second fuel rods are disk-shaped and are located in contact with the fuel pellets.
【0013】また、好ましくは、前記第1及び第2の燃
料棒は9行×9列の格子状に配列されている。Also, preferably, the first and second fuel rods are arranged in a lattice of 9 rows × 9 columns.
【0014】更に、好ましくは、前記第2の燃料棒の燃
料ペレットにおける核燃料物質の濃縮度は軸方向に一様
であり、また好ましくは、燃料集合体内で最高の濃縮度
である。Further, preferably, the enrichment of the nuclear fuel material in the fuel pellets of the second fuel rod is uniform in the axial direction, and preferably the enrichment in the fuel assembly is the highest.
【0015】[0015]
【作用】第2の燃料棒のばね受け部材を第1の燃料棒の
ばね受け部材よりも厚くすることにより、第2の燃料棒
のばね受け部材の体積が増加し熱中性子吸収効果が増大
する。この熱中性子吸収効果の増大により、第2の燃料
棒の出力スパイクが低減し、第2の燃料棒上端での線出
力密度の上昇が抑制される。また、第2の燃料棒の出力
スパイクが低減するので、第2の燃料棒の出力スパイク
部に隣接する燃料棒の出力も低くなる。このため、第2
の燃料棒の核燃料物質の濃縮度を軸方向に一様とするこ
とができ、またその濃縮度を燃料集合体内で最高の濃縮
度とすることができ、核設計の自由度を増大することが
できる。By making the spring bearing member of the second fuel rod thicker than the spring bearing member of the first fuel rod, the volume of the spring bearing member of the second fuel rod increases and the thermal neutron absorption effect increases. . This increase in the thermal neutron absorption effect reduces the power spike of the second fuel rod and suppresses the increase in the linear power density at the upper end of the second fuel rod. Further, since the output spike of the second fuel rod is reduced, the output of the fuel rod adjacent to the output spike portion of the second fuel rod is also reduced. Therefore, the second
It is possible to make the enrichment of the nuclear fuel material of the fuel rods in the axial direction uniform, and to make the enrichment the highest enrichment in the fuel assembly, thus increasing the degree of freedom in nuclear design. it can.
【0016】第2の燃料棒のばね受け部材を第1の燃料
棒のばね受け部材と同じ材質とすることにより、ばね受
け部材の厚さを変えるだけで上記の出力スパイクの低減
効果が得られる。By making the spring bearing member of the second fuel rod the same material as the spring bearing member of the first fuel rod, the above effect of reducing the output spike can be obtained only by changing the thickness of the spring bearing member. .
【0017】ステンレスの熱中性子束に対する吸収断面
積は燃料(UO2 )に比べ小さいが、燃料ペレットの充
填長さの短い第2の燃料棒の上方は冷却材で満たされ、
ばね受け部材は中性子束のエネルギースペクトルの軟か
い領域に置かれているため、ばね受け部材をステンレス
製としその厚みを増すことでばね受け部材による中性子
吸収効果が相対的に大きく作用し、熱中性子束レベルを
低減することができる。したがって、第1及び第2の燃
料棒のばね受け部材を同じステンレス製とすることによ
り、従来と同じ材質を使用し厚さを変えるだけで上記出
力スパイクの低減効果が得られる。また、中性子の強吸
収体も使用していないため、コストの増加もない。The absorption cross section of stainless steel for thermal neutron flux is smaller than that of fuel (UO2), but the upper part of the second fuel rod, which has a short filling length of fuel pellets, is filled with a coolant.
Since the spring bearing member is placed in the soft region of the energy spectrum of the neutron flux, by increasing the thickness of the spring bearing member made of stainless steel, the neutron absorption effect by the spring bearing member acts relatively large, and the thermal neutron The bundle level can be reduced. Therefore, the spring receiving members of the first and second fuel rods are made of the same stainless steel, so that the effect of reducing the output spike can be obtained by using the same material as the conventional one and only changing the thickness. Moreover, since no strong neutron absorber is used, there is no increase in cost.
【0018】また、第2の燃料棒のばね受け部材をステ
ンレス製とした場合、その厚さを0.2mm〜13mm
とすれば、第2の燃料棒の出力スパイク及びこの出力ス
パイクの影響による隣接燃料棒の出力上昇の両方を低減
する効果が大きく、かつ第2の燃料棒及び隣接燃料棒共
に出力が低下し過ぎることがなく、出力分布が歪むこと
もない。第2の燃料棒のばね受け部材の厚さを10mm
とすることにより、出力分布の平坦化を保ちながら第2
の燃料棒の出力スパイク及び隣接燃料棒への出力上昇の
影響が大幅に低減する。When the spring receiving member of the second fuel rod is made of stainless steel, its thickness is 0.2 mm to 13 mm.
