(57)【要約】【課題】サーマルスパイクを抑制し、燃料の健全性の確保と相俟って炉心出力の平坦化を図った原子炉を提供する。【解決手段】本発明に係る原子炉は、中性子反射体３２に臨む燃料集合体における燃料ピン３１ａに充填する全重金属物質の核分裂性物質が占める割合を、中性子反射体３２から離れた位置の燃料集合体における燃料ピン３１ｃに充填する全重金属物質の核分裂性物質が占める割合に較べて相対的に少なくさせた。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉容器内に収容された燃料集合体の外側に中性子反射体を備え、この中性子反射体を駆動して前記燃料集合体からの中性子の漏洩を調整するとともに、前記燃料集合体の反応度を制御する原子炉において、前記中性子反射体に臨む燃料集合体における燃料ピンに充填する全重金属物質の核分裂性物質が占める割合を、前記中性子反射体から離れた位置の燃料集合体における燃料ピンに充填する全重金属物質の核分裂性物質が占める割合に較べて相対的に少なくする構成にしたことを特徴とする原子炉。
【請求項２】
原子炉容器内に収容された燃料集合体の外側に中性子反射体を備え、この中性子反射体を駆動して前記燃料集合体からの中性子の漏洩を調整するとともに、前記燃料集合体の反応度を制御する原子炉において、前記中性子反射体に臨む燃料集合体における燃料ピンの燃料スミア密度を、前記中性子反射体から離れた位置の燃料集合体における燃料ピンの燃料スミア密度に較べて相対的に少なくする構成にしたことを特徴とする原子炉。
【請求項３】
原子炉容器内に収容された燃料集合体の外側に中性子反射体を備え、この中性子反射体を駆動して前記燃料集合体からの中性子の漏洩を調整するとともに、前記燃料集合体の反応度を制御する原子炉において、前記中性子反射体に臨む燃料集合体における燃料ピンに充填する全重金属物質の核分裂性物質が占める割合を、軸方向に向って異ならしめた構成にしたことを特徴とする原子炉。
【請求項４】
原子炉容器内に収容された燃料集合体の外側に中性子反射体を備え、この中性子反射体を駆動して前記燃料集合体からの中性子の漏洩を調整するとともに、前記燃料集合体の反応度を制御する原子炉において、前記燃料集合体における燃料ピンの冷却材入口側から冷却材出口側に向って低核分裂性物質域、中間核分裂性物質域、高核分裂性物質域を構成したことを特徴とする原子炉。
【請求項５】
原子炉容器内に収容された燃料集合体の外側に中性子反射体を備え、この中性子反射体を駆動して前記燃料集合体からの中性子の漏洩を調整するとともに、前記燃料集合体の反応度を制御する原子炉において、前記中性子反射体に臨む燃料集合体における燃料ピンの燃料スミア密度を、軸方向に向って高くする構成にしたことを特徴とする原子炉。
【請求項６】
中性子反射体は、燃料集合体に臨む側を構造体に構成するとともに、その外側を減速体に構成したことを特徴とする請求項１〜５のうち、いずれか記載の原子炉。
【請求項７】
中性子反射体は、上昇方向頭部側を構造体に構成するとともに、残りの部分を減速体に構成したことを特徴とする請求項１〜５のうち、いずれか記載の原子炉。
【請求項８】
原子炉容器内に収容された燃料集合体の外側に中性子反射体を備え、この中性子反射体を駆動して前記燃料集合体からの中性子の漏洩を調整するとともに、前記燃料集合体の反応度を制御する原子炉において、前記燃料集合体に中性子吸収集合体を備えたことを特徴とする原子炉。
【請求項９】
中性子吸収集合体は、燃料集合体の中央に配置したことを特徴とする請求項８記載の原子炉。
【請求項１０】
中性子吸収集合体は、筒体内に収容され、中央に配置される炉停止棒とその外側に配置される固定吸収体とで構成したことを特徴とする請求項８記載の原子炉。
【請求項１１】
固定吸収体は、筒状に形成し、筒状を複数に区分けするセグメントに分割したことを特徴とする請求項１０記載の原子炉。
【請求項１２】
筒体は、多角形に構成したことを特徴とする請求項１０記載の原子炉。
【請求項１３】
複数に分割した幾つかのセグメントは、燃料集合体の反応度を調整する構造体に置換させる構成にしたことを特徴とする請求項１１記載の原子炉。
