JPS6191594A

JPS6191594A - 高速増殖炉

Info

Publication number: JPS6191594A
Application number: JP59212532A
Authority: JP
Inventors: 栗原　国寿; 克之川島; 亮司桝見; 畦倉　和雄
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1984-10-12
Filing date: 1984-10-12
Publication date: 1986-05-09
Anticipated expiration: 2009-07-27
Also published as: EP0178604B1; EP0178604A1; JPH0656426B2; US4762672A; DE3568893D1

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】〔発明の利用分野〕本発明は、高速増殖炉に関するものである。

〔発明の背景〕

液体ナトリウムを冷却材とする高速増殖炉は、核分裂性
物質であるプルトニウムを富化した燃料物質を装荷した
炉心領域と、その炉心領域を取囲みしかも燃料親物質（
例えばウラン−２３８）を主成分とする燃料物質（例え
ば、天然ウランまたは劣化ウラン）を装荷した外部ブラ
ンケット領域とからなる炉心を有している。高速増殖炉
の出力制御は、炉心内に制御棒を出入れすることによっ
て行われる。制御棒は、中性子吸収材であるＢ、Ｃを内
部に充填した複数の中性子吸収棒を有している。中性子
吸収棒内で中性子吸収材が充填されている領域の高さは
、前述の炉心領域の高さに等しい。制御棒は、炉心内に
設置された制御棒案内管内を上下に移動する。制御棒は
、その機能上、大きくわけて２種類に分類される。１つ
は出力調整棒であり、他の１つは安全棒である。出力調
整棒は、高速増殖炉の運転初期に炉心領域内に挿入され
て初期燃焼反応度を抑え、運転の経過に伴って燃供反応
度が低下するとそれに応じて炉心領域より引抜かれ、そ
して運転末期で炉心類域外に完全に引抜かれる。しかし
、出力ｉ；１．！Ｉ整棒は、高速増殖炉の運転停止時に
炉心領域内に挿入される。安全棒は、高速増殖炉の起動
時にすべて炉心領域外にに引抜かれてその運転中には炉
心領域には挿入されず、高速増殖炉の運転停止時に炉心
領域に挿入される。すなわち、出力調整棒は高速増殖炉
の出力調整及び原子炉停止用としての機能を有し、安全
棒は原子炉停止用としての機能を有している。

出力調整棒と安全棒の本数の比率は、約１＝１である。

制御棒の中性子吸収棒は、その内部で上方にＢ４　Ｃが
中性子を吸収することにより発生するｌ（ｅガスを溜め
るガスプレナムを有している（％開昭５０−６５７９４
号公報）。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、炉心反応度を増大できる高速増殖炉を
提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明の特徴は、中性子吸収材領域、及びその中性子吸
収材領域よりも先端側に配置されて炉心領域の高さの１
０チより長いガス領域を備えた制御棒を、ブランケット
領域に取囲まれる炉心領域内に出入れ可能に設けたこと
にある。

従来の高速Ｊ？ｌ殖炉の炉心反応度をいかにして高める
ことが可能であるかを発明者等が種々検討し、その結果
に基づいて本発明はなされたのである。

以下に、その検討内容について説明する。

従来の高速Ｊ’ｆｌ＠炉は、冷却拐として液体金属であ
るナトリウムを用いている。ナトリウムは、当然のこと
ながら炉心に装荷された多数の燃料集合体及び制御棒案
内管を流れている。制御棒内にも、中性子吸収棒の冷却
のためにナトリウムが流れている。制御棒が炉心領域よ
り引抜かれると、制御棒より下方の制御棒案内管内は、
ナトリウムのみが充満している。ナトリウムは、第１１
図に示すように３ｉ（ｅＶＣＡ点）近傍に大きな共鳴散
乱断面積を持っている。このため、ナトリウムは、中性
子エネルギのソフト化に大きく寄与している。

発明者等は、制御棒案内管内のナトリウムを排　′除し
てガス（ボイド）を充填した場合の効果を検討した。制
御棒案内管内のナトリウムをボイドに置換することによ
って３ＫｅＶ近傍の大きな共鳴散乱断面イ貢がなくなり
、中性子エネルギのソフト化の効果がなくなる。このた
め、中性子エネルギのスペクトルがハードに７１、中性
子の平均エネルギが高くなる。２３９ｐｕ、　２４１　
ｐｕ及び”’Ｕなどの燃料物質の核分裂断面積は、中性
子の高エネルギ領域根太きな値を持っている。従って、
中性子のエネルギスペクトルがハードになる程、核分裂
の割合が大きくなり、炉心反応度が増大する。この現象
をスペクトルシフトの効果と呼ぶ。したがって、本発明
は、スペクトルシフトの効果を有効に活用して炉心特性
の向上を実現したものである。

