JPS6385492A - ブランケツト付軽水冷却型原子炉の運転方法 - 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】 （イ）発明の目的 １産業−にの利用分野］ この発明は、ブランケット付原子炉における転換率向上
のための運転方法に関ダるものである。

［従来の技術］ ブランケット付原子炉では、ブランケット燃料部での親
物質から核分裂物質への転換を図るために、炉心部燃料
（核分裂性物質濃度が高い燃料）の周囲をブランケラ］
・燃料（核分裂性物質濃度が低い燃ＦＩ）で囲んでいる
。例えば、従来のプランケラ１−伺軽取除却型原子炉の
炉心は、第７図（ａ）の炉心水平断面図に示されるよう
に、炉心１は水平断面が正六角形をした燃料集合体２の
集合から成る炉心部燃料と、前記炉心部燃料の周囲を囲
むプランケラ１〜燃料集合体（正六角形内をハラチング
して示したもの）５で構成されている。１ｃ１１図にお
いて符号２ａは、複数の燃料集合体２のうら制御棒桶入
位置の燃料集合体（正六角形の中にｏ［１１を付したも
の）を示している。また、７１号１０は原子炉容器、符
号１１は炉心槽を示しでいる。

第７図（ｂ）は、°前記炉心１の垂直断面の概略図であ
り、図において２′は軸方向プランクツＩ〜である。軸
方向ブランケット２′は、燃料集合体２の一部を形成す
るもので、具体的には燃料被覆管内の軸方向の上下両端
部に複数のペレットとじて装填される。なお、図におい
て符号３は、燃料集合体２の集合である炉心燃料部を示
している。

第６図は、ブランケット燃料部での親物質から核分裂性
物質への転換例としＣ１ウラン２３８を親物質に使用し
た場合の核分裂性プル１−ニウムの生成量とブランケッ
ト燃料の燃焼度の関係を示している。

し発明が解決しようとする問題貞］ しかるに、この図から明らかなように、核分裂性プルト
ニウムの生成間はプランケラ１〜燃料の燃焼度を大きく
づる稈、人きくできる。従って、ブランケット燃料の燃
焼度を大ぎくするためには、プランケラ１〜部の出力分
担率を大きくすればよい訳であるが、前述のブランケラ
トイ」軽取除に１型原子炉においては、ブランケット燃
料集合体５は炉心燃料部３の周囲に配置されており、そ
の核分裂性物質の濃度が低いために、小さな出力分担率
しか持てないので、ブランケット燃料の燃料度は小さい
。このため、従来技術の例では、第６図に示１ようにブ
ランケット燃料の燃焼度は 約４０　Ｗ　ｄ　／　ｔであり、核分裂性プルトニウム
の生成量は約７０に９／年と小さく、転換率の向上が望
まれていた。

本発明は、上記の如き事情に鑑みてなされたものであっ
て、ブランケット燃料の燃焼度をできるだ【ノ大きくし
て、核分裂性プル１−ニウムの生成間　　　゛を増大し
うるブランケット付軽水冷却型原子炉の運転方法を提供
することを目的とするものである。

（［１）発明の構成 ［問題を解決りるための手段］ この目的に対応して、この発明のプランケラ１〜付軽取
除却型原子炉の運転方法は、原子炉の運転サイクル前半
に炉心中央部の燃＄３１集合体のうち制御棒の抽入され
ない位置の燃料集合体に水ＩＪＩ除棒または親物質棒若
しくは可燃ｆ１毒物棒から成る炉心内插物集合体を抽入
し、運転サイクル後半に前記炉心内插物集合体を引抜く
ことを特徴どし−（いる。

以下、この発明の詳細を一実施例を示す図面について説
明する。

第１図はブランケット付軽水冷却型原子炉の炉心水平断
面図であり、燃料集合体２及びブランケット燃料集合体
５の配置は第７図に示を従来の炉心と全く同一である。

図において符号７は炉心中央部の燃料集合体を示ｊ゛境
界線である。また、祠号２ｂ（図においてＸ印の燃料集
合体）は、炉心中央部の燃料集合体のうち制御棒拮入位
買の燃Ｆ３１集合体２ａ（○印の付されたｂの）を除く
他の燃料集合体である。ここで、本発明の運４１ム７ｊ
法は、原子炉の運転サイクル前半に１１ｒｆ記燃わ１集
合体２ｂに水υＩ除棒ｊ：たは親物質棒若しくは可燃性
毒物棒から成る炉心内插物集合体を抽入し、運転サイク
ル後半に前記炉心内插物集合体を引抜くことにより、ブ
ランフット部の出力分担率を大きくし、核分裂性プル１
−ニウムの生成間を増大するものである。

