(57)【要約】【課題】発電単価あたりの再処理コストの低減を図ることができる高速炉の燃料装荷方法を提供する。【解決手段】平衡炉心１４の中央に位置する内側炉心燃料領域２には、複数の内側炉心燃料集合体７が装荷されている。内側炉心燃料領域２を取り囲む外側炉心燃料領域３には、複数の外側炉心燃料集合体８が装荷されている。外側炉心燃料領域３の外側を、半径方向ブランケット領域４、第１遮へい体領域５及び第２遮へい体領域６が取り囲む。初装荷炉心１の第１運転サイクルでの運転が終了した後に、炉心燃料集合体７が内側炉心燃料領域２から、外側炉心燃料集合体１３が外側炉心燃料領域３から取り出される。取り出された内側炉心燃料集合体７及び外側炉心燃料集合体８は、内側炉心燃料領域２には、複数の内側炉心燃料集合体７が装荷されている。内側炉心燃料領域２を取り囲む外側炉心燃料領域３に装荷される。【選択図】図２
2010145140.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ある高速炉の炉心に装荷されて少なくとも１つの運転サイクルでの運転を経験した後に前記炉心から取り出されて設定された取り出し燃焼度に達していない燃料集合体を、前記ある高速炉の前記炉心及び他の高速炉の炉心のいずれかに再装荷する高速炉の燃料装荷方法。
【請求項２】
前記再装荷される燃料集合体は、前記再装荷される燃料集合体が前記ある高速炉の前記炉心内に存在していた期間において前記再装荷される燃料集合体に含まれる燃料棒の被覆管が受けた高速中性子照射量が、この被覆管に対する高速中性子照射量の制限値に達する前に前記ある高速炉から取り出された燃料集合体である請求請１に記載の高速炉の燃料装荷方法。
【請求項３】
前記ある高速炉の前記炉心及び他の高速炉の炉心のいずれかに再装荷される前記燃料集合体の中性子無限増倍率が、前記ある高速炉及び前記他の高速炉のいずれかに装荷されていて、前記再装荷される燃料集合体と交換される他の燃料集合体の中性子無限増倍率以上になっている請求項１に記載の高速炉の燃料装荷方法。
【請求項４】
前記ある高速炉の前記炉心及び他の高速炉の炉心のいずれかに再装荷される前記燃料集合体が、前記ある高速炉の前記炉心及び前記他の高速炉の前記炉心のいずれかの中央部に装荷される請求項１に記載の高速炉の燃料装荷方法。
【請求項５】
前記ある高速炉の前記炉心が初装荷炉心であり、前記炉心から取り出された前記燃料集合体が再装荷される、前記ある高速炉及び前記他の高速炉のいずれかの前記炉心が前記初装荷炉心から平衡炉心に至る途中段階の移行炉心もしくは平衡炉心である請求項１ないし４のいずれか１項に記載の高速炉の燃料装荷方法。
【請求項６】
前記初装荷炉心が内側炉心燃料領域及び前記内側炉心燃料領域を取り囲む外側炉心燃料領域を有し、前記平衡炉心が前記内側炉心燃料領域及び前記外側炉心燃料領域を有しているとき、前記初装荷炉心の前記内側炉心燃料領域から取り出された前記燃料集合体である内側炉心燃料集合体を、前記平衡炉心の前記内側炉心燃料領域に再装荷し、前記初装荷炉心の前記外側炉心燃料領域から取り出された前記燃料集合体である外側炉心燃料集合体を、前記平衡炉心の前記外側炉心燃料領域に再装荷する請求請５に記載の高速炉の燃料装荷方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高速炉の燃料装荷方法に係り、特に、移行炉心の使用済み燃料を同じ炉心の別のサイクル、若しくは同じ仕様を有する別の高速炉に再装荷して資源有効利用を図る高速炉の燃料装荷方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高速増殖炉（ＦＢＲ）の燃料集合体及び炉心が、平川直弘、岩崎智彦著「原子炉物理入門」（東北大学出版会、２００３年１０月３０日、ｐ２７９〜２８６）に記載されている。一般的に、高速増殖炉の燃料集合体は、プルトニウム（Ｐｕ）を富化した劣化ウラン（Ｕ−２３８）を被覆管内に封入している複数の燃料棒を束ねた燃料棒束、この燃料棒束を取り囲むラッパ管、燃料棒束より上方に位置する冷却材流出部、および燃料棒束の下方に位置する中性子遮蔽体及び冷却材流入部（エントランスノズル）を備えている。
