JPS635718B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、高速増殖炉に係り、特に軸方向非均
質炉心を有する高速増殖炉に関するものである。 〔発明の背景〕 一般に原子炉は、燃料の燃焼によりその反応度
が徐々に減少する。したがつて通常は原子炉の燃
焼初期の反応度を大きくして、次の燃料交換によ
つて新燃料が炉心に装荷されるまでの間、反応度
が下がり過ぎて原子炉が停止することのないよう
にしている。ただし、原子炉運転中は実効増倍率
（原子炉において、核分裂により生成される中性
子の割合と消滅する中性子の割合の比率）を１に
調節することが必要で、そのため原子炉には中性
子をよく吸収する物質を含んだ制御棒が備えてあ
り、これを炉心に挿入して挿入量を適当にとるこ
とにより実効増倍率を１としている。制御棒は、
高速増殖炉の場合、炉心の上側から挿入されるこ
とが多く、その挿入深さは、反応度の高い燃焼初
期で最も大きく、燃焼が進むと共に減少し、燃焼
末期で最小となる。 制御棒の挿入深さと、それによる反応度の減少
量（すなわち、実効増倍率の変化量を、制御棒反
応度と称す。また、関連して説明すると、制御棒
が全引抜き状態のときの実効増倍率と制御棒が全
挿入状態にあるときの実効増倍率の差を、その制
御棒の反応度価値と称しており、通例では制御棒
反応度および制御棒の反応度価値は、前記実効増
倍率の差の数値にΔK／KK′を付けて表わす。）と
の関係（以後、制御棒ストローク曲線と呼ぶ）
は、原子炉を安全に運転する上で重要である。挿
入量を単位長さ当り変えたときの制御棒反応度の
変化が、挿入深さによらず一定であるような原子
炉、すなわち制御棒ストローク曲線が一定勾配を
持つた直線に近くなる原子炉ほど望ましい。これ
は、制御棒引抜き（挿入）に伴う反応度の増加
（減少）速度が一定である方が、制御棒操作によ
る反応度の制御が容易なためで、制御棒の引抜き
（挿入）速度が一定の原子炉では、ストローク曲
線の一定勾配区間しか実用的でなく、勾配が大き
く異なるような場合には、ストローク曲線の勾配
に合せて引抜き（挿入）速度を変える必要があつ
た。 高速増殖炉には、増殖性を向上して燃料倍増時
間を短縮するために燃料親物質から成る内部ブラ
ンケツト領域を設けた炉心（軸方向非均質炉心）
を有するものがある。第１図に、軸方向非均質炉
心の一種であるパフエー（Parfait）炉心の立断
面を示す。パフエー炉心は、外部ブランケツト領
域３および４、それらに取囲まれた円柱状の炉心
燃料領域１および炉心燃料領域１の中心付近に設
けた円盤状の内部ブランケツト領域２より成つて
いた。この場合、軸方向に中性子吸収物質を一様
に装荷した制御棒５を、炉心中央の制御棒導入管
６内に挿入すると（一例を第２図に示す）、その
ストローク曲線は第３図のようになる。制御棒５
の挿入深さが増すと、制御棒反応度は増大する
（区間ａ−ｂ）が、さらに挿入すると制御棒の先
端部が内部ブランケツト２に取囲まれるため、制
御棒の単位挿入長さ当りの反応度増加量は小さく
なる（区間ｂ−ｄ）。さらに挿入すると、制御棒
の先端部が、内部ブランケツト２を通過し、炉心
領域１に入るため、制御棒の単位挿入長さ当りの
反応度増加量は、再び大きくなる（区間ｄ−ｅ）。
すなわちストローク曲線の勾配は、炉心燃料領域
１で大きく、内部ブランケツト領域２で緩やかに
なる。このようなストローク曲線では、全ストロ
ークにわたる一定勾配の直線部が少ない。そのた
め制御棒５の操作で利用できるストローク長が短
く、従つて制御できる反応度も全挿入時の反応度
の一部しか利用できない。 〔発明の目的〕 本発明の目的は、制御棒引抜き（挿入）速度が
一定でも制御棒操作による反応度調整量が大きい
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、制御棒を軸方向に、内部ブラ
ンケツト領域、その下方及び上方に存在する炉心
領域の部分にそれぞれ対応する第１、第２及び第
３領域に分割し、第２及び第３領域の中性子吸収
断面積を第１領域のそれよりも小さくしたことに
ある。 〔発明の実施例〕 以下に、第４図に基づいて本発明の実施例を詳
細に説明する。第４図ａ〜ｅは、高速増殖炉の軸
方向非均質炉心の立断面を示す。炉心燃料領域
１、内部ブランケツト領域２、図示されていない
が炉心燃料領域を取囲む外部ブランケツト領域、
および制御棒７（簡単のため、炉心半径方向の中
心に挿入するものだけを考える）によつて構成さ
れる。第４図ａ〜ｅは制御棒７の炉心への挿入の
