JPS6031087A - 高速増殖炉炉心 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、電気量カフ００〜８００ＭＷ級ないしそれ以
上の液体ナトリウム冷却、酸化物燃料の高速増殖炉炉心
に関するものである。

〔発明の背景〕

大型為速炉で安全上問題になる大きな正のナトリウムボ
イド反応度を減少させ、また燃料の増殖率全向上させる
炉心概念として径方向非均質炉心が良く知られている。

この炉心の構成例全第１図に示す。一般に、径方向非均
質炉心は、核分裂性ウランまたはプルトニウム金富化し
た燃料を生成分とした炉心領域１の燃料集合体の一部を
、減損ウランあるいは天然ウラン燃料全生成分とした径
方向ブランケット領域２の燃料集合体と同一の集合体で
置き換えた（この領域を内部ブランケットと称する）構
成となっている。径方向非均質炉心は、増殖率の向上と
ナトリウムボイド反応度の減少には有効であるが、次の
ような３つの問題点がある。

■　相対的に出力密度の小さい内部ブランケット領域を
設けるため、同一の出力を得るためには、均質型の炉心
に比べ内部ブランケット領域３を含めた炉心体積を大き
くする必要がめる。

■　運転期間中に、内部ブランケット領域３にプルトニ
ウムが生成され蓄積されるため、この領域の出力が大き
く増大する。したがって、燃料の過熱を防ぐためこの領
域の燃料集合体の寿命中、最大の出力に対応した冷却材
（ナトリウム）を流した場合、燃料集合体の低い初期に
おいては、炉心領域の燃料集合体から流出する冷却材温
度に比べ、非常に低い温度（１００℃以上低い）の冷却
材が流出することになる。

■　内部ブランケットに蓄積されるプルトニウムの分布
を軸方向にみた場合、中性子束密度の高い炉心中心まで
蓄積量が大きくなるため、中性子束密度分布の軸方向ピ
ーキング、したがって出力分布のピーキング金ますます
増大することになる。

安全性および増殖率を向上させるもうひとつの炉心概念
として、第２図に示すような軸方向非均質炉心がある。

この軸方向非均質炉心は、炉心領域に装荷する燃料ピン
の一部に部分的に軸方向ブランケットと同一の燃料全充
填することにより、炉心領域の軸方向中心面付近に、径
方向に広がる円盤上の内部ブランケット領域金膜けたも
のである。この軸方向非均質炉心では、上に述べたよう
な問題はない。しかしながら、内部ブランケット全構成
する燃料集合体の形状は、燃料の組成を別にすれば、炉
心領域のものと同一であり、径方向非均質炉心のように
、一般に燃料ピンの径が太く、燃料体積比の大きい径方
向ブランケット領域の燃料集合体で内部ブランケットを
構成した場合に比べ、とくに炉心領域の燃料ピンの径が
小さい場合（〜７ｍｍ以下）、径方向非均質炉心に比べ
増殖率の改善量が少ない。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、径方向非均質炉心と同程度ないしそれ
以上に増殖率が高く、かつ径方向非均質炉心のような問
題（内部ブランケラトラ含めてみた場合の出力ビーキン
グが大きく、かつ運転期間中の燃料集合体の出力変動が
大きい）のない炉心概念全提供しようというものである
。

〔発明の概要〕

本発明は、径方向非均質炉心と同様に、内部ブランケッ
トは、径方向ブランケットと同じように径の大きな燃料
ビン全台む燃料集合体で構成するが、さらに、その燃料
ピンの中性子束密度が相対的に低い部分、例えば炉心領
域の上下端にあたる部分には核分裂性ウランまたはプル
トニウムを富化した燃料を充填したことを％徴とする。

こうすることにより、出力密度の極端に低い領域がなく
なり、内部ブランケットおよび炉心領域全体の出力ビー
キング・ファクターが小さくなる。また、内部ブランケ
ット領域を構成する燃料集合体は、装荷時より核分裂性
ウランまたはプルトニウムを富化した燃料を部分的にで
あるが有しているため、ある程度出力が大きく、運転期
間中の出力の変動率が相対的に小さくなる。安全性およ
び増殖率については径方向非均質炉心と同程度ないしそ
れ以上となることが期待できる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を示す。

