JPH0230477B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はスペクトル移動原子炉の制御に関し、
特に同制御を行なう原子炉の運転方法に関するも
のである。 一般的な原子炉においては、反応度の制御は炉
心内の中性子吸収物質（毒物質）の量を変えるこ
とによつて行なう。そのためには中性子吸収制御
棒を使用するのが普通であり、炉心に関する制御
棒の数と場所とを変えて制御を行なう。また、制
御棒のほかに、可燃性毒物や原子炉冷却材に溶解
した毒物を反応度の制御に使用できる。 加圧水形原子炉における従来の構造では、炉心
の寿命が終わるまで反応度の減少があるので、過
剰反応度を用いて炉心の寿命を延長するべく、始
動時における反応度が過剰であるように原子炉の
炉心を設計している。炉心寿命の初期に過剰量の
反応度を原子炉炉心で用いるよう設計されている
ので、過剰反応度を適切に制御するために、可溶
性ホウ素のような中性子吸収物質を炉心寿命の初
期に炉心内に入れなければならない。炉心寿命
中、反応度が消費されるにつれて、最初の過剰反
応度を使用しうるように中性子吸収物質を炉心か
ら徐々に取り出す。この方法は長期の炉心寿命に
わたつて原子炉を制御する手段となるが、炉心寿
命に使用される中性子吸収物質は中性子を吸収し
て炉心の反応度を低下させ、この反応度はプルト
ニウム燃料製造におけるようなもつと生産的な方
法に使用できる。有用な生産物を製造しないこの
ような反応度の消費によつて、そのように消費し
ない場合よりもウランの減損効率が低下し、そし
て燃料コストが上昇する結果になる。従つて、中
性子吸収物質を使つて過剰反応度を押えずに炉心
を延命し、実質的に低燃料コストで炉心寿命を延
長しうることが有利である。 重水炉の炉心における中性子吸収物質の量を低
減しながら炉心寿命を延長する一つの方法は“ス
ペクトル移動制御”（Spectral Shift Control）
を使用して行なわれる。この場合、過剰反応度の
減少（従つて中性子吸収物質）は重水炉の冷却材
の大部分を通常の水に換えることによつて行なわ
れる。これによつて、中性子スペクトルが高エネ
ルギ側に移動して連鎖反応の速度が減じると共
に、中性子吸収物質を減少させたまゝ原子炉を全
出力で運転することができる。また、“硬化”
（hardened）スペクトル即ち高エネルギ側への中
性子スペクトルの移動によつて、U²³⁸の大部分が
最終的に熱の発生に用いられるプルトニウムに変
換される。従つて、“軟”（soft）スペクトルから
“硬”スペクトルへの移動は、毒物質よりもむし
ろ有効な方法で中性子がU²³⁸により消費される結
果になる。原子炉炉心の反応度を適切なレベルに
維持するように、反応度が消費されるに従つて、
通常の水を徐々に重水と取り換える。炉心寿命の
末期までに、炉心反応度を維持しながら実質的に
全ての通常の水が重水と置換されてしまつてい
る。従つて、原子炉は中性子吸収物質を使用する
ことなく且つ始動時に過剰反応度を用いることな
く制御可能となり、ウラン燃料コストが相当に節
約される。また、付加的なプルトニウムの製造に
よつてU²³⁵の濃縮の必要性が減じる。 従つて、本発明の主な目的は、原子炉炉心寿命
を延長することができ、且つ原子炉冷却材中の低
ホウ素濃度において負荷追従能力のある方法を提
供することである。 この目的から、本発明は、炉心と、この炉心内
に配設される冷却材押出要素とを有するスペクト
ル移動原子炉を運転するため、所望の原子炉出力
レベルに依存して前記スペクトル移動原子炉を運
転するのに望ましい原子炉冷却材温度の設定点を
決めると共に、該設定点の回りに原子炉冷却材温
度の第１限界帯域を設定している、原子炉の運転
方法において、前記冷却材押出要素を、前記原子
炉冷却材温度が前記第１限界帯域の下限値に接近
する時に前記炉心から引き抜き、前記原子炉冷却
材温度が前記第１限界帯域の上限値に接近する時
に前記炉心に挿入して、前記原子炉冷却材温度が
前記第１限界値帯域の下限値又は上限値に接近す
る時に前記炉心内の原子炉冷却材の量を調節し、
この調節により、前記原子炉冷却材温度を前記設
定点の近くに且つ前記第１限界帯域内に維持す
