JP2544437B2 - 制御棒 - Google Patents

制御棒

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  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は高速増殖炉に係り、超ウラン元素廃棄物の消
滅に好適な制御棒に関する。
〔従来の技術〕
原子炉燃料の再処理で発生する高レベル放射性廃棄物
の中で、超ウラン元素(Np,Pu,Am,Cmの同位体元素)を
含むもの(超ウラン元素廃棄物)は、その放射能の半減
期が100万年程度と長い。そのため、従来のガラス固化
体として地中に埋設し隔離する手法では、その管理上、
不確定性が大きく、隔離期間の短縮化技術が求められて
いる。この技術として、超ウラン元素廃棄物(以下、TR
UWと略記)を原子炉内で中性子照射により消滅処理する
方法がある。すなわち、中性子による核分裂反応を利用
し、TRUWを核分裂生成物に核変換する方法である。この
方法により、TRUWの隔離期間の100万年は核分裂生成物
の1000年程度と短縮化される。
従来の装置としては、特開昭62−898号に記載のよう
に、発電炉の通常燃料にTRUWを混入し、発電と併行して
TRUWを消滅するものが挙げられる。
また、この種の装置として関連するものには例えば特
開昭61−53590号の高速増殖炉で示された制御棒があ
る。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術はTRUWの消滅効率,その管理,炉構造の
点について配慮がされておらず、以下の問題点があつ
た。
(1)TRUWの燃焼は通常燃料の燃焼度により設定され
る。燃料再処理によるTRUWの炉外取扱い回数が増え、回
収もれが多くなる。
(2)燃料へのTRUWの混入により、燃料の中性子放射率
が増大し、燃料の加工,取扱いに対して中性子遮蔽の追
加,遠隔操作が必要となる。
(3)TRUW入り燃料集合体の導入により、核設計及び熱
水力設計上の再構成が必要であり、炉心構造が複雑とな
る。
本発明の目的は、TRUWの消滅効率を高め、その管理を
容易にし、炉心構造の変更を少なくすることで、より効
果的なTRUW消滅装置を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的は、原子炉の制御棒を、「中性子吸収剤を充
填してなる中性子吸収材領域」と「前記中性子吸収材領
域よりも前記制御棒の先端側に配置されているTRUWを含
有する領域」で構成し、このTRUWを含有する領域を炉心
内に挿入し運転することで達成される。
〔作用〕
制御棒として炉内に挿入したTRUWが炉心からの中性子
束により核分裂反応を起こし核分裂生成物となる。
それによつて、 (i) TRUWの装荷部は燃料集合体と独立であり、燃焼
集合体の燃焼度の制約を受けず、TRUWの燃焼度を上げ回
収もれを少なくすることができる。この為に、概述の問
題点(1)が解消されTRUWの消滅効率が向上するという
作用が成せる。
(ii) 炉心内の燃料集合体はTRUWを装荷しないので通
常の燃料の加工と取扱いでよい。TRUWを装荷する制御棒
は20本程度であり、概述の問題点(2)が軽減できる作
用を得られる。
(iii) 従来の制御棒チヤンネルを利用し、TRUWの炉
心内への挿入を行なうため、炉心の核設計及び熱設計上
の構造変更がなく、概述の問題点(3)が軽減できる作
用を得られる。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を第1図〜第3図を用いて詳細
に説明する。
なお、ここでとりあげた制御棒では、中性子吸収物質
としてB4C、超ウラン元素廃棄物(TRUWと略記)として
高速増殖炉のTRUW,構造材にステンレススチール,冷却
材には液体ナトリウムを用いる。第1表に、本実施例で
用いたTRUWの組成を示す。
また、本発明の制御棒を使用する炉心は、1000MWe級
高速増殖炉とし、プルトニウムとラウンの混合酸化物を
有する炉心燃料、主として減損ウランを有するブランケ
ツト燃料が装荷され、冷却材として液体ナトリウムを用
いた炉心である。なお、上記以外の燃料,冷却材を使用
した場合にも本発明を適用することは可能である。
