JPH07191170A - Minor actinide burner reactor - Google Patents

Minor actinide burner reactor

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JPH07191170A
JPH07191170A JP5331468A JP33146893A JPH07191170A JP H07191170 A JPH07191170 A JP H07191170A JP 5331468 A JP5331468 A JP 5331468A JP 33146893 A JP33146893 A JP 33146893A JP H07191170 A JPH07191170 A JP H07191170A
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JP
Japan
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core
fuel
minor actinide
actinide
minor
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Pending
Application number
JP5331468A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masaaki Iida
田 正 明 飯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Abstract

PURPOSE:To provide a minor actinide (MA) burner reactor which can consume MA with high efficiency, can operate for a long period stably. and is embodied in a simple structure. CONSTITUTION:Nitride of minor actinide extracted from a spent fuel is inserted in a metal cover pipe to form a MA type fuel 2 in pin shape, and a number of such fuel pins are arranged in ring form to constitute a reactor core 3. A neutron absorbing material 4 is arranged in the center opening of this core 3, and a reflector 5 is installed outside of the core 3. The core 3 is cooled by a cooling material made in sodium Na or lead Pb.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は軽水炉や高速増殖炉の使
用済燃料の再処理工程で抽出されたネプツニウムNp、
アメリシウムAm、キュリウムCm等のアクチニド元素
(以下、これを総称してマイナーアクチニドといい、M
Aと略記することもある)を高濃度あるいは高比率で燃
焼させるマイナーアクチニド専焼炉に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to neptunium Np extracted in a spent fuel reprocessing step of a light water reactor or a fast breeder reactor,
Actinide elements such as Americium Am and Curium Cm (hereinafter collectively referred to as minor actinides, M
(Sometimes abbreviated as A)) for a minor actinide combustion furnace that burns at a high concentration or a high ratio.

【0002】[0002]

【従来の技術】軽水炉等の使用済燃料から抽出されるマ
イナーアクチニドを消費し、可能な限り再利用すること
は、エネルギ利用効率が高く、高レベル廃液の処理の面
からも注目されている。このマイナーアクチニドを専門
に燃焼させるマイナーアクチニド専焼炉として、液体ナ
トリウム(Na)による冷却を行い、プルトニウム(P
u)とマイナーアクチニド(MA)を混合させたPu−
MA型金属燃料を使用した炉心を有するマイナーアクチ
ニド専焼炉が提案されている(日本原子力研究所FR’
91,京都国際会議用資料 19.6 参照)。
2. Description of the Related Art Consuming minor actinides extracted from spent fuel in light water reactors and reusing them as much as possible has high energy utilization efficiency and has been drawing attention from the viewpoint of treating high-level waste liquid. As a minor actinide special-purpose furnace that specially burns this minor actinide, it is cooled by liquid sodium (Na) and plutonium (P
u-) and a minor actinide (MA) mixed Pu-
A minor actinide combustion furnace with a core using MA type metal fuel has been proposed (Japan Atomic Energy Research Institute FR '
91, Kyoto International Conference Material 19.6).

【0003】一方、Pu−MA型燃料より純粋なMA型
燃料の方がMAの消費効率が高いという観点から、純粋
にマイナーアクチニドのみからなるMA型燃料を使用し
た炉心を有するマイナーアクチニド専焼炉も提案されて
いる(日本原子力学会 「1991秋の大会」予稿集
A71 参照)。
On the other hand, a minor actinide combustion furnace having a core using a MA type fuel consisting of only a minor actinide is also used from the viewpoint that a pure MA type fuel has a higher MA consumption efficiency than a Pu-MA type fuel. Proposed (Proceedings of the 1991 Autumn Meeting of the Atomic Energy Society of Japan)
A71).

【0004】上記MA型燃料をマイナーアクチニド専焼
炉は、バッチ方式の燃料交換を行うアニュラー型高速炉
であり、金属燃料を使用し、炉心の周囲にブランケット
を配置し、炉心を液体金属(Na)によって冷却してい
る。上記提案されたマイナーアクチニド専焼炉は、熱出
力500MWt程度の出力を有している。
The MA type fuel minor actinide special combustion furnace is an annular type fast reactor that performs batch type fuel exchange, uses a metal fuel, and arranges a blanket around the core to form a liquid metal (Na) core. Is cooled by. The proposed minor actinide firing furnace has a heat output of about 500 MWt.

【0005】図10は、上記従来のマイナーアクチニド
専焼炉の一般的な炉心構造の平面を示している。図10
において、炉の中心部に炉心21が配置され、この炉心
21は多数の断面6角形のNp−Pu−Zr型燃料22
からなり、Np−Pu−Zr型燃料22の間に所定本数
の制御棒(C/R)23が挿入されるように構成されて
いる。この炉心21の周囲は、AmCm−Pu−Y棒か
らなるブランケット24が配設されている。このブラン
ケット24のさらに外側にはステンレス(SUS)製の
反射体25が設けられている。
FIG. 10 shows a plane of a general core structure of the conventional minor actinide firing furnace. Figure 10
, A core 21 is arranged in the center of the reactor, and the core 21 has a large number of hexagonal Np-Pu-Zr type fuels 22.
The Np-Pu-Zr type fuel 22 has a predetermined number of control rods (C / R) 23 inserted therein. A blanket 24 made of an AmCm-Pu-Y rod is arranged around the core 21. A reflector 25 made of stainless steel (SUS) is provided on the outer side of the blanket 24.

【0006】上記従来のマイナーアクチニド専焼炉で
は、制御棒(C/R)23の制御の下、プルトニウムを
混入した金属燃料のNp−Pu−Zr型燃料22を燃焼
させ、このNp−Pu−Zr型燃料22が発生する中性
子によって、ブランケット24中に新たなPuとNpを
生成して、運転を継続する。
In the above-mentioned conventional minor actinide firing furnace, under control of the control rod (C / R) 23, the Np-Pu-Zr type fuel 22, which is a metallic fuel mixed with plutonium, is burned, and this Np-Pu-Zr is burned. The neutrons generated by the mold fuel 22 generate new Pu and Np in the blanket 24 to continue the operation.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のマイナーアクチニド専焼炉は燃料、ブランケット、
運転周期、冷却材のボイド反応度、MAの消費効率の点
において改良の余地があった。
However, the above-mentioned conventional minor actinide firing furnace has the problems of fuel, blanket,
There was room for improvement in terms of operating cycle, void reactivity of coolant, and efficiency of MA consumption.

【0008】すなわち、金属燃料は燃料密度を高い濃度
で装荷できる反面、融点の低下を招き、最大線出力が制
限される。たとえば、Pu−U型金属燃料の最大線出力
の設計制限値は約500w/cmであるのに対して、M
A型の金属燃料の最大線出力設計制限値はPu−MA型
金属燃料より40%程度低い300w/cm程度とな
る。また、一般に金属燃料は、Naボイド反応度を増大
させる問題もある。
That is, although the metal fuel can be loaded with a high fuel density, the melting point is lowered, and the maximum linear output is limited. For example, the design limit value of the maximum line power of Pu-U type metallic fuel is about 500 w / cm, while M
The maximum line output design limit value of the A type metal fuel is about 300 w / cm, which is about 40% lower than that of the Pu-MA type metal fuel. In addition, metal fuels generally have a problem of increasing Na void reactivity.

【0009】また、上記従来のマイナーアクチニド専焼
炉の炉心周囲に配置されたブランケットは、ブランケッ
ト中にPuやMAを生成するので、炉の運転中の燃焼欠
損反応度を低減することができるが、そもそもマイナー
アクチニド専焼炉はMAの消費を目的としており、MA
の生成はMAの消費効率を低下させる。
In addition, since the blanket arranged around the core of the conventional minor actinide firing furnace produces Pu and MA in the blanket, it is possible to reduce the combustion defect reactivity during the operation of the furnace. In the first place, the minor actinide special-purpose firing furnace is aimed at consuming MA.
The production of MA reduces the consumption efficiency of MA.