る、ことを特徴とするものである。 本発明で使用する冷却材押出要素が移動して炉
心の中に入つたり炉心から引き抜かれる時に、中
性子のスペクトルが変化する。即ち、冷却材押出
要素は、中性子を吸収せず、炉心から冷却材を排
除するので、それに応じて中性子が減速され、中
性子スペクトルは硬化すると共に、原子炉出力の
発生が減少し、これにより原子炉冷却材温度を設
定点の近くに維持することができる。原子炉冷却
材温度は、制御棒を操作することによつても調節
できるが、本発明では、中性子の利用率を高める
ため、中性子を吸収する性質のある制御棒はでき
るだけ使用せず炉心外に位置させておき、絶対的
に必要になつた時にのみ、制御棒を使用するよう
になつている。 本発明は、添付図面に一例として図示した好適
な実施例に関する下記の記載から一層容易に明ら
かとなろう。 第１図において、原子炉２０は、頂部に脱着可
能な密閉頭部２４が取り付けられた原子炉容器２
２を備える。原子炉容器２２には入口ノズル２６
及び出口ノズル２８が設けられていて、水のよう
な冷却材が原子炉容器２２内を循環しうる。原子
炉容器２２の下方部分には炉心板３０が配設され
ており、この炉心板が燃料集合体３２を支持す
る。燃料集合体３２は原子炉容器２２内に配設さ
れ、炉心３４を構成する。当該技術で知られてい
るように、燃料集合体３２はその中のウランの核
分裂により熱を発生する。この燃料集合体３２と
熱伝達関係で原子炉容器２２を貫流する原子炉冷
却材が燃料集合体３２の熱を原子炉２０から離れ
た場所にある発電装置に運ぶ。制御棒を燃料集合
体３２に挿入したり或は燃料集合体から引き出し
たりするために、当該技術で既知のものから選択
しうる複数の制御棒駆動機構３６が密閉頭部２４
に装着されている。また、押出棒４０を燃料集合
体３２に挿入したり或は燃料集合体から引き出し
たりするために、複数の押出棒駆動機構３８も密
閉頭部２４に装着されている。押出棒駆動機構３
８は特開昭57−125389号公報に記載されたものと
同様でよい。明瞭にするため、選択した幾つかの
押出棒４０のみを第１図に示す。しかし、押出棒
４０の数は燃料集合体３２内の押出棒案内管の数
に対応するよう選択されていることを理解された
い。原子炉容器２２の上方部分には複数の押出棒
案内構造４２がそれぞれ押出棒駆動機構３８と整
列した状態で配設されていて、原子炉容器２２の
上方部分を通る押出棒４０の運動を案内してい
る。燃料集合体３２と押出棒案内構造４２との間
にはカランドリア４４を配設してもよい。このカ
ランドリア４４は各押出棒及び制御棒と共通の直
線上に整列して配置された多数の中空ステンレス
鋼管からなり、カランドリア領域内における押出
棒及び制御棒の案内を行なうと共に、流れによつ
て生じる押出棒及び制御棒の振動を最小にする。 第２図〜第４図において、燃料集合体３２は燃
料要素４８、格子５０、底部ノズル５２、頂部ノ
ズル５４及び案内管５６から構成される。燃料要
素は、核燃料を詰めて両端を端栓で封止した細長
い円筒形金属管でよく、20本×20本の実質的に正
方形の列群になつて配設され、格子５０によつて
所定場所に保持される。本数は25本でよい案内管
５６が各燃料集合体３２内に５本×５本の列群に
なつて配設されている。各案内管５６が占めるス
ペースは燃料要素４８の約４本分であり、案内管
５６は底部ノズル５２から頂部ノズル５４まで延
びて、格子５０、頂部ノズル５４及び底部ノズル
５２を支持する手段となつている。案内管５６
は、押出棒４０又は制御棒のような棒を収容可能
なジルカロイ（Zircaloy）製の中空円筒形金属管
でよい。押出棒４０及び制御棒は大体同一寸法に
造られているので、各案内管５６は押出棒又は制
御棒のどちらか一方を等しく収容できる。棒で占
められていない時には、案内管５６は原子炉冷却
材料で満たされているが、案内管５６に押出棒が
挿入されると、押出棒４０は案内管内の冷却材を
押し出す。 格子５０は、燃料集合体３２の長さに沿つた
種々の場所に位置決めされていて、燃料要素４８
及び案内管５６を互いに関して適当な距離のとこ
ろに隔置する作用をしており、原子炉冷却材の燃
料要素４８と熱伝達関係で循環しうるようになつ
ている。米国特許第3379617号及び第3379619号明
