JPH01277799A - 原子炉の運転方法 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は沸騰水型原子炉（以下８ＷＲという）に好適な
原子炉の運転方法に係り、特にスペクトルシフト制御を
効果的に行なうことができる燃料集合体を装荷した原子
炉を安全確実に運転し、所望の時期に所望の燃料集合体
に対してスペクトルシフト操作を行なおうとする原子炉
の運転方法に関する。

（従来の技術） 一般に、ＢＷＲの炉心は第８図の平面図に示すように矩
形の燃料セル１の複数を規則的に配列して装荷している
。

各燃料しル１は第９図に示ずように構成されでおり、図
中破線で示す燃料セル１の矩形想像線の各内側コーナ部
に平面矩形の燃料集合体２をそれぞれ配置し、これら燃
料集合体２相Ｕの十字状間隙には平面が十字状の１１．
１３御棒３が炉心の下方から制御棒駆動装置（図示せず
）により挿脱されるようになっている。

そして、従来の燃料集合体２は第１０図に示すように構
成されており、角筒状のチャンネルボックス４内に燃料
バンドル５を収容している。

燃料バンドル５は燃料棒６の複数本を、例えば８行８列
の正方格子状に配列して、その中央部に燃料棒６より例
えば大径のウォータロッド７を配置し、これらの軸方向
に多段に配設された一平角釣状のスペーサ８により束状
に結束している。

また各燃料棒６およびウォータロッド７の上端部には上
部端栓９が、下端部には下部端栓１０がそれぞれ固着さ
れ、ざらに、上部端栓９が上部タイブレート１１に、下
部端栓１０が下部タイブレート１２にそれぞれ支持され
ている。

下部タイブレート１２はその間口１２ａから減速材と冷
却材としての！１能を更訂する炉水を図中矢印に示すＪ
：うに内部に導入し、各燃料棒６相互間の間隙を下から
上方へ向けて胃流さｕｌその際に各燃料棒６から放出さ
れる熱を除去する一方で、加熱されて炉心上部へ流れ、
気液二相流となる。

そして、つＡ−タロラド７はその下端部の取入ロアａよ
り炉水を内部へ導入し、軸方向上方へ案内して排出ロア
ｂより外部へ流出させ、各燃料棒６の上端部に案内する
。ここに案内された、炉水は主として減速材として作用
し、緩やかに炉心下部からその上方へ流れ、炉心上部で
上記気液二相流と合流して混合される。なお、チャンネ
ルボックス４の外周部およびウォータクロス（図示せず
）によっても、炉水がウォータロッド７と同様に炉心上
方へ案内される。

ところで、ＢＷＲでは、原子炉出力が冷却材流量（再循
環流ｍ）と図示しない制御棒の炉心への挿脱によって制
御される。

制御棒は近年では原子炉出力制御のために使用される頻
瓜が比較的少なく、主として冷ｒＪＩ材流１１の制御に
よって出力制御が行なわれている。

これは燃料集合体１に対する熱的インバク１−を低減し
、燃料棒４の健全性を確保する上でＢＷＲ特右の優れた
制御手段であることはよく知られている。

また、チャンネルボックス４内ではボイド（気泡ンが燃
料集合体２下部へ行くほど多くなり、燃料集合体２の発
熱部上端付近ではボイド率が７０％を超えることもあり
、燃料集合体２の下端よりやや上方がボイド発生の最下
位ｈＩである。

そして、従来の燃料集合体１は、燃料棒６の健全性を確
保するために、その出力分布を、運転サイクルの初期か
ら末期まで全期間に口って軸方向になるべく−様な状態
にする必要があった。

しかし、最近では燃料棒６の燃料被覆管内面にバリア層
を設けることにより、燃料棒６の健全性を著しく向上さ
せているので、運転サイクル全期間を通して軸方向出力
分布をなるべく一定かつ平坦に保つ必要性が大幅に低下
した。

ＢＷＲＴ：は本来、炉心の上方へ行くに従ってボイド率
が高くなるので、出力分布は運転サイクル初期（以下Ｂ
ＯＣという）で燃料集合体２の上端部が抑えられる一方
、燃料集合体２の下部に歪む。

一方、運転サイクル末期（以下ＥＯＣという）では燃ｎ
集合体２の下部の核分裂性核種濃度が燃焼により減耗し
、燃料集合体２上部ではボイドにより減耗が遅れると共
にボイドによるスペクトル硬化のためにプルトニウムが
より多く蓄積され、そのために、炉心下方で出力が低下
し、燃料集合体２上端部でｎくなる挙動を示している。

