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技術 原子炉の運転方法

出願人 株式会社東芝
発明者 山本泰光武徹
出願日 2007年8月2日 (12年11ヶ月経過) 出願番号 2007-201476
公開日 2009年2月19日 (11年4ヶ月経過) 公開番号 2009-036646
状態 特許登録済
技術分野 原子炉の制御
主要キーワード 外部バイパス 流路面積比 ボイド率α 外部スプリング 縦長配置 十文字形 引抜き操作 バイパス領域
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (10)

課題

炉心流量に関係なく、また流量スペクトルシフト運転のような炉心流量下限値において、炉心熱的余裕の低減が生じることなく、燃焼初期余剰反応度を抑制できるようにする。

解決手段

多数の燃料棒3がチャンネルボックス4に収容されている燃料集合体1を原子炉圧力容器内の炉心部に縦長配置装荷し、炉心冷却水をチャンネルボックスの下方からチャンネルボックスの内部およびチャンネルボックス外部のバイパス部に上昇流として供給する原子炉運転方法であり、バイパス部7に供給される炉心冷却水の平均水密度運転サイクル初期に減少させ、運転サイクル末期に増加させる。

概要

背景

沸騰水型原子炉においては、例えば図4に示すように、炉心100が格子状に配列された多数の燃料集合体1と、これらの燃料集合体1の4体の対向部間に対して1体ずつ配置された十文字形制御棒2と、所定間隔で配置された局所出力領域モニタ20等から構成されている。

また、図5に炉心100の一部を拡大して示すように、燃料集合体1は、例えばウラン235からなる円柱ペレット状の核燃料物質6を封入した燃料棒3と非沸騰水が内部を通過するウォータロッド5とからなるバンドル管束)を、チャンネルボックス4に収容し、その内部を沸騰水8により冷却する構成とされている。

炉心燃料を冷却する冷却水は各チャンネルボックス4間の隙間部であるバイパス部7にも流れる。このバイパス部7の流れは、非沸騰水である。制御棒2は、4体の燃料集合体4におけるバイパス部7の角部に配置されている。

近年、原子力発電経済性向上や使用済み燃料低減の観点から、燃料高燃焼度化が進められている。燃料の高燃焼度化を達成するためには、核燃料物質をより多く炉心に装荷しなければならないため、炉心への燃料棒体積の増加、特に燃料の濃縮度の増加が必要となる。

しかし、燃焼末期において臨界を達成するために最小限必要な核燃料物質を残存させなければならず、このため燃焼の長期化および高燃焼度化に伴って燃焼初期余剰反応度が必然的に大きくなり、その抑制対策が重要となっている。

また、燃料の高濃縮度化に伴って軸方向ボイド分布に起因する出力ピーキングがより一層増大し、さらに、炉内滞在期間が異なることにより多種の燃料が炉心に混在することになるため、径方向出力ピーキングも増大する。これらの結果、最大線出力密度最小限界出力比などの熱的余裕が減少する。

図6は、このような高燃焼度用燃料集合体の構成例を示しており、図6(a)は燃料集合体の縦断面図であり、図6(b)および図6(c)は、それぞれ図6(a)のA−A線およびB−B線断面図である。

図6に示すように、燃料集合体1は長尺燃料棒3a,短尺燃料棒3bおよび太径ウォータロッド5をスペーサ9により正方格子状束ね、これを上部タイプレート10および下部タイプレート11に固定して燃料集合体とし、チャンネルボックス4に収容してある。さらに、外部スプリング12が長尺燃料棒3aと上部タイプレート10との間に介在してある。

短尺燃料棒3bは、長尺燃料棒3aの全長の約2/3長さと上部が短い構成となっている。図4に示した燃料集合体1では、燃料棒配列従来型の燃料の8行8列の構成から、9行9列として、燃料棒本数を増加してある。燃料棒本数の増加は、通常運転時において、炉心圧損が増大し、これによって原子炉の安定性余裕の低減をもたらす。

そこで、図6の燃料集合体1に設けられた短尺燃料棒3bにより、有効発熱部上部の高ボイド率域の流路面積を拡大し、燃料棒本数の増加による圧損の増大を打ち消すことができる。

