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JP3905392B2 - Reactor equipment, reactor core, and operating method of reactor - Google Patents
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JP3905392B2 - Reactor equipment, reactor core, and operating method of reactor - Google Patents

Reactor equipment, reactor core, and operating method of reactor Download PDF

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  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ペブルベッド型の原子炉炉心及びこれを備えた原子炉設備並びにその原子炉の運転方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、ペブルベッド型原子炉は、容器の上部から内部に多数の燃料球を投入して炉心を構成し、冷却材としてはヘリウム(He)等の高温ガスが用いられる。
【0003】
この燃料球は、例えば直径が約6cmであり、燃料領域が黒鉛殻で囲まれた構造となっている。上記燃料領域は、多数の被覆燃料粒子とそれを内包する黒鉛マトリックスとから構成されている。
【0004】
上記被覆燃料粒子は、直径が0.5〜1.0mmで略球状をしている。この被覆燃料粒子は、その中央に位置するウラン(U)、プルトニウム(Pu)、トリウム(Th)などの核分裂性物質の酸化物あるいは炭化物あるいはその混合物から構成される直径200〜600μmの燃料核と、この燃料核を多重に被覆する熱分解炭素層、炭化珪素層等とにより構成されている。これら熱分解炭素層及び炭化珪素層等の被覆層は、核分裂生成物の漏洩に対する障壁としての機能をもっており、高温照射下においても核分裂生成ガスを被覆燃料粒子内部にほぼ完全に保持できるようになっている。
【0005】
一方、ペブルベッド型原子炉の炉心には燃料球とともに減速球が装荷される場合もある。減速球は中性子を減速するために用いられるもので、黒鉛から構成されている。
【0006】
これらの燃料球及び減速球は、原子炉運転中に連続して炉心上部から投入され、炉心内を炉心上部から炉心下部まで移動し、炉心下部から取り出されるようになっている。このように、原子炉運転中に燃料交換を行えるのがペブルベッド型原子炉の最大の特徴であり、そのための原子炉設備としては、例えばUSP4372912号に記載のようなMEDUL方式、あるいはマルチパス方式と呼ばれるペブルベッド型原子炉設備が用いられている。
【0007】
この方式のペブルベット型原子炉設備は、炉心と、この炉心の下部より取り出された燃料球を破損の有無に応じて選別する破損検出・選別器と、破損していない燃料球の燃焼度を検出する燃焼度検出器と、この燃焼度検出器で検出した燃焼度が所定の燃焼度に達していない燃料球を再び炉心へ投入する燃料投入器とを備えている。これにより、破損がなくかつ所定の燃焼度に達していない燃料球を再び炉心に投入することができる。このようにして、各燃料球の取出燃焼度のばらつきをなくせるとともに、炉心の軸方向における燃料球の平均燃焼度分布を平坦化でき、したがって炉心軸方向の出力ピーキングを低減することができる。
【0008】
ところで、このようなペブルベッド型原子炉は、他の軽水炉等と同様に原子炉あたりの出力を上げることが発電所全体の経済性の向上につながるのは言うまでもない。ペブルベッド型燃料は約1600℃までの温度で健全性が保たれるとされており、事故時を仮定しても燃料の最高温度がそれを超えないように炉心の出力密度及び燃料球あたりの最高出力が制限されている。これらの観点から、ペブルベッド型原子炉においては、炉心軸方向の出力ピーキング及び炉心径方向の出力ピーキングを出来るだけ低減することにより、炉心の出力密度を上記の制限範囲に収めつつ原子炉あたりの出力を出来るだけ増加させることが望まれる。