（発明が解決しようとづる課題） このような本来の性質をなるべく利用するのが燃料の経
済性として優れているが、従来は燃料健全性の確保ない
し向上のために、燃料集合体２下部に、より多くの可燃
性毒物を配置したり、燃料集合体上部の燃料濃縮度を高
めるなどして対処して来た。

しかし、これらは中性子経済の悪化を招き、あるいは燃
料の燃え残りによる燃料経抗性の悪化を招いていた。

そこで本発明は上記事情を考慮してなされたもので、そ
の目的はスペクトルシフト運転を安全確実に実施し、原
子炉運転の安全性と燃料経済性を同時に向、Ｌさせるこ
とができる原子炉の運転方法を提供することにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 上記した原子炉の自然現象的な性質は再循環流量の調節
にＪ：す、相当広範囲に調節されるものであり、ＢＯＣ
では炉心のより下方でボイドが発生するため、冷却材の
圧力損失が高くなり、その結束、冷却材炉心流量が低下
しやすくなり、　ｔｊ、ＥＯＣでは丁度、これど多よ逆
の挙動を示す。

ところで、ＢＯＣで減速材として機能する水の密度を低
下させ、中性子スペクトルを硬化させ、それによってプ
ルトニウム生成を助長して蓄積し、このプルトニウムを
ＥＯＣで減速材（水）の密度を上昇させることにより、
核分裂を起させることができれば、核燃料の有効利用が
図れることはよく知られており、これを実論する手段と
して、ＢＷＲでは冷却材流量制御法がある。

これはＢＯＣで冷却材炉心流量を下げることにより、燃
料集合体の下部で高出力とηる一方、燃料集合体の上部
でボイド割合を高くして、プルトニウムを生ノ戊蓄Ｊｔ
’ｉｌるものである。

また、ＥＯＣでは炉心流量を増大させることにより、燃
料集合体２の上部で高出力とし、ＢＯＣで蓄積されたプ
ルトニウムと残存ウランを燃焼させる。このような運転
方法はスペクトルシフト運転法と言われている。

ＢＷＲのＢＯＣではウォータロッド７をボイド捧として
、すなわちウォータロッド７から水を排除するボイド棒
とし、また、ＥＯＣではウォータロッド７として利用で
きればスペクトルシフト運転はより効果的となり、燃料
の経済性を大幅に向上させることができる。このような
特性は加圧水型原子炉（ＰＷＲ）においても全く同様で
ある。

そこで本発明は、炉心に装荷される複数の燃料集合体の
減速材案内部材の下部に、放射線を吸収して発熱する発
熱体により炉水を加熱してボイドを発生させることによ
り炉水の流路抵抗を制御する流路抵抗体を設け、上記炉
心の下方から制御棒を挿脱させる原子炉の運転方法にお
いて、原子炉運転サイクルの末期にて、これまで全引抜
もしくはほぼ全引抜状態にあるＩＩＪ　ＩＩＪ捧を、そ
の先端が上記発熱体のほぼ上端に相当する位置に到達す
るまで挿入し、上記減速材案内部材内のボイド率を低下
させることを特徴とする。

（作用） 運転サイクル初期では冷却材の炉心流量が比較的小さく
、炉心のボイドが多いので、出力分布はボトムピークと
なっており、そのピーク領域に発熱体が位置するので１
発熱体により加熱される炉水から発生するボイドの発生
率が向上し、流路抵抗体により減速材案内部材の流路抵
抗が、燃料棒周りの流路抵抗に比して高められ、両者の
流路抵抗差が増大している。

このために、減速材案内部材の排出口により燃料集合体
の下部に案内される減速材の流通が低下し、燃料集合体
の上端から下部までのボイド率が高められ、スペクトル
硬化のためにプル１−ニウムが燃料集合体の上端から中
間部ないし下部までに多く生成、蓄積される。

一方、運転リイクル末期（ＥＯＣ）では冷却材の炉心流
量が運転サイクル初期のときよりも増大され、炉心のボ
イドが低減されるので、出力分布はトップピークとなっ
ており、発熱体を有する流路抵抗体による減速材案内部
材の流路抵抗が、低減され、運転サイクル初期に蓄積さ
れたプルトニウムを燃焼する。

すなわち、ＥＯＣでは炉心流量を一定まで増大し、トッ
プビーク運転に移行した後、これまで、はぼ完全に引抜
かれた状態の全引抜の制御棒を１本ずつないし所定の少
数本ずつ制御棒先端が発熱体のほぼ上端に相当する位置
に到達するまで、少しだけ炉心に下方から浅挿入する。

