JP2786656B2 - 高速炉の炉心及び燃料交換方法 - Google Patents
高速炉の炉心及び燃料交換方法Info
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- G21C—NUCLEAR REACTORS
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- G21C1/02—Fast fission reactors, i.e. reactors not using a moderator ; Metal cooled reactors; Fast breeders
- G21C1/022—Fast fission reactors, i.e. reactors not using a moderator ; Metal cooled reactors; Fast breeders characterised by the design or properties of the core
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- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
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- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
- Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は高速炉の炉心に係り、特に、性能の優れた炉
心に移行させるに好適な燃料交換方法に関する。
心に移行させるに好適な燃料交換方法に関する。
高速炉では、炉心において核分裂等により発生した中
性子を燃料親物質に吸収させて新しい核分裂性物質を生
産するいわゆる増殖を行わせ、これによって燃料の有効
利用が図るという特徴を有している。このような高速炉
の炉心は、一般に、燃料ペレットを充填したステンレス
鋼の被覆管を多数束ねステンレス鋼の六角管（ラッパ
管）で覆った燃料集合体を複数本円柱状に束ねて形成さ
れている。さらに、この炉心の周囲を燃料親物質で成る
軸方向及び径方向ブランケットで囲設し増殖性を向上さ
せている。炉心には燃料として核分裂性物質、例えばプ
ルトニウムを富化したウランが装荷され、ブランケット
には燃料親物質として、例えば酸化ウラン等が装荷され
る。この燃料親物質が炉心から洩れ出る中性子を捕獲す
ることにより、有用な核分裂性物質が生産される。
性子を燃料親物質に吸収させて新しい核分裂性物質を生
産するいわゆる増殖を行わせ、これによって燃料の有効
利用が図るという特徴を有している。このような高速炉
の炉心は、一般に、燃料ペレットを充填したステンレス
鋼の被覆管を多数束ねステンレス鋼の六角管（ラッパ
管）で覆った燃料集合体を複数本円柱状に束ねて形成さ
れている。さらに、この炉心の周囲を燃料親物質で成る
軸方向及び径方向ブランケットで囲設し増殖性を向上さ
せている。炉心には燃料として核分裂性物質、例えばプ
ルトニウムを富化したウランが装荷され、ブランケット
には燃料親物質として、例えば酸化ウラン等が装荷され
る。この燃料親物質が炉心から洩れ出る中性子を捕獲す
ることにより、有用な核分裂性物質が生産される。
高速炉の炉心において、通常、その反応は運転によっ
て減少していく。従って、炉心に装荷された燃料の一部
を定期的に新しい燃料に取替えることにより、炉心の余
剰反応度を維持し、反応度を減ずる機能を有する制御棒
の操作と合わせて、臨界状態を保つようにしている。逆
に、余剰反応度が大きすぎた場合には、臨界状態を保つ
ために制御棒を多数設置する必要があり、経済性、運転
性の面で問題が生じる。
て減少していく。従って、炉心に装荷された燃料の一部
を定期的に新しい燃料に取替えることにより、炉心の余
剰反応度を維持し、反応度を減ずる機能を有する制御棒
の操作と合わせて、臨界状態を保つようにしている。逆
に、余剰反応度が大きすぎた場合には、臨界状態を保つ
ために制御棒を多数設置する必要があり、経済性、運転
性の面で問題が生じる。
初装荷炉心では、炉心の全てに新しい燃料が装荷され
ているので、燃料交換が定期的に行われる。従って、炉
心の余剰反応度の変化は、前後のサイクルと同様になる
所謂平衡炉心に比べ、初装荷炉心の方が一般に大き目と
なる。そこで、特公昭52−6438号公報、あるいは、“Pr
oceedings of International Symposium on Fast Breed
er Reactors,IAEA−SM−284/74P（1985）・（プロシー
ディングズ・オブ・インターナショナル・シンポジウム
・オン・ファスト・ブリーダー・リアクターズ，アイ・
エー・イー・エー−エス・エム−284/74ピー（198
5）．）に開示のように、炉心の燃料の一部をブランケ
ットあるいは、ステンレス鋼の希釈集合体で置き換え
て、初装荷炉心の反応度を平衡炉心並に抑える工夫がな
されている。移行炉心では、この希釈集合体を平衡炉心
用の取替え燃料で置き換えることにより、初装荷炉心の
運転により失われた反応度を補償している。また、初装
荷炉心において、平衡炉心用の取替燃料と同じ種類の核
分散性物質を用い、その富化度を取替燃料よりも低くし
て、炉心の余剰反応度を抑える方法も広く行われてい
る。これらを以下、希釈集合体法と総称することにす
る。
ているので、燃料交換が定期的に行われる。従って、炉
心の余剰反応度の変化は、前後のサイクルと同様になる
所謂平衡炉心に比べ、初装荷炉心の方が一般に大き目と
なる。そこで、特公昭52−6438号公報、あるいは、“Pr
oceedings of International Symposium on Fast Breed
er Reactors,IAEA−SM−284/74P（1985）・（プロシー
ディングズ・オブ・インターナショナル・シンポジウム
・オン・ファスト・ブリーダー・リアクターズ，アイ・
エー・イー・エー−エス・エム−284/74ピー（198
5）．）に開示のように、炉心の燃料の一部をブランケ
ットあるいは、ステンレス鋼の希釈集合体で置き換え
て、初装荷炉心の反応度を平衡炉心並に抑える工夫がな
されている。移行炉心では、この希釈集合体を平衡炉心
用の取替え燃料で置き換えることにより、初装荷炉心の
運転により失われた反応度を補償している。また、初装
荷炉心において、平衡炉心用の取替燃料と同じ種類の核
分散性物質を用い、その富化度を取替燃料よりも低くし
て、炉心の余剰反応度を抑える方法も広く行われてい
る。これらを以下、希釈集合体法と総称することにす
る。
上記希釈集合体法による初装荷炉心では、希釈集合体
は反応度が小さく、発生する出力も小さくいなってい
る。従って、移行炉心において希釈集合体も平衡炉心用
の燃料集合体で置き換えていくと、炉心の反応度が増大
するだけでなく、この集合体の出力が周囲の集合体より
高くなるため、最大線出力密度が増大し、燃料の限界熱
出力に対する熱的余裕が減少するという問題点がある。
は反応度が小さく、発生する出力も小さくいなってい
る。従って、移行炉心において希釈集合体も平衡炉心用
の燃料集合体で置き換えていくと、炉心の反応度が増大
するだけでなく、この集合体の出力が周囲の集合体より
高くなるため、最大線出力密度が増大し、燃料の限界熱
出力に対する熱的余裕が減少するという問題点がある。
次に、炉心構成を変更する場合の移行過程について考
えてみる。高速炉の炉心において中性子束は、炉心から
の中性子漏洩割合の違いにより、炉心半径方向中心部で
大きく、周辺部で小さくなっている。従って、出力分布
の平坦化を図るために核分裂性物質の富化度の異なる炉
心燃料を用いて炉心半径方向に区分された複数の炉心領
