JPS6093991A - 原子炉用の炉心 - Google Patents

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】 本発明は、圧力下の水で冷却される原子炉の炉心に関す
る。

加圧水型原子炉は、垂直に１１つ並列して配列された柱
形集合体からなる炉心を含み、柱形集合体は炉心を包囲
する原子炉容器の内側でｉｌ＋’ｉ環する冷却水の中に
浸漬されている。

集合体の各々は、集合体の縦方向に配列され１１つ横方
向に離間されて断面の各々において規則的な格子を形成
する平行な燃料棒のクラスタからなる。クラスタの各棒
は、一般に核分裂１’ｌウランに濃縮されたウラン酸化
物である燃料物質のベレットを包囲する被覆加圧管から
なる。炉心の単位体は、等しい集合体から作られ、核分
裂性物質の温度は、炉心の内側での中性子の放出と中性
子反応の維持とを可能とするのに十分である。後者番：
１、臨界的であると言われる。

炉心の内側での棒と棒との間の間隔は、原子炉の運転中
若干の厚さの冷却水の層が各捧を包囲するような間隔で
ある。この水の層は、放出された中性子の減速を可能と
し、そのエネルギスペクトルは、熱領域と呼ばれる領域
に留まる。

上述のように形成された炉心で作動する原子炉は、放出
された中性子の一部分を捕らえてプルトニウムを形成す
る大量の天然ウランを消費する。

更に現在知られている加圧木型原子炉においては、炉心
の中へ導入される天然ウランの僅かな部分のみが適用さ
れる。

形成されたプルトニウムは、照射された燃料集合体のプ
ラント再処理の間に回収されるが、転換器型の原子炉内
で負荷の一部を形成するために使用しうろこのプルトニ
ウムは、現在はとんど未使用のままである。その理由は
、転換器型の原子炉が、工業的開発の適切な段階にまだ
到達していないためである。

それ故、水冷型原子炉内でのウランの消費を減少させる
ためにこのプルトニウムを用いるという考えが与えられ
た。この目的のために、酸化物の形のプルトニウムが、
集合体の被覆加工管を満たしたウラン酸化物の中に燃料
ペレソ１〜の製造中に合体させられる。然しなから、大
計のプルトニウムを核燃料の中へ導入することは不可能
であり、更にこのプルトニウムは、炉心内にあるイ１（
エネルギ熱中性子の作用を通じて非核分裂性アイソト−
プの優先的な生成により急速に劣化させられる。

実際、再処理により生じたプルトニウムは、奇数番号の
アイソトープｒ’ｕ２３９とＰｕ２４１とからなる核分
裂性物質の７０％と、非核分裂性の偶数番号のアイソト
ープＰｕ２４０とＰｕ２４２とからなる燃料親物質の３
０％とを含んでいる。熱範囲内にある中性子は、核分裂
性アイソト−プの最適の使用を可能とせず、又燃料親ア
イソト−プの認めうる程の転換をうろことをも可能とし
ない。

従って、現在設計されているような水冷型原子炉の炉心
内での中性子のエネルギが比較的に低いので、これらの
原子炉内でプルトニウムを経済的な方法で使用すること
ができない。プルトニウムは、これらの原子炉の非常に
限られたアイテムにおいてのみ再循環されることができ
る。何故ならば、プルトニウムは、原子炉内で著しい程
度に燃料親物質へ転換されることの゛できない非核分裂
性の偶数番号のアイソトープの割合の増大により劣化さ
せられるためである。

加圧水型原子炉内での核燃料の生産高を改善するために
、集合体の内側での減速水の量を減少させることにより
、及び集合体内の若干の案内管の中へ中性子吸収分質を
導入するごとにより、炉心の寿命の最初の部分において
中性子エネルギを増大させることが提案された。フラマ
Ｉ〜−ム（ＦＩＩＡＭＡＴＯＭＩＥ）会社によるフラン
ス特許出願８２／１Ｂ、００１と８２／１８，０１２の
主題であるこの方法は、核分裂反応を維持することに寄
与する核分裂性プルトニウムの生産の増大を可能ならし
め、ウランの一部を節約することを可能ならしめる。然
しなから、作られた核分裂性プルトニウムは、最適の方
法で使用されない。特に、サイクルの第２の部分の間、
原子炉を低エネルギ中性子スペクトルへ戻すときに然り
である。