また、原子炉停止時において、中性子束ピークは炉心上端から全長の1/4ないし1/3において生じるが、短尺燃料棒3bの導入により、中性子束ピーク位置での燃料棒本数が減少するため、中性子吸収材として作用する水の量の増加により、炉停止余裕を向上させることができる。

図7には、燃焼度に対する中性子無限増倍率変化を示している。この図7は、沸騰水型原子炉に用いられている代表的な燃料集合体に対して、燃料集合体内の冷却材流路におけるボイド率を一定(40%)にして燃焼させた場合を破線で示し、最初高ボイド率(50%)で運転して途中でボイド率を下げた(30%)場合を実線で示している。

この図7に示したように、初めにボイド率を高くして燃焼させた後、ボイド率を下げることにより、燃焼の後期により高い無限増倍率を得ることができる。しかし、定格流量に対して70%〜115%の流量変化幅とした場合でも、平均ボイド率最大値47%、最小値34%であり、図示の0%〜30%の変化幅より小さく、図の変化幅に達しない。

また、70%流量に対する出口ボイド率は80%以上の高ボイド率になると予想される。このように、炉心平均ボイド率による反応度調整については、燃焼初期の低流量高出力運転に炉心の熱的余裕との関係から制限があることから、平均ボイド率変化幅は限定されると考えられる。

なお、従来技術においては、燃焼初期の反応度制御の一手法として、ガドリニアなどの可燃性毒物を一部の燃料棒に混入することがなされている。ところが、可燃性毒物は核分裂により発生した中性子を吸収することから、反応度経済上好ましくないこと、燃料製造コスト増となること、さらに炉心への燃料装荷量が減少するなど種々の問題点がある。

また、他の方法として炉心平均ボイド率と無限増倍率との関係に基づき、燃焼初期に炉心流量を下限値として炉心平均ボイド率を上げ、燃焼後期に炉心流量を上限値として炉心平均ボイド率を下げて反応度補償を行う流量スペクトルシフト運転が特許文献1に記載されている。

また、ウォータロッド内流れの入口差圧を炉心流量で制御し、内部の水位可変とする方法が特許文献2に記載されている。この文献2によると、燃焼初期に炉心流量減少により水位を下げ、水が存在しない炉心上部で減速材密度を小さくして中性子の減速を抑え、燃焼末期には炉心流量増大によりウォータロッド内を満水にして、中性子減速抑制をなくすることにより、燃焼に伴う炉心の反応度調整を行うことができると考えられる。

しかし、炉心流量は前述したように、大幅な変更が困難であるという事情があり、水ロッド内の水位を大幅に変えることはできない。また、燃料集合体の冷却材流量は燃料集合体の出力や軸方向出力分布などにも依存することから、炉心流量により炉心内流量分布を制御する方式では不確かさが生じる。そのため、炉心流量により制御を行う方式では、ウォータロッド内の水位が炉心内の燃料集合体ごとに大きなばらつきが生じるという欠点があると考えられる。

以上に示した従来技術による燃焼初期の反応度制御方式は、短尺燃料棒、燃料に混入する可燃性毒物、炉心平均ボイド率、またはウォータロッド(減速棒)内の非沸騰水の水位を制御するものであった。これらの技術以外にも、たとえば特許文献3,4に記載されているように、種々の提案がされている。
特開平7−128489号公報
特開2002−328192号公報
特開平5−11081号公報
特開平10−253787号公報

概要

炉心流量に関係なく、また流量スペクトルシフト運転のような炉心流量下限値において、炉心の熱的余裕の低減が生じることなく、燃焼初期の余剰反応度を抑制できるようにする。多数の燃料棒3がチャンネルボックス4に収容されている燃料集合体1を原子炉圧力容器内の炉心部に縦長配置で装荷し、炉心冷却水をチャンネルボックスの下方からチャンネルボックスの内部およびチャンネルボックス外部のバイパス部に上昇流として供給する原子炉の運転方法であり、バイパス部7に供給される炉心冷却水の平均水密度運転サイクル初期に減少させ、運転サイクル末期に増加させる。

目的

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、炉心流量に関係なく、また流量スペクトルシフト運転のような炉心流量下限値において炉心の熱的余裕の低減が生じることなく、燃焼初期の余剰反応度を抑制することができる炉心の運転方法を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

