(57)【要約】【課題】チムニを有する自然循環式ＢＷＲにおける炉心性能計算の精度の高い原子炉を提供する。【解決手段】炉心は、燃料集合体２１を、炉心平面の中心を通るＸ軸５１、Ｙ軸５２に対して１／４炉心鏡対称、１／４炉心９０°回転対称、１／２炉心鏡対称、１／２炉心１８０°回転対称、１／８対称軸５３に対して１／８炉心鏡対称、１／２炉心鏡対称、１／２炉心１８０°回転対称の装荷パターンが可能である。チムニ１１Ａの横断面の格子流路１１ａは、１／８対称軸５３に対して鏡対称に構成する。ＬＰＲＭ検出器集合体３３をチムニ横断面の対称軸である１／８対称軸５３に対し鏡対称位置の一方にだけ配置して、対称性を利用して、少ないＬＰＲＭ検出器集合体の配置で、精度のよい炉心内出力分布の計算結果を得る。【選択図】図５
2007232431.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の燃料集合体を装荷した炉心と、前記炉心内に設置された中性子検出器と、前記炉心の上に設置されたチムニを備えた自然循環式沸騰水型原子炉において、
前記炉心は、前記燃料集合体を、前記炉心の横断面の中心を通る対称軸に対して鏡対称、および前記炉心の横断面の中心に対して回転対称に装荷可能な構成であり、
前記チムニは、流路隔壁により区画された格子流路を、前記炉心の横断面の対称軸の少なくとも一つの対称軸に対して鏡対称、または前記炉心の横断面の中心に対して回転対称として対応させて配置した構成であり、
前記炉心の横断面において、前記格子流路の配置の対称性に対応した対称位置のうち、少なくとも１箇所に中性子検出器を配置したことを特徴とする自然循環式沸騰水型原子炉。
【請求項２】
前記炉心の前記燃料集合体の水平方向位置を決める上部格子板は、２×２配列の前記燃料集合体の中央位置に制御棒を配して１つの制御棒セルを構成し、該制御棒セルに対応する正方形の格子孔を前記炉心の横断面の中央に配置した上で、さらに直角Ｘ−Ｙ座標のＸ軸方向、Ｙ軸方向に前記格子孔を多数配置したものであり、
前記格子流路は、前記上部格子板の格子孔を含むように構成し、前記炉心の横断面の中心を通り、Ｘ軸またはＹ軸に対して４５°の角度をなす対称軸を少なくとも有するように横断面方向に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の自然循環式沸騰水型原子炉。
【請求項３】
前記炉心の前記燃料集合体の水平方向位置を決める上部格子板は、２×２配列の前記燃料集合体の中央位置に制御棒を配して１つの制御棒セルを構成し、該制御棒セルに対応する正方形の格子孔を前記炉心の横断面の中央に配置した上で、さらに直角Ｘ−Ｙ座標のＸ軸方向、Ｙ軸方向に前記格子孔を多数配置したものであり、
前記格子流路は、前記上部格子板の格子孔を含むように構成し、前記炉心の横断面の中心に対して回転対称をなすように横断面方向に配置することを特徴とする請求項１に記載の自然循環式沸騰水型原子炉。
【請求項４】
前記炉心の前記燃料集合体の水平方向位置を決める上部格子板は、２×２配列の前記燃料集合体の中央位置に制御棒を配して１つの制御棒セルを構成し、該制御棒セルに対応する正方形の格子孔を前記炉心の横断面の中央に配置した上で、さらに直角Ｘ−Ｙ座標のＸ軸方向、Ｙ軸方向に多数配置したものであり、
前記格子流路は、前記上部格子板の格子孔の３×３配列を含むように構成し、前記炉心の横断面の中心を通るＸ軸、Ｙ軸の対称軸、およびＸ軸またはＹ軸に対して４５°の角度をなす前記炉心の横断面の中心を通る対称軸を有するように横断面方向に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の自然循環式沸騰水型原子炉。
【請求項５】
前記炉心の前記燃料集合体の水平方向位置を決める上部格子板は、２×２配列の前記燃料集合体の中央位置に制御棒を配して１つの制御棒セルを構成し、該制御棒セルに対応する正方形の格子孔を前記炉心の横断面の中央に配置した上で、さらに直角Ｘ−Ｙ座標のＸ軸方向、Ｙ軸方向に前記格子孔を多数配置したものであり、
前記炉心の横断面の中央に対応する前記格子流路は、炉心の横断面中央の前記格子孔を１つだけを含み、
他の前記格子流路は、前記上部格子板の格子孔の２×２配列を含むように構成し、前記炉心の横断面の中心を通るＸ軸、Ｙ軸で前記炉心の横断面を４分割した１／４炉心に対して９０°回転対称配置であることを特徴とする請求項１に記載の自然循環式沸騰水型原子炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、沸騰水型原子炉に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
