JPH0250437B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、高速増殖炉の炉心に係り、特に、倍
増時間を短くできる軸方向非均質炉心を有する高
速増殖炉の炉心に関するものである。 高速増殖炉は、炉心内の核分裂性物質の核分裂
によつて発生する高速中性子を燃料親物質に吸収
させ、これにより新しい核分裂性物質を炉心内に
生産するものである。すなわち、高速増殖炉は、
核分裂性物質を核分裂によつて消費する速さより
も新しい核分裂性物質を生産する速さのほうが大
きい。この新しい核分裂性物質の生産、すなわ
ち、増殖によつて、核燃料を有効に利用すること
ができる。 高速増殖炉の炉心は、一般に柱状に形成され、
核分裂性物質が存在する炉心領域の外側を取囲ん
で主として燃料親物質からなるブランケツト領域
とから形成されている。ブランケツト領域は、炉
心領域の外周を取囲む半径方向ブランケツト領域
と炉心領域の軸方向の両端に位置している軸方向
ブランケツト領域とを有している。炉心領域に存
在する核分裂性物質は主にプルトニウム−239で
あり、ブランケツト領域に存在する燃料親物質は
主にウラン−238である。ウラン−238は、プルト
ニウム−239の核分裂によつて発生する高速中性
子を吸収してプルトニウム−239に変化する。 一般的な高速増殖炉の炉心としては、均質炉心
と呼ばれて炉心領域を同心状に内側炉心領域と外
側炉心領域に分割したものがある。このように炉
心領域を分割した場合、核分裂性物質の富化度
（核分裂性物質の量／（核分裂性物質の量＋燃料
親物質の量））は、外側の炉心領域ほど高くなつ
ている。 厚みが一定で偏平な柱状の内部ブランケツト領
域を高速増殖炉の炉心領域の軸方向の中心部に配
置したパフエー炉心が提案されている（G.A.
DUCAT et al.、“Evaluation of the parfait
Blanket Concept for Fast Breeder
Reactors”、COO−2250−５、MITNE−157、
Massachusetts Institute of Technology、
January 1974）。 また、パフエー炉心と同様に内部ブランケツト
領域を炉心領域の軸方向の中心部に配置し、内部
ブランケツト領域の周辺部の軸方向の厚みを内部
ブランケツト領域の中心部での軸方向の厚みより
も薄くした高速増殖炉の炉心が、提案されている
（K.Inoue et al.、“Ａ Fast Breeder Core
With Internal Blanket”、American Nuclear
Society Transactions、Vol.33、p862〜863、
1979）。この炉心の内部ブランケツト領域の外面
は、半径方向ブランケツト領域の内面に接してい
る。 本発明の目的は、炉心の出力分布を平坦化する
とともに倍増時間を短縮できる高速増殖炉の炉心
を提供することにある。 本発明の特徴は、内部ブランケツト領域の軸方
向の厚みを内部ブランケツト領域の中央部分で厚
くするとともに内部ブランケツト領域の周辺部分
で薄くし、内部ブランケツト領域の周辺部分の最
外周端より外側に炉心領域を備えさせたことにあ
る。 本発明は、すでに提案されている種々の高速増
殖炉の炉心の特性を検討した結果に基づいてなさ
れたものである。 高速増殖炉の従来の均質炉心を第１図および第
２図に示す。炉心領域は内側と外側の二領域に分
割され、外側炉心領域２が六角柱状の内側炉心領
域１の周囲を取囲んでいる。半径方向ブランケツ
ト領域３が、外側炉心領域２の外側を取囲んでい
る。軸方向ブランケツト領域４Ａおよび４Ｂが、
炉心領域の上部および下部にそれぞれ配置され
る。炉心領域に装荷される燃料集合体５Ａおよび
５Ｂは、両端部に軸方向ブランケツト領域４Ａお
よび４Ｂを形成する天然ウランまたは劣化ウラン
が充填されている。燃料集合体５Ｂ（外側炉心領
域）のプルトニウム−239の富化度は、燃料集合
