(57)【要約】【課題】炉心燃料の最大線出力が制限値を超えずにマイナーアクチノイドを効率的に消滅させる。【解決手段】小型高速炉の炉心１は、中心領域に収容された内側炉心燃料１１と、中心領域に隣接し、中心領域を囲む中間領域に収容され、内側炉心燃料１１に比べて核分裂性物質の含有率が高い中間炉心燃料１２と、中間領域に隣接し、中間領域を囲む外側領域に収容され、中間炉心燃料１２に比べて核分裂性物質の含有率が高い外側炉心燃料１３と、外側領域に隣接し、外側領域を囲むターゲット収容領域に収容され、炉心燃料から発生した中性子を吸収する、マイナーアクチノイドの核変換用の燃料であるターゲット１５とを備える。炉心１において、中心位置の周囲に複数の燃料集合体を配置させた１つの環状の領域を１層の領域としたとき、中間領域及び外側領域は、合計で３層の領域を有する。【選択図】図１
2020153758.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉心の中心領域に収容された内側炉心燃料と、
前記中心領域に隣接し、前記中心領域を囲む中間領域に収容され、前記内側炉心燃料に比べて核分裂性物質の含有率が高い中間炉心燃料と、
前記中間領域に隣接し、前記中間領域を囲む外側領域に収容され、前記中間炉心燃料に比べて前記核分裂性物質の含有率が高い外側炉心燃料と、
前記外側領域に隣接し、前記外側領域を囲むターゲット収容領域に収容され、前記内側炉心燃料、前記中間炉心燃料及び前記外側炉心燃料から発生した中性子を吸収する、マイナーアクチノイドの核変換用の燃料であるターゲットと、
前記ターゲット収容領域に隣接し、前記ターゲット収容領域を囲むブランケット燃料収容領域に収容されたブランケット燃料と、
前記ブランケット燃料収容領域に隣接し、前記ブランケット燃料収容領域を囲む遮蔽体収容領域に収容された中性子遮蔽体と、
を備え、
前記炉心において、前記炉心の中心位置の周囲に複数の燃料集合体を配置させた１つの環状の領域を１層の領域としたとき、前記中間領域及び前記外側領域は、合計で３層の領域を有する、
小型高速炉の炉心。
【請求項２】
前記中心領域、前記中間領域及び前記外側領域は、合計で９層の領域を有する、
請求項１に記載の小型高速炉の炉心。
【請求項３】
前記燃料集合体の断面形状は正六角形状であり、
１つの層の領域の形状は、正六角形の環状であり、
前記中心領域、前記中間領域、前記外側領域、前記ターゲット領域、及び前記ブランケット燃料収容領域のそれぞれに対応する最外層の領域に含まれる複数の集合体の配置位置のうち、中心位置から相対的に遠い一部の配置位置は、前記中間領域、前記外側領域、前記ターゲット領域、前記ブランケット燃料収容領域、及び前記遮蔽体収容領域に設定されている、
請求項１又は２に記載の小型高速炉の炉心。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小型高速炉の炉心に関する。
【背景技術】
【０００２】
高速炉では、一般的に、炉心燃料領域内に炉心反応度を制御するための制御棒を配置し、炉心燃料領域の周囲にブランケット燃料及び中性子遮蔽体を配置する。また、従来の高速炉では、炉心の径方向の出力密度分布を平坦にし、炉心燃料の集合体平均の取出燃焼度を可能な限り一様にすることを目的として炉心燃料が配置される。図４は、従来の高速炉の炉心の構成を示す図である。図４に示すように、従来の高速炉では、炉心燃料領域の中心領域に、核分裂性物質の含有率が低い炉心燃料である内側炉心燃料が配置され、中心領域の周囲の領域である外側領域に、核分裂性物質の含有率が高い炉心燃料である外側炉心燃料が配置される。
【０００３】