【請求項１４】
原子炉容器内に収容された燃料集合体の外側に中性子反射体を備え、この中性子反射体を駆動して前記燃料集合体からの中性子の漏洩を調整するとともに、前記燃料集合体の反応度を制御する原子炉において、前記燃料集合体の外側にマイナアクチニド消滅用集合体を備えたことを特徴とする原子炉。
【請求項１５】
マイナアクチニド消滅用集合体は、燃料集合体に臨む側から外側に向って順に区分けした高濃度減速材・マイナアクチニド混合部、低濃度減速材・マイナアクチニド混合部、マイナアクチニド混合部で構成したことを特徴とする請求項１４記載の原子炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子炉に係り、特に、炉心に沿って進退させ、炉心から中性子の漏洩を調整し、炉心の反応度を制御する中性子反射体等に改良を加えた原子炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、原子炉、例えば高速炉においては、炉心の反応度を制御する際、例えば特許第２８９２８２４号および特許第２８３５１６１号に見られるように、制御棒で行う手法と、中性子の漏れ量を制御する手法とがある。
【０００３】
これら手法のうち、中性子の漏れ量を制御する手法は、小型炉心を持つ原子炉にとって好適であり、その構成として、例えば図８、図９および図１１に示すものがある。
【０００４】
原子炉は、原子炉容器１内の中央に炉心２を収容している。この炉心２は、外側が炉心バレル３によって囲われ、内部に多数の燃料ピンを配置する燃料集合体と、その中央部に装荷される中性子吸収体用チャンネルで構成されている。
【０００５】
炉心バレル３の外側には、隙間を介して隔壁４が設けられるとともに、この隔壁４と炉心バレル３との隙間に、炉心２に沿って進退する中性子反射体５と、この中性子反射体５を駆動する中性子反射体駆動装置６とが設けられている。
【０００６】
炉心バレル３と隔壁４との隙間は、炉心２の運転の際に使用する中性子反射体５の進退移動領域ｚであり、冷却材の流路にもなっている。
【０００７】
また、隔壁４と原子炉容器１との間には、数多くの中性子遮蔽材７が設けられている。これら中性子遮蔽体７は、原子炉容器１の中性子照射量を全プラントの寿命に亘って予め定められた値以下に制限するために設けられたものであり、複数の中性子遮蔽棒７ａで構成されている。
【０００８】
中性子遮蔽体７は、ステンレス鋼で作製された構造体のほかに、中性子吸収能力の大きいボロンを含むＢ４Ｃセラミックスを収容するピンや、ハフニウム、タンタル等の金属、あるいはそれらの化合物を含むものが用いられる。
【０００９】
また、中性子反射体７の領域における環境負荷低減のための活用方策には、軽水炉使用済み燃料等から発生する長半減期のネプツニウム、アメリシウム、キュリウム等のマイナアクチニドを配置し、中性子を吸収させ、より短半減期の核種やプルトニウム等の有用核種に核変換させ、マイナアクチニドを消滅させる場合もある。この場合、マイナアクチニドを効果的に消滅させるために、水素化ジルコニウム等の減速材を混在させており、その混在割合は一様である。
【００１０】
炉心２、炉心バレル３、隔壁４、中性子反射体５および中性子遮蔽体７は、原子炉容器１の底部側に設けた支持構造物８上に設けられている。支持構造物８は、冷却材通流孔を数多く備える一方、支持構造物８と原子炉容器１との間に底部プレナム９を設けている。
【００１１】
また、隔壁４と原子炉容器１との間に設けられた中性子遮蔽体７の頭部側には、中間熱交換器１０と電磁ポンプ１１が設けられている。中間熱交換器１０は、二次側冷却材通流配管１２を備えている。
【００１２】
原子炉容器１の頭部開口は、遮蔽プラグ１３で閉塞され、原子炉容器１内を液体ナトリウム等の液体金属の冷却材１４で満たしている。冷却材１４と遮蔽プラグ１３の間は、頭部プレナム１５を形成し、ここに不活性ガスを封入している。
【００１３】
