JPH04249794A - 原子炉初装荷炉心の運転方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、原子炉初装荷炉心の運
転方法に係り、とりわけ、その運転の経済性を向上させ
ることのできる運転方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】炉心の状態を、平衡炉心と初装荷炉心と
２通りに区別して呼ぶことがある。この時、平衡炉心と
は、燃料取換えを数回繰り返して炉心の燃焼度分布や燃
料物質の組成が平衡状態に達したものをいい、いわゆる
取換え燃料が新燃料として使用されている。また初装荷
炉心とは、原子炉の第一サイクルですべての燃料が新燃
料のみにより構成されたものをいい、初装荷燃料が使用
される。平衡炉心の場合、通常、濃縮度種類が１種類の
新燃料を装荷して取り出し、それらすべての燃料が数サ
イクル（通常は３〜４サイクル）炉心で燃焼したのち取
り出されるサイクルを繰り返すのが普通である。

【０００３】これに対して初装荷燃料の場合、第一サイ
クルの初めは全炉心分の新燃料を装荷し、それらの燃料
の一部は第二サイクルまたは第三サイクルに取り出され
るものがある。このためそれらの燃料の炉心内滞在時間
はそれぞれ１〜２サイクルとなり、初めに装荷した燃料
の平均の取り出し燃焼度は、平衡炉心の場合の取り出し
燃焼度より小さくなっている。

【０００４】このように初装荷炉心において、短いサイ
クルで取り出される燃料が存在し、取り出し燃焼度が高
くできないため、いくつかの改善案が考案されてきた。 例えば従来の濃縮度種類を１種類とした初装荷燃料では
、第一サイクルで取り出される燃料は、その濃縮度本来
の燃焼度に到達できていないため、次のサイクルで使用
する例がある。さらに改善された方法として、取り出し
燃焼度に合わせて複数種類の濃縮度の集合体をあらかじ
め用意し、基本的に低い濃縮度のものが短い炉心滞在期
間として、取り出し燃料に無駄な核分裂性物質が残らな
いようにする考え方がある。これを初装荷多種類炉心と
呼ぶ。

【０００５】さらにこの炉心では、平衡炉心と同様な考
え方でコントロールセルを組み合わせることがあり、こ
の場合コントロールセルには、可燃性毒物の使用されて
いない、最も低い濃縮度の燃料集合体を配置して用いら
れている。例として［Ｃｒｏｗｔｈｅｒ，　Ｒｅｅｓｅ
，　ＬＷＲ　Ｉｎｏｖａｔｉｖｅ　Ｃｏｒｅ　Ｌｏａｄ
ｉｎｇ　Ｓｔａｒａｔｅｇｉｅｓ，　Ｐｒｏｃ．　Ｔｏ
ｐｉｃａｌ　ｍｅｅｔｉｎｇｏｎ　Ａｄｖａｎｃｅｓ　
ｉｎ　Ｆｕｅｌ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　（Ｍａｒ．１
９８６）］などがある。

【０００６】このように初装荷炉心では、複数の濃縮度
の燃料を組み合わせることにより燃焼効率を良くするこ
とができるが、依然として第一サイクルで取り出される
燃料の取り出し燃焼度は低いままであり、平衡炉心用の
取換え燃料と比較すると、取り出し燃焼度が低くなって
いる問題は残った。

【０００７】この対策として、第一サイクルの炉心でな
るべく低濃縮度燃料を燃焼させる方法として、炉心最周
辺に高濃縮度燃料を配置し、低濃縮度燃料を炉心の内側
に配置することにより、なるべく低濃縮度燃料の燃焼を
進める方法も考案されている。この例として［Ｗａｔａ
ｎａｂｅ　ｅｔ．ａｌ．　ＩＭＥＣ：ＡＮ　ＩＭＰＲＯ
ＶＥＤ　ＭＵＬＴＩ−ＥＮＲＩＣＨＭＥＮＴ　ＩＮＩＴ
ＩＡＬ　ＢＷＲ　ＣＯＲＥ　　同］がある。

