JP2942249B1 - 高速炉の炉心 - Google Patents
高速炉の炉心Info
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Abstract
【要約】
【課題】 高速炉の均質炉心において、炉心燃料製造の
コストの増大を抑制しつつ、炉心燃料の取り出し平均燃
焼度を向上させることができるようにする。 【解決手段】 Ｐｕ富化度の異なる２種類のＭＯＸ炉心
燃料によって内側炉心領域と外側炉心領域を構成し、外
側炉心領域のＰｕ富化度を内側炉心領域のＰｕ富化度よ
りも高くした高速炉の均質炉心において、内側炉心領域
の中心部に、ＭＯＸ燃料要素と酸化減損ウラン燃料要素
とが混在する燃料集合体を装荷して炉心中心区域を設け
る。これによって、燃料集合体平均のＰｕ富化度が、炉
心中心区域１０、内側炉心領域１２、外側炉心領域１４
の順に漸次増大するような高速炉の炉心を構成する。炉
心燃料製造コストの観点から、炉心中心区域に装荷する
燃料集合体で用いるＭＯＸ燃料要素のＰｕ富化度は、他
の領域に装荷する燃料集合体で用いるＭＯＸ燃料要素の
Ｐｕ富化度と同一とすることが好ましい。
コストの増大を抑制しつつ、炉心燃料の取り出し平均燃
焼度を向上させることができるようにする。 【解決手段】 Ｐｕ富化度の異なる２種類のＭＯＸ炉心
燃料によって内側炉心領域と外側炉心領域を構成し、外
側炉心領域のＰｕ富化度を内側炉心領域のＰｕ富化度よ
りも高くした高速炉の均質炉心において、内側炉心領域
の中心部に、ＭＯＸ燃料要素と酸化減損ウラン燃料要素
とが混在する燃料集合体を装荷して炉心中心区域を設け
る。これによって、燃料集合体平均のＰｕ富化度が、炉
心中心区域１０、内側炉心領域１２、外側炉心領域１４
の順に漸次増大するような高速炉の炉心を構成する。炉
心燃料製造コストの観点から、炉心中心区域に装荷する
燃料集合体で用いるＭＯＸ燃料要素のＰｕ富化度は、他
の領域に装荷する燃料集合体で用いるＭＯＸ燃料要素の
Ｐｕ富化度と同一とすることが好ましい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＭＯＸ燃料要素と
酸化減損ウラン燃料要素とが混在する燃料集合体を高速
中性子照射量の高い区域に装荷することにより、高速中
性子照射量の径方向分布をより一層平坦化させた高速炉
の炉心に関するものである。
酸化減損ウラン燃料要素とが混在する燃料集合体を高速
中性子照射量の高い区域に装荷することにより、高速中
性子照射量の径方向分布をより一層平坦化させた高速炉
の炉心に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の高速炉の均質炉心においては、Ｐ
ｕ（プルトニウム）富化度の異なる２種類のＭＯＸ（ウ
ラン・プルトニウム混合酸化物）炉心燃料によって２領
域炉心を構成し、外側炉心領域のＰｕ富化度を内側炉心
領域のＰｕ富化度よりも高くした「Ｐｕ富化度２領域均
質炉心形式」が一般的である。このような炉心構成にす
ることにより、出力密度及び高速中性子照射量の径方向
分布の平坦化を図っている。
ｕ（プルトニウム）富化度の異なる２種類のＭＯＸ（ウ
ラン・プルトニウム混合酸化物）炉心燃料によって２領
域炉心を構成し、外側炉心領域のＰｕ富化度を内側炉心
領域のＰｕ富化度よりも高くした「Ｐｕ富化度２領域均
質炉心形式」が一般的である。このような炉心構成にす
ることにより、出力密度及び高速中性子照射量の径方向
分布の平坦化を図っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】燃料被覆管としては改
良オーステナイト鋼が用いられているが、このような従
来の２領域炉心構成では、燃料被覆管の高速中性子照射