If so, the effect of reducing both the output spike of the second fuel rod and the output increase of the adjacent fuel rod due to the influence of this output spike is large, and the output of both the second fuel rod and the adjacent fuel rod decreases too much. And the output distribution is not distorted. The thickness of the spring receiving member of the second fuel rod is 10 mm.
By setting the second output while keeping the output distribution flat.
The effect of the fuel rod power spikes and the power increase on adjacent fuel rods is greatly reduced.
【0019】以上の作用を有する第1及び第2の燃料棒
を9行×9列の格子状に配列して燃料集合体を構成する
ことにより、熱的余裕を確保しかつ圧力損失の増大を抑
制しながら燃料の燃焼度を大きくして燃料経済性を向上
し、合わせて出力スパイクの低減により核設計に対する
自由度の大きな燃料集合体が得られる。By arranging the first and second fuel rods having the above-mentioned actions in a lattice of 9 rows × 9 columns to form a fuel assembly, a thermal margin is secured and pressure loss is increased. While suppressing, the burnup of the fuel is increased to improve the fuel economy, and the output spike is also reduced, so that the fuel assembly having a large degree of freedom in the nuclear design can be obtained.
【0020】第2の燃料棒の核燃料物質の濃縮度は軸方
向に一様とし、またその濃縮度を燃料集合体内で最高の
濃縮度とすることにより、燃料装荷量を増大し、一層の
高燃焼度化が図れる。The enrichment of the nuclear fuel material of the second fuel rod is made uniform in the axial direction, and the enrichment is set to the highest enrichment in the fuel assembly, thereby increasing the fuel loading amount and further increasing the enrichment. Burnup can be achieved.
【0021】[0021]
【実施例】以下、本発明の一実施例を図1〜7により説
明する。図1において、本実施例の燃料集合体は沸騰水
型原子炉(BWR)用の9行×9列型の燃料集合体1と
して構成されている。燃料集合体1は細長い円筒状の燃
料棒2が多数本結束されたバンドル3により構成され、
このバンドル3は、スペーサ4によって燃料棒2間を等
間隔に保持されている。またバンドル3内には燃料棒2
の他に2本の太径ウォータロッド5が組み込まれてい
る。バンドル3の外周はチャンネルボックス6に取り囲
まれており、このチャンネルボックス6は上部が上部タ
イプレート7に、下部が下部タイプレート8に接合され
ている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. In FIG. 1, the fuel assembly of the present embodiment is configured as a 9-row × 9-column fuel assembly 1 for a boiling water reactor (BWR). The fuel assembly 1 is composed of a bundle 3 in which a large number of elongated cylindrical fuel rods 2 are bound together,
The bundles 3 are held by the spacers 4 at equal intervals between the fuel rods 2. In the bundle 3, the fuel rods 2
Besides, two large diameter water rods 5 are incorporated. The outer periphery of the bundle 3 is surrounded by a channel box 6, the upper part of which is joined to the upper tie plate 7 and the lower part is joined to the lower tie plate 8.
【0022】図2は燃料集合体1の断面図であり、燃料
棒2は9行×9列の格子状に規則正しく並べられ、2本
のウォータロッド5は燃料集合体中央の燃料棒が7本配
置可能な領域に対角線状に配置されている。燃料棒2
は、上下端が上部タイプレート7及び下部タイプレート
8に支持される通常の燃料棒10と、燃料充填部の長さ
が通常の第1の燃料棒10より短い短尺燃料棒11とか
らなり、短尺燃料棒11は9行×9列格子配列の外側か
ら2層目のコーナ部及び各辺の中央部に合計8本、対称
性を持たせて配置されている。FIG. 2 is a cross-sectional view of the fuel assembly 1, in which the fuel rods 2 are regularly arranged in a grid of 9 rows × 9 columns, and the two water rods 5 have seven fuel rods at the center of the fuel assembly. It is diagonally arranged in the area where it can be arranged. Fuel rod 2
Is composed of a normal fuel rod 10 whose upper and lower ends are supported by the upper tie plate 7 and the lower tie plate 8 and a short fuel rod 11 having a shorter fuel filling portion than the normal first fuel rod 10. A total of eight short fuel rods 11 are arranged symmetrically in the corner portion of the second layer from the outside of the 9-row by 9-column lattice arrangement and in the central portion of each side.
【0023】図1に戻り、ウォータロッド5は下部に冷
却水入口孔40が設けられ、上部には冷却水出口孔41
が設けられ、このウォータロッド5内を冷却水が下方か
ら上方へ流れる構成となっている。なお、図2におい
て、43は原子炉の核反応を抑制するための制御棒であ
る。Returning to FIG. 1, the water rod 5 is provided with a cooling water inlet hole 40 in the lower portion and a cooling water outlet hole 41 in the upper portion.
Is provided, and the cooling water flows in the water rod 5 from the lower side to the upper side. In FIG. 2, 43 is a control rod for suppressing the nuclear reaction of the nuclear reactor.