本発明は、上記スペクトルシフトの効果を利用するため
に、中性子吸収材よりも制御棒の先端側にガス領域を設
けたものである。

以上本発明の原理に関する基本的な説明を行った。しか
し、上記スペクトルシフトの効果によシ正の炉心反応度
を得るためには、本発明における中性子吸収材領域より
も制御棒の先端側にあるガス領域の軸方向の長さを所定
値以上にすることが不可欠である。その点について以下
で定量的に述べる。第１２図に、炉心軸方向の各点にお
けるボイド反応度係数を炉心領域の軸方向中心よシ上半
分に対して示した。対象とした炉心は、後述する第６図
に示す均質炉心であり、炉心領域の高さは１００（７）
である。外部ブランケット領域と接する炉心領域上端か
ら炉心領域の軸方向中心に向って炉心領域高さの約５％
の位置までの領域では、ボイド反応度係数は負の値とな
る。しかし、その領域よりも下方の炉心領域ではボイド
反応度係数が正の値となり、下方にいく程その絶対値は
徐々に増大してゆき、炉心領域の軸方向中心で最大とな
る。炉心領域上端近傍でボイド反応度係数が負となる理
由は、この領域では炉心領域からの中性子もれに起因す
る反応度を負にする影響が相対的に大きいため、ナトリ
ウムがボイドに置換されたことによるスペクトルシフト
の効果に基づく正のボイド反応度係数の寄与を打消すた
めである。炉心領域上端部から炉心領域の軸方向中心に
ゆくにつれて中性子もれの影響が相対的に小さくなるの
で、ボイド反応度係数は第１２図のように炉心領域の軸
方向中心に向、うほど正で絶対値が増大してゆく。

なお、第１２図は炉心領域の上半分に対して示したもの
であるが、炉心領域の上半分のボイド反応度係数は同じ
理由によシ炉心領域の軸心に垂直な面に対して上半分と
対称な特性となる。

制御棒の中性子吸収材領域の先端側端を外部ブランケッ
ト領域と炉心領域との境界に位置させ（すなわち、中性
子吸収材領域を炉心領域から完全に引抜いた状態）、制
御棒のガス領域の長さを炉心領域下端に向って徐々に長
くした場合を考える。その場合におけるガス領域による
反応度投入効果は、第６図から明らかなようにガス領域
の軸方向の長さが炉心領域高さの５％以下では負となり
、その長さが炉心領域高さの１０％で零となり、さらに
その長さが炉心領域高さの１０チより長くなると正とな
る。従って、制御棒の中性子吸収材領域が炉心領域から
完全に引抜かれた状態（中性子吸収材領域の制御棒先端
側の端が外部ブランケット領域と炉心領域との境界に位
置している）を考慮してガス領域の軸方向長さを炉心領
域高さの１（ｌよシも長くする必要がある。このように
制御棒のガス領域の軸方向長さを炉心領域高さの１０チ
よシも長くすると、スペクトルシフトの効果を有効に利
用できる。

このような検討に基づいてなされた本発明を実施例に基
づいてより詳細に説明する。

〔発明の実施例〕

本発明の好適な一実施例を第１図〜第１０図に基づいて
説明する。

本実流タリの高速増殖炉は、上端部を回転プラグ２にて
封鎖された原子炉容器１、原子炉容器１内に設けられた
炉心支持板４、多数の燃料集合体１０から構成される炉
心５及び炉心５内に挿入される制御棒を有している。燃
料集合体１０は、炉心支持板４に取付けられる流量調整
管４０内に燃料果合体１０の下端部にあるエントランス
ノズル２０を挿入することによシ保持される。燃料集合
体１０の構造を第５図に示す。燃料集合体１０は、ラッ
パ管１８の両端を下部遮蔽体１９と上部遮蔽体２２に取
付け、ラッパ管１８内に配置される多数の燃料ビン１１
を下部遮蔽体１９に取付けて構成される。冷却材である
ナトリウムが流入する開口２１を有するエントランスノ
ズル２０が、下部遮蔽体１９の下部に設けられる。

中間熱交換器（図示せず）にて冷却された冷却材である
ナトリウムは、入口ノズル３Ａより原子炉容器２１内の
下部プレナム４４内に流入する。

その後、ナトリウムは、開口４３を通って高圧プレナム
４２内に流入し、さらに、流量調整管４０に設けられた
開口および開口２１を通って燃料集合体１０内に導かれ
る。ナトリウムは、・燃料集合体１０内で燃料ビン１１
によって加熱され、昇温する。高温のナトリウムは、出
口ノズル３Ｂから原子炉容器１外に流出し、前述の中間
熱交換器に送られる。

