JPH04252995A - 原子炉炉心 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は原子炉炉心に係り、特に
、高速増殖炉の炉心核特性を改善する上で好適な原子炉
炉心に関する。

【０００２】

【従来の技術】高速増殖炉の炉心は六角断面で、長尺状
の多数本の燃料集合体により構成されており、プルトニ
ウム混合酸化物を燃料としている。

【０００３】燃料は細径円柱状の燃料ペレットを使用し
、その多数の燃料ペレットを軸方向に重ねて燃料棒の中
に保持されている。

【０００４】また、細径棒状の燃料棒をワイヤスペ−サ
で三角配列状に多数配列し、その外周をラッパ管で包む
構造が燃料集合体の型式である。

【０００５】燃料集合体は、炉心燃料と径方向ブランケ
ット燃料とに分れ、炉心燃料には、前述のプルトニウム
混合酸化物を装荷し、径方向ブランケット燃料には、プ
ルトニウム燃料を増殖するための劣化ウラン酸化物を装
荷するのが一般的である。

【０００６】従来形高速増殖炉の炉心模式図を図１４お
よび図１５に示し、その炉心中央寄りは、熱を発生させ
るための内側炉心１と外側炉心２とに２分されており、
他方、燃料プルトニウムを増殖するためのブランケット
領域には、炉心の軸方向外周部に位置する軸方向ブラン
ケット３と、炉心の径方向外周部に位置する径方向ブラ
ンケット４とが設けられている。

【０００７】そして、従来、この種炉心は１００万ｋＷ
電気出力で、炉心の高さ，直径がそれぞれ約１ｍ，約３
ｍであった。また、炉心の軸方向上下に位置する軸方向
ブランケット３の厚さはそれぞれ３０ｃｍ程度で、径方
向ブランケット４は、炉心周辺部に２〜３層の集合体を
巻く構成が一般的である。さらに、炉心内には、出力制
御をおこなうための制御棒５が配置されている。

【０００８】高速増殖炉の出力係数は常に負であるが、
さらに負とすることにより、炉心の安全性をより一層向
上させることができる。なお、前記出力係数は燃料のド
ップラ−係数，冷却材温度係数等により決定され、ドッ
プラ−係数は負、冷却材温度係数は僅か正となる。

【０００９】したがって、冷却材温度係数を負側にでき
れば、出力係数をより一層負にでき、炉心の出力制御，
炉心の安全性が従来に比べて向上するため、冷却材温度
係数，ナトリウムボイド反応度を低減できることが望ま
しい。

【００１０】高速増殖炉における冷却材温度係数，ナト
リウムボイド反応度に関し、冷却材であるナトリウムの
温度が上昇した場合、あるいはナトリウムがボイド化し
た場合、ナトリウムの密度が低下し、その際、減速効果
としてのナトリウムの密度が低下することにより、中性
子スペクトルが硬化することによって高速中性子束が増
大し、低エネルギ−中性子に対しては非核分裂性である
が、高エネルギ−中性子に対しては、核分裂性であるウ
ラン２３８等の核分裂が増大する現象があり、このとき
炉心に正の反応度が入る。また、ナトリウムの密度が低
下した場合、中性子の炉心外への漏洩が増大し、この場
合は、炉心に負の反応度が入る効果がある。冷却材温度
係数，ナトリウムボイド反応度をより負とする方法とし
て、後者の中性子漏洩効果をより増大する方法がある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】従来の高速増殖炉では
、前記冷却材温度係数，ナトリウムボイド反応度をより
負側にする工夫として、扁平炉心の利用が考えられてい
た。ナトリウムがボイド化する段階においてナトリウム
の中性子減速効果が減少するため、扁平炉心では、エネ
ルギ−の高い中性子が増大し、炉心体系外へ洩れる割合
が増えるため、冷却材温度係数，ナトリウムボイド反応
度をより負側にできる。

