JPH0478959B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 本発明は、原子炉に利用される技術であり、特
にその原子炉が高速増殖炉であつてその炉心に係
る。 〔従来の技術〕 周知のように、高速増殖炉は原子炉の炉心で核
分裂等により発生する中性子を燃料親物質に吸収
させて新しい核分裂性物質を生産する所謂増殖を
行なわせ、これによつて燃料の有効利用が図れる
特徴を有する。このような高速増殖炉の炉心は一
般に円柱状に形成され、この炉心の周囲部を燃料
親物質を主成分とする軸方向及び径方向ブランケ
ツトで囲設している。炉心には燃料として、濃縮
ウランあるいはプルトニウムを富化したウランが
装荷され、ブランケツトには燃料親物質として、
例えば天然ウランあるいは減損ウランが装荷され
る。この燃料親物質が炉心から漏れ出る中性子を
捕獲すること、及び炉心内の燃料親物質が中性子
を捕獲することにより、有用な核分裂性物質が生
産される。 このような増殖作用の定量的な基準値として、
増殖率と倍増時間が挙げられる。増殖率は、核分
裂性物質の消費量に対する新核分裂性物質の生成
量の比率で表わされ、できるだけ高いことが望ま
しい。また倍増時間は、原子炉に初めに装荷した
のと同量の核分裂性物質を再生産するのに要する
時間で、これは短いことが望まれこの倍増時間短
縮化が高速増殖炉の改良上最も主眼とされてい
る。 ところで、倍増時間は、一般に原子炉の比出力
（単位燃料装荷重量当りの出力）に反比例するが、
最大値は、燃料使用限界があつて制約される。そ
こで炉心外周部の出力低下をおさえ、出力分布を
平坦化して最大値を抑えたまま平均出力密度を増
加させることにより短縮化できる。従つて従来か
ら出力分布の平坦化を図る工夫が種々案出されて
来た。 出力分布の平坦化と増殖性の向上策として、従
来公知のものは特開昭55−16897号公報に示され
ている。このものは、例えば第１図に示すよう
に、炉心１の軸方向の中央付近に天然ウランない
し減損ウランを主材料とした円柱状の内部領域ブ
ランケツト４領域を、径方向の炉心中心付近で厚
く、周辺付近で薄くなるように設けたものが開発
された。なお、第１図の２は径方向ブランケツ
ト、３は軸方向ブランケツトである。このものに
よると、炉心１の平均中性子エネルギーが高く、
炉心１では核分裂性物質の中性子捕獲反応の核分
裂に対する比率が減少し、中性子の吸収反応当り
の発生数が大きくなる。一方、内部ブランケツト
４では炉心１に比べると天然ウランないし減損ウ
ラン等の原子数密度が高く、中性子平均エネルギ
ーが低いために、天然ウランないし減損ウラン等
の核分裂反応率は減少する。この内部ブランケツ
トが軸方向中心付近に径方向中央で厚く周辺で薄
く置かれている結果、径方向出力分布は平坦化で
きる。一方、軸方向出力分布は、炉心１の軸方向
中心部に出力密度が低くかつ反応度価値の小さい
内部ブランケツト４があることにより、平坦化で
きる。また、ナトリウムボイド反応度が小さいこ
と、及び炉心の軸方向中心部に出力密度が低い内
部ブランケツトがあることにより、安全性が向上
する。 〔発明が解決しようとする課題〕 ところが、原子炉運転において制御棒を挿入す
る場合、制御棒挿入により上記の軸方向出力分布
の平坦性が破れる。第２図を参照して、この点を
説明する。 第２図において、実線は制御棒挿入時の軸方向
距離と相対出力との関係を、破線は制御棒未挿入
時の関係を示している。高速増殖炉の場合、制御
棒は炉心の上側から挿入されることが多く、その
挿入深さは、反応度の高い燃焼初期で最も大き
く、燃焼が進むにつれて減少し、燃焼末期で最小
となる。燃焼初期から中期における制御棒半挿入
状態では、制御棒の挿入された上部軸方向ブラン
ケツトと内部ブランケツトとの間の燃料領域であ
る炉心で、制御棒によつて中性子が吸収されるた
めに出力密度が下がり、逆に制御棒から離れた、
内部ブランケツトと下部軸方向ブランケツトとの
間の燃料領域である炉心で出力密度が上がる。従
つて制御棒の挿入によつて軸方向出力分布が大き
く変化する。このような欠点を回避して、炉心構
成を決定する際には、制御棒挿入による軸方向出
力分布の平坦性が失なわれないようにする必要が
ある。 本発明の目的は、出力の平坦化による炉心性能
向上、とりわけ倍増時間の短縮化が図れる高速増
殖炉を提供することにある。 〔課題を解決するための手段〕 上記目的を達成する第１の手段は、軸方向及び
径方向ブランケツトで囲設した炉心の内部領域に
内部ブランケツトを備えた高速増殖炉において、
前記内部ブランケツトの中心が前記炉心の中心よ
りも下方になる位置の前記炉心内に前記内部ブラ
ンケツトを備え、前記内部ブランケツトは炉心軸
方向の厚みが炉心径方向の中央で厚く周辺で薄い
炉心構成による。上記目的を達成する第２の手段
は、第１手段の内部ブランケツトの周辺は径方向
ブランケツトから炉心の内部領域内側に離されて
いることを特徴とした炉心構成による。 〔作用〕 第１の手段によれば、炉心内に存在する核分裂
反応率の低い内部ブランケツトが径方向の中央で
厚く周辺で薄く分布するから、炉心中央で高く周
