JPH04299287A - 高速炉用炉心 - Google Patents
高速炉用炉心Info
- Publication number
- JPH04299287A JPH04299287A JP3064821A JP6482191A JPH04299287A JP H04299287 A JPH04299287 A JP H04299287A JP 3064821 A JP3064821 A JP 3064821A JP 6482191 A JP6482191 A JP 6482191A JP H04299287 A JPH04299287 A JP H04299287A
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- JP
- Japan
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- core
- fuel
- minor actinide
- reactivity
- reactor
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- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Structure Of Emergency Protection For Nuclear Reactors (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】［発明の目的］
【０００２】
【産業上の利用分野】本発明は燃料交換を行わなくても
常に出力分布の平坦化が満足されているように構成した
高速炉用炉心に関する。
常に出力分布の平坦化が満足されているように構成した
高速炉用炉心に関する。
【０００３】
【従来の技術】高速炉用炉心においては、一般に炉心の
中心付近の中性子束は高く、炉心の外周に近づくにつれ
て中性子束は低くなる。従って、炉心内の出力を平坦化
するためには、装荷される燃料集合体としては核分裂性
核種の含有率の多い燃料集合体と、少ない燃料集合体等
、複数種の核分裂性核種を含む燃料集合体を準備し、そ
れらを出力分布が平坦になるように炉心内に配置装荷す
る。即ち、核分裂性核種を多く含む燃料集合体を中性子
束密度の低い炉心の外周に装荷することによって炉心内
の出力分布を平坦化している。
中心付近の中性子束は高く、炉心の外周に近づくにつれ
て中性子束は低くなる。従って、炉心内の出力を平坦化
するためには、装荷される燃料集合体としては核分裂性
核種の含有率の多い燃料集合体と、少ない燃料集合体等
、複数種の核分裂性核種を含む燃料集合体を準備し、そ
れらを出力分布が平坦になるように炉心内に配置装荷す
る。即ち、核分裂性核種を多く含む燃料集合体を中性子
束密度の低い炉心の外周に装荷することによって炉心内
の出力分布を平坦化している。
【０００４】一般に原子炉の運転とともに核分裂性核種
が燃焼により減少していき、出力分布の平坦化が崩れ、
または反応度が低下し、燃料の寿命の途中で一旦原子炉
を停止して一部の燃料を新燃料に置き換える、いわゆる
燃料交換を行う必要がある。
が燃焼により減少していき、出力分布の平坦化が崩れ、
または反応度が低下し、燃料の寿命の途中で一旦原子炉
を停止して一部の燃料を新燃料に置き換える、いわゆる
燃料交換を行う必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来こ
の種の高速炉用炉心では核分裂性核種の割合が異なった
燃料集合体の種類を数種類準備してくことが必要となる
。特に電気出力が２０万ＫＷｅクラス以上の炉心におい
ては出力分布の平坦化上、数種類の炉心燃料集合体を準
備することは不可欠である。一般に核燃料を製造する際
にはその燃料を構成するペレット中の核分裂物質の量を
正確にコントロールする必要があり、その種類が多くな
れば、それだけペレット製造に要する工程が多くなり、
燃料の調達コストが高くなる。
の種の高速炉用炉心では核分裂性核種の割合が異なった
燃料集合体の種類を数種類準備してくことが必要となる