多数の燃料集合体ｌＯによって構成される炉心５の縦断
面の概略構造を第６図に示す。第６図では、制御棒の記
載が省略されている。炉心５は、炉心領域７及びそれを
取囲む外部ブランケット領域を有している。炉心鴇域７
は、内側炉心領域６Ａ及び内側炉心金具域６Ａの半径方
向でその領域６Ａの周囲を取囲む外側炉心領域６Ｂから
なっている、内側炉心領域６人及び外側炉心領域６Ｂは
、核分裂性物質であるプルトニウム２３９が富化されて
いる。プルトニウム２３９の富化度は、炉心領域７の半
径方向の出力平坦化のために内側炉心領域６Ａよりも外
側炉心領域６Ｂで鍋くなっている。外部ブランケット領
域は、内側炉心領域６Ａ及び外側炉心領域６Ｂの上下端
にそれぞれ接して配ｔぺされる軸方向ブランケット領域
９Ａ及び９Ｂ、及び外側炉心領域６Ｂ及び軸方向ブラン
ケット領域９Ａ及び９Ｂの周囲を取囲む（半径方向で）
半径方向ブランケット領域８からなっている。半径方向
プランケラｌ域８及び軸方向プシンケラト領域９Ａ及び
９Ｂは、燃料親物質であるウラン２３８を主成分とする
燃料物質（クリえば、天然ウランまたは劣化ウラン）が
装荷されている。

炉心５は、均質炉心である。第６図でＨ１＝１７０ｃｍ
、　１１２　＝１００ｃｍ、　１）１　＝４０５ｚ。

］）２２３３２５ｍびｄ＋＝２４３ｃｒｎである。

炉心５は、第７図に示すように内側炉心領域６Ａ及び軸
方向ブランケット領域９Ａ及び９Ｂを含み中央部の第１
層を形成する燃料集合体１０Ａ、外側炉心領域６Ｂ及び
軸方向ブランケット領域９Ａ及び９Ｂを含み第１膚の外
周を取囲む第■層を形成する燃料集合体１０Ｂ、半径方
向ブランケット領域８を含み第■層の外周を取囲む第■
層を形成する燃料集合体１０ｃから構成される。

第１層、第■層及び第■層に装荷される燃料集合体の構
造を第８Ａ図及び第８Ｂ図に基づいて説明する。第１層
に装荷される燃料集合体１０Ａは、第５図に示す燃料集
合体１０内の燃料ビン１１として、第８Ａ図に示す燃料
ビン１１Ａを用いたものである。燃料ビン１１Ａは、端
栓４５及び４６にて両端を密封した被覆管４７内に２種
類の燃料ベレット、すなわち、炉心燃料ペレットおよび
ブランケット燃料ベレットを充填したものである。

被覆管４７内には、上方、すなわち、端栓４５側よシ上
部プランクット領域１５Ａ１炉心領域１４及び下部ブラ
ンケット領域１５Ｂが順に配置される。下部ブランケッ
ト領域１５Ｂの下方には、核分裂によって生じる核分裂
生成ガスを蓄えるガスプレナム１７が存在する。上部ブ
ランケット領域１５Ａ及び下部ブランケット領域１５Ｂ
は、ウラン−２３８を多量に含む天然ウランよりなるプ
ランケラ）７１ｆｉ料ペレツトが充填されている。炉心
領域１４は、プルトニウム−２３９が富化されたＰｕｍ
ａ　　ＵＯｇからなる炉心燃料ペレットが充填されてい
る。上部ブランケット領域１５Ａ上端から下部ブランケ
ット領域１５Ｂ下端までの長さは、１７５ｃｍ（Ｈ＋）
である。ワイヤスペーｖ１が、被覆管４７の外周に取付
けられる。

第■層の燃料果合体１０Ｂは、構造上、燃料ビンＩＩＡ
と同じ燃料ビンを有しているが、炉心領域１４のプルト
ニウム２３９の富化度が高くなっている。

第■層に装荷される燃料集合体１０Ｃは、第８Ｂ図の燃
料ビ；／ＩＩＢを用いたものである。燃料ビン１１Ｂは
、被覆管４７内のガスプレナム１７より上方にブランケ
ット燃料ペレットのみを充填したブランケット領域１６
を有している。

制御棒は、第７図に示すように調整棒２３Ａ、安全棒２
３Ｂおよび後備安全棒２３Ｃの３株類がある。安全棒２
３Ｂと後備安全棒２３Ｃを合せた本数は、調整棒２３Ａ
の本数に等しい。いずれの制御棒も、中性子吸収材とし
てＢ４　Ｃを用いている。調整棒２３Ａは、燃料消費に
伴う原子炉出力低下の補償等の高速増殖炉の運転中にお
ける原子炉出力を制御するものである。調整棒２３Ａは
。

高速増殖炉の運転が経過するに従って炉心領域７より徐
々に引抜かれる。安全棒２３Ｂは、高速増殖炉の運転を
停止させるものである。安全棒２３Ｂは、高速増殖炉の
起動とともに炉心領域７から完全に引抜かれ、高速増殖
炉の通常運転時には炉心領域７から引抜かれたままであ
る。高速増殖炉の保守点検時および燃料交換時または事
故発生によるスクラム時等のように高速増殖炉の運転を
停止する場合には、安全棒２３Ｂは炉心領域７内へ完全
に挿入される。高速増殖炉を停止させる場合には、当然
のことながらｒＡＢｌ棒２３棒先３Ａ領域７内に完全に
挿入される。後備安全棒２３Ｃは、機能的には安全棒２
３Ｂと同じである。後備安全棒２３Ｃは安全棒２３Ｂの
駆動機構と異なった駆動機構を有し、安全棒２３Ｂをバ
ックアップするものである。すなわち、後備安全棒２３
Ｃは、安全棒２３Ｂの炉心領域７内への挿入が不可能に
なった時、安全棒１０Ｂに代って炉心領域７内に挿入さ
れて高速増殖炉を停止させる。安全棒２３Ｂおよび後備
安全棒２３Ｃは、原子炉停止用制御棒である。これに対
して調整棒２３Ａは、原子炉停止用としての機能も有し
てはいるが主として原子炉出力調整用制御棒である。

