JP2698643B2 - 原子炉の運転方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は原子炉の運転方法に関する。

（従来の技術） 一般に、原子炉が建設されて初めて炉心に装荷される
初装荷燃料の濃縮度は、予め計画された一定の期間、通
常１年間原子炉運転が可能なように決定される。沸騰水
型原子炉では、運転が１年間の場合には、初装荷燃料の
濃縮度は約2.1wt％とされている。

すなわち、このように初装荷燃料の濃縮度を2.1wt％
とすると、原子炉を１年運転した後には、第２図（ａ）
の曲線イに示すように、炉心の余剰反応度は零となり、
制御棒をすべて引き抜いた状態で丁度臨界となる。な
お、第２図において横軸は時間、縦軸は余剰反応度であ
る。

このような沸騰水型原子炉では、この後、初装荷燃料
の通常約1/3が取替燃料に交換され、第２図（ｂ）の曲
線（ロ）に示すような余剰反応度を有する第２サイクル
の運転が行われ、１年経過後にさらに初装荷燃料の約1/
3が取替燃料に交換され、第２図（ｃ）の曲線ハに示す
ような余剰反応度を有する第３サイクル運転が行われ
る。そして、このような原子炉の炉心では、例えば第２
サイクルにおいては、第１サイクルで使用された初装荷
燃料の約2/3がこのまま装荷されて使用されるため、第
２サイクルの最初に炉心内に装荷される取替燃料の濃縮
度を初装荷燃料の濃縮度よりも高くする必要があり、こ
の第２サイクルで装荷される取替燃料の濃縮度は約3.44
wt％とされている。なお、この取替燃料の濃縮度は燃料
の交換計画、すなわち各サイクルにおいて、炉心内に取
替燃料を何体装荷するかにより決定される。この方法に
おいて、初装荷燃料の約1/3は１サイクルしか炉内に滞
在せず、従って燃料は燃焼度の低いまま炉外に取り出さ
れてしまうことになる。

一方、前記炉心で述べたような初装荷燃料の約1/3が
燃焼度の低いまま炉心から取り出されることのないよ
う、沸騰水型原子炉の立ち上がり時に炉心内に装荷され
る初装荷燃料のすべての濃縮度を取替燃料と同じ値とし
た発明がある（特開昭60−119492号公報）。このような
原子炉の炉心によれば、第３図（ａ）の曲線ニに示すよ
うに第１サイクル終了時には余剰反応度が零とならず、
制御棒を炉心内に挿入したまま原子炉が停止される。そ
して第１サイクル終了後において初装荷燃料の燃料交換
は全く行われず、このまま第２サイクルの運転が行われ
る。また、第３図（ｂ）の曲線ホに示すように第２サイ
クル終了時にも余剰反応度は零とならず、制御棒を挿入
したままの状態で原子炉が停止される。第３サイクルに
おいて初めて初装荷燃料の約1/3が初装荷燃料と同じ濃
縮度を有する取替燃料に交換され、第３図（ｃ）の曲線
ヘに示すような余剰反応度特性を示す。このことは、取
替燃料と同じ濃縮度とした初装荷燃料では少なくとも２
サイクル以上炉心内に滞在することになり燃焼度の低い
まま炉外に取り出されることはなくなるが、まだ余剰反
応度が零となっていないにも拘らず燃料交換が行われる
ことになる。これに対し、余剰反応度が零になるまで期
間延長して運転することも考えられるが、予め計画され
た定検等があるので容易には変更できない。それ故、取
出燃料が燃焼余力を有するという点でまだ改善の余地が
残されている。

（発明が解決しようとする課題） すなわち、従来の原子炉の運転方法では、炉心の初装
荷燃料の濃縮度を、この後のサイクルにおいて炉心内に
装荷される取替燃料の濃縮度よりもかなり小さな値とし
ているか、初装荷燃料の濃縮度をすべて取替燃料の濃縮
度と同じ値にしている。このような原子炉の運転方法で
は、初装荷燃料がサイクル終了時に燃焼度の低いまま炉
外に取り出されたり、またこの欠点の改善のため取出燃
焼度を高くしようとした結果、燃焼余力が有するまま炉
外に取り出されることになるなど、経済的な面から十分
核燃料サイクル費を軽減しているとはいえない。

［発明の構成］ （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、初装荷燃料に
より一定期間運転を行い、この後前記初装荷燃料の一部
を取替燃料に燃料交換する原子炉の運転方法において、
前記初装荷燃料を濃縮度の異なる少なくとも２種類以上
とし、高濃縮燃料は前記取替燃料と同じ濃縮度とし、低
濃縮燃料の濃縮度と体数は第１サイクル終了後燃料交換
をせずに第２サイクル末期まで運転できるようにし、さ
らに第２サイクル終了後は、すべての低濃縮燃料と一部
の高濃縮燃料を取り出し前記取替燃料と交換するように
したことを特徴とする。