域を構成し、炉心外側に向かって核分裂性物質（239Pu,
235U等）の富化度を高くすることが多い。このような炉
心を通常、均質炉心と呼んでいる。一方、“Proceeding
s of International Symposium on Fast Breeder React
ors,IAEA−SM−284/18P（1985）．（プロシーディング
ズ・オブ・インターナショナル・シンポジウム・オン・
ファスト・ブリーダー・リアクターズ，アイ・エー・イ
ー・エーーエス・エム−284/18（1985）．）に開示のよ
うに、炉心の中央部に主として燃料親物質から成る円盤
状の内部ブランケット領域を設けた、いわゆる軸方向非
均質炉心では、内部ブランケットの中性子束分布の平坦
化効果により、一様な富化度の燃料で平坦な出力分布を
得ている。軸方向非均質炉心では、均質炉心に比べ、最
大線出力を５％以上、高速中性子照射量を15％以上低減
できること等が知られている。
えてみる。高速炉の炉心において中性子束は、炉心から
の中性子漏洩割合の違いにより、炉心半径方向中心部で
大きく、周辺部で小さくなっている。従って、出力分布
の平坦化を図るために核分裂性物質の富化度の異なる炉
心燃料を用いて炉心半径方向に区分された複数の炉心領
域を構成し、炉心外側に向かって核分裂性物質（239Pu,
235U等）の富化度を高くすることが多い。このような炉
心を通常、均質炉心と呼んでいる。一方、“Proceeding
s of International Symposium on Fast Breeder React
ors,IAEA−SM−284/18P（1985）．（プロシーディング
ズ・オブ・インターナショナル・シンポジウム・オン・
ファスト・ブリーダー・リアクターズ，アイ・エー・イ
ー・エーーエス・エム−284/18（1985）．）に開示のよ
うに、炉心の中央部に主として燃料親物質から成る円盤
状の内部ブランケット領域を設けた、いわゆる軸方向非
均質炉心では、内部ブランケットの中性子束分布の平坦
化効果により、一様な富化度の燃料で平坦な出力分布を
得ている。軸方向非均質炉心では、均質炉心に比べ、最
大線出力を５％以上、高速中性子照射量を15％以上低減
できること等が知られている。
このような軸方向非均質炉心の多くの利点を活かし
て、現在運転中あるいは建設中の高速炉の炉心性能を向
上するためには、均質炉心から軸方向非均質炉心へ移行
する有効な手段の開発が重要である。
て、現在運転中あるいは建設中の高速炉の炉心性能を向
上するためには、均質炉心から軸方向非均質炉心へ移行
する有効な手段の開発が重要である。
均質炉心から軸方向非均質炉心に移行する場合、炉心
燃料を全て交換することは、燃料の経済性およびプラン
トの利用率を大幅に低下させるという面から実用的でな
い。従って、均質炉心用の燃料の一部を軸方向非均質炉
心用の燃料で逐次置き換えてゆくことが考えられる。こ
の場合、出力分布の平坦性を損うことなく軸方向非均質
炉心燃料を装荷すること、燃料取替体数を増大させない
こと等が安全性及び経済性の観点から重要である。
燃料を全て交換することは、燃料の経済性およびプラン
トの利用率を大幅に低下させるという面から実用的でな
い。従って、均質炉心用の燃料の一部を軸方向非均質炉
心用の燃料で逐次置き換えてゆくことが考えられる。こ
の場合、出力分布の平坦性を損うことなく軸方向非均質
炉心燃料を装荷すること、燃料取替体数を増大させない
こと等が安全性及び経済性の観点から重要である。
均質炉心と軸方向非均質炉心の中性子束分布は大きく
異なるため、軸方向非均質炉心用の燃料集合体を均質炉
心に均一に分散して装荷すると出力分布の平坦性が劣化
してしまう。また、中性子束の高い炉心中心部に反応度
価値の小さい内部ブランケットを含む燃料集合体が装荷
されるため、余剰反応度が低下する場合があり、燃料集
合体の取替体数を増やさないとすれば、炉心の熱的余裕
が減少し、運転期間を短縮する必要が生じるなどの問題
がある。
異なるため、軸方向非均質炉心用の燃料集合体を均質炉
心に均一に分散して装荷すると出力分布の平坦性が劣化
してしまう。また、中性子束の高い炉心中心部に反応度
価値の小さい内部ブランケットを含む燃料集合体が装荷
されるため、余剰反応度が低下する場合があり、燃料集
合体の取替体数を増やさないとすれば、炉心の熱的余裕
が減少し、運転期間を短縮する必要が生じるなどの問題
がある。
本発明の第一の目的は、初装荷炉心及びこれに続く移
行炉心において、平衡炉心並の余剰反応度を確保しつ
つ、上記希釈集合体法に比べ、炉心の熱的余裕を増大さ
せる燃料交換方法及びこの方法を実施した高速増殖炉の
炉心を提供することにある。
行炉心において、平衡炉心並の余剰反応度を確保しつ
つ、上記希釈集合体法に比べ、炉心の熱的余裕を増大さ
せる燃料交換方法及びこの方法を実施した高速増殖炉の
炉心を提供することにある。
本発明の第二の目的は、均質炉心から軸方向非均質炉
心への移行過程において、十分な余裕及び余剰反応度を
確保しつつ、燃料取替体数の増大を抑制し、燃料コスト
を低減させる燃料交換方法及びこの方法を実施した高速
炉の炉心を提供することにある。
心への移行過程において、十分な余裕及び余剰反応度を
確保しつつ、燃料取替体数の増大を抑制し、燃料コスト
を低減させる燃料交換方法及びこの方法を実施した高速
炉の炉心を提供することにある。
第一の目的は、初装荷炉心の径方向内部の領域に装荷
されている燃料集合体を、移行炉心において、平衡炉心
用の取替え燃料と核分裂性物質の富化度の同じ燃料を含
む燃料集合体で置き換えると共に、炉心の径方向外周部
に装煮されている燃料集合体を、平衡炉心用の取替え燃
料よりも核分裂性物質の富化度の高い燃料を含む燃料集
合体で置き換えていく構成とすることで、達成される。
されている燃料集合体を、移行炉心において、平衡炉心
用の取替え燃料と核分裂性物質の富化度の同じ燃料を含
む燃料集合体で置き換えると共に、炉心の径方向外周部
に装煮されている燃料集合体を、平衡炉心用の取替え燃
料よりも核分裂性物質の富化度の高い燃料を含む燃料集
合体で置き換えていく構成とすることで、達成される。
第二の目的は、均質炉心の核分裂性物質の富化度の異
なる複数の炉心領域の内、比較的富化度の低い内側領域
に装荷されている燃料集合体を炉心部の軸方向中心付近
に燃料親物質からなる内部ブランケットを含む軸方向非
均質集合体で置き換えると共に、炉心の径方向外周部に
装荷されている燃料集合体を、移行後の軸方向非均質炉
心に装荷されている燃料よりも核分裂性物質の富化度の
高い燃料を含む燃料集合体で置き換えていく構成とする
ことで、達成される。
なる複数の炉心領域の内、比較的富化度の低い内側領域
に装荷されている燃料集合体を炉心部の軸方向中心付近
に燃料親物質からなる内部ブランケットを含む軸方向非
均質集合体で置き換えると共に、炉心の径方向外周部に
装荷されている燃料集合体を、移行後の軸方向非均質炉
心に装荷されている燃料よりも核分裂性物質の富化度の
高い燃料を含む燃料集合体で置き換えていく構成とする
ことで、達成される。
上記の燃料交換方法及びこれを実施した高速炉の炉心
では、炉心半径方向中心付近の中性子束及び出力を低減
できるため、初装荷炉心から平衡炉心への移行過程にお
いて、あるいは、均質炉心から軸方向非均質炉心への移
行過程において、出力ピークは増大せず、十分な熱的余
裕及び余剰反応度を確保できる。
では、炉心半径方向中心付近の中性子束及び出力を低減
できるため、初装荷炉心から平衡炉心への移行過程にお
いて、あるいは、均質炉心から軸方向非均質炉心への移
行過程において、出力ピークは増大せず、十分な熱的余
裕及び余剰反応度を確保できる。
以下、本発明を実施例を図面を参照して説明する。
第１図及び第２図は、それぞれ、本発明の第一の実施
例を示す高速炉の炉心の水平断面図（炉心の1/6のみ図