すると、中性子束が低下し、核分裂率が低下するので、
核分裂と同時に放出される即発ガンマ線間率も低下する
。

したがって、発熱体に吸収される中性子量率およびガン
マ線量率も低下する。その結果、発熱体の発熱量が抑え
られ、発熱体におけるボイド発生ハ１が抑制され、流路
抵抗体の抵抗が減少する。

その結果、減速材案内部材内からボイドが排出され、イ
の内部は非沸騰水で満たされる。

このように減速材案内部材内部のボイドがら非沸膣水へ
の移行は、制御棒をとり囲む４体の燃料集合体のみが進
行するので、炉心仝休に及ばず反応度の上昇は微小なも
のであり、極めて安全にスペクトルシフト運転を続ける
ことができる。

次に、このようにして全燃料集合体に対する非情ｉｌｌ
水への移行がし終了した後は、炉心流量を最終目的の近
傍またはやや下まで増大させ、トップピーク運転を確実
なものとする。

しかる優に、制御棒を必要に応じて引抜いて行く。出力
分布は既にトップビーク状態が確立されており、ｆｔＩ
ＩＪ御棒先端近傍の出力は既に下がっているため、制御
棒引扱きによる出力分布の変化の程度は小さく、しかも
燃料へのインパクトも殆ど発生しない。

本発明はこのように、再循環流間の制御と制御棒の短い
ストロークのｕ脱により、スペクトルシフト運転を安全
確実に行なうことができる。

（実施例） 以下本発明の一実施例について図面を参照して説明する
。

本発明はスペクトルシフト運転に好適な減速材案内ｉＩ
４を右する燃料集合体を炉心に装荷する原子炉に適用さ
れるものであり、まず、その減速材案内部材を説明する
。

第１図は減速材案内部材であるウォータロッド１１の一
例の縦所面図であり、これは、例えば正方格子状に配列
された複数本の燃料棒の中央部に配置されて、これら燃
料棒と共に燃料スペーサにより束状に結束され、炉水を
減速材として燃料捧周りに案内する減速材案内部材に構
成されており、燃料棒右効艮全長とほぼ等しいか、やや
短かい軸長を有する。

つＡ−タロラド１１は外管１２内に内管１３を同軸状に
収容して２重管に構成し、外管１２と内管１３との間に
環状流路１４を形成している。

また、内管１３の図中上端には軸直角方向（幅方向）に
貫通する横孔１３ａを複数穿設して、環状流路１４の上
端部と幅方向に連通させる一方、内管１３の図中下端を
下部タイブレート１５の上面上における嵌通孔１５ａの
外周部上に載置している。

また、内管１３の下端部内には両端間口の短軸管１６を
内嵌固着し、この短軸管１６の開口上端には流路抵抗体
１７を内嵌固着する一方、その１ｍ口下端を下部タイブ
レート１５の若干下方まで延出させて取入口１６ａを形
成している。

一方、内管１３の外周には軸方向に所要の間隔をおいて
例えば環状で上下一対の内管保持用スペーサ１８．１８
を外嵌固着し、これら内管保持用スペーサ１８．１８の
外周と外管１２内周面に固着して内管１３を外管１２に
支持させており、各内管保持用スペーサ１８．１８には
炉水を通水させる通水孔１８ａ、１８ａを軸方向に穿設
している。

外管１２の閉塞底部の外周面には、この外管１２の外周
面を図示しない複数の燃料棒と共に径方向に束状に結束
する所要の燃料スベー＃ｊ１９のやや上方にて、図中外
側斜め上方に６１１０ηる排出口１２ａを例えば径方向
対称位置にて穿設しており、これら排出口１２ａは例え
ば燃料棒有効発熱部下端より１／４〜１／８Ｌ程度の置
所に位置している。

上記流路抵抗体１７は燃料棒有効発熱部下端から例えば
約３０〜９０α程度上方の出力分布のボトムビーク部な
いし、やや下端側に対応する部分であって、燃料スペー
サ１９と下部タイブレート１５との間に位置し、軸方向
に通水孔１７ａを貫通ざぜている。

なお、燃料スペーサ１９は排出口１２ａからの減速材排
出をより効果的かつ確実化する為に上述の配置としたが
、設計条件によっては燃料スペーサ１９と排出口１２ａ
との位置関係を変えてもよい。

流路抵抗体１７は通水孔１７ａ周りに放射線吸収発熱体
１７ｂを内蔵しており、ＢＯＣ（運転サイクル初期）等
のボトムピーク時に発熱する放射線吸収発熱体１７ｂの
発熱により通水孔１７ａを通水プる炉水を加熱してボイ
ド（気泡）を発生させ、このボイドにより流路抵抗体１
７の通水孔１７ａの流路を調節して、通水孔１７ａの流
路抵抗を制御するようになっている。

