JPS6131996A - 高速増殖炉 - 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〕 本発明は高速増殖炉に係り、特に燃焼サイクルを通して
出力分布を平坦とするのに好適な高速増殖炉に関するも
のである。

〔発明の背景〕

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いわゆる増殖を行わせるように
してあり、これによって燃料の有効利用がはかれるとい
う特徴を有する。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、この炉心の周囲部には燃料親物質
を主成分とする軸方向及び径方向ブランケットが周設し
である。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。そして、この燃料親物質が炉心
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。

しかし、このような特徴を有する高速増殖炉は、た。プ
ラントコストの低減に最も有効なのは、プラント全体、
とりわけ、炉心システムを小型化することである。した
がって、安全性を維持しつつ炉心システムを小屋化する
ことが高速増殖炉設計の課題となっていた。

ところで、炉心出力を保存したまま炉心を小屋化すると
、炉心の平均出力密度（単位体積当りの出力）が増大す
る。一方、出力密度は、燃料使用限界からそれの上限が
決定される。したがって、炉心の出力分布をできるだけ
平坦化し、最大値を抑えたまま平均出力密度を増大させ
ることが炉心の小型化に必要である。このため、出力分
布の平均化をはかる種々の工夫がなされている。

例えば、特開１１Ｈ５７−１１９２８０号公報に示しあ
るものは、第１０図に示すように、炉心ｚ１の軸方向中
心付近に燃料親物質を主成分とする円盤状の内部ブラン
ケット２５を径方向の炉心中心付近で厚く、周辺付近で
薄くなるように設けた軸方向寺拘非均質炉心と呼ばれる
構成としである。

このような軸方向非均質炉心では、炉心中央部に、反応
度測置が小さく、出力密度が低い内部ブランケット２５
が存在することによシ、炉心２１の出力分布が平坦化さ
れるという特徴を有する。

また、中性子吸収体である内部ブランケット２５の存在
によシ、炉心２１から内部ブランケット２５、径方向ブ
ランケット２２及び上部、下部軸方向ブランケラ）２３
．２４への中性子の漏れが大きくなるため増殖性が向上
し、さらに、ナトリウムボイド反応度が低減するなど安
全性上の上でも優れた特性を示す。２６は制御棒を示す
。

ところで、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、通常
は燃焼初期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υ、所定の燃焼期間経過後に行う燃料
交換によって新燃料が炉心に装荷されるまでの間、反応
度が下がシ過ぎて原子炉が停止することがないようにし
である。

一方、原子炉運転中は原子炉を丁度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、原子炉が丁度臨界になるように
しである。

高速増殖炉の場合、制御棒は炉心の上側から挿入される
ことが多く、その挿入深さは、反応度が高い燃焼初期に
最も大きくシ、燃焼が進むにつれて減少させ、燃焼末期
では最小とする。

軸方向非均質炉心においては、燃焼初期から中期におけ
る制御棒中途挿入状態では、制御棒２６が挿入された上
部軸方向ブランケット２４と内部ブランケット２５との
間の燃料領域である炉心部で、制御棒２６によって中性
子が吸収されるため、出力密度が下がシ、逆に制御棒２
６から離れた内部ブランケット２５と下部軸方向ブラン
ケット２３との間の燃料領域である炉心部で出力密度が
上がる。したがって、制御棒２６の挿入によって出力分
布が大きく変化する（第１１図参照）。

このような欠点を回避するために、特開昭５８−１９５
９０号公報においては、第１２図に示す構成の炉心を提
案している。第１２図において、第１０図と同一部分は
同じ符号で示し、ここでは説明を省略するが、第１２図
においては、燃料親物質を主成分とする内部ブランケッ
ト２７の軸方向中心が炉心２１の軸方向中心よりも下側
にある。

第１２図によれば、制御棒２６と同様に中性子吸収体で
ある内部ブランケット２７が、炉心２１の軸方向中心よ
りも下側に存在するため、制御棒中途挿入時の出力分布
の歪みがやや改善される。しかし、制御棒全挿入時ある
いは制御棒全引き抜き時においては、中性子吸収体が炉
心２１の軸方向中心よりも下部に偏在するため、炉心上
部で大きな出力ピークが生ずるという問題がある。

〔発明の目的〕

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、燃焼サイクルを通じて炉心出力分布を平坦に
でき、また、燃焼サイクル初期の制御棒挿入時の炉心出
力分布の歪みの改善をはかることができる高速増殖炉を
提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明の特徴は、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が囲設しである円柱状の炉心の内部
に燃料親物質を主成分とする物質あるいは核分裂性物質
を富化した燃料物質よシなる炉心径方向に拡がる円盤状
領域を設けであるものにおいて、上記円盤状領域は、運
転中に炉心内部に挿入される制御棒の周辺の部分の軸方
向位置を上記制御棒から離れた部分の軸方向位置よりも
上記制御棒挿入方向に変位させである点にある。

〔発明の実施例〕

以下本発明を第１図、第３図〜第９図に示した実施例お
よび第２図を用いて詳細に説明する。なお、対象とする
炉心は、プルトニウムとウランの混合酸化物を燃料とし
、液体す）　ＩＪウムを冷却材とするものとする。