第３図および表１に本発明の一実施例を示す、。

水平断面図（ａ）でみた場合、燃料集合体および制御棒
４の配置は、第１図に示した径方向非均質炉心と同一で
あるが、第６図の垂直断面図に示すように、軸方向の燃
料成分の分布が異なる。すなわち、径方向非均質炉心で
に、内部ブランケット用として装荷する燃料集合体は、
径方向ブランケット領域２の燃料集合体と同一であり、
装荷時には燃料として減損ウランないし天然ウランのみ
を含むが、本発明では、炉心領域の上下端に相当する部
分に、炉心領域と同じように核分裂性ウランないしプル
トニウムを富化した燃料（富化度は必ずしも炉心領域と
同一でなくともよい）が充填されている。

すなわち、この領域に装荷される燃料集合体の燃料ピン
は、径方向ブランケットと同じように、炉心領域の燃料
ピンに比べ太径であり、各ピンの中には、下方から、減
損ウランないし天然ウラン（下部のブランケットに相当
）、核分裂性ウランないしプルトニウムを富化したウラ
ン、減損ウランないし天然ウラン（内部ブランケラトラ
構成する）、核分裂性ウランないしプルトニウムを富化
したウラン、および減損ウランないし天然ウラン（上部
のブランケットに相当）がこの順序で充填されている。

なお、燃料ピンの径は軸方向には一様でｈる。

本発明によれば、類似の均質炉心（内部ブランケットは
設けず、径方向内側領域の富化度を相対的に低く、外側
領域の富化度を相対的に高くして出力分布の平均化を計
った炉心）に比べ、正のナトリウムボイド反応度は径方
向非均質炉心と同じように約３０％低減することができ
、安全性が向上する。また、増殖率も大幅・（本実施例
の場合約８％）に向上し、径方向非均質炉心に比べても
１チ近く向」ニする。また、出カビーキング番ファクタ
ーは径方向非均質炉心に比べ約３チ小さくなり、同一の
集合体数ならばそれだけ炉心出力を上げることができ、
逆に同一出力とするならば集合体数を減らすことができ
る。

高速炉では、一般に出力の上限は燃料ぺＶットの最高温
度で抑えられ、最高温度は、燃料ピンの最大単位長出力
でほぼ決定する。

運転期間中に内部ブランケット領域にプルトニウムが生
成され蓄積されるために、内部ブランケットを構成する
燃料集合体の出力が増大し、炉内に装荷された直後に比
べ、例えば３年間の炉内滞在期間の末期の出力は４〜５
倍にも達することがある。各集合体の流量は、寿命期間
中の最大出力にほぼ比例して決定する必要があるが、こ
うした場合、出力の相対的に小さい装荷直後には過大な
流量が与えられることになり、相対的に出力の高い集合
体の流量が減らされて温度が高くなってしまうだけでな
く周辺の集合体から流出する冷却材に比べ、極端に低い
温度で流出し、炉心上部構造に熱応力を発生するという
問題がある。これに対し、本発明では、装荷時から、内
部ブランケットを構成する燃料集合体の一部に核分裂性
ウランないしプルトニウムが充填されているため、ある
程度出力が高くなっており、また、運転期間中に、この
核分裂性ウランないしプルトニウムは減少して行くため
、炉内滞在期間中のこの集合体の出力の変動率は、径方
向非均質炉心の２分の１程度に低減することができる。

第４図に他の実施例を示す。

先の実施例では、内部ブランケットの軸方向の長さが一
様であったが、本発明では、水平面でみて、相対的に中
性子束密度が低くなる位置の燃料集合体はど内部ブラン
ケットの長さを減らす、すなわち核分裂性ウランないし
プルトニウムヲ富化しｆｃ、燃料を充填した部分の長さ
を長くし、出力分布の一層の平均化全針っている。さら
に、第５図のように、核分裂性ウランないしプルトニウ
ムを富化した燃料を充填しない燃料ピンないし集合体を
部分的に設ける（とくに中性子束密度の高い位置に）こ
とが可能である。この場合には、これらの燃料集合体は
運転期間中の出力変動が大きくなるため、他の集合体に
比べ、炉内滞在期間を短縮する等の方策をとることも考
えられる。

