JPH0650351B2 - 原子炉炉心 - Google Patents
原子炉炉心Info
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- JPH0650351B2 JPH0650351B2 JP60005749A JP574985A JPH0650351B2 JP H0650351 B2 JPH0650351 B2 JP H0650351B2 JP 60005749 A JP60005749 A JP 60005749A JP 574985 A JP574985 A JP 574985A JP H0650351 B2 JPH0650351 B2 JP H0650351B2
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- cycle
- core
- fuel
- fuel assemblies
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
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- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
- Placing Or Removing Of Piles Or Sheet Piles, Or Accessories Thereof (AREA)
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は原子力発電所に設置される沸騰水型原子炉の初
装荷炉心の構成に係り、燃焼度の増大と平衡炉心への速
やかな移行を同時に可能とするのに好適な原子炉炉心に
関する。
装荷炉心の構成に係り、燃焼度の増大と平衡炉心への速
やかな移行を同時に可能とするのに好適な原子炉炉心に
関する。
沸騰水型原子炉の炉心は第２図に示すように、１本の制
御棒とそれを囲む４本の燃料集合体からなるセルを複数
個配置することにより構成される。
御棒とそれを囲む４本の燃料集合体からなるセルを複数
個配置することにより構成される。
一般に、沸騰水型原子炉では、最初の運転時の炉心、い
わゆる初装荷炉心に装荷される燃料集合体の平均濃縮度
は同一で一種類であつた。ところで、原子炉では１サイ
クル毎に全数の約１／３〜１／４の燃料集合体を取出
し、新燃料と交換するが、初装荷炉心用燃料集合体の平
均濃縮度は２〜３サイクル炉心内で燃焼が可能なように
設定されているため、初装荷炉心用燃料集合体を用いる
運転サイクル（以下「第１サイクル」と称し、それ以後
に部分的に燃料を交換し引続き運転するサイクルを「第
２サイクル」、「第３サイクル」……と称する。）終了
時の燃料交換では、まだ充分に燃焼の進んでなく、ウラ
ン２３５残留量の高い燃料集合体を炉心から取り出すこ
とになり不経済であつた。
わゆる初装荷炉心に装荷される燃料集合体の平均濃縮度
は同一で一種類であつた。ところで、原子炉では１サイ
クル毎に全数の約１／３〜１／４の燃料集合体を取出
し、新燃料と交換するが、初装荷炉心用燃料集合体の平
均濃縮度は２〜３サイクル炉心内で燃焼が可能なように
設定されているため、初装荷炉心用燃料集合体を用いる
運転サイクル（以下「第１サイクル」と称し、それ以後
に部分的に燃料を交換し引続き運転するサイクルを「第
２サイクル」、「第３サイクル」……と称する。）終了
時の燃料交換では、まだ充分に燃焼の進んでなく、ウラ
ン２３５残留量の高い燃料集合体を炉心から取り出すこ
とになり不経済であつた。
このため、沸騰水型原子炉において、平均濃縮度の異な
る多種類の燃料集合体を組み合せて初装荷炉心を構成
し、１サイクル毎に濃縮度の低い燃料集合体から取出
し、これを新燃料集合体と交換することにより、初装荷
燃料集合体の平均取出燃焼度を増大させるとともに、次
サイクルへの移行を速やかにする試みがなされている。
る多種類の燃料集合体を組み合せて初装荷炉心を構成
し、１サイクル毎に濃縮度の低い燃料集合体から取出
し、これを新燃料集合体と交換することにより、初装荷
燃料集合体の平均取出燃焼度を増大させるとともに、次
サイクルへの移行を速やかにする試みがなされている。
第２サイクル以後の初めに装荷される新燃料集合体は取
替燃料集合体と呼ばれ、第１サイクル以後、数サイクル
にわたり継続的に取替燃料集合体を装荷した炉心は、炉
内全体の燃料成分がほとんど一定の状態に達したサイク
ルで、その前のサイクルおよび次のサイクルとの熱特性
が変らず安定したサイクルとなり、これは平衡炉心と呼
ばれ、平衡サイクルとなつた炉心を平衡サイクルとい
う。
替燃料集合体と呼ばれ、第１サイクル以後、数サイクル
にわたり継続的に取替燃料集合体を装荷した炉心は、炉