多数の燃料棒チャンネルボックスに収容されている燃料集合体原子炉圧力容器内炉心部に縦長配置装荷し、炉心冷却水を前記チャンネルボックスの下方から前記チャンネルボックスの内部および前記チャンネルボックス外部のバイパス部に上昇流として供給する原子炉運転方法において、前記バイパス部に供給される炉心冷却水の平均水密度運転サイクル初期に減少させ、運転サイクル末期に増加させることを特徴とする原子炉の運転方法。

請求項2

前記バイパス部に供給される炉心冷却水の平均水密度を運転サイクル初期に減少させる工程として、前記チャンネルボックス外部の中性子およびガンマ線による発熱量を制御する請求項1記載の原子炉の運転方法。

請求項3

前記バイパス部に供給される炉心冷却水の平均水密度を運転サイクル初期に減少させる工程として、前記チャンネルボックス外部のバイパス部に流れる炉心冷却水の流量を制御する請求項1記載の原子炉の運転方法。

請求項4

前記チャンネルボックス外部の中性子およびガンマ線による発熱量の制御として、前記チャンネルボックス外部のバイパス部に配置され中性子吸収材が内蔵された制御棒の挿入位置調整により行う請求項2記載の原子炉の運転方法。

請求項5

前記制御棒には、その上端部に中性子またはガンマ線により発熱する材料を有するものを適用する請求項4記載の原子炉の運転方法。

請求項6

前記チャンネルボックス外部のバイパス部に流れる炉心冷却水の流量を制御する工程として、制御棒の挿入および引抜き操作を行う請求項3記載の原子炉の運転方法。

技術分野

0001

本発明は沸騰水型原子炉BWR)の運転方法に係るものであり、特にチャンネルボックス外部のバイパス部の水密度運転サイクル初期に減少させることにより、余剰反応度を調整することができる原子炉の運転方法に関する。

背景技術

0002

沸騰水型原子炉においては、例えば図4に示すように、炉心100が格子状に配列された多数の燃料集合体1と、これらの燃料集合体1の4体の対向部間に対して1体ずつ配置された十文字形制御棒2と、所定間隔で配置された局所出力領域モニタ20等から構成されている。

0003

また、図5に炉心100の一部を拡大して示すように、燃料集合体1は、例えばウラン235からなる円柱ペレット状の核燃料物質6を封入した燃料棒3と非沸騰水が内部を通過するウォータロッド5とからなるバンドル管束)を、チャンネルボックス4に収容し、その内部を沸騰水8により冷却する構成とされている。

0004

炉心燃料を冷却する冷却水は各チャンネルボックス4間の隙間部であるバイパス部7にも流れる。このバイパス部7の流れは、非沸騰水である。制御棒2は、4体の燃料集合体4におけるバイパス部7の角部に配置されている。

0005

近年、原子力発電経済性向上や使用済み燃料低減の観点から、燃料高燃焼度化が進められている。燃料の高燃焼度化を達成するためには、核燃料物質をより多く炉心に装荷しなければならないため、炉心への燃料棒体積の増加、特に燃料の濃縮度の増加が必要となる。

0006

しかし、燃焼末期において臨界を達成するために最小限必要な核燃料物質を残存させなければならず、このため燃焼の長期化および高燃焼度化に伴って燃焼初期の余剰反応度が必然的に大きくなり、その抑制対策が重要となっている。

0007

また、燃料の高濃縮度化に伴って軸方向ボイド分布に起因する出力ピーキングがより一層増大し、さらに、炉内滞在期間が異なることにより多種の燃料が炉心に混在することになるため、径方向出力ピーキングも増大する。これらの結果、最大線出力密度最小限界出力比などの熱的余裕が減少する。

0008

図6は、このような高燃焼度用燃料集合体の構成例を示しており、図6(a)は燃料集合体の縦断面図であり、図6(b)および図6(c)は、それぞれ図6(a)のA−A線およびB−B線断面図である。