示）及び垂直断面図であり、初装荷炉心に続く第２サイ
クルの炉心構成を示している。尚、第１図の右端に図示
した制御棒６が炉心の中心であり、第２図に３本図示し
た制御棒６のうち中央のものが炉心の中心である。以下
同じ。
例を示す高速炉の炉心の水平断面図（炉心の1/6のみ図
示）及び垂直断面図であり、初装荷炉心に続く第２サイ
クルの炉心構成を示している。尚、第１図の右端に図示
した制御棒６が炉心の中心であり、第２図に３本図示し
た制御棒６のうち中央のものが炉心の中心である。以下
同じ。
炉心１は、主として減損ウランにプルトニウムを富化
した混合酸化物からなる燃料ペレットを充填したステン
レス鋼の被覆管（図示せず）を多数束ねてステンレス鋼
の六角管（ラッパ管）で覆った燃料集合体を円柱状に束
ねて構成されている。また、炉心１の内部には、中性子
束分布及び出力平坦化のために減損ウランを主成分とす
る円盤状（各燃料集合体中の所定箇所に酸化ウラン等を
充填し、この燃料集合体が束ねられることで、各燃料集
合体の酸化ウランの充填箇所が束ねられて全体として円
盤状になる。）の内部ブランケット３が配置されてお
り、炉心１の外側には燃料増殖性の向上のため径方向ブ
ランケット４及び軸方向ブランケット５が設置されてい
る。さらに、炉心の余剰反応度を補償し、原子炉を安全
に停止するために、炭化硼素などの中性子吸収物質を含
有する制御棒６が設けられている。尚、７はナトリウム
チャネルである。
した混合酸化物からなる燃料ペレットを充填したステン
レス鋼の被覆管（図示せず）を多数束ねてステンレス鋼
の六角管（ラッパ管）で覆った燃料集合体を円柱状に束
ねて構成されている。また、炉心１の内部には、中性子
束分布及び出力平坦化のために減損ウランを主成分とす
る円盤状（各燃料集合体中の所定箇所に酸化ウラン等を
充填し、この燃料集合体が束ねられることで、各燃料集
合体の酸化ウランの充填箇所が束ねられて全体として円
盤状になる。）の内部ブランケット３が配置されてお
り、炉心１の外側には燃料増殖性の向上のため径方向ブ
ランケット４及び軸方向ブランケット５が設置されてい
る。さらに、炉心の余剰反応度を補償し、原子炉を安全
に停止するために、炭化硼素などの中性子吸収物質を含
有する制御棒６が設けられている。尚、７はナトリウム
チャネルである。
本実施例は、１サイクルの運転を終了する度に全炉心
の1/3の燃料を新しい燃料と交換する（燃料交換バッチ
数が３の）場合であり、第１図では、第６図に示した初
装荷炉心の炉心全体に装荷されていた初装荷炉心燃料21
のうち、炉心１の内側領域11に装荷されていた燃料集合
体21a（内部ブランケットあり）の約1/3を内部ブランケ
ットを含む平衡炉心燃料集合体22aで置き換え、外側領
域12の炉心外周部より内側に装荷されていた燃料集合体
21b（内部ブランケットなし）の約1/3を内部ブランケッ
トを含まない平衡炉心燃料集合体22bで置き換え、さら
に、外側領域12の炉心外周部に装荷されていた燃料集合
体21bの約1/3を高富化度の移行炉心燃料集合体23b（内
部ブランケットを含まず）で置き換えている。ここで、
第１図の燃料集合体に示した数字（六角形中の数字）は
炉内滞在サイクル数を表わしており、炉内滞在サイクル
数が“3"となる燃料集合体（第１図では“2"と表示され
る。）を次のサイクルの開始時に新しい燃料集合体で置
き換えていく燃料交換方法をとる。以下、種類の異なる
燃料集合体の交換方法について説明する。
の1/3の燃料を新しい燃料と交換する（燃料交換バッチ
数が３の）場合であり、第１図では、第６図に示した初
装荷炉心の炉心全体に装荷されていた初装荷炉心燃料21
のうち、炉心１の内側領域11に装荷されていた燃料集合
体21a（内部ブランケットあり）の約1/3を内部ブランケ
ットを含む平衡炉心燃料集合体22aで置き換え、外側領
域12の炉心外周部より内側に装荷されていた燃料集合体
21b（内部ブランケットなし）の約1/3を内部ブランケッ
トを含まない平衡炉心燃料集合体22bで置き換え、さら
に、外側領域12の炉心外周部に装荷されていた燃料集合
体21bの約1/3を高富化度の移行炉心燃料集合体23b（内
部ブランケットを含まず）で置き換えている。ここで、
第１図の燃料集合体に示した数字（六角形中の数字）は
炉内滞在サイクル数を表わしており、炉内滞在サイクル
数が“3"となる燃料集合体（第１図では“2"と表示され
る。）を次のサイクルの開始時に新しい燃料集合体で置
き換えていく燃料交換方法をとる。以下、種類の異なる
燃料集合体の交換方法について説明する。
第３図は、第３サイクルの炉心構成を示しており、第
１図の第２サイクルの炉心に装荷されていた初装荷炉心
燃料21のうち、炉心１に装荷されていたものの約1/2を
平衡炉心燃料22で置き換えている。
１図の第２サイクルの炉心に装荷されていた初装荷炉心
燃料21のうち、炉心１に装荷されていたものの約1/2を
平衡炉心燃料22で置き換えている。
第４図は、第４サイクルの炉心構成を示しており、第
３図の第３サイクルの炉心に装架されていた初装荷炉心
燃料21の残りを平衡炉心燃料22で置き換えている。
３図の第３サイクルの炉心に装架されていた初装荷炉心
燃料21の残りを平衡炉心燃料22で置き換えている。
第５図は、第５サイクルの炉心構成を示しており、第
４図の第４サイクルの炉心に装荷されていた移行炉心燃
料23を平衡炉心燃料22で置き換えている。上記の構成に
より、平衡炉心への移行がスムーズに完了する。
４図の第４サイクルの炉心に装荷されていた移行炉心燃
料23を平衡炉心燃料22で置き換えている。上記の構成に
より、平衡炉心への移行がスムーズに完了する。
炉心及び燃料の仕様を第39図に示す。すなわち、原子
炉熱出力は約2,600MW、電気出力は約1,000MW、炉心等価
径と炉心高さはそれぞれ330cm及び100cmである。軸方向
及び径方向ブランケット厚さは、それぞれ35cm及び30cm
である。運転期間は12ケ月で、燃料交換バッチ数は炉心
で“3"、ブランケットで“4"としている。燃料のプルト
ニウム富化度は、初装荷炉心燃料21で約20％、平衡炉心
燃料22で約21％、移行炉心燃料23では約25％である。初
装荷炉心用の燃料集合体及び平衡炉心用の燃料集合体の
うち、軸方向中央部に減損ウランを主成分とする厚さ22
cmの内部ブランケット３を含むもの（それぞれ21a,22
a）は炉心半径方向内側に装荷され、内部ブランケット
を含まないもの（それぞれ21b,21b）は炉心半径方向外
側に装荷されている。
炉熱出力は約2,600MW、電気出力は約1,000MW、炉心等価
径と炉心高さはそれぞれ330cm及び100cmである。軸方向
及び径方向ブランケット厚さは、それぞれ35cm及び30cm
である。運転期間は12ケ月で、燃料交換バッチ数は炉心
で“3"、ブランケットで“4"としている。燃料のプルト
ニウム富化度は、初装荷炉心燃料21で約20％、平衡炉心
燃料22で約21％、移行炉心燃料23では約25％である。初
装荷炉心用の燃料集合体及び平衡炉心用の燃料集合体の
うち、軸方向中央部に減損ウランを主成分とする厚さ22
cmの内部ブランケット３を含むもの（それぞれ21a,22
a）は炉心半径方向内側に装荷され、内部ブランケット
を含まないもの（それぞれ21b,21b）は炉心半径方向外
側に装荷されている。
第７図に、本実施例の移行炉心（第２サイクル）にお
ける軸方向最大線出力の半径方向分布を、平衡炉心燃料
を均一に分散装荷した場合（従来例と呼ぶ）と比較して
示す。従来例では、炉心中心部の中性子束の高い領域に
装荷された平衡炉心燃料の出力が高くなるのに対し、本
実施例では、富化度の高い移行炉心燃料を中性子束の比
較的低い炉心外周部に装荷したため、この領域の出力が
増大し、炉心中心付近の出力が低減される結果、最大線
出力を約５％低減することができる。
ける軸方向最大線出力の半径方向分布を、平衡炉心燃料
