JPS60239697A

JPS60239697A - 高速炉の運転方法

Info

Publication number: JPS60239697A
Application number: JP59097387A
Authority: JP
Inventors: 和夫有江
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1984-05-15
Filing date: 1984-05-15
Publication date: 1985-11-28
Also published as: JPH051913B2

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】〔発明の技術分野〕本発明は、高速炉の運転方法に係り、特に非均質構造の
炉心を有する高速炉において出力分布を均一にして運転
させる高速炉の運転方法に関する。

〔発明の技術的背景〕

一般に高速炉は第９図に示すように形成されている。

図中符号ｌは原子炉容器であり、この原子炉容器１内に
は冷却材である液体すｌ−ＩＪウム２が満たされている
。また、この原子炉容器１内には中心部に炉心３が設け
られている。そして、この原子炉容器１の上部は上記遮
蔽体としてのルーフスラブ７で密閉されており、このル
ーフスラブ７から炉心上部機構４、−次冷却材ポンブ５
、中間熱交換機６等が原子炉容器１内へ吊下されている
。このルーフスラブ７と液体ナトリウム２の液面との間
にはカバーガスが封入されている。そして、このルーフ
スラブ７の中央部には制御棒駆動機構８が支持されてい
る。

この制御棒駆動機構８は、１第１０図に示すように、ル
ーフスラブ上の駆動部、ルーフスラブ下面側の上部案内
管１２、延長管１３とで構成されている。そして、この
制御棒駆動機構８は制御棒１０をケ」心３の燃料部９中
に挿入、引抜操作して、炉心３の反応度の制御を行なう
。

この炉心３の形式には、軸方向に非均質な構造をもった
軸方向非均質炉心がある。この軸方向非均質炉心は、外
側炉心燃料集合体、内側炉心燃料集合体および制御棒に
より形成されている。第１ｊ図に示すように、その外側
炉心燃料集合体１４は多数本からなる。核分裂性物質を
多く含む炉心燃料１６によって形成されている。また、
第１２図に示すように、内側炉心燃料集合体１５は、核
分裂性物質を多く含む炉心燃料１６および中性子吸収に
よって核分裂性物質に変換される親核分裂性物質を多く
含むブラケット燃料１７によって形成されており、かつ
、前記ブランケット燃料１７を軸方向中央付近に設置し
、それを軸方向上下から炉心燃料Ｉ６によって挾持する
ようにして配置されている。核分裂反応を制御する制御
棒は中性子吸収物質によって形成されている。

第１３図は、このような燃料集合体によって構成された
高速炉の軸方向非均質炉心の横断面の一例を示している
。多数の外側炉心燃料集合体１４によって構成される外
側炉心領域１４′（図中太線より外側）は、多数の内側
炉心燃料集合体１５によって構成される内側炉心領域１
５′を取り囲んでおり、制御棒１０Ａ　、　ＩＯＢ　、
　ＩＯｃ　、　ＩＯＸはこれらの領域の中に多数分散配
置されている。

制御棒１０Ａ　、　ＩＯＢ　、　ＩＯＣは、多数ある制
御棒の内で炉の起動、停止、出力制御の目的に用いられ
る主炉停止用制御棒である。制御棒１０Ｘは、多数ある
制御棒の内で、炉の緊急停止の目的のみに用いら第１、
通常運転時には、炉心から常に全引抜状態にある彼備炉
停止用制御棒である。これらの主炉停止用制御棒の内、
符号１０Ａは、炉心中心に、符号１０Ｂは、炉心中心か
ら見て、２番目の距離に、符号１０Ｃは、炉心中心から
畢も遠い距離に配置されている。また第５図に示したよ
うに、炉中心から見て最も遠い距離に配置された制御棒
１０Ｃは、通常内側炉心領域１５’と外側炉心領域１４
′の境界に位置されることが多い。

高速炉の運転においては、長期にわたる運転を継続する
ために、運転サイクル初期では、炉が持っている余剰反
応度を制御する必要があり、そのため運転サイクル初期
においては、主炉停止用制御棒１０Ｃなどを炉心３へ部
分挿入させて運転を行なっている。