内全体の燃料成分がほとんど一定の状態に達したサイク
ルで、その前のサイクルおよび次のサイクルとの熱特性
が変らず安定したサイクルとなり、これは平衡炉心と呼
ばれ、平衡サイクルとなつた炉心を平衡サイクルとい
う。
このような原子炉においては、第１サイクルから平衡サ
イクルへ移行する中間のサイクル（以後「移行サイク
ル」という。）での熱特性およびサイクル増分燃焼度が
平衡サイクルのそれらと同程度あるいは、速やかにそれ
らに収束するのが好ましい。しかしながら、従来の初装
荷炉心のように集合体平均濃縮度が一種類の場合には、
平衡サイクルへの移行も長くかかり、移行サイクルでの
燃料取替体数の変動も大きく必ずしも満足なものではな
かつた。
イクルへ移行する中間のサイクル（以後「移行サイク
ル」という。）での熱特性およびサイクル増分燃焼度が
平衡サイクルのそれらと同程度あるいは、速やかにそれ
らに収束するのが好ましい。しかしながら、従来の初装
荷炉心のように集合体平均濃縮度が一種類の場合には、
平衡サイクルへの移行も長くかかり、移行サイクルでの
燃料取替体数の変動も大きく必ずしも満足なものではな
かつた。
また、第１サイクルでは原子炉の営業運転に先だつての
起動試験があるため１サイクル終了までの期間が長くな
り、第１サイクルの燃焼度は、それ以後のサイクルでの
燃焼度より約2000MWd／ｔほど長くしなければならな
い。これは、初装荷炉心の特性が平衡炉心の特性と異な
る要因の一つとなつており、平衡炉心への移行を難しく
していた。
起動試験があるため１サイクル終了までの期間が長くな
り、第１サイクルの燃焼度は、それ以後のサイクルでの
燃焼度より約2000MWd／ｔほど長くしなければならな
い。これは、初装荷炉心の特性が平衡炉心の特性と異な
る要因の一つとなつており、平衡炉心への移行を難しく
していた。
本発明の目的は、平衡サイクルへの移行が速やかに行わ
れ、かつ初装荷燃料集合体の取出燃焼度を増大するのに
適する初装荷炉心を有する原子炉炉心を提供することに
ある。
れ、かつ初装荷燃料集合体の取出燃焼度を増大するのに
適する初装荷炉心を有する原子炉炉心を提供することに
ある。
本発明の特徴は、複数の燃料集合体が装荷された原子炉
炉心において、前記燃料集合体はその平均濃縮度により
複数群に分類され、各群に対する平均濃縮度を第１群、
第２群……第ｎ群の順に高くし、最も平均濃縮度の高い
第ｎ群に属する燃料集合体の数Ｎｎと、炉心に装荷され
る燃料集合体総数Ｎｔとの間に、 ただし、 Ｅ１は第１サイクルのサイクル増分燃焼度、 ＥＮは第２サイクル以後のサイクル増分燃焼度、 の関係が成り立ち、平衡炉心での燃料集合体取替体数を
ＮＲとすると、前記濃縮度の異なる燃料集合体の群の数
ｎは、Ｎｔ／ＮＲにほぼ等しい整数であり、前記第１群
に属する燃料集合体の平均濃縮度は1.0重量％〜1.5重量
％の範囲にあり、原子炉の出力運転中に炉心に挿入され
る制御棒を囲む４体の燃料集合体は前記第１群に属する
燃料集合体であり、前記第ｎ群に属する燃料集合体の平
均濃縮度は燃料集合体の取替え時に炉心内に新たに装荷
される燃料集合体の平均濃縮度に等しいことにある。
炉心において、前記燃料集合体はその平均濃縮度により
複数群に分類され、各群に対する平均濃縮度を第１群、
第２群……第ｎ群の順に高くし、最も平均濃縮度の高い
第ｎ群に属する燃料集合体の数Ｎｎと、炉心に装荷され
る燃料集合体総数Ｎｔとの間に、 ただし、 Ｅ１は第１サイクルのサイクル増分燃焼度、 ＥＮは第２サイクル以後のサイクル増分燃焼度、 の関係が成り立ち、平衡炉心での燃料集合体取替体数を
ＮＲとすると、前記濃縮度の異なる燃料集合体の群の数
ｎは、Ｎｔ／ＮＲにほぼ等しい整数であり、前記第１群
に属する燃料集合体の平均濃縮度は1.0重量％〜1.5重量
％の範囲にあり、原子炉の出力運転中に炉心に挿入され
る制御棒を囲む４体の燃料集合体は前記第１群に属する
燃料集合体であり、前記第ｎ群に属する燃料集合体の平
均濃縮度は燃料集合体の取替え時に炉心内に新たに装荷
される燃料集合体の平均濃縮度に等しいことにある。
本発明者は、初装荷炉心を平均濃縮度の異なる複数の燃
料集合体により構成し、これら燃料集合体の濃縮度、体
数、及び取出時期を特定することにより、上記発明の目
的を達成できることを見出した。その発明の概略は次の
６点で特徴づけられる。
料集合体により構成し、これら燃料集合体の濃縮度、体
数、及び取出時期を特定することにより、上記発明の目
的を達成できることを見出した。その発明の概略は次の
６点で特徴づけられる。
集合体平均濃縮度の異なる２種類以上（例えば３種
類）の燃料集合体により初装荷炉心を構成する。
類）の燃料集合体により初装荷炉心を構成する。
平衡炉心での燃料取替体数をＮＲ、炉心に装荷され