上記放射線吸収発熱体１７ｂの一例としては、中性子を
吸収して発熱する天然ウラン、微濃縮ウラン、減損ウラ
ン等がある。

その本質的な理由は全運転サイクを通じて残存ウランと
生成蓄積したプルトニウムの核分裂性核種の合計が余り
変化しないからである。

これが全サイクルを通じて変化すると、運転サイクルに
よって、また、運転サイクルの時期によって同一中性子
（γ線）レベルでもボイド率が変わるので、炉心運転特
性の変化に対して十分な対応を考慮する必要が生じるた
めである。

また、伯の放射線吸収発熱体１７ｂとしては中性子吸収
材であるボロンカーバイド（８４Ｃ）、ハフニウム（Ｈ
ｆ）、酸化ユーロビＣクム（Ｅｕ２０３）等があり、こ
れらは中性子を吸収して発熱する。

さらに、他の放射線吸収発熱体としてはγ線吸収体があ
る。中性子束が高ければ核分裂等に伴う即発ガンマ線が
比例的に高くなるので、そのγ線を吸収して発熱させて
もよい。そのような物質としては、核外電子の多い（し
たがって原子番号の大きい）元素が優れている。

但し、融点が低いもの、高い放射能を帯び易いものは避
けるべきである。上述のＨｆ、ＨｆＯ２等はγ線吸収体
としても優れている。ウォータロッド１１と同一材質の
ジルカロイ、あるいはＨｆを少吊含むＺｒ−１−（ｆ合
金などは原子炉での使用実績が充分あり、実用１優れて
いる。

上記の例は外部から照射されたγ線を吸収する場合につ
いて記したが、中性子を吸収して発熱するものであって
もよい。この場合はあまり原子番号が大きくなく、鉄に
近いものがよい。しかし中性子吸収断面積が著るしく小
さければ役に立たない。上述のＨｆ、ＨｆＯ２はこれら
の点でも優れている。

なお、第１図（Ａ）中、符号２１は外管１２の開口上端
を閉塞する上部端栓である。

次に、このように構成されたウォータロッド１１を組み
込む燃料集合体を例えば８　Ｗ　Ｒ，型原子炉の炉心に
装荷した場合の作用について説明する。

なお、このＢＷＲ型原子炉は炉心反応度をゐり御する制
御棒３（第８図および第９図参照）が炉心下方より挿脱
されるようになっている。

ＢＷＲ型原子炉の炉心に装荷された燃料集合体の軸方向
出力分布は第２図（Ａ）に示すように分布し、その出力
ピークは、ＢＯＣでは燃料集合体の右動発熱部下端（以
下、燃料集合体の下端という）から１／４Ｌ付近までの
下部にあるが、運転サイクル中期（以下ＭＯＣという）
からＥＯＣへ進行するに従って燃料集合体の上部へと次
第に移行して行く。実際には制御棒操作も行なわれる為
、この説明から、いくらかずれるが、ＥＯＣでトップピ
ークとするのが好適であるのに変りはない。

このように軸方向出力分布の主たる原因は第２図（Ｂ）
で示すボイド率分布変化に起因し、燃料集合体の下端か
らほぼ３／４−Ｌ付近までのボ２イド率が１３０Ｃから
ＭＯＣ，ＥＯＣへと進行するに従って順次低下する。こ
れは一般に炉水の炉心流ｆＱがＢＯＣで最小であり、Ｍ
ＯＣ，ＥＯＣへと順次進行するに従って増大し、冷ｆＪ
Ｉ水流へｌの増大に伴い、ボイドを炉心上部へ押し上げ
るためである。

したがって、ＢＯＣでは炉心流量が他の運転ナイクルの
ときに比して比較的少ないが、炉心部の軸方向出力分布
が第２図（Ａ）に示すように炉心下部で高出力であり、
中性子束、γ線も増大するボトムピークを示している。

このために、中性子束、γ線等を吸収等しだ流路抵抗体
１７の放射線吸収発熱体はその発熱量を増大させている
。

そこで、下部タイブレート１５の下方の高圧炉水がウォ
ータロッド１１の内管１３の取入口１Ｇよりその内部へ
取り入れられて、図中矢印に示すように昇流し、流路抵
抗体１７の通水孔１７ａを通水すると、上記したように
ボトムビークにより既に発熱量を増大させている放射線
吸収発熱体１７ｂにより炉水が加熱させてボイドをより
多く発生させ、ボイド率を高める。

