JPS6287891A - 原子炉の炉心 - 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】 １哩へｌ１ 発明の分野 この発明は一般に発電のための商用炉の分野、特に、こ
のような原子炉の炉心に関するもので、上１’ｌ　１ｆ
ｆｉ　、Ｊ　１．７１÷　ｈ　ｍ　ｆＬ　／７１　）　
ｈ　ｆ力ｈ　ｆ、−ｉｌ＋田６　；＊　ｒｉｅ　＃るた
めの装置に関するものである。

先行技術の説明 商用加圧水型軽水炉が技術的にも、また、商業的にも成
功していることは周知の通りである。このような原子炉
において、炉心と一般に称されている反応領域は、ウラ
ン２３５、プルトニウム２３９またはプルトニウム２４
１のような核分裂性燃料を含んでおり、熱を発生するた
めに核分裂反応が持続される。炉内構造物として知られ
ている一群の機械的構成部材が、炉心を密封された圧力
容器内に構造的に支持する。また、炉内構造物は、軽水
のような冷媒の流れを、炉心を介して圧力容器外に導く
、原子炉冷却材とも呼ばれるこの冷媒は、炉心で発生さ
れた熱を取り出し、圧力容器の外部に配置された熱交換
器内で池の冷媒にその熱を伝達する。この第２の冷媒は
一般に水であり、熱交換器内で蒸気に変換され、従来の
蒸気タービン発電機による発電に用いられる。

一般に、このような原子炉において、炉心は、正方形の
横断面を有する複数の細長い燃￥１集合体から成り、こ
れら燃料集合体は互いに並置配列に組まれている。各燃
料集合体は複数本の燃料棒から成り、これら燃料棒もま
た互いに並置配列に組まれている。燃料棒は、一般に、
多数の核燃料ペレットを内部に収容した中空の管から成
っている。

各管の両端は端栓により封止され、これら端栓は管に溶
着されている。

上述したような原子炉においては、核燃料の核分ス率、
即ち核分裂過程により発生される中性子数が、所定の出
力レベルで実質的に一定に維持される。核分裂性同位体
が中性子を吸収した場合に最初に生じる核分裂が熱を発
生し、２個以上の中性子を放出することは周知である。

核連鎖反応を持続するためには、新たに発生された中性
子の１個か池の核分裂を発生させなければならない。軽
水炉において、水中の水素が、核分裂により発生された
高速中性子を熱化、即ち減速させ、この結果、池の核分
裂を生ずる可能性を増大させる第１の手段として働く。

持続連鎖反応において、余分な中性子（核分裂により発
生された中性子のうち次の核分裂に必要とされる中性子
を除いたもの）を除去しなければならない。余分な中性
子の一部は炉心から漏れる。

その他の中性子は、親物質同位体、即ち核分裂性同位体
に変わり得る同位体によって吸収され、その結果、より
有用な燃料を作り出す。この過程により、プルトニウム
２３９がウラン２３８から作られる。

更に他の中性子は、核分裂生成物（例えば、キセノン、
サマリウム等）により非生産的な反応において吸収され
、また、意図的に取り入れられた毒物に吸収される。意
図的に取り入れられた毒物には、制御棒、−次冷却材に
溶解された可溶性ホウ素、および、可燃性吸収材がある
。制御棒は原子炉の短期間の制御に用いられ、可溶性ホ
ウ素は長期間の制御に主に用いられる。可燃性吸収材は
、局所出力ビーキングを減じ、および／まな、炉心寿命
の初期の可溶性ホウ素の必要性を減じるために、炉心内
に選択的に配置される。燃料は減損すると、可燃性吸収
材もまた減少し、燃料における核分裂生成毒物の増加を
部分的に補償する。可燃性吸収材は、特別な棒として、
即ち燃料棒の一体部分として取り入れることができる。

概略的に上述された中性子のバランスは、°゛反応度゛
′として知られている一般的な用語で表すことができる
。局所領域が炉心の残りの部分から独立しているかのよ
うに、反応度は炉心平均状態または固有局所状態を説明
するために用いることができる。反応度は、中性子の生
成数を中性子の消減数で割ったものとして算出される。