る全燃料体数をＮｔとすると、上記燃料集合体の種類の
数は、Ｎｔ／ＮＲにほぼ等しい整数とする。
る全燃料体数をＮｔとすると、上記燃料集合体の種類の
数は、Ｎｔ／ＮＲにほぼ等しい整数とする。
第１サイクルでは、起動試験期間に相当する燃焼度
だけ、次サイクル以後よりもサイクル増分燃焼度がふえ
るので、この燃焼度増分を、初装荷炉心での高濃縮燃料
の体数を、平衡炉心での取替燃料の体数より多くするこ
とにより、補償する。
だけ、次サイクル以後よりもサイクル増分燃焼度がふえ
るので、この燃焼度増分を、初装荷炉心での高濃縮燃料
の体数を、平衡炉心での取替燃料の体数より多くするこ
とにより、補償する。
出力運転中に炉心に挿入される制御棒を囲む４体の
燃料集合体は、低濃縮度燃料集合体Ｌ１により構成され
る。
燃料集合体は、低濃縮度燃料集合体Ｌ１により構成され
る。
上記の低濃縮度燃料集合体の濃縮度は約1.0重量％
〜1.5重量％の範囲である。
〜1.5重量％の範囲である。
初装荷炉心を構成する燃料集合体のうち、濃縮度が
最も高い燃料集合体（これを高濃縮度燃料集合体と呼
ぶ）の濃縮度は、取替燃料集合体の濃縮度と等しい。
最も高い燃料集合体（これを高濃縮度燃料集合体と呼
ぶ）の濃縮度は、取替燃料集合体の濃縮度と等しい。
は、平衡炉心を模擬した初装荷炉心を実現する上で基
本となるもので、平衡炉心への移行を速やかにするとと
もに、１サイクルの運転が終了した後、平均濃縮度の低
い燃料集合体から順次炉心外に取り出すことが、取出し
燃焼度の増大に寄与する。
本となるもので、平衡炉心への移行を速やかにするとと
もに、１サイクルの運転が終了した後、平均濃縮度の低
い燃料集合体から順次炉心外に取り出すことが、取出し
燃焼度の増大に寄与する。
これらの技術は、例えば特開昭５７−8486、特開昭５８
−63887等に述べられているが、これだけでは、本発明
の目的を充分に達成するものではなく、さらに次に述べ
る技術が必要であつた。
−63887等に述べられているが、これだけでは、本発明
の目的を充分に達成するものではなく、さらに次に述べ
る技術が必要であつた。
によると、初装荷燃料の種類は、平衡炉心でのバツチ
数とほぼ等しくなるので、初装荷炉心から平衡炉心への
移行がスムーズとなる。
数とほぼ等しくなるので、初装荷炉心から平衡炉心への
移行がスムーズとなる。
全燃料装荷体数をＮｔ、取替体数をＮＲとすると、バツ
チ数（これは取替体数割合の逆数で定義される。）は、 で示されるので、に示すように、初装荷燃料の濃縮度
種類ｎを、バツチ数とほぼ等しくするためには、ｎを となる整数に選べばよい。即ち、取替体数ＮＲと、濃縮
度種類ｎの間には、 の関係が成り立つ。
チ数（これは取替体数割合の逆数で定義される。）は、 で示されるので、に示すように、初装荷燃料の濃縮度
種類ｎを、バツチ数とほぼ等しくするためには、ｎを となる整数に選べばよい。即ち、取替体数ＮＲと、濃縮
度種類ｎの間には、 の関係が成り立つ。
は次のような原理により決定される。
一般に、無限増倍率は燃焼度の一次式でよく近似され
る。第５図は、無限増倍率と燃焼度の関係を模式図に示
したもので、ｅ３で示される直線は、３バツチ炉心を例
にとり、毎サイクル終了時に炉心の１／３の燃料が交換
される平衡炉心での、燃焼度と無限増倍率の関係を示
す。Ｎ＋１サイクルで炉心に装荷された新燃料の無限増
倍率は燃焼が０なので▲Ｋ3 0▼の値を持つ。そしてＮ＋
１サイクル終了時には燃焼度がEN1となるので、無限増
倍率は▲Ｋ3 EN1▼となる。同様にＮ＋２サイクル終了時
にはこの燃料の無限増倍率は▲Ｋ3 EN2▼、Ｎ＋３サイク
ル終了時すなわち燃料取出し時には▲Ｋ3 EN3▼となる。
この場合平衡サイクルを想定しているので、各サイクル
毎の取替体数は同じで、各サイクルのサイクル増分燃焼
度ΔＥはすべて等しい。この時、各サイクル末期には、
無限増倍率▲Ｋ3 E1▼，▲Ｋ3 E2▼，▲Ｋ3 E3▼の燃料が
同数存在するので、炉心の平均無限増倍率はこの平均で
示され、これが臨界となつていればよい。
る。第５図は、無限増倍率と燃焼度の関係を模式図に示
したもので、ｅ３で示される直線は、３バツチ炉心を例
にとり、毎サイクル終了時に炉心の１／３の燃料が交換
される平衡炉心での、燃焼度と無限増倍率の関係を示
す。Ｎ＋１サイクルで炉心に装荷された新燃料の無限増
倍率は燃焼が０なので▲Ｋ3 0▼の値を持つ。そしてＮ＋
１サイクル終了時には燃焼度がEN1となるので、無限増
倍率は▲Ｋ3 EN1▼となる。同様にＮ＋２サイクル終了時
にはこの燃料の無限増倍率は▲Ｋ3 EN2▼、Ｎ＋３サイク
ル終了時すなわち燃料取出し時には▲Ｋ3 EN3▼となる。
この場合平衡サイクルを想定しているので、各サイクル
毎の取替体数は同じで、各サイクルのサイクル増分燃焼