【0009】
ここで、一般に、ペブルベッド型原子炉は小型で、縦方向に長いという特徴がある。すなわち、炉心直径に対する炉心高さの比が1以上であり、炉心側面からの中性子の漏れが大きいため、出力分布は炉心径方向中央側で大きくなりやすく、径方向出力ピーキングの値が大きくなり易い傾向にある。
【0010】
しかしながら、上記MEDUL方式、あるいはマルチパス方式のペブルベッド型原子炉においては、炉心径方向の出力ピーキングの低減については考慮されておらず、上述した発電所全体の経済性向上の観点から見ると充分とは言えなかった。
【0011】
このような背景から、近年、例えばIAEA報告書(IAEA−TECDOC−1198)記載のような、上記MEDUL方式、あるいはマルチパス方式を用いつつ炉心を径方向に2領域に分け、径方向内側に減速球のみ、径方向外側に燃料球のみを装荷したペブルベッド・モジュール型原子炉(以下、PBMRと記述)が提唱されている。このPBMRによれば、燃料球のみで炉心を構成した場合にできる径方向中央の出力ピークを径方向外側に持って行くことができ、軸方向の出力ピーキングを低減しつつ径方向の出力ピーキングをも低減することができる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術によれば、炉心軸方向の出力ピーキング及び径方向の出力ピーキングを共に低減でき、発電所全体の経済性を向上することができる。
【0013】
ところで、炉心の出力ピークは、燃料球又は減速球の炉心内における配置への依存性が大きい。したがって、炉心軸方向と比較し人為的に燃料球又は減速球の配置を操作しやすい炉心径方向においては、出力ピーキングの低減に更なる改善の余地がある。その意味で、上記従来技術では炉心径方向出力の平坦化が充分とは言えない。
【0014】
なお、炉心の出力増大化の観点では、例えば特開昭63−133084号公報記載のように、炉心を径方向に2領域に分け、径方向内側領域に、径方向外側領域よりも黒鉛の割合を大きくすることで大径とした燃料球を装荷したものがあるが、しかしながら、本従来技術においては炉心径方向の出力ピーキングの低減については特に考慮されていない。すなわち、径方向外側領域と比較して、径方向内側領域の燃料球に含まれる黒鉛の割合が多いことから、出力ピークが炉心径方向中央側に偏る可能性がある。したがって、この従来技術においても炉心径方向出力の平坦化が充分とは言えない。
【0015】
本発明は、これらの従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、炉心径方向出力の更なる平坦化を図り、経済性を向上することができるペブルベッド型原子炉及びこれを備えた原子炉設備並びにその原子炉の運転方法を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】
(1)上記目的を達成するために、本発明の原子炉設備は、ペブルベッド型の原子炉炉心より排出された多数の燃料球を導入し、前記燃料球の燃焼度を検出する検出手段と、この検出手段の検出結果に応じて、前記燃料球を前記原子炉炉心へ再投入するときの径方向投入位置を振り分ける第1振り分け手段とを有する。
【0017】
一般に、原子炉の燃料は燃焼が進むに連れてその反応度が低下していくため、燃焼度が小さい燃料では出力が大きく、燃焼度が大きい燃料では出力が小さい傾向がある。
【0018】
本発明においては、原子炉炉心より排出された燃料球の燃焼度を検出手段で検出し、その検出結果に応じて第1振り分け手段で燃料球再投入時の径方向投入位置を振り分ける。このようにして、例えば原子炉炉心内径方向内側領域における全ての燃料球の平均燃焼度が外側領域における全ての燃料球の平均燃焼度よりも大きくなるような炉心を実現することができる。これにより、炉心径方向外側領域の出力を内側領域よりも相対的に増大させて、通常炉心中央付近の出力が大きくなる傾向となるのを緩和し、炉心径方向出力の平坦化を図ることができる。また、本発明においては、炉心内を燃料球のみで構成しているため、炉心径方向内側に減速球のみを装荷して径方向出力の平坦化を図ったPBMRや、炉心径方向内側に黒鉛を含む割合を大きくした大径の燃料球を装荷した従来技術に比べ、燃料球の数を多くすることができる。これら2つにより、燃料球1球あたりの負担する最大出力を相対的に下げることができる。この結果、逆にその1球あたりの最大出力を健全性を維持可能な制限値ぎりぎりまで引き上げることで、炉心あたりの出力を増加させることができる。したがって、経済性を向上することができる。
