(57)【要約】  複数の燃料サイクルに関連する複数の炉心内に燃料を装荷する方法。本方法は、第１の燃料サイクルでは、第１の燃料バッチから選択された第１の燃料アセンブリを第１の炉心に装荷するステップと、第２の燃料バッチから第１の部分的に使用済みの燃料アセンブリを第１の炉心に装荷するステップと、第１の燃料バッチから第２の燃料アセンブリを第２の炉心に装荷するステップと、第２の燃料バッチから第２の部分的に使用済みの燃料アセンブリを第２の炉心に装荷するステップと、を含む。第１の燃料サイクルの完了後に実行される第２の燃料サイクルでは、本方法は、新しい燃料アセンブリを第２の炉心に装荷するステップと、第１の燃料バッチから第１の燃料アセンブリを第２の炉心に装荷するステップと、を含む。【選択図】  図８Ｂ
2019513230.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の燃料サイクルに関連する複数の炉心内に燃料を装荷する方法であって、前記方法が、
第１の燃料サイクルにおいて、
第１の燃料バッチから選択された第１の燃料アセンブリを第１の炉心に装荷するステップと、
第２の燃料バッチから第１の部分的に使用済みの燃料アセンブリを前記第１の炉心に装荷するステップと、
前記第１の燃料バッチから第２の燃料アセンブリを第２の炉心に装荷するステップと、
前記第２の燃料バッチから第２の部分的に使用済みの燃料アセンブリを前記第２の炉心に装荷するステップと
を含み、
前記第１の燃料サイクルの完了後に実行される第２の燃料サイクルにおいて、
新しい燃料アセンブリを前記第２の炉心に装荷するステップと、
前記第１の燃料バッチからの前記第１の燃料アセンブリを前記第２の炉心に装荷するステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記第１の燃料アセンブリを前記第２の炉心に装荷するステップが、
前記第１の炉心から前記第１の燃料アセンブリを取り出すステップと、
前記第２の部分的に使用済みの燃料アセンブリを前記第１の燃料アセンブリに置き換えるステップと
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の燃料サイクルにおいて、
前記第１の燃料バッチから選択された第３の燃料アセンブリを第３の炉心に装荷するステップと、
第３の部分的に使用済みの燃料アセンブリを前記第３の炉心に装荷するステップと
をさらに含み、
前記第２の燃料サイクルにおいて、前記第３の部分的に使用済みの燃料アセンブリを前記第２の炉心に装荷するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の燃料サイクルにおいて、第４の燃料バッチから選択された第４の燃料アセンブリを第４の炉心に装荷するステップをさらに含み、
前記第２の燃料サイクルにおいて、前記第４の燃料アセンブリを前記第３の炉心に装荷するステップをさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の燃料バッチが、第１の核同位体に関連する燃料を含み、前記第４の燃料バッチが、前記第１の核同位体とは異なる第２の核同位体に関連する燃料を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の燃料バッチが、酸化ウラン（ＵＯ２）燃料を含み、前記第４の燃料バッチが、ウラン−プルトニウム混合酸化物（ＭＯＸ）燃料を含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記第４の燃料アセンブリを前記第３の炉心に装荷するステップが、
前記第３の炉心から前記第３の部分的に使用済みの燃料アセンブリを取り出すステップと、
前記第３の部分的に使用済みの燃料アセンブリを前記第４の燃料アセンブリに置き換えるステップと
を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項８】
前記第２の炉心から前記第２の部分的に使用済みの燃料アセンブリを取り出すステップと、
前記第３の炉心から前記第４の燃料アセンブリを取り出すステップと
をさらに含み、
第３の燃料サイクルにおいて、
前記第４の燃料アセンブリを前記第２の炉心に装荷するステップと、
前記第２の部分的に使用済みの燃料アセンブリを前記第４の炉心に装荷するステップと
をさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項９】
前記第３の燃料アセンブリが、少なくとも１つのウラン同位体を含む核燃料を含み、前記第３の部分的に使用済みの燃料アセンブリが、少なくとも１つのプルトニウム同位体を含む核燃料を含む、請求項３に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の燃料サイクルの終了後に、前記第１の部分的に使用済みの燃料アセンブリを前記第１の炉心から取り出すステップと、
前記第２の燃料サイクルにおいて、前記第１の部分的に使用済みの燃料アセンブリを前記第３の炉心に装荷するステップと
をさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項１１】
燃料装荷システムであって、
複数のオンサイト炉心に関連するいくつかの燃料アセンブリを貯蔵するように構成された燃料貯蔵施設と、
使用済み燃料アセンブリを前記燃料貯蔵施設に輸送するように構成された輸送装置と、
第１の燃料装荷構成を含む第１の炉心と、第２の燃料装荷構成を含む第２の炉心と、第３の燃料装荷構成を含む第３の炉心とを備え、
前記第１の燃料装荷構成が、
第１の燃料バッチに関連する第１の燃料アセンブリと、
第２の燃料バッチに関連する第１の部分的に使用済みの燃料アセンブリと
を備え、
前記第２の燃料装荷構成が、
前記第１の燃料バッチに関連する第２の燃料アセンブリと、
前記第２の燃料バッチに関連する第２の部分的に使用済みの燃料アセンブリであって、先の燃料サイクルの後に、前記第１の炉心から取り出され前記燃料貯蔵施設に輸送された第２の部分的に使用済みの燃料アセンブリと、
前に２つの燃料サイクルを完了した部分的に使用済みの核燃料を含む第３サイクルの燃料アセンブリと
を備え、
前記第３の燃料装荷構成が、
前記第１の燃料バッチに関連する第３の燃料アセンブリと、
前記第３の炉心内にあった前記第３サイクルの燃料アセンブリを置き換えた第３の部分的に使用済みの燃料アセンブリであって、前記第３サイクルの燃料アセンブリは、前記先の燃料サイクルの後に、前記第３の炉心から取り出され前記燃料貯蔵施設に輸送されたものである、第３の部分的に使用済みの燃料アセンブリと
を備える、燃料装荷システム。
【請求項１２】
前記輸送装置が、
前記第２の部分的に使用済みの燃料アセンブリが前記第２の炉心内に装荷される前に、前記第２の部分的に使用済みの燃料アセンブリを前記燃料貯蔵施設に輸送するように、かつ、
前記第３の部分的に使用済みの燃料アセンブリが前記第２の炉心内に装荷される前に、前記第３の部分的に使用済みの燃料アセンブリを前記燃料貯蔵施設に輸送するように
構成されている、請求項１１に記載の燃料装荷システム。
【請求項１３】
前記燃料貯蔵施設が、前記複数のオンサイト炉心を収容する複数の原子炉ベイに流体結合された共用使用済み燃料貯蔵プールを備え、前記輸送装置が、前記炉心のうちの１つまたは複数を前記複数の原子炉ベイから、前記共用使用済み燃料貯蔵プールに近接して配置された燃料補給ステーションに輸送するように構成されたクレーンを備える、請求項１１に記載の燃料装荷システム。
【請求項１４】
前記輸送装置が、前記燃料補給ステーションに配置された炉心の１つまたは複数の部分的に使用済みの燃料アセンブリを、他のオンサイト炉心から前に取り出され前記共用使用済み燃料貯蔵プール内に配置された１つまたは複数の他の部分的に使用済みの燃料アセンブリに置き換えるようにさらに構成されている、請求項１３に記載の燃料装荷システム。
【請求項１５】
第４の燃料バッチから選択された第４の燃料アセンブリを含む第４の燃料装荷構成を含む第４の炉心をさらに備え、前記第４の燃料アセンブリが、前記第４の炉心内にあった前記第３の部分的に使用済みの燃料アセンブリを前記先の燃料サイクルの後に置き換えたものである、請求項１１に記載の燃料装荷システム。
【請求項１６】
前記燃料装荷システムが、
次の燃料サイクルのために前記第４の燃料アセンブリを含むように更新された、前記第２の炉心に関連する第２の燃料構成と、
前記次の燃料サイクルのために前記第２の部分的に使用済みの燃料アセンブリを含むように更新された、前記第４の炉心に関連する第４の燃料構成と
を備える、次の燃料サイクルのために更新された、請求項１５に記載の燃料装荷システム。
【請求項１７】
処理装置による実行に応じて前記処理装置に動作を実行させる命令が格納された記憶装置であって、前記動作が、
第１の燃料サイクルのために、第１の炉心に関連する第１の燃料構成を決定するステップであって、前記第１の燃料構成が、第１の燃料バッチから選択された第１の燃料アセンブリと、第２の燃料バッチから選択された第１の部分的に使用済みの燃料アセンブリとを備える、ステップと、
前記第１の燃料サイクルのために、第２の炉心に関連する第２の燃料構成を決定するステップであって、前記第２の燃料構成が、前記第１の燃料バッチから選択された第２の燃料アセンブリと、前記第２の燃料バッチから選択された第２の部分的に使用済みの燃料アセンブリとを備える、ステップと、
前記第１の燃料サイクルの完了後に実施される第２の燃料サイクルのために、新しい燃料アセンブリおよび前記第１の燃料バッチから選択された前記第１の燃料アセンブリを含むように前記第２の炉心に関連する前記第２の燃料構成を更新するステップと
を含む、記憶装置。
【請求項１８】
前記動作が、前記第１の燃料サイクルのために、第３の炉心に関連する第３の燃料構成を決定するステップをさらに含み、前記第３の燃料構成が、前記第１の燃料バッチから選択された第３の燃料アセンブリと、第３の部分的に使用済みの燃料アセンブリとを備え、前記第２の燃料サイクルのために前記第２の燃料構成を更新するステップが、前記第３の部分的に使用済みの燃料アセンブリを含むように前記第２の燃料構成を更新するステップをさらに含む、請求項１７に記載の記憶装置。