量による制限のため長期間の原子炉運転ができず、炉心
燃料の取り出し平均燃焼度を高くすることが困難であっ
た。Ｐｕ富化度の異なる多種類のＭＯＸ炉心燃料によっ
て多領域炉心を構成すれば、出力密度及び高速中性子照
射量の径方向分布のより一層の平坦化を図ることが可能
と考えられるが、多種類の炉心燃料を必要とするため
に、炉心燃料の製造コストが著しく増大してしまう。
良オーステナイト鋼が用いられているが、このような従
来の２領域炉心構成では、燃料被覆管の高速中性子照射
量による制限のため長期間の原子炉運転ができず、炉心
燃料の取り出し平均燃焼度を高くすることが困難であっ
た。Ｐｕ富化度の異なる多種類のＭＯＸ炉心燃料によっ
て多領域炉心を構成すれば、出力密度及び高速中性子照
射量の径方向分布のより一層の平坦化を図ることが可能
と考えられるが、多種類の炉心燃料を必要とするため
に、炉心燃料の製造コストが著しく増大してしまう。
【０００４】本発明の目的は、炉心燃料製造のコストの
増大を抑制しつつ、炉心燃料の取り出し平均燃焼度を向
上させることができるような高速炉の炉心を提供するこ
とである。
増大を抑制しつつ、炉心燃料の取り出し平均燃焼度を向
上させることができるような高速炉の炉心を提供するこ
とである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、Ｐｕ富化度の
異なる２種類のＭＯＸ炉心燃料によって内側炉心領域と
外側炉心領域を構成し、外側炉心領域のＰｕ富化度を内
側炉心領域のＰｕ富化度よりも高くした高速炉の２領域
均質炉心を前提とするものである。このような均質炉心
において本発明では、内側炉心領域の中心部に、ＭＯＸ
燃料要素と酸化減損ウラン燃料要素とが混在する燃料集
合体を装荷して炉心中心区域を形成する。これによって
図１の概念図に示すように、燃料集合体平均のＰｕ富化
度が、炉心中心区域１０、内側炉心領域１２、外側炉心
領域１４の順に漸次増大するような高速炉の炉心を構成
する。ここで、炉心燃料製造コストの観点から、炉心中
心区域に装荷する燃料集合体で用いるＭＯＸ燃料要素の
Ｐｕ富化度は、他の領域に装荷する燃料集合体で用いる
ＭＯＸ燃料要素のＰｕ富化度と同一とすることが好まし
い。
異なる２種類のＭＯＸ炉心燃料によって内側炉心領域と
外側炉心領域を構成し、外側炉心領域のＰｕ富化度を内
側炉心領域のＰｕ富化度よりも高くした高速炉の２領域
均質炉心を前提とするものである。このような均質炉心
において本発明では、内側炉心領域の中心部に、ＭＯＸ
燃料要素と酸化減損ウラン燃料要素とが混在する燃料集
合体を装荷して炉心中心区域を形成する。これによって
図１の概念図に示すように、燃料集合体平均のＰｕ富化
度が、炉心中心区域１０、内側炉心領域１２、外側炉心
領域１４の順に漸次増大するような高速炉の炉心を構成
する。ここで、炉心燃料製造コストの観点から、炉心中
心区域に装荷する燃料集合体で用いるＭＯＸ燃料要素の
Ｐｕ富化度は、他の領域に装荷する燃料集合体で用いる
ＭＯＸ燃料要素のＰｕ富化度と同一とすることが好まし
い。
【０００６】本発明の炉心中心区域に装荷する高速炉の
炉心燃料集合体は、例えば図２に示すように、被覆管内
にＭＯＸ燃料ペレットを充填したＭＯＸ燃料要素２０と
被覆管内に減損ウラン酸化物ペレットを充填した酸化減
損ウラン燃料要素２２とを所定の割合で混在するように
束ね、六角筒状のラッパ管２４内に収納したものであ
る。このような混在燃料集合体２６を、高速炉の炉心の
高速中性子照射量が高い区域（炉心中心付近）に装荷す
ることで、高速中性子照射量の径方向分布をより一層平
坦化させることができる。
炉心燃料集合体は、例えば図２に示すように、被覆管内
にＭＯＸ燃料ペレットを充填したＭＯＸ燃料要素２０と
