JPH0720277A

JPH0720277A - Ｂｗｒプラントの炉水制御方法，低炉水放射能濃度ｂｗｒプラントおよびｂｗｒ用燃料被覆管

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Publication number: JPH0720277A
Application number: JP5163563A
Authority: JP
Inventors: Naoto Uetake; 直人植竹; Masayoshi Kondo; 政義近藤; Makoto Nagase; 誠長瀬; Hideyuki Hosokawa; 秀幸細川; Teruo Hara; 照雄原; Yamato Asakura; 大和朝倉; Katsumi Osumi; 克己大角; Kazuhiko Akamine; 和彦赤嶺; Koichi Yamane; 康一山根
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-07-01
Filing date: 1993-07-01
Publication date: 1995-01-24
Anticipated expiration: 2014-06-28
Also published as: JP2912525B2; US5715290A

Abstract

(57)【要約】【目的】Ｚｒライナー燃料のように、金属イオン等の
付着が生じにくい新しい燃料棒が装荷された場合でも、
炉水中の放射能を効率よく低減できるＢＷＲプラントの
炉水制御技術を提供すること。【構成】ＢＷＲプラントにおける新しい燃料１３のを
装荷後のサイクルにおいて、前記燃料１３のクラッドの
付着量が当該サイクル内に一定の目標値に達するよう
に、燃料１３へのクラッドの付着を促進させる操作を
し、クラッドの付着量が当該目標値に達した後に、当該
操作を停止するように構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＢＷＲプラントの炉水
制御方法，低炉水放射能濃度ＢＷＲプラントおよびＢＷ
Ｒ用燃料被覆管に係り、特に炉水放射能濃度を低減する
ために好適なＢＷＲプラントの炉水制御技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種ＢＷＲプラントの炉水制御技術と
しては、例えば特開昭６２−８５８９７号公報，特開昭
６３−９０７９６号公報等に記載の技術がある。

【０００３】前掲特開昭６２−８５８９７号公報に記載
の従来技術では、ＢＷＲの給水系中の鉄濃度とニッケル
濃度との比（Ｆｅ／Ｎｉ）を所定値以上となるように制
御するようにしている。また、この従来技術では、給水
系中のＦｅ／Ｎｉが所定値以下となったときに、給水系
路内にＦｅ酸化物の懸濁液、Ｆｅ水酸化物の懸濁液を注
入するようにしている。

【０００４】一方、特開昭６３−９０７９６号公報に記
載の従来技術では、原子炉に新しい燃料棒を装荷後、冷
却水に鉄イオンを注入しつつ、核加熱による予備運転を
行うことにより、燃料棒表面に鉄酸化物の層を形成し、
その後イオンの注入量を下げて冷却水のＦｅ／Ｎｉモル
濃度を２〜１０に保つように調整している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記従来技術では、鉄
とニッケル等の比率が一定の範囲に入るように制御する
ことで、燃料棒の表面で放射性イオンをフェライト化さ
せ、炉水中から除去するようにしている。

【０００６】しかし、前記従来技術は炉水中の金属イオ
ンの燃料棒表面への付着速度が十分に大きいことを前提
にしており、Ｚｒライナー燃料のように平滑な表面を持
つ燃料棒では金属イオンの付着速度が小さく、フェライ
ト化反応の前に生じるべき鉄クラッドおよび放射性イオ
ンの燃料棒表面への付着が不十分なため、炉水中の放射
能を効率よく除去できないという問題が生じることが分
かった。

【０００７】本発明の目的は、Ｚｒライナー燃料のよう
に、金属イオン等の付着が生じにくい新しい燃料棒が装
荷された場合でも、炉水中の放射能を効率よく低減でき
るＢＷＲプラントの炉水制御技術を提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的は、新しい燃料
へのクラッドの付着量が当該サイクル内に一定の目標値
に達するように、燃料へのクラッドの付着を促進させる
操作をし、クラッドの付着量が当該目標値に達した後
に、当該操作を停止することにより、達成される。

【０００９】前記目的は、前記燃料へのクラッドの付着
の目標値を、新しく装荷した燃料に対して、平均した値
を０．０３mg／cm²以上に設定したことにより、さらに
は前記燃料へのクラッドの付着を促進させる操作とし
て、高濃度鉄クラッド注入，低溶解度金属元素注入，ア
ルカリ側運転のうちの一つ以上の操作を用いることによ
り、達成される。

【００１０】前記目的は、新しい燃料装荷後のサイクル
において、当該サイクル内の初期に注入する鉄と低溶解
度金属元素の合計が３×１０⁵g／cm²に全新装荷核燃料
の表面積の和を乗じて得られる値以上の一定値になるま
で注入し、その後注入を停止することにより、達成され
る。

【００１１】前記目的は、前記低溶解度金属元素をＢ
ｅ，Ｚｒ，Ａｌ，Ｎｂ，Ｙ，Ｔｉのうちから選ばれた一
つ以上の元素とすることにより、達成される。

【００１２】前記目的は、新しい燃料装荷後のサイクル
において、当該サイクル内の初期に炉水のｐＨを７以上
９以下の範囲にコントロールし、一定期間後の同一サイ
クル内においてｐＨを７以下に下げることにより、達成
される。

【００１３】前記目的は、ＢＷＲプラントの起動運転時
に、初装荷燃料集合体表面に酸化物層を加速的に形成す
る装置を設置したことにより、達成される。

【００１４】前記目的は、ＢＷＲプラントの起動運転時
に、給水中に含まれる金属元素濃度を通常運転時より高
め、燃料集合体表面に金属酸化物付着層を加速的に形成
可能に構成したことにより、達成される。

【００１５】前記目的は、前記給水中に含まれる金属元
素を高めるために、給水ヒータの上流側から付着金属元
素を注入するようにしたことにより、さらには前記付着
金属として遷移金属元素を注入するようにしたことによ
り、達成される。

【００１６】前記目的は、給水系からの注入積算量を、
燃料集合体の全表面積で割った値である注入金属酸化物
付着密度が１００μｇ／cm²以上になるように設定した
ことにより、さらには起動運転期間中または定格運転期
間中に注入金属酸化物付着密度が１００〜４００μｇ／
cm²を超えた時点で、冷却水中に含まれる注入金属元素
濃度を低下させるようにしたことにより、達成される。

【００１７】前記目的は、前記注入金属元素濃度の低減
時の濃度が、給水中のＮｉ濃度に対してモル濃度で２を
下回らない値に制御するようにしたことにより、また初
装荷燃料集合体表面に酸化物層を加速的に形成する装置
として、給水中の金属元素濃度富化装置と、金属元素の
富化量の制御装置とを備えていることにより、達成され
る。

【００１８】前記目的は、燃料被覆管の外表面の少なく
とも一部に、金属酸化物の層を形成したことにより、達
成される。

【００１９】前記目的は、燃料被覆管の外表面の少なく
とも一部に、金属酸化物を溶射することにより、金属酸
化物の層を形成したことにより、達成される。

【００２０】前記目的は、燃料被覆管の外表面の少なく
とも一部に、金属酸化物の懸濁溶液に浸漬後、加熱乾燥
することによって金属酸化物の層を形成したことによ
り、達成される。

