JPS622190A - 原子炉 - Google Patents

原子炉

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Publication number
JPS622190A
JPS622190A JP60140347A JP14034785A JPS622190A JP S622190 A JPS622190 A JP S622190A JP 60140347 A JP60140347 A JP 60140347A JP 14034785 A JP14034785 A JP 14034785A JP S622190 A JPS622190 A JP S622190A
Authority
JP
Japan
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fuel
plutonium
combustion
uranium
neutron
Prior art date
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Pending
Application number
JP60140347A
Other languages
English (en)
Inventor
深沢 幸久
淳一 山下
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Publication of JPS622190A publication Critical patent/JPS622190A/ja
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Treatment Of Water By Oxidation Or Reduction (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

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、原子炉に係り、特に燃料経済性を高める原子
炉に関する。
〔発明の背景〕
現在軽水炉においては、核分裂核種ウラン235を濃縮
した、フラン燃料を用いている。燃料中のウランの大部
分は、ウラン238であり、このウラン238は、高エ
ネルギー中性子を吸収し、核分裂核種プルトニウム23
9を生成する。この性質金利用し、燃料経済性向上を目
指す方法が、スペクトルシフト法である。
スペクトルシフト効果を最大限に生かし、燃料経済性を
出来得る限シ向上させるためには、燃料の燃焼前半にお
いては、出来得る限りプルトニウムの蓄積ft’を増や
し、その蓄積されたプルトニウムを燃焼後半に、出来得
る限り有効に利用することが必要である。燃料の燃焼前
半において、プルトニウムを蓄積させるために、燃焼初
期の過度の反応度を利用する。燃料の燃焼初期には、核
分裂核種クラン235の消費が少ないために、過度の反
応度が生じます。この過度の反応度により生じる過度の
中性子を効率よくウラン238に吸収させ、プルトニウ
ム239を生成させるためにスペクトルシフト効果を利
用します。即ち、ウラン238の吸収断面積が大きくな
る高エネルギーの中性子を多くする(中性子スペクトル
を硬化させる)必要があります。燃焼初期の過度の反応
度を押え、且つ、中性子スペクトルを硬化させる方法と
して、燃料中の中性子減速効果を弱くすることが考えら
れ、そのために中性子にとって透過性の物質(中性子減
速効果の弱い物質)よりなる棒を燃料中に挿入する方法
が考えられる。以下、この棒のことをスペクトルシフト
棒と呼ぶ。このスペクトルシフト棒を燃料の燃焼前半の
間、燃料中に挿入することによシ、核分裂核種プルトニ
ウム239の蓄積を効率よく行なうことが出来る。
燃焼前半に蓄積されたプルトニウムを有効に利用し、燃
料経済性を向上させるためには、燃焼後半には、中性子
のスペクトルを前半とは逆に軟化させる必要があシます
。燃料の燃焼後半においては、核分裂核種ウラン235
の消費によシ、燃料の反応度は、小さくなる。この反応
度の低下を補い、蓄積されたプルトニウムを有効に利用
するため、燃料中の中性子の減速効果を大きくする。中
性子の減速効果を大きくすることによシ、熱中性子が増
え、ウラン2351プルトニウム239の核分裂が促進
され、反応度の低下を補える。
特に、プルトニウム239の燃中性子束に対する核分裂
断面積σt =740バーンとウラン235のσt =
 577バーンと比べ大きいため、減速効果を大きくす
ればするほど、蓄積されたプルトニウムの有効利用が出
来る。燃料中の中性子の減速効果を高めるには、燃焼前
半に挿入したスペクトルシフト棒を引き抜くだけでも、
置き換えられた冷却材中の水素(軽水)による効果が期
待できるが、より一層効果を高め、蓄積されたプルトニ
ウムを有効に燃やすためには、減速効果の高い固体減速
材を挿入すべきである。
軽水炉で使用されるウラン燃料の経済性向上法トシテ、
燃料の燃焼前半に、スペクトルシフト棒を挿入し、燃料
の一過度の反応度を押え、且つ、核分裂核種プルトニウ
ム239の蓄積を促進させる例は、例えば、特開昭59
−95493号にみられるが、本例のように、蓄積され
たプルトニウムをより有効に利用するために、燃焼後半
に、スペクトルシフト棒の換りに減速効果の大きな固体
減速打棒を挿入した例は、みあたらない。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、軽水炉に使用されるフラン燃料の経済