【０００８】なお、この２つの文献にも示されているよ
うに、初装荷多種類炉心においては、コントロールセル
炉心の概念が平衡炉心における経験からそのまま初装荷
炉心にも適用されており、最低濃縮度の燃料を可燃性毒
物なしとして、かつコントロールセル位置に配置して、
出力運転中はコントロールセルの制御棒を余剰反応度制
御に使用されるのが前提となっている。また初装荷多種
類炉心では、装荷される燃料の平均の濃縮度は取替え燃
料の濃縮度より低くなっている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところが従来の初装荷
炉心では、第一サイクルで取り出される最低濃縮度の燃
料の燃焼度をなるべく大きくすることが、燃料経済性上
有利であるにもかかわらず、最低濃縮度に隣接する制御
棒を主として使用して、かえって最低濃縮度の燃料の燃
焼度を抑制していた。すなわち、従来の初装荷多種類炉
心はコントロールセルを用いており、ここには最低濃縮
度の燃料が配置されているために、制御棒により出力が
抑制される結果となっていた。

【００１０】また、初装荷炉心第一サイクルのＥＯＣで
余剰反応度を残す運転をする場合、サイクルを通じて一
定以上の制御棒反応度が加えられているため、部分的に
位置を固定とできる制御棒ができるにもかかわらず、従
来はコントロールセルのすべての制御棒をサイクル中に
変動させ、運転手順が複雑になっていた。

【００１１】本発明は、このような点を考慮してなされ
たもので、第一サイクル取り出し燃料の燃焼度を高める
ことができる原子炉初装荷炉心の運転方法を提供するこ
とを目的とする。本発明の他の目的は、炉心の運転を簡
略化できる原子炉初装荷炉心の運転方法を提供するにあ
る。本発明のさらに他の目的は、炉心の運転を簡略化で
き、しかも第一サイクル取り出し燃料の燃焼度を高める
ことができる原子炉初装荷炉心の運転方法を提供するに
ある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の発明は、
前記目的を達成する手段として、濃縮度が異なる複数種
類の燃料集合体を用い周辺部の方に中心部より濃縮度の
高い燃料集合体が配置された原子炉初装荷炉心において
、濃縮度が最低でない燃料集合体のみに隣接する制御棒
を用い、その挿入深さを可変とする運転を行なうように
したことを特徴とする。

【００１３】本発明の第２の発明は、前記目的を達成す
る手段として、濃縮度が異なる複数種類の燃料集合体を
用い周辺部の方に中心部より濃縮度の高い燃料集合体を
配置し、かつ第一サイクルの終了時に余剰反応度が残る
ように設計された原子炉初装荷炉心において、制御棒を
２つのグループに分け、一方のグループは挿入深さを固
定とし、他方のグループは挿入深さを可変とする運転を
行なうようにしたことを特徴とする。

【００１４】本発明の第３の発明は、前記目的を達成す
る手段として、濃縮度が異なる複数種類の燃料集合体を
用い周辺部の方に中心部より濃縮度の高い燃料集合体を
配置し、かつ第一サイクルの終了時に余剰反応度が残る
ように設計された原子炉初装荷炉心において、濃縮度が
最低でない燃料集合体のみに隣接する制御棒の少なくと
も一部の挿入深さを固定とし、それ以外の制御棒の一部
の挿入深さを可変とする運転を行なうようにしたことを
特徴する。

【００１５】

【作用】本発明の第１の発明に係る原子炉初装荷炉心の
運転方法においては、濃縮度が最低でない燃料集合体の
みに隣接する制御棒を用いて運転が行なわれる。このた
め、最低濃縮度燃料に隣接する制御棒が使用されること
はなく、最低濃縮度燃料の相対出力が制御棒により抑制
されることがなくなり、第一サイクルに取り出される最
低濃縮度燃料の燃焼度を大きくすることが可能となる。

