JPS58223781A - 高速増殖炉 - Google Patents

高速増殖炉

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JPS58223781A
JPS58223781A JP57106856A JP10685682A JPS58223781A JP S58223781 A JPS58223781 A JP S58223781A JP 57106856 A JP57106856 A JP 57106856A JP 10685682 A JP10685682 A JP 10685682A JP S58223781 A JPS58223781 A JP S58223781A
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axial
fast breeder
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菊男 梅垣
孝太郎 井上
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    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21CNUCLEAR REACTORS
    • G21C1/00Reactor types
    • G21C1/02Fast fission reactors, i.e. reactors not using a moderator ; Metal cooled reactors; Fast breeders
    • G21C1/022Fast fission reactors, i.e. reactors not using a moderator ; Metal cooled reactors; Fast breeders characterised by the design or properties of the core
    • G21C1/024Fast fission reactors, i.e. reactors not using a moderator ; Metal cooled reactors; Fast breeders characterised by the design or properties of the core where the core is divided in zones with fuel and zones with breeding material
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21CNUCLEAR REACTORS
    • G21C5/00Moderator or core structure; Selection of materials for use as moderator
    • G21C5/18Moderator or core structure; Selection of materials for use as moderator characterised by the provision of more than one active zone
    • G21C5/20Moderator or core structure; Selection of materials for use as moderator characterised by the provision of more than one active zone wherein one zone contains fissile material and another zone contains breeder material
    • 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
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    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、炉心性能の向上を図った高速増殖炉に関する
周知のように、高速増殖炉は原子炉の炉心で核分裂等に
よシ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K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状に形成され、この炉心の
周囲部を燃料親物質からなる軸方向及び径方向ブランケ
ットで囲設している。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。この燃料親″吻質が炉心
から漏れ出る中性子を捕獲することによシ、有用な核分
裂性物質が生産される。
このような増殖作用の定量的な基準値として、増殖率と
倍増時間が挙げられる。増殖率は、核分裂性物質の消費
量に対する新核分裂性物質の生成量の比率で表わされ、
できるだけ高いことが望ましい。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、これは短いことが望まれ、この
倍増時間短縮化が高速増殖炉の改良上最も主眼とされて
いる。
倍増時間は、原子炉に初めに装荷する核分裂性物質の量
に比例するため、この量を低減し、原子炉の出力密度(
単位体積あたシの発生出力)を大きくすることによって
短縮される。一方、炉心から取シ出し得る熱出力の上限
は、最高温度点の燃料棒についての熱的制限に依存する
。従って、炉心の出力分布をできるだけ平坦化すること
が出力密度を増大し、倍増時間を短縮するために有効で
ある。また、出力分布を平坦化すると同じ熱出力をよシ
小さな体積の炉心から取り出すことが可能となシブラン
トコストおよび燃料コスト低減に有効である。
仁のため、従来の炉心では、第1図に示すように炉心1
を内側炉心1aと外側炉心1bK分けるかあるいは径方
向に内側炉心1aと外側炉心1b−との間に別の炉心を
設けることによシ、径方向に2〜3領域に分け、外側領
域t1ど富化度(核分裂性物質/核分裂性物質+親物質
)の高い燃料を装荷している。なお、第1図の3は径方
向ブランケット、4は軸方向ブランケットである。この
ような炉心を一般に均質炉心と呼んでいる。
ところがこのような炉心構成では、半径方向の出力分布
平坦化は実現しても、軸方向の燃料富化度が一様である
ため、軸方向出力分布の平坦化は実現しない。
一方、軸方向出力分布を平坦化するために、炉心内に燃
料親物質から成る内部ブランケットを配置した炉心が考
えられている。このような炉心は一般に軸方向非均質炉
心と呼ばれ、炉心部に核分裂物質を含まないブランケッ
ト燃料を装荷するという特徴を持つ。従来例としては、
第2図に示すように炉心1の軸方向中心部に円盤状の内
部ブランケット2を配置したいわゆるパフニー炉心、ま
た第3図に示すように炉心1の軸方向中心部に配置した
円盤状の内部ブランケット2を径方向の炉心中心、付近
で厚く、周辺付近で薄くしだ軸方向非均質炉心がある。
両図の3,4はそれぞれ径方向、軸方向ブランケットで
ある。このような軸方向非均質炉心では、前述した均質