各段階を表わし、ａは制御棒７の挿入前の状態、
ｂは内部ブランケツト領域２の上端面まで制御棒
７を挿入した状態、ｃは炉心中央面まで挿入、ｄ
は制御棒７を内部ブランケツト領域２の下端面ま
で挿入した状態、そしてｅは制御棒７の全挿入の
状態を示している。制御棒７は、軸方向に領域
８，９及び１０を有する。第４図ｅの制御棒７の
全挿入の状態から明らかであるように、領域８の
長さは内部ブランケツト領域２の軸方向の厚みに
等しく、領域９の長さは内部ブランケツト領域２
より上方の炉心燃料領域１の部分の軸方向の厚み
に等しく、領域１０の長さは内部ブランケツト領
域２より下方に存在する炉心燃料領域１の部分の
軸方向の厚みに等しい。本発明の基本原理は、内
部ブランケツト領域２まで制御棒７を挿入したと
きの制御棒の単位挿入長さ当りの反応度増加量の
低下を抑えるために、制御棒全挿入状態で内部ブ
ランケツト領域２に囲まれる領域８に含まれる中
性子吸収物質の量をその他の領域９及び１０に含
まれる吸収物質の量より多くすることにある。す
なわち、領域８の中性子吸収断面積を領域９及び
１０のそれよりも大きくする。この場合、中性子
吸収物質を軸方向に一様に配した制御棒と比べる
と、同一の制御棒反応度価値に対して、領域９及
び１０に含まれる中性子吸収物質の量は、中性子
吸収物質濃度が一様な制御棒より少なくてよい。 このような構成とすることで、第４図ｂから第
４図ｄに至る期間において制御棒７が内部ブラン
ケツト領域２に到達すると、中性子吸収物質の多
い領域８が炉心内に入つて来るので、中性子吸収
物質濃度の一様な制御棒で生じる単位挿入長さ当
りの制御棒反応度の増加量の減少を抑制すること
ができる。また第４図ａから第４図ｂおよび第４
図ｄから第４図ｅの区間では、制御棒７の領域９
及び１０の中性子吸収物質の量が、領域８より少
ないために、単位挿入長さ当りの制御棒反応度の
増加量の急激な変化は小さい。したがつて、制御
棒ストローク曲線の過度の平坦性および急な勾配
を緩和することができる。これは、次に述べる具
体例で確認できる。 電気出力1000MW級の大型高速炉における制御
棒ストローク曲線を第３図および第５図に示す。
第３図は中性子吸収物質の量が軸方向に一様（濃
縮度40％）な制御棒を使用した高速増殖炉の特
性、第５図は、本実施例の領域８〜１０の中性子
吸収物質の量が異なる（領域８で濃縮度52％、領
域９及び１０で濃縮度36％）制御棒７を使用した
高速増殖炉の特性である。制御棒反応度価値は、
両者とも1.6×10^-3ΔK／KK′とした。 両者のストローク曲線を比較すると表１のよう
になる。これより、本実施例の高速炉において、
区間ａ−ｂ、ｄ−ｅの最大勾配が緩やかになつた
こと、および区間ｂ−ｄの勾配が大きくなつたこ
とにより、制御棒引抜き（挿入）速度が一定でも
制御棒操作で利用できるストローク長が伸び、同
時に全挿入時の反応度価値に対して、利用できる
反応度の比率が増えた。 〔発明の効果〕 以上説明したように、本発明によれば、制御棒
ストローク曲線の利用可能区間が増えたので、制
御棒による反応度の調整が容易になつた。 【表】

【図面の簡単な説明】

第１図は、パフエー型高速炉の縦断面図、第２
図は、パフエー型高速炉の炉心中心に制御棒を挿
入した状態を示す縦断面図、第３図は、従来の制
御棒ストローク曲線図、第４図ａ〜ｅは本発明の
実施例であつて炉心中心に制御棒を挿入した場合
の縦断面図、第５図は、本発明に基づく制御棒ス
トローク曲線図である。 １……炉心燃料領域、２……内部ブランケツト
領域、３……径方向の外部ブランケツト領域、４
……軸方向の外部ブランケツト領域、７……制御
棒、８……第１領域、９……第３領域、１０……
第２領域。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 内部ブランケツト領域、前記内部ブランケツ
   ト領域の外側を取囲む炉心燃料領域及び前記炉心
   燃料領域の外側を取囲む外部ブランケツト領域か
   らなる炉心と、前記炉心内に挿入される制御棒を
   有する高速増殖炉において、前記制御棒を、軸方
   向に前記制御棒が前記炉心内に完全に挿入された
   状態で前記内部ブランケツト領域に対応する第１
   領域、前記内部ブランケツト領域より下方の前記
   炉心燃料領域の部分に対応する第２領域及び前記
   内部ブランケツト領域より上方の前記炉心燃料領
   域に対応する第３領域に分割し、前記第２及び第
   ３領域の中性子吸収断面積を前記第１領域のそれ
   よりも小さくしたことを特徴とする高速増殖炉。