JPH0151797B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は原子炉の炉心部構造に係り、特に微濃
縮ウラン燃料およびプルトニウム・ウラン混合燃
料の２種類の燃料を装荷する重水減速沸騰軽水冷
却圧力管型原子炉の炉心部構造の改良に関するも
のである。

重水減速沸騰軽水冷却圧力管型原子炉におい
て、２種類の燃料を使用する場合の従来の炉心内
の燃料配置を第１図〜第４図に示す。第１図は炉
心を半径方向に２分割し、外側領域に微濃縮ウラ
ン燃料１を装荷し、炉心中央領域にプルトニウ
ム・ウラン混合燃料（以下、プルトニウム燃料と
略称する。）２を装荷した径方向２領域炉心であ
り、第２図はそれを逆に配置した径方向２領域炉
心である。また、第３図は微濃縮ウラン燃料１を
内側領域と外側領域とに装荷し、プルトニウム燃
料２を微濃縮ウラン燃料１の装荷領域にはさまれ
た炉心中間領域に装荷した径方向３領域炉心であ
る。第４図は炉心を軸方向に分割し、炉心の上部
領域に微濃縮ウラン燃料１を装荷し、下部領域に
プルトニウム燃料２を装荷した軸方向２領域炉心
である。なお、第１図〜第４図において、３は重
水減速材、４は重水反射体、５は炉心タンクを示
す。

次に、上記した従来炉心の原子炉制御特性につ
いて説明する。原子炉の制御特性に最も大きく関
係する核的パラメータは、ボイド係数（冷却材の
単位ボイド率変化あたりの反応度変化量）であ
る。ボイド係数が正の大きな値をもつ炉心では、
出力の上昇にともなつてボイド量が増加し、この
ボイド量増加によつて、炉心に正の反応度が加わ
り、出力がさらに上昇するので、炉心の制御がむ
ずかしくなるという問題を生ずる。

第１図〜第４図に示した従来炉心のボイド係数
をそれぞれ第５図に１点鎖線ａ、２点鎖線ｂ、３
点鎖線ｃ、破線ｄで示してある。第５図におい
て、横軸の炉心平均ボイド率約15％、約40％は、
それぞれ炉心出力約35％、約100％時のボイド率
に相当する。

炉心制御性の面からボイド係数は、負あるいは
正であつても小さい値が望ましく、第１図〜第４
図に示す炉心の燃料配置では、炉心制御性の面で
充分でない。

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、ボイド係数を小さくでき、炉
心制御特性を改善することができる原子炉の炉心
部構造を提供することにある。

本発明は、微濃縮ウラン燃料およびプルトニウ
ム・ウラン混合燃料の２種類の燃料を装荷する重
水減速沸騰軽水冷却圧力管型原子炉において、炉
心を軸方向に３領域に分割し、炉心上部領域およ
び炉心下部領域にはそれぞれ前記微濃縮ウラン燃
料を装荷し、炉心下端から炉心有効長の3/15〜1
０．５／１５の領域にある炉心中央領域には前記プルト
ニウム・ウラン混合燃料を装荷してなることを特
徴とするものである。

まず、本発明に至る基本となるボイド係数の低
減法について述べる。炉心平均のボイド係数は、
次式から求められる。

ここに、 Δk／Δv；炉心平均のボイド係数（Δk／ｋ／％
ボイド） Δv_i,j,k；燃料セグメント（ｉ、ｊ、ｋ）における
ボイド率変化量（％） φ_i,j,k；燃料セグメント（ｉ、ｊ、ｋ）における中
性子束（１／cm²） （Δk／Δv）_P；プルトニウム燃料のボイド係数
（Δk／ｋ／％ボイド） （Δk／Δv）_U；ウラン燃料のボイド係数（Δk／
ｋ／％ボイド） Δv；炉心平均のボイド率変化量（％） (1)式から炉心平均のボイド係数を小さくするに
は、ボイド率変化量の大きい領域および中性子束
（出力）の高い領域にボイド係数が小さい燃料を
配置すればよいことがわかる。

第６図はプルトニウム燃料および微濃縮ウラン
燃料のボイド係数線図で、実線ｆはプルトニウム
燃料、破線ｇは微濃縮ウラン燃料のボイド係数で
ある。第６図からプルトニウム燃料は、微濃縮ウ
ラン燃料にくらべてボイド係数が小さいことがわ
かる。この主な理由を以下に述べる。プルトニウ
ム239は、中性子エネルギーが0.3ev近傍で大きな
共鳴吸収断面積をもつているため、プルトニウム
燃料は微濃縮ウラン燃料にくらべて熱中性子エネ
ルギー領域（≦0.625ev）での中性子吸収量が大
きい。そこで、冷却材のボイド率の増加によつて
冷却材の中性子吸収量が減少しても、プルトニウ
ム燃料は、燃料集合体としての中性子吸収量の減
少割合が少なく、反応度を正にする因子が小さい
ためである。