【0024】図3に通常の燃料棒10及び短尺燃料棒1
1の構成を示す。通常の燃料棒10は、被覆管20と、
被覆管20内に充填された円柱状の多数のUO2 燃料ペ
レット21と、被覆管20の上下両端を密封する上部端
栓22及び下部端栓23とを有し、上部端栓22には上
部タイプレート7中の支持空所に挿入される延長部24
が設けられ、下部端栓23には下部タイプレート8中の
支持空所に嵌合する嵌合部25が形成されている。被覆
管20の中で燃料ペレット21の充填部の上方は、核分
裂に伴って発生する気体状の核***性生物を貯めるガス
プレナム部26となっており、ガスプレナム部26には
燃料ペレット21を固定するためのコイルスプリング2
7及びばね受け部材28が配置されている。FIG. 3 shows an ordinary fuel rod 10 and a short fuel rod 1.
1 shows the configuration of No. 1. A typical fuel rod 10 has a cladding tube 20,
A large number of cylindrical UO 2 fuel pellets 21 filled in the cladding tube 20 and an upper end plug 22 and a lower end plug 23 for sealing the upper and lower ends of the cladding tube 20 are provided. Extension 24 inserted into the support cavity in tie plate 7
The lower end plug 23 is formed with a fitting portion 25 that fits into a support space in the lower tie plate 8. Above the filling portion of the fuel pellets 21 in the cladding tube 20 is a gas plenum portion 26 for storing the gaseous fissionable organisms generated by nuclear fission, and for fixing the fuel pellets 21 to the gas plenum portion 26. Coil spring 2
7 and the spring receiving member 28 are arranged.
【0025】短尺燃料棒11も、被覆管30と、被覆管
30内に充填された円柱状の多数のUO2 燃料ペレット
31と、被覆管30の上下両端を密封する上部端栓32
及び下部端栓33とを有しているが、上部端栓32は図
1に示すように自由端となるため、上部端栓32には燃
料棒10の上部端栓22のような延長部は設けられてお
らず、下部端栓33には下部タイプレート8中の支持空
所に嵌合する嵌合部35が形成されている。被覆管30
の中で燃料ペレット31の充填部の上方は、核***に伴
って発生する気体状の核***性生物を貯めるガスプレナ
ム部36となっており、ガスプレナム部36には燃料ペ
レット31を固定するためのコイルスプリング37及び
ばね受け部材38が配置されている。The short fuel rod 11 is also provided with a cladding tube 30, a large number of cylindrical UO 2 fuel pellets 31 filled in the cladding tube 30, and an upper end plug 32 for sealing the upper and lower ends of the cladding tube 30.
And the lower end plug 33, the upper end plug 32 is a free end as shown in FIG. 1, and therefore the upper end plug 32 does not have an extension portion such as the upper end plug 22 of the fuel rod 10. Although not provided, the lower end plug 33 is provided with a fitting portion 35 that fits into a support space in the lower tie plate 8. Cladding tube 30
Above the filling portion of the fuel pellets 31 is a gas plenum portion 36 for storing gaseous fissionable organisms generated by nuclear fission, and a coil spring for fixing the fuel pellets 31 to the gas plenum portion 36. 37 and a spring receiving member 38 are arranged.
【0026】短尺燃料棒11の燃料有効長である燃料ペ
レット31の充填部の長さL1は通常の燃料棒10の燃
料有効長である燃料ペレット21の充填部の長さL2よ
りも短く、本実施例では、燃料棒10の燃料充填部の下
端からその充填部の長さL2の15/24である。ま
た、短尺燃料棒11の軸方向長さもこれに対応して通常
の燃料棒10の軸方向長さより短く、具体的には短尺燃
料棒11の被覆管30の長さが通常の燃料棒10の被覆
管20の長さよりも短くなっている。The length L1 of the filling portion of the fuel pellet 31 which is the active fuel length of the short length fuel rod 11 is shorter than the length L2 of the filling portion of the fuel pellet 21 which is the active fuel length of the normal fuel rod 10, In the embodiment, it is 15/24 of the length L2 of the filling portion from the lower end of the filling portion of the fuel rod 10. Further, the axial length of the short fuel rod 11 is correspondingly shorter than the axial length of the normal fuel rod 10, and specifically, the length of the cladding tube 30 of the short fuel rod 11 is shorter than that of the normal fuel rod 10. It is shorter than the length of the cladding tube 20.