第1図は第1の実施例の制御棒の構成の縦断面を示
す。
制御棒は保護管12内で複数のアブソーバロツド1を上
部タイプレート13と下部タイプレート14で支えた構成を
有する。
制御棒のアブソーバロツド1は、被覆管2と、その被
覆管2内のB4Cペレツト3とTRUWペレツト4、及び被覆
管端をふさぐ上部端栓5と下部端栓6並びに被覆管2内
のガスプレナム7と上部インシユレータ支持構造8と中
部インシユレータ支持構造9と下部インシユレータペレ
ツト10とスプリング11により構成される。
上部タイプレート13は、その上端部に連結部を有し、
これは制御棒駆動装置(図示していない。)と連結され
る。制御棒駆動装置は、モーターの回転力を用いて、制
御棒を炉心に挿入したり、炉心から引抜いたりする。第
2図はこの様子を模式的に示したもので、10は保護管、
15は炉心、16は連結部、17はガスプレナム6からなるガ
スプレナム領域、18はB4CペレツトからなるB4C領域、19
は、TRUWペレツトからなるTRUW領域を示し、X,Y,Zがそ
れぞれ中途挿入,全挿入,全引抜きの状態を示してい
る。
アブソーバロツド1は、上部及び下部端栓5,6を上部
及び下部タイプレート13,14に、夫夫、固定される。上
部及び下部タイプレート13,14は、いずれも保護管12の
内面に結合されている。
B4Cペレツト3は、アブソーバロツド1の上半分だけ
に装填されており、下半分はTRUWペレツトである。それ
ぞれの領域18と19は炉心高さの長さをもつ。
次に、このような構成に基づく効果を説明する。第3
図は、第1図の制御棒を第2図のZ状態で使用した時の
炉心15の定格運転年数に対するTRUWの消滅率を示したも
のである。TRUWの消滅率は、制御棒に装填された全TRUW
量に対し、中性子核分裂により核分裂生成物となるTRUW
量の比で定義する。
第1図の制御棒を起動棒と安全棒として用い、定格運
転中はB4C領域18が炉心から引き抜かれた第2図のZ状
態で使用する場合のTRUWの消滅収支を第3図に従い示
す。なお、TRUWペレツトは燃料集合体と同じ燃料体積比
で制御棒に装填する(制御棒1体当り80kg)。
TRUWの初期装荷量=960kg (制御棒25本中、12本を起動案全棒とする。) TRUW消滅量=86.4kg/年 炉心内でのTRUWの生成量=36.5kg/年 正味のTRU消滅量=49.5kg/年 本実施例で、1年当り、自己生成TRUWの外に、同一炉
心1.4基分のTRUWの消滅ができる。
また、TRUWの反応度価値は正であり、炉心内に挿入さ
れることにより、余剰反応度の増加につながり、燃焼サ
イクルを長期化させるメリツトもある。
第4図は第2の実施例を示す。この実施例が第1の実
施例と異なるところは、ガスプレナム領域の位置がTRUW
領域の下部にある点である。炉心上部構造の制御棒を収
納する高さ方向のスペースを第1の実施例より短かくで
きる。
第5図は第3の実施例を示す。この実施例が第1の実
施例と異なるところは、ガスプレナム領域の位置がB4C
領域とTRUW領域の間にある点である。制御棒の引き抜き
にともなう反応度変化が、緩やかになる。
第6図は第4の実施例を示す。この実施例が第1の実
施例と異なるところは、B4Cペレットを中空とし、その
中空領域をガスプレナム領域とした点である。制御棒が
軸方向に移動するために必要なスペースを短かくでき
る。
第2,第3,第4の実施例においても、第1の実施例と同
様の効果を得ることができる。
〔発明の効果〕
請求項第1項と第2項の発明によれば、超ウラン元素
廃棄物を効率良く消滅できる。請求項第3項の発明では
原子炉燃料の再処理で発生する高レベル放射性廃棄物の
隔離期間を短縮化し、それらの保持・管理コストを低減
する上で大きな効果がある。請求項第4項の発明によれ
ば、請求項第1項の発明の効果に加えて、中空領域をガ
スプレナムとして使用して寿命を高め得る。請求項第5
項の発明によれば、請求項第1項の発明の効果に加え
て、中空領域をガスプレナムとして使用する制御棒の炉
心上部構造内への収納高さ方向スペースを減少できる。
請求項第6項の発明によれば、請求項第1項の発明の効
果に加えて、ガスプレナム付の制御棒の引き抜きにとも
なう反応度変化が緩やかになる効果が得れる。請求項第
7項の発明によれば、ガスプレナムが分散配置されてガ