【請求項１９】
前記動作が、
前記第１の燃料サイクルのために、第４の燃料バッチから選択された第４の燃料アセンブリを含む、第４の炉心に関連する第４の燃料構成を決定するステップと、
前記第２の燃料サイクルのために、前記第４の燃料アセンブリを含むように前記第３の炉心に関連する前記第３の燃料構成を更新するステップと
をさらに含む、請求項１８に記載の記憶装置。
【請求項２０】
前記動作が、
第３の燃料サイクルのために、前記第４の燃料アセンブリを含むように前記第２の炉心に関連する前記第２の燃料構成を更新するステップと、
前記第３の燃料サイクルのために、前記第２の部分的に使用済みの燃料アセンブリを含むように前記第４の炉心に関連する前記第４の燃料構成を更新するステップと
をさらに含む、請求項１９に記載の記憶装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［政府の関心］
本発明は、エネルギー省によって授与された契約番号ＤＥ−ＮＥ００００６３３による政府の支援によってなされた。政府は本発明に一定の権利を有する。
【０００２】
［関連する事項の記載］
本出願は、「Ｉｎｔｅｒ−Ｍｏｄｕｌｅ  Ｓｈｕｆｆｌｉｎｇ  ｆｏｒ  Ｆｕｅｌ  Ｃｙｃｌｅ  Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ」と題する２０１６年３月２９日に出願された米国仮特許出願第６２／３１４，５２３号の優先権を主張する、２０１７年２月２８日に出願された米国特許出願第１５／４４５，１８６号の優先権を主張し、その内容は、全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００３】
いくつかのタイプの原子力プラントの燃料コストは、同等の規模の化石燃料プラントよりも低く、安定しているかもしれないが、原子力プラントの燃料コストは依然として年間数百万ドルになる可能性がある。プラント運転全体を最適化するために、燃料が原子炉から使用済み燃料プールに排出される前に、通常は、核燃料中の実際の核分裂性同位体のわずかなパーセンテージしか消費されない。
【０００４】
既知の加圧水型原子炉（ＰＷＲ）および沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）では、炉心は、複数の燃料アセンブリとして配置することができる多数の燃料棒を含むことができる。燃料燃焼のある程度の改善は、２００個を超える燃料アセンブリを含む大型炉心内で燃焼した燃料アセンブリをシャッフルすることによって達成することができるが、しかし、炉心の物理的考察は、燃料消費の潜在的な利益および燃料コストの相応な削減を制限する。
【０００５】
炉心内の燃料棒の一部または全部を交換することができる燃料補給作業中に、炉心にアクセスするためには、原子炉容器を少なくとも部分的に分解しなければならない。したがって、燃料補給作業中に原子炉を停止しなければならず、その時、典型的な発電所はもはや発電することができない。
この出願は、これらおよび他の問題に対処する。
【発明の概要】
【０００６】
複数の燃料サイクルに関連する複数の炉心内に燃料を装荷する例示的な方法が本明細書で開示される。例示的な方法は、第１の燃料サイクルでは、第１の燃料バッチから選択された第１の燃料アセンブリを第１の炉心に装荷するステップと、第２の燃料バッチから第１の部分的に使用済みの燃料アセンブリを第１の炉心に装荷するステップと、第１の燃料バッチから第２の燃料アセンブリを第２の炉心に装荷するステップと、第２の燃料バッチから第２の部分的に使用済みの燃料アセンブリを第２の炉心に装荷するステップと、を含むことができる。第１の燃料サイクルの完了後に実行され得る第２の燃料サイクルでは、本方法は、新しい燃料アセンブリを第２の炉心に装荷するステップと、第１の燃料バッチから第１の燃料アセンブリを第２の炉心に装荷するステップと、を含むことができる。
【０００７】
例示的な燃料装荷システムが本明細書で開示される。例示的な燃料装荷システムは、複数のオンサイト炉心に関連するいくつかの燃料アセンブリを貯蔵するように構成された燃料貯蔵施設と、使用済み燃料アセンブリを燃料貯蔵施設に輸送するように構成された輸送装置と、を備えることができる。第１の炉心は、第１の燃料バッチに関連する第１の燃料アセンブリと、第２の燃料バッチに関連する第１の部分的に使用済みの燃料アセンブリと、を含む第１の燃料装荷構成を備えることができる。
【０００８】
第２の炉心は、第１の燃料バッチに関連する第２の燃料アセンブリを含む第２の燃料装荷構成と、第２の燃料バッチに関連する第２の部分的に使用済みの燃料アセンブリと、前に完了した２つの燃料サイクルを有する部分的に使用済みの核燃料を含む第３サイクルの燃料アセンブリと、を備えることができる。第２の部分的に使用済みの燃料アセンブリは、先の燃料サイクルの後に、第１の炉心から取り出され燃料貯蔵施設に輸送され得る。
【０００９】
さらに、第３の炉心は、第１の燃料バッチに関連する第３の燃料アセンブリと、第３の炉心内の第３サイクルの燃料アセンブリを置き換えた第３の部分的に使用済みの燃料アセンブリと、を含む第３の燃料装荷構成を備えることができる。第３サイクルの燃料アセンブリは、先の燃料サイクルの後に、第３の炉心から取り出され燃料貯蔵施設に輸送され得る。
【００１０】
例示的な記憶装置が本明細書で開示される。例示的な記憶装置は、処理装置による実行に応答して処理装置に動作を実行させる命令を格納することができる。動作は、第１の燃料サイクルについて、第１の炉心に関連する第１の燃料構成を決定する動作を含むことができる。第１の燃料構成は、第１の燃料バッチから選択された第１の燃料アセンブリと、第２の燃料バッチから選択された第１の部分的に使用済みの燃料アセンブリと、を備えることができる。動作はまた、第１の燃料サイクルについて、第２の炉心に関連する第２の燃料構成を決定する動作を含むことができる。
【００１１】
第２の燃料構成は、第１の燃料バッチから選択された第２の燃料アセンブリと、第２の燃料バッチから選択された第２の部分的に使用済みの燃料アセンブリと、を備えることができる。さらに、動作は、第１の燃料サイクルの完了後に実施される第２の燃料サイクルについて、新しい燃料アセンブリおよび第１の燃料バッチから選択された第１の燃料アセンブリを含むように第２の炉心に関連する第２の燃料構成を更新する動作を含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】原子炉モジュールの一例を示す図である。
【図２】部分的に分解された原子炉圧力容器を備える例示的な原子炉モジュールを示す図である。
【図３】炉心の一例を示す図である。
【図４】例示的な燃料アセンブリの拡大図である。
【図５Ａ】第１の燃料サイクルに関連する燃料アセンブリの例示的なアレイの平面図である。
【図５Ｂ】第２の燃料サイクルに関連する燃料アセンブリの例示的なアレイの平面図である。
【図５Ｃ】第３の燃料サイクルに関連する燃料アセンブリの例示的なアレイの平面図である。
【図６】複数の原子炉モジュールを備える原子力施設を示す図である。
【図７Ａ】いくつかの燃料サイクルに関連する例示的な燃料シャフリング構成を示す図である。
【図７Ｂ】次の燃料サイクルに関連するさらなる例示的な燃料シャフリング構成を示す図である。
【図７Ｃ】さらなる燃料サイクルに関連するさらに別の例示的な燃料シャフリング構成を示す図である。
【図８Ａ】燃料が順方向および逆方向の両方でシャッフルされ得る例示的な燃料シャフリング構成を示す図である。
【図８Ｂ】次の燃料サイクルに関連するさらなる例示的な多方向燃料シャフリング構成を示す図である。
【図８Ｃ】次の燃料サイクルに関連するさらなる例示的な多方向燃料シャフリング構成を示す図である。
【図９】複数の炉心内に燃料を装荷することに関連する例示的なシステムを示す図である。
【図１０】複数の燃料サイクルに関連する複数の炉心について例示的な燃料シャフリングプロセスを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本明細書で開示および／または参照される様々な例は、２０１６年１月２２日に出願され、「Ｉｎ−Ｃｏｒｅ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ」と題する米国特許出願第１５／００４，１２８号明細書に記載された１つまたは複数の特徴と整合して、または関連して動作することができ、上記出願の内容はその全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【００１４】
図１は、乾燥および／または排気された格納領域１４を有する例示的な原子炉モジュール１００を示す。原子炉モジュール１００は、原子炉圧力容器５２によって囲まれた炉心６を含むことができる。原子炉圧力容器５２内の一次冷却材１０は炉心６を取り囲む。
【００１５】
原子炉圧力容器５２は、格納容器５４によって取り囲まれてもよい。いくつかの例では、格納容器５４は、原子炉プール１５０内に配置されてもよい。原子炉プール１５０は、地面の下に貯蔵されたホウ酸処理された水を収容することができる。格納容器５４は、原子炉プール１５０内に少なくとも部分的に沈められてもよい。いくつかの例では、格納容器５４の上部ヘッドの少なくとも一部は、上部ヘッドを通る電気接続部および／または貫通部を乾燥状態に保つために、原子炉プール１５０の表面１５５の上方に配置することができる。さらに、格納容器５４は、原子炉圧力容器５２に関連する任意の一次冷却材１０が格納容器５４の外側で原子炉プール１５０内および／または周囲環境に漏れるように放出することを妨げるように構成することができる。
【００１６】