度ΔＥはすべて等しい。この時、各サイクル末期には、
無限増倍率▲Ｋ3 E1▼，▲Ｋ3 E2▼，▲Ｋ3 E3▼の燃料が
同数存在するので、炉心の平均無限増倍率はこの平均で
示され、これが臨界となつていればよい。
このような、平衡炉心を第１炉心から実現するために
は、燃焼０での無限増倍率が▲Ｋ3 EN1▼と等しいe2で示
される濃縮度の燃料と、燃焼０での無限増倍率▲Ｋ3 EN2
▼に等しいe1で示される濃縮度の燃料を等しい数だけ炉
心に装荷すればよい。
は、燃焼０での無限増倍率が▲Ｋ3 EN1▼と等しいe2で示
される濃縮度の燃料と、燃焼０での無限増倍率▲Ｋ3 EN2
▼に等しいe1で示される濃縮度の燃料を等しい数だけ炉
心に装荷すればよい。
しかしながら、初装荷炉心では起動試験があるため、第
１サイクルの燃焼度Ｅは、それ以後のサイクルの燃焼度
E2〜E3より多くなる。このため、e3で示される平衡炉心
に装荷される燃料を初装荷炉心に装荷すると、第１サイ
クル末での無限増倍率は▲Ｋ3 E1▼となり、▲Ｋ3 EN1▼
よりもΔＫだけ低くなつてしまい、サイクル末では臨界
未満となる。この事情はe2，e1でも同様であるため、上
記e1，e2，e3の燃料で初装荷炉心を構成した場合には、
第１サイクル〜第３サイクルの毎サイクル末期の無限増
倍率が低下してしまい、臨界を維持できなくなる。
１サイクルの燃焼度Ｅは、それ以後のサイクルの燃焼度
E2〜E3より多くなる。このため、e3で示される平衡炉心
に装荷される燃料を初装荷炉心に装荷すると、第１サイ
クル末での無限増倍率は▲Ｋ3 E1▼となり、▲Ｋ3 EN1▼
よりもΔＫだけ低くなつてしまい、サイクル末では臨界
未満となる。この事情はe2，e1でも同様であるため、上
記e1，e2，e3の燃料で初装荷炉心を構成した場合には、
第１サイクル〜第３サイクルの毎サイクル末期の無限増
倍率が低下してしまい、臨界を維持できなくなる。
この対策としては、燃焼度E1で無限増倍率が、燃料e3の
燃焼度▲Ｅ3 EN1▼での無限増倍率▲Ｋ3 EN1▼と等しくな
るように濃縮度を高くした燃料e3′を用いることが考え
られる。同様にして、e1の替りにe1′が、e2の替りに
e2′が用いられるが、e3′についてはこれを取替燃料の
濃縮度以上に高くすることは好ましくない。
燃焼度▲Ｅ3 EN1▼での無限増倍率▲Ｋ3 EN1▼と等しくな
るように濃縮度を高くした燃料e3′を用いることが考え
られる。同様にして、e1の替りにe1′が、e2の替りに
e2′が用いられるが、e3′についてはこれを取替燃料の
濃縮度以上に高くすることは好ましくない。
そこで、初装荷炉心に装荷される最高濃縮度燃料の濃縮
度を取替燃料の濃縮度と同一にした上で、起動試験時の
燃焼度増分を補償する方法としては、初期に装荷される
最高濃縮度燃料の体数を、他の燃料の体数より多くすれ
ばよい。
度を取替燃料の濃縮度と同一にした上で、起動試験時の
燃焼度増分を補償する方法としては、初期に装荷される
最高濃縮度燃料の体数を、他の燃料の体数より多くすれ
ばよい。
この場合、起動期間E0を補償する体数ΔＮは、平衡サイ
クルでの取替体数をNR、サイクル増分燃焼度をΔＥとす
ると、 より となる。
クルでの取替体数をNR、サイクル増分燃焼度をΔＥとす
ると、 より となる。
従つて求める最高濃縮度燃料体数Nnは(3)式より ここで E1＝第１サイクル増分燃焼度 EN＝第２サイクル以後の平均増分燃焼度となる。ここで
(2)式の関係を用いると、濃縮度の種類ｎとNnの関係は となる。
(2)式の関係を用いると、濃縮度の種類ｎとNnの関係は となる。
このように燃料の体数を決定すると、移行サイクルでの
燃料集合体取替体数を一定にすることができ、平衡サイ
クルへ速やかに移行することができる。
燃料集合体取替体数を一定にすることができ、平衡サイ
クルへ速やかに移行することができる。
は、特開昭５６−1386に記載されるように、運転中に
炉心に挿入される制御棒を限定し、制御棒のパターン交
換を不要とした運転するために必要である。このような
運転を行なうためには、運転中に炉心に挿入される制御
棒を囲む４体の燃料集合体を低反応燃料集合体で構成す
る必要があり、本発明では低反応度燃料集合体として、
濃縮度の低い燃料集合体を採用していることが特徴であ
る。
炉心に挿入される制御棒を限定し、制御棒のパターン交
換を不要とした運転するために必要である。このような
運転を行なうためには、運転中に炉心に挿入される制御
棒を囲む４体の燃料集合体を低反応燃料集合体で構成す
る必要があり、本発明では低反応度燃料集合体として、
濃縮度の低い燃料集合体を採用していることが特徴であ
る。
は、次のような事情により特徴づけられる。第１サイ
クルの燃焼度は、現在９〜１２ケ月の運転期間に起動試
験期間を加えただけ必要であり、１１００ＭＷｅ級原子
