JPH05312981A - 原子炉の炉心 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】蒸気冷却高速中性子スペクトル炉の冠水時の炉
停止余裕の増大、運転時にＴＲＵ消滅に寄与する。 【構成】炉心燃料集合体12の一部をマイナーアクチノイ
ド富化率の高い燃料棒を含む燃料集合体13で置き換え、
炉心燃料集合体12の外側にブランケット集合体７を配置
し、ブランケット集合体７の外側に中性子吸収体８を配
置する。マイナーアクチノイド核種の入れ方は蒸気密度
の低い位置で高くする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は水蒸気を冷却材として利
用する蒸気冷却高速中性子スペクトル型原子炉の炉心に
関する。

【０００２】

【従来の技術】ウラン，プルトニウムを燃料とする熱中
性子炉から取出される使用済燃料中にはネプツニウムＮ
ｐ237 ，アメリシウムＡｍ241 ，キュリウムＣｍ242 ，
Ｃｍ243 ，Ｃｍ244 等のアクチノイド核種が含まれてお
り、同時にプルトニウム、残留ウラン等が含まれてい
る。これらの核種は回収し、再利用するか、または高レ
ベル放射性廃棄物として処理し、貯蔵されることにな
る。

【０００３】これらのウラン，プルトニウム，ネプツニ
ウム，アメリシウム等のアクチノイド核種はそれぞれの
核種等に中性子エネルギーの関数として固有の核断面積
を有しており、この性質を利用して原子炉内で核分裂反
応を行わせ、燃料としての利用、中性子の捕獲反応によ
り核分裂能力の大きい核種への変換をさせる親物質とし
ての利用などが議論されている。その典型例がいわゆる
ＴＲＵ消滅処理炉であり、高速スペクトル炉では効率良
く燃料としての利用ができることは多数報告されてい
る。また、炉心特性の改善にも役立つことが報告されて
いる。

【０００４】さらに、熱中性子炉においては中性子との
捕獲断面積、核分裂断面積が高速中性子に対するそれら
の反応断面積より大きいことを利用して炉心特性の改良
ができることも知られている。

【０００５】水を主な冷却材とするいわゆる沸騰水型、
加圧水型炉等においては上記のアクチノイドを燃料棒の
一部として燃料集合体に配置する場合は、プルトニウム
混合酸化物燃料ピンを用いる燃料集合体設計と同じ手法
で最適化をすることが可能であり、このような点で水を
冷却材とする炉心については集合体を構成する多数の燃
料棒の一部にネプツニウム，アメリシウム，キュリウム
を富化した燃料棒を配置する場合は、プルトニウム燃料
集合体設計と同一の技術を適用して行えることは明白で
ある。

【０００６】高速中性子スペクトル型炉心については、
ナトリウム冷却炉においてネプツニウム，アメリシウ
ム，キュリウム（以下、ＭＡと記す）を富化した燃料棒
の燃料集合体内の配置については、運転時炉心特性改
良、ＭＡの有効利用、消滅の観点から、例えば特願平1-
219039号「燃料集合体及び原子炉の炉心」に提案されて
いる。

【０００７】以上のように従来は熱中性子炉、ナトリウ
ム冷却高速炉においてある程度の技術が知られている
が、水蒸気を主とする冷却材とする原子炉の燃料集合体
中の燃料棒にＭＡ核種を富化した燃料を入れる場合の技
術は知られていない。

【０００８】また、核分裂に伴う多数の核分裂生成物
（ＦＰ）の中には、半減期が非常に長いテクネチウム9
9，ヨウ素129 が含まれる。これらの超長半減期核種は
使用済燃料の再処理後の廃棄物として管理貯蔵が行われ
ており、安全な場所への処分が行われる予定になってい
るが、その半減期が 200万年と長いことから処分量が少
なくなることは望ましいと考えられる。これらの核種は
中性子捕獲により短半減期化し安定化する。

