JPS5855789A - 原子炉の炉心部構造 - Google Patents

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】 本発明は原子炉の炉心部構造に係り１％に微濃縮ウラン
燃料およびプルトニウム・ウラン混合燃料の２種類の燃
料を装荷する重水減速沸騰軽水冷却圧力管型原子炉の炉
心部構造の改良に関するものである。

重水減速沸騰軽水冷却圧力管［＆子炉において。

２種類の燃料を使用する場合の従来の炉心内の燃料配置
を第１図〜第４図に示す。第１図は炉心を半径方向に２
分割し、外側領域に微濃縮ウラン燃料１を装荷し、炉心
中央領域にプルトニウム・ウラン混合燃料（以下、プル
トニウム燃料と略称する。）２を装荷した径方向２領域
炉心であり、第２図はそれを逆に配置した径方向２領域
炉心である。また、第３図は微濃縮ウラン燃料１を内側
領域と外側領域とに装荷し、プル）＝ラム燃料２を微濃
縮ウラン燃料１の装荷領域にはさまれた炉心中間領域に
装荷した径方向３領域炉心である。第４図は炉心を軸方
向に分割し、炉心の上部領域に黴濃纏ウラン燃料１を装
荷し、下部領域にプルトニウム燃料２を装荷した軸方向
２領域炉心である。

なお、第１図〜第４因において、３は重水減速材。

４は重水反射体、５は炉心タンクを示す。

次に、上記した従来炉心の原子炉制御特性について説明
する。原子炉の制御特性に最も大きく関係する核的パラ
メータは、ボイド係数（冷却材の単位ボイド率変化あた
シの反応度変化量）である。

ボイド係数が正の大きな値をもつ炉心では、出力の上昇
にともなってボイド量が増加し、このボイド量増加によ
って、炉心に正の反応度か加わり、出力がさらに上昇す
るので、炉心の制御がむすかしくなるという問題を生ず
る。

第１図〜第４図に示した従来炉心のボイド係数をそれぞ
れ第５図に１点鎖線１，２点＠線す、３点鎖線Ｃ１破線
ｄで示しである。第５図において。

横軸の炉心平均ボイド率約１５％、約４０％は。

それぞれ炉心出力的３５％・約１００％時″′イー悲ド
率に相当する。　　　　　　　　　　　　　　　ΔＶ炉
心制御性の面から許されるボイド係数の炉心出力１００
％時の上限値線０．２Ｘ１０−’Δに／に／％でありＳ
第１図〜第４図に示す炉心の燃料配置では、いずれもこ
の上限値を超え制御性の曲で間両である。

本発明は上記に鑑みてなされたもので、その目的とする
ところは、ボイド係数を小さくでき、炉心制御特性を改
善することができる原子炉の炉心部構造を提供すること
にある。

本発明の特徴は、炉心を軸方向に３領域に分割し、炉心
上部領域および炉心下部領域にはそれぞれ黴−縮ウラン
燃料を装荷し、炉心中央領域にはプル）ニウム・ウラン
混合燃料を装荷した構成と　　　　・し要点にある。

壕ず１本発明Ｋ・至る基本となるボイド係数の低減法に
ついて述べる。炉心平均のボイド係数は。

次式から求められる。

ここに。

Δに／ΔＶｌ炉心平均のボイド係数（Δｋｌｋ１％ボイ
ド） ｌｖ＠、１）　　　１燃料＊ｙｉ　ン）　（’ｔ　ｊ、
　ｋ）ｒｃオケルメイド率変化量（％） φ−７１．ｋ　　　寥燃料セグメン）　（’−Ｊｅ　ｋ
）における中性子束（１／ｃ１ｎ勺 （Δに／Δすｔ；プル）ニウム燃料のｌイド係数（Δｋ
ｌｋ１％ボイド） （Δに／ｊマ）１クラン燃料のボイド係数（Δに／に７
％ボイド） ΔＶ　　　Ｈ炉心平均のボイド率変化量（％）（１）式
から炉心平均のボイド係＃！ｉを小さくするには、ボイ
ド率変化量の大きい領域および中性子束（出力）の高い
領域にｌイド係数が小さい燃料を自装置すればよいこと
がわかる。

第６図はプルトニウム燃料および微緩縮ウラン燃料のボ
イド係数線図で、！ｊ！ｉｉｆはプル）ニウム燃料、破
−ｇは微濃縮ウラン燃料のボイド係数である。３１１６
図からプル）ニウム燃料は、微濃縮ウラン燃料にくらべ
てボイド係数が小さいことがわ＄４．この主な理由を以
下に述べる。プルトニウム２３９は、中性子エネルギー
がα３ｅマ近傍で大きな共鳴吸収断面積をもっている九
め、プルトニウム燃料は徽濃縮ウラン燃料にくらぺて熱
中性子エネルギー領域（≦０．５２ｓｅｖ）ての中性子
吸収量が大きい、そこで、冷却材のボイド率の増加によ
って冷却材の中性子吸収量が減少しても、プルトニウム
燃料は、燃料集合体としての中性子吸収量の減少割合が
少なく１反応度を正にする因子が小さいためである。

