JPH07107555B2 - 沸騰水型原子炉用制御棒とそれを用いた沸騰水型原子炉の運転方法 - Google Patents
沸騰水型原子炉用制御棒とそれを用いた沸騰水型原子炉の運転方法Info
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- JPH07107555B2 JPH07107555B2 JP62007314A JP731487A JPH07107555B2 JP H07107555 B2 JPH07107555 B2 JP H07107555B2 JP 62007314 A JP62007314 A JP 62007314A JP 731487 A JP731487 A JP 731487A JP H07107555 B2 JPH07107555 B2 JP H07107555B2
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- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、沸騰水型原子炉等において出力分布制御・反
応度制御に用いられる制御棒及び上記制御棒を用いた原
子炉の運転方法に関する。
応度制御に用いられる制御棒及び上記制御棒を用いた原
子炉の運転方法に関する。
原子炉の核特性は、原子炉中の減速材の量と235Uや238U
のような燃料物質の量との比、すなわち減速材対燃料比
によって大きな影響を受ける。第２図は、重要な核特性
パラメータである中性子無限増倍率と、減速材対燃料比
の関係を示したものである。ここで減速材対燃料比は水
素対燃料原子（235U＋238U）の比として定義される。
のような燃料物質の量との比、すなわち減速材対燃料比
によって大きな影響を受ける。第２図は、重要な核特性
パラメータである中性子無限増倍率と、減速材対燃料比
の関係を示したものである。ここで減速材対燃料比は水
素対燃料原子（235U＋238U）の比として定義される。
一般に、中性子無限増倍率は、減速材対燃料比が大きく
なると増加するが、減速材対燃料比がさらに増加すると
逆に減少するという特性をもっている。
なると増加するが、減速材対燃料比がさらに増加すると
逆に減少するという特性をもっている。
減速材対燃料比は、水や燃料の密度、燃料棒直径や燃料
棒ピッチ等の格子パラメータの関数である。中性子無限
増倍率を最大にするには、第２図の値ａに減速材対燃料
原子数比を設定すればよいが、実用の沸騰水型原子炉で
は、出力制御および安全性の点から、値ａよりも小さな
値、例えば第２図のｂ点に設定される。
棒ピッチ等の格子パラメータの関数である。中性子無限
増倍率を最大にするには、第２図の値ａに減速材対燃料
原子数比を設定すればよいが、実用の沸騰水型原子炉で
は、出力制御および安全性の点から、値ａよりも小さな
値、例えば第２図のｂ点に設定される。
沸騰水型原子炉の出力状態における減速材対燃料比を高
める技術としては、正方格子状に配列された燃料棒の一
部を、内部に飽和水が流れる水ロッドに置き換える方法
や、複数の燃料棒を１本の大径水ロッドで置き換える方
法（特開昭48−80988）、燃料棒被覆管と核燃料物質ペ
レットの間に固体減速材物質を設置する方法（特開昭61
−129594）が示されている。
める技術としては、正方格子状に配列された燃料棒の一
部を、内部に飽和水が流れる水ロッドに置き換える方法
や、複数の燃料棒を１本の大径水ロッドで置き換える方
法（特開昭48−80988）、燃料棒被覆管と核燃料物質ペ
レットの間に固体減速材物質を設置する方法（特開昭61
−129594）が示されている。
これらの従来技術において、水ロッドを使用する方法
は、水素原子数の増加分が水の密度によって決定される
ため、十分な減速材対燃料比を得るには水ロッドで置換
される燃料棒が多くなり、燃料集合体の燃料装荷量が低
下するという問題がある。一方、固体減速材物質を、燃
料棒被覆管と核燃料物質ペレット間に設置する方法で
は、第３図に示すように、燃料の燃焼度が遅れる炉心上
部において、冷温状態で中性子無限増倍率が高くなり、
大きな出力ピークが生じて出力分布の歪みは大きくな
り、炉停止余裕が少くなる。この傾向は濃縮度が増加す
ると、それに伴って中性子の平均エネルギーが上昇する
ため、ボイド係数（絶対値）が増大するので、さらに強
くなる。
は、水素原子数の増加分が水の密度によって決定される
ため、十分な減速材対燃料比を得るには水ロッドで置換
される燃料棒が多くなり、燃料集合体の燃料装荷量が低
下するという問題がある。一方、固体減速材物質を、燃
料棒被覆管と核燃料物質ペレット間に設置する方法で
は、第３図に示すように、燃料の燃焼度が遅れる炉心上
部において、冷温状態で中性子無限増倍率が高くなり、