原子炉容器１の中央に収容する炉心２は、図９に示すように、炉心バレル３に囲まれ、ハニカム状に配置された、例えば１８本の燃料集合体１６と、燃料集合体１６の中央に装荷される中性子吸収チャンネル１７とで構成されている。
【００１４】
中性子吸収チャンネル１７は、炉心２の炉停止用に使用され、運転時、遮蔽プラグ１３側に引き抜かれている。なお、符号１８は、ガードベッセルであり、原子炉容器１を包囲する保護容器である。
【００１５】
一方、燃料集合体１６は、図１０に示すように、ステンレス鋼製の六角形状のラッパ管１９内に燃料ピン２０を収容する一方、ラッパ管１８の頭部および底部のそれぞれに中性子遮蔽体２１ａ，２１ｂを備えている。
【００１６】
燃料ピン２０は、燃料部２０ａと核分裂によって生じるガス成分を封じ込めるプレナム部２０ｂとで構成されている。この燃料ピン２０は、ワイヤラップまたはグリッド（ともに図示せず）で冷却材１４の流入を促進するものであり、一端をラッパ管１９に挿着している。
【００１７】
また、燃料集合体１６は、頭部側に冷却材出口２３を設けるとともに、底部側に冷却材入口２４を設ける一方、冷却材入口２４を備えるエントランスノズル２３を炉心支持板２６に固設する構成になっている。
【００１８】
このような構成を備える原子炉において、冷却材１４は、図８に示すように、電磁ポンプ１１の駆動力によって原子炉容器１内を矢印の方向に向って循環し、炉心２内に流入する。炉心２内に流入した冷却材１４は、炉心２からの熱を奪っている。
【００１９】
炉心２から熱を奪う際の冷却材１４は、隔壁４の内側を底部側から頭部側に向って流れ、その途中で炉心２に流入し、炉心２の核分裂によって生じた熱を吸収し、温度上昇する。温度上昇した冷却材１４は、中間熱交換器１０に流入し、ここで二次冷却材と熱交換し、冷却される。
【００２０】
冷却された冷却材１４は、中間熱交換器１０を出た後、電磁ポンプ１１の駆動力によって昇圧し、隔壁４と中性子遮蔽体７との間を通り、支持構造物８に供給され、さらに底部プレナム９に供給された後、炉心２の底部側に廻り込み、再び炉心２に供給され、循環を繰り返している。
【００２１】
一方、中性子反射体５は、遮蔽プラグ１３に設けた中性子反射体駆動装置６の駆動力によって炉心バレル３と隔壁４との隙間を炉心２に沿って進退移動し、炉心２からの中性子の漏洩を調整し、炉心２の燃焼に伴う反応度変化を補償していた。
【特許文献１】特許第２８９２８２４号
【特許文献２】特許第２８３５１６１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
ところで、小型原子炉としての高速炉においては、炉心寿命が長い場合、反射能力の大きい軽元素からなる減速材、例えばステンレス鋼で囲われたＳｉＣで作製された中性子反射体５を使用することがある。
【００２３】
この場合、中性子は、中性子反射体５によって減速され、実効的に核分裂断面積が増加する。このため、中性子反射体５に臨む側の燃料ピン２０にのみ出力が著しく増加し、出力分布の均一化を図る上で不都合、不具合を招いていた。この現象は、軽水炉で熱中性子により局所出力上昇と酷似しており、サーマルスパイクと称されている。
【００２４】
このため、原子炉は、燃料の健全性を確保する必要上、炉心全体の出力を下げざるを得なくなり、発電効率を低下させる要因になっていた。
【００２５】
また、サーマルスパイクが生じると、中性子反射体５に臨む側の燃料ピン２０は、他の燃料ピンに較べて出力が著しく増加し、破損限界に近付く虞がある。破損限界を回避させるには、中性子反射体５に臨む側にのみより多くの冷却材を流すして熱的余裕を確保する手立てしかなく、運転上、不都合を来していた。
【００２６】
また、炉心寿命をより長く維持させる場合、炉心２の余剰反応度を増加させ、初期の余剰反応度を、例えばハフニウム等の金属で作製した固定吸収体で吸収させ、運転サイクル途中で余剰反応度が低下したときに炉停止後、固定吸収体を引き抜き、余剰反応度を回復させる炉心運用法もあるものの、固定吸収体を炉停止棒領域に配置すると、炉停止棒の設置場所の余裕もなく、さらに固定吸収体自身の反応度価値を調整することが難しくなっていた。
【００２７】