格納容器５４は、略円筒形であってもよい。いくつかの例では、格納容器５４は、カプセル形状の格納容器を形成する１つまたは複数の楕円形、ドーム形状、または球形状の端部を有してもよい。格納容器５４は、原子炉モジュール１００の通常の動作中に液体および／またはガスが格納容器５４から漏れたり格納容器５４に入ったりすることができないように、環境に対して溶接またはその他の方法で封止することができる。様々な例では、原子炉圧力容器５２および／または格納容器５４は、底部に支持されてもよく、上部に支持されよく、その中心の周りに支持されてもよく、またはこれらの任意の組み合わせであってもよい。
【００１７】
いくつかの例および／または動作モードでは、原子炉圧力容器５２の内面は、一次冷却材１０および／または蒸気を含む湿潤環境に曝されることがあり、原子炉圧力容器５２の外面は、実質的に乾燥した環境に曝されることがある。原子炉圧力容器５２は、ステンレス鋼、炭素鋼、他のタイプの材料または複合材料、またはこれらの任意の組み合わせを含んでもよく、および／またはそれらから作られてもよい。
【００１８】
格納容器５４内に形成された格納領域は、原子炉圧力容器５２を実質的に取り囲むことができる。格納領域１４は、いくつかの例および／または動作モードでは、乾燥した、空隙のある、排気された、および／またはガスの環境を含むことができる。格納領域１４は、ある量の空気、アルゴンなどの希ガス、他の種類のガス、またはこれらの任意の組み合わせを含むことができる。さらに、原子炉圧力容器５２および格納容器５４の一方または両方の、格納領域１４に拘束される表面は、原子炉プール１５０内での燃料補給、停止、または輸送などの特定の動作モード中に水に曝されてもよい。
【００１９】
格納領域１４は、約３００ｍｍＨｇ絶対圧（５．８ｐｓｉａ）以下の部分真空を含む、大気圧以下に維持されてもよい。いくつかの例では、格納領域１４は、約５０ｍｍＨｇ絶対圧（１ｐｓｉａ）に維持されてもよい。さらに他の例では、格納領域１４は、実質的に完全な真空に維持されてもよい。格納容器５４内のいかなるガスも、原子炉モジュール１００の動作に先立って排気および／または除去することができる。原子炉モジュール１００の通常動作中、格納領域１４は、乾燥状態が維持されてもよく、および／または任意の水もしくは液体が排気されてもよい。同様に、格納領域１４は、任意の空気またはガスの排気が少なくとも部分的に維持されてもよい。
【００２０】
熱交換器は、電力を生成するために、二次冷却システム内の給水および／または蒸気を循環させるように構成することができる。いくつかの例では、給水は熱交換器を通過し、過熱蒸気となり得る。二次冷却システム内の給水および／または蒸気は、原子炉圧力容器５２内の一次冷却材１０から隔離され、これにより相互に混合または直接接触することができないようになっている。
【００２１】
二次冷却システムの熱交換器および／または付随する配管は、１つまたは複数のプレナム３０で原子炉圧力容器５２を貫通するように構成されてもよい。さらに、二次配管は、配管が格納容器５４を貫通する原子炉プール１５０の高さより上の上部格納領域まで導かれてもよい。原子炉プール１５０の上方で格納容器から出ることによって、高温蒸気および給水ラインは原子炉プール水１５０への熱を失わない。
【００２２】
通常の非緊急停止の間に、１つまたは複数の蒸気発生器は、蒸気を放出して、通常動作温度から約２５０°Ｆ（１２１℃）まで原子炉モジュール１００を冷却するように構成することができる。しかし、蒸気を放出するプロセスが２５０°Ｆでいくらか無効になるので、原子炉モジュールの温度は、二次冷却材の沸騰温度に近づくほど本質的に静的になるか、または固定され得る。
【００２３】
冷却プロセスは、例示的な原子炉モジュール１００の格納領域１４を少なくとも部分的に浸水させることによって補強されてもよい。いくつかの例では、水位が原子炉圧力容器５２内に配置された加圧器バッフルプレートの高さ以上になるまで、格納領域１４が原子炉格納容器１５０からのホウ素処理水で溢れてもよい。冷却プロセス中、格納領域１４に入る水は原子炉圧力容器５２の外側に保たれ、同様に、すべての一次冷却材１０は原子炉圧力容器５２内に保持される。
【００２４】
原子炉圧力容器５２の上部ヘッドは、上部ヘッドを通過し得る接続部が浸水したりその他の方法で水に曝されたりすることを避けるために、水位より上に保たれてもよい。いくつかの例では、原子炉圧力容器５２の大部分が水で囲まれるように、格納領域１４内の所定の水位を格納領域１４に溢れるように関連付けることができる。他の例では、原子炉圧力容器５２全体が、格納領域１４を溢れさせる水の中に包囲されるか、または浸水されてもよい。
【００２５】
格納領域１４は、冷たい停止状態、例えば２００°Ｆ（９３℃）未満の一次冷却材温度に関連する停止状態への受動的な冷却プロセスを開始するために、少なくとも部分的に水で満たされてもよい。格納領域１４が所定のレベルを超えて浸水すると、さらなる動作は必要なくなり、動作温度の２００°Ｆ未満への受動的な冷却は、主に原子炉圧力容器５２内の一次冷却材１０の自然循環、停止した原子炉の崩壊熱、一次冷却材１０から格納領域１４内の水への熱の伝達、および原子炉プール１５０の温度に応じて生じ得る。
【００２６】
図２は、部分的に分解された格納容器２４０内に収容された原子炉圧力容器２２０を備える例示的な原子炉モジュール２００を示す。炉心内計測器２３０は、原子炉圧力容器２２０内に収容された炉心２６０から取り外すことができる。いくつかの例では、炉心内計測器２３０は、１２以上の炉心内計測器アセンブリを備えることができる。各炉心内アセンブリは、モニタ、センサ、測定装置、検出器、他のタイプの測定器、またはこれらの任意の組み合わせを備えることができる。
【００２７】
燃料補給、保守、検査、または原子炉モジュール２００の他の非動作プロセス中などに、原子炉圧力容器２２０から取り外された下部容器ヘッド２２５が示されている。下部容器ヘッド２２５は、格納容器２４０の分解中に原子炉プール１５０（図１）などの原子炉プールの表面１５５の下に完全に沈んだままであってもよい。原子炉圧力容器２２０は、格納容器２４０の分解中に無傷および／または密閉されたままであり得るが、原子炉圧力容器２２０の少なくとも下部部分もまた、原子炉プールによって取り囲まれ得る。
【００２８】
原子炉圧力容器２２０は、上部容器フランジ２２２および下部容器フランジ２２４を介して下部容器ヘッド２２５に取り外し可能に取り付けることができる。例えば、複数のボルトが上部容器フランジ２２２を貫通し、かつ／または上部容器フランジ２２２を下部容器フランジ２２４に接続してもよい。ボルトは、下部容器ヘッド２２５を原子炉圧力容器２２０から取り外す前に、緩められおよび／または取り外されてもよい。いくつかの例では、下部容器ヘッド２２５を取り外す前に、格納容器２４０を同様に分解してもよい。
【００２９】
下部容器ヘッド２２５を原子炉圧力容器２２０から取り外した結果として、炉心内計測器２３０は、下部容器ヘッド２２５が分離されるにつれて炉心２６０から効果的に引き抜くことができる。燃料補給などの非動作プロセス中に、原子炉圧力容器２２０および格納容器２４０の外観の目視検査を行うことができる。下部容器ヘッド２２５の取出しに続いて、容器および／または下部ヘッドが１つまたは複数のスタンドに支持されている間に、フランジおよび容器の内部表面の遠隔検査を行うことができる。いくつかの例では、遠隔検査は、重要な溶接の超音波検査および内部表面の完全な目視検査を含むことができる。さらに、検査の一部または全部は、原子炉プールの表面１５５の下で行うことができる。
【００３０】
炉心２６０およびガイドチューブからの炉心内計測器２３０の回収は、格納容器２４０と周囲の水のプールとの間に形成された水密封止を壊すことなく達成することができる。例えば、原子炉圧力容器２２０および格納容器２４０の両方の分解中に、原子炉プールの表面１５５の少なくとも部分的に上方に配置された格納容器２４０の上部ヘッドは、周囲環境に対して完全に封止されたままであり得る。さらに、下部容器ヘッド２２５は、原子炉モジュール２００の分離された構成要素に対して複数の動作が実行することができるように、燃料補給ベイに移動されてもよく、または移動されることなく後に残ってもよい。
【００３１】
原子炉モジュール２００および／または格納容器２４０の分解および輸送中に、炉心内計測器２３０の下端部は、常に原子炉プール水の中に沈められ、原子炉プール水に囲まれたままであり得る。原子炉プール水は、炉心内計測器２３０の温度を低下させると共に、下端部から放射され得る放射線のためのシールドを提供するように働くことができる。
【００３２】
図３は、図２の炉心２６０と同様に構成することができる炉心３００の一例を示す。炉心３００は、略対称的なパターンで配置することができる燃料アセンブリのアレイ３２５を備えることができる。燃料アセンブリのアレイ３２５は、炉心３００から部分的に取り外されて示された燃料アセンブリ４００などの複数の燃料アセンブリ、ならびに１つまたは複数の中性子源を備えることができる。炉心に含まれる燃料アセンブリの数は、原子炉が生成するように構成され得る総電力量に少なくとも部分的に応じて、原子炉ごとに変化してもよい。例示的な炉心３００には合計で３７の燃料アセンブリが示されているが、本明細書では１つの炉心当たりより多くのまたはより少ない燃料アセンブリが企図されている。
【００３３】
燃料アセンブリの一部または全部は、検査プロセスまたは燃料補給プロセスなどの１つまたは複数のプロセスの間に、炉心３００から取り出され、炉心３００に追加され、および／または炉心３００内で置き換えられてもよい。さらに、いくつかの例では、燃料アセンブリ４００が、１つまたは複数の燃料サイクル中にアレイ３２５の１つの位置からアレイの別の位置に移動することができるように、様々な燃料アセンブリを炉心３００内に交換可能に位置させるまたは配置することができる。
【００３４】
炉心３００の幅３５０は、燃料アセンブリの数および／またはサイズに応じて変化してもよい。幅３５０は、例示的な例に過ぎないが、約１．５メートルであってもよく、本明細書では炉心３００に関連する他の幅が企図される。