【００２１】前記目的は、燃料被覆管の外表面の少なく
とも一部に、金属酸化物の懸濁溶液と金属イオン含有液
とのいずれかを塗布した後、乾燥することにより、金属
酸化物を形成したことにより、達成される。

【００２２】前記目的は、前記金属酸化物の層厚を１０
μｍ以上とすることにより、前記金属酸化物の層の空隙
率を５％以上とすることにより、さらには前記金属酸化
物の層を形成するための金属元素をＢｅ，Ａｌ，Ｔｉ，
Ｆｅ，Ｙ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏのうちから選ばれた一つ以
上の元素を用いることにより、達成される。

【００２３】

【作用】ＢＷＲにおける燃料棒への金属イオンやクラッ
ドの付着は、燃料表面における沸騰現象に伴って生じる
ものと考えられており、配管等の沸騰のない所での付着
とは現象が異なる。この沸騰による付着の評価には、次
の数１のような付着速度係数を用いてその付着効率を評
価している。

【００２４】

【数１】ｄＷ／ｄｔ＝ＫＱＣ／Ｌここで、ｄＷ／ｄｔ：付着速度Ｋ：付着速度係数Ｑ：熱流速Ｃ：濃度Ｌ：蒸発熱である。

【００２５】炉水中には、腐食生成物を起源とする金属
イオン、クラッド等の不純物が含まれており、その一部
は炉内で中性子により放射化される。特に問題となるの
は、半減期が比較的長く、放射能が強い⁵⁸Ｃｏおよび⁶⁰
Ｃｏであり、これらの放射性イオンの一部は沸騰に伴っ
て燃料棒に付着する。これらの燃料棒に付着した放射性
イオンは、同じように沸騰に伴って燃料棒に付着する鉄
クラッドと反応し、溶解度の低い安定なフェライト等の
鉄系酸化物として燃料棒に固定され、炉水から除去され
る。このようにして、炉水放射能を低減することが可能
となる。この方法は、鉄クラッドおよび金属イオン（放
射性イオンを含む）の燃料棒への付着効率が高いことを
前提としており、従来のオートクレーブ酸化により酸化
膜を付与した被覆管では、この前提は実現されていた。

【００２６】しかし、Ｚｒライナー管を用いた燃料では
オートクレーブ酸化処理が省かれており、クラッドや金
属イオンの付着速度係数が低いため、放射性イオンの燃
料上での固定化が十分ではなく、炉水放射能が高くなり
やすい。従来の燃料被覆管（ＲＪ）とＺｒライナー管
（ＢＪ）における各種金属イオンの付着速度係数を調べ
た結果を図１に示す。Ｚｒライナー管では、特に初期に
おいて金属イオンの付着速度係数が小さく、従来の燃料
被覆管の１／１０以下である。しかし、Ｚｒライナー管
でもクラッドの付着が進むに従って付着速度係数は大き
くなる。この付着速度係数の増大は、初期において急激
で、０．０３mg／cm²以上では増加はゆるやかになり、
従来の燃料被覆管との差はあまりなくなる。このため、
前記の値以上に燃料棒にクラッドが付着した後は、従来
の燃料被覆管と同様に、燃料棒への放射性イオンの固定
化が有効に進むものと考えられる。つまり、Ｚｒライナ
ー管でも初期に一定以上のクラッド付着を生じさせれ
ば、炉水放射能の低減が可能となる。

【００２７】図１から金属による差異は認められないの
で、付着させるのは何であっても付着速度係数の増大に
は同様な効果があることが分かる。これは、クラッド付
着によりＺｒライナー管の地肌が覆われ、堆積したクラ
ッド上に次のクラッドが付着するようになり、その場合
には付着効率が高くなるためと考えられる。このＺｒラ
イナー管の地肌の殆どが実効的に覆われるようになるの
が０．０３mg／cm²以上に対応していると推定できる。
勿論、この値は原子量等に依存するが、図１に示した金
属元素は原子量の値が近いため差が出ていない。原子量
の大きな金属では、必要な値がもっと大きくなることが
予想される。

【００２８】以上のように、Ｚｒライナー管における新
しい燃料棒の装荷時には燃料棒へのクラッドの付着を促
進する操作を運転初期において講じてやれば良い。具体
的な方法としては、次の三つの方法が考えられる。

【００２９】（１）鉄濃度を他の金属成分との比でコン
トロールせずに、燃料棒への付着を促進できるように効
能度で給水から供給する。

【００３０】（２）鉄以外の低溶解度で付着速度係数の
大きい金属イオンを、給水から供給して燃料棒に付着さ
せる。

【００３１】（３）炉水のｐＨを高めに制御して金属イ
オンの付着を促進する。

【００３２】これらの方法は、併用することも単独で用
いることも可能であるが、同時にいずれも弊害を生じる
可能性があるので、必要な付着量に達したら、そのサイ
クル内は実施をやめた方が良く、新しくＺｒライナー管
が装荷されたら、新しい燃料棒に十分なクラッドが付着
するまで、その都度実施すべきである。

【００３３】鉄クラッドの注入は、他成分との濃度比を
一定にコントロールするために実施されており、電解鉄
注入装置またはコンデミバイパスのいずれかの方法が用
いられている。これらの方法を用いて前記（１）を達成
することが可能である。ただし、注入する鉄クラッドの
濃度を高くする必要があり、また１サイクルの途中でこ
れらの運転を中止できることが必要である。運転中に燃
料棒への付着量を直接測定することはできないが、給水
中の鉄クラッド濃度は測定できるので、この値を用いて
計算コードにより付着量を計算できる。この推定付着量
を用いてコントロールしても良いが、３×１０⁵ｇ／cm²
に全新装荷核燃料の表面積の和を乗じて得られる値が
０．０３ｇ／cm²の付着量を得るのに必要な値であり、
この値を総注入量の目標として、注入装置その他のプロ
セスに支障のない範囲の高濃度で鉄クラッドを注入すれ
ば、それらの鉄クラッドの殆どがいずれ燃料棒に付着す
る。一部の注入鉄のロスがある場合には、その分を考慮
した、より大きい値を目標値として注入すれば良い。目
標値まで鉄が入れば、放射性イオンの固定化にも十分で
あるため、その後は注入する必要がない。前記（２）の
方法を用いる場合にも、コントロールの目標値は前記
（１）の場合と同様にすれば良く、前記（１）と（２）
を併用する場合には、両方のトータルの付着量または注
入量が前述の基準に達すれば良い。

【００３４】鉄以外の難溶性金属イオンを注入した場
合、注入時にはイオンであっても炉心ではかなりの部分
が固体となると考えられるので、直接固体微粒子として
注入しても良い。注入する金属イオンは、燃料表面に付
着するので、中性子経済の点から中性子吸収断面積が小
さい方が良く、また一部が放射化されて炉水中に出るの
で、溶解度はできるだけ低く、生成放射能は低いか，半
減期が短い方が良い。表１には、中性子吸収断面積が小
さいものから難溶性の金属イオンを生成放射能とともに
列挙している。この表１からＢｅ，Ｚｒ，Ａｌ，Ｎｂ，
Ｙ，Ｔｉが優れていることが分かる。