【０００９】この中性子捕獲は高速中性子に対しては小
さく、熱中性子に対しては大きくなることが知られてい
る。この性質のためにテクネチウム99，ヨウ素129 は熱
中性子束が高いところに置くのが消滅量の増大の観点で
有効という一般的な技術事項はあるが、原子炉への装荷
という点では従来例は少ない。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ウランの有効利用のた
めには原子燃料サイクルを完成させることが肝要であ
り、我国の燃料サイクルの開発もその方向で進んでい
る。そこではプルトニウムを回収して燃料とすることが
中心となるが、プルトニウム以外にＮｐ，Ａｍ，Ｃｍが
含まれているので、その扱いも重要である。

【００１１】ＭＡ核種を分離して、燃料としては高純度
Ｐｕを使用し、ＭＡは別途Ｐｕと混合する方法などが考
えられる。また、ＭＡ混合燃料開発までの期間に高レベ
ル廃棄物用に貯蔵されていた廃液などからＭＡを分離回
収し、燃料に富化することも考えられる。

【００１２】このように、ＭＡを利用することはＮｐ23
7 ，Ａｍ241 のように 200万年，4000万年と長い半減期
を有する物質を短寿命化できることになる。これらのＭ
Ａは燃料またはその親物質としての性質を有しているの
で燃料棒として炉心に装荷することは有利であり、ウラ
ン，プルトニウムと異なる核的な特性を活用して炉心特
性を改善することと同時に行う。

【００１３】水蒸気冷却の原子炉は、出力運転時は炉心
は蒸気で冷却され、燃料交換時または炉停止時は冠水し
ている。このとき、燃料，制御棒の交換時を含め、冠水
時の炉停止余裕を十分に確保することは炉の安全性の観
点で重要である。

【００１４】これは、温度低下による反応度効果、燃料
まわりが水蒸気から水になることによる中性子漏れの減
少などによる反応度効果をカバーする反応度が制御棒挿
入などによらず炉心固有の特性として具備しているこ
と、またはその能力を向上させることにより達成され
る。

【００１５】上述のようにＭＡを燃料，親物質として活
用することは超長寿命半減期核種を消滅することになる
が、一方、核分裂生成物テクネチウム99，ヨウ素129 の
ような超寿命ＦＰも消滅することも同時に行われること
が超長寿命廃棄物量低減のためには必要である。

【００１６】したがって、１つの原子炉の運転で生成，
消滅を行い一方的な蓄積につながる運転は避けることが
望ましい。これは原子力発電規模が増大してる状態では
特に重要と考えられる。

【００１７】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、水蒸気冷却高速スペクトル炉の冠水時の炉停
止余裕の増大、炉運転時にマイナーアクチノイド核種の
消滅に寄与し、超長寿命半減期核種を短寿命化させ消滅
処理を行って炉心の特性を向上させる原子炉の炉心を提
供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は水蒸気を主な除
熱用の冷却材とする燃料集合体が多数装荷されてなる原
子炉の炉心において、前記燃料集合体内の燃料棒の少な
くとも一部にはネプツニウム，アメリシウム，キュリウ
ム等のマイナーアクチノイドの超ウラン元素が富化され
ており、前記燃料集合体は燃料棒間を軸方向に流れる水
蒸気により冷却されることを特徴とする。

【００１９】

【作用】水蒸気冷却炉は例えば13ＭＰａの圧力条件で、
飽和蒸気が入口温度 331℃，出口温度 550℃とすると、
定格運転時の水蒸気密度は約0.06ｇ／ccから約0.03ｇ／
ccへの変化が炉内の分布として生ずる。この違いを考慮
してＭＡ添加率を高くし有効利用をはかり、炉心特性の
改善ができる。

【００２０】また、ＭＡの主成分Ｎｐ237 ，Ａｍ241 な
どの長寿命（半減期）核種を消滅促進ができる。さら
に、水蒸気冷却炉であることを活用して中性子しゃへい
体領域でＴｃ−99，Ｉ−129 の消滅を促進でき、しかも
交換回数が少ない長時間の照射によりＴｃ−99，Ｉ−12
9 の取扱量を最小化し、消滅量を最大化できる。