他方、中性子遮蔽体７でマイナアクチニドを消滅させるとき、マイナアクチニド消滅量をより多くさせるには、減速材をより多く投入させることが必要である。しかし、減速材をより多く投入させると、中性子遮蔽体７の外側の中性子束が低減し、結果的にマイナアクチニドの消滅量を増加させることができない等の不都合を生じさせていた。
【００２８】
本発明は、このような事情に基づいてなされたものであり、サーマルスパイクを抑制し、燃料の健全性の確保と相俟って炉心出力の平坦化を図った原子炉を提供することを目的とする。
【００２９】
また、本発明に係る他の目的は、固定吸収体を用いる場合、炉停止棒の配置調整を容易にする原子炉を提供することにある。
【００３０】
さらに、本発明に係る他の目的は、マイナアクチニドの消滅量を、容易により多くさせる原子炉を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
本発明に係る原子炉は、上述の目的を達成するために、請求項１に記載したように、原子炉容器内に収容された燃料集合体の外側に中性子反射体を備え、この中性子反射体を駆動して前記燃料集合体からの中性子の漏洩を調整するとともに、前記燃料集合体の反応度を制御する原子炉において、前記中性子反射体に臨む燃料集合体における燃料ピンに充填する全重金属物質の核分裂性物質が占める割合を、前記中性子反射体から離れた位置の燃料集合体における燃料ピンに充填する全重金属物質の核分裂性物質が占める割合に較べて相対的に少なくする構成にしたものである。
【００３２】
また、本発明に係る原子炉は、上述の目的を達成するために、請求項２に記載したように、原子炉容器内に収容された燃料集合体の外側に中性子反射体を備え、この中性子反射体を駆動して前記燃料集合体からの中性子の漏洩を調整するとともに、前記燃料集合体の反応度を制御する原子炉において、前記中性子反射体に臨む燃料集合体における燃料ピンの燃料スミア密度を、前記中性子反射体から離れた位置の燃料集合体における燃料ピンの燃料スミア密度に較べて相対的に少なくする構成にしたものである。
【００３３】
また、本発明に係る原子炉は、上述の目的を達成するために、請求項３に記載したように、原子炉容器内に収容された燃料集合体の外側に中性子反射体を備え、この中性子反射体を駆動して前記燃料集合体からの中性子の漏洩を調整するとともに、前記燃料集合体の反応度を制御する原子炉において、前記中性子反射体に臨む燃料集合体における燃料ピンに充填する全重金属物質の核分裂性物質が占める割合を、軸方向に向って異ならしめた構成にしたものである。
【００３４】
また、本発明に係る原子炉は、上述の目的を達成するために、請求項４に記載したように、原子炉容器内に収容された燃料集合体の外側に中性子反射体を備え、この中性子反射体を駆動して前記燃料集合体からの中性子の漏洩を調整するとともに、前記燃料集合体の反応度を制御する原子炉において、前記燃料集合体における燃料ピンの冷却材入口側から冷却材出口側に向って低核分裂性物質域、中間核分裂性物質域、高核分裂性物質域を構成したものである。
【００３５】
また、本発明に係る原子炉は、上述の目的を達成するために、請求項５に記載したように、原子炉容器内に収容された燃料集合体の外側に中性子反射体を備え、この中性子反射体を駆動して前記燃料集合体からの中性子の漏洩を調整するとともに、前記燃料集合体の反応度を制御する原子炉において、前記中性子反射体に臨む燃料集合体における燃料ピンの燃料スミア密度を、軸方向に向って高くする構成にしたものである。
【００３６】
また、本発明に係る原子炉は、上述の目的を達成するために、請求項６に記載したように、中性子反射体は、燃料集合体に臨む側を構造体に構成するとともに、その外側を減速体に構成したものである。
【００３７】
また、本発明に係る原子炉は、上述の目的を達成するために、請求項７に記載したように、中性子反射体は、上昇方向頭部側を構造体に構成するとともに、残りの部分を減速体に構成したものである。
【００３８】
