JPH05196772A - 汽水分離器を含む２レベル原子炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 燃料配置の融通性を高めて、燃料のより完全
な燃焼を達成するために、熱伝達流体を循環させる原子
炉に２レベル炉心を設ける。 【構成】 第１炉心２４、第１炉心の上に配置された複
数の汽水分離器および汽水分離器の上に配置された第２
炉心３０を、すべて単一の圧力容器１２の内部に含む。
汽水分離器は第１炉心から蒸気−水混合物を受け取り、
蒸気から水を分離する。分離した蒸気は第２炉心に案内
され、その結果過熱蒸気が発生する。好ましくは、第２
炉心の燃料バンドルは第１炉心の燃料バンドルと鉛直方
向整合関係に配置される。燃料は最初第２炉心に配置し
て親物質を核分裂性物質へ変換し、その後、第１炉心に
配置替えすることにより一層完全な軸線方向燃焼が可能
になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、一般に原子炉、特に
炉心の燃料配列を改良した原子炉に関する。

【０００２】

【従来の技術】核分裂炉は、ウラン同位元素（Ｕ²³³ 、
Ｕ²³⁵ ）やプルトニウム同位元素（Ｐｕ²³⁹ 、Ｐ
ｕ²⁴¹ ）のような核分裂性原子の核分裂に依拠してい
る。中性子を吸収すると、核分裂性原子は壊変し、数種
の高エネルギー中性子とともに、原子量の小さい、運動
エネルギーの高い原子を生成する。核分裂生成物の運動
エネルギーはただちに熱として放出される。熱は原子炉
の主たるエネルギー生成物である。壊変の際に放出され
る中性子の一部は他の核分裂性原子に吸収され、壊変と
熱発生の連鎖反応を生じる。原子炉中の核分裂性原子
は、連鎖反応が自己持続性となるように配置されてい
る。

【０００３】取扱いを容易にするために、核分裂性燃料
をモジュールユニットとして維持するのが代表的であ
る。これらのユニットは鉛直に延びる燃料棒のバンドル
とすることができる。各燃料棒は、核分裂性燃料ペレッ
トを積重ねたものをクラッディングで囲んだ構成であ
る。一般に、各燃料棒には、核分裂反応の気体副生成物
を受け入れるための空間、すなわち「プレナム」を設け
るが、そうしないと、気体副生成物が燃料棒を過度に加
圧し、その破損につながるおそれがある。燃料バンドル
を原子炉内に二次元配列として配設して、「炉心」（コ
ア）を形成する。中性子を吸収する制御棒を燃料バンド
ル間または燃料バンドル内に挿入して、炉心の反応度を
制御する。制御棒を少しずつ挿入したり引き抜いたりす
ることにより、炉心の反応度を調節することができる。

【０００４】経済および安全の両方の考慮から燃料利用
の改良が望ましく、燃料利用の改良は、燃料交換の頻度
を少なくすること、原子炉内部からの放射線への被ばく
を少なくすることを意味する。さらに、燃料利用の改良
は、一般に燃料の「燃焼」（バーンアップ）、つまり核
分裂をより完全にすることを意味する。燃料要素の寿命
を長くし、燃料の燃焼度をより完全にする上での大きな
障害となるのは、炉心全体にわたって半径方向および軸
線方向両方に中性子束が均質でないことである。たとえ
ば、炉心の中心付近の燃料バンドルは他の燃料要素で囲
まれているが、周辺の燃料バンドルはその１側面以上が
残りの燃料要素に面していない。そのため、中心部の燃
料バンドルの中性子束は、周辺部の燃料バンドルの中性
子束より大きい。したがって、周辺部の燃料バンドル
は、中心部の燃料バンドルが燃焼するのより、ゆっくり
燃焼する傾向がある。

【０００５】炉心の半径方向位置により中性子束密度が
ばらつく問題は、燃料バンドルを中心位置と周辺位置の
間で配置しなおすことにより、解決している。この結
果、燃料交換操作を追加するのと引き替えに、燃料バン
ドルの寿命を長くしている。中性子束密度のばらつきは
半径方向だけでなく、軸線方向にも生じる。たとえば、
燃料バンドルの頂部または底部近くの燃料がさらされる
中性子束は、燃料バンドルの中間より上に位置する燃料
より少ない。この軸線方向の変動は、燃料要素の半径方
向の配置転換では、有効に解決されない。

【０００６】中性子束密度のばらつきに加えて、スペク
トル分布のばらつきも燃焼度に影響する。たとえば、沸
とう水炉（ＢＷＲ）では、核分裂中に放出される中性子
は余りに速く動き、余りに高いエネルギーをもつので、
連鎖反応を持続するのに必要なさらなる核分裂をすぐに
引き起こすことができない。これらの高エネルギー中性
子は「高速」中性子として知られている。遅い中性子
は、「熱中性子」と呼ばれ、もっとも簡単に核分裂を引
き起こす。

【０００７】ＢＷＲでは、熱中性子は以前は高速中性子
である。高速中性子が、主として、熱伝達媒体として使
用される水（減速材）中の水素原子との衝突により遅く
されて、熱中性子となる。熱中性子と高速中性子の間の
中間のエネルギーレベルのものが「エピサーマル」中性
子である。エピサーマル中性子は、核分裂を引き起こす
のに望ましいエネルギーを越えるが、多くのアクチニド
系列同位元素による共鳴吸収を促進し、一部の燃料
「親」物質を「核分裂性」同位元素に変換する。たとえ
ば、エピサーマル中性子は、親物質Ｕ²³⁸ を核分裂性Ｐ
ｕ²³⁹ に変換するのに有効である。炉心内の熱、エピサ
ーマルおよび高速中性子の割合は炉心の軸線方向範囲に
わたって変化する。

【０００８】中性子スペクトルの軸線方向変動は、部分
的には、炉心を上昇する水の密度またはボイド率の変動
に原因がある。沸とう水炉（ＢＷＲ）では、炉心の底部
に入る水は本質的に、完全に液相にある。炉心を上昇す
る水は沸とうするので、炉心の頂部から出る水の体積の
大部分は蒸気相、すなわち水蒸気（スチーム）である。
蒸気相の密度は低いので、水蒸気は中性子減速材として
は液体の水より有効でない。したがって、中性子減速の
観点から、水蒸気が占める炉心体積が「ボイド」と認め
られ、炉心内の空間領域での水蒸気の量は「ボイド率」
により特徴付けることができる。燃料バンドル内では、
ボイド率は底部でのほぼゼロから頂部近くでの約０．７
まで変化する。

【０００９】ＢＷＲを例にとって説明を続けると、燃料
バンドルの底部近くで、中性子発生と密度は比較的低い
が、そのレベルでの低いボイド率の水による減速がきく
ので、熱中性子の割合（％）は高い。それより上方で
は、ボイド率が上昇し続ける一方、中性子密度が最高値
に達する。したがって、熱中性子の密度はバンドルの下
方中間レベル近くのどこかでピークに達する。このレベ
ルより上では、中性子密度はおおよそ安定なままで、エ
ピサーマルおよび高速中性子の割合（％）が増加する。
バンドルの頂部近くでは、中性子密度がスペクトル全体
にわたって減少する。これはバンドルの頂部のすぐ上で
は中性子が発生しないからである。

