JPS59193394A - 軽水炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は原子炉に関する。

〔発明の技術的背景〕

原子力発電所が完成すると二原子炉に燃料が装荷される
。原子炉にはじめて装荷される燃料を初装荷燃料という
。原子炉の運転が開始され燃料が燃焼すると、核分裂性
物質がしだいに消耗する。

これと共に炉の反応度が低下する。これによる出力低ド
’ｉ’　ＩＵ：さ口゛ないように、通常毎年１回の割合
で燃料０）部分的な取り替え刃＜ｑｊわれ−Ｃいる。燃
イ゛斗の取り替え後（１）運転開始から次の取替えのだ
必の運転路Ｊ′）１、ての１′＋ｊイクルを運転→ノイ
クルあるいは単に一すイクルとｊｌ・ＰふＪ−とにする
。

第１図（ま連（１，”；シイクルを通じての遅発中性子
発生割合βの変化の様子を表わしたものである。この図
で曲線ｎは第１ザイクルを、にた曲線ｔ）は平衡ザイク
ルをぞれぞれ表わしている。この図に示した遅発中性ｒ
発生割合βは、各核種についてのそれをそれぞれの核種
の核分裂割合を重みとして平均化したｂのである。次の
表は主な核分裂物質の遅発中性１′−ヅこル割合βであ
る。

第　　１　　表 さて第１＠ノイクルでは、初装荷燃料のみを用いて原子
炉の’ｉ：１１１１’Ｊ、が行われる。従って、その初
期における核分裂物質は２３５０と２３８Ｕのみであり
、遅発中性子発生割合だか比較的大きい。この遅発中性
子発生割合だほこの→ノイクルにおけろ燃焼の進１ｊと
共にかフエり低下ずろ。これは２′。Ｕの中性了捕イ〈
［によって、２３９ｐ、、か蓄積していくことによるも
のでΔ・３る。

、−れにえ１しで、燃イ′斗の取り替えが幾度も行われ
た後における平衡ザイクルでは、全体のおよそ２／：３
から３／４程度の燃料が以前のザイクルから存在し−Ｃ
いることになり、既に燃焼を経験している。、−のため
平衡力イクルではその初期から、核分裂物質として２３
９　ｐ　ｕが存在していることになり、遅発中性子発生
割合βがザイクル初期からかなり小さな値となっている
。

ところで遅発中性子発生割合βは、その値がある程度小
さくないと原子炉の安全性に問題を発生させる。これを
第２図と共に説明する。

第２図は正あるいは負の反応度が印加された後における
原子炉の振舞を表わしたものである。図で横軸は時刻ｔ
　＝　０で反応度が印加された場合における貯量の経過
を表わしている。ｌ：た縦軸は、Ｌ　＝　Ｑ　１．′Ｘ
ＩＪ＋げろ中性Ｊ′−！、’ｉ’、：度ｎ　（［）　）
と、任、き、の時刻におげろ中（’１重密度＋ｌ　（ｔ
　）との比４表わしてい°る。原Ｊ′（）、ｉ　０）出
力は中性子密度に比例するので、反応度の印加された１
ｌＩｉ点以後の中性子密度の変化ｎ（Ｌ　）／　ｎ　Ｕ
Ｎを調べることにより、Ｄ、ｒｊ　’ｇｉぐ一部の出力
４（１１祭−・ｊ−４〕ことができろ。

さて、図てｉ−側に位置ずろ曲線（、は＋ｌＥの反応度
ρが印加された場合を示し、またｉ・側に位置する曲線
ｄは（′ｊ　Ｏ，）反Ｌ１チ＼度−ρが印加された場合
を示しでいろ。、−０）ような曲線ｃ、ｄは、次に示す
１照返（１Ｎの、’１ｉＪＪ　’ｌ’、’ｉ’　ｌ’ｌ
：　／Ｊ稈式によって求められたものである。

・・・　（１） ただし図−ご゛は）１つ刻１−０においでスデノブ状の
反応度ρが印加されろものとし、！（Ｊ即発中性子寿命
を、Ｊ、たλは遅発中性子先１ゴ核の崩壊定数を表わし
ている。