【００１２】扁平炉心は、炉心高さに対して炉心の直径
を増大させるため、炉心を含めた原子炉の直径が大きく
なり、建設費が大きくなるという欠点があった。

【００１３】また、中性子の漏洩効果をより増大させる
別の方法として、炉心の中に劣化ウランブランケットを
装荷する非均質炉心がある。

【００１４】非均質炉心には、同心円リング状に炉心と
内部ブランケットとを交互に配置する径方向非均質炉心
と、軸方向の一部に劣化ウランブランケットを装荷する
軸方向非均質炉心とがある。

【００１５】これらの非均質炉心は、未燃焼炉心では、
いずれもある程度の冷却材温度係数，ナトリウムボイド
反応度をより負とする効果を有するが、内部ブランケッ
トにはプルトニウムが蓄積されるため、前記効果は燃焼
と共に低下し、燃焼を通じて前記反応度を燃焼初期程度
には負側に低減できないという欠点を有していた。

【００１６】また、制御棒挿入時、および初装荷炉心の
固定吸収体配置時には、炉心に中性子吸収体が装荷され
るため、中性子束歪みが生じ、ナトリウムボイド反応度
は低下する傾向を示すが、通常運転時、運転サイクルの
初期から中期にかけては、炉心の余剰反応度を補償する
ために制御棒を挿入し、サイクル末期には、制御棒を引
き抜くため、制御棒挿入によるナトリウムボイド反応度
低減効果は失われる。さらに、固定吸収体配置に関し、
ナトリウムボイド反応度低減効果は、初装荷炉心にのみ
有効であり、固定吸収体を移行炉心，平衡炉心に設置し
ようとすると、その反応度低減効果が大きく、炉心を臨
界にするためには、過大に余分な核分裂性物質を炉心に
装荷する必要があるという欠点を有していた。

【００１７】本発明の目的は、高速増殖炉の炉心寸法に
影響を与えることなく、燃焼を通じて冷却材温度係数，
ナトリウムボイド反応度を低減できる炉心を提供するこ
とにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
、本発明では、以下の解決手段を採用した。

【００１９】第１の手段として、原子炉炉心において、
炉心の中央部に中性子吸収体を装荷するとともに、その
周辺に低核分裂燃料領域を設けた。なお、本手段におい
て、低核分裂燃料領域の外側の炉心の厚みは６０ｃｍ以
下としている。

【００２０】第２の手段として、第１の手段を用いた原
子炉炉心において、炉心内に装荷する中性子吸収体とし
てガドリニウムを用い、ガドリニウムを装荷した集合体
を炉心内に配置させるとともに、その集合体の周辺には
、劣化ウラン燃料を装荷した低核分裂燃料ブランケット
集合体を配置した。

【００２１】第３の手段として、第１の手段を用いた原
子炉炉心において、炉心内に装荷する中性子吸収体とし
て炭化硼素を用い、炭化硼素を装荷した集合体を炉心内
に配置するとともに、その集合体の周辺には、劣化ウラ
ン燃料を装荷した低核分裂燃料ブランケット集合体を配
置した。

【００２２】第４の手段として、第１の手段を用いた原
子炉炉心において、炉心は、低核分裂燃料ブランケット
集合体を同心円状に配置した径方向非均質炉心とし、そ
の低核分裂燃料ブランケット集合体の間に炭化硼素を装
荷した集合体を配置した。

【００２３】第５の手段として、第１の手段を用いた原
子炉炉心において、炉心は、低核分裂燃料ブランケット
を炉心中央部の軸方向中央に円盤状に配置した軸方向非
均質炉心とし、その内部ブランケットの間に炭化硼素を
装荷した。

【００２４】第６の手段として、第１〜第３のいずれか
の手段を用いた原子炉炉心において、低核分裂燃料ブラ
ンケットの間に中性子吸収体を装荷した集合体は、その
一部あるいは全てを軸方向可動とし、中性子吸収体は必
要に応じて炉心から引き抜けるようにした。

【００２５】

【作用】そして、前記第１の手段によれば、低核分裂燃
料領域部によって中性子束レベルを低下させ、その中に
中性子吸収体を配置することにより、定常運転時には、
中性子吸収体に吸収させる中性子を僅かとするが、ナト
リウムの密度が低下するナトリウムボイド化時には、中
性子が減速されずにそのエネルギ−が増大し、低核分裂
燃料部の中性子束レベルが増大する効果を利用して、低
核分裂燃料内部の中性子吸収体に多くの中性子を吸収さ
せ、結果として炉心に負の反応度を与えることができる
。なお、定常運転時には、中性子吸収体に吸収させる中
性子を僅かとすることにより、燃料親物質以外への中性
子無駄吸収を低減することができる。

