JPH11506218A - 原子炉の熱放出組立体及びそれを用いた原子炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 熱放出組立体は非対称な平面燃料材料分布を有し、配置された核燃料要素内のポリタイプ核種濃度から組み立てられ、それによりそれらは組立体の中心長手方向軸を通過する面に関して核燃料体積平均核種濃度の異なる値を有する２つのサブコアを形成し、原子炉はコア内で少なくとも幾つかのコアで中心長手方向軸の方向に核燃料の分裂可能な核種のより少ない濃度を有するサブコアにより方向付けられる上記「非対称」組立体を含み、側方反射体と接する周辺列の熱放出組立体は反対の方向で分裂可能な核種のより少ないサブコアの方向が中心長手方向軸の方向を有する。更に「非対称」熱放出組立体を形成する少なくとも幾つかのポリタイプ熱放出要素は劣化吸収材を含む核燃料で製造される。

Description

【発明の詳細な説明】 原子炉の熱放出組立体及びそれを用いた原子炉 本発明の分野 本発明は原子力産業の分野に関連し、燃料材料の熱放出組立体を配置するよう 、例えばＶＶＥＲ−４４０又はＶＶＥＲ−１０００のような水を減速剤とする水 冷原子炉である原子炉を非対称に形成するために用いられ得る。 本発明の背景 従来技術から、組立体の周辺の列及び／又は隅の部分での核燃料の濃縮を減少 する燃料要素の配置により放出エネルギーの不均一を減少するような品質で組立 体の断面の燃料要素を形成する原子炉の熱放出組立体が知られている（Ｏｖｃｈ ｉｎｎｉｋｏｖ Ｆ．Ｊａ，Ｓｅｍｅｎｏｖ Ｖ．Ｖ． “Ｅｋｓｐｌｕａｔａ ｔｓｉｏｎｎｙｅ ｒｅｚｈｉｍｙ ｖｏｄｏ−ｖｏｄｊａｎｙｈｅｎｅｒｇｅ ｔｉｃｈｅｓｋｉｈ ｒｅａｃｔｏｒｏｖ” Ｍ．，Ｅｎｅｒｇｏａｔｏｍｉｚ ｄａｔ，１９８８，ｐ．６８−７１； Овчинников Φ．Я．，Се менов В．В．“Эксплуатационные рижимы в одо−водяных знергетических реакторов ．”М．， Энергоатомиздаг，１９８８，ｃ．６８−７１； ＵＳＳＲ ＣｅｒｔｉｆｉｃａｔｅＮ ４０９５９７，ｃ１．Ｇ２１Ｃ ３／０ ０，１９８２）。 しかしながらそのような熱放出組立体を用いても炉内での熱放出分布の不均一 の減少効率は充分に高くはない。 非対称燃料分布を特徴とするポリタイプ燃料要素を含む熱放出組立体がまた知 られている（ソ連特許証Ｎ １０７８９３８，ｃ１． Ｇ ２１Ｃ ３／００，１９８７）。 更に組立体の横の面に関する燃料化合物としての非対称な分布の差は燃料要素 毎に固有である。燃料組立体の燃料要素の幾つかはその組立体の横の面上の上部 で低い部分より核燃料のより高い核種の濃度を有し、それはそれらが炉心（コア ）にある方法で置かれた場合には炉内での軸方向の熱放出の不均一を減少させる が、熱放出の径方向の分布にあまり影響を与えない。 コアは通常同じ寸法を有するが燃料材料又はウラニウムの濃縮度が異なる熱放 出組立体に配置される径方向（同心）サブコアに沿って炉心を形成する（Ｏｖｃ ｈｉｎｎｉｋｏｖ Ｆ．Ｊａ．，Ｓｅｍｅｎｏｖ Ｖ．Ｖ． Ｅｋｓｐｌｕａｔ ａｔｓｉｏｎｎｙｅ ｒｅｚｈｉｍｙ ｖｏｄｏ−ｖｏｄｊａｎｙｈｅｎｅｒｇ ｅｔｉｃｈｅｓｋｉｈ ｒｅａｃｔｏｒｏｖ” Ｍ．，Ｅｎｅｒｇｏｉｚｄａｔ ，１９８８，ｃ．１８１−１８３． Овчинников Φ．Я．，Сем енов В．В． Эксплуатационныережимы вод о−водяных знергетических реакторов．” М．， Энергоиздаг，１９９８，ｃ．１８１−１８３）。 炉の径に沿った熱放出不均一のある減少及び燃料のバーンアップの顕著な深さ は良く知られた方法により熱放出組立体の周期的な装填によるようなコアのゾー ン配置により達成されうる。