大きな出力ピークが生じて出力分布の歪みは大きくな
り、炉停止余裕が少くなる。この傾向は濃縮度が増加す
ると、それに伴って中性子の平均エネルギーが上昇する
ため、ボイド係数（絶対値）が増大するので、さらに強
くなる。
本発明の目的は、燃料装荷量を減らさず反応度を高め、
冷温時の炉心上部の出力ピークを小さくし、炉停止余裕
を改善することである。
冷温時の炉心上部の出力ピークを小さくし、炉停止余裕
を改善することである。
上記目的を達成するため、本発明による沸騰水型原子炉
用制御棒は、炉心上部に設けた制御棒駆動機構を用いて
冷却材の流れの下流側から炉心に向け下向きに挿入する
ようにした沸騰水型原子炉用制御棒であって、中性子吸
収材領域と、該中性子吸収材領域よりも先端側に設けら
れ内部に中性子減速能の大きい中性子減速材物質を封入
した中性子減速材領域とを具備することを特徴とするも
のであり、同じく、本発明による上記制御棒を用いた沸
騰水型原子炉の運転方法は、該制御棒を炉心上部に設け
た制御棒駆動機構を用いて冷却材の流れの下流側から炉
心に向け下向きに挿入することにより行なわれる沸騰水
型原子炉の運転方法であって、該原子炉の運転中には、
制御棒の上記中性子減速材領域を炉心に挿入し、原子炉
停止時には、制御棒の上記中性子吸収材領域を炉心に全
挿入することを特徴とするものである。
用制御棒は、炉心上部に設けた制御棒駆動機構を用いて
冷却材の流れの下流側から炉心に向け下向きに挿入する
ようにした沸騰水型原子炉用制御棒であって、中性子吸
収材領域と、該中性子吸収材領域よりも先端側に設けら
れ内部に中性子減速能の大きい中性子減速材物質を封入
した中性子減速材領域とを具備することを特徴とするも
のであり、同じく、本発明による上記制御棒を用いた沸
騰水型原子炉の運転方法は、該制御棒を炉心上部に設け
た制御棒駆動機構を用いて冷却材の流れの下流側から炉
心に向け下向きに挿入することにより行なわれる沸騰水
型原子炉の運転方法であって、該原子炉の運転中には、
制御棒の上記中性子減速材領域を炉心に挿入し、原子炉
停止時には、制御棒の上記中性子吸収材領域を炉心に全
挿入することを特徴とするものである。
上記減速材物質としては、第一に単位体積当りの水素含
有量が大きいこと、第二に熱中性子吸収断面積が低いこ
とが要求される。このような条件を満足する好適な例と
しては金属水素化物がある。特にジルコニウムハイドラ
イド（ZrH2）は、中性子吸収断面積も小さく、また1cm3
当りの水素原子数も7.25×1022/cm3であり、通常の沸騰
水型原子炉の運転状態である70気圧での飽和水中の水素
原子数５×1022/cm3よりも多い。さらに、中性子減速能
（ξΣｓ〔1/cm〕）は、軽水1.36に対してZrH2は1.47で
ある。
有量が大きいこと、第二に熱中性子吸収断面積が低いこ
とが要求される。このような条件を満足する好適な例と
しては金属水素化物がある。特にジルコニウムハイドラ
イド（ZrH2）は、中性子吸収断面積も小さく、また1cm3
当りの水素原子数も7.25×1022/cm3であり、通常の沸騰
水型原子炉の運転状態である70気圧での飽和水中の水素
原子数５×1022/cm3よりも多い。さらに、中性子減速能
（ξΣｓ〔1/cm〕）は、軽水1.36に対してZrH2は1.47で
ある。
本発明による制御棒は、中性子吸収材領域よりも先端に
設置した減速材物質領域を、沸騰水型炉心上部に挿入し
て運転することにより、炉心上部の反応度を高める。沸
騰水型原子炉では一般に炉心下部の反応度が高いので、
上記のように炉心上部の反応度を高めることにより出力
分布の均一化を図ることができ、また炉心上部の燃焼度
が進むので冷温時の炉心上部の出力ピークを抑えること
ができる。
設置した減速材物質領域を、沸騰水型炉心上部に挿入し
て運転することにより、炉心上部の反応度を高める。沸
騰水型原子炉では一般に炉心下部の反応度が高いので、
上記のように炉心上部の反応度を高めることにより出力
分布の均一化を図ることができ、また炉心上部の燃焼度
が進むので冷温時の炉心上部の出力ピークを抑えること
ができる。
ジルコニウムハイドライドを、本発明になる制御棒の減
速材物質として用い、運転中に沸騰水型原子炉の炉心上
部に挿入すると、第６図に示すように、制御棒の減速材
領域挿入部の中性子無限増倍率が高くなる。この結果、
炉心上部での燃焼が進み、第３図に示すような冷温時の
制御棒全挿入時に発生する炉心上部での出力ピークを小
さくできる。また、運転時には、第７図に示すように、
炉心上部の出力が上昇し、相対的に炉心下部の出力ピー
クが減少する。
速材物質として用い、運転中に沸騰水型原子炉の炉心上
部に挿入すると、第６図に示すように、制御棒の減速材
領域挿入部の中性子無限増倍率が高くなる。この結果、