体５Ａ（内側炉心領域）のそれよりも大きい。半
径方向ブランケツト領域３に装荷される燃料集合
体６は、全長に天然ウランまたは劣化ウランが充
填される。７は、制御棒である。 このような均質炉心は制御棒によつて制御でき
る反応度に比べて燃焼による炉心領域の反応度低
下が比較的大きいので、燃料集合体の燃焼期間が
抑えられる。このため、炉心領域の燃料集合体
は、ほぼ１年毎に数分の１ずつ交換しなければな
らない。燃焼期間を延ばすために、炉心領域にお
ける初期の余剰反応度を大きくした場合には、こ
の余剰反応度をも制御する必要が生じ、制御棒価
値の大きな制御棒を炉心に挿入しなければならな
い。このような制御棒の挿入は、第３図に示すよ
うに炉心領域の半径方向の出力分布（軸方向積分
出力）が大きく歪むことによる。第３図で実線は
燃焼サイクル初期（以下BOCという）の出力分
布、破線は燃焼サイクル末期（以下EOCという）
の出力分布である。なお第３図の出力分布は第１
図でH₁＝170cm、H₂＝100cm、D₁＝405cm、D₂＝
325cmおよびd₃＝243cmの炉心に対するものであ
る。 第４図は、軸方向非均質炉心の一種であるパフ
エー炉心の構造を示している。半径方向ブランケ
ツト領域３および軸方向ブランケツト領域４Ａお
よび４Ｂからなる外部ブランケツト領域に取囲れ
た炉心領域８は、プルトニウム−239の富化度が
一種類の領域である。天然ウランまたは劣化ウラ
ンからなる内部ブランケツト領域９が、炉心領域
８の軸方向の中央に配置される。H₁、H₂、D₁お
よびD₂の寸法は、前述した均質炉心の寸法と同
じである。なお、内部ブランケツト領域９は、d₄
＝229cmおよびH₃＝25cmの偏平な六角柱であり、
炉心領域８と同心に配置される。パフエー炉心の
プルトニウム−239の富化度は、内部ブランケツ
ト領域９が存在するので、均質炉心よりも大き
い。 このようなパフエー炉心では、内部ブランケツ
ト領域９が存在するので、炉心領域８の平均中性
子エネルギーが高くなる。このため、炉心領域８
では、プルトニウム−239の核分裂反応に対する
プルトニウム−239の中性子捕獲反応の割合が減
少し、１個の中性子の捕獲に対する中性子の発生
数が大きくなる。一方、内部ブランケツト領域９
では、炉心領域８に比べると燃料親物質（主にウ
ラン−238）の原子数密度が高く、しかも中性子
の平均エネルギーが低い。これは、燃料親物質の
核分裂反応率の減少と燃料親物質の中性子捕獲反
応率の増大につながる。このため、パフエー炉心
は、均質炉心に比べて増殖率が増大し倍増時間が
短縮される。前述した寸法のパフエー炉心の半径
方向の出力分布（軸方向積分出力）を第５図に示
す。パフエー炉心の出力分布の平坦化は、第１図
の均質炉心と同程度である。 しかし、パフエー炉心は、燃焼の間（BOCと
EOCの間）に大きな出力のスウングを生じる。
すなわち、高速増殖炉の運転が経過するに伴つて
内部ブランケツト領域９内のプルトニウム−239
が増大するので、炉心領域８の中央の出力分布は
著しく上昇する。一方、内部ブランケツト領域９
と半径方向ブランケツト領域３とに挾れている炉
心領域８の部分では、高速増殖炉の運転が経過す
るに伴つて出力が著しく低下する。これは、上記
の炉心領域８の部分のプルトニウム−239が消費
されることによる。 第６図に示す高速増殖炉の炉心は、American
Nuclear Society transactions、Vol.33、p862〜
863に示された炉心である。本炉心は、外部ブラ
ンケツト領域にて取囲れる炉心領域１０の軸方向
の中心位置に内部ブランケツト領域１１を配置し
ている。内部ブランケツト領域１１の外周面は、
軸方向ブランケツト領域３の内周面に接してい
る。また、内部ブランケツト領域１１の周辺部
（D₂−d₅）における軸方向の厚みH₄は、中央部の
d₅の範囲の厚みH₃よりも薄くなつている。内部
ブランケツト領域１１の寸法は、D₂＝325cm、d₅
＝229cm、H₃＝30cmおよびH₄＝10cmである。他