ス圧吸収を効率良く行える。請求項第8項の発明によれ
ば、請求項第1項の発明の効果に加えて、実質的なガス
プレナムを有する制御棒を短かく出来る効果が得られ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の制御棒の第1の実施例の断面図、第2
図は炉心と制御棒との関係を示す説明図、第3図は定格
運転年数と超ウラン元素廃棄物の消滅量との関係を示す
線図、第4図は本発明の第2の実施例による制御棒の断
面図、第5図は本発明の第3の実施例による制御棒の断
面図、第6図は本発明の第4の実施例による制御棒の断
面図である。 1……アブソーバロツド、2……被覆管、3……B4Cペ
レツト、4……超ウラン元素廃棄物ペレツト、5……上
部端栓、6……下部端栓、7……ガスプレナム、8……
上部インシユレータ支持構造、9……中部インシユレー
タ支持構造、10……下部インシユレータペレット、11…
…スプリング、12……保護管、13……上部タイプレー
ト、14……下部タイプレート、15……炉心、16……連結
部、17……ガスプレナム領域、18……B4C領域、19……
超ウラン元素廃棄物領域。

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】高速増殖炉内の核分裂性物質が充填された
    炉心領域内に出入れされる制御棒において、 前記制御棒内には複数のアブソーバロッドを有し、前記
    アブソーバロッドは少なくとも上下2つの領域を有し、
    前記2つの領域は上部に中性子吸収物質を充填してなる
    中性子吸収物質領域と下部に超ウラン元素を充填してな
    る領域で構成されることを特徴とする制御棒。
  2. 【請求項2】高速増殖炉内の核分裂性物質が充填された
    炉心領域内に出入りされる制御棒において、 前記制御棒内には複数のアブソーバロッドを有し、前記
    アブソーバロッドは長さ方向に3つの領域を有し、前記
    3つの領域は上部に中性子吸収物質を充填してなる中性
    子吸収物質領域と、中間部に超ウラン元素を充填してな
    る領域と、下部に中空領域で構成されることを特徴とす
    る制御棒。
  3. 【請求項3】高速増殖炉内の核分裂性物質が充填された
    炉心領域内に出入りされる制御棒において、 前記制御棒内には複数のアブソーバロッドを有し、前記
    アブソーバロッドは長さ方向に3つの領域を有し、前記
    3つの領域は上部に中性子吸収物質を充填してなる中性
    子吸収物質領域と、中間部に中空領域と、下部に超ウラ
    ン元素を充填してなる領域で構成されることを特徴とす
    る制御棒。
  4. 【請求項4】高速増殖炉内の核分裂性物質が充填された
    炉心領域内に出入りされる制御棒において、 前記制御棒内には複数のアブソーバロッドを有し、前記
    アブソーバロッドは長さ方向に3つの領域を有し、前記
    3つの領域は上部に中空領域と、中間部に中性子吸収物
    質を充填してなる中性子吸収物質領域と、下部に超ウラ
    ン元素を充填してなる領域で構成されることを特徴とす
    る制御棒。
  5. 【請求項5】請求項1〜4のいずれか1項に記載の制御
    棒において、 前記超ウラン元素を充填してなる領域の主成分核種が、
    燃料親物質であり、かつ、α崩壊の半減期が5000年以上
    300万年以内である核種とその親核種である制御棒。
  6. 【請求項6】請求項1〜4のいずれか1項に記載の制御
    棒において、 前記超ウラン元素が、原子炉燃料の再処理で発生する放
    射性廃棄物に含まれる超ウラン元素の同位体であること
    を特徴とする制御棒。
  7. 【請求項7】請求項1記載の制御棒において、 前記中性子吸収物質領域中に中空領域を有することを特
    徴とする制御棒。
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CN102725800B (zh) * 2009-11-06 2016-06-01 泰拉能源有限责任公司 用于控制核反应堆中的反应性的系统和方法
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