細書には類似する格子の詳細な説明が記載されて
いる。第４図から分かるように、ジルカロイで造
れる押出棒４０は、細長い、円筒形の、実質的に
中空の棒である。押出棒４０には、棒に加重する
ため及び棒の下方への移動性を高めるために
ZrO₂又はAl₂O₃のペレツトが入れられている。押
出棒４０は案内管５６と共通の直線上に整列する
ように配設されているので、所望の時に押出棒４
０を案内管５６内に挿入しうる。これ等の押出棒
４０はスパイダ５８として知られている共通の装
着構造体に懸架されている。スパイダ５８は、本
体６０と、この本体から半径方向に延びる支柱６
２とを備える。押出棒４０は各支柱６２に別個に
取り付けられていて、押出棒の挿入される案内管
５６の列に対応する列を形成する。スパイダ５８
は、押出棒駆動機構３８に接続された駆動軸６４
に取り付ける。押出棒駆動機構３８の付勢によつ
て駆動軸６４が下降又は上昇され、それによつて
炉心３４内の燃料集合体３２に対する押出棒４０
の挿入又は引き抜きが行なわれる。 各スパイダ５８が押出棒４０を一つ以上の燃料
集合体３２に挿入しうるように配設されているこ
とが重要である。例えば、第４図に示すように、
スパイダ５８は25本の押出棒を中央の燃料集合体
３２に挿入し、４本の押出棒を隣接する４つの燃
料集合体の各々に挿入しうる。このようにして、
スパイダ及び駆動機構の数を増すことなく、複数
の押出棒４０を複数の燃料集合体３２に対し出入
するよう移動させることができる。 第５図及び第６図において、押出棒案内構造４
２は、押出棒又は制御棒のような棒が通過しうる
ように設計された割りチユーブからなる複数のガ
イド７０を備えている。押出棒案内構造４２は第
１図に示すようにカランドリア４４と密閉頭部２
４との間に位置決めされ、各押出棒駆動機構３８
に対応するよう配列されている。多数のスペーサ
７２がガイド７０に沿つた種々の場所に配置され
ており、そしてガイド７０と一緒に、原子炉容器
２２の上方部分を通る押出棒４０を案内する。第
６図から分かるように、押出棒４０を案内するた
め８本のガイド７０が設けられている。ガイド７
０の割りチユーブにある“割れ目”はスペーサ７
２にある溝７４と共に、燃料集合体３２において
案内管５６に対する押出棒又は制御棒の整列を維
持しながらスパイダ５８がスペーサを通過しうる
ように、作用する。駆動軸６４を受け入れる溝７
６が中央に設けられているので、スパイダ５８は
この溝を通つて移動しうる。 再び第１図において、多数の管からなるカラン
ドリア４４は、カランドリア領域を通る押出棒４
０のような棒の案内を行なう。一般に、カランド
リア４４内の管は、ガイド７０のように割り管で
はないので、スパイダ５８はカランドリア４４内
の管の頂部に近付くとその下降を停止する。カラ
ンドリア４４の頂部で停止した時には、全ての棒
がカランドリアの管内を通つて燃料集合体３２内
に完全に挿入される。カランドリアの管に挿入さ
れている間、棒は原子炉冷却材の流れから保護さ
れるので、保護されていない場合にカランドリア
領域の原子炉冷却材の流速によつて生じるかも知
れない振動を最少にすることができる。 本発明においては、案内管５６に挿入できる棒
には少なくとも三種のものがある。例えば、押出
棒、制御棒及びグレイ棒（grayrod）を案内管５
６に挿入するべく配列しうる。棒の全ては大体同
一の寸法及び形状であるが、棒は異なる目的を果
たすので、棒を造る材料は異なつている。中空の
肉厚管であるか或は内部にZrO₂又はAl₂O₃ペレツ
トのような中性子吸収能力の低い物質を含んでい
る押出棒４０は、原子炉冷却材を押し出し、それ
により原子炉の減速状態を制御するのに使用され
る。制御棒は当該技術でよく知られた中性子吸収
物質を含んでおり、普通に知られた方法で炉心の
反応度を制御する働きをする。グレイ棒は押出棒
４０に似ているが、ステンレス鋼のような中性子
吸収能力が中程度の物質で造られているので、１
本当たりのそれ等の反応度価値は押出棒４０より
も大きい。 第７図〜第１１図には、炉心1/4における燃料
要素４８、押出棒４０、制御棒８０、グレイ棒８
２及び棒のない場所８４の配列が示されている。
炉心の完全な形状は第７図に示した1/4炉心を他
