JPS60195492A

JPS60195492A - 制御棒

Info

Publication number: JPS60195492A
Application number: JP59050983A
Authority: JP
Inventors: 孝太郎井上; 亮司桝見
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1984-03-19
Filing date: 1984-03-19
Publication date: 1985-10-03

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】〔発明の利用分野〕本発明は、高速増殖炉とその制御棒に係り、特圧、制御
棒に含筐れる中性子吸収物質の節約と、制御棒に関連し
た放射性廃棄物を低減した高速増殖炉に関するものであ
る。

〔発明の背景〕

一般に原子炉は、原子炉起動時の出力上昇、及び定格出
力達成後の燃料の燃焼により、その反応度が失われる。

したがって、それらの反応度損失を補償するため１通常
に燃焼期間に原子炉に燃料を余分に装荷することにより
・反応度を大きくとり、所定の燃焼期間経過後に行なわ
れる燃料交換によって、新燃料が炉心に装荷される壕で
の間・反応度が下がり過ぎて原子炉が停止することのな
いようにしている。

一万、原子炉運転中は、核暴走の起こらないように、原
子炉をちょうど臨界に保つことが必要である。そのため
、原子炉には中性子をよく吸収する物質を含んだ制御棒
が備えてあり、これを炉心に挿入して、余分な反応度を
減じ、原子炉がちようど臨界になるようにしている。

高速増殖炉の炉心には、燃料として核分裂性物及び燃料
親物質が装荷され、その形状は１通常、円柱状をしてい
る。第１図、及び第２図に、その−例を示した。これら
の炉心に・内側炉心２０と外側炉心２１で示す、核分裂
物質の濃縮度の異なる炉心燃料頭載と、これを増り囲む
・軸方向ブランケット領域４０と径方向ブランケット領
域３０とで構成され、上部の軸方向ブランケット側から
制御棒が挿脱されるようになっていす。

高速増殖炉の制御棒５０，５１，５２．６０に。

この例のように、炉心の上側から挿入される（制御棒駆
動機構も炉心の上側にあるｌ　ｔａｉ！合が多いが。

その挿入深さは、原子炉起動時が最も大きく・定格出力
達成後、燃焼が進むと共に減少し、燃焼末期で最小とな
る。したがって、第３図に示すように制御棒５０が、燃
焼期間を通じて、炉心内部に挿入されている時間が長い
、すなわち、制＠棒に含マれる、ボロン、タンタル等の
中性子吸収物質の消耗が著しいのに３その下端の部分で
あり・制御棒の上端の部分については、炉心外部に滞在
する時間が長いので２中性子吸収物質の消耗は、比較的
少ない。

従来の制御棒はｍ４図のように、吸収体領域が軸方向に
一体となっていた。制御棒の寿命は核的な寿命の短かい
（中性子吸収物質の消耗が著しい）下端部の寿命をもっ
て決足され・燃料交換時に合わせて、すべて新しい制御
棒と交換していた。このため、それほど消耗していない
、制御棒の上端部に含まれる中性子吸収物質が無駄にな
るばかりでなく、これらの中性子吸収物質と、その被覆
材、保護管等が廃棄されることにより、不必要な放射性
廃棄物となっていた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は２以下の項目１．〜３．によりコスＩｆ
低減した高速増殖炉を提供することにある０１、原子炉運転時の出力調整のための制御棒（調整棒）
に使用する中性子吸収物質の節約２、調整棒交換により
生ずる放射性廃棄物の低減３、調整棒加工費の低減〔発明の概要］本発明に基く高速増殖炉は、従来と同様７炉心ブランケ
ツト・及び制御棒を有するが・制御棒のうち、出力調整
に用いる調整棒の・ボロン−またはタンタル等を含む、
中性子吸収物質領域を上下に２分割し１機械的に分離で
きるようにしたことが特徴である。

本発明は、燃焼期間を通じて、調整棒の各部分が均等に
炉心内部に挿入されるので汀なく、下端部はど、炉心内
部に挿入されている期間が長く。

したがって、そこに含まれる中性子吸収物質の消耗が著
しいこと、逆に調整棒の上端部では、中性子吸収物質の
消耗が少ないことに注目したものであり、上下に２分割
した中性子吸収物質領域のうち、消耗の著しい下部のみ
を、燃料交換時に合わせて交換し、上部は数運転サイク
ルにわたって使用するというものである。

〔発明の実施例〕

以下に１本発明を実施例によって説明する。対象とする
高速増殖炉の炉心は、プルトニウムとウランの混合酸化
物を炉心燃料とし・劣化ウランをブランケット燃料−８
４Ｃを中性子吸収材、液体ナトリウム全冷却材とした場
合についてのものであるが、上記以外の燃料、中性子吸
収材、及び冷却材を用いた場合についても、本発明を適
用することに可能である。