【０００３】
高速増殖炉の炉心は、上記した複数の燃料集合体を装荷して構成される。標準的な均質炉心では、Ｐｕ富化度の異なる２種類の燃料集合体が、半径方向の別々の２領域、すなわち、内側炉心燃料領域及び外側炉心燃料領域に配置されている。外側炉心燃料領域に装荷する燃料集合体のＰｕ富化度を、内側炉心燃料領域に装荷する燃料集合体のＰｕ富化度よりも高くして、炉心の半径方向の出力分布を平坦化している。被覆管内に封入する核燃料物質の形態としては、これ迄、金属燃料、窒化物燃料及び酸化物燃料等が検討されている。この中で、酸化物燃料が最も実績が豊富である。
【０００４】
酸化物燃料を用いる場合には、燃料棒は、燃料有効長の上端部及び下端部に、劣化Ｕの酸化物で製造されたＵＯ２燃料のペレットを充填した軸方向ブランケット領域をそれぞれ有し、上端部と下端部の間に、Ｐｕ及び劣化Ｕの各酸化物を混合して製造された混合酸化物、すなわちＭＯＸ燃料のペレットを充填している。ＭＯＸ燃料ペレットの充填領域の高さは、８０〜１００ｃｍ程度である。上記した内側炉心燃料領域及び外側炉心燃料領域には、ＭＯＸ燃料ペレットを充填した複数の燃料棒を有する複数の燃料集合体がそれぞれ装荷されている。
【０００５】
炉心内に位置して外側炉心燃料領域を取り囲む半径方向ブランケット領域には、燃料棒として、劣化ウランの酸化物で製造されたＵＯ２燃料ペレットのみを充填した複数の燃料棒だけを有するブランケット燃料集合体が装荷されている。炉心領域（内側炉心燃料領域及び外側炉心燃料領域）に存在する各燃料集合体内の核燃料物質の核分裂反応で発生した中性子のうち、炉心領域から漏れ出た中性子が、半径方向ブランケット領域及び各燃料棒の上端部及び下端部に存在する軸方向ブランケット領域に存在するＵ−２３８に吸収される。Ｕ−２３８が中性子を吸収することによって核分裂核種であるＰｕ−２３９が新たに生成される。このＰｕ−２３９の生成は炉心全体のＰｕの増殖（増殖比＞１．０）に寄与する。
【０００６】
高速増殖炉の起動・停止時及び出力を変える場合には、炉心内に挿入されている制御棒が操作される。制御棒は、炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）のペレットをステンレス製の被覆管内に封入して製作された複数の中性子吸収棒を束ね、この束ねた複数の中性子吸収棒を炉心燃料集合体と同様に正六角形のラッパ管内に収納して構成されている。高速増殖炉は、主炉停止制御棒及び後備炉停止制御棒の独立した２種類の制御棒を有している。この２種類の制御棒のうちの一方の制御棒のみで、高速増殖炉の緊急停止が可能になっている。
【０００７】
林秀行他：各種燃料形態・炉心に関する設計評価（１）―ナトリウム冷却炉心の検討―、サイクル機構技報Ｎｏ．１２別冊（２００１年９月）の６１頁の表２に、ＭＯＸ燃料を装荷するＮａ冷却大型ＦＢＲの炉心設計例が示されている。この炉心の燃料交換バッチ数は４である。すなわち、一回の燃料交換で炉心の炉心領域に装荷されている全燃料集合体の１／４の燃料集合体が新燃料集合体と交換される。
【０００８】
【非特許文献１】平川直弘、岩崎智彦著、原子炉物理入門：東北大学出版会、ｐ２７９〜２８６（２００３年１０月３０日）
【非特許文献２】林秀行他：各種燃料形態・炉心に関する設計評価（１）―ナトリウム冷却炉心の検討―、サイクル機構技報Ｎｏ．１２別冊、６１頁（２００１年９月）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
高速増殖炉の上記した炉心の初装荷炉心から平衡炉心に至る途中段階の移行炉心では、燃料交換バッチ数は４であるとき、第１運転サイクルから第３運転サイクルの終了時に炉心から取り出される燃料集合体は、設計で設定された取り出し燃焼度の設定値もしくは高速中性子照射量の制限値に達していない。特に、初装荷炉心に装荷されている燃料集合体は、その取り出し平均燃焼度が、平衡サイクル炉心の１／４程度と低い状況で炉心から取り出され、再処理される。このため、核燃料物質の有効利用の観点から無駄が生じていた。
