JP2742441B2 - 高速増殖炉炉心 - Google Patents
高速増殖炉炉心Info
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- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
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- Structure Of Emergency Protection For Nuclear Reactors (AREA)
- 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、高速増殖炉炉心に係り、特に炉心出力分布
の平坦化に好適であると共に超ウラン（TRU）元素の消
滅に好適な高速増殖炉に関する。
の平坦化に好適であると共に超ウラン（TRU）元素の消
滅に好適な高速増殖炉に関する。
［従来の技術］ 従来の高速増殖炉の炉心については、下記の公知例に
したがって説明する。（K.Inoue et al,Proc.Int.Symp.
on FBRs,IAEA,lion,France22〜26 July1985,vol.1.p247
〜263） 第15図は従来の炉心構成平面図である。第15図に示す
ように炉心中央部から内側炉心燃料集合体１、外側炉心
燃料集合体２、径方向ブランケット燃料集合体４を配置
し、炉心を構成している。炉心に装荷される燃料集合体
は、第16図および第17図に示すように、６角形状の断面
を持つラッパ管７内に複数本の燃料棒６が束ねられた構
造をしている。燃料棒内には、第18図に示すように核分
裂性物質を富化した燃料物質（例えば、Pu−Ｕ燃料）よ
りなる炉心燃料ペレット８が充填され、その軸方向上下
部に燃料親物質（例えば、238U）を主成分とする燃料物
質よりなるブランケット燃料ペレット９が充填されてい
る。
したがって説明する。（K.Inoue et al,Proc.Int.Symp.
on FBRs,IAEA,lion,France22〜26 July1985,vol.1.p247
〜263） 第15図は従来の炉心構成平面図である。第15図に示す
ように炉心中央部から内側炉心燃料集合体１、外側炉心
燃料集合体２、径方向ブランケット燃料集合体４を配置
し、炉心を構成している。炉心に装荷される燃料集合体
は、第16図および第17図に示すように、６角形状の断面
を持つラッパ管７内に複数本の燃料棒６が束ねられた構
造をしている。燃料棒内には、第18図に示すように核分
裂性物質を富化した燃料物質（例えば、Pu−Ｕ燃料）よ
りなる炉心燃料ペレット８が充填され、その軸方向上下
部に燃料親物質（例えば、238U）を主成分とする燃料物
質よりなるブランケット燃料ペレット９が充填されてい
る。
上記炉心構成においては、外側炉心燃料のPu富化度を
内側炉心燃料よりも高くすることにより、炉心からの中
性子漏洩による外側炉心領域における出力密度の低下を
抑え、炉心内の径方向出力分布を平坦化している。
内側炉心燃料よりも高くすることにより、炉心からの中
性子漏洩による外側炉心領域における出力密度の低下を
抑え、炉心内の径方向出力分布を平坦化している。
［発明が解決しようとする課題］ 上記従来技術では、炉心を二領域に分け、外側炉心の
Pu富化度を増して出力密度を増大させ、炉心の出力分布
を平坦化させている。しかし、径方向のブランケット燃
料集合体に隣接する外側炉心燃料集合体では、中性子漏
洩による中性子レベルの低下により出力密度が下がり、
燃料の燃焼効率が低い。また、炉心燃料では、燃焼に伴
って核分裂性物質が消滅するため、燃焼末期の出力密度
は低下し、特に、Pu富化度の高い外側炉心領域ではその
割合が大きい。燃料の取出燃焼度を増大させて燃料サイ
クルコストを低減するという観点から、燃焼期間を通し
て出力分布を平坦化させることが望まれる。また、出力
分布の平坦化は、炉心の熱的余裕を増大させ、炉心運転
期間の延長や燃料集合体の削減による炉心の小型化など
も可能にする。
Pu富化度を増して出力密度を増大させ、炉心の出力分布
を平坦化させている。しかし、径方向のブランケット燃
料集合体に隣接する外側炉心燃料集合体では、中性子漏
洩による中性子レベルの低下により出力密度が下がり、
燃料の燃焼効率が低い。また、炉心燃料では、燃焼に伴
って核分裂性物質が消滅するため、燃焼末期の出力密度
は低下し、特に、Pu富化度の高い外側炉心領域ではその
割合が大きい。燃料の取出燃焼度を増大させて燃料サイ
クルコストを低減するという観点から、燃焼期間を通し
