JPH0439639B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、原子炉、特に軽水沸騰型原子炉の起
動に関するものである。

〔発明の背景〕

原子炉の運転にあたつては、燃料健全性維持の
観点から制御棒出力の急上昇を避けならし運転を
行う方法、いわゆるPCIOMR運転が実施されて
いる。PCIOMR運転では出力の急上昇を避ける
ため制御棒操作による燃料の線出力密度のしきい
値（P_CR）及びその後の出力上昇の単位時間当り
の変化率（Ｐ）を規定するので、PCIOMR運転
は燃料健全性維持に有効な運転法であるが、この
ために原子炉の負荷率は若干低下する。

すなわち、軽水沸騰型原子炉ではボイド分布が
軸方向に生ずるため、この効果によつて出力分布
が下方に歪む傾向となり、従来は原子炉の起動時
に燃料の線出力密度のしきい値（P_CR）となる原
子炉出力が低い値に押えられる結果となつてお
り、その後の出力上昇率Ｐも規定されているた
め、出力上昇に時間を要していた。

一方例えば特開昭53―40188には、ボイド分布
特性を考慮し燃料集合体上下に反応度の高低を付
け、出力分布を平坦化した燃料が提案されてお
り、このような燃料を使用する場合には、通常出
力運転時における浅挿入制御棒による出力分布の
調整が不要となり、深挿入制御棒のみで、熱的に
余裕のある運転が可能となつている。

しかしながら、起動時の出力上昇中の低出力状
態では、キセノン（Xe）量の蓄積が十分でない
こと及びボイド分布の影響で出力分布が下方に膨
む効果が大きいため、浅挿入制御棒を多数使用す
る傾向になつており、あるいは、低出力で制御棒
の操作を中止し、流量調整により出力上昇し、
Xe蓄積を促進させるための操作の繰返しを数回
行い所定の出力に到達させる手段を用いていた。

このため、制御棒操作が繁雑となり、かつ起動
日数に時間を要していた。

〔発明の目的〕

本発明は、出力上昇中の出力分布を平坦化し、
出力上昇時間の短縮可能な軽水沸騰型原子炉の起
動法を提供することを目的とするものである。

〔発明の概要〕

本発明は、炉内に装荷されている燃料集合体を
制御棒を操作して起動する軽水沸騰型原子炉の起
動法において、原子炉の出力上昇時に最外周また
はこれに隣接する制御棒が少なくとも４本は全挿
入又はそれに近い状態まで挿入されており、かつ
炉心内に挿入されている約半分以上の制御棒の中
性子吸収部が全長の2/3以上炉心内に挿入された
制御棒パターンを中間制御棒パターンとすること
を特徴とするものである。

原子炉の起動時においては、一般に核分裂生成
物のXeがないため、このXeを炉内の適切な場所
にできるだけ早く蓄積することが必要となる。一
般に制御棒は炉内上部から下部に引抜かれるため
それに伴なつて出力分布のピークも炉心下方に移
つてくる。また、ボイド分布及びXeの未蓄積に
より特に炉心下部での制御棒引抜き時に出力分布
が下方ピークとなる。

このため、軸方向出力分布を平坦化して
PCIOMR運転のしきい出力R_CRに対応する出力を
出来るだけ高くし、炉心全体としてのXeの蓄積
を図る必要がある。

第１図は時間とXe濃度との関係を到達出力を
パラメータとして示すもので、横軸及び縦軸には
それぞれ時間（hr）及びXe濃度がとつてあり、
A₁、A₂、A₃の順に到達出力は大となつており、
Xeは出力が高いほど早く蓄積する特性がある。

第２図及び第３図は軸方向出力分布を平坦化す
る方法を模式的に示すもので、制御棒位置と相対
出力分布との関係が示してある。第２図は浅挿入
制御棒を優先して引抜いた場合の軸方向分布を示
し、軸方向出力分布に下方膨みを生じている。こ
れに対して第３図は浅挿入制御棒の使用及び深挿
入制御棒の適当量の引抜き、すなわち制御棒の中
性子吸収部全長の０から1/4だけ炉外に引抜いた
場合の低出力時の軸方向出力分布で、軸方向出力
分布が平坦化しており、低出力時の軸方向出力分
布の下方膨みを制御棒操作によつて平坦化するこ
とができることを示している。従つて制御棒を適
当量引抜くことによつてP_CRに達する出力レベル
を大きくすることができる。なお、第３図に示す
ように深挿入制御棒の引抜きも行なうため出力レ
ベルの調整は最外周制御棒の挿入量によつて行な
われる。

また、出力分布を平坦化するとともに、最外周
制御棒の挿入による出力低下分を利用して、炉心
内側の制御棒の挿入本数を減らし、制御棒の挿入
されていない場所でのXeの蓄積を図り、炉心軸
方向でのXe偏りを少なくする。

