(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コントロールセル炉心を有するとともに、前記コントロールセル炉心のコントロールセルに対応する箇所に配置される制御棒の材料にハフニウムを含む複数のハフニウム制御棒を有する原子炉についての原子炉運転方法において、
前記複数のハフニウム制御棒の使用期間内の少なくとも一つの運転サイクル期間内で、前記複数のハフニウム制御棒が全挿入状態である運転サイクル開始後の運転サイクル初期の期間の経過後から、前記複数のハフニウム制御棒がほぼ全引抜状態である運転サイクル終了までの所定期間の運転サイクル末期の開始前である運転サイクル中期に、Ｈｆ１８１の減衰のため前記コントロールセルに対応する箇所に配置される前記複数のハフニウム制御棒の少なくとも一部を全引抜する８０日から１２０日間の期間を設けること、
を特徴とする原子炉運転方法。
【請求項２】
前記ハフニウム制御棒を３以上の運転サイクルで使用する原子炉運転方法であって、
前記全引抜する期間を設けた運転サイクル中期を含む運転サイクル以外の運転サイクルで、かつ、該ハフニウム制御棒が炉心に全挿入ないし一部挿入されている該ハフニウム制御棒の使用開始運転サイクルまたは該ハフニウム制御棒が当初は一部挿入され最終的に全引き抜き状態となる該ハフニウム制御棒の最終使用運転サイクル以外の少なくとも一つの中途の運転サイクルについて、当該運転サイクルを通じて前記ハフニウム制御棒を全引き抜きすること、
を特徴とする請求項１記載の原子炉運転方法。
【請求項３】
コントロールセル炉心を有するとともに、前記コントロールセル炉心のコントロールセルに対応する箇所に配置される制御棒の材料にハフニウムを含む複数のハフニウム制御棒を有する原子炉制御装置において、
前記複数のハフニウム制御棒の使用期間内の少なくとも一つの運転サイクル期間内で、前記複数のハフニウム制御棒が全挿入状態である運転サイクル開始後の運転サイクル初期の期間の経過後から、前記複数のハフニウム制御棒がほぼ全引抜状態である運転サイクル終了までの所定期間の運転サイクル末期の開始前である運転サイクル中期に、Ｈｆ１８１の減衰のため前記コントロールセルに対応する箇所に配置される前記複数のハフニウム制御棒の少なくとも一部を全引抜する８０日から１２０日間の期間を設けること、を制御上の条件として原子炉の制御を行うことを特徴とする原子炉制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御棒材料にハフニウムを含む制御棒を有する原子炉における使用済みハフニウム制御棒の放射能低減に係る原子炉の運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
主要な商用の原子力発電所は、沸騰水型原子炉（以下「ＢＷＲ」という）と加圧水型原子炉（以下「ＰＷＲ」という）とに大別できる。原子炉は運転サイクル初期には運転期間に対応した十分な反応度を有する。
【０００３】
ＢＷＲでは主に燃料集合体３に可燃性毒物を装荷する方法と、制御棒を炉心に挿入する方法で反応度を制御している。一方、ＰＷＲでは主に減速材（軽水）に中性子吸収材（ホウ酸水）を添加する方法（ケミカルシム）で反応度を制御しており、可燃性毒物を装荷する方法の実用化も検討されている。
【０００４】
原子炉の制御棒に要求される特性は、中性子吸収効果が大きいことであり、ＢＷＲ開発初期には、炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）粉末を中性子吸収材とする制御棒（以下「従来型Ｂ制御棒」という）が実用化された。Ｂ４Ｃ粉末は中性子吸収効果が大きいホウ素を多く含み、取扱いが容易で安価である利点から、広く用いられている。
【０００５】