ウラン燃料を原子炉に装荷して中性子を照射するとＴＲＵ（TRansUranium elements、超ウラン元素）の核種が生成される。ＴＲＵ核種のうち、プルトニウムを除く１０元素を示すマイナーアクチノイド（以下、ＭＡともいう。）核種は、半減期が比較的長く、放射性毒性が高い元素が多いことから、放射性廃棄物として貯蔵するには厳重なリスク管理が必要となり、多大な費用を必要とする。そこで、近年、ＭＡ核種を原子炉内に装荷し、ＭＡ核種を半減期が短い核種に変換するＭＡ核変換を行うことにより、ＭＡ核種を消滅させる技術が研究されている。例えば、特許文献１では、小型高速炉を用いてＭＡ核変換を行う技術として、水素化物燃料を収納したＭＡ核変換用の燃料集合体であるターゲットを炉心に収容する方法が提案されている。
【０００４】
図５は、特許文献１に開示されているＭＡ核変換を行う小型高速炉の炉心構成の例を示す図である。図５に示すように、ＭＡ核変換を行う小型高速炉は、炉心燃料領域とブランケット燃料領域との間の領域にターゲットが収容されている。これにより、ターゲットにおいてＭＡ核変換が行われ、ＭＡ核種を消滅させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３３８４７１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＭＡ核変換を行う小型高速炉では、ターゲットに含まれるＭＡにより中性子が吸収され、ターゲットに隣接する外側炉心燃料に照射される中性子束が低下する。これにより、外側炉心燃料の核分裂率が低下し、外側炉心燃料の発熱量が低下する。その結果、外側炉心燃料における発熱量の低下を補って原子炉熱出力を維持するために、内側炉心燃料の発熱量が増加するように内側炉心燃料から発生する中性子束が上昇する。
【０００７】
図６は、従来の小型高速炉の炉心と、ＭＡ核変換を行う小型高速炉の炉心とにおける燃料集合体の最大線出力の分布を示す図である。図６において、横軸は、炉心中心位置からの集合体の位置を示す層番号を示している。図６では、炉心中央位置を第０層としている。図６に対応する高速炉の炉心では、第０層に制御棒が配置されているものとする。また、図６において、縦軸は、各層における燃料集合体の最大線出力を示している。図６では、破線で示される値が、図４に示す小型高速炉の炉心構成（２領域炉心（ブランケット３層））における燃料集合体の最大線出力に対応している。また、図６では、実線で示される値が、図５に示すＭＡ核変換を行う小型高速炉の炉心構成（２領域炉心（ターゲット１層、ブランケット２層））における燃料集合体の最大線出力に対応している。
【０００８】
図６に示すように、ＭＡ核変換を行う小型高速炉では、ターゲットを収容することにより中性子束分布が変化し、内側炉心領域における第１層の領域が、最大線出力が相対的に高い領域となっていることが確認できる。図６では、第１層の領域における最大線出力が、一点鎖線で示す最大線出力の制限値３７５Ｗ／ｃｍ付近となっていることが確認できる。このような現象は、ターゲットのＭＡ含有率が増加すると、ＭＡによる中性子の吸収量が増加するため、より顕著となり、最大線出力が制限値を超えてしまうという問題が生じるおそれがある。
【０００９】
したがって、ＭＡ核変換を行う小型高速炉を設計するにあたっては、内側炉心燃料の最大線出力を抑制しつつ、効率的にＭＡを消滅させることが求められている。内側炉心燃料の最大線出力を低下させる方法としては、外側炉心燃料の核分裂性物質の含有率を高くして内側炉心燃料の出力を下げる方法と、内側炉心燃料の核分裂性物質の含有率を低くする方法と、核分裂性物質の含有率の高い外側炉心燃料の燃料体数を増やす方法と、が考えられる。
【００１０】