【0027】ばね受け部材28,38は、それぞれ、コ
イルスプリング27,37と燃料ペレット21,31と
の間でこれらに接して位置している。コイルスプリング
27,37及びばね受け部材28,38の材質は共に同
じステンレス(SUS)である。通常燃料棒10のばね
受け部材28は機械的に燃料ペレット21を押さえる機
能を有していればよく、円盤状のステンレスで構成し、
その厚さは約1mmである。短尺燃料棒11のばね受け
部材38は、燃料ペレット31を押さえておく機能に加
え、中性子を吸収して出力スパイクを抑制する機能を有
し、円柱状または円盤上のステンレスで構成し、その厚
さはばね受け部材28より厚い約10mmとなってい
る。The spring bearing members 28 and 38 are located between the coil springs 27 and 37 and the fuel pellets 21 and 31, respectively, in contact therewith. The coil springs 27, 37 and the spring receiving members 28, 38 are made of the same stainless steel (SUS). Normally, the spring receiving member 28 of the fuel rod 10 only needs to have a function of mechanically pressing the fuel pellet 21, and is made of disc-shaped stainless steel,
Its thickness is about 1 mm. The spring bearing member 38 of the short fuel rod 11 has a function of holding the fuel pellet 31 and a function of absorbing neutrons and suppressing output spikes. The thickness is about 10 mm, which is thicker than the spring receiving member 28.
【0028】次に、本実施例の作用を説明する。前述し
たように、短尺燃料棒を配置した燃料集合体では、短尺
燃料棒の上方は燃料ペレットが無く、燃料による熱中性
子の吸収が無いため熱中性子の量が多い。このため、短
尺燃料棒中のペレットの出力分布は、短尺燃料棒の上端
部で高くなる出力スパイクが生じる。この出力スパイク
の効果によって、短尺燃料棒上端部の線出力密度が高く
なり、またこの出力スパイクが隣接燃料棒に影響しその
部分での出力上昇を招く。このため、短尺燃料棒中のペ
レットの濃縮度を低下させることや、出力スパイク部近
傍での隣接燃料棒の出力が低くなるように炉心設計を配
慮する必要があり、燃料集合体の核設計に対する自由度
が低下する。Next, the operation of this embodiment will be described. As described above, in a fuel assembly in which short fuel rods are arranged, there are no fuel pellets above the short fuel rods, and there is no absorption of thermal neutrons by the fuel, so the amount of thermal neutrons is large. Therefore, the output distribution of the pellets in the short fuel rods has an output spike that becomes high at the upper end portion of the short fuel rods. Due to the effect of this power spike, the linear power density at the upper end of the short fuel rod becomes high, and this power spike affects the adjacent fuel rods, resulting in an increase in power at that portion. Therefore, it is necessary to consider the core design so as to reduce the enrichment of pellets in short fuel rods and to reduce the output of adjacent fuel rods near the power spikes. Freedom is reduced.
【0029】本実施例では、短尺燃料棒11中のばね受
け部材38の厚さを約10mmと長尺燃料棒10のばね
受け部材28に比べ厚くしたので、ばね受け部材38に
燃料ペレット31を機械的に押さえておく機能に加え、
中性子を吸収し出力スパイクを抑制することができる。In this embodiment, the thickness of the spring bearing member 38 in the short fuel rod 11 is about 10 mm, which is thicker than that of the spring bearing member 28 of the long fuel rod 10, so that the fuel pellet 31 is attached to the spring bearing member 38. In addition to the mechanical holding function,
It can absorb neutrons and suppress output spikes.
【0030】短尺燃料棒11のばね受け部材38を厚く
した効果を図4〜図6に示す。図4は短尺燃料棒11を
使用した本実施例の燃料集合体1における短尺燃料棒1
1の軸方向の出力分布を示し、図5は短尺燃料棒11に
隣接する通常燃料棒10の軸方向の出力分布を示す。ま
た、両図において、aは短尺燃料棒11内のばね受け部
材38の厚さを約10mmとした本実施例の場合であ
り、bは比較のため約1mmとした場合である。この図
から、短尺燃料棒11内のばね受け部材38を厚くする
ことにより、短尺燃料棒11だけでなくそれに隣接する
燃料棒10についても軸方向出力分布が平坦となること
が分かる。The effect of thickening the spring bearing member 38 of the short fuel rod 11 is shown in FIGS. FIG. 4 shows the short fuel rod 1 in the fuel assembly 1 of this embodiment using the short fuel rod 11.
1 shows the axial power distribution of FIG. 1, and FIG. 5 shows the axial power distribution of the normal fuel rod 10 adjacent to the short fuel rod 11. In both figures, a is the case of this embodiment in which the thickness of the spring receiving member 38 in the short fuel rod 11 is about 10 mm, and b is about 1 mm for comparison. From this figure, it is understood that by making the spring bearing member 38 in the short fuel rod 11 thick, the axial output distribution becomes flat not only for the short fuel rod 11 but also for the fuel rods 10 adjacent thereto.