ＢＷＲ商用化とともに課題となってきたのが、照射後制御棒の廃棄である。制御棒寿命は、中性子照射量の積算値で規定されており、従来型Ｂ制御棒においては、２．２Ｓｎｖｔ程度である。これは、制御棒を炉心内でフル活用した場合、ほぼ２サイクル照射（１サイクル、約３００日運転とした場合）に相当する。従来型Ｂ制御棒では、天然組成のホウ素のうち約２割の組成を占めるＢ１０が中性子吸収反応に寄与する。
【０００６】
この中性子吸収反応は、（ｎ，α）反応でありＨｅガスを生成する。前記制御棒寿命は、Ｈｅガス生成によるＢ４Ｃ収納管の内圧上昇も考慮したもので、Ｂ１０減損率に対応する。制御棒寿命を延ばすために開発されたのが、特許文献１、２に示すように、中性子吸収材料にハフニウムを採用した制御棒であり、長寿命型制御棒として実用化されている。
【０００７】
図３は、ハフニウムの天然同位体組成比と中性子吸収断面積を示す図である。ハフニウムは、天然組成で複数種類の同位体からなる金属であり、その組成比と中性子吸収断面積（例として、毎秒２２００ｍの速度の熱中性子に対する値）は、図３に示すとおりである。
【０００８】
ハフニウムの中性子吸収反応は、捕獲反応であり、核種変換を伴わずＨｆ同位体が高次化するのみである。すなわち、従来型Ｂ制御棒におけるようなＨｅガスの発生などの現象の考慮は不要である。上記の熱中性子に対する吸収断面積は、ホウ素と比較すると小さいが、より高いエネルギーの共鳴エネルギー領域の中性子にも有効な感度を有する。
【０００９】
また、中性子に対する吸収反応は、同位体ごとに異なる特性を有し、Ｈｆ１７４とＨｆ１７７で大きな値となる特徴がある。すなわち、中性子吸収反応はＨｆ同位体が高次化する過程で、同反応が長期に亘って持続する。
【００１０】
これは、中性子照射量に対応する制御棒寿命として、従来型Ｂ制御棒の２倍以上（６．０Ｓｎｖｔ）の期間である。以上が、Ｈｆ制御棒が長寿命型制御棒として作用する原理である。
【００１１】
一方、ＢＷＲを含めた商用軽水炉の運転方法は、経済性向上の観点から改良が行われている。ＢＷＲで採用されている運転方法として、コントロールセル（以下「ＣＣ」という）炉心が広く採用されている。
【００１２】
軽水炉の燃料集合体３は、４サイクル程度の期間（１サイクル、約３００日運転とした場合）、炉内に装荷されているが、炉内径方向の出力平坦化による経済性向上を図って、運転サイクルごとに燃料集合体３の配置を必要に応じてシャッフリングさせる。
【００１３】
ＢＷＲにおけるＣＣ炉心の概念は、燃料集合体３が４体単位で配置されることを念頭に、炉内に４サイクル以上滞在する燃焼末期の燃料集合体３を４体セットで規則的に炉内にＣＣとして配置するもので、ＣＣに対応する箇所の制御棒で運転サイクル期間の反応度制御を行うものである。これに対し、ＣＣ以外に配置される制御棒の役割は、炉停止機能を有することが主要なものである。
【００１４】
このようにＢＷＲの制御棒は、ＣＣに配置される反応度制御用のものと、ＣＣ以外に配置される炉停止用のものに、大まかに区別できる。ＢＷＲ用の長寿命型制御棒は、中性子照射量に対する負荷が大きい、ＣＣに配置される反応度制御用のものに供される。
【００１５】
一方、長寿命型制御棒と別に、ＢＷＲでは大反応度型制御棒の開発も進められている。
【００１６】
ＣＣ以外に配置される炉停止用のものは、大反応度型制御棒が、概して適している。なお、ＰＷＲでは、運転サイクル期間の反応度制御はケミカルシムが主流であるが、ＢＷＲ同様のＣＣ炉心の適用も可能である。
【００１７】
原子力発電所は、電力供給の基盤としての位置付けとなっており、現行、全消費電力の約４割、今後も同程度あるいは更なる需要が見込まれる。基盤電力との位置付けから、商用の原子力発電所はスケールメリットを考慮した大出力の発電所が基本である。ＢＷＲでは、電気出力１１０万ｋＷが現行の主流で、改良型ＢＷＲでは同１３６万ｋＷのものも運転中である。
【００１８】
これらのＢＷＲでは、燃料集合体３が７６４体と制御棒が１８５本（電気出力１１０万ｋＷ）、燃料集合体３が８７２体と制御棒が２０５本（電気出力１３６万ｋＷ）の構成が標準的である。図２は、ＢＷＲ炉心の一例における水平方向の概略配置図であり、電気出力１３６万ｋＷのＢＷＲに係る炉心の水平方向の概略配置を示している。