。特に電気出力が２０万ＫＷｅクラス以上の炉心におい
ては出力分布の平坦化上、数種類の炉心燃料集合体を準
備することは不可欠である。一般に核燃料を製造する際
にはその燃料を構成するペレット中の核分裂物質の量を
正確にコントロールする必要があり、その種類が多くな
れば、それだけペレット製造に要する工程が多くなり、
燃料の調達コストが高くなる。
【０００６】また、２領域炉心では外側炉心のプルトニ
ウム富化度が高いことから、その部分の核分裂物質の燃
焼が速く、その結果、外側炉心の出力が内側炉心よりも
速く低下する。更に、反応度スイングの観点からもあま
り長く原子炉を運転することは運転初期に過度の余剰反
応を必要とし、得策でないなどの課題がある。そこで、
燃料の寿命の途中で原子炉を停止して、一部の燃料を新
燃料に置き換える、いわゆる燃料交換を行う必要がなく
なれば、原子炉の稼働率が向上し、経済上非常に好まし
いことになる。
ウム富化度が高いことから、その部分の核分裂物質の燃
焼が速く、その結果、外側炉心の出力が内側炉心よりも
速く低下する。更に、反応度スイングの観点からもあま
り長く原子炉を運転することは運転初期に過度の余剰反
応を必要とし、得策でないなどの課題がある。そこで、
燃料の寿命の途中で原子炉を停止して、一部の燃料を新
燃料に置き換える、いわゆる燃料交換を行う必要がなく
なれば、原子炉の稼働率が向上し、経済上非常に好まし
いことになる。
【０００７】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、長期間に亘って出力変動も、反応度の変動も
少なく、かつ燃料の寿命期間中、原子炉を停止しないで
運転することができる高速炉用炉心を提供することにあ
る。 ［発明の構成］
たもので、長期間に亘って出力変動も、反応度の変動も
少なく、かつ燃料の寿命期間中、原子炉を停止しないで
運転することができる高速炉用炉心を提供することにあ
る。 ［発明の構成］
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明はウラン−プルト
ニウム混合高速炉燃料に超ウラン元素、特にネプツニウ
ム、アメリシウム、キュリウム等のマイナーアクチナイ
ド元素を添加し、そのマイナーアクチナイド元素の平均
重量率が１５〜２４％の範囲で、内側炉心の前記マイナ
ーアクチナイド元素の添加率を外側炉心のそれより重量
率で３から８％少なくした燃料集合体が配置装荷されて
いることを特徴とする。
ニウム混合高速炉燃料に超ウラン元素、特にネプツニウ
ム、アメリシウム、キュリウム等のマイナーアクチナイ
ド元素を添加し、そのマイナーアクチナイド元素の平均
重量率が１５〜２４％の範囲で、内側炉心の前記マイナ
ーアクチナイド元素の添加率を外側炉心のそれより重量
率で３から８％少なくした燃料集合体が配置装荷されて
いることを特徴とする。
【０００９】
【作用】高速炉においては、燃料の燃焼とともに核分裂
性核種がより分裂性の高い核種に転換するよう構成する
ことが可能である。従って、特にこうした転換特性の高
い構成の燃料集合体を準備し、それを装荷することによ
り、燃料の寿命中原子炉を連続して運転することが可能
となり、原子炉の稼働率の向上を達成することができる
。
性核種がより分裂性の高い核種に転換するよう構成する
ことが可能である。従って、特にこうした転換特性の高
い構成の燃料集合体を準備し、それを装荷することによ
り、燃料の寿命中原子炉を連続して運転することが可能
となり、原子炉の稼働率の向上を達成することができる
。
【００１０】この転換特性の高い燃料集合体は、軽水炉
の使用済み燃料集合体から取り出される超ウラン元素、
特に、ネプツニウム、アメリシウム、キュリウム等のい
わゆるマイナーアクチナイド元素を、通常の高速炉燃料
であるウラン−プルトニウム混合物燃料に添加すること
により可能である。そして、マイナーアクチナイド元素
の添加率が多ければ多いほど、燃料の燃焼とともに核分
裂性核種がより分裂性の高い核種に転換する割合が大き
くなる。通常は、燃料の燃焼とともに、原子炉の反応度
は減少してゆくが、炉心燃料集合体の燃料にマイナーア
クチナイド元素を添加すると、炉心反応度の減少量は少