しかしながら、外側炉心燃料の核分裂性物質の含有率を高くする方法については、炉心燃料の再処理技術の観点から、核分裂性物質の含有率を無制限に高くすることができないという問題がある。現行技術では、核分裂性物質の含有率を示すＰｕ（プルトニウム）富化度の上限は、３１．５ｗｔ％（重量比）であり、将来技術でも３４．５ｗｔ％である。また、内側炉心領域の核分裂性物質の含有率を低くする方法については、要求される運転期間における出力維持ができなくなるという問題がある。なお、ｗｔ％は、全燃料重量に対するＰｕの重量の割合である。したがって、内側炉心燃料の最大線出力を低下させる方法としては、核分裂性物質の含有率の高い外側炉心燃料の燃料体数を増やす方法に絞られる。
【００１１】
効率的にＭＡを消滅させる方法としては、ターゲットに照射される全中性子束を高める方法と、ターゲットのＭＡ含有率を高める方法とが考えられる。
【００１２】
ターゲットの全中性子束を高めるには、ターゲットに隣接している外側炉心燃料のＰｕ富化度を上げることが必要となる。図７は、内側炉心領域を５層、外側炉心領域を３層とした炉心においてＰｕ富化度を変化させた場合の燃料集合体の最大線出力の分布を示す図である。図７における破線の値は、Ｐｕ富化度を上限値の１つである３４．５ｗｔ％にした場合の最大線出力の分布を示している。図７に示されるように、Ｐｕ富化度を３４．５ｗｔ％とした場合、外側炉心領域の最内層（第６層）では最大線出力が、一点鎖線で示す最大線出力の制限値３７５Ｗ／ｃｍを上回る。
【００１３】
図７では、外側炉心領域の最内層において、最大線出力を制限値以下にするには、外側炉心燃料のＰｕ富化度を約３２ｗｔ％まで下げる必要がある。図７における実線の値は、Ｐｕ富化度を３２ｗｔ％にした場合の最大線出力の分布を示している。しかしながら、図７に示されるように、Ｐｕ富化度を３２ｗｔ％とした場合、Ｐｕ富化度を３４．５ｗｔ％とした場合に比べて、ターゲットの最大線出力が約９％低下する。このことは、ターゲットの全中性子束が約９％下がることと等価であり、結果として、ＭＡ核変換の効率も約９％低下する。
【００１４】
また、ターゲットのＭＡ含有率を高める方法では、ＭＡ含有率の高いターゲットを収容すると、ターゲットの全中性子束が低下し、その影響を受けてターゲットに隣接する最外層の外側炉心燃料の全中性子束も低下する。
【００１５】
図８は、ターゲットに対してＭＡの一種であるＡｍ（アメリシウム）を異なる含有率で含有させたときの燃料領域平均の全中性子束の分布を示す図である。図８において、横軸は、炉心中心位置からの集合体の位置を示す層番号を示している。図８に示す例では、図６と同様に、炉心中央位置を第０層とし、高速炉の炉心では、第０層に制御棒が配置されているものとする。また、図８において、縦軸は、各層における全中性子束を示している。
【００１６】
図８は、内側炉心領域を５層、外側炉心領域を３層とした場合の各層における全中性子束の分布を示している。また、図８に示す実線は、ターゲットにおけるＡｍ含有率が３０ａｔ％（原子数比）である場合の全中性子束の分布を示し、破線は、ターゲットにおけるＡｍ含有率が１０ａｔ％である場合の全中性子束の分布を示している。また、図８に全中性子束分布を示した炉心では、外側炉心燃料は３層であり、図７に示すように、外側炉心燃料の最内層で最大線出力の炉心最大値が発生する。なお、ａｔ％は、ＡｍとＺｒ（ジルコニウム）の原子数和に対するＡｍの原子数の比率である。
【００１７】
内側炉心領域を６層又は７層、外側炉心領域を３層とした場合では、ＭＡ含有率の高いターゲットを収容すると、ターゲットの全中性子束が低下し、その影響を受けてターゲットに隣接する最外層の外側炉心の全中性子束も低下するが、内側炉心領域に隣接している最内層の外側炉心燃料の全中性子束はほとんど低下しない。すなわち、外側炉心燃料の最大線出力は、最内層の外側炉心燃料で発生し、制限値に近い値となっているため、Ｐｕ富化度を上げることができず、その結果、ＭＡ核変換量を増加させることができない。図８の評価例では、Ａｍ含有率が１０ａｔ％から３０ａｔ％に増加することで、ターゲットの全中性子束が約１５％低下している。