【００１９】
炉心は、中性子吸収材料にハフニウムを採用した制御棒である長寿命型Ｈｆ制御棒が２１本と従来型Ｂ制御棒が１８４本（制御棒合計２０５本）、燃料集合体３が８７２体、長寿命型Ｈｆ制御棒の周囲に燃料集合体３が４体で形成するコントロールセル（ＣＣ）４が２１箇所、これらを格納するシュラウド５からなる。
【００２０】
ＢＷＲにおける原子炉の運転方法を、図２に示した炉心を例として説明する。典型的な現行の運転方法は、約１年で運転サイクルを繰り返すものあり、一つの運転サイクルの中の運転期間は約３００日である。
【００２１】
各々の運転サイクルに約６０日の定期検査期間を設け、運転期間と定期検査期間とをセットとして、約１年となる。定期検査期間には、炉心全体の５分の１から３分の１の範囲の燃料集合体３を交換するとともに、規定の中性子照射量に達した制御棒も交換する。運転サイクル中のＢＷＲにおける反応度制御は、主に燃料集合体３に可燃性毒物を装荷する方法と、制御棒を炉心に装荷する方法で行っている。燃料集合体３への可燃性毒物の装荷量は、１．５サイクル程度で燃焼が終了するように設定されている。
【００２２】
一方、定期検査での燃料交換時には、燃焼が進行した燃料集合体３を選択的に、長寿命型Ｈｆ制御棒１とセットで形成するＣＣに配置する。制御棒による反応度制御は、２１本の長寿命型Ｈｆ制御棒１で行うが、運転サイクル初期の深挿入条件から徐々に引き抜いて、運転サイクル末期には、ほぼ全引抜きの条件となる。
【００２３】
ただし、運転サイクル初期から中期における制御棒の挿入条件は、可燃性毒物の装荷方法でも調整可能で、２１箇所のＣＣは十分な余裕を持った炉心設計となっている。概略、全ＣＣのうち４分の１程度の箇所における制御棒を引き抜き状態として、運転サイクル中期に引き抜き制御棒を変更する方法（制御棒パターン交換）も可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２４】
【特許文献１】特許第２９３９２９８号公報
【特許文献２】特許第２９８０３９４号公報
【非特許文献】
【００２５】
【非特許文献１】ＯＲＩＧＥＮ２−Ａ  Ｒｅｖｉｓｅｄ  ａｎｄ  Ｕｐｄａｔｅｄ    Ｖｅｒｓｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｏａｋ  Ｒｉｄｇｅ  Ｉｓｏｔｏｐｅ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ  Ｃｏｄｅ，ＯＲＮＬ−５６２１（１９８０）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
ハフニウムは、前記のように、天然組成は複数の同位体から成り、中性子捕獲反応を繰り返すことで高次化しつつ長寿命型制御棒としての性能を示す。天然組成のハフニウムでは、Ｈｆ１８０（３５．１ａｔｏｍ％）が最も高次な同位体であるが、原子炉に長期滞在したハフニウムには、さらに高次化した同位体が蓄積される。
【００２７】
図１はＨｆ１８２、Ｔａ１８２ｍ、Ｔａ１８２等の壊変図であり、Ｈｆ１８２を含む高次同位体関連核種の壊変を示す。原子炉に長期滞在した場合の核変換は次のとおりである。まず、Ｈｆ１８０の中性子捕獲（１３ｂａｒｎ）によりＨｆ１８１となる。さらに、Ｈｆ１８１の中性子捕獲（３０ｂａｒｎ）によりＨｆ１８２ｍとなる。
【００２８】
この時点で生成したＨｆ１８２ｍは、５８％がβ崩壊（半減期６２分）でＴａ１８２ｍに壊変するが、４２％は内部転換でＨｆ１８２となる。このＨｆ１８２は長半減期（９×１０６年）の核種で、かつ、高エネルギーγ線（１１２１．３ｋｅｖ）を放出する娘核種Ｔａ１８２と永続平衡を形成する。
【００２９】
軽水炉から発生する廃棄物は地層処分が検討されているが、コスト面から廃棄物を分類処分することが有効である。低レベル廃棄物については、余裕深度処分の手法をとり、対象物を特定する作業が進められている。また、軽水炉から発生する低レベル廃棄物のうち、余裕深度処分対象廃棄物は、その構成機器の違いからＢＷＲとＰＷＲを区別する方法で検討が進められている。