【００２６】ところで、本手段においては、低核分裂燃
料領域の外側の炉心の厚みを６０ｃｍ以下としている。 これは、前記炉心の厚みを６０ｃｍ以下とすることによ
り、その炉心の厚みの中央から炉心外側、あるいは炉心
内側の低核分裂燃料部までの距離を３０ｃｍ以下とし、
ナトリウムボイド化時に中性子の漏洩効果を有効に作用
させ、ナトリウムボイド反応度を負側に移行することが
確認されたためである。

【００２７】また、前記第２の手段によれば、燃料ペレ
ットの中に中性子吸収体を含有させ、中性子吸収体を含
む集合体を配置するとともに、その集合体を内部に配置
する低核分裂燃料集合体を製作，配置することにより、
下記の理由によって先に述べた課題を解決することがで
きる。

【００２８】すなわち、低核分裂燃料ブランケット集合
体によりその内部の中性子束レベルを低下させ、その中
にガドリニウムを含む燃料ピン内蔵の燃料棒を装荷した
集合体を配置することにより、定常運転時には、ガドリ
ニウムを装荷した集合体に吸収させる中性子を僅かとす
るが、ナトリウムボイド化時には、低核分裂燃料ブラン
ケット内側の中性子束レベルが増大する効果を利用して
、低核分裂燃料ブランケット集合体内に配置したガドリ
ニウム装荷の集合体に多くの中性子を吸収させ、結果と
して炉心に負の反応度を与えることができる。

【００２９】さらに、前記第３の手段によれば、燃料ペ
レット単位で中性子吸収体ピンと燃料ピンとを分離し、
中性子吸収体ピンを含む集合体を配置するとともに、そ
の集合体を内部に配置する低核分裂燃料集合体を製作，
配置することにより、下記の理由によって先に述べた課
題を解決することができる。

【００３０】すなわち、低核分裂燃料ブランケット集合
体によりその内部の中性子束レベルを低下させ、その中
に炭化硼素を装荷した集合体を配置することにより、定
常運転時には、炭化硼素を装荷した集合体に吸収させる
中性子を僅かとするが、ナトリウムボイド化時には、低
核分裂燃料ブランケット部の中性子束レベルが増大する
効果を利用して、低核分裂燃料ブランケット集合体内に
配置した炭化硼素装荷の集合体に多くの中性子を吸収さ
せ、結果として炉心に負の反応度を与えることができる
。

【００３１】またさらに、前記第４の手段によれば、集
合体単位で中性子吸収体とこれを内部に配置する低核分
裂燃料ブランケットとを製作，配置することにより、下
記の理由によって先に述べた課題を解決できるとともに
、増殖性の良好な径方向非均質炉心において、燃焼を通
じてナトリウムボイド反応度を低減することができる。

【００３２】すなわち、径方向非均質炉心のリング状に
配置された低核分裂燃料ブランケット集合体によりその
内部の中性子束レベルを低下させ、その中に炭化硼素を
装荷した集合体を配置することにより、定常運転時には
、炭化硼素を装荷した集合体に吸収させる中性子を僅か
とするが、ナトリウムボイド化時には、ブランケット部
の中性子束レベルが増大する効果を利用して、低核分裂
燃料ブランケット集合体の内側に配置した炭化硼素装荷
の集合体に多くの中性子を吸収させ、結果として炉心に
負の反応度を与えることができる。なお、この効果は、
炭化硼素を装荷した集合体による原子炉の運転期間を通
じて、すなわち燃焼を通じて継続して得ることができる
。