【００３５】
図４は、炉心から隔離して示された例示的な燃料アセンブリ４００の拡大図である。燃料アセンブリ４００は、複数の燃料棒４２５を備えることができる。燃料アセンブリ４００は、いくつかの例では１００を超える燃料棒を備えることができる。燃料棒４２５は、上部取り付け構造体４１０および下部取り付け構造体４２０によって燃料アセンブリ４００内に支持されてもよい。さらに、燃料アセンブリ４００は、原子炉の動作中に１つまたは複数の制御棒が挿入され得るいくつかのガイドチューブ（上部取り付け構造体４１０の上から見える）を備えることができる。
【００３６】
燃料棒４２５は、酸化ウラン（ＵＯ２）燃料、ウラン−プルトニウム混合酸化物（ＭＯＸ）燃料、他の種類の核燃料、またはこれらの任意の組み合わせなどの放射性物質を含むことができる。ウランまたは他の放射性物質の有効濃度が使用および／または時間によって消費または枯渇するにつれて、燃料アセンブリ４００の全体的な反応性レベルが低下する場合がある。いくつかの例では、燃料アセンブリ４００は、原子炉内での使用前、使用中、または使用後に、かつ、制御棒４２５が取り付けられた後に制御棒４２５を取り外すことなく、一体構造として搬送および／または保管することができる。他の例では、燃料アセンブリ４００の有効寿命が完了した後に、個々の制御棒を再処理または処分のために取り外すことができる。
【００３７】
燃料アセンブリ４００の高さ４５０は、燃料棒４２５のサイズに応じて変化してもよい。高さ４５０は、例示的な例に過ぎないが、約２．５メートルであってもよく、本明細書では燃料アセンブリ４００に関連する他の高さが企図される。
【００３８】
図５Ａは、第１の燃料サイクルに関連する燃料アセンブリの例示的なアレイ５００の平面図である。燃料アセンブリのアレイ５００は、いくつかのセクションに論理的に分割されてもよく、いくつかの例では、３つのセクションが存在してもよい。セクションの数は、予想される燃料サイクルの数に対応してもよく、いくつかの例では、セクションは、燃料アレイ５００において略同心円状の配置に配向されてもよい。
【００３９】
燃料アレイ５００の第１のセクション５１０は、「Ａ０」で示すいくつかの燃料アセンブリを備えることができ、いくつかの例では、Ａ０燃料アセンブリは、まだ原子炉内で消費されていない新しいまたは新鮮な燃料を表すことができる。第１のセクション５１０は、燃料アレイ５００の外側同心領域内に略配置することができる。明瞭にするために、図５Ａでは、例示的な第１のセクション５１０の位置が強調されている。
【００４０】
燃料アレイ５００の第２のセクション５２０は、「Ｂ」で示すいくつかの燃料アセンブリを備えることができ、いくつかの例では、Ｂ燃料アセンブリは、原子炉で部分的に消費された燃料を表すことができる。第２のセクション５２０は、第１のセクション５１０に関連する同心領域の内部に略配置することができる。明瞭にするために、図５Ｂでは、例示的な第２のセクション５２０の位置が強調されている。
【００４１】
燃料アレイ５００の第３のセクション５３０は、「Ｃ」で示すいくつかの燃料アセンブリを備えることができ、いくつかの例では、Ｃ燃料アセンブリは、原子炉で部分的に消費された燃料を表すことができる。第３のセクション５３０は、第２のセクション５２０に関連する同心領域の内部に略配置されてもよく、またはいくつかの例では、主としてアレイ５００の中央領域に配置されてもよい。明瞭にするために、図５Ｃでは、例示的な第３のセクション５３０の位置が強調されている。
【００４２】
各セクションに関連する放射能または反応性は変化してもよい。例えば、第２のセクション５２０に関連するＢ燃料アセンブリは、第３のセクション５３０に関連するＣ燃料アセンブリよりも反応性があってもよく、Ｂ燃料アセンブリは、第２のセクション５２０に関連するＡ０燃料アセンブリよりも反応性が低くてもよい。炉心のサイズおよび／または燃料に関連する燃料サイクルの数に応じて、燃料の同心領域の追加のセクションおよび／または数が他の例示的な燃料アセンブリアレイに提供されてもよい。
【００４３】
いくつかの例では、第１のセクション５１０のＡ０燃料アセンブリの数は、第２のセクション５２０のＢ燃料アセンブリの数に等しくてもよく、同様に、第２のセクション５２０のＢ燃料アセンブリの数は、第３のセクション５３０のＣ燃料アセンブリの数に等しくてもよい。
【００４４】
中性子源は、燃料アレイ５００の中心「Ｓ」に配置されてもよい。他の例では、燃料アセンブリは、アレイ５００の中心Ｓに配置されてもよく、これは、他のセクションとシャッフルされてもよいし、シャッフルされなくてもよい。さらに他の例では、中心Ｓを開いたままにして、冷却材のための貫通路またはチャネルを提供し、かつ／または周囲の燃料アセンブリにおける中性子吸収を増加させるように高速中性子の熱化を促進する媒体を収容することができる。
【００４５】
図５Ｂは、第２の燃料サイクルに関連する燃料アセンブリの例示的なアレイ５００の平面図であり、燃料アセンブリの一部または全部をシャッフルすることができる。図５Ａで第１のセクション５１０に配置されていたＡ０燃料アセンブリが第２のセクション５２０に移動されてもよく、同様に図５Ａで第２のセクション５２０に配置されていたＢ燃料アセンブリが第３のセクション５３０に移動されてもよい。いくつかの例では、燃料アレイ５００の第１のセクション５１０は、「Ａ１」で示され、第２の燃料サイクルの前に炉心内でまだ消費されていない新しいまたは新鮮な燃料バッチを表すいくつかの燃料アセンブリを備えることができる。
【００４６】
図５Ｃは、第３の燃料サイクルに関連する燃料アセンブリの例示的なアレイ５００の平面図であり、燃料アセンブリの一部または全部を再度シャッフルすることができる。図５Ｂで第１のセクション５１０に配置されていたＡ１燃料アセンブリが第２のセクション５２０に移動されてもよく、同様に図５Ｂで第２のセクション５２０に配置されていたＡ０燃料アセンブリが第３のセクション５３０に移動されてもよい。いくつかの例では、燃料アレイ５００の第１のセクション５１０は、「Ａ２」で示され、第３の燃料サイクルの前に原子炉でまだ消費されていない新しいまたは新鮮な燃料バッチを表すいくつかの燃料アセンブリを備えることができる。
【００４７】
各セクションに関連する燃料アセンブリは、異なる量の残存有効寿命または燃料サイクル数に関連付けられてもよい。例えば、第３のセクション５３０に配置されたＡ０燃料アセンブリは、図５Ａ〜図５Ｃの進行によって示される強調されたセクションを参照して容易に理解されるように、第３の燃料サイクルの前に２つの燃料サイクルを先に通過していてもよい。一方、第２のセクション５２０に配置されたＡ１燃料アセンブリは、第３の燃料サイクルの前に１つの燃料サイクルだけを先に通過していてもよい。
【００４８】
３サイクル燃料補給プロセスまたは燃料シャッフルに関連する燃料アレイ５００の場合には、Ａ０燃料アセンブリは、有効寿命が完了する前に、１つの残りの燃料サイクル、例えば第３の燃料サイクルを有することができるが、新しいＡ２燃料アセンブリは、第３の燃料サイクルを含む、有効寿命の３つの残存する燃料サイクルを依然として有することができる。いくつかの例では、各燃料アセンブリは、有効寿命にわたって燃料アレイの異なるセクションの間でシャッフルされてもよい。
【００４９】
図５Ａ〜図５Ｃに示す燃料シャフリングの方向は、燃料アレイ５００の外側燃料アセンブリの位置、または第１のセクション５１０、から第３のセクション５３０または中心Ｓに向かって生じるものとして示されているが、他の例では、燃料シャフリングの方向は、第３のセクション５３０または中心Ｓから燃料アレイ５００の外側燃料アセンブリの位置に向かう、反対方向に向けられてもよい。さらに他の例では、燃料シャフリングは、他の幾何学的パターン、または方向の組み合わせで達成されて、代替的な反応プロファイルを提供することができる。
【００５０】
図６は、原子炉モジュール６１０および追加の原子炉モジュール６２０などの複数の原子炉モジュールを備える原子炉建屋６００を示す。原子炉建屋６００は、例に過ぎないが、１２の原子炉モジュールを含むものとして示されており、本明細書では原子炉建屋当たりの原子炉モジュールの数はこれより少ないか多いことが企図される。
【００５１】
原子炉建屋６００は、複数の原子炉モジュールを移動または輸送するように構成されたオーバーヘッドクレーン６５５を備えることができる。図示した例では、原子炉モジュール６１０が、原子炉ベイ６３０から取り外されて、共用原子炉建屋通路６５０を通って輸送されているプロセスにある。通路６５０は、原子炉ベイ６３０などの原子炉ベイの各々に流体接続され、原子炉モジュール６１０が少なくとも部分的に水中に沈められている間にクレーン６５５によって運ばれることを可能にする。
【００５２】
通路６５０は、原子炉ベイ６３０を使用済み燃料プール６８０および／またはドライドック６９０に流体接続することができる。さらに、通路６５０は、原子炉ベイ６３０を、格納容器スタンド６６０および原子炉圧力容器スタンド６７０を収容する燃料補給ベイ６６５に流体接続することができる。
【００５３】
格納容器スタンド６６０は、原子炉モジュールが停止された後に、格納容器２４０（図２）などの、格納容器を組み立ておよび／または分解するように構成されてもよい。原子炉モジュールの分解中に、格納容器の下部格納ヘッドを格納容器スタンド６６０に配置することができる。例えば、クレーンは、原子炉モジュール全体を原子炉ベイから輸送し、次いで原子炉モジュールを格納容器スタンド６６０内に降下させるように構成することができる。
【００５４】
格納容器スタンド６６０内に配置された後に、下部格納ヘッドに関連する格納フランジは、例えばいくつかのボルトを緩めおよび／または取り外すことなどによって、格納ツールによって緩めることができる。下部格納ヘッドが格納容器から分離された状態で、格納容器スタンド６６０から原子炉モジュールをクレーンによって持ち上げ、原子炉圧力容器スタンド６７０に配置することができる。下部格納ヘッドが格納容器スタンド６６０の後に残った状態で、原子炉圧力容器に関連する下部容器ヘッドを原子炉圧力容器スタンド６７０に配置することができる。