【００２１】

【実施例】図１から図６を参照しながら本発明に係る原
子炉の炉心の一実施例を説明する。図１は高速中性子ス
ペクトル型蒸気冷却炉の基本概念を示しており、図１中
符号１は上下両端が密閉された炉容器で、この炉容器１
内にはシュラウド２および炉心支持板３が設けられ、炉
心支持板３に炉心６が設置されている。炉心６には炉容
器１の頂部から挿入されグリッド板５を貫通する制御棒
ドライブライン４が設けられている。炉心６は炉心燃料
集合体12、ブランケット集合体７および中性子しゃへい
体８が配置されたものからなっている。

【００２２】炉容器１の上部側面には蒸気入口配管９が
接続され、また、シュラウド２の上部側面および炉容器
１の側面を貫通して蒸気出口配管10が接続されている。
炉心支持板３と炉容器１の底面との間にはプレナム11が
形成されている。

【００２３】炉心６は図２に拡大して示したように炉心
燃料集合体12、ブランケット集合体７および中性子しゃ
へい体８からなっている。すなわち、炉心燃料集合体12
の外側をＢで示すブランケット集合体７が取り巻いてお
り、ブランケット集合体７の外側を中性子しゃへい体８
が取り巻いている。炉心燃料集合体12の一部は後述する
ＭＡ富化率の高い燃料棒を含む燃料集合体13で置き換え
られている。なお、図中符号14は制御棒位置を示してい
る。

【００２４】炉心燃料集合体12は図３および図４に示し
たように構成されている。なお、図４は図３のＡ−Ａ矢
視断面を拡大して示している。

【００２５】すなわち、六角形の角筒状ラッパ管15内に
は燃料棒16が多数本束ねられて配置され、ラッパ管15の
下部には蒸気入口部17を有するエントランスノズル18が
接続され、ラッパ管15の上部には蒸気出口部19を有する
ハンドリングヘッド20が接続されている。ラッパ管15内
の燃料棒16は図４に示したようにラッパ管15の内側に近
い部分にＭＡ富化率の高い燃料棒16ａが配列され、この
燃料棒16ａの内側にＭＡ富化率が低いかまたはゼロの燃
料棒16ｂが配列されている。

【００２６】図５（ａ）はＭＡ富化率の高い燃料棒16ａ
の例を示しており、図５（ｂ）はＭＡ富化率が低いかま
たはゼロの燃料棒16ｂを示している。すなわち、図５
（ａ）および（ｂ）において符号21は被覆管で、この被
覆管21の上下両端は上部端栓22および下部端栓23により
密封され、上部端栓22側にはスプリング24が、下部端栓
23側にはガスプレナム25が設けられている。ガスプレナ
ム25の上方には下部ブランケット26が、スプリング24の
下方には上部ブランケット27が充填されている。ここ
で、ＭＡ富化率の高い燃料棒16ａにおいては下部ブラン
ケット26と上部ブランケット27との間にＭＡ低（無）富
化燃料29とＭＡ高富化燃料30が充填されている。また、
ＭＡ富化率が低いかまたはゼロの燃料棒16ａにおいては
通常の燃料28が充填されるか、またはＭＡ富化率の低い
燃料が充填される。

【００２７】図６（ａ）〜（ｂ）は図２におけるブラン
ケット集合体７を示している。すなわち、ブランケット
集合体７は六角筒状のラッパ管31の上端にはハンドリン
グヘッド32が、下端にはエントランスノズル33が接続さ
れている。また、ラッパ管31の外周面には上方から上部
スペーサパッド34、中間部スペーサパッド35、下部スペ
ーサパッド36が固定されている。ハンドリングヘッド32
には冷却材の蒸気流出孔37が形成されている。