第１の実施例を第５図、第６図、及び第７図に示す。第
５同は炉心の構成図、第６図は制御棒の運用状態を表す
図、第７図は得制御棒の構成図である口第５図で、領域２０．２１はそれぞれ、内側炉心、外側
炉心であり、プルトニウムを富化した劣化ウランが装荷
される。領域３０．４０１：ｔそれぞれ、径方向ブラン
ケット、及び軸方向ブランケットであり、劣化ウランが
装荷される。制御棒５３゜６０のうち、５３が本発明に
基ぐ・高速増殖炉で用いる、上下分離構造の調整・起ａ
陣、６０は後備系統ｎを表している。

原子炉の主要な炉心設計パラメータを第１表に示す。設
計条件は、従来例１．２と同じにしている０第７囚において、制ａ棒は、複数の中性子吸収ロッド８
Ａ、８Ｂ、上部タイプレート１１．中間部タイブレー）
２０，２１．及び下部タイプレート１６から構成される
。中性子吸収ロッドは、中間部タイプレート２０，２１
によって上下に分割されており、それぞれについて、被
覆管７Ａ、７Ｂの両端を端栓９Ａ、９Ｂによって密封し
・上記被覆管内部にはＢ４Ｃペレツ）１０を充填してい
る。

本実施例では、Ｂ４ＣペレットＩＯＡ、ＩＯＢは同等の
ものを用い、Ｂ４Ｃペレット１０Ａの上端カラー　Ｂ４
　Ｃベレット１０Ｂの下端までの長さ全炉心高さと等し
くとる。

中性子吸収ロッド８Ａ、８ＢＵそれぞれ、上部タイプレ
ート１１及び中間部タイプレート２０゜中間部タイプレ
ート２１及び下部タイグレート】６に増付けられる。上
部タイプレート１１と中間部クイブレート２０．及び中
間部タイプレート２１と下部タイグレート１６に、それ
ぞれ円筒カバー２２Ａ、２２Ｂによって結合され、上部
制御棒５３Ａと下部制御棒５３Ｂは、中間部タイブレー
４２０．２１によって結合される。中性子吸収ロッドは
、円筒カバー内に配置される。上部タイプレート１１Ｈ
，その上端部に連結部１３を有し・これは制御棒駆動装
置（１図示していない）と連結される。制御棒駆動装置
ｔは、モーターの回転力を用いて、制御棒５３Ａ、５３
８に炉心に挿入したり、炉心から引抜いたりする。

次に、上記の構成に基〈効果を説明する。第６図の（ａ
）、　（ｂ）、　（Ｃ）、　（ｄ）は、それぞれ原子炉
停止時。

運転サイクル初期、運転サイクル中朋、運転サイクル末
期における制御棒の炉心への挿入状態を模式的に表した
ものである。これを見て解るように、運転サイクルを通
じて、炉心に挿入されている期間が長く、含まれる中性
子吸収物質の消耗が著しいのは、下部制御棒５３Ｂであ
り、上部制御棒５３Ａの炉心内部への滞在時間は平均し
て、下部制御棒５３Ｂの約１／３である。したがって、
上部制御１１５３Ａに含まれる。中性子吸収物質の消耗
は、下部制御棒５３Ｂに金種れる。中性子吸収物質のそ
れに比べて、平均して約１７３程度である。このことか
ら、従来例１．２でに燃料交換時にすべて交換していた
調整棒・またげ主系杭棒を・本実施例においては、下部
制御棒５３Ｂのみを各運転サイクル終了時に交換し・上
部制御棒５３Ａは、３サイクル終了するごとに交換する
にとどめることができ・全体として、中性子吸収物質の
消費量が約１７２に・したがって、制御棒の交換時に発
生する放射性廃棄物の量も約１７２に低減される。また
制御棒の加工費の低減を期待できる。

第２の実施例を第８図により説明する。同図は第１の実
施例と同様、上下分離型制御棒であるが、上部制御棒６
１Ａ、下部制御棒６１Ｂそれぞれの中性子吸収体部の長
さを、炉心高さに等しくシ。

それぞれに含まれるＢ４Ｃ中のＩＯＢの濃縮度を・下部
制御棒については、原子炉を１サイクル運転するに必要
なだけの反応度価値を持つように定め、上部制御棒につ
いては、下部制御棒との反応度価値の差が、ちょうど原
子炉を起動させるのに必要な反応度価値となるように、
下部制御棒のそれよりも大きくとる。すなわち、起動棒
と調整棒を上下に連結した制御棒である。制御権の運用
状態全第９図に示す。これに類する先行技術は存在する
。

これを第１０図に示す。この先行技術では、上下の吸収
体領域が一体となっているため、・燃料交換時に全て交
換しなくてはならず、炉停止時にしか炉心部に挿入され
ない。上側の吸収体領域の吸収物質が無駄になるばかり
でなく、放射性廃棄物となってしまう。これに対して１
本実施例では、下部制御棒のみを、燃料交換時に交換す
ることにより・全体として中性子吸収物質（ここで１ｄ
Ｂ４Ｃ）の節約と、放射性廃棄物の清の低減、さらには
、？！１１（財）棒加工費の低減が期待できる。

