JPS62273488A - 原子炉システム - 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】 ３、発明の詳細な説明 ［産業上の利用分野］ 本発明は、原子炉スクラムに係り、特に原子燃料資源の
有効利用に好適な原子炉システムに関する。

［従来の技術］ ウラン資源の有効利用の観点から、ウラン２３８から核
分裂物質（プルトニウム２３９）への転換を良くした原
子炉で、稠密格子構造を用いた原子炉が、ニュークリア
　チクノロシイ（ＮｕｃｌｅａｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
）　、　５９．２１２　（１９８２）におけるオルデコ
ップ（Ｏ１ｄｅｋｏρ）らによるジェネラル　フィーチ
ュア　オブ　アドバンスト　プレッシアーライズド　ウ
ォーター　リアクターズ　ウィズ　インブルーブト　フ
ューエル　ユティライゼーション（Ｇｅｎｅｒａｌ　ｆ
ｅａｔｕｒｅｓ　ｏｆ　ａｄｖａｎｃｅｄｐｒｅｓｓｕ
ｒｉｚｅｄ　　ｗａｔｅｒ　　ｒｅａｃｔ、ｏｒｓ　　
ｗｉｔ、ｈ　　ｉｍｐｒｏｖｅｄｆｕｅｌ　ｕｊｉｌｉ
ｚａｔ、１ｏｎ）と題する文献に示されている。

上記文献での原子炉は加圧木型原子炉での技術であり、
これを沸騰水型原子炉に適用するには１種々の技術課題
を解決する必要がある。例えば、現在の沸騰水型原子炉
では十字型の制御棒が炉心下部より挿入されるのに対し
て、上記文献では、径の細い制御棒が炉心上部より挿入
されるものであり、沸騰水型原子炉において上記制御棒
が炉心上部より挿入可能となる原子炉内機器の構成が必
要である。

これについては、特開昭５９−８４１９２号公報におい
て、原子炉圧力容器内の気水分離器及び蒸気乾燥器を外
周部に配置することで制御棒駆動がｒ心上部より可能と
なる構成が示されている。

以上のように、これらの公知例では、沸騰水型原子炉を
高転換型へ変更する際に、大巾な設計変更を必要として
いる。

［発明が解決しようとする問題点］ 原子炉の炉心で発生する中性子は、核分裂性のウラン２
３５に吸収されて、核分裂を引き起こす他に、ウラン元
素の大部分を占めるウラン２３８にも吸収される。ウラ
ン２３８は核分裂性でないために、核分裂を直接に引き
起こすことはないが中性子を吸収すると核分裂性のプル
トニウム２３９に変換される。このウラン２３８のよう
に中性子を吸収して核分裂性物質を作り出す物質は親物
質と呼ばれ、親物質により核分裂性燃料物質を作り出す
過程は、転換と呼ばれる。

そこで、転換比（ＣＲ）を次のように定義する。

転換がある場合には、原子炉運転中に燃料の原子がＮ個
消費されると、ＣＲ−Ｎ個の新しい核分裂性核種の原子
が生み出されることになる。

一般に軽水炉では、この転換比は０．６程度あるが、こ
れより幾分高い転換比０．８〜１．０の原子炉は転換炉
と呼ばれる。

転換比を高めることは、そのままでは核分裂を引き起こ
さないウラン２３８を核分裂性のプルトニウムに変える
比率が大きくなるため、ウラン資源の有効利用が図れる
と共に、燃料費の低減に有効である。

炉心内におけるプルトニウム生成量を増大させるには、
ウラン２３８の中性子吸収が比較的エネルギーの高い中
性子により引き起こされる（共鳴捕獲吸収）ことから、
炉心の中性子エネルギスペクトルを高エネルギ側にシフ
トすることにより達成可能である。このためには、中性
子減速効果の大きい水素原子と燃料であるウラン原子の
原子数比（Ｈ／Ｕ比）を小さくする必要がある。

一方、上記のように原子炉内で生成されたプルトニウム
２３９をできるだけ効率良く燃し切る必要がある。この
ためには、中性子の減速を良くして熱中性子の割合を多
くすることにより核分裂性物質への吸収率を大きくすれ
ば良い。