（作 用） 本発明の原子炉の運転方法によれば、第１サイクル終
了後に燃料交換を行わず、引続き第２サイクル末期まで
運転を行ために初装荷燃料の高燃焼度化が実現するとと
もに、第２サイクル終了時の余剰反応度は零となるの
で、まだ燃焼可能な燃料を炉外に取り出すこともなくな
り、燃料経済性が向上する。

（実施例） 本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例の断面図を示すもので、電
気出力100万kW、燃料初装荷体数764体の原子炉の炉心の
1/4を示す（残りの3/4は対象に配置する）。図中、□は
高縮燃料、Ｌは低濃縮燃料を示す。低濃縮燃料がコント
ロールセルに用いられている。沸騰水型原子炉の立ち上
がり時に炉心内に装荷される初装荷燃料のうち、高濃縮
燃料の濃縮度は、第２サイクルで装荷される取替燃料と
同じ値、すなわち3.44wt％とされる。また、低濃縮燃料
の濃縮度と体数は、第１サイクル終了後燃料交換をせず
に第２サイクル末期まで運転できるような値、すなわち
濃縮度は1.3wt％であり、装荷体数は52体とする。

このような原子炉の炉心によれば、第４図（ａ）に曲
線トとして示すように第１サイクル終了時には制御棒を
挿入したままの状態で原子炉が停止される。そして第１
サイクル終了時において初装荷燃料の交換は一切行われ
ず、このまま第２サイクルの運転が行われる。また、第
４図（ｂ）に曲線チとして示すように、第２サイクル終
了時には余剰反応度は零となり、制御棒をすべて引き抜
いた状態で原子炉が停止される。第３サイクルにおいて
初めて初装荷燃料の低濃縮燃料のすべてと高濃度燃料の
一部を合わせた316体が3.44wt％の取替燃料に交換され
第４図（ｃ）に曲線リで示すような余剰反応度特性を示
す。

第５図は横軸にサイクル番号を、縦軸に各サイクルで
装荷される取替燃料の装荷体数を炉心内の全燃料に対す
る％で示している。すなわち、従来の原子炉の炉心のう
ち初装荷燃料の全てを2.1wt％の低濃縮燃料とした場
合、第５図の折れ線ａに示すように第１サイクル終了後
初装荷燃料の約45％が取替燃料に交換されている。従来
の原子炉の炉心のうち初装荷燃料の全てを3.44wt％の高
濃縮燃料とした場合および本発明の原子炉の炉心では図
の折れ線ｂに示すように一体も交換されておらず、第２
サイクル終了後初装荷燃料の約40％が取替燃料に交換さ
れている。第３サイクル以降はどれもほぼ同様の割合で
取替燃料への交換が行われている。

以上述べたような本発明の原子炉の運転方法によれ
ば、原子炉の運転に必要な燃料サイクル費を従来より大
幅に低減することができる。

すなわち、従来の炉心で初装荷燃料を全て低濃縮燃料
とする場合での濃縮度が約2.1wt％であったのに対し
て、本発明で使用される初装荷燃料の内、高濃縮燃料の
濃縮度は約3.44wt％であり、低濃縮燃料の濃縮度は約1.
3wt％であるため、燃料サイクル費のうち天然ウラン費
および濃縮費は増加するが、燃料費としては、この他に
成形加工費、使用済燃料輸送費、再処理費用が含まれ、
これらの費用は燃料の濃縮度によって変わることはない
ため、本発明においては、第１サイクル終了後に燃料交
換を行わないことにより成形加工費、使用済燃料輸送
費、再処理費用を１サイクル分低減できる。本発明にお
いて、これらの諸費用をすべて考慮し、初装荷から第４
サイクルに炉心に装荷された燃料がすべて炉心から取り
出されるまでにかかる燃料サイクル費は2.074円/kwhと
なる。

一方、初装荷燃料を全て2.1wt％の低濃縮燃料とし、
第１サイクル終了後から取替燃料への燃料交換を行う従
来の炉心での前記燃料サイクル費は2.282円/kwhであ
り、本発明によって約9.1％の燃料サイクル費を低減す
ることができる。また、初装荷燃料の濃縮度をすべて取
替燃料と同じ値とした炉心での燃料サイクル費は、2.09
8円/kwhであり、本発明ではこの炉心と比較しても約1.1
％の燃料サイクル費の低減が可能である。