被覆管内に減損ウラン酸化物ペレットを充填した酸化減
損ウラン燃料要素２２とを所定の割合で混在するように
束ね、六角筒状のラッパ管２４内に収納したものであ
る。このような混在燃料集合体２６を、高速炉の炉心の
高速中性子照射量が高い区域（炉心中心付近）に装荷す
ることで、高速中性子照射量の径方向分布をより一層平
坦化させることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】混在燃料集合体に組み込むＭＯＸ
燃料要素の直径は、燃料要素の製造の簡素化の観点か
ら、他の領域で使用する炉心燃料要素の直径と同一にす
るのが好ましいが、必ずしも同じである必要はない。本
発明において、混在燃料集合体の炉心装荷本数と混在燃
料集合体中のＭＯＸ燃料要素の本数とＰｕ富化度等には
相関関係があるので、それらについては適切な設定を行
う必要がある。
燃料要素の直径は、燃料要素の製造の簡素化の観点か
ら、他の領域で使用する炉心燃料要素の直径と同一にす
るのが好ましいが、必ずしも同じである必要はない。本
発明において、混在燃料集合体の炉心装荷本数と混在燃
料集合体中のＭＯＸ燃料要素の本数とＰｕ富化度等には
相関関係があるので、それらについては適切な設定を行
う必要がある。
【０００８】
【実施例】図３は本発明に係る高速炉の炉心の一実施例
を示す燃料集合体配置説明図である。この実施例の高速
炉炉心は出力１６００ＭＷｔの均質炉であり、炉心高さ
は１ｍ、燃料はＭＯＸ（ウラン・プルトニウム混合酸化
物）燃料である。炉心領域の燃料層は合計１１層で構成
され、燃料集合体のピッチは約１６cmである。Ｐｕ富化
度（燃料集合体平均）は、炉心中心区域ＣＣ、内側炉心
領域ＩＣ、外側炉心領域ＯＣで異なり、その順に漸次増
大するようになっている。
を示す燃料集合体配置説明図である。この実施例の高速
炉炉心は出力１６００ＭＷｔの均質炉であり、炉心高さ
は１ｍ、燃料はＭＯＸ（ウラン・プルトニウム混合酸化
物）燃料である。炉心領域の燃料層は合計１１層で構成
され、燃料集合体のピッチは約１６cmである。Ｐｕ富化
度（燃料集合体平均）は、炉心中心区域ＣＣ、内側炉心
領域ＩＣ、外側炉心領域ＯＣで異なり、その順に漸次増
大するようになっている。
【０００９】第１−３層は炉心中心区域ＣＣであり、１
９体の炉心中心区域炉心燃料集合体で構成される。この
炉心中心区域炉心燃料集合体は、図２に示したのと同様
の混在燃料集合体であり、被覆管内にＰｕＯ2 −ＵＯ2
の燃料ペレットを充填したＭＯＸ燃料要素と減損ウラン
ＵＯ2 ペレットを充填した減損ウラン燃料要素とが混在
する構成である。ここでは炉心中心区域炉心燃料集合体
は、燃料要素２１７本のうち約１９３本をＭＯＸ燃料要
素とし、約２４本を減損ウラン燃料要素としている。な
お、この炉心中心区域炉心燃料集合体に組み込むＭＯＸ
燃料要素のＰｕ富化度は、次に述べる内側炉心領域の燃
料集合体を構成するＭＯＸ燃料要素のＰｕ富化度と同一
である。これによって炉心中心区域炉心燃料集合体の平
均Ｐｕ富化度を１６．５％としている。
９体の炉心中心区域炉心燃料集合体で構成される。この
炉心中心区域炉心燃料集合体は、図２に示したのと同様
の混在燃料集合体であり、被覆管内にＰｕＯ2 −ＵＯ2
の燃料ペレットを充填したＭＯＸ燃料要素と減損ウラン
ＵＯ2 ペレットを充填した減損ウラン燃料要素とが混在
する構成である。ここでは炉心中心区域炉心燃料集合体
は、燃料要素２１７本のうち約１９３本をＭＯＸ燃料要
素とし、約２４本を減損ウラン燃料要素としている。な
お、この炉心中心区域炉心燃料集合体に組み込むＭＯＸ
燃料要素のＰｕ富化度は、次に述べる内側炉心領域の燃
料集合体を構成するＭＯＸ燃料要素のＰｕ富化度と同一