しかしながらエネルギー放出分布の良く知られたゾ ーン毎の平坦化の機会はコアからの中性子の漏れの増加故に制限され、これは炉 の技術的及び経済的な指標を実質的に改善することにはならない。 本発明に最も近い類似技術は燃料要素内の高さに沿って不均一な燃料材料分布 を有する熱放出組立体を異なる向に配置した炉心からなる原子炉である。これは ソ連特許証Ｎ １０７８９３８，ｃ１．Ｇ ２１Ｃ ３／００，１９８７に記載 される。 この解決策はエネルギー放出の軸方向の不均一を実質的に減少す るがコア内で熱放出の径方向の分布にはあまり影響せず、故にこの解決策は原子 炉の性能の経済的指標を改善することのみに限定される。 本発明の要約 本発明の目的は核燃料の使用効率の増加、熱容量の径方向分布の平坦化、及び 炉心からの中性子漏洩を減少し、それにより経済的な指標を改善し、全体として 原子炉の性能の信頼性を増加する。 与えられた問題は非対称燃料分布を有する熱放出原子炉組立体のポリタイプ燃 料要素は核燃料の異なる核種濃度で作られ、それらが中心の長手方向組立軸を通 る面に関して核燃料内の核燃料体積平均核種濃度の異なる値を有する２つの典型 的サブコア（平面内で扇形）を形成するよう配置されていることを特徴とすると いうことにより解決される。 燃料要素は化合物核燃料として同一に作られることが好ましい。 その上少なくとも幾つかの燃料要素は劣化吸収体（ｄｅｐｌｅｔｉｎｇ ａｂ ｓｏｒｂｅｒ）を有する燃料を含みうる。 更にまた与えられた問題の解決は燃料要素中に非対称燃料材料分布を有する異 なる方向に向けられた熱放出組立体を配置されたコアからなる原子炉により確実 になる。少なくとも幾つかの熱放出組立体は核燃料体積平均核種濃度の異なる値 で２つのサブコアを作られ、これは炉心の中心の長手方向軸の方向に核燃料のよ り少ない分裂可能な核種濃度を有するサブコアにより方向付けられる本発明によ り作られる。 側方反射体に接するコア周辺列の熱放出組立体はコアの中心の長手方向軸から の方向に核燃料のより少ない分裂可能な核種濃度を有するサブコアにより方向付 けられることが好ましい。 熱放出組立体では核燃料内で核燃料体積平均核種濃度の異なる値を有する２つ の典型的なサブコアが存在し、これは核燃料内で核種 の濃度が相互に異なるポリタイプ燃料要素の適切な配置により形成される。熱放 出組立体内の２つのサブコアの存在は面内のエネルギー放出分布の非対称を生じ 組立体のサブコア内の中性子流の再分布を犠牲にして炉内で組立体の列をなす方 向でそれはコアの側面を通して中性子の漏れの影響を補償し、炉の長手方向軸に 向かって方向付けられた組立体の半円筒（プリズム状の）部分（サブコア）の減 少されたパワーの犠牲でエネルギー放出径方向分布の不均一が生じるのを減少し 、良く知られた上記原理により導かれるように中性子漏洩を付加的に減少し、核 燃料の使用効率を増加し、炉の性能の信頼性を改善する。 図の説明 図１は「非対称」面内熱放出組立体の概略図を示す。 図２は平面内の炉心の一部分を示す。 好適実施例の説明 熱放出「非対称」組立体１は均一な格子ポリタイプ燃料要素内に置かれた少な くとも２つの型２及び３（図１）を含み、それは類似の化合物（例えば二酸化ウ ラン）を有するが、異なる核種の濃度の核燃料で満たされる。例えばウラニウム の濃縮度の初期パーセンテージは二酸化ウランを用いるときには燃料要素２に対 して２．４％であり、燃料要素３に対して３．６％である。ポリタイプ燃料要素 ２、３は「非対称」組立体１に配置され、それにより組立体の中心の長手方向軸 を通過する面１−１に関して２つの典型的な半円柱（プリズム状）のサブコアＡ ，Ｂを形成する。Ａ，Ｂのサブコアは面内で扇形の輪郭を有し、核燃料の実質的 に異なる値の体積平均核種濃度を有する。その上少なくとも幾つかの燃料要素２ 又は３はエネルギー放出を平坦化する目的で中性子流を局部的に減少する劣化吸 収材を含むために例えばウラニウム−ガドリニウム燃料で作ら れる。 