【００１８】
そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、炉心燃料の最大線出力が制限値を超えずにＭＡを効率的に消滅させることができる小型高速炉の炉心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】
【００１９】
本発明の第１の態様に係る小型高速炉の炉心は、炉心の中心領域に収容された内側炉心燃料と、前記中心領域に隣接し、前記中心領域を囲む中間領域に収容され、前記内側炉心燃料に比べて核分裂性物質の含有率が高い中間炉心燃料と、前記中間領域に隣接し、前記中間領域を囲む外側領域に収容され、前記中間炉心燃料に比べて前記核分裂性物質の含有率が高い外側炉心燃料と、前記外側領域に隣接し、前記外側領域を囲むターゲット収容領域に収容され、前記内側炉心燃料、前記中間炉心燃料及び前記外側炉心燃料から発生した中性子を吸収する、マイナーアクチノイドの核変換用の燃料であるターゲットと、前記ターゲット収容領域に隣接し、前記ターゲット収容領域を囲むブランケット燃料収容領域に収容されたブランケット燃料と、前記ブランケット燃料収容領域に隣接し、前記ブランケット燃料収容領域を囲む遮蔽体収容領域に収容された中性子遮蔽体と、を備え、前記炉心において、前記炉心の中心位置の周囲に複数の燃料集合体を配置させた１つの環状の領域を１層の領域としたとき、前記中間領域及び前記外側領域は、合計で３層の領域を有する。
【００２０】
前記中心領域、前記中間領域及び前記外側領域は、合計で９層の領域を有してもよい。
前記燃料集合体の断面形状は正六角形状であり、１つの層の領域の形状は、正六角形の環状であり、前記中心領域、前記中間領域、前記外側領域、前記ターゲット領域、及び前記ブランケット燃料収容領域のそれぞれに対応する最外層の領域に含まれる複数の集合体の配置位置のうち、中心位置から相対的に遠い一部の配置位置は、前記中間領域、前記外側領域、前記ターゲット領域、前記ブランケット燃料収容領域、及び前記遮蔽体収容領域に設定されてもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、炉心燃料の最大線出力が制限値を超えずにＭＡを効率的に消滅させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本実施形態に係る小型高速炉の炉心の構成を示す図である。
【図２】本実施形態に係る小型高速炉の炉心の各層における最大線出力の分布を示す図である。
【図３】ターゲットにおけるＡｍ含有率を変化させた場合に、炉心燃料の最大線出力が制限値を超えないように各炉心燃料のＰｕ富化度を調整したときのＡｍの消滅量を示す図である。
【図４】従来の高速炉の炉心の構成を示す図である。
【図５】特許文献１に開示されているＭＡ核変換を行う小型高速炉の炉心構成の例を示す図である。
【図６】従来の小型高速炉の炉心と、ＭＡ核変換を行う小型高速炉の炉心とにおける燃料集合体の最大線出力の分布を示す図である。
【図７】内側炉心領域を５層、外側炉心領域を３層とした炉心においてＰｕ富化度を変化させた場合の燃料集合体の最大線出力の分布を示す図である。
【図８】ターゲットに対してＭＡの一種であるＡｍを異なる含有率で含有させたときの燃料領域平均の全中性子束の分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
［炉心１の構成］