である。これによって炉心中心区域炉心燃料集合体の平
均Ｐｕ富化度を１６．５％としている。
【００１０】第４−９層は内側炉心領域ＩＣであり、１
８６体の内側領域炉心燃料集合体で構成される。この内
側領域炉心燃料集合体は、被覆管内にＰｕＯ2 −ＵＯ2
の燃料ペレットを充填したＭＯＸ燃料要素のみからなる
従来型の燃料集合体であり、そのＰｕ富化度は１８．５
％に設定している。
８６体の内側領域炉心燃料集合体で構成される。この内
側領域炉心燃料集合体は、被覆管内にＰｕＯ2 −ＵＯ2
の燃料ペレットを充填したＭＯＸ燃料要素のみからなる
従来型の燃料集合体であり、そのＰｕ富化度は１８．５
％に設定している。
【００１１】第１０−１１層は内側炉心領域ＯＣであ
り、９６体の外側領域炉心燃料集合体によって構成され
る。この外側領域炉心燃料集合体も、被覆管内にＰｕＯ
2 −ＵＯ2 の燃料ペレットを充填したＭＯＸ燃料要素の
みからなる従来型の燃料集合体であり、そのＰｕ富化度
は２６．５％に設定している。
り、９６体の外側領域炉心燃料集合体によって構成され
る。この外側領域炉心燃料集合体も、被覆管内にＰｕＯ
2 −ＵＯ2 の燃料ペレットを充填したＭＯＸ燃料要素の
みからなる従来型の燃料集合体であり、そのＰｕ富化度
は２６．５％に設定している。
【００１２】このようにして本実施例の高速炉炉心は、
燃料集合体平均のＰｕ富化度が、炉心中心区域ＣＣ、内
側炉心領域ＩＣ、外側炉心領域ＯＣの順に漸次増大する
ように構成しており、且つ使用している燃料要素のＰｕ
富化度としては全炉心領域で２種類である。
燃料集合体平均のＰｕ富化度が、炉心中心区域ＣＣ、内
側炉心領域ＩＣ、外側炉心領域ＯＣの順に漸次増大する
ように構成しており、且つ使用している燃料要素のＰｕ
富化度としては全炉心領域で２種類である。
【００１３】図３に示す高速炉の構成では、更に外側に
２１６体のブランケット燃料集合体を配置し、炉心内部
に２４体の制御棒集合体を分散設置している。
２１６体のブランケット燃料集合体を配置し、炉心内部
に２４体の制御棒集合体を分散設置している。
【００１４】このような炉心に対して、ＣＩＴＡＴＩＯ
Ｎコードを用いて１サイクル１５箇月運転の３バッチ
（第１１層の燃料集合体に対しては４バッチ）燃料交換
の燃焼計算及び中性子束計算を行い、Ｐｕ富化度を設定
し、平衡炉心での最大線出力、最大高速中性子照射量、
及び取り出し平均燃焼度などを算出した。なお、ここで
は燃料要素の被覆管に対する高速中性子照射量の制限は
３．０×１０23ｎ／cm2であり、線出力の制限は、炉心
中心区域ＣＣ及び内側炉心領域ＩＣでは約４４０Ｗ／c
m、外側炉心領域ＯＣでは約４１０Ｗ／cmとした。
Ｎコードを用いて１サイクル１５箇月運転の３バッチ
（第１１層の燃料集合体に対しては４バッチ）燃料交換
の燃焼計算及び中性子束計算を行い、Ｐｕ富化度を設定
し、平衡炉心での最大線出力、最大高速中性子照射量、
及び取り出し平均燃焼度などを算出した。なお、ここで
は燃料要素の被覆管に対する高速中性子照射量の制限は
３．０×１０23ｎ／cm2であり、線出力の制限は、炉心
中心区域ＣＣ及び内側炉心領域ＩＣでは約４４０Ｗ／c
m、外側炉心領域ＯＣでは約４１０Ｗ／cmとした。
【００１５】それらの結果を以下に示す。 ・平均Ｐｕ富化度ＣＣ／ＩＣ／ＯＣ：１６．５／１８．
５／２６．５ｗ％ ・Ｋeff ＝０．９９４０（平衡炉心サイクル初期…制御棒４５cm挿入）、 ０．９９３６（平衡炉心サイクル中期…制御棒３５cm挿入）、 ０．９９５４（平衡炉心サイクル末期…制御棒全引き抜き） ・燃焼欠損反応度＝３．８％dk／ｋｋ′／サイクル ・増殖比＝１．１５ ・取り出し平均燃焼度＝９８．２ＧＷd/t ・最大線出力（Ｗ／cm単位）は表１の通りである。