なくなる。しかし、その添加量が多くなると、燃料の燃
焼とともに原子炉の反応度は減少せず、反対に増大する
ことになる。従って、炉心特性上はマイナーアクチナイ
ド元素の添加量に適切な値が存在する。図４は炉心平均
のマイナーアクチナイド元素の添加量をパラメータにし
て燃焼反応度スイングを示した図である。図４から明ら
かなようにマイナーアクチナイド元素の添加率が小さす
ぎても、また大きすぎても、燃焼反応度スイングが大き
くなることが認められる。原子炉の制御性の観点からは
、燃焼反応度スイングは約５％程度より小さいことが望
ましい。従って、炉心平均のマイナーアクチナイド元素
の添加率は１５〜２４％の範囲に選び、この範囲外では
好ましくない。
の使用済み燃料集合体から取り出される超ウラン元素、
特に、ネプツニウム、アメリシウム、キュリウム等のい
わゆるマイナーアクチナイド元素を、通常の高速炉燃料
であるウラン−プルトニウム混合物燃料に添加すること
により可能である。そして、マイナーアクチナイド元素
の添加率が多ければ多いほど、燃料の燃焼とともに核分
裂性核種がより分裂性の高い核種に転換する割合が大き
くなる。通常は、燃料の燃焼とともに、原子炉の反応度
は減少してゆくが、炉心燃料集合体の燃料にマイナーア
クチナイド元素を添加すると、炉心反応度の減少量は少
なくなる。しかし、その添加量が多くなると、燃料の燃
焼とともに原子炉の反応度は減少せず、反対に増大する
ことになる。従って、炉心特性上はマイナーアクチナイ
ド元素の添加量に適切な値が存在する。図４は炉心平均
のマイナーアクチナイド元素の添加量をパラメータにし
て燃焼反応度スイングを示した図である。図４から明ら
かなようにマイナーアクチナイド元素の添加率が小さす
ぎても、また大きすぎても、燃焼反応度スイングが大き
くなることが認められる。原子炉の制御性の観点からは
、燃焼反応度スイングは約５％程度より小さいことが望
ましい。従って、炉心平均のマイナーアクチナイド元素
の添加率は１５〜２４％の範囲に選び、この範囲外では
好ましくない。
【００１１】更に、炉心設計においては、運転期間中の
出力分布の変動も極力少なく抑える必要がある。一般に
、従来の高速炉用炉心では、運転とともに外側炉心の出
力がより多く低下する。従って、外側炉心により多くの
マイナーアクチナイド元素を添加することによって、運
転期間中の出力分布の変動を少なく抑えることができる
。数多くのサーベイ計算により、内側炉心のマイナーア
クチナイド元素の添加率を外側炉心のそれより重量率で
３〜８％の範囲内で少なくすることにより、燃料寿命を
通じて、燃料交換を一切行わなくても、出力変動が許容
線出力内に納まることが認められた。尚、３〜８％以外
では好ましくない。具体的には内側炉心のマイナーアク
チナイド元素の添加量を重量率で１５〜２０数％に、外
側炉心のマイナーアクチナイド元素の添加量を重量率で
２０数〜３０数％に設定することにより、燃焼反応度ス
イングも、出力分布の変動も、ともに少ない炉心を構築
することができる。
出力分布の変動も極力少なく抑える必要がある。一般に
、従来の高速炉用炉心では、運転とともに外側炉心の出
力がより多く低下する。従って、外側炉心により多くの
マイナーアクチナイド元素を添加することによって、運
転期間中の出力分布の変動を少なく抑えることができる
。数多くのサーベイ計算により、内側炉心のマイナーア
クチナイド元素の添加率を外側炉心のそれより重量率で
３〜８％の範囲内で少なくすることにより、燃料寿命を
通じて、燃料交換を一切行わなくても、出力変動が許容
線出力内に納まることが認められた。尚、３〜８％以外
では好ましくない。具体的には内側炉心のマイナーアク
チナイド元素の添加量を重量率で１５〜２０数％に、外
側炉心のマイナーアクチナイド元素の添加量を重量率で
２０数〜３０数％に設定することにより、燃焼反応度ス
イングも、出力分布の変動も、ともに少ない炉心を構築
することができる。
【００１２】しかして、マイナーアクチナイド元素を適
切に添加することにより、従来例のような出力の変動が
なくなる。また、反応度の観点からも、燃焼とともにマ