を均一に分散装荷した場合（従来例と呼ぶ）と比較して
示す。従来例では、炉心中心部の中性子束の高い領域に
装荷された平衡炉心燃料の出力が高くなるのに対し、本
実施例では、富化度の高い移行炉心燃料を中性子束の比
較的低い炉心外周部に装荷したため、この領域の出力が
増大し、炉心中心付近の出力が低減される結果、最大線
出力を約５％低減することができる。
第８図及び第９図は、本発明の第二の実施例を示す高
速炉の炉心の水平及び垂直断面図であり、初装荷炉心に
続く第２サイクルの炉心構成を示している（第３サイク
ル以降は第一の実施例と同様である）。尚、21cは薄肉
の内部ブランケットを有する初装荷炉心燃料集合体であ
り、22cは薄肉の内部ブランケットを有する平衡炉心燃
料集合体である。本実施例では、第一の実施例に較べ、
前記内部ブランケット３の軸方向厚さを周辺部で約12cm
と薄くしたことが特徴である。このような構成により、
第一の実施例の効果に加え、半径方向の集合体出力分布
をさらに平坦化でき、燃料被覆管の最高温度を低減でき
るため、燃料健全性が向上するという効果が得られる。
速炉の炉心の水平及び垂直断面図であり、初装荷炉心に
続く第２サイクルの炉心構成を示している（第３サイク
ル以降は第一の実施例と同様である）。尚、21cは薄肉
の内部ブランケットを有する初装荷炉心燃料集合体であ
り、22cは薄肉の内部ブランケットを有する平衡炉心燃
料集合体である。本実施例では、第一の実施例に較べ、
前記内部ブランケット３の軸方向厚さを周辺部で約12cm
と薄くしたことが特徴である。このような構成により、
第一の実施例の効果に加え、半径方向の集合体出力分布
をさらに平坦化でき、燃料被覆管の最高温度を低減でき
るため、燃料健全性が向上するという効果が得られる。
第10図及び第11図は、本発明の第三の実施例を示す高
速炉の炉心の水平及び垂直断面図であり、初装荷炉心に
続く第２サイクルの炉心構成を示している（第３サイク
ル以降は第一の実施例と同様である）。本実施例では、
第一の実施例に較べ、前記内部ブランケット３の軸方向
厚さを炉心半径方向周辺部にあって原子炉の運転中に炉
心内部に挿入される制御棒６（第11図に図示される３本
の制御棒６のうち、周辺部に配置される右側の制御棒６
は運転中に炉心内部に挿入されないので、その部分の内
部ブランケット３は薄くしていない。）の周囲に配置す
るものを約12cmと薄くしたことが特徴である。このよう
な構成では、制御棒の周囲の燃料の出力を高めることが
でき、また、制御棒６のうち運転中に炉心内部にそにす
るものの本数を減らし、それぞれをほぼ全挿入して運転
を開始できるので、第一の実施例の効果に加え、半径方
向、周方向及び軸方向の集合体出力分布をさらに平坦化
できる炉心の熱的余裕を増大できるという効果が得られ
る。
速炉の炉心の水平及び垂直断面図であり、初装荷炉心に
続く第２サイクルの炉心構成を示している（第３サイク
ル以降は第一の実施例と同様である）。本実施例では、
第一の実施例に較べ、前記内部ブランケット３の軸方向
厚さを炉心半径方向周辺部にあって原子炉の運転中に炉
心内部に挿入される制御棒６（第11図に図示される３本
の制御棒６のうち、周辺部に配置される右側の制御棒６
は運転中に炉心内部に挿入されないので、その部分の内
部ブランケット３は薄くしていない。）の周囲に配置す
るものを約12cmと薄くしたことが特徴である。このよう
な構成では、制御棒の周囲の燃料の出力を高めることが
でき、また、制御棒６のうち運転中に炉心内部にそにす
るものの本数を減らし、それぞれをほぼ全挿入して運転
を開始できるので、第一の実施例の効果に加え、半径方
向、周方向及び軸方向の集合体出力分布をさらに平坦化
できる炉心の熱的余裕を増大できるという効果が得られ
る。
第12図及び第13図は、本発明の第四の実施例を示す高
速炉の炉心の水平及び垂直断面図であり、初装荷炉心に
続く第２サイクルの炉心構成を示している（第３サイク
ル以降は第一の実施例と同様である）。尚、21dは内部
ブランケットを下部に配置した初装荷炉心燃料集合体で
あり、22dは内部ブランケットを下部に配置した平衡炉
心燃料集合体である。本実施例では、第一の実施例に較
べ、前記内部ブランケット３の軸方向中心が炉心の軸方
向中心よりも約4cm下方になるようにしたことが特徴で
ある。このような構成により、第一の実施例の効果に加
え、制御棒を炉心内部に軸方向上側から半分ほど挿入し
た場合の出力分布を平坦化でき、炉心の熱的余裕を増大
できる。
速炉の炉心の水平及び垂直断面図であり、初装荷炉心に
続く第２サイクルの炉心構成を示している（第３サイク
ル以降は第一の実施例と同様である）。尚、21dは内部
ブランケットを下部に配置した初装荷炉心燃料集合体で
あり、22dは内部ブランケットを下部に配置した平衡炉
心燃料集合体である。本実施例では、第一の実施例に較
べ、前記内部ブランケット３の軸方向中心が炉心の軸方
向中心よりも約4cm下方になるようにしたことが特徴で
ある。このような構成により、第一の実施例の効果に加
え、制御棒を炉心内部に軸方向上側から半分ほど挿入し
た場合の出力分布を平坦化でき、炉心の熱的余裕を増大
できる。
第14図及び第15図は、本発明の第五の実施例を示す高
速炉の炉心の水平及び垂直断面図であり、初装荷炉心に
続く第２サイクルの炉心構成を示している（第３サイク
ル以降は第一の実施例と同様である）。本実施例では、
第一の実施例に較べ、前記内部ブランケット３の代わり
に、外側の炉心領域12よりもプルトニウム富化度が小さ
い燃料を有する円盤状の箇所８（以下、これを内部炉心
８という）を配置した回字型炉心（軸方向径方向＝領域
炉心）としたことが特徴である。ここでは、内部炉心８
の高さは約60cm、直径は約240cm、プルトニウム富化度
を初装荷炉心に装荷されるもの、平衡炉心に装荷される
もので共に約12％としている。尚、21e,22eは夫々内部
炉心を有する初装荷炉心，平衡炉心燃料集合体であり、
21f,22fは夫々内部炉心を装えない初装荷炉心，平衡炉
心燃料集合体である。このような構成により、第一の実
施例の効果に加え、炉心軸方向の出力分布をさらに平坦
化でき、炉心の熱的余裕を増大できる。
速炉の炉心の水平及び垂直断面図であり、初装荷炉心に
続く第２サイクルの炉心構成を示している（第３サイク
ル以降は第一の実施例と同様である）。本実施例では、
第一の実施例に較べ、前記内部ブランケット３の代わり
に、外側の炉心領域12よりもプルトニウム富化度が小さ
い燃料を有する円盤状の箇所８（以下、これを内部炉心
８という）を配置した回字型炉心（軸方向径方向＝領域
炉心）としたことが特徴である。ここでは、内部炉心８
の高さは約60cm、直径は約240cm、プルトニウム富化度
を初装荷炉心に装荷されるもの、平衡炉心に装荷される
もので共に約12％としている。尚、21e,22eは夫々内部
炉心を有する初装荷炉心，平衡炉心燃料集合体であり、
21f,22fは夫々内部炉心を装えない初装荷炉心，平衡炉
心燃料集合体である。このような構成により、第一の実
施例の効果に加え、炉心軸方向の出力分布をさらに平坦
化でき、炉心の熱的余裕を増大できる。
第16図及び第17図は、本発明の第六の実施例を示す高
速炉の炉心の水平及び垂直断面図であり、初装荷炉心に
続く第２サイクルの炉心構成を示している（第３サイク
ル以降は第一の実施例と同様である）。本実施例では、
第一の実施例に較べ、前記内部ブランケット３を配置せ
ず、炉心１を、平衡炉心燃料のプルトニウム富化度が約
16％と低い内側の炉心９と、約21％と高い外側の炉心10
とで構成したことが特徴である。初装荷炉心燃料のプル
トニウム富化度は内側炉心９、外側炉心10でそれぞれ約
15％、20％であり、移行炉心燃料は約25％である。尚、
21g,22gは内側炉心を構成する初装荷炉心，平衡炉心燃
