JPH01193692A - 高速炉の炉心 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、特に、均質炉心から軸方向
非均質炉心への移行サイクルＬ’＝おける炉心反応度の
確保と熱的余裕の増大に好適な高速増殖炉の炉心に関す
る。

〔従来の技術〕

周知のように、高速増殖炉は炉心で核分裂等により発生
する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
の有効利用が図れるという特徴がある。このような高速
増殖炉の炉心は、−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てステンレス鋼の六角管（
ラッパ管）で覆った燃料集合体から円柱状に形成されて
いる。さらに、この炉心の周囲を燃料親物質からなる軸
方向及び径方向ブランケットで囲設して増殖性を向上さ
せている。炉心には燃料として濃縮ウラン、あるいは、
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、天然ウラン、あるい
は、劣化ウランが装荷される。この燃料親物質が炉心が
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。

炉心構成としては、軸方向に核分裂性物質を一様に富化
した、いわゆる均質炉心（第２図参照）や、軸方向中央
部に燃料親物質のブランケットを設けた軸方向非均質炉
心（第６図参照）などがある。最近の設計研究から、炉
心性能の面で軸方向非均質炉心が均質炉心よりも優れて
いることがわかってきた。しかし、軸方向非均質炉心は
、最近になって開発されたため、現在稼動中、あるいは
。

建設中のプラントへの適用状況では、均質炉心が多数を
占めている。従って、炉心性能の向上のためには、均質
炉心から、軸方向非均質炉心に移行することが有効であ
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

均質炉心から軸方向非均質炉心への移行過程では、均質
燃料の一部を軸方向非均質燃料で置き換えるが、この炉
心の中性子束分布は、均質炉心のそれにほぼ等しい。第
９図は、均質炉心と軸方向非均質炉心の軸方向中性子束
分布を、第１０図は両炉心に軸方向非均質燃料を装荷し
たときの軸方向出力分布をそれぞれ示す。中性子束分布
の違いにより、同一の軸方向非均質燃料を装荷しても、
均質炉心では、軸方向非均質炉心と比べて、最大線出力
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。また、中性子束の高い炉心中心付近に反応度価値の
低い内部ブランケット領域が存在するため、炉心反応度
が不足して所定の運転期間を維持できないという間層が
生じる。

本発明の目的は、均質炉心から軸方向非均質炉心への移
行サイクルにおいて、炉心反応度を確保すると共に、燃
料の熱的余裕を増大した高速増殖炉の炉心を提供するこ
とにある。

〔課題を解決するための手段〕

この目的を達成するため、本発明では、均質炉心を構成
する均質燃料の一部を、軸方向中心付近はど核分裂性物
質の富化度を低くした多領域燃料で首き換えていく構成
としている。

〔作用〕

上記多領域燃料は、第９図に示した均質炉心、あるいは
、軸方向非均質炉心のいずれの中性子束分布をもつ炉心
でも、はぼ等しい反応度をもつようにその組成が調整さ
れる。従って、均質炉心から軸方向非均質炉心への移行
でも、炉心の平均的な反応度は、各サイクルでほぼ等し
くなる。また、通常、軸方向非均質炉心で燃料富化度は
均質炉心の内鍔炉心領域よりも高く、同一の均質炉心の
中性子束分布の下では炉心燃料の線出力も高くなる。

しかし、均質燃料の一部を多領域燃料で置き換えること
により、軸方向中央付近での発熱を増大させて、その上
・下の領域の線出力を低減することができ、炉心の熱的
余裕を増大させることができる。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例に従って説明する。第１図は、本
発明の第一の実施例であり、高速増殖炉の炉心に適用し
たものである。炉心１は、内側領域２と外側領域３とか
ら構成される。それぞれの領域には、多数の燃料集合体
が装荷される。燃料集合体は、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を多数束ねてステンレ
ス鋼の六角管（ラッパ管）で覆った構造となっている。

上記各領域に装荷される燃料集合体の内訳は、内側領域
が均質低富化度燃料４、及び三領域燃料５であり、外側
領域が均質高富化度燃料６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）場合を前提
としている。その他の燃料交換バッチ数のときは、以下
の燃料を装荷する割合が異なってくる。

炉心１の外側には増殖性の向上のため径方向ブランケッ
ト７及び軸方向ブランケット８が設置されている。

炉心及び燃料の仕様を第１表に示す。

第　　１　　表 すなわち、原子炉熱出力は約２，６００　ＭＷ、電気出
力は約１，０００　ＭＷ、等価炉心径と炉心高さはそれ
ぞれ３３０口及び１００１である。軸方向及び径方向ブ
ランケット厚さは、それぞれ、３５（１）及び３０備で
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とじている。燃料の組成は、均
質低富化度燃料４でプルトニウム富化度は約１６％、均
質高富化度燃料６で約２１％、三領域燃料５の中央部で
約３％である。三領域燃料５の中央部の長さは、本実施
例では、第１表に示した移行後の軸方向非均質炉心の内
部ブランケットの厚さと等しくした。三領域燃料５のプ
ルトニウム富化度は、−サイクル毎に全炉心の１７３の
三サイクル炉内に滞在した高反応度燃料を新しい三領域
燃料５で交換していくことによって、サイクル末期の炉
心反応度がほぼ一定となるように決定されている。

移行前のサイクルでは、第２図に示すように、内側領域
２は均質低富化度燃料４、外側領域３は均質低富化度燃
料６のみからそれぞれ構成されている。外側領域３では
、いずれのサイクルでも、三サイクル炉内に滞在した均
質高富化度燃料６が新しい高富化度燃料で置き換えられ
る。一方、内側領域２の燃料装荷法はサイクルによって
異なっている。