【００１０】
林秀行他：各種燃料形態・炉心に関する設計評価（１）―ナトリウム冷却炉心の検討―、サイクル機構技報Ｎｏ．１２別冊、６１頁（２００１年９月）に記載された、酸化物燃料を有する燃料集合体が装荷された大型炉心の移行炉心、特に、初装荷炉心内の燃料集合体は、取り出し燃焼度もしくは高速中性子照射量が制限値より低い段階で取り出され、再処理に供される。
【００１１】
本発明の目的は、高速炉における発電単価あたりの再処理コストの低減を図ることができる高速炉の燃料装荷方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記した目的を達成するため本発明の特徴は、ある高速炉の炉心に装荷されて少なくとも１つの運転サイクルでの運転を経験した後にその炉心から取り出されて設定された取り出し燃焼度に達していない燃料集合体を、前記ある高速炉の炉心及び他の高速炉の炉心のいずれかに再装荷することにある。
【００１３】
ある高速炉の炉心に装荷されて少なくとも１つの運転サイクルでの運転を経験した後にその炉心から取り出されて設定された取り出し燃焼度に達していない燃料集合体を、前記ある高速炉の炉心及び他の高速炉の炉心のいずれかに再装荷することによって、この再装荷された燃料集合体を、取り出し燃焼度が設定取り出し燃焼度になるまで、前記ある高速炉及び他の高速炉のいずれかの炉心内に少なくとも１つ以上の運転サイクルでの運転を経験することができる。再処理を回避して再装荷された燃料集合体の取り出し燃焼度を高めることができる。このため、高速炉における発電単価あたりの再処理コストの低減を図ることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、高速炉の発電単価あたりの再処理コストの低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の実施例を以下に説明する。
【実施例１】
【００１６】
本発明の好適な一実施例である実施例１の高速炉の燃料装荷方法を、図１及び図２を用いて説明する。電気出力が１５０万ｋＷｅ級である大型のある高速増殖炉の初装荷炉心１は、図１に示すように、内側炉心燃料領域２、外側炉心燃料領域３、半径方向ブランケット領域４、第１遮へい体領域５及び第２遮へい体領域６を有する。内側炉心燃料領域２は、初装荷炉心１の中央部に配置され、外側炉心燃料領域３が内側炉心燃料領域２を取り囲んでいる。半径方向ブランケット領域４は外側炉心燃料領域３を取り囲み、第１遮へい体領域５は半径方向ブランケット領域４を取り囲んでいる。第２遮へい体領域６は、第１遮へい体領域５を取り囲み、初装荷炉心１の最も外側に配置される。炉心領域は内側炉心燃料領域２及び外側炉心燃料領域３を含んでいる。
【００１７】
内側炉心燃料領域２には複数の内側炉心燃料集合体７が装荷され、外側炉心燃料領域３には複数の外側炉心燃料集合体８が装荷される。内側炉心燃料集合体７及び外側炉心燃料集合体８は、Ｐｕを含む混合酸化物燃料を有する複数の燃料棒をそれぞれ有している。炉心領域の半径方向の出力分布を平坦化するために、外側炉心燃料集合体８のＰｕ富化度が、内側炉心燃料集合体７のそれよりも高くなっている。半径方向ブランケット領域４にはブランケット燃料集合体９が装荷される。ブランケット燃料集合体９は、燃料棒として、劣化ウランの酸化物で製造されたＵＯ２燃料ペレットのみを充填した複数の燃料棒のみを有している。第１遮へい体領域５には太径のステンレス鋼製ロッドで構成された複数の第１遮へい体１０が装荷され、第２遮へい体領域６にはＢ４Ｃを用いた複数の第２遮へい体１１が装荷されている。
【００１８】
初装荷炉心１は、高速増殖炉の建設後に初めて燃料集合体が装荷されて構成された炉心である。初装荷炉心１では、内側炉心燃料領域２に装荷された全ての内側炉心燃料集合体７のＰｕ富化度は同じであり、外側炉心燃料領域３に装荷された全ての外側炉心燃料集合体８のＰｕ富化度は同じである。初装荷炉心１には、図示されていないが、制御棒である複数の主炉停止制御棒及び複数の後備炉停止制御棒が挿入されている。