５／２６．５ｗ％ ・Ｋeff ＝０．９９４０（平衡炉心サイクル初期…制御棒４５cm挿入）、 ０．９９３６（平衡炉心サイクル中期…制御棒３５cm挿入）、 ０．９９５４（平衡炉心サイクル末期…制御棒全引き抜き） ・燃焼欠損反応度＝３．８％dk／ｋｋ′／サイクル ・増殖比＝１．１５ ・取り出し平均燃焼度＝９８．２ＧＷd/t ・最大線出力（Ｗ／cm単位）は表１の通りである。
【００１６】
【表１】
【００１７】・最大高速中性子束（各層の最大値）の径
方向分布を図４に示す。 ・最大高速中性子照射量（各層の最大値）の径方向分布
について、従来炉心（２領域炉心）との比較を図５に示
す。
方向分布を図４に示す。 ・最大高速中性子照射量（各層の最大値）の径方向分布
について、従来炉心（２領域炉心）との比較を図５に示
す。
【００１８】図５に示したように、炉心中心区域にＭＯ
Ｘ燃料要素と酸化減損ウラン燃料要素とが混在する燃料
集合体を装荷した本発明の炉心は、従来炉心（２領域炉
心）よりも最大高速中性子照射量の径方向分布が平坦化
されていることが分かる。これは、炉心中心付近では集
合体平均的にＰｕ富化度が低減し、そのため高速中性子
束が低減したためである。従来炉心の場合には、その最
大高速中性子照射量が３．０×１０23ｎ／cm2 （炉心中
心で最大）になる原子炉運転期間は１５箇月よりも約７
％短い１４箇月となることが分かっている。従って、本
発明のような平坦化炉心の取り出し平均燃焼度は、従来
炉心と比べて約７％増大することが分かる。
Ｘ燃料要素と酸化減損ウラン燃料要素とが混在する燃料
集合体を装荷した本発明の炉心は、従来炉心（２領域炉
心）よりも最大高速中性子照射量の径方向分布が平坦化
されていることが分かる。これは、炉心中心付近では集
合体平均的にＰｕ富化度が低減し、そのため高速中性子
束が低減したためである。従来炉心の場合には、その最
大高速中性子照射量が３．０×１０23ｎ／cm2 （炉心中
心で最大）になる原子炉運転期間は１５箇月よりも約７
％短い１４箇月となることが分かっている。従って、本
発明のような平坦化炉心の取り出し平均燃焼度は、従来
炉心と比べて約７％増大することが分かる。
【００１９】
【発明の効果】本発明は上記のように、２種類のＰｕ富
化度の通常の燃料集合体の他に、ＭＯＸ燃料要素と酸化
減損ウラン燃料要素とが混在する燃料集合体を用い、そ
の混在集合体を内側炉心領域の中心部に装荷することに
よって、燃料集合体平均のＰｕ富化度が炉心中心区域、
内側炉心領域、外側炉心領域の順に漸次増大するように
した高速炉の炉心であるから、炉心燃料製造のコスト増
大を抑制しつつ、最大高速中性子照射量の径方向分布を
より一層平坦化でき、炉心燃料の取り出し平均燃焼度を
向上させることが可能となる。
化度の通常の燃料集合体の他に、ＭＯＸ燃料要素と酸化
減損ウラン燃料要素とが混在する燃料集合体を用い、そ
の混在集合体を内側炉心領域の中心部に装荷することに
よって、燃料集合体平均のＰｕ富化度が炉心中心区域、
内側炉心領域、外側炉心領域の順に漸次増大するように
した高速炉の炉心であるから、炉心燃料製造のコスト増
大を抑制しつつ、最大高速中性子照射量の径方向分布を
より一層平坦化でき、炉心燃料の取り出し平均燃焼度を
向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る高速炉炉心の概念図。
【図２】それに用いる高速炉の炉心燃料集合体の一実施
例を示す説明図。
例を示す説明図。
【図３】本発明に係る高速炉炉心の一実施例を示す燃料
集合体配置説明図。
集合体配置説明図。
【図４】最大高速中性子束の径方向分布（各層の最大
値）の説明図。
値）の説明図。
【図５】最大高速中性子照射量の径方向（各層の最大
値）の説明図。
値）の説明図。