調整棒２３Ａの構造を第１図〜第３図に基づいて説明す
る。安全棒２３Ｂ及び後備安全棒２３Ｃの構造も、調整
棒２３Ａと同じである。調整棒２３Ａは、複数のアブソ
ーバロッド２４．上部タイプレート４８、下部タイプレ
ート２６、及びガス領域である中空部２９を内部に構成
する上部中権子遮蔽体く例えばＳＵＳにて構成）２７、
下部中性子４蔽体２８及び円筒スリーブ４９を有してい
る。アブソーバロッド２４は、両端を密封された被覆管
内にＢ４Ｃペレットを充填したものである。アブソーバ
ロッド２４内の上端部（中性子吸収材領域の上方）に核
分裂生成ガスを溜るガスプレナムが形成されている。８
４Ｃペレツトが充填されてなる中性子吸収材領域の軸方
向の高さは、炉心領域７の高さＨ２に等しい。中性子吸
収材領域のポロン１０の濃度は、蜘方向に一様であシ、
従来の制御棒に等しい。アブソーバロッド２４の両端部
は、上部タイプレート４８および下部タイプレート２６
にて保持される。上部タイプレート４８および下部タイ
プレート２６は、円筒カバー２５にて連結される。各々
のアブソーバロッド２４は、円筒カバー２５内に配置さ
れる。上部タイプレート４８は、その上端部に連結部（
図示せず）を有する。また、下部タイプレート２６に、
上部中性子遮蔽体２７が取付けられる。下部中性子遮蔽
体２８は、円筒スリーブ４９を介して上部中性子遮蔽体
２７に取付けられる。中空部２９は、上部中性子遮蔽体
２７、下部中性子遮蔽体２８及び円筒スリーブ４９に取
囲まれて形成される。本実施例では、中性子吸収材領域
よりも、制御棒先端側に配置された中空部２９の軸方向
の長さｈは、炉心領域７の筒さＨＩＫ等しい。下部中性
子遮蔽体２８は、緩衝装置を構成するダッシュラム５４
を下端部に有する。

円筒状の層数の下部案内管３２が、炉心５内の燃料集合
体１０間に配置される。下部案内管３２の下部構造を第
１図によシ説明する。下部案内管３２の下端部に設けら
れたエントランスノズル３３が、流量調整管４０内に挿
入されることによって炉心支持板４に支持される。ダッ
シュポットを有する緩衝器３５が、下部案内管３２内の
下端部に配置ｇされ、支持部材５２によって下部案内管
３２に固定されている。上部案内管３６は、第４図に示
すように下部案内管３２の延長側止でそれの上方に配置
される。上部案内管３６は、回転プラグ２に固定される
。

′：Ａ整＃　２３　Ａは、下部案内管３２および上部案
内管３６内を移動する。制御棒駆動装置３９Ａ及び３９
Ｂは、回転プラグ２に設置される。制御棒駆動装置３９
Ａよりその下方に延びる駆動延長軸３８は、上部案内管
３６内を通って調整棒２３Ａの連結部と着脱可能に結合
される。円筒ベローズ３７の両端が、上部案内管３６と
駆動延長軸３８に取付けられる。円筒ベローズ３７は、
上部案内管３６内を上昇するナトリウムベーパの上方へ
の移行を阻止している。

安全棒２３Ｂおよび後備安全棒２４Ｃも、下部案内管３
２および上部案内管３６内を移動する。

安全棒２３Ｂは、制御棒駆動装置３９Ｂから下方に延び
る１駆動延長軸３８に着脱可能に結合される。

制御棒、駆動装置３９Ａ及び３９Ｂは、モータ（図示せ
ず）の回転力を用いて駆動延長軸３８を上下に移動させ
るものである。制御棒、（駆動装置３９Ａは、高速増殖
炉の起動時及び停止時はもとよシ運転中の出力調整時に
も１駆動される。制御棒、駆動装置３９Ｂは、高速増殖
炉の起動時および停止時に駆動されるが、運転中の出力
調整時には、駆動されない。後備安全棒２３Ｃは、制御
棒駆動装置３９１３とは異なる機構、例えば流体圧にて
上下に駆動される。