【００１９】
図１に示す初装荷炉心１が形成された高速増殖炉の平衡炉心１４を図２に示す。この平衡炉心１４は、初装荷炉心１と同様に、内側炉心燃料領域２、外側炉心燃料領域３、半径方向ブランケット領域４、第１遮へい体領域５及び第２遮へい体領域６を有する。平衡炉心１４は、初装荷炉心１を形成した高速増殖炉で、幾つかの運転サイクルの各運転終了後にそれぞれ燃料集合体の交換が順次行われ、平衡サイクルに到達したときの炉心である。
【００２０】
平衡炉心１４の中央に位置している内側炉心燃料領域２には、複数の内側炉心燃料集合体７が装荷されている。この内側炉心燃料領域２には、平衡炉心１４に装荷されてから運転を経験する運転サイクルが１サイクル目、２サイクル目、３サイクル目及び４サイクル目である、炉心滞在期間が異なるそれぞれの内側炉心燃料集合体７が存在する。内側炉心燃料領域２を取り囲む外側炉心燃料領域３には、複数の外側炉心燃料集合体８が装荷されている。この外側炉心燃料領域３には、内側炉心燃料領域２と同様に、平衡炉心１４に装荷されてから運転を経験する運転サイクルが１サイクル目、２サイクル目、３サイクル目及び４サイクル目である、炉心滞在期間が異なるそれぞれの外側炉心燃料集合体８が存在する。外側炉心燃料領域３を取り囲む半径方向ブランケット領域４にはブランケット燃料集合体９が装荷されている。半径方向ブランケット領域４を取り囲む第１遮へい体領域５には複数の第１遮へい体１０が装荷され、第１遮へい体領域５を取り囲む第２遮へい体領域６には複数の第２遮へい体１１が装荷されている。
【００２１】
初装荷炉心１及び平衡炉心１４の燃料集合体の取替えバッチ数は４である。１つの運転サイクルの運転が終了し、高速増殖炉の運転が停止された後、初装荷炉心１及び平衡炉心１４の内側炉心燃料領域２に装荷された内側炉心燃料集合体７、外側炉心燃料領域３に装荷された外側炉心燃料集合体８、及び半径方向ブランケット領域４に装荷されたブランケット燃料集合体９のそれぞれの１／４が交換される。この燃料交換は、燃料交換機を用いて行われる。燃料交換機によって高速増殖炉から取り出された各燃料集合体は、Ｎａを洗浄した後、使用済燃料貯蔵プールに貯蔵される。初装荷炉心１に最初に装荷された内側炉心燃料集合体７及び外側炉心燃料集合体８は、高速増殖炉の最初の運転サイクルにおける運転開始時から４つの運転サイクルでの運転が経過した後では、高速増殖炉から全て取り出されることになる。
【００２２】
初装荷炉心１を構成するために最初から装荷されている内側炉心燃料集合体７及び外側炉心燃料集合体８のうち、第１、第２及び第３運転サイクルの各運転終了後に高速増殖炉から取り出された各燃料集合体（使用済燃料集合体）は、平衡炉心１４から取り出された使用済燃料集合体に比べて炉内滞在期間が短い。前者の燃料集合体は、後者の燃料集合体に比べて取り出し燃焼度が小さくなっており、燃えずに残っている核分裂性プルトニウム（例えば、Ｐｕ２３９）の量が後者の燃料集合体よりも多くなっている。これは、内側炉心燃料領域２に装荷されて第１運転サイクルの終了後に取り出される内側炉心燃料集合体７の初装荷炉心に装荷された時点でのＰｕ富化度が、第４運転サイクルの終了後に取り出される内側炉心燃料集合体７の初装荷炉心に装荷された時点でのＰｕ富化度と同じであるからである。外側炉心燃料集合体８についても同じことが言える。初装荷炉心１に装荷された燃料集合体のうち上記のように早い時期に取り出された燃料集合体に含まれた燃料棒の被覆管の高速中性子照射量（Ｅ＞０．１ＭｅＶ）が、被覆管に対する高速中性子照射量の制限値よりも低くなっている。
【００２３】
初装荷炉心１から、平衡サイクルになっている平衡炉心に至る途中段階の移行炉心から取り出された使用済み燃料集合体に対しても、取り出し燃焼度及び被覆管の高速中性子照射量について同様なことが言える。
【００２４】