この通水孔１７ａでボイド率が高まると、そのボイドに
より通水路が狭溢化されるので、ここでの流路抵抗が増
大し、炉水の液相が減少する。

この液相を減少させてボイド率を高めた炉水は、さらに
上方へ昇流して上部端栓２１の内端に衝突して径方向に
拡散し、各横孔１３ａを通って環状流路１４の上端部に
到達して、さらに内管１３の炉水圧により環状流路１４
を下向きに転流して降下し、外管１２底部の排出口１２
ａの内側に到達する。

この排出口１２ａの内側に到達した炉水の流速は内管１
３の取入口１６ａから環状流路１４へ転流し、ここをさ
らに降下して艮い流路を流れる間に、その流路抵抗によ
り減速されているので、この排出口１２ａの外側を昇流
している炉水の流速に比して低速である。

このために、排出口１２ａの外側の静圧の方がその内側
の静圧よりも低い差圧が形成され、その差圧により排出
口１２ａの内側の炉水が外側へ強制的に、連れ出され、
排出される。

したがって、ＢＯＣではウォータロッド１１の排出口１
２ａから燃料棒下部周りへ案内される減速材の炉水の液
相が低減するので、炉水による中性子減速効果が低減し
、燃料棒にはプルトニウムが炉水の減少分だけ、より多
く、生成蓄積される。

よたウォータロッド１１の排出口１２ａは燃料集合体の
下端から１／４〜１／８Ｌ付近ないし、やや下端側付近
で開口しているので、この１／４〜１／８Ｌないし、や
や下端側から上端までの間にて燃料棒内にプルトニウム
の生成蓄積が行なわれるので、プルトニウムの生成蓄積
ｈ）の増大を図ることができる。

一方、ＥＯＣでは炉水の炉心流量がＢＯＣのときよりも
増大される反面、炉心の軸方向出力分布がボトムビーク
に代わってトップビークに移行でる。

このために、ウォータロッド１１の流路抵抗体１７の放
射線吸収発熱体１７ｂの発熱量が減少している。　した
がって、内管１３の取入口１６ａよりその内部へ取り入
れられた高圧炉水が流路抵抗体１７の通水孔１７ａを通
水する際に、放射線吸収発熱体１７ｂにより加熱されて
ボイドを発生さＵるボイド発生率を低下させる。

そして、ボイドを減少させる一方で液相を増大させた炉
水に上記したように内管１３内を昇流してから、環状流
路を流下して排出口１２ａの内側に到達する。

一方、排出口１２ａの外側を昇流する炉水は炉心流量の
増大に伴なってＢＯＣのときよりも一段と流速を高めて
いるので、その分、排出口１２ａの内外の差圧がＢＯＣ
のときよりも一段と増大する。このために、排出口１２
ａの内側から外側へ強制的に連れ出される炉水の流噴も
一段と増大する。

したがって、ＥＯＣではウォータロッド１１の排出口１
２ａから燃料棒下部周りへ案内される炉水の液相が増大
するので、炉水による中性子減速効果が増大し、ＢＯＣ
で燃料棒内に生成蓄積したプルトニウムを燃焼させるこ
とができ、その燃焼弁だけ燃焼期間の延長を図ることが
できるので、燃料ＩＩ汎性の向上を図ることができる。

また、ウォータロッド１１の排出口１２ａが燃料スペー
サ１９より下流側で開口しているので、このスペーサ１
９の下流側における圧力損失により、排出口１２ａの外
側の炉水圧がさらに低下し、排出口１２ａの内外の差圧
の増大を図ることができ、その内側から外側へ連れ出す
炉水の流串の増大を図ることができる。

なお、ウォータロッド１１の排出口１２ａの開口位置を
取入口１６ａの近傍まで、下げてもよく、これによれば
排出口１２ａの開口位置を下げる分だ１」、燃料棒内の
プルトニウム生成蓄積領域の拡大を図ることができ、燃
料経済性の向上を図ることができる。

しかしながら、［ＥＯＣでか心ｍｆｆ１を増大させ、出
力ビークを炉心上部へ移行させる運転を続けて行くと、
やがて炉心全体が急にトップビークとなり、大きな反応
瓜が印加されるおそれがあり、原子炉安全運転に支障を
来りことが考えられる。

そこで本発明はこのような事態に陥るのを防止し、安全
確実に、しかも、ｔｌやかにトップビークを形成させる
ように原子炉を運転する。。

！Ｖなわら、本発明の一実施例は、原子炉運転のＥＯＣ
に移行づ−る前の段階で、既に完全に引扱かれている全
引抜の制御棒、あるいはほぼ完全に引扱かれている全引
抜状態の制御棒を若干、例えば１５ｃｍ〜６０　ｃｍ程
度だけ炉心に挿入する、いわゆる浅挿入（シャロー挿入
）を行なう。