て出力分布を平坦化させることが望まれる。また、出力
分布の平坦化は、炉心の熱的余裕を増大させ、炉心運転
期間の延長や燃料集合体の削減による炉心の小型化など
も可能にする。
本発明の目的は、高速増殖炉において、長半減期の超
ウラン元素の消滅をはかると共に、燃焼期間を通して炉
心内の径方向および軸方向の出力分布を平坦化させる高
速増殖炉炉心を提供することにある。
ウラン元素の消滅をはかると共に、燃焼期間を通して炉
心内の径方向および軸方向の出力分布を平坦化させる高
速増殖炉炉心を提供することにある。
［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するための本発明に係る高速増殖炉炉
心の構成は、Pu等の核分裂性物質を充填した複数体の炉
心燃料集合体と複数個の制御棒を炉心に配置してなるも
のにおいて、前記炉心の出力密度が低い領域に超ウラン
元素を充填した燃料集合体を装荷するようにしたもので
ある。
心の構成は、Pu等の核分裂性物質を充填した複数体の炉
心燃料集合体と複数個の制御棒を炉心に配置してなるも
のにおいて、前記炉心の出力密度が低い領域に超ウラン
元素を充填した燃料集合体を装荷するようにしたもので
ある。
［作用］ 主要なTRU核種237Np,241Am,243Am,242Cm,244Cmはしき
い値を持つ核分裂反応核種であり、高速中性子により効
率的に核分裂を起こす。すなわち、TRU燃料は、Pu−Ｕ
等の燃料を充填した炉心燃料領域の周辺部において、炉
心中心部からの高速中性子により核分裂を起こして消滅
する。
い値を持つ核分裂反応核種であり、高速中性子により効
率的に核分裂を起こす。すなわち、TRU燃料は、Pu−Ｕ
等の燃料を充填した炉心燃料領域の周辺部において、炉
心中心部からの高速中性子により核分裂を起こして消滅
する。
一方、TRU核種の１つである237Npは、軽水炉の使用済
燃料から群分離される核種であるが、原子炉の炉心内に
おいては、中性子を捕獲して238Npに核変換し、その
後、半減期約２日でβ崩壊して、238Puに変わる。すな
わち、237Npは燃焼に伴い、正の反応度に寄与する238Pu
に核変換し、燃焼に伴う反応度の劣化を抑制する。さら
に、238Puの生成は、核分裂率を増し、燃焼に伴う出力
密度の減少も抑え、燃焼期間を通じて炉心内の出力分布
を平坦化する。
燃料から群分離される核種であるが、原子炉の炉心内に
おいては、中性子を捕獲して238Npに核変換し、その
後、半減期約２日でβ崩壊して、238Puに変わる。すな
わち、237Npは燃焼に伴い、正の反応度に寄与する238Pu
に核変換し、燃焼に伴う反応度の劣化を抑制する。さら
に、238Puの生成は、核分裂率を増し、燃焼に伴う出力
密度の減少も抑え、燃焼期間を通じて炉心内の出力分布
を平坦化する。
［実施例］ 以下、本発明に係る高速増殖炉炉心の１実施例を第１
図を用いて説明する。
図を用いて説明する。
第１図は、炉心構成を示す横断面略示図である。第１
図の炉心の構成は、炉心中央部より外周部に向って内側
炉心燃料集合体１、外側炉心燃料集合体２、TRU燃料集
合体３、ブランケット燃料集合体４および制御棒５から
なる。
図の炉心の構成は、炉心中央部より外周部に向って内側
炉心燃料集合体１、外側炉心燃料集合体２、TRU燃料集
合体３、ブランケット燃料集合体４および制御棒５から
なる。
本実施例の炉心の機能は、炉心中心部の炉心燃料集合
体で生ずる中性子が炉心の径方向外側に漏洩し、TRU燃
料集合体内３で核分裂を引き起こし、さらに径方向ブラ
ンケット燃料集合体４内で中性子は捕獲され増殖性を向
上するようになっている。なお、TRU燃料集合体３の構
造は、前記炉心燃料集合体の仕様と同じであるが、TRU
燃料の除熱効率を高めるために燃料棒の外径を従来技術
の炉心燃料の外径の約2/3としている。
体で生ずる中性子が炉心の径方向外側に漏洩し、TRU燃
料集合体内３で核分裂を引き起こし、さらに径方向ブラ
ンケット燃料集合体４内で中性子は捕獲され増殖性を向
上するようになっている。なお、TRU燃料集合体３の構
造は、前記炉心燃料集合体の仕様と同じであるが、TRU
燃料の除熱効率を高めるために燃料棒の外径を従来技術
の炉心燃料の外径の約2/3としている。
次に、本発明の効果について定量的に述べる。
1000MWe級の高速増殖炉の炉心において、炉心燃料と
して酸化物のPu−Ｕ燃料を用い、内側炉心燃料および外
側炉心燃料におけるPu富化度はそれぞれ約15w/oおよび
約20w/oである。TRU燃料としては、軽水炉の使用済燃料
の再処理で分離されるTRU元素を酸化物燃料として用い
る。（但し、Puに関しては、Pu再処理時の再処理効率を