炉心上部での燃焼が進み、第３図に示すような冷温時の
制御棒全挿入時に発生する炉心上部での出力ピークを小
さくできる。また、運転時には、第７図に示すように、
炉心上部の出力が上昇し、相対的に炉心下部の出力ピー
クが減少する。
以下、本発明を実施例を用いて説明する。第１図は、本
発明の一実施例になる十字型制御棒３の斜視図である。
この制御棒は、炉心上部に設けた制御棒駆動機構５を用
いて制御棒を冷却材の流れの下流側から炉心に向け下向
きに挿入するタイプの沸騰水型原子炉に用いるものであ
る。１は中性子吸収材領域であり、内部にはボロンカー
バイト（B4C）が充填されている。２は上記領域１より
も先端側に設けられた中性子減速材領域であり、内部に
は中性子減速材物質、例えばジルコニウムハイドライド
（ZrH2）が充填されている。中性子吸収材領域１は炉心
有効長と同じ長さであり、中性子減速材領域２は炉心有
効長の1/2よりも長い。
発明の一実施例になる十字型制御棒３の斜視図である。
この制御棒は、炉心上部に設けた制御棒駆動機構５を用
いて制御棒を冷却材の流れの下流側から炉心に向け下向
きに挿入するタイプの沸騰水型原子炉に用いるものであ
る。１は中性子吸収材領域であり、内部にはボロンカー
バイト（B4C）が充填されている。２は上記領域１より
も先端側に設けられた中性子減速材領域であり、内部に
は中性子減速材物質、例えばジルコニウムハイドライド
（ZrH2）が充填されている。中性子吸収材領域１は炉心
有効長と同じ長さであり、中性子減速材領域２は炉心有
効長の1/2よりも長い。
第４図（Ａ），（Ｂ）は上記の十字型制御棒を用いた沸
騰水型原子炉の圧力容器内構造の縦断面図および炉心横
断面図である。本炉心は出力300MWt規模の小型軽水炉を
想定している。小軽軽水炉は、冷却材の駆動力として自
然循環を利用しており、液面において水と蒸気は分離す
るので、通常の沸騰水型軽水炉のように炉心上部に気水
分離器・ドライヤーが設置されておらず、制御棒は炉心
上方から下方へ挿入される構造となっている。炉心は、
燃料サポート９と上部支持板10との間に配置された多数
本の燃料集合体６で構成され、炉心シュラウド８で覆わ
れている。制御棒３は水圧による制御棒駆動機構５によ
って駆動され、上部支持板10と案内管上部支持板11間に
支持された制御棒案内管４を通り炉心内に挿入される。
本実施例では第４図（Ｂ）で示すように、運転中は全て
の制御棒先端の中性子減速材領域２が、炉心内の上部1/
2の範囲に挿入されている。また炉を停止するときに
は、制御棒３の中性子吸収材領域１を炉心に全挿入す
る。
騰水型原子炉の圧力容器内構造の縦断面図および炉心横
断面図である。本炉心は出力300MWt規模の小型軽水炉を
想定している。小軽軽水炉は、冷却材の駆動力として自
然循環を利用しており、液面において水と蒸気は分離す
るので、通常の沸騰水型軽水炉のように炉心上部に気水
分離器・ドライヤーが設置されておらず、制御棒は炉心
上方から下方へ挿入される構造となっている。炉心は、
燃料サポート９と上部支持板10との間に配置された多数
本の燃料集合体６で構成され、炉心シュラウド８で覆わ
れている。制御棒３は水圧による制御棒駆動機構５によ
って駆動され、上部支持板10と案内管上部支持板11間に
支持された制御棒案内管４を通り炉心内に挿入される。
本実施例では第４図（Ｂ）で示すように、運転中は全て
の制御棒先端の中性子減速材領域２が、炉心内の上部1/
2の範囲に挿入されている。また炉を停止するときに
は、制御棒３の中性子吸収材領域１を炉心に全挿入す
る。
第５図（Ａ），（Ｂ）は本発明の他の実施例になるクラ
スター型制御棒の平面図および側面図である。１は中性
子吸収材領域であり、内部にはボロンカーバイド（B
4C）が充填されている。２は中性子減速材領域であり、
内部には中性子減速材、例えばジルコニウムハイドライ
ド（ZrH2）が充填されている。中性子吸収材領域１は炉
心有効長と同じ長さであり、中性子減速材領域２は炉心
有効長の1/2よりも長い。
スター型制御棒の平面図および側面図である。１は中性
子吸収材領域であり、内部にはボロンカーバイド（B
4C）が充填されている。２は中性子減速材領域であり、
内部には中性子減速材、例えばジルコニウムハイドライ
ド（ZrH2）が充填されている。中性子吸収材領域１は炉
心有効長と同じ長さであり、中性子減速材領域２は炉心
有効長の1/2よりも長い。
このクラスター型制御棒は、燃料棒が稠密に配置される
高転換型沸騰水型軽水炉において使用され得る。以下、
高転換型沸騰水型軽水炉、特に、炉心が半径方向に、燃
料棒が稠密に配列された高転換領域（内側）と、該高転
換領域で使用された後に再組立して作りかえられた燃料
棒が挿入されているバーナー領域（外側）という複数の