第３の実施例を第１１図により説明する。同図は第２の
実施例において、上部、下部の吸収体領域の、Ｂ１０中
のＩＯＢの濃縮度を等しくし・下部Ｂ４Ｃペレットを中
空ペレットにしたものである。

これも先行技術があるが、上下の吸収体領域が一体とな
っており、本実施例でに、上下の吸収体領域を分離する
ことにより、第２の実施例と同様な効果が得られる。

第４の実施例ｔ−第１２図により説明する。同図に第３
の実施例において下部ペレット１０ＦをＢ４Ｃにベリリ
ウム等の中性子を減速させる物質を添加したものとして
いる。Ｃれも先行技術があるが、やはり、上下の吸収体
領域が一体となっており・本実施例でに、上下の吸収体
領域を分離することにより、第２の実施例と同様な効果
が得られる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、高速増殖炉の制御棒において・中性子
吸収体領域を２つに分離した嘴造にすることにより、中
ヰ子吸収物質の消耗の著しい部分のみを新しいものと交
換することが可能となり、これによって、従来例と比べ
て、中性子吸収物質の節約、放射性廃棄物の量の低減・
制御棒加工費の低減の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は高速増殖炉の炉心の構成を示す水平及び垂直部
の説明図、第２図は高速増殖炉の炉心の構成を示す水平
及び垂直部の説明向、第３図は高速増殖炉の炉心と制御
棒の模式図、第４図は制御棒の断面図・第５図は高速増
殖炉の炉心の構成を示す水平及び垂直部の説明（１２１
，第６図は高速増殖炉の炉心と制御棒の模式図、第７図
は制御棒の断面図、第８因に佃制御柿の断面図、第９図
は高速増殖炉の炉心と制御棒の模式図、第１０図に制御
棒の断面向、第１１図は制御棒の断面図、第１２南は制
御棒の断面図である。２０・・・内側炉心、２１・・・外側炉心、３０・・・
径方向ブランケット、４０・・・１紬方向ブランケツト
、５０・・・調整・起動棒、５１・・・調整棒、５２・
・・起動棒、５３・・・上下分離型調整・起動棒、５４
・・・長尺調整起動棒一体型制御棒、６０・・・後備系
杭棒・６１・・・長尺調整・起＠棒一体分離可能型制御
棒、８・・・中性子吸収ロンド、１０．ＩＯＡ、ＩＯＢ
、ＩＯＣ。１０１）、１０Ｅ・・・Ｂ４Ｃペレット（中実）、１０
Ｆ・・・Ｂ＜Ｃペレット（中空１−１０６・・・減速材
Ｂ４Ｃ混合ペレット。代理人　弁理士　高僑明夫第　１　ｍ第３Ｚθ （ａ）　（ｂ）（Ｃ）　（の拓ＬＪ−閏第５図Ａ。第（ａ）（８）（ｃ）　（ｄ）第　７図六々弔２θ ９図（Ｃ）　（ｃｌ）拓　ｌｌ　図！３５ ”　１．ＩＡノ１９ハ１０ハＺ２ハＡ７ハ鰻Ｚθ Ｚ／　′７ＣＪ／８２１５ｏＦ８Ｂヲｐ

Claims

【特許請求の範囲】１、核分裂性物質の富化されｉｓ料よりなる炉心領域・
燃料親物質を主成分とするブランケット領域・及びボロ
ン・タンタル等の中性子吸収物質を含み、炉心頭載に随
時挿入される制御棒を有する高速増殖炉において、上記
制御棒の中性子吸収物質領域を上下２領域に分割し、そ
れぞれの領域の中性子吸収能力（反応度価値）を等しく
し・かつ・頑斌ごとに独立に交換できるような構造を有
すること全特徴とする制御棒。２、特許請求の範囲第１項において・中性子吸収・物質
領域の長さを、炉心高さの２倍にし、２つの領域の中性
子吸収物質の反応度価値を、先端側のそれ全他方側のそ
れよりも、ちょうど原子炉の起動に必要な反応度の大き
さだけ・小さくしたことを％徴とする制御棒。３、特許請求の範囲第１項、及び第２項において、先端
側の領域の中性子吸収物質の濃縮度を他方領域のそれよ
りも小さくしたことを特徴とする制御棒０４、％許請求の範囲第１項、及び第２項において、先端
側領域における中性子吸収物質の体積比率全２他方領域
のそれよりも小さくしたことを特徴とする制御棒。５、特許請求の範囲第１項、及び第２項において・上下
領域で、中性子吸収物質のペレットの濃縮度は等しいが
・先端側領域に中空ペレツ）ｋ、他方領域に中実ペレッ
トを装荷したことを特徴とする制御棒・６、特許請求の範囲第５項において、先端側領域に、他
方領域と同じ中実ペレットと、中性子を減速させる物質
とを混在させて装荷したことを特徴とする制御棒。７、％許請求の範囲第１項、及び第２項において、先端
側領域における、単位長さ当たりの中性子吸収能力を、
制御棒の先端に近いほど小さくしたことを特徴とする制
御棒。