今、炉心中でボイドが急激に多くなるような事故か発生
したものと仮定する３、このような′Ｊ１故は、例えば
冷却上（を循環させるポンプが何らかの原因Ｔ”　イ’
：１１１−（ポンプ）　ｔＪツブ）シ、冷却オ」の流１
ｊλがイク、戊〈Ｊ〉シた場合に想定することができる
。通常の原子炉は、ボイド係数が負となるようにその設
計が行゛・れている。このような原子炉ではその反応度
が低Ｆ’　Ｌ、負の反応度ρが印加される。、時刻ｔ−
０に負の反応度ρが印加されると、Ｊ＋＝　′７ｉＳに
短時間の間、原子炉の出力は一度急速に低下する。その
差αは次式のとおりとなる。

５４．））　Ｊ、うに負の反応度−ｐの印加によって出
力が伏１・冑−４・ことは、原子炉の安全上から好まし
い。

１力・ｊ７出力の低−１′−の割合が小さいと、事故直
後に」、２いて燃ネ・）の発熱があＪ：り低下し、ない
状態で燃料（Ｊ）７’５却能力が急漉に低下Ｊるきいう
事態を発生さｔ：　−ｃ　Ｌ、−Ｊ、う。ごれは、例え
ば燃料の過熱によって燃（′１捧４溶融さし！−ろ危険
性峻１１シさ１１−る３、１ｉ；ｊ　、：ｊ’炉（ハ出
〕ＪＯ）１氏ｌ・０）１１．１１音は（？）式で示した
αによ−３−（一定“、１、ろ３．（疋−、−Ｃ’　ｈ
：発生性」′発生割合βか小さいは、と原Ｊ′炉（Ｊ安
１＼であり　！ｌ’！ｉに曲線Ｆ１−Ｃ閣くした第１゛
リイクル０）初期は、ｊｊず発中性了発４１゜１１；す
合βＱ）１１１゛１か比較的大きいので仙の安全対策を
（］１川−４−る必・枕かＪ−＋−Ｊだ、。

し発明の１１的１ 本発明は、、Ｉ　ｏ）ような事情に５，１ζみ、第１ザ
イクルにおける遅発中１’ｌ−’ｊ′−発１１−割合β
を−Ｉと衡勺イクルなみに小さくすることのできる原子
１；＋１＋提供することをそ例）目的さする１、 〔発明の構成１ 木発１す１では初装（：１燃料の一部としでブルトニウ
ｌ、を原子’４１に装（：：ｆし、遅発中性子発生割合
βを第１サイクルの初期から引き下げる。

し実施例゛Ｉ Ｊ］下実１ｉｆｉｉ例に−）き本発明吃詳細にδら［１
明刈る。

第３図は代表的な２　（ｊｌｉ　’＋ＩＯの燃８”■の
燃焼度と遅発１１ｊ性」′−発〕１割合Ｈの関係を表わ
したしのである。。

図Ｃ’　１１１１線０は、求均謡汗１度３　、　　Ｏ％
のウラン燃料り示１−１曲線［は：）、８％のプルトニ
ウムと天然ウランを混合した燃料を示している。ブルト
ニウｌ−を含有する燃イ：フ）の遅発中性子穴〈１−割
合βは、前占のウラン燃Ｓ＋；＋に比べてその（ｉｉｔ
が小さく、燃焼変化す小さくなっ−Ｃいる。

この原子炉では、プルトニウムを混合した燃料とウラン
燃料とを核分裂性物質の装荷割合が次式２式％） ） そして第２サイクル以降では、全燃料の約１／３ずつを
平均濃縮度３０％のウラン燃イ害と取り替える７、 １、Ｆ　、１図はこの実施例における遅発中性子発生割
合Ｈの変化の様子を表わしたもので、第１［ン）と対し
１・ずろｂ（Ｊ゛ン−Ｑ’　ａ−）イ）１１曲ｊ殊ｇは
う耶１→ノイク／ｌ、を、Ｊ＜シており、曲線１１はｊ
１７：　７ｆｉｉ−ＩＪイクルを、Ｊ＜シている。、二
の実施例では第１ザイクルの初期によ〕゛けるｙ全中性
子発生割合βか平衡サイクルのぞれβＪ：て゛引き下げ
られ−（°いる、−ヨがわかる。、−れにより第１づイ
クルの初１１１＋　ｉこおい−Ｃも平衡→ノイクルと同
Ｈ＋７の安全性がイ面保されろ。、 ところ−（こ・初太＋；ｉｉ燃料におけるブルトニウｔ
・の割合をこの実施例よりも更に大きくすれば、第１→
ノイクルの初期−Ｃ’Ｎで発中性子発生割合βが平衡→
ノイクルのそれより０小さくなり、末期には曲線ｇで示
した割合よりも更に小さな値をとることになる。