これは、Ｈ／Ｕ比を、転換の場合とは逆に、大きくする
ことにより実現される。

尚１以上に示した核分裂性元素への転換は、プルトニウ
ムが装荷された燃料の場合、プルトニウム２４０の中性
子吸収によるプルトニウム２４１の生成によっても起こ
るため、以下では、水素原子と燃料原子の原子数の比を
Ｈ／ｌ（Ｍ　（燃料重金属）により表わす。

従来の軽水型原子炉では１以上に述べた転換の向上（高
転換炉）、核分裂性物質の有効燃焼（バーナ炉）につい
て配慮されていない。

本発明の目的は、高転換運転からバーナ運転への切換え
が容易な原子炉システムを提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成する運転法として第２図に示す運転法が
ある。

各燃料サイクルの前半（第２図（Ｂ））においては、制
御棒５のホロア部ｌを燃料有効長部分１４に隣接させる
ことにより、燃料集合体１３のチャンネルボックス４外
の水を排除する。このため、炉心内の中性子減速効果が
減少し、中性子スペクトルが硬化するために、ウラン２
３８より核分裂性のプルトニウムの生成量が促進される
。逆に燃料サイクル後半（第２図（Ｃ））、には、ホロ
ア部１を引抜きチャンネルボックス４外を水に置き換え
る。これにより、炉心内の中性子減速効果が増大し、中
性子スペクトルが軟化することにより蓄積された核分裂
性プルトニウムの効率良い燃焼が促進される。上記運転
を各サイクルごとに行うことにより、ウラン同位体の大
部分を占めるウラン２３８の有効利用が可能となる。

また、制御棒下部の７ブソ一バ一部２は、原子炉の停止
のために利用する。即ち、制御棒を全挿入することによ
り、原子炉を安全に停止できる。

本発明の目的は、この運転法を行なう上で必要な制御棒
駆動機構のストロークを燃料有効長さの約２倍どし、さ
らに制御棒を炉心に案内する制御棒案内管も制御棒駆動
機構のストロークと同様の長さとすることにより達成さ
れる。

［作用コ 制御棒駆動機構は、制御棒を安全に、あるいは確実に、
炉心の特定の位置に制御しなければならない。

制御棒ＩＭ動機構は、制御棒を全挿入、全引抜きを行な
うために制御棒アブソーバ一部長さとほぼ同等のストロ
ークを有している。つまり、ストロークは、燃料有効長
さと同等になっている。

本発明に用いた燃料集合体の燃料有効長さは。

従来の燃料有効長さの約半分の長さとなっていることか
ら、制御棒のアブソーバ一部を燃料有効長さに合わせ半
分とし、残り半分をフォロア部としている。制御棒全長
は、従来と同等であり、また。

制御棒駆動機構の実効ストロークも従来と同等であるが
、燃料有効長さから考えると、制御棒駆動機構のストロ
ークは、燃料有効長さの約２倍になっている。こうする
ことによる制御棒駆動機構の構造の変更をする必要はな
く、また制御棒の機能を満たす原子炉システムを実現す
ることが出来る。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。第１
図は、高転換型沸騰水型原子炉の炉心構造からくる炉心
支持構造物、上部格子板の構造、さらに燃料集合体８相
互間の水ギヤツプ部７には、十字形状のフォロワ付制御
棒３が単位正方格子セルと同一のピッチで出し入れされ
る格子（これをに格子と呼ぶ）を前提としている。

十字型制御棒５は、制御棒下半分が中性子吸収材を含む
中性子吸収部２（又は、アブソーバ一部）、上半分が中
性子減速効果の小さい部材からなる中性子非吸収部１　
（又は、フォロア部）の構造を持つ制御棒で、フォロア
付十字型制御棒と呼ばれている。