【００１６】また、本発明の第２の発明に係る原子炉初
装荷炉心の運転方法においては、制御棒が、挿入深さを
固定とするグループと、挿入深さを可変とするグループ
とに分けられ、運転中の余剰反応度変動分に対しては、
挿入深さ可変グループの制御棒で反応度制御が行なわれ
、余剰反応度の一定部分に対しては、挿入深さ固定グル
ープの制御棒で反応度制御が行なわれる。このため、駆
動する制御棒の数が少なくなり、炉心の運転を簡略化す
ることが可能となる。

【００１７】さらに、本発明の第３の発明に係る原子炉
初装荷炉心の運転方法においては、濃縮度が最低でない
燃料集合体のみに隣接する制御棒の少なくとも一部の挿
入深さが固定とされ、それ以外の制御棒の一部の挿入深
さが可変とされる。

【００１８】ここで、挿入深さ固定の制御棒の場合、サ
イクル中に挿入位置が変化しないことから、可燃性毒物
の存在する燃料に隣接する場合であっても、制御棒位置
変化に伴なう軸方向出力ピーキング拡大の影響が少なく
、任意の場所の制御棒をこれに用いることができる。 そして、初装荷多種類炉心の場合、この位置としてコン
トロールセル以外の位置とすることにより、コントロー
ルセルでの制御棒挿入量が減少し、最低濃縮度燃料の燃
焼度を大きくすることが可能となる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の第１実施例を図１を参照して
説明する。図１は、本発明に係る沸騰水型原子炉の初装
荷炉心の一例を示す断面図であり、１７行１７列の燃料
配置について炉心の１／４断面を示している。炉心は回
転対称の配置であり、他の象現については省略されてい
る。

【００２０】この炉心の燃料集合体は２種類の濃縮度が
使用される。すなわち、図中、符号１は低濃縮度燃料集
合体であり、平均濃縮度は、天然ウラン相当の０．７ｗ
／ｏが使用されている。また、図中、符号３は高濃縮度
燃料集合体であり、平均濃縮度は、約３．６ｗ／ｏが使
用されている。そして、低濃縮度燃料集合体１は２３２
体、高濃縮度燃料集合体３は６４０体となっている。

【００２１】また、この炉心には、図１に太枠で示すコ
ントロールセル１０が設定されており、各コントロール
セル１０内には、低濃縮度燃料集合体１が配置されてい
る。

【００２２】また、低濃縮度燃料集合体１には、可燃性
毒物が含まれておらず、一方高濃縮度燃料集合体３には
、可燃性毒物が含まれている。

【００２３】前記炉心の周辺部には、高濃縮度燃料集合
体３が配置されており、運転中は、この周辺位置にある
高濃縮度燃料集合体３のみに囲まれた３２体の制御棒２
０のみが使用され、コントロールセル１０の制御棒は使
用されないようになっている。　　次に、本実施例の作
用について説明する。運転中は、高濃縮度燃料集合体３
にのみ隣接する制御棒２０が用いられる。このため、高
濃縮度燃料の出力が抑制され、逆に低濃縮度燃料の出力
は大きくなる。また、高濃縮度燃料が炉心の最外周に配
置され、炉心の中心部に低濃縮度燃料が配置されている
ため、低濃縮度燃料の出力が大きくなる。

【００２４】また、制御棒２０は、高濃縮度燃料に隣接
していて、制御棒２０の反応度価値が充分あるため、運
転中の余剰反応度制御は、これらの制御棒２０のみで行
なわれる。

【００２５】本発明者等は、図１に示す炉心と図２に示
す従来の炉心とを用い、三次元炉心計算コードにより、
１５ケ月運転相当の全く同一の期間燃焼させ、炉心の第
一サイクル終了時相当燃焼度の燃料別の燃焼度を求め、
以下の表１に示す結果を得た。