自己持続反応、即ち臨界の炉心の反応度は１．０である
。定常状態て実際に運転を行うためには、炉心はこの臨
界状態を惟持しなければならない。実際の運転において
この状態が変えられると、過渡作用を引き起こし、結果
として、出力レベルを変える。従って、過剰反応度が炉
心に加えられるならば、出力は増加するであろう。

局所領域の固有反応度は、可溶性ホウ素が全く存在しな
い局部領域燃料および非燃料のみを含んな無限炉心が存
在するかの如く、一般に表わされる。典型的な多領域炉
心において、幾つかの領域は１．０よりも大きな値の固
有反応度を有している。

所要の臨界炉心状態を得るために、高反応度領域は中性
子を低反応度領域に漏出しなければならない。そして、
炉心のいかなる平均過剰反応度をも減少させるために、
可溶性ホウ素のレベルが調整される。一定の領域が１．
０以上の固有反応度のレベルに燃焼されるので、多領域
炉心は、より良い燃料の利用を考慮している。

所要のエネルギー必要量を得るために、始動時に炉心内
が過剰反応度（制御棒と可溶性ホウ素を除外している）
となるように設計され、炉心寿命を通して減損される。

過剰反応度は、主に、可溶性ホウ素を用いて減損中に制
御される。従って、このように、過剰反応度と正味燃料
含有１が減じられ、且つ、核分裂生成毒物が炉心の燃焼
で増加するので、可溶性毒物の量は臨界を維持するため
に減じられなければならない。可燃性毒物の使用によっ
ても、幾分、燃料の減損が補償される。このようにして
、過剰反応度は用いられていない状態に維持される。減
損は、炉心がもはや連鎖反応を継続できなくなるまで、
或はまた、一定の低いレベル以下に可溶性ホウ素のレベ
ルを減することが不可能となる等、原子炉の制御が非常
に困難となるまで、維持される。一度減損されると、原
子炉を停止し、燃料交換が必要となる。

典型的な商用類は、燃料が幾つかの領域で分けられてい
る。例えば、多くの炉心は３つのゾーンから成り、各ゾ
ーンは、同様な反応度を有する多数の燃料集合体を具備
している。原子炉が停止されると、第１のゾーンは１回
燃焼の燃料集合体を具備し、第２のゾーンは２回燃焼の
燃料集合体を具備し、第３のゾーンは３回燃焼の燃料集
合体を具備する。そして、３回燃焼の燃焼集合体は炉心
から収り出され、使用済燃料貯蔵設備に貯蔵される。２
回燃焼および１回燃焼の燃料集合体は、新しい燃料と可
燃性吸収材と共に炉心内で置き換えられ、各燃料集合体
に対する出力分布限界が適合されるようになっている。

新燃料の量および濃縮度は、サイクルの終期までに所要
のサイクル・エネルギー発生量を得るために、始動時に
必要とされる炉心過剰反応度により決定される。この過
程は、連続的な炉心の燃￥：１交ＪＡＲに繰り返される
。

炉心サイクリングのこの方法の目的は、核燃料の消費量
、即ち燃焼をできる限り最小にすることにある。

上述した一般的な概念を用いた場き、燃料の利用、ひい
ては、燃料サイクル費を改善するために多くの方法があ
る。そのうちの２つがこの発明の背景として働く、これ
らの方法は、低漏れ（Ｉｏｉｕｌｅａｋａｇｅ）燃料サ
イクル構造の利用と、スペクトルシフトの概念の利用を
含んでいる。

低漏れパターンの一般的な原理は、新燃料が炉心内の外
周部から雛れな位置に配置され、外周部から離れた位置
にて出力を取り出すことにある。

炉心の周縁部における出力の減少は、中性子の漏れを滅
じ、核分裂を発生させるのに有用な中性子をより多く生
成し、こうして、反応度を増大させる。この過剰反応度
は、所要のサイクル・エネルギーの発生を得るのに必要
とされる燃料：ａ縮度を減するために用いられる。これ
はこのサイクルに対する燃料費を減じる。