炉で約１０ＧＷｄ／ｔである。
クルの燃焼度は、現在９〜１２ケ月の運転期間に起動試
験期間を加えただけ必要であり、１１００ＭＷｅ級原子
炉で約１０ＧＷｄ／ｔである。
取替燃料集合体は濃縮度３重量％で約30GWd／ｔだけ燃
えるので、濃縮度１重量％につき約１０ＧＷｄ／ｔの割
合で燃えることになる。これに対して、従来までの初装
荷燃料集合体では、第１サイクル終了時に取出される燃
料集合体は、初期濃縮度が約２重量％であるのに対し、
燃焼度が約１０ＧＷｄ／ｔであるため充分に燃えている
とはいえず、不経済の原因であつた。このため、第１サ
イクル終了時に取出される低濃縮度燃料集合体の燃焼度
が約１０ＧＷｄ／ｔであることから考えると、その濃縮
度は約1.0重量％にするのがよい。さらに今後予定され
る運転期間の長期化により、第１サイクルの燃焼度も約
１５ＧＷｄ／ｔまで増加すると考えられるので、低濃縮
度燃料の濃縮度は約1.0重量％〜1.5重量％とするのが適
当である。
えるので、濃縮度１重量％につき約１０ＧＷｄ／ｔの割
合で燃えることになる。これに対して、従来までの初装
荷燃料集合体では、第１サイクル終了時に取出される燃
料集合体は、初期濃縮度が約２重量％であるのに対し、
燃焼度が約１０ＧＷｄ／ｔであるため充分に燃えている
とはいえず、不経済の原因であつた。このため、第１サ
イクル終了時に取出される低濃縮度燃料集合体の燃焼度
が約１０ＧＷｄ／ｔであることから考えると、その濃縮
度は約1.0重量％にするのがよい。さらに今後予定され
る運転期間の長期化により、第１サイクルの燃焼度も約
１５ＧＷｄ／ｔまで増加すると考えられるので、低濃縮
度燃料の濃縮度は約1.0重量％〜1.5重量％とするのが適
当である。
に述べたように、高濃縮度燃料の濃縮度を取替燃料集
合体の濃縮度と等しくすると、初装荷炉心の構成が、平
衡サイクルの炉心構成に似てくるので、平衡炉心への移
行が速やかになる。
合体の濃縮度と等しくすると、初装荷炉心の構成が、平
衡サイクルの炉心構成に似てくるので、平衡炉心への移
行が速やかになる。
〔発明の実施例〕 以下、本発明の１実施例を説明する。第１図は１１００
MWe級沸騰水型原子炉の炉心の１／４を模式的に示した
平面図である。図中、４１，４２は制御棒を示し、その
周囲には４体の燃料集合体が装荷され、この制御棒１体
と燃料集合体４体で単位セルを構成し、この単位セルを
複数個配置して炉心が構成される。制御棒は、通常運転
時に炉心に挿入され炉心の反応度を調整することを目的
とした制御棒４１と、通常は炉心から引抜かれ炉心停止
時のみ炉心に挿入される制御棒４２に分類される。燃料
集合体はその平均濃縮度について２種類以上に分類さ
れ、第１図に示した例では３種類に分類される。本実施
例は、全燃料装荷体数は７６４体で目標とする平衡炉心
の平均取替体数を２１２体とした例で前記(1)式によれ
ば濃縮度の種類は７６４／２１２＝3.6を超えない最大
の整数として３が選ばれている。図中１で示される燃料
集合体は高濃縮度燃料集合体で、燃料集合体平均濃縮度
は取替燃料集合体と同一で約3.0重量％、体数は２４８
体である。
MWe級沸騰水型原子炉の炉心の１／４を模式的に示した
平面図である。図中、４１，４２は制御棒を示し、その
周囲には４体の燃料集合体が装荷され、この制御棒１体
と燃料集合体４体で単位セルを構成し、この単位セルを
複数個配置して炉心が構成される。制御棒は、通常運転
時に炉心に挿入され炉心の反応度を調整することを目的
とした制御棒４１と、通常は炉心から引抜かれ炉心停止
時のみ炉心に挿入される制御棒４２に分類される。燃料
集合体はその平均濃縮度について２種類以上に分類さ
れ、第１図に示した例では３種類に分類される。本実施
例は、全燃料装荷体数は７６４体で目標とする平衡炉心
の平均取替体数を２１２体とした例で前記(1)式によれ
ば濃縮度の種類は７６４／２１２＝3.6を超えない最大
の整数として３が選ばれている。図中１で示される燃料
集合体は高濃縮度燃料集合体で、燃料集合体平均濃縮度
は取替燃料集合体と同一で約3.0重量％、体数は２４８
体である。
この高濃縮燃料の体数は、前に述べた原理に基づき、次
のように決定された。
のように決定された。
本実施例では、目標とする平衡炉心の燃料集合体取替体
数が２１２体で、第１サイクル増分燃焼度N1が約１１Ｇ
Ｗｄ／ｔ、第１サイクル以後平衡サイクルまでの各サイ
クルの平均サイクル増分燃焼度ENは約９ＧＷｄ／ｔであ
るから、(3)式に従い、高濃縮燃料の体数増加ΔNnを計
算すると、 となる。燃料炉心装荷時の炉心の１／４対象性を考慮す
るとΔNnには４の倍数を選ぶことが望しいので、ΔNnは
３６体として、高濃縮度燃料集合体の数は、 ２１２＋３６＝２４８体 としている。燃料集合体２は、中濃縮度燃料集合体で濃