【００２８】ラッパ管31内には円筒状案内管38と、この
案内管38内に蒸気流路39を有して同心的に円筒状保護管
40が挿入されており、この保護管40内にＴｃ−99，Ｉ−
129を含むピン（以下、ピンと記す）41が複数本配置さ
れている。各ピン41間には水領域42が形成されている。

【００２９】ピン41は図６（ｃ）に示した構造になって
いる。すなわち、被覆管43の上下両端は上部端栓44およ
び下部端栓45によって密封されており、被覆管43の外面
には上部端栓44から下部端栓45にわたり螺旋状に巻回さ
れたワイヤスペーサ46が設けられている。また被覆管43
内には上方からスプリング47，Ｔｃ−99とＩ−129 を含
む物質48およびステンレス鋼製スペーサ49が配置されて
いる。

【００３０】上記構成の炉心を収容した水蒸気冷却炉に
おいて、炉停止時には、炉心は冠水させる。炉運転時に
は圧力13ＭＰａで、入口の蒸気温度 331℃の飽和蒸気が
供給され、出口の蒸気温度は平均 550℃とする。冷却材
は炉心６部の下方から供給される。

【００３１】なお、図１における蒸気冷却炉は冷却材と
しての飽和蒸気発生装置としての沸騰水型原子炉のよう
な部分は図示していないが、飽和蒸気は蒸気入口配管９
から供給され、過熱蒸気は蒸気出口配管10からタービン
側へ供給される。

【００３２】供給される蒸気（低温側）は炉容器１に沿
って下方に流れ、プレナム11部を経由して炉心６部で過
熱されシュラウド２内は高温蒸気に過熱される。高温過
熱蒸気は蒸気出口配管10に達する。

【００３３】炉心６部は燃料集合体12，13、ブランケッ
ト集合体７、制御棒ドライブライン４からなる。シュラ
ウド２は永久構造物であるので炉心６側からの高速中性
子照射を制限範囲内とするために中性子しゃへい体８が
配置されている。中性子しゃへい体８の構造はブランケ
ット集合体７とほぼ同様である。

【００３４】炉心停止時には炉心は冠水状態となるが、
それはここには図示されていない配管により水が注入さ
れる。この点、運転時と冠水時の炉心の中性子スペクト
ルの違いは大きくなる。高速スペクトル炉であるナトリ
ウム冷却炉、ガス炉と異なる点である。沸騰水型原子炉
とも異なるところである。

【００３５】出力運転状態の炉心設計では蒸気密度の変
化に炉心の反応度が小さくなるように設計されることが
考えられる。蒸気で冷却する運転時にはウラン，プルト
ニウム燃料の場合にも、ＭＡを含んだ燃料の場合にも高
速スペクトル炉心では本質的な違いは小さくできる。

【００３６】冠水時には中性子スペクトルが異なるが、
燃料棒ピッチ、集合体ピッチ、燃料体積比濃縮度、Ｐｕ
富化度などに依存した反応度を持つことになる。また、
運転中に何らかの原因で注水事故が生じ、制御棒吸収体
が不挿入というＡＴＷＳ事象を想定しても炉に負反応度
が挿入される必要がある。

【００３７】前述のようにＭＡを含む燃料棒を有するこ
とで、一層の負の反応度がはいるので、冠水時、注水時
の炉の反応度を低減させるので炉の安全性を増強させる
ことができる。

【００３８】ＭＡ富化率の高い燃料棒を含む燃料集合体
13内の配置については、図４のように構成することによ
り燃料集合体の周辺部で冠水時に水の多い領域にＭＡが
近いので少ない本数で冠水時の負の反応度を投入でき
る。

【００３９】なお、炉心燃料集合体12は図３に示したよ
うに下部の蒸気入口部17から蒸気がラッパ管15内に流入
する構造になっている。また、逆にＭＡをより多く富化
した燃料棒を集合体中心に置く場合は、このような燃料
集合体を多数装荷する場合に有効である。

