JPS5819591A - Fast breeder - Google Patents

Fast breeder

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Publication number
JPS5819591A
JPS5819591A JP56117922A JP11792281A JPS5819591A JP S5819591 A JPS5819591 A JP S5819591A JP 56117922 A JP56117922 A JP 56117922A JP 11792281 A JP11792281 A JP 11792281A JP S5819591 A JPS5819591 A JP S5819591A
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JP
Japan
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core
fuel
reactor
fissile material
low
Prior art date
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Pending
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JP56117922A
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Japanese (ja)
Inventor
克之 川島
紘一 真木
孝太郎 井上
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.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Publication of JPS5819591A publication Critical patent/JPS5819591A/en
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • 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

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  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、高速増殖炉の改良に関し、とりわけその炉心
性能の向上に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to improvements in fast breeder reactors, and in particular to improvements in core performance thereof.

高速増殖炉は原子炉の炉心で核分裂等により発生する中
性子を、燃料親物質に吸収させて、新しい核分裂性物質
を生産する所謂増殖を行なわせ、これによって燃料の有
効利用が図れる特徴を有する。このような高速増殖炉の
炉心は、一般に円柱形状をしており、炉心の周囲には燃
料親物質を主成分とする軸方向および径方向ブランケッ
トが設けられる。炉心には燃料として、濃縮ウランある
いはプルトニウムを富化したウランが装荷され、ブラン
ケットには燃料親物質として、例えば天然 、ウランあ
るいは劣化ウランが装荷される。炉心お、よびブランケ
ットにおける燃料親物質が核分裂反応で発生した中性子
を捕獲することにより、有用な核分裂性物質が生産され
る。
A fast breeder reactor is characterized by the ability to effectively utilize fuel by absorbing neutrons generated by nuclear fission in the core of a nuclear reactor into a parent fuel material to produce new fissile material. The core of such a fast breeder reactor generally has a cylindrical shape, and around the core are provided axial and radial blankets mainly composed of fuel parent material. The reactor core is loaded with enriched uranium or plutonium-enriched uranium as fuel, and the blanket is loaded with, for example, natural uranium or depleted uranium as a fuel parent material. Useful fissile material is produced by capturing the neutrons generated in the fission reaction by the parent fuel material in the reactor core and blanket.

このような増殖作用の定量的な基準を表わすものとして
、増殖率と倍増時間がある。増殖率は、放置の比率で表
わされ、高いほどよい。また倍増時間は、原子炉に初め
に装荷したのと同量の核分裂性物質を再生産するのに要
する時間で、これは短いほどよく、この倍増時間の短縮
孔は高速増殖炉の改良上の主眼となっている。
Proliferation rate and doubling time are quantitative criteria for such proliferative effects. The proliferation rate is expressed as the rate of neglect, and the higher the rate, the better. The doubling time is the time required to reproduce the same amount of fissile material as was initially loaded into the reactor, and the shorter it is, the better. It is the main focus.

ところで、倍増時間を短縮するためには、増殖率を高く
すると共に、核分裂物質荷量を少なくすることが必要で
ある。原子炉から取り出し得る熱出力の上限は、最高温
度点の熱的制限に依存(燃料要素の最大単位長出力)す
るので、同じ熱出力の炉心でも、出力分布が平坦なほど
炉心体積は小さくてよく、一般に核分裂性物質装荷量も
減少する。従って、倍増時間は、出力分布が平坦な炉心
はど短縮される。
By the way, in order to shorten the doubling time, it is necessary to increase the multiplication rate and reduce the amount of fissile material loaded. The upper limit of the thermal output that can be extracted from the reactor depends on the thermal limit at the highest temperature point (maximum unit length output of the fuel element), so even for a core with the same thermal output, the flatter the power distribution, the smaller the core volume. Well, generally the fissile material loading is also reduced. Therefore, the doubling time is reduced in a core with a flat power distribution.

従来、多用されている炉心は均質炉心と呼ばれ、その構
成は、第1図に示すように、炉心を内側炉心1と外側炉
心2に分け、外側炉心には内側炉心より核分裂性物質を
多く含む燃料を装荷するようになっている。
Conventionally, the core that has been widely used is called a homogeneous core.As shown in Figure 1, the core is divided into an inner core 1 and an outer core 2, and the outer core contains more fissile material than the inner core. It is designed to be loaded with fuel containing

ところが、このような炉心構成では、制御棒によって制
御できる反応度に比べて、燃焼による反応度低下が比較
的大きい。従って燃焼期間を伸ばすため、初期の余剰反
応度を大きくとった場合には、制御すべき反応度が大き
くなるので、大きな制御棒価値を持つ制御棒を炉心に挿
入する必要がある。
However, in such a core configuration, the reduction in reactivity due to combustion is relatively large compared to the reactivity that can be controlled by control rods. Therefore, if the initial surplus reactivity is increased in order to extend the combustion period, the reactivity to be controlled will be increased, so it is necessary to insert control rods with a large control rod value into the reactor core.