【0010】さらに、従来のマイナーアクチニド専焼炉
はバッチ方式によって燃料交換をするが、さらに長期に
わたって連続運転可能なマイナーアクチニド専焼炉の開
発が望まれていた。
Further, although the conventional minor actinide firing furnace performs fuel exchange by a batch system, it has been desired to develop a minor actinide firing furnace that can be continuously operated for a longer period of time.

【0011】また、上記日本原子力学会「1991秋の
大会」予稿集に発表されたMA型燃料のマイナーアクチ
ニド専焼炉は、同予稿集に掲載されているように、実効
増倍率Keff が時間の経過とともに減少しているので、
炉心のMA濃度はそれほど高いものではないと思われ
る。この場合、原子炉のスタート炉心(起動用構成の炉
心)から平衡炉心(燃料成分が一定の状態に達した炉
心)へ移行する移行炉心は、Pu−MA型燃料を使用し
なければならないものと推定される。このように、スタ
ート時と移行時と平衡時で異なる構成の燃料を使用する
炉心は、燃料の製造工程が複雑であり、不経済なものに
ならざるを得ない。また、MAの濃度が低いことはMA
の消費効率の低下につながるので、より高濃度のMA型
燃料の開発が求められる。
In addition, the MA type fuel minor actinide firing furnace, which was announced in the proceedings of the 1991 Autumn Meeting of the Atomic Energy Society of Japan, has an effective multiplication factor Keff of the time passage, as described in the proceedings. Since it is decreasing with
It seems that the MA concentration in the core is not so high. In this case, the transition core from the start core of the nuclear reactor (the core of the starting configuration) to the equilibrium core (core in which the fuel component reaches a certain state) must use Pu-MA type fuel. Presumed. As described above, the core that uses fuels having different configurations at the start time, the transition time, and the equilibrium time is uneconomical because the fuel manufacturing process is complicated. Also, the low concentration of MA means that
Therefore, the development of higher concentration MA type fuel is required.

【0012】また、上記MA型燃料を使用する従来のマ
イナーアクチニド専焼炉は、Na冷却材のボイド反応度
を低減するために、炉心形状をアニュラー型にし、原子
炉出力を比較的低レベルの500MWtに制限している
が、Naボイド反応度を経済単位(ドル)に換算した場
合、換算係数である実効遅発中性子の割合βeff がPu
−U型燃料炉心の約0.4%より大幅に小さいので、さ
らに冷却材のボイド反応度の低減が望まれていた。
In the conventional minor actinide combustion furnace using the MA type fuel, the core shape is an annular type in order to reduce the void reactivity of the Na coolant, and the reactor output is a relatively low level of 500 MWt. However, when Na void reactivity is converted into economic units ($), the ratio βeff of effective delayed neutrons, which is a conversion coefficient, is Pu.
Since it is much smaller than about 0.4% of -U type fuel core, further reduction of void reactivity of the coolant has been desired.

【0013】そこで、本発明の目的は、上記従来のマイ
ナーアクチニド専焼炉の課題を解決し、MAを高効率で
消費でき、かつ、長期間安定的に運転可能な構造簡単な
マイナーアクチニド専焼炉を提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the conventional minor actinide special-purpose kiln and to provide a simple minor-actinide special-purpose kiln capable of efficiently consuming MA and stably operating for a long period of time. To provide.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のマイナーアクチニド専焼炉は、使用済燃料
から抽出したマイナーアクチニドの窒化物を金属被覆管
に挿入した多数のピンタイプのMA型燃料を円環状に配
設して炉心を構成し、この炉心の中心開口内に中性子吸
収体を配置し、前記炉心の外側に反射体を配置し、前記
炉心をナトリウムNaあるいは鉛Pbからなる金属冷却
材によって冷却するようにしたことを特徴とするもので
ある。
In order to achieve the above object, the minor actinide combustion furnace of the present invention comprises a large number of pin type MAs in which a minor actinide nitride extracted from a spent fuel is inserted into a metal cladding tube. Type fuel is annularly arranged to form a core, a neutron absorber is arranged in the central opening of the core, a reflector is arranged outside the core, and the core is made of sodium Na or lead Pb. It is characterized by being cooled by a metal coolant.

【0015】[0015]

【作用】本発明によるマイナーアクチニド専焼炉のMA
型燃料は、窒化物燃料を使用することにより、融点の低
下の問題が少なく、高濃度で高い線出力を達成できる利
点がある。
[Operation] MA of the minor actinide special-purpose firing furnace according to the present invention
By using a nitride fuel, the type fuel has an advantage that there is little problem of lowering the melting point and a high linear output can be achieved at a high concentration.

【0016】すなわち、MA型の窒化物燃料は、Pu−
U型の窒化物燃料の線出力(設計制限値約850w/c
m)に対して、金属燃料の場合と同様に40%程度低く
しなければならないが、その線出力の設計制限値は前記
850w/cmに対して約500w/cmとなり、金属
燃料の場合に比べて高い値を得ることができる。
That is, the MA type nitride fuel is Pu-
Line output of U-type nitride fuel (design limit value approx. 850 w / c
m) must be reduced by about 40% as in the case of metal fuel, but the design limit value of the line output is about 500 w / cm with respect to the above 850 w / cm, which is higher than that of metal fuel Can obtain a high value.

【0017】また、窒化物燃料は、金属燃料と比べて一
般にNaのボイド反応度が低く、Naボイドを低減する
ことができる利点もある。
Further, the nitride fuel generally has a lower void reactivity of Na than the metal fuel, and has an advantage that the Na void can be reduced.

【0018】また、本発明のマイナーアクチニド専焼炉
では、使用済燃料から抽出したMAをステンレス(SU
S)等の金属被覆管内に挿入したピンタイプのMA型燃
料を使用することにより、ステンレス(SUS)を介し
てNaとが良好な共存性を有することができる。
In the minor actinide firing furnace of the present invention, the MA extracted from the spent fuel is made of stainless steel (SU).
By using the pin type MA type fuel inserted into the metal clad tube such as S), it is possible to have good coexistence with Na through stainless steel (SUS).

【0019】また、本発明によるマイナーアクチニド専
焼炉は、MA型燃料の周囲に直接反射体を配置し、ブラ
ンケットを使用していない。このブランケットを使用し
ていないことにより、本発明のマイナーアクチニド専焼
炉においては、新たなMAの生成がなく、MAの高い消
費効率を得ることができる。また、炉心の構造が簡単に
なり、さらに、ブランケットによって燃焼反応度スウィ
ングが増大することもなく、運転制御が容易な専焼炉を
得ることができる。
Further, the minor actinide firing furnace according to the present invention has the reflector placed directly around the MA type fuel and does not use a blanket. Since this blanket is not used, in the minor actinide special-purpose firing furnace of the present invention, new MA is not generated, and high consumption efficiency of MA can be obtained. Further, the structure of the core becomes simple, and further, the combustion reactivity swing does not increase due to the blanket, and a combustion furnace with easy operation control can be obtained.