【0031】ステンレスの熱中性子束に対する吸収断面
積は燃料(UO2 )に比べ小さいが、短尺燃料棒11の
上方は冷却材で満たされ、ばね受け部材38は中性子束
のエネルギースペクトルの軟かい領域に置かれているた
め、ステンレス製のばね受け部材による中性子吸収効果
が相対的に大きく作用し、熱中性子束レベルを低減する
ことができる。この作用により、中性子の強吸収体を用
いること無く、短尺燃料棒上端部の出力スパイクが抑制
される。The absorption cross section of stainless steel for the thermal neutron flux is smaller than that of the fuel (UO2), but the upper part of the short fuel rod 11 is filled with the coolant, and the spring bearing member 38 is in the soft region of the energy spectrum of the neutron flux. Since it is placed, the neutron absorption effect of the stainless steel spring receiving member is relatively large, and the thermal neutron flux level can be reduced. This action suppresses the output spike at the upper end of the short fuel rod without using a strong neutron absorber.
【0032】図6は、短尺燃料棒11内のばね受け部材
38の厚さと短尺燃料棒11の燃料ペレット上端での出
力スパイク量及びその出力スパイクの影響による隣接燃
料棒の出力上昇の関係について示すものである。実線は
短尺燃料棒11の出力スパイク量を示し、一点鎖線は短
尺燃料棒11に隣接する通常燃料棒10の出力上昇への
影響を示す。短尺燃料棒11の出力スパイク量及び隣接
燃料棒10の出力上昇への影響は共にばね受け部材38
の厚さの増加にともない減少していき、特に約2mm付
近でその減少割合が大きくなっている。短尺燃料棒11
の出力スパイク量は約13mmでなくなり、隣接燃料棒
10の出力上昇への影響は約15mmでなくなる。ばね
受け部材38を13mm以上厚くすると出力スパイク量
はマイナスとなり、15mm以上厚くすると隣接燃料棒
10の出力上昇への影響はマイナスになる。即ち、短尺
燃料棒11では、ばね受け部材38の厚さを13mm以
上に厚くすると燃料棒先端に行くほど出力が下がり、隣
接燃料棒10では、ばね受け部材38の厚さを15mm
以上に厚くするとばね受け部材38の近傍で出力が下が
ることとなり、出力分布は余り平坦ではなくなってしま
う。FIG. 6 shows the relationship between the thickness of the spring receiving member 38 in the short fuel rod 11, the amount of output spike at the upper end of the fuel pellet of the short fuel rod 11, and the output increase of the adjacent fuel rod due to the influence of the output spike. It is a thing. The solid line shows the output spike amount of the short fuel rod 11, and the alternate long and short dash line shows the influence on the output increase of the normal fuel rod 10 adjacent to the short fuel rod 11. The output of the short fuel rods 11 and the influence on the increase in the output of the adjacent fuel rods 10 are both affected by the spring bearing member 38.
The thickness decreases as the thickness increases, and the rate of decrease increases particularly in the vicinity of about 2 mm. Short fuel rod 11
The output spike amount of is no more than about 13 mm, and the influence on the output increase of the adjacent fuel rod 10 is no more than about 15 mm. If the spring receiving member 38 is thicker than 13 mm, the output spike amount becomes negative, and if it is thicker than 15 mm, the influence on the output increase of the adjacent fuel rod 10 becomes negative. That is, in the short fuel rod 11, if the thickness of the spring bearing member 38 is increased to 13 mm or more, the output decreases as it goes to the tip of the fuel rod, and in the adjacent fuel rod 10, the thickness of the spring bearing member 38 is 15 mm.
If the thickness is made thicker than the above, the output will decrease near the spring receiving member 38, and the output distribution will not be very flat.
【0033】以上より、ばね受け部材38の厚さを0.
2mm〜13mmとすれば、短尺燃料棒11の出力スパ
イク量及び隣接燃料棒10の出力上昇への影響を共に低
減する効果が大きく、かつ短尺燃料棒及び通常燃料棒の
両方で出力分布が歪むのを防止できることが分かり、特
にばね受け部材38の厚さを10mmとした本実施例で
は、出力分布の平坦化を保ちながら短尺燃料棒11及び
隣接燃料棒10共に出力スパイク量及び出力上昇を大幅
に低減することが分かる。From the above, the thickness of the spring receiving member 38 is set to 0.
When it is set to 2 mm to 13 mm, the effect of reducing both the output spike amount of the short fuel rod 11 and the influence on the output increase of the adjacent fuel rod 10 is large, and the output distribution is distorted in both the short fuel rod and the normal fuel rod. In particular, in the present embodiment in which the thickness of the spring receiving member 38 is 10 mm, the output spike amount and the output increase of both the short fuel rod 11 and the adjacent fuel rod 10 are significantly increased while keeping the output distribution flat. It turns out that it reduces.