【００３３】さらにまた、前記第５の手段によれば、出
力分布平坦化特性の良好な軸方向非均質炉心において、
燃焼を通じてナトリウムボイド反応度を低減できる。

【００３４】すなわち、軸方向非均質炉心の炉心中央に
配置された内部ブランケット領域によりその内部の中性
子束レベルを低下させ、その中に炭化硼素を装荷した集
合体を配置することにより、定常運転時には、炭化硼素
に吸収させる中性子を僅かとするが、ナトリウムボイド
化時には、ブランケット部の中性子束レベルが増大する
効果を利用して、内部ブランケット内に配置した炭化硼
素に多くの中性子を吸収させ、結果として炉心に負の反
応度を与えることができる。なお、この効果は、炭化硼
素の効果により原子炉の運転期間を通じて、すなわち燃
焼を通じて継続して得ることができる。

【００３５】また、前記第６の手段によれば、ナトリウ
ムボイド反応度を低減できるとともに、ナトリウムボイ
ド反応度の低減量を調整することができる。

【００３６】すなわち、低核分裂燃料の内部ブランケッ
ト領域によりその内部の中性子束レベルを低下させ、そ
の中に中性子吸収体を配置することにより、定常運転時
には、中性子吸収体に吸収させる中性子を僅かとするが
、ナトリウムボイド化時には、ブランケット部の中性子
束レベルが増大する効果を利用して、内部ブランケット
内に配置した中性子吸収体に多くの中性子を吸収させ、
結果として炉心に負の反応度を与えることができる。

【００３７】また、本手段によれば、中性子吸収体の引
き抜きが可能となるため、ナトリウムボイド反応度の低
減量を調整することができる。

【００３８】

【実施例】以下、本発明を、図１〜図１３を用いて詳細
に説明する。

【００３９】図１は本発明の第１の実施例を示す炉心配
置図、図２は図１の縦断面図である。

【００４０】図１および図２において、炉心は、炉心中
央領域に７本の中性子吸収体含有炉心構成要素６を有し
、その個々の炉心構成要素６の周囲にそれぞれ６体の低
核分裂物質を内蔵した燃料集合体７を有している。炉心
の燃料物質は混合酸化物、燃料集合体７の低核分裂物質
は劣化ウラン酸化物であり、低核分裂物質燃料集合体７
の周辺には、次記する３１８体の燃料集合体と２４本の
制御棒５、さらには１５０体の径方向ブランケット４が
配置されている。

【００４１】３１８体の燃料集合体は、１３８体の内側
炉心１と１８０体の外側炉心２とに分けられ、外側炉心
２のプルトニウム富化度は、出力分布の平坦化のために
内側炉心１のそれよりも高くしてある。

【００４２】集合体の配列ピッチは約１５０ｍｍ、炉心
燃料の等価直径は約３．１ｍで、径方向ブランケット燃
料４までの等価直径は約３．６ｍである。７本の中性子
吸収体含有炉心構成要素６の間の炉心の厚さは約３０ｃ
ｍ、その外側の炉心厚さは約６０ｃｍである。炉心部の
高さは１ｍで、その上下部の軸方向ブランケット３の高
さはそれぞれ約３０ｃｍである。

【００４３】炉心中央の中性子吸収体含有炉心構成要素
６は、その周辺の低核分裂物質燃料集合体７と同様な構
成であり、中性子吸収体含有炉心構成要素６のラッパ管
内には、多数本のガドリニウムを含有した燃料ペレット
内蔵の燃料棒が配置されている。ガドリニウムを含有し
た燃料ペレットは、炉心軸方向の約２／３のＮａボイド
反応度が正の領域に配置されており、その燃料は劣化ウ
ラン混合酸化物である。すなわち、中性子吸収体は、ブ
ランケット燃料ペレットの中に混合配置されており、ガ
ドリニウムを含有した燃料ペレットの吸収体軸方向長さ
は約６０ｃｍである。

【００４４】炉心燃料としては、前記混合酸化物以外に
、金属燃料，窒化物燃料，炭化物燃料であってもよい。 また、内部ブランケット燃料の低核分裂物質は、劣化ウ
ラン酸化物以外に、軽水炉使用済み燃料から取り出され
る減損ウラン燃料であってもよい。さらに、炉心中央の
燃料ペレットに含有される中性子吸収材としては、ガド
リニウム以外にハフニウム等、他の中性子吸収体であっ
てもよい。