の炉心象限にも展開することによつて得られる。
実際には、第７図に示した1/4炉心は第７図のＡ
−Ａ線に沿つた1/8炉心の鏡像である。しかし、
第７図には明瞭にするため炉心1/4が示されてい
る。 第１０図から分かるように、各燃料集合体３２
は燃料要素４８の列と案内管５６の列とを備えて
いる。一般に、制御棒８０及びグレイ棒８２は対
角線上に配設された案内管５６内においてだけ使
用されるが、押出棒４０は燃料集合体の全案内管
５６内において使用されるのが普通である。ま
た、データ計測機器を収容するため、計装管８８
が各燃料集合体３２の中心近くに設けられてい
る。各燃料集合体３２は第１０図に示したものと
本質的に同一であるが、案内管５６が原子炉冷却
材、押出棒４０、制御棒８０又はグレイ棒８２の
どれによつて占められているかに応じて、各燃料
集合体３２は異なる機能を発揮する。押出棒４０
及びグレイ棒８２は大体等量の水を押し出すよう
にほぼ同じ大きさに決められているのが普通であ
る。しかし、グレイ棒８２は、押出棒４０が有す
る反応度価値より大きい反応度価値を持つ肉厚
の、ステンレス鋼製の円筒棒である。グレイ棒の
肉厚は約1.65mm（0.065in）でよい。しかし、グレ
イ棒は、押出棒クラスタが41本の押出棒からなる
のに対し、９本でグレイ棒クラスタを形成するよ
うに通常配列されているので、各グレイ棒クラス
タが持つ反応度価値は押出棒クラスタより小さ
い。従つて、棒の材料及び数を適切に選択するこ
とによつて、グレイ棒及び押出棒に対して平衡し
た反応度価値を得ることができる。また、一つの
グレイ棒クラスタの反応度価値は一つの押出棒ク
ラスタの約25％であるから、グレイ棒クラスタ及
び押出棒クラスタの運動を多様に組み合わせるこ
とにより、炉心全体にわたり種々の反応度価値を
生じさせることができる。 第１１図において、案内管５６内で制御棒８０
もグレイ棒８２も使用されておらず且つ押出棒４
０のみが使用されている燃料集合体を総括的に押
出集合体９０と呼び、押出棒４０及び制御棒８０
の双方を用いている（しかしグレイ棒はない）燃
料集合体を制御集合体９２と呼び、同様に押出棒
４０及びグレイ棒８２の双方が使用されている燃
料集合体をグレイ集合体９４と呼ぶ。第１１図に
おいては、明瞭にするため燃料要素４８は省略さ
れており、また、これ等の燃料集合体は第１０図
に示したものと同様である。 更に第１１図において、制御棒８０及びグレイ
棒８２の各々はスパイダ５８に類似するスパイダ
（図示しない）に取り付けられているが、この図
示しないスパイダは一つの燃料集合体に作用する
だけである。このようにして、任意の燃料集合体
における全ての制御棒８０又はグレイ棒８２は単
一の駆動機構によつて上昇又は下降させることが
できる。更に、押出機の各スパイダ５８は（第１
１図の中央部及び第４図に図示したように）隣接
する燃料集合体内に延入できるので、押出棒のス
パイダ５８の運動が５本の燃料集合体に対する制
御に影響を与え、必要な押出棒駆動機構の数を減
少させる。勿論、1/4炉心の周辺では（第７図に
示すように）、隣接する燃料集合体がないか或は
棒のない場所８４が存在するので、特定のスパイ
ダは通常より少ない本数の棒を移動させる。この
場所８４は、他のものと明確に区別するように、
第８図、第９図及び第１１図において斜線を付し
て示されている。 第７図を構成する第８図及び第９図において、
各横列に100〜114の番号を付し各縦列に116〜130
の番号を付した1/4炉心の配列は次のように構成
されている。 燃料集合体 （100116） 1/4押出集合体 （100118） 1/2制御集合体 （100120） 1/2押出集合体 （100122） 1/2制御集合体 （100124） 1/2押出集合体 （100126） 1/2制御集合体 （100128） 1/2押出集合体 （100130） 1/2グレイ集合体 （102116） 1/2制御集合体 （102118） 押出集合体 （102120） グレイ集合体 （102122） 押出集合体 （102124） グレイ集合体 （102126） 押出集合体 （102128） 制御集合体 （102130） 押出集合体 （104116） 1/2押出集合体 （104118） グレイ集合体 （104120） 押出集合体 （104122） 制御集合体 （104124） 押出集合体 （104126） 制御集合体 （104128） 押出集合体 （104130） 棒のない部分的制御集合体 （106116） 1/2制御集合体 （106118） 押出集合体 （106120） 制御集合体 （106122） 押出集合体 （106124） 制御集合体 （106126） 押出集合体 （106128） 制御集合体 （106130） 押出集合体 （108116） 1/2押出集合体 （108118） グレイ集合体 （108120） 押出集合体 （108122） 制御集合体 （108124） 押出集合体 （108126） 制御集合体 （108128） 押出集合体 （110116） 1/2制御集合体 （110118） 押出集合体 （110120） 制御集合体 （110122） 押出集合体 （110124） 制御集合体 （110126） 押出集合体 （110128） 棒のない部分的押出集合体 （112116） 1/2押出集合体 （112118） 制御集合体 （112120） 押出集合体 （112122） 制御集合体 （112124） 押出集合体 （112126） 棒のない部分的押出集合体 （114116） 1/2グレイ集合体 （114118） 押出集合体 （114120） 棒のない部分的制御集合体 （114122） 押出集合体 1/4炉心に関する前述の記載から分かるように、
その概念に基づく炉心構造は第１１図に示すよう
に大体図示できる。基本的には、第７図において
燃料集合体（100、116）で表わされている完全炉
心の中心の燃料集合体は制御集合体９２又は多分
に押出集合体９０のどちらか一方に決めることが
できる。一旦これが決定されたら、中心の燃料集
合体の側平面に直ぐ隣接する４つの燃料集合体を
他の型式のものに決め、対角線上にある燃料集合
体を中心の燃料集合体と同一型式のものに決め
る。次いでこの仕方を交互に続ける。例えば、第
７図における中心の燃料集合体（100、116）は押
出集合体９０に決めたので、その側平面にある燃
料集合体は制御集合体９２又はグレイ集合体９４
のどちらかに決められ、一方対角線上にある燃料
集合体は押出集合体９０に決められる。この仕方
は、炉心の周辺に達するまで交互に繰り返され
る。炉心の周辺では、端の燃料集合体は特定の炉
心の核物理学に基づいてハイブリツド（混成）集
合体であるように決めることができる。ある特定
の燃料集合体を制御集合体９２にするかグレイ集
合体９４にするかは、通常の炉心設計に基づいて
要求される制御集合体の数と場所とを先ず選択す
ることにより決定される。その後、制御集合体９
２と決めなかつた燃料集合体の残りをグレイ集合
体９４として使用する。従つて、実質的に炉心全
体にわたつて押出集合体及び制御又はグレイ集合
体が交互する仕方で配列することが可能であり、
実際に全ての燃料集合体が少なくとも一つの押出
棒スパイダ５８で操作され、且つ各押出棒スパイ
ダ５８が一般に５本の燃料集合体を操作する。更
に、各燃料集合体は押出棒、制御棒又はグレイ棒
のどれかのための少なくとも一つの駆動機構によ
つて操作される。 図示の炉心配列は、炉心内の減速材の量を制御
することによつて中性子スペクトルを“スペクト
ル移動”の方法で制御することができる手段とな
る。減速材量の制御は、適切な時期に炉心内の水
冷却材を押し出し押出棒と置換することによつて
行なうことが可能であり、それにより炉心の減速
状態が変化する。押出棒４０及びグレイ棒８２は
この減速状態の変化に影響を及ぼすために使用で
きる。 本発明によるスペクトル移動加圧水形原子炉の
運転に際しては、炉心寿命の初期に、全ての押出
棒４０及びグレイ棒８２を炉心３４内に入れる。
しかし、その時期にはどの制御棒８０も挿入する
必要がない。押出棒４０及びグレイ棒８２の挿入
は押出棒駆動機構３８のような適切な機構を付勢
することにより行なわれる。駆動機構が付勢され
ると、押出棒４０及びグレイ棒８２は下降して燃
料集合体３２の適切な案内管５６内に入る。従つ
て、押出棒及びグレイ棒はそれ等の容積の冷却材
（水）を押し出し、炉心３４内の減速材量が減少