のD₁、H₁およびH₂の寸法は、前述した各炉心と
同じである。 本炉心の半径方向の出力分布（軸方向積分出
力）を、第７図に示す。本炉心では、BOCと
EOCとの間における出力のスウイングが抑制で
き、しかも出力分布の平坦化もあわせて達成でき
る。出力のスウイングの抑制は、パフエー炉心の
内部ブランケツト領域９の外周部分の炉心領域８
内に軸方向ブランケツト領域３の内周面に達する
薄いブランケツト領域を配置することによつて可
能になつた。すなわち、高速増殖炉の運転の経過
とともに内部ブランケツト領域１１の厚みの薄い
部分にもプルトニウム−239が生成されるので、
炉心領域１０の周辺部の出力はパフエー炉心のよ
うに高速増殖炉の運転の経過に伴つて著しく低下
することがない。 第６図に示す炉心の炉心の倍増時間は、18.4年
である。この倍増時間は、燃料の炉外インベント
リおよび再処理損失を無視して求めたものであ
る。 増殖率とともに増殖作用の定量的な基準値であ
る倍増時間の短縮は、高速増殖炉の改良点で最も
主要なものである。増殖率が核分裂性物質の消費
量に対する新しい核分裂性物質の生成量の比率で
表わされるのに対して、倍増時間は高速増殖炉の
炉心に最初に装荷した核分裂性物質の量と同量の
それを再生産するのに要する時間である。増殖率
はできるだけ高いほうが望ましく、倍増時間は短
いほうが望まれる。 本発明者等は、出力分布の平坦化が達成できし
かも大きな出力のスウイングを抑制できる第６図
の炉心の長所を生かし、倍増時間をより短縮すべ
く種々の検討を行なつた。倍増時間は、高速増殖
炉の比出力（単位燃料装荷量当りの出力）に反比
例するので、炉心領域外周部の出力低下を抑制し
て出力分布を平坦化することによつて短縮でき
る。発明者等は、この点に注目して第６図に示す
炉心の炉心領域１０周辺部の出力低下を防止でき
る方法を検討した。最も簡単な案は、第６図の炉
心領域１０の（D₂−d₅）の範囲で外側に向う程、
プルトニウム−239の富化度を高めることである。
しかし、この案では、２種類以上のプルトニウム
−239の富化度の異なる燃料ペレツトを製作しな
ければならなく、燃料ペレツトの製造工程が複雑
になる欠点がある。しかし、出力は、プルトニウ
ム−239等の核分裂性物質の核分裂が活発な程、
すなわち、核分裂性物質の量が多い程、高くな
る。この事項に基づいて発明者等は、第６図に示
す炉心の内部ブランケツト領域１１の周辺部で外
側に向つてその厚みを減少させ、しかも内部ブラ
ンケツト領域１１の外周面を軸方向ブランケツト
領域３の内周面より内側に位置させ、さらに、そ
れらの面の間に炉心領域を介在させることによつ
て、炉心領域の厚みを外側に向う程増大させ、す
なわち、炉心領域周辺部での核分裂性物質の量を
著しく増大させることができることを発見した。
厚みの薄い内部ブランケツト領域の外周を炉心領
域にて取囲むことは、第６図の炉心の炉心領域１
０周辺部の出力低下の要因であることが判明した
炉心領域１０の外周面近傍に存在する核分裂性物
質の少ない内部ブランケツト領域１１の薄い部分
を取除くことにつながる。したがつて、炉心領域
の核分裂性物質の富化度が一種類であつても、炉
心領域の出力を増大できるのである。特に、内部
ブランケツト領域１１の薄い部分の外周面と軸方
向ブランケツト領域３との間に炉心領域を介在せ
ることが、後述するように倍増時間を著しく短縮
させることにつながるのである。 上記のような検討結果に基づいてなされた本発
明の高速増殖炉の炉心の一例を第８図および第９
図により説明する。炉心領域１２は、半径方向ブ
ランケツト領域３および軸方向ブランケツト領域
４Ａおよび４Ｂからなる外部ブランケツト領域に
よつて取囲まれている。水平方向に伸びる内部ブ
ランケツト領域１３が、炉心領域１２内でしかも
軸方向の中央に配置される。内部ブランケツト領
域１３の軸方向の厚みは、中心部よりも周辺部に
て薄くなつている。この厚みの変化は、連続的で
はなく、燃料集合体または燃料ピン毎に段階的に