【００３０】
そして、従来型の制御棒、長寿命型の制御棒及び大反応度制御棒の種類にかかわらず、ＢＷＲでは使用済制御棒は、余裕深度処分対象廃棄物の候補の一つである。
【００３１】
制御棒材料にハフニウムを含む原子炉、特にＢＷＲにおいて、余裕深度処分の対象として、使用済のＨｆ制御棒を含めることは、商用原子炉から発生する廃棄物処分を円滑に進める上で有効である。また、使用済のＨｆ制御棒の廃棄には、ハフニウムの放射能量を低減する必要がある。
【００３２】
本発明は、制御棒材料にハフニウムを含む原子炉の運転方法において、ハフニウムの放射能量の低減を可能とする原子炉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】
【００３３】
上記目的を達成するために、本発明は、コントロールセル炉心を有するとともに、前記コントロールセル炉心のコントロールセルに対応する箇所に配置される制御棒の材料にハフニウムを含む複数のハフニウム制御棒を有する原子炉についての原子炉運転方法において、前記複数のハフニウム制御棒の使用期間内の少なくとも一つの運転サイクル期間内で、前記複数のハフニウム制御棒が全挿入状態である運転サイクル開始後の運転サイクル初期の期間の経過後から、前記複数のハフニウム制御棒がほぼ全引抜状態である運転サイクル終了までの所定期間の運転サイクル末期の開始前である運転サイクル中期に、Ｈｆ１８１の減衰のため前記コントロールセルに対応する箇所に配置される前記複数のハフニウム制御棒の少なくとも一部を全引抜する８０日から１２０日間の期間を設けること、を特徴とする。
【００３４】
また、本発明は、コントロールセル炉心を有するとともに、前記コントロールセル炉心のコントロールセルに対応する箇所に配置される制御棒の材料にハフニウムを含む複数のハフニウム制御棒を有する原子炉制御装置において、前記複数のハフニウム制御棒の使用期間内の少なくとも一つの運転サイクル期間内で、前記複数のハフニウム制御棒が全挿入状態である運転サイクル開始後の運転サイクル初期の期間の経過後から、前記複数のハフニウム制御棒がほぼ全引抜状態である運転サイクル終了までの所定期間の運転サイクル末期の開始前である運転サイクル中期に、Ｈｆ１８１の減衰のため前記コントロールセルに対応する箇所に配置される前記複数のハフニウム制御棒の少なくとも一部を全引抜する８０日から１２０日間の期間を設けること、を制御上の条件として原子炉の制御を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、制御棒材料にハフニウムを含む原子炉の運転方法において、ハフニウムの放射能量の低減を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】Ｈｆ１８２、Ｔａ１８２ｍ、Ｔａ１８２等の壊変図である。
【図２】ＢＷＲ炉心の一例における水平方向の概略配置図である。
【図３】ハフニウムの天然同位体組成比と中性子吸収断面積を示す図である。
【図４】本発明に係る原子炉運転方法の第１の実施形態による５サイクル滞在、１サイクル中期引抜の場合の運転方法を示す図である。
【図５】本発明に係る原子炉運転方法の第２の実施形態による５サイクル滞在、４サイクル照射かつ１サイクル中期引抜の場合の運転方法を示す図である。
【図６】本発明に係る原子炉運転方法の第２の実施形態による５サイクル滞在、４サイクル照射かつ１サイクル中期引抜の場合のＨｆ１８２生成特性の計算例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
本実施形態で着目するのは、図１に示したＨｆ１８２の先行核となるＨｆ１８１の生成と壊変の特性である。Ｈｆ１８１は、ハフニウム天然組成の安定核種Ｈｆ１８０の中性子捕獲反応（１３ｂａｒｎ）で生成する。
【００３８】