それ故、本発明の目的は、圧力下の水で冷却される原子
炉用の炉心を提供することであり、この炉心は、垂直に
並列して配列され且つ冷却中に浸漬される柱形集合体か
らなり、各集合体は、冷却水の循環と放出された中性子
を減速するための水の層を燃料棒の周りに形成すること
を可能とするように離間された平行な燃料棒のクラスタ
により形成され、この炉心は、再ｗ４環プルＩ・ニウム
を非常に良好な条件下で使用することを可能とし、一方
、現在建設されているような水冷型原子炉に大きい修正
を必要としない構成を有する。

この目的のために、本発明の炉心ば： （１）炉心の高さ全体にわたって延び［１つ炉心の横断
面積の一部分にわたって延びる第１群の領域において、
燃料棒が、中性子を放出し■、つ中性子反応を維持する
ように主としてｔｍ　！Ｉ？Ｉウラン酸化物を含み、中
性子のエネルギスペクトルを熱領域へもたらすのに十分
な減速の層を塩１１棒の周りに形成することを可能とす
る距離に燃料棒が離間されている、第１群の領域と； （２）第１群の領域と領域との間に挿入された第２群の
領域において、燃料棒が、主としてプルトニウムを含み
、第１群の棒と棒とを隔てる距離よりかなり小さい距離
に離間されている、第２群の領域； を包含している。

本発明をよく理解させるために、本発明によるスペクト
ルシフ１−制御と非均質組成物とをもつ型の、圧力下の
水で冷却される原子炉の炉心の一実施態様について、添
イ〈１図面を参照して非限定的な実施例として以下に説
明する。

図は、並列配置した六角形断面をもちηつ炉心の全体高
さを占める柱形集合体を組み込んだ加圧水型原子炉の炉
心を示している。

先行技術の加圧木型原子炉の炉心と対照をなして、これ
らの集合体は、全部が等しいのではない。

集合体ｌと２は、濃縮ウラン酸化物を含有し且つ格子に
従って配列された棒のクラスタからなり、この格子は、
熱領域に関する限り中性子を減速するのに十分な厚さの
水の層を形成するため棒と棒の間に隙間を与えている。

集合体の格子の若干の棒が案内管で置き換えられ、フラ
マトーム（Ｆｌ？ＡＭＡＴＯＭＥ）会社により１９８２
年１０月２７日付で出願されたフランス特許出願＋１２
／１８０１２に記載されているように、劣化ウランの棒
をこれらの案内管の中へ挿入することができる。

燃料サイクルの第１の部分の間に型１と型２の集合体の
案内管の中へ劣化ウランの棒を挿入することにより、水
をこれらの案内管から変位させて中性子スペクトルを硬
化さ一部ることが可能となり、従って燃料中のプルトニ
ウムの生産を増大させることができる。追加的な硬化は
、劣化ウランの棒が低エネルギの中性子を吸収するとい
う事実に由来する。プルトニウムの生産は、劣化ウラン
の棒の中にあるウラン２３８の一部がプルトニウムに転
換されるという事実によっても増大する。

型１の集合体においては、スペクトルシフト得られるこ
とを可能とするウランの棒のみが案内管の中へ挿入され
るが、他方型２の集合体においては、運転中に炉心の反
応を制御する捧の移動のため若干の案内管を残しである
。それ故、これらの集合体２の案内管は、一方において
スペクトルシフト制御のため装置の劣化ウランの棒を受
入れ、他方において原子炉の制御棒を受入れる。

集合体１と２は、ウラン酸化物の燃料棒が比較的に長い
寸法の隙間を有する場合、炉心の全体高さにわたって延
びる一部の領域を形成する。

集合体１と２により形成された領域と領域との間に、炉
心は、集合体１と２とは完全に異なる組成と構造の集合
体を包含する。集合体３は、集合体１と２との間にチェ
ツカ盤として配列されている。