生じる。内部ブランケツト領域１３は、軸方向に
偏平な柱状体で、周辺部の厚みを薄くしたもので
ある。さらに、内部ブランケツト領域１３を取囲
む環状の炉心領域１２が、内部ブランケツト領域
１３と半径方向ブランケツト領域３との間に存在
する。すなわち、内部ブランケツト領域１３の最
外周端は、炉心領域１２を介在させて半径方向ブ
ランケツト領域３と対向している。このような軸
方向非均炉心である本発明の炉心、すなわち、ハ
ンバーガ炉心は、水平方向に四つの層に分割され
る。第層は最も中央に配置され、第、およ
び層の順に第層より外側に向つて第層と同
心状に配置される。柱状の第層（d₂の範囲）
は、軸方向ブランケツト領域４Ａおよび４Ｂを形
成する第１ブランケツト領域を軸方向で上端部お
よび下端部にそれぞれ有し、各々の第１ブランケ
ツト領域の間でしかも軸方向に一対の炉心領域を
配置し、それらの炉心領域の間に水平方向に伸び
る内部ブランケツト領域１３を形成する第２ブラ
ンケツト領域を設けたものである。環状の第層
（幅（d₁−d₂）／２の環状体）は、水平方向に伸
びる内部ブランケツト領域１３を形成する第２ブ
ランケツト領域の軸方向の厚みが第層のその厚
みよりも薄くなつている点を除いて、第層の構
成と同じである。第層の第２ブランケツト領域
の外周面と第層の第２ブランケツト領域の内周
面は、隣接している。環状の第層（幅（D₂−
d₁）／２の環状体）は、第２ブランケツト領域を
有しなく、軸方向で上端部と下端部に配置された
各第１ブランケツト領域の間に、炉心領域のみを
設けたものである。最外周の環状の第層（幅
（D₁−D₂）／２の環状体）は、軸方向ブランケツ
ト領域３であり、軸方向の全長に渡つてブランケ
ツト領域が存在する。 本ハンバーガ炉心の半径方向ブランケツト領域
３、軸方向ブランケツト領域４Ａおよび４Ｂおよ
び内部ブランケツト領域１３には、燃料親物質で
あるウラン−238を多量に含む天然ウランまたは
劣化ウランが存在する。また、炉心領域１２には
PuO₂−UO₂が存在し、しかもプルトニウム−239
等の核分裂性物質の富化度は一様である。 本ハンバーガ炉心の軸方向および半径方向の出
力分布を第１０図および第１１図にそれぞれ示
す。軸方向においては、内部ブランケツト領域１
３の上方および下方の炉心領域１２に中性子束の
ピークがそれぞれあらわれており、軸方向の出力
分布（出力は中性子束に比例）が平坦化されてい
る。炉心の半径方向の出力分布は、第および第
層を設けることによつて炉心領域１２の周辺部
の出力の落込みを防止することができるので著し
く平坦化される。すなわち、これは、内部ブラン
ケツト領域１３の軸方向の厚みは、高エネルギー
中性子束が大きくて反応率の高い炉心領域１２の
中心部で厚く、逆に高エネルギー中性子束が小さ
くて反応率の低い炉心領域１２の周辺部ほど薄く
なつており、さらに高エネルギー中性子束がより
減少する炉心領域１２の外周面近傍に燃料親物質
のない領域が形成されることによる。第１０図お
よび第１１図の特性が得られる炉心は、d₁＝275
cmおよびH₃＝25cmであり、第１図の炉心と同じ
寸法のD₁、D₂、H₁およびH₂を有している。な
お、本ハンバーガ炉心における燃焼に伴う出力の
スウイングも、第５図と第１１図を比較してわか
るようにパフエー炉心よりも著しく抑制されてい
る。 ここで、ハンバーガ炉心の増殖作用について説
明する。均質炉心の中性子のエネルギー分布は、
第１２図の特性Ａのようになつている。一方、炉
心領域１２内の軸方向に内部ブランケツト領域１
３を配置した軸方向非均質炉心では、炉心領域１
２内の中性子のうち、原子に当つて減速される前
にブランケツト領域１３に出るものが増加する。
したがつて、炉心領域１２内の中性子のエネルギ
ー分布は、第１２図の特性Ｂのようにエネルギー
の高いほうにずれる。このように炉心領域１２内
の平均中性子エネルギーが高くなることによつ
て、炉心領域１２においては核分裂性物質（主に
プルトニウム−239）の核分裂反応に対するその