縮度は約2.4重量％、体数は２１２体である。
数が２１２体で、第１サイクル増分燃焼度N1が約１１Ｇ
Ｗｄ／ｔ、第１サイクル以後平衡サイクルまでの各サイ
クルの平均サイクル増分燃焼度ENは約９ＧＷｄ／ｔであ
るから、(3)式に従い、高濃縮燃料の体数増加ΔNnを計
算すると、 となる。燃料炉心装荷時の炉心の１／４対象性を考慮す
るとΔNnには４の倍数を選ぶことが望しいので、ΔNnは
３６体として、高濃縮度燃料集合体の数は、 ２１２＋３６＝２４８体 としている。燃料集合体２は、中濃縮度燃料集合体で濃
縮度は約2.4重量％、体数は２１２体である。
残りの燃料集合体は、濃縮度約1.4重量％の低濃縮度燃
料集合体で、３１は炉心最外周部に配置され、３２は制
御棒４１のまわりに配置され、３は、炉心内部に配置さ
れるその他の低濃縮度燃料集合体である。炉心内部に配
置される低濃縮度燃料集合体３，３２の合計体数は２１
２体で、これは第１サイクル末には取出される。また低
濃縮度燃料集合体３１の体数は９２体である。
料集合体で、３１は炉心最外周部に配置され、３２は制
御棒４１のまわりに配置され、３は、炉心内部に配置さ
れるその他の低濃縮度燃料集合体である。炉心内部に配
置される低濃縮度燃料集合体３，３２の合計体数は２１
２体で、これは第１サイクル末には取出される。また低
濃縮度燃料集合体３１の体数は９２体である。
このような燃料集合体で構成された炉心は以下のように
作用する。まず、第１サイクルの運転が終了すると、３
２，３で示される炉心内部に配置した低濃縮度燃料集合
体２１２体取出し、代りに濃縮度約３重量％の取替燃料
集合体を装荷する。この場合、必要に応じて燃料配置の
交換（シヤツフリング）を行なうが、この場合も目標と
する平衡炉心への移行を速やかに行なうことを目的とし
て実施する。この時に、炉心最外周部に配置した低濃縮
度燃料集合体を取り出さない理由は、前述した通りで、
この方法により炉心最外周部に配置した燃料集合体の燃
焼度増大をさせることができる。従つて、第１サイクル
終了時に取出される燃料集合体は、常にウラン２３５の
残留量が少ないものである。
作用する。まず、第１サイクルの運転が終了すると、３
２，３で示される炉心内部に配置した低濃縮度燃料集合
体２１２体取出し、代りに濃縮度約３重量％の取替燃料
集合体を装荷する。この場合、必要に応じて燃料配置の
交換（シヤツフリング）を行なうが、この場合も目標と
する平衡炉心への移行を速やかに行なうことを目的とし
て実施する。この時に、炉心最外周部に配置した低濃縮
度燃料集合体を取り出さない理由は、前述した通りで、
この方法により炉心最外周部に配置した燃料集合体の燃
焼度増大をさせることができる。従つて、第１サイクル
終了時に取出される燃料集合体は、常にウラン２３５の
残留量が少ないものである。
第２サイクル運転終了時には、前述の炉心最外周部に配
置された低濃縮度燃料集合体３１，９２体と中濃縮度燃
料集合体の一部、１２０体が取出され、この時にも合計
２１２体の燃料集合体が濃縮度約３％の取替燃料集合体
と交換される。同様に、第３サイクル運転終了時には、
残りの中濃縮度燃料集合体９２体と、高濃縮度燃料集合
体120体、合計２１２体が濃縮度約３％の取替燃料集合
体と交換される。このようにして構成された第３サイク
ル炉心は、毎年２１２体ずつ燃料を交換し続けた第４サ
イクル以後と炉心構成が同じとなるため、平衡炉心とな
つている。
置された低濃縮度燃料集合体３１，９２体と中濃縮度燃
料集合体の一部、１２０体が取出され、この時にも合計
２１２体の燃料集合体が濃縮度約３％の取替燃料集合体
と交換される。同様に、第３サイクル運転終了時には、
残りの中濃縮度燃料集合体９２体と、高濃縮度燃料集合
体120体、合計２１２体が濃縮度約３％の取替燃料集合
体と交換される。このようにして構成された第３サイク
ル炉心は、毎年２１２体ずつ燃料を交換し続けた第４サ
イクル以後と炉心構成が同じとなるため、平衡炉心とな
つている。
第２表は、初装荷炉心に装荷された上記の燃料集合体の
取り出し時期を示したもので、各サイクル末での取替体
数は２１２体で一定である。このようにして燃料集合体
の交換を行なった場合には、常にウラン２３５残留量の
少ない燃料集合体から取出されるので、従来の初装荷炉
心のようにウラン２３５の残留量が高く、充分に燃焼し
ていない燃料を取出すことはなくなるので、ウランを有
効に利用することができ、燃料経済性が向上する。
取り出し時期を示したもので、各サイクル末での取替体
数は２１２体で一定である。このようにして燃料集合体
の交換を行なった場合には、常にウラン２３５残留量の
少ない燃料集合体から取出されるので、従来の初装荷炉
心のようにウラン２３５の残留量が高く、充分に燃焼し