集合体３は、７０％の核分裂性アイソトープと３０％の
非核分裂性アイソトープとを含有する主として回収され
たプルトニウムを含む棒からなる。

これらの棒は、規則的な格子内に配列され、格子の隙間
は、集合体１と２の中の隙間の寸法よりはるかに小さい
寸法を有する。格子の隙間は、集合体１と２の隙間の大
きさより約３４ｆＳ小さい平均寸法を有する。プルトニ
ウムの棒と棒との間のこの小さい隙間は、熱中性子スペ
クトルと高速中性子スペクトルとの中間のスペクトルを
４）つ低減速型の原子炉の集合体内のように、スペー′
す・ワイヤをこれらの管上にスパイラル状に巻くごとに
より得ることができる。

集合体３において、制御棒もスペクトルシフト制御も挿
入されておらず、格子全体が、この剛性を保証するのに
必要とされる集合体の構成要素と独立に、回収されたプ
ルトニウムの棒からなる。

それ故、第１図に見られる炉心の全体が、領域の並置か
らなり、領域の各々が、型１又は２又は３の集合体から
なる。図示されているようなチェツカ盤の配列は、集合
体３の各々が、核反応を維持するのに必要な中性子を発
生ずる型１と２の集合体により包囲されている、という
利点を有する。

集合体３は、財界未満集合体即ちその中性子の活動が中
性子の反応を維持するのに不十分な集合体の形で作られ
るのがよい。

集合体３の内側において、中性子は、プルトニウムの奇
数番号のアイソトープの核の若干の核分裂を生じさせ、
これにより、集合体３と棒と棒との間に在る水の薄い層
により非常に僅かに減速さ１ れた中性子を生しる。これらの高エネルギ中性子は、非
核分裂性プルトニウムの一部を核分裂性プルトニウムに
転換し、その結果、原子炉の使用中核分裂性プルトニウ
ムが劣化する。それ故、ウラン酸化物を含む集合体につ
いて、このプルトニウムの再循環を意図することができ
る。

第１図に示す炉心は、型１と型２の２３６の集合体、即
ち濃縮ウランの棒のみを受入れるスペクトルシフト型の
１６３の集合体と、濃縮ウランの棒と原子炉制御クラス
タとの両方を含む７３の集合体とを包含する。この炉心
は、これらの２３６の集合体１と２の間に挿入された型
３の９０の集合体を含み、この型３の集合体は、低減速
され且つプルトニウムを含んでいる。

これらの９０の集合体３は、それ自体により中性子の離
界度を生じさせるのに不十分な量の核分裂性物質を含み
、それ故離界未満（ｓｕｈ−ｃｒｉｔｉｃａｌ）と呼ば
れる。炉心の寿命の第１の部分の間スペクトルシフト制
御棒が、原子炉を増大したエネルギの中性子で運転する
ことを可能とするので、集合３ ２ 体３に対する中性子源として作用する集合体１と２は、
高い最初の濃縮を必要としない。

第１に示すような加圧水型原子炉の炉心６才、再循環プ
ルトニウムの棒を含む９０の集合体によって、ウランの
みを含む核分裂性負荷にＩし較して３０％の核分裂性物
質の節約をうろことを可能ならしめる。

プルトニウムを含む集合体が、スペクトルシフト制御集
合体により形成された？ｉＴＩ域（！：領領域の間のチ
ェツカ盤の方法で配列されているという事実が、集合体
３内で低減速によってのみ得られる硬化に対して中性子
スペクトルの追加の硬化を可能とし、それ故２０％のオ
ーダの追加の利得を可能とする核分裂性物質の生産の増
加を可能とする。

然しなから、本発明は、上述の実施態様に限定されるも
のではなく、それとは反対に、すべての二者択一的な形
態を包含するものである。

従って、非均質の形態に作られている炉心の領域の第１
群を形成する集合体は、スペクトルシフト制御棒を受入
れるように意図されていない加圧４ 水型原子炉の従来の集合体から構成することができる。

然しなから、この場合には、高い初ｊＩＩｌの濃縮度を
有する集合体を用い、この集合体が、プルＩ・ニウムを
含む集合体に対する源としての機能を満しうるようにす
ることが必要である。このことは、もしも高い燃焼比を
もつ燃料を用いることが意図されているならば、欠点を
与える。