【００３５】

【表１】

【００３６】アルカリ側で運転すると金属イオンの付着
速度係数は大きくなり、燃料棒に付着しやすくなる。こ
れは、金属イオンの付着が燃料表面での水蒸気生成に伴
う水の濃縮により、金属イオンが溶解度を超えて析出
し、さらに水が排除されることにより、燃料表面と析出
固体の距離が短くなり、付着力を生じるためと考えられ
る。このため、溶解度が低くなると金属イオンは付着し
やすくなり、アルカリ側にすることによって目的を達成
することができる。これは、炉水中に存在する腐食生成
物を起源とする金属イオンにもあてはまるので、アルカ
リ側にするだけで燃料棒へのクラッドの付着は増加する
が、前記（１）および（２）と併用すると、より一層効
果的となる。しかし、燃料被覆管の腐食はアルカリで極
端に加速されるので、これが生じるｐＨ９以上にするこ
とは好ましくない。また、沸騰濃縮の影響を考えると、
これ以下でも腐食が加速される可能性があるので、付着
量が目標に達したら、ｐＨを７以下に制御する方が良
い。

【００３７】次に、本発明ＢＷＲプラントでは起動運転
時に、初装荷燃料集合体表面に酸化物層を加速的に形成
する装置を設置している。

【００３８】前述のごとく、また図１からも分かるよう
に、燃料棒に付着させる金属元素の如何を問わず、初期
に一定以上のクラッドを付着させれば付着速度係数が増
大する。したがって、ＢＷＲプラントの起動運転時に、
燃料集合体の表面に酸化物層を加速的に形成することに
より、堆積したクラッドの上に次のクラッドを付着させ
ることができ、クラッドの付着効率を高めることができ
る。

【００３９】また、ＢＷＲプラントに燃料集合体の初装
荷後の起動運転時に、給水中に含まれる金属元素濃度を
通常運転時より高めることにより、さらには給水ヒータ
の上流側から付着金属元素を注入することにより、初装
荷燃料集合体の表面に酸化物層を加速的に形成すること
ができる。

【００４０】さらに、付着金属元素としてＦｅのほか、
Ｚｎ，Ａｌ等の遷移金属元素を注入することにより、ま
た注入金属酸化物付着密度が１００μｇ／cm²以上にな
るように設定することにより、さらには注入金属酸化物
付着密度が１００〜４００μｇ／cm²を超えた時点で、
冷却水中に含まれる注入金属酸化物付着密度を低下させ
ることにより、そして注入金属酸化物付着密度の低減時
の濃度が給水中のＮｉ濃度に対し、モル濃度で２を下回
らない値に制御することにより、それぞれ効率良く初装
荷燃料集合体の表面に酸化物層を形成することができ
る。

【００４１】さらにまた、初装荷燃料集合体として、燃
料製造時に燃料被覆管表面に、酸化皮膜形成処理を施し
ていない燃料集合体を用いた場合において、給水中の金
属元素濃度富化装置と、金属元素の富化量の制御装置と
を備えている。そして、金属元素の富化量の制御装置
は、給水中の金属元素濃度、Ｎｉ濃度に基づいて算出し
た燃料集合体表面での金属元素では付着密度およびＮｉ
付着密度を指標として金属元素の富化量を制御する。こ
れにより、初装荷燃料集合体に酸化皮膜形成処理を施し
ていないものを使用した場合であっても、その表面に酸
化物層を的確に形成することができる。

【００４２】ところで、Ｚｒライナー燃料被覆管では従
来の燃料被覆管にはなかった純ジルコニウムの内張りが
あるため、それまで行っていたオートクレーブ処理が容
易にできなくなってしまった。このため、Ｚｒライナー
燃料被覆管ではその外表面処理を機械研磨によって行っ
ている。ところが、外表面処理を変更したことにより、
炉水中の不純物が燃料被覆管外表面に付着しにくくなる
という現象が起きた。このため、放射化した不純物が燃
料被覆管に捕捉されず、炉水中の放射能を増加させる可
能性がある。

【００４３】炉水中の金属イオン，金属化合物および金
属粒子の燃料被覆管外表面への析出は、沸騰によって起
こる。沸騰は被覆管外表面で起こり、その様子は被覆管
外表面を基点として小さな気泡ができてきて徐々に成長
して行き、やがてその気泡が外表面から離脱するという
ものである。この過程において、水が水蒸気となって気
相へ転じるときに、その水に含まれていた金属イオンや
金属化合物および金属粒子が気泡の基点となっている被
覆管外表面に析出する。この現象は、新型の燃料被覆管
でも従来の燃料被覆管でも起こっている。しかし、従来
の燃料被覆管では被覆管の外表面が燃料被覆管製造工程
のオートクレーブ処理によってできた多孔質の酸化ジル
コニウム層で被われているため、析出した不純物が付着
しやすくなっている。これに対して、新型のＺｒライナ
ー燃料被覆管では表面が研磨され，滑らかになっている
ため、一度付着した不純物が剥離し、炉水中へ戻りやす
くなっている。このため、Ｚｒライナー燃料被覆管では
結果的に金属イオン等の炉水中の不純物の析出が進まな
くなる。一方、炉水中の金属イオンは析出の際に金属酸
化物となるが、このときの反応を鉄イオンを例として示
すと、次の化１のようになる。

【００４４】

【化１】

【００４５】そこで、本発明燃料被覆管では金属酸化物
の多孔質層を燃料被覆管外表面に燃料装荷前から形成し
ておくことにより、炉水中の金属イオン，金属化合物お
よび金属粒子の析出する表面積を増やして、一度析出し
た不純物が剥離しないように粗い表面を持たせて付着を
促進させる。

【００４６】燃料被覆管に形成させる金属酸化物の厚さ
を１０μｍ以上とするのは、この程度の層厚にすること
でオートクレーブ処理をした被覆管と同程度の金属イオ
ン，クラッド捕捉能力を有するようになるからである。
これらの事柄は、図１から理解できる。この図１より、
Ｚｒライナー燃料被覆管への各種金属酸化物の付着密度
が約０．１mg／cm²以上で、オートクレーブ処理した燃
料被覆管と同等の付着速度係数になることが分かる。各
種金属酸化物の密度が２〜１０ｇ／cm³であるから、層
厚に換算すると最低でも１０μｍということになる。ま
た、図１からは付着速度係数がＺｒライナー燃料被覆管
への付着密度、つまり層厚のみによって決定され、用い
た金属元素の種類によらないことも分かる。