【0020】また、本発明のマイナーアクチニド専焼炉
は、使用済燃料から抽出した高濃度のMA燃料を使用す
るので、平衡炉心で原子炉を運転すると、MA燃料中に
核分裂性核種が生成し、実効増倍率Keff が増大し、1
サイクルあたりの運転期間を長期化させることができ
る。この原子炉運転中に核分裂性核種が生成することを
利用して、燃料交換を必要としない1バッチ炉心の構築
が可能となり、連続運転のより一層の長期化を図ること
ができる。このような連続運転の長期化は、原子炉プラ
ント寿命中の燃料製造本数の低減や、これに伴う放射性
廃棄物量の低減や、燃料サイクルコストの低減等の利点
をもたらすことになる。
Further, since the minor actinide combustion furnace of the present invention uses the high-concentration MA fuel extracted from the spent fuel, when the reactor is operated in the equilibrium core, fissile nuclides are generated in the MA fuel, The effective multiplication factor Keff is increased to 1
The operating period per cycle can be extended. By utilizing the fact that fissionable nuclides are generated during the operation of the nuclear reactor, it is possible to construct a one-batch core that does not require refueling, and it is possible to further extend the continuous operation. Such a long continuous operation brings advantages such as a reduction in the number of fuels manufactured during the life of the nuclear reactor plant, a reduction in the amount of radioactive waste associated therewith, a reduction in the fuel cycle cost, and the like.

【0021】[0021]

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0022】図1は、本発明によるマイナーアクチニド
専焼炉の第一の実施例における炉心の縦断面を示してい
る。図1において、マイナーアクチニド専焼炉1は、多
数のピンタイプのMA型燃料2からなる円環状の炉心3
を有している。この円環状炉心3の中心の開口内部に
は、中性子吸収体4が配置されている。さらに、炉心3
の周囲にはステンレス(SUS)からなる反射体5が配
設されている。上記炉心3の冷却は、図示しないNaに
よって行われる。
FIG. 1 shows a longitudinal section of a core in a first embodiment of a minor actinide combustion furnace according to the present invention. In FIG. 1, a minor actinide combustion furnace 1 has an annular core 3 composed of a large number of pin type MA fuels 2.
have. A neutron absorber 4 is arranged inside the center opening of the annular core 3. Furthermore, core 3
A reflector 5 made of stainless steel (SUS) is arranged around the. The core 3 is cooled by Na (not shown).

【0023】本実施例のピンタイプのMA型燃料2は、
軽水炉の使用済燃料から抽出されたMAのみをステンレ
ス(SUS)製の被覆管に挿入して構成されている。こ
こで、上記MAは、軽水炉の約33Gwd/tの燃焼度
の使用済燃料から抽出されたものであり、ネプツニウム
Npが52%、アメリシウムAmが45%、キュリウム
Cmが3%の組成を有している。
The pin type MA type fuel 2 of this embodiment is
Only MA extracted from the spent fuel of the light water reactor is inserted into a stainless (SUS) cladding tube. Here, the MA is extracted from a spent fuel having a burnup of about 33 Gwd / t in a light water reactor, and has a composition of 52% Neptunium Np, 45% Americium Am, and 3% Curium Cm. ing.

【0024】上記マイナーアクチニド専焼炉1の主要目
を以下に示す。 マイナーアクチニド専焼炉の主要目 電気出力 約15万kWe 熱出力 約400MWt 炉心形状 アニュラー型 炉心高さ 30cm 炉心等価半径 内側 約40cm 外側 約160cm 炉心燃料体積比 約48% 運転期間 25ケ月 燃料交換 3バッチ 燃料タイプ 窒化物 制御棒本数 30本 平均線出力 約160w/cm 冷却材 Na 上記主要目に記す通り、本実施例の炉心3は、電気出力
が約15万kWe(熱出力約400MWt)あり、炉心
高さが30cm、炉心等価半径が内側で40cm、外側
で160cmの偏平なアニュラー型の炉心である。ま
た、上記MA燃料は、窒化物(NpN、AmN、Cm
N)を使用し、スタート炉心、移行炉心、平衡炉心の別
なく一種類(ネプツニウムNp52%、アメリシウムA
m45%、キュリウムCm3%)であり、体積比でMA
燃料48%、冷却材30%、構造材22%の構成を有し
ている。なお、MA燃料のスミア密度80%のものを使
用する。
The main items of the minor actinide special-purpose firing furnace 1 are shown below. Main features of minor actinide firing furnace Electric output approx. 150,000kWe Heat output approx. 400MWt Core shape Annular type core height 30cm Core equivalent radius approx. 40cm outside approx. 160cm Core fuel volume ratio approx. 48% Operating period 25 months Fuel exchange 3 batch fuel Type Nitride Number of control rods 30 Average line power About 160 w / cm Coolant Na As noted above, the core 3 of this example has an electrical output of about 150,000 kWh (heat output of about 400 MWt) and a core height Is 30 cm, the core equivalent radius is 40 cm on the inside, and 160 cm on the outside, which is a flat annular core. The MA fuel is a nitride (NpN, AmN, Cm).
N) is used, regardless of whether it is a start core, a transition core or an equilibrium core (neptunium Np52%, americium A)
m 45%, curium Cm 3%), and MA in volume ratio
It has a composition of 48% fuel, 30% coolant, and 22% structural material. The MA fuel having a smear density of 80% is used.

【0025】このマイナーアクチニド専焼炉1は、1サ
イクルを25ケ月として運転され、3バッチで燃料交換
が行われる。平均線出力は通常の炉心(約250w/c
m)より低く、約160w/cmである。冷却材は、ナ
トリウムNaを使用している。
The minor actinide firing furnace 1 is operated for one cycle of 25 months, and the fuel is exchanged in three batches. The average line power is the normal core (about 250 w / c
m), about 160 w / cm. As the coolant, sodium Na is used.

【0026】図2に本実施例のマイナーアクチニド専焼
炉1の原子炉スタート時から平衡炉心に至るまでの実効
増倍率Keff の時間変化を示している。図2に示すよう
に、本実施例の炉心3では、原子炉の運転開始によって
MAからPu238等の核分裂性核種が生成され、これ
によって実効増倍率Keff が増大し、原子炉スタート時
から平衡炉心の末期BOEC(Begining of Equilibriu
m Cycle )までのKeff の増大量は約4%Δkである。
この増大量は、制御棒本数が30本で十分制御可能な値
である。このように、実効増倍率Keff が増大するの
で、本実施例のマイナーアクチニド専焼炉1では、通常
の炉心と異なり、制御棒は引き抜いて出力制御すること
になる。
FIG. 2 shows the change over time in the effective multiplication factor Keff from the start of the reactor of the minor actinide combustion furnace 1 of this embodiment to the equilibrium core. As shown in FIG. 2, in the core 3 of the present embodiment, fissionable nuclides such as Pu238 are generated from MA when the operation of the reactor is started, whereby the effective multiplication factor Keff is increased, and the equilibrium core from the start of the reactor. BOEC (Beginning of Equilibriu)
The increase of Keff up to m Cycle) is about 4% Δk.
This amount of increase is a value that can be sufficiently controlled with 30 control rods. In this way, the effective multiplication factor Keff increases, so that in the minor actinide combustion furnace 1 of this embodiment, unlike the normal core, the control rod is pulled out to control the output.

【0027】また、本実施例のマイナーアクチニド専焼
炉1では、平衡炉心における燃焼反応度スウィングは約
1%Δkであり、制御容易な十分小さい値である。ここ
で、燃焼反応度スウィングとは、原子炉の運転期間を通
じてKeff の最大値をKmax、最小値をKmin とする
と、下式のように表される。
Further, in the minor actinide combustion furnace 1 of this embodiment, the combustion reactivity swing in the equilibrium core is about 1% Δk, which is a sufficiently small value that is easy to control. Here, the combustion reactivity swing is represented by the following formula, where Kmax is the maximum value of Keff and Kmin is the minimum value thereof during the operation period of the reactor.