中性子捕獲反応の比率が減少し、核分裂性物質の
中性子吸収当りの中性子発生数（η）が第１２図
の特性Ｃのように増加する。内部ブランケツト領
域１３では、炉心領域１２に比べて燃料親物質
（主にウラン−238）の原子数密度が高くて中性子
の平均エネルギーが低いので、燃料親物質の核分
裂反応率は減少するが、燃料親物質の中性子捕獲
反応率は増大する。ハンバーガ炉心においては、
炉心領域１２とこれを取囲む半径方向ブランケツ
ト領域３および軸方向ブランケツト領域４Ａおよ
び４Ｂとの境界における中性子束が高いことに起
因して、半径方向ブランケツト領域３および軸方
向ブランケツト領域４Ａおよび４Ｂへの中性子の
漏洩量が増大する。この結果、外部ブランケツト
領域内の燃料親物質の中性子捕獲反応および核分
裂反応は著しく向上する。このような反応率の変
化と出力分布の平坦化は、増殖作用の向上、とり
わけ倍増時間の短縮をもたらす。 第８図に示すハンバーガ炉心において、内部ブ
ランケツト領域１３の形状と倍増時間との関係を
検討した。その結果を第１３図に示す。倍増時間
は、内部ブランケツト領域１３の軸方向の厚み
H₃および炉心領域１２の半径方向の直径D₂に対
する内部ブランケツト領域１３の半径方向の直径
d₁の比（d₁／D₂）によつて変化する。特性Ｓは、
内部ブランケツト領域１３の各々の厚みH₃に対
して最も倍増時間が短くなる、d₁／D₂を結んだ
ものである。Ｑ点は、d₁／D₂が１になる炉心、
すなわち、第６図に示す炉心のH₃＝30cmの場合
における倍増時間である。第６図の炉心では、
H₃＝30cmの時に倍増時間が最も短くなる。ハン
バーガ炉心のように第層の外側に内部ブランケ
ツト領域１３のない第層を設けることによつ
て、倍増時間を短縮できる。ハンバーガ炉心にお
いて倍増時間を短くするために望しいd₁／D₂の
範囲は、0.76〜0.90の範囲である。厚みH₃は、約
20〜25cmにすることが望しい。ちなみに、パフエ
ー炉心における倍増時間最小の抱絡線は、ハンバ
ーガ炉心の倍増時間最小の抱絡線（特性Ｓ）より
も上方に位置する。 前述したハンバーガ炉心の出力分布および倍増
時間は、表１に示す仕様に基づいて求めたもので
ある。また前述した第１図、第４図および第６図
に示す炉心の出力分布も、表１と同じ仕様に基づ
くものである。さらに表１の仕様に基づく本発明
のハンバーガ炉心と上記３種類の炉心の諸特性を
表２に示す。均質炉心、パフエー炉心および第６
図の炉心におけるd₄、d₅、H₃およびH₄は、

【表】

【表】

【表】

【表】 それぞれ前述した各々の炉心の寸法と同じであ
る。ハンバーガ炉心ＡにおいてはH₃＝22cmおよ
びd₁／D₂＝0.81、ハンバーガ炉心Ｂにおいては
H₂＝22cmおよびd₁／D₂＝0.79である。パフエー
炉心および第６図の炉心は、倍増時間が最小にな
るものの特性を示している。表２からも明らかな
ように、ハンバーガ炉心は、他の炉心に比べて倍
増時間が最も短く、出力分布が最も平坦化（グロ
ス出力ピーキング係数最小）されている。ハンバ
ーガ炉心は、内部ブランケツト領域を有する３つ
のタイプの軸方向非均質炉心のうちで最も核分裂
性物質の装荷量が少なくなつている。さらには、
ハンバーガ炉心の出力のスウイングは、パフエー
炉心に比べて著しく改善されている。 ハンバーガ炉心を有する高速増殖炉は、増殖作
用、とりわけ倍増時間を大幅に短縮できるので、
燃料の経済性が著しく向上する。また、燃料の燃
焼に伴う反応度の低下が軽減されるので、高速増
殖炉に設置される制御棒本数を減少できる。な
お、燃料の燃焼による反応度の低下は、増殖作用
によつて得られた新しい核分裂性物質が反応度価
値の高い炉心領域１２の中心に蓄積されるので、
他の炉心構成に比べて小さくなる。核分裂性物質
の富化度が一種類であるため、燃料ピンの製造が
容易である。 本発明のハンバーガ炉心は、前述したように出
力分布が著しく平坦化されるので、最大線出力密
度および燃料ピンの最大燃焼度を減少できる。こ