【００１０】このスペクトル分布により引き起こされる
不均質さが、種々の問題の原因となる。上方中間部分に
焦点を当てると、燃焼度が不適切なことと高レベル超ウ
ラン廃棄物の生成が増大することが問題である。上方中
間部分は熱中性子の割合（％）が比較的低いので、場合
によっては、核分裂性燃料の濃度を高くして連鎖反応を
支持する。もしも燃料バンドルの核分裂性燃料分布が均
一であれば、この部分は、他のバンドル部分より前に臨
界点（連鎖反応を持続するのに必要なレベル）以下に低
下する。燃料バンドルは、バンドルのすべての部分の核
分裂性燃料が使い尽くされるのよりずっと前に交換しな
ければならず、燃料が無駄になる。

【００１１】廃棄物処理にともなう問題がこの上方中間
部分でさらに悪くなる。エピサーマル中性子のレベルが
比較的高い結果、ネプツニウム、プルトニウム、アメリ
シウム、キュリウムなどの、最後には高レベル廃棄物と
なるアクチニド系列元素の生成が増加するからである。
軸線方向スペクトル変動に対処する１つの方法は、制御
棒を用いることである。ＢＷＲの場合、代表的には、制
御棒が炉心に下側から延在し、制御棒に入れた中性子吸
収材が、隣の燃料から、制御棒がなければ核分裂に使用
される熱中性子を奪う。つまり、制御棒を用いて、熱中
性子の軸線方向位置での分布を修正して一層完全な燃焼
度を達成することができる。しかし、制御棒はスペクト
ル密度を粗いレベルで制御することしかできない。

【００１２】スペクトル変動のもっと正確な補償を、濃
縮変化および可燃性毒物を用いて行うことができる。た
とえばＵ²³⁵ 濃縮ウランを用いる濃縮変化を燃料バンド
ルの頂部近くに用いて、熱中性子の局部的欠乏を部分的
に補償することができる。同様に、酸化ガドリニウム
（Ｇｄ₂ Ｏ₃ ）のような可燃性毒物が、大きな熱中性子
束を受け取るバンドル部分の被ばくをバランスさせるこ
とができる。時間がたつと、可燃性毒物が毒物ではない
同位元素に変換されるので、核分裂性物質の量が減少す
るにつれて、核分裂に使用される熱中性子が多くなる。
このように、核分裂は燃料バンドルの部分では時間経過
に対して一層一定に留まる。バンドルに沿った軸線方向
位置により濃縮および可燃性毒物の量を変えることによ
り、より長い、より完全な燃焼を達成することができ
る。さらに、濃縮および毒物分布を半径方向位置に応じ
て変えて、熱中性子密度の半径方向変動を補償すること
ができる。

【００１３】それにもかかわらず、制御棒の使用、バン
ドルの半径方向位置交換、選択的濃縮および可燃性毒物
の分布は、すべて合わせても、まだ、燃焼速度および中
性子スペクトルの軸線方向変動と関連した問題を残して
いる。さらに、使用されているこれらの方法のいずれ
も、エピサーマル中性子のレベルが高く、熱中性子のレ
ベルが低いため、バンドルの上方中間部分に生成され、
残される高レベルの核分裂性物質の問題を効果的に解決
していない。必要とされているのは、中性子束の軸線方
向スペクトル変動をより効果的に処理でき、したがって
より高い燃料燃焼度を達成し、高レベル廃棄物を最小限
にするシステムである。

【００１４】さらに、通常のＢＷＲでは水を冷却材とし
て使用しているので、水を原子炉、配管およびＢＷＲが
発生する蒸気により動力供給されている代表的な蒸気タ
ービンに循環させるにつれて、水が不純物や腐食生成物
（ｃｒｕｄ）で汚染されてくる。腐食生成物は、燃料棒
クラッド（ｃｌａｄ）の上に蓄積し、燃料棒とそれに沿
って流れる冷却水との間の熱伝達率を低下するので、原
子炉に望ましくない。熱伝達率が低下すると、燃料温度
が上昇し、その結果反応度が減少する。さらに、クラッ
ド温度の上昇は燃料棒の機械的寿命の短縮につながるお
それがある。したがって、原子炉に適当な手段を設け
て、腐食生成物を冷却材から除去して、燃料バンドルへ
の腐食生成物の堆積を減少または防止する必要がある。

【００１５】

【発明の目的】この発明の主たる目的は、より完全な燃
料燃焼度を達成して、燃料利用率を高めるとともに、放
射性廃棄物の生成を最小にすることにある。この発明の
別の目的は、中性子束密度および中性子スペクトル分布
の軸線方向変化を用いて、親燃料を核分裂性燃料に転換
するとともに、炉心での燃料の寿命の間より均一かつ完
全な燃料核分裂を達成するのに有効な、新規な改良原子
炉を提供することにある。

【００１６】この発明の他の目的は、蒸気冷却炉（ＳＣ
Ｒ）と、炉冷却材から腐食生成物を除去する手段を含む
沸とう水炉（ＢＷＲ）とを軸線方向に積み重ねた形態の
２レベル炉心を有する、新規な改良原子炉を提供するこ
とにある。

【００１７】

【発明の概要】この発明によれば、熱伝達流体を循環さ
せる原子炉に２レベル炉心を設けて、燃料配置の融通性
を高める。２レベル炉心は、第１炉心、第１炉心の上に
配置された複数の汽水分離器および汽水分離器の上に配
置された第２炉心を、すべて単一の圧力容器の内部に含
む。汽水分離器は第１炉心から蒸気−水混合物を受け取
り、蒸気（スチーム）から水を分離する。分離した蒸気
を第２炉心に案内し、それで第２炉心を冷却し、その結
果過熱蒸気が発生する。好ましくは、第２炉心の燃料バ
ンドルを、中間に介在する汽水分離器および第１炉心の
燃料バンドルと鉛直方向整合関係に配置する。この配置
は、３要素すべてを単一アセンブリとして抜き去ること
により、第１炉心の燃料バンドルにアクセスすることを
可能にする。燃料交換操作の際、燃料バンドルを１つの
炉心から別の炉心に移動することができ、種々の燃焼度
の段階でユニットを配列する上での融通性を高める。２
レベル炉心は、燃料を最初第２炉心に配置して親燃料の
核分裂性燃料への変換を行い、その後、燃料を第１炉心
に配置替えして一層完全な軸線方向燃焼を達成すること
を可能にする。第１炉心と第２炉心の間に配置された汽
水分離器は、第２炉心に案内される蒸気の品質を制御
し、腐食生成物（ｃｒｕｄ）が分離された水に溶液状態
で留まるのを許し、こうして腐食生成物をいずれの炉心
にも堆積せずに、炉水クリーンアップ系統により運転中
に除去できるようにする。

【００１８】この発明の新規な特徴は特許請求の範囲に
記載した通りである。以下に、添付の図面を参照しなが
ら、この発明の好適な実施例を説明し、その目的および
効果を明確にする。