料集合体であり、21h,22hは外側炉心を構成する初装荷
炉心，平衡炉心燃料集合体である。このような構成によ
り、第一の実施例とほぼ同等の集合体出力の平坦化効果
が得られる。
速炉の炉心の水平及び垂直断面図であり、初装荷炉心に
続く第２サイクルの炉心構成を示している（第３サイク
ル以降は第一の実施例と同様である）。本実施例では、
第一の実施例に較べ、前記内部ブランケット３を配置せ
ず、炉心１を、平衡炉心燃料のプルトニウム富化度が約
16％と低い内側の炉心９と、約21％と高い外側の炉心10
とで構成したことが特徴である。初装荷炉心燃料のプル
トニウム富化度は内側炉心９、外側炉心10でそれぞれ約
15％、20％であり、移行炉心燃料は約25％である。尚、
21g,22gは内側炉心を構成する初装荷炉心，平衡炉心燃
料集合体であり、21h,22hは外側炉心を構成する初装荷
炉心，平衡炉心燃料集合体である。このような構成によ
り、第一の実施例とほぼ同等の集合体出力の平坦化効果
が得られる。
第18図及び第19図は、本発明の第七の実施例を示す高
速炉の炉心の水平及び垂直断面図であり、初装荷炉心に
続く第２サイクルの炉心構成を示している（第３サイク
ル以降は第一の実施例と同様である）。本実施例では、
第一の実施例に較べ、前記内部ブランケット３を配置せ
ず、炉心１を、平衡炉心燃料のプルトニウム富化度が約
21％の領域13と、径方向ブランケットと同じ集合体を炉
心、内部に装荷した内部ブランケット14とで構成される
径方向非均質炉心としたことが特徴である。初装荷炉心
燃料のプルトニウム富化度は約20％であり、移行炉心燃
料は約25％である。尚、21iは初装荷炉心燃料集合体で
あり、22iは平衡炉心燃料集合体である。このような構
成により、第一の実施例とほぼ同等の集合体出力の平坦
化効果が得られる。
速炉の炉心の水平及び垂直断面図であり、初装荷炉心に
続く第２サイクルの炉心構成を示している（第３サイク
ル以降は第一の実施例と同様である）。本実施例では、
第一の実施例に較べ、前記内部ブランケット３を配置せ
ず、炉心１を、平衡炉心燃料のプルトニウム富化度が約
21％の領域13と、径方向ブランケットと同じ集合体を炉
心、内部に装荷した内部ブランケット14とで構成される
径方向非均質炉心としたことが特徴である。初装荷炉心
燃料のプルトニウム富化度は約20％であり、移行炉心燃
料は約25％である。尚、21iは初装荷炉心燃料集合体で
あり、22iは平衡炉心燃料集合体である。このような構
成により、第一の実施例とほぼ同等の集合体出力の平坦
化効果が得られる。
次に、均質炉心から軸方向非均質炉心に炉心構成を変
更する場合の実施例について説明する。
更する場合の実施例について説明する。
第20図及び第21図は、均質炉心（平衡炉心）の構成を
示しており、炉心１は、熱料のプルトニウム富化度が約
16％と低い内側炉心９と、約21％と高い外側炉心10とで
構成されている。
示しており、炉心１は、熱料のプルトニウム富化度が約
16％と低い内側炉心９と、約21％と高い外側炉心10とで
構成されている。
第22図及び第23図は、移行後の軸方向非均質炉心の構
成を示しており、炉心１の内部には、中性子束及び出力
分布平坦化のために減損ウランを主成分とする円盤状の
内部ブランケット３が配置されている。内部ブランケッ
トの厚さや燃料のプルトニウム富化度は第一の実施例の
平衡炉心と同じである。
成を示しており、炉心１の内部には、中性子束及び出力
分布平坦化のために減損ウランを主成分とする円盤状の
内部ブランケット３が配置されている。内部ブランケッ
トの厚さや燃料のプルトニウム富化度は第一の実施例の
平衡炉心と同じである。
第24図及び第25図は、本発明の第八の実施例の炉心の
構成図であり、第20図及び第21図の均質炉心から第22図
及び第23図の軸方向非均質炉心へ移行する過程（均質炉
心を第０サイクルとして、以下第１移行サイクルと呼
ぶ）の炉心構成を示している。内側炉心９に装荷されて
いた均質炉心燃料集合体22gの約1/3を内部ブランケット
を含む軸方向非均質炉心燃料集合体22aで置き換えると
共に、外側炉心10の外周部以外に装荷されていた均質炉
心燃料集合22hの約1/3を内部ブランケットを含まない軸
方向非均質炉心燃料集合体22bで置き換え、さらに、外
側炉心10の外周部に装荷されていた均質炉心燃料集合体
22h約1/3をプルトニウム富化度が約25％の移行炉心燃料
集合体23b置き換えている。
構成図であり、第20図及び第21図の均質炉心から第22図
及び第23図の軸方向非均質炉心へ移行する過程（均質炉
心を第０サイクルとして、以下第１移行サイクルと呼
ぶ）の炉心構成を示している。内側炉心９に装荷されて
いた均質炉心燃料集合体22gの約1/3を内部ブランケット
を含む軸方向非均質炉心燃料集合体22aで置き換えると
共に、外側炉心10の外周部以外に装荷されていた均質炉
心燃料集合22hの約1/3を内部ブランケットを含まない軸
方向非均質炉心燃料集合体22bで置き換え、さらに、外
側炉心10の外周部に装荷されていた均質炉心燃料集合体
22h約1/3をプルトニウム富化度が約25％の移行炉心燃料
集合体23b置き換えている。
第26図は及び第27図は、第２移行サイクルの炉心構成
を示しており、第24図及び第25図の第１移行サイクルの
炉心に装荷されていた均質炉心燃料集合体22g及び22hの
うち約1/2を、軸方向非均質炉心用の燃料集合体22a、22
bで、それぞれ置き換えている。
を示しており、第24図及び第25図の第１移行サイクルの
炉心に装荷されていた均質炉心燃料集合体22g及び22hの
うち約1/2を、軸方向非均質炉心用の燃料集合体22a、22
bで、それぞれ置き換えている。
第28図及び第29図は、第３移行サイクルの炉心構成を
示しており、第26図及び第27図の第２移行サイクルの炉
心に装荷されていた均質炉心燃料集合体22g及び22hを残
りを、軸方向非均質炉心燃料集合体22a、22bでそれぞれ
置き換えている。
示しており、第26図及び第27図の第２移行サイクルの炉
心に装荷されていた均質炉心燃料集合体22g及び22hを残
りを、軸方向非均質炉心燃料集合体22a、22bでそれぞれ
置き換えている。
第４移行サイクルでは、第28図及び第29図に示した第
３移行サイクルの炉心に装荷されていた移行炉心燃料23
bを軸方向非均質炉心燃料集合体22bで置き換えることに
より、第22図及び第23図に示した炉心構成となり、均質
炉心から軸方向非均質炉心への移行が完了する。
３移行サイクルの炉心に装荷されていた移行炉心燃料23
bを軸方向非均質炉心燃料集合体22bで置き換えることに
より、第22図及び第23図に示した炉心構成となり、均質
炉心から軸方向非均質炉心への移行が完了する。
第30図に、本実施例の第１移行サイクルにおける軸方
向最大線出力の半径方向分布を、軸方向非均質炉心用の
燃料集合体22a,22bを、炉心１に均一に分散装荷した場
合（従来例と呼ぶ）と比較して示す。従来例では、炉心
中心部の中性子束の高い領域に装荷された平衡炉心燃料
の出力が高くなるのに対し、本実施例では、富化度の高
い移行炉心燃料を中性子束の比較的低い炉心外周部に装
荷したため、この領域の出力が増大し、炉心中心付近の
出力が低減される結果、最大線出力を約５％低減するこ
とができる。
向最大線出力の半径方向分布を、軸方向非均質炉心用の
燃料集合体22a,22bを、炉心１に均一に分散装荷した場
合（従来例と呼ぶ）と比較して示す。従来例では、炉心
中心部の中性子束の高い領域に装荷された平衡炉心燃料
の出力が高くなるのに対し、本実施例では、富化度の高
い移行炉心燃料を中性子束の比較的低い炉心外周部に装
荷したため、この領域の出力が増大し、炉心中心付近の
出力が低減される結果、最大線出力を約５％低減するこ
とができる。
第31図及び第32図は、本発明の第九の実施例を示す高
速炉の炉心の水平及び垂直断面図であり、第１移行サイ