のため燃料ピンの健全性を損わずに、炉心領域の
高さと燃料ピン内のガスプレナムの長さを短縮し
て軸方向ブランケツト領域の厚みを14％増大する
ことができる。軸方向ブランケツト領域の厚みを
増すことは増殖作用の向上につながる。 炉心領域の高さを減らして軸方向ブランケツト
領域の厚みを増大したハンバーガ炉心を適用した
高速増殖炉の好適な実施例を第１４図〜第１８図
に基づいて説明する。 高速増殖炉は、上端部を回転プラグ２２にて封
鎖された原子炉容器２１、多数の燃料集合体２５
から構成される炉心２４、原子炉容器２１に取付
けられて燃料集合体２５を支持する炉心支持板４
５を有している。燃料集合体２５は、炉心支持板
４５に取付けられる流量調整管４７内に燃料集合
体２５の下端部にあるエントランスノズル４１を
挿入することにより保持される。燃料集合体２５
の構造を第１５図に示す。燃料集合体２５は、ラ
ツパ管３９の両端を下部遮蔽体４０と上部遮蔽体
４３に取付け、ラツパ管３９内に配置される多数
の燃料ピン２６を下部遮蔽体４０に取付けて構成
される。冷却材であるNaが流入する開口４２を
有するエントランスノズル４１が、下部遮蔽体４
０の下部に設けられる。 中間熱交換器（図示せず）にて冷却された冷却
材であるNaは、入口ノズル２３より原子炉容器
２１内の下部プレナム４８内に流入する。その
後、Naは、開口４９を通つて高圧プレナム４６
内に流入し、さらに、流量調整管４７に設けられ
た開口および開口４２を通つて燃料集合体２５内
に導かれる。Naは、燃料集合体２５内で燃料ピ
ン２６によつて加熱され、昇温する。高温のNa
は、出口ノズル２３から原子炉容器２１外に流出
し、前述の中間熱交換器に送られる。 多数の燃料集合体２５によつて構成される炉心
２４の縦断面の概略構造を、第１６図に示す。外
部ブランケツト領域（半径方向ブランケツト領域
３、軸方向ブランケツト領域４Ａおよび４Ｂ）に
取囲まれる炉心領域５０の軸方向中央に、水平方
向に伸びる内部ブランケツト領域５１が存在す
る。内部ブランケツト領域５１の軸方向の厚みは
２段階に変化している。すなわち、内部ブランケ
ツト領域５１の周辺部における厚みH₄は、その
中央部の厚みH₃よりも薄くなつている。本実施
例においても、第８図の炉心と同様に半径方向に
内部ブランケツト領域を有する柱状の第層、第
層の内部ブランケツト領域を有する環状の第
層、内部ブランケツト領域を有しない環状の第
層および半径方向ブランケツト領域を形成する環
状の第層が順に同心状に配置されている。内部
ブランケツト領域５１の最外周面は、炉心領域５
０を間に介在させて半径方向ブランケツト領域３
に対向している。しかし、本実施例における第
層の内部ブランケツト領域の軸方向の厚みは、半
径方向に一定であり、第８図の炉心における第
層のように変化しない。これは、後述するように
第層に一種類の燃料集合体を配置すればよく、
燃料集合体の製造が容易になつてその燃料集合体
の装荷が容易である。第層の内部ブランケツト
領域と第層のブランケツト領域は隣接してい
る。 炉心領域の燃料は、核分裂性物質が天然に比べ
て濃縮された状態のものである。ブランケツト領
域の燃料は、少なくとも炉心への初期装荷時に
は、減損ウランまたは天然ウラン等のように主に
燃料親物質からなつている。 本実施例のハンバーガ炉心の寸法は、D₁＝405
cm、D₂＝325cm、d₁＝256cm、d₂＝194cm、H₁＝
175cm、H₂＝95cm、H₃＝22cmおよびH₄＝12cmで
ある。前述した各々の炉心に比べて炉心領域５０
の高さが５cm低くなり、しかも軸方向ブランケツ
ト領域４Ａおよび４Ｂの厚みが各々５cm増えてい
る。炉心領域５０の核分裂性物質の富化度は第８
図の炉心よりも高くなるが、炉心領域５０への核
分裂性物質の装荷量は約３％減少する。すなわ
ち、本実施例の核分裂性物質の装荷量は、約3400
Kgである。 第層、第層、第層および第層に装荷さ
れる燃料集合体の構造を第１８Ａ図〜第１８Ｄ図