性を向上させる原子炉を提供することKある。
〔発明の概要〕
本発明の特徴は、軽水炉において、ウラン燃料の経済性
を向上させるために、燃料の燃焼初期においては、スペ
クトルシフト棒を挿入し、核分裂核種プルトニウム23
9を蓄積させ、燃焼後半、スペクトルシフト棒の換りに
、中性子減速効果の大きな固体減速打棒を挿入し、蓄積
されたプルトニウムを有効に利用する点にある。
通常、軽水炉に使用される9ラン燃料においては、核分
裂核種クラン235は、天然での同位体比率0.71よ
、!72.8%程度に濃縮されている。ウラン燃料中て
おけるクラン235以外の同位体は、大部分フラン23
8で占められている。フラン238は、高エネルギー中
性千金吸収し、核分裂核種プルトニウム239に変換す
る。このプルトニウムを出来るだけ蓄積させ、効率よく
燃やすことが出来れば、燃料経済性を向上させることが
出来る。
プルトニウムを出来るだけ蓄積させるために、燃焼初期
の過度な反応度により生じる過度の中性子全利用する。
燃焼初期においては、核分裂核種ウラン235が、はと
んど燃えずに残っているため、過度な反応度が生じる。
この過度な反応度は、原子史運転上好ましくないので、
沸騰水型原子炉などでは、燃料集合体中に、可燃性中性
子吸収毒物(例えば、ガドリニア)を入れた燃料棒を幾
つか入れている。このような方法によっても、中性。
子吸収毒物による熱中性子の吸収によシ、中性子スペク
トルの硬化が期特出来る。しかし、中性子吸収毒物によ
シ、多くの中性子が毒物に吸収されるため、中性子スペ
クトルの硬化によるウラン238の中性子吸収の効率は
、犬きくないっ燃焼初期の反応度を押え、フラン238
の中性子吸収を増やすためには、中性子減速効果の弱い
物質よりなる棒を燃料中に挿入し、減速効果の大きな減
速材(軽水炉では、H2O)と置き換えることである。
このようなスペクトルシフト棒を燃料中に挿入すると、
中性子減速効果の低減によシ、反応度及び、中性子スペ
クトルの硬化が期特出来る。スペクトルシフト棒として
は、例えば、天然ウラン、又は、劣化ウランの酸化物が
考えられる。スベクトルシフト棒として、天然ウラン、
又は、劣化プランの酸化物を利用した場合、水素対ウラ
ン原子数比、H/Uの減少によシ、過度の反応度が押え
られ、さらに、中性子減速効果の低減による中性子スペ
クトルの硬化によりプルトニウムの蓄積量が増加する様
子を第2図忙示す。
燃料の燃焼後半には、ウラン235の燃焼によシ、反応
度は、低減する。反応度を上昇させ、燃焼前半で蓄積さ
れたプルトニウムを効率よく燃やし燃料経済性を向上さ
せるためには、中性子の減速効果を強める必要がある。
そのためには、スペクトルシフト棒を引き抜き冷却材(
軽水)と置き換えるだけでも効果は、上がるが、しかし
、蓄積されたプルトニウムの有効利用の点では、プルト
ニウム発生量と燃焼量が同程度になるまで、中性子減速
効果を高める必要がある。そのために、冷却材(軽水)
より減速効果が高い固体減速材(例えば、ジルコニウム
ハイドライド、ZrHt)t−挿入しH/U比を大きく
することが考えられる。第3図に、H/Uの増化による
プルトニウムの発生量、燃焼度の関係を示す。
以上述べたように、蓄積されたプルトニウムを有効に利
用するためには、スペクトルシフト棒を固体減速材部に
置−き換える必要がある。
〔発明の実施例〕
以下本発明の好適な一実施例を第1図により説明する。
軽水炉型原子炉は、大きく分けて、沸騰水型原子炉、及
び、加圧水型原子炉に分類できる。本発明は、沸騰水型
、及び加圧水型の両原子炉に適用できるが、第1図では
、沸騰水型原子炉の場合について実施例を示す。加圧水
型原子炉も同様に実施することができる。
第1図で、クラスタ1は、炉心上部に取り付けられて、
上下に移動可能な機構を有している。クラスタには、数
本の棒2が取り付けられている。
棒2の下部の3の部分には、中性子減速効果の小さい劣
化ウランの酸化物UO,が、上部の3の部分には、中性
子減速効果の大きな固体減速材ZrH,が詰められてい
る。クラスタを下げることにより、クラスタに取シ付け
られている棒2は、バンドル5内に挿入される。バンド
ル5内には、燃料棒7の他に、棒2用の案内管6が設け
られている。
クラスタの適切な移動によシ、バンドル内に、劣化クラ
ン(U O2)部4、又は、固体減速材(ZrHt)部
3が、挿入されることになる。次に、このクラスタの具
体的使用法について述べる。
燃料集合体の燃焼初期には、スペクトルシフト効果によ
るプルトニワム蓄積it−増やすために、第1図におけ
る劣化ウラン部(UOa ) 4 ’に燃料内に挿入す
る。劣化ウラン部の挿入により、バンドル内の水素対ウ
ラン比H/Uは、減速材(Hz O)が、劣化ウラン(
UO2)に置き換えられるために、小さくなる。そのた
め、第2図に示すように、核分裂核種プルトニウム23
9の蓄積量が増す。
燃料の燃焼後半には、ウラン235の燃焼に伴う減少に
より反応度が低下する。反応度を大きくするためには、
減速効果を高めるために、劣化ウラン棒を引き抜く必要
がある。劣化ウラン棒の引き抜きによる、水素クラン比
H/Uの増加で反応度は大きくなるが、燃焼前半に蓄積
したプルトニウムを、よシ有効的に利用し、燃料経済性
を向上させるためには、劣化ウラン棒4の換りに固体減
速材部3t−挿入する必要がある。固体減速材ZrH2
Fi、減速材(n、o)よりも水素密度が大きいため、