【００５５】
原子炉圧力容器スタンド６７０内に配置された後に、下部容器ヘッドに関連する原子炉容器フランジは、例えば多数のボルトを緩めおよび／または取り外すことになどよって、原子炉圧力容器ツールによって緩めることができる。原子炉圧力容器ツールおよび格納ツールの一方または両方を遠隔操作することができる。下部容器ヘッドが原子炉圧力容器から分離された状態で、原子炉圧力容器スタンド６７０から原子炉モジュールをクレーンによって持ち上げ、保守施設に移動することができる。さらに、下部容器ヘッドは原子炉モジュールとは別に移動されてもよく、または下部容器ヘッドが補給されてもよく、および／または原子炉圧力容器スタンド６７０に保持されている間に保守作業が行われてもよい。
【００５６】
複数の原子炉モジュールを含むことによって、残りの原子炉モジュールが動作し電力を生成し続けている間に、原子炉モジュール６１０を燃料補給および／または保守のためにオフラインにすることができる。１２個の原子炉モジュールを含む原子力施設では、各原子炉モジュールが２年間の設計された燃料寿命を有する場合に、連続的な燃料補給サイクルの一部として、異なる原子炉モジュールを２ヶ月ごとに燃料補給することができる。より長い設計の燃料寿命を有する原子炉モジュールでは、原子炉モジュールの燃料補給の頻度はより少なくなり得る。
【００５７】
燃料輸送装置６４０は、燃料補給ベイ６６５と燃料貯蔵施設６８０との間で１つまたは複数の燃料アセンブリを輸送するように構成されてもよい。いくつかの例では、燃料輸送装置６４０は、炉心に対して燃料の取出し、置換、または追加を行うための自動燃料装荷システムを備えることができる。
【００５８】
いくつかの例では、燃料輸送装置６４０は、原子炉モジュールの目視検査および／または超音波検査を行う目的で、開口部またはドアを介して原子炉建屋６００に入るように構成され得る下部容器検査ツリー（ＬＶＩＴ）を備えることができる。いくつかの例では、燃料輸送装置６４０および／またはＬＶＩＴは、クレーン６５５によって原子炉建屋６００内を移動することができる。
【００５９】
原子炉建屋６００に含まれる原子炉モジュールの各々は、比較的小さな炉心を備えることができ、いくつかの例では、小さな炉心は３７の燃料アセンブリを備えることができる。したがって、同様に構成された炉心を有する１２のモジュールの発電所は、１２の動作する炉心に合計４４４の燃料アセンブリを備えていると理解することができる。排出された燃料アセンブリおよび／または部分的に使用済みの燃料アセンブリならびに新しい燃料アセンブリは、共用使用済み燃料プール６８０に貯蔵することができる。いくつかの例では、マルチモジュール発電所の構成は、１つのモジュールから別のモジュールに排出された燃料アセンブリを交差装荷する可能性を可能にする。アセンブリの妥当なモジュール間シャッフルにより、個々の動作炉心の反応限界を維持しながら、燃料消費を最大化することができる。
【００６０】
図７Ａは、いくつかの燃料サイクルに関連する例示的な燃料構成７００または燃料シャフリングプロセスを示す。３つ以上の原子炉モジュールおよび／または３つ以上の炉心を含むマルチモジュール発電所では、モジュール間の燃料シャフリングプロセスを、第１の炉心７１０、第２の炉心７２０、および第３の炉心７３０に関連付けることができる。いくつかの例では、燃料シャフリング構成７００を３つ以上の燃料サイクルに関連付けることができ、３つ以上の燃料バッチを炉心の間でシャッフルまたはその他の方法で移動させることができる。
【００６１】
第１の燃料バッチ７１２、７２２、７３２は、第１の炉心７１０、第２の炉心７２０、および第３の炉心７３０にそれぞれ関連付けられてもよい。第１の燃料バッチは、新鮮な燃料または新しい燃料を含んでもよい。いくつかの例では、第１の燃料バッチは、図５Ａの第１のセクション５１０などの外側炉心位置に配置することができる。
【００６２】
同様に、第２の燃料バッチ７１４、７２４、７３４は、第１の炉心７１０、第２の炉心７２０、および第３の炉心７３０にそれぞれ関連付けられてもよい。第２の燃料バッチは、前の燃料サイクルの間に既に使用された燃料または部分的に消費された燃料を含んでもよい。いくつかの例では、第２の燃料バッチは、図５Ｂの第２のセクション５２０などの、中間炉心位置に配置することができる。
【００６３】
さらに、第３の燃料バッチ７１６、７２６、７３６は、第１の炉心７１０、第２の炉心７２０、および第３の炉心７３０にそれぞれ関連付けられてもよい。第３の燃料バッチは、前の２つの燃料サイクルの間に既に使用された燃料または部分的に消費された燃料を含んでもよい。いくつかの例では、第３の燃料バッチは、図５Ｃの第３のセクション５３０などの、中央炉心位置に配置することができる。
【００６４】
第１の燃料サイクルの間に、３つの炉心７１０、７２０、７３０は、図７Ａに示す燃料構成で動作してもよい。例えば、第１の炉心７１０は、燃料７１２、７１４、７１６を用いてオンラインにされるか、または臨界にされてもよい。同様に、第２の炉心７２０を燃料７２２、７２４、７２６を用いてオンラインにすることができ、第３の炉心７３０を燃料７３２、７３４、７３６を用いてオンラインにすることができる。
【００６５】
第１の燃料サイクルの終わりに、燃料の一部または全部を炉心の間でシャッフルすることができる。燃料７１２、７１４を第１の炉心７１０から第２の炉心７２０に移動させることができ、燃料７２２、７２４を第２の炉心７２０から第３の炉心７３０に移動させることができる。いくつかの例では、燃料は、第１の炉心７１０から第２の炉心７２０へ、および第２の炉心７２０から第３の炉心７３０へ、「順」方向に移動すると一般的に理解され得る。さらに、燃料は、図５Ａ〜図５Ｃを参照してさらに理解されるように、燃料が炉心の間でシャッフルされている間に、炉心の外側セクションから炉心の中央セクションに移動すると一般的に理解され得る。
【００６６】
３つの炉心からなるマルチモジュール発電所では、燃料７３２、７３４は、上述のものと同様に、第３の炉心７３０から第１の炉心７１０に移動させることができる。いくつかの例では、燃料は、各後続の燃料サイクルの終了時に３つの炉心の間で燃料が移動する閉ループまたは円形パターンでシャッフルされてもよい。
【００６７】
４つ以上の炉心を備えるマルチモジュール発電所では、燃料７３２、７３４を第３の炉心７３０から第４の炉心（図示せず）に移動させることができる。第４の炉心は、炉心７１０、７２０、７３０と同様に構成することができる３つの炉心の第２の組と関連付けることができる。いくつかの例では、発電所は、燃料サイクル数の倍数に等しい数の炉心で構成することができる。
【００６８】
３つの燃料サイクルシャフリングプロセスの例では、発電所は、３つの炉心、６つの炉心、９つの炉心、１２の炉心などを備えることができる。３つの炉心の各組は、炉心７１０、７２０、７３０と同様に構成することができ、いくつかの例では、炉心の各組の間で燃料シャフリングを達成し、後続の炉心がオンラインになる際に燃料シャフリングのより大きな閉ループまたは円形パターンを形成することができる。
【００６９】
例示的な４サイクル燃料シャフリングプロセスでは、発電所は、４つの炉心の複数の組で構成することができ、例えば、４つの炉心、８つの炉心、１２の炉心などを備えることができる。さらに、各炉心に関連する燃料バッチの数は、燃料サイクルの数に等しくてもよい。例示的な３サイクル燃料シャフリングプロセスでは、各炉心は、炉心内の３つの別個の位置に配置された３つの燃料バッチと関連付けることができる。例示的な４サイクル燃料シャフリングプロセスでは、各炉心は、炉心内の４つの別個の位置に配置された４つの燃料バッチと関連付けることができる。
【００７０】
図７Ａに示す燃料構成に関連する燃料サイクルの終了時には、燃料７１６、７２６、７３６は、３つの燃料サイクルのために使用されたものとして理解されてもよく、いくつかの例では、それらの有効寿命の終わりに達したものとしてさらに理解されてもよい。したがって、燃料７１６、７２６、７３６は、炉心７１０、７２０、７３０から取り出され、処理され、再処理され、または燃料貯蔵施設７９０に貯蔵されるか、またはその他の方法で処分され得る。いくつかの例では、燃料貯蔵施設７９０は、共用使用済み燃料プールを備えていると理解することができる。同様に、燃料サイクルの終了時には、燃料源７８０からの新しい燃料または新鮮な燃料を、炉心７１０、７２０、７３０に追加して、取り出された燃料を置き換えることができる。
【００７１】
新しい燃料７８０は、図５Ａ〜図５Ｃに示す燃料アレイ５００に関して説明したのと同様の方法で、炉心７１０、７２０、７３０内に配置することができる。例えば、新しい燃料は、炉心の外周部に配置することができ、燃料７１６、７２６、７３６は、それぞれの炉心の中心または内側セクションから取り出すことができる。燃料は、炉心７１０、７２０、７３０の間でシャッフルされて、出力分布を最適に摂動を起こさせるかまたは再構成することができる。完全に周期的なパターンは、第３の燃料サイクルの第３の炉心再装荷ごとに繰り返されてもよい。
【００７２】
図７Ｂは後続のまたは第２の燃料サイクルに関連するさらなる例示的な燃料シャフリング構成を示し、新しい燃料７４２、７５２、７６２が炉心７１０、７２０、７３０にそれぞれ追加され、部分的に使用された燃料が、図７Ａに関して説明した１つまたは複数の例を参照して前述したようにシャッフルされている。
【００７３】
新しい燃料７４２に加えて、第１の炉心７１０は、１つの燃料サイクルのために前に使用された燃料７８２と、２つの前の燃料サイクルのために使用された燃料７８４と、を備えるものとして示されている。新しい燃料７５２に加えて、第２の炉心７２０は、第１の炉心７１０の１つの燃料サイクルのために前に使用された燃料７１２と、２つの前の燃料サイクルのために使用された燃料７１４と、を備えるものとして示されている。同様に、第３の炉心７３０は、部分的に使用済みの燃料７２２と、第２の炉心７２０から受け取った燃料７２４と、を備えるものとして示されている。