第一移行サイクルでは、第３図のように、均質低富化度
燃料４の１／３が新しい三領域燃料５で置き換えられ、
均質低富化度燃料４と三領域燃料５は２：１の割合で装
荷されている。

第二移行サイクルでは、第４図に示すように、均質低富
化度燃料４の内の半分が軸方向非均質燃料１０で置き換
えられ、第三移行サイクルでは、残りの均質低富化度燃
料４が軸方向非均質燃料１０で置き換えられる（第５図
参照）。第四移行サイクルでは、三サイクル炉内に滞在
した三領域燃料が軸方向非均質燃料で置き換えられて、
軸方向非均質炉心が構成される（第６図参照）。また、
第−及び第二移行サイクルで三領域燃料を装荷し、第三
移行サイクル以降は軸方向非均質燃料を装荷することも
可能である。この場合は、軸方向非均質炉心への移行完
了が上記に比べて−サイクル遅れるが、移行サイクルの
出力分布はより平坦化される。

本実施例では、炉心１を構成する燃料の富化度は、均質
炉心で二種類としており、外側炉心領域の燃料富化度は
移行サイクルでも同一とした。また、三領域燃料５の上
・下端部の燃料富化度は、均質高富化度燃料６と同一と
したが、これらの富化度分布を、さらに、最適化すれば
、−層の高性能化が可能である。

第７図は、本発明の第二の実施例の炉心における燃料構
成を示す。内側領域２が均質低富化度燃料４、及び、三
領域燃料５で構成されるのは、第一の実施例と同じであ
るが、三領域燃料の中央部５１の長さが移行後の軸方向
非均質炉心の内部ブランケットの厚さよりも大きくなっ
ている点が異なる。その領域の長さと燃料富化度は、最
大線出力が上下端部のそれとほぼ等−しくなるように決
定されている。その結果、中央部のプルトニウム富化度
は約１０％と第一の実施例よりも高く、長さは約６０印
となっている。本実施例では、三領域燃料５の富化度の
高い上下端部５２の位置が中性子束の低い領域に限られ
るため、最大線出力が低減され、燃料の熱的余裕を増大
させることができる。

第８図は、本発明の第三の実施例の炉心における燃料構
成を示している。本実施例では、運転中に炉心に上部か
ら挿入される制御棒９の影響で、軸方向出力分布が炉心
下側でピークをもつ場合を考慮したもので、第一、ある
いは、第二の実施例において、三領域燃料の中央部（低
富化度領域）５１の軸方向中心が炉心軸方向中心よりも
、僅かに下方となるようにしている。このような構成に
より、制御棒の影響を補償することができ、出力分布を
平坦化し、炉心の熱的余裕を増大させることができる。

以上の実施例では、燃料としてウランとプルトニウムの
混合酸化物を、構造材としてステンレス鋼を、冷却材と
してナトリウムを用いているが、その他の燃料、構造材
、冷却材を使用した場合にも、本発明を適用することが
できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、均質炉心から軸方向非均質炉心に移行
する場合に、移行サイクルの炉心反応度を増すことによ
り、運転期間を長期化できる。また、最大線出力を低減
でき、燃料の限界熱出力に対する熱的余裕を増すことが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第６図は本発明の一実施例の炉心の垂直断
面図、第７図、第８図は本発明の他の実施の炉心の垂直
断面図、第９図は従来の均質炉心の軸方向中性子束分布
特性図、第１０図は従来の軸方向非均質燃料の出力分布
特性図である。 １・・・炉心、２・・・内側領域、３・・・外側領域、
４・・・低富化度燃料、５・・・三領域燃料、６・・・
高富化度燃料、７・・・径方向ブランケット、８・・・
軸方向ブランケット、９・・制御棒、１０・・・軸方向
非均質燃料、５１・・・三領域燃料の中央部、５２・・
・三領域燃料の上・下端部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、核分裂性物質を富化した燃料親物質を含む燃料集合
   体を束ねた一つまたは複数の炉心領域からなる高速炉の
   炉心において、 少なくとも一つの前記炉心領域を、炉心燃料部の軸方向
   について一様に前記核分裂性物質を富化した第一の燃料
   集合体と、軸方向中央付近にその上・下端部よりも低く
   前記核分裂性物質を富化した第二の燃料集合体とで構成
   することを特徴とする高速炉の炉心。 ２、特許請求の範囲第１項において、 前記炉心領域を前記第一の燃料集合体及び前記第二の燃
   料集合体のほかに、軸方向中央付近に前記燃料親物質か
   らなる内部ブランケット領域を含む第三の燃料集合体と
   で構成することを特徴とする高速炉の炉心。 ３、特許請求の範囲第２項において、 前記第二の燃料集合体の中央部の軸方向長さを前記第三
   の燃料集合体の前記内部ブランケット領域の軸方向長さ
   よりも大きくしたことを特徴とする高速炉の炉心。 ４、特許請求の範囲第１項、第２項、または第３項にお
   いて、 前記第二の燃料集合体の上・下端部の燃料の前記核分裂
   性物質の富化度を、前記第一の燃料集合体の燃料の前記
   核分裂性物質の富化度よりも高くしたことを特徴とする
   高速炉の炉心。 ５、特許請求の範囲第１項、第２項、第３項または、第
   ４項において、 前記第二の燃料集合体の中央部の前記核分裂性物質の富
   化度を、前記第一の燃料集合体の燃料の前記核分裂性物
   質の富化度よりも低くしたことを特徴とする高速炉の炉
   心。 ６、特許請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項ま
   たは、第５項において、 前記第二の燃料集合体の中央部の軸方向中心位置または
   前記第三の燃料集合体の前記内部ブランケット領域の軸
   方向中心位置を、前記炉心領域の軸方向中心位置よりも
   下方としたことを特徴とする高速炉の炉心。