辺で低い径方向出力分布が平坦化される。さらに
は、制御棒が炉心に半挿入された状態において
は、軸方向出力分布のピークが下方に下がるが、
核分裂反応率の低い内部ブランケツトが炉心中心
より下げて炉心内に内蔵されているから、そのピ
ークは抑制される一方、内部ブランケツトが炉心
中心より下がて内部ブランケツトより上の上部炉
心領域の体積が下部よりも相対的に増加し、それ
が為にその増加した上部炉心領域内に挿入されて
いる制御棒による出力低下を補うように出来、出
力分布の落ちこみを抑制する。これらの相乗効果
により、軸方向の出力分布は平坦化する。このた
めに、軸方向と径方向との立体的な方向において
炉心出力分布を平坦化し、もつて増倍時間等の炉
心性能の向上作用が得られる。 第２手段によれば、第１手段による作用に加え
て、内部ブランケツトの周辺部が径方向ブランケ
ツトから離されて炉心領域内において内部ブラン
ケツトの出力低減効果が径方向中心（内部ブラン
ケツト厚みが最大）から周辺（内部ブランケツト
が存在しない領域）へとなだらかに作用して燃焼
期間中の出力変動が少なくなり、出力分布のより
一層の平坦化がなされる。さらには、炉心出力は
径方向ブランケツトに近づくほどに出力は低下す
るが、その低下が極端に起こらないように内部ブ
ランケツトと径方向ブランケツトの間に炉心領域
も残存させ得る。そのために、増倍時間もより一
層短縮できる作用が得られる。 〔実施例〕 以下、本発明の一実施例を第３図を参照して説
明する。なお、対象とする炉心は、プルトニウム
とウランの混合酸化物を燃料とし、液体ナトリウ
ムを冷却材とした場合についてのものである。 まず、炉心構成を第３図によつて説明する。円
柱状の炉心５を燃料親物質を主成分とする上部軸
方向ブランケツト９、下部軸方向ブランケツト７
及び径方向ブランケツト８で囲設している。この
炉心５の軸方向中心部と下部軸方向ブランケツト
７との間に天然ウランないし減損ウラン等を主成
分とする炉心径方向に拡がる円柱状の領域、即ち
内部ブランケツト６を設けている。この内部ブラ
ンケツト６は、径方向の炉心中心付近で厚く、周
辺で薄くなつている。その周辺と径方向ブランケ
ツト８との間は炉心５とされている。また、１０
は制御棒である。 核燃料要素における本発明の一実施例を第５図
を参照して説明する。燃料親物質を主成分とする
上部軸方向ブランケツト１３と下部軸方向ブラン
ケツト１６で囲まれた、プルトニウムとウラン混
合酸化物から成る燃料領域である炉心１４におい
て、第４図に示すような天然ウランないし減損ウ
ラン等を主成分とする内部ブランケツト１５の位
置を下方にさげた内部ブランケツトを設ける。以
下では、核燃料要素の集合体である炉心構成にお
ける本発明の効果を述べることにより、本発明の
核燃料要素の効果とする。 なお、炉心の設計パラメータ及び炉の運転条件
は第１表に示す通りである。即ち、原子炉熱出力
は約2500MW、電気出力は約1000MW、等価炉心
径と炉心高は夫々325cm及び95cmである。

〔発明の効果〕

特許請求の範囲の第１項の発明によれば、高速
増殖炉の増殖性、とりわけ径方向と軸方向との両
方向において出力分布の平坦化が良く成されて、
倍増時間の大幅な短縮が可能となり、燃料経済上
で多大な効果を奏する。 特許請求の範囲の第２項の実施態様によれば、
特許請求の範囲第１項の発明による効果に加え
て、より一層の増殖性の向上効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の高速増殖炉の炉心の模式的縦断
面図、第２図は従来の高速増殖炉の炉心における
軸方向出力分布図、第３図は本発明による炉心構
成の模式的縦断面図、第４図は従来例における核
燃料要素の縦断面図、第５図は本発明に採用され
る核燃料要素の縦断面図、第６図は従来例による
炉心の模式的縦断面図、第７図は第６図の炉心に
本発明を採用した場合の炉心の模式的縦断面図、
第８図は第６図の従来炉心を改良した型式の炉心
の模式的縦断面図、第９図は第８図の炉心に本発
明を採用した場合の炉心の模式的縦断面図、第１
０図は第６図の従来炉心を改良した他の型式の炉
心の模式的縦断面図、第１１図は第１０図の炉心
に本発明を採用した場合の炉心の模式的縦断面図
である。 ５……炉心、６……内部ブランケツト、７……
下部軸方向ブランケツト、８……径方向ブランケ
ツト、９……上部軸方向ブランケツト、１０……
制御棒。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 軸方向及び径方向ブランケツトで囲設した炉
   心の内部領域に内部ブランケツトを備えた高速増
   殖炉において、前記内部ブランケツトの中心が前
   記炉心の中心よりも下方になる位置の前記炉心内
   に前記内部ブランケツトを備え、前記内部ブラン
   ケツトは炉心軸方向の厚みが炉心径方向の中央で
   厚く周辺で薄いことを特徴とした高速増殖炉。 ２ 特許請求の範囲の第１項において、内部ブラ
   ンケツトの周辺は径方向ブランケツトから炉心の
   内部領域内側に離されていることを特徴とした高
   速増殖炉。