これまでに商業運転されている強制循環式の沸騰水型原子炉（以下、ＢＷＲと称する）では、円筒形の炉心シュラウド内に、横断面が正方形の燃料集合体をＸ軸方向、Ｙ軸方向に並べて林立させて炉心を構成している。そして、横断面がほぼ十字形の制御棒が、その周囲を囲む４体の燃料集合体の間に挿入可能に配置され、この制御棒を囲む４体の燃料集合体の単位を制御棒セルと称している。
【０００３】
炉心内には、ＬＰＲＭ（Local Power Range Monitor：局部出力領域モニタ）検出器集合体が、前記制御棒セルの２×２配列を、２×２配列のコーナ位置で囲むように離散的に配置され、炉内中性子束分布を計測するように構成されている。ＬＰＲＭ検出器集合体で計測された炉内中性子束分布は、炉心内の出力分布を計算して燃料集合体の熱的制限値［ＭＣＰＲ（Minimum Critical Power Ratio：最小限界出力比）およびＭＬＨＧＲ（Maximum Linear Heat Generation Rate：最大線出力密度）の運転制限値］に対する余裕などを計算する３次元核熱水力計算コードによる炉心性能計算に用いられる。
【０００４】
このＬＰＲＭ検出器集合体の配置は、炉心への燃料集合体が、炉心の横断面における中心を通るＸ軸とＹ軸、およびＸ軸またはＹ軸に対して４５°の角度をなして中心を通る１／８対称の対称軸も考慮し、１／４炉心鏡対称、１／４炉心９０°回転対称、１／２炉心鏡対称、１／２炉心１８０°回転対称、１／８炉心鏡対称などの装荷パターンで配置されることを利用したものとなっている。つまり、このＬＰＲＭ検出器集合体の配置においては、制御棒セルのコーナにＬＰＲＭ検出器集合体が配置されていない箇所の中性子束は、炉心の横断面上で対称位置にあるＬＰＲＭ検出器集合体の計測した中性子束で代替することとしている。
【０００５】
近年、自然循環式ＢＷＲが提唱され、その自然循環式ＢＷＲでは自然循環の駆動力確保のため、炉心の上に強制循環式ＢＷＲには無いチムニが設けられる（特許文献１参照）。
【特許文献１】特公平７−２７０５１号公報（第１図、第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、前記特許文献１に記載された自然循環式ＢＷＲは、チムニ内を鉛直方向の仕切り板により分割して複数の格子流路を有している構成となっている。
その場合の冷却材の流れは以下のようになる。まず、冷却材は、下部プレナムから炉心へ流入時に各燃料集合体に分配され、燃料集合体を冷却して冷却材の気液二相流となる。さらに、個々の燃料集合体を出た冷却材は、チムニの格子流路の入口で一つの格子流路に対応している複数の燃料集合体分が合流する。その後、上部プレナムで各格子流路の気液二相流全体が合流する。したがって、個々の燃料集合体に配分される冷却材流量は、この間の、燃料集合体圧損に格子流路の圧損を加えた圧損と、格子流路内のボイド率により主にきまる冷却材比重差による駆動力で決まる。つまり、各格子流路を流れる冷却材流量は、当該格子流路に対応する燃料集合体において発生する蒸気量に依存する。
【０００７】
この格子流路は、炉心を出た気液二相流が横断面内で均一なボイド率になるように分割する必要があるが、チムニを通過する時の摩擦圧損を低減する観点からは、前記制御棒セル単位で設けるよりも、より流路断面の面積の大きい格子流路とすることが、好ましい。また、原子炉の定期検査の際に、チムニを原子炉圧力容器の内部に設置したまま、格子流路を通じて燃料集合体などの交換作業を行う観点から、前記格子流路の流路隔壁は、炉心の上部格子板の前記制御棒セル単位で開けられた正方形の格子孔を横切るような形で塞がないように構成することが好ましい。
【０００８】
しかしながら、炉心の横断面の中心には制御棒が位置するように、中央制御棒セルは配置されており、チムニの格子流路を形成する流路隔壁の構成の仕方によっては、チムニ横断面の格子流路の配置が炉心の横断面のＸ軸、Ｙ軸に対して非対称となる。
その場合、炉心の横断面において、燃料集合体の装荷パターンを前記各種の対称のうちの一つとなるように構成しても、燃料集合体装荷パターンの対称性とチムニ横断面の格子流路配置の対称性がずれた場合、前記ＬＰＲＭ検出器集合体の炉心配置における対称性の利用の前提が崩れ、燃料集合体の炉心内出力分布計算の上で誤差を生じる。
【０００９】
本発明は、かかる問題を解決することを課題とし、炉心性能計算において、炉心内の燃料集合体の出力をより正確に算出可能な自然循環式沸騰水型原子炉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】