【００１９】

【具体的な構成】図１にこの発明の１実施例による原子
炉１０を線図的に示す。炉１０は、鉛直または長さ方向
中心軸線１４を有する環状炉圧力容器１２を含む。容器
１２には水などの炉冷却材１６を入れる。容器１２の頂
部ヘッドと底部ヘッドとの間の上方中間部分近くの所定
のレベルＬまで、容器１２に水を満たす。

【００２０】環状炉心シュラウド１８が中心軸線１４の
まわりに同軸に延在し、容器１２から半径方向内方へ離
れて、両者間に環状のダウンカマー２０を画定する。炉
心シュラウド１８は容器１２の底端からも上方に離れ
て、ダウンカマー２０と流れ連通した通常の下部プレナ
ム２２を画定する。第１または下部炉心２４が、炉心シ
ュラウド１８の底部に下部プレナム２２と流れ連通関係
で配置されている。下部炉心２４は、複数の通常の第１
または下部燃料バンドル２６を含み、これらの燃料バン
ドル２６は通常の第１二次元配列またはマトリックスと
して配設され、隣接する燃料バンドル２６が従来周知の
ように横方向または半径方向に離間している。下部炉心
２４は沸とう水炉（ＢＷＲ）として作動し、下部プレナ
ム２２から受け取った水１６ｆを加熱、沸とうして、蒸
気−水混合物１６ａを形成し、蒸気−水混合物は下部炉
心２４内を上方に上昇する。

【００２１】複数の横方向に離間した汽水分離器２８
が、下部炉心２４の上に、蒸気−水混合物１６ａを受け
取るよう下部炉心２４と流れ連通関係で配置されてい
る。汽水分離器２８は、液体として水、すなわち分離水
１６ｂを蒸気（スチーム）、すなわち分離蒸気１６ｃか
ら分離する作用をなす。第２または上部炉心３０が、炉
心シュラウド１８内に汽水分離器２８より上に、分離蒸
気１６ｃを受け取るよう汽水分離器２８と流れ連通関係
で配置され、分離蒸気１６ｃを加熱して過熱蒸気１６ｄ
を形成する。上部炉心３０が分離蒸気１６ｃを加熱する
一方、蒸気が上部炉心３０を冷却し、こうして上部炉心
３０は蒸気冷却炉（ＳＣＲ＝ｓｔｅａｍ ｃｏｏｌｅｄ
ｒｅａｃｔｏｒ）を形成する。上部炉心３０は、同じ
く従来通りに第２二次元配列またはマトリックスとして
配設された複数の通常の第２または上部燃料バンドル３
２を含む。

【００２２】この例示の実施例では、炉心シュラウド１
８を用いてダウンカマー２０を画定している。しかし、
別の実施例では、炉心シュラウド１８をなくしてもよ
く、その場合には、第１炉心２４、汽水分離器２８、第
２炉心３０を容器１２から半径方向内方に離間して、ダ
ウンカマー２０を画定する。過熱蒸気１６ｄは上部炉心
３０から上方へ通常の蒸気ドライヤ３４に流入し、そこ
で残っている水分を除去した後、通常の出口ノズル３６
を通して炉１０から排出される。炉１０には、通常の環
状給水スパージャ３８も下部炉心２４の上に、ダウンカ
マー２０と流れ連通関係で配置され、通常通り、入口ノ
ズル３９から供給される比較的低温の給水１６ｅをダウ
ンカマー２０に案内する。給水１６ｅはダウンカマー２
０内の水１６と混合し、下方へ下部プレナム２２中へ流
れ、ついで下部炉心２４中に入口水１６ｆとして流れ込
む。

【００２３】水１６は水自体の密度の差により容器１２
内で自然に循環する。すなわち、ダウンカマー２０内で
は温度が比較的低いので水の密度が最大であり、下部炉
心２４内では水が比較的高温でかつ蒸気−水混合物１６
ａ中の蒸気と混合しているので水の密度が比較的低い。
所望に応じて、通常のポンプ手段、たとえばジェットポ
ンプや炉内部ポンプ（図示せず）を用いて再循環を促進
することができる。

【００２４】下部燃料バンドル２６および上部燃料バン
ドル３２は共通な形状を共有するのが好ましく、すなわ
ち形状を実質的に同じにして、各燃料バンドルを各マト
リックス中の任意の位置に置けるようにする。燃料交換
操作中、正味の移動は次の通りである。使用済みバンド
ルを下部炉心２４から取り出し、上部炉心３０からの部
分的使用済みバンドルを下部炉心２４に挿入し、そして
新しいバンドルを上部炉心３０に挿入する。この燃料バ
ンドルの入れ替え方は平均的燃料交換方式であるが、数
本のバンドルを上部炉心３０から除去し、数本の新しい
燃料バンドルを下部炉心２４に挿入し、そして数本の部
分的使用済み燃料バンドルを下部炉心２４から上部炉心
３０に移動するようにしてもよい。

【００２５】炉心２４および３０での加熱により、また
分離器２８での水／蒸気分離により、水１６の蒸気ボイ
ド率は容器１２内のレベルが高くなるにつれて増加する
ので、水１６の蒸気ボイド率は上部炉心３０の頂部での
方が、下部炉心２４の底部でよりはるかに高い。したが
って、中性子減速は上方レベルでより下方レベルでの方
が効果的である。減速に差があるので、上部炉心３０の
燃料バンドル３２は、下部炉心２４の燃料バンドル２６
よりハードな（硬い）中性子スペクトルにさらされる。

【００２６】この相対的にハードな中性子スペクトル
は、上部炉心３０内の新しい燃料バンドルにより、有効
に利用することができる。相対的にハードな中性子スペ
クトルはより高い割合の高速中性子およびエピサーマル
中性子を含有し、一方、熱中性子スペクトルはより高い
割合の低速熱中性子を含有する。熱中性子は、核分裂を
うながす点で、高速中性子より有効である。高速中性子
は捕獲、すなわち核分裂につながらない共鳴吸収反応を
受けやすい。

【００２７】非核分裂性中性子吸収は、結果として同位
体濃縮を生じる。言い換えると、ハードな中性子スペク
トルは親物質を核分裂性燃料に変換する。一次反応は親
物質Ｕ²³⁸ による高速中性子の吸収で、比較的短い寿命
の放射性崩壊系列を通して核分裂性物質Ｐｕ²³⁹ を生じ
る。Ｐｕ²³⁹ が中性子を吸収すると、核分裂を生じる
か、或いはつぎのプルトニウム同位体、親物質Ｐｕ²⁴⁰
を形成する。親物質Ｐｕ²⁴⁰ が中性子を吸収すると、核
分裂性Ｐｕ²⁴¹ 同位体となる。ハードな中性子スペクト
ルの正味の作用は、元の核分裂性物質を部分的に消費し
ながら、追加の核分裂性物質を生成することである。さ
らに、種々の核反応および放射性崩壊系列を通して形成
される他の超ウラン元素は、ハードなスペクトルで核分
裂を生じる見込みが高く、有用なエネルギーを生成し、
高レベルアクチニド系列廃棄物の生成を最小にする。し
たがって、上部燃料バンドル３２の比較的ハードな中性
子スペクトルを用いて、親燃料を核分裂性燃料に変換
し、廃棄物毒物を最小限にすることができ、こうして燃
料バンドルの運転寿命を長くする。