【００４７】形成する酸化物の空隙率を５％以上とする
のは、次のような理由による。ここで形成する酸化物層
の役割は、炉水中の金属イオン，クラッドが析出付着す
る場を提供することにあり、防触皮膜の場合と違ってジ
ルカロイと水が接触することを妨げようとするものでは
ない。析出付着を促進させるという意味では、酸化物層
を多孔質状とするにより水の酸化物層内部への浸透をし
やすくし、水を介しての熱の伝達を良くして沸騰を促し
た方が良く、また表面も機械研磨によって滑らかに表面
が仕上げられているよりは多少粗くなっていて、析出物
が付着しやすく、表面積も大きくなっている方が良い。
酸化物層の空隙率を５％程度以上とすると、これらの目
的が達成される。

【００４８】金属酸化物層を燃料被覆管外表面に形成す
る技術としては、金属酸化物の溶射や、懸濁液を用いる
のはＺｒライナー管の内表面にある純ジルコニウムに影
響を与えることなく、容易に金属酸化物層を形成させる
ためである。従来の燃料被覆管では、純ジルコニウムの
内張りがないため、容易にオートクレーブ処理を行うこ
とができたが、Ｚｒライナー管でそのままオートクレー
ブ処理を行うと、内張りされているジルコニウムが酸化
されてしまい、ＰＣＩの緩和に役立たなくなる。

【００４９】Ｚｒライナー管にオートクレーブ処理を施
すためには、燃料被覆管内を不活性な雰囲気としてこれ
を保持できるように、被覆管両端を溶接などによって一
度密封しなければならない。その後、燃料ペレットを装
填するため、溶接した一端を切断して最後に再び端栓を
溶接して燃料ペレットを密封するという非常に手間のか
かる処理を行わなければならない。一方、本発明燃料被
覆管を製造するために金属酸化物の溶射や懸濁液を用い
る技術では、オートクレーブ処理ほど温度や圧力の条件
が厳しくないため、それ程しっかりした密栓が必要なわ
けではなく、場合によっては密栓を使わなくてもかまわ
ない。または、燃料被覆管にペレットを詰めて端栓を溶
接して燃料棒として組み立てた後に、その外表面に酸化
物層を形成することも可能である。このため、Ｚｒライ
ナー管外表面への金属酸化物層の形成は、Ｚｒライナー
管のオートクレーブ処理による酸化膜の形成に比べて容
易に行うことができる。

【００５０】原子炉内において、不純物として燃料被覆
管外表面に蓄積するものの殆どは鉄酸化物である。そこ
で、原子炉の中性子経済に影響を与えないためと、原子
炉の定期検査時の被曝低減の観点から、燃料被覆管外表
面に形成される金属酸化物層の金属元素に要求される条
件としては、放射化断面積が鉄と同程度以下であるこ
と、および生成される放射能の半減期が短くて、放射能
としての蓄積が鉄の場合と同等以下であることが挙げら
れる。また、形成する金属酸化物が水と反応しないこと
も重要な条件である。この条件を満たすものとしては、
Ｂｅ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｆｅ，Ｙ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏの酸化
物が挙げられるが、これらの中でも放射化断面積の非常
に小さいＢｅや、放射能として蓄積しにくいＡｌ，Ｔｉ
が特に材料として有望である。

【００５１】また、本発明燃料被覆管において、金属酸
化物層の形成を炉外で行うことができ、このようにすれ
ば金属酸化物層の検査を容易にできるほか、層厚，空隙
率を容易に調整することができる。

【００５２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面により説明す
る。

【００５３】（第１の実施例）図２は本発明の第１の実
施例を示す系統図、図３は給水鉄濃度とｐＨの制御の一
例を示す図である。

【００５４】その図２に示す第１の実施例では、Ｚｒラ
イナー燃料（燃料集合体）を初装荷して運転開始される
ＢＷＲプラントを示すもので、タービン１を出た蒸気は
復水器２で水に戻され、ここを出た復水は復水ポンプ３
により復水フィルタ４を通り、復水脱塩器５により不純
物を除去される。浄化された水は、給水ポンプ６、低圧
給水加熱器７、昇圧ポンプ８、高圧給水加熱器９を通っ
て原子炉圧力容器１０に導かれる。このため、炉水中に
は主として高圧給水加熱器９および原子炉圧力容器１０
で生成された腐食生成物である鉄クラッド，ニッケルお
よびコバルト等の金属イオンが含まれている。これらの
一部は、原子炉再循環ポンプ１１の上流から分岐した配
管に接続されている原子炉浄化系１２で除去されるが、
その割合は少なく、殆どが炉水および燃料表面に存在す
ることになる。

【００５５】原子炉圧力容器１０内には、運転開始前に
新しいＺｒライナー燃料１３が装荷されている。運転開
始とともに原子炉の出力が上昇し、燃料表面で沸騰が生
じるようになる。これに伴って、電解鉄注入装置１４を
運転して鉄クラッドを生成させ、注入バルブ１５を通し
て鉄クラッドを給水中に注入する。注入濃度は、約２ｐ
ｐｂに一定になるようにコントロールし、注入した鉄の
総量が５×１０⁵ｇ／cm²×全新装荷核燃料の表面積の和
（cm²）に達したら注入を中止する。また、複数塔存在
する復水脱塩器５内の陽イオン交換樹脂の一部をＮａ型
にしておき、これに復水を通すことによりｐＨを上昇さ
せ、給水のｐＨを約７．５とする。鉄クラッド注入中止
後もしばらくｐＨ７．５で運転した後、Ｎａ型にした陽
イオン交換樹脂の入った樹脂塔への通水を止め、他の樹
脂塔に切り替えることによりｐＨを下げ、給水のｐＨを
６．８として１サイクル終了まで運転する。これを図３
に模式的に示す。

【００５６】以上のように、この第１の実施例ではＢＷ
Ｒプラントにおける新しいＺｒライナー燃料１３の装荷
後の運転開始時に、Ｚｒライナー燃料１３へのクラッド
の付着量が運転初期の段階で一定の目標値に達するよう
に、Ｚｒライナー燃料１３へのクラッドの付着を促進さ
せる操作をする。その後、クラッドの付着量が当該目標
値に達したら、クラッドの付着を促進させるための操作
を停止する。

【００５７】前述のごとく、Ｚｒライナー燃料１３では
オートクレーブ酸化処理が省かれており、クラッドや金
属イオンの付着速度係数（Ｋ）が小さい。図１からも分
かるように、Ｚｒライナー燃料１３では特に運転初期に
おいて金属イオンの付着速度係数（Ｋ）が小さく、従来
の燃料被覆管の１／１０以下である。このため、放射性
イオンの燃料上での固定化が十分ではなく、炉水放射能
が高くなりやすい。ところが、Ｚｒライナー燃料１３で
も、クラッドの付着が進むに従って付着速度係数（Ｋ）
が大きくなる。

【００５８】そこで、この第１の実施例では新しいＺｒ
ライナー燃料１３の装荷後、起動運転の初期の段階でク
ラッドの付着を促進させる操作を行うようにしている。
したがって、Ｚｒライナー燃料１３へのクラッドや金属
イオンの付着速度係数（Ｋ）を大きくし、付着効率を高
めることができる。その結果、炉水中の放射能を低減す
ることが可能となる。

【００５９】また、この第１の実施例では前記Ｚｒライ
ナー燃料１３へのクラッドの付着の目標値を、新しく装
荷された燃料に対して、平均した値を０．０３mg／cm²
以上に設定している。