【００１０】
前記課題を解決するため本発明は、炉心は、燃料集合体を、炉心の横断面の中心を通る対称軸に対して鏡対称、または炉心の横断面の中心に対して回転対称に装荷可能な構成であり、チムニは、流路隔壁により区画された格子流路を、炉心の横断面の対称軸の少なくとも一つの対称軸に対して鏡対称、または炉心の横断面の中心に対して回転対称として対応させて配置した構成であり、中性子検出器は、炉心の横断面において、格子流路の配置の対称性に対応した対称位置のうち、少なくとも１箇所に中性子検出器を配置したことを特徴とする。
【００１１】
かかる構成により、炉心の横断面における燃料集合体の装荷パターンが利用できる対称性と、中性子検出器の配置で利用している対称性と、チムニの横断面の格子流路の配置の対称性と、が一致する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、炉心内の燃料集合体の出力分布を少ない中性子検出器でより正確に測定することができる。その結果、中性子検出器の炉心の横断面の配置における対称性が利用でき、少ない中性子検出器を用いて、精度の高い炉心内の出力分布計算ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
《第１の実施の形態》
次に、本発明の第１の実施の形態に係る自然循環式沸騰水型原子炉について、図１から図４を参照しながら詳細に説明する。
【００１４】
（原子炉の概要）
一般に、沸騰水型原子炉内の冷却材（軽水）の駆動方法は２通りあり、一つは再循環ポンプを用いて強制循環させる方法であり、もう一つは再循環ポンプを用いないで自然循環による方法である。本実施の形態は、後者の自然循環による方法である。
自然循環による方法は、図１に示すように、原子炉圧力容器（以下、圧力容器と称する）６内に収納する炉心７で発生するボイド、すなわち蒸気（気相）と飽和温度の液相の冷却材の混合した密度の低い冷却材と、給水配管１６ｂから供給される給水と混合された液相の冷却材との比重差によって自然循環に必要な駆動力を得るものである。
【００１５】
図１に示すように本実施の形態の自然循環式沸騰水型原子炉（以下、原子炉と称する）１は、円筒状の圧力容器６内に、炉心シュラウド８が、同心の円筒状に設けられている。この炉心シュラウド８は、その外周面と圧力容器６の内周面との間隙に環状空間を形成し、これをダウンカマ９という。また、炉心シュラウド８の内部には、多数の燃料集合体２１が配置された炉心７を収容している。
【００１６】
ダウンカマ９の上方には、復水器３から給水ポンプ４を介して、給水加熱器５で加熱の後、給水入口ノズル１７から圧力容器６内に供給される冷却材を圧力容器６内に均等に配分する図示しない給水スパージャが円環状に設けられている。
炉心シュラウド８は、シュラウドレグ８ａによって支持される。ダウンカマ９を下降した冷却材は、シュラウドレグ８ａ間の流路から、炉心７の下方の炉心下部プレナム（以下、下部プレナムと称する）１０に導き入れられる。
【００１７】
炉心７の下部には、炉心支持板２２を、上部には、上部格子板２３を設け、燃料集合体２１と制御棒２４の横方向の配置を決めている。
炉心支持板２２には、所定の間隔で円形の図示しない貫通孔が設けられ、その貫通孔に制御棒案内管２５が挿入され、制御棒案内管２５の下部は、圧力容器６の底部を貫通して制御棒２４を上下方向に動かす制御棒駆動機構（以下、ＣＲＤと称する）２６を収容する制御棒駆動機構ハウジング（以下、ＣＲＤハウジングと称する）２６ａの上部に組合わされている。
燃料集合体２１は、制御棒案内管２５の上端に取り付けられた図示しない燃料支持金具の上に据えられ、その荷重は制御棒案内管２５およびＣＲＤハウジング２６ａを介して、圧力容器６の底部に伝えられる。
【００１８】
前記の図示しない燃料支持金具は、側面に冷却材入口を有し、そこに図示しないオリフィスが設けられて、冷却材流量を規制している。燃料支持金具の冷却材入口に対応する制御棒案内管２５の側面には開口が設けられ、下部プレナム１０に導かれた冷却材が燃料支持金具を経て、燃料集合体２１内に導かれる。
個々の燃料集合体２１は、図示しない四角筒のチャンネルボックスで囲われ、軸方向の個別の流路を形成している。チャンネルボックスは、上部格子板２３の上面まで到る。前記四角筒のチャンネルボックスの外側には、隣接している燃料集合体２１のチャンネルボックスとの間に間隙を有し、所定割合の冷却材が上方に流れる流路を形成している。
前記制御棒２４は、図示しない中性子吸収物質を含む有効部を有し、その有効部が前記チャンネルボックスの外面をガイドとして、４体の燃料集合体２１間に挿入される。