本発明は、このようにして、燃料健全性を維持
しつつ、短時間の出力上昇により原子炉を起動可
能とするものである。

〔発明の実施例〕

以下、実施例について説明する。

この実施例の原子炉は、炉内に装荷されている
燃料集合体が、軸方向下端から全長の1/3と7/12
をの間で上下部の二領域に分割され、上部領域に
おける無限実効増倍率が下部領域における無限実
効増倍率より高くなつている軽水沸騰型原子炉で
ある。

第４図は一実施例の起動時の出力上昇例を示す
もので、横軸及び縦軸にはそれぞれ時間（hr）及
び出力（％）がとつてあり、１（実線）が実施
例、２（破線）は従来例の場合で、１ａ，２ａ及
び１ｄ，２ｄの部分は制御棒操作による出力上
昇、１ｂ，２ｂ及び１ｅ，２ｅは制御棒操作ある
いは流量調整による出力保持、１ｃ，２ｃ及び１
ｆ，２ｆは流量調整による出力上昇を示してい
る。１ａ，２ａ及び１ｄ，２ｄまたは１ｂ，２ｂ
及び１ｅ，２ｅにおける制御棒操作はP_CR以下で
行われる。

第５図は第４図の出力上昇線に沿つて出力上昇
を行なつた場合のXeの蓄積情況を示している。
横軸及び縦軸にはそれぞれ時間（hr）及びXe量
（相対値）がとつてあり、３が実施例の場合、４
が従来例の場合を示している。この実施例では軸
方向出力分布を平坦化しながら出力上昇するので
R_CRに達する出力、すなわち第４図の１ｂに対応
する値が高くなるので、Xeの蓄積量も多くなり、
出力上昇前、すなわち第４図の１ｂの終点までに
多くの制御棒が引抜可能となり最終目標制御棒パ
ターン構成時、すなわち第４図の１ｄの段階にお
ける制御棒操作が容易となる。

第６図はこの原子炉の起動方法の実施に用いら
れる制御棒パターンの構成例を示すもので、ａは
目標パターン、ｂは中間パターン１、ｃは中間パ
ターン２を示しており、第７図は従来例の制御棒
パターンを示している。これらの図で各制御棒を
表す升目内に記入されている数字は引抜き量を表
し、例えば０は制御棒全挿入を、10は10/48引抜
きを、また無記入は全引抜きを示している。中間
パターン１を示す第６図ｂでは、最外周を除く９
本の浅挿入制御棒が全長の5/6引抜かれた状態に
達する時、あるいはそれ以前に21本深挿入制御棒
をその中性子吸収部全長の０から1/3だけ炉外に
引抜いた状態の制御棒パターンを示し、中間パタ
ーン２を示す第６図ｃは、深挿入制御棒を8/48ま
たは10/48まで引抜いた状態の制御棒パターンを
示している。そしてこの制御棒パターンは第４図
の１ｂの終点ないし第４図の１ｄの途中制御棒パ
ターンに対応している。第７図は比較のために示
した従来の原子炉の起動法における制御棒パター
ンを示している。

このような中間パターンにより出力上昇する場
合の軸方向出力分布を示したのが第８図で、横軸
及び縦軸にはそれぞれ軸方向平均相対出力及び軸
方向高さがとつてあり、Ｂ、Ｃ及びＤはそれぞれ
第６図ａ，ｂ及びｃに対応しており、Ｅは第７図
の従来例に対応している。

このように中間パターンを用いて出力上昇する
実施例の場合の軸方向出力分布は、第８図に見ら
れるように平坦化され、その結果P_CRとなる出力
レベルが高くなり、起動時の負荷率の損失を減少
させることができる。これに対して従来例におい
ては中間パターンを用いていないため軸方向出力
分布が下方に膨むため、R_CRとなる出力レベルが
低くなり起動に時間を要することになる。

第６図ｃの中間パターン２で最外周に挿入され
ている制御棒は第４図の１ｄの出力上昇に対応し
て引抜かれる。最外周部における燃料の出力が低
いことから、最外周部における制御棒の引抜は
P_CRのしきい出力で十分に引抜くことができる。
最外周制御棒の引抜き及び深挿入制御棒を目標パ
ターンまで引抜くことにより第６図ａの目標パタ
ーンが構成される。目標パターン構成後は、流量
調整により第４図の１ｆに示すように出力上昇し
て所定の出力に到達することになる。

次に、目標パターン構成に到るまでの制御棒操
作を制御棒引抜シーケンスに基づいて説明する。
第９図ａは制御棒引抜シーケンスの説明図で、各
ステツプにおけるそれぞれのグループの制御棒の
引抜き数が示してあり、48で全引抜きを示してい
る。第９図ｂは第９図ａのグループ番号に対応す
る制御棒の位置を示すもので、グループ番号（１
〜５）で示してある。ここでの最外周に挿入され
ている制御棒を３とし、その他の制御棒を１，
２，４，５としてある。第１０図は第９図ａの制
御棒引抜シーケンスのステツプ１のグループ１及
び２が引抜かれた状態を示している。