【００４５】図３は図１および図２の内側炉心１部分に
位置する中性子吸収体含有炉心構成要素６の縦断面図で
ある。

【００４６】図３に示すように、中性子吸収体含有炉心
構成要素６は、ラッパ管８の内部に多数の中性子吸収体
含有燃料ピン９を配列する構成であり、中性子吸収体１
０としては、軽水炉燃料に使用実績のあるガドリニウム
燃料ペレットを用いる。

【００４７】なお、中性子吸収体含有燃料ピン９の上下
部には低核分裂物質燃料集合体７を配置し、さらに中性
子吸収体含有燃料ピン９の下部に位置する低核分裂物質
燃料集合体７の下方にはガスプレナム１１が設けられて
いる。また、中性子吸収体含有炉心構成要素６には、上
部遮蔽体１１と下部遮蔽体１２とが設置されている。

【００４８】ここで、図３では、中性子吸収体含有燃料
ピン９のみを配列する構成としたが、中性子吸収体含有
燃料ピン９と共にナトリウムボイド反応度の低減量に対
応させて、ブランケット等の燃料ピンを配列してもよい
。また、図３では、中性子吸収体１０としてガドリニウ
ム燃料ペレットを用い、この燃料ペレットの中に中性子
吸収材を含有させているが、中性子吸収材としてガドリ
ニウム金属を用い、中性子吸収体含有炉心構成要素６の
中の中性子吸収体装荷部分に燃料を装荷しないことも可
能である。さらに、中性子吸収体含有部分の軸方向長さ
は、本実施例では約６０ｃｍであるが、ナトリウムボイ
ド反応度の低減量に応じてその長さを調整することも可
能である。本実施例で中性子吸収体１０の軸方向長さを
約６０ｃｍとした理由は、その領域のＮａボイド反応度
が正であり、その領域に中性子吸収体１０を配置するこ
とにより、Ｎａボイド反応度を効果的に負側に移行でき
るためである。また、炉心高さが本実施例の１ｍより短
い場合には、その高さに応じて中性子吸収体１０の高さ
を低くすればよい。なお、図３には記載しないが、炉心
耐震用のパッドが本炉心構成要素６に設置される。

【００４９】図４は図３に符号９で示す中性子吸収体含
有燃料ピンの縦断面図である。

【００５０】図４に示すように、中性子吸収体含有燃料
ピン９は、燃料被覆管１４の内部にガドリニウムを含有
した燃料ペレット１５、およびその上下の劣化ウラン燃
料ペレット１８を内蔵する構成である。ピン９の下部に
は、燃料から発生するガスを蓄積するため、先に記載し
たように、ガスプレナム１１が設けられている。図には
記載しないが、ガスプレナム１１はバネあるいはスリ−
ブによりその空間が確保される。

【００５１】図５は図１および図２に示す炉心のナトリ
ウムボイド反応度低減効果説明図である。

【００５２】図５に示すように、ナトリウムが炉心を液
体で循環している定常運転時には、炉心内の中性子束分
布は低核分裂燃料部で核分裂が少ないため、この低核分
裂燃料部で大きく減少するのに対し、ナトリウムがボイ
ド化する事故時には、そのナトリウムの中性子減速効果
が失われて中性子のエネルギ−が増大し、低核分裂燃料
部に対してもその外側の炉心部からエネルギ−の高い中
性子が流入するため、低核分裂燃料部の中性子束が増大
する。そして、低核分裂燃料部のさらに内側に中性子吸
収体を設置しておけば、中性子吸収体に達する中性子は
大幅に増加することになり、その結果として中性子吸収
体に吸収される中性子が増大し、炉心に負の反応度が投
入される。

【００５３】表１に本実施例炉心のナトリウムボイド反
応度を従来炉心と比較して示す。

【００５４】

【表１】

【００５５】表１の結果は図１，図２に示す炉心に対し
、汎用炉心中性子拡散計算コ−ドで中性子エネルギ−群
を１８群とし、ＲＺ２次元体系で通常時の炉心原子数密
度における実効増倍率、さらには炉心のナトリウム原子
数密度のみをゼロとした場合の実効増倍率を計算した結
果である。