図１は、本実施形態に係る小型高速炉の炉心１の構成を示す図である。小型高速炉は、電気出力が３００ＭＷ（３０万ｋＷ）以下の高速炉である。図１に凡例で示すように、炉心１は、内側炉心燃料１１と、中間炉心燃料１２と、外側炉心燃料１３と、制御棒１４と、ターゲット１５と、ブランケット燃料１６と、中性子遮蔽体１７と、を備える。
【００２４】
内側炉心燃料１１、中間炉心燃料１２、外側炉心燃料１３、制御棒１４、ターゲット１５、ブランケット燃料１６、及び中性子遮蔽体１７のそれぞれは、断面形状が正六角形のラッパ管内に収容され、燃料集合体として扱われる。このため、燃料集合体の断面形状は正六角形状である。燃料集合体は、各領域に設けられている収容部に収容される。
【００２５】
図１に示す内側炉心燃料１１、中間炉心燃料１２、外側炉心燃料１３、制御棒１４、ターゲット１５、ブランケット燃料１６、及び中性子遮蔽体１７のそれぞれに対応する六角形は、それぞれ１つの集合体を示している。なお、以下の説明において、領域に設けられている収容部に収容することを略して、「領域に収容する」という。
【００２６】
また、以下の説明において、炉心１の中心位置の周囲に複数の燃料集合体を配置させた１つの環状の領域を「１層の領域」とする。１層の領域の厚みは、燃料集合体１個の断面の幅である。また、図１に示すように、炉心１の中心位置を第０層、中心位置に隣接する環状の領域を第１層とする。第Ｎ層（ただし、０≦Ｎ≦１４）の外側に隣接する環状の領域を第Ｎ＋１層とする。上述したように、燃料集合体の断面形状は正六角形状であることから、各層の領域の形状は、正六角形の環状となる。
【００２７】
内側炉心燃料１１は、炉心１の中心領域に収容されている。中心領域は、図１に示すように、第０層から第５層までであり、６層の領域を有している。また、中心領域の最外層における複数の集合体の配置位置のうち、炉心１の中心位置から相対的に遠い一部の配置位置は、中間炉心燃料１２を収容する中間領域に設定されている。具体的には、図１に示すように、第５層を形成する六角形の環状の領域において、当該六角形の角に対応する６つの配置位置は、中間領域に設定されている。
【００２８】
中間炉心燃料１２は、中心領域に隣接した領域である中間領域に収容される。中間炉心燃料１２の核分裂性物質の含有率は、内側炉心燃料１１の核分裂性物質の含有率に比べて高い値に設定される。ここで、核分裂性物質は例えばＰｕである。
【００２９】
また、中間領域は、図１に示すように、２層の領域を有している。また、中間領域の最外層における複数の集合体の配置位置のうち、炉心１の中心位置から相対的に遠い一部の配置位置は、外側炉心燃料１３を収容する外側領域に設定されている。具体的には、図１に示すように、第７層を形成する六角形の環状の領域において、当該六角形の角に対応する６つの配置位置と、当該６つの配置位置のそれぞれに隣接する２つの配置位置とは、外側領域に設定されている。
【００３０】
外側炉心燃料１３は、中間領域に隣接した領域である外側領域に収容される。外側炉心燃料１３の核分裂性物質の含有率は、中間炉心燃料１２の核分裂性物質の含有率に比べて高い値に設定される。
【００３１】
外側領域は、図１に示すように、１層の領域を有している。これにより、本実施形態に係る炉心１では、中間領域及び外側領域は、合計で３層の領域を有する。また、中心領域、中間領域及び外側領域は、合計で９層の領域を有する。
【００３２】
なお、本実施形態では、中間領域を２層の領域、外側領域を１層の領域としたが、これに限らない。例えば、中間領域を１層の領域、外側領域を２層の領域としてもよい。中間領域を１層の領域、外側領域を２層の領域とした場合であっても、ＭＡ核変換量には有意な差がないものの、炉心１に収容される核分裂性物質量の観点から、核分裂性物質量の収容量が少ない組合せ（中間領域を２層の領域、外側領域を１層の領域）を推奨してもよい。