【0034】なお、短尺燃料棒11内のばね受け部材3
8を13mmより厚くした場合には、ばね受け部材38
の密度を低減することにより、出力分布を平坦にするこ
とが可能である。ばね受部材38の密度の低減は、円柱
状又は円盤状のステンレスに多数の小さな穴を開けるこ
とにより実現できる。この穴は円周方向でも軸方向でも
構わない。The spring bearing member 3 in the short fuel rod 11
When 8 is thicker than 13 mm, the spring receiving member 38
It is possible to make the output distribution flat by reducing the density of the. The reduction of the density of the spring receiving member 38 can be realized by making a large number of small holes in the cylindrical or disc-shaped stainless steel. This hole may be circumferential or axial.
【0035】図7に、本発明に基づいて燃料集合体内の
濃縮度分布を設計した例を示す。図中、図2に示す部材
と同じ部材には同じ符号を付している。ウラン濃縮度は
ABCDEFの順で低くなる。本発明では、短尺燃料棒
11内のばね受け部材を厚くしたことにより出力スパイ
クを抑制できるため、短尺燃料棒11内の濃縮度分布は
一様でかつ燃料集合体内で最高の濃縮度となっている。
これにより燃料装荷量を増大し、一層の高燃焼度化を図
り燃料経済性を向上できる。FIG. 7 shows an example of designing the concentration distribution in the fuel assembly based on the present invention. In the figure, the same members as those shown in FIG. 2 are designated by the same reference numerals. Uranium enrichment decreases in the order of ABCDEF. In the present invention, since the output spike can be suppressed by increasing the thickness of the spring bearing member in the short fuel rod 11, the enrichment distribution in the short fuel rod 11 is uniform and has the highest enrichment in the fuel assembly. There is.
As a result, the fuel loading amount can be increased, the burnup can be further increased, and the fuel economy can be improved.
【0036】したがって本実施例によれば、通常の燃料
棒10及び短尺燃料棒11を用いて9行×9列型の燃料
集合体を構成することにより、熱的余裕を確保しかつ圧
力損失の増大を抑制しながら燃料の燃焼度を大きくして
燃料経済性を向上することができると共に、短尺燃料棒
11の出力スパイクを低減したので短尺燃料棒11の核
燃料物質の濃縮度を軸方向に一様でかつ燃料集合体内で
最高とすることができ、核設計に対する自由度を増大す
ることができる。Therefore, according to the present embodiment, by forming the 9-row × 9-column type fuel assembly by using the normal fuel rods 10 and the short fuel rods 11, the thermal margin is secured and the pressure loss is reduced. It is possible to improve the fuel economy by increasing the burnup of the fuel while suppressing the increase, and to reduce the output spike of the short fuel rod 11, so that the enrichment of the nuclear fuel material of the short fuel rod 11 is made uniform in the axial direction. It is possible to increase the degree of freedom in the nuclear design, and the maximum in the fuel assembly.
【0037】また、短尺燃料棒11の出力スパイクの低
減効果は従来あるばね受け部材の厚さを変えるだけで得
られるので設計が簡単であり、また特別な中性子の強吸
収体も使用しないためコストの増加もない。Further, the effect of reducing the output spike of the short fuel rod 11 can be obtained simply by changing the thickness of the conventional spring bearing member, so that the design is simple and the cost is high because no special strong neutron absorber is used. There is no increase in
【0038】なお、以上の実施例では本発明を9行×9
列型の燃料集合体に適用した場合について説明したが、
それ以上の格子数の燃料集合体例えば10行×10列の
燃料集合体に本発明を適用してもよく、これによっても
同様の効果を得ることができる。In the above embodiment, the present invention is applied to 9 rows × 9.
The case where it was applied to a row type fuel assembly was explained,
The present invention may be applied to a fuel assembly having a lattice number of more than that, for example, a fuel assembly of 10 rows × 10 columns, and the same effect can be obtained by this.
【0039】[0039]
【発明の効果】本発明によれば、第2の燃料棒のばね受
部材の熱中性子吸収効果の増大により第2の燃料棒の出
力スパイクが低減し、第2の燃料棒上端での線出力密度
の上昇を抑制することができる。また、第2の燃料棒の
出力スパイクが低減するので、第2の燃料棒の出力スパ
イク部に隣接する燃料棒の出力上昇も抑制できる。これ
により、本発明を9行×9列型またはそれ以上の格子数
の燃料集合体に適用し、熱的余裕を確保しかつ圧力損失
の増大を抑制しながら燃料経済性を向上することができ
ると共に、第2の燃料棒の出力スパイクが低減するので
第2の燃料棒の核燃料物質の濃縮度を軸方向に一様とす
ることができ、またその濃縮度を燃料集合体内で最高の
濃縮度とすることができ、核設計に対する自由度が増大
する。According to the present invention, the output spike of the second fuel rod is reduced by increasing the thermal neutron absorption effect of the spring bearing member of the second fuel rod, and the line output at the upper end of the second fuel rod is reduced. The increase in density can be suppressed. Further, since the output spike of the second fuel rod is reduced, the output increase of the fuel rod adjacent to the output spike portion of the second fuel rod can be suppressed. As a result, the present invention can be applied to a 9-row × 9-column type fuel assembly having a lattice number of more than that, and the fuel economy can be improved while securing a thermal margin and suppressing an increase in pressure loss. In addition, since the power spike of the second fuel rod is reduced, the enrichment of the nuclear fuel material of the second fuel rod can be made uniform in the axial direction, and the enrichment is the highest in the fuel assembly. And the degree of freedom for nuclear design is increased.