【0028】燃焼反応度スウィング=(Kmax −Kmin
)/(Kmax ・Kmin ) さらに、本実施例のマイナーアクチニド専焼炉1の最大
線出力は、原子炉スタート時の約310w/cmが最大
であり、平衡炉心では初期で約300w/cm、末期で
約290w/cmであり、これらの値は、線出力設計制
限値約500w/cmを下回る。
Combustion reactivity swing = (Kmax-Kmin
) / (Kmax.Kmin) Further, the maximum line output of the minor actinide combustion furnace 1 of this embodiment is about 310 w / cm at the time of starting the reactor, and about 300 w / cm at the beginning of the equilibrium core, and at the end stage. Approximately 290 w / cm, which is below the line power design limit of approximately 500 w / cm.

【0029】また、冷却材として使用しているNaボイ
ド反応度は、全炉心ボイドで約2.3%Δkである。こ
のNaボイド反応度は、炉心3の最大線出力をさらに増
大させ、炉心体積を小さくすることにより、中性子の漏
れを増大させてさらに低減することができる。
The reactivity of Na voids used as a coolant is about 2.3% Δk for all core voids. This Na void reactivity can further increase the maximum line output of the core 3 and reduce the core volume to increase and further reduce the leakage of neutrons.

【0030】上記諸元で計算した本実施例のマイナーア
クチニド専焼炉1のMAの消費量は、平衡炉心で約27
0kg/年であり、このMA消費量は、通常の100万
kWe,MOX燃料炉心の高速炉においてMA10%装
荷時のMA消費量とほぼ同じ値である。
The amount of MA consumed in the minor actinide combustion furnace 1 of this embodiment calculated by the above specifications is about 27 in the equilibrium core.
The amount of MA consumed is 0 kg / year, which is almost the same as the amount of MA consumed when a MA of 10% is loaded in a normal fast reactor having 1,000,000 kWh and MOX fuel core.

【0031】このように本実施例のマイナーアクチニド
専焼炉1によれば、スタート炉心、移行炉心、平衡炉心
を通じて一種類のMA型燃料によって高効率でMAを消
費することができる。
As described above, according to the minor actinide combustion furnace 1 of the present embodiment, MA can be consumed with high efficiency by one type of MA fuel through the start core, the transition core, and the equilibrium core.

【0032】上述したように、本発明によるマイナーア
クチニド専焼炉は、運転中に実効増倍率Keff が増大す
るので、上記マイナーアクチニド専焼炉1と同一の構成
によって、燃料交換を必要とせずに長期間連続運転が可
能な1バッチ炉心を構築することができる。
As described above, the minor actinide combustion furnace according to the present invention has an increased effective multiplication factor Keff during operation. Therefore, the same configuration as that of the minor actinide combustion furnace 1 does not require refueling for a long time. It is possible to construct a one-batch core capable of continuous operation.

【0033】図3は、マイナーアクチニド専焼炉1と同
一構成のマイナーアクチニド専焼炉を、燃料交換なしに
連続運転させる本発明第二の実施例の実効増倍率Keff
の時間変化を示している。図3の実線で示す窒化物燃料
炉心のKeff の曲線に示すように、本実施例のマイナー
アクチニド専焼炉の連続運転期間は26年あり、その期
間中の燃焼反応度スウィングは約5%Δkである。この
燃焼反応度スウィングの値は、上記マイナーアクチニド
専焼炉1の制御棒本数30本で十分制御可能な値であ
る。
FIG. 3 shows an effective multiplication factor Keff of the second embodiment of the present invention in which a minor actinide combustion furnace having the same structure as the minor actinide combustion furnace 1 is continuously operated without refueling.
Shows the change over time. As indicated by the curve of Keff of the nitride fuel core shown by the solid line in FIG. 3, the minor actinide combustion furnace of this example has a continuous operation period of 26 years, and the combustion reactivity swing during that period is about 5% Δk. is there. The value of the combustion reactivity swing is a value that can be sufficiently controlled by the number of 30 control rods in the minor actinide exclusive combustion furnace 1.

【0034】また、本実施例の連続運転期間の最大線出
力は、図4の実線(窒化物燃料炉心)でに示すように、
時間の経過とともに徐々に減少する傾向であり、原子炉
スタート時で最大の約310w/cmになり、線出力設
計制限値の500w/cmに至るまでは十分な余裕を有
している。この実施例によれば、長期間(26年)燃料
交換する必要がない。
Further, the maximum line output in the continuous operation period of this embodiment is as shown by the solid line (nitride fuel core) in FIG.
It tends to decrease gradually with the passage of time, reaching a maximum of about 310 w / cm at the start of the reactor, and has a sufficient margin until reaching the line power design limit value of 500 w / cm. According to this embodiment, there is no need to refuel for a long period (26 years).

【0035】上記第一の実施例のマイナーアクチニド専
焼炉では、スタート炉心、移行炉心、平衡炉心を通じて
一種類の組成からなるMA型燃料を使用しているが、ス
タート炉心と移行炉心時にPu等を混在させた燃料を使
用することも可能である。本発明の第三の実施例は、第
一実施例のマイナーアクチニド専焼炉1と比べて、MA
燃料の体積比をより小さくし、炉心燃料体積比を約46
%としたものである。前記炉心燃料体積比のほか、本実
施例のマイナーアクチニド専焼炉は、マイナーアクチニ
ド専焼炉1と同一の構成を有する。この場合、このマイ
ナーアクチニド専焼炉の燃焼反応度スウィングと最大線
出力等は、第一実施例のマイナーアクチニド専焼炉1の
ものとほぼ同じになる。
In the minor actinide combustion furnace of the first embodiment, MA type fuel consisting of one kind of composition is used through the start core, the transition core, and the equilibrium core, but Pu etc. are used in the start core and the transition core. It is also possible to use mixed fuels. The third embodiment of the present invention is different from the minor actinide firing furnace 1 of the first embodiment in MA
The fuel volume ratio is made smaller and the core fuel volume ratio is set to about 46%.
%. In addition to the core fuel volume ratio, the minor actinide combustion furnace of this embodiment has the same configuration as the minor actinide combustion furnace 1. In this case, the combustion reactivity swing, the maximum line output, etc. of this minor actinide combustion furnace are almost the same as those of the minor actinide combustion furnace 1 of the first embodiment.

【0036】次に炉心をMA燃料の濃度が異なる2領域
に分割した本発明の第四の実施例について説明する。本
実施例のマイナーアクチニド専焼炉の炉心は、第一実施
例の炉心3同様アニュラー型形状を有し、内側炉心と外
側炉心の2領域に分割され(内側炉心面積:外側炉心面
積=約3:2)、内側炉心に燃料スミア密度65%のM
A燃料、外側炉心に燃料スミア密度80%のMA燃料を
配置されている。この炉心の中心開口には、中性子吸収
体が配置されておらず、MAの燃料体積比は約50%で
ある。上記した他の原子炉の主要目は、第一実施例のマ
イナーアクチニド専焼炉1とほぼ同一である。
Next, a fourth embodiment of the present invention in which the core is divided into two regions having different concentrations of MA fuel will be described. The core of the minor actinide combustion furnace of this example has an annular shape similar to the core 3 of the first example, and is divided into two regions, an inner core and an outer core (inner core area: outer core area = about 3: 2), M with 65% fuel smear density in the inner core
A fuel and MA fuel having a fuel smear density of 80% are arranged in the outer core. No neutron absorber is arranged in the central opening of the core, and the fuel volume ratio of MA is about 50%. The main features of the other reactors described above are almost the same as those of the minor actinide combustion furnace 1 of the first embodiment.