このために、制御棒の先端がウォータロッド１１の放射
線吸収発熱体１７ａのほぼ先端高さまで挿入され、発熱
体１７ａへ照射される放射線が低減する。

したがって、発熱体１７ａの発熱量が低下し、ここでの
ボイドの発生４が抑制されるので、流路抵抗体１７の流
路抵抗が低減する。

その結果、ウォータロッド１１内は非沸騰水により満た
され、この非沸騰水が当該ウォータロッド１１周りの燃
料棒２の上部に排出される。

この現象は通常、浅挿入した制御棒周りの４体の燃料集
合体内でしか生じない。

このために、ウォータロッド１１内の炉水がボイドから
非沸騰水へ移行することにより生ずる反応度上昇は掻く
僅かな程度に抑制される。

すなわち、このような制御棒挿入操作を炉心全体に続け
て行くことにより緩やかに、しかも５１両的にボイドか
ら非沸騰水への移行、つまり、スペクトルシフト操作を
安全に行なうことができる。

このようなスペクトルシフト操作の前後の原子炉出力分
布を第３図（Ａ）、（Ｂ）に示す。

第３図（Ａ）の実曲線ＡはＥＯＣを迎える前の全引抜な
いし全引抜状態の制御棒の浅挿入前の出力分布を示し、
同（Ｂ）の実曲線Ｂは当該制御棒浅挿入によるスペクト
ルシフト操作を行なった直後の出力分布例を示している
。

第３図（Ｂ）の実曲線Ｂに示すように制御棒挿入により
ウォータロッド１１の発熱体１７ｂ周りの出力が制御棒
挿入前（スペクトルシフ１〜操作前）の出力分布を示す
破線に比して局所的に低下する。

したがって、発熱体１７ｂの発熱量も大幅に低下し、そ
のために、流路抵抗体１７の抵抗が低減するので、ウォ
ータロッド１１内の炉水はボイドから非情；辰水に移行
し、スペクトルシフトが行なわれる。

このスペクトルシフ１へが炉心全体で終了した後は、そ
のまま運転を暫く続け、炉心がほぼトップピーク状態に
定石した後に、必要に応じて再び挿入した制御棒を全引
抜状態に引扱く。

これにより、ＢＯＣで生成、蓄積、されたプルトニウム
および残存燃料を十分に燃焼させてＥｏＣを終了する。

なお、炉心がほぼ完全にトップピーク状態に定着でる前
に制御棒を引扱くと、トップピークの出力分布がずれる
ことも考えられるので、本実施例の方法が好都合である
。

なお、本発明に係る原子炉の運転方法の一実施例が適用
される燃料集合体のウォータロッド１１およびその流路
抵抗体１７は上記−例に限定されるものではなく、以下
のものでもよい。

例えば流路抵抗体１７を第４図（Ａ）（Ｂ）もしくは第
５図（Δ）（Ｂ）（Ｃ）に示すように構成してもよい。

すなわち、流路抵抗体１７は第３図（Ａ）の平面図、（
［３）の縦断面図に示すように、放射線を吸収して発熱
する素材よりなる円柱体の本体３０にその軸方向に通水
孔１７ａである複数の貫通孔３１を穿設し、これら貫通
孔３１を通水する炉水のボイドの多少に応じてその流路
抵抗を連続的に制御するように構成されている。

貫通孔３１は第４図（Ａ）の平面図に示ずように直径を
異にする複数のリング状貴通孔３１ａを同心円状に配設
してもよい。また、本体３０の図中上端部と下端部との
外周には外向きのフランジ３２ａ、３２ｂを突設し、こ
のフランジ３２ａ。

３２ｂの各外周をウォータロッド１１の取付内周面に固
着している。

このために、本体３０とウォータロッド１１の取付内周
面との間に間隙が形成され、この間隙が発熱Ｊる本体３
０の断熱層として作用するようになっている。

さらに、第５図（Ｂ）、（Ｃ）には他の流路抵抗体４２
．４３をそれぞれ示しており、前古４２は両端間口で細
径の螺旋管４２の開口下端をウォータロッド１７の取入
口１６　ａ　ｍｒｌに向けて固着している。

したがって、細径の螺旋管４２の流路抵抗は通水する炉
水のボイド率の高い程流路抵抗を連続的に増大せしめ、
ボイド率の低減に応じて流路抵抗を連続的に低減せしめ
ることができる。