【００４０】Ｐｕ富化度、ウラン濃縮度はＭＡを含む燃
料棒のものと他のものを同一とすることは可能であり各
設計により数適化可能である。親物質を含むブランケッ
ト集合体７を利用することは、設計対象の設計のオプシ
ョンの１つとして増殖化などの炉心特性要求との関係で
有効である。この場合にも図４のように配置することが
できる。

【００４１】ＭＡの富化割合を軸方向に分布させる場合
は、図６（ａ）に示したように上部領域にＭＡ高富化燃
料30を配置する。蒸気密度が高い燃料下部ではＮｐ237
，Ａｍ241 量を少なくすることが反応度へのインパク
トを最小とし、Ｐｕ，濃縮ウランへの濃縮度増加要求な
どを緩和できる。

【００４２】これまでは図１に示すように飽和蒸気発生
炉（沸騰水型炉）と蒸気冷却炉を同一の炉容器内に配置
する図７に例示する一体型蒸気冷却炉においても、図７
では上部に配置されている過熱部の燃料棒部において
も、これまで説明したＭＡ添加燃料棒を配置することが
できる。

【００４３】図６は、Ｔｃ−99，Ｉ−129 消滅機能を持
たせた水内蔵中性子しゃへい体は図６のように示され
る。中性子しゃへい体も炉心燃料集合体と同様にラッパ
管に構造材と水が高速中性子のしゃへい材である。Ｔｃ
−99，Ｉ−129 を有効に消滅させるために中性子スペク
トルを軟化させる水の内部にピン形状で配置する。

【００４４】図７（ａ）は一体型蒸気冷却炉の基本概念
を示す斜視図で、図７（ｂ）は冷却材の流れを示してい
る。すなわち、六角筒状の炉容器60内に下方から上方へ
向けて水供給部51、蒸気発生炉心55、蒸気発生炉心55、
水・蒸気分離領域58および蒸気冷却炉心56が設けられて
いる。蒸気発生炉心55には沸騰部燃料棒57が、蒸気冷却
炉心56には過熱部燃料棒59がそれぞれ配列されている。

【００４５】ここで、図７（ｂ）に示したように水供給
部51から蒸気発生炉心55に流入した冷却材は加熱されて
沸騰し、蒸気発生炉心55上で沸騰水の流れ52と飽和蒸気
53とに分かれる。飽和蒸気53は蒸気冷却炉心56を通過し
過熱蒸気54となって流出することになる。

【００４６】炉心設計によっては、ブランケット型集合
体を利用することが可能で、その場合は上述した構成の
燃料集合体を使用する。炉心は、この当該集合体以外の
燃料を装荷することで構成される。ＭＡの富化割合を高
くした燃料棒を集合体内の径方向に配置する際には、中
性子スペクトルの硬い中心部におくことが運転時の特性
改善の点では有効である。

【００４７】一方、炉心の固有の特性によって、冠水時
の炉停止余裕を増大させるためには、冠水による中性子
スペクトルの軟化する影響を受ける位置にＭＡ富化率を
高くした燃料棒を配置することが、その燃料棒の局所的
ｋ∞が低下するので炉の反応度は低下する。

【００４８】それは集合体内の水は通常一本の燃料棒当
りの水領域の面積は周辺が多く、また集合体まわりの水
によるスペクトル軟化の影響が大きくなる。一方、出力
運転中は、蒸気となることでスペクトルが硬くなりＭＡ
のｋ∞のスペクトル依存性から影響は小さくなるという
特徴を利用している。

【００４９】ＭＡと合せて、超長寿命ＦＰを中性子捕獲
反応により短寿命化・安定化させることは核分裂炉の運
転に伴うテクネチウム99，ヨウ素129 の全インベントリ
ーの増加の抑制にとって重要と考える。中性子スペクト
ル場によってＴｃ−99，Ｉ−129 の中性子吸収断面積は
大きく変化するといわれている。