【0037】電気出力が15万kWeの上記構成による
マイナーアクチニド専焼炉では、燃焼反応度スウィング
は1サイクルあたり約1%Δkであり、30本の制御棒
によって十分制御可能である。また、最大線出力は約4
00w/cmであり、線出力設計制限値(500w/c
m)に至るまでは十分な余裕を有している。また、Na
ボイド反応度は、全炉心ボイドで約2%Δkであった。
In the minor actinide combustion furnace having the above-mentioned configuration with an electric output of 150,000 kWh, the combustion reactivity swing is about 1% Δk per cycle, which can be sufficiently controlled by 30 control rods. The maximum line output is about 4
00w / cm, and the line output design limit value (500w / c
There is a sufficient margin up to m). In addition, Na
The void reactivity was about 2% Δk in all core voids.

【0038】電気出力を25万kWeとする場合、炉心
高さを50cmとし、燃料スミア密度は上記15万kW
eの炉心と同様に、内側炉心で65%、外側炉心で80
%とする。この場合、原子炉スタート時からMA燃料の
みによって運転が可能であり、燃焼に伴う制御すべき反
応度は、約6%Δkであり、また、平衡炉心における燃
焼反応度スウィングは約1%Δk/サイクルであった。
これらの反応度は、制御可能であり、最大線出力は約4
50w/cmであり、線出力設計制限値より下回る。ま
た、Naボイド反応度は、約3.5%Δkであった。
When the electric output is 250,000 kW, the core height is 50 cm, and the fuel smear density is 150,000 kW as described above.
65% in the inner core and 80 in the outer core, similar to the core of e.
%. In this case, it is possible to operate only with the MA fuel from the start of the reactor, the reactivity to be controlled accompanying combustion is about 6% Δk, and the combustion reactivity swing in the equilibrium core is about 1% Δk / It was a cycle.
These reactivities are controllable and the maximum line power is about 4
It is 50 w / cm, which is lower than the line output design limit value. The Na void reactivity was about 3.5% Δk.

【0039】上記各実施例は、窒化物燃料を使用するマ
イナーアクチニド専焼炉であったが、次に、金属燃料を
使用する本発明の第五実施例について説明する。
In each of the above-mentioned embodiments, the minor actinide firing furnace using the nitride fuel was used. Next, the fifth embodiment of the present invention using the metal fuel will be described.

【0040】MAの金属燃料を使用する場合、燃料組成
は(Np,Am,Cm)−10%Zrとし、この場合、
燃料体積比は約45%である。また、燃料スミア密度は
75%とする。この他のマイナーアクチニド専焼炉の主
要目は第一実施例のマイナーアクチニド専焼炉とほぼ同
一である。
When using the MA metallic fuel, the fuel composition is (Np, Am, Cm) -10% Zr. In this case,
The fuel volume ratio is about 45%. The fuel smear density is 75%. The other main features of the minor actinide firing furnace are almost the same as those of the minor actinide firing furnace of the first embodiment.

【0041】本実施例のマイナーアクチニド専焼炉の場
合、原子炉スタート時からMA型燃料のみを使用するこ
とが可能であり、制御すべき反応度は約5%Δkであ
り、また、平衡炉心での燃焼反応度スウィングは約1%
Δk/サイクルである。また、最大線出力は約300w
/cmであり、線出力設計制限値を十分満足することが
できる。
In the case of the minor actinide combustion furnace of this embodiment, it is possible to use only MA type fuel from the start of the reactor, the reactivity to be controlled is about 5% Δk, and the equilibrium core is used. Combustion reactivity swing of about 1%
Δk / cycle. The maximum line output is about 300w.
/ Cm, which can sufficiently satisfy the line output design limit value.

【0042】本実施例の炉心によれば、1バッチ方式の
運転が可能であり、この場合の一連続運転期間での実効
増倍率Keff の時間変化と最大線出力の時間変化を図3
と図4に破線で示した。図3から、金属燃料の場合も2
6年の連続運転が可能であり、平衡炉心の燃焼反応度ス
ウィングは約6%Δkであることがわかる。また、図4
から、最大線出力の最大値が約300w/cmであり、
線出力設計制限値を満足することがわかる。
According to the core of the present embodiment, the operation of one batch system is possible, and in this case, the time change of the effective multiplication factor Keff and the time change of the maximum line output during one continuous operation period are shown in FIG.
4 is shown by a broken line. From FIG. 3, it is possible to use 2 in case of metal fuel
It can be seen that continuous operation for 6 years is possible, and the combustion reactivity swing of the equilibrium core is about 6% Δk. Also, FIG.
Therefore, the maximum value of the maximum line output is about 300 w / cm,
It can be seen that the line output design limit value is satisfied.

【0043】次に、酸化物燃料を使用する本発明の第六
実施例について説明する。この酸化物燃料を使用するマ
イナーアクチニド専焼炉では、電気出力が25万kWe
の場合、炉心高さを50cmとし、NpO2 ,AmO2
,CmO2 のMA酸化物を使用し、MAの燃料体積比
を44%、燃料スミア密度を92%とする。
Next, a sixth embodiment of the present invention using an oxide fuel will be described. A minor actinide combustion furnace using this oxide fuel has an electric output of 250,000kWe.
In the case of, the core height is 50 cm, and NpO2, AmO2
, CmO2 MA oxide is used, and the fuel volume ratio of MA is 44% and the fuel smear density is 92%.

【0044】本実施例のマイナーアクチニド専焼炉で
は、スタート炉心と移行炉心についてはMAとPu等を
混合したPu−MA型燃料を使用し、平衡炉心でMA型
燃料のみを使用する。
In the minor actinide combustion furnace of the present embodiment, the starting core and the transition core use Pu-MA type fuel in which MA and Pu are mixed, and the equilibrium core uses only MA type fuel.

【0045】本実施例では、平衡炉心での燃焼反応度ス
ウィングは約0.5%Δk/サイクルであり、十分制御
することができる。また、最大線出力は320w/cm
であり、線出力設計制限値260w/cm(Pu燃料の
約430w/cmの約60%)より高くなるが、平均線
出力の低減によって問題を解決することができる。ま
た、本実施例におけるNaボイド反応度は、全炉心ボイ
ドで約3%Δkであった。
In this embodiment, the combustion reactivity swing in the equilibrium core is about 0.5% Δk / cycle, which can be sufficiently controlled. Also, the maximum line output is 320 w / cm
Which is higher than the line output design limit value of 260 w / cm (about 60% of about 430 w / cm of Pu fuel), the problem can be solved by reducing the average line output. Further, the Na void reactivity in this example was about 3% Δk in all core voids.

【0046】本実施例による電気出力15万kWeのマ
イナーアクチニド専焼炉では、燃料体積比は約55%と
なるが、この場合ダクトレス集合体を使用することによ
り、MA酸化物を使用した炉心を構築することができ
る。
In the minor actinide combustion furnace with an electric output of 150,000 kWh according to this embodiment, the fuel volume ratio is about 55%. In this case, a ductless assembly is used to construct a core using MA oxide. can do.

【0047】次に約55Gwd/tの高燃焼度の軽水炉
の使用済燃料から抽出したMAを使用する本発明の第七
実施例について説明する。
Next, a seventh embodiment of the present invention using MA extracted from spent fuel of a light water reactor having a high burnup of about 55 Gwd / t will be described.

【0048】約33Gwd/tの燃焼度の軽水炉の使用
済燃料から抽出した第一実施例のMA燃料は、ネプツニ
ウムNp52%、アメリシウムAm45%、キュリウム
Cm3%の組成を有しているのに対し、本実施例のMA
燃料は、ネプツニウムNp43%、アメリシウムAm4
5%、キュリウムCm12%の組成を有している。MA
燃料はMAの窒化物を使用する。
While the MA fuel of the first embodiment extracted from the spent fuel of the light water reactor with the burnup of about 33 Gwd / t has the composition of Neptunium Np52%, Americium Am45% and Curium Cm3%, MA of this embodiment
Fuel is Neptunium Np43%, Americium Am4
It has a composition of 5% and curium Cm 12%. MA
As the fuel, MA nitride is used.