ていない燃料を取出すことはなくなるので、ウランを有
効に利用することができ、燃料経済性が向上する。
第３図は、各サイクルでの余剰反応度の燃焼度変化を比
較したものであり、第１サイクルだけは起動試験期間の
分だけサイクル増分燃焼度は多いが、各サイクル間の余
剰反応度変化は少なく、第３サイクル以後の余剰反応度
の燃焼度変化は同一となり、炉心は平衡になつていると
いつてよい。このように、速やかに平衡炉心に収束する
のは、第２表に示したように、第１サイクル以後の燃料
取替体数が同一となつているためである。
較したものであり、第１サイクルだけは起動試験期間の
分だけサイクル増分燃焼度は多いが、各サイクル間の余
剰反応度変化は少なく、第３サイクル以後の余剰反応度
の燃焼度変化は同一となり、炉心は平衡になつていると
いつてよい。このように、速やかに平衡炉心に収束する
のは、第２表に示したように、第１サイクル以後の燃料
取替体数が同一となつているためである。
第４図は、従来からの燃料集合体濃縮度を一種類とした
場合の移行サイクルの余剰反応度の燃焼度変化を比較し
たものであるが、各サイクル毎の余剰反応度の変化が大
きく、平衡になるのが難しくなつている。また、第４図
に余剰反応度を示した従来からの初装荷炉心では、その
平均取出燃焼度が約１７ＧＷｄ／ｔであつたのに対し、
本実施例では、同一の初期炉心平均濃縮度で、平均取出
燃焼度は約２１ＧＷｄ／ｔとなり、約２３％増加する。
場合の移行サイクルの余剰反応度の燃焼度変化を比較し
たものであるが、各サイクル毎の余剰反応度の変化が大
きく、平衡になるのが難しくなつている。また、第４図
に余剰反応度を示した従来からの初装荷炉心では、その
平均取出燃焼度が約１７ＧＷｄ／ｔであつたのに対し、
本実施例では、同一の初期炉心平均濃縮度で、平均取出
燃焼度は約２１ＧＷｄ／ｔとなり、約２３％増加する。
さらに、本実施例では、第４図に示したように各サイク
ルとも、余剰反応度の燃焼変化が少なく平担であるた
め、低濃縮度燃料４体に囲まれた制御棒４１だけを利用
して、制御棒パターン交換を不要とした単一パターン運
転が、第１サイクルから可能となる。
ルとも、余剰反応度の燃焼変化が少なく平担であるた
め、低濃縮度燃料４体に囲まれた制御棒４１だけを利用
して、制御棒パターン交換を不要とした単一パターン運
転が、第１サイクルから可能となる。
特に本炉心では余剰反応度が1.3％ΔＫ程度なので制御
棒１本の制御能力は一般に約0.1％ΔＫであることよ
り、運転中に炉心に挿入する制御棒４１は１３本とな
り、４体の低濃縮度燃料集合体３２で構成されるセルの
数も１３でよい。
棒１本の制御能力は一般に約0.1％ΔＫであることよ
り、運転中に炉心に挿入する制御棒４１は１３本とな
り、４体の低濃縮度燃料集合体３２で構成されるセルの
数も１３でよい。
尚、特開昭５８−２２３０９２には、初装荷燃料集合体
を濃縮度についてＮ群に分数し、第ｉ群（１≦ｉ≦Ｎ−
１）に属する燃料集合体を第ｉサイクルに取出す内容の
発明が記載されているが、この場合には、各群の燃料集
合体数と、各サイクル末での取出体数の関係は、上記公
報の実施例によると第３表のようなものであり、ｉ群の
燃料集合体数と第ｉサイクル末の取出し体数が一致する
ので、第２表に示した本発明とは全く別のものであるこ
とは明らかである。また、上記公報記載の実施例では、
第１サイクルと第２サイクルでの取替体数が異なつてい
るので、平衡炉心へ速やかに移行するのが難しいが、本
発明では各サイクル毎の取替体数を同一にすることによ
り平衡炉心へ速やかに移行できるようにしている。
を濃縮度についてＮ群に分数し、第ｉ群（１≦ｉ≦Ｎ−
１）に属する燃料集合体を第ｉサイクルに取出す内容の
発明が記載されているが、この場合には、各群の燃料集
合体数と、各サイクル末での取出体数の関係は、上記公
報の実施例によると第３表のようなものであり、ｉ群の
燃料集合体数と第ｉサイクル末の取出し体数が一致する
ので、第２表に示した本発明とは全く別のものであるこ
とは明らかである。また、上記公報記載の実施例では、
第１サイクルと第２サイクルでの取替体数が異なつてい
るので、平衡炉心へ速やかに移行するのが難しいが、本
発明では各サイクル毎の取替体数を同一にすることによ
り平衡炉心へ速やかに移行できるようにしている。
〔発明の効果〕 本発明によれば、初装荷燃料集合体の平均取出燃焼度を
約２０％増加することができ、燃料経済性が増す。ま
た、初装荷炉心から平衡炉心への移行が速やかになり、
第３サイクル以後は平衡サイクルと同じ運転が可能とな
る。
約２０％増加することができ、燃料経済性が増す。ま
た、初装荷炉心から平衡炉心への移行が速やかになり、
第３サイクル以後は平衡サイクルと同じ運転が可能とな
る。
第１図は、本発明の一実施例を原子炉炉心の構成図、第