約97％とし、TRU燃料内に使用済燃料のPuを約３％残存
させる（Pu富化度約20w/o）。また、燃料内の熱伝達率
を向上させるためにMgOを希釈材として加えてある。
して酸化物のPu−Ｕ燃料を用い、内側炉心燃料および外
側炉心燃料におけるPu富化度はそれぞれ約15w/oおよび
約20w/oである。TRU燃料としては、軽水炉の使用済燃料
の再処理で分離されるTRU元素を酸化物燃料として用い
る。（但し、Puに関しては、Pu再処理時の再処理効率を
約97％とし、TRU燃料内に使用済燃料のPuを約３％残存
させる（Pu富化度約20w/o）。また、燃料内の熱伝達率
を向上させるためにMgOを希釈材として加えてある。
以下、第２図〜第５図を用いて本実施例と従来例を対
比しつつ、より詳細に説明する。
比しつつ、より詳細に説明する。
第２図は、本実施例および従来例の炉心の燃焼初期の
径方向出力分布を示す特性図、第３図は、本実施例のTR
U燃料集合体内の各TRU核種の燃焼に伴う重量変化図、第
４図は、本実施例のTRU燃料と従来例のPu−Ｕ燃料の核
分裂反応率の燃焼特性図、第５図は、本実施例および従
来例の炉心の燃焼末期の径方向出力分布を示す特性図で
ある。
径方向出力分布を示す特性図、第３図は、本実施例のTR
U燃料集合体内の各TRU核種の燃焼に伴う重量変化図、第
４図は、本実施例のTRU燃料と従来例のPu−Ｕ燃料の核
分裂反応率の燃焼特性図、第５図は、本実施例および従
来例の炉心の燃焼末期の径方向出力分布を示す特性図で
ある。
第２図において、破線は、第15図に構成を示した従来
技術の炉心の径方向出力分布を示しており、外側炉心燃
料領域で炉心の外側に向かい出力が大きく低下する。こ
れに対して実線は、第１図に構成を示した本発明の炉心
であり、外側炉心燃料集合体のブランケット燃料集合体
に隣接する位置にTRU燃料集合体を配置したことによ
り、この領域の出力が上昇する。これにより、炉心の径
方向出力分布は平坦化し、出力ピーキング係数（出力の
最高値と平均値の比。原子炉の安全係数の一種で、この
値が小さい炉では出力が平坦化されている。）が従来技
術の炉心に比べて約４％低減し、炉心の熱的余裕が増大
する。
技術の炉心の径方向出力分布を示しており、外側炉心燃
料領域で炉心の外側に向かい出力が大きく低下する。こ
れに対して実線は、第１図に構成を示した本発明の炉心
であり、外側炉心燃料集合体のブランケット燃料集合体
に隣接する位置にTRU燃料集合体を配置したことによ
り、この領域の出力が上昇する。これにより、炉心の径
方向出力分布は平坦化し、出力ピーキング係数（出力の
最高値と平均値の比。原子炉の安全係数の一種で、この
値が小さい炉では出力が平坦化されている。）が従来技
術の炉心に比べて約４％低減し、炉心の熱的余裕が増大
する。
一方、第３図に、燃焼に伴うTRU燃料集合体内のTRU元
素重量変化を示した。大部分のTRU元素が燃料に伴い消
滅するのに対して、238Puおよび244Cmは、他の核種とは
逆に増加している。この内238Puの増加は大きく、これ
はTRU燃料内に多量に含まれる237Npが中性子捕獲を通じ
て238Puに核変換するためである。この238Puは、100keV
程度より高いエネルギーを持つ中性子に対して中性子捕
獲断面積σ０に対する核分裂断面積σｆの割合（σf/σ
０）が１よりも大きくなる。すなわち、本発明の炉心は
100keV以上の中性子を６割程有するために238Puは燃焼
に伴う核分裂反応率の低下を抑制すると共に燃焼反応度
の劣化を減少させる。TRU燃料領域における燃焼に伴う
核分裂反応率の変化を、従来技術の炉心と比較して第４
図に示した。TRU燃料は、核分裂反応率が大きく、燃料
末期における反応率の劣化割合も従来技術の炉心の約半
分である。第５図に燃焼末期の径方向出力分布を示す。
従来技術の炉心と比較して本発明の炉心は、燃焼に伴う
出力密度の低下を抑えている。すなわち、本発明は燃焼
期間を通じて炉心内の径方向出力分布を平坦化する。こ
れにより、本発明のTRU燃料集合体では従来技術の外側
炉心燃料集合体に比べて燃焼度が約25％増大し、燃料の
炉心平均取出燃焼度が約５％増大する。
素重量変化を示した。大部分のTRU元素が燃料に伴い消
滅するのに対して、238Puおよび244Cmは、他の核種とは
逆に増加している。この内238Puの増加は大きく、これ
はTRU燃料内に多量に含まれる237Npが中性子捕獲を通じ
て238Puに核変換するためである。この238Puは、100keV
程度より高いエネルギーを持つ中性子に対して中性子捕
獲断面積σ０に対する核分裂断面積σｆの割合（σf/σ