出力配分（＋）ｏｗｅｒ　ｓｈａｒｉｎｇ）として知ら
れている、他の現象は、低漏れｆ＃造による反応度の増
大（または損失）の役割を果たす。成る領域の燃料の出
力配分は、その領域の燃料により生じられる全炉心出力
率として簡単に表される。炉心の反応度はその構成部分
の中性子のバランスであるので、高出力のこれら部分ま
たは領域は、全体のバランスにおいてウェートが掛けら
れる。高反応度の領域にウェートが置かれると、その結
果として全体の炉心反応度含増加する。新燃料が炉心の
外周部から離れた位置で装荷された場きに、新燃料の出
力配分は増加するので、この燃料の反応度は、より激し
く燃焼された燃料よりもウェートが掛けられる。これは
全体の炉心反応度を上昇させる。

出力配分の上記の論議は、炉心寿命におけるあらゆる所
定時間には当てはまるが、高出力配分の全体の効果は高
領域燃焼度である。高燃焼度は領域反応度を減じる。低
漏れパターンｆｊＩＹ造における出力配分の瞬時の、即
ちウェートを掛ける効果と、長期間の、即ち燃焼の効果
とは、低漏れパターンのために互いに相殺する傾向があ
る。高領域燃焼による反応度の損失の減少方法がこの発
明の主目的である。

この発明で小さな役割を果たす燃料利用における他の有
用な概念は、スペア１〜ルシフト効果である９スペクト
ルシフトは周知の現象であり、理論や従来の実施例にお
いて、所定量の出力を発生させて燃料サイクル費の利益
を得るために、装荷される核燃料の燃焼度を小さくでき
ることが示されている。案内シンブル内の棒等で、水が
排除され、再度導入された場合における高速中性子と熱
く低速）中性子の中性子束（分布）の開会の変化に、ス
ペクトルシフトは関係している。軽水は、中性子を熱化
、即ち低速化させるように働く優れた減速材である。従
って、水の排除は前記中性子束の割きを増加、即ちスペ
クトルを硬１ヒさせる。硬化スペクトルは、所定の燃焼
度に対して、プルトニウム２３９を５量に発生させる。

スペクトルシフトは水が再導入された際に生じる。これ
は案内シンブルの回りの局所領域における熱中性子束を
増加させ、これによってそのスペクトルと軟化させる。

軟１ヒスベクトルは蓄積されたプルトニウム２３９の核
分裂率を増加させ、それによって、棒が初期に存在して
いないと仮定した場合の局所反応度および出力以上に、
局所反応度および出力を増大させる。正味炉心平均効果
は反応度の増大であり、これは可能な燃料費の節減を意
味している。

低漏れ現象とスペクトルシフト現象を利用することとし
て、この発明の主目的は、炉心の濃縮ウランを減じるこ
と、および／または、炉心寿命を延ばすことである。こ
の目的は、炉心の寿命末期に炉心における最も高い反応
度の燃料の反応度を更に増大させる新規で且つ改良され
た装置を提供することによって達成される。これは、燃
料を作ると共に燃焼させる中性子の最大生産的利用を考
慮し、また、炉心において以前使われていなかった核燃
料の消耗を考慮している。

特に明示されていないが、この発明の他の目的が存在す
ることは当業者においては明らかであろう。

光１ト住鷹ＪＬ この発明は、炉心庁命の後期に引き上げられる出力抑制
棒を所定の位置に有している炉心を提供することによっ
て、前記目的を達成することができる。

綱長い吸収棒から成る出力抑制棒は、燃料集計体におけ
る案内シンプルの配列と一致する配列に互いに集群化さ
れている。各燃料集合体における集群化された出力抑制
棒は、共通の横道支持部材に取り付けられる。この支持
部材は、炉心内で制御棒組立体を駆動し配置するのに用
いられたものと同様な駆動機構、或は、油圧式駆動機構
に取り付けられる。

可動式の出力抑制棒は、内側の高反応度の燃料が恐らく
配置されるであろう燃料集合体の位置に、選択的に配置
される。この出力抑制棒は大部分の運転サイクルに亘り
これらの燃料集合体内に挿入される。この出力抑制棒は
この棒を含んでいる燃料集合体の燃焼度を減じる。炉心
寿命末期近くで出力抑制棒を引き上げることにより、出
力は、これら燃料集合体の方に、炉心の外周部から離れ
た位置に移動し、こうして漏れが減少する。これは、低
漏れ構造が用いられた場合に、より少ない漏れと、領域
出力配分の移動とにより、反応度の増大をらたらし、も
って燃料費を′ｎ減する。低漏れ燃料パターンとは異な
り、高領域燃焼度による重大な不利益はない。また、出
力抑制棒の下側の燃料においてのみ、僅かなスペクトル
シフトの利益が実現される。

