JPS5913982A

JPS5913982A - 原子炉の炉心構造

Info

Publication number: JPS5913982A
Application number: JP57123658A
Authority: JP
Inventors: 律夫吉岡
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1982-07-15
Filing date: 1982-07-15
Publication date: 1984-01-24

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】〔発明の技術分野〕本発明は燃料経済性の向上を図った原子炉の炉心構造に
関する。

〔発明の技術的背景〕

第１図は沸騰水形原子炉の概略構成を示すもので、原子
炉圧力容器１の内部には多数の燃料集合体２が第２図の
如く正方格子状に装荷されて炉心４を構成するとともに
冷却材（軟水）６が収容され、また上記炉心４の上方に
は気水分離器８．さらにその上方に蒸気乾燥器ＩＯが設
けられている。そして原子炉圧力容器１の底部には制御
棒駆動機構１２が設けられている。この制御棒駆動機構
１２は中性子吸収機能を有する十字形断面の制御棒１４
を炉心４の下方より前記燃料集合体２間に対し挿入又は
引抜操作して炉心４（二おける核燃料の反応度を制御す
るように構成されている。

そこで、核燃料の反応熱により加熱沸騰した冷却材６は
気水分離器８により気水分離され、蒸気成分は蒸気乾燥
器１０で乾燥されたのち。

主蒸気配管１６を通して発電機駆動用のタービン（図示
せず）へ供給される。またタービン駆動後の冷却利６は
復水器（図示せず）で冷却液化され、給水管１８より原
子炉圧力容器１内へ戻され、炉心４の上方に環状（二装
置された給水スフ９−ジャ２０ｆ通して散水される。

前記燃料集合体２は、第３図に示す如く、多数の燃料棒
２２と少数（１〜２本）のウォータロッド２４とを正方
格子状（８Ｘ８）に配列してスペーサ（図示せず）によ
り拘束し、これを角筒状のチャンネル２６内（二収容し
て構成されている。なお、各燃料棒２２はチューブ内に
ペレット状（二形成された核燃料を収容して構成されて
いる。

ところで沸騰水形原子炉では、炉心４の核燃。

料燃焼度が約Ｉ　Ｑ　ＧＷＤ／Ｔ　ｌ二連するまでの期
間を１サイクルとして、各サイクル終了時に炉心に装荷
された燃料を一部分ずつ新燃料と交換することが行なわ
れる。１サイクルの運転期間は一般に約１年であり、１
回の交換ごとに全装荷燃料の％〜％ずつ取出して新たな
燃料を装荷する。また炉心４の平均無限増倍率（５）は
、各サイクル末期においても、１０５〜１．０７程度を
確保する必要があり、このため、１サイクルの運転期間
を約１年とした場合、炉心４に最初に装荷される燃料す
なわち初装荷燃料としては、可燃性毒物がないと仮定し
たときの無限増倍率（Ｋｏｏ）が約１１５であるＵ２３
５濃縮度約２．２チのものが使用されている。ただし実
際（二は可燃性毒物を含むため、第４図に示す如く運転
開始時の無限増倍率は約１．０５程度であり、可燃性毒
物の燃焼が進むにつれて無限増倍率は若干上昇する傾向
がある。そしてサイクル末期には可燃性毒物が殆んど燃
焼し尽して、以後、無限増倍率は直線的に下降すること
になるのである。

ところが第２サイクル以降は、全燃料が１サイクル以上
使用されたものであるため（二、ｙ４〜ｈ程度の燃料な
Ｕ２３５濃縮度約２．２チのものと交換しても、サイク
ル末期まで平均無限増倍率を１８０５以上に維持するこ
とはできない。そこで、第２サイクル以降に装荷される
新燃料としては■２３５濃縮度約３０チのものが使用さ
れている。

また、燃料交換の度に炉心４より取出された燃料は、使
用済燃料として再処理工場へ送られ、解体される。

〔背景技術の間随点〕

第４図はＵ２３５濃縮度約２．２％の初装荷燃料及び第
２サイクル以降に使用されるＵ２３５濃縮度約３．０条
の交換燃料の無限増倍率の変化を示すものであるが、こ
の図に示すように、初装荷燃料の無限増倍率は第１サイ
クル終了時で約１．０７．第２サイクル終了時でも約０
．９８はある。これらの燃料は使用済燃料として解体さ
れるのみであるから、これらを再使用することができれ
ば燃料経済性の向上に役立つことは明らかである。