【0049】本実施例において、電気出力が15万kW
eの炉心を構築する場合、MAの燃料体積比は約43
%、燃料スミア密度は80%とする。このマイナーアク
チニド専焼炉によれば、原子炉スタート時から平衡炉心
に至るまでMA型燃料のみを使用して運転が可能であ
る。このときの原子炉スタート時から平衡炉心全体にわ
たって制御すべき反応度は約2%Δkであり、また、平
衡炉心における燃焼反応度スウィングは約2.5%Δk
/サイクルであり、これらの反応度は、十分制御可能で
ある。また、最大線出力は原子炉スタート時に最大値を
示して約300w/cmであり、線出力設計制限値より
十分小さい。
In this embodiment, the electric output is 150,000 kW.
When constructing the core of e, the fuel volume ratio of MA is about 43
%, And the fuel smear density is 80%. This minor actinide combustion furnace can be operated using only MA type fuel from the start of the reactor to the equilibrium core. At this time, the reactivity to be controlled over the entire equilibrium core from the start of the reactor is about 2% Δk, and the combustion reactivity swing in the equilibrium core is about 2.5% Δk.
/ Cycle and their reactivity is well controllable. Further, the maximum line power shows a maximum value at the time of starting the reactor and is about 300 w / cm, which is sufficiently smaller than the line power design limit value.

【0050】本実施例のマイナーアクチニド専焼炉にお
いても、1バッチ方式の炉心が構築可能である。その場
合、連続運転の期間は約14年であり、燃焼反応度スウ
ィングは約2%Δk、最大線出力は運転初期の約300
w/cmである。
Also in the minor actinide firing furnace of this embodiment, a one-batch type core can be constructed. In that case, the period of continuous operation is about 14 years, the combustion reactivity swing is about 2% Δk, and the maximum line output is about 300 at the beginning of operation.
w / cm.

【0051】次にNaボイド反応度の低減のために、炉
心と上部反射体の間にNa層を配置した本発明の第八実
施例について説明する。
Next, an eighth embodiment of the present invention will be described in which a Na layer is arranged between the core and the upper reflector in order to reduce the Na void reactivity.

【0052】図5は、上記炉心と上部反射体の間にNa
層を配置したマイナーアクチニド専焼炉の炉心部の縦断
面を示している。本実施例のマイナーアクチニド専焼炉
11は炉心12と、中性子吸収体13と、反射体14と
からなり、炉心12と上部反射体14aとの間に厚さ1
5cmのNa層15を有している。このNa層15を有
しているほか、マイナーアクチニド専焼炉11は、マイ
ナーアクチニド専焼炉1とほぼ同一の仕様を有してい
る。
FIG. 5 shows that Na is present between the core and the upper reflector.
The longitudinal section of the core of the minor actinide firing furnace in which the layers are arranged is shown. The minor actinide firing furnace 11 of the present embodiment comprises a core 12, a neutron absorber 13 and a reflector 14, and a thickness of 1 is provided between the core 12 and the upper reflector 14a.
It has a Na layer 15 of 5 cm. In addition to having the Na layer 15, the minor actinide special-purpose firing furnace 11 has substantially the same specifications as the minor actinide special-purpose firing furnace 1.

【0053】上記Na層15は、Naボイド時に炉心1
2からの中性子のもれを増大させ、これによってNaボ
イド反応度を低減させることができる。その結果、Na
ボイド反応度は、2%Δkとなり、第一実施例のNaボ
イド反応度より改善される。
The Na layer 15 is formed in the core 1 when Na is voided.
The leakage of neutrons from 2 can be increased, which can reduce the Na void reactivity. As a result, Na
The void reactivity is 2% Δk, which is improved over the Na void reactivity of the first embodiment.

【0054】この他、Na層15の厚さを増大させるこ
とにより、あるいは小型偏平なアニュラー型炉心を上下
に分割またはモジュラー化することによって、さらにN
aボイド反応度を提言することができる。
In addition to this, by increasing the thickness of the Na layer 15, or by dividing the small flat annular type core into upper and lower parts or modularizing it, N
The a void reactivity can be suggested.

【0055】次に、Naボイド反応度を低減するために
鉛Pbを冷却材とする本発明の第九実施例について説明
する。本実施例のマイナーアクチニド専焼炉は鉛Pbを
冷却材とし、燃料体積比を44%とするほか、仕様的に
は第一実施例と同一である。
Next, a description will be given of a ninth embodiment of the present invention in which lead Pb is used as a coolant in order to reduce the Na void reactivity. The minor actinide combustion furnace of this embodiment uses lead Pb as a coolant and has a fuel volume ratio of 44%, and the specifications are the same as those of the first embodiment.

【0056】本実施例において、解析の結果、Pbボイ
ド反応度は1.4%Δkであり、Naボイド反応度より
約40%低いことがわかった。
As a result of analysis in this example, it was found that the Pb void reactivity was 1.4% Δk, which was about 40% lower than the Na void reactivity.

【0057】本実施例のマイナーアクチニド専焼炉11
における原子炉スタート時から平衡炉心までのKeff の
時間変化を図6に示した。図6の実線は1サイクル25
ケ月とした場合のKeff の時間変化を示しており、図か
らこの場合のKeff の増大量は約8%Δkであることが
わかる。この約8%ΔkのKeff の増大量は、30本の
制御棒では制御が困難であることが予想される。このよ
うな場合には、制御棒の本数の増加、あるいは1サイク
ルあたりの期間を短くすることにより制御が可能とな
る。
Minor actinide special-purpose firing furnace 11 of this embodiment
Fig. 6 shows the time change of Keff from the start of the reactor to the equilibrium core at. The solid line in FIG. 6 is one cycle 25.
The graph shows the time-dependent change of Keff in the case of months, and the figure shows that the increase in Keff in this case is about 8% Δk. This increase in Keff of about 8% Δk is expected to be difficult to control with 30 control rods. In such a case, control becomes possible by increasing the number of control rods or shortening the period per cycle.

【0058】そこで、図6に1サイクル12ケ月の場合
のKeff の時間変化を1サイクル25ケ月の場合と対比
させて破線で示した。図の破線から、1サイクル12ケ
月の場合、Keff の増大量は約5%Δkであることがわ
かる。このKeff の増大量に対しては、30本の制御棒
によっても十分制御することができる。
Therefore, in FIG. 6, the time change of Keff in the case of 12 months in one cycle is shown by a broken line in comparison with the case of 25 months in one cycle. From the broken line in the figure, it can be seen that the increase amount of Keff is about 5% Δk in the case of 12 cycles per cycle. The increase amount of Keff can be sufficiently controlled by 30 control rods.

【0059】また、本実施例の最大線出力は、約300
w/cmであるので、線出力設計制限値より十分小さ
い。
The maximum line output of this embodiment is about 300.
Since it is w / cm, it is sufficiently smaller than the line output design limit value.