【００１９】
さらに、炉心７内には、中性子検出器を複数含み出力領域の中性子束を計測するＬＰＲＭ（Local Power Range Monitor：局部出力領域モニタ）検出器集合体（以下、単にＬＰＲＭと称する）３３が、配置されている。ＬＰＲＭ３３は、その下部が圧力容器６底部に設けられた貫通孔を通る炉内核計装ハウジング３３ａに収容され、信号ケーブルが炉内核計装ハウジング３３ａの下端から出ている。
【００２０】
炉心７の上には、炉心から出た気液二相流の冷却材を上方に導き自然循環駆動力を増加させるチムニ１１Ａ（図１中、チムニ１１で代表）が設けられている。チムニ１１Ａは、例えば圧力容器６と同心の円筒状のチムニ胴１１ｄを有し、その内部を仕切り板で格子状に仕切った格子流路１１ａを有している。以下では、格子流路１１ａを構成する前記仕切り板を流路隔壁１１ｂと称する。
なお、個々の格子流路１１ａを上方に流れる冷却材が、チムニ１１Ａ内の上部で合流するようにチムニ１１Ａの上部に上部プレナム１１ｃが設けられている。
なお、上部格子板２３とチムニ１１Ａの下端とは、ダウンカマ９を下降する冷却材と、炉心７を出た冷却材とが混じらないような組み合わせ構造となっている。
【００２１】
チムニ１１Ａの上端は、シュラウドヘッド１２ａで閉じられる。シュラウドヘッド１２ａには、所定の数の冷却材通過用の孔が設けられ、その孔はスタンドパイプ１２ｂを介して気液二相流から飽和蒸気と飽和水とを分離する気水分離器１２につながっている。気水分離器１２の上方には、蒸気乾燥器１３が設けられ、気水分離器１２を出た飽和蒸気に含まれる湿分を除去する。を通過した蒸気は、蒸気ドーム１４、蒸気出口ノズル１５、主蒸気配管１６ａを経て、タービン２に送られる。
なお、シュラウドヘッド１２ａとスタンドパイプ１２ｂと気水分離器１２は一体に組み立てられており、燃料交換時には、一体でチムニ１１Ａの上端から取り外し可能な構成となっている。
【００２２】
このように、概略説明した原子炉１においては、給水入口ノズル１７から供給される冷却材は、気水分離器１２で分離された飽和水と混合し、図１中矢印Ａで示される冷却材は、ダウンカマ９を下降し、シュラウドレグ８ａの図示しない間隙によって構成される流路から、炉心シュラウド８内に流入し、炉心７によって加熱される。炉心７からの加熱によって冷却材Ａは、矢印Ｂで示す飽和状態の気液二相流となり、この気液二相流は格子流路１１ａ、上部プレナム１１ｃ、スタンドパイプ１２ｂを経て、気水分離器１２によって、矢印Ｃで示す気相の飽和蒸気と、矢印Ｄで示す液相の飽和水に分離される。飽和蒸気Ｃは、蒸気乾燥器１３を経て、蒸気出口ノズル１５から主蒸気配管１６ａによってタービン２に導かれ発電に供される。
一方、飽和水Ｄは、圧力容器６内の冷却材に混合され、給水入口ノズル１７から供給される冷却材と更に混合されて、再びダウンカマ９を下降して圧力容器６内を循環する。
【００２３】
（炉心の構成−概要）
次に、図２、図３を参照（適宜、図１を参照）し、炉心７の横断面（以下、炉心平面と称する）の詳細な構成を説明する。
燃料集合体２１は、図１のＧ−Ｇ矢視平面図である図２の（ａ）に示すように、上部格子板２３にＸ軸５１方向、およびＹ軸５２方向に所定の間隔で設けられた中太の実線で示した正方形の格子孔３２に対応して、細線の実線の正方形で示した燃料集合体２１の４体ずつが組をなして配置され、ほぼ円柱状の炉心７を構成する。４体１組の燃料集合体２１間には、横断面十字形状の制御棒２４が下方の制御棒案内管２５から前記図示しない燃料支持金具を貫通して出し入れ可能に設けられている（図１参照）。前記燃料集合体２１の４体１組の単位を、以下、制御棒セル３１という。図２では、代表的に炉心平面の中心に配される中央制御棒セル３１（Ｃ）と、それ以外の位置の制御棒セル３１のみを示し、制御棒セル３１にのみ代表的に制御棒２４を示してある。（ａ）中のＬ部の制御棒セル３１を拡大して（ｂ）に示す。
炉心７は、燃料集合体２１を１１３２体、制御棒２４を２６９本含む構成である。
【００２４】
（炉心の構成−炉心平面の対称性）
炉心７は、炉心平面における中心を通るＸ軸５１とＹ軸５２のそれぞれの対称軸、および中心を通ってＸ軸５１、またはＹ軸５２に対して４５°の角度をなす１／８対称の対称軸（以下、１／８対称軸と称する）５３、５４を有している。
通常、Ｘ軸５１、Ｙ軸５２で分割した炉心平面の領域それぞれを「１／４炉心」と言い、「１／４炉心」をさらに１／８対称軸５３、５４で２分割した領域を「１／８炉心」と言う。