に基づいて説明する。第層に装荷される燃料集
合体２５Ａは、第１５図に示す燃料集合体２５内
の燃料ピン２６として第１８Ａ図に示す燃料ピン
２６Ａを用いたものである。燃料ピン２６Ａは、
端栓２８および２９にて両端を密封した被覆管２
７内に２種類の燃料ペレツト、すなわち、炉心燃
料ペレツトおよびブランケツト燃料ペレツトを充
填したものである。被覆管２７内には、上方、す
なわち、端栓２８側より上部ブランケツト領域３
１Ａ、炉心領域３２Ａ、中部ブランケツト領域３
３、炉心領域３２Ｂおよび下部ブランケツト領域
３１Ｂが順に配置される。下部ブランケツト領域
３１Ｂの下方には、核分裂によつて生じる核分裂
生成ガスを蓄えるガスプレナム３４が存在する。
上部ブランケツト領域３１Ａ、中央ブランケツト
領域３３および下部ブランケツト領域３１Ｂは、
ウラン−238を多量に含む天然ウランよりなるブ
ランケツト燃料ペレツトが充填されている。上部
ブランケツト領域３１Ａ、中部ブランケツト領域
３３および下部ブランケツト領域の長さは、各
各、40cm、22cmおよび40cmである。炉心領域３２
Ａおよび３２Ｂは、プルトニウム−239が富化さ
れたPuO₂−UO₂からなる炉心燃料ペレツトが充
填されている。各々の炉心領域３２Ａおよび３２
Ｂの長さは、36.5cmである。上部ブランケツト領
域３１Ａ上端から下部ブランケツト領域下端まで
の長さは、175cm（＝H₁）である。ワイヤスペー
サ３０が、被覆管２７の外周に取付けられる。 第層に装荷される燃料集合体２５Ｂは、燃料
集合体２５の燃料ピン２６として第１８Ｂ図の燃
料ピン２６Ｂを用いたものである。燃料ピン２６
Ｂは、燃料ピン２６Ａに比べて炉心領域３５Ａお
よび３５Ｂの長さを長くして中部ブランケツト領
域３６の長さを短くしたものである。炉心領域３
５Ａおよび３５Ｂには炉心燃料ペレツトが充填さ
れ、各々の領域の長さは41.5cmである。ブランケ
ツト燃料ペレツトが充填される中部ブランケツト
領域３６の長さは、12cmである。第１８Ｃ図の燃
料ピン２６Ｃを燃料集合体２５の燃料ピン２６と
していることにより、第層に装荷される燃料集
合体２５Ｃが構成される。燃料ピン２６Ｃは、被
覆管２７内の上部ブランケツト領域３１Ａと下部
ブランケツト領域３１Ｂとの間に、炉心燃料ペレ
ツトのみが充填される炉心領域３７を配置したも
のである。第１８Ｄ図の燃料ピン２６Ｄは、被覆
管２７内のガスプレナム３４より上方に、ブラン
ケツト燃料ペレツトのみを充填したブランケツト
領域３８を形成したものである。第層に装荷さ
れる燃料集合体２５Ｄは、燃料集合体２５の燃料
ピン２６として前述の燃料ピン２６Ｄを用いたも
のである。なお、燃料ピン２６Ａ，２６Ｂ，２６
Ｃおよび２６Ｄ内のガスプレナム３４の長さはす
べて等しく、各燃料ピンの長さは前述した各炉心
における燃料ピンの長さと同一である。また各々
の燃料ピンの炉心燃料ペレツトにおけるプルトニ
ウム−239の富化度もすべて等しい。 本実施例のハンバーガ炉心においても第層お
よび第層が設けられているので、第８図に示す
ハンバーガ炉心と同様に出力分布が著しく平坦化
される。炉心の半径方向と軸方向の出力分布を第
１９図および第２０図に示す。なお、第２０図に
示す制御棒は、BOC時のみに炉心上方より炉心
中心（軸方向）まで挿入されている。その後、制
御棒は、炉心より引抜かれてしまう。 本実施例のハンバーガ炉心は、出力分布が著し
く平坦化され、しかも炉心領域５０の高さを低く
して軸方向ブランケツト領域の厚みを増している
ので、外部ブランケツト領域、特に、軸方向ブラ
ンケツト領域４Ａおよび４Ｂ内のウラン−238の
中性子捕獲反応および核分裂反応が著しく活発に
なる。このため、増殖率は、第８図の炉心に比べ
て0.8％増大し、1.29となる。これと核分裂性物
質の装荷量の減少に伴つて倍増時間は、16.6年ま
で著しく短縮される。これは、前述した寸法を有
する本実施例（d₁／D₂＝0.79）の値である。一
方、d₁／D₂＝0.81のハンバーガ炉心の倍増時間