０）が１よりも大きくなる。すなわち、本発明の炉心は
100keV以上の中性子を６割程有するために238Puは燃焼
に伴う核分裂反応率の低下を抑制すると共に燃焼反応度
の劣化を減少させる。TRU燃料領域における燃焼に伴う
核分裂反応率の変化を、従来技術の炉心と比較して第４
図に示した。TRU燃料は、核分裂反応率が大きく、燃料
末期における反応率の劣化割合も従来技術の炉心の約半
分である。第５図に燃焼末期の径方向出力分布を示す。
従来技術の炉心と比較して本発明の炉心は、燃焼に伴う
出力密度の低下を抑えている。すなわち、本発明は燃焼
期間を通じて炉心内の径方向出力分布を平坦化する。こ
れにより、本発明のTRU燃料集合体では従来技術の外側
炉心燃料集合体に比べて燃焼度が約25％増大し、燃料の
炉心平均取出燃焼度が約５％増大する。
また、本発明の炉心は、TRU元素の消滅に関しても効
果を持つ。本発明の炉心に装荷するNp,Am,CmなどのTRU
元素の重量は約2tであり、これは1000MWe級の軽水炉約7
0基から１年間に取り出される量に相当する（1000MWe級
軽水炉１基から年間に約30kg取出し）。本発明の炉心で
は、上記TRU元素を１年間に約200kg（約10％）消滅す
る。従って、他の領域で生ずるTRU元素（約35kg）を差
し引いても１年間で1000MWe級軽水炉約６基分から空取
り出されるTRU元素を、本発明の炉心で消滅することが
できる。
果を持つ。本発明の炉心に装荷するNp,Am,CmなどのTRU
元素の重量は約2tであり、これは1000MWe級の軽水炉約7
0基から１年間に取り出される量に相当する（1000MWe級
軽水炉１基から年間に約30kg取出し）。本発明の炉心で
は、上記TRU元素を１年間に約200kg（約10％）消滅す
る。従って、他の領域で生ずるTRU元素（約35kg）を差
し引いても１年間で1000MWe級軽水炉約６基分から空取
り出されるTRU元素を、本発明の炉心で消滅することが
できる。
第６図は、本発明の第２実施例に係る炉心の縦断面略
示図である。この炉心は、炉心中央部に円盤上のブラン
ケット燃料領域10を有することにより炉心出力分布を平
坦化させる軸方向非均質炉心であり、Pu−Ｕ燃料よりな
る炉心燃料領域11の周辺部に配置されたTRU燃料領域12
により、出力分布を平坦化することができる。
示図である。この炉心は、炉心中央部に円盤上のブラン
ケット燃料領域10を有することにより炉心出力分布を平
坦化させる軸方向非均質炉心であり、Pu−Ｕ燃料よりな
る炉心燃料領域11の周辺部に配置されたTRU燃料領域12
により、出力分布を平坦化することができる。
第７図は、本発明の第３実施例に係る炉心の縦断面略
示図、第８図は、同上炉心を構成する炉心燃料集合体内
の燃料棒を示す。この燃料棒は、Pu−Ｕ燃料を富化した
炉心燃料ペレット８の軸方向上下部にTRU燃料を富化し
たTRU燃料ペレット13を配置し、さらにその軸方向上下
部にブランケット燃料ペレット９を配置した構造であ
り、Pu−Ｕ燃料の軸方向上下部に配置されたTRU燃料に
より、軸方向出力分布が平坦化する。
示図、第８図は、同上炉心を構成する炉心燃料集合体内
の燃料棒を示す。この燃料棒は、Pu−Ｕ燃料を富化した
炉心燃料ペレット８の軸方向上下部にTRU燃料を富化し
たTRU燃料ペレット13を配置し、さらにその軸方向上下
部にブランケット燃料ペレット９を配置した構造であ
り、Pu−Ｕ燃料の軸方向上下部に配置されたTRU燃料に
より、軸方向出力分布が平坦化する。
第７図の炉心は、第１の実施例の炉心内の炉心燃料集
合体として上記で示した燃料棒（第８図）を複数本束ね
た炉心燃料集合体を用いた炉心である。この炉心は、炉
心内の径方向出力分布を平坦化すると共に、軸方向出力
分布も平坦化する。
合体として上記で示した燃料棒（第８図）を複数本束ね
た炉心燃料集合体を用いた炉心である。この炉心は、炉
心内の径方向出力分布を平坦化すると共に、軸方向出力
分布も平坦化する。
第９図は、本発明の第４実施例に係る炉心の縦断面略
示図、第10図は、同上炉心を構成する炉心燃料集合体内
の燃料棒を示す。この燃料棒は、Pu−Ｕ燃料を富化した
炉心燃料ペレット８の軸方向中央部にTRU燃料を富化し
たTRU燃料ペレット13を配置した構造であり、上記TRU燃
料のPu富化度は、上記Pu−Ｕ燃料のPu富化度よりも低い
か、あるいはPu富化度ゼロの燃料であり、燃焼初期の出
力密度の増大を抑えている。Pu−Ｕ燃料の中央部に配置
されたTRU燃料により、燃焼期間を通じて軸方向出力分
布が平坦化する。
示図、第10図は、同上炉心を構成する炉心燃料集合体内
の燃料棒を示す。この燃料棒は、Pu−Ｕ燃料を富化した