また、発電プラントとしての経済性を上げるために、炉
を大型化するにつれ、炉心内の平均中性子エネルギーが
低くなり、増殖率が低下するという問題もある。
Furthermore, as the size of the reactor is increased in order to increase the economic efficiency of a power generation plant, there is also the problem that the average neutron energy within the reactor core decreases and the breeding rate decreases.

これに対して、従来、例えば第2図に示すように、内側
炉心1の軸方向中心部に、厚さが一定の円盤状の内部ブ
ランケット5を挿入じたパフニー炉心と呼ばれる炉心構
成を有するものが開発された。この炉心では、炉心中;
ヒに出力密度が低く、反応度の小さいブランケットが存
在するため、炉心の出力分布は平坦化でき、また増殖率
も向上する。
On the other hand, conventional reactor cores have a core configuration called a Pafney core, in which a disk-shaped internal blanket 5 with a constant thickness is inserted into the axial center of the inner core 1, as shown in FIG. 2, for example. was developed. In this core, inside the core;
Since there is a blanket with low power density and low reactivity in the reactor, the power distribution of the core can be flattened and the breeding rate can also be improved.

ところが、このパフニー炉心では、燃焼が進むと、内部
ブランケット5のない外側炉心2の出力が、径方向ブラ
ンケット4との境界付近を除いて大きく落ち込み、燃焼
に伴う出力の変動が大きいという問題がある。
However, in this Pafney core, as combustion progresses, the output of the outer core 2 without the inner blanket 5 drops significantly except near the boundary with the radial blanket 4, and there is a problem that the output fluctuates greatly due to combustion. .

本発明は、このような燃焼に伴う出力変動の抑制、およ
び炉心内の平均中性子エネルギー低下に伴う増殖性能の
低下を防ぐために案出されたものであり、倍増時間の短
縮化が図れる高速増殖炉を提供することを目的としてい
る。
The present invention was devised to suppress such power fluctuations due to combustion and to prevent a decrease in breeding performance due to a decrease in average neutron energy in the reactor core, and is a fast breeder reactor capable of shortening doubling time. is intended to provide.

このような目的を達成する本発明の特徴は、高速増殖炉
炉心の軸方向中心付近に、天然ウラン。
The present invention is characterized by the fact that natural uranium is placed near the axial center of the fast breeder reactor core.

減損ウラン、低濃縮ウラン、あるいはプルトニウム富化
度の低いウラン等のような核分裂性物質の混入率が炉心
燃料より低い燃料を装荷し、しかも核分裂性物質の混入
率を、炉心径方向の中心部はど低く、周辺部はど高くし
たことにある。
Load fuel with a lower contamination rate of fissile material, such as depleted uranium, low enriched uranium, or uranium with low plutonium enrichment, than the core fuel, and further reduce the contamination rate of fissile material to the radial center of the core. This is because the height is low and the surrounding area is high.

以下、本発明の実施例を第3図および第4図を参照して
説明する。なお、対象とする炉心は、プルトニウ文とウ
ランの混合酸化物を燃料とし)液体ナトリウムを冷却材
とした場合でh4が、これら以外の燃料、冷却材を使用
した炉心にも本発明を適用することは可能である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS. 3 and 4. The target core is h4, using a mixed oxide of plutonium and uranium as fuel and liquid sodium as a coolant, but the present invention is also applicable to cores using other fuels and coolants. It is possible.

まず、炉心構成を第3図によって説明する。円柱状の炉
心を、燃料親物質を主成分とする軸方向ブランケット及
び径方向ブランケットが取り囲んでいる。炉心の軸方向
中心付近に、核分裂性物質混入率が低い減損ウランおよ
びプルトニウム富化度の低いウランから成る炉心径方向
に拡がる円盤状の領域を設け、その核分裂性物質混入率
(=核分裂性物質量/(核分裂性物質量+燃料親物質量
)x−ioo%)を径方向の炉心中心部11で低く、周
辺部12乃至15はど高くしたものである。この実施例
では、核分裂性物質混入率は、炉心10の14.8%に
対し、領域11乃至15で各々0.3%、3.2チ、6
.0%、8.9%および11.8%である。
First, the core configuration will be explained with reference to FIG. A cylindrical core is surrounded by an axial blanket and a radial blanket that are mainly composed of fuel parent material. Near the axial center of the reactor core, a disk-shaped region extending in the radial direction of the core consisting of depleted uranium with a low fissile material contamination rate and uranium with a low plutonium enrichment is provided. amount/(amount of fissile material+amount of parent fuel material)x-ioo%) is lower in the radial core center portion 11 and higher in the peripheral portions 12 to 15. In this example, the fissile material contamination rate is 14.8% in the core 10, and 0.3%, 3.2%, and 6% in regions 11 to 15, respectively.
.. 0%, 8.9% and 11.8%.