第１４図は、このような軸方向非均・６炉心の概略縦断
面図である。

ところで、高速炉の寿命初期、すなわち、炉心３中の燃
料がすべて新しい状態では、一般に炉心３は、初装荷炉
心と呼ばれている。この状態で高速炉の運転、すなわち
燃料の燃焼を、ある一定期間貸ない炉心３の反応度が低
下してくると、運転を停止して全燃料集合体の内の数分
のＩＫついて、新しい燃料集合体と交換を行なう。この
交換において、炉心３内での位置が分散するようにして
行なう。高速炉では、このような運転を順次くり返して
ゆく。燃料集合体の交換のための運転停止から次の運転
停止までの一定期間のこ吉を讐ひとつのサイクルと呼ぶ
。−回の運転停止で行なう燃料集合体の交換は、燃料集
合体すべてではなく前記の如く、炉心３中の一部分であ
るために、初装荷炉心から数サイクルの運転を経るＬ１
炉心３内の燃料は、燃焼が進んだものが多くなり、そし
て各サイクルでの燃料集合体の交換本数は、はぼ一定に
保たれるため、その数は、サイクルをいくつ経ても、舎
心３内の燃料の燃焼の度合は、変化しないことになる。

このように１初装荷炉心から数サイクルの運転を経た後
の重心３は、一般に、平衡炉心と呼はれている。初装荷
炉心から平衡炉心に到るまでの間の炉心３は移行や一心
と呼ばれている。

高速炉の寿命期間のうちでは、平衡炉心の状態が、大部
分の期間を占める。

を背景技術の問題点〕このように、初装荷炉心では、燃料がすべて新しい状態
であるため、ブランケット燃料１７は、中性子吸収をほ
とんど行っていないため、含まれる核分裂性物質の量が
少なく、したがって、あまり熱出力が発生しない。

一方、平衡炉心では、燃焼が進んでいるため、ブランケ
ット燃料１７では、すでに、中性子吸収が多く行なわれ
ており、親核分裂性物質は核分裂性物質に変換され、初
装荷炉心に比べて、核分裂性物質の含まれる量が多くな
っており、従って、熱出力の命生も、初装荷炉心より多
い。

つ才り、ブランケット燃料１７の熱出力は、初装荷炉心
では少なく、平衡炉心では多い。炉心３の全熱出力は常
に一定とすると、初装荷炉心から平衡炉心にかけてブラ
ンケット燃料１７の熱出力が上昇した分だけ、炉心燃料
１６の熱出力は低下する。

従って、軸方向に積分した熱出力は、ブランケット燃料
を含んだ内側炉心領域１５’では、初装荷炉心より平衡
炉心の方が大きく、逆に、外側炉心領域１４／では、平
衡炉心より初装荷炉心の方が太きい。

第１５図は、軸方向に積分した熱出力の径方向分布を、
初装荷炉心と平衡炉心とを比較して示したものである。

この第巧図から判るように、平衡炉゛心では、内側炉心
領域１５’、！：外側炉心領域１４’の各部の出力の最
大値が同じで、出力が平担であるが、初装荷炉心では、
内側炉心領域１５’の出力は、極めて低く、外側炉心領
域１４′の出力は高く、出力分布は乱れている。

このように、出力分布が乱れると、局所的な大きな出力
が発生してしまう。このような燃料の局所的な最大出力
は、制御棒の部分挿入を行なう運転サイクル初期におい
て発生するのが通常であり、またその時に最も熱的に厳
しい状態となる。この時に、熱的に制限条件を越えるよ
うなことがあれば、炉心の全出力を下げるか、あるいは
、炉心燃料集合体数を増やしてやらなければならなくな
る。

しかし、このようにすることは、燃料紗済上、あるいは
、プラント経済上望ましくない。

特に燃料集合体数を増やすことによる改善策は、原子炉
容器など他のプラント構造物への影響が大きいため、炉
心３の体積を増やさない改善策が望すれる。

また、一般に高速炉の炉心設計においては、炉心内の出
力分布を極力平均化し、かつ核分裂性物質の必要量を削
減することが、炉心の経済性を向上させる上で必要なこ
とがある。

従来、このような初装荷炉心における異常に高い局所的
な最大比力を低減するために、初装荷炉心において、ブ
ランケット燃料１７の領域を、平衡炉心より小さくシ、
その分炉心燃料１６の領域を大きくシ、炉心３の体積は
一定とする運転方法が考えられている。

なぜなら、単位体積当りの熱出力は、ブランケット燃料
１７より炉心燃料１６の方が、はるか罠大きいため、全
熱出力および炉心３の体積を一定とする条件下では、ブ
ランケット燃料１７を少なくし、炉心燃料１６を多くし
た方が局所的な最大出力を低減できるからである。この
運転方法によれは、例えば初装荷炉心においては、第１
４図のブランケット燃料１７の軸方向厚さを平衡炉心よ
り薄くして運転する。