また、後者の流路抵抗体４３は有蓋円筒体の底部間口喘
をウォータロッド１１の取入口１６ａ側に向けて同軸状
に開口させて固定し、取入口１６ａから取水した炉水を
下向に転流させ、その下方へ流出させることにより、取
水したか水のボイド率が高いときに流路抵抗を高め、ボ
イド率の低減と共に、流路抵抗を連続的に低減するよう
に制御しようとするものである。

第４図および第５図では、４種類の流路抵抗体について
説明したが、他にもいろいろ考えられる。

例えばウォータロッド１１の外、内管１２．１３の内面
を粗面にしたり、スロート状としても効果を奏する。

さらに、第１図（Ｂ）は第１図（Ａ）の他の変形例を示
しており、これは内ｔＪ　１３　ＩＩの下半部、例えば
内管１３ｆｆｌの有効長りの１／２より下方までの直径
（幅）を所要径（幅）に縮少する細径部１３Ｚを設け、
必要に応じて外管１２の下部を内管１３ｆｆの細径１１
３Ｚに応じて縮少するものであり、これ以外は上記第１
図（Ａ）で示す実施例と同様の構成であるので、第１図
（Ｂ）中、第１図（Ａ）と共通する部分には同一符号を
付して、その重複した部分の説明を省略する。

このように内管１３１１の下半部を細径化しすると、こ
の内管１３ＩＩの細径部１３Ｚの径（幅）と燃料棒の径
との差が下部タイブレート１５付近で縮少し、両名の耐
震上の応力のアンバランスを低減することができ、燃料
集合体としての機械的強度の増強を図ることができる。

また、内管１３ＩＩの１８径部１３Ｚの細径化により、
その構成素材のシルカロイの物ｍの低減を図ることがで
きると共に、この内管１３１１の中性子吸収量を低減し
て中性子経済の向上を図ることができる。

さらに、内管１３Ｉ［の細径部１３ｚ周りに、その細径
Ｉ＄　１３２長さにほぼ匹敵する短尺型燃料棒（図示せ
ず）を配設することができるので、燃料の増大を図るこ
とができる。

そして、上記ウォータロッド１１の他の構成例としては
第６図（Ｂ）に示すように構成されたものがある。

このウォータロッド５０は第６図（Ｂ）の要部縦断面図
に示すように構成され、これは第６図（△）に示すよう
にＢＯＣでは炉心の軸方向出力分布が炉心下部で高くな
り、かつ、中性子束とガンマ線束（即発ガンマ線）が高
くなるというボトムビークを示し、ＥＯＣではその逆の
トップビークを示ずという特性を利用したものである。

すなわち、ウォータロッド５０はその内部に、主取入口
５１の近傍にて縦断面が逆円錐台状の中空同体でｎ時自
在のＲ降弁５２を収容し、このＲ降弁５２の下底部は第
６図（Ｃ）の部分拡大図に示すように界降棒５３を介し
てコイル状のバイメタルスプリング５４に支持されてい
る。

昇降弁５２はその下底部に複数の小孔５２ａを軸方向に
穿設して、間口上端よりか水を排水し、バイメタルスプ
リング５４の伸縮に応じて上下方向に昇隣し、バイメタ
ルスプリング５４は所要の設定温度を超えて昇温したと
ぎに収縮して、昇降弁５２を下方に降下させ、昇降弁５
２の大径上端部外周面と主取入口５１との間隙である炉
水の流路を狭隘化して、その流路抵抗を連続的に増大せ
しめるようになっている。

また、バイメタルスプリング５４の温度が設定温度以下
のときにバイメタルスプリング５４が伸展して昇降弁５
２が上界し、その縮径下端部外周面が主取入口５１の内
側に対向し、その対向間隙の流路を拡張し、その流路抵
抗を連続的に低減せしめるようになっている。

上記バイメタルスプリング５４の外周のボトムビーク周
辺には放射線吸収発熱体５５を内蔵する加熱リング５６
が遊びを持って外嵌されて、ウォータロッド５０の下部
内周に固着され、上端部外周には第６図（Ｂ）に示すよ
うに横孔の補助取入口５７が開口されている。なお、第
６図（［３）中符号５８は炉水の排出１］である。

第７図はさらに伯のウォータロッド６ｏの要部縦断面を
示しており、このつ４−タロラド６０は、ジルコニウム
合金製の外管６１内にジルコニウム製の内管６２を同軸
状に収容して２市管に構成し、外、内管６１．６２の間
に内管６２の内の流路よりも狭隘な環状流路を形成して
いる。

内管６２はその外周にリング状のオリフィス板６３を上
下方向に所要の間隔をおいてそれぞれ外嵌固着し、各オ
リフィス板６３にはボイドに対してはｎ抵抗で、液相に
対しては低抵抗の孔径を有するオリフィス孔６３ａを周
方向に所要のピッチで穿設している。