0009

図6に示すように、燃料集合体1は長尺燃料棒3a,短尺燃料棒3bおよび太径ウォータロッド5をスペーサ9により正方格子状束ね、これを上部タイプレート10および下部タイプレート11に固定して燃料集合体とし、チャンネルボックス4に収容してある。さらに、外部スプリング12が長尺燃料棒3aと上部タイプレート10との間に介在してある。

0010

短尺燃料棒3bは、長尺燃料棒3aの全長の約2/3長さと上部が短い構成となっている。図4に示した燃料集合体1では、燃料棒配列従来型の燃料の8行8列の構成から、9行9列として、燃料棒本数を増加してある。燃料棒本数の増加は、通常運転時において、炉心圧損が増大し、これによって原子炉の安定性余裕の低減をもたらす。

0011

そこで、図6の燃料集合体1に設けられた短尺燃料棒3bにより、有効発熱部上部の高ボイド率域の流路面積を拡大し、燃料棒本数の増加による圧損の増大を打ち消すことができる。

0012

また、原子炉停止時において、中性子束ピークは炉心上端から全長の1/4ないし1/3において生じるが、短尺燃料棒3bの導入により、中性子束ピーク位置での燃料棒本数が減少するため、中性子吸収材として作用する水の量の増加により、炉停止余裕を向上させることができる。

0013

図7には、燃焼度に対する中性子無限増倍率変化を示している。この図7は、沸騰水型原子炉に用いられている代表的な燃料集合体に対して、燃料集合体内の冷却材流路におけるボイド率を一定(40%)にして燃焼させた場合を破線で示し、最初高ボイド率(50%)で運転して途中でボイド率を下げた(30%)場合を実線で示している。

0014

この図7に示したように、初めにボイド率を高くして燃焼させた後、ボイド率を下げることにより、燃焼の後期により高い無限増倍率を得ることができる。しかし、定格流量に対して70%〜115%の流量変化幅とした場合でも、平均ボイド率最大値47%、最小値34%であり、図示の0%〜30%の変化幅より小さく、図の変化幅に達しない。

0015

また、70%流量に対する出口ボイド率は80%以上の高ボイド率になると予想される。このように、炉心平均ボイド率による反応度調整については、燃焼初期の低流量高出力運転に炉心の熱的余裕との関係から制限があることから、平均ボイド率変化幅は限定されると考えられる。

0016

なお、従来技術においては、燃焼初期の反応度制御の一手法として、ガドリニアなどの可燃性毒物を一部の燃料棒に混入することがなされている。ところが、可燃性毒物は核分裂により発生した中性子を吸収することから、反応度経済上好ましくないこと、燃料製造コスト増となること、さらに炉心への燃料装荷量が減少するなど種々の問題点がある。

0017

また、他の方法として炉心平均ボイド率と無限増倍率との関係に基づき、燃焼初期に炉心流量を下限値として炉心平均ボイド率を上げ、燃焼後期に炉心流量を上限値として炉心平均ボイド率を下げて反応度補償を行う流量スペクトルシフト運転が特許文献1に記載されている。

0018

また、ウォータロッド内流れの入口差圧を炉心流量で制御し、内部の水位可変とする方法が特許文献2に記載されている。この文献2によると、燃焼初期に炉心流量減少により水位を下げ、水が存在しない炉心上部で減速材密度を小さくして中性子の減速を抑え、燃焼末期には炉心流量増大によりウォータロッド内を満水にして、中性子減速抑制をなくすることにより、燃焼に伴う炉心の反応度調整を行うことができると考えられる。

0019

しかし、炉心流量は前述したように、大幅な変更が困難であるという事情があり、水ロッド内の水位を大幅に変えることはできない。また、燃料集合体の冷却材流量は燃料集合体の出力や軸方向出力分布などにも依存することから、炉心流量により炉心内流量分布を制御する方式では不確かさが生じる。そのため、炉心流量により制御を行う方式では、ウォータロッド内の水位が炉心内の燃料集合体ごとに大きなばらつきが生じるという欠点があると考えられる。

0020

以上に示した従来技術による燃焼初期の反応度制御方式は、短尺燃料棒、燃料に混入する可燃性毒物、炉心平均ボイド率、またはウォータロッド(減速棒)内の非沸騰水の水位を制御するものであった。これらの技術以外にも、たとえば特許文献3,4に記載されているように、種々の提案がされている。
特開平7−128489号公報
特開2002−328192号公報
特開平5−11081号公報
特開平10−253787号公報