領域からなり、炉心上方から制御棒を挿入するように構
成された一種の沸騰水型原子炉である。高転換バーナー
炉（特開昭61−129594参照）に、本発明になる第５図に
示すクラスター型制御棒を用いた実施例について説明す
る。
高転換型沸騰水型軽水炉において使用され得る。以下、
高転換型沸騰水型軽水炉、特に、炉心が半径方向に、燃
料棒が稠密に配列された高転換領域（内側）と、該高転
換領域で使用された後に再組立して作りかえられた燃料
棒が挿入されているバーナー領域（外側）という複数の
領域からなり、炉心上方から制御棒を挿入するように構
成された一種の沸騰水型原子炉である。高転換バーナー
炉（特開昭61−129594参照）に、本発明になる第５図に
示すクラスター型制御棒を用いた実施例について説明す
る。
高転換バーナー炉は、例えば第10図に示すように、燃料
棒が稠密格子状に配列され、減速材である水素原子数と
燃料であるウラン原子数との比（H/U比）が3.0以下であ
り、主に238Uからプルトニウムを作る高転換領域燃料集
合体Ａを配置した高転換領域と、その外側にあって該燃
料集合体Ａの燃料棒を再組立して作られ、H/U比が5.0に
近いバーナー領域燃料集合体Ｂを配置したバーナー領域
とから構成される。燃料パレット内のウラン濃縮度6w/
o、冷却材の炉心平均ボイド率40％におけるH/U比が2.17
である上記高転換領域集合体の12本の制御棒案内管に、
運転中、本発明になる前記クラスター制御棒の、ジルコ
ニウムハイドライド（ZrH2）を封入した減速材領域２を
上方から挿入したときのボイド70％における反応度の増
加割合は、1.78％Δk/kであった。この結果に基づき、
運転状態において高転換領域集合体の炉心上部の1/2の
範囲に本発明になる前記クラスター型制御棒の減速材領
域を挿入したときの、炉心高さ方向の中性子無限増倍率
の変化は第６図のようである。冷却材ボイド率の大きな
炉心上端に近づく程、反応度の増加は大きい。第７図
は、このときの炉心高さ方向の出力分布の変化を示した
ものである。この図より、炉心上部の、上記制御棒挿入
領域で出力が上昇し、相対的に炉心下部の出力が低下し
ていることがわかる。出力ピークの低下率は７％であ
る。また本発明になる制御棒を用いない場合、上記高転
換バーナー炉の運転サイクルは12ケ月、サイクル燃焼度
増分は9GWd/tを想定しているが、運転サイクル末期に上
記制御棒を上記の如く挿入すると、余剰反応度が0.20％
Δk/k増加し、第８図に示すように、運転月数増加0.46
ケ月（燃焼度増加0.34GWd/t）が見込まれる。
棒が稠密格子状に配列され、減速材である水素原子数と
燃料であるウラン原子数との比（H/U比）が3.0以下であ
り、主に238Uからプルトニウムを作る高転換領域燃料集
合体Ａを配置した高転換領域と、その外側にあって該燃
料集合体Ａの燃料棒を再組立して作られ、H/U比が5.0に
近いバーナー領域燃料集合体Ｂを配置したバーナー領域
とから構成される。燃料パレット内のウラン濃縮度6w/
o、冷却材の炉心平均ボイド率40％におけるH/U比が2.17
である上記高転換領域集合体の12本の制御棒案内管に、
運転中、本発明になる前記クラスター制御棒の、ジルコ
ニウムハイドライド（ZrH2）を封入した減速材領域２を
上方から挿入したときのボイド70％における反応度の増
加割合は、1.78％Δk/kであった。この結果に基づき、
運転状態において高転換領域集合体の炉心上部の1/2の
範囲に本発明になる前記クラスター型制御棒の減速材領
域を挿入したときの、炉心高さ方向の中性子無限増倍率
の変化は第６図のようである。冷却材ボイド率の大きな
炉心上端に近づく程、反応度の増加は大きい。第７図
は、このときの炉心高さ方向の出力分布の変化を示した
ものである。この図より、炉心上部の、上記制御棒挿入
領域で出力が上昇し、相対的に炉心下部の出力が低下し
ていることがわかる。出力ピークの低下率は７％であ
る。また本発明になる制御棒を用いない場合、上記高転
換バーナー炉の運転サイクルは12ケ月、サイクル燃焼度
増分は9GWd/tを想定しているが、運転サイクル末期に上
記制御棒を上記の如く挿入すると、余剰反応度が0.20％
Δk/k増加し、第８図に示すように、運転月数増加0.46
ケ月（燃焼度増加0.34GWd/t）が見込まれる。
なお、炉を停止するときは上記制御棒の中性子吸収材領
域１を炉心に全挿入する。
域１を炉心に全挿入する。
以下、高転換バーナー炉に、本発明に基づくクラスター
型制御棒を挿入する方法について幾つかの実施例を述べ
る。
型制御棒を挿入する方法について幾つかの実施例を述べ
る。
本発明を高転換バーナー炉に適用した第１の実施例を第
９図に示す。高転換バーナー炉において、第５図に示し