【００６０】前記Ｚｒライナー燃料１３へのクラッドの
付着速度係数（Ｋ）の増大は、起動運転の初期において
急激で、しかも０．０３mg／cm²以上では増加がゆるや
かになり、従来の燃料被覆管との差がなくなる。

【００６１】そこで、この第１の実施例では新しく装荷
したＺｒライナー燃料１３へのクラッドの付着の目標値
を、平均した値を０．０３mg／cm²以上に設定してい
る。したがって、Ｚｒライナー燃料１３に０．０３mg／
cm²以上に付着した後は、従来の燃料被覆管と同様に、
Ｚｒライナー燃料１３への放射性イオンの固定化が進も
のと考えられる。

【００６２】さらに、この第１の実施例において、Ｚｒ
ライナー燃料１３へのクラッドの付着を促進させる操作
は、高濃度鉄クラッド注入，低溶解度金属元素注入，ア
ルカリ側運転を単独で行っても良く、可能ならば併用し
ても良い。

【００６３】しかも、前記低溶解度金属元素注入を実施
する場合において、その低溶解度金属元素として、Ｂ
ｅ，Ｚｒ，Ａｌ，Ｎｂ，Ｙ，Ｔｉの一つまたは複数を用
いても良い。

【００６４】（第２の実施例）次に、図４は本発明の第
２の実施例を示す系統図である。

【００６５】この第２の実施例は、燃料の１／３を新た
なＺｒライナー燃料に交換した場合に本発明を適用した
例を示すもので、ＢＷＲプラントそのものは図２に示す
前記第１の実施例と同様である。

【００６６】ところで、この第２の実施例では燃料１３
のうち１／３がＺｒライナー燃料に交換され、定検後運
転が再開される。運転開始され、燃料表面で沸騰が生じ
るようになった後、Ｚｒイオン注入装置１６によりＺｒ
イオンを注入バルブ１７を通じて給水に注入する。そし
て、給水中のＺｒ濃度を約５０ｐｐｂになるように注入
量を制御する。注入されたＺｒイオンは、ＺｒＯ₂とし
て効率良く燃料１３に付着し、燃料への放射性イオンの
付着を促進する。付着した放射性イオンは、腐食生成物
の鉄クラッド等と反応して安定な形態に固定化される。
炉水中のＺｒ濃度は、サンプリング配管１８を通じてサ
ンプリングされ、金属イオン濃度測定装置１９で濃度が
測定される。計測された濃度データは、計算機２０に送
られ、計算コードにより新装荷の燃料上へのＺｒ付着量
が計算される。その計算された値が０．０５mg／cm²と
なった時点で、注入バルブ１７を閉め、Ｚｒイオンの注
入を停止する。

【００６７】その結果、この第２の実施例によれば、燃
料の１／３をＺｒライナー燃料に交換したＢＷＲプラン
トにおいても、起動運転の初期の段階で燃料へのクラッ
ドや金属イオンの付着を促進し、放射性イオンの固定化
を図り、炉水中の放射能を低減することができる。

【００６８】（第３の実施例）図５は本発明の第３の実
施例を示す系統図、図６はこの第３の実施例の運転特性
図である。

【００６９】その図５に示す第３の実施例は、低炉水放
射能濃度ＢＷＲプラントの一例を示すもので、初装荷燃
料集合体表面に酸化物層を加速的に形成する装置とし
て、電解鉄注入装置２１を設置している。

【００７０】前記電解鉄注入装置２１は、電解電源２２
と、これに電気的に接続された電解槽２３と、この電解
槽２３と給水ポンプ６の上流側とを結ぶ配管２４と、こ
の配管２４に設けられた注入バルブ２５とを備えて構成
されている。

【００７１】そして、電解鉄注入装置２１は原子炉圧力
容器１０内にＺｒライナー燃料等の燃料集合体１３の初
装荷後、ＢＷＲプラントの起動運転とともに運転され、
電解槽２３により鉄イオンを生成し、その鉄イオンを配
管２４および注入バルブ２５を通じて給水ポンプ６の上
流側から冷却水中に注入する。而して、ＢＷＲプラント
の起動後、しばらくの期間、例えば約２０００時間は図
６に示すように、鉄イオンの注入濃度を１．５ｐｐｂの
一定値に設定して注入し、燃料集合体１３の表面に鉄イ
オンを急速に付着させ、注入金属酸化物付着密度である
給水系からの注入積算量を燃料集合体の全表面積で割っ
た値が１００μｇ／cm²以上になるように、鉄イオンの
酸化物層を加速的に形成する。その後、注入金属酸化物
付着密度が１００〜４００μｇ／cm²を超えた時点で、
鉄イオンの注入濃度を０．５ｐｐｂに下げ、炉水中に含
まれる注入金属酸化物濃度を低下させる。ただし、前記
冷却水中に含まれる注入金属元素濃度を低下させる際、
低減時の濃度が給水中のＮｉ濃度に対して、モル濃度で
２を下回らない値に制御するものとする。

【００７２】以上により、この第３の実施例によれば、
ＢＷＲプラントの起動運転時に、初装荷の燃料集合体１
３の表面に鉄イオンの酸化物層を加速的に形成すること
ができる。その結果、ＢＷＲプラントの運転中の炉水放
射能を有効に低減することができる。

【００７３】なお、図５に示す実施例の他の構成，作用
については、図２に示す前記第１の実施例と同様であ
る。

【００７４】（第４の実施例）前記第３の実施例では、
電解鉄注入装置２１で生成した鉄イオンを、そのまま冷
却水中に注入したが、注入前に空気等で鉄イオンを酸化
処理し、不溶解性の酸化鉄または水酸化鉄粒子（鉄クラ
ッド）としても、前記第３の実施例と同様の効果を発揮
させることが可能である。

【００７５】（第５の実施例）ついで、図７は本発明の
第５の実施例を示す系統図、図８はこの第５の実施例の
運転特性図である。

【００７６】その図７に示す第５の実施例では、初装荷
燃料集合体表面に酸化物層を加速的に形成する装置とし
て、復水系と給水系間に、復水浄化装置である復水フィ
ルタ４のバイパス２６が設けられており、このバイパス
２６にバイパス弁２７が設置されている。

【００７７】そして、この第５の実施例では、原子炉圧
力容器１０内に燃料集合体１３を初装荷後の起動運転時
に、復水系でプラント構成材の腐食に伴って発生した鉄
イオンまたは酸化鉄あるいは水酸化鉄粒子を、復水フィ
ルタ４をバイパスさせて給水中に添加し、給水中に含ま
れる鉄イオン等の金属元素濃度を、起動運転時に通常運
転時より高める。前記鉄イオン等の添加量の調整は、バ
イパス弁２７の開度を制御することによって行う。

【００７８】これにより、冷却水中に外部より鉄イオン
等を注入することなく、復水中に含まれている鉄イオン
等を利用して、図８から分かるように、燃料集合体１３
の表面に酸化物層を加速的に形成することができる。