【0040】また、第2の燃料棒のばね受部材の厚さを
変えるだけで、燃料ペレットを押さえておく本来の機能
に加え、熱中性子吸収効果の増大による出力スパイク抑
制機能が付加されるので、設計が極めて簡単である。Further, by simply changing the thickness of the spring bearing member of the second fuel rod, in addition to the original function of holding the fuel pellet, an output spike suppression function due to an increase in the thermal neutron absorption effect is added. The design is extremely simple.
【0041】また、第1及び第2の燃料棒のばね受け部
材を従来と同じステンレス製としたので、従来部品の厚
さを変えるだけで上記出力スパイクの低減効果が得ら
れ、中性子の強吸収体も使用しないためコストの増加も
ない。Further, since the spring bearing members of the first and second fuel rods are made of the same stainless steel as the conventional one, it is possible to obtain the above-mentioned output spike reducing effect only by changing the thickness of the conventional components and to strongly absorb the neutrons. There is no increase in cost because the body is not used.
【0042】また、9行×9列型の燃料集合体を構成し
たので、熱的余裕を確保しかつ圧力損失の増大を抑制し
ながら燃料の燃焼度を大きくして燃料経済性を向上し、
合わせて出力スパイクの低減により核設計に対する自由
度を増大できる。Since the 9-row × 9-column fuel assembly is constructed, the fuel burnup is increased and the fuel economy is improved while ensuring a thermal margin and suppressing an increase in pressure loss.
In addition, the reduction of output spikes can increase the degree of freedom in nuclear design.
【0043】更に、第2の燃料棒の核燃料物質の濃縮度
は軸方向に一様とし、またその濃縮度を燃料集合体内で
最高の濃縮度としたので、燃料装荷量を増大し、一層の
高燃焼度化が図れる。Further, since the enrichment of the nuclear fuel material of the second fuel rod is made uniform in the axial direction and the enrichment is set to the highest enrichment in the fuel assembly, the fuel loading amount is increased and further High burnup can be achieved.
【図1】本発明の一実施例による原子炉用燃料集合体の
縦断面図である。FIG. 1 is a vertical sectional view of a fuel assembly for a nuclear reactor according to an embodiment of the present invention.
【図2】図1に示す燃料集合体の横断面図である。2 is a cross-sectional view of the fuel assembly shown in FIG.
【図3】通常の燃料棒及び短尺燃料棒の構造を示す部分
断面図である。FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing the structure of a normal fuel rod and a short fuel rod.
【図4】短尺燃料棒内の軸方向出力分布を示す図であ
る。FIG. 4 is a diagram showing an axial power distribution in a short fuel rod.
【図5】短尺燃料棒に隣接する燃料棒内の軸方向出力分
布を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an axial power distribution in a fuel rod adjacent to a short fuel rod.
【図6】短尺燃料棒内のばね受け部材の厚さと出力スパ
イク量との関係を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a relationship between a thickness of a spring bearing member in a short fuel rod and an output spike amount.
【図7】本発明の一実施例による原子炉用燃料集合体の
濃縮度分布の一例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an example of enrichment distribution of a nuclear reactor fuel assembly according to an embodiment of the present invention.
1 原子炉用燃料集合体 2 燃料棒 10 通常の燃料棒(第1の燃料棒) 11 短尺燃料棒(第2の燃料棒) 27,37 スプリング 28,38 ばね受け部材 1 Fuel Assembly for Reactor 2 Fuel Rod 10 Normal Fuel Rod (First Fuel Rod) 11 Short Fuel Rod (Second Fuel Rod) 27, 37 Spring 28, 38 Spring Bearing Member
フロントページの続き (72)発明者 藤田 聡志 茨城県日立市幸町3丁目2番1号 日立エ ンジニアリング株式会社内 (72)発明者 関根 信雄 茨城県日立市幸町3丁目2番1号 日立エ ンジニアリング株式会社内Front Page Continuation (72) Inventor Satoshi Fujita 3-2-1 Sachimachi, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Hitachi Engineering Co., Ltd. (72) Inventor Nobuo Sekine 3-2-1 Sachimachi, Hitachi City, Ibaraki Hitachi Inside Engineering Co., Ltd.