イナーアクチナイド核種がより分裂性の高い核種に転換
することから、反応度を維持し続けることが可能となる
。
切に添加することにより、従来例のような出力の変動が
なくなる。また、反応度の観点からも、燃焼とともにマ
イナーアクチナイド核種がより分裂性の高い核種に転換
することから、反応度を維持し続けることが可能となる
。
【００１３】
【実施例】図面を参照して本発明に係る高速炉用炉心の
一実施例について説明する。尚、本発明の有効性を示す
実施例は下記の条件により実施した。 〈炉心基本仕様〉 炉心熱出力 ２
６００ ＭＷｔｈ（電気出力
１０００ ＭＷｅ）炉心高さ
１００ ｃｍ集合
体ピッチ １６．２
ｃｍ炉心燃料体積比 燃料：冷却材：
構造材＝４１．５： ３６．５： ２２．０炉心燃
料集合体数 ３６６ 体集
合体内燃料要素数 ２７１ 本
運転サイクル長さ ６
年燃料交換バッチ数 １炉
心平均取出し平均燃焼度 約２０万ＭＷｄ／ｔｏ
ｎマイナーアクチナイド元素添加重量率 内側炉心 ２０
％外側炉心
２５ ％図１は本発明の２領域均質炉心の一例としての
炉心の中心面を示す水平断面図である。図において、符
号１１は内側炉心で、マイナーアクチナイド元素を重量
率で２０％を添加した領域、符号１２は外側炉心で、マ
イナーアクチナイド元素を重量率で２５％添加している
領域で、符号１３は制御棒、１４は反射体ある。マイナ
ーアクチナイド元素は軽水炉または高速炉等の使用済み
燃料から取り出される超ウランである。このようにマイ
ナーアクチナイド元素の重量率を選定したときの炉心中
心面における出力分布を図２に示す。図２はたて軸に相
対出力を、よこ軸に炉心中心からの距離をとり、実線は
寿命初期を、一点鎖線は寿命末期を示している尚、マイ
ナーアクチナイド元素組成としては、表１に示す割合の
ものを用いた。
一実施例について説明する。尚、本発明の有効性を示す
実施例は下記の条件により実施した。 〈炉心基本仕様〉 炉心熱出力 ２
６００ ＭＷｔｈ（電気出力
１０００ ＭＷｅ）炉心高さ
１００ ｃｍ集合
体ピッチ １６．２
ｃｍ炉心燃料体積比 燃料：冷却材：
構造材＝４１．５： ３６．５： ２２．０炉心燃
料集合体数 ３６６ 体集
合体内燃料要素数 ２７１ 本
運転サイクル長さ ６
年燃料交換バッチ数 １炉
心平均取出し平均燃焼度 約２０万ＭＷｄ／ｔｏ
ｎマイナーアクチナイド元素添加重量率 内側炉心 ２０
％外側炉心
２５ ％図１は本発明の２領域均質炉心の一例としての
炉心の中心面を示す水平断面図である。図において、符
号１１は内側炉心で、マイナーアクチナイド元素を重量
率で２０％を添加した領域、符号１２は外側炉心で、マ
イナーアクチナイド元素を重量率で２５％添加している
領域で、符号１３は制御棒、１４は反射体ある。マイナ
ーアクチナイド元素は軽水炉または高速炉等の使用済み
燃料から取り出される超ウランである。このようにマイ
ナーアクチナイド元素の重量率を選定したときの炉心中
心面における出力分布を図２に示す。図２はたて軸に相
対出力を、よこ軸に炉心中心からの距離をとり、実線は
寿命初期を、一点鎖線は寿命末期を示している尚、マイ
ナーアクチナイド元素組成としては、表１に示す割合の
ものを用いた。
【００１４】
【表１】
【００１５】燃焼期間は６年の長きに亘っているが、出
力の最大値の現れる位置は、運転初期は外側で、運転末
期には内側に移動し、最大線出力は ４１０Ｗ／ｃｍに
納まっている。表２に本発明による炉心の特性を示す。
力の最大値の現れる位置は、運転初期は外側で、運転末
期には内側に移動し、最大線出力は ４１０Ｗ／ｃｍに
納まっている。表２に本発明による炉心の特性を示す。
【００１６】
【表２】
【００１７】図３は６年間の運転期間中の実効増倍率を
示したもので、たて軸に実効増倍率を、よこ軸に運転期
間を年で示している。
示したもので、たて軸に実効増倍率を、よこ軸に運転期
間を年で示している。
【００１８】図４は炉心平均のマイナーアクチナイド元
素の添加量をパラメータとした燃焼反応度スイングを示
しており、たて軸に燃焼反応度スイングを、よこ軸にマ
イナーアクチナイド元素の添加量を示している。図から
明らかなように６年の運転期間中の燃焼反応度スイング