【００７９】この第５の実施例の他の構成，作用につい
ては、前記第３の実施例と同様である。

【００８０】（第６の実施例）本発明では、ＢＷＲプラ
ントの給水系に設置されている給水ヒータである例えば
低圧給水加熱器の上流側から鉄イオン等の金属元素を注
入し、給水中に含まれる金属元素を高めるようにしても
良い。

【００８１】（第７の実施例）次に、図９は本発明の第
７の実施例を示すもので、注入金属酸化物付着密度と炉
水中のＣｏ濃度との関係を示す説明図である。

【００８２】本発明では、給水や冷却水中に注入するク
ラッドや金属イオンは、Ｆｅ以外の金属元素であっても
良い。その金属元素としては、燃料集合体表面に付着す
るＮｉ，Ｃｏと化合して、Ｎｉ，Ｃｏ酸化物よりも溶解
度の小さい化合物を形成できるものが望ましい。特に、
Ｚｒ，Ｃｒ，Ａｌ等の遷移金属は図９からも分かるよう
に、Ｎｉ，Ｃｏと化合し、離溶解性スピネル酸化物を形
成することが可能である。

【００８３】（第８の実施例）ついで、図１０は本発明
の第８の実施例を示す系統図である。

【００８４】この図に示す第８の実施例では、復水系と
給水系間に接続された抽水配管２８と、これに設けられ
た抽水弁２９および金属元素濃度富化装置３０と、この
金属元素濃度富化装置３０に接続された制御装置３１
と、原子炉浄化系１２の上流側にサンプリング配管３２
を通じて設けられかつ制御装置３１に接続された金属イ
オン濃度測定装置３３とを備えて構成されている。前記
金属元素濃度富化装置３０には、例えば金属元素に酸素
を吹き込んだり、または金属元素を加熱処理する等によ
り、給水中の金属元素濃度を富化する装置が用いられて
いる。前記制御装置３１は、炉水中の金属元素の測定値
と、給水中の金属元素濃度、Ｎｉ濃度に基づいて算出し
た燃料集合体表面での金属元素ではその付着密度および
Ｎｉ付着密度等を指標にして金属元素の富化量を計算
し、その計算値に基づいて金属元素濃度富化装置３０を
制御するようになっている。前記金属イオン濃度測定装
置３３は、現在の炉水中の金属イオンの濃度を測定し、
その測定値を制御装置３１に入力するようになってい
る。

【００８５】そして、この第８の実施例では、燃料製造
時に被覆管表面に酸化皮膜形成処理を施していない燃料
集合体１３を原子炉圧力容器１０内に装荷後、ＢＷＲプ
ラントの起動運転時に、復水フィルタ４の上流側で抽水
配管２８および抽水弁２９を通じて復水を抽出し、その
抽水を金属元素濃度富化装置３０に送り込む。前記金属
元素濃度富化装置３０では、前記抽水中に含まれている
金属元素を取り込み、制御装置３１からの指令に従って
金属元素濃度を富化したうえで、復水フィルタ４と復水
脱塩器５間に挿入する。これにより、ＢＷＲプラントの
起動運転時に、初装荷燃料集合体１３の表面に酸化物層
を加速的に形成することができ、これに伴って炉水中の
放射能を低減することが可能となる。

【００８６】（第９の実施例）さらに、図１１は本発明
の第９の実施例を示すもので、ＢＷＲ燃料被覆管の一例
を示す断面図である。

【００８７】この図に示す第９の実施例では、燃料被覆
管４０は燃料被覆管本体４１と、これの内表面のライナ
ー層４２と、燃料被覆管本体４１の外表面の金属酸化物
の層４３とを有して構成されている。

【００８８】前記燃料被覆管本体４１は、この実施例で
はジルカロイ−２により製作されている。

【００８９】前記ライナー層４２は、純ジルコニウムに
より形成され、燃料被覆管本体４１に内張りされてお
り、ライナー層４２と燃料被覆管本体４１とで、いわゆ
るＺｒライナー管が形成されている。

【００９０】前記金属酸化物の層４３は、水に対する安
定性が鉄酸化物と同程度以上の金属酸化物材料を用いて
形成されていて、この実施例では酸化ベリリウム（Ｂｅ
Ｏ）により形成されている。また、金属酸化物の層４３
は燃料被覆管本体４１の外表面全体に層厚３５μｍに、
しかも空隙率５％以上に形成されている。

【００９１】前述のごとく、また図１から分かるよう
に、Ｚｒライナー燃料では各種金属酸化物の付着密度が
約０．１mg／cm²以上でオートクレーブ処理した従来の
燃料被覆管と同等の付着速度係数になる。そして、各種
金属酸化物の密度が２〜１０ｇ／cm³であるから層厚に
換算すると、最低でも１０μｍということになる。ま
た、Ｚｒライナー燃料であっても、ＢＷＲプラントの運
転初期に一定以上のクラッドを付着させれば堆積したク
ラッド上に次のクラッドが付着するようになり、付着速
度係数が増大し、付着効率が高くなるものと考えられて
いる。したがって、燃料被覆管本体４１の外表面の少な
くとも一部に、金属酸化物を層厚１０μｍ以上、好まし
くは３５μｍ以上形成する。

【００９２】さらに、金属酸化物の層４３は、炉水中の
金属イオン，クラッドが析出付着する場を提供すること
であり、そのためには多孔質状とすることにより、水の
金属酸化物層内部へ浸透しやすくし、水を介して熱の伝
達を良くして沸騰を促した方が良いこと、また析出物を
付着しやすくし、表面積を大きくした方が良いことか
ら、空隙率５％以上とした方が良い。

【００９３】以上により、この第９の実施例ではＺｒラ
イナー燃料である純ジルコニウムのライナー層４２を有
する燃料被覆管本体４１の外表面に、金属酸化物である
酸化ベリリウムの層４３を、層厚３５μｍ，空隙率５％
以上に形成しているため、Ｚｒライナー燃料にオートク
レーブ処理を施していなくても、オートクレーブ処理を
施した従来の燃料被覆管と同程度に金属イオン等の炉水
中の不純物を析出させ、付着させることができる。した
がって、初装荷燃料に対して金属イオン等を付着させる
ための格別な装置を用いることなく、燃料表面に金属イ
オン等を良好に付着させ、炉水中の放射能を低減するこ
とができる。

【００９４】なお、酸化ベリリウムは熱伝導率が良いた
め、燃料被覆管本体４１の外表面に層厚３５μｍ程度の
層４３を形成しても、燃料被覆管内の温度上昇には殆ど
影響しない。また、酸化ベリリウム中のベリリウムは、
熱中性子に対する反応断面積が鉄の１／３００と極めて
小さいため、原子炉の中性子経済に殆ど影響を与えな
い。

【００９５】（第１０の実施例）この第１０の実施例で
は、燃料被覆管本体４１の外表面に、金属酸化物の層４
３として前記第９の実施例の酸化ベリリウム層に代え
て、酸化チタン（ＴｉＯ₂）の層が形成されている。こ
の酸化チタン層は、層厚２５μｍ，空隙率５％とされ、
燃料被覆管本体４１の全外表面に施されている。