この発明の種々の他の目的や利点、特徴は、添１；［図
面に沿っての以下の説明から、当業者にとり明らかとな
るであろう。

好３１１ｆ実詐例の説Ｉ 以下、図面について説明するが、同様な部分は同一の参
照符号によって示すこととする。第１図〜第４図はこの
発明の一実施例を示している。第１図には、炉心９を具
備している典型的な加圧水型軽水炉（原子炉）８が示さ
れている。炉心９は複は、゛ド行に配置された複数本の
案内シンプル、即ち案内管１３の両端に取り１寸けられ
互いに隔てられた下部ノズル１１と上部ノズル１２とを
具備している。

下部ノズル１１および上部ノズル１２への案内管１３の
取付部材は構造用連結具から成る。複数の格子１４もま
た、案内管１３に構造的に取り付けられ、その長毛方向
に沿って互いに隔てられている。各格子１４は、そこを
貫通する複数の開口分備えた箱状構造から成っている。

成る格子１４における開口の各々は、他の格子１４の各
々における対応する開口と同軸に整列されている。正方
形の平行配列に配置された複数本の燃料棒１５の各々は
、格子１４の同軸に整列された開口の１つに嵌着されて
いる。燃料棒１５は、燃料棒１５の外径方向に対して押
圧するフィンガ・スプリング１６を用いて格子１４によ
り適所に保持される。図示実施例において、燃料集き体
Ｘ０は＋７１７正方配列の燃料棒１５から成り、これは
燃料よ自体１０の各側に１７木の燃料棒１５があること
を意味している。第３図はより明瞭にこの正方配列を千
１１いス　＋、ｓｉ＋力・ｈτ？−、笛３０を予日Ｈ瞭
（Ｉｌ、　ｔｌ）ために２６４本の燃料棒１５を全て示
しているわけではないことに注意すべきである。組織的
な構造を有する燃料集合体１０は従来一般に知られた型
式の１つである。

複数の燃料集合体１０は、互いに僅かな間隙をもって並
設され、炉心９を構成している。４ループ型原子炉にお
いて、例えば、１９３の燃料集合体１０が炉心を構成す
る。燃料集合体１０は、上部と下部の炉心支持板（図示
しない）との間に取り付けられ、これら支持板によって
適所に保持されている。この発明が適用され得る典型的
な原子炉のその他の構造はこの発明にとり重要なもので
はなく、また、この発明の作用を理解するのにも必要で
はない。

従って、その他の構造は説明しない。１７ｘ１７正方配
列の燃料＆合体１０が図面に示されているが、以下によ
り詳細に説明されるこの発明は、１７ｘ１７正方配列の
燃料集き体１０に限られないこと、また、説明された特
定の型式の燃料集合体に限られないことに注意すべきで
ある。この明細書における説明に従うことにより、この
発明は、軽水炉に用いらノしるいかなる燃［１惧合体に
も容易に適合されるであろう。

図示される燃「１集合体１０の型式においては、２４本
の案内管１３と１本の計装管１８がある。計装管１８は
燃料集合体１０の中心部の管である。

出力抑制棒組立体２０は、制御棒がハブに収り１＋けら
れるのと全く同様にして周知の方法でハブ組立体２２に
平行に配置され且つ構造的に収り付けられた複数本の出
力抑制棒２１を具備している。ハブ組立体２２は、出力
抑制棒組立体２０が原子炉運転中の所要時に所要の量だ
け炉心に出し入れできるように、駆動機構７に取り１十
けられている。駆動機構７は、制御棒の動作を制御する
ために従来がら用いられるものと同様な、機械的な駆動
装置がら成っている。また、一群の出力抑制棒組立体２
０が単一の駆動機構７により駆動されるように、複数の
出力抑制棒組立体２０に１つのハブ組立体２２が取り付
けられている。出力抑制棒組立体２０は、米国特許第４
，４３９，０５４号に記載されているような適当な油圧
式駆動機構によって、選択的に、炉心に挿入されたり引
き上げられてもよい。従って、駆動Ｉｆｌ１７の型式は
重要ではないが、駆動機構７に取り付けられる出力抑制
棒２１が、ハブのどこに配置されようが、また、どのよ
うに取り付けられようが、炉心内の所定の燃料集合体の
位置に挿入でき且つ引き上げられる得ることが重要であ
る。