２図は、原子炉炉心を構成する単位格子セルを示す図、
第３図は、本発明に基づく第１サイクルと移行サイクル
の余剰反応度の燃焼変化を示す図、第４図は、従来型初
装荷炉心による第１サイクルと移行サイクルの余剰反応
度の燃焼変化を示す図、第５図は、燃焼度と無限増倍率
の関係を模式的に示した図である。 １……高濃縮度燃料集合体、２……中濃縮度燃料集合
体、３……低濃縮度燃料集合体（炉心内部配置用）、３
１……低濃縮度燃料集合体（炉心最外周部配置用）、３
２……低濃縮度燃料集合体（制御セル用）、４１……運
転中に炉心に挿入される制御棒、４２……運転中に炉心
に挿入されない制御棒。
２図は、原子炉炉心を構成する単位格子セルを示す図、
第３図は、本発明に基づく第１サイクルと移行サイクル
の余剰反応度の燃焼変化を示す図、第４図は、従来型初
装荷炉心による第１サイクルと移行サイクルの余剰反応
度の燃焼変化を示す図、第５図は、燃焼度と無限増倍率
の関係を模式的に示した図である。 １……高濃縮度燃料集合体、２……中濃縮度燃料集合
体、３……低濃縮度燃料集合体（炉心内部配置用）、３
１……低濃縮度燃料集合体（炉心最外周部配置用）、３
２……低濃縮度燃料集合体（制御セル用）、４１……運
転中に炉心に挿入される制御棒、４２……運転中に炉心
に挿入されない制御棒。
Claims (2)
- 【請求項１】複数の燃料集合体が装荷された原子炉炉心
において、 前記燃料集合体はその平均濃縮度により複数群に分類さ
れ、各群に対する平均濃縮度を第１群、第２群……第ｎ
群の順に高くし、 最も平均濃縮度の高い第ｎ群に属する燃料集合体の数Ｎ
ｎと、炉心に装荷される燃料集合体総数Ｎｔとの間に、 ただし、 Ｅ１は第１サイクルのサイクル増分燃焼度、 ＥＮは第２サイクル以後のサイクル増分燃焼度、 の関係が成り立ち、 平衡炉心での燃料集合体取替体数をＮＲとすると、前記
濃縮度の異なる燃料集合体の群の数ｎは、Ｎｔ／ＮＲに
ほぼ等しい整数であり、 前記第１群に属する燃料集合体の平均濃縮度は1.0重量
％〜1.5重量％の範囲にあり、 原子炉の出力運転中に炉心に挿入される制御棒を囲む４
体の燃料集合体は前記第１群に属する燃料集合体であ
り、 前記第ｎ群に属する燃料集合体の平均濃縮度は燃料集合
体の取替え時に炉心内に新たに装荷される燃料集合体の
平均濃縮度に等しいことを特徴とする原子炉炉心。 - 【請求項２】第１サイクルから平衡サイクルまでの各サ
イクル終了時における燃料集合体取替体数が一定でほぼ
等しい特許請求の範囲第１項記載の原子炉炉心。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60005749A JPH0650351B2 (ja) | 1985-01-18 | 1985-01-18 | 原子炉炉心 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60005749A JPH0650351B2 (ja) | 1985-01-18 | 1985-01-18 | 原子炉炉心 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61165682A JPS61165682A (ja) | 1986-07-26 |
| JPH0650351B2 true JPH0650351B2 (ja) | 1994-06-29 |
Family
ID=11619755
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60005749A Expired - Lifetime JPH0650351B2 (ja) | 1985-01-18 | 1985-01-18 | 原子炉炉心 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0650351B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0636046B2 (ja) * | 1988-06-08 | 1994-05-11 | 株式会社日立製作所 | 燃料集合体，燃料スペーサ及び原子炉の初装荷炉心 |
| JP3107290B2 (ja) * | 1996-05-20 | 2000-11-06 | 株式会社日立製作所 | 燃料装荷方法 |
-
1985
- 1985-01-18 JP JP60005749A patent/JPH0650351B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61165682A (ja) | 1986-07-26 |
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