【００５６】表１に示すように、図１〜図４に示した本
実施例では、従来の高速炉炉心に比較してナトリウムボ
イド反応度を約６０％低減できることがわかる。なお、
本実施例において、中性子吸収体１０を装荷することに
よるナトリウムボイド反応度低下は、ブランケットを周
辺に配置することなく同一中性子吸収体を炉心内に配置
した場合の約１／５であった。

【００５７】図６は本発明の第２の実施例を示し、炉心
配置は前記第１の実施例と同一で、中性子吸収体含有炉
心構成要素６が図３と異なっている。

【００５８】すなわち、図６は本発明の第２の実施例を
示す中性子吸収体含有炉心構成要素６の縦断面図である
。

【００５９】図６に示すように、中性子吸収体含有炉心
構成要素６は、ラッパ管８の内部に多数の中性子吸収体
含有燃料ピン９を配列する構成であり、中性子吸収体１
０としては、制御棒に使用実績のある炭化硼素ペレット
を用いる。なお、中性子吸収体含有燃料ピン９の上下部
には低核分裂物質燃料集合体７を配置し、さらに中性子
吸収体含有燃料ピン９の下部に位置する低核分裂物質燃
料集合体７の下方にはガスプレナム１１が設けられてい
る。また、中性子吸収体含有炉心構成要素６には、上部
遮蔽体１１と下部遮蔽体１２とが設置されている。ここ
で、図６では、中性子吸収体含有燃料ピン９のみを配列
する構成としたが、中性子吸収体含有燃料ピン９と共に
ナトリウムボイド反応度の低減量に対応させて、ブラン
ケット等の燃料ピンを配列してもよい。

【００６０】図７は図６に符号９で示すの中性子吸収体
含有燃料ピンの縦断面図である。

【００６１】図７に示すように、中性子吸収体含有燃料
ピン９は、燃料被覆管１４の内部に炭化硼素ペレット１
９と劣化ウラン燃料ペレット１８とを内蔵する構成であ
る。炭化硼素ペレット１９は、炉心軸方向中央の約６０
ｃｍの範囲に配置するとともに、その高さは燃料ペレッ
トより低く、燃料ペレットの約１／３であり、燃料ペレ
ットの間に配置する。炭化硼素ペレット１９のボロン１
０の濃縮度は、本実施例では９０％であるが、ナトリウ
ムボイド反応度の低減量に応じてその濃縮度を低くする
ことも可能である。ピン９の下部には、燃料から発生す
るガスを蓄積するため、先に記載したようにガスプレナ
ム１１が設けられている。図には記載しないが、ガスプ
レナム１１はバネあるいはスリ−ブによりその空間が確
保される。

【００６２】本実施例において、ナトリウムボイド反応
度を低減できる原理は、先の第１の実施例の場合と同様
である。

【００６３】表２に本実施例炉心のナトリウムボイド反
応度を従来炉心と比較して示す。

【００６４】

【表２】

【００６５】表２の結果は図１，図２の炉心に図６の中
性子吸収体含有炉心構成要素６を配置し、汎用炉心中性
子拡散計算コ−ドで中性子エネルギ−群を１８群とし、
ＲＺ２次元体系で通常時の炉心原子数密度における実効
増倍率の計算、さらには炉心のナトリウム原子数密度の
みをゼロとした場合の実効増倍率を計算した結果である
。

【００６６】表２に示すように、図６〜図７に示した本
実施例では、従来の高速炉炉心に比較してナトリウムボ
イド反応度を約５５％低減できることがわかる。なお、
本実施例において、中性子吸収体１０を装荷することに
よるナトリウムボイド反応度低下は、ブランケットを周
辺に配置することなく同一中性子吸収体を炉心内に配置
した場合の約１／６であった。