炉心７は、Ｘ軸５１およびＹ軸５２に対して、１／４炉心鏡対称、１／４炉心９０°回転対称、１／２炉心鏡対称、１／２炉心１８０°回転対称の燃料集合体の装荷パターンが構成できる。また、炉心７は、１／８対称軸５３、５４に対して１／８炉心鏡対称、１／２炉心鏡対称、１／２炉心１８０°回転対称の燃料集合体の装荷パターンが構成できる。
【００２５】
（炉心の構成−ＬＰＲＭ配置）
次に、図３を参照しながら炉心平面におけるＬＰＲＭ３３の配置（以下、ＬＰＲＭ配置と称する）について説明する。
図３の（ａ）に示すように炉心７内には、炉心平面の外周部の制御棒セル３１を除いて、原則的に各制御棒セル３１の隣り合う２つのコーナにＬＰＲＭ３３が、配置されている。これは、１／８対称軸５３上の制御棒セル３１の対角コーナ位置に、炉心平面の最外周を除いて●印で示すようにＬＰＲＭ３３を１２体配置し、１／８対称軸５３上のＬＰＲＭ３３を起点に、さらにＸ軸５１方向とＹ軸５２方向に沿うように交互に制御棒セル３１のコーナにＬＰＲＭ３３を、炉心平面の外周部を除いて配置するものである。（ａ）中のＬ１部の制御棒セル３１を拡大して（ｂ）に示す。本実施の形態におけるＬＰＲＭ３３は、合計１３４体である。
【００２６】
このようなＬＰＲＭ配置とすることによって、１／８対称軸５３を中心に折り返すと、炉心７の制御棒セル３１の炉心平面の外周部を除く全コーナにＬＰＲＭ３３を配置したことになる。１／８対称軸５３の対称性を利用することによって、炉心平面の最外周位置を除く制御棒セル３１の各コーナの位置（計２５６箇所）に対して５２．３％に減じて配置していることになる。
【００２７】
（チムニの格子流路の構成）
次に、図４、図５を参照しながら炉心７の上に設置するチムニ１１Ａの横断面の格子流路１１ａの詳細な配置構成について説明する。
本実施の形態の原子炉１では、図１のＨ−Ｈ矢視平面図である図４の（ａ）に示すように、格子流路１１ａには、図中極太の実線で示す流路隔壁１１ｂで囲まれた右斜線部で示す格子流路１１ａと、流路隔壁１１ｂとチムニ胴１１ｄとで囲まれた左斜線部で示す格子流路１１ａとがある。このような格子流路１１ａの横断面の配置は、炉心平面の中央に位置する中央制御棒セル３１（Ｃ）を含む中央格子流路１１ａ（Ｃ）が、中央制御棒セル３１（Ｃ）を左下隅に位置するように含み、かつ各格子流路１１ａが炉心平面の中央領域では原則的に２×２配列の制御棒セル３１を含む配置となっている。したがって、（ａ）に示すように、格子流路１１ａの配置は、炉心平面の１／８対称軸５３に対して鏡対称の配置である。
なお、格子流路１１ａの流路隔壁１１ｂは、上部格子板２３の中太実線の正方形で示す格子孔３２を横切らないような形となっている。（ａ）中のＬ２部の制御棒セル３１を拡大して（ｂ）に示す。
【００２８】
（チムニの格子流路の配置とＬＰＲＭ配置の関係の作用効果）
図５の（ａ）はＬＰＲＭ配置［図３の（ａ）参照］と、チムニ１１Ａの格子流路１１ａの配置［図４の（ａ）参照］を重ねて示したものである。（ａ）中のＬ３部の制御棒セル３１を拡大して（ｂ）に示す。図中、図３および図４に記載の構成と同じ構成については、同じ符号を付し、説明を省略する。
（ａ）に示すように、１／８対称軸５３に対して、格子流路１１ａの配置は鏡対称であり、ＬＰＲＭ３３は１／８対称軸５３を軸に折り返すと、各制御棒セル３１の炉心平面の外周部を除く各コーナにＬＰＲＭ３３が配置された形になる。
炉心７における燃料集合体２１の装荷パターン、つまり燃料集合体２１の濃縮度・可燃性毒物の設計タイプの配置、燃料集合体平均燃焼度の分布などが１／８対称軸５３に対して鏡対称になるように配置された場合、チムニ１１Ａにおける格子流路１１ａの配置構成からそのチムニ１１Ａの横断面のボイド分布も１／８対称軸５３に対して鏡対称になる特性を備える。したがって、炉心７の燃料集合体２１の装荷パターンを１／８対称軸５３に鏡対称とすることと相俟って、チムニ１１Ａの横断面の格子流路１１ａへの気液二相流のボイド分布も１／８対称軸５３に鏡対称となり、チムニ１１Ａの横断面のボイド分布が燃料集合体２１への流量配分に影響しても、炉心径方向出力分布（個々の燃料集合体２１全体の出力を炉心平面分布で見たもの）、炉心平面の燃料集合体２１への流量配分も１／８対称軸５３に対して鏡対称となる。
【００２９】
以上のように本実施の形態によれば、ＬＰＲＭ３３を制御棒セル３１の全コーナ位置の内、炉心平面の１／８対称軸５３に対して鏡対称の位置の一方にだけ配置し、他方にはＬＰＲＭ３３を配置しない構成としても、制御棒セル３１のコーナにＬＰＲＭ３３が配置されていない箇所の中性子束は、炉心平面上で対称位置にあるＬＰＲＭ３３の計測した中性子束で代替することとが可能となり、少ないＬＰＲＭ３３でも、従来の強制循環式ＢＷＲと同等の正確な炉心内出力分布計算が可能となる。
【００３０】