また、本発明に係る原子炉は、上述の目的を達成するために、請求項８に記載したように、原子炉容器内に収容された燃料集合体の外側に中性子反射体を備え、この中性子反射体を駆動して前記燃料集合体からの中性子の漏洩を調整するとともに、前記燃料集合体の反応度を制御する原子炉において、前記燃料集合体に中性子吸収集合体を備えたものである。
【００３９】
また、本発明に係る原子炉は、上述の目的を達成するために、請求項９に記載したように、中性子吸収集合体は、燃料集合体の中央に配置したものである。
【００４０】
また、本発明に係る原子炉は、上述の目的を達成するために、請求項１０に記載したように、中性子吸収集合体は、筒体内に収容され、中央に配置される炉停止棒とその外側に配置される固定吸収体とで構成したものである。
【００４１】
また、本発明に係る原子炉は、上述の目的を達成するために、請求項１１に記載したように、固定吸収体は、筒状に形成し、筒状を複数に区分けするセグメントに分割したものである。
【００４２】
また、本発明に係る原子炉は、上述の目的を達成するために、請求項１２に記載したように、筒体は、多角形に構成したものである。
【００４３】
また、本発明に係る原子炉は、上述の目的を達成するために、請求項１３に記載したように、複数に分割した幾つかのセグメントは、燃料集合体の反応度を調整する構造体に置換させる構成にしたものである。
【００４４】
また、本発明に係る原子炉は、上述の目的を達成するために、請求項１４に記載したように、原子炉容器内に収容された燃料集合体の外側に中性子反射体を備え、この中性子反射体を駆動して前記燃料集合体からの中性子の漏洩を調整するとともに、前記燃料集合体の反応度を制御する原子炉において、前記燃料集合体の外側にマイナアクチニド消滅用集合体を備えたものである。
【００４５】
また、本発明に係る原子炉は、上述の目的を達成するために、請求項１５に記載したように、マイナアクチニド消滅用集合体は、燃料集合体に臨む側から外側に向って順に区分けした高濃度減速材・マイナアクチニド混合部、低濃度減速材・マイナアクチニド混合部、マイナアクチニド混合部で構成したものである。
【発明の効果】
【００４６】
本発明に係る原子炉は、中性子反射体に臨む燃料集合体に充填する全重金属物質の核分裂性物質が占める割合を、中性子反射体から離れた位置の燃料集合体に充填する全重金属燃料物質の核分裂性物質が占める割合に較べて相対的に少なくする構成にしたので、燃料集合体の局所的出力上昇を防止でき、サーマルスパイクを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
以下、本発明に係る原子炉の実施形態を図面および図面に付した符号を引用して説明する。
【００４８】
図１は、本発明に係る原子炉に適用する燃料集合体から抜き出した燃料ピンの第１実施形態を示す概念図である。
【００４９】
本実施形態に係る燃料ピンは、ラッパ管３０に収容する燃料ピン束３０ａのうち、中性子反射体３２に臨む側の燃料ピン３１ａに充填する全重金属燃料物質の核分裂性物質が占める割合を、中性子反射体３２から離れた位置の燃料ピン３３Ｃに充填する全重金属燃料物質の核分裂性物質が占める割合に較べて相対的に少なくさせる構成にしたものである。
【００５０】
一般に、減速材を含む中性子反射体を炉心の冷却材入口側（底部側）から冷却材出口側（頭部側）に向って上昇させると、炉心から漏洩する中性子が中性子反射体で減速され、炉心に戻される。このため、中性子反射体に臨むの側の燃料ピンに充填する全重金属燃料物質に占める減速中性子の割合が大きくなり、中性子反射体から離れた他の燃料ピンに充填していた全重金属燃料物質に占める核分裂性物質の割合を同じにしていてもサーマルスパイクが発生する。
【００５１】
本実施形態は、このような点を考慮したものであり、ラッパ管３０に収容する燃料ピン束３０ａのうち、中性子反射体３２に臨む側の燃料ピン３１ａに充填する全重金属燃料物質の核分裂性物質が占める割合を、中性子反射体３２から離れた位置の燃料ピン３１ｃに充填する全重金属燃料物質の核分裂性物質が占める割合に較べて相対的に少なくさせる構成にしたものである。
【００５２】