【0060】本実施例のマイナーアクチニド専焼炉によ
れば、1バッチ方式の炉心を構築することができる。図
7に1バッチ方式の運転時の全運転期間のKeff の時間
変化を示した。図7から、本実施例のマイナーアクチニ
ド専焼炉の運転期間は30年であり、また、燃焼反応度
スウィングが約11%Δkであることがわかる。燃焼反
応度スウィング約11%Δkに対しては、制御棒の本数
を45本程度にして対処する。
According to the minor actinide special-purpose firing furnace of this embodiment, a one-batch type core can be constructed. FIG. 7 shows the time change of Keff during the entire operation period during the operation of the one-batch system. It can be seen from FIG. 7 that the operating period of the minor actinide special-purpose firing furnace of this example is 30 years, and the combustion reactivity swing is about 11% Δk. The combustion reactivity swing of about 11% Δk is dealt with by setting the number of control rods to about 45.

【0061】上述した説明から明らかなように、第九実
施例のマイナーアクチニド専焼炉を1バッチ方式で運転
する場合は、燃焼反応度スウィングが比較的大きい。こ
れに対して、運転開始の数年後に燃料体積比が異なる燃
料を挿入することによって燃焼反応度スウィングを低減
することができる。すなわち、図8に示すように、運転
開始後3年で初期の燃料(燃料体積比44%)の1/3
を、燃料体積比40%の燃料で置換して運転する。この
場合、全運転期間は約1年短くなるが、燃焼反応度スウ
ィングを約1.5%Δk低減することができる。
As is clear from the above description, when the minor actinide combustion furnace of the ninth embodiment is operated in the one-batch system, the combustion reactivity swing is relatively large. On the other hand, combustion reactivity swing can be reduced by inserting fuels having different fuel volume ratios several years after the start of operation. That is, as shown in FIG. 8, one-third of the initial fuel (fuel volume ratio 44%) is calculated 3 years after the start of operation.
Is replaced with fuel having a fuel volume ratio of 40% to operate. In this case, although the total operation period is shortened by about 1 year, the combustion reactivity swing can be reduced by about 1.5% Δk.

【0062】また、上記運転方法において、運転中にさ
らに燃料を置換することにより、上記低減された燃焼反
応度スウィングを増大させることなく、全運転期間を長
くすることができる。すなわち、図8にしめすように、
運転終了の6年前に、上述した運転開始後3年で取り出
された初期燃料を炉心に再装荷することにより、全運転
期間を約5年延ばすことができる。
Further, in the above operating method, by further substituting the fuel during the operation, the entire operating period can be extended without increasing the reduced combustion reactivity swing. That is, as shown in FIG.
By recharging the core with the initial fuel taken out 3 years after the start of operation 6 years before the end of the operation, the total operation period can be extended by about 5 years.

【0063】また、初期燃料の再装荷の時点を図8の場
合より早くすることにより、さらに全運転期間を延ばす
ことができる。さらに、図8の再装荷時点で取り出され
る燃料は運転初期から炉心に装荷されていた燃料体積比
の大きな燃料であるので、この初期から装荷された燃料
の替わりに、運転開始3年後に装荷された燃料体積比が
低い燃料を取り出すようにすれば、さらに全運転期間を
延ばすことができる。
Further, by making the time point of reloading the initial fuel earlier than in the case of FIG. 8, the entire operation period can be further extended. Further, since the fuel taken out at the time of reloading in FIG. 8 is the fuel having a large fuel volume ratio that has been loaded in the core from the initial stage of operation, the fuel loaded from the initial stage is replaced with the fuel loaded three years after the start of operation. If the fuel having a low fuel volume ratio is taken out, the entire operation period can be further extended.

【0064】次に、本発明のマイナーアクチニド専焼炉
において、Te99やI129等の超長寿命FP(Fiss
ion Product )を炉心内で消滅させる運転方法について
説明する。一般に、Te99やI129等の超長寿命F
Pをマイナーアクチニド専焼炉内で消滅させようとする
と、炉心の臨界を維持するために燃料体積を増大させる
必要がある。しかし、原子炉の途中で超長寿命FPを混
入させた燃料を炉心に挿入することにより、燃料体積比
を増大させることなく、超長寿命FPを消滅させること
ができる。
Next, in the minor actinide special-purpose firing furnace of the present invention, an extremely long life FP (Fiss
The operation method to eliminate the ion product) in the core is explained. In general, ultra long life F such as Te99 and I129
When P is to be extinguished in the minor actinide combustion furnace, it is necessary to increase the fuel volume in order to maintain the core criticality. However, by inserting the fuel mixed with the ultra long life FP in the middle of the reactor into the core, the ultra long life FP can be eliminated without increasing the fuel volume ratio.

【0065】すなわち、図8において、運転開始後3年
で挿入する燃料に、体積比10%のTe99金属をステ
ンレス(SUS)製被覆管に挿入したピンタイプのMA
型燃料を混ぜるのである。この場合、Keff の時間変化
は、図8のものとほぼ同一であり、全運転期間も約29
年であった。
That is, in FIG. 8, a pin type MA in which Te99 metal with a volume ratio of 10% is inserted into a stainless (SUS) cladding tube as the fuel to be inserted 3 years after the start of operation.
Mix mold fuel. In this case, the time change of Keff is almost the same as that of FIG. 8, and the total operation period is about 29.
Was the year.

【0066】上記Teの消滅量は、26年間で約160
kgであり、この量は110万kWe軽水炉6基が1年
間で生成する量に相当する。
The above-mentioned Te disappearance amount is about 160 in 26 years.
It is kg, and this amount corresponds to the amount produced by six 1.1 million kWh light water reactors in one year.

【0067】次に、ドップラー係数を大きくした本発明
第十の実施例について説明する。一般に、MAのみから
なるMA型燃料を使用したマイナーアクチニド専焼炉で
は、ドップラー係数の値が小さく、この係数を大きくす
ることは、安全性の向上にとって好ましい。そこで、本
実施例では、MA型燃料中に中性子減速材たるジルコニ
ウムハイドライドZrH2 を混入させている。図9は、
上記ジルコニウムハイドライドZrH2 を1%体積比お
よび2%体積比で混入させた場合のドップラー係数を理
論的に計算し、その他の体積比のジルコニウムハイドラ
イドZrH2 に対するドップラー係数を補間的に求めた
ものである。
Next explained is the tenth embodiment of the invention in which the Doppler coefficient is increased. Generally, in a minor actinide combustion furnace using MA type fuel consisting of MA only, the value of Doppler coefficient is small, and increasing this coefficient is preferable for improving safety. Therefore, in this embodiment, zirconium hydride ZrH2, which is a neutron moderator, is mixed in the MA type fuel. Figure 9
The Doppler coefficient when the zirconium hydride ZrH2 is mixed at a volume ratio of 1% and 2% is theoretically calculated, and the Doppler coefficient for zirconium hydride ZrH2 having other volume ratios is interpolated.

【0068】ジルコニウムハイドライドZrH2 が体積
比1%および2%のとき、MAの燃料体積比はそれぞれ
47%および50%となり、ジルコニウムハイドライド
ZrH2 を添加しない場合(燃料体積比44%)より燃
料体積比が増大するが、その燃料の仕様は大きく変化す
ることがない。図9から明らかなように、ジルコニウム
ハイドライドZrH2 を添加した場合、ドップラー係数
は増加し、特にジルコニウムハイドライドZrH2 を2
%体積比としたときは、ドップラー係数は添加しないと
きの約2倍となる。
When the volume ratio of zirconium hydride ZrH2 was 1% and 2%, the fuel volume ratio of MA was 47% and 50%, respectively, and the fuel volume ratio was higher than that in the case where zirconium hydride ZrH2 was not added (fuel volume ratio 44%). Although increased, the fuel specifications do not change significantly. As is clear from FIG. 9, when the zirconium hydride ZrH2 is added, the Doppler coefficient increases, and especially when the zirconium hydride ZrH2 is 2
In terms of% volume ratio, the Doppler coefficient is about twice as large as that without addition.