炉心に比べて炉心の出力分布、特に軸方向出力分布が平
坦化されるという利点がある。
しかし、軸方向非均質炉心では、燃焼の進んだ平衡炉心
においても内部ブランケットの出力密度が炉心の出力密
度の1/3程度にしかならないため、均質炉心に比べて
、炉心部(内部ブランケットを除く)の出力密度は増大
する。このため、内部ブランケットの炉心に対する体積
比率が20%以上になると最大出力密度(出力ビーキ/
グファクタ×炉心出力密度)の低減効果が失なわれる傾
向がある。
本発明は、上記した均質炉心、軸方向非均質炉心に比べ
てさらに出力分布を平坦化し、核分裂性物質の初期装荷
量を低減し得る炉心構成の高速増殖炉を提供することを
目的とする。
この目的を達成するため、本発明においては、炉心の軸
方向中心部に炉心径方向に円盤状に広がる低富化度領域
を設置し、軸方向および径方向の出力分布平坦化を実現
する。
以下、本発明を実施例に従って説明する。第4図は、本
発明による炉心構成の一例であり、炉心は、軸方向中心
部に配置された低富化度領域18とその外周にあたる高
富化度領域1bで構成されている。図中3,4はそれぞ
れ径方向、軸方向プランケットである。従来の均質炉心
と異なる点は軸方向にも富化度を2領域にすることによ
υ軸方向出力分布を平坦化したことであシ、軸方向非均
質炉心と異なる点は、軸方向中心部の低富化度領域に適
切な量の核分裂性物質を装荷していることである。仁の
ような炉心構成においては、低富化度領域の炉心全体に
対する体積比率を30〜70%、また低富化度領域の富
化度を高富化度領域の30〜80%程度にすることによ
って出力分布の平坦化が実現する。第5図は、さらに出
力分布を平坦化するために領域形状の適正化を図ったも
ので低富化度領域1aは径方向の炉心中心付近で厚く、
炉心周辺付近で薄くなっている。この低富化度領域の直
径は、厚い部分D1が炉心直径D3の0.75倍、薄い
部分D2が炉心直径D3の0.83倍になっている。ま
た、低富化度領域の厚さは炉心中央部H1が炉心高さH
3の0.75倍、炉心周辺部H2が炉心高さH3の0.
50倍になっている。
低富化度領域の体積は炉心体積の約50%である。
このような炉心構成にすると、出力分布は従来の均質炉
心、軸方向非均質炉心よシさらに平坦化され、最大出力
密度の低減が可能になる。
次に本発明による炉心の出力分布平坦化特性を計算した
結果について説明する。炉心の設計パラメータおよび運
転条件を第1表に示した。即ち、原子炉熱出力は約25
00MW、電気出力は約10100O,等価炉心径と炉
心高さは夫々325mおよび1100tである。軸方向
ブランケットおよび径方向ブランケット厚は夫々、35
crnおよび40cmである。燃料交換期間は1年、設
備利用率は80%、燃料交換バッチ数は炉心、ブランケ
ット共に3とする。
−上記炉心設計パラメータを用いて計算した本発明の炉
心(第5図)の平衡サイクルにおける最大出力密度を従
来の均質炉心(第1図)、軸方向非均質炉心(第3図)
と比較して第2表に示す。表から明らかなように、本発
明の炉心では、均質炉心と比べて約13%、軸方向非均
質炉心に比べて約7%最大出力密度が低減される。第6
図は炉心径方向中心における@方向出力分布を比較した
ものである。実線5は本発明による炉心、破線6は第1
図に示した均質炉心、一点鎖線7は第3図に示した軸方
向非均質炉心である。図から明らかなように本発明の炉
心では他の2種の炉心に比べて軸方向出力分布が平坦化
されている。
一般に烏速増殖炉の許容最大出力は最大出力密度(厳密
に言えば燃料ビンの最大線出力)によって抑えられてお
シ、同じ熱出力を得ようとすると出力分布が平坦なほど
炉心に装荷する燃料を少なりシ、炉心体積を小さくする
ことができる。このような考え方に基づいて、炉心熱出
力を約2500MW、最大出力密就を430W/ c 
cとした時の本発明の炉心(第5図)の炉心体積と炉心
特性を均質炉心(第1図)、軸方向非均質炉心(第3図
)と比較して第3表に示す。表から明らかなように1本
発明の炉心では、均質炉心、軸方向非均質炉心に比べて
炉心体積がそれぞれ約14%、約8%減少し、核分裂性
プルトニウムのインベントリ−(装荷量)も約6%低減
する。倍増時間は、均質炉心と比べて10%程度短縮さ
れ、軸方向非均質炉心と同程度になる。
以上説明したように、本発明の炉心では、従来の均質炉
心、軸方向非均質炉心と比べて炉心の出力分布の平坦化
が実現するだめ、炉心体積を従来より小さくすることが
可能となシ、プラントコスト及び燃料コストを低減する
ことが可能となる。
また、倍増時間は従来の均質炉心に比べて10%程度短
縮され、軸方向非均質炉心とほぼ同程度まで短縮される
第 1 表  主要設計パラメータ
【図面の簡単な説明】
第1図〜第3図は従来例を示すもので、第1図は均質炉
心を示す炉心縦断面図、第2図はバフニー炉心を示す炉
心縦断面図、第3図は改良型軸方向非均質炉心を示す炉
心縦断面図、第4図、第5図は本発明による実施例を示
す炉心縦断面図、第一6図は第1図、第3図、第5図の
炉心の軸方向出力分布を示す特性図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、円柱状の炉心を燃料親物質を主成分とする軸方向及
    び径方向ブランケットで回収してなる高速増殖炉におい
    て、前記炉心の軸方向中心部に、軸方向に炉心高さよシ
    小さい厚さを持ち、半径方向に炉心半径よシ小さな半径
    を持つ円柱状の内部領域を設け、前記内部領域の体積を
    炉心体積の30〜70%とすると共に、この内部領域の
    核分裂性物質の富化度を、それをと9四む炉心の外部領
    域の核分裂性物質の富化度の30〜80%に小さくした
    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、円柱状の内部領域
    を、炉心径方向の中心付近で厚く、周辺部で薄くしたこ
    とを特徴とする高速増殖炉。
JP57106856A 1982-06-23 1982-06-23 高速増殖炉 Granted JPS58223781A (ja)

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JP57106856A JPS58223781A (ja) 1982-06-23 1982-06-23 高速増殖炉
US06/506,867 US4562034A (en) 1982-06-23 1983-06-22 Fast breeder
EP83106109A EP0097372B1 (en) 1982-06-23 1983-06-22 Fast breeder nuclear reactor
DE8383106109T DE3371137D1 (en) 1982-06-23 1983-06-22 Fast breeder nuclear reactor

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JPH0413677B2 (ja) 1992-03-10
US4562034A (en) 1985-12-31
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