ハフニウムを原子炉内に運転状態（高い中性子場）で滞在させると、Ｈｆ１８１の中性子捕獲反応（３０ｂａｒｎ）によりＨｆ１８２が生成するが、一方、Ｈｆ１８１自体はβ崩壊（半減期４２日）で安定核種Ｔａ１８１に壊変する。本実施形態は、極めて長半減期のＨｆ１８２の生成を抑制するために、このＨｆ１８１のβ崩壊を積極的に利用するものである。  
すなわち、ハフニウムを継続的に運転状態（高い中性子場）に曝すことを回避してＨｆ１８２生成量を抑制するために、原子炉内のハフニウムを含む全制御棒本数のうち一部の本数の制御棒を、運転期間中のいずれかの期間、炉心へ挿入しない状態を計画的に設定することである。
【００３９】
このことによって、それまで炉内の中性子による照射により生成したＨｆ１８１が４２日間の半減期をもって壊変することにより当該ハフニウムを含む制御棒中のＨｆ１８１の量が低減される期間を確保し、最終的な取出し時のＨｆ１８２の量の低減を図ることができる。
【００４０】
本発明に係る原子炉運転方法の実施形態を、以下に図面を参照しながら説明する。なお、同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４１】
〔第１の実施形態〕
本実施形態における運転方法は、原子炉内のハフニウムを含む複数制御棒をグループ分けし、各グループに属する制御棒について、該制御棒の使用期間内に、使用期間中の複数の運転サイクルのうちある運転サイクル期間内の中間の期間すなわち運転サイクル中期に該制御棒を引抜状態とすることとする運転方法である。
【００４２】
制御棒寿命は原子炉内での中性子照射量の積算値に依存するが、前記のように、１サイクルで約３００日運転としたＢＷＲの場合、従来型Ｂ制御棒２で２サイクル、長寿命型Ｈｆ制御棒１でその２倍以上、すなわち、通算１２００日以上を原子炉の反応度制御に供することが可能である。
【００４３】
また、本実施形態における前記の炉心へ挿入しない状態の別の計画的設定としてはある運転サイクル期間は使用しない方式もとることができる。１サイクルで約３００日運転とした場合、長寿命型Ｈｆ制御棒１は通算３サイクル以上、通常４サイクルから５サイクルの原子炉内の使用が見込める。
【００４４】
このうち、任意の運転サイクルの一部の期間において、原子炉の反応度制御に長寿命型Ｈｆ制御棒１を使用しないことも、Ｈｆ１８２生成量を抑制することに有効である。
【００４５】
すなわち、通算１２００日以上、かつ、通算３回以上の運転サイクルで原子炉の反応度制御に使用するハフニウム制御棒に対して、原子炉の反応度制御に使用する任意の少なくとも１回の運転サイクル中期に、８０日から１２０日間の、計画的な引き抜き期間を設けることを特徴とする使用済ハフニウム制御棒の放射能低減に係る原子炉の運転方法が可能である。
【００４６】
図４は、本発明に係る原子炉運転方法の第１の実施形態の例として５サイクル滞在、１サイクル中期引抜の場合の運転方法を示す図である。
【００４７】
以下に、本実施形態の運転方法によるＨｆ１８２生成の低減効果についての評価を示す。
【００４８】
プラントの運転サイクルを３００日とし、かつ、制御棒の運転中における引き抜きを考慮して、ハフニウムの照射条件を設定した。
【００４９】
すなわち、運転サイクルを初期、中期及び末期に１００日ずつ３分割し、初期の照射条件を基準に中期は３分の２、末期は３分の１の照射条件とした。また、運転中の引き抜き条件については、基準に対して１０分の１の照射条件とした。評価にあたっては、非特許文献１に記載のコードを使用した。
【００５０】
第１サイクルから第３サイクルまでのそれぞれのサイクルにおいて、通常運転の場合と中期引抜運転を行った場合と比較すると、Ｈｆ１８２生成量は次のようになる。
【００５１】
第１サイクル：通常１４．２ｇｒａｍ、引抜７．８ｇｒａｍ（相対生成量０．５４３）
第２サイクル：通常１５．５ｇｒａｍ、引抜８．８ｇｒａｍ（相対生成量０．５６８）
第３サイクル：通常１６．４ｇｒａｍ、引抜９．３ｇｒａｍ（相対生成量０．５６７）