【００３３】
ここで、外側領域に対応する層における複数の集合体の配置位置のうち、炉心１の中心位置から相対的に遠い一部の配置位置は、ターゲット１５を収容するターゲット収容領域に設定されている。具体的には、図１に示すように、第８層を形成する六角形の環状の領域において、当該六角形の角に対応する６つの配置位置と、当該６つの配置位置のそれぞれに隣接する２つの配置位置とは、ターゲット収容領域に設定されている。
【００３４】
制御棒１４は、炉心１の中心領域及び中間領域の一部に設けられており、制御装置（不図示）により、内側炉心燃料１１又は中間炉心燃料１２の間への挿入量が制御される。これにより、炉心燃料の核分裂が制御される。
【００３５】
ターゲット１５は、外側領域に隣接し、外側領域を囲むターゲット収容領域に収容されている。ターゲット１５は、内側炉心燃料１１、中間炉心燃料１２及び外側炉心燃料１３から発生した中性子を吸収する、ＭＡの核変換用の燃料である。ターゲット１５は、水素化物燃料を含んでいる。水素化物燃料に含まれる水素が、内側炉心燃料１１、中間炉心燃料１２及び外側炉心燃料１３から発生した中性子を減速させることにより、ターゲット１５に含まれるＭＡが中性子を吸収する反応を起こす確率が大きくなる。これにより、ターゲット１５における核変換を促進することができ、ＭＡの消滅率を高めることができる。
【００３６】
また、ターゲット収容領域は、図１に示すように、１層の領域を有している。また、ターゲット収容領域に対応する層における複数の集合体の配置位置のうち、炉心１の中心位置から相対的に遠い一部の配置位置は、ブランケット燃料１６を収容するブランケット燃料収容領域に設定されている。具体的には、図１に示すように、第９層を形成する六角形の環状の領域において、当該六角形の角に対応する６つの配置位置と、当該６つ配置位置のそれぞれに隣接する２つの配置位置とは、ブランケット燃料収容領域に設定されている。また、上述したように、第８層を形成する六角形の環状の領域において、当該六角形の角に対応する６つの配置位置と、当該６つの配置位置のそれぞれに隣接する２つの配置位置とは、ターゲット収容領域に設定されている。このようにすることで、複数のターゲット１５のそれぞれの炉心中心からの距離の差を小さくし、ターゲット１５に照射される中性子束の平均値が低下することを抑制することができる。
【００３７】
ブランケット燃料１６は、ターゲット収容領域に隣接し、ターゲット収容領域を囲むブランケット燃料収容領域に収容されている。ブランケット燃料１６は、内側炉心燃料１１、中間炉心燃料１２、及び外側炉心燃料１３に比べて核分裂性物質の含有率が低い燃料として劣化ウランを含んでいる。劣化ウランは、核分裂性物質（例えば、プルトニウム）の生成を目的として収容されている。ブランケット燃料１６に含まれている劣化ウランが、炉心燃料から発生した中性子を吸収すると、劣化ウラン中のＵ−２３８がＰｕ−２３９に変換され、新たな燃料となる。
【００３８】
また、ブランケット燃料収容領域は、図１に示すように、２層の領域を有している。また、ブランケット燃料収容領域の最外層における複数の集合体の配置位置のうち、炉心１の中心位置から相対的に遠い一部の配置位置は、中性子遮蔽体を収容する遮蔽体収容領域に設定されている。具体的には、図１に示すように、第１１層を形成する六角形の環状の領域において、当該六角形の角に対応する６つの配置位置と、当該６つの配置位置のそれぞれに隣接する２つの配置位置とは、遮蔽体収容領域に設定されている。
【００３９】
中性子遮蔽体１７は、ブランケット燃料収容領域に隣接し、ブランケット燃料収容領域を囲む遮蔽体収容領域に収容されている。中性子遮蔽体１７は、内側炉心燃料１１、中間炉心燃料１２及び外側炉心燃料１３から発生した中性子が外部に漏れることを抑制するために設けられており、例えば、鉄又は水素材料を含む。