また、他の方法として、初装荷炉心のブランケット燃料
１７の含有成分を平衡炉心のブランケット燃料１７の含
有成分に近づけるため、核分裂性物質を人為的に富化す
ることなども考え、られてきた。

しかし、このような方法では、初装荷炉心のために、平
衡炉心とは、形状あるいは成分が異なる、　ブランケッ
ト燃料１７を含んだ内側炉心燃料集合体を成形加工しな
ければならないため、燃料集合体の製造コストが多くか
かったり、工程が繁雑になったりしていた。

〔発明の目的〕

本発明は、これらの点に鑑みてなされたものであり、非
均質構造を有する炉心の出力分布を、初装荷炉心から平
衡炉心にいたるまで高速炉の寿命期間すべてを通して、
均一化した状態で運転することのできる高速炉の運転方
法を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明の高速炉の運転方法は、炉心燃料を主成分さする
多数の炉心燃料集合体と、ブランケット燃料を有する多
数のブランケット燃料集合体と、多数の制御棒さを配置
してなる炉心を有する高速炉において、運転サイクル初
期には前記炉心の径方向最外部にあるブランケット燃料
集合体を炉心の径方向最外部忙ある隣位の制御棒の中間
位置より外方に装架し、運転サイクル中期に向うに従っ
て前記径方向最外部にあるブランケット燃料集合体を新
たな炉心燃料集合体と交換することを特徴とする。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図から第８図について説明
する。

第１図は、軸方向非均質炉心を本発明の運転方法に応じ
て運転した場合の運転サイクル初期におけるいわゆる初
装荷炉心を示している。

この炉心は、図中太線部より内側の内側炉心領域１５／
には、第１２図に示すブランケット燃料集合体１５が装
架されており、太線部より外側の外側炉心領域１４’に
は、第１】図に示す外側炉心集合体１４が装架されてい
る。

また、制御棒１０Ａ　、　ＩＯＢ　、　ＩＯＣ、］、Ｏ
Ｘも装架されている。

更に、炉心について具体的に説明すると、原子炉全熱出
力は２６００Ｍｗｔであり、　１サイクル当りの燃焼日
数は２９２日であり、燃料集合体本数は３５４本であり
、制御棒本数は２５本であり、燃料集合体バッチ数は３
である。

このような炉心を有する高速炉において、本発明におい
ては運転サイクル初期には、第１図の斜線部の位置にブ
ランケット燃料集合体１８を装架する。すなわち、炉心
の径方向最外部にある隣位の制御棒１０Ｃ間の中間位置
より外方に径方向最外部にあるブランケット燃料集合体
１８を装架する。

また、このブランケット燃料集合体１８は制御棒１０Ｃ
と隣接しない位置とされている。この初装架炉心の一部
分を第２図に示している。

その後、高速炉の運転サイクル初期から運転サイクル中
期に向うに従って、第１図桁線部位置に装架されている
ブランケット燃料集合体１８を新たな外側炉心燃料集合
体１４と交換して運転する＝この平衡炉心の一部分を第
３図に示している。

２；４図は従来の運転方法による初装荷炉心を示してい
る。

次に、本実施例の作用を第２図から第５図について説明
する。

第２図から第４図は各燃料集合体の出力を示しており、
炉心の１／６の部分のみを示している。

第５図は集合体出力をレベルで示している。

本発明のように運転サイクル初期において、第１図斜線
部にブランケット燃料集合体１８を装荷して運転すると
、第２図および第５図破線に示すような出力分布となる
。このブランケット燃料集合体１８の装荷位置は、第４
図に示す従来方法による運転においては、外側炉心燃料
集合体１４の装荷位置である。そして、プランケ・ノド
燃料犯合体１８は外側炉心燃料集合体１４に比べて運転
初期における出力が低い。従って、本発明においては外
側炉心領域１４’における出力が抑えられ、その出力の
径方向の分布も第５図の一点鎖線に示す従来の出力分布
と比べるき極めて千世である。

その後、運転サイクル中期において、第１図および第２
図のブランケット燃料集合体１８に新たな外側燃料集合
体１４と交換して第３図のような平衡炉心として運転す
る。この平衡炉心における集合体ｖ４・力の径方向分布
は第５図実線に示すように平坦である。

また、最大線出力について本発明の運転方法と従来方法
とを比較すると次のようになる。

この最大線出力は、燃料ピンの即位軸方向長さ当りの熱
出力の最大値をいい、第２図の初装荷炉心では４Ｑ５ｗ
／ｃｍであり、第３図の平衡炉心では４０２　ｗ／ｃｍ
であり、本発明の運転方法によれば大きな変動がない。