第６図は本発明の第２実施例の初装荷炉心装荷パター
ンを示した図である。初装荷燃料のうち、高濃縮燃料の
濃縮度を取替燃料と同じ値、すなわち3.44wt％とすると
ともに、低濃縮燃料を92体とし、濃縮度は第１サイクル
終了後燃料交換をせずに第２サイクル末期まで運転でき
るように2.2wt％とする。低濃縮燃料は炉心周辺に装荷
されている。このように、低濃縮燃料を装荷した場合の
燃料サイクル費は、2.075円/kwhとなり、初装荷燃料の
濃縮度をすべて取替燃料と同じ値とした炉心の燃料サイ
クル費と比較して約1.1％低減できる。

第７図は本発明の第３実施例の初装荷炉心装荷パター
ンを示した図である。初装荷燃料のうち、高濃縮燃料の
濃縮度を取替燃料と同じ値、すなわち3.44wt％とすると
ともに、低濃縮燃料100体とし、濃縮度は第１サイクル
終了後燃料交換をせずに第２サイクル末期まで運転でき
るように2.3wt％とする。この炉心では、低濃縮燃料を
コントロールセルに用いている。このような炉心の燃料
サイクル費は、2.075円/kwhとなり、初装荷燃料の濃縮
度をすべて取替燃料と同じ値とした炉心の燃料サイクル
費と比較して約1.1wt％低減できる。

第８図は本発明の第４実施例の初装荷炉心装荷パター
ンを示した図である。初装荷燃料のうち、高濃縮燃料の
濃縮度を取替燃料と同じ値、すなわち3.44wt％とすると
ともに、低濃縮燃料144体とし、濃縮度は第１サイクル
終了後燃料交換をせずに第２サイクル末期まで運転でき
るように2.7wt％とする。このように、低濃縮燃料を装
荷した場合の燃料サイクル費は、2.077円/kwhとなり、
初装荷燃料の濃縮度をすべて取替燃料と同じ値とした炉
心の燃料サイクル費と比較して約1.0％低減できる。こ
こでは、低濃縮燃料を炉心周辺とコントロールセルに用
いているが、炉心周辺部に装荷するものと、コントロー
ルセルに装荷するものとで濃縮度を異ならせることによ
って初装荷燃料を３種類としてもよい。

また、以上の実施例では第１サイクル終了後に燃料交
換は全く行われないが、定検の際に炉内の燃料位置を交
換し、燃焼の進まない燃料と燃焼の進んだ燃料とを入れ
替えて第２サイクルを運転することによって燃料の燃焼
効率をさらに向上させることができる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば第１サイクル終
了後に燃料交換を全く行わないため、初装荷燃料の高燃
焼度化が実現するとともに、核燃料サイクル費のうち成
形加工費、使用済燃料輸送費、再処理費等が低減できる
とともに、定検での期間短縮にもなると同時に、燃焼余
力を有する燃料を炉外に取り出すことも無くなり、燃料
経済性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の初装荷炉心装荷パターン
を示す図、第２図（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ従
来の原子炉の炉心による第１サイクル，第２サイクル，
第３サイクルの余剰反応度を示すグラフ、第３図
（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ従来の他の原子炉の
炉心による第１サイクル，第２サイクル，第３サイクル
の余剰反応度を示すグラフ、第４図（ａ），（ｂ），
（ｃ）はそれぞれ本発明の第１実施例の炉心による第１
サイクル，第２サイクル，第３サイクルの余剰反応度を
示すグラフ、第５図は各サイクルの終了後における本発
明と従来例との取替燃料装荷割合を示すグラフ、第６図
は本発明の第２実施例の初装荷炉心装荷パターンを示す
図、第７図は本発明の第３実施例の初装荷炉心装荷パタ
ーンを示す図、第８図は本発明の第４実施例の初装荷炉
心装荷パターンを示す図である。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】初装荷燃料により一定期間運転を行い、こ
   の後前記初装荷燃料の一部を取替燃料に燃料交換する原
   子炉の運転方法において、前記初装荷燃料を濃縮度の異
   なる少なくとも２種類以上とし、高濃縮燃料の濃縮度を
   前記取替燃料の濃縮度と同じ値とするとともに、低濃縮
   燃料の濃縮度と体数は、第１サイクル終了後燃料交換を
   せずに第２サイクル末期まで運転できるようにし、第２
   サイクル終了後は、すべての低濃縮燃料と一部の高濃縮
   燃料を取り出し前記取替燃料と交換することを特徴とす
   る原子炉の運転方法。