したがって、本実施形態は、中性子反射体３２に臨む側の燃料ピン束３０ａにおける燃料ピン３１ａに充填する全重金属燃料物質の核分裂性物質が占める割合を、中性子反射体３２から離れた位置の燃料ピン３１ｃに充填する全重金属燃料物質の核分裂性物質が占める割合に較べて相対的に少なくさせる構成にしたので、燃料ピン束３０ａの局所的な出力上昇を防止することができ、サーマルスパイクを抑制することができる。
【００５３】
また、中性子反射体３２に臨む側の燃料ピン３１ａの隣り（内側）の燃料ピン３２ｂも、全重金属燃料物質の核分裂性物質が占める割合を、中性子反射体３２から離れた位置の燃料ピン３１ｃの全重金属燃料物質の核分裂性物資が占める割合に較べて相対的に少なくさせると、より一層サーマルスパイクを抑制することができる。
【００５４】
さらにまた、本実施形態は、中性子反射体３２に臨む側の燃料ピン３１ａに充填する全重金属燃料物質の核分裂性物質が占める割合を、中性子反射体３２から離れた位置の燃料ピン３２ｃに充填する全重金属燃料物質の核分裂性物質が占める割合に較べて相対的に少なくさせる構成にしたが、この例に限らず、中性子反射体３２に臨む側の燃料ピン３１ａ内の燃料スミア密度を、中性子反射体３２から離れた位置の燃料ピン３１ｃ内の燃料スミア密度に較べて相対的に少なくさせてもよい。この場合も、燃料ピン束３０ａの局所的な出力上昇を防止でき、サーマルスパイクを抑制することができる。
【００５５】
ここで、燃料スミア密度とは、燃料密度を燃料ピン内面に薄めたとして定義される密度をいう。
【００５６】
図２は、本発明に係る原子炉に適用する燃料集合体から抜き出された燃料ピンの第２実施形態を示す概念図である。
【００５７】
本実施形態は、ラッパ管３０に収容し、燃料ピン束３０ａを構成する燃料ピン３１，３１，…，の冷却材入口３３側から冷却材出口３９側に向う軸方向に沿い、冷却材入口３３側（底部側）から順に、低核分裂性物質域４０、中間核分裂性物質域４１、高核分裂性物質域４２を構成したものである。
【００５８】
一般に、ラッパ管３０は、冷却材入口３３側（底部側）から冷却材出口３９（頭部側）に向って順に、冷却材入口３３、ノズル３４、冷却材入口プレナム３５、複数の燃料ピン３１，３１，…，を一つに束ねた燃料ピン束３０ａを収容する燃料室３６、冷却材出口プレナム３７、ハンドリングヘッド３８、冷却材出口３９を備えている。
【００５９】
このような構成を備えるラッパ管３０において、中性子反射体３２が冷却材出口３９側に向って上昇する際、ラッパ管３０の燃料室３６の冷却材入口３３（底部側）に差し掛かると、サーマルスパイクが発生し、燃料ピン束３０ａの局所的出力上昇が起る。
【００６０】
本実施形態は、このような点を考慮したものであり、燃料ピン３１の冷却材入口３３側から冷却材出口３９側に向って順に、低核分裂性物質域４０、中間核分裂性物質域４１、高核分裂性物質域４２を構成したものである。
【００６１】
このように本実施形態は、燃料ピン３１の冷却材入口３３側から冷却材出口３９側に向って順に、低核分裂性物質域４０、中間核分裂性物質域４１、高核分裂性物質域４２を構成したので、中性子反射体３２が、燃料ピン３１の冷却材入口３３側を通過する際、低核分裂性物質域４０の作用を受けてサーマルスパイクを抑制し、軸方向の出力分布を平坦化させることができる。
【００６２】
なお、本実施形態は、燃料ピン３１の冷却材入口３３側から冷却材出口３９側に向って順に、低核分裂性物質域４０、中間核分裂性物質域４１、高核分裂性物質域４２を構成したが、この例に限らずスミア密度を、冷却材入口３３側から冷却材出口３９側に向って徐々に高くしてもよい。
【００６３】
図３は、本発明に係る原子炉に適用する中性子反射体の第１実施形態を示す概念図である。
【００６４】
本実施形態は、中性子反射体３２の中性子反射効率を高める一方、燃料ピンのサーマルスパイクを抑制するためになされたものであり、中性子反射体３２の燃料集合体（炉心）４３に臨む側を、例えばステンレス鋼等の減速材を含まない構造体４４で構成するとともに、その外側の部分を、例えばＳｉＣ等の減速材を含む減速体４５で構成したものである。
【００６５】