する。減速材の減少は炉心の中性子スペクトルを
硬化させ、そしてプルトニウムの生産量を増大さ
せる。中性子スペクトルのこの硬化は一般に“ス
ペクトル移動”と呼ばれている。一層硬化した中
性子スペクトルはホウ素による化学的粗調整の必
要性を軽減し、一層大きい負減速材温度係数をも
たらし、そして可燃性毒物の必要性を減少ないし
は排除する。炉心内のウラン燃料の減損は炉心の
寿命が終わるまで続くので、ある数の押出棒４０
及び（又は）グレイ棒８２をそれ等の駆動機構の
付勢により炉心から引き抜く。棒の引き抜きによ
つて一層多量の水減速材が炉心領域に入り、炉心
の減速を助長する。これは、燃料の減損が反応度
価値の減損を生じさせている時に、実際に反応度
価値をもたらす。従つて、炉心の反応度は長期間
にわたり適切なレベルに維持できる。棒の引き抜
きは、炉心寿命の末期近くに、全ての押出棒４０
及び全てのグレイ棒８２が炉心から引き抜かれて
しまうまで、炉心の種々の条件に依拠する所定速
度で継続することができる。 押出棒４０及びグレイ棒８２は“スペクトル移
動”のために使用するほかに、負荷追従のために
も使用できる。例えば、原子炉冷却材中のホウ素
濃度が約100ppm以下に低下すると、負荷追従中
のキセノン過渡変動に対して補償するホウ素の放
出供給操作の能力が実際に則したものにならない
場合がある。しかし、押出棒４０又はグレイ棒８
２のうち選択したものを引き抜くか或は挿入する
ことにより、適正な反応速度化を行なつてキセノ
ン過渡変動を補償できる。更に、かかる処置を行
なつて全出力要求又は半径方向出力分布を調整す
ることができる。グレイ棒８２は押出棒４０とは
異なる反応度価値を持つているので、また、グレ
イ棒８２及び押出棒４０は炉心内の別々の場所に
位置決めされているので、これ等の棒の適切な選
択及び運動により原子炉の微妙な制御を行なうこ
とができる。 41本の押出棒からなる押出棒クラスタの反応度
価値を計算したところ、このクラスタは約75pcm
の反応度価値を持つている。即ち、燃料の燃焼度
が11000MWD／MTUである時、単一の押出棒
（41本）クラスタを完全に挿入した状態から完全
に引き抜いた状態へ動かした場合に、炉心の反応
度が約75pcmだけ増加すると考えられる。同時
に、反応度の減速材温度係数は約−70pcm／℃で
あると言える。ここで、制御棒の位置又は出力レ
ベルに変化を生じさせることなく単一の押出棒
（41本）クラスタを引き抜くと、押出棒の運動後、
約10〜20秒（１ループの伝達時間）遅れて、原子
炉冷却材の平均温度が約１℃上昇する。押出棒の
運動に応じて生じる冷却材の平均温度の変化は若
干であり且つゆつくり起こるので、冷却材の温度
変化は全炉心反応度に対する押出棒の影響を“ク
ツシヨン”にするのに使用できる。即ち、負減速
材温度係数のため、原子冷却材の温度変化は押出
棒の運動によつて生じる反応度変化の一部を相殺
しようとするので、押出棒クラスタが運動する時
の炉心反応度の変化はスムースである。押出棒ク
ラスタの反応度価値及び減速材温度係数の絶対値
は、炉心内のホウ素濃度及び水素対ウランの比率
の変化に連れて、同一方向に且つ比較しうるわず
かな割合で変化するので、押出棒クラスタの単位
運動当たりの温度変化は炉心寿命の後半を通じて
炉心状態に大体関係がない。 第１２図において、原子炉制御に関するこの概
念を利用して、二つの原子炉冷却材温度帯域を選
び、原子炉を運転できる。これ等の帯域は従来の
運転帯域より広く且つ異なつている。一つの帯
域、即ち帯域Ａは広帯域であつて、原子炉冷却材
平均温度の設定点T_Sの各側に１℃づつ広がる約
２℃の巾に決められている。T_Sは原子炉を運転
するのに望ましい原子炉冷却材平均温度に設定さ
れている。或は、低温側の平均温度を使用しても
よい。行政上の指導限界又は狭帯域である帯域Ｂ
は、設定点T_Sの各側に0.75℃づつ広がる約1.5℃
の巾に決められている。帯域Ａは、原子炉冷却材
の温度がこの限界に達すると自動装置が作動を開
始して温度のドリフトを転換するよう選定されて
いる。また、帯域Ｂは作業の指導限界として選定
されているもので、原子炉冷却材の温度がこの限
界に近付くと、運転員により或は押出棒運動の自