炉心燃料ペレット８の軸方向中央部にTRU燃料を富化し
たTRU燃料ペレット13を配置した構造であり、上記TRU燃
料のPu富化度は、上記Pu−Ｕ燃料のPu富化度よりも低い
か、あるいはPu富化度ゼロの燃料であり、燃焼初期の出
力密度の増大を抑えている。Pu−Ｕ燃料の中央部に配置
されたTRU燃料により、燃焼期間を通じて軸方向出力分
布が平坦化する。
第９図の炉心は、第２の実施例の炉心内の炉心燃料集
合体として、炉心燃料の中央部にブランケット燃料領域
を有する燃料集合体として上記で示した燃料棒（第10
図）を複数本束ねた炉心燃料集合体を用いた炉心であ
る。この炉心は、炉心内の径方向出力分布を平坦化する
と共に、軸方向出力分布も平坦化する。
合体として、炉心燃料の中央部にブランケット燃料領域
を有する燃料集合体として上記で示した燃料棒（第10
図）を複数本束ねた炉心燃料集合体を用いた炉心であ
る。この炉心は、炉心内の径方向出力分布を平坦化する
と共に、軸方向出力分布も平坦化する。
第11図は、軸方向上部の炉心燃料ペレット８の上端に
TRU燃料ペレット13を配置し、軸方向下部の炉心燃料ペ
レット８の下部にTRU燃料ペレット13を配置した構造で
あり、軸方向出力分布を平坦化することができる。
TRU燃料ペレット13を配置し、軸方向下部の炉心燃料ペ
レット８の下部にTRU燃料ペレット13を配置した構造で
あり、軸方向出力分布を平坦化することができる。
本発明の第５実施例に係る炉心の構成は、上記第２の
実施例の炉心内の炉心燃料集合体として、炉心燃料の中
央部にブランケット燃料領域を有する燃料集合体として
上記第11図で示した燃料棒を複数本束ねた炉心燃料集合
体を用い、上記第２図の実施例の炉心内の炉心燃料集合
体として炉心燃料の中央部にブランケット燃料領域を有
しない燃料集合体として上記第８図で示した燃料棒を複
数本束ねた炉心燃料集合体を用いた炉心である。この炉
心は、炉心内の径方向出力分布を平坦化すると共に、軸
方向出力分布も平坦化する。
実施例の炉心内の炉心燃料集合体として、炉心燃料の中
央部にブランケット燃料領域を有する燃料集合体として
上記第11図で示した燃料棒を複数本束ねた炉心燃料集合
体を用い、上記第２図の実施例の炉心内の炉心燃料集合
体として炉心燃料の中央部にブランケット燃料領域を有
しない燃料集合体として上記第８図で示した燃料棒を複
数本束ねた炉心燃料集合体を用いた炉心である。この炉
心は、炉心内の径方向出力分布を平坦化すると共に、軸
方向出力分布も平坦化する。
つぎに、炉心内の径方向出力分布を平坦化する方法と
して、燃料集合体内の燃料棒の種類と配置を変え、か
つ、炉心内の装荷位置を変えることによって、目的を達
成する実施例を第12図〜第14図示す。
して、燃料集合体内の燃料棒の種類と配置を変え、か
つ、炉心内の装荷位置を変えることによって、目的を達
成する実施例を第12図〜第14図示す。
第12図は、本発明の第６実施例に係る炉心に装荷され
る燃料集合体の水平断面略示図である。
る燃料集合体の水平断面略示図である。
第12図の燃料集合体におりいては、TRU元素を充填し
たTRU燃料棒14とPu−Ｕ燃料を充填したPu−Ｕ燃料棒15
を複数本束ねて構成され、燃料棒の配置は、炉心中心に
近い位置ほどPu−Ｕ燃料棒の本数が多く、炉心外側に向
かうほどTRU燃料棒の本数が多い。この燃料棒の配置に
よりTRU燃料集合体の出力が平坦化する。
たTRU燃料棒14とPu−Ｕ燃料を充填したPu−Ｕ燃料棒15
を複数本束ねて構成され、燃料棒の配置は、炉心中心に
近い位置ほどPu−Ｕ燃料棒の本数が多く、炉心外側に向
かうほどTRU燃料棒の本数が多い。この燃料棒の配置に
よりTRU燃料集合体の出力が平坦化する。
第13図は、本発明の第７実施例に係る炉心に装荷され
る燃料集合体の水平断面略示図である。
る燃料集合体の水平断面略示図である。
第13図の燃料集合体においては、TRU燃料棒14と燃料
親物質よりなるブランケット燃料を充填したブランケッ
ト燃料棒16を複数本束ねて構成され、燃料棒の配置は、
炉心中心に近い位置ほどTRU燃料棒の本数が多く、炉心
外側に向かうほどブランケット燃料棒の本数が多い。
親物質よりなるブランケット燃料を充填したブランケッ
ト燃料棒16を複数本束ねて構成され、燃料棒の配置は、
炉心中心に近い位置ほどTRU燃料棒の本数が多く、炉心
外側に向かうほどブランケット燃料棒の本数が多い。
第14図は、本発明の第８実施例に係る炉心に装荷され
る燃料集合体の水平断面略示図である。
る燃料集合体の水平断面略示図である。
第14図の燃料集合体において、Pu−Ｕ燃料棒15とTRU
燃料棒14とブランケット燃料棒16を複数本束ねて構成さ