【００５０】

【００５１】このように、軟化したスペクトル場で高い
中性子束レベルであることが消滅率向上には重要であ
る。また照射時間を長くすることは有効である。

【００５２】炉心内にＴｃ−99，Ｉ−129 をあらかじめ
入れておくことは、初期量の消滅による減少という点で
は有効であるが、Ｔｃ−99，Ｉ−129 を入れることによ
る燃料体積比の低減など、また燃料は交換頻度が多く、
Ｔｃ−99，Ｉ−129 等の取扱回数が増大するなどの不利
な点もある。

【００５３】水蒸気冷却炉ではもともと炉心まわりの永
久構造物への高速中性子照射量を低減させるために炉心
まわりには中性子しゃへい体が必要となる。水蒸気冷却
炉では水を集合体内に内蔵させることが容易であり、万
一水が漏れ出してもその影響は実質上なしとすることが
できる。

【００５４】水を内蔵し、その水中に燃料ロッド形状の
棒にＴｃ−99，Ｉ−129 を多量に含む物質を封入するこ
とで、中性子スペクトルの軟らかい位置に当該ロッドを
容易に設置できる利点がある。

【００５５】すなわち、水蒸気を主な冷却材とする原子
炉の中性子しゃへい体領域に装荷する交換可能な中性子
しゃへい体においてしゃへい体用集合体内に水を有し、
その水中に浸るようにテクネチウム99，ヨウ素129 等の
超長寿命核分裂生成核種を含む棒状のピン束を配置す
る。

【００５６】ＭＡ，Ｔｃ−99，Ｉ−129 の有効利用，消
滅を促進するためおよび炉心の炉停止能力を燃料物質の
固有の特性を活用して強化するために、前述した１種類
以上の燃料集合体を装荷して炉心を構成する。

【００５７】通常の燃料，制御棒の取り換えなどの想定
時に、冠水時の負の反応度強化役のＭＡ装荷集合体と制
御棒吸収体が隣接して負の干渉をしないようにＭＡ燃料
棒装荷集合体と制御棒位置関係を考慮した炉心を構成す
る。すなわち、前述した燃料集合体を炉心の反応度制御
等に用いる制御棒吸収体を含む燃料集合体の位置に隣接
しないように装荷して炉心を構成する。

【００５８】本発明に係るＭＡを富化した燃料を使用す
ることは、ＭＡの一方的な蓄積を避け燃料サイクル全体
としてＭＡ核種のリサイクルを行い、原子力発電容量の
増大等に伴うＭＡ量の増大を抑制することができる燃料
集合体および炉心を提供するために、ＭＡを含む燃料棒
からなる燃料集合体を水蒸気と主な冷却材とする原子炉
において使用する。

【００５９】ウラン燃料を使用する熱中性子炉の運転で
生成される原子炉の使用済燃料中のＭＡはＮｐ237 を主
成分としＡｍ241 が次に多いことが知られている。これ
らの核種の炉内における特性は実効吸収断面積から次の
ｋ∞値のように整理できる。

【００６０】

【表１】

【００６１】水蒸気冷却炉においても、熱スペクトル型
する場合は、本質的には水冷却炉と同様に燃料富化度を
調整することによりＭＡ富化率と関連してウラン濃縮
度、プルトニウム富化度を上げることになる。

【００６２】炉の中性子スペクトルの観点からは水蒸気
密度0.06ｇ／cc〜0.03ｇ／cc程度の高速中性子スペクト
ル型炉では、Ｎｐ237 の中性子吸収で生成されるＰｕ23
8 が基本的には正の反応度の物質であり、この影響で運
転に伴う燃焼反応度変化が低減するなど運転特性を向上
させることができる能力が示唆されている。したがっ
て、超長半減期核種Ｎｐ237 の消滅と有効利用ができ
る。