案内管１３の壁面には、原子炉運転中に出力抑制棒２１
を冷却するために、原子炉冷却材が案内管１３内に流入
し、そこを上方に流れて流出するように、その長手方向
に沿って複数の開口２９が設けられている。出力抑制棒
２１を冷却することが恐らく望ましい場合に、出力抑制
棒２１は原子炉運転中にガンマ線照射により熱を吸収す
るであろう。抑制１Ｉ２１を更に冷却するために、必要
ならば、環状の流通用の間隙が抑制棒２１の外径と案内
管１３の内径との間に設けられるとよい。

第４図を参照すると、各出力抑制棒２１は、適当な吸収
物質の積重ペレット２６が装填された構造用材料製の管
２３を具備している。端栓２４と端栓２５（第２図）は
、管２３内にペレット２６を完全に収容するように、構
造的に管２３に取り１寸けられている。出力抑制棒２１
の加熱、および／または、減損に伴うガスの放出によっ
て、出力抑制棒２１内が高圧となるのを防止するために
、出力抑制棒２１内の上部にプレナム空間（図示しない
）が慣習的に設けられている。端栓２４は細長い円筒部
分２７を有しており、この円筒部分２フはピストンとし
て機能し、また、各案内管１３の下端に設けられたダッ
シュポットと関連して、出力抑制棒組立体２０が燃料集
合体１０に挿入された渇きに、急激な挿入と、起こり得
る構成部材の損傷とを防止する。

出力抑制棒２１は、単に、適当な構造用の、低減損或は
非減損の吸収物質から作られた管２３または中実の棒（
図示しない）から構成されてもよい。このような構成は
、管２３内に別個の吸収材のペレット２６を設ける必要
性を減じる。十分な構造的強度と十分な中性子吸収能力
が得られるならば、管２３や棒、またはベレット２６の
材料は厳密である必要はない。例えば、管２３や棒、お
よび／または、ベレット２６は、ステンレス鋼、インコ
ネル、ジルコニウム、ジルコニウムにハフニウム、銀−
インジウム−カドミウム等のき金を加えたもの、から作
られるとよい。この発明は上記の物質に限られるもので
はないことに注意すべきである。この明細書の説明に矛
盾しないならば、適当な物質は全て用いることができる
。

出力抑制量２１の物理的な長さ、および／または、有効
長さは、従来の全長制御棒の長さと実質的に等しい。或
は、出力抑制量２１の有効長さは、所要の長さと出力抑
制量に整合する長さであれば、どのようなものでもよい
。従って、全長出力抑制が望ましいが、部分長さ出力抑
制でも満足される。

この発明の主目的の１つは、燃料サイクル費と一般に称
されるものを改善することにある。これは、所定量のエ
ネルギーを発生させるために必要とされる燃料を少なく
し、或は、より大きなエネルギーが所定量の核燃料から
発生されるように、核燃料からできるだけ大きな反応度
を取り出すことを意味している。いずれにしても、現実
の財務経費を節減する結果となる。

平均燃料サイクル費の差額を決定するための便宜上の方
法は、平衡状態における異なる炉心に対する寿命末期（
ＥＯＬ）の反応度（Ｋ、ｃＬ）と、寿命末期の濃縮度お
よび寿命末期のサイクル燃焼長さくサイクルを通しての
エネルギー発生量と等しい）とを比較することによる。

この寿命末期の反応度は、全制御棒と炉心外に出すと共
に、所定の寿命末期の可溶性ホウ素の濃度をゼロ近くと
して求められるべきである。寿命末期の反応度を増加さ
せることにより、寿命末期のサイクルを延ばし燃料サイ
クル費を節減するための新燃料の濃縮度を低減する。