【0069】すなわち本実施例によれば、燃料の仕様を
大きく変化させることなく、ドップラー係数を大きく
し、原子炉の安全性を向上させることができる。
That is, according to this embodiment, the Doppler coefficient can be increased and the safety of the nuclear reactor can be improved without significantly changing the fuel specifications.

【0070】[0070]

【発明の効果】上記説明から明らかなように、本発明の
マイナーアクチニド専焼炉は、使用済燃料から抽出した
高濃度のMA燃料を挿入したMA型燃料によって炉心を
構成し、ブランケットを設けることなく、MA燃料を燃
焼させるので、効率よくMA燃料を消費することができ
る。
EFFECTS OF THE INVENTION As is apparent from the above description, the minor actinide combustion furnace of the present invention constitutes the core with the MA type fuel into which the high concentration MA fuel extracted from the spent fuel is inserted, without providing a blanket. Since the MA fuel is burnt, the MA fuel can be efficiently consumed.

【0071】また、高濃度のMA燃料が燃焼中に実効増
倍率Keff を増加させるので、原子炉スタート時から平
衡炉心に至るまで同一種類(組成)の燃料によって運転
でき、さらに、運転サイクルを長くすることができるの
で、長期間燃料交換することなく運転可能なマイナーア
クチニド専焼炉を提供することができる。
Further, since the high-concentration MA fuel increases the effective multiplication factor Keff during combustion, it is possible to operate with the same kind (composition) of fuel from the start of the reactor to the equilibrium core, and the operation cycle is extended. Therefore, it is possible to provide a minor actinide combustion furnace that can be operated without refueling for a long period of time.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第一実施例のマイナーアクチニド専焼
炉の炉心部の垂直断面図。
FIG. 1 is a vertical sectional view of a core portion of a minor actinide firing furnace according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明によるマイナーアクチニド専焼炉の原子
炉スタート時から平衡炉心に至るまでの実効増倍率Kef
f の時間変化を示したグラフ。
FIG. 2 is an effective multiplication factor Kef from the reactor start to the equilibrium core of the minor actinide combustion furnace according to the present invention.
A graph showing the time variation of f.

【図3】窒化物燃料及び金属燃料を使用した炉心の1バ
ッチ運転における実効増倍率Keff の時間変化を示した
グラフ。
FIG. 3 is a graph showing a change with time of an effective multiplication factor Keff in one batch operation of a core using a nitride fuel and a metal fuel.

【図4】窒化物燃料及び金属燃料を使用した炉心の1バ
ッチ運転における最大線出力の原子炉運転時間変化を示
したグラフ。
FIG. 4 is a graph showing a change in reactor operating time of maximum line power in one batch operation of a core using a nitride fuel and a metal fuel.

【図5】Naボイド反応度低減用のNa層を備えた本発
明の第八実施例の炉心部の垂直断面図。
FIG. 5 is a vertical cross-sectional view of a core portion of an eighth embodiment of the present invention provided with a Na layer for reducing Na void reactivity.

【図6】鉛Pb冷却材と窒化物燃料を使用した本発明の
第九実施例の原子炉スタート時から平衡炉心に至るまで
のKeff の時間変化を示したグラフ。
FIG. 6 is a graph showing the time change of Keff from the start of the reactor to the equilibrium core of the ninth embodiment of the present invention using lead Pb coolant and nitride fuel.

【図7】鉛Pb冷却材と窒化物燃料を使用した本発明の
第九実施例の1バッチ方式運転におけるKeff の原子炉
運転時間変化を示したグラフ。
FIG. 7 is a graph showing a change in reactor operating time of Keff in a one-batch system operation of a ninth embodiment of the present invention using a lead Pb coolant and a nitride fuel.

【図8】第九実施例の1バッチ方式運転において、燃焼
反応度スウィングを低減する運転方法および原子炉の全
運転期間を延ばす運転方法によるKeff の時間変化を示
したグラフ。
FIG. 8 is a graph showing the time change of Keff according to the operating method for reducing the combustion reactivity swing and the operating method for extending the total operating period of the reactor in the one-batch system operation of the ninth embodiment.

【図9】ジルコニウムハイドライドZrH2 を添加した
本発明の第十実施例のドップラー係数の変化を示したグ
ラフ。
FIG. 9 is a graph showing changes in the Doppler coefficient of the tenth embodiment of the present invention in which zirconium hydride ZrH2 is added.

【図10】従来のPu−MA型燃料を使用したマイナー
アクチニド専焼炉の炉心部の平面図。
FIG. 10 is a plan view of a core portion of a minor actinide combustion furnace using a conventional Pu-MA type fuel.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 マイナーアクチニド専焼炉 2 MA型燃料 3 炉心 4 中性子吸収体 5 反射体 11 マイナーアクチニド専焼炉 12 炉心 13 中性子吸収体 14 反射体 14a 上部反射体 1 Minor actinide firing furnace 2 MA fuel 3 Core 4 Neutron absorber 5 Reflector 11 Minor actinide firing furnace 12 Core 13 Neutron absorber 14 Reflector 14a Top reflector

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】使用済燃料から抽出したマイナーアクチニ
ドの窒化物を金属被覆管に挿入した多数のピンタイプの
MA型燃料を円環状に配設して炉心を構成し、この炉心
の中心開口内に中性子吸収体を配置し、前記炉心の外側
に反射体を配置し、前記炉心をナトリウムNaあるいは
鉛Pbからなる金属冷却材によって冷却するようにした
ことを特徴とするマイナーアクチニド専焼炉。
1. A core is constructed by arranging a large number of pin type MA type fuels in which a nitride of a minor actinide extracted from a spent fuel is inserted in a metal cladding tube in an annular shape, and inside the center opening of this core. A minor actinide firing furnace characterized in that a neutron absorber is arranged in the core, a reflector is arranged outside the core, and the core is cooled by a metal coolant made of sodium Na or lead Pb.
【請求項2】前記炉心は、燃料スミア密度が異なる外側
炉心と内側炉心からなることを特徴とする請求項1に記
載のマイナーアクチニド専焼炉。
2. The minor actinide combustion furnace according to claim 1, wherein the core comprises an outer core and an inner core having different fuel smear densities.
【請求項3】前記MA型燃料は、マイナーアクチニドと
ジルコニウムZrの混合物を金属被覆管に挿入した金属
燃料であることを特徴とする請求項1に記載のマイナー
アクチニド専焼炉。
3. The minor actinide combustion furnace according to claim 1, wherein the MA type fuel is a metal fuel in which a mixture of minor actinide and zirconium Zr is inserted into a metal cladding tube.
【請求項4】前記MA型燃料は、マイナーアクチニドの
酸化物を金属被覆管に挿入した金属燃料であることを特
徴とする請求項1に記載のマイナーアクチニド専焼炉。
4. The minor actinide combustion furnace according to claim 1, wherein the MA type fuel is a metal fuel in which an oxide of minor actinide is inserted into a metal cladding tube.
【請求項5】前記炉心と前記反射体の上部部分との間に
Na層を配置したことことを特徴とする請求項1に記載
のマイナーアクチニド専焼炉。
5. The minor actinide special-purpose firing furnace according to claim 1, further comprising a Na layer disposed between the core and an upper portion of the reflector.
【請求項6】前記MA型燃料は、中性子減速材としてジ
ルコニウムハイドライドZrH2 を混入させていること
を特徴とする請求項1記載のマイナーアクチニド専焼
炉。
6. The minor actinide firing furnace according to claim 1, wherein the MA type fuel contains zirconium hydride ZrH2 as a neutron moderator.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015141086A (en) * 2014-01-28 2015-08-03 株式会社東芝 Fast reactor fuel assembly and fast reactor core

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