（第１の実施の形態におけるＬＰＲＭ配置の第１の変形例）
次に、図６および図７を参照しながら第１の実施の形態におけるＬＰＲＭ配置の第１の変形例を説明する。
通常、原子炉１は、炉心７の径方向出力分布が平坦になるように、燃料集合体２１の炉心への装荷パターンを設計する。また、運転中に余剰反応度を制御し、出力分布を調整する制御棒２４の挿入位置のパターンも炉心７の径方向出力分布が平坦になるように設計するので、実際の運転においても各燃料集合体２１の炉心出口、つまり、チャンネルボックス上端出口でのボイド率は、炉心平面の外周部に配置された燃料集合体を除き、燃料集合体２１間で大きくは変わらない。
したがって、炉心平面の外周部の燃料集合体２１を含む格子流路１１ａ（図７参照）を除いた残りの炉心平面の中央領域の格子流路１１ａ間でのボイド率はほぼ均一であり、チムニ１１Ａ横断面での格子流路１１ａ配置の非対称性が、炉心平面における装荷パターンの対称位置にある燃料集合体２１同士の間の流量配分、出力に与える影響は小さいといえる。
【００３１】
そこで、図６の（ａ）に示すＬＰＲＭ配置は、図３に示したＬＰＲＭ配置から、１／８対称軸５３上のＬＰＲＭ３３をすべて削除し、図３において１／８対称軸５３上のＬＰＲＭ３３の位置を起点に、Ｘ軸５１方向とＹ軸５２方向に沿うように交互に制御棒セル３１のコーナに配置されたＬＰＲＭ３３を、一つ置きに削除した配置である。この場合、ＬＰＲＭ３３は、６４体が炉心平面に配置されていることになり、炉心平面の最外周部を除く制御棒セル３１の各コーナの位置（計２５６箇所）に対して２５％に減じて配置していることになる。
図７の（ａ）に、本変形例のＬＰＲＭ配置と、チムニ１１Ａの格子流路１１ａの配置を重ねて示す。１／８対称軸５３に対して、格子流路１１ａの配置が鏡対称であり、ＬＰＲＭ３３は１／８対称軸５３で折り返すと炉心平面の制御棒セル３１の対角位置の炉心平面外周部を除くすべてのコーナに配置されていることになる。図６の（ａ）、図７の（ａ）中のＬ４、Ｌ５部の制御棒セル３１を図６の（ｂ）、図７の（ｂ）に示す。
【００３２】
このように、炉心径方向出力分布が平坦な場合、図４に示したチムニ１１Ａの横断面における格子流路１１ａの配置の炉心平面に対する非対称性が、炉心径方向出力分布に与える影響は小さいので、本ＬＰＲＭ配置の変形例でも、炉心内出力分布計算において、第１の実施の形態のＬＰＲＭ配置よりも少ないＬＰＲＭ３３で、従来の強制循環式ＢＷＲと同等の精度が確保できる。
【００３３】
（第１の実施の形態におけるＬＰＲＭ配置の第２の変形例）
次に、図８を参照しながら第１の実施の形態におけるＬＰＲＭ配置の第２の変形例を説明する。本変形例は、図３に示す第１の実施の形態におけるＬＰＲＭ配置において、炉心平面周辺領域（制御棒セル３１単位で考えて、ほぼ炉心平面の最外周から４層目の制御棒セル３１までの領域）は、１／８対称軸５３で折り返しても制御棒セル３１に対し対角位置のコーナにだけＬＰＲＭ３３を配したＬＰＲＭ配置とし、炉心平面周辺領域でＬＰＲＭ３３を減じたものである。この場合、図８の（ａ）に示すようにＬＰＲＭ３３は、１０６体炉心平面に配置されている。（ａ）のＬ６部の制御棒セル３１を（ｂ）に示す。
【００３４】
このＬＰＲＭ配置は、炉心中央領域では燃料集合体２１の出力が高くなりやすく、熱的制限値（ＭＣＰＲ、ＭＬＨＧＲ）の運転制限値に対する余裕が小さくなりやすい傾向から、ＬＰＲＭ３３からの中性子束計測信号をできるだけ多く取り、炉心中央領域の出力分布計算の精度を変形例１よりも向上する観点からのＬＰＲＭ配置の変形である。
本変形例では、炉心平面の最外周部を除く制御棒セル３１の各コーナの位置（計２５６箇所）に対して４１．４％に減じて配置していることになる。
【００３５】
（第１の実施の形態におけるＬＰＲＭ配置の第３の変形例）
次に、図９を参照しながら第１の実施の形態におけるＬＰＲＭ配置の第３の変形例を説明する。本変形例は、図３に示す第１の実施の形態におけるＬＰＲＭ配置において、炉心平面中央領域（制御棒セル３１単位で考えて、ほぼ炉心平面の最外周から４層目より中心側の制御棒セル３１の領域）は、１／８対称軸５３を軸に折り返しても、制御棒セル３１に対し対角位置のコーナにだけＬＰＲＭ３３を配するように、炉心平面中央領域でＬＰＲＭ３３を減じたものである。この図９の（ａ）に示すＬＰＲＭ配置の場合、ＬＰＲＭ３３は９２体炉心平面に配置されている。（ａ）のＬ７部の制御棒セル３１を（ｂ）に示す。
【００３６】