【００６７】図８は本発明の第３の実施例を示す炉心配
置図、図９は図８の縦断面図である。

【００６８】図８，図９の炉心は、炉心中央に１個の円
状の内部ブランケット燃料領域を設け、その外側にリン
グ状の内部ブランケット燃料領域を設けるとともに、内
部ブランケット燃料のさらに内部（中央）に１本、外側
のリング内には２４本の中性子吸収体含有炉心構成要素
６を配置する。炉心領域の中央の内部ブランケット燃料
領域には、２層で１８体の内部ブランケット燃料を配置
し、その外側には、３層で７２体の炉心燃料を配置し、
またその外側には、２４本の中性子吸収体含有炉心構成
要素６を含む４層で１５０体の内部ブランケット燃料を
配置し、さらにその外側には、３層で１９８体の炉心燃
料を配置し、またさらにその外側には、１層で７８体の
径方向ブランケット燃料を配置してある。炉心燃料のＰ
ｕ富化度は１種類である。

【００６９】すなわち、本実施例の炉心は、従来の径方
向非均質炉心において、その内部ブランケット燃料領域
の内部に中性子吸収体含有炉心構成要素６を配置するこ
とを特徴としている。燃料集合体の配列ピッチは図１と
同一であるが、炉心部の高さは１．５ｍで図２の場合よ
りも高い。中性子吸収体含有炉心構成要素６は、図２の
場合と同様に構成されており、中性子吸収棒の吸収体軸
方向長さは炉心長よりも短く、約１．１ｍである。なお
、本実施例で炉心の径方向厚さは最大でも約４５ｃｍで
ある。

【００７０】本実施例において、ナトリウムボイド反応
度を低減できる原理は、先の第１実施例の場合と同様で
あり、内部ブランケット部により中性子束レベルを低下
させ、その中に中性子吸収体を配置することにより、定
常運転時には、中性子吸収体に吸収させる中性子を僅か
とするが、ナトリウムの密度が低下するナトリウムボイ
ド化時には、中性子が減速されずにそのエネルギ−が増
大し、ブランケット部の中性子束レベルが増大する効果
を利用して、ブランケット内部の中性子吸収体に多くの
中性子を吸収させ、結果として炉心に負の反応度を与え
ることができる。

【００７１】表３に本実施例炉心のナトリウムボイド反
応度を従来炉心と比較して示す。

【００７２】

【表３】

【００７３】表３に示すように、図８〜図９に示す本実
施例では、従来の高速炉炉心に比較してナトリウムボイ
ド反応度を約７０％低減できることがわかる。

【００７４】図１０本発明の第４の実施例を示す炉心配
置図、図１１は図１０の縦断面図である。

【００７５】図１０，図１１の炉心は、炉心中央に平面
状の中性子吸収体含有領域を設け、その上下および径方
向周囲に内部ブランケット領域を設けている。中性子吸
収体含有領域を有する燃料集合体は８４体で、内部ブラ
ンケット領域を有する燃料は、その外側の１８６体であ
り、さらにその周辺に、１８０体の内部ブランケットを
持たない炉心燃料集合体が配置されている。また、炉心
には、前記の炉心構成要素以外に、２４本の制御棒５、
および１５０体の径方向ブランケット燃料４が配置され
ている。

【００７６】本炉心では、炉心の全ての燃料集合体のプ
ルトニウム富化度は同一であり、またその配列ピッチ，
炉心燃料の等価直径等の炉心仕様は、前記第１の実施例
の炉心と同様である。

【００７７】図１２は図１０および図１１に示す中性子
吸収体含有炉心構成要素の縦断面図である。

【００７８】図１２に示すように、炉心軸方向中央部の
中性子吸収体上下は内部ブランケット領域であり、その
上下に炉心燃料が配置されており、また炉心燃料の上下
には、軸方向ブランケット３が配置されている。複数の
燃料ピンは周囲をラッパ管８で囲まれており、なお１１
はガスプレナム、１２は上部遮蔽体、１３は下部遮蔽体
である。

【００７９】図１３は図１２に符号９で示す中性子吸収
体含有燃料ピンの縦断面図であり、本実施例において、
ナトリウムボイド反応度を低減できる原理は、先の第１
の実施例の場合と同様である。