いずれのケースにおいても、運転サイクル単位での使用済ハフニウム制御棒の放射能低減に対する効果は４０％以上である。さらに、これらを詳細に比較すると、相対生成量はハフニウム制御棒を装荷する初期の運転サイクルで、僅かに大きくなる傾向にある。
【００５２】
ただし、絶対生成量自体は初期の運転サイクルで少ないので、全体の照射条件を同一（例えば、上記評価の通常運転３サイクル、中期引抜運転１サイクルなど）とした場合、最終的なＨｆ１８２生成量に殆ど差はない。
【００５３】
以下に、上記の検討において設定した条件について、実機への適用、効果の観点から補足する。
【００５４】
第１の点は、引抜期間である。
【００５５】
３００日のプラント運転期間において、その運転サイクル中期の１００日間引抜状態として検討を行ったが、ここで、１００日という期間は、プラント運転期間の３分の１であり、実用上、使用状態からの除外の許容可能な期間の上限と想定される。
【００５６】
一方、Ｈｆ１８１の減衰という観点では、半減期４２日の２倍以上を確保できる期間であり、Ｈｆ１８２の親核種であるＨｆ１８１が４分の１まで減衰することは、Ｈｆ１８２生成量の低減に貢献する。
【００５７】
また、１００日と設定して検討を行ったが、８０日ないし１２０日の幅でも類似の効果が容易に推測される。さらに、再挿入しない場合に、より大きな効果となることは容易に推測できる。
【００５８】
第２の点は、プラントの運転期間中の引抜時期である。
【００５９】
実施の検討では、運転サイクル中期に中途休止を設定した。これは、運転サイクル初期でＨｆ１８１がある程度蓄積した後、その減衰を考慮したものである。
【００６０】
また、ＢＷＲの反応度抑制のための制御棒操作は、運転サイクル初期ではＣＣ（コントロールセル）４用の長寿命型Ｈｆ制御棒１はほぼ全挿入に対し、末期ではほぼ全引抜となるので、中途休止の設定タイミングに裕度が大きいのは運転サイクル中期であり、実際の実施条件として容易に想定されるものである。
【００６１】
Ｈｆ１８１がある程度蓄積した以降であれば、中途休止の効果はいずれのタイミングでも期待できることは、実施の検討から容易に推測できる。特に、Ｈｆ１８１の蓄積量が多くなる運転サイクル後半に中途休止をシフトすることは効果が大きい方向となる。
【００６２】
また、中途休止してそのまま再挿入しないことも有効で、その制御棒として、照射期間が長いものを選択する方法もある。
【００６３】
なお、運転サイクル初期に休止制御棒を設定することは、この時期が長寿命型Ｈｆ制御棒１をほぼ全挿入とする期間であることから制約があるが、定期検査（実施の検討では６０日に設定）の期間も加味して、前運転サイクル末期まで照射した制御棒を選択的に休止することは有効である。
【００６４】
また、運転サイクル末期には、逆に長寿命型Ｈｆ制御棒１をほぼ全引抜の状態となるが、浅挿入条件での運転でも適用可能である。すなわち、運転サイクル後半に浅挿入条件とする場合、直近に休止期間を設けた制御棒を選択的に反応度抑制に使用する方法も有効である。
【００６５】
中途休止を実施する上で、好ましいタイミングは、中性子捕獲反応によるＨｆ１８０から、Ｈｆ１８１、さらにＨｆ１８２への核変換を考慮したものとなる。
【００６６】
実施の検討では、運転サイクル３００日を３分割し、運転サイクル中期に中途休止を設定した。
【００６７】
これは、長寿命型Ｈｆ制御棒１の使用状況と、Ｈｆ１８１の蓄積を念頭に置いたもので、Ｈｆ１８２への核変換が進まない時期が望ましいとの意図がある。
【００６８】
長寿命型Ｈｆ制御棒１の使用状況を考慮すると、運転サイクルの４分の１〜２分の１経過後に実施することが有効である。
【００６９】
この原理は、運転サイクルを長期化（例えば２倍程度）した場合も、基本的に当てはまる。すなわち、運転サイクル初期の照射量が増大するものの、休止期間も長く設定できるためである。また、実施の検討では運転サイクル中に１回の休止期間を設けているが、複数回を計画することも有効である。
【００７０】