【００６３】以下、高速中性子スペクトル型炉心を用い
て説明する。上記のように水蒸気冷却高速スペクトル型
炉では、水蒸気の平均密度によりＮｐ237 ，Ｐｕ238 ，
Ａｍ241 ，Ａｍ242mのｋ∞値は変化するが、水蒸気密度
が大きいとｋ∞値が低下する傾向にある。したがって、
冷却材温度によって密度が変化することに合せ、水蒸気
流入側はｋ∞が低くなる。

【００６４】燃料棒の上下の運転時の反応度の違いを小
さくするようにするためにＭＡの富化率をつけることが
運転時の炉の反応度へのインパクトを最小化することに
なる利点が生ずる。すなわち、ＭＡの富化率を高めた燃
料棒において、冷却材の流入部分のＭＡ富化率を低く、
流出側で富化率を高くする。

【００６５】上記のようにＭＡ富化率を冷却材の流入側
／流出側で差をつけた場合に、運転特性を向上させるた
めに必要な燃料濃縮度、富化度分布をつけることによ
り、炉特性、濃縮度、富化度分布への要求を最小化でき
る。つまりＭＡの富化率の軸方向分布に合せて局所的な
反応度差を小さくするようにウラン，プルトニウムの富
化度を調整する。

【００６６】ＭＡの富化率を特定の複数の燃料棒に入れ
た場合は、他の燃料棒のＰｕ富化度、ウラン濃縮度とす
ることは燃料製造上のメリットがある。ＭＡの装荷した
ことによる影響は全体の燃料棒として富化度、濃縮度を
調整することができる。

【００６７】また、ＭＡを富化した燃料棒と、その他の
燃料棒に含まれるプルトニウム量は等価フィッサイル法
等の利用によりＰｕ同位元素の異なる場合でも核的に同
等といえる範囲で同一のＰｕ富化割合を有する。濃縮ウ
ランを使用する場合も同一の濃縮度とする。さらにＭＡ
を富化した燃料棒と、その他の燃料棒のＰｕ富化度また
はウラン濃縮度を異ならしめることができる。

【００６８】次に本発明に係る原子炉の炉心の実施態様
を要約すれば次のとおりである。 (1) 水蒸気を主な除熱用の冷却材とする原子炉の炉心に
おいて、多数の燃料棒を束ねた燃料集合体内の少なくと
も一部の燃料棒に、ネプツニウム，アメリシウム，キュ
リウム等の超ウラン元素を富化した複数の燃料棒に含
み、これらの燃料棒間を軸方向に流れる流体による冷却
すること。

【００６９】(2) 燃料集合体に含まれる燃料棒のうち少
なくとも半径方向周辺部に位置する複数の第１の燃料棒
で構成し、この第１の燃料棒中のマイナーアクチノイド
の割合を半径方向より内側に位置する複数の第２の燃料
棒のマイナーアクチノイドの割合よりも高くするか、Ｍ
Ａ富化度の高い燃料棒を半径方向の周辺部に配置しない
こと。

【００７０】(3) マイナーアクチノイドの富化率を高め
た燃料棒において冷却材の流入側部分のマイナーアクチ
ノイド富化率を低く、出口側でマイナーアクチノイド富
化率を高くするか、マイナーアクチノイド富化率の軸方
向分布に合せて局所的な反応度差を小さくするようにウ
ラン・プルトニウム富化度を調整すること。

【００７１】(4) ＭＡを富化した燃料棒と、その他の燃
料棒に含まれるプルトニウム量は、等価フィッサイル法
等の利用によりＰｕ同位元素の異なる場合でも核的に同
等といえる範囲で同一のＰｕ富化割合を有すること。濃
縮ウランを使用する場合も同一の濃縮度とする。ＭＡを
富化した燃料棒とその他の燃料棒のＰｕ富化度またはウ
ラン濃縮度が異なること。