【0019】
また、前述のように炉心内を燃料球のみで構成していることにより、減速球を用いる前記従来技術よりも炉心全体の燃料装荷量が大きくなる。したがって燃料経済性が向上し、これによっても原子炉全体で見た経済性向上の効果を得ることができる。
【0020】
(2)上記(1)において、好ましくは、前記第1振り分け手段は、相対的に燃焼度が小さい前記燃料球の径方向投入位置を径方向外側に振り分けるとともに、相対的に燃焼度が大きい前記燃料球の径方向投入位置を径方向内側に振り分ける。
【0021】
(3)上記(1)又は(2)において、また好ましくは、前記第1振り分け手段は、一端部が前記原子炉炉心の上部において互いに異なる径方向位置となるように設けられた複数の燃料球供給管と、前記検出手段の検出結果に応じ、前記燃料球を前記複数の燃料球供給管に選択的に導入する第1選択導入手段とを備える。
【0022】
(4)上記(3)において、さらに好ましくは、前記第1選択導入手段は、前記検出手段の下流側に設けられ、前記検出手段で燃焼度検出の済んだ燃料球の導出経路を切り替える切り替え手段を備える。
【0023】
(5)上記(4)において、さらに好ましくは、前記切り替え手段は、所定の燃焼度となった前記燃料球を、取り出し側通路に導出する。
【0024】
(6)上記(1)〜(5)のいずれか1つにおいて、また好ましくは、前記検出手段は、前記燃料球中に含まれる所定の核種に関する放射線を検出する手段である。
【0025】
(7)上記目的を達成するために、また本発明の原子炉設備は、ペブルベッド型の原子炉炉心より排出された多数の減速球を導入するとともに、燃料球及び減速球全体に占める前記減速球の混合比を複数の値に切り替え設定するように前記減速球を導出可能な第1導出手段と、この第1導出手段より導出された前記減速球を前記原子炉炉心へ再投入するときの径方向投入位置を、前記減速球の混合比の設定値ごとに振り分ける第2振り分け手段とを有する。
【0026】
例えば燃料球に含まれる核燃料物質の1つであるウラン235(235U)は、スペクトルの柔らかな中性子と衝突して核分裂を起こす性質がある。すなわち、燃料球及び減速球により構成される原子炉炉心内において、減速球の燃料球及び減速球全体に占める混合比が多い領域では、例えば黒鉛により構成される減速球により中性子が充分に減速されてスペクトルが柔らかくなり、ウラン235(235U)の核分裂反応が起き易くなる。したがって、減速球が多い領域では、出力が大きくなる傾向がある。
【0027】
本発明においては、第1導出手段で減速球の混合比を複数の値に切り替え設定しつつ減速球を導出可能とし、第2振り分け手段でその設定値ごとに減速球の再投入時の径方向投入位置を振り分ける。このようにして、例えば原子炉炉心径方向内側領域における減速球の個数密度が外側領域における減速球の個数密度よりも小さくなるような炉心を実現することができる。これにより、上記(1)と同様に、炉心径方向外側領域の出力を内側領域よりも相対的に増大させて、通常炉心中央付近の出力が大きくなる傾向となるのを緩和し、炉心径方向出力の平坦化を図ることができる。この結果、燃料球1球あたりの負担する最大出力を相対的に下げることができ、炉心あたりの出力を増加させることができるので、原子炉全体の経済性を向上することができる。
【0028】
(8)上記(7)において、好ましくは、前記第2振り分け手段は、前記減速球の混合比が相対的に大きい燃料球及び減速球の群の径方向投入位置を径方向外側に振り分け、前記減速球の混合比が相対的に小さい燃料球及び減速球の群の径方向投入位置を径方向内側に振り分ける。
【0029】
(9)上記(7)又は(8)において、また好ましくは、前記第2振り分け手段は、一端部が前記原子炉炉心の上部において互いに異なる径方向位置となるように設けられた複数の燃料球供給管と、前記減速球の混合比の設定値に応じ前記燃料球及び前記減速球を前記複数の燃料球供給管に選択的に導入する第2選択導入手段とを備える。