【００２６】なお、図２に示す従来の炉心は、３７個の
コントロールセル１０位置の制御棒２０をすべて使用し
、それ以外の制御棒を用いない場合の例であり、使用す
る燃料集合体１，３の濃縮度、体数、装荷位置は、図１
のものと全く同一である。また、図１および図３の炉心
とも、運転中の余剰反応度制御のため、サイクル中に挿
入ノッチ深さを調整した。

【００２７】

【表１】 表１からも明らかなように、低濃縮度燃料集合体１以外
の部分の制御棒２０を使用することにより、第一サイク
ルで取り出される低濃縮度燃料の燃焼度を２０％以上伸
ばすことができることが判る。

【００２８】このように、第一サイクルで取り出される
燃料のいわゆる燃料サイクルコストを、ほぼ２０％程度
削減することができる。また、高濃縮度燃料集合体３が
炉心の最外周に配置され、かつ低濃縮度燃料集合体１が
炉心中央に配置されているので、低濃縮度燃料の反応度
が高くなり、さらに燃焼を進めることができる。また、
使用する燃料の種類が２種類であるので、製造工程を短
縮して燃料の製造コストを低減できる。

【００２９】図３は、本発明の第２実施例を示すもので
、以下これについて説明する。本実施例に係る炉心は、
使用する燃料濃縮度および燃料配置が、前記第１実施例
と全く同一となっており、また１５ケ月運転相当の運転
期間では、サイクル終了時において余剰反応度が残るよ
う設計されている。

【００３０】また、制御棒は、コントロールセル１０位
置のもののみが使用されるようになっており、この制御
棒は、第１のグループの制御棒２１と第２のグループの
制御棒２２とに分けられている。第１のグループの１２
本の制御棒２１は、挿入深さがサイクルを通じて固定と
され、ＥＯＣでも同じ挿入状態となっている。一方、第
２のグループの制御棒２２は、燃焼に伴なって、サイク
ル中のある時点で挿入深さが変えられるようになってお
り、ＥＯＣではすべて引き抜かれるようになっている。 なお、その他の点については、前記第１実施例と同一構
成となっており、作用も同一である。

【００３１】このように、位置変化のある制御棒２２が
従来より減少しており、制御棒操作が容易となる。また
、ＥＯＣに余剰反応度を残すことは、余剰反応度分だけ
初装荷燃料の平均の濃縮度を上げることができることと
同じであり、初装荷燃料の平均の取り出し燃焼度を高め
ることができる。

【００３２】図４は、本発明の第３実施例を示すもので
、以下これについて説明する。本実施例に係る炉心は、
使用する燃料濃縮度および燃料配置が、前記第１実施例
と全く同一となっており、また１５ケ月運転相当の運転
期間では、サイクル終了時において余剰反応度が残るよ
う設計されている。

【００３３】また制御棒は、高濃縮度燃料集合体３のみ
に囲まれた位置の制御棒２３と、コントロールセル１０
位置の制御棒２４の２種類が用いられるようになってお
り、前記制御棒２３は、挿入深さがサイクルを通じて固
定とされ、ＥＯＣでも同じ挿入状態が維持されるように
なっている。一方、制御棒２４は、燃焼に伴なって、サ
イクル中のある時点で挿入深さが変えられるようになっ
ており、ＥＯＣではすべて引き抜かれるようになってい
る。なお、その他の点については、前記第１実施例と同
一構成となっており、作用も同一である。

【００３４】このように、コントロールセル１０の制御
棒２４の使用が減っているため、低濃縮度燃料の出力が
高められ、取り出し時の燃焼度を高めることができる。 また、実際に必要となるコントロールセル１０の数を減
らすことができるため、それによる余裕から生じた低濃
縮度燃料集合体１を適当な位置に配置し、熱的特性を向
上させることに用いることができる。また、同時に操作
する制御棒２４の数が減るため、炉心の運転が簡素化で
きる。

【００３５】図５は、本発明の第４実施例を示すもので
、以下これについて説明する。本実施例に係る炉心は、
低濃縮度燃料集合体４、中濃縮度燃料集合体５および高
濃縮度燃料集合体６の３種類の集合体を組合わせて構成
されており、コントロールセル１０は、低濃縮度燃料集
合体４によって構成されている。