第１図は本発明の高速増殖炉の炉心の一実施例を示す構
成説明図で、（ａ）は炉心の水平断面図、［有］）は第
１図（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。第１図において、
円柱状の炉心ｌの周囲には、燃料親物質を主成分とする
径方向ブランケット２および上部。

下部軸方向ブランケット３．４が囲設しである。

なお、炉心１は単一富化度の燃料によって構成しである
。この炉心１の内部には、燃料親物質を主成分とする炉
心径方向に拡がる円盤状の内部ブランケット５．が設け
である。ところで、この内部ブランケット５は、運転中
に炉心内部に挿入される制御棒６の周辺の領域の軸方向
中心が制御棒６がら離れた他の領域の軸方向中心よりも
制御棒挿入方向、すなわち、上方から制御棒６が挿入さ
れる第１図においては、下側に変位させて設置してあシ
、また、その軸方向厚さは薄くしておる。

すなわち、第１図において、厚肉の内部ブランケット５
を含む炉心７ａと内部ブランケット５を含まない炉心７
Ｃの間の制御棒６が挿入される円筒状の領域７ｂ及び炉
心中央の制御棒６の周辺の領域７ｄが、その軸方向中心
が内部ブランケット５の厚肉の領域の軸方向中心よりも
下方になるにした薄肉の内部ブランケット５の領域を含
む領域となっている。なお、炉心１の設計パラメータ及
び運転条件は第１表に示す通シである。

第　　　１　　　表 すなわち、原子炉熱出力は約２５００ＭＷ、等価炉心径
と炉心高はそれぞれ３２７ｃｍ、　ｌ　００ｃｍ５軸方
向ブランケット厚さおよび径方向ブランケット厚さはそ
れぞれ３５ｃｒｎ、３１ｃｒｎ１燃料スミア密度は炉心
で８７−理論密度、ブランケットで９１係理論密度とし
である。炉心燃料は単一富化度とし、内部ブランケット
の燃料には軸方向ブランケットの燃料をそのまま使用し
、燃料交換期間は１年とし、設備利用率はＳＯＷ、燃料
交換バッチ数は炉心で３、内側の径方向ブランケットで
４、外側の径方向ブランケットで５としである。

次に、第１図に示す構成の場合の効果について説明する
。第２図は燃焼サイクル初期の制御棒挿入時の最大線出
力密度の変化を従来の軸方向非均質炉心の場合と比較し
て示した線図で、曲線ａは本発明に係る第１図の場合、
曲線すは従来の第１θ図の軸方向非均質炉心の場合、曲
線Ｃは従来の第１２図の軸方向非均質炉心の場合を示す
。第２図を見ると、第１０図に示した従来の軸方向非均
質炉心では、制御棒挿入率が３０％前後の中途挿入時に
最大線出力密度が大きくなるのに対して本発明に係る第
１図に示す“実施例によれば、制御棒挿入率３０チ以上
では３８０　Ｗ／ｃｍ程度の値でほぼ一定となっている
。また、内部ブランケット全体を一様に下げた第１２図
に示した従来の軸方向非均質炉心では、制御棒挿入率が
３０１前後の狭い範囲では第１０図のものよシ最太線出
力密度が改善されているが、挿入率が大きくなると劣っ
てくる。これよシ第１図に示す本発明の実施例の場合が
最も有効であシ、従来の軸方向非均質炉心に比べて最大
線出力密度を６俤程度低減することができる。言い換え
れば、最大線出力密度を一定とした場合には、従来の軸
方向非均質炉心に比べて炉心体積を６俤程度おるいはオ
燃料集合体数を６チ程度削減することができる。したが
って、プラント建設費、燃料費の低減に効果がある。ま
た、制御棒挿入率が３０−以上では、最大線出力密度が
ほぼ一定であるので、運転に対する融通性が大きくなる
。すなわち、制御棒少数本を全挿入して運転する場合と
、多数本を中途挿入して運転する場合とのいずれをも選
択し得るというメリットがある。

上記のような効果は、第１図において、内部ブランケッ
ト５を制御棒６の周辺では下げるようにしたので、径方
向及び軸方向の出力分布が平坦化されるため得られるも
のである。すなわち、従来の軸方向非均質炉心では、制
御棒の周辺の炉心領域の軸方向中心付近に中性子吸収体
である制御棒及び内部ブランケットが存在するため、そ
こに属する燃料集合体の出力が小さくなっていた。しか
し、本実施例においては、制御棒の周辺の領域では内部
ブランケット５を下げ、かつ、薄くしてあるので、軸方
向中心付近に炉心燃料が存在する割来の軸方向非均質炉
では、炉心の軸方向中心から上側において、中性子吸収
体である制御棒と内部プランフットの占有する割合が大
きいため、出力密度が小さくなる。これに対して炉心の
軸方向中心から下側の領域は、中性子吸収体が占有する
割合が小さいため出力密度が大きくなシ、軸方向出力分
布はピークを持つ。ところで、本実施例では、特に炉心
上部の中性子の強い吸収がある制御棒６出力ピークを緩
和し、軸方向出力分布が平坦化される。