動的な選択及び開始により帯域Ａの限界に達する
のを避けるようになつている。このような方法
で、時間t₀〜t₁間に示すようにキセノン蓄積中に
原子炉冷却材の温度が下方へドリフトする時に、
特定の押出棒クラスタ又はグレイ棒クラスタの引
き抜きが開始される。時間t₁及びt₂間でクラスタ
が引き抜かれるが、完全に引き抜くには約15分間
を要する。クラスタの引き抜きによつて水−減速
材が炉心に入り、炉心の反応度が上昇すると共に
原子炉冷却材の温度が上方へドリフトする。キセ
ノンは蓄積を継続するので、時間t₂〜t₃間に示す
ように冷却材温度は再び低下する。t₃に達した時
に、次のクラスタ、即ち必要とされる反応度の増
加に応じて押出棒クラスタ又はグレイ棒クラスタ
のどちらかを選んで引き抜くことが再び必要にな
る。t₄〜t₅間の時間枠は、帯域Ａの限界に達する
のを回避するため次のクラスタの引き抜きを開始
すべき時間枠である。このような方法で、キセノ
ン過渡変動によつて起こるような原子炉冷却材の
温度変動を、原子炉内のホウ素濃度を調整するこ
となく且つ炉心寿命を延長しながら、補償するこ
とができる。 特定のクラスタを何時動かすべきかを決定する
ほかに、どのクラスタ又はクラスタ群を動かすべ
きか及びそれ等を炉心に入れるべきか或は出すべ
きかどうかをも決定する必要がある。この点に関
しては、押圧棒クラスタはグレイ棒クラスタより
も広い炉心領域に影響を及ぼすので、且つ、個々
のグレイ棒は個々の押出棒とは異なる反応度価値
を持つているので、種々のクラスタの適正な選択
及び運動によつて炉心反応度のレベル及び半径方
向の出力分布に変化を生じさせることができる。 第１３図において、出力配分の計算機１００は
各燃料集合体に割り当てられる全炉心出力の割合
を決定する。これは、十分な数の炉内放射線検出
器を使つて局部的な中性子束又は出力レベルの値
を測定する通常の方法により確認できる。例え
ば、約60の燃料集合体はガンマ線検出器のような
放射線検出器を５つ備える。この５つの放射線検
出器は燃料集合体に沿つて軸方向に隔置され、全
部で300の放射線検出器が60の炉心領域について
の反応度レベルを同時的に与えるようになつてい
る。これ等の読みは、較正及び重みつけの係数と
共に出力配分計算機１００に送られ、各炉心領域
が担う出力配分割合が決定される。同時に、現況
コンパイラ１０２がホウ素濃度、水素対ウランの
割合、クラスタの現在位置等のその他の炉心条件
をコンパイルする。この情報を出力配分計算機１
００からの情報と共に押出棒運動による効果の予
報器１０４に送り、そこで、各クラスタの運動に
より生じると思われる反応度変化及び出力配分割
合の変化を決定する。特定の燃料集合体に関し、
その対応するクラスタを動かすことにより生じる
反応度変化は燃料集合体の現在の出力密度に関係
することが分かつた。この関係は次のように表現
できる。 △Ｒ＝ｍ×APD ここで、 △Ｒ＝対応するクラスタ（押出棒又はグレイ
棒）を挿入又は引き抜くことによる燃料集合体の
反応度変化 APD＝クラスタ移動前の燃料集合体出力密度 ｍ＝係数（直線の傾き） 尚、上の式において、△Ｒは相対的な値であり
無次元、ｍの単位はクラスタ１本のpcm／単位出
力密度である。pcmは増倍率を表すのに通常使用
され、1pcmは1000分の１パーセントである。ま
た、次のデータで示されるように係数ｍは燃焼度
を関係づけうることが分かつた。

【表】 燃焼度に対する係数の関係は、 ｍ＝0.0054×BU となる。 ここで、 BU＝燃焼度（MWD／MTU）であり、係数
0.0054の単位はpcm÷MWD／MTUである。 従つて、 △Ｒ＝0.0054×BU×APU 効果予報器１０４は、この関係を使用すること
によつて、その燃料集合体に対応するクラスタを
動かすことによつて生じると思われる反応度変化
を予報することができる。次にこの情報をクラス
タ選択器１０６に送る。 また、クラスタ引き抜き後の特定の燃料集合体
の出力密度は次のように関係付けうることが分か
つた。 NPD＝（1.17＋0.000033×BU）×OPD ここで、 NPD＝新燃料集合体出力密度 OPD＝旧燃料集合体出力密度 BU＝燃焼度（MWD／MTU） 上記の式において係数0.000033の単位は１÷