このように遅発中性子発生割合βが平衡サイクルのそれ
にすｂ史に小さな値をきる、ことは、原子炉に正の反応
度１）が印加されるような事故が発生した場合好ＩＪ二
Ｌ　＜ない。正の反応度ρが印加されると、第？図の曲
線Ｃで示すように非常に短時間の後に原子炉出力がρ／
（β−ρ）だけ増加するが、この増加中は反応度ρが等
しいとき遅発中性子発生割合βか小さいほど大きくなる
からである。従って、初゛シν（ｉｌＪ燃料にお（Ｊる
プルトニウムの割合は、（３）式に示−リ＋’Ｐ度がそ
の一般的な−１−限であるとい　う　Ｊ二　（と　力＜
−（き　る　０次にプル＋−＝−ウドの割合の下限につ
いて省察する。ｉｔＥの反応度ρかＬＩＪ加される」；
故を想定すれば、遅発中性ｊ′−発生割合βを過小とな
らない程度に制限する必要かある。このためには、第４
図で曲線ｌで示したように、第１ザイクルの末期の遅発
中性」＝−発生割合βを、平衡サイクルのそれとほぼ同
等な程度まで少なくとも低下させることが必要である。

曲線１で示した初装荷燃料におけろウランとプルｌ−ニ
ウムの混合割合は次式の通りである。

各原子炉では、その安全設計が必ずしも同一でなく、負
の反応度が印加される事故に対してより安全性を考慮す
る必要がある場合らあるし、その逆に正の反応度が印加
される事故に対してより安全性を考慮する必要がある場
合もある。従って一般には、個々の原子炉の実情に応じ
て、次式で示ず１ｊｊｑ囲で初皆イ：：■燃イ；；１の
一部よし−Ｃプルト一、ウノ、をシνイＬＪすれば良い
、。

・　・（５） し発明の効果〕 以上説明したように本発明によれば第１ザイクルに装イ
”「；ｆずろ初装荷燃料の一部としてプルトニウｌ、を
装荷し）ｌｉ衡→ノイクルに近い！ｌｔ性をらた。せる
、二とで、各迎転→ノイクルを制御する制御系を簡略化
する５二とが−Ｃきる。

４　図面０）筒中な１悦明 第１１り１は従来の原子炉における第１ザイクルと平衡
サイクルのが発中性子発生割合βの変化の様〕−を表わ
した＋、１ｊ、性図、第２図は正の反応度と負の反応度
がそれぞれ印加された場合における中性子密度の変化を
イ（わした特性図、第：（図は本発明の一実施例に４ダ
げる燃料の遅発中性子発生割合βを表わした′）口性図
、第４図はプルトニウムを装荷した初装荷燃料の第１サ
イクルにおける遅発中性子発生割合／−）　０．＞変化
と・Ｖ　ｆＷｉザイクルのそれをそれぞれ表わし、！、
ソｌ’、’Ｊｉ’ｌ：　ｌズ１である３゜出　　願　　
人 １１本原子力事業株式会社 代　　理　　人 ブｒＪ！ｌ！士　　山　　内　　＋ｆｉｉ　　　）ＡＩ
Ｄ。

運転サイフレ 第　２　団 ｔ（紗゛）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、初装荷燃料の−ｉ’ｉ＋ｔ、とし−Ｃプル１−ニウ
   ｌ、を含んた燃料を装荷したことを特徴とするｌｊ；ｊ
   　〕！−炉。。 ２　プルトニウムとウランが の範囲内で初装荷燃料に含まれていることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の原子炉。