炉心を形成する集合体は、６角形とは異なる断面をもつ
ことができる。例えば、加圧水型原子炉内の炉心を形成
する集合体についての現在のプラクティスのように正方
形の断面をもつことができる。

ウランを含む第１群の領域は、いくつかの集合体のうち
の１つの集合体からなることができるし、又はウラン酸
化物の棒とプルｉ・ニウムの棒の両方を含む集合体の一
部からなることさえできる。然しなから、これらのすべ
ての場合において、プル１〜ニウムを含む第２群の領域
は、炉心の満足な中性子作用を可能とするため、ウラン
酸化物を含む第１群の領域と領域との間に分布されなけ
ればな５ らない。これらの領域は、また、良好な中性子作用を保
証するため十分に小さい横寸法を４）たなければならな
い。

最後に、本発明は、平行な燃料要素のクラスタの並列か
らなる炉心を有するすべての加圧水型原子炉に適用され
る。

【図面の簡単な説明】

図は、スペクトルシフト制御をもつ加圧水型原子炉の炉
心の横断面図である。 １．２・・・第１群の領域（集合体）、３・・・第２群
の領域（集合体）。 ６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　垂直に且つ並列して配列され目、っ冷却水中に浸
   漬される柱形集合体からなり、各柱形集合体が、冷却水
   の循環を可能とし［１，つ放出された中性子を減速する
   ための水の層を燃料棒の周りに形成することを可能とす
   るように翻間された平行な燃料棒のクラスタにより形成
   されている、圧力下の水で冷却される原子炉用の炉心に
   おいて、前記炉心が： 炉心の高さ全体にわたって延び「１．っ炉心の横断面の
   一部分にわたって延びる第１１１Ｙの領域］、２におい
   て、燃料棒が、中性子を放出し■っ中性子反応を維持す
   うように主として淵縮ウラン酸化物を含み、これらの燃
   料棒が、中性子のエネルギスペクトルを熱領域へもたら
   すのに十分な減速水の層を形成するのを可能とする距離
   に離間されている、第１群の領域１．２と；第１群の領
   域１．２の間に挿入された第２群の領域３において、燃
   料棒が、主としてプルＩ・ニウムを含み、第１群の棒と
   棒とを隔てている距離よりかなり小さい距離に＃１間さ
   れている、第２群の領域３と； を包含する原子炉用の炉心。 ２、　第２群の領域３の棒と棒とを隔てる距因１が、生
   じた中性子が高エネルギ領域にあるように十分に小さい
   厚さの水の層を形成する特許請求の範囲第１項に記載の
   原子炉用の炉心。 ３、第１群の領域１．２の各々と、第２２ｉＹの領域３
   の各々とが、燃料集合体からなる特許請求の範囲第１項
   又は第２項に記載の原子炉用の炉心。 ４、第２群の集合体３が、第１群の集合体１．２に関し
   てチェツカ盤のようにして配列されている特許請求の範
   囲第３項に記載の原子炉用の炉心。 ５、第１群の集合体１．２が、スペクトルシフト制御棒
   を受入れるように意図された案内管を包含する特許請求
   の範囲第３項又は第４　１１１に記載の原子炉用の炉心
   。 ６、　第１群１．２のスペクトルンフ＋−１；制御相の
   集合体の一部が、原子炉反応制御棒を受入れるように意
   図された案内管を包含する特許請求の範囲第５項に記載
   の原子炉用の炉心。 ７、　第２群の領域３の燃料棒と燃料棒との間の距離が
   、第１群の領域１．２内の棒と棒との間の距離の実質的
   に３分の１である特許請求の範囲第１項〜第６項の何れ
   か一項に記載の原子炉用の炉心。 ８、第１群の領域１．２の各々と、第２群の領域３の各
   々とが、複数の並列された集合体からなる特許請求の範
   囲第１項又は第２項に記載の原子炉用の炉心。 ９、第１群の領域１．２の各々と、第２１Ｙの領域３の
   各々とが、燃料集合体の一部からなる特許請求の範囲第
   １項又は第２項に記載の原子炉用の炉心。