たクラスター型制御棒の駆動装置は燃料集合体３体に１
体設置される。ところで、高転換バーナー炉の高転換領
域燃料集合体においては、転換比を高め、プルトニウム
を作ることを主な目的としている。一方、本発明の制御
棒の減速材領域は、中性子スペクトルを軟かくし、転換
比を下げる効果をもっている。従って、図示の如く、本
実施例では、高転換領域燃料集合体A0,A1のうちA0で示
した７組（21体）の燃料集合体については、減速材を設
置しない従来の反応度制御用のクラスター型制御棒を出
し入れし、残りのA1で示した高転換領域燃料集合体にの
み、その上方部に本発明に基づく第５図に示したクラス
ター型制御棒の減速材領域２を挿入して炉心を運転す
る。他方、バーナー領域燃料集合体においては、熱中性
子を有効利用し、高転換領域で作られたプルトニウムを
燃やしきることを主な目的としているので、図示の如
く、本発明に基づく制御棒の減速材領域２（この場合、
炉心有効長と同じ長さ）を全挿入し、反応度を高めて運
転する。なお、炉を停止するときには、これら制御棒の
中性子吸収材領域１を炉心に全挿入する。
９図に示す。高転換バーナー炉において、第５図に示し
たクラスター型制御棒の駆動装置は燃料集合体３体に１
体設置される。ところで、高転換バーナー炉の高転換領
域燃料集合体においては、転換比を高め、プルトニウム
を作ることを主な目的としている。一方、本発明の制御
棒の減速材領域は、中性子スペクトルを軟かくし、転換
比を下げる効果をもっている。従って、図示の如く、本
実施例では、高転換領域燃料集合体A0,A1のうちA0で示
した７組（21体）の燃料集合体については、減速材を設
置しない従来の反応度制御用のクラスター型制御棒を出
し入れし、残りのA1で示した高転換領域燃料集合体にの
み、その上方部に本発明に基づく第５図に示したクラス
ター型制御棒の減速材領域２を挿入して炉心を運転す
る。他方、バーナー領域燃料集合体においては、熱中性
子を有効利用し、高転換領域で作られたプルトニウムを
燃やしきることを主な目的としているので、図示の如
く、本発明に基づく制御棒の減速材領域２（この場合、
炉心有効長と同じ長さ）を全挿入し、反応度を高めて運
転する。なお、炉を停止するときには、これら制御棒の
中性子吸収材領域１を炉心に全挿入する。
沸騰水型原子炉では、運転状態で炉心高さ方向にボイド
分布が生じ、燃料下端ではボイド率０％であるが、上端
では約70％となる。このボイド分布によって、燃料上下
の水素対ウラン原子数比（H/U比）に差が生じ、従って
中性子無限増倍率にも差が生じるので燃料下部の出力が
高くなる。H/U比が3.0である高転換領域の稠密格子燃料
集合体においては、H/U比は5.0に近く、従来の軽水炉の
燃料集合体とH/U比がほぼ同じであるバーナー領域集合
体と比べ、第２図からわかるようにH/U比の変化に伴う
中性子無限増倍率の変化が大きく、ボイド分布による出
力ピークも高くなる。ところで、本実施例によると、ボ
イド率が高く、H/U比が小さな炉心上部のH/U比及び中性
子減速効果が大きくなり、従って反応度が高くなるの
で、稠密格子燃料集合体下部に発生する出力ピークを相
対的に小さくできる。このように、本発明を用いると、
燃料集合体の高さ方向にウラン濃縮度分布をつけるなど
の特別の対策を施さずとも、出力分布の平坦化が図られ
る。
分布が生じ、燃料下端ではボイド率０％であるが、上端
では約70％となる。このボイド分布によって、燃料上下
の水素対ウラン原子数比（H/U比）に差が生じ、従って
中性子無限増倍率にも差が生じるので燃料下部の出力が
高くなる。H/U比が3.0である高転換領域の稠密格子燃料
集合体においては、H/U比は5.0に近く、従来の軽水炉の
燃料集合体とH/U比がほぼ同じであるバーナー領域集合
体と比べ、第２図からわかるようにH/U比の変化に伴う
中性子無限増倍率の変化が大きく、ボイド分布による出
力ピークも高くなる。ところで、本実施例によると、ボ
イド率が高く、H/U比が小さな炉心上部のH/U比及び中性
子減速効果が大きくなり、従って反応度が高くなるの
で、稠密格子燃料集合体下部に発生する出力ピークを相
対的に小さくできる。このように、本発明を用いると、
燃料集合体の高さ方向にウラン濃縮度分布をつけるなど
の特別の対策を施さずとも、出力分布の平坦化が図られ
る。
第10図は、本発明を高転換バーナー炉に適用した第２の
実施例を示したものである。原子炉の運転中、本実施例
では図示の如く高転換領域のすべての燃料集合体の炉心
上部に、本発明に基づく第５図のクラスター型制御棒の
減速材領域２を挿入し、バーナー領域には減速材領域２
（この場合、炉心有効長と同じ長さ）を全挿入する。本
実施例は、主に、燃料の燃焼が進んだ運転サイクル末期