【００７４】
第２の燃料サイクルの終了時には、燃料７４２および燃料７８２を第１の炉心７１０から第２の炉心７２０に移動させることができ、３つの燃料サイクルで使用された燃料７８４を第１の炉心７１０から取り出して、燃料貯蔵施設７９０に貯蔵するか、またはその他の方法で処分することができる。同様に、燃料７５２および燃料７１２を、第２の炉心７２０から第３の炉心７３０に移動させることができる。３つの燃料サイクルで使用された燃料７１４、７２４は、燃料貯蔵施設７９０に貯蔵されるか、またはその他の方法で処分されてもよい。第３の燃料サイクルでは、前述したのと同様の方法で、炉心７１０、７２０、７３０の一部または全部に新しい燃料７８０を追加することができる。
【００７５】
図７Ｃは、次の燃料サイクルに関連するさらに別の燃料シャフリング構成を示す。図７Ｂに示す燃料構成は、燃料を次の連続する炉心に順方向にシャッフルすることによって達成することができるが、他の例では、１つまたは複数の燃料バッチが次の炉心をスキップしてもよい。例えば、図７Ａに示す燃料構成７００を参照すると、燃料７１２を第１の原子炉７１０から第２の原子炉７２０に移動させることができ、燃料７１４を第１の原子炉７１０から第３の原子炉７３０に移動させることができる。同様に、燃料７２２を第２の原子炉７２０から第３の原子炉７３０に移動させることができる。
【００７６】
例えば、３つの炉心または１組の炉心からなる発電所では、破線で示すように、続いて燃料７１２を第２の原子炉７２０から第１の原子炉７１０に移動させることができる。同様に、燃料７２２を、代替的に、第３の原子炉７３０から第２の原子炉７２０に移動させてもよい。いくつかの例では、第２の原子炉７２０から第１の原子炉７１０に戻す、および／または第３の炉心７３０から第２の炉心７２０に戻す燃料の移動は、「逆」方向に行われるものと理解することができる。
【００７７】
図８Ａは、燃料を「順」方向および「逆」方向の両方にシャッフルすることができるさらなる例示的な燃料構成８００または燃料シャフリングプロセスを示す。燃料構成８００では、３サイクル燃料シャフリングプロセスは、第４の燃料バッチ、または、より一般的にはｎ＋１の燃料バッチで増強または補足されてもよく、ここで、「ｎ」は、燃料の有効寿命に関連する標準的な燃料サイクルの数を示す。
【００７８】
４つ以上の原子炉モジュールおよび／または４つ以上の炉心を含むマルチモジュール発電所では、モジュール間の燃料シャフリングプロセスを、第１の炉心８１０、第２の炉心８２０、第３の炉心８３０、および第４の炉心８４０に関連付けることができる。より一般的に言えば、図８Ａは、ｎ個の燃料サイクルのためのｎ＋１の炉心がある、一組の炉心を示すものとして理解することができる。燃料が３つの燃料サイクルの有効寿命に関連付けられ得る例では、第４の炉心８４０はｎ＋１の炉心を備えることができる。ｎ＋１の炉心の追加の組は、より大きなモジュール間燃料シャフリング構成にシャッフルされ、および／または含まれてもよい追加の燃料アセンブリを提供するために同様に構成されてもよい。
【００７９】
第１の燃料バッチ８１２、８２２、８３２は、第１の炉心８１０、第２の炉心８２０、および第３の炉心８３０にそれぞれ関連付けられてもよい。第１の燃料バッチは、新鮮な燃料または新しい燃料を含んでもよい。第２の燃料バッチ８１４、８２４、８４４は、第１の炉心８１０、第２の炉心８２０、および第４の炉心８４０にそれぞれ関連付けられてもよい。第２の燃料バッチは、前の燃料サイクルの間に既に使用された燃料または部分的に消費された燃料を含んでもよい。さらに、第３の燃料バッチ８１６、８３６、８４６は、第１の炉心８１０、第３の炉心８３０、および第４の炉心８４０にそれぞれ関連付けられてもよい。第３の燃料バッチは、前の２つの燃料サイクルの間に既に使用された燃料または部分的に消費された燃料を含んでもよい。
【００８０】
図８Ａに示す燃料構成に関連する燃料サイクルの終了時には、燃料源８８０からの新しい燃料または新鮮な燃料を、炉心８１０、８２０、８３０に追加して、取り出された燃料と置き換えることができる。さらに、第４の炉心８４０に関連する第４の燃料バッチ８４２は、同様に、取り出された燃料８４２を置き換えるために炉心８４０に追加することができる新しいまたは新鮮な燃料８９０と置き換えることができる。いくつかの例では、破線で示すように、燃料８４２を第４の炉心８４０から第３の炉心８３０に逆方向にシャッフルすることができる。同様に、燃料８３４は、第３の炉心８３０から第２の炉心８２０に逆方向にシャッフルすることができる。
【００８１】
燃料源８９０は、燃料源８８０とは異なる種類の燃料を含むことができる。いくつかの例では、燃料源８８０は酸化ウラン燃料を含むことができ、燃料源８９０はウラン−プルトニウム混合酸化物（ＭＯＸ）燃料を含むことができる。燃料源８８０からの燃料は、一般的に、炉心の一部または全部の間で順方向にシャッフルされると理解することができるが、燃料源８９０からの燃料は、一般的に、炉心の一部または全部の間で逆方向にシャッフルされると理解することができる。
【００８２】
図８Ａに示す燃料サイクルの終了時には、燃料８１６、８２６、８３６、８４６は、３つの燃料サイクルで使用されたものとして理解することができ、いくつかの例では、それらの有効寿命の終わりに達したものとしてさらに理解することができる。したがって、燃料８１６、８３６、８４６などの、燃料源８８０に由来する燃料は、炉心８１０、８３０、８４０から取り出され、処理され、再処理され、または第１の燃料貯蔵施設８８５に貯蔵されるか、またはその他の方法で処分され得る。同様に、燃料サイクルの終了時には、燃料８２６などの燃料源８９０に由来する燃料は、第２の炉心８２０から取り出すことができ、いくつかの例では、別々に処理され、再処理され、または第２の燃料貯蔵施設８９５に貯蔵することができる。
【００８３】
第１の燃料サイクルの間に、４つの炉心８１０、８２０、８３０、８４０は、図８Ａに示す燃料構成で動作させることができる。例えば、第１の炉心８１０は、燃料８１２、８１４、８１６を用いてオンラインにされるか、または臨界的にされてもよい。同様に、第２の炉心８２０を燃料８２２、８２４、８２６を用いてオンラインにすることができ、第３の炉心８３０を燃料８３２、８３４、８３６を用いてオンラインにすることができ、第４の炉心８４０を燃料８４２、８４４、８４６を用いてオンラインにすることができる。第１の燃料サイクルの終わりに、燃料の一部または全部を炉心の間でシャッフルすることができる。
【００８４】
図８Ｂは、次の燃料サイクルに関連するさらなる多方向燃料シャフリング構成を示す。燃料８１２を、第１の炉心８１０から第２の炉心８２０に移動させることができる。しかしながら、燃料８３４が第３の炉心８３０から第２の炉心８２０に逆方向に移動したものとして示されているので、第２の炉心８２０を本質的にスキップして、燃料８１４を第１の炉心８１０から第３の炉心８３０に移動させることができる。さらに、燃料８４２が第４の炉心８４０から第３の炉心８３０に逆方向に移動したものとして示されているので、燃料８２２および燃料８２４の各々を第２の炉心８２０から第４の炉心８４０に移動させることができ、これによって第３の炉心８３０をスキップする。
【００８５】
続く燃料サイクルまたは第２の燃料サイクルの終了時には、燃料８７２を第３の炉心８３０から第５の炉心に移動させることができ、同様に、燃料８２２を第４の炉心８４０から第５の炉心に移動させることができる。第５の炉心は、炉心８１０、８２０、８３０、８４０として同様に配置された４つの炉心の第２の組と関連付けることができる。いくつかの例では、３つ以上の組の炉心があってもよく、各組は４つの炉心を備える。
【００８６】
一方、４つの炉心からなるマルチモジュール発電所では、燃料８７２を第３の炉心８３０から第１の炉心８１０（燃料８９２を含むものとして示される炉心位置）に移動させることができ、燃料８２２を第４の炉心８４０から第１の炉心８１０（燃料８９４を含むものとして示される炉心位置）に移動させることができる。いくつかの例では、燃料は、各後続の燃料サイクルの終了時に消費されていない燃料が４つの炉心間で移動する閉ループまたは円形パターンでシャッフルされてもよい。
【００８７】
上述したように、燃料源８８０に由来する主燃料バッチが炉心を通って順方向に進む例示的な燃料装荷構成は、炉心を通って逆方向にシャッフルされ得る燃料源８９０に由来するｎ＋１の燃料バッチによって補足されてもよい。最大の過剰反応性を有する新しい燃料は、中程度から低程度の過剰反応性を有する他の燃料バッチと組み合わせることができる。例えば、燃料８９０中の過剰反応性が減少するにつれて、ｎ＋１の燃料バッチは、中程度および高程度の過剰反応性を有する燃料に関連する１つまたは複数の炉心内に後方にシャッフルすることができる。
【００８８】
ｎ＋１の燃料バッチの特性は、利用されていない燃料の残余エネルギー出力を捕捉し、好ましい炉心中性子または電力分布特性を達成するのを助け、発電所で使用される燃料全体の一部としてＭＯＸ燃料を燃焼させ、またはこれらの任意の組み合わせを行うように選択することができる。全体的な燃料消費の改善をもたらすことに加えて、例示的なモジュール間シャフリングプロセスは、既存のプルトニウム備蓄を処分するのに必要な燃料サイクル数を低減するように最適化することができる。
【００８９】
１２モジュールまたは他のタイプのマルチモジュールおよび／または複数炉心の発電所では、燃料アセンブリは、シャッフルされ、移動され、あるいはいくつかの基準または特性に基づいて使用済み燃料プールおよび／または原子炉モジュールから選択されてもよい。非網羅的な例として、その特性は、以下を含むことができる。１）新鮮な燃料の装荷の富化（コスト）を低減するために利用可能な過剰反応性を有すること、２）出力ピーキングおよび燃料利用の最適化のためのモジュール内の他のアセンブリと互換性のある露出または過剰反応特性を有すること、ならびに／あるいは３）普通なら単一モジュール再装荷方式で完全に「使用済み」とみなされるアセンブリは、追加のサイクルで燃料アセンブリを使用するのに十分な過剰反応性を有する新鮮な燃料と組み合わせることができる。