次に、本発明の他の実施例について説明する。

第３図〜第５図はそれぞれ本発明の他の実施例を示す炉
心の構成説明図で、各図とも（ａ）は炉心の水平断面図
、（ｂ）はそれぞれのＢ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線。

Ｄ−Ｄ線断面図でおる。また、第６図〜第９図もそれぞ
れ本発明の他の実施例を示す炉心の第１図（ｂ）に相当
する断面図であり、いずれも第１図と同一部分は同じ符
号で示し、ここでは説明を省略する。

第３図においては、炉心径方向中心付近は厚く、周辺部
〔第３図（ａ）の７６〕は薄く、さらに、制御棒６に隣
接する集合体に含まれるものは下げて薄く設置した構成
の内部ブランケット８としである。

この場合も第１図と同様の効果が得られる。

第４図においては、制御棒６に隣接する集合体に含まれ
るものだけ厚さを薄くシ、かつ、下げて設置した構成の
内部ブランケット９としである。

この場合も同様の効果が得られる。

第５図においては、厚肉内部ブランケット１０を含む放
射状の炉心領域１１ａを設けることによシ、制御棒６の
本数を削減した炉心において、制御棒６の周囲の集合体
に含まれる内部ブランケットは薄くシ、かつ、下げて設
置しである。この場合も同様の効果が得られる。

第６図においては、制御棒６の周辺では内部ブランケッ
トは下げであるが、厚さは他の部分と同じ厚さとした内
部ブランケット１２としてあり、この場合も同様の効果
が得られる。

なお、第１図に示した実施例においては、内部ブランケ
ット５と径方向ブランフット２とが離れた構成としであ
るが、第７図に示すように、制御棒６の周辺では軸方向
位置を下げ、かつ、軸方向厚さを薄くして設置した内部
ブランケット１３を径方向ブランケット２に接するよう
にしてもよく、効果は同一である。　　　　、。

また、第１図に示した実施例においては、炉心１の富化
度が一種類のみでおるが、第８図に示すように、炉心１
を径方向で高富化度領域１ａと低富化度領域１ｂとの２
領域に分けであるときに、第１図と同様の内部ブランケ
ット５を設置するようにしてもよく、同一の効果を得る
ことができる。

また、第１図に示した実施例の燃料親物質を主成分とす
る内部ブランケット５を、第９図に示すように、低富化
度炉心１４に置き換えた場合においても、制御棒６の周
辺では軸方向位置を下げ、かつ、軸方向厚さを薄くすれ
ば、同様の効果を得ることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、燃焼サイクルを
通じて炉心出力分布を平坦にでき、また、燃焼サイクル
初期の制御棒挿入時の炉心出力分布の歪みの改善をはか
ることができ、同一炉心体積の従来炉心と比べて最大出
力密度が約６チ低減され、最大出力密度を一定にすれば
、従来炉心と比べて炉心体積あるいは燃料集合体数を約
６チ削減でき、また、最大線出力密度が制御棒挿入率に
よらずほぼ一定となるので、制御棒運用計画において自
由度が増し、運転の融通性が増大するという効果がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の高速増殖炉の炉心の一実施例を示す構
成説明図、＃ｃ２図は第１図の効果を説明するための制
御棒挿入率と最大線出力密度との関係線図、第３図〜第
５図はそれぞれ本発明の他の実施例を示す炉心の構成説
明図、第６図〜第９図はそれぞれ本発明のさらに他の実
施例を示す第１図（ｂ）に相当する断面図、第１θ図、
第１２図はそれぞれ従来の高速増殖炉の炉心の垂直断面
図、第１１図は第１０図の場合の軸方向距離と相対出力
との関係線図である。 １・・・炉心、２・・・径方向ブランケット、３・・・
下部軸方向ブランケット、４・・・上部軸方向ブランケ
ット、５．８〜１３・・・内部ブランケット、６・・・
制御棒％　　　２０１４・・・低富化度炉心。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、円柱状の炉心が燃料親物質を主成分とする上部、下
   部軸方向ブランケットと径方向ブランケットで取り囲ん
   であり、前記炉心の内部に燃料親物質を主成分とする物
   質あるいは核分裂性物質を富化した燃料物質よりなる炉
   心径方向に拡がる円盤状領域を設けてなる高速増殖炉に
   おいて、前記円盤状領域は、運転中に炉心内部に挿入さ
   れる制御棒の周辺の部分の軸方向位置を前記制御棒から
   離れた部分の軸方向位置よりも前記制御棒の挿入方向に
   変位させてあることを特徴とする高速増殖炉。 ２、前記円盤状領域の軸方向厚さは前記制御棒の周辺の
   部分を前記制御棒から離れた部分よりも薄くしてある特
   許請求の範囲第１項記載の高速増殖炉。 ３、前記円盤状領域の軸方向厚さは径方向の炉心中心付
   近で厚く、周辺付近で薄くしてある特許請求の範囲第１
   項または第２項記載の高速増殖炉。