１０ 炉心中心区域 １２ 内側炉心領域 １４ 外側炉心領域 ２０ ＭＯＸ燃料要素 ２２ 酸化減損ウラン燃料要素 ２４ ラッパ管 ２６ 混在燃料集合体
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−83691（ＪＰ，Ａ) ＵＴＮＬ−Ｒ（東京大学工学部附属原 子力工学研究施設）第351号 山脇道夫 他 プルトニウム混合酸化物燃料利用の 現状と課題 ｐ．150 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G21C 5/18 GDF G21C 3/328 G21C 5/20
Claims (2)
- 【請求項１】 Ｐｕ富化度の異なる２種類のＭＯＸ炉心
燃料によって内側炉心領域と外側炉心領域とを構成し、
外側炉心領域のＰｕ富化度を内側炉心領域のＰｕ富化度
よりも高くした高速炉の均質炉心において、 前記内側炉心領域の中心部に、ＭＯＸ燃料要素と酸化減
損ウラン燃料要素とが混在する燃料集合体を装荷した炉
心中心区域を設け、炉心中心区域に装荷する燃料集合体
で用いるＭＯＸ燃料要素のＰｕ富化度は他の領域に装荷
する燃料集合体で用いるいずれかのＭＯＸ燃料要素のＰ
ｕ富化度と同一とし、燃料集合体平均のＰｕ富化度が炉
心中心区域、内側炉心領域、外側炉心領域の順に漸次増
大するようにしたことを特徴とする高速炉の炉心。 - 【請求項２】 被覆管内にＭＯＸ燃料ペレットを充填し
たＭＯＸ燃料要素と被覆管内に減損ウラン酸化物ペレッ
トを充填した酸化減損ウラン燃料要素とが混在するよう
に束ねてラッパ管内に収納した炉心燃料集合体を、前記
炉心中心区域に装荷する請求項１に記載の高速炉の炉
心。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10189683A JP2942249B1 (ja) | 1998-06-19 | 1998-06-19 | 高速炉の炉心 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10189683A JP2942249B1 (ja) | 1998-06-19 | 1998-06-19 | 高速炉の炉心 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2942249B1 true JP2942249B1 (ja) | 1999-08-30 |
| JP2000009872A JP2000009872A (ja) | 2000-01-14 |
Family
ID=16245441
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10189683A Expired - Fee Related JP2942249B1 (ja) | 1998-06-19 | 1998-06-19 | 高速炉の炉心 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2942249B1 (ja) |
-
1998
- 1998-06-19 JP JP10189683A patent/JP2942249B1/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ＵＴＮＬ−Ｒ（東京大学工学部附属原子力工学研究施設）第３５１号 山脇道夫他 プルトニウム混合酸化物燃料利用の現状と課題 ｐ．１５０ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000009872A (ja) | 2000-01-14 |
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