れ、燃料棒の配置は、炉心中心に近い位置ほど炉心燃料
棒の本数が多く、炉心外側に向かうほどブランケット燃
料棒の本数が多く、TRU燃料棒はその中間付近に多く配
置される。
燃料棒14とブランケット燃料棒16を複数本束ねて構成さ
れ、燃料棒の配置は、炉心中心に近い位置ほど炉心燃料
棒の本数が多く、炉心外側に向かうほどブランケット燃
料棒の本数が多く、TRU燃料棒はその中間付近に多く配
置される。
上記第６、７、８実施例のような燃料集合体をブラン
ケット燃料集合体に隣接する炉心燃料集合体の位置に装
荷することにより、炉心内の径方向出力分布が平坦化す
る。
ケット燃料集合体に隣接する炉心燃料集合体の位置に装
荷することにより、炉心内の径方向出力分布が平坦化す
る。
また、他の炉心出力分布を平坦化する方法として、以
下のようなものがある。
下のようなものがある。
第８図に示した燃料棒とPu−Ｕ燃料棒とを複数本束ね
て構成する燃料集合体を、上記第１図、第７図で示す炉
心燃料集合体として用いるものであり、燃料集合体内の
燃料棒の本数が、炉心中心に近い位置ほどPu−Ｕ燃料棒
の本数が多く、炉心外側に向うほど上記第８図の燃料棒
の本数が多く配置される。この炉心燃料集合体の配置に
より、炉心燃料の軸方向上下部のTRU燃料領域における
径方向の出力分布は平坦化する。
て構成する燃料集合体を、上記第１図、第７図で示す炉
心燃料集合体として用いるものであり、燃料集合体内の
燃料棒の本数が、炉心中心に近い位置ほどPu−Ｕ燃料棒
の本数が多く、炉心外側に向うほど上記第８図の燃料棒
の本数が多く配置される。この炉心燃料集合体の配置に
より、炉心燃料の軸方向上下部のTRU燃料領域における
径方向の出力分布は平坦化する。
さらに、上記第１図の実施例の炉心において、上記第
１の実施例のTRU燃料集合体の径方向炉心中心側に隣接
する位置に上記TRU燃料集合体よりも超ウラン元素の充
填量が少ないTRU燃料集合体を配置した炉心である。こ
のTRU燃料集合体の配置により出力分布は平坦化する。
１の実施例のTRU燃料集合体の径方向炉心中心側に隣接
する位置に上記TRU燃料集合体よりも超ウラン元素の充
填量が少ないTRU燃料集合体を配置した炉心である。こ
のTRU燃料集合体の配置により出力分布は平坦化する。
なお、Pu−Ｕ燃料としてPu−Ｕ−Zr3元合金の金属燃
料を用いた炉心がある。金属燃料を用いた炉心は燃料核
種密度を高くでき、中性子スペクトルが酸化物燃料より
も硬くなる。すなわちTRU元素の消滅効率を増大させる
ことができる。
料を用いた炉心がある。金属燃料を用いた炉心は燃料核
種密度を高くでき、中性子スペクトルが酸化物燃料より
も硬くなる。すなわちTRU元素の消滅効率を増大させる
ことができる。
上記のTRU燃料としてTRUを成分とする固溶体型合金の
金属燃料を用いた炉心が有効である。
金属燃料を用いた炉心が有効である。
［発明の効果］ 本発明の高速増殖炉炉心によれば、以下のような効果
がある。
がある。
（１）燃料棒に充填するTRU元素の位置を軸方向に変え
ることにより、およびまたは、TRU元素を充填した燃料
棒を束ねた燃料集合体の炉内燃料領域内の配置を変える
ことにより、炉心内出力分布を軸方向および半径方向に
平坦化することができる。その結果、燃料の取出燃焼度
を増大できるので、燃料サイクルコストの低減をはかる
ことができる。
ることにより、およびまたは、TRU元素を充填した燃料
棒を束ねた燃料集合体の炉内燃料領域内の配置を変える
ことにより、炉心内出力分布を軸方向および半径方向に
平坦化することができる。その結果、燃料の取出燃焼度
を増大できるので、燃料サイクルコストの低減をはかる
ことができる。
（２）長半減期の有害なTRU元素を消費することによ
り、地球上に蓄積するTRUを逐次消滅させることができ
る。
り、地球上に蓄積するTRUを逐次消滅させることができ
る。
（３）炉内でTRU元素に中性子をあてて核変換すること
により、不要物を熱エネルギー資源として再利用するこ
とができる。
により、不要物を熱エネルギー資源として再利用するこ
とができる。
第１図は本発明の実施例を示す炉心の炉心構成平面図、
第２図は、本発明および従来技術の炉心の燃焼初期の径
方向出力分布を示す特性図、第３図は本発明のTRU燃料
集合体内の各TRU核種核の重量の燃焼特性図、第４図
は、本発明のTRU燃料と従来技術のPu−Ｕ燃料の核分裂
反応率の燃焼特性図、第５図は、本発明および従来技術
の炉心の燃焼末期の径方向出力分布を示す特性図、第６
図は、本発明の他の実施例を示す炉心の垂直断面図、第
７図は本発明の他の実施例を示す炉心の垂直断面図、第