に有効である。すなわち、この状態では、余剰反応度が
小さいので、制御棒の中性子吸収材領域を挿入する必要
がなく、高転換領域の炉心高さ方向の出力分布の平坦化
を図ればよいからである。さらに、本実施例により、前
述したように、燃焼度、すなわち燃料の寿命が長くな
る。
実施例を示したものである。原子炉の運転中、本実施例
では図示の如く高転換領域のすべての燃料集合体の炉心
上部に、本発明に基づく第５図のクラスター型制御棒の
減速材領域２を挿入し、バーナー領域には減速材領域２
（この場合、炉心有効長と同じ長さ）を全挿入する。本
実施例は、主に、燃料の燃焼が進んだ運転サイクル末期
に有効である。すなわち、この状態では、余剰反応度が
小さいので、制御棒の中性子吸収材領域を挿入する必要
がなく、高転換領域の炉心高さ方向の出力分布の平坦化
を図ればよいからである。さらに、本実施例により、前
述したように、燃焼度、すなわち燃料の寿命が長くな
る。
なお、炉を停止するときにはこれら制御棒の中性子吸収
材領域１を炉心に全挿入する。
材領域１を炉心に全挿入する。
第11図は、本発明を高転換バーナー炉に適用した第３の
実施例である。第9,10図で説明した実施例は、高転換領
域とバーナー領域を併置した結合型の高転換バーナー炉
に対するものであるが、本実施例は、結合型における高
転換領域を独立した炉心とした分離型の高転換バーナー
炉に対するものである。第11図における13は高転換炉心
を、14はバーナー炉心である。高転換炉心においては、
結合型高転換バーナー炉の高転換領域集合体と同様、炉
心下部に出力ピークが発生する。これを抑えるために本
実施例では、高転換炉心の炉心上部に、本発明になる制
御棒の減速材物質領域２を挿入する。バーナー炉心にお
いては、高転換炉心のように大きな出力ピークが発生し
ないので、反応度を高めるために、上記制御棒の減速材
領域を全挿入する。従って、本実施例の、バーナー炉心
で用いる制御棒の減速材領域２は、炉心有効長と同じ長
さをもっている。
実施例である。第9,10図で説明した実施例は、高転換領
域とバーナー領域を併置した結合型の高転換バーナー炉
に対するものであるが、本実施例は、結合型における高
転換領域を独立した炉心とした分離型の高転換バーナー
炉に対するものである。第11図における13は高転換炉心
を、14はバーナー炉心である。高転換炉心においては、
結合型高転換バーナー炉の高転換領域集合体と同様、炉
心下部に出力ピークが発生する。これを抑えるために本
実施例では、高転換炉心の炉心上部に、本発明になる制
御棒の減速材物質領域２を挿入する。バーナー炉心にお
いては、高転換炉心のように大きな出力ピークが発生し
ないので、反応度を高めるために、上記制御棒の減速材
領域を全挿入する。従って、本実施例の、バーナー炉心
で用いる制御棒の減速材領域２は、炉心有効長と同じ長
さをもっている。
本実施例が対象としている分離型の高転換バーナー炉に
おいては、結合型炉心の高転換領域側において発生す
る、領域間の出力バランスによる半径方向出力ピークが
存在しない。その結果、高転換炉心燃料の炉心下部に発
生する出力ピーク値も、結合型における出力ピーク値よ
り小さくなるので、上記制御棒減速材領域の炉心内挿入
深さを、結合型の場合より小さくしても、結合型の場合
と同様の効果が得られる。なお、減速材領域の炉心内挿
入深さを小さくすることにより、結合型の場合よりも転
換比は高くなる。
おいては、結合型炉心の高転換領域側において発生す
る、領域間の出力バランスによる半径方向出力ピークが
存在しない。その結果、高転換炉心燃料の炉心下部に発
生する出力ピーク値も、結合型における出力ピーク値よ
り小さくなるので、上記制御棒減速材領域の炉心内挿入
深さを、結合型の場合より小さくしても、結合型の場合
と同様の効果が得られる。なお、減速材領域の炉心内挿
入深さを小さくすることにより、結合型の場合よりも転
換比は高くなる。
第12図は、本発明を高転換バーナー炉に適用した第４の
実施例を示したものである。この例は、15で示すＹ字型
制御棒を、ギャップ水領域16に挿入する高転換バーナー
炉心を対象としている。本実施例においては、Ｙ字型制
御棒の中性子吸収材領域より先端側に減速材領域を設
け、これを高転換領域集合体に挿入して原子炉を運転す
る。
実施例を示したものである。この例は、15で示すＹ字型
制御棒を、ギャップ水領域16に挿入する高転換バーナー
炉心を対象としている。本実施例においては、Ｙ字型制
御棒の中性子吸収材領域より先端側に減速材領域を設
け、これを高転換領域集合体に挿入して原子炉を運転す
る。
本発明の制御棒先端に設置する減速材物質としてジルコ
ニウムハイドライドのような固体減速材を用いる場合、
減速材物質に濃縮度分布をつけることもできる。例え