【００２８】上部炉心３０における相対的にハードな中
性子スペクトルは、核分裂を誘引するのにあまり効果的
でない。上部炉心３０における比較的新しい燃料バンド
ルの燃料が濃縮されていて、核分裂性燃料、たとえばＵ
²³⁵ を比較的高い濃度で含有する場合には、このことは
問題ではない。追加の核分裂性燃料が生成するのより速
くＵ²³⁵ が減損するので、ハードな中性子スペクトルは
最終的に、連鎖反応を支持することができなくなる。こ
の時点より前に、もはや新品とはいえなくなった燃料バ
ンドルを上部炉心３０から、より多くの熱中性子スペク
トルにさらされる下部炉心２４に移動することができ
る。

【００２９】熱中性子は核分裂を誘引するのにもっとも
効果的であるので、下部炉心２４の燃料をより完全に利
用することができる。これは、廃棄物処理と燃料経済の
両面での利点を与える。下部炉心２４の燃料は熱中性子
スペクトルを受けるので、捕獲および共鳴吸収と核分裂
反応との比が小さく、親物質の変換率が低くなり、高レ
ベル廃棄物が少なくなる。したがって、（プルトニウム
生成により、使用済み燃料要素内に高レベルの長寿命放
射能を生じるおそれがある）同位体濃縮が下部炉心２４
のソフトな中性子スペクトルで最小になる。

【００３０】この発明は、炉心を通しての軸線方向中性
子スペクトルのシフトを利用することができる、融通性
の高い燃料配置を提供する。その結果、燃料寿命を長く
し、高レベル核廃棄物の量を最小にする。この発明のこ
れらのそして他の特徴と効果を、以下の詳しい説明で明
らかにする。この発明の２レベル燃料バンドル配設によ
れば、燃料交換操作中の燃料バンドルの配置替えにおけ
る融通性が増大する。特に、それぞれの燃料バンドルに
ついて、通常の半径方向配列位置に加えて、軸線方向レ
ベルを選択することが可能になる。これにより得られる
燃料交換方式では、新しいまたは低燃焼度の燃料バンド
ルを上部炉心３０に装填し、そこでハードな中性子スペ
クトルにより親燃料を核分裂性燃料に転換することがで
きる。部分的に使用された、すなわち中間乃至高燃焼度
の燃料バンドルを上部炉心３０から下部炉心２４に移動
することができ、そこでより多くのソフトな、すなわち
熱中性子スペクトルによって残っている核分裂性燃料を
もっと効果的に利用する、すなわち核分裂させることが
できる。下部炉心２４では、中性子スペクトルがソフト
なため、親燃料からの転換が最小限に抑えられるので、
比較的完全な燃焼が可能であり、下部燃料バンドル２６
中に生成する高レベル放射性廃棄物の量が最小限に抑え
られる。

【００３１】通常の１レベル炉心における燃料バンドル
は、代表的には、処分される前に何回かの燃焼サイクル
を受ける。燃料交換のための停止ごとに、燃料バンドル
をマトリックス内で半径方向に配置転換し、燃焼度の低
いバンドルを、中性子束密度およびスペクトル分布にお
ける半径方向変化から見て、より完全な燃焼を得るのに
適当な別の半径方向位置に移動する。燃料バンドルが実
質的に燃焼し終ったら、すなわち実質的に完全に核分裂
をし終ったら、そのバンドルは炉心から除去する。した
がって、この発明によれば、燃料バンドルの半径方向だ
けでなく、軸線方向の配置転換も可能にすることによ
り、燃料管理における融通性が増大する。新しいか低燃
焼度の燃料を上部炉心３０に与え、中間乃至高燃焼度の
燃料を下部炉心２４に与えるのが好ましい。上部炉心３
０用の低燃焼度の燃料は同じ上部炉心３０内での半径方
向配置転換から来ればよく、下部炉心２４用の中または
高燃焼度の燃料は上部炉心３０から来るのが好ましく、
そして所望に応じて、中または高燃焼度の燃料の一部が
下部炉心２４の半径方向配置転換から来てもよい。

【００３２】この発明によれば、複数の炉心が２つ以上
のレベルの燃料バンドルを有し、これらの燃料バンドル
はモノリシックとしても、多数の要素を含んでもよい。
あるレベルのバンドルを二次元配列またはマトリックス
に、三角形、正方形を含む長方形、または多角形として
パックすることができる。他のパッキング形状を採用し
てもよい。制御棒を用いる実施例では、場合によって
は、すべての炉心レベルに制御棒を使用しなくてもよ
い。パワー出力調整は、可燃性毒物を使用したり、冷却
材流れと温度を調節したり、他のパワー調整方法を採用
したりすることにより、通常通りに行うことができる。
下部炉心２４へのアクセスは上部炉心３０を通して、ま
たは底部から、あるいは横方向から行うことができる。

【００３３】下部炉心２４は通常の沸とう水炉として運
転され、サブクールされた入口水１６ｆを約７．０ＭＰ
ａおよび約２７１°Ｃの所定通りの高ボイド率混合物１
６ａに転換する。上部炉心３０は分離器２８から分離さ
れた蒸気１６ｃを受け取り、それを、たとえば約７．０
ＭＰａおよび約２７１°Ｃより高い温度の、過熱された
蒸気１６ｄに転換する。２つの段階の燃料バンドル形状
または機械的設計は同じであるのが好ましく、そして上
部炉心３０には新しい燃料または低燃焼度の燃料を装填
し、一方、下部炉心２４には、前述したように上部炉心
３０で少なくとも１サイクルの被ばくを受けた燃料を装
填する。下部炉心２４で完全な燃焼運転を行った後、そ
の燃料を排出する。

【００３４】したがって、下部炉心２４は蒸気冷却され
た上部炉心３０用のコンパクトな蒸気入力源となり、蒸
気循環を達成するのに、従来の蒸気冷却炉の設計で見ら
れるような、複雑な効率の悪い蒸気ブローワやインジェ
クタを用いる必要がない。蒸気源を得るのに通常の接触
ボイラーを設ける必要もない。燃料を上部炉心から下部
炉心に移動することには、いくつかの利点がある。この
移動は、初期には、上部炉心（すなわち転換炉）３０に
おいて、ハードな中性子スペクトルの共鳴捕獲による親
物質Ｕ²³⁸ およびＰｕ²⁴⁰ の転換比を最大にし、同位体
的に親燃料を核分裂性燃料Ｐｕ²³⁹ およびＰｕ²⁴¹ に高
める。その後、この移動は、下部炉心（すなわち燃焼
炉）２４において、沸とう段階の熱スペクトルでのＰｕ
の燃焼を最大にし、一方、Ｕ²³⁸ の転換をバンドル寿命
の最後近くで限定する。さらに、上部炉心３０における
燃料濃縮の増大と、下部炉心２４における可燃性毒物と
によって、パワー分布成形を達成するための最大の融通
性が得られる。ここで、上部炉心３０における燃料濃縮
の増大は、上部炉心３０からの残っている燃料を後で下
部炉心２４で燃焼させるので、無駄にならないし、また
下部炉心２４における可燃性毒物は、下部炉心２４にお
ける燃焼を減少させて上部炉心３０の燃焼度によく合致
させ、軸線方向燃焼をより均一にする。