反応度は中性子の生成数を中性子の全損失で割ったもの
として単に定義されるとよい、中性子の生成数は、核分
裂毎に生じる中性子の平均数（Ｎ）と核分裂の回数ＣＦ
）とを掛けたものである。一定数の核分裂が出力の割き
を維持するのに必要とされるので、ＮとＦの値は、多く
の原子炉の炉心、特に商用発電プラントにおいて基本的
に一定となっている。中性子の損失は吸収（Ａ）と漏れ
（Ｌ）に起因する。中性子の吸収は、核分裂（Ｆ）の結
果、および、非核分裂の結果、即ち捕Ｗ（Ｃ）の結果に
おいて生じる。

上述の関係は、 Ｋア＝　１　／（１／Ｎ　＋Ｃ／Ｎ　Ｆ　＋　Ｌ／Ｎ　
Ｆ）のような方程式の形で表される。第１の分母（１／
Ｎ）は、上述したように、一定のものとして取り扱うこ
とができる。第３の分母（Ｌ／ＮＦ）の変化、即ち炉心
の漏れ率の変化は、所定の炉心の型式（固定された炉心
の形状と反射体）において、漏れが場所と場所の間の平
均外周部出力比として大きく変化するので、場所から場
所に概ね予測できる。第２の分母（Ｃ／ＮＦ）、即ち捕
獲率は更に腹雑である。

全捕獲量（Ｃ）は、各燃料領域の捕獲量（Ｃｉ）の会計
であり、これは、その領域の体積に、該領域の平均中性
子束と捕獲断面積を掛けたものである。

中性子束はその領域の出力が増加するにつれて増加する
。一定の可溶性ホウ素の濃度における捕獲断面積、即ち
捕獲の確率は、燃料の燃焼と共に増加する。領域毎の炉
心出力または出力配分の割合の合計は１に等しいので、
特に領域捕獲と核分裂の断面績がほぼ一定として示され
ている場合に、即ち領域平均燃焼度が殆ど変化しない場
合に、出力配分はウェートを与える機能の形で考えられ
る。

しかしながら、燃焼度の増加に伴い、捕獲の確率が増加
し核分裂の確率が減少するので、全捕獲量は、最も大き
な出力配分を有する領域の燃焼度における変化によって
影響を大きく受ける。従って、捕獲は領域出力配分（中
性子束分布を変える）の変ｆヒと共に変化し、また、捕
獲と核分裂の断面頂を変える領域燃焼度の変化と共に変
化する。

寿命末期において、廃棄されるべき燃料は、確定または
予め決められた廃棄燃焼度の所要量を平均値に合わさな
ければならない。従って、捕獲断面積は場所から場所に
亘るその領域において一定であると考えることができる
。次のサイクルのために炉心に残っている領域だけが場
所から場所に亘って捕獲断面績において変化する。装荷
される最も新しい領域、即ち最新燃料領域は、一般に、
最も小さな捕獲断面積を有している。最新燃料領域の出
力配分を増加させることによって、他の領域の出力の低
下が新燃料領域に対する捕獲断面積のウェートが更に増
す、これはまた、より大きな値の捕獲断面積を有する燃
料から成る高燃焼領域のウエートを減じる。従って、寿
命末期において、新燃料領域の高出力、および／または
、当該領域の低燃焼度が全捕獲（Ｃ）を減じ、その結果
、反応度を増大させる。

低漏れパターンは、サイクルの初期、即ち寿命初期（Ｂ
ＯＬ）にて、内方にまたは炉心の中心方向に新燃料を配
置することによって、寿命末期の漏れを減じる。炉心の
外周部に沿って新燃料を装荷する標準的な３ゾーン構造
と比較して、低漏れパターンは外周部から離れた位置で
出力を引き出す。

前記方程式の第３の分母（Ｌ／ＮＦ）、即ち漏れ率は、
低漏れパターンにとって最も重要な変数である。出力移
動がサイクルの極く初期に生じるので、新燃料からより
高い出力を生ずる出力配分変化によってもまた、この新
燃料はより高い燃焼度となる。新燃料の高燃焼度は出力
配分の効果に相対する。これら燃料集合体に可燃性毒物
を使用しても、燃焼度を大きく減じるほど十分な低さと
長さに出力を維持することができない、これを達成し得
る毒物は、寿命末期毒物不利益となるであろう、従って
、漏れ率は減少し、他方、捕獲率は、低漏れパターンの
ために殆ど変化しない、この発明は、この考え方を改良
するものである。