【００４０】
また、遮蔽体収容領域は、図１に示すように、４層の領域を有している。また、遮蔽体収容領域の最外層における複数の集合体の配置位置のうち、炉心１の中心位置から相対的に遠い一部の配置位置には集合体が配置されない。具体的には、図１に示すように、遮蔽体収容領域の最外層を形成する六角形の環状の領域において、当該六角形の角に対応する６つの配置位置と、当該６つの配置位置のそれぞれに隣接する２つの配置位置には、集合体が配置されない。
【００４１】
［炉心１の評価］
続いて、本実施形態に係る小型高速炉の炉心１の評価結果を示す。図２は、本実施形態に係る小型高速炉の炉心１の各層における最大線出力の分布を示す図である。図２に示す最大線出力の分布は、外側炉心燃料１３のＰｕ富化度を上限値とし、内側炉心燃料１１及び中間炉心燃料１２のＰｕ富化度を最適化したときの最大線出力の分布である。図２に示すように、内側炉心燃料１１、中間炉心燃料１２、及び外側炉心燃料１３が収容される第１層から第８層における最大線出力が、一点鎖線で示す最大線出力の制限値３７５Ｗ／ｃｍを下回っていることが確認できる。
【００４２】
図３は、ターゲット１５におけるＡｍ含有率を変化させた場合に、炉心燃料の最大線出力が制限値を超えないように各炉心燃料のＰｕ富化度を調整したときのＡｍの消滅量を示す図である。図３において、実線は、本実施形態に係る炉心１におけるＡｍの消滅量を示している。また、図３では、比較例として、図１に示す形状の炉心において、炉心燃料の領域を２領域（内側領域が６層、外側領域が３層）とした場合のＡｍの消滅量を破線で示す。また、比較例として、図４に示す形状の炉心におけるＡｍの消滅量を黒丸で示す。
【００４３】
図３に示すように、図４に示す形状の従来の高速炉の炉心は、炉心の臨界維持の観点から、Ａｍ含有率が８ａｔ％に制限されてしまい、Ａｍ消滅量は、７３ｋｇ／全出力運転年数となる。これに対し、図１に示す形状の炉心では、ターゲット１５の配置位置が改善されたことにより、炉心燃料の領域を２領域とした場合であっても、Ａｍの含有率を３０ａｔ％まで高めることができ、Ａｍ消滅量を向上させることができる。
【００４４】
さらに、本実施形態の炉心１のように、内側炉心燃料１１、中間炉心燃料１２及び外側炉心燃料１３を収容することにより、最大線出力の制限値を満足しつつ、炉心燃料の領域を内側領域及び外側領域の２つの領域とした場合に比べて、Ａｍ消滅量が約４％向上できていることが確認できる。
【００４５】
また、炉心１のターゲット１５におけるＡｍの含有率を２０ａｔ％にしたときの値を代表値として採用した場合、炉心１におけるＡｍの消滅量は、最大で約１２５ｋｇ／全出力運転年数となる。したがって、本実施形態に係る炉心１は、従来の高速炉の炉心に比べて、Ａｍ消滅量を約１．７倍まで高めることができる。
【００４６】
［本実施形態における効果］
以上のとおり、本実施形態に係る小型高速炉の炉心１は、中心領域に収容された内側炉心燃料１１と、中心領域に隣接し、中心領域を囲む中間領域に収容され、内側炉心燃料１１に比べて核分裂性物質の含有率が高い中間炉心燃料１２と、中間領域に隣接し、中間領域を囲む外側領域に収容され、中間炉心燃料１２に比べて核分裂性物質の含有率が高い外側炉心燃料１３と、外側領域に隣接し、外側領域を囲むターゲット収容領域に収容され、内側炉心燃料１１、中間炉心燃料１２及び外側炉心燃料１３から発生した中性子を吸収する、マイナーアクチノイドの核変換用の燃料であるターゲット１５と、を備える。
【００４７】
また、炉心１において、中心位置の周囲に複数の燃料集合体を配置させた１つの環状の領域を１層の領域としたとき、中間領域及び外側領域は、合計で３層の領域を有する。