【００９０】
上述したように、モジュール間燃料シャフリングは、ＭＯＸとＵＯ２の両方の二重燃料利用など、混合燃料源のパラダイムにおいても恩恵を受けることができる。前述の利点に加えて、モジュール間燃料シャフリングは、ＭＯＸ燃料アセンブリをより迅速かつ完全に枯渇させることができる。例えば、最大のエネルギー出力を得ると共に、ＭＯＸの備蓄をより都合の良い方法で枯渇させることができる。
【００９１】
いくつかの例では、第４の炉心８４０などの、ＭＯＸが装荷された第１の炉心は、最大の過剰反応性を有するバッチについて燃料の高い初期枯渇をもたらすことができ、それにより最も優先的に燃焼する。ＭＯＸ燃料アセンブリの燃焼は、炉心内の燃料を３サイクルの間維持することによって最大化することができる。
【００９２】
図８Ｃは、次の燃料サイクルに関連するさらなる例示的な多方向燃料シャフリング構成を示す。図８Ｃに示す構成は、第３の炉心８３０（図８Ａを参照）に以前に配置されていた燃料８３４が、第２の炉心８２０の代わりに第１の炉心８１０に後方にシャッフルされているので、図８Ｂに示す構成とは異なる。さらに、第２の炉心８２０はもはや第３の炉心８３０から燃料を逆方向に供給されないので、図８Ｂと比較して、燃料８９４は第１の炉心８１０に移動する代わりに第２の炉心８２０に前方に移動することができる。
【００９３】
さらなる例示的な燃料構成
例示的な燃料装荷システム、構成、および／または燃料供給方法は、図８Ａ〜図８Ｃを参照して以下の説明からさらに理解することができる。第１の炉心８１０は、第１の燃料バッチに関連する第１の燃料アセンブリ８１２と、第２の燃料バッチに関連する第１の部分的に使用済みの燃料アセンブリ８１４と、を含む第１の燃料装荷構成を備えることができる。
【００９４】
第２の炉心８２０は、第１の燃料バッチに関連する第２の燃料アセンブリ８２２と、第２の燃料バッチに関連する第２の部分的に使用済みの燃料アセンブリ８２４と、を含む第２の燃料装荷構成を備えることができる。第２の部分的に使用済みの燃料アセンブリ８２４は、先の燃料サイクルの後に、第１の炉心８２０から取り出され燃料貯蔵施設に輸送され得る。さらに、第２の炉心８２０は、前に２つの燃料サイクルを完了した部分的に使用済みの核燃料を含む第３サイクルの燃料アセンブリ８２６を備えることができる。
【００９５】
第３の炉心８３０は、第１の燃料バッチに関連する第３の燃料アセンブリ８３２と、第３の炉心８３０から第２の炉心８２０に移動された第３サイクルの燃料アセンブリ８２６を置き換えた第３の部分的に使用済みの燃料アセンブリ８３４と、を含む第３の燃料装荷構成を備えることができる。いくつかの例では、第３サイクルの燃料アセンブリ８２６は、先の燃料サイクルの後に第３の炉心８３０から取り出され、第２の炉心８２０に挿入される前に第２の燃料貯蔵施設８９５に輸送されてもよい。
【００９６】
第４の炉心８４０は、第４の燃料バッチから選択された第４の燃料アセンブリ８４２を含む第４の燃料装荷構成を備えることができる。第４の燃料バッチは、燃料源８９０から得られた新鮮な燃料を備えることができる。いくつかの例では、第４の燃料アセンブリ８４２は、第４の炉心８４０から第３の炉心８３０に移動された第３の部分的に使用済みの燃料アセンブリ８３４を、先の燃料サイクルの後に置き換えてもよい。
【００９７】
燃料装荷構成のうちの１つまたは複数は、次の燃料サイクル中に再配置されてもよい。例えば、第２の炉心８２０に関連する第２の燃料構成は、図８Ｂに破線で示すように、次の燃料サイクルのために第４の燃料アセンブリ８４２を含むように更新されてもよい。同様に、第４の炉心８４０に関連する第４の燃料構成は、次の燃料サイクルのために第２の部分的に使用済みの燃料アセンブリ８１２を含むように更新されてもよい。
【００９８】
例示的な構成およびプロセスは、いずれかの方向で１つまたは複数の場合に隣接する炉心を「スキップ」することができる燃料シャフリング技術を含む、順方向および逆方向シャフリングの様々な構成を示しているが、本明細書では、他の例示的な燃料シャフリング技術およびパターンが企図される。例えば、異なる燃料バッチは、図８Ａおよび図８Ｂに示す構成の組み合わせなどの、異なるパターンに従うか、または燃料装荷パターンの間で交互にすることができる。同様に、燃料シャフリングの組み合わせをさらに変化させるために、バッチ、炉心、燃料タイプ、および／または燃料サイクルの異なる数および組み合わせを採用することができる。
【００９９】
さらに、図示したいくつかの例は、燃料が炉心間でシャッフルされることを一般的に示しているが、いくつかの例では、モジュール間およびモジュール内燃料シャフリングの組み合わせが実行されてもよい。例えば、１つの炉心の第１のセクションからの燃料は、同じ炉心の第２のセクションに移動することができ、一方、炉心の第２のセクションからの燃料は、別の炉心にシャッフルすることができる。
【０１００】
従来の発電所の分離されたまたは単一の炉心では、モジュール間燃料シャフリングを有する上記の例示的なマルチモジュール型原子炉プラントとは対照的に、炉心設計者は、炉心に装荷可能なアセンブリの数によって、および既存のアセンブリをシャッフルすることができる場所の数によって、制限され得る。少数のアセンブリでは、反応限界に挑戦する他の課題の中でも、出力ピーキング限界に挑むことなく、様々な露出または過剰反応のアセンブリを効果的に分散させる能力が制限される。
【０１０１】
本明細書に記載された様々な例示的な構成およびプロセスによって説明されたモジュール間シャフリングプロセスを提供することにより、燃料位置およびシャフリングの数および可能な配置を大幅に増加させることができる。
【０１０２】
原子炉始動の燃料構成
図８Ａに示す燃料構成８００は、原子炉プラントがオンラインになる最初の時などの、初期原子炉始動運転に対して最適化することもできる。新しい燃料８１２、８２２、８３２、８４２は、燃料源８８０、８９０からそれぞれ得ることができる。しかしながら、原子炉の始動は、炉心８１０、８２０、８３０、８４０の一部または全部がオンラインになった最初の時であってもよいので、追加の燃料バッチ（例えば、第２および／または第３のバッチ）は、炉心８１０、８２０、８３０、８４０のいずれかで以前に利用されていなくてもよい。他の例では、炉心８１０、８２０、８３０、８４０のすべてが最初に動作していなくてもよく、残りの炉心を後で追加し、またはオンラインにして、エネルギー需要が時間と共に増加するにつれて補助電力を供給してもよい。
【０１０３】
炉心の始動を容易にし、発電所の炉心のすべてが複数の燃料サイクルにわたって動作していたかのように同様の反応性および出力プロファイルを達成するために、第２および第３のバッチ内の燃料アセンブリのいくつかは、部分的に使用済みの燃料をモデル化するために、低減された活性レベルまたは減少した燃料含有量を含むことができる。例えば、燃料アセンブリのいくつかは、ウランの量を変化させた、または部分的に使用済みの燃料を複製するための濃縮レベルを変化させた始動燃料アセンブリとして製造することができる。
【０１０４】
始動燃料アセンブリを初めに開始することができる炉心に導入することにより、燃料構成は、２つ以上の燃料サイクルのためにシャッフルされた部分的に使用済みの燃料を含む燃料構成と同様の挙動を示すことができる。したがって、炉心は、発電所がいくつかの燃料サイクルで運転された後の燃料補給運転後に起こり得る後のプラント始動と同様の方法で、最初の始動の間にオンラインにすることができる。
【０１０５】
いくつかの例では、複数の燃料バッチシーケンスを生成するために炉心間の始動差を実行するなどして、１つまたは複数の燃料サイクルをずらすことができる。他の例では、炉心の半分の燃料は、燃料サイクル後にモジュール間シャッフルされてもよく、炉心の他方の半分の燃料は、同じ燃料サイクル後にモジュール内シャッフルされてもよい。さらに、部分的に使用済みの燃料は、次の燃料サイクル中に一時的に燃料貯蔵施設に貯蔵することができ、そのようにして、燃料サイクルをスキップし、後で燃料シャフリング手順に再導入して燃料サイクルの使用回数を変えることができる。
【０１０６】
さらに他の例では、異なる数の燃料サイクルを異なる炉心に関連付けることができる。例えば、第１の組の炉心の燃料は３つの燃料サイクルに関連付けることができ、第２の組の炉心の燃料は４つの燃料サイクルに関連付けることができる。各燃料サイクルの長さは、燃料の総使用可能寿命が同じになるように、炉心の組の間で変化してもよい。
【０１０７】
さらに、始動中および／または新しい発電所の運転中に経験する可能性のある反応性の変化量は、炉心の核分裂事象または臨界の量を変化させるために、炉心内の１つまたは複数の制御棒の位置を調整することによって、および／または例えばホウ素の添加などによる一次冷却材の化学的な構成を変化させることによって、制御することができる。
【０１０８】
原子炉の始動から数ヶ月または数年後に、すべての炉心における燃料バッチを、本明細書に記載されたモジュール間燃料シャフリング技術のうちの１つまたは複数と同様の方法ですべてのオンライン炉心の間でシャッフルすることができる。
【０１０９】
図９は、複数の炉心内に燃料を装荷することに関連する例示的なシステム９００を示す。システム９００は、第１の炉心９１０、第２の炉心９２０、第３の炉心９３０、第４の炉心９４０、および１つもしくは複数の追加の炉心９７０を含む複数の炉心を備えることができる。いくつかの例では、炉心９１０、９２０、９３０、９４０の一部または全部を第１の組の炉心に関連付けることができ、追加の炉心９７０を２つ以上の追加の組の炉心に関連付けることができる。追加の組の炉心は、第１の組の炉心と同様に構成することができる。
【０１１０】
燃料貯蔵施設９６０は、複数のオンサイト炉心に関連するいくつかの燃料アセンブリを貯蔵するように構成することができる。燃料貯蔵施設は、複数のオンサイト炉心を収容する複数の原子炉ベイに流体結合された共用使用済み燃料貯蔵プールを備えることができる。