【００９６】この酸化チタンを用いることの特徴は、チ
タンの熱中性子に対する反応断面積が鉄と比較して約２
倍と少し大きいが、生成される放射性元素の半減期が非
常に短いため、放射能として蓄積されず、定期検査時の
放射線被曝に殆ど関与しないということが挙げられる。

【００９７】また、酸化チタンは酸化ベリリウムに比較
して熱伝導率が小さいため、被覆管内の温度上昇に影響
を与えることも考えられるが、計算によるとこのときの
温度上昇は３℃程度であるため、特に問題はない。

【００９８】（第１１の実施例）次に、図１２は本発明
の第１１の実施例を示すもので、燃料被覆管本体に、金
属酸化物の層を形成する装置の一例を示す図、図１３は
この装置を用いて実施する燃料棒の製造工程の説明図で
ある。

【００９９】その図１２に示す装置では、燃料被覆管本
体４４が上下方向に設置され、その両端部に上部固定器
具４５と下部固定器具４６とが取り付けられており、こ
れら上，下部固定器具４５，４６を介して、矢印ａ方向
の回転と、ｂ方向への移動とを行い得るようになってい
る。また、燃料被覆管本体４４内には、アルゴンガスが
流れるようになっていて、ライナー層を保護するように
なっている。前記燃料被覆管本体４４の移動行程の途中
には、ノズル４７が設置されている。このノズル４７か
らは、この実施例では燃料被覆管本体４４の外表面に酸
化アルミニウムの溶射を行うようになっている。

【０１００】ついで、燃料棒を製造するには、図１３に
示すように、まず初めに燃料被覆管本体４４の内，外表
面の洗浄を行う。次に、燃料被覆管本体４４の外表面に
図１２に示す装置を用いて酸化アルミニウムの溶射を行
い、例えば燃料被覆管本体４４の上端部の約５０cmのと
ころから下端部の約５０cmのところまで、酸化アルミニ
ウムの層を層厚２５μｍ，空隙率５％となるように吹き
付ける。前記ノズル４７からは、加熱されて溶けた酸化
アルミニウムが空気と一緒に、燃料被覆管本体４４の外
表面に吹き付けられる。その間、燃料被覆管本体４４を
図１２の矢印ａ方向に回転させ、かつ矢印ｂ方向に移動
させ、金属酸化物の層としての酸化アルミニウムの層を
形成する。

【０１０１】前記燃料被覆管本体４４の外表面に酸化ア
ルミニウムの層を、例えば層厚２５μｍ，空隙率５％で
形成した後、燃料被覆管の下部端栓を溶かし、ついで燃
料ペレットおよびプレナムスプリングを装填し、最後に
上部端栓を溶接して燃料棒を完成させる。

【０１０２】（第１２の実施例）さらに、図１４は第１
２の実施例を示すもので、燃料棒製造の他の実施例を示
す工程説明図である。

【０１０３】この第１２の実施例では、常法によりまず
燃料棒を製造する。

【０１０４】次に、でき上がった燃料棒に酸化ジルコニ
ウム粒子を懸濁させた溶液を塗布し、乾燥焼き付けを行
い、燃料棒の外表面に酸化ジルコニウムの層を形成す
る。そして、酸化ジルコニウムの層が２０μｍに達する
まで繰り返して行う。

【０１０５】この第１２の実施例によれば、従来の燃料
棒の製造工程の最後に、酸化ジルコニウム懸濁溶液を塗
布し、乾燥焼き付けを行う工程を追加するだけで実施す
ることができる。

【０１０６】（その他の実施例）本発明では、燃料被覆
管を金属酸化物の懸濁液に浸漬後、加熱乾燥させること
により、燃料被覆管の外表面に金属酸化物の層を形成し
ても良く、また金属イオン含有液を塗布した後、乾燥す
ることにより、燃料被覆管の外表面に金属酸化物の層を
形成しても良い。

【０１０７】さらに、Ｚｒライナー管の外表面に金属酸
化物の層を形成する技術としては、物理蒸着法や化学蒸
着法を用いることができる。

【０１０８】さらには、金属酸化物の金属元素として、
Ｂｅ，Ｔｉ，ＡｌのほかにＦｅ，Ｙ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ
等を用いることもできる。

【０１０９】

【発明の効果】以上説明した本発明ＢＷＲプラントの炉
水制御方法によれば、新しい燃料棒のクラッドの付着量
が当該サイクル内に一定の目標値に達するように、燃料
棒へのクラッドの付着を促進させる操作をし、クラッド
の付着量が当該目標値に達した後に、当該操作を停止す
るようにしているので、Ｚｒライナー燃料のように、金
属イオン等の付着が生じにくい燃料を装荷した場合で
も、その燃料に金属イオン等を効率良く付着させ、炉水
中の放射能を低減し得る効果がある。

【０１１０】また、本発明低炉水放射能濃度ＢＷＲプラ
ントによれば、ＢＷＲプラントの起動運転時に、初装荷
燃料集合体表面に酸化物層を加速的に形成する装置を設
置しているので、前記本発明炉水制御方法を的確に実施
でき、金属イオン等の付着しにくい初装荷燃料集合体の
表面に金属イオン等を効率良く付着させ、炉水中の放射
能を低減し得る効果がある。

【０１１１】さらに、本発明ＢＷＲ用燃料被覆管によれ
ば、燃料被覆管の外表面の少なくとも一部に、金属酸化
物の層を形成しているので、燃料被覆管の外表面に形成
された金属酸化物の層の上に炉水中の放射性物質が析出
付着し、固定化されるため、本発明においても初装荷燃
料集合体に金属イオン等を効率良く付着させ、炉水中の
放射能を低減し得る効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】燃料被覆管への金属イオンの付着速度係数の測
定結果を示す図である。