以上の説明のように、本実施形態によれば、制御棒材料にハフニウムを含む原子炉の運転方法において、ハフニウムの放射能量の低減が可能となる。また、その条件は柔軟であり、実機の運用上、広範な適用が可能である。
【００７１】
〔第２の実施形態〕
本発明に係る原子炉運転方法の第２の実施形態における運転方法は、前記第１の実施形態が、各グループに属する制御棒について、該制御棒の使用期間内に、使用期間中の複数の運転サイクルのうちある運転サイクルのサイクル中期に該制御棒を引抜状態とすることであったことに、さらに異なる休止期間を付加するものである。
【００７２】
付加する休止期間は、該制御棒の使用開始または最終使用運転サイクル以外の任意の運転サイクルで、前記の運転サイクル期間中の中期の期間に該制御棒を引き抜き状態とする原子炉運転期間を除いた期間の少なくとも一以上の運転期間中を通じて対象とする制御棒を全引抜とするものである。
【００７３】
図５は、本実施形態の一例として、５サイクル滞在、４サイクル照射かつ１サイクル中期引抜の場合の運転方法を示す図である。
【００７４】
以下に、本実施形態の運転方法によるＨｆ１８２生成の低減効果についての評価を示す。
【００７５】
図６は、本実施形態による５サイクル滞在、４サイクル照射かつ１サイクル中期引抜の場合のＨｆ１８２生成特性の計算例を示すグラフである。
【００７６】
ある原子炉の運転サイクルを通して、対象とする制御棒を全引き抜き状態とする場合、第４サイクルでの引き抜きが相対的に低減効果が大きい。
【００７７】
このため、第４サイクルは全期間引き抜き状態で、これに加え、その他の運転サイクルにおいて、第１の実施形態と同様にその運転サイクル中期に１００日間の引抜期間を設けたケースについてＨｆ１８２の低減効果を評価したものである。
【００７８】
図６に示すように、以下のケースについて評価した。
【００７９】
（基準ケース）第１、２、３、４サイクル挿入、第５サイクル全期間引抜 
第４サイクル全期間引抜、第５サイクル中期引抜 
第３サイクル中期引抜、第４サイクル全期間引抜 
第２サイクル中期引抜、第４サイクル全期間引抜 
第１サイクル中期引抜、第４サイクル全期間引抜 
図６には、基準ケースを含め各ケースのＨｆ１８２生成量の推移を示した。各ケースにおける基準ケースに対するＨｆ１８２生成量（相対値）は、下記の結果である。
【００８０】
（基準ケース）第１、２、３、４サイクル挿入、第５サイクル全期間引抜 
第４サイクル全期間引抜、第５サイクル中期引抜 ：０．８７５
第３サイクル中期引抜、第４サイクル全期間引抜 ：０．８７７
第２サイクル中期引抜、第４サイクル全期間引抜 ：０．８７７
第１サイクル中期引抜、第４サイクル全期間引抜 ：０．８８０
すなわち、使用済ハフニウム制御棒の放射能低減について、運転サイクル単位での完全休止と運転サイクル中期を組み合わせた引抜期間を設ける効果は、１２−１３％程度である。
【００８１】
運転サイクル中期引抜運転を、完全休止の第４サイクルの前の第３サイクルに行うか、あるいは後の第５サイクルに行うかの２つのケースを比較すると次のようになる。
【００８２】
なお、基準ケース（Ｈｆ１８２生成量、６３．９ｇｒａｍ）に対する相対的な生成量も併せて示す。
【００８３】
第３サイクルに行う場合：  ５６．１ｇｒａｍ（０．８７８）
第５サイクルに行う場合：  ５５．９ｇｒａｍ（０．８７５）
制御棒を完全休止した運転サイクルの後、サイクル中期引抜とした方が、若干、有利であるが、いずれも使用済ハフニウム制御棒の放射能低減に対する効果は、１３％程度で両者の違いは僅かである。
【００８４】
以上、本実施形態として、運転サイクル単位での完全休止と運転サイクル中期を組み合わせた引抜期間を設ける場合を評価した。
【００８５】
運転サイクル単位での完全休止を設ける効果からは、制御棒の原子炉内滞在期間の後半に設定する方法が有利である。一方、運転サイクル単位での完全休止と運転サイクル中期を組み合わせた引抜期間を設ける効果は１３％程度で、運転サイクル中期に引抜期間は、運転サイクル単位での完全休止の後に設定する方法が有利である。このような条件では、使用済ハフニウム制御棒の放射能低減に対する効果は１３％程度である。