したがつて、プルトニウム燃料をボイド率変化
量が大きい領域および出力が高い領域に装荷する
ようにすれば、炉心平均のボイド係数を小さくす
ることができる。

次に、ボイド率分布およびボイド率変化量につ
いて考察する。第７図は炉心出力が90％と100％
のときの軸方向ボイド率を示した線図で、１点鎖
線ｈは90％炉心出力、実線ｉは100％炉心出力の
場合を示す。第８図は炉心出力を90％から100％
に変更したときのボイド率増加量を示す線図であ
る。第７図から炉心出力が100％のときのボイド
の発生開始点は、炉心下端から炉心有効長の約3/
１５の位置であり、炉心下端からこの位置までの領
域では、ボイドが発生しないことがわかる。ま
た、炉心出力が低下すると、ボイド発生点がこの
位置より上方に移行することがわかる。したがつ
て、炉心下端から炉心有効長の3/15までの領域に
は、いずれの燃料を用いても炉心のボイド係数は
変わらない。

また、第８図から炉心出力を変更した場合のボ
イド率変化は炉心下端から炉心有効長の約6/15の
位置で最大となり、10.5/15から炉心上端までの
領域では、最大変化量の約60％と小さくなること
がわかる。したがつて、ボイド率変化量が大きい
３／１５〜10.5/15の領域にボイド係数が小さいプル
トニウム燃料を装荷するようにすれば、炉心のボ
イド係数を小さくすることができる。

第９図は軸方向出力分布を示す線図である。こ
の図からも上記の3/15〜10.5/15の領域では出力
が高く、この領域にプルトニウム燃料を装荷する
ことが望ましいことがわかる。

以下本発明を第１０図に示した実施例および第
５図を用いて詳細に説明する。

第１０図は本発明の炉心部構造の一実施例を示
す炉心垂直断面図である。第１０図においては、
炉心を軸方向に炉心下端から炉心有効長の3/15の
位置と10.5/15の位置で３領域に分割し、下部お
よび上部領域にそれぞれ微濃縮ウラン燃料１を装
荷し、中央領域にプルトニウム燃料２を装荷して
ある。３は重水減速材、４は重水反射体、６は炉
心タンク。

第１０図に示す実施例の炉心のボイド係数を第
５図に実線ｅで示す。この結果から本発明の実施
例によれば、炉心のボイド係数は、その値が最も
大きくなる炉心出力100％（炉心平均ボイド率で
約40％のところ）時でも、約0.16×10^-5Δk／
ｋ／％ボイドとなり、炉心制御性の面から充分な
ボイド係数となつている。これにより炉心制御特
性を改善することができる。

また、本実施例では、炉心を軸方向に３領域に
分割しているので、炉心中央領域の中性子無限増
倍率ｋ∞と炉心上下部領域のｋ∞を調整すること
により、炉心軸方向出力分布を平坦にすることが
可能で、炉心の熱的余裕を増大することもでき
る。

以上説明したように、本発明によれば、ボイド
係数を小さくでき、炉心制御特性を改善できると
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図はそれぞれ従来の燃料配置を示
す炉心水平断面図、第４図は従来の他の燃料配置
を示す炉心垂直断面図、第５図は各燃料配置にお
けるボイド係数のボイド率依存性を示す線図、第
６図はプルトニウム燃料と微濠縮ウラン燃料のボ
イド係数のボイド率依存性を示す線図、第７図は
炉心軸方向ボイド率分布を示す線図、第８図は炉
心出力を90％から100％に上昇したときの炉心軸
方向のボイド率増加量を示す線図、第９図は炉心
軸方向出力分布を示す線図、第１０図は本発明の
重水減速沸騰軽水冷却圧力管型原子炉の炉心部構
造の一実施例を示す炉心垂直断面図である。 １……微濃縮ウラン燃料、２……プルトニウ
ム・ウラン混合燃料、３……重水減速材、４……
重水反射体、５……炉心タンク。

【特許請求の範囲】

１ 原子炉近傍に別個に配置された冷却材ポンプ
および熱交換器と上記原子炉に流体連通させるル
ープ配管とを有す原子炉装置の一部であるループ
型の液体金属冷却高速増殖炉であつて、上記原子
炉に至る全てのループ配管が貫通して上記原子炉
内に入るようにされた平担な構造材のトツプデツ
キと、上記トツプデツキに固着され、上記ループ
配管の下部を囲んで収容する一次容器と、上記一
次容器の底部内に設けられ、上記ループ配管に接
続されてそこから加圧冷却材を受入れるプレナム
とを備えた液体金属高速増殖炉に於て、遮蔽円筒
が、上記一次容器の上部内に設けられ、かつ上記
遮蔽円筒と上記一次容器との間に気体充填環状空
間を形成するようにされており、上記一次容器の
上記上部を断熱してなることを特徴とする液体金
属高速増殖炉。 ２ 上記トツプデツキが、作業員が入れる空間を
備えた特許請求の範囲第１項記載の液体金属高速
増殖炉。 ３ 上記ループ配管が、上記ループ配管を熱的に
保護するガス空間を間に有する二重壁立上り管に
より囲まれてなる特許請求の範囲第１項あるいは
第２項記載の液体金属高速増殖炉。 ４ 上記トツプデツキに全ての原子炉貫通部が設