これは、ＬＰＲＭ配置の第２の変形例とは逆で、炉心中央領域では燃料集合体２１の出力が高くなりやすく、熱的制限値（ＭＣＰＲ、ＭＬＨＧＲ）の運転制限値に対する余裕が小さくなりやすい傾向から、炉心径方向出力分布を平坦に設計することが普通であり、逆にそれより外側の周辺領域では、炉心からの中性子の漏洩の効果で中央領域より径方向出力は低くなる傾向から、それを利用して燃料集合体２１間の出力の差が大きいものを配置して組み合わせることが多く、燃料集合体２１の出口ボイド率の差も大きいので、ＬＰＲＭ３３からの中性子束計測信号をできるだけ多く取り、炉心周辺領域の燃料集合体出力計算の精度を変形例１よりも向上する観点からのＬＰＲＭ配置の変形である。
本変形例では、炉心平面の最外周部を除く制御棒セル３１の各コーナの位置（計２５６箇所）に対して３５．９％に減じて配置していることになる。
【００３７】
《第２の実施の形態》
次に、図１０を参照しながら第１の実施の形態における格子流路１１ａの配置を変形した第２の実施の形態を説明する。第１の実施の形態と同じ構成については同じ符号を付し、説明を省略する。
本実施の形態では図１０の（ａ）に示すように、チムニ１１Ｂの格子流路１１ａの横断面の配置は、炉心平面の中心に位置する中央制御棒セル３１（Ｃ）を含む中央格子流路１１ａ（Ｃ）が、中央制御棒セル３１（Ｃ）を右下隅に位置するように含み、かつ各格子流路１１ａが炉心平面の中央領域では原則的に２×２配列の制御棒セル３１を含む配置である。したがって、（ａ）に示すように、格子流路１１ａの配置は、炉心平面の１／８対称軸５４に対して鏡対称の配置である。図１０の（ａ）に示した例は、１／８対称軸５４に対する、チムニ１１Ｂの横断面の鏡対称性および炉心平面の装荷パターンの鏡対称性を利用して、最外周部を除いて制御棒セル３１の対角位置のコーナすべてにＬＰＲＭ配置をしたのに相当するＬＰＲＭ配置である。炉心平面の最外周部を除く制御棒セル３１の各コーナの位置（計２５６箇所）に対して２５％に減じて配置していることになる。（ａ）のＬ８部の制御棒セル３１を（ｂ）に示す。
なお、このチムニ１１Ｂの横断面の格子流路１１ａの配置は、単に第１の実施の形態における図４のチムニ１１Ａの横断面の格子流路１１ａの配置を逆時計回り方向に９０°炉心平面中心に対して回しただけのものであり、この格子流路１１ａの配置に対しては、同様に第１の実施の形態の図３に示すＬＰＲＭ配置、第１の実施の形態の第３、第４のＬＰＲＭ配置の変形例を、炉心平面中心の周りに逆時計回り方向に９０°回したＬＰＲＭ配置と組み合わせてもよい。その作用、効果はそれぞれの第１の実施の形態および第１の実施の形態における変形例と同じである。
【００３８】
《第３の実施の形態》
次に、図１１を参照しながら本発明の第３の実施の形態の原子炉１を説明する。本実施の形態の原子炉１の縦断面の構成、炉心平面の燃料集合体２１、制御棒２４の配置の構成は第１の実施の形態と同じである（図１、図２参照）。第１の実施の形態と同じ構成については同じ符号を付し、説明を省略する。
本実施の形態では第１の実施の形態と図１１の（ａ）に示すように、チムニ１１Ｃの格子流路１１ａの横断面の配置が異なる。炉心平面の中心に位置する中央制御棒セル３１（Ｃ）を含む中央格子流路１１ａ（Ｃ）が、中央制御棒セル３１（Ｃ）を３×３配列の制御棒セル３１の中央に位置するように含み、かつ各格子流路１１ａが炉心平面の中央領域では原則的に３×３配列の制御棒セル３１を含む配置である。したがって、（ａ）に示すように、格子流路１１ａの配置は、炉心７と同様に、Ｘ軸５１およびＹ軸５２に対して、１／４炉心鏡対称、１／４炉心９０°回転対称、１／２炉心鏡対称、１／２炉心１８０°回転対称配置構成である。また、１／８対称軸５３、５４に対して１／８炉心鏡対称、１／２炉心鏡対称、１／２炉心１８０°回転対称の配置である。
これに組み合わせるＬＰＲＭ配置は、炉心平面の前記Ｘ軸５１、Ｙ軸５２、１／８対称軸５３、５４に対する前記対称性を利用して、最外周部を除いて制御棒セル３１のすべてのコーナにＬＰＲＭ配置をしたのに相当するＬＰＲＭ配置である。炉心平面の最外周部を除く制御棒セル３１の各コーナの位置（計２５６箇所）に対して２５％に減じて配置していることになる。（ａ）中のＬ９部の制御棒セル３１を（ｂ）に示す。
【００３９】
本実施の形態では、炉心平面の対称性と同じ対称性を有する格子流路１１ａの配置なので、第１の実施の形態におけるチムニ１１Ａのような炉心の燃料集合体２１の装荷パターンに対する制約が無く、格子流路１１ａ内のボイド率が当該の格子流路１１ａに対応する燃料集合体２１の流量配分および出力に影響があっても、対称性を崩すものではないのでより少ないＬＰＲＭ３３の本数で、強制循環式ＢＷＲの場合と同じ精度で炉心性能評価が行える。
【００４０】
《第４の実施の形態》