し九がって、プルトニウム燃料をボイド率変化量が大き
い領域および出力が高い領域に装荷するようにすれば、
炉心平均のボイド係数を小さくすることができる。

次に、ボイド率分布およびボイド率変化量について考察
する。第７図は炉心出力が９０％と１００％のときの軸
方向ボイド率を示した線図でＳ１点鎖繰りは９０％炉心
出力＊　９％ｆｌｌＡ　’　ｕ　１００　％Ｆ　心出力
の場合を示す、第８図は炉心出力を９０％から１００％
に変更したときのボイド率増加量を示す線図である。第
７図から炉心出力が１００％のときのボイドＯ発生開始
点は、炉心下端から炉心有効長の約３／１５の位置であ
シ、炉心下端からこの位置までの領域では、ボイドが発
生しないことがわかる。マえ、炉心出力が低下すると、
ボイド発生点がこの１ゾ置より上方に杉材すゐことがわ
かる。したがって、炉心下端から炉心有効長の３／１５
までの領域には、いずれの燃料を用いても炉心のボイド
係数は変わらない。

また、第８図から炉心出力を変更した場合のボイド率変
化は炉心下端から炉心有効長の約６／１５の位置で最大
となり、１０．５／１５から炉心上端までの領域では５
Ｍ大変化量の約６０％と小さくなることがわかる。した
がって、ボイド率変化譬が大きい３７１５〜１０．５／
１５　の領域にボイド係数が小さいプルトニウム燃料を
装荷するようにすれば、炉心のボイド係数を小さくする
ことができる。

講９図は軸方向出力分布を示す線図でるる。この図から
も上記の３／１５〜１０．５７１５　　の領域では出力
が高く、この領域にプル）＝ラム燃料を装荷することが
望ましいことがわかる。

以下本発明を第１０図に示した実施例および第５図を用
いて詳細に説明する。

第１０図は本発明の炉心部構造の一実施例を示す炉心垂
直断面図である。第１０図においては。

炉心を軸方向に炉心下端から炉心有効長の３／１５荷し
、中央領域にプル）ニウム燃料２を装荷しである。３は
重水減速材、４は重水反射体、６Ｆｉ炉心タンクを示す
。

第１０図に示す実施例の炉心のボイド係数を第５図に実
１ｓｅて示す。この結果から本発明の実施例によれば、
炉心のボイド係数は、その値が最も大きくなる炉心出力
１００％（炉心平均ボイド率で約４０％のところ）時で
も、約０．１６Ｘ１０”Δに／に／％ボイドとなり、す
べての炉心出方レベルに対してボイド係数を炉心制御性
の面から許容される上限値Ｑ、２Ｘ１Ｇ”Δに／に７％
　ボイドを超えることがない、これＫよシ炉心制御特性
を改善することができる。　　　　′ オ九１本実施例では、炉心を軸方向に３領域に分割して
いゐので、炉心中央領域の中性子無限増倍率に−と炉心
上下部領域のに−を調整するととによシ、炉心軸方向出
方分布を平坦にすることが可能で、炉心の熱的余裕を増
大すること吃できる。

以上＃？、明したように１本発明によれば、ボイド係数
を小さくでき、炉心制御特性を改善できるという効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図はそれぞれ従来の燃料度［を示す炉心水
平断面図、第４図は従来の他の燃料配置を示す炉心垂直
断面図、第５図は各燃料配置におけるボイド係数のボイ
ド率依存性を示す４ｉｉｌＩ図、第６図はプルトニウム
燃料と微凝縮ウラン燃料のボイド係数のボイド率依存性
を示す線図、第７図は炉心軸方向ボイド率分布を示す線
図、第８図は炉心出力を９０％から１００％に上昇した
ときの炉心軸方向のボイド率増加量を示す触図、第９図
は炉心軸方向出力分布を示す線図、第１０図は本発明の
重水減速沸騰軽水冷却圧力管型原子炉の炉心部構造の一
実施例を示す炉心垂直断面図である。 １・・・黴績縮ウラン燃料、２・・・プルトニウム・ウ
ラン混合燃料、３・・・重水減速材、４・・・重水反射
体。 （ほか１名） 第５図 ０　　　１０　　　２０　　３０　　４θ　　５０が１
し−ＰＰ５Ｊボ゛４Ｙ率（ヅ・） 第６図 ホ゛イト率（７−）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、微濃縮ウラン燃料およびプルトニウム・ウラン混合
   燃料の２８ｉ類の燃料を装荷する重水減速沸騰軽水冷却
   圧力管型原子炉において、炉心を軸方向に３領域に分割
   し、炉心上部領域および炉心下部領域にはそれぞれ前記
   微濃縮ウラン燃料を装荷し、炉心中央領域には前記プル
   トニウム・ウラン混合燃料を装荷してなることを特徴と
   する原子炉の炉心部構造。