ば、第３図に示した、冷温時に炉心上部に発生する出力
ピークを効果的に抑えるには、ピークの最も高い領域に
相当する部分の固体減速材濃度を高くすればよい。ま
た、稠密格子燃料を用いる場合には、運転中に炉心下部
に発生する出力ピークを抑えるめには、ボイド分布に対
応して、制御棒先端程、減速材の濃縮度を高くすれば、
それによる炉心上部の反応度増加量が大きくなり、相対
的に炉心下部の出力ピークを大きく低減できる。
ニウムハイドライドのような固体減速材を用いる場合、
減速材物質に濃縮度分布をつけることもできる。例え
ば、第３図に示した、冷温時に炉心上部に発生する出力
ピークを効果的に抑えるには、ピークの最も高い領域に
相当する部分の固体減速材濃度を高くすればよい。ま
た、稠密格子燃料を用いる場合には、運転中に炉心下部
に発生する出力ピークを抑えるめには、ボイド分布に対
応して、制御棒先端程、減速材の濃縮度を高くすれば、
それによる炉心上部の反応度増加量が大きくなり、相対
的に炉心下部の出力ピークを大きく低減できる。
（１） 冷温時の炉心高さ方向の出力ピークを小さくす
ることができ、炉停止余裕が改善される （２） １サイクル運転後、本発明になる制御棒を沸騰
水型炉心上部に挿入することにより、燃焼が遅れた炉心
上部の燃焼度を増加させ、燃料寿命を伸ばす （３） 沸騰水型炉心上部の反応度を高めることによ
り、炉心高さ方向出力分布を平坦化できる
ることができ、炉停止余裕が改善される （２） １サイクル運転後、本発明になる制御棒を沸騰
水型炉心上部に挿入することにより、燃焼が遅れた炉心
上部の燃焼度を増加させ、燃料寿命を伸ばす （３） 沸騰水型炉心上部の反応度を高めることによ
り、炉心高さ方向出力分布を平坦化できる
第１図は本発明になる制御棒の一実施例である十字型制
御棒を示す図、第２図はウラン燃料における中性子無限
増倍率と減速材対燃料原子数比の関係を図す図、第３図
は従来の沸騰水型炉心の運転状態及び冷温状態における
炉心高さ方向出力分布を示す図、第４図（Ａ）は、本発
明になる原子炉運転方法を用いた沸騰水型小型炉の圧力
容器内構造物の縦断面図、第４図（Ｂ）は上記炉心の横
断面図、第５図（Ａ），（Ｂ）は本発明になる制御棒の
他の実施例であるクラスター型制御棒の平面図及び側面
図、第６図は高転換バーナー炉の高転換領域集合体の炉
心上部の1/2の範囲に本発明になる制御棒を挿入したと
きと挿入しないときの運転状態における炉心高さ方向の
中性子無限増倍率分布を示す図、第７図は第６図に対応
する炉心高さ方向の出力分布を示す図、第８図は上記高
転換バーナー炉の運転サイクル末期に本発明になる制御
棒を挿入したときの運転月数あるいはサイクル燃焼度の
増加量を示す図、第９図は本発明を高転換バーナー炉に
適用した第１の実施例を示す図、第10図は本発明を高転
換バーナー炉に適用した第２の実施例を示す図、第11図
は本発明を分離型の高転換バーナー炉に適用した第３の
実施例を示す図、第12図は本発明を、高転換バーナー炉
に適用した第４の実施例を示す図である。 符号の説明 １……中性子吸収材領域、２……中性子減速材領域、 ３……制御棒、４……制御棒案内管、 ５……制御棒駆動機構、６……燃料集合体 ７……圧力容器、８……炉心シュラウド ９……燃料サポート、10……上部支持板、 11……案内管上部支持板、 12……燃料棒、13……高転換炉心、 14……バーナー炉心、15……制御棒、 16……ギャップ水領域、 Ａ……高転換領域燃料集合体、 Ｂ……バーナー領域燃料集合体、 A1……制御棒の減速材領域を挿入する高転換領域燃料集
合体、 A0……制御棒の中性子吸収材領域を全挿入する高転換領
域燃料集合体。
御棒を示す図、第２図はウラン燃料における中性子無限
増倍率と減速材対燃料原子数比の関係を図す図、第３図
は従来の沸騰水型炉心の運転状態及び冷温状態における
炉心高さ方向出力分布を示す図、第４図（Ａ）は、本発
明になる原子炉運転方法を用いた沸騰水型小型炉の圧力
容器内構造物の縦断面図、第４図（Ｂ）は上記炉心の横
断面図、第５図（Ａ），（Ｂ）は本発明になる制御棒の
他の実施例であるクラスター型制御棒の平面図及び側面
図、第６図は高転換バーナー炉の高転換領域集合体の炉
心上部の1/2の範囲に本発明になる制御棒を挿入したと
きと挿入しないときの運転状態における炉心高さ方向の
中性子無限増倍率分布を示す図、第７図は第６図に対応
する炉心高さ方向の出力分布を示す図、第８図は上記高
転換バーナー炉の運転サイクル末期に本発明になる制御
棒を挿入したときの運転月数あるいはサイクル燃焼度の
増加量を示す図、第９図は本発明を高転換バーナー炉に
適用した第１の実施例を示す図、第10図は本発明を高転
換バーナー炉に適用した第２の実施例を示す図、第11図
は本発明を分離型の高転換バーナー炉に適用した第３の