〔発明の目的〕

本発明は、このような事情にもとづいてなされたもので
、他の原子炉において１サイクル以上使用され、炉心よ
り取出された燃料の再使用を図ることにより、燃料経済
性の向上を図ることができる原子炉の炉心構造を提供す
ることを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明に係る原子炉の炉心構造は、他の原子炉において
１サイクル以上使用された燃料が新燃料とともに装荷さ
れ、１サイクル運転期間末期における平均無限増倍率が
１．０５１Ｍ上となるように構成したことを特徴とする
ものであり。

これによって使用済燃料の再使用が図れ、燃料経済性を
向上することができるものである。

〔発明の実施例〕

第５図は本発明の第１実施例を示すもので、沸騰水形原
子炉における第１サイクル運転開始時の炉心１０１を示
している。この炉心１０１は、新燃料を収容した新燃料
集合体１０２と、他の原子炉で１サイクル以上使用され
、その炉心より取出された使用済燃料集合体１０４とを
約３：１の割合で装荷して構成されている。

なお５図中Ｘ印で示すものが使用済燃料集合体１０４で
あって、各単位格子ごとに１体ずつ装荷されている。ま
た図中１０６は各単位格子ごとに、４体の燃料集合体１
０２．１０４を区画する如く挿入された十字形断面の制
御棒である。

ここで、新燃料集合体１０２中の新燃料のＵ２３５濃縮
度は２．２〜２．５であり、可燃性毒物が含まれていな
いと仮定したときの無限増倍率（ＫＱｏ）は１，１５以
上である。また使用済燃料集合体１０３中の燃料は、１
サイクル運転期間中、可燃性毒物が燃焼するので無限増
倍率は減少しておらず、１．０７程度である。

そして、新燃料と再使用する燃料との割合及び新燃料の
Ｕ２３５濃縮度は、再使用する燃料の無限増倍率及び１
サモよって決定されるが、その決定のための条件は、１サモ平均増倍率が１０５以上となるようにすることである。

以上の条件を嵩足させることにより、他の原子炉で１サ
イクル以上使用され、その炉心より取出された燃料の再
使用が可能になり、その結果燃料経済性が向上する。す
なわち、Ｕ２３５濃縮度２．２％の使用済燃料集合体１
０４を８８体装荷し、その他の位置にＵ２３５濃縮度２
．５チの新燃料集合体１０２を装荷した場合、燃料費を
約２５−節減することができる。さらに再処理燃料の減
少も図られることになる。

また、この実施例では使用済燃料集合体１０４を各単位
格子ごとに１体ずつ装荷しているので、無限増倍率及び
燃焼度（ＧＷＤ／Ｔ　）の低い使用済燃料の影響を炉心
全体に均等に分散することができる。

次に第６図に示す第２実施例について説明する。この実
施例は、炉心１０１の最外周部のみに再使用する燃料集
合体１０４を装荷し、他はすべて新燃料集合体１０２と
したものである。

また、新燃料のＵ２３５濃縮度及び１サモ運転期間は、
運転期間末期における炉心１０１の平均無限増倍率が１
．０５以上となるように設定されている。

この実施例でも他の原子炉で１サイクル以上使用された
燃料集合体１０４の再使用により燃料費を約１０％節減
することができ、再処理燃料の減少も図られる。

また、この実施例では他の原子炉で使用された燃料集合
体１０４’ｆ、炉心１０ノの反応度に対する影響の少な
い最外周部のみに装荷しているので、新燃料としては、
Ｕ２３５濃縮度が従来通り２．２％程度のものでも実施
可能である。

また他の原子炉で使用された燃料集合体１０４を最外周
部のみでなく、やや内側にも装荷することも可能である
。この場合、他の原子炉で使用された燃料集合体１０４
の増加に伴ない、新燃料なＵ２３５濃縮度の高い５例え
ば２．３％程度のもの（＝すれば、第１サイクル運転期
間を特に短縮することな〈実施できる。

次に第７図に示す第３実施例について説明する。この実
施例は、炉心１０１における挿入・引抜の使用頻度の高
い士数体の制御棒１０６を選択し、それらの制御棒１０
６の隣接位置に他の原子炉で使用された燃料集合体１０
４を装荷し、その他の位置には新燃料集合体１θ２を装
荷しているものである。