【００８０】表４に本実施例炉心のナトリウムボイド反
応度を従来炉心と比較して示す。

【００８１】

【表４】

【００８２】表４に示すように、図１０〜図１３に示す
本実施例では、従来の高速炉炉心に比較してナトリウム
ボイド反応度を約５０％低減できることがわかる。

【００８３】なお、本実施例では、中性子吸収体含有領
域が炉心軸方向の中央に位置しているが、運転サイクル
の初期から中期まで制御棒が炉心上部から挿入され、軸
方向出力分布が下ぶくれになることを考慮して、中性子
吸収体含有領域とその上下、および径方向周囲の内部ブ
ランケット領域を軸方向中央よりもやや下部に位置させ
る場合もある。

【００８４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高速増殖炉の炉心寸法に影響を与えることなく、燃焼を
通じて冷却材温度係数，ナトリウムボイド反応度を低減
でき、炉心の出力制御，炉心の安全性を従来よりも向上
させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す炉心配置図である
。

【図２】図１の縦断面図である。

【図３】図１および図２の内側炉心１部分に位置する中
性子吸収体含有炉心構成要素６の縦断面図である。

【図４】図３に符号９で示す中性子吸収体含有燃料ピン
の縦断面図である。

【図５】図１および図２に示す炉心のナトリウムボイド
反応度低減効果説明図である。

【図６】本発明の第２の実施例を示す中性子吸収体含有
炉心構成要素６の縦断面図である。

【図７】図６に符号９で示す中性子吸収体含有燃料ピン
の縦断面図である。

【図８】本発明の第３の実施例を示す炉心配置図である
。

【図９】図８の縦断面図である。

【図１０】本発明の第４の実施例を示す炉心配置図であ
る。

【図１１】図１０の縦断面図である。

【図１２】図１０および図１１に示す中性子吸収体含有
炉心構成要素の縦断面図である。

【図１３】図１２に符号９で示す中性子吸収体含有燃料
ピンの縦断面図である。

【図１４】従来形高速増殖炉の炉心配置図である。

【図１５】図１４の縦断面図である。

【符号の説明】

１…内側炉心、２…外側炉心、３…軸方向ブランケット
、４…径方向ブランケット、５…制御棒、６…中性子吸
収体含有炉心構成要素、７…低核分裂物質燃料集合体、
８…ラッパ管、９…中性子吸収体含有燃料ピン、１０…
中性子吸収体、１１…ガスプレナム、１２…上部遮蔽体
、１３…下部遮蔽体、１４…燃料被覆管、１５…ガドリ
ニウム含有燃料ペレット、１６上部端栓、１７…下部端
栓、１８…劣化ウラン燃料ペレット、１９…炭化硼素ペ
レット、２０…炉心燃料ペレット。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】原子炉の炉心において、炉心中心部に中性
   子吸収体を装荷するとともに、その周辺に低核分裂燃料
   領域を設け、さらにその低核分裂燃料領域の外側の炉心
   の厚みを６０ｃｍ以下としたことを特徴とする原子炉炉
   心。
2. 【請求項２】請求項１記載の原子炉炉心において、炉心
   内に装荷する中性子吸収体としてガドリニウムを用い、
   その周辺に劣化ウラン燃料集合体を配置したことを特徴
   とする原子炉炉心。
3. 【請求項３】請求項１記載の原子炉炉心において、炉心
   内に装荷する中性子吸収体として炭化硼素を用い、その
   周辺に劣化ウラン燃料集合体を配置したことを特徴とす
   る原子炉炉心。
4. 【請求項４】請求項１記載の原子炉炉心において、その
   炉心は、低核分裂物質燃料集合体を同心円状に配置した
   径方向非均質炉心とし、前記低核分裂物質燃料集合体の
   間に炭化硼素を装荷した集合体を配置することを特徴と
   する原子炉炉心。
5. 【請求項５】請求項１記載の原子炉炉心において、その
   炉心は、低核分裂燃料を炉心中央部の軸方向中央に円盤
   状に配置した軸方向非均質炉心とし、前記低核分裂燃料
   の間に炭化硼素を装荷したことを特徴とする原子炉炉心
   。
6. 【請求項６】請求項１〜３のいずれかに記載の原子炉炉
   心において、低核分裂物質燃料集合体の間に中性子吸収
   体を装荷した集合体は、その一部あるいは全てを軸方向
   可動とし、中性子吸収体は必要に応じて炉心から引き抜
   ける構成としたことを特徴とする原子炉炉心。