Claims (9)
ットを押さえるスプリング及びばね受け部材を有する第
1の燃料棒と、燃料ペレットの上方に配置され燃料ペレ
ットを押さえるスプリング及びばね受け部材を有し、燃
料ペレットの充填長さが前記第1の燃料棒の燃料ペレッ
トの充填長さより短い第2の燃料棒とを有する原子炉用
燃料集合体において、 前記第2の燃料棒のばね受け部材を前記第1の燃料棒の
ばね受け部材よりも厚くしたことを特徴とする原子炉用
燃料集合体。1. A first fuel rod having a spring and a spring bearing member arranged above the fuel pellet and holding the fuel pellet, and a spring and a spring bearing member arranged above the fuel pellet and holding the fuel pellet, A fuel assembly for a nuclear reactor having a second fuel rod in which a filling length of a fuel pellet is shorter than a filling length of a fuel pellet of the first fuel rod, wherein a spring bearing member of the second fuel rod is 1. A fuel assembly for a nuclear reactor, which is thicker than the spring bearing member of the fuel rod of No. 1.
いて、前記第2の燃料棒のばね受け部材は前記第1の燃
料棒のばね受け部材と同じ材質であることを特徴とする
原子炉用燃料集合体。2. The nuclear fuel assembly according to claim 1, wherein the spring bearing member of the second fuel rod is made of the same material as the spring bearing member of the first fuel rod. Fuel assembly for reactor.
いて、前記第1及び2の燃料棒のばね受け部材はステン
レス製であることを特徴とする原子炉用燃料集合体。3. The fuel assembly for a nuclear reactor according to claim 1, wherein the spring bearing members of the first and second fuel rods are made of stainless steel.
いて、前記第1の燃料棒のばね受け部材は約1mmの厚
さを有し、前記第2の燃料棒のばね受け部材は約2mm
〜13mmの厚さを有することを特徴とする原子炉用燃
料集合体。4. The fuel assembly for a nuclear reactor according to claim 1, wherein the spring bearing member of the first fuel rod has a thickness of about 1 mm, and the spring bearing member of the second fuel rod has a thickness of about 1 mm. 2 mm
A fuel assembly for a nuclear reactor having a thickness of ˜13 mm.
いて、前記第1の燃料棒のばね受け部材は約1mmの厚
さを有し、前記第2の燃料棒のばね受け部材は約10m
mの厚さを有することを特徴とする原子炉用燃料集合
体。5. The fuel assembly for a nuclear reactor according to claim 1, wherein the spring bearing member of the first fuel rod has a thickness of about 1 mm, and the spring bearing member of the second fuel rod has a thickness of about 1 mm. 10m
A fuel assembly for a nuclear reactor having a thickness of m.
いて、前記第1及び第2の燃料棒のばね受け部材は円盤
形状でかつ前記燃料ペレットに接して位置することを特
徴とする原子炉用燃料集合体。6. The fuel assembly for a nuclear reactor according to claim 1, wherein the spring bearing members of the first and second fuel rods are disk-shaped and are located in contact with the fuel pellets. Fuel assembly for reactor.
いて、前記第1及び第2の燃料棒は9行×9列の格子状
に配列されていることを特徴とする原子炉用燃料集合
体。7. The fuel assembly for a nuclear reactor according to claim 1, wherein the first and second fuel rods are arranged in a lattice of 9 rows × 9 columns. Aggregation.
いて、前記第2の燃料棒の燃料ペレットにおける核燃料
物質の濃縮度は軸方向に一様であることを特徴とする原
子炉用燃料集合体。8. The nuclear reactor fuel assembly according to claim 1, wherein the enrichment of the nuclear fuel material in the fuel pellets of the second fuel rods is uniform in the axial direction. Aggregation.
いて、前記第2の燃料棒の燃料ペレットにおける核燃料
物質の濃縮度は燃料集合体内で最高の濃縮度であること
を特徴とする原子炉用燃料集合体。9. The nuclear reactor fuel assembly according to claim 1, wherein the enrichment of the nuclear fuel material in the fuel pellets of the second fuel rod is the highest enrichment in the fuel assembly. Fuel assembly for reactor.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4225775A JP2878530B2 (en) | 1992-08-25 | 1992-08-25 | Reactor fuel assemblies |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4225775A JP2878530B2 (en) | 1992-08-25 | 1992-08-25 | Reactor fuel assemblies |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0675076A true JPH0675076A (en) | 1994-03-18 |
JP2878530B2 JP2878530B2 (en) | 1999-04-05 |
Family
ID=16834602
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4225775A Expired - Fee Related JP2878530B2 (en) | 1992-08-25 | 1992-08-25 | Reactor fuel assemblies |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2878530B2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5646973A (en) * | 1995-10-12 | 1997-07-08 | General Electric Company | BWR fuel assembly without upper tie plate |
-
1992
- 1992-08-25 JP JP4225775A patent/JP2878530B2/en not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5646973A (en) * | 1995-10-12 | 1997-07-08 | General Electric Company | BWR fuel assembly without upper tie plate |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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JP2878530B2 (en) | 1999-04-05 |
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---|---|---|---|
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