これに対し、＠４図の従来の初装荷炉心では４２５　ｗ
／ａｍ　、４本発明の場合に比べて約５％も高くなって
しまい、大きく変動していた。

なお、第２図から第４図において、出力値の下に２重線
のアンダーラインを引いている燃料集合体が、最大線出
力を発生している。

このように本実施例によって運転すれば、初装荷炉心お
よび平衡炉心さもに出力分布を平坦に抑えることができ
る。

また、本発明の運転方法はいかなる形式の炉心にも適用
することができる。

例えば、第６図および第７図に示すように、内側炉心領
域１５′におけるブランケット燃料１７の軸方向厚さが
２段に形成されている炉心においても、同図斜線部に示
す位置に１運転サイクル初期に径方向最外部のブランケ
ット燃料集合体１８を装荷し、運転サイクル中期に向う
に従って新たな外側炉心燃料集合体１４す交換するよう
にして運転する。

また、第８図に示すように、ブランケット燃料１７のみ
により形成さねていて炉心燃料１６を含有しない多数の
ブランケット燃料集合体１９（同図において黒ぬり部分
）を、炉心燃料を主成分とする多数の炉心燃料集合体２
０の間に配置させた径方向非均質炉心においても、同図
斜線部に示す位置に、運転サイクル初期ではブランケッ
ト燃料集合体１９を装荷し、運転サイクル中期に向けて
新たな炉心燃料集合体２０（！：交換して運転する。

〔発明の効果〕

このように本発明の高速炉の運転方法は、ブランケット
燃料を炉心燃料間に配置した非均質構造の炉心を有する
高速炉において、その運転サイクルの初期、中期および
末期すなわち高速炉の寿命期間を通して、出力を均一圧
して運転することができ、炉心の健全性を高くすること
ができ、炉心の経済性も向上し、また、非均質構造の炉
心を形成するブランケット燃料集合体と炉心燃料集合体
とを交換して装荷するだけで本発明を実施することがで
き、交換装荷用に側構造の燃料集合体を用意する必要が
なく極めて容易に実施することができ、経済的にも優れ
ている等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の高速炉の運転方法に従って装荷された
軸方向非均質炉心の初装荷炉心を示す横断面図、第２図
は第１図の初装荷炉心の集合体出力分布を示す図、第３
図は平衡炉心の集合体出力分布を示す図、第４図は従来
の運転方法に基づく第２図同様の図、第５図は第２図か
ら第４図の集合体出力の径方向分布を示す特性図、第６
図は他の軸方向非均質炉心における第１図同様の横断面
図、第７図は第６図の炉心の概略縦断面図、第８図は本
発明方法に従って装荷された径方向非均質炉心の第１図
同様の図、第９図は高速炉の縦断側面図、第１０図は制
御棒駆動機構を示す概略構成縦断面図、第１１図は外側
炉心燃料集合体の概念図、第１２図は内側炉心燃料集合
体の概念図、第１３図は軸方向非均質炉心を示す横断面
図、第１４図は第１３図の炉心の概略縦断面図、第１５
図は従来の運転方法による炉心の出力分布の平衡炉心と
初装荷炉心との比較を示す特性図である。１０Ａ、　ＩＯＢ　、　ＩＯＣ、ＩＯＸ・ｆｌ＋ｌ棒、
１４−Ｍ　（ｔｉｌ＋炉心燃料集合体、１５・・・ブラ
ンケット燃料集合体、１６・・・炉心、１７・・・ブラ
ンケット燃料、１８　、１９・・・ブランケット燃料集
合体、２０・・・炉心燃料集合体。出願人代理人　猪　股　消熱１會８２菌躬６鴻第８図第９図＄７１０目第１１鶴　躬１２鵬＄１３菌第１４繍

Claims

【特許請求の範囲】

炉心燃料を主成分きする多数の炉心燃料集合体と、ブラ
ンケット燃料を有する多数のブランケット燃料集合体と
、多数の制御棒とを配置してなる炉心を有する高速炉に
おいて、運転サイクル初期には前記炉心の径方向最外部
にあるブランケット燃料集合体を炉心の径方向最外部に
ある隣位の制御棒の中間位置より外方に装架し、運転サ
イクル中期に向うに従って前記径方向最外部にあるブラ
ンケット燃料集合体を新たな炉心燃料集合体と交換する
ことを特徴とする高速炉の運転方法。