平面燃料分布で列をなす非対称な熱放出組立体１はコアの中心長手方向軸０の 方向に分裂可能な核種のより少ない核燃料体積平均濃度を有するサブコアＡを適 切に向けて炉心の一部に少なくとも配置される。 周辺列の側方反射体熱放出組立体４に接するあるものはコアの側面を通して中 性子漏洩をより効率的に減少するサブコアの反対の配置を有し、例えばある組立 体４が分裂可能な核種のより大きな核燃料体積平均濃度を有するサブコアＢをコ アの長手方向軸０の方向に向けられ、従って、中心の長手方向軸０から離れるよ うに分裂可能な核種のより小さな核燃料体積平均濃度を有するサブコアＡを向け られる。 サブコア１（又は４）を形成する一方で燃料要素２、３の配置の順序、従って その側方に関して前に分割された面１−１の座標（配置）はＡ，Ｂのサブコアで 分裂可能な核種の核燃料体積平均濃度間の関係であり、炉心で各熱放出組立体１ （又は４）の量及び特定の方向は実験的方法で計算により決定可能であり、各炉 の寿命の後に過充填（オーバーロード）で変化しうる。 原子炉の動作は以下の通りである。 次の寿命に先立つ燃料過充填中に、例えばＶＶＥＲ−１０００炉では、コア燃 料要素から除去されたあるものは燃料要素１に対して核燃料中の分裂可能な核種 のより少ない分布のサブコアをコアの中心長手方向軸０の方向に非対称な燃料分 布で配向させて交換されなければならない。非対称燃料要素１のそのような配置 は作動している炉中で局部非対称エネルギー放出分布を形成することを許容する ので、中性子漏洩により形成される分布と結合されてそれは炉心でのより均一な エネルギー放出分布が得られることを確実にする。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＣＡ，ＪＰ，ＵＳ (71)出願人 フェディヒキン，ニキータ ヴァレンチノ ヴィッチ ロシア連邦，113602，モスクワ，オリンピ クカヤ・デレフニャ，ディー８，ケイヴイ 120 (72)発明者 ゴルバチョフ，ヴァレリ パヴロヴィッチ ロシア連邦，127434，モスクワ，ウル・イ ワノフスカヤ，ディー14，コルプ１，ケイ ヴイ３ (72)発明者 バイバコフ，ウラディスラフ ドミトリエ ヴィッチ ロシア連邦，109129，モスクワ，ヴォルズ スキ・ブルヴァル，ディー28，ケイヴイ32 (72)発明者 マンスル，シャリフル ナセル ロシア連邦，111020，モスクワ，ウル１− シニヒキナ，ディー３，コルプ１Ａ，ケイ ヴイ618 (72)発明者 フェディヒキン，ニキータ ヴァレンチノ ヴィッチ ロシア連邦，113602，モスクワ，オリンピ クカヤ・デレフニャ，ディー８，ケイヴイ 120

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ポリタイプ燃料要素を含む非対称燃料分布を有する熱放出原子炉組立体で あって、燃料要素は核燃料の異なる核種濃度で作られ、それらが中心の長手方向 組立軸を通る面に関して核燃料内の核燃料体積平均核種濃度の異なる値を有する ２つのサブコアを形成するよう配置されていることを特徴とする熱放出原子炉組 立体。 ２．燃料要素は核燃料化合物用として同一に作られることを特徴とする請求項 １記載の組立体。 ３．少なくとも幾つかの燃料要素は劣化吸収材を有する燃料を含むことを特徴 とする請求項１記載の組立体。 ４．燃料要素中に非対称燃料材分布を有する異なる方向に向けられた熱放出組 立体を配置されたコアからなる原子炉であって、少なくとも幾つかの熱放出組立 体は異なる値の核燃料体積平均核種濃度を有する２つのサブコアを形成すること で、これらは炉心の中心の長手方向軸の方向に核燃料のより少ない分裂可能な核 種濃度を有するサブコアにより方向付けられていることを特徴とする原子炉。 ５．側方反射体に接する炉心周辺列の熱放出組立体は、炉心の中心の長手方向 軸からの方向に核燃料のより少ない分裂可能な核種濃度を有するサブコアにより 方向付けられていることを特徴とする請求項４記載の原子炉。