使用頻度の高い制御棒１０６の配置・臂ターンは一定で
はなく、第７図はその一例にすぎないが、この場合は炉
心１０１において、縦、横、斜めのいずれの方向にも１
つおきとなるように設定されている。

一般に、挿入・引抜の使用頻度の高い制御棒に隣接する
燃料集合体は、制御棒の挿入操作によってその反応度が
制限されるため、１体当りの出力は他の燃料集合体より
低い。よって、この実施例では炉心１０１の反応度に対
する影響を小さくできるとともに、制御棒操作による炉
心１０）全体の出力歪みを減少させることもでき、出力
運転時の制御棒操作が容易となる。

また、使用頻度の高い制御棒１０６の隣接位置以外にも
他の原子炉で使用された燃料集合体１０４を装荷するこ
とは可能であり、要は、１サイクル運転期間末期におけ
る平均無限増倍率が１．０５以上となる条件を満足する
ように、使用済燃料の無限増倍率の不足分を新燃料で補
なうようにすればよいものである。

次に第８図に示す第４実施例について説明する。この実
施例は、他の原子炉で使用された燃料集合体１０４の配
置に関する限りでは、ちょうど前記第２．第３両実施例
を合せたような構成のものである。すなわち、他の原子
炉で使用された燃料状合体１０４は炉心１０１の最外周
部と、挿入・引抜頻度の高い制御棒１０６に隣接する位
置に装荷され、その他の位置には新燃料集合体１０２が
装荷されている。

このような構成にすることにより、他の原子炉で使用さ
れた燃料集合体１０２の数が多い割には炉心１０１の反
応度に対する影響が少なく、したがって、新燃料のＵ２
３５濃縮度を著しく高めたり、１サモることなしに、１サモ増倍率を１０５以上とすることができ、所期の目的を達
することができる。

以上種々の実施例について説明したが、本発明はこれ以
外の構成によって実施できる。例えば他の原子炉で使用
された燃料として、Ｕ２３５濃縮度の異なる複数種類の
ものを混在させて炉心に装荷してもよい。また天然ウラ
ンのＵ２３５濃縮度は約０．７％であるが、このような
天然ウランを混在させることも可能である。

〔発明の効果〕

以上詳述したように５本発明に係る原子炉の炉心構造は
、他の原子炉で１サイクル以上使用された燃料が新燃料
とともに装荷され、１サイクル運転期間末期における平
均無限増倍率が１．０５以上となるように構成したもの
であり、他の原子炉で１サイクル以上使用され、その炉
心より取出された燃料の再使用によって炉心経済性の向
上を図ることができる。また、再処理すべき使用済燃料
の計ヲ減少させる効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は沸騰水原子炉の概略構成図、第２図は沸騰水形
原子炉の炉心平面図、第３図は燃料集合体の横断面図、
第４図は核燃料の燃焼度と無限増倍率との関係を示す図
、第５図は本発明の第１実施例を示す炉心平面図、第６
図は第２実施例を示す炉心平面図、第７図は第３実施例
を示す炉心平面図、第８図は第４実施例を示す炉心平面
図である。１０１・・・炉心、１０２・・・新燃料集合体、１０４
・・・他の原子炉で１サイクル以上使用された燃料集合
体、１０Ｂ・・・制御棒。出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦第２図第３図第４図爆焼捜（ＧＷＤ／Ｔ）第５図第７図第８図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）他の原子炉において１サイクル以上使用された燃
料が新燃料とともに装荷され％１サイクル運転期間末期
における平均無限増倍率が１．０５以上となるように構
成したことを特徴とする原子炉の炉心構造。
（２）他の原子炉において１サイクル以上使用された燃
料が、炉心の最外周部に装荷されていることを特徴とす
る特許請求の範囲第（１）項記載の原子炉の炉心構造。
（３）他の原子炉において１サイクル以上使用された燃
料が、挿入・引抜の使用頻度の高い制御棒の隣接位置に
装荷されていることを特徴とする特許Ｎｕ求の範囲第（
１）項記載の原子炉の炉心構造。
（４）他の原子炉において１サイクル以上使用された燃
料が、炉心の最外周部と、挿入・引抜の使用頻度の高い
制御棒の隣接位置とに装荷されていることを特徴とする
特許請求の範囲第（１）項記載の原子炉の炉心構造。