【００３５】ウラン燃料の場合、上部炉心３０は相対的
に高い転換を行い、約１５０，０００メガワット・日／
メータートン（ＭＷＤ／Ｔｏｎｎｅ）の核寿命が得られ
る。プルトニウム燃料の場合、上部炉心３０は燃料を増
殖するように設計でき、約２００，０００ＭＷＤ／Ｔｏ
ｎｎｅの核寿命が得られる。いずれの場合にも、最初に
上部炉心３０で燃焼させ、その後下部炉心２４で燃焼さ
せることによって、高い転換が達成され、高レベル廃棄
物の発生を有意に減少させることができる。このこと
は、転換された親燃料を上部炉心３０から下部炉心２４
にリサイクルし、上部炉心３０に滞在している間は核分
裂しなかった有意な量の残留高レベル廃棄物を下部炉心
２４で燃焼させる利点となり、従来のように燃料を化学
的に再処理する必要をなくす。

【００３６】なお、原子炉１０がもつ、下部炉心２４の
底部から上部炉心３０の頂部までの中性子スペクトル
は、比較的ソフトなスペクトルからハードなスペクトル
まで変化する。前述したように、中性子束密度および中
性子スペクトル両方の軸線方向変化は、水１６を沸とう
させ、ボイド部分を生成することから生じる。蒸気１６
ｃは上部炉心３０を通して上方へ導かれ、過熱を受ける
ので、そこでの中性子スペクトルは比較的ハードであ
り、下部炉心２４で見出される中性子スペクトルより著
しくハードである。

【００３７】したがって、原子炉１０はこの中性子スペ
クトルの軸線方向変化をうまく利用でき、その結果得ら
れる上部炉心３０におけるハードな中性子スペクトル
が、従来のＢＷＲに見られるそれよりも著しく大きく、
親燃料の核分裂性燃料への転換を達成する。したがっ
て、上部炉心３０は転換炉（コンバータ）段とみなすこ
とができ、そして前述したように、プルトニウムを燃料
として使用した場合、上部炉心３０は燃料を増殖するよ
うに、すなわち消費するよりも多くの使用可能な燃料を
発生するように設計することができる。

【００３８】したがって、上部燃料バンドル３２は、ハ
ードな中性子スペクトルに基づく転換により核分裂性燃
料を形成する親燃料を含有するのが好ましい。そして、
下部燃料バンドル２６は、下部炉心２４で見出されるソ
フトな中性子スペクトルにて核分裂可能な核分裂性燃料
を含有するのが好ましい。上部燃料バンドル３２を下部
燃料バンドル２６として用いるよう、下部炉心２４にも
っと簡単に配置替えするために、上部および下部燃料バ
ンドル３２および２６を同じ形状とする、すなわち同じ
高さと格子配列をもつのが好ましい。そして、汽水分離
器２８のそれぞれを、上部および下部燃料バンドル３
２、２６のそれぞれと鉛直方向に心合せするとともに、
燃料バンドルそれぞれの間に介在させるのが好ましく、
また所望に応じて、燃料バンドルとともに単一の３成分
アセンブリとして取り外すことができる。

【００３９】もっと具体的に、図２に六角形格子に配列
した下部および上部燃料バンドル２６および３２の形状
を例示する。燃料バンドルの下部および上部燃料棒を六
角形形状に配列し、横方向または半径方向平面におい
て、１対の軸線方向に間隔をあけたタイプレート４０に
より互いに空間的に合体する。各タイプレート４０には
穴（アパーチャ）４２があけられ、各穴４２に燃料棒が
それぞれ挿入され、またそれとは別の流通穴４４があけ
られ、これらの流通穴４４を通して、入口水１６ｆ、混
合物１６ａ、分離した蒸気１６ｃおよび過熱蒸気１６ｄ
が流れる。

【００４０】したがって、下部および上部燃料バンドル
２６および３２のそれぞれは同じであるのが好ましく、
たとえば六角形の同じ半径方向形状と同じ長さ方向長さ
Ｌ１およびＬ２をもつのが好ましく、こうすれば、上部
燃料バンドル３２の個々のものを単に軸線方向に下部炉
心２４に配置替えして、下部燃料バンドル２６の１つと
置き換えればよい。このことはこの発明の顕著な利点で
ある。ある程度燃焼した上部燃料バンドル３２を、ハー
ドな中性子スペクトルを受ける上部炉心３０から、ソフ
トな中性子スペクトルを受ける下部炉心２４に移動する
ことができ、同バンドルを下部炉心でより十分にかつ完
全に燃焼させることができるからである。このようにし
て、上部燃料バンドル３２を最初に上部炉心３０に配置
するとき、これらの上部燃料バンドル３２により高い燃
料濃縮を与えて、炉１０全体からより均一な軸線方向パ
ワー分布を得ることができ、このようにしても、実際上
このような濃縮燃料を再利用することができない通常の
単一レベル原子炉で生じるような濃縮燃料の無駄を、生
じない。しかし、この発明によれば、上部燃料バンドル
３２を下部炉心２４にリサイクルして、より完全な燃焼
を達成することができる。

【００４１】さらに、下部および上部燃料バンドル２
６、３２からの燃料ペレットを再処理して、実質的な量
のアクチニド系列元素を分離し回収する別の実施例で
は、回収したアクチニド系列元素を他の核分裂性および
親燃料補充物とともにペレットに形成し、それを上部燃
料バンドル３２に入れるのが好ましく、そこでハードな
中性子束に露出させて核分裂させ、有用なエネルギーを
生成する一方、それに関連した高レベル廃棄物をさらに
減らす。

【００４２】図２に示すように、下部燃料バンドル２６
は通常通り、下部炉心２４の底部で下側静止サポート板
４６の上に単に支持すればよく、そのサポート板４６に
は複数の流通穴（アパーチャ）４８を軸線方向に貫通さ
せて設ける。これらの流通穴４８は、従来から知られて
いるように、入口水１６ｆが上向きに、下部炉心２４を
通って、隣接する燃料バンドルの間および個別の燃料バ
ンドル内を循環するのを可能にする。

【００４３】水または水／蒸気混合物を上部燃料バンド
ル３２を通して案内しないので、通常必要とされる流れ
チャンネルやバッフルは不要である。したがって、上部
燃料棒を分離蒸気１６ｃと直接接触関係に配置し、分離
蒸気１６ｃは、隣接する上部燃料バンドル３２の隣接す
る燃料棒の間を自由に流れるのを許される。しかし、水
１６ａは上向きに下部燃料バンドル２６を越えて流れる
ので、その流れを制御するために、適当な流れチャンネ
ルまたはバッフルがやはり必要である。