クルの炉心構成を示している（第２移行サイクル以降は
第八の実施例と同様である）。本実施例では、第八の実
施例に較べ、前記内部ブランケット３の軸方向厚さを周
辺部で約12cmと薄くしたことが特徴である。このような
構成により、第八の実施例の効果に加え、半径方向の集
合体出力分布をさらに平坦化でき、燃料被覆管の最高温
度を低減できるため、燃料健全性が向上するという効果
が得られる。
速炉の炉心の水平及び垂直断面図であり、第１移行サイ
クルの炉心構成を示している（第２移行サイクル以降は
第八の実施例と同様である）。本実施例では、第八の実
施例に較べ、前記内部ブランケット３の軸方向厚さを周
辺部で約12cmと薄くしたことが特徴である。このような
構成により、第八の実施例の効果に加え、半径方向の集
合体出力分布をさらに平坦化でき、燃料被覆管の最高温
度を低減できるため、燃料健全性が向上するという効果
が得られる。
第33図及び第34図は、本発明の第十の実施例を示す高
速炉の炉心の水平及び垂直断面図であり、第１移行サイ
クルの炉心構成を示している（第２移行サイクル以降は
第八の実施例と同様である）。本実施例では、第八の実
施例に較べ、前記内部ブランケット３の軸方向厚さを、
炉心半径方向周辺部にあって原子炉の運転中に炉心内部
に挿入される制御棒６の周囲に配置するものを約12cmと
薄くしたことが特徴である。このような構成では、制御
棒の周囲の燃料の出力を高めることができ、また、制御
棒６のうち運転中に炉心内部に挿入するものの本数を減
らし、それぞれほぼ全挿入して運転を開始できるので、
第八の実施例の効果に加え、半径方向、周方向及び軸方
向の集合体出力分布をさらに平坦化でき、炉心の熱的余
裕を増大できるという効果が得られる。
速炉の炉心の水平及び垂直断面図であり、第１移行サイ
クルの炉心構成を示している（第２移行サイクル以降は
第八の実施例と同様である）。本実施例では、第八の実
施例に較べ、前記内部ブランケット３の軸方向厚さを、
炉心半径方向周辺部にあって原子炉の運転中に炉心内部
に挿入される制御棒６の周囲に配置するものを約12cmと
薄くしたことが特徴である。このような構成では、制御
棒の周囲の燃料の出力を高めることができ、また、制御
棒６のうち運転中に炉心内部に挿入するものの本数を減
らし、それぞれほぼ全挿入して運転を開始できるので、
第八の実施例の効果に加え、半径方向、周方向及び軸方
向の集合体出力分布をさらに平坦化でき、炉心の熱的余
裕を増大できるという効果が得られる。
第35図及び第36図は、本発明の第十一の実施例を示す
高速炉の炉心の水平及び垂直断面図であり、第１移行サ
イクルの炉心構成を示している（第２移行サイクル以降
は第八の実施例と同様である）。本実施例では、第八の
実施例に較べ、前記内部ブランケット３の軸方向中心の
炉心の軸方向中心よりも約4cm下方になるようにしたこ
とが特徴である。このような構成により、第八の実施例
の効果に加え、制御棒を炉心内部に軸方向上側から半分
ほど挿入した場合の出力分布を平坦化でき、炉心の熱的
余裕を増大できる。
高速炉の炉心の水平及び垂直断面図であり、第１移行サ
イクルの炉心構成を示している（第２移行サイクル以降
は第八の実施例と同様である）。本実施例では、第八の
実施例に較べ、前記内部ブランケット３の軸方向中心の
炉心の軸方向中心よりも約4cm下方になるようにしたこ
とが特徴である。このような構成により、第八の実施例
の効果に加え、制御棒を炉心内部に軸方向上側から半分
ほど挿入した場合の出力分布を平坦化でき、炉心の熱的
余裕を増大できる。
第37図及び第38図は、本発明の第十二の実施例を示す
高速炉の炉心の水平及び垂直断面図であり、第１移行サ
イクルの炉心構成を示している（第２移行サイクル以降
は第八の実施例と同様である）。本実施例では、第八の
実施例に較べ、前記内部ブランケット３の代わりに、外
側領域12よりもプルトニウム富化度が小さい燃料を有す
る円盤状の内部炉心８を配置した回字型炉心（軸方向径
方向＝領域炉心）としたことが特徴である。ここでは内
部炉心８の高さは約60cm、直径は約240cm、プルトニウ
ム富化度を初装荷炉心に装荷されるもの、平衡炉心に装
荷されるもので共に約12％としている。このような構成
により、第八の実施例の効果に加え、炉心軸方向の出力
分布をさらに平坦化でき、炉心の熱的余裕を増大でき
る。
高速炉の炉心の水平及び垂直断面図であり、第１移行サ
イクルの炉心構成を示している（第２移行サイクル以降
は第八の実施例と同様である）。本実施例では、第八の
実施例に較べ、前記内部ブランケット３の代わりに、外
側領域12よりもプルトニウム富化度が小さい燃料を有す
る円盤状の内部炉心８を配置した回字型炉心（軸方向径
方向＝領域炉心）としたことが特徴である。ここでは内
部炉心８の高さは約60cm、直径は約240cm、プルトニウ
ム富化度を初装荷炉心に装荷されるもの、平衡炉心に装
荷されるもので共に約12％としている。このような構成
により、第八の実施例の効果に加え、炉心軸方向の出力
分布をさらに平坦化でき、炉心の熱的余裕を増大でき
る。
上記の各実施例では、いずれも、炉心の中性子束分布
または出力分布を平坦化する手段として、平衡炉心燃料
と移行炉心燃料のプルトニウム富化度に差をもたせた
が、燃料ピンの直径や配列ピッチを変化させたり、燃料
ペレットの密度を変化させたり、あるいは、燃料集合体
において燃料ピンを覆うラッパ管の有無に差をつけたり
しても、中性子無限増倍率を変化させることができ、同
様の効果が得られる。例えば、第一の実施例において、
前記移行炉心燃料集合体23bに含まれる燃料ピンの外径
を0.75cmから0.85cmに太くし、燃料体積割合を約41％か
ら約45％に増やした構成により、集合体出力分布の平坦
化に対し、第一の実施例と同等な効果が得られる。
または出力分布を平坦化する手段として、平衡炉心燃料
と移行炉心燃料のプルトニウム富化度に差をもたせた
が、燃料ピンの直径や配列ピッチを変化させたり、燃料
ペレットの密度を変化させたり、あるいは、燃料集合体
において燃料ピンを覆うラッパ管の有無に差をつけたり
しても、中性子無限増倍率を変化させることができ、同
様の効果が得られる。例えば、第一の実施例において、
前記移行炉心燃料集合体23bに含まれる燃料ピンの外径
を0.75cmから0.85cmに太くし、燃料体積割合を約41％か
ら約45％に増やした構成により、集合体出力分布の平坦
化に対し、第一の実施例と同等な効果が得られる。
また、上記の実施例では、燃料として、ペレット状の
ウランとプルトニウムの混合酸化物を、中性子吸収材と
して炭化硼素を、構造材としてステンレス鋼を、冷却材
としてナトリウムをそれぞれ使用したが、その他の燃
料、中性子吸収材、構造材及び冷却材を用いた場合にも
本発明は適用できる。
ウランとプルトニウムの混合酸化物を、中性子吸収材と
して炭化硼素を、構造材としてステンレス鋼を、冷却材
としてナトリウムをそれぞれ使用したが、その他の燃
料、中性子吸収材、構造材及び冷却材を用いた場合にも
本発明は適用できる。
以上説明したように、本発明の高速炉の炉心及び燃料
交換方法では、従来技術に比べ、燃料交換体数を増やす
ことなく炉心の熱的余裕を約５％増大でき、燃料サイク
ルコストをそれだけ低減できるという効果がある。ま
た、炉心の余剰反応度を確保できるので、移行サイクル
の運転期間の短縮による原子炉稼働率の低下を防止する
ことができる。
交換方法では、従来技術に比べ、燃料交換体数を増やす
ことなく炉心の熱的余裕を約５％増大でき、燃料サイク
ルコストをそれだけ低減できるという効果がある。ま
た、炉心の余剰反応度を確保できるので、移行サイクル
の運転期間の短縮による原子炉稼働率の低下を防止する
ことができる。
第１図，第３図，第４図，第５図，第６図は本発明の炉
心及び燃料交換方法の第一実施例を説明する炉心の水平