の最大値は、 ４．１％Δｋ／ｋである。尚、実施例で
は、炉心のすぐ後ろにステンレス・スチール遮蔽体を配
置したが、その代わりに半径方向ブランケットを配置し
ても良い。但し、６年間の炉内滞在により、末期には半
径方向ブランケットの出力が増大するので、半径方向ブ
ランケットに可変流量調節機構を設置する等の対策が必
要である。
素の添加量をパラメータとした燃焼反応度スイングを示
しており、たて軸に燃焼反応度スイングを、よこ軸にマ
イナーアクチナイド元素の添加量を示している。図から
明らかなように６年の運転期間中の燃焼反応度スイング
の最大値は、 ４．１％Δｋ／ｋである。尚、実施例で
は、炉心のすぐ後ろにステンレス・スチール遮蔽体を配
置したが、その代わりに半径方向ブランケットを配置し
ても良い。但し、６年間の炉内滞在により、末期には半
径方向ブランケットの出力が増大するので、半径方向ブ
ランケットに可変流量調節機構を設置する等の対策が必
要である。
【００１９】
【発明の効果】本発明によれば、燃料の寿命である６年
の長きに亘って、出力分布が平坦に維持され、また、燃
焼による反応度スイングも小さく抑制することが可能で
ある。更に、本発明に係る炉心の運転により、一般に厄
介扱いされている軽水炉から発生する長半減期のマイナ
ーアクチナイド元素を発電に使用しながら燃焼させるこ
とができる。また、この炉心を小型化して、数モジュー
ル組み合わせると、常に一定出力の原子力プラントが構
成できる。即ち、３０万ｋＷｅ／モジュールの炉心を７
基一組として、常に６基を６年間連続運転させ、１基を
１年間燃料交換や定検等で休止させるとすると、常に
１８０万ｋＷｅの出力の原子力プラントが構成できる。
の長きに亘って、出力分布が平坦に維持され、また、燃
焼による反応度スイングも小さく抑制することが可能で
ある。更に、本発明に係る炉心の運転により、一般に厄
介扱いされている軽水炉から発生する長半減期のマイナ
ーアクチナイド元素を発電に使用しながら燃焼させるこ
とができる。また、この炉心を小型化して、数モジュー
ル組み合わせると、常に一定出力の原子力プラントが構
成できる。即ち、３０万ｋＷｅ／モジュールの炉心を７
基一組として、常に６基を６年間連続運転させ、１基を
１年間燃料交換や定検等で休止させるとすると、常に
１８０万ｋＷｅの出力の原子力プラントが構成できる。
【００２０】しかして、本発明より長期に亘り出力変動
も、反応度の変動も少ない炉心を構成することができ、
燃料寿命の全期間に亘って原子炉を停止することなく運
転することができる。
も、反応度の変動も少ない炉心を構成することができ、
燃料寿命の全期間に亘って原子炉を停止することなく運
転することができる。
【図１】本発明に係る高速炉用炉心の一実施例を示す水
平断面図。
平断面図。
【図２】図１における炉心中心からの距離と相対出力と
の関係を示す出力分布図。
の関係を示す出力分布図。
【図３】図１における炉心の運転期間中の燃焼反応度ス
イングを示す曲線図。
イングを示す曲線図。
【図４】炉心平均のマイナーアクチナイド元素の添加量
をパラメータにした燃焼反応度スイングを示す曲線図。
をパラメータにした燃焼反応度スイングを示す曲線図。
Claims (1)
- 【請求項１】 ウラン−プルトニウム混合高速炉燃料
に超ウラン元素、特にネプツニウム、アメリシウム、キ
ュリウム等のマイナーアクチナイド元素を添加し、その
マイナーアクチナイド元素の平均重量率が１５〜２４％
の範囲で、内側炉心の前記マイナーアクチナイド元素の
添加率を外側炉心のそれより重量率で３から８％少なく
した燃料集合体が配置装荷されていることを特徴とする
高速炉用炉心。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3064821A JPH04299287A (ja) | 1991-03-28 | 1991-03-28 | 高速炉用炉心 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3064821A JPH04299287A (ja) | 1991-03-28 | 1991-03-28 | 高速炉用炉心 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04299287A true JPH04299287A (ja) | 1992-10-22 |