【００８６】
これは、Ｈｆ１８１のβ崩壊に係る半減期が４２日であることが要因である。すなわち、運転サイクルを３００日と仮定し、さらに運転サイクルを初期、中期及び末期の１００日単位で検討する場合、この半減期に依存する使用済ハフニウム制御棒の放射能低減に対する効果は、有意な長さである。
【００８７】
一方、原子炉内滞在期間として、５サイクルを設定すると、運転期間が１５００日程度に亘ることになり、運転サイクル中期に引抜期間を設ける運転サイクルの設定については、前述の検討で示したように、運転サイクル単位の使用済ハフニウム制御棒の放射能低減に対する効果は、制御棒の装荷期間の初期運転サイクルの方が相対量は大きいが、制御棒の原子炉内滞在期間を一定とすれば、最終的なＨｆ１８２生成量は大きく変化しない。
【００８８】
したがって、運転サイクル中期に引抜期間を設ける運転サイクルは任意のものとしてよい。この実施の形態では、使用済ハフニウム制御棒の放射能低減に対する効果として、前述の検討を踏まえると、１０％以上の効果が見込める。
【００８９】
以上のように、本実施形態によれば、制御棒材料にハフニウムを含む原子炉の運転方法において、ハフニウムの放射能量の低減を可能とする。また、第１の実施形態と同様に、その条件は柔軟であり、実機の運用上、広範な適用が可能である。
【００９０】
〔その他の実施の形態〕
これまで述べた方式における期間として示した日数は、現行の通常のＢＷＲで運用されている運転方法、すなわち、１サイクルで約３００日運転とした場合の日数である。
【００９１】
ＢＷＲの経済性向上の観点から、運転サイクル期間を現行の２倍程度に長期化する運転方法も検討されているが、そのような運転方法においても、Ｈｆ１８１のβ崩壊に係る半減期４２日を勘案して、類似の使用済ハフニウム制御棒の放射能低減に係る原子炉運転方法が設定可能である。
【００９２】
また、現行のＰＷＲでは、運転サイクル期間の反応度制御はケミカルシムが主流であるが、今後、ＰＷＲでハフニウムを含む制御棒を運転サイクル期間の反応度制御に使用することは、十分に想定される。その場合においても、ＢＷＲに対する提案と類似の方法は適用可能である。
【００９３】
他の実施の形態として、運転サイクル単位での完全休止の引抜期間を設ける方法もある。この場合、休止期間の設定は、制御棒の原子炉内滞在期間の後半に設定する方法が有利である。
【００９４】
さらに、運転サイクル中期に引抜期間を設ける方法については運転サイクル中期にも制御棒は原子炉内に挿入されていることを前提としたものである。運転サイクル末期にも制御棒を浅挿入条件とする原子炉運転方法においても、本発明と類似の方法は、設定可能である。
【００９５】
この場合には、運転サイクル末期に選択的に引抜制御棒を設定して、かつ、その他の制御棒をやや深挿入条件として、引抜制御棒のＨｆ１８２生成量を抑制する方法も、使用済ハフニウム制御棒の放射能低減に有効である。
【００９６】
本発明の実施の形態をコントロールセル炉心を有する改良型ＢＷＲを例にとって示したが、制御棒材料にハフニウムを含むＢＷＲ一般の他、ＰＷＲの炉心でも適用可能である。
【００９７】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形には、発明の範囲や用紙に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００９８】
１  ・・・  長寿命型Ｈｆ制御棒
２  ・・・  従来型Ｂ制御棒
３  ・・・  燃料集合体
４  ・・・  コントロールセル（ＣＣ）
５  ・・・  シュラウド
【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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