断面図（炉心全体の1/6のみ図示）、第２図は第一実施
例を説明する炉心の垂直断面図、第７図は第一実施例と
従来例の炉心の線出力分布特性図、第８図及び第９図は
第二実施例に係る炉心の水平断面図及び垂直断面図、第
10図及び第11図は第三実施例に係る炉心の水平断面図及
び垂直断面図、第12図及び第13図は第四実施例に係る炉
心の水平断面図及び垂直断面図、第14図及び第15図は第
五実施例に係る炉心の水平断面図及び垂直断面図、第16
図及び第17図は第六実施例に係る炉心の水平断面図及び
垂直断面図、第18図及び第19図は第七実施例に係る炉心
の水平断面図及び垂直断面図、第20図及び第21図は均質
炉心の水平断面図及び垂直断面図、第22図及び第23図は
移行後に軸方向非均質炉心の水平断面図及び垂直断面
図、第24図及び第25図は第八実施例の第１移行サイクル
に係る炉心の水平断面図及び垂直断面図、第26図及び第
27図は第八実施例の第２移行サイクルに係る炉心の水平
断面図及び垂直断面図、第28図及び第29図は第八実施例
の第３移行サイクルに係る炉心の水平断面図及び垂直断
面図、第30図は第八実施例と従来例を比較した炉心の線
出力分布特性図、第31図及び第32図は第九実施例に係る
炉心の水平断面図及び垂直断面図、第33図及び第34図は
第十実施例に係る炉心の水平断面図及び垂直断面図、第
35図及び第36図は第十一実施例に係る炉心の水平断面図
及び垂直断面図、第37図及び第38図は第十二実施例に係
る炉心の水平断面図及び垂直断面図、第39図は炉心及び
燃料の仕様説明図である。 １……炉心、３……内部ブランケット（軸方向非均質炉
心）、４……径方向ブランケット、５……軸方向ブラン
ケット、６……制御棒、７……ナトリウムチャンネル、
８……内部炉心（回字型炉心）、９……内側炉心（均質
炉心）、10……外側炉心（均質炉心）、11……内側領域
（軸方向非均質炉心及び回字型炉心）、12……外側領域
（軸方向非均質炉心及び回字型炉心）、13……炉心領域
（径方向非均質炉心）、14……内部ブランケット（径方
向非均質炉心）、21……初装荷炉心燃料（軸方向非均質
炉心）、21a……初装荷炉心燃料集合体（内部ブランケ
ットあり）、21b……初装荷炉心燃料集合体（内部ブラ
ンケットなし）、21c……初装荷炉心燃料集合体（薄肉
の内部ブランケットあり）、21d……初装荷炉心燃料集
合体（内部ブランケットを下方に配置）、21e……初装
荷炉心燃料集合体（内部炉心あり）、21f……初装荷炉
心燃料集合体（内部炉心なし）、21g……初装荷炉心燃
料集合体（均質内側炉心）、21h……初装荷炉心燃料集
合体（均質外側炉心）、21i……初装荷炉心燃料集合体
（径方向非均質炉心）、22……平衡炉心燃料（軸方向非
均質炉心）、22a……平衡炉心燃料集合体（内部ブラン
ケットあり）、22b……平衡炉心燃料集合体（内部ブラ
ンケットなし）、22c……平衡炉心燃料集合体（薄肉の
内部ブランケットあり）、22d……平衡炉心燃料集合体
（内部ブランケットを下方に設置）、22e……平衡炉心
燃料集合体（内部炉心あり）、22f……平衡炉心燃料集
合体（内部炉心なし）、22g……平衡炉心燃料集合体
（均質内側炉心）、22h……平衡炉心燃料集合体（均質
外側炉心）、22i……平衡炉心燃料集合体（径方向非均
質炉心）、23……移行炉心燃料、23b……移行炉心燃料
集合体（軸方向非均質炉心）、23f……移行炉心燃料集
合体（回字型炉心）、23h……移行炉心燃料集合体（均
質炉心）、23i……移行炉心燃料集合体（径方向非均質
炉心）。
心及び燃料交換方法の第一実施例を説明する炉心の水平
断面図（炉心全体の1/6のみ図示）、第２図は第一実施
例を説明する炉心の垂直断面図、第７図は第一実施例と
従来例の炉心の線出力分布特性図、第８図及び第９図は
第二実施例に係る炉心の水平断面図及び垂直断面図、第
10図及び第11図は第三実施例に係る炉心の水平断面図及
び垂直断面図、第12図及び第13図は第四実施例に係る炉
心の水平断面図及び垂直断面図、第14図及び第15図は第
五実施例に係る炉心の水平断面図及び垂直断面図、第16
図及び第17図は第六実施例に係る炉心の水平断面図及び
垂直断面図、第18図及び第19図は第七実施例に係る炉心
の水平断面図及び垂直断面図、第20図及び第21図は均質
炉心の水平断面図及び垂直断面図、第22図及び第23図は
移行後に軸方向非均質炉心の水平断面図及び垂直断面
図、第24図及び第25図は第八実施例の第１移行サイクル
に係る炉心の水平断面図及び垂直断面図、第26図及び第
27図は第八実施例の第２移行サイクルに係る炉心の水平
断面図及び垂直断面図、第28図及び第29図は第八実施例
の第３移行サイクルに係る炉心の水平断面図及び垂直断
面図、第30図は第八実施例と従来例を比較した炉心の線
出力分布特性図、第31図及び第32図は第九実施例に係る
炉心の水平断面図及び垂直断面図、第33図及び第34図は
第十実施例に係る炉心の水平断面図及び垂直断面図、第
35図及び第36図は第十一実施例に係る炉心の水平断面図
及び垂直断面図、第37図及び第38図は第十二実施例に係
る炉心の水平断面図及び垂直断面図、第39図は炉心及び
燃料の仕様説明図である。 １……炉心、３……内部ブランケット（軸方向非均質炉
心）、４……径方向ブランケット、５……軸方向ブラン
ケット、６……制御棒、７……ナトリウムチャンネル、
８……内部炉心（回字型炉心）、９……内側炉心（均質
炉心）、10……外側炉心（均質炉心）、11……内側領域
（軸方向非均質炉心及び回字型炉心）、12……外側領域
（軸方向非均質炉心及び回字型炉心）、13……炉心領域
（径方向非均質炉心）、14……内部ブランケット（径方
向非均質炉心）、21……初装荷炉心燃料（軸方向非均質
炉心）、21a……初装荷炉心燃料集合体（内部ブランケ
ットあり）、21b……初装荷炉心燃料集合体（内部ブラ
ンケットなし）、21c……初装荷炉心燃料集合体（薄肉
の内部ブランケットあり）、21d……初装荷炉心燃料集
合体（内部ブランケットを下方に配置）、21e……初装
荷炉心燃料集合体（内部炉心あり）、21f……初装荷炉
心燃料集合体（内部炉心なし）、21g……初装荷炉心燃
料集合体（均質内側炉心）、21h……初装荷炉心燃料集
合体（均質外側炉心）、21i……初装荷炉心燃料集合体
（径方向非均質炉心）、22……平衡炉心燃料（軸方向非
均質炉心）、22a……平衡炉心燃料集合体（内部ブラン
ケットあり）、22b……平衡炉心燃料集合体（内部ブラ
ンケットなし）、22c……平衡炉心燃料集合体（薄肉の
内部ブランケットあり）、22d……平衡炉心燃料集合体
（内部ブランケットを下方に設置）、22e……平衡炉心
燃料集合体（内部炉心あり）、22f……平衡炉心燃料集
合体（内部炉心なし）、22g……平衡炉心燃料集合体
（均質内側炉心）、22h……平衡炉心燃料集合体（均質
外側炉心）、22i……平衡炉心燃料集合体（径方向非均
質炉心）、23……移行炉心燃料、23b……移行炉心燃料
集合体（軸方向非均質炉心）、23f……移行炉心燃料集
合体（回字型炉心）、23h……移行炉心燃料集合体（均
質炉心）、23i……移行炉心燃料集合体（径方向非均質
炉心）。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G21C 5/00 G21C 5/20 G21C 7/00
Claims (26)
- 【請求項１】核分裂性物質を富化した燃料親物質で成る
燃料を有する燃料集合体を複数本束ねて構成した高速炉
の初装荷サイクルから平衡サイクルに至る移行サイクル
中の炉心において、炉心の外周部に装荷されている燃料
集合体を、平衡サイクルに至った場合の燃料よりも中性
子無限増倍率が大きい燃料を含む燃料集合体で置き換え
たことを特徴とする高速炉の炉心。 - 【請求項２】請求項１における炉心を構成する燃料集合