【図２】本発明の第１の実施例を示す系統図である。

【図３】第１の実施例における給水濃度とｐＨの制御を
示す図である。

【図４】本発明の第２の実施例を示す系統図である。

【図５】本発明の第３の実施例を示す系統図である。

【図６】第３の実施例の運転特性図である。

【図７】本発明の第５の実施例を示す系統図である。

【図８】第５の実施例の運転特性図である。

【図９】本発明の第７の実施例を示す説明図である。

【図１０】本発明の第８の実施例を示す系統図である。

【図１１】本発明の第９の実施例を示すもので、ＢＷＲ
用燃料被覆管の断面図である。

【図１２】本発明の第１１の実施例を示すもので、燃料
被覆管本体の外表面に金属酸化物の層を形成する装置の
一例を示す図である。

【図１３】第１１の実施例における燃料棒の製造工程の
説明図である。

【図１４】本発明の第１２の実施例を示す工程説明図で
ある。

【符号の説明】

１…タービン、２…復水器、３…復水ポンプ、４…復水
フィルタ、５…復水脱塩器、６…給水ポンプ、７…低圧
給水加熱器、８…昇圧ポンプ、９…高圧給水加熱器、１
０…原子炉圧力容器、１１…原子炉再循環ポンプ、１２
…原子炉浄化系、１３…初装荷燃料であるＺｒライナー
燃料（燃料集合体）、１４…電解鉄注入装置、１５…注
入バルブ、１６…Ｚｒイオン注入装置、１７…注入バル
ブ、１８…サンプリング配管、１９…金属イオン濃度測
定装置、２０…Ｚｒイオン注入量の計算機、２１…電解
鉄注入装置、２２…電解電源、２３…電解槽、２４…鉄
イオン注入用の配管、２５…注入バルブ、２６…復水の
バイパス、２７…バイパス弁、２８…復水抽出用の配
管、２９…抽水弁、３０…金属濃度富化装置、３１…制
御装置、３２…サンプリング配管、３３…金属イオン濃
度測定装置、４０…燃料被覆管、４１…燃料被覆管本
体、４２…ライナー層、４３…金属酸化物の層、４４…
燃料被覆管本体、４５，４６…上，下部固定器具、４７
…ノズル。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者細川秀幸茨城県日立市大みか町七丁目２番１号株式会社日立製作所エネルギー研究所内 (72)発明者原照雄茨城県日立市大みか町七丁目２番１号株式会社日立製作所エネルギー研究所内 (72)発明者朝倉大和茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (72)発明者大角克己茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (72)発明者赤嶺和彦茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (72)発明者山根康一茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＢＷＲプラントにおける新しい燃料装荷
後のサイクルにおいて、前記燃料へのクラッドの付着量
が当該サイクル内で一定の目標値に達するように、前記
燃料へのクラッドの付着を促進させる操作をし、クラッ
ドの付着量が当該目標値に達した後に、当該操作を停止
することを特徴とするＢＷＲプラントの炉水制御方法。
【請求項２】請求項１において、前記燃料へのクラッ
ドの付着の目標値を、新しく装荷した燃料に対して、平
均した値を０．０３mg／cm²以上に設定したことを特徴
とするＢＷＲプラントの炉水制御方法。
【請求項３】請求項１または２において、前記燃料へ
のクラッドの付着を促進させる操作として、高濃度鉄ク
ラッド注入，低溶解度金属元素注入，アルカリ側運転の
うちの一つ以上の操作を用いることを特徴とするＢＷＲ
プラントの炉水制御方法。
【請求項４】ＢＷＲプラントにおける新しい燃料装荷
後のサイクルにおいて、当該サイクル内の初期に注入す
る鉄と低溶解度金属元素の合計が３×１０⁵g／cm²に全
新装荷核燃料の表面積の和を乗じて得られる値以上の一
定値になるまで注入し、その後注入を停止することを特
徴とするＢＷＲプラントの炉水制御方法。
【請求項５】請求項３または４において、前記低溶解
度金属元素がＢｅ，Ｚｒ，Ａｌ，Ｎｂ，Ｙ，Ｔｉのうち
から選ばれた一つ以上の元素であることを特徴とするＢ
ＷＲプラントの炉水制御方法。
【請求項６】ＢＷＲプラントにおける新しい燃料装荷
後のサイクルにおいて、当該サイクル内の初期に炉水の
ｐＨを７以上９以下の範囲にコントロールし、一定期間
後の同一サイクル内においてｐＨを７以下に下げること
を特徴とするＢＷＲプラントの炉水制御方法。
【請求項７】請求項１〜６のいずれかにおいて、新し
く装荷される燃料が、Ｚｒライナー管で形成されている
ことを特徴とするＢＷＲプラントの炉水制御方法。
【請求項８】ＢＷＲプラントの起動運転時に、初装荷
燃料集合体表面に酸化物層を加速的に形成する装置を設
置したことを特徴とする低炉水放射能濃度ＢＷＲプラン
ト。
【請求項９】ＢＷＲプラントの起動運転時に、給水中
に含まれる金属元素濃度を通常運転時より高め、燃料集
合体表面に金属酸化物付着層を加速的に形成可能に構成
したことを特徴とする低炉水放射能濃度ＢＷＲプラン
ト。
【請求項１０】請求項９において、前記給水中に含ま
れる金属元素を高めるために、給水ヒータの上流側から
付着金属元素を注入するようにしたことを特徴とする低
炉水放射能濃度ＢＷＲプラント。
【請求項１１】請求項１０において、前記付着金属と
して遷移金属元素を注入するようにしたことを特徴とす
る低炉水放射能濃度ＢＷＲプラント。
【請求項１２】請求項８〜１１のいずれかにおいて、
給水系からの注入積算量を、燃料集合体の全表面積で割
った値である注入金属酸化物付着密度が１００μｇ／cm
²以上になるように設定したことを特徴とする低炉水放
射能濃度ＢＷＲプラント。
【請求項１３】請求項１２において、起動運転期間中
または定格運転期間中に注入金属酸化物付着密度が１０
０〜４００μｇ／cm²を超えた時点で、冷却水中に含ま
れる注入金属元素濃度を低下させるようにしたことを特
徴とする低炉水放射能濃度ＢＷＲプラント。
【請求項１４】請求項１３において、前記注入金属元
素濃度の低減時の濃度が、給水中のＮｉ濃度に対してモ
ル濃度で２を下回らない値に制御するようにしたことを
特徴とする低炉水放射能濃度ＢＷＲプラント。
【請求項１５】請求項８において、前記初装荷燃料集
合体表面に酸化物層を加速的に形成する装置として、給
水中の金属元素濃度富化装置と、金属元素の富化量の制
御装置とを備えていることを特徴とする低炉水放射能濃
度ＢＷＲプラント。
【請求項１６】燃料被覆管の外表面の少なくとも一部
に、金属酸化物の層を形成したことを特徴とするＢＷＲ
用燃料被覆管。
【請求項１７】燃料被覆管の外表面の少なくとも一部
に、金属酸化物を溶射することにより、金属酸化物の層
を形成したことを特徴とするＢＷＲ用燃料被覆管。
【請求項１８】燃料被覆管の外表面の少なくとも一部
に、金属酸化物の懸濁溶液に浸漬後、加熱乾燥すること
により、金属酸化物の層を形成したことを特徴とするＢ
ＷＲ用燃料被覆管。
【請求項１９】燃料被覆管の外表面の少なくとも一部
に、金属酸化物の懸濁溶液と金属イオン含有液とのいず
れかを塗布した後、乾燥することにより、金属酸化物の
層を形成したことを特徴とするＢＷＲ用燃料被覆管。
【請求項２０】請求項１６〜１９のいずれかにおい
て、前記金属酸化物の層厚が１０μｍ以上であることを
特徴とするＢＷＲ用燃料被覆管。
【請求項２１】請求項１６〜１９のいずれかにおい
て、前記金属酸化物の層の空隙率が５％以上であること
を特徴とするＢＷＲ用燃料被覆管。
【請求項２２】請求項１６〜２１のいずれかにおい
て、前記金属酸化物の層を形成するための金属元素がＢ
ｅ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｆｅ，Ｙ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏのうちか
ら選ばれた一つ以上の元素であることを特徴とするＢＷ
Ｒ用燃料被覆管。