【０１１１】
輸送装置９５０は、使用済み燃料アセンブリを燃料貯蔵施設９６０に輸送するように構成することができる。いくつかの例では、輸送装置９５０は、炉心のうちの１つまたは複数を複数の原子炉ベイから燃料貯蔵施設９６０に近接して配置された燃料補給ステーションに輸送するように構成されたクレーンを備えることができる。さらに、輸送装置９５０は、新しい燃料および使用済み燃料を追加、取出し、交換および／またはその他の方法で処理するように構成された自動、半自動、および／または遠隔の燃料ハンドリング装置を備えてもよい。
【０１１２】
輸送装置９５０は、部分的に使用済みの燃料アセンブリを燃料貯蔵施設９６０に輸送し、かつ／または燃料補給ステーションに配置された炉心の１つまたは複数の部分的に使用済みの燃料アセンブリを、他のオンサイト炉心から前に取り出された燃料貯蔵施設９６０内に配置された１つまたは複数の他の部分的に使用済みの燃料アセンブリに置き換えるように構成することができる。
【０１１３】
記憶装置９９０は、処理装置９８０による実行に応答して、処理装置９８０および／または輸送装置９５０に１つまたは複数の動作を実行させる命令を格納することができる。例えば、動作は、第１の燃料サイクルについて、第１の炉心９１０に関連する第１の燃料構成を決定する動作を含むことができる。第１の燃料構成は、第１の燃料バッチから選択された第１の燃料アセンブリと、第２の燃料バッチから選択された第１の部分的に使用済みの燃料アセンブリと、を備えることができる。
【０１１４】
動作は、第１の燃料サイクルについて、第２の炉心９２０に関連する第２の燃料構成を決定する動作をさらに含むことができる。第２の燃料構成は、第１の燃料バッチから選択された第２の燃料アセンブリと、第２の燃料バッチから選択された第２の部分的に使用済みの燃料アセンブリと、を備えることができる。
【０１１５】
さらに、動作は、第１の燃料サイクルの完了後に実施される第２の燃料サイクルについて、新鮮な燃料アセンブリおよび第１の燃料バッチから選択された第１の燃料アセンブリを含むように第２の炉心９２０に関連する第２の燃料構成を更新する動作を含むことができる。
【０１１６】
いくつかの例では、第３の炉心９３０に関連する第３の燃料構成も、第１の燃料サイクルについて決定されてもよい。第３の燃料構成は、第１の燃料バッチから選択された第３の燃料アセンブリと、第３の部分的に使用済みの燃料アセンブリと、を備えることができる。第２の燃料構成は、第３の部分的に使用済みの燃料アセンブリを含むように第２の燃料構成を更新することによって、第２の燃料サイクルについて更新することができる。
【０１１７】
さらに、動作は、第１の燃料サイクルについて、第４の燃料バッチから選択された第４の燃料アセンブリを含む第４の炉心９４０に関連する第４の燃料構成を決定する動作を含むことができる。いくつかの例では、第３の炉心に関連する第３の燃料構成は、第４の燃料アセンブリを含むように第２の燃料サイクルについて更新することができる。
【０１１８】
第３の燃料サイクル中に、動作は、第４の燃料アセンブリを含むように第２の炉心９２０に関連する第２の燃料構成を更新する動作と、第２の部分的に使用済みの燃料アセンブリを含むように第４の炉心９４０に関連する第４の燃料構成を更新する動作と、を含むことができる。
【０１１９】
図１０は、複数の燃料サイクルに関連する複数の炉心について例示的な燃料シャフリングプロセス１０００を示す。いくつかの例では、例示的な動作１０１０〜１０６０のうちの１つまたは複数は、第１の燃料サイクルに関連するものとして理解されてもよい。さらに、例示的な動作１０７０〜１０９０のうちの１つまたは複数は、第２の燃料サイクルに関連するものとして理解されてもよい。本明細書で説明する他の例示的な動作は、追加的に、第３の燃料サイクル、追加の燃料サイクル、またはこれらの任意の組み合わせとさらに関連付けることができる。
【０１２０】
第１の燃料サイクルでは、動作１０１０において、第１の炉心に第１の燃料バッチから選択された第１の燃料アセンブリを装荷することができる。さらに、動作１０２０において、第１の炉心に第２の燃料バッチからの第１の部分的に使用済みの燃料アセンブリを装荷することができる。動作１０３０において、第２の炉心に第１の燃料バッチからの第２の燃料アセンブリを装荷することができ、動作１０４０において、第２の炉心に第２の燃料バッチからの第２の部分的に使用済みの燃料アセンブリを装荷することができる。
【０１２１】
動作１０５０などの第１の燃料サイクルに関連するいくつかの例示的な動作では、第３の炉心に第１の燃料バッチから選択された第３の燃料アセンブリを装荷することができる。さらに、動作１０６０において、第３の炉心に第３の部分的に使用済みの燃料アセンブリを装荷することができる。いくつかの例では、第３の燃料アセンブリは、ウランの少なくとも１つの同位体を含む核燃料を含むことができ、第３の部分的に使用済みの燃料アセンブリは、プルトニウムの少なくとも１つの同位体を含む核燃料を含むことができる。
【０１２２】
第１の燃料サイクルの完了後に実行される第２の燃料サイクルでは、動作１０７０は、第２の炉心に新鮮な燃料アセンブリを装荷する動作を含むことができる。動作１０８０において、第２の炉心に第１の燃料バッチからの第１の燃料アセンブリをさらに装荷することができる。いくつかの例では、第１の燃料アセンブリを第１の炉心から取り出し、第２の部分的に使用済みの燃料アセンブリを第１の燃料アセンブリに置き換えることによって、第２の炉心に第１の燃料アセンブリを装荷することができる。
【０１２３】
動作１０９０などの第２の燃料サイクルに関連するいくつかの例示的な動作では、第２の炉心に第３の部分的に使用済みの燃料アセンブリを装荷することができる。第１の燃料サイクルの終了後に第１の部分的に使用済みの燃料アセンブリを第１の炉心から取り外すことができる例示的な動作では、第２の燃料サイクルで第３の炉心に第１の部分的に使用済みの燃料アセンブリを装荷することができる。
【０１２４】
４つ以上の炉心を備える例では、第１の燃料サイクルで、第４の炉心に第４の燃料バッチから選択された第４の燃料アセンブリを装荷することができる。第２の燃料サイクルで、第３の炉心に第４の燃料アセンブリを装荷することができる。いくつかの例では、第１の燃料バッチは第１の核同位体に関連する燃料を含むことができ、第４の燃料バッチは第１の核同位体とは異なる第２の核同位体に関連する燃料を含むことができる。さらに非限定的な例として、第１の燃料バッチはウラン酸化物（ＵＯ２）燃料を備えることができ、第４の燃料バッチはウラン−プルトニウム混合酸化物（ＭＯＸ）燃料を備えることができる。
【０１２５】
第３の炉心から第３の部分的に使用済みの燃料アセンブリを取り出し、第３の部分的に使用済みの燃料アセンブリを第４の燃料アセンブリに置き換えることによって、第３の炉心に第４の燃料アセンブリを装荷することができる。
【０１２６】
第２の炉心から第２の部分的に使用済みの燃料アセンブリを取り出し、第３の炉心から第４の燃料アセンブリを取り出すことを含む例示的な燃料サイクルでは、次のまたは第３の燃料サイクルに関連する動作は、第２の炉心に第４の燃料アセンブリを装荷する動作と、第４の炉心に第２の部分的に使用済みの燃料アセンブリを装荷する動作と、を含むことができる。
【０１２７】
本明細書に記載した１つまたは複数の例示的なシステムは、様々な原子炉技術を含むことができ、酸化ウラン、水素化ウラン、窒化ウラン、炭化ウラン、混合酸化物、ウラン珪化物、トリウム−プルトニウムもしくはウラン−リウムなどのトリウムベースの燃料、ジルコニウム−ウラン金属燃料、高度な事故耐性燃料、および／または他の種類の燃料を用いる原子炉を備えることができ、および／またはそのような原子炉と併せて使用することができる。本明細書で提供される例は、加圧水型原子炉および／または軽水型原子炉を主に説明したが、本例は他のタイプのパワーシステムに適用することもできる。例えば、それらの例または変形例は、沸騰水型原子炉、ナトリウム液体金属原子炉、ガス冷却型原子炉、ペブルベッド型原子炉、および／または他のタイプの原子炉設計で動作可能にすることもできる。
【０１２８】
さらに、本明細書に示した例は、必ずしも特定のタイプの原子炉冷却機構に限定されるものではなく、核反応内のまたは核反応に関連する熱を発生させるために使用される特定の種類の燃料にも限定されない。本明細書に記載されたレートおよび値は、例としてのみ提供される。他のレートおよび値は、原子炉システムのフルスケールまたはスケールモデルの構築などの実験によって決定されてもよい。
【０１２９】
本明細書で様々な例を説明し図示してきたが、他の例について、構成および詳細を改変することができることは明らかである。本発明者らは、以下の特許請求の範囲の趣旨および範囲内に入るすべての改変および変形を請求する。
【図１】
2019513230.tif 000003
【図２】
2019513230.tif 000004
【図３】
2019513230.tif 000005
【図４】
2019513230.tif 000006
【図５Ａ】
2019513230.tif 000007
【図５Ｂ】
2019513230.tif 000008
【図５Ｃ】
2019513230.tif 000009
【図６】
2019513230.tif 000010
【図７Ａ】
2019513230.tif 000011
【図７Ｂ】
2019513230.tif 000012
【図７Ｃ】
2019513230.tif 000013
【図８Ａ】
2019513230.tif 000014
【図８Ｂ】
2019513230.tif 000015
【図８Ｃ】
2019513230.tif 000016
【図９】
2019513230.tif 000017
【図１０】
2019513230.tif 000018
【国際調査報告】
2019513230.tif 000019
2019513230.tif 000020
2019513230.tif 000021