他の実施例として、内部プランケツｉ構成する燃料集合
体のうち、中性子束密度が高く、燃料ピンの単位長出力
が大きくなるものについては、炉心を構成する燃料集合
体と同様に、ピン径を細く１〜たり、核分裂性物質を富
化した燃料の富化度全相対的に低くすることも考えられ
る。ピン径を細くした場合、増殖率は着干下がるが、炉
心平均の出力密度はさらに上げることが可能である。

（９） 炉心構成についても、第３図に示したもののほかに種々
のものが考えられる。他の２つの実施例を第６図と第７
図に示す。第３図に示した実施例では、水平面でみると
、リング状に内部ブランケット用の集合体が配置されて
いるのに対し、第６図では規則的に、炉心領域の外周付
近を除いて一様に近い形で配置されており、また第７図
では、内部ブランケット用の集合体が幾つかの大きなブ
ロックとして配置されている。

なお、以上の実施例において、内部ブランケットの燃料
は減損ウランないし天然ウランとしたが、この領域の燃
料ピンの単位長出力が、運転期間を辿じ炉心領域の燃料
ピンの最大単位長出力を越えない範囲で核分裂性ウラン
またはプルトニウムをわずかに富化することもできる。

すなわち、内部ブランケット領域の形状（寸法と配Ｉｔ
）、内部ブランケット領域に装荷する燃料ピンの径、お
よび富化度は、目的とする性能を達成するために任意に
変え得るが、本発明の特徴は、内部ブランケットに装荷
する燃料ピンの一部ない（１０） し全部會、炉心領域に装荷する燃料ピンより太く（〜、
かつその少なくとも一部の燃料ピンの富化度を軸方向に
変化させたことである。本発明により、すでに述べたよ
うに、炉心の安全性および経済性を大幅に向上すること
ができる。

表１　実施例の炉心仕様 熱出力　２５００ＭＷ 冷却材流量　４８５００１／ｈ 運転期間（定格出力）　２９２日 燃料交換バッチ数　３ 炉心高さ　１００ｃｍ 軸方向ブランケット厚　３５ＣｍＸ２ 燃料ビン外径 炉心、軸方向ブランケット６．５ｍｍ 径、内部ブランケット　９．Ｑｍｍ 燃料密度 炉心　８５％（理論密度） ブランケット　９２％（理論密度） 被覆厚　０．４ｍｍ 燃料ビンピッチ （１１） 炉心、軸方向プランケラ）７．９ｍｍ 径、内部ブランケット　ｌ　Ｑ、　Ｑ　ｍｍ集合体当り
の燃料ビン数 炉心、軸方向ブランケット２７１ 径、内部ブランケット　１６９ 集合体ラッパー管内血管距離１３１．９ｍｍランパー管
厚　３．８ｍｍ 集合体ピンチ　１４４．５ｍｍ 組成体積比（燃料／ナトリウム／ステンＶス鋼）炉心、
軸方向ブランケット３８．２／３８．４７２３．４径、
内部ブランケット　４９．４／３０．３／２０．６

【図面の簡単な説明】

第１図は径方向非均質炉心を示し、（ａ）は炉心軸方向
中心での水平断面図、（ｂ）はそのＡ−Ａ垂直断面図、
第２図は軸方向非均質炉心の垂直断面図、第３図は本発
明の実施例１を示し、（ａ）は炉心軸方向中心での水平
断面図、（ｂ）はそのＡ−Ａ垂直断面図、第４図は本発
明の実施例２の垂直断面図、第５図は本発明の実施例３
の垂直断面図、第６図は本発明の実施例４の炉心軸方向
中心での水平断面（１２） 図１、第７図は本発明の実施例５の炉心軸方向中心での
水平断面図である。 １・・・炉心領域、２・・・径方向ブランケット領域、
３・・・内部ブランケット領域、４・・・制御棒、訃・
・軸方（１３） しく 第　３　口

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、核分裂性ウランまたはプルトニウムを富化した燃料
   を生成分とする炉心領域内に、天然ウランまたは減損ウ
   ラン等の核分裂性物質の少ない燃料を生成分とする内部
   ブランケット領域金膜け、そこに装荷する燃料ピンの一
   部ないし全部を、炉心領域に装荷する燃料ピンより太く
   シ、かつ、その一部ないし全部に、核分裂性ウランまた
   にプルトニウムを富化した燃料を部分的に充填したこと
   を特徴とする高速増殖炉炉心。