８図は、第７図の炉心構成要素の燃料棒、第９図は、本
発明の他の実施例を示す炉心の垂直断面図、第10図およ
び第11図は本発明の他の実施例を示す燃料棒の垂直断面
図、第12図、第13図および第14図は本発明の他の実施例
を示すTRU燃料集合体の水平断面図、第15図は、従来例
の炉心構成平面図、第16図は、従来例の燃料集合体模式
図、第17図は、従来例の燃料集合体平面図、第18図は、
従来例の燃料棒模式図である。 〈符号の簡単な説明〉 １……内側炉心燃料集合体、２……外側炉心燃料集合
体、３……TRU燃料集合体、４……ブランケット燃料集
合体、５……制御棒、６……燃料棒、７……ラッパ管、
８……炉心燃料ペレット、９……ブランケット燃料ペレ
ット、10……ブランケット燃料領域、11……炉心燃料領
域、12……TRU燃料領域、13……TRU燃料ペレット、14…
…TRU燃料棒、15……Pu−Ｕ燃料棒、16……ブランケッ
ト燃料棒。
第２図は、本発明および従来技術の炉心の燃焼初期の径
方向出力分布を示す特性図、第３図は本発明のTRU燃料
集合体内の各TRU核種核の重量の燃焼特性図、第４図
は、本発明のTRU燃料と従来技術のPu−Ｕ燃料の核分裂
反応率の燃焼特性図、第５図は、本発明および従来技術
の炉心の燃焼末期の径方向出力分布を示す特性図、第６
図は、本発明の他の実施例を示す炉心の垂直断面図、第
７図は本発明の他の実施例を示す炉心の垂直断面図、第
８図は、第７図の炉心構成要素の燃料棒、第９図は、本
発明の他の実施例を示す炉心の垂直断面図、第10図およ
び第11図は本発明の他の実施例を示す燃料棒の垂直断面
図、第12図、第13図および第14図は本発明の他の実施例
を示すTRU燃料集合体の水平断面図、第15図は、従来例
の炉心構成平面図、第16図は、従来例の燃料集合体模式
図、第17図は、従来例の燃料集合体平面図、第18図は、
従来例の燃料棒模式図である。 〈符号の簡単な説明〉 １……内側炉心燃料集合体、２……外側炉心燃料集合
体、３……TRU燃料集合体、４……ブランケット燃料集
合体、５……制御棒、６……燃料棒、７……ラッパ管、
８……炉心燃料ペレット、９……ブランケット燃料ペレ
ット、10……ブランケット燃料領域、11……炉心燃料領
域、12……TRU燃料領域、13……TRU燃料ペレット、14…
…TRU燃料棒、15……Pu−Ｕ燃料棒、16……ブランケッ
ト燃料棒。
Claims (21)
- 【請求項１】Pu等の核分裂性物質を充填した複数体の炉
心燃料集合体と複数個の制御棒を炉心に配置してなるも
のにおいて、前記炉心の出力密度が低い領域に超ウラン
元素を充填した燃料集合体を装荷したことを特徴とする
高速増殖炉炉心。 - 【請求項２】請求項1.において、当該超ウラン元素はN
p、Am、Cmの単体またはこれらの二つ以上を組合せた混
合物であることを特徴とする高速増殖炉炉心。 - 【請求項３】請求項1.において、当該超ウラン元素を充
填した燃料集合体をPu等の核分裂物質を充填した複数体
の炉心燃料集合体と複数個の制御棒からなる炉心燃料領
域の外側周辺部に装荷したことを特徴とする高速増殖炉
炉心。 - 【請求項４】請求項1.において使用されるものであっ
て、超ウラン元素をその一部または全部に充填してなる
ことを特徴とする燃料棒。 - 【請求項５】請求項4.において、その軸方向の上部及び
下部に超ウラン元素を充填してなることを特徴とする燃
料棒。 - 【請求項６】請求項4.においてその軸方向の中央部に超
ウラン元素を充填してなることを特徴とする燃料棒。 - 【請求項７】請求項4.5.及び6.の燃料棒を一部または全
部の燃料棒として組み込むことを特徴とする燃料集合
体。 - 【請求項８】請求項7.の燃料集合体を使用することを特
徴とする請求項1.の高速増殖炉炉心。 - 【請求項９】燃料棒の内部に充填される物質がペレット
に成形されたものが被覆管内に装填されたものである請
求項4.5.及び6.の燃料棒。 - 【請求項１０】請求項9.の燃料棒を使用することを特徴
とする請求項7.の燃料集合体。 - 【請求項１１】請求項10の燃料集合体を使用することを
特徴とする請求項1.の高速増殖炉炉心。 - 【請求項１２】請求項4.5.及び6.において、その一部が
燃料親物質よりなるブランケット燃料物質であることを
特徴とする燃料棒。 - 【請求項１３】請求項12.の燃料棒を一部または全部と
して使用することを特徴とする請求項7.及び10.の燃料
集合体。 - 【請求項１４】請求項13.の燃料集合体を使用すること
を特徴とする請求項1.の高速増殖炉炉心。 - 【請求項１５】組み込まれる請求項4.5.6.9.及び12の燃