発明が解決しようとする課題

0021

上述のように、原子力発電の経済性向上や使用済み燃料の低減の観点から燃料の高燃焼度化が進められているが、燃料の高燃焼度化を達成するためには核燃料物質をより多く炉心に装荷しなければならないため、必然的に燃料の濃縮度を増加することが必要である。

0022

しかし、燃焼末期において臨界を達成するために最小限必要な核燃料物質が残存しなければならないことから、燃焼の長期化および高燃焼度化に伴い、燃焼初期の余剰反応度は必然的に大きくなり、その抑制対策が重要となる。そして従来では、チャンネルボックス外部のバイパス部の水密度変化に着目した方式は知られていない。

0023

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、炉心流量に関係なく、また流量スペクトルシフト運転のような炉心流量下限値において炉心の熱的余裕の低減が生じることなく、燃焼初期の余剰反応度を抑制することができる炉心の運転方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0024

前記の目的を達成するため、本発明では従来制御されることがなかったチャンネルボックス外部のバイパス部の水密度を、運転サイクル初期に減少させることにより、余剰反応度を調整する方法を提供する。

0025

すなわち、本発明では、多数の燃料棒がチャンネルボックスに収容されている燃料集合体を原子炉圧力容器内の炉心部に縦長配置で装荷し、炉心冷却水を前記チャンネルボックスの下方から前記チャンネルボックスの内部および前記チャンネルボックス外部のバイパス部に上昇流として供給する原子炉の運転方法において、前記バイパス部に供給される炉心冷却水の平均水密度を運転サイクル初期に減少させ、運転サイクル末期に増加させることを特徴とする原子炉の運転方法を提供する。

0026

なお、前記バイパス部に供給される炉心冷却水の平均水密度を運転サイクル初期に減少させる工程として、前記チャンネルボックス外部の中性子およびガンマ線による発熱量を制御することが望ましい。

0027

また、前記バイパス部に供給される炉心冷却水の平均水密度を運転サイクル初期に減少させる工程として、前記
また、前記チャンネルボックス外部の中性子およびガンマ線による発熱量の制御として、前記チャンネルボックス外部のバイパス部に配置され中性子吸収材が内蔵された制御棒の挿入位置調整により行うことが望ましい。

0028

また、前記制御棒には、その上端部に中性子またはガンマ線により発熱する材料を有するものを適用することが望ましい。

0029

さらに、前記チャンネルボックス外部のバイパス部に流れる炉心冷却水の流量を制御する工程として、制御棒の挿入および引抜き操作を行うことが望ましい。

発明の効果

0030

本発明によれば、炉心流量に関係なく、また流量スペクトルシフト運転のような炉心流量下限値において、炉心の熱的余裕の低減が生じることなく、燃焼初期の余剰反応度を抑制できる炉心の運転方法を提供することができる。

0031

これにより、従来制御されることになかったチャンネルボックス外部のバイパス部の水密度を、運転サイクル初期に減少させることにより、余剰反応度を調整することができる。

0032

ここで、バイパス部の水密度を運転サイクル初期に減少させる手段として、チャンネルボックス外部における中性子およびガンマ線による発熱量を増大させ、また、チャンネルボックス外部のバイパス部に流れる炉心冷却水の流量を減少させるものとすることが可能である。

0033

また、炉心に設けられている制御棒を有効発熱部下部に挿入することにより発熱量を増大させることが可能である。さらに、制御棒上部に中性子またはガンマ線などの放射線吸収による発熱体を設けることが可能である。

発明を実施するための最良の形態

0034

以下、本発明に係る原子炉の運転方法の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、本実施形態では、従来例において使用した図面(図4図5図6図7等)も参照して説明する。

0035

図1は、本発明の一実施形態によるアウトチャンネルボイド率と炉心平均ボイド率との関係を示す説明図であり、図2は無限増倍率変化を示す説明図である。図3径方向ピーキング係数変化を示す説明図であり、図4は炉心を示す構成図である。図5炉心燃料集合体制御棒配置を示す説明図(横断面図)であり、図6高燃焼度燃料集合体の例を示す説明図である。図7は、炉心平均ボイド率変化に対する無限増倍率の燃焼度変化を示す説明図である。図8減速材対燃料比と中性子無限増倍率との関係を示す図であり、図9は本実施形態による上部発熱体付き制御棒を示す図である。