【００４４】さらに具体的には、この発明の１実施例で
は、下部燃料バンドル２６のそれぞれを、その軸線方向
全長Ｌ１にわたって、環状流れバッフル５０内に配置す
る。バッフル５０は六角形で、六角形の燃料バンドルに
整合し、そこを通してかつ燃料棒に沿って入口水１６ｆ
を案内し、蒸気−水混合物１６ａを形成する。流れバッ
フル５０のそれぞれを下部サポート板４６に永久的に固
着してもよく、そうすれば下部および上部燃料バンドル
２６および３２は形状が同一に留まり、そして燃料バン
ドルの軸線方向配置転換の際に、下部燃料バンドル２６
の１つをそのバッフル５０内から抜き去り、上部燃料バ
ンドル３２の１つと取り替える。タイプレート４０を相
補形状、すなわち六角形とするのが好ましく、そうすれ
ばタイプレート４０がバッフル５０内にはまる。あるい
はまた、バッフル５０を別々の部品として設けてもよ
く、この場合、サポート板４６上の下部炉心２４に配置
する前に、下部燃料バンドル２６をバッフル部品内に入
れる。

【００４５】バッフル５０の隣接するものを互いに離し
て長さ方向に延在するバイパスチャンネル５２を画定す
る。バイパスチャンネル５２は、汽水分離器２８からの
分離水１６ｂを受け取り、下方へ案内する。各バッフル
５０は上方へ第１燃料バンドル２６より上に延在して、
汽水分離器２８のそれぞれのまわりに離して環状スカー
ト部分または単にスカート５４を画定し、これとともに
スキマー排出通路５６を画定する。スカート５４はバッ
フル５０の一部であるので、それもこの例示実施例では
六角形である。スカート５４のそれぞれは、複数の円周
方向に間隔をあけたバイパス入口５８を含み、バイパス
入口５８は、分離水１６ｂを汽水分離器２８から下方へ
バイパスチャンネル５２中へ案内する。

【００４６】図３にさらに詳しく示すように、汽水分離
器２８それぞれの管状分離用バレル（胴）６０は、スカ
ート５４から半径方向内方へ離れて、スキマー（skimme
r ）排出通路５６を画定する。分離器２８の第１無孔ノ
ーズピース６２は、分離器２８の底部に入口６４を画定
するだいたい管状円すい台形で、第１燃料バンドル２６
のそれぞれと流れ連通関係に配置され、そこから蒸気−
水混合物１６ａを受け取る。第１ノーズピース６２は、
蒸気−水混合物１６ａを流通穴４４から受け取るよう、
第１燃料バンドル２６の上部タイプレート４０に適当に
シール接合され、そして上向きに狭くなり、分離器入口
６４にシール接合されている。第１ノーズピース６２の
外面は、バイパス入口５８に隣接するスキマー排出通路
５６の下方部分のための境界を形成する。

【００４７】蒸気−水混合物１６ａは、上向きに通常の
旋回羽根６６を通してバレル６０中に案内される。旋回
羽根６６は、混合物１６ａを半径方向外方へうず巻か
せ、遠心力で蒸気から液体を分離し、分離した蒸気１６
ｃを分離器２８の頂部から中央蒸気出口６８を通して排
出する。この例示の実施例では、蒸気出口６８は管状部
材で、これが環状サポート板７０に固定装着され、一方
サポート板７０はスカート５４の内側に固定装着されて
いる。第２の円すいノーズピース７２は、サポート板７
０の中央開口を通して蒸気出口６８と流れ連通関係にサ
ポート板７０に固定接合され、上向きに広がり、上部燃
料バンドル３２の下部タイプレート４０に固定的にシー
ル接合されている。分離された蒸気１６ｃは出口６８か
ら上向きに、第２ノーズピース７２を通り、下部タイプ
レート４０の流通穴４４を通って流れ、上向きに上部燃
料バンドル３２の中へ流れ込む。

【００４８】環状スキマーチューブ（管）７３が蒸気出
口６８から下向きにバレル６０の内側に延在する。環状
スキマー液体出口７４は分離器バレル６０の頂部に配置
され、スキマーチューブ７３の半径方向外側に円周方向
に間隔をあけて配置された複数の穴の形態である。した
がって、蒸気−水混合物１６ａがバレル６０の内側で旋
回羽根６６によりうず巻くにつれて、液体は遠心力で半
径方向外方へバレル６０の内面に向けられ、スキマーチ
ューブ７３とバレル６０との間を上向きに流れ、液体出
口７４から外へ出て、スキマー排出通路５６の頂部に流
れる。サポート板７０は分離水１６ｂが上向きに流れる
のを防止し、分離水１６ｂはその代わりに、下向きに回
され、スキマー排出通路５６を通ってバイパス入口５８
に流れ、さらに下向きにバイパスチャンネル５２に流れ
る。汽水分離器２８は、液体を蒸気から分離するのに、
バッフル５０の一部であるスカート５４を効果的に利用
する。汽水分離器２８のこの例示の実施例は単段分離器
であるが、軸線方向多段分離器も使用できる。

【００４９】容器１２内の水レベルＬは上部炉心３０よ
り下で、汽水分離器２８の頂部近くであるから、バッフ
ル５０は、その流れ案内機能が必要でないので、上方へ
上部炉心３０の頂部まで延在する必要がない。しかし、
バッフル５０を上部炉心３０の頂部まで延在させて、燃
料交換中に下部および上部燃料バンドル２６および３２
をそれぞれの炉心中に案内するのに好都合な通路を確保
してもよい。好適な実施例では、バッフル５０、そして
特にスカート５４を上向きに上部炉心３０中に、下部サ
ポート板４６から比較的短い所定の高さＨまで延在さ
せ、バイパスチャンネル５２内に所定のレベルの水１６
を維持して、分離器２８による蒸気−水混合物１６ａか
らの蒸気１６ｃの分離を促進するのに適当な水頭差を得
る。バイパスチャンネル５２における水１６のレベルを
適切に選んで、分離水１６ｂ中の蒸気の過剰な持ち込み
不足または分離蒸気１６ｃ中の液体の過剰な持ち込み超
過を、それを選択的に減少させるか増加させることによ
り、防止する。

【００５０】たとえば、汽水分離器２８の頂部での蒸気
−水混合物１６ａは第１圧力Ｐ１にあり、バイパス入口
５８に隣接するバイパスチャンネル５２内の分離水１６
ｂは第２圧力Ｐ２にあり、そして下部プレナム２２内の
下部サポート板４６のすぐ下の入口水１６ｆの圧力は第
３圧力Ｐ３にある。バイパスチャンネル５２内の水のレ
ベルＬを所定通りに選ぶことにより、第２圧力Ｐ２を第
３圧力Ｐ３より高く、第１圧力Ｐ１より低く維持するこ
とができ、こうして分離水１６ｂが汽水分離器２８から
下向きにバイパスチャンネル５２を通って下部プレナム
２２に移動するのを確実にする。

【００５１】さらに、前述した炉心シュラウド１８のな
いこの発明の実施例では、バイパス入口５８を経て排出
された分離水１６ｂが、隣接バッフル５０間でかつ制御
棒８４のまわりで、図２および図３に示すように、半径
方向外向きまたは水平にも流れ、ダウンカマー２０（図
１）に達し、ついで下向きに下部プレナム２２に流れ
る。