すなわち、使用する燃料集合体、及び、炉心内插物集合
体は公知のものであり、抽入時期と抽入場所を限定した
ものである。例えば、燃料集合体２（２ａ及び２ｂも含
む）の構造はその概略を第２図に承りように、多数の燃
料棒１２を包含した水平断面が正六角形の燃料集合体で
あり、従来例の燃料集合体と全く異ならない。また、こ
の燃料集合体２はその中心に計装案内管１３を備えると
ＪＩ−に、図示していない制御棒の桶人通路となる複数
の制御棒案内シンプル１７を備えている。なお、同図に
おいて符号１４は上部ノズル、符号１５はＪ・部ノズル
、符号１６は燃料棒を支持するためのグリッドである。

前述のように、すべての燃料集合体２は同−構造のもの
であるが、炉心に装備された多数の燃ＰＩ集合体のうち
燃料集合体２ａは制御棒抽入位置の燃料集合体であるか
ら、制御棒属人のために制御棒案内シンブルは空けてお
かなければならない。

従って、炉心中央部の燃料集合体であっても前記燃料集
合体２ａには炉心内插物集合体を属人する訳にはいかな
い。図においてＸ印の（＝Ｉされた燃料集合体２ｂは制
御棒が柿人されないので、従来、この燃料集合体２ｂの
制御棒案内シンブルは運転中空（水穴）になっていたち
のであるが、本発明の運転方法は当該部分に炉心内插物
集合体を挿入（サイクル前半のみ）するものである。

挿入する炉心内插物集合体は第３図に示りＪ：うに水υ
１除棒１８の複数本はスパイダ１９に結合したもので、
前記水拮除棒１８の複数は燃料集合体の制御棒案内シン
プル１７内に挿入しうる配列となっている。このような
炉心内插物集合体８は、例えば、特開昭５６−１１１４
９１号及び特開昭６１−１２２５９５号他、１！１りか
ら公知の形状である。また、前述の炉心内插物集合体８
はメペクトルシソ１〜のための水排除棒として利用する
ことも知られている。

このように、水排除棒から成る炉心内插物集合体８を１
Ｊイクル前半の期間に盾入し、サイクル後半の期間に引
抜いて運転した場合の効果（電気出力１０１００ＯのＰ
ＷＲにおｔ）る）を従来の方式（水排除棒を使用しない
）の場合と比較して第４図に及び第５図に示す。この例
では１ザイクルを１年とし、１サイクル終了後炉心部燃
料集合体（中央部、周辺部を含め）の３分の１とプラン
ケラ１−燃料集合体の３分の１を新燃料と取替えるもの
としている。第４図は３ザイクルの間の出力分担率を示
すものであるが、各サイクルの前半では水ｔＪｌ除棒の
挿入により従来方式より炉心中央部の出力分担率が抑え
られ、炉心周辺部とプランケラ１〜燃料部の出力分担が
大きくなっている。なお、炉心中央部と周辺部（炉心中
央部を除く炉心燃料部）の区別は任意で便宜的なもので
あるが、ここＣは第１図に示した境界７の内外で区別し
ており、炉心中央部の範囲は望ましくは第１図に示すよ
うにブランケット燃料５を含む炉心水平断面直径をφ１
とするとき、炉心中央部の範囲を承り炉心水平断面直径
φ２は前記φ１のＪＲ６０％（・ある。

一方、各サイクルの後手では水排除棒（炉心内插物集合
体）が引抜かれているので、出力分１（１’ｉＹは従来
方式に近いが、スペクトルシフト効果により炉心中央部
の出力分担は本発明の実施例の方が若干大きく、その分
、プランケラ１〜燃料部の出力分担は小さくなっている
。

ブランケット燃料の燃焼度は、プランクツＩ〜燃料部の
出力分担率の時間積分に比例する。第５図はブランケッ
ト燃料を３サイクル燃焼させる間の燃焼度の比較を示す
ものである。各サイクル前半でのブランケット燃料部の
出力分担率が大きい効果により本発明の実施例の方が大
きな燃焼度を達成できる。

ブランケット燃料の核分裂性プルトニウムの生成量は先
に第６図の説明の通り燃焼度に依存り゛る３゜従来方式
と本発明の実施例のｆ！１能比較を整理し−Ｃ示ずと次
の通りである。

を表から分るように、本発明の実施例では年間３０　Ｋ
ｇの核分裂性プルミルニウム生成ｉｄの増加が得られる
。まｌご、量ナイクル初期においては０．０１Δに／に
の余剰反応度の低下と、サイクル末期においては０．０
１△に／にの余剰反応度の利得がが得られる。

