JPS63235893A - 原子炉運転方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、沸騰水型原子炉の運転方法に係り、特に、燃
料の経済性向上、余剰反応度制御に好適な運転方法に関
する。

〔従来の技術〕

沸騰水型原子炉に装荷される従来の燃料集合体の縦断面
図を第２図に示す。燃料集合体は、四角筒のチャンネル
ボックス１と、この内部に収納された燃料バンドル２か
らなる。この燃料バンドル２は、チャンネルボックス１
の上・下部にはめこむ上部タイプレート３及び下部タイ
プレート４と、チャンネルボックス１の内部で軸方向に
沿って間隔を置いて設置された複数個のスペーサ５と、
このスペーサを貫通し上・下部タイプレート３，４に両
端を固定した複数本の燃料棒６と水ロッド７とから構成
される。燃料集合体には、わずかに未飽和状愚の冷却水
が下部タイプレートの孔から燃料棒間に流入し、燃料棒
間を下部から上部に流れるにつれ加熱され、沸騰し二相
流となって上部タイプレートの孔から流出していく。

その結果、運転中の燃料集合体は、核的な特性を決める
大きな要因である減速材対燃料が軸方向位置で大きく異
なることになる。

現在の軽水冷却型原子炉ではウラン資源を有効に活用す
るため、燃料の高燃焼度化が考えられる。

燃料集合体を取り出し燃焼度を高めるためには。

燃料集合体の平均濃縮度を高める必要があるが。

これは、前述の減速材対燃料比を減少することに相当し
、次のような核特性上の変化が生じる。

ｉ）炉の冷温停止時に発生する反応度の増加ｉｉ）ボイ
ド係数の絶対値の増加 市）制御棒価値の減少 現在運転中の原子炉にバックフィツトできる燃料集合体
を考える場合、上述の変化は小さい方が好ましい。

このような目的を達成するものとして特開昭５７−７４
６８９号及び特開昭５８−１３５９８９号公報に記載の
ように単位格子の減速材対燃料断面積比を大きくしたり
、単位長さあたりの燃料重量を減少する方法がある。

〔発明が解決しようとする間屈点〕

上述の従来技術は、高濃縮度燃料体の炉心平均燃焼度で
の特性を改善する効果はあるが、核分裂性物質の量が従
来よりも少なくなる燃焼末期での特性改善について考慮
がされておらず、ボイド率が低い炉心軸方向下部では減
速材対燃料体積比が大きくなりすぎる問題があった。そ
の結果、燃焼末期の燃料体では、炉心下部の中性子無限
増倍率が低くなりすぎ、燃料経済性を損なったり、軸方
向出力分布が歪んだりする問題があった。

本発明の目的は、上記問題を解消できる炉心運転方法を
提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、燃焼末期において燃料集合体下部の軽水を
、軽水より中性子減速効果の悪い物質に置きかえること
により、達成される。

本発明において燃焼末期とは、炉心最外周に装荷された
燃料集合体を除く、炉心中央部に装荷された燃料集合体
のうち天分の一以上存在し、炉心滞在サイクル数が最も
大きい燃料集合体の運転期間を指す。また、本発明で燃
料集合体の下部とは、燃料ペレットが封入されている燃
料体の有効部分のうち、燃料集合体の下部より五分の一
以下の領域を指す。軽水より中性子減速効果の悪い物質
は減速材のなかでは、たとえば黒鉛、ベリリウムなど、
また、減速材以外では燃料、ジルカロイなどが考えられ
る。

〔作用〕

第１図では、高濃縮度燃料の水素対燃料比を大きくする
ため断面積の大きな飽和水領域（水ロッド）をチャンネ
ルボックス内に設置したため、燃料体本数が減少し線出
力密度が増大することを考慮して燃料集合体の配列を現
行の８×８格子より９Ｘ９格子に変更している。以下、
本発明の作用を９Ｘ９格子を例にとって説明する。ｌ０
ＸＩ０゜１１×１１格子でも同様である。また、近年被
覆管内壁にＣｕまたはＺｒの薄膜をはりつけ、燃料ペレ
ットと被覆管の相互作用を減少し、線出力密度を増せる
燃料集合体の場合８×８格子にも適用が可能である。

第３図は、本発明の様子を模擬的に示したもので、燃料
末期Ｅａにおいて、水素対燃料原子数比１　（Ｈ／Ｕ）
を減少した場合（ケースＡ）と従来通り水素対燃料原子
数比を変化させない場合（ケースＢ）の中性子無限増倍
率の変化を比較している。

燃焼度Ｅａでの核分裂性物質の量は、新燃料時に比べて
５０％以下になっており、Ｈ／Ｕが同じでも相対的に減
速材が増加した状態になっている。

従って、中性子の平均エネルギが減少し、減速材密度係
数が小さい状態になっている。つまり、第３図に示すＨ
／　Ｕ減少に伴う中性子無限増倍率の差Δｋｘが小さく
なる。さらに、Ｈ／　Ｕを減少すると、Ｐｕの生成量が
増加し、燃焼度に伴なう中性子無限増倍率の変化が小さ
くなり、Ｅａから燃焼度がＥｘ進んだ時点でケースＡの
中性子無限増倍率がケースＢより高くなる。こうして燃
料の平均取出燃焼度Ｅｂでの反応度はケースＡの方が高
くなり、燃料経済性を改善するこができる。