さらにH/U比が上昇する。第3図に、H2N比とプル
トニウム発生量、燃焼量の関係を示す。同図で、現行炉
心のH/Uでは、プルトニウムの発生量が、燃焼量に比
べ大きく、燃料の燃焼前半に蓄積したプルトニウムを有
効に燃やして(利用する)いないことがわかる。プルト
ニウムを有効に利用するためには、さらに水素密度全高
め、H/U比を高める必要がある。このために固体減速
材部(ZrH2)の挿入が必要なことがわかる。
以上述べたように、第1図に示した劣化ウラン部、固体
減速材部からなる棒を備えたクラスタを利用することに
より、燃料経済性を向上させることができる。
さらに、本発明に好適なもう一つの実施例を示す。燃料
内への中性子減速効果の小さな棒及び大きな棒の出入に
よシ、水素対フラン比を燃料の燃焼前半、後半で変化さ
せることにより、生成したプルトニウムを有効に利用す
るためには、H/Uの変化幅を大きくさせるために、燃
料棒は、炉心内に密に詰まっている方が有利である。こ
のためには、第4図に示すような六角形のバンドル8を
第5図のように配置する炉心9が考えられる。又、炉心
上部に設けるクラスタは、第6図に示すように、2種類
11.12を用いる。10のクラスタにおいては、クラ
スタに取シ付けられている棒の上部12には、中性子吸
収材(ボロン)、下部4には、中性子減速効果の小さい
劣化ウランが詰められている。この100クラスタは、
第5図の炉心中央部の高転換領域で用いられる。さらに
この高転換領域には、燃焼初期の燃料を装荷し、燃料内
には、劣化フラン部4t−挿入し、プルトニウムの効率
よい蓄積を達成させる。逆に、クラスタ11は、クラス
タに取シ付けられている棒の下部3には、固体減速材Z
rH2−1詰め込めている。この11のクラスタは、炉
心周辺部のバーナー領域に用イル。バーナー領域には、
燃焼後半の燃料を装荷し、燃料内に社、3のZ r H
を部の挿入によう燃焼前半に蓄積したプルトニウムを、
むだなく利用する。なお、クラスタに取り付けられてい
る棒は、第4図のバンドル8中に設けられている案内管
6内に挿入される。同図で7は、燃料棒を表わす。この
ようなりラスタ10.11には、棒の上部に中性子吸収
材め詰められているため、制御棒の機能も備えている。
〔発明の効果〕
本発明によれば、燃料の燃焼前半にスペクトルシフト効
果によシ蓄積したプルトニウムを、燃焼後半にむだなく
有効に利用できる原子炉ができるので、燃料の経済性向
上の効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す図、第2図はH/U比
によるプルトニウム蓄積量の関係図、第3図はH/U比
によるプルトニウム発生量、燃焼量の関係図、第4図は
本発明の一実施例に用いられるバンドルを示す図、第5
図は炉心を示す図、第6図は本発明の一実施例に用いら
れるクラスタを示す図である。 1・・・クラスタ、2・・・棒、3・・・Z r H,
部、4・・・劣化ウラン部、5・・・バンドル、6・・
・案内管、7・・・燃料棒、8・・・六角形バンドル、
9・・・炉心、10・・・クラ第 2 口 X10−2 燃焼度(Qw味T) V6 (・ド素丈fウラン凛1浸th)6  図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、炉心内に挿入及び引抜き可能な中性子減速効果の小
    さな物質よりなる棒及び中性子減速効果の大きな物質よ
    りなる棒を設けたことを特徴とする原子炉。
JP60140347A 1985-06-28 1985-06-28 原子炉 Pending JPS622190A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP60140347A JPS622190A (ja) 1985-06-28 1985-06-28 原子炉

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP60140347A JPS622190A (ja) 1985-06-28 1985-06-28 原子炉

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS622190A true JPS622190A (ja) 1987-01-08

Family

ID=15266713

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP60140347A Pending JPS622190A (ja) 1985-06-28 1985-06-28 原子炉

Country Status (1)

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JP (1) JPS622190A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0624332A (ja) * 1992-04-16 1994-02-01 Murata Mach Ltd カーブ検出装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0624332A (ja) * 1992-04-16 1994-02-01 Murata Mach Ltd カーブ検出装置

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