【0030】
(10)上記(7)において、また好ましくは、前記原子炉炉心より排出された多数の燃料球を導入し、前記燃料球の燃焼度を検出する検出手段と、この検出手段の検出結果に応じて、前記燃料球を前記原子炉炉心へ再投入するときの径方向投入位置を振り分ける第1振り分け手段とをさらに有し、前記第1振り分け手段は、相対的に燃焼度が大きい前記燃料球の投入位置を径方向内側及び外側のうち一方側に振り分けるとともに、相対的に燃焼度が小さい前記燃料球の投入位置を径方向内側及び外側のうち他方側に振り分け、前記第2振り分け手段は、前記混合比の設定値が相対的に大きいときの前記減速球の投入位置を前記径方向一方側に振り分けるとともに、前記混合比の設定値が相対的に小さいときの前記減速球の投入位置を前記径方向他方側に振り分ける。
【0031】
一般に、中性子スペクトルが硬い(高エネルギー側にシフトする)と、ウラン235(235U)等の燃料物質の反応度が小さい(核分裂が起きにくくなる)代わりにウラン238(238U)等の親核種物質の中性子吸収率が大きいため、ウラン238(238U)よりプルトニウム239(239Pu)等の核分裂性物質が生成(転換)され易い。すなわち、転換比が大きい傾向にある。逆に、中性子スペクトルが柔らかい(低エネルギー側にシフトする)と、ウラン235(235U)等の燃料物質の反応度が大きい(核分裂が起き易くなる)ため、核分裂性物質は生成され難い。すなわち、転換比が小さい傾向にある。
【0032】
本発明においては、原子炉炉心より排出された燃料球の燃焼度を検出手段で検出し、その検出結果に応じて第1振り分け手段で燃料球再投入時の径方向投入位置を振り分ける。また、このとき同時に第1導出手段で減速球の混合比を複数の値に切り替え設定しつつ減速球を導出可能とし、第2振り分け手段でその設定値ごとに減速球の再投入時の径方向投入位置を振り分ける。このようにして、炉心の径方向内側領域と外側領域とのうち、一方の領域における全ての燃料球の平均燃焼度が他方の領域における全ての燃料球の平均燃焼度よりも大きくなるとともに、一方の領域における減速球の個数密度が他方の領域における減速球の個数密度よりも大きくなるような炉心を実現することができる。すなわち、平均燃焼度が相対的に小さい燃焼前期である他方の領域において、減速球が相対的に少ない硬い中性子スペクトルとすることで燃料球中における核分裂性物質の転換生成を促進した後、平均燃焼度が相対的に大きい燃焼後期である一方の領域において、減速球が相対的に多い柔らかい中性子スペクトルとすることで、先に転換生成された核分裂性物質の燃焼を促進する。このように燃焼前期で生成されることにより増加した核分裂性物質の反応を燃焼後期で促進させることにより燃料経済性を大きく向上することができる(スペクトルシフト効果)。このとき、通常、核燃料は、上記(1)において説明したように燃焼とともにその出力が低下していくが、このスペクトルシフト効果によってその出力の低下を緩めることができる。
【0033】
一方、このようにしてスペクトルシフト運転を行う場合、径方向出力平坦化を図る観点では、燃料球の平均燃焼度分布と減速球の個数密度とのいずれが炉心出力に対し支配的に影響を与えるかに応じ2つの方法がある。平均燃焼度分布が支配的である場合には、炉心径方向内側領域における全ての燃料球の平均燃焼度を外側領域における全ての燃料球の平均燃焼度よりも大きくする(併せて、内側領域における減速球の個数密度を外側領域における減速球の個数密度よりも大きくする)。これにより、上記(1)と同様にして炉心径方向出力の平坦化を図ることができる。減速球の個数密度が支配的である場合には、外側領域における減速球の個数密度を内側領域における減速球の個数密度よりも大きくする(併せて、外側領域における全ての燃料球の平均燃焼度を内側領域における全ての燃料球の平均燃焼度よりも大きくする)。これにより、上記(7)と同様にして炉心径方向出力の平坦化を図ることができる。
【0034】
(11)上記目的を達成するために、また本発明の原子炉設備は、ペブルベッド型の原子炉炉心より排出された相対的に粒径の大きな多数の大粒径燃料球及び相対的に粒径の小さい多数の小粒径燃料球を導入するとともに、燃料球全体に占める前記小粒径燃料球の混合比を複数の値に切り替え設定するように前記小粒径燃料球を導出可能な第2導出手段と、この第2導出手段より導出された前記小粒径燃料球を前記原子炉炉心へ再投入するときの径方向投入位置を、前記小粒径燃料球の混合比の設定値ごとに振り分ける第3振り分け手段とを有する。