高圧プレナム４４内のす）　ＩＪウムは、流量調整管４
０に設けられた開口及び下部案内管３２の開口３４を通
ってエントランスノズル３３内に流入する。このす）　
ＩＪウムは、支持部材５２間を通抜け、下部案内管３２
内を上昇する。ナトリウムは、開口３０を通って下部タ
イプレート２６と上部中性子遮蔽体２７との間の内部空
間５０及びアブソーバロッド２４の相互間の流路を経て
上部タイプレート４８の内部空間５３に到達し、やがて
開口５１を通って調整棒２３Ａの外部に流出する。アブ
ソーバロッド２４は、ナトリウムにより冷却される。

本実施例における制御棒操作による重速増殖炉の運転に
ついて説明する。第９図囚は、調整棒２３Ａの中性子吸
収材領域５５Ａ及び安全棒２３Ｂの中性子吸収材領域５
５Ｂが完全に炉心狽域７内に挿入され、高速増殖炉の運
転が停止されている状ｇｆ示している。中性子吸収材領
域５５Ａ及び５５Ｂは、調整棒２３Ａ及び安全８２３Ｂ
内でＢ４Ｃペレットが充填されている領域である。調整
棒２３Ａの中空部２９Ａ及び安全棒２３Ｂの中空部２９
Ｂは、炉心領域７より下方の軸方向ブランケット領域９
Ｂ及びガスプレナム１７の間に挿入されている。図示さ
れていないが、後備安全棒２３Ｃも、安全棒２３Ｂと同
様に炉心５内に挿入されている。

第９図の）は、高速増殖炉が起動された運転初期の状態
を示している。制御棒駆動装置３９Ｂの駆動により、安
全棒２３Ｂの中性子吸収材領域５５Ｂは、炉心領域７よ
シ上方に完全に引抜かれている。

安全棒２３Ｂの中空部２９Ｂ全体は、炉心領域７内に位
置している。後備安全棒２３Ｃも、図示されていないが
、安全棒２３Ｂと同じ状態にある。

調整棒２３Ａは、第９図囚と同じ状態である。高速増殖
炉の運転初期においては、炉心領域７０部分での下部案
内管３２内に安全棒２３Ｂの中空部２９Ｂ及び後備安全
棒２３Ｃの中空部が存在する。

中空部２９Ｂ等内には、中性子吸収材が存在しなく、空
気またはヘリウム等のガスが存在する。このため、安全
棒２３Ｂ及び後備安全棒２３Ｃが移動する下部案内管３
２の炉心領域７に位置する部分では、大部分のナトリウ
ムが排除され、ガス領域が存在することになる。炉心領
域７内にガス領域が存在すると、前述したように中性子
エネルギスペクトセがハード（平均中性子エネルギが高
くなる）になり、炉心反応度を高める。また、中性子エ
ネルギが高いために、軸方向ブランケット領域９Ａ及び
９Ｂに達する隔連中性子量が増大するので、軸方向ブラ
ンケット領域９人及び９Ｂのウラン２３８がプルトニウ
ム２３９に転換する比率が増大する。すなわち、増殖率
が高くなる。

高速増殖炉の運転経過に伴って原子炉出力が低下する。

この原子炉出力の低下を補償するために、調整棒２３Ａ
の中性子吸収材領域５５Ａが炉心領域７より徐々に上方
に引抜かれる。中性子吸収材領域５５Ａが炉心領域７か
ら引抜かれるとともに、中空部２９Ａが下方より炉心領
域７内に挿入される。第９図０は、調整棒２３Ａの中性
子吸収材領域５５Ａが炉心領域７から半分引抜かれた運
転中期の状態を示している。調整棒２３Ａを引抜くこと
によって、中性子吸収材領域５５Ａが炉心領域７から引
抜かれることによって投入される正の反応度に加え、新
たに、下部案内管３２内のナトリウムが排除されること
によって投入される正の反応度が加わる。後者の反応度
は、本実施例によって新たに生じるものである。すなわ
ち、中性子吸収材領域５５Ａが引抜かれた部分に、従来
では中性子を吸収するナトリウムが入込むのに対して、
本実施ｆｉｌでは中性子をほとんど吸収しない中空部２
９Ａが入込むために、後者の反応度の投入が新たに生じ
る。調整棒２３Ａは、中空部２９Ａを設けることによっ
て従来の調整棒よりも少ない引抜き量で従来と同じ正の
反応度を投入することができる。本実施クリでは、調整
棒２３Ａの中性子吸収材領域５５Ａを炉心領域７から引
抜くことによって炉心観域７の下部の中性子エネルギス
ペクトルが、安全棒２３Ｂ及び後備安全棒２３Ｃの中空
部が炉心領域７内に挿入された第９図■の状態よりも平
均的に硬くなるので、軸方向ブランケット領域９Ｂにお
けるプルトニウム２３９への転換比が増大する。

第９図（Ｑの状態からさらに運転時間が経過して高速増
殖炉の運転末期になると、調整棒２３Ａの中性子吸収材
領域５５Ａは炉心領域７から完全に引抜かれてしまい、
第９図０のように中空部２９Ａ全体が炉心領域７内に挿
入される。このため、炉心領域７の上部における中性子
エネルギスペクトルも、ｉ４９図（Ｂ）及び（Ｑの状態
より硬くなる。従って、軸方向ブランケット領域９Ａに
おけるプルトニウム２３９への転換比がより増大する。