次に、図１２を参照しながら本発明の第４の実施の形態の原子炉１を説明する。本実施の形態の原子炉１の縦断面の構成、炉心平面の燃料集合体２１、制御棒２４の配置の構成は第１の実施の形態と同じである（図１、図２参照）。第１の実施の形態と同じ構成については同じ符号を付し、説明を省略する。
本実施の形態では第１の実施の形態と図１２の（ａ）に示すように、チムニ１１Ｄの格子流路１１ａの横断面の配置が異なる。炉心平面の中心に位置する中央制御棒セル３１（Ｃ）を含む中央格子流路１１ａ（Ｃ）は、中央制御棒セル３１（Ｃ）１個だけを含む。他の格子流路１１ａは、炉心平面の中央領域では原則的に２×２配列の制御棒セル３１を含む配置である。このとき、第１象限の１／４炉心にほぼ対応する格子流路１１ａのうち左斜線部で示した格子流路１１ａはＸ軸５１上の制御棒セル３１を含むように、第２象限の１／４炉心にほぼ対応する格子流路１１ａのうち左斜線部で示した格子流路１１ａはＹ軸５２上の制御棒セル３１を含むように、第３象限の１／４炉心にほぼ対応する格子流路１１ａのうち左斜線部で示した格子流路１１ａはＸ軸５１上の制御棒セル３１を含むように、第４象限の１／４炉心にほぼ対応する格子流路１１ａのうち左斜線部で示した格子流路１１ａはＹ軸５２上の制御棒セル３１を含むように構成する。（ａ）中のＬ１０部の制御棒セル３１を（ｂ）に示す。
【００４１】
したがって、（ａ）に示すように、格子流路１１ａの配置は、Ｘ軸５１およびＹ軸５２に対して、１／４炉心９０°回転対称、１／２炉心１８０°回転対称配置構成である。また、１／８対称軸５３、５４に対して１／２炉心１８０°回転対称の配置である。
これに組み合わせるＬＰＲＭ配置は、炉心平面の前記Ｘ軸５１、Ｙ軸５２、１／８対称軸５３、５４に対する前記対称性を利用して、最外周部を除いて制御棒セル３１のすべてのコーナにＬＰＲＭ配置をしたのに相当するＬＰＲＭ配置である。炉心平面の最外周部を除く制御棒セル３１の各コーナの位置（計２５６箇所）に対して２５％に減じて配置していることになる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る自然循環式沸騰水型原子炉の縦断面図である。
【図２】図１のＧ−Ｇ矢視の炉心平面図である。
【図３】第１の実施の形態におけるＬＰＲＭ配置を示す炉心平面図である。
【図４】第１の実施の形態におけるチムニの格子流路の横断面配置図である。
【図５】第１の実施の形態のチムニ格子流路の横断面配置とＬＰＲＭ配置の関係を説明する図である。
【図６】第１の実施の形態におけるＬＰＲＭ配置の第１の変形例を示す炉心平面図である。
【図７】第１の実施の形態のチムニ格子流路の横断面配置と第１の変形例のＬＰＲＭ配置の関係を説明する図である。
【図８】第１の実施の形態のチムニ格子流路の横断面配置と第２の変形例のＬＰＲＭ配置の関係を説明する図である。
【図９】第１の実施の形態のチムニ格子流路の横断面配置と第３の変形例のＬＰＲＭ配置の関係を説明する図である。
【図１０】第２の実施の形態のチムニ格子流路の横断面配置とＬＰＲＭ配置の関係を説明する図である。
【図１１】第３の実施の形態のチムニ格子流路の横断面配置とＬＰＲＭ配置の関係を説明する図である。
【図１２】第４の実施の形態のチムニ格子流路の横断面配置とＬＰＲＭ配置の関係を説明する図である。
【符号の説明】
【００４３】
１      自然循環式沸騰水型原子炉
７      炉心
１１、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ  チムニ
１１ａ  格子流路
１１ａ（Ｃ）  中央格子流路
１１ｂ  流路隔壁
２１    燃料集合体
２３    上部格子板
２４    制御棒
３１    制御棒セル
３１（Ｃ）  中央制御棒セル
３２    格子孔
３３    ＬＰＲＭ検出器集合体（中性子検出器）
５１    Ｘ軸（対称軸）
５２    Ｙ軸（対称軸）
５３、５４  １／８対称軸
【図１】
2007232431.tif 000003
【図２】
2007232431.tif 000004
【図３】
2007232431.tif 000005
【図４】
2007232431.tif 000006
【図５】
2007232431.tif 000007
【図６】
2007232431.tif 000008
【図７】
2007232431.tif 000009
【図８】
2007232431.tif 000010
【図９】
2007232431.tif 000011
【図１０】
2007232431.tif 000012
【図１１】
2007232431.tif 000013
【図１２】
2007232431.tif 000014