は、16.5年となる。 本発明によれば、炉心領域周辺部における出力
低下を抑制できるので、炉心の出力分布を著しく
平坦化できる。また、倍増時間も著しく短縮でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は高速増殖炉における従来の均質炉心の
概略縦断面図、第２図は第１図の−断面図、
第３図は第１図の均質炉心の半径方向の出力分布
を示す特性図、第４図は高速増殖炉における従来
のパフエー炉心の概略縦断面図、第５図は第４図
のパフエー炉心の半径方向における出力分布を示
す特性図、第６図は高速増殖炉の従来の軸方向非
均質炉心の概略縦断面図、第７図は第６図の軸方
向非均質炉心の半径方向における出力分布を示す
特性図、第８図は本発明の一実施例である高速増
殖炉に用いるハンバーガ炉心の概略縦断面図、第
９図は第８図の部の拡大図、第１０図は第８図
のハンバーガ炉心の軸方向における中性子束分布
を示す特性図、第１１図は第８図のハンバーガ炉
心の半径方向における出力分布を示す特性図、第
１２図は中性子エネルギーと中性子束およびP²³⁹
のηとの関係を示す特性図、第１３図は第８図の
ハンバーガ炉心の内部ブランケツトの形状と倍増
時間との関係を示した特性図、第１４図は本発明
の一実施例である高速増殖炉の縦断面図、第１５
図は第１４図の炉心に装荷される燃料集合体の構
造図、第１６図は第１４図の高速増殖炉に用いら
れるハンバーガ炉心の一実施例の概略縦断面図、
第１７図は第１４図および第１６図の−
断面図、第１８Ａ図は第１６図の第層に装荷さ
れる燃料集合体を構成する燃料ピンの縦断面図、
第１８Ｂ図は第１６図の第層に装荷される燃料
集合体を構成する燃料ピンの縦断面図、第１８Ｃ
図は第１６図の第層に装荷される燃料集合体を
構成する燃料ピンの縦断面図、第１８Ｄ図は第１
６図の第層に装荷される燃料集合体を構成する
燃料ピンの縦断面図、第１９図は第１６図のハン
バーガ炉心の半径方向における出力分布を示す特
性図、第２０図は第１６図のハンバーガ炉心の軸
方向における出力分布を示す特性図である。 ３……半径方向ブランケツト領域、４Ａ，４Ｂ
……軸方向ブランケツト領域、１２，５０……炉
心領域、１３，５１……内部ブランケツト領域、
２１……原子炉容器、２４……炉心、２５……燃
料集合体、２６，２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６
Ｄ……燃料棒。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 核分裂性物質を有する炉心と、前記炉心領域
   の外側を取り囲んで燃料親物質を有する外部ブラ
   ケツト領域と、前記炉心領域内に配置されて燃料
   親物質を有する内部ブランケツト領域とから成る
   高速増殖炉の炉心において、前記内部ブランケツ
   ト領域の軸方向の厚みを前記内部ブランケツト領
   域の中央部分で厚くするとともに前記内部ブラン
   ケツト領域の径方向周辺部分で薄く減少し、前記
   径方向周辺部分と前記外部ブランケツトとの径方
   向の間に前記炉心領域を介在したことを特徴とし
   た高速増殖炉の炉心。 ２ 前記内部ブランケツト領域の径方向周辺部分
   は径方向外側にゆくにしたがい段階的に軸方向厚
   みが減少する形状であることを特徴とした特許請
   求の範囲第１項に記載の高速増殖炉の炉心。 ３ 前記内部ブランケツト領域の径方向周辺部分
   の軸方向厚みの減少の段階は、１段階であること
   を特徴とした特許請求の範囲の第１項に記載の高
   速増殖炉の炉心。 ４ 前記内部ブランケツト領域の径方向周辺部分
   の軸方向厚みの減少の段階は、複数段階であるこ
   とを特徴とした特許請求の範囲の第１項に記載の
   高速増殖炉の炉心。 ５ 前記炉心領域の核分裂性物質の富化度を一様
   にする特許請求の範囲の第１項に記載の高速増殖
   炉の炉心。