高速増殖炉の運転を停止する場合は、第９図（ハ）の状
態からすべての制御棒の中性子吸収材領域が、炉心領域
７内に挿入される。

本実施クリでは、調整棒２３Ａの中性子吸収材領域５５
Ａが炉心領域７から引抜かれるとともに中空部２９Ａが
炉心領域７内に挿入されるので、第１０図に示すように
高速増殖炉の運転期間を１〇−延長できる。これは、従
来、ナトリウムに吸収されていた中性子の有効な利用（
中性子経洒の向上）及び前述のスペクトルシフトによる
反応度利得により、燃焼反応度の低下が緩やかになるた
めである。全部の調整棒２３Ａの中空部２９Ａが炉心領
域７内に完全に挿入された運転末期（第９図（６））に
おける反応度利得は、０．２チΔにであシ、運転期間は
前述のように１０％延長される。通常の１年サイクル運
転（１０ケ月運転、２ケ月定期検査）では、約１ケ月間
運転を延長できる。

安全棒２３Ｂ及び後備安全棒２３Ｃの中空部は、前述の
如く運転初期以降、炉心領域７内に完全に挿入されてい
る。従って、これらの安全棒の中空部が挿入されたこと
に基づくスペクトルシフトのきる。また、中性子経済が
向上すると共にプルトニウム転換比が増大し、出力ミス
マツチが低減し、出力分布が平坦化される効果がある。

上記の中性子経済の向上、プル）ニウム転換比の増大、
および出力分布平坦化の効果は、調整棒２３Ａによって
も実現でき、運転と共に中空部２９Ａが炉心領域７に挿
入されるにつれ大きくなシ、運転末期で最大の効果とな
る。

本実施例の大きな効果の１つは、安全性の向上である。

まず、炉心領域７内のす）　ＩＪウムを中空部２９で置
換することによシ、正のボイド反応度係数が８〜１５％
程度小さくなるため、例え何らかの原因で異常な過渡事
象が生じた場合でも、出力あるいは燃料温度の増大を小
さく抑えることができる。また、従来のように中性子吸
収材からなる制御棒が炉心領域に挿入された状態で地震
等により撮動が生ずると制御棒の上下動により反応度が
変動し、炉心出力や燃料温度が不安定になる。

しかし、本実施列の如く制御棒の中空部２９が炉心領域
７に挿入された状態では震動に伴なう反応度変化が殆ん
どないため、炉心を安定に運転できる。さらに、緊急炉
停止時には、まず正の反応度をそれまで投入していた中
空部２９が炉心領域から抜けて（負の反応度投入に相当
）゛、その後に中性子吸収材領域による負の反応度が投
入されることになり、従来の炉心に比べ制御棒の利きが
良くなる。すなわち、制御棒の反応度価値が高くなる。

調整棒及び安全棒の一方を第４図に示す制御棒の構成に
した場合でも、両者をそれＫした場合よシも劣るが前述
した各々の効果を得ることができる。

本実施例の中性子吸収材領域及び中空部２９の軸方向の
長さは、炉心領域７の高さＨ２に等しい。

なお、本実施例においては、中空部２９の上下にＳＯ８
からなる上部及び下部中性子遮蔽体を設けている。中空
部２９が炉心領域７に完全に挿入された場合に、上部中
性子遮蔽体２７の下面が軸方向ブランケット領域９Ａと
炉心領域７との境界に、下部中性子遮蔽体２８の上面が
軸方向ブランケット領域９Ｂと炉心領域７との境界にそ
れぞれ位置している。これらの中性子遮蔽体は、反射体
の機能を有するので、中空部２９が完全に炉心領域７に
挿入さ・れた場合に炉心領域７より外部に向う中性子を
炉心領域７内に反射させるので、炉心領域７における正
のボイド反応度効果がより高められる。

本実施例の一変形として、中空部２９に通常は閉じられ
ているナトリウム流入口を設けておき、緊急時にはその
流入口を開いて中空部２９内にナトリウムを入れて炉心
反応度を下げることにより炉心の安全性を一層高めるこ
とも可能である。

第４図の高速増殖炉に用いられた調整棒２３Ａ、安全棒
２３Ｂ及び後備安全棒２３Ｃの他の実施例である制御棒
を第１３図及び第１４図に基づいて説明する。前述した
実施例と同一構成は、同一符号で示す。

本実施列の制御棒５７は、上部タイプレート４８及び下
部タイプレート２６に取付けられた円筒カバー５２の内
部に複数のアブソーバロッド５８を、その下方に内部に
空気（または１（ｅ）が封入された中空部を有している
。中空部２９は、上部中性子遮蔽体２７としての機能を
有する下部タイプレート２６、下部中性子遮蔽体２８及
び円筒スリーブ４９に取囲まれて形成される。