次に、初装荷炉心１に装荷された内側炉心燃料集合体７及び外側炉心燃料集合体８のそれぞれの中性子無限増倍率（ｋ∞）が燃焼度によって変化する状態を、図３を用いて説明する。特性２０は外側炉心燃料集合体８のｋ∞の変化を示し、特性２１は内側炉心燃料集合体７のｋ∞の変化を示している。特性２２は、初装荷炉心１において、内側炉心燃料集合体７のｋ∞及び外側炉心燃料集合体８のｋ∞を内側炉心燃料集合体７及び外側炉心燃料集合体８のそれぞれの体数で重みを付けて平均化したｋ∞を示している。特性２０，２１及び２２において、Ｉｋ０は、初装荷炉心１に装荷された内側炉心燃料集合体７及び外側炉心燃料集合体８の燃焼度が０ＧＷｄ／ｔの時（未燃焼時）におけるｋ∞を示している。また、Ｉｋ１、Ｉｋ２、Ｉｋ３及びＩｋ４は、それぞれ、第１運転サイクル、第２運転サイクル、第３運転サイクル及び第４運転サイクルでの高速増殖炉の運転が終了した時点におけるｋ∞を示している。なお、特性２０における添え字の（ＯＣ）は、外側炉心燃料領域３でのｋ∞の値であることを示している。特性２１における添え字の（ＩＣ）は、内側炉心燃料領域２でのｋ∞の値であることを示している。
【００２５】
平衡炉心１４に装荷されて燃焼度が０ＧＷｄ／ｔの内側炉心燃料集合体７及び外側炉心燃料集合体８のそれぞれの中性子無限増倍率（ｋ∞）が燃焼度によって変化する状態を、図４を用いて説明する。特性２３は外側炉心燃料集合体８のｋ∞の変化を示し、特性２４は内側炉心燃料集合体７のｋ∞の変化を示している。特性２５は、平衡炉心１４において、内側炉心燃料集合体７のｋ∞及び外側炉心燃料集合体８のｋ∞を内側炉心燃料集合体７及び外側炉心燃料集合体８のそれぞれの体数で重みを付けて平均化したｋ∞を示している。特性２３，２４及び２５において、Ｅｋ０は、平衡炉心１４に装荷された取替え燃料集合体である内側炉心燃料集合体７及び外側炉心燃料集合体８の燃焼度が０ＧＷｄ／ｔの時（未燃焼時）におけるｋ∞を示している。また、Ｅｋ１、Ｅｋ２、Ｅｋ３、及びＥｋ３は、それぞれ、炉内滞在サイクル数が１、２、３及び４の各運転サイクル末期における、取替え燃料集合体である内側炉心燃料集合体７及び外側炉心燃料集合体８のそれぞれのｋ∞を示している。
【００２６】
初装荷炉心１に装荷された内側炉心燃料集合体７のＰｕ富化度をＩＰｕ（ＩＣ）、初装荷炉心１に装荷された外側炉心燃料集合体８のＰｕ富化度をＩＰｕ（ＯＣ）、平衡炉心１４に装荷された取替え燃料集合体である内側炉心燃料集合体７のＰｕ富化度をＥＰｕ（ＩＣ）、及び平衡炉心１４に装荷された取替え燃料集合体である外側炉心燃料集合体８のＰｕ富化度をＥＰｕ（ＯＣ）としたとき、下記の（１）式から（４）式の関係が成立する。これらのＰｕ富化度は、それぞれ、燃焼度が０ＧＷｄ／ｔのときの値である。
【００２７】
ＩＰｕ（ＩＣ）＜ＩＰｕ（ＯＣ）              ……（１）
ＥＰｕ（ＩＣ）＜ＥＰｕ（ＯＣ）              ……（２）
ＩＰｕ（ＩＣ）＜ＥＰｕ（ＩＣ）              ……（３）
ＩＰｕ（ＯＣ）＜ＥＰｕ（ＯＣ）              ……（４）
初装荷炉心１の平均のｋ∞（Ｉｋ１……）は、高速増殖炉の建設後に運転を開始してから２番目の第２運転サイクルにおいて、１．０より小さくなる。このため、第１運転サイクルでの運転が終了した後に、内側炉心燃料領域２に装荷された内側炉心燃料集合体７のうちの１／４、及び外側炉心燃料領域３に装荷された外側炉心燃料集合体８のうちの１／４が、燃料交換機を用いることによって高速増殖炉から取り出される。内側炉心燃料領域２からは内側炉心燃料集合体１２が、外側炉心燃料領域３からは外側炉心燃料集合体１３が取り出される（図１参照）。取り出されたこれらの燃料集合体１２及び１３は、前述したように、Ｎａを洗浄した後、使用済燃料貯蔵プールで貯蔵される。
【００２８】
初装荷炉心１内の、取り出された燃料集合体１２及び１３のそれぞれの位置には、燃焼度が０ＧＷｄ／ｔである新しい取替え燃料集合体である内側炉心燃料集合体７及び外側炉心燃料集合体８が、燃料交換機によって装荷される。
【００２９】