第９図ａの制御棒引抜シーケンスにおいてはス
テツプ１に属するグループ１，２を先に引き抜
き、次にステツプ２に属するグループ１，２，４
を引き抜くという形で順次ステツプを進め、制御
棒操作が行われるが、この図から明らかなように
深挿入制御棒（グループ４，５）及び浅挿入制御
棒（グループ１，２）を交互に引抜く形で制御棒
操作が行われる。このステツプ３、グループ５ま
での制御棒引抜きに対応するのが第６図ｂ、ステ
ツプ６、グループ２までの制御棒引抜きに対応す
るのが第６図ｃであり、ステツプ10、グループ４
までの制御棒引抜きに対応するのが第６図ａの制
御棒パターンである。

なお、この実施例では燃料集合体が、軸方向下
端から全長の1/3と7/12との間で上下部の二領域
に分割され、上部領域における無限実効増倍率が
下部領域における無限増倍率より高くなつている
場合の結果について示したが、これ以外の燃料集
合体を用いる場合にも適用可能である。

この実施例より明らかなように、原子炉の出力
上昇時に最外周またはそれに隣接する制御棒が少
なくとも４本は全挿入（なお、それに近い状態ま
で挿入される場合には同様に作用する。）され、
かつ炉心内に挿入されている大部分の制御棒の中
性子吸収部が全長の2/3以上炉心内に挿入された
制御棒パターンを中間制御棒パターンとすること
によつて所期の目的が達成されることがわかる。
また、最外周またはそれに隣接する制御棒を除く
炉心内の制御棒本数の3/4が全引抜きとなつた状
態を越えてさらに制御棒が引抜かれる時、最外周
またはそれに隣接する制御棒を除く炉心内に挿入
されている制御棒の2/5ないし3/5（約半分）の制
御棒が、その中性子吸収部全長の5/6以上炉外に
引抜かれる前に最外周またほそれに隣接する制御
棒を除く他の2/5ないし3/5（約半分）の制御棒
が、その中性子吸収部全長の０から1/3だけ炉外
に引抜かれた中間制御棒パターンを用いる場合に
は、特に効果的である。

以上のようにして制御棒操作を行うことによ
り、軸方向の出力分布は常に平坦に保たれ、比較
的高出力で制御棒操作による出力上昇ができるた
め起動時の出力上昇要日数が短縮できる。

〔発明の効果〕

本発明は、出力上昇中の出力分布を平坦化し、
出力上昇時間の短縮可能な軽水沸騰型原子炉の起
動法を提供するもので、産業上の効果の大なるも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図はXeの蓄積特性を示す特性線図、第２
図及び第３図は軸方向出力分布を平坦化する方法
を模式的に示す説明図、第４図は本発明の原子炉
の起動法の一実施例の出力上昇状態を従来法との
比較において示す特性線図、第５図は第４図の出
力上昇状態に対応するXe量の変化状態を示す特
性線図、第６図は本発明の原子炉の起動法の一実
施例の制御棒パターンの説明図、第７図は従来の
原子炉の起動法における制御棒パターンの説明
図、第８図は第６図及び第７図の制御棒パターン
を用いた場合の出力分布を示す特性線図、第９図
は本発明の原子炉の起動法の一実施例の制御棒引
抜シーケンスの説明図、第１０図は同じく他の実
施例の制御棒パターンの説明図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 炉内に装荷されている燃料集合体を制御棒を
   操作して起動する軽水沸騰型原子炉の起動法にお
   いて、原子炉の出力上昇時に最外周またはそれに
   隣接する制御棒が少なくとも４本は全挿入又はそ
   れに近い状態まで挿入され、かつ炉心内に挿入さ
   れている約半分以上の制御棒の中性子吸収部が全
   長の2/3以上炉心に挿入された制御棒パターンを
   中間制御棒パターンとすることを特徴とする原子
   炉の起動法。 ２ 前記中間制御棒パターンが、前記最外周また
   はそれに隣接する制御棒を除く炉心内の制御棒本
   数の3/4が全引抜きとなつた状態を越えてさらに
   制御棒が引抜かれる時、前記最外周またはそれに
   隣接する制御棒を除く炉心内に挿入されている制
   御棒の2/5ないし3/5の制御棒が、その中性子吸収
   部全長の5/6以上炉外に引抜かれる前に、前記最
   外周またはそれに隣接する制御棒を除く他の2/5
   ないし3/5の制御棒が、その中性子吸収部全長の
   ０から1/3だけ炉外に引抜かれた制御棒パターン
   である特許請求の範囲第１項記載の原子炉の起動
   法。 ３ 前記燃料集合体が、軸方向下端から全長の1/
   ３と7/12との間で、上下の二領域に分割され、該
   上部領域における無限実効増倍率が前記下部領域
   における無限実効増倍率より高くなつている特許
   請求の範囲第１項または第２項記載の原子炉の起
   動法。