0036

例えば沸騰水型原子炉等の軽水型原子炉においては、炉心内を流れる水が中性子の減速材として重要な役割を果たすものであり、炉心100内部の減速材と燃料物質との体積比、減速材対燃料比は高速中性子エネルギおよび共鳴中性子エネルギ領域での中性子吸収率に関係し、炉心核設計において重要な指標となっている。

0037

濃縮ウランを用いる場合、熱外中性子吸収反応の大半は、例えばU238のような親物質への捕獲反応であり、核分裂によるエネルギ発生と中性子の増倍には寄与しない。これに対して、減速材対燃料比が増加すると、核分裂中性子熱中性子エネルギまで減速される割合が増加する。

0038

熱中性子炉では、熱中性子の増加に伴って、U235への中性子吸収が増加し、核分裂に寄与する中性子が増えるため、無限増倍率が大きくなる。しかし、減速材対燃料比の増加による中性子の減速が飽和すれば、それ以上減速材対燃料比が増加しても、水による中性子の吸収が増加する効果が支配的となり、無限増倍率は減少する傾向にある。

0039

すなわち、減速材対燃料比と無限増倍率との関係は一般に、図8に示したように、極大値を持つ分布となる。設計上、炉心出力が増加してボイド率が増加し、減速材対燃料比が減少したときに中性子無限増倍率が減るように、図8に点Xで示す最大点よりもわずかに減速不足の状態で設計されている。

0040

沸騰水型原子炉の核設計において用いられる減速材体燃料比の評価には、バイパス領域は非沸騰水(アウトチャンネルボイド率αO=0)が仮定されており、チャンネルボックス4内部の一様なボイド率(インチャンネルボイド率αin)を用いた中性子計算モデルが用いられている。

0041

チャンネルボックス4の外側の水ギャップ21は燃料集合体1の内部の径方向出力ピーキングに大きな影響を及ぼすことが知られており、同時に、チャンネルボックス4内部の水密度に比べて、その感度は小さいながらも、無限増倍率へ大きな影響を及ぼす。

0042

また、図5に示した水ギャップ21の幅d2は、チャンネル幅d1に対して現行炉では10%程度に設定されているが、バイパス部7のインチャンネルに対する冷却水の流路面積比は0.5またはそれ以上であり、チャンネルボックス4の外側の方がチャンネル内側と同じかやや広い設計がなされている。このことから、断面平均の炉心平均ボイド率という観点からは、チャンネルボックス4外側のボイド率の影響が相対的に大きくなっている。

0043

そこで、本実施形態では、チャンネルボックス4外側におけるボイド率を制御することにより、例えば、図5に示したように、「水ギャップd2+チャンネル幅d1」を単位とする断面内の平均水密度が、燃焼初期において、一定のチャンネルボックス4内側のボイド率条件に対して、より高いボイド率を実現することができる。

0044

すなわち、沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器内の炉心100部に、多数の燃料棒3がチャンネルボックス4に収容されている燃料集合体を縦長配置で装荷し、炉心冷却水をチャンネルボックス4の下方からチャンネルボックス4の内部およびチャンネルボックス4間の外部バイパス部7に上昇流として供給する原子炉の運転方法において、バイパス部7に供給される炉心冷却水の平均水密度を運転サイクル初期に減少させ、運転サイクル末期に増加させる原子炉の運転方法とするものである。

0045

また、バイパス部に供給される炉心冷却水の平均水密度を運転サイクル初期に減少させる工程として、チャンネルボックス4外部の中性子およびガンマ線による発熱量を制御する。

0046

また、バイパス部に供給される炉心冷却水の平均水密度を運転サイクル初期に減少させる工程として、チャンネルボックス4外部のバイパス部に流れる炉心冷却水の流量を制御する。

0047

図1は、本実施形態によるアウトチャンネルボイド率αO(αout)、インチャンネルボイド率αin、と炉心平均密度ρlとの関係を示す特性図であり、従来技術と対比して示してある。