このように、本実施形態は、中性子反射体３２のうち、燃料集合体４３に臨む側を構造体４４で構成し、その外側の部分を減速材４５で構成したので、中性子反射体３２の反射効率を向上させるとともに、中性子反射体３２の燃料ピン底部側通過の際に発生するサーマルスパイクを抑制することができる。
【００６６】
図４は、本発明に係る原子炉に適用する中性子反射体の第２実施形態を示す概念図である。
【００６７】
本実施形態は、燃料集合体４３よりも底部側に位置させておいた中性子反射体３２を、燃料集合体４３の燃焼開始時、燃料集合体４３の底部側からその頭部側に向って上昇させていくと、中性子反射体３２の燃料集合体４３の底部側通過時、サーマルスパイクが発生することを考慮したもので、中性子反射体３２のうち、上昇方向頭部側の部分を、例えばステンレス鋼等の減速材を含まない構造体４４で構成するとともに、残りの部分を、例えばＳｉＣ等の減速材を含む減速材４５で構成したものである。
【００６８】
このように、本実施形態は、中性子反射体３２のうち、上昇方向頭部側の部分を構造体４４で構成し、残りの部分を減速材４５で構成したので、中性子反射体３２の燃料ピン底部側通過の際に発生するサーマルスパイクを抑制し、出力分布を平坦化させることができ、中性子反射体３２の燃料ピン頭部側到達時、減速材４５で中性子反射効率を高く維持させることができる。
【００６９】
図５は、本発明に係る原子炉に適用する中性子吸収集合体の第１実施形態を示す概念図である。
【００７０】
本実施形態に係る中性子吸収集合体４６は、例えば六角形等の多角形の筒体４７の燃料集合体の中央に配置される炉停止棒４８とその外側に配置される筒状の固定吸収体４９との両方を収容させる構成にしたものである。
【００７１】
従来、例えば、高速炉等の原子炉は、炉心の寿命をより長く維持させるために、上述したように、炉心の余剰反応度を大きくし、建設当初の初期運転の余剰反応度を固定吸収体で吸収させ、運転サイクル途中で余剰反応度が低下してくると、固定吸収体を引き抜き、中性子反射体のみの進退移動をさせることによって燃料集合体（炉心）の反応度を調整する運転を行っていた。
【００７２】
この場合、事故時にのみ燃料集合体に挿入する炉停止棒４８と筒状の固定吸収体４９とを別個に燃料集合体に収容させていたが、限られたスペース上、余裕がなく何らかの改善が求められていた。
【００７３】
本実施形態は、このような点を考慮してなされたもので、燃料集合体の中央に配置される中性子吸収集合体４６を一つの、例えば六角形等の多角形で形成した筒体４７にし、この筒体４７に炉停止棒４８と筒状の固定吸収体４９との両方を収容する際、筒状の固定吸収体４９の中央に炉停止棒４８を挿通させる構成にしたものである。なお、符号５０は冷却材である。
【００７４】
このように、本実施形態は、一つの、例えば六角形等の多角形で形成した筒体４７に収容する中性子吸収集合体４６を、炉停止棒４８と筒状の固定吸収体４９との両方を収容させる構成にし、限られたスペースの有効活用を図ったので、燃料集合体に余裕を持たせて安定運転を行わせることができる。
【００７５】
なお、本実施形態は、固定吸収体４９を筒状に形成し、固定吸収体４９の中央に炉停止棒４８を挿通させたが、この例に限らず、例えば図６に示すように、筒状の固定吸収体４９を、例えば６個に区分けしたセグメント５１ａ，５１ｂ，…にし、セグメント５１ａ，５１ｂ，…のうち、幾つかを、例えばステンレス鋼製の構造体４４にしてもよい。
【００７６】
部分的にセグメント５１ａ，５１ｂ，…を固定吸収体４９から構造体４４に置換し、燃料集合体に装荷すると、反応度を効果的に制御でき、運転計画に適した余剰反応度の調整を行うことができる。
【００７７】
図７は、本発明に係る原子炉に適用し、従来の中性子反射体をマイナアクチニド消滅用集合体に置き換えたマイナアクチニド消滅用集合体の実施形態を示す概念図である。
【００７８】
本実施形態に係るマイナアクチニド消滅用集合体５２は、燃料集合体４３に臨む側から外側に向って３つに区分けした高濃度減速材・マイナアクチニド混合部５３、低濃度減速材・マイナアクチニド混合部５４、マイナアクチニド部５５で構成したものである。