アブソーバロッド５８は、上端が密封された被覆管５９
内に中性子吸収材である８４Ｃベレット６０を充填し、
被覆管５９内の下端部にコイルバネ６１を配置したもの
である。被覆管５９の下端部に、開孔６２が設けられる
。アブソーバロッド５８は、上端部及び下端部が、上部
タイプレート４８及び下部タイプレート２６にて支持さ
れている。第１図に示した実施例との違いは、本実施例
においてアブソーバロッド５８の中性子吸収材領域（Ｂ
４Ｃペレット６０を充填した領域Ｊがコイルバネ６１お
よび開孔６２を介して中空部２９と連結されている点で
ある。本実施例は、上記の構造とすることによシ、下部
の中空部２９をアブソーバロッド５８内で発生した核分
裂生成ガスのガス溜めとして利用できることである。例
えば。

Ｂ、Ｃは中性子照射と共に（ｎ＋　α）反応によってＨ
ｅガスを生成し、アブソーバロッド５８の内圧を高め制
御棒寿命を決定する一つの要因となっている。しかし、
本実施例によれば、発生した）（ｅガスは下方の中空部
２９の広い領域に拡散してゆくため、この面からの制御
棒寿命を大幅に延長することができる。本実施例を用い
ることによって得られる核的な特性は、前述の実施列１
と同一である。従って、本実施例の制御棒を用いること
によって、前述の実施例と同様に、運転期間の１０チ長
期化、燃料装荷量の低減、中性子経済の向上、プルトニ
ウム転換比の増大、倍増時間の短縮、出力分布の平坦化
、ボイド反応度係数の低減、開側１怖俺動時反応度変化
の低減、制御棒の利き増大など高速炉の運転性能、燃料
経済性および安全性の向上に関する効果は同様に実現で
きる。したがって、本実施９１Ｊは、これらの効果に加
えて、さらに上記の制御棒寿命の長期化という利点を追
加したことになる。。

制御棒５７の他の実施例を第１５図及び第１６図に示し
た。本実施列の制御棒６５は、円筒カバー２５にて連結
される上部タイプレート４８と下部中性子遮蔽体２８ｒ
こよシ、アブソーバロッド６４の両端部を保持したもの
である。下部中性子遮蔽体２８は、下部タイプレート２
６の機能も有している。アブソーバロッド６４は、端栓
６７Ａ及び６７Ｂにて両端を密封した被覆管６４内の中
央部に中性子遮蔽体６５を有している。中性子遮蔽体（
８Ｕ８）６５の中心には、貫通孔がある。

中性子遮蔽体６５よシ上方で被覆管６４内に８４Ｃベレ
ツト６０が充填され、中性子遮蔽体６５よシ下方で被覆
管６４内に中空部６６が形成される。

８４Ｃペレツト６０が充填された中性子吸収材領域の高
さ及び中空部２９の高さは、炉心領域７の高さに等しい
。被覆管６４内の中性子吸収材領域は、中性子遮蔽体６
５の貫通孔を介して中空部６６とに連結されている。本
実施例の効果は、制御棒５７と同じく、中空部６６をガ
ス溜めとして利用することＫより制御棒の寿命を延長す
ることである。その他の効果は、第４図の実施例と同じ
である。

本発明の他の実施例を、第１７図に基づいて説明する。

本実施例の高速増殖炉は、第１中性子吸収材領域６９、
第２中性子吸収材領域７０及び中空部２９の３つの領域
を有する制御＃６８を有している。これらの領域は、上
記の順序で上部よシ下部に向って順次配置されている。

第１中性子吸収材領域６９内のＢａＣペレットのボロン
１０ｆｉ度は、第２中性子吸収材領域７０内のそれより
も高くなっている。第２中性子吸収材領域７０及び中空
部２９の高さは炉心領域７の高さに等しく。

第１中性子吸収材領域６９の高さは炉心領域７の烏さよ
りも低くなっている。

第１７図囚は、高速増殖炉の運転が停止されている時の
状態を示している。すべての制御棒６８の第１中性子吸
収材領域６９が完全に炉心領域７内に挿入されている。

中空部２９は、図示されていないが軸方向ブランケット
領域９Ｂの下方にあるガスプレナム１７間に挿入されて
いる。高速増殖炉の起動後に制御棒６８が徐々に引抜か
れ、運転初期には全制御棒６８のＭ１中性子吸収材領域
６９を完全に炉心領域７から引抜いて第２中性子吸収材
領域７０を炉心領域７に完全に挿入した状態（＠１７図
（ＩＩ　）にして出力運転を行う。運転末期には、全制
御棒６８の中空部２９が炉心領域７内に完全に挿入され
た状態（第１７図０）になシ、この状態で高速増殖炉の
運転を終了する。本実施例は、第４図の実施例と異なシ
全制御棒６８の中空部２９を運転中に炉心領域７内に同
時に挿入してゆくことによりスペクトルシフトの効果を
倍増することができる。本実施列によれば、中空部２９
の挿入によシ運転末期に追加される反応度は約０．２％
Δにとなシ、運転期間を約２０％長期化できる。１年サ
イクル運転で、約２ケ月間の運転期間の延長となシ、燃
料経済性の向上に対する効果が大きい。