【００７２】(5) 第１または第２の燃料棒の燃料充填部
において、主として燃料親物質からなるブランケット燃
料を充填すること。

【００７３】(6) 水蒸気を主な冷却材とする原子炉の中
性子しゃへい体領域に装荷する交換可能な中性子しゃへ
い体において、しゃへい用集合体内に水を有し、その中
にテクネチウム99，ヨウ素129 等の超長寿命核分裂生成
核種を含む棒状のピン束を前記水に浸漬するように配置
すること。

【００７４】(7) 少なくとも１種類の集合体を装荷した
水蒸気を主な冷却材とし、燃料集合体を反応度制御等に
用いる制御棒吸収体を含む集合体位置に隣接しないよう
に装荷すること。

【００７５】

【発明の効果】本発明によれば水蒸気冷却高速中性子ス
ペクトル炉の冠水時の炉停止余裕の増大、運転時にマイ
ナーアクチノイド核種の消滅に寄与する。また、超長寿
命半減期核種を短寿命化させ消滅処理を行い、炉心の特
性を向上させる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る原子炉の炉心を説明するための高
速中性子スペクトル型蒸気冷却炉を示す基本概念図。

【図２】本発明に係る原子炉の炉心の一実施例を示す平
面図。

【図３】図２における炉心の燃料集合体を示す縦断面
図。

【図４】図３における燃料集合体のＡ−Ａ矢視断面を拡
大して示す横断面図。

【図５】（ａ）は図２における燃料集合体におけるＭＡ
富化率の高い燃料棒を示す縦断面図、（ｂ）は同じくＭ
Ａ富化率が低いかまたはゼロの燃料棒を示す縦断面図。

【図６】（ａ）は図２における炉心のブランケット集合
体を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視断面を拡
大して示す横断面図、（ｃ）は（ａ）におけるピンを一
部断面で示す斜視図。

【図７】（ａ）は一体型蒸気冷却炉の基本概念を示す斜
視図、（ｂ）は（ａ）に対応した冷却材の流れを示す模
式図。

【符号の説明】

１…炉容器、２…シュラウド、３…炉心支持板、４…制
御棒ドライブライン、５…グリッド板、６…炉心、７…
ブランケット集合体、８…中性子しゃへい体、９…蒸気
入口配管、10…蒸気出口配管、11…プレナム、12…炉心
燃料集合体、13…ＭＡ富化率の高い燃料棒を含む燃料集
合体、14…制御棒位置、15…ラッパ管、16…燃料棒、17
…蒸気入口部、18…エントランスノズル、19…蒸気出口
部、20…ハンドリングヘッド、21…被覆管、22…上部端
栓、23…下部端栓、24…スプリング、25…ガスプレナ
ム、26…下部ブランケット、27…上部ブランケット、28
…通常の燃料、29…ＭＡ低（無）富化燃料、30…ＭＡ高
富化燃料、31…ラッパ管、32…ハンドリングヘッド、33
…エントランスノズル、34…上部スペーサパッド、35…
中間部スペーサパッド、36…下部スペーサパッド、37…
蒸気流出孔、38…案内管、39…蒸気流路、40…保護管、
41…ピン、42…水領域、43…被覆管、44…上部端栓、45
…下部端栓、46…ワイヤスペーサ、47…スプリング、48
…Ｔｃ−99とＩ−129 を含む物質、49…ステンレス鋼製
スペーサ、50…一体型蒸気冷却炉、51…水供給部、52…
沸騰水の流れ、53…飽和蒸気、54…過熱蒸気、55…蒸気
発生炉心、56…蒸気冷却炉心、57…沸騰部燃料棒、58…
水・蒸気分離領域、59…過熱部燃料棒、60…炉容器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水蒸気を主な除熱用の冷却材とする燃料
   集合体が多数装荷されてなる原子炉の炉心において、前
   記燃料集合体内の燃料棒の少なくとも一部にはネプツニ
   ウム，アメリシウム，キュリウム等のマイナーアクチノ
   イドの超ウラン元素が富化されており、前記燃料集合体
   は燃料棒間を軸方向に流れる水蒸気により冷却されるこ
   とを特徴とする原子炉の炉心。