【００３６】また、低濃縮度燃料集合体４は、炉心の最
外周に１層のみ配置され、いわゆる低漏洩型炉心となっ
ており、また高濃縮度燃料集合体６の大半は、最外周よ
り２層目ないし３層目部分に配置されている。

【００３７】また、制御棒２０は、高濃縮度燃料集合体
６または中濃縮度燃料集合体５に隣接する炉心周辺位置
のもののみが使用されるようになっている。なお、その
他の点については、前記第１実施例と同一構成となって
おり、作用も同一である。

【００３８】このように、低濃縮度燃料集合体４には制
御棒２０が隣接しておらず、出力を抑制することがない
ので、第一サイクルに取り出す低濃縮度燃料集合体４の
燃焼度を高めることができる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の第１の発
明は、濃縮度が最低でない燃料集合体のみに隣接する制
御棒を用いるようにしているので、第一サイクル取り出
し燃料の燃焼度を高めることができる。

【００４０】また、本発明の第２の発明は、制御棒を２
つのグループに分け、一方のグループは挿入深さを固定
とし、他方のグループは挿入深さを可変としているので
、炉心の運転を簡略化することができる。

【００４１】さらに、本発明の第３の発明は、濃縮度が
最低でない燃料集合体のみに隣接する制御棒の少なくと
も一部の挿入深さを固定とし、それ以外の制御棒の一部
の挿入深さを可変としているので、炉心の運転を簡略化
できるとともに、第一サイクル取り出し燃料の燃焼度を
高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る原子炉初装荷炉心の
１／４の構成を示す断面図。

【図２】従来の原子炉初装荷炉心の１／４の構成を示す
断面図。

【図３】本発明の第２実施例に係る原子炉初装荷炉心の
１／４の構成を示す断面図。

【図４】本発明の第３実施例に係る原子炉初装荷炉心の
１／４の構成を示す断面図。

【図５】本発明の第４実施例に係る原子炉初装荷炉心の
１／４の構成を示す断面図。

【符号の説明】

１　　低濃縮度燃料集合体 ４　　低濃縮度燃料集合体 ３　　高濃縮度燃料集合体 ６　　高濃縮度燃料集合体 ５　　中濃縮度燃料集合体 １０　　コントロールセル ２０　　制御棒 ２１　　制御棒 ２２　　制御棒 ２３　　制御棒 ２４　　制御棒

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】濃縮度が異なる複数種類の燃料集合体を用
   い周辺部の方に中心部より濃縮度の高い燃料集合体が配
   置された原子炉初装荷炉心において、濃縮度が最低でな
   い燃料集合体のみに隣接する制御棒を用い、その挿入深
   さを可変とする運転を行なうことを特徴とする原子炉初
   装荷炉心の運転方法。
2. 【請求項２】濃縮度が異なる複数種類の燃料集合体を用
   い周辺部の方に中心部より濃縮度の高い燃料集合体を配
   置し、かつ第一サイクルの終了時に余剰反応度が残るよ
   うに設計された原子炉初装荷炉心において、制御棒を２
   つのグループに分け、一方のグループは挿入深さを固定
   とし、他方のグループは挿入深さを可変とする運転を行
   なうことを特徴とする原子炉初装荷炉心の運転方法。
3. 【請求項３】濃縮度が異なる複数種類の燃料集合体を用
   い周辺部の方に中心部より濃縮度の高い燃料集合体を配
   置し、かつ第一サイクルの終了時に余剰反応度が残るよ
   うに設計された原子炉初装荷炉心において、濃縮度が最
   低でない燃料集合体のみに隣接する制御棒の少なくとも
   一部の挿入深さを固定とし、それ以外の制御棒の一部の
   挿入深さを可変とする運転を行なうことを特徴とする原
   子炉初装荷炉心の運転方法。