第４図の実施例で述べた多数の効果のうち、燃料装荷量
の低減効果は、全制御棒６８の中空部２９をスペクトル
シフト運転に使用するため（第４図の実施列では、約半
数の安全棒２３Ｂに付属するボイド管を初期に挿入して
反応度を高めて燃料装荷量を減らしている）、期待でき
ない。しかし、その他の効果、即ち、中性子経済の向上
、プルトニウム転換比の増大、出力分布の平坦化、ボイ
ド反応度係数の低減、制御棒震動時反応度変化の低減な
ど燃料経済性、安全性などの向上に関する効果は同様に
実現でき、運転と共にその効果は大きくなってゆく。

第１中性子吸収材領域６９及び第２中性子吸収材領域７
０の構成は、上記運転を実現するよう決定すべきもので
、各領域の中性子吸収材の含有割合および各’Ｋ＜域の
長さは次のように定めれば良い。

即ち、運転初期（第１７図［Ｆ］））で全制御棒６８を
部分挿入して中空部２９が炉心領域７下方に残された状
態で炉心領域７の燃焼反応度を抑えるよう第１中性子吸
収材憤城６９の長さおよび中性子吸収材の含有割合を決
定し、炉停止状態（第１７図（４）ンで全制御棒６８を
全挿入した状態で十分な制御容貸を持つように第２中性
子吸収材領域７０の長さおよび中性子吸収材の含有割合
を決定する。

また、第１及び第２中性子吸収材領域の中性子吸収材の
物質を変えることによシ上記条件を満足することも可能
である。

なお、第１７図では制御棒を三領域に分けた実施例を示
しているが、三領域以上に分割して上記と同様な効果を
得ることもできる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、核分裂により発生するエネルギの高い
高速中性子を有効に利用できるので、炉心反応度を著し
く増大できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好適な一実施例である高速増殖炉に用
いられる調整棒の縦断面図、第２図は第１図の■−■断
面図、第３図は第１図の■−■断面図、第４図は本発明
の好適な一実施例である高速増殖炉の縦断面図、第５図
は第４図に示す高速増殖炉の炉心に装荷された燃料集合
体の構造図、第６図は第４図の高速増殖炉の炉心の概略
縦断面図、第７図は第４図及び第６図の■−■断面図、
第８図囚及び第８図０は第５図の燃料集合体内に装填さ
れる燃料ビンの縦断面図、第９図は本実施例における制
御棒操作の状態を示すものであって囚は炉停止時、■は
運転初期、（Ｃ）は運転中期及び（ト）は運転末期にお
けるそれぞれの制御棒の状態を示す説明図、第１０図は
第１図の制御棒を用いた第４図の実施例における運転期
間延長度合いを示す特性図、第１１図は中性子エネルギ
と中性子束との関係を示す特性図、第１２図は炉心領域
の軸方向におけるボイド反応度係数分布を示す特性図、
第１３図は本発明に用いられる制御棒の他の実施例の縦
断面図、第１４図は第１３図Ｘ部の拡大図、第１５図は
本発明に用いられる制御棒の他の実施列の縦断面図、！
８ｇ１６図は第１５図の制御棒を構成するアブソーバロ
ッドの縦断面図、第１７図は本発明の他の実施例である
高速増殖炉における制御棒操作の状態を示すものであっ
て■は炉停止時、（２）は運転初期及び０は運転末期に
おけるそれぞれの制御棒の状態を示す説明図である。　
　　　　　　′１・・・原子炉容器、５・・・炉心、７
・・・炉心領域、訃・・半径方向ブランケット領域、９
Ａ、９Ｂ・・・軸方向ブランケット領域、ｌＯ・・・燃
料集合体、１１゜１１Ａ、ＩＩＢ・・・燃料ビン、１７
・・・ガスプレナム、２３Ａ・・・調整棒、２３Ｂ・・
・安全棒、２４，５８゜６４・・・アブソーバロッド、
２６・・・下部タイブレート、２７・・・上部中性子遮
蔽体、２８・・・下部中性子遮蔽体　２９・・・中空部
、３２・・・下部案内管、３９Ａ、３９Ｂ・・・ｆｆ１
ｌＪ御イ；−駆動装置、４８・・・上部りイブレート、
５７，６３．６８・・・制御棒、６９・・・第１中性子
吸収材領域、７ｏ・・・第２中性子吸収材領域。

Claims

【特許請求の範囲】

１、核分裂性物質が充填された炉心領域及び前記炉心領
域の外部を取囲みしかも大部分が燃料親物質であるブラ
ンケット領域からなる炉心と、前記炉心領域内に出入れ
される複数の制御棒とを有する高速増殖炉において、前
記制御棒が、中性子吸収材を充填してなる中性子吸収材
領域と、前記中性子吸収材領域よりも前記制御棒の先端
側に配置されて軸方向の長さが前記炉心領域の高さの１
０％より長いガス領域とから構成されたことを特徴とす
る高速増殖炉。