出力抑制棒２１の使用により、原子力発電プラントの運
転において、内側の新燃料集合体の燃焼度を全燃料サイ
クルに亘って制御できるようになる。

低漏れと出力配分の再分布の利益は、新燃料から出力抑
制棒２１を引き上げることによって寿命末期に得られる
。

第５図は炉心９に１９３の燃料集合体１０を有する４ル
ープ型原子炉のための代表的な炉心制御棒配置パターン
を概略的に示している。制御棒を収容できる燃料集合体
の位置が９７箇所考えられる。原子炉停止のみのための
制御棒があり、また、原子炉の制御と停止に用いられる
制御棒もある。“０”の印が付けられた燃料集合体の位
置が全部で５３箇所あり、これらはこの構造において制
御棒と関連される。従って、炉心には４４個の未使用の
位置がある。それらは、各々、Ｘ″の印が付けられてい
る。従って、図示実施例において、出力抑制棒組立体２
０が使用できる位置が４４箇所ある。

第６図は第５図の炉心９の外周部を概略的に示している
。また、第６図は、３つの燃料ゾーン、４ルーズの炉心
の８分の１炉心モデルを示している。第６図はまた、こ
の発明による出力抑制棒組立体２０を使用するために、
第５図の燃料集合体の再配置を示している。第５図の炉
心の残りの８分の７も、第６図に従って再配置されるこ
とは理解されるであろう。第６図の８分の１モデルは、
再配置を示す便宜および容易化の目的にのみ用いられて
いる０例示のために強調されている、”　Ｐ　Ｓ　”の
印が付けられた２−２，４−２，４−４，６−２，６−
４，６−６の燃料集合体１０の位置は、出力抑制棒組立
体２０が設置される炉心の位置を示している。出力抑制
組合法９１’ｌＪ＋（）　ｈ古加ｆ・Ｒ−７６−４め位
置は配置て・きるように、６−２．６−４の位置の制御
棒は、それぞれ、５−３．８−２に移し変えられたこと
に注意すべきである。

第６図に示される例示の炉心９′に取り入れられた燃料
装荷計画は出力抑制棒組立体２０の配置に従っている。

符号１．２．３は、燃料サイクルの寿命初期における１
回燃焼と、２回燃焼と、３回燃焼の燃料集合体１０を示
している。また、記号“Ｆ「”は未燃焼の新燃料を示し
ている。従って、出力抑制棒組立体２０は、外周部の炉
心位置８−１．８−２．８−３．７−５を除き、新燃料
集合体１０の位置Ｆｒの全てに配置される。こうして、
前記４４箇所の未使用制御棒位置のうち３６箇所に、出
力抑制棒組立体２０が設置される。

第６図に示される例示の炉心９′において、出力抑制棒
組立体２０が引き上げられると、寿命末期の新燃料１０
のＦｒ領域の燃焼度は低く維持され、この領域で発生さ
れる出力は増加し、３つの要素の全て、即ち漏れ、出力
分布および燃焼度が、寿命末期の反応度を増大させる方
向に移行した。勿論、これは、従来技術の低漏れパター
ン以上に燃料サイクル費を低減する。加えて、僅かなが
らもスペクトルシフトの利益もまた、出力抑制棒２１を
収容している組立体２０により得られる。

第７図は、この明細書で述べられた装置および方法を用
い且つ第６図に示された例によって得られた平均値、即
ちＫ　１（Ｌの増加をグラフの形で示している。この図
面は、燃焼度を変化させることによる領域またはゾーン
の反応度の影響を示している。実線で示されている曲線
Ｙは、所定の濃縮度の燃料集合体１０における燃料の燃
焼度に対する反応度の一般的な、即ち従来の減少を示し
ている。