フォロア付十字型制御棒５は、炉心から全引抜きされる
と図に示すように、燃料有効長部分１４の約２倍の位置
まで引抜かれる。そのフォロア付十字型制御棒５を炉心
に挿入または引抜きを行なう機器として、制御棒駆動装
置７がある。制御棒駆動装置７のストロークは、上記の
フォロア付十字型制御棒５を炉心に全挿入、全引抜しな
ければならないことから、燃料集合体１３の燃料有効長
部分１４の約２倍のストロークを有している。また、こ
のフォロア付十字型制御棒５を炉心に案内する構造を有
する制御棒案内管６の長さを、フォロア付十字型制御捧
捧５の長さと同一にし、かつ。

構造をに格子の観点から十字型構造としている。

第２図は、燃料集合体１３とフォロア付制御棒５との運
転時の位置関係を示している。

本燃料集合体１３は、長尺フォロア付制御棒５のフォロ
ア部（中性子を吸収しない材質、例えばジルコニウム合
金からなる）及び中性子吸収部（例えばＢ４Ｃを充填）
２と燃料有効長部分（燃料集合体１３内の燃料物質充填
域）１４との関係で高転換状態とバーナー運転状態とを
実現するのに好適な形状をしている。すなわち、原子炉
停止時また４は出力運転時の反応度制御時は、中性子吸
収部２が燃料有効長部分１４に隣接する形となり（第２
図（Ａ）’）、フォロア部１がチャンネルボックスを案
内として安定に挿入できることになる。

また、フォロア部１が燃料有効長部分１４に隣接する場
合（第２図（Ｂ）に示す燃料サイクル前半の高転換運転
時）、チャンネルボックス外側の水排除によりＨ／ＨＭ
が小さくなりウラン２３８のプルトニウム２３９への転
換が向上する。また第２図（Ｃ）に示す燃料サイクル後
半のバーナ運転時の如く長尺フォロア付制御棒５を全引
抜するとＨ／　ＨＭが大きくなり転換されたプルトニウ
ムの燃焼が促進されることになる。

以上の説明は、十字型制御棒を前提として、従来型沸騰
水型原子炉からの構造変更が少ないことを目標に説明し
てきたが１本発明の内容である「炉心の有効長の２倍の
ストロークを有する制御棒駆動機構と制御棒の半分が中
性子吸収材、他の半分が中性子減速効果少の部材の組合
せ」による燃料の経済性向上の効果は、制御棒が他の構
造（例えば、クラスタ型）の場合にも実現できる。

第３図及び第４図に、クラスタ型の場合の実施例を示す
。

クラスタ型制御棒８は、前記に示した十字型制御棒と同
様に、制御棒の下半分を中性子吸収部２とし、上半分を
中性子非吸収部１の構造を有している。また、制御棒案
内管構造を従来の円型構造を用いることにより、前記十
字型制御棒と同様に本発明の目的を実現することができ
る。

すなわち、制御棒の駆動方向に中性子吸収材と中性子減
速効果が小さい部材が直列に配置されている制御棒とそ
の全長（燃料有効長さの約２倍）のストロークを有する
制御棒駆動装置の組合せにより本発明の目的は、常に達
成される。

［発明の効果］ 本発明によれば、十字型又はクラスタ型のフォロア付制
御棒のフォロア部をサイクル前半に挿入し、サイクル後
半に引抜くことが出来ることから、バーナ炉として蓄積
された核分裂物質の有効燃焼を図ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の原子炉システムの構造図、第２図は
１本発明の原子炉システムにおける運転法を示す説明図
、第３図はクラスタ型制御棒の構造図、第４図は第３図
のＩＶ−ＩＶ断面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、沸騰水型原子炉において、燃料有効長さと同等の長
   さの中性子吸収部をもつ制御棒と、燃料有効長さの約２
   倍のストロークをもつ制御棒駆動機構をそなえたことを
   特徴とする原子炉システム。 ２、前記制御棒は、前記中性子吸収部の他に、これと同
   等の長さを有する中性子減速効果の小さい部材を設けて
   なる特許請求の範囲第１項記載の原子炉システム。 ３、前記制御棒構造が十字型又はクラスタ型構造をもっ
   ている特許請求の範囲第１項または第２項記載の原子炉
   システム。