【００５２】上向きに延在するスカート５４は、水レベ
ルＬがスカート５４の頂部より下に留まり、汽水分離器
２８の頂部を通って下向きに流れない、ことを保証す
る。このように、分離水１６ｂを分離器２８から下部プ
レナム２２中に適当に案内し、ここでその水に含まれる
腐食生成物を除去することができる。さらに具体的に
は、図１に線図的に示すように、通常の水クリーンアッ
プ手段７６を設けて、バイパスチャンネル５２に流れる
分離水１６ｂから腐食生成物を分離する。分離水１６ｂ
は、図３に示すように、下部サポート板４６の複数のバ
イパス出口７８を通って下部プレナム２２中に流れる。
腐食生成物除去手段７６は、通常の抜き出し管８０が下
部プレナム２２と流れ連通関係で配置され、下部プレナ
ムの水（分離水１６ｂを含む）の一部を取り出し、それ
を通常のフィルタに通して腐食生成物を水から除去す
る。通常の戻り管８２が下部プレナム２２と流れ連通関
係で配置され、ろ過した水を下部プレナム２２に戻す。

【００５３】したがって、汽水分離器２８を用いて、所
定の量の分離水１６ｂを抜き出すことができ、その水に
含まれる腐食生成物が水に懸濁状態に留まるようにし、
その水を下方へバイパスチャンネル５２を通して下部プ
レナム２２中へ導き、こうして腐食生成物を適当に除去
できるようにする。したがって、上部燃料バンドル３２
上はもちろん、下部燃料バンドル２８上の腐食生成物の
堆積を少なくするか、なくし、こうして燃料バンドルの
過熱を回避し、そこからのパワー分布への悪影響を回避
する。

【００５４】さらに、上部炉心３０に導かれる分離蒸気
１６ｃの品質は、炉１０の運転範囲の間、所定の値に維
持することができる。たとえば、上部炉心３０を、所望
に応じて、通常の制御棒なしで、その代わりに、たとえ
ば、ホウ素を含有する毒物カーテンを用いて運転するこ
とができる。ホウ素は本質的にハードな中性子スペクト
ルに対して透明であり、上部炉心３０が臨界状態に留ま
るのを許す。しかし、過熱蒸気１６ｄの密度が設計点で
の密度より低い設計外の点では、毒物カーテンが原因で
上部炉心３０が自動的に臨界未満になる。汽水分離器２
８は密度の変動範囲を限定し、望ましくない密度変化に
基づく不本意な停止のない、正常運転を保証する。

【００５５】図１に示す好適な実施例では、複数の制御
棒８４をそれぞれのバイパスチャンネル５２（図２およ
び図３参照）に配置して、下部炉心２４および上部炉心
３０両方の反応度を制御する。燃料バンドル２６、３２
およびバッフル５０はこの例示の実施例では六角形であ
るので、制御棒８４は、これらの間で並進できるよう
に、横方向断面がＹ字形であるのが好ましい。図１に示
す実施例では、通常の制御棒案内管８６が下部炉心２４
から下方へ下部プレナム２２中へ延在し、そして通常の
制御棒駆動シャフト８８が制御棒８４から下方へ案内管
８６を通り、容器１２の下部ヘッドを通り、通常の制御
棒駆動装置９０中へ延在している。複数の制御棒駆動装
置９０は、通常通り、反応度を下げるためにシャフト８
８を押し上げて制御棒をそれぞれの炉心に挿入し、また
反応度を上げるためにシャフト８８を下げて制御棒８４
をそれぞれの炉心から引き抜くように作用する。

【００５６】図２にさらに詳しく示すように、制御棒８
４それぞれは、第１または下方部分８４ａ、第２または
中間部分８４ｂおよび第３または上方部分８４ｃを含
む。第１または下方部分８４ａは下部燃料バンドル２６
と平行にかつ長さ方向に同延に配置される。すなわち、
下方部分８４ａは、下部炉心２４に挿入したとき、下部
燃料バンドル２６とだいだい同じ長さ方向長さＬ１を有
する。下方部分８４ａは通常の核毒物を含み、これが下
部炉心２４中に完全に挿入されたとき下部燃料バンドル
２６の反応度を下げる作用をなす。

【００５７】各制御棒８４の第２または中間部分８４ｂ
は、第１部分８４ａから鉛直上方へ延在し、それと一体
であり、汽水分離器２８と平行にかつ長さ方向に同延に
配置される。すなわち、中間部分８４ｂは、完全に挿入
したとき、汽水分離器２８と同じ長さ方向長さＬ２を有
する。中間部分８４ｂは不活性である。すなわち、核毒
物を含有せず、中性子に対して実質的に透明である。中
間部分８４ｂは、下方部分８４ａとともに、完全挿入時
にバイパスチャンネル５２内に配置される。

【００５８】各制御棒８４の第３または上方部分８４ｃ
は、中間部分８４ｂから鉛直上方へ延在し、それと一体
であり、上部燃料バンドル３２と平行にかつ長さ方向に
同延に配置される。すなわち、上方部分８４ｃは、上部
炉心３０に完全に挿入したとき、上部燃料バンドル３２
とだいたい同じ長さ方向長さＬ３を有する。上方部分８
４ｃは通常の核毒物を含み、これが完全に挿入されたと
き上部燃料バンドル３２の反応度を下げる作用をなす。

【００５９】図１に示すように、制御棒８４の例示とし
て、一番中央の制御棒を完全挿入位置、すなわち下方部
分８４ａが下部炉心２４に完全に挿入され、上方部分８
４ｃが上部炉心３０に完全に挿入された位置に示す。制
御棒８４の別の例示として、第２の制御棒を完全引抜き
位置、すなわち上方部分８４ｃが上部炉心３０から完全
に、分離器２８間のかつ下部炉心２４と上部炉心３０と
の中間のバイパスチャンネル５２中に引き抜かれ、下方
部分８４ａが下部炉心２４の下に下部プレナム２２中に
引き抜かれた位置に示す。中間部分８４ｂは分離器２８
の間の位置から下部炉心２４中に引き抜かれている。こ
のようにすると、下部炉心２４と上部炉心３０の最大反
応度が起こる。あるいはまた、原子炉１０の構造を変更
して、制御棒８４を炉心２４および３０それぞれから上
方へ引き抜くようにすることもできる。

【００６０】いずれの実施例でも、制御棒駆動装置９０
は、制御棒８４を選択的に移動して、下方部分８４ａま
たは上方部分８４ｃいずれかを下部炉心２４と上部炉心
３０の中間位置に引き抜くのに有効である。図１に示す
好適な実施例では、制御棒駆動装置９０は、制御棒８４
を下向きに移動して、上方部分８４ｃを下部炉心２４と
上部炉心３０の間の空間に引き抜くとともに、下方部分
８４ａを下部炉心２４の下の下部プレナム２２中に引き
抜くのに有効である。そして、バッフル５０を追加的に
使用して、制御棒８４の燃料バンドル２６、３２および
汽水分離器２８の隣接するものの間での並進を案内する
ことができる。