実施例を示す図、第12図は本発明を、高転換バーナー炉
に適用した第４の実施例を示す図である。 符号の説明 １……中性子吸収材領域、２……中性子減速材領域、 ３……制御棒、４……制御棒案内管、 ５……制御棒駆動機構、６……燃料集合体 ７……圧力容器、８……炉心シュラウド ９……燃料サポート、10……上部支持板、 11……案内管上部支持板、 12……燃料棒、13……高転換炉心、 14……バーナー炉心、15……制御棒、 16……ギャップ水領域、 Ａ……高転換領域燃料集合体、 Ｂ……バーナー領域燃料集合体、 A1……制御棒の減速材領域を挿入する高転換領域燃料集
合体、 A0……制御棒の中性子吸収材領域を全挿入する高転換領
域燃料集合体。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 丸山 博見 茨城県日立市森山町1168番地 株式会社日 立製作所エネルギー研究所内 (72)発明者 松本 知行 茨城県日立市森山町1168番地 株式会社日 立製作所エネルギー研究所内 (56)参考文献 特開 昭53−132691（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】炉心上部に設けた制御棒駆動機構を用いて
冷却材の流れの下流側から炉心に向け下向きに挿入する
ようにした沸騰水型原子炉用制御棒であって、中性子吸
収材領域と、該中性子吸収材領域よりも先端側に設けら
れ内部に中性子減速能の大きい中性子減速材物質を封入
した中性子減速材領域とを具備することを特徴とする沸
騰水型原子炉用制御棒。 - 【請求項２】中性子吸収材領域と、該中性子吸収材領域
よりも先端側に設けられ内部に中性子減速能の大きい中
性子減速材物質を封入した中性子減速材領域とを具備し
た制御棒を炉心上部に設けた制御棒駆動機構を用いて冷
却材の流れの下流側から炉心に向け下向きに挿入するこ
とにより行なわれる沸騰水型原子炉の運転方法であっ
て、該原子炉の運転中には、制御棒の上記中性子減速材
領域を炉心に挿入し、原子炉停止時には、制御棒の上記
中性子吸収材領域を炉心に全挿入することを特徴とす
る、沸騰水型原子炉の運転方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62007314A JPH07107555B2 (ja) | 1987-01-14 | 1987-01-14 | 沸騰水型原子炉用制御棒とそれを用いた沸騰水型原子炉の運転方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62007314A JPH07107555B2 (ja) | 1987-01-14 | 1987-01-14 | 沸騰水型原子炉用制御棒とそれを用いた沸騰水型原子炉の運転方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63175797A JPS63175797A (ja) | 1988-07-20 |
| JPH07107555B2 true JPH07107555B2 (ja) | 1995-11-15 |
Family
ID=11662533
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62007314A Expired - Lifetime JPH07107555B2 (ja) | 1987-01-14 | 1987-01-14 | 沸騰水型原子炉用制御棒とそれを用いた沸騰水型原子炉の運転方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07107555B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7002284B2 (ja) * | 2017-10-31 | 2022-01-20 | 日立Ｇｅニュークリア・エナジー株式会社 | 沸騰水型軽水炉 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS53132691A (en) * | 1977-04-26 | 1978-11-18 | Nippon Atom Ind Group Co Ltd | Control rod of reactor |
-
1987
- 1987-01-14 JP JP62007314A patent/JPH07107555B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63175797A (ja) | 1988-07-20 |
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