第１運転サイクルでの運転が終了した後に初装荷炉心１から取り出されて使用済燃料貯蔵プールに貯蔵された複数の燃料集合体１２及び１３は、平衡炉心から取り出された使用済燃料集合体に比べて取り出し燃焼度が小さくて燃えずに残っている核分裂性プルトニウム（例えば、Ｐｕ２３９）の量が多くなっている。また、燃料集合体１２及び１３に含まれた燃料棒の被覆管の高速中性子照射量（Ｅ＞０．１ＭｅＶ）が、被覆管に対する高速中性子照射量の制限値よりも低くなっている。このため、初装荷炉心１で、１つの運転サイクルでの運転を経験した燃料集合体１２及び１３は、これらの燃料集合体を取り出した高速増殖炉の平衡炉心１４に、再度、装荷して使用することができる。このような燃料集合体１２及び１３の再装荷が可能な理由を以下に説明する。
【００３０】
第１運転サイクル終了後に初装荷炉心１から取り出された燃料集合体１２のｋ∞は、図３に示したように、Ｉ（ＩＣ）ｋ１である。第１運転サイクル終了後に初装荷炉心１から取り出された燃料集合体１３のｋ∞はＩ（ＯＣ）ｋ１である（図３参照）。これに対して、平衡炉心１４に装荷された取替え燃料集合体のうち第２運転サイクルでの運転を経験して炉内滞在期間が第３運転サイクルになろうとしている取替え燃料集合体である内側炉心燃料集合体７及び外側炉心燃料集合体８のｋ∞は、図４に示すように、Ｅ（ＩＣ）ｋ２及びＥ（ＯＣ）ｋ２である。Ｉ（ＩＣ）ｋ１はＥ（ＩＣ）ｋ２に一致し、Ｉ（ＯＣ）ｋ１はＥ（ＯＣ）ｋ２に一致している。
【００３１】
従って、平衡炉心１４においてある運転サイクルの運転が終了した後、第４運転サイクルの運転を経験した使用済燃料集合体である内側炉心燃料集合体７及び外側炉心燃料集合体８が、燃料交換機によって、内側炉心燃料領域２及び外側炉心燃料領域３からそれぞれ取り出され、高速増殖炉から使用済み燃料貯蔵プールまで搬送される。第４運転サイクルの運転を経験した内側炉心燃料集合体７及び外側炉心燃料集合体８が装荷されていたそれぞれの位置に、燃焼度が０ＧＷｄ／ｔの新しい内側炉心燃料集合体７及び外側炉心燃料集合体８が新しい取替え燃料集合体としてそれぞれ再装荷される。
【００３２】
平衡炉心１４に再装荷される時点での内側炉心燃料集合体７の中性子無限増倍率は、平衡炉心１４でこの燃料集合体と交換される内側炉心燃料集合体７の中性子無限増倍率以上になっている必要がある。平衡炉心１４に再装荷される時点での外側炉心燃料集合体８の中性子無限増倍率も、平衡炉心１４でこの燃料集合体と交換される外側炉心燃料集合体８の中性子無限増倍率以上になっている必要がある。
【００３３】
平衡炉心１４において、上記したある運転サイクルの運転が終了した時点で第２運転サイクルの運転を経験した取替え燃料集合体である内側炉心燃料集合体７及び外側炉心燃料集合体８も、上記したある運転サイクルの運転が終了した後に、燃料交換機によって、使用済燃料貯蔵プールまで搬送され、このプールに保管される。第２運転サイクルの運転を経験した取替え燃料集合体である内側炉心燃料集合体７及び外側炉心燃料集合体８が装荷されていた各位置が、図２に示す位置１５及び１６であったとする。
【００３４】
初装荷炉心１の第１運転サイクル終了後に取り出されて使用済み燃料貯蔵プールに保管されていた複数の燃料集合体１２及び１３が、上記したある運転サイクルの運転が終了し、第２運転サイクルの運転を経験した取替え燃料集合体が取り出された後、平衡炉心１４にそれぞれ再装荷される。すなわち、複数の燃料集合体１２が、内側炉心燃料領域２の各位置１５に再装荷される。複数の燃料集合体１３が、外側炉心燃料領域３の各位置１６に再装荷される。
【００３５】
以上に述べた本実施例の高速炉の燃料装荷方法が終了した後、高速増殖炉は、上記したある運転サイクルの次の運転サイクルでの運転を開始する。次の運転サイクルでの運転開始時においては、図４に示す炉内滞在期間が異なって燃焼度が異なる４種類の内側炉心燃料集合体７が、及び燃焼度が異なる４種類の外側炉心燃料集合体８が、高速増殖炉の平衡炉心１４内に存在することになる。
【００３６】