0048

この図1に示すように、従来技術のチャンネルボックス4外部を非沸騰水とするチャンネルボックス4内部の平均ボイド率αin=40%に対して、本発明のチャンネルボックス4外部の平均ボイド率αO=20%とすることにより、チャンネルボックス4内部の平均ボイド率が50%より高いボイド率相当の運転が可能となる。

0049

それにより、本実施形態では図2に実線で示すように、同一の燃料集合体設計に対して、燃焼末期の無限増倍率を増加させることができる。

0050

また、本実施形態では図3に実線で示すように、外周ロッド近傍のロッドピーキングが下がる効果により、燃焼初期のロッドピーキング最大値を低減させることができる。

0051

図9には、上部発熱体12付き制御棒2を示している。すなわち、制御棒2には、その上端部に中性子またはガンマ線により発熱する材料により構成された十文字形を有する上部発熱体12が、制御棒2と一体に構成されている。具体的には、放射線吸収により発熱する材料には、中性子の吸収断面積の大きな材料として、天然ウラン減損ウラン、B4C、Hf、酸化ユーロピウムEu2O3があり、γ線の吸収断面積の大きな材料として原子番号の大きい元素である、Hf、HfO2、Zr−Hf合金が知られている。上部発熱体12はこれらの材料を用いて構成されている。

0052

また、本実施形態では、チャンネルボックス4の外部の中性子およびガンマ線による発熱量の制御として、チャンネルボックス4外部のバイパス部に配置され、中性子吸収材が内蔵された制御棒2の挿入位置調整により行う。

0053

さらに、本実施形態ではチャンネルボックス4外部のバイパス部21に流れる炉心冷却水の流量を制御する工程として、制御棒2の挿入および引抜き操作を行う。

0054

以上の本実施形態によれば、炉心流量に関係なく、また流量スペクトルシフト運転のような炉心流量下限値において、炉心100の熱的余裕の低減が生じることなく、燃焼初期の余剰反応度を抑制できる炉心100の運転方法を提供することができる。

0055

これにより、従来制御されることになかったチャンネルボックス4外部のバイパス部の水密度を、運転サイクル初期に減少させることにより、余剰反応度を調整することができる。

0056

なお、バイパス部の水密度を運転サイクル初期に減少させる手段として、チャンネルボックス4外部における中性子およびガンマ線による発熱量を増大させ、また、チャンネルボックス4外部のバイパス部に流れる炉心冷却水の流量を減少させるものとすることが可能である。

0057

また、炉心100に設けられている制御棒2を有効発熱部下部に挿入することにより発熱量を増大させることが可能である。また、制御棒2上部に中性子またはガンマ線などの放射線吸収による発熱体を設けることが可能である。

0058

すなわち、アウトチャンネルボイド率を制御する方式により、インチャンネルボイド率を大幅に変更したのと等価的な水密度変化が可能な原子炉炉心の運転方法提供することができる。

図面の簡単な説明

0059

本発明の一実施形態によるアウトチャンネルボイド率と炉心平均ボイド率との関係を示す特性図。
本発明の一実施形態による無限増倍率変化を説明する特性図。
本発明の一実施形態による径方向ピーキング係数変化を説明する特性図。
炉心全体を示す平面図。
炉心燃料集合体と制御棒配置とを示す説明図。
(a)は高燃焼度燃料集合体の例を示す断面図、(b)、(c)はそれぞれ(a)のA−A線およびB−B線断面図。
本発明の一実施形態による炉心平均ボイド率変化に対する無限増倍率の燃焼度変化を示す特性図。
本発明の一実施形態による減速材対燃料比と中性子無限増倍率との関係を示す特性図。
本発明の一実施形態による上部発熱体付き制御棒を示す斜視図。

符号の説明

0060

1燃料集合体
2制御棒
3燃料棒
4チャンネルボックス
5水ロッド
6核燃料物質(ペレット)
7バイパス部
8沸騰水
9スペーサ
10上部タイプレート
11下部タイプレート
12スプリング
20計装
21水ギャップ
100炉心
d1 チャンネルボックス外幅
d2 水ギャップ幅

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