第    1    表 なお、炉心の設計パラメータおよび炉の運転条件は第1
表に示す通りである。すなわち原子炉熱出力は約250
0MW%電気出カは約10100O。
Table 1 The core design parameters and reactor operating conditions are shown in Table 1.
As shown in the table. In other words, the reactor thermal output is approximately 250
0MW% electrical output is approximately 10100O.

炉心径と炉心高は夫々325crr1、および95cr
r1である。燃料交換期間は1年、設計利用率Fi80
%、燃料交換バッチ数は炉心、ブランケット共に3とす
る。定格最大線出力密度は430 W / onである
Core diameter and core height are 325 crr1 and 95 crr, respectively.
It is r1. Fuel exchange period is 1 year, design utilization rate Fi80
%, and the number of refueling batches is 3 for both the core and blanket. The rated maximum linear power density is 430 W/on.

次に、上記構成に基づく作用を説明する。炉心の軸方向
出力分布は、炉心の軸方向中心部に出力密度が低く、か
つ反応度の小さい燃料(核分裂性物質混入率が低い)1
1乃至15を挿入していることにより容易に平坦化され
る。一方、径方向出力分布は、前記燃料11乃至15の
核分裂性物質混入率を、炉心径方向の中心部で低く、周
辺部はど高くしていることにより平坦化される。
Next, the operation based on the above configuration will be explained. The axial power distribution of the core has low power density and low reactivity fuel (low fissile material contamination rate)1 in the axial center of the core.
1 to 15, it can be easily flattened. On the other hand, the radial power distribution is flattened by making the fissile material mixing rate of the fuels 11 to 15 low at the center in the radial direction of the core and high at the periphery.

また、前記燃料11乃至15を炉心径方向に、径方向ブ
ランケット4の近くまで延長したことにより、パフニー
炉心で問題となった燃焼に伴う出力変動が抑制される。
Further, by extending the fuels 11 to 15 in the radial direction of the core to near the radial blanket 4, output fluctuations due to combustion, which were a problem in the Pafney core, are suppressed.

また、炉心10の平均中性子エネルギーが、従来の炉心
より高くなること、および炉心10とこれを囲む軸方向
ブランケット3および径方向ブランケット4との境界の
中性子束が高くなることから、軸方向ブランケット3お
よび径方向ブランケット4への中性子の漏洩量が増大す
る。その結果、燃料親物質の中性子捕獲反応および核分
裂反応は大幅に向上する。
Moreover, since the average neutron energy of the reactor core 10 is higher than that of a conventional reactor core, and the neutron flux at the boundary between the reactor core 10 and the surrounding axial blanket 3 and radial blanket 4 is increased, the axial blanket 3 And the amount of neutrons leaking into the radial blanket 4 increases. As a result, the neutron capture reaction and nuclear fission reaction of the fuel parent material are significantly improved.

このような出力分布の平坦化と反応率の変化は増殖性の
向上、とりわけ倍増時間の短縮化に効果がある。
Such flattening of the output distribution and change in reaction rate are effective in improving proliferation, particularly in shortening doubling time.

また、高速増殖炉では反応度制御および出力制御のため
の制御棒が備えである。通例、制御棒は炉心の上部から
炉心に挿入される。仁の場合、炉心の軸方向中心付近に
、前記核分裂性物質混入塵の低い燃料が装荷されている
ため、とくに制御棒が中途挿入状態にあると、上半分の
炉心出力が低これを防ぐためには、前記核分裂性物質混
入塵の低い燃料の装荷位置を、炉心軸方向中心とせ、ず
に、幾分下側へずらすとよい。
In addition, fast breeder reactors are equipped with control rods for reactivity control and power control. Typically, control rods are inserted into the reactor core from the top. In the case of Jin, fuel with low fissile material dust is loaded near the axial center of the reactor core, so if the control rods are inserted halfway, the power output of the upper half of the core will be low. In this case, it is preferable that the loading position of the fuel with a low amount of fissile material dust is not centered in the axial direction of the reactor core, but rather shifted to the lower side.