本実施例の高速炉の燃料交換方法によれば、第１運転サイクルの運転が終了した後に初装荷炉心１から取り出された内側炉心燃料集合体７及び外側炉心燃料集合体８は、上記したように、平衡炉心１４に装荷された取替え燃料集合体である、第２運転サイクルを経験した内側炉心燃料集合体７及び外側炉心燃料集合体８が装荷されていた各位置にそれぞれ再装荷して再び使用することができる。このとき、平衡炉心１４の特性は、平衡炉心１４に装荷されて第２運転サイクルを経験した内側炉心燃料集合体７及び外側炉心燃料集合体８を炉心から取り出さずにそのまま平衡炉心１４内で使用した場合の特性と同じになる。
【００３７】
本実施例によれば、初装荷炉心１から寿命になる前に取り出された内側炉心燃料集合体７及び外側炉心燃料集合体８を、保管し、再処理しないで、平衡炉心１４でさらに２サイクル（第３及び第４運転サイクル）の間、滞在させることができる。このため、取り出し燃焼度が設定取り出し燃焼度になる前に初装荷炉心１から取り出された内側炉心燃料集合体７及び外側炉心燃料集合体８は、平衡炉心１４から取り出されたときにおける燃焼度が３倍となる。したがって、本実施例は、単位発電量当たりの再処理コストを低減することができる。
【００３８】
本実施例において、取り出し燃焼度が設定取り出し燃焼度になる前に初装荷炉心１から取り出された燃料集合体を平衡炉心１４に再装荷する場合、その取り出された燃料集合体が初装荷炉心１において装荷されていた位置と全く同じ位置に装荷してもよい。しかしながら、例えば、初装荷炉心１の内側炉心燃料領域２内で外側炉心燃料領域３付近に配置されていた内側炉心燃料集合体７を、平衡炉心１４内の内側炉心燃料領域２の、半径方向における中心に再装荷してもよい。逆に、初装荷炉心１の内側炉心燃料領域２の中心に配置されていた内側炉心燃料集合体７を、平衡炉心１４内の内側炉心燃料領域２で外側炉心燃料領域３付近に再装荷してもよい。この再装荷によって、平衡炉心１４の半径方向における燃焼度分布が平坦化される。この結果、平衡炉心１４の半径方向における出力分布も平坦化される。
【００３９】
初装荷炉心１の外側炉心燃料領域３に装荷されていた外側炉心燃料集合体８を、平衡炉心１４の外側炉心燃料領域３に再装荷する場合にも、同様な燃料装荷方法を適用することができる。
【００４０】
以上の結果、被覆管の高速中性子照射量の最大値が減少するので、取り出し平均燃焼度が向上でき、再処理コストをさらに低減することができる。
【００４１】
ある高速増殖炉の初装荷炉心１から取り出した燃料集合体１２及び１３を、この初装荷炉心１が存在している高速増殖炉とは別の高速増殖炉の平衡炉心１４に実施例１と同様に装荷しても良い。この場合においても、実施例１で得られる各効果を得ることができる。
【実施例２】
【００４２】
本発明の他の実施例である実施例２の高速炉の燃料装荷方法を、図５及び図６を用いて説明する。図５に示す高速増殖炉の初装荷炉心１は、図１に示す初装荷炉心１と同じ構成を有している。本実施例では、初装荷炉心１から取り出された燃料集合体が、この初装荷炉心１が存在する高速増殖炉とは別の高速増殖炉の平衡炉心１７（図６参照）に装荷される。平衡炉心１７は、実施例１が対象とする平衡炉心１４と同じ構成を有している。
【００４３】
本実施例の高速炉の燃料装荷方法を具体的に説明する。実施例１と同様に、第１運転サイクルの運転が終了した後に、一部の内側炉心燃料集合体７である燃料集合体１８が、初装荷炉心１の内側炉心燃料領域２から取り出され、使用済燃料貯蔵プールに保管される。その第１運転サイクルの運転が終了した後に、一部の外側炉心燃料集合体８も、初装荷炉心１の外側炉心燃料領域３から取り出され、使用済燃料貯蔵プールに保管される。
【００４４】
その初装荷炉心１が存在する高速増殖炉とは別の高速増殖炉の平衡炉心１７におけるある運転サイクルの運転が終了した後、この平衡炉心１７から、装荷されている内側炉心燃料集合体７及び外側炉心燃料集合体８のうち第４運転サイクルの運転を経験して使用済燃料集合体になった内側炉心燃料集合体７及び外側炉心燃料集合体８が取り出される。燃焼度が０ＧＷｄ／ｔの新しい内側炉心燃料集合体７及び外側炉心燃料集合体８が、平衡炉心１７内に装荷される。
【００４５】