料棒の数が多い請求項7.10.および13.の燃料集合体が炉
心の径方向の外側に配置されることを特徴とする請求項
１の高速増殖炉炉心。 - 【請求項１６】請求項1.において、炉心の径方向の外側
に配置される燃料集合体に充填される超ウラン元素の重
量が内側のそれよりも多いことを特徴とする高速増殖
炉。 - 【請求項１７】請求項3.において、超ウラン元素を充填
した燃料集合体の外側にブランケット燃料集合体を配置
してなることを特徴とする高速増殖炉炉心。 - 【請求項１８】使用済み燃料から分離された超ウラン元
素を使用することを特徴とする請求項4.5.6.9.及び12.
の燃料棒。 - 【請求項１９】請求項18.の燃料棒を使用することを特
徴とする請求項7.10.及び13.の燃料集合体。 - 【請求項２０】請求項19.の燃料集合体を使用すること
を特徴とする請求項1.2.3.8.11.14.15.16.及び17.の高
速増殖炉炉心。 - 【請求項２１】使用済み燃料から分離された超ウラン元
素を高速増殖炉の炉心の出力密度が低い炉心領域に装荷
される燃料集合体に充填し使用することを特徴とする超
ウラン元素の処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1091848A JP2742441B2 (ja) | 1989-04-13 | 1989-04-13 | 高速増殖炉炉心 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1091848A JP2742441B2 (ja) | 1989-04-13 | 1989-04-13 | 高速増殖炉炉心 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02271294A JPH02271294A (ja) | 1990-11-06 |
| JP2742441B2 true JP2742441B2 (ja) | 1998-04-22 |
Family
ID=14037992
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1091848A Expired - Fee Related JP2742441B2 (ja) | 1989-04-13 | 1989-04-13 | 高速増殖炉炉心 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2742441B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE69119156T2 (de) * | 1990-08-03 | 1997-01-09 | Toshiba Kawasaki Kk | Die Transmutation transuranischer Elemente ermöglichender Reaktorkern, die Transmutation transuranischer Elemente ermöglichender Brennstab und die Transmutation transuranischer Elemente ermöglichendes Brennstabbündel |
| JP5947733B2 (ja) * | 2013-02-27 | 2016-07-06 | 日立Ｇｅニュークリア・エナジー株式会社 | 高速炉の炉心 |
| JP6753760B2 (ja) * | 2016-10-25 | 2020-09-09 | 日立Ｇｅニュークリア・エナジー株式会社 | 高速炉の炉心 |
| RU207110U1 (ru) * | 2021-04-15 | 2021-10-13 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Бланкет для трансмутации изотопов |
| CN113593730B (zh) * | 2021-07-12 | 2023-08-29 | 西南科技大学 | 一种用于快中子堆的非均匀ma嬗变棒 |
-
1989
- 1989-04-13 JP JP1091848A patent/JP2742441B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02271294A (ja) | 1990-11-06 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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