【００７９】
従来、マイナアクチニド、特に、ネプツニウムを効果的に消滅させるには、中性子断面積の大きい低エネルギの中性子を増加させることが必要であり、水素化ジルコニウム等の減速材を混入させることが有効と考えられていた。
【００８０】
しかし、従来の中性子遮蔽体では、その外側が低エネルギの中性子で減速されているため、水素化ジルコニウム等を混入させてもマイナアクチニドの消滅を増加させることができない問題を抱えていた。
【００８１】
本実施形態は、このような事情に基づいてなされたもので、従来の中性子遮蔽体をマイナアクチニド消滅用集合体５２に置き換え、置き換えたマイナアクチニド消滅用集合体５２を燃料集合体４３に臨む側から外側に向って３つに区分けした高濃度減速材・マイナアクチニド混合部５３、低濃度減速材・マイナアクチニド混合部５４、マイナアクチニド部５５で構成したものである。
【００８２】
このように、本実施形態は、マイナアクチニド消滅用集合体５２を燃料集合体４３に臨む側から外側に向って高濃度減速材・マイナアクチニド混合部５３、低濃度減速材・マイナアクチニド混合部５４、マイナアクチニド部５５で構成し、濃度分布を異ならしめたので、低エネルギスペクトルで高中性子束にすることができ、マイナアクチニドの消滅量をより一層増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明に係る原子炉に適用する燃料集合体から抜き出した燃料ピンの第１実施形態を示す概念図。
【図２】本発明に係る原子炉に適用する燃料集合体から抜き出した燃料ピンの第２実施形態を示す概念図。
【図３】本発明に係る原子炉に適用する中性子反射体の第１実施形態を示す概念図。
【図４】本発明に係る原子炉に適用する中性子反射体の第２実施形態を示す概念図。
【図５】本発明に係る原子炉に適用する中性子吸収集合体の第１実施形態を示す概念図。
【図６】本発明に係る原子炉に適用する中性子吸収集合体の第２実施形態を示す概念図。
【図７】本発明に係る原子炉に適用するマイナアクチニド消滅用集合体の実施形態を示す概念図。
【図８】従来の原子炉を示す概略縦断面図。
【図９】図８のＡ−Ａ矢印方向から切断した概略横断面図。
【図１０】従来の燃料集合体から抜き出した燃料ピンの概略縦断面図。
【図１１】従来の原子炉を示す右半分概念図。
【符号の説明】
【００８４】
１  原子炉容器
２  炉心
３  炉心バレル
４  隔壁
５  中性子反射体
６  中性子反射体駆動装置
７  中性子遮蔽体
７ａ  中性子遮蔽棒
８  支持構造物
９  底部プレナム
１０  中間熱交換器
１１  電磁ポンプ
１２  二次側冷却材通流配管
１３  遮蔽プラグ
１４  冷却材
１５  頭部プレナム
１６  燃料集合体
１７  中性子吸収チャンネル
１８  ガードベッセル
１９  ラッパ管
２０  燃料ピン
２０ａ  燃料部
２０ｂ  プレナム部
２１ａ，２１ｂ  中性子遮蔽体
２２  エントランスノズル
２３  冷却材出口
２４  冷却材入口
２５  エントランスノズル
２６  炉心支持板
３０  ラッパ管
３０ａ  燃料ピン束
３１，３１ａ，３１ｂ  燃料ピン
３２  中性子反射体
３３  冷却材入口
３４  ノズル
３５  冷却材入口プレナム
３６  燃料室
３７  冷却材出口プレナム
３８  ハンドリングヘッド
３９  冷却材出口
４０  低核分裂性物質域
４１  中間核分裂性物質域
４２  高核分裂性物質域
４３  燃料集合体
４４  構造体
４５  減速体
４６  中性子吸収集合体
４７  筒体
４８  炉停止棒
４９  固定吸収体
５０  冷却材
５１ａ，５１ｂ，５１ｃ  セグメント
５２  マイナアクチニド消滅用集合体
５３  高濃度減速材・マイナアクチニド混合部
５４  低濃度減速材・マイナアクチニド混合部
５５  マイナアクチニド部
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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