MWD／MTUである。従つて、特定の燃料集合
体の出力密度変化はクラスタ移動前のその出力密
度に基づいて得ることができる。次いでこの情報
をクラスタ選択器１０６に送る。 当該技術で既知のものから選定できる要求予報
器１０８は、必要であると予想される反応度の増
加量又は減少量を決定しそれをクラスタ選択器１
０６に送るべく設けられている。これは、冷却材
平均温度、出力レベル、帯域限界、設定点等のデ
ータに基づくことができる。また、出力配分計算
機は各燃料集合体の出力配分割合をクラスタ選択
器１０６に送る。 クラスタ選択器１０６は、クラスタ移動前の各
燃料集合体についての出力配分割合、クラスタを
動かしたと仮定した場合に予想される反応度変
化、各燃料集合体についての現在の出力密度
（OPD）、各燃料集合体についての予報出力密度
（NPD）及び要求される反応度変化を受け取る。
これ等から、各燃料集合体の新しい出力配分割合
を決定することができる。この情報並びに各クラ
スタの現在位置に基づいて、クラスタ選択器１０
６は、全体の出力配分パターンを歪曲することな
く所望の反応度変化を生じさせるクラスタ運動を
行なう一つ又は複数のクラスタを選択できる。一
般に、この選択には、後からのクラスタ運動を妨
害するかも知れないクラスタ運動を行なわないよ
うに、次の反応度変化及びそれに必要な運動を予
報することが含まれる。選択したクラスタの配置
は出力分布検査器１１０、読出器１１２及び自動
制御器１１４に直接送られる。出力分布検査器は
旧出力配分割合に対する予報出力配分割合を検査
し、予報した変化が設定限界の外側に出れば警報
器１１６をトリツプすることができる。運転員は
読出器１１２を見て、選択したクラスタの配置の
どれを使用するか決定することができ、或は、ク
ラスタ選択器１０６によつて選択を自動的に行な
い、選択信号をクラスタ運動遂行のため自動制御
器１１４に送ることができる。従つて、例えば負
荷追従中に加圧水形原子炉を制御するため、この
等の規準に基づいて、利用しうる押出棒又はグレ
イ棒クラスタの多数の組合せの各種の運動が評価
され、そして遂行される。 従つて、本発明は、制御棒又は化学的粗調整の
変化を行なうことなく原子炉の出力レベルを変更
できる加圧水形原子炉の運転方法を提供する。

【図面の簡単な説明】

第１図は原子炉の立面の縦断面図、第２図は燃
料集合体の上方部分を一部断面で示す立面図、第
３図は燃料集合体の下方部分を一部断面で示す立
面図、第４図は押出棒及び燃料集合体の斜視図、
第５図は押出棒案内構造を一部断面で示す立面
図、第６図は第５図の−線断面図、第７図は
原子炉の1/4炉心、即ち炉心の1/4を示す概略図、
第８図及び第９図は1/4炉心の一部の拡大図、第
１０図は一般的な燃料集合体の概略断面図、第１
１図は炉心の一部の概略図、第１２図は負荷追従
応答を示すグラフ、第１３図はクラスタ選択論理
のブロツク図である。 ２０……原子炉、２２……原子炉容器、３２…
…燃料集合体、３４……炉心、４０……押出棒
（冷却材押出要素）、８２……グレイ棒（冷却材押
出要素）、Ｂ……原子炉冷却材温度帯域、T_S……
設定点。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 炉心と、この炉心内に配設される冷却材押出
   要素とを有するスペクトル移動原子炉を運転する
   ため、所望の原子炉出力レベルに依存して前記ス
   ペクトル移動原子炉を運転するのに望ましい原子
   炉冷却材温度の設定点を決めると共に、該設定点
   の回りに原子炉冷却材温度の第１限界帯域を設定
   している、原子炉の運転方法において、前記冷却
   材押出要素を、前記原子炉冷却材温度が前記第１
   限界帯域の下限値に接近する時に前記炉心から引
   き抜き、前記原子炉冷却材温度が前記第１限界帯
   域の上限値に接近する時に前記炉心に挿入して、
   前記原子炉冷却材温度が前記第１限界帯域の下限
   値又は上限値に接近する時に前記炉心内の原子炉
   冷却材の量を調節し、この調節により、前記原子
   炉冷却材温度を前記設定点の近傍に且つ前記第１
   限界帯域内に維持する、ことを特徴とする、原子
   炉の運転方法。