体は、束ねられたとき炉心の軸方向中心付近にその軸方
向厚さが炉心高さよりも小さくその直径が炉心直径より
も小さい円盤状の内部ブランケットを構成する燃料親物
質を有することを特徴とする高速炉の炉心。 - 【請求項３】核分裂性物質を富化した燃料親物質を有す
る燃料集合体を複数本束ね、該燃料集合体に含まれる燃
料の中性子無限増倍率が炉心半径方向内側程低く外側程
高くなる如く複数の領域で構成した高速炉の炉心におい
て、前記領域のひとつの境界付近に装荷されている燃料
集合体及び前記境界より内側の領域に装荷されている燃
料集合体を、軸方向中心付近に燃料親物質で成る内部ブ
ランケットを含む軸方向非均質燃料集合体で置き換える
と共に、炉心の外周部に装荷されている燃料集合体を前
記軸方向非均質燃料集合体に含まれる燃料よりも中性子
無限増倍率が大きい燃料を有する燃料集合体で置き換え
たことを特徴とする高速炉の炉心。 - 【請求項４】請求項３において、ひとつの境界の内側の
領域に装荷されている燃料集合体だけでなく、該境界の
外側の領域に装荷されている燃料集合体の一部も軸方向
非均質燃料集合体で置き換えることを特徴とする高速炉
の炉心。 - 【請求項５】請求項２乃至請求項４のいずれかにおい
て、内部ブランケットの軸方向の厚さが炉心半径方向中
心付近程厚く周辺部程薄くしたことを特徴とする高速炉
の炉心。 - 【請求項６】請求項２乃至請求項４のいずれかにおい
て、内部ブランケットの軸方向の厚さが炉心半径方向中
心付近程厚く、周辺部にあって炉の運転中に炉心内部に
挿入される制御棒の周囲程薄くしたことを特徴とする高
速炉の炉心。 - 【請求項７】請求項２乃至請求項６のいずれかにおい
て、内部ブランケットの軸方向中心が炉心の軸方向中心
よりも下側となるようにしたことを特徴とする高速炉の
炉心。 - 【請求項８】請求項２乃至請求項７のいずれかにおい
て、内部ブランケットの代わりに、炉心外側の燃料より
も中性子無限増倍率の小さい燃料を装填してあることを
特徴とする高速炉の炉心。 - 【請求項９】請求項１において、炉心を、燃料の中性子
無限増倍率が炉心半径方向内側程低く、外側程高い複数
の領域に区分して構成したことを特徴とする高速炉の炉
心。 - 【請求項１０】請求項１において、炉心の半径方向内部
に、炉心高さと同じかそれ以上の高さを持つ燃料親物質
で成るブランケット集合体を装荷したことを特徴とする
高速炉の炉心。 - 【請求項１１】請求項１乃至請求項10のいずれかにおい
て、核分裂性物質の富化度を変化させて中性子無限増倍
率を変化させてあることを特徴とする高速炉の炉心。 - 【請求項１２】請求項１乃至請求項10のいずれかにおい
て、燃料集合体に占める燃料の体積割合を変化させて中
性子無限増倍率を変化させてあることを特徴とする高速
炉の炉心。 - 【請求項１３】請求項１乃至請求項10のいずれかにおい
て、燃料集合体に閉める燃料の体積割合及び該燃料の核
分裂性物質の富化度を変化させて中性子無限増倍率を変
化させてあることを特徴とする高速炉の炉心。 - 【請求項１４】核分裂性物質を富化した燃料親物質で成
る燃料を有する燃料集合体を複数本束ねて構成した高速
炉の初装荷サイクルから平衡サイクルに至る移行サイク
ル中の炉心において、炉心の外周部に装荷されている燃
料集合体を、平衡サイクルに至った場合の燃料よりも中
性子無限倍増率が大きい燃料を含む燃料集合体で置き換
えることを特徴とする高速炉の燃料交換方法。 - 【請求項１５】請求項14における炉心を構成する燃料集
合体は、束ねられたとき炉心の軸方向中心付近にその軸
方向厚さが炉心高さよりも小さくその直径が炉心直径よ
りも小さい円盤状の内部ブランケットを構成する燃料親
物質を有することを特徴とする高速炉の燃料交換方法。 - 【請求項１６】核分裂性物質を富化した燃料親物質を有
する燃料集合体を複数本束ね、該燃料集合体に含まれる
燃料の中性子無限増倍率が炉心半径方向内側程低く外側
程高くなる如く複数の領域で構成した高速炉の炉心にお
いて、前記領域のひとつの境界付近に装荷されている燃
料集合体及び前記境界より内側の領域に装荷されている
燃料集合体を、軸方向中心付近に燃料親物質で成る内部
ブランケットを含む軸方向非均質燃料集合体で置き換え
ると共に、炉心の外周部に装荷されている燃料集合体を
前記軸方向非均質燃料集合体に含まれる燃料よりも中性
子無限増倍率が大きい燃料を有する燃料集合体で置き換
えることを特徴とする高速炉の燃料交換方法。 - 【請求項１７】請求項16において、ひとつの境界の内側
の領域に装荷されている燃料集合体だけでなく、該境界
の外側の領域に装荷されている燃料集合体の一部も軸方
向非均質燃料集合体で置き換えることを特徴とする高速
炉の燃料交換方法。 - 【請求項１８】請求項15乃至請求項17のいずれかにおい
て、内部ブランケットの軸方向の厚さが炉心半径方向中
心付近程厚く周辺部程薄くすることを特徴とする高速炉
の燃料交換方法。 - 【請求項１９】請求項15乃至請求項17のいずれかにおい
て、内部ブランケットの軸方向の厚さが炉心半径方向中
心付近程厚く、周辺部にあって炉の運転中に炉心内部に
挿入される制御棒の周囲程薄くすることを特徴とする高
速炉の燃料交換方法。 - 【請求項２０】請求項15乃至請求項19のいずれかにおい
て、内部ブランケットの軸方向中心が炉心の軸方向中心
よりも下側となるようにすることを特徴とする高速炉の
燃料交換方法。 - 【請求項２１】請求項15乃至請求項20のいずれかにおい
て、内部ブランケットの代わりに、炉心外側の燃料より
も中性子無限増倍率の小さい燃料を装填することを特徴
とする高速炉の燃料交換方法。 - 【請求項２２】請求項14において、炉心を、燃料の中性
子無限増倍率が炉心半径方向内側程低く、外側程高い複
数の領域に区分することを特徴とする高速炉の燃料交換
方法。 - 【請求項２３】請求項14において、炉心の半径方向内部
に、炉心高さと同じかそれ以上の高さを持つ燃料親物質
で成るブランケット集合体を装荷することを特徴とする
高速炉の燃料交換方法。 - 【請求項２４】請求項14乃至請求項23のいずれかにおい
て、核分裂性物質の富化度を変化させて中性子無限増倍
率を変化させることを特徴とする高速炉の燃料交換方
法。 - 【請求項２５】請求項14乃至請求項23のいずれかにおい
て、燃料集合体に占める燃料の体積割合を変化させて中
性子無限増倍率を変化させることを特徴とする高速炉の
燃料交換方法。 - 【請求項２６】請求項14乃至請求項23のいずれかにおい
て、燃料集合体に占める燃料の体積割合及び該燃料の核
分裂性物質の富化度を変化させて中性子無限増倍率を変
化させることを特徴とする高速炉の燃料交換方法。
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|---|---|---|---|
| JP1063850A JP2786656B2 (ja) | 1989-03-17 | 1989-03-17 | 高速炉の炉心及び燃料交換方法 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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|---|---|
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|---|---|---|---|---|
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-
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| Publication number | Publication date |
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