また、初装荷炉心は、新燃料だけで構成されるために、
前記核分裂性物質混入塵の低い燃料で発生する出力が小
さく、炉心全体からみると出力分布平坦性が悪くなる。
In addition, since the initial loading core is composed only of new fuel,
The output generated by the fuel with low fissile material dust is low, and the flatness of the output distribution is poor when viewed from the entire core.

そこで、初装荷炉心用の燃料として、前記核分裂性物質
混入塵を平衡炉心装荷用のものより高くすると、出力分
布平坦化に有効である。
Therefore, it is effective to flatten the power distribution by setting the fissile material-containing dust as the fuel for the initial loading core to be higher than that for the balanced core loading.

なお、前記実施例では、核分裂性物質混入率の低い燃料
の核分裂性物質混入率を徐々に変化させたが、第4図に
示すように、もつと簡略化して、核分裂性物質混入率を
2種類(16および17)に限定してもよい。
In the above example, the fissile material mixture rate of the fuel with a low fissile material mixture rate was gradually changed, but as shown in Figure 4, for simplicity, the fissile material mixture rate was changed to 2. It may be limited to types (16 and 17).

以上説明したように、本発明の高速増殖炉によると、増
殖性、とりわけ倍増時間の大幅な短縮が可能となり、燃
料経済jの効果大である。
As explained above, according to the fast breeder reactor of the present invention, it is possible to significantly shorten the breeding property, especially the doubling time, and the fuel economy j is greatly improved.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、従来の高速増殖炉の均負炉心の垂直断面図で
ある。第2図社高速増殖炉のパフニー炉心の垂直断面図
である。第3図は、本発明の−実施例である高速増殖炉
の炉心の垂直断面図である。 第4図は、本発明の他の実施例で、高速増殖炉の炉心の
垂直断面図である。 3・・・軸方向ブランケット、4・・・径方向プランケ
ラ第 /[1] 第 3 図 第 l、−m
FIG. 1 is a vertical cross-sectional view of the equalization core of a conventional fast breeder reactor. Figure 2 is a vertical cross-sectional view of the Pafney core of the company's fast breeder reactor. FIG. 3 is a vertical sectional view of the core of a fast breeder reactor that is an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a vertical sectional view of the core of a fast breeder reactor according to another embodiment of the present invention. 3... Axial blanket, 4... Radial plancher No. /[1] Fig. 3 No. l, -m

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、高速増殖炉において、濃縮ウランまたはプルトニウ
ムを富化したウランが主要燃料として装荷されている炉
心の、軸方向中心付近に天然ウラン。 減損ウラン、低濃縮ウラン、あるいはプルトニウム富化
度の低いウラン等のような核分裂性物質の混入率が炉心
燃料より低い燃料を装荷し、かつ前記核分裂性物質混入
率を、炉心径方向の中心部はど低く、周辺部はど高くし
たことを特徴とする高速増殖炉。 2、特許請求の範囲第1項において、前記核分裂性物質
の混入率が低い燃料を装荷した領域の、軸方向中央面を
、炉心の軸方向中央方面より下側にし゛たことを特徴と
する高速増殖炉。 3、特許請求範囲第1項又は第2項において、初装荷用
燃料に対する、前記核分裂性物質の混入率を、平衡炉心
装荷用燃料に対するものより高くし
[Claims] 1. In a fast breeder reactor, natural uranium is placed near the axial center of a reactor core loaded with enriched uranium or plutonium-enriched uranium as the main fuel. Loading fuel with a lower mixing rate of fissile material than the core fuel, such as depleted uranium, low enriched uranium, or uranium with low plutonium enrichment, and reducing the mixing rate of fissile material to the radial center of the core. A fast breeder reactor characterized by a low height and a high peripheral area. 2. Claim 1 is characterized in that the axially central plane of the region loaded with fuel with a low fissile material content is located below the axially central plane of the reactor core. Fast breeder reactor. 3. In claim 1 or 2, the mixing ratio of the fissile material to the fuel for initial loading is higher than that for the fuel for equilibrium core loading.
JP56117922A 1981-07-27 1981-07-27 Fast breeder Pending JPS5819591A (en)

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JP (1) JPS5819591A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62298793A (en) * 1986-06-18 1987-12-25 株式会社日立製作所 Fast breeder reactor

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62298793A (en) * 1986-06-18 1987-12-25 株式会社日立製作所 Fast breeder reactor

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