【００４８】
小型高速炉における炉心燃料の燃料集合体の数は、集合体の配列ピッチが約１２０ｍｍである場合、約２００体となる。この場合、炉心燃料の層数は９層程度となる。また、一般的に、制御棒１４を図１に示すように２つの集合体を挟む程度に離間させるとともに、核分裂性物質の割合が相対的に低い中心領域に配置することが望ましいと考えられている。制御棒１４を中心領域の近傍に配置するには、中心領域の層数を６層以上とする必要がある。その結果、中間領域及び外側領域の層数は、３層が上限となる。これに対して、本実施形態に係る炉心１は、中間領域及び外側領域は、合計で３層の領域を有しており、制御棒１４の配置条件を満たしている。
【００４９】
また、本実施形態に係る炉心１は、図２に示すように、炉心燃料の最大線出力が制限値を超えることがない。また、上述したように、炉心１のターゲット１５におけるＡｍの含有率を２０ａｔ％にしたときの値を代表値として採用した場合、炉心１におけるＡｍの消滅量は、最大で約１２５ｋｇ／全出力運転年数となり、従来の高速炉の炉心に比べて、Ａｍ消滅量を約１．７倍まで高めることができる。さらに、本実施形態に係る炉心１は、図３に示すように、炉心燃料の領域を内側領域及び外側領域の２つの領域とした場合に比べて、Ａｍ消滅量が約４％向上できている。したがって、小型高速炉の炉心１は、炉心燃料の最大線出力が制限値を超えずにＭＡを効率的に消滅させることができる。
【００５０】
また、炉心１において、外側領域に対応する最外層の領域に含まれる複数の集合体の配置位置のうち、中心位置から相対的に遠い一部の配置位置は、ターゲット収容領域に設定されている。ターゲット収容領域に対応する層の領域に含まれる複数の集合体の配置位置のうち、中心位置から相対的に遠い一部の配置位置は、ブランケット燃料収容領域に設定されている。
【００５１】
図５に示す従来の炉心の配置では、炉心燃料領域は概ね正六角形状となるが、炉心コーナーの位置は炉心中心から遠いために、炉心辺部に比して中性子束が大きく低下し、ターゲット平均の中性子束を下げることとなる。これにより、ターゲット平均のＭＡ核変換反応率が減少して、高いＭＡ核変換率を達成することの妨げとなっている。
【００５２】
これに対し、本実施形態に係る炉心１は、上述のように、外側領域に対応する最外層の領域に含まれる複数の集合体の配置位置のうち、中心位置から相対的に遠い一部の配置位置を、ターゲット収容領域に設定し、ターゲット収容領域に対応する層の領域に含まれる複数の集合体の配置位置のうち、中心位置から相対的に遠い一部の配置位置は、ブランケット燃料収容領域に設定することにより、複数のターゲット１５のそれぞれの炉心中心からの距離の差を小さくし、ターゲット１５に照射される全中性子束の平均値が低下することを抑制することができる。図５の炉心配置を図１の炉心配置とすることで、ターゲット領域平均の全中性子束は約１０％上昇するとの結果が得られている。
【００５３】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の全部又は一部は、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を併せ持つ。
【符号の説明】
【００５４】
１  炉心
１１  内側炉心燃料
１２  中間炉心燃料
１３  外側炉心燃料
１４  制御棒
１５  ターゲット
１６  ブランケット燃料
１７  中性子遮蔽体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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