上記したある運転サイクルの運転が終了した後には、第２運転サイクルの運転を経験した取替え燃料集合体である内側炉心燃料集合体７及び外側炉心燃料集合体８も、平衡炉心１７から取り出される。平衡炉心１７の内側炉心燃料領域２に、別の高速増殖炉の初装荷炉心１の内側炉心燃料領域２から取り出されて保管されている複数の燃料集合体１８が装荷される。これらの燃料集合体１８は、平衡炉心１７の内側炉心燃料領域２の中央にまとめて装荷される。平衡炉心１７では、燃料集合体１８をまとめて装荷するために、該当する各内側炉心燃料集合体７を内側炉心燃料領域２内で移動させて、燃料集合体１８６をまとめて装荷できる領域を内側炉心燃料領域２の中央に確保する。初装荷炉心１から取り出された複数の外側炉心燃料集合体８は平衡炉心１７の外側炉心燃料領域３に装荷される。
【００４６】
平衡炉心１７の半径方向における出力分布を図７に示す。特性３１は、本実施例の燃料交換方法を適用しない状態における平衡炉心の内側炉心燃料領域２の半径方向の出力分布を示している。特性３２は、平衡炉心の外側炉心燃料領域３における半径方向の出力分布を示している。特性３３は、本実施例の燃料交換方法が実行されて中央に複数の燃料集合体１８をまとめて装荷した平行炉心１７の内側炉心燃料領域２の半径方向の出力分布を示している。本実施例の燃料交換方法が適用され、初装荷炉心１から取り出された外側炉心燃料集合体８が装荷された平衡炉心１７の外側炉心燃料領域３の半径方向の出力分布は、特性３２と同じである。
【００４７】
本実施例の燃料交換方法が行われた平衡炉心１７の内側炉心燃料領域２の半径方向の出力分布は、特性３３に示されるように、内側炉心燃料領域２の中心で炉心の出力が低下している。これは、中性子無限増倍率が低いＩ（ＩＣ）ｋ１の燃料集合体１７を内側炉心燃料領域２の中心にまとめて装荷するからである。特性３３に示される、内側炉心燃料領域２の半径方向の出力分布が中心で低下しているので、熱的余裕が向上する。本実施例も、実施例１で生じる各効果を得ることができる。
【００４８】
前述の実施例１及び２は、平衡炉心だけでなく、初装荷炉心から平衡炉心に至る途中段階の移行炉心に適用することもできる。すなわち、初装荷炉心から取り出した燃料集合体を、この燃料集合体を取り出した高速増殖炉の移行炉心、また、この高速増殖炉とは別の高速増殖炉の移行炉心に再装荷することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の好適な一実施例である実施例１の高速炉の燃料装荷方法が適用される、高速増殖炉の初装荷炉心の１／２横断面図である。
【図２】実施例１の高速炉の燃料装荷方法が適用される、図１に示す高速増殖炉の平衡炉心の１／２横断面図である。
【図３】図１に示す初装荷炉心に装荷された内側炉心燃料集合体及び外側炉心燃料集合体の中性子無限増倍率の燃焼度による変化を示す特性図である。
【図４】図２に示す平衡炉心に装荷された内側炉心燃料集合体及び外側炉心燃料集合体の中性子無限増倍率の燃焼度による変化を示す特性図である。
【図５】本発明の他の実施例である実施例２の高速炉の燃料装荷方法が適用される、高速増殖炉の初装荷炉心の１／２横断面図である。
【図６】実施例２の高速炉の燃料装荷方法が適用される、図５に示す高速増殖炉とは別の高速増殖炉の平衡炉心の１／２横断面図である。
【図７】実施例２の燃料装荷方法が適用された平衡炉心における半径方向の出力分布を示す特性図である。
【符号の説明】
【００５０】
１…初装荷炉心、２…内側炉心燃料領域、３…外側炉心燃料領域、４…半径方向ブランケット燃料領域、５…第１遮へい体領域、６…第２遮へい体領域、７…内側炉心燃料集合体、８…外側炉心燃料集合体、９…ブランケット燃料集合体、１４，１７…平衡炉心。
【図１】
2010145140.tif 000003
【図２】
2010145140.tif 000004
【図３】
2010145140.tif 000005
【図４】
2010145140.tif 000006
【図５】
2010145140.tif 000007
【図６】
2010145140.tif 000008
【図７】
2010145140.tif 000009