第４図は、第３図のケースＡに示す燃焼度○≦Ｅ≦Ｅａ
におけるＨ／Ｕと上述したＥｘの関係を、燃焼度Ｅａで
め核分裂性物質の重量割合をパラメータとして示したも
のである。燃料経済性を向上させるには、Ｅａの値が小
さいほど良い。図より、変化前のＨ／Ｕが大きいほど、
つまり、ボイド率が低い炉心下部はど、また核分裂性物
質の少ない燃焼末期はどＥａが小さくなることが分かる
。

また、第５図は、第１図に示す太径水ロッドの減速能を
燃焼度Ｅａで変化させた場合の減速能とΔｋｙの関係を
示したものである。図より減速能の変化が大きいほど、
燃料経済性が向上することが分かる。

〔実施例〕

以下本発明を実施例によって詳細に説明する。

〈実施例１〉 第６図は、本実施例の炉心構成を示す。炉心中央部は、
四運転サイクルに一度燃料集合体を交換する四バッチ分
散装荷の方式を採用し、周辺部は。

炉心中央部で四サイクル滞在した燃焼の進んだ燃料が装
荷され、−サイクル滞在して炉心外へ取り出されるよう
になっている。図中の数字は、炉心滞在サイクル数を示
している。第一ないし第三サイクルは、第１図に示す太
径水ロッドをもつ燃料体を装荷し、第四、第五サイクル
は燃料有効長の下端から１／４の範囲の太径水ロツド中
に中性子減速効果の小さい黒鉛棒（グラファイト）を挿
入した燃料集合体に変更している。これを実現するため
には、燃料交換時に、炉心内に三サイクル滞在した燃料
集合体の水ロンド内のみ炭素棒を挿入してやればよい。

新燃料集合体の平均濃縮度を６ω１０とし、平均取出燃
焼度を７００Ｗｄ　／　ｔとした本実施例の場合、第７
図の集合体で全サイクルを運転する場合に比べて、取出
燃焼時の中性子無限増倍率が炉心下部で約０．８％　Δ
ｋｏｏ増加する。その結果。

炉心平均で燃料経済性が約１％向上する。また、第３図
に示すΔｋｘが約０．５％　Δｋｏｏとなり、余剰反応
度制御量も減少できる。

第７図は、本実施例を可能とする水ロッドの構造を示す
。定期検査の時に５水ロンド上方にあけられた空間から
黒鉛等、軽水より中性子減速効果の劣る物質を入れられ
るようになっている。また、軽水が流れこむように水ロ
ンド下端以外に燃料有効長の炉心下部から１／４より高
い場所にリーク孔２０があけられている。水ロツド上端
の開口部は上部タイプレートにより支えられている。

〈実施例２〉 本実施例は、第８図に示すように、定期検査の時に、炉
心下部に黒鉛１２等中性子減速効果が軽水１１より劣る
物質を封入した水ロッドに置き換える構造になっている
。本実施例では円形断面の水ロッド１０を採用している
が、水ロッド１ｏの形状は正方形断面でも良い。また、
黒鉛１２のかわりに燃料ペレットを封入したものを用い
ても良い。この場合、Ｈ／Ｕの変化幅がさらに大きくな
る。

図中２１は仕切り板。

〔発明の効果〕

本発明によれば、燃料の寿命を通じて、水素対燃料原子
数比を最適値に近づけることができるので、余剰反応度
制御量及び燃料経済性の向上に効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明の一実施例の燃料集合体の断面図、第
２図は、従来の燃料集合体の縦断面図。 第３図は本発明の効果を示す概念図、第４図は、Ｈ／Ｕ
とＫｏｏ逆転燃焼度Ｅａとの関係を示す線図、第５図は
、水ロッド内減速能変化幅と反応度上昇効果との関係を
示す線図、第６図ないし、第８図は本発明の他の実施例
を示す図である。 １・・・チャンネルボックス、２・・・燃料バンドル、
３・・・上部タイプレート、４・・・下部タイプレート
、５・・・スペーサ、６・・・燃料棒、７・・・水ロッ
ド。 第１　団 （ａ−）（鱒 第２　に 第３１ 逆ｆｌＪ 第４０ 第６０ 第７ｚ 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、多数本の燃料棒を束ねた燃料集合体が炉心部に装荷
   され、炉心部を上・下方向に冷却材が流れる原子炉にお
   いて、 燃料交換を行う時に、前記炉心部の中央に装荷された前
   記燃料集合体のうち五分の一以上存在し、しかも、炉心
   帯在サイクル数が最も大きな前記燃料集合体の前記炉心
   の下部の中性子減速能を、それ以前より小さくして運転
   することを特徴とする原子炉運転方法。