なお、前述の実施例は、水ｖ１除棒から成る炉心内插物
集合体を用いた場合について述べｌ〔が、全体の出力が
同一の場合において炉心中火の燃わ１の出力分担率を小
さくする１］的で前記水排除棒に代えて親物質（例えば
ウラン２３８等）や可燃性毒物（例えばボロンやガドリ
ニア等）を用いることは自明のことがあるから、親物質
棒や可燃ｆ１毒物棒を用いてもよい。この場合、親物質
棒の構造は第３図に示した水排除棒１８と概略同じであ
るが、被覆管内にウラン２３８等の親物質を９９．３％
以上含み、ウラン２３５等の核分裂性物質が０．７％以
下の核燃料を装荷する。また、可燃性毒物を使用する場
合は、方法は２通りあり、その１つは前記同様、可燃性
毒物を被覆管内に装６１■シた可燃性毒物棒を炉心内插
物集合体として組立て用いるもので、他の１つはガドリ
ニア入り燃料ペレットのように、核燃料棒内の核燃料と
混合して用いるものである。前記可燃性毒物の場合、い
づ゛れもサイクル接手では可燃性毒物が減損するので、
＝　１１− 炉心燃料部の出力分担が大きく、ブランケット燃料部の
出力分担が小さくなる。従って、可燃性毒物使用の場合
は、炉心内插物集合体として用いる場合でも、必ずしも
可動型とする必要はなく、固定型であってもよい。更に
、可燃性毒物を炉心軸方向の中央部にのみ装荷する部分
長方式とし、軸方向ブランケットの出力分担を大きくす
ることも可能である。

［作用］ 炉心中央部にサイクル前半可動型水排除棒または可動型
親物質棒若しくは可燃性毒物棒を挿入することにより、
ブランケット燃料の出力分担を増加させるとプランケラ
１−燃料の燃焼度を大きくすることができ、核分裂性プ
ルトニウムの生成量が増大する。

更に、反応度の面でも有利に作用する。すなわち、４ノ
イクル初期ではブランケット部燃料という低反応度部分
の出力分担が大きくなるため原子炉の余剰反応度を小ざ
く抑えることができ、制御棒等の反応度制御手段の負担
を小さくすることが可＝　１２− 能となる。また、サイクル末期では可動型水排除棒等炉
心内插物集合体は引抜かれ、或いは、固定型可燃性毒物
を使用する場合にあっては減損により効果が無くなるの
で、炉心中央部の高反応石部の出力分担が大きくなるた
め、原子炉の余剰反応度を大きくすることができ、ザイ
クル寿命を長くすることが可能となり、燃料経済上の利
点が大きい。

（ハ）発明の効果 この発明によれば、炉心内插物集合体の挿入時期及び挿
入場所を限定するといった単純な操作により転換率を向
上しうるプランクツトイ」軽水冷却型原子炉の運転方法
を得ることができ、産業経演上極めて有益である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明で用いられるプランケラ１〜（＝ｊ軽水
冷却型原子炉の炉心水平断面図、第２図は燃わ１集合体
の説明図、第３図（ａ）は水排除棒から成る炉心内插物
集合体の平面図、第３図（ｂ）は同党面図、第４図は出
力分担率の比較図、第５図はプランケラ１〜燃料の燃焼
度比較図、第６図はブランケット燃ｒ１の燃焼度と核分
裂性プルトニウム生成量の関係を示す図、第７図（ａ）
は従来のブランケット付軽水冷却型原子炉の炉心水平断
面の説明図、及び第７図（ｂ）は同垂直断面の概略図で
ある。 ２・・・燃料集合体　　２ａ・・・制御棒挿入位置の燃
料集合体　　２ｂ・・・炉心中央部の燃料集合体のうち
制御棒の挿入されない燃料集合体　　５・・・ブランケ
ット燃料集合体　　７・・・境界　　８・・・炉心内插
物集合体 特許出願人　　　　　　三菱原子カニ業株式会社代理人
弁理士　　　　　　　　　川　月　治　男１４開口ａ６
３−８５４９２　（５） ヅ′光 第４図 連動期間（４） 第５図 本発明 ギ 一一一 ２　　−　　縫４古六

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）原子炉の運転サイクル前半に炉心中央部の燃料集
   合体のうち制御棒の插入されない位置の燃料集合体に水
   排除棒または親物質棒若しくは可燃性毒物棒から成る炉
   心内插物集合体を插入し、運転サイクル後半に前記炉心
   内插物集合体を引抜くことを特徴とするブランケット付
   軽水冷却型原子炉の運転方法
2. （２）前記炉心中央部は、その水平断面の直径がブラン
   ケット燃料を含む炉心水平断面直径の６０％以内の範囲
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のブ
   ランケット付軽水冷却型原子炉の運転方法
3. （３）前記親物質棒は、充填される核燃料物質の９９．
   ３％以上がウラン２３８等の親物質であることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項または第２項記載のブランケ
   ット付軽水冷却型原子炉の運転方法