内管６２の縮径間口下９２６２　ａより上方でボトムピ
ークに対応する部分、例えばその縮径間口下端６２ａか
ら３０〜６０　ｃｒｔｒ付近には発熱体６４を配設して
いる。

この発熱体１０３は例えばジルカロイ製の内管６２の下
端部を厚肉に形成してなり、中性子、ガンマ線等を吸収
して発熱するものであり、その外局面には軸方向に段溝
を繰り返す波形を形成して、外表面の面積拡大を図って
いる。

内管６２の上端部内には閉塞上端に穿設された複数の小
孔６２ｂの近傍にて流路抵抗体１７（第１図参照）を内
嵌固着し、この流路抵抗体１７の下面側（上流側）にボ
イドを溜めて、そのボイドの多少に応じて流路抵抗体１
７の流路抵抗を連続的に制御するようになっている。

一方、外管６１はその上端に固着した上部端栓６５に排
出路６６と排出孔６７とを穿設して、外管６．１の上端
部内と外部とを連通させ、上部端栓６５の内端面には排
出路６６の内側開口端の両側にて内方へ突出する突起６
８．６８を複数個ないしリング状に突設している。

また、外管６１はその下端に、下部端栓６９を固着する
と共に、その下端部外周面に取入ロア０を開口させてい
る。

（発明の効果） 以上説明したように本発明は、流量制御と制御棒操作に
より減速材案内部材内をＢＯｌよびＭＯＣではボイドと
し、ＥＯＣを迎えるに際しては計画的かつ安全確実に非
沸騰減速材で満たすことができる。

その結果、ＢＯＣからＭＯＣでより多く蓄積さけたプル
トニウムをＥＯＣで効果的に燃焼させることができるの
で、燃料経済性を向上させることができる。

しかも、ＥＯＣを迎えるに際しては全引抜等の制御棒を
浅挿入するので、減速材案内部材内の発熱体の発熱量を
抑えて、炉心のトップビークを安全確実に、かつ緩やか
に確立させることができ、原子炉運転の安全性の向上を
図ることがぐきる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）、（Ｂ）は本発明に係る原子炉の運転方法
の一実施例が適用される原子炉の炉心に装荷される燃料
集合体のウォータロッドのＩＩｌ断面図、第２図（Ａ）
、（Ｂ）は一般的な燃料集合体の軸方向出力分布と、ボ
イド率分布をそれぞれ示すグラフ、第３図（Ａ）、（Ｂ
）は本発明の一実施例の実行面接の出力分布をそれぞれ
示すグラフ、第４図（Ａ）は第１図で示す流路抵抗体の
一例の平面図、第４図（Ｂ）は第４図（Ａ＞の縦断面図
、第５図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は第４図で示す流路抵
抗体の他の例をそれぞれ示す図、第６図（Ａ）ハＢ　Ｏ
ＣおよびＥＯＣの出力分布を示すグラフ、第６図（Ｂ）
は他のウォータロッドの縦断面図、第６図（Ｃ）は同（
Ｂ）の部分拡大図、第７図はさらに他のウォータロッド
の縦断面図、第８図ｔよ一般的なりＷＲ型原子炉の炉心
の平面図、第９図は第８図で示す燃料セルの１つを示す
部分拡大図、第１０図は第８図で示す燃料セルに組み込
まれる燃料集合体の縦断面図である。 １１．５０．６０・・・ウォータロッド（減速材案内部
材）、１２．６１・・・外管、１２ａ・・・排出口、１
３．１３１１，６２・・・内管、１７・・・流路抵抗体
。 嬉１図 ０　　　１／４Ｌ　　　２／４Ｌ　　　３／４Ｌ　　　
　Ｌ第２図 （Ａ）　　　　　　　　　　　　（Ｂ）第３図 ±ｎ （Ａ）　　　　　　　（Ｂ） 第６図 （Ｃ） 第７図 蟇８図 第９図 第１０図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　炉心に装荷される複数の燃料集合体の減速材案内部材
   の下部に、放射線を吸収して発熱する発熱体により炉水
   を加熱してボイドを発生させることにより炉水の流路抵
   抗を制御する流路抵抗体を設け、上記炉心の下方から制
   御棒を挿脱させる原子炉の運転方法において、原子炉運
   転サイクルの末期にて、これまで全引抜もしくはほぼ全
   引抜状態にある制御棒を、その先端が上記発熱体のほぼ
   上端に相当する位置に到達するまで挿入し、上記減速材
   案内部材内のボイド率を低下させることを特徴とする原
   子炉の運転方法。