【００６１】したがって、この発明による汽水分離器２
８を含む２レベル原子炉１０は、軸線方向に変化する中
性子密度およびスペクトルと、上部炉心３０および下部
炉心２４間での燃料バンドルの軸線方向再入れ替えとを
うまく利用することによって、下部炉心２４および上部
炉心３０での核燃料のより完全な軸線方向燃焼を実現す
る。下部燃料バンドル２６および上部燃料バンドル３２
に組み込まれた汽水分離器２８は、分離水１６ｂを下部
プレナム２２に再循環させ、クラッド除去手段７６によ
りそこからクラッド（腐食生成物）を除去するのを可能
にする。汽水分離器２８はまた、分離水１６ｃの品質の
ばらつきを減らし、その結果、蒸気冷却炉として作動す
る上部炉心３０への入口蒸気がより高品質になる。汽水
分離器２８を下部炉心２４と上部炉心３０との間に配置
することにより、制御棒８４を軸線方向に引き抜く、す
なわち、下部炉心２４から上向きに下部炉心２４と上部
炉心３０との間の汽水分離器２８を含む領域へ引き抜く
か、あるいは上部炉心３０から下向きに同領域に引き抜
くことができる。

【００６２】以上、この発明の好適な実施例と考えられ
るものを説明したが、この発明の他の変更例が当業者に
は明らかである。したがって、このような変更例もすべ
てこの発明の要旨の範囲内に入る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の１実施例による２レベル炉心を有す
る原子炉の線図的縦断面図である。

【図２】図１の２レベル炉心の一部であって、この発明
の実施例にしたがった上部および下部炉心の２つの燃料
バンドルとその中間の汽水分離器とを含む部分の線図的
斜視図である。

【図３】２つの燃料バンドルとその中間の汽水分離器を
示す、図２の３−３線方向に見た長さ方向断面図であ
る。

【符号の説明】

１０ 原子炉 １２ 圧力容器 １４ 中心軸線 １６ 冷却材 １６ａ 蒸気−水混合物 １６ｂ 分離水 １６ｃ 分離蒸気 １６ｄ 過熱蒸気 １６ｆ 入口水 １８ 炉心シュラウド ２０ ダウンカマー ２２ 下部プレナム ２４ 下部炉心 ２６ 下部燃料バンドル ２８ 汽水分離器 ３０ 上部炉心 ３２ 上部燃料バンドル ３４ 蒸気ドライヤ ３６ 出口ノズル ３８ スパージャ ４０ タイプレート ４６ 下部サポート板 ５０ バッフル ５２ バイパスチャンネル ５４ スカート ５６ スキマー排出通路 ５８ バイパス入口 ６０ バレル ６２ ノーズピース ６６ 旋回羽根 ７２ ノーズピース ８４ 制御棒 ９０ 制御棒駆動装置

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水を入れた容器と、 前記容器内に配置されて、第１二次元配列として配設さ
   れた複数の第１燃料バンドルを含む、水を沸とうさせる
   ことにより蒸気−水混合物を形成する第１炉心と、 前記第１炉心の上に配置されて、前記蒸気−水混合物を
   受け取って、蒸気から水を分離する複数の汽水分離器
   と、 前記容器内に配置されて、前記汽水分離器の上に配置さ
   れた第２二次元配列として配設された複数の第２燃料バ
   ンドルを含む、分離された蒸気を受け取って加熱するこ
   とにより過熱蒸気を生成する第２炉心とを備える原子
   炉。
2. 【請求項２】 前記第１燃料バンドルのそれぞれが流れ
   バッフル内に配置され、これらのバッフルのうち隣接す
   るバッフル同士が互いに離れて相互間にバイパスチャン
   ネルを画定し、バイパスチャンネルが前記汽水分離器か
   らの分離された水を受け取って、案内する請求項１に記
   載の原子炉。
3. 【請求項３】 前記バッフルのそれぞれが上方へ前記第
   １燃料バンドルより上に延在し、前記汽水分離器の対応
   するもののまわりに離間したスカートを画定し、前記ス
   カートに、分離された水を前記汽水分離器から前記バイ
   パスチャンネルに案内するための複数のバイパス入口が
   円周方向に間隔をあけて設けられている請求項２に記載
   の原子炉。
4. 【請求項４】 前記汽水分離器のそれぞれが、 前記第１燃料バンドルのそれぞれと流れ連通関係に配置
   され、第１燃料バンドルから蒸気−水混合物を受け取る
   入口と、 前記第２燃料バンドルのそれぞれと流れ連通関係に配置
   され、分離された蒸気を第２燃料バンドルに案内する蒸
   気出口と、 前記バイパス入口と流れ連通関係に配置され、分離され
   た水を前記バイパスチャンネルに案内する液体出口とを
   含んでいる請求項３に記載の原子炉。
5. 【請求項５】 前記スカートが上方へ前記第２炉心中へ
   前記汽水分離器より上の所定の高さまで延在し、これに
   より前記バイパスチャンネルに所定のレベルの水を維持
   して、前記汽水分離器での前記蒸気−水混合物からの蒸
   気の分離を促進する水頭差を与える請求項４に記載の原
   子炉。
6. 【請求項６】 さらに、前記バイパスチャンネルに流れ
   る分離水から腐食生成物を分離する手段を含む請求項４
   に記載の原子炉。
7. 【請求項７】 前記バイパスチャンネルが、前記第１炉
   心を支持する下部サポート板に配置された複数のバイパ
   ス出口を含み、バイパス出口が分離された水を前記第１
   炉心より下に配置された下部プレナム中に案内し、 前記腐食生成物分離手段が、前記下部プレナムと流れ連
   通関係に配置され、分離された水を含む下部プレナムの
   水の一部を取り出す取出配管と、前記水から腐食生成物
   を除去するフィルタと、ろ過した水を前記下部プレナム
   に戻す戻り配管とを含んでいる請求項６に記載の原子
   炉。
8. 【請求項８】 さらに、前記バイパスチャンネルそれぞ
   れに配置された複数の制御棒を含み、各制御棒が、前記
   第１燃料バンドルと長さ方向に同延に配置されて、核毒
   物を含有する第１部分と、前記汽水分離器と長さ方向に
   同延に配置された不活性な第２部分と、前記第２燃料バ
   ンドルと長さ方向に同延に配置されて、核毒物を含有す
   る第３部分とを含み、前記制御棒が長さ方向に移動可能
   で前記第１および第２炉心の反応度を制御する請求項６
   に記載の原子炉。
9. 【請求項９】 さらに、前記制御棒に連結された複数の
   制御棒駆動装置を含み、この駆動装置が前記制御棒を選
   択的に移動して前記第１または第３部分いずれかを前記
   第１および第２炉心の間に引き抜く請求項８に記載の原
   子炉。
10. 【請求項１０】 前記制御棒駆動装置が前記第１炉心の
    下に配置されていて、前記制御棒を下方へ移動して、前
    記第３部分を前記第１および第２炉心の中間位置に、前
    記第１部分を前記第１炉心の下に引き抜く作用をなす請
    求項８に記載の原子炉。
11. 【請求項１１】 前記第１および第２燃料バンドルが実
    質的に同じ形状をもち、長さ方向に整合されている請求
    項１０に記載の原子炉。
12. 【請求項１２】 さらに、前記バイパスチャンネルに流
    れる分離水から腐食生成物を分離する手段を含む請求項
    １１に記載の原子炉。
13. 【請求項１３】 前記第１および第２燃料バンドルが実
    質的に同じ形状をもち、長さ方向に整合されている請求
    項４に記載の原子炉。