Family
ID=13269303
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3064821A Pending JPH04299287A (ja) | 1991-03-28 | 1991-03-28 | 高速炉用炉心 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04299287A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2712724A1 (fr) * | 1993-11-17 | 1995-05-24 | Doryokuro Kakunenryo | CÓoeur de réacteur à neutrons rapides. |
| JP2011169710A (ja) * | 2010-02-18 | 2011-09-01 | Hitachi-Ge Nuclear Energy Ltd | 高速増殖炉の炉心及び燃料集合体 |
| JP2013509584A (ja) * | 2009-11-02 | 2013-03-14 | シーレイト リミテッド ライアビリティー カンパニー | 定在波核分裂炉および方法 |
| JP2013510312A (ja) * | 2009-11-06 | 2013-03-21 | シーレイト リミテッド ライアビリティー カンパニー | 核分裂原子炉における反応度を制御するためのシステムおよび方法 |
-
1991
- 1991-03-28 JP JP3064821A patent/JPH04299287A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2712724A1 (fr) * | 1993-11-17 | 1995-05-24 | Doryokuro Kakunenryo | CÓoeur de réacteur à neutrons rapides. |
| JP2013509584A (ja) * | 2009-11-02 | 2013-03-14 | シーレイト リミテッド ライアビリティー カンパニー | 定在波核分裂炉および方法 |
| US9236150B2 (en) | 2009-11-02 | 2016-01-12 | Terrapower, Llc | Standing wave nuclear fission reactor and methods |
| US9401228B2 (en) | 2009-11-02 | 2016-07-26 | Terrapower, Llc | Standing wave nuclear fission reactor and methods |
| US9653187B2 (en) | 2009-11-02 | 2017-05-16 | Terrapower, Llc | Standing wave nuclear fission reactor and methods |
| US11482344B2 (en) | 2009-11-02 | 2022-10-25 | Terrapower, Llc | Standing wave nuclear fission reactor and methods |
| JP2013510312A (ja) * | 2009-11-06 | 2013-03-21 | シーレイト リミテッド ライアビリティー カンパニー | 核分裂原子炉における反応度を制御するためのシステムおよび方法 |
| JP2011169710A (ja) * | 2010-02-18 | 2011-09-01 | Hitachi-Ge Nuclear Energy Ltd | 高速増殖炉の炉心及び燃料集合体 |
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