このような曲線は、燃料集合体１０の濃縮度を変えるこ
とによって、いろいろと形成される。しかしながら、こ
のような付加的な曲線はこの発明の説明のために示され
る必要はない０点線で示された曲線Ｚは、出力抑制棒２
１が（領域１にある）新燃料に挿入された場合の、反応
度対燃焼度の関係を示している０点Ｗにおいて、出力抑
制棒組立体２０は引き上げられている０点ｖ、ｖ’、Ｖ
″は各燃料サイクルの寿命末期の領域燃焼度と反応度を
表しており、点Ｔ−Ｔ′、Ｔ′は抑制棒２１を具備して
いない従来の炉心の寿命末期を表している。３領域炉心
において、領域３は、点■が点Ｔと一致するように固定
されている（これは廃棄燃焼度である）ことに注意すべ
きである。また、寿命末期での炉心の反応度の変化（Δ
Ｋ　）によって利益が決定されることにも注意すべきで
ある。この反応度の変化（ΔＫ）は、寿命末期での領域
出力および領域体債により、或はまた、３つに分けられ
た領域の各々の燃焼度の減少を合計した燃焼度の減少に
より、重点が置かれた各領域の反応度の関数から成る。

寿命末期の反応度の変化は、出力抑制棒２１を用いるこ
とによって、出力抑制棒２１のない炉心の出力と同量の
出力の発生を、より小さな濃縮度であっても可能とし、
もって燃料費を節約できることを意味している。

抑制棒Ｚ１に必要な吸収材の量は、公知の中性子方程式
を用いて試行錯誤することによって決定できる。燃焼度
は捕獲断面積を決定し、捕５１１断面積は中性子束分布
を決定し、中性子束分布は出力を決定し、更に、出力は
燃焼度を決定する。従って、このような相互依存の変数
の釣合いのために、所要の吸収度を直接計算する明確な
方法はない、出力抑制棒２１の価値をできるだけ能率的
に利用するために、出力抑制棒２１に対して異なる量の
吸収度を用いて平衡サイクルを形成することが必要であ
ろう。局所燃料ビンビーク出力（ｌｏｃａｌ　ｆｕｅｌ
　ｐｉｎｐｅａｋ　ｐｏｗｅｒｓ）と同様に、領域燃焼
度と寿命末期出力との全体的な影響を決定するために、
サイクル減損をシミュレートすることが必要であろう、
これら全ての要素は、互いに適宜に均衡を保たれなけれ
ばならない０局所出カビ−キングを制御するための吸収
必要量は、内側の新燃料集合体のサイクルの初期付近で
より高くなっているが一般的であるので、出力抑制が中
性子を吸収しすぎないように可燃性吸収材を考慮しなけ
ればならない。出力抑制棒の存在のために、必然的に、
可燃性吸収材は一体的な燃料吸収材の形態をとる必要が
あるであろう。

この発明は、実際的であると考えられた特定の実施例ま
たは変形例、或は特定の用語で説明され図示されている
が、この発明の範囲はそれらによって限定されるべきも
のではなく、この明細書から理解されるであろう他の変
形例や実施態様は、特に特許請求の範囲の幅と範囲から
逸脱しない限り、この発明の範囲に属する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明が適用され得る原子炉の部分断面正面
図、第２図はこの発明に従った出力抑制棒組立体を具備
する典型的な燃料集合体の部分断面正面図、第３図は第
２図の３−３線に沿っての第２図の燃料集合体の断面図
、第４図は第２図の燃料集合体の案内管内に嵌挿された
１本の出力抑制棒の拡大部分断面図、第５図は燃料集合
体位置と制御棒パターンを示す、典型的な商用軽水炉の
ための典型的な炉心構造の概略説明図、第６図はこの発
明による出力抑制棒を用いている、第５図と同様な炉心
の代表的な部分と一配列例を示す概略説明図、第７図は
この発明の使用によって得られた反応度の利益を示す典
型的な燃料反応度と燃焼度のグラフである。図中、 ８：軽水炉（原子炉）、　９：炉心 １０；燃料集合体　　　　２０：出力抑制棒組立体２１
：出力抑制棒 ＦＩＧ、２ 燃焼度

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 各々が複数の燃料集合体を有すると共に新燃料領域に比
   較して漸次低くなる反応度を有する複数の燃料領域と、
   前記各燃料領域における幾つかの前記燃料集合体の間に
   散在されると共に該燃料集合体に取り付けられるように
   なっている複数本の可動式の制御棒と、前記制御棒は取
   り付けられていないが取り付けられる可能性を有してい
   る前記新燃料領域における幾つかの燃料集合体の間に散
   在された複数本の可動式の出力抑制棒とを備える原子炉
   の炉心。