【0035】
本発明においては、第2導出手段で小粒径燃料球の混合比を複数の値に切り替え設定しつつ小粒径燃料球を導出し、第3振り分け手段でその設定値ごとに小粒径燃料球の再投入時の径方向投入位置を振り分ける。このようにして、例えば原子炉炉心内内側領域における小粒径燃料球の個数密度が外側領域における小粒径燃料球の個数密度よりも小さくなるような炉心を実現することができる。これにより、炉心外側の燃料充填率を高め相対的に燃料装荷量を多くすることができるので、上記(1)及び(7)と同様に、炉心径方向外側領域の出力を内側領域よりも相対的に増大させて、通常炉心中央付近の出力が大きくなる傾向となるのを緩和し、炉心径方向出力の平坦化を図ることができる。また、本発明においては、炉心内を燃料球のみで構成しているため、炉心径方向内側に減速球のみを装荷して径方向出力の平坦化を図ったPBMRや、炉心径方向内側に黒鉛を含む割合を大きくした大径の燃料球を装荷した従来技術に比べ、燃料球の数を多くすることができる。これら2つにより、燃料球1球あたりの負担する最大出力を相対的に下げることができ、炉心あたりの出力を増加させることができるので、原子炉全体の経済性を向上させることができる。また、炉心内を燃料球のみで構成していることにより、減速球を用いる前記従来技術よりも炉心全体の燃料装荷量が大きくなり、特に炉心外側の燃料装荷量を多くすることで外側領域における燃料の炉内滞在年数を増加することができ、燃料経済性は向上する。したがって、これによっても原子炉全体の経済性を向上することができる。
【0036】
(12)上記(11)において、好ましくは、前記第3振り分け手段は、前記小粒径燃料球の混合比が相対的に大きい前記大粒径燃料球及び小粒径燃料球の群の径方向投入位置を径方向外側に振り分け、前記小粒径燃料球の混合比が相対的に小さい前記大粒径燃料球及び小粒径燃料球の群の径方向投入位置を径方向内側に振り分ける。
【0037】
(13)上記目的を達成するために、また本発明の原子炉設備は、ペブルベッド型の原子炉炉心より排出されたウラン・プルトニウム混合酸化物を核燃料物質とする多数の混合酸化物燃料球及びウラン酸化物を核燃料物質とする多数のウラン燃料球を導入するとともに、燃料球全体に占める前記混合酸化物燃料球の混合比を複数の値に切り替え設定するように前記混合酸化物燃料球を導出可能な第3導出手段と、この第3導出手段より導出された前記混合酸化物燃料球を前記原子炉炉心へ再投入するときの径方向投入位置を、前記混合酸化物燃料球の混合比の設定値ごとに振り分ける第4振り分け手段とを有する。
【0038】
本発明においては、第3導出手段で燃料球全体に占める混合酸化物燃料球の混合比を複数の値に切り替え設定しつつ混合酸化物燃料球を導出し、第4振り分け手段でその設定値ごとに混合酸化物燃料球の再投入時の径方向投入位置を振り分ける。
【0039】
ここで、一般に、ペブルベット型原子炉においては、中性子が吸収断面積の小さな黒鉛によって徐々に減速されるため、軽水炉と比べて共鳴を逃れる確率が小さくなる。このため、核燃料物質が劣化ウラン(U)とプルトニウム(Pu)の混合酸化物(MOX)で、かつプルトニウム(Pu)の同位体組成が軽水炉取り出し組成の様に親核種であるプルトニウム240(240Pu)を比較的多く含む場合には、プルトニウム(Pu)の富化度(Pu/(Pu+U))を比較的大きくしたとしても反応度増加割合は比較的小さな値にとどまる。すなわち、混合酸化物に含まれるプルトニウム(Pu)が例えば軽水炉等の原子炉の使用済み燃料の再処理によって得られたプルトニウム(Pu)である場合には、この混合酸化物燃料球の反応度はウラン酸化物を核燃料物質とするウラン燃料球に対し小さくなる傾向となる。
【0040】
本発明においては、上記のように構成することで、例えば原子炉炉心内内側領域における混合酸化物燃料球の個数密度が外側領域における混合酸化物燃料球の個数密度よりも大きくなるような炉心を実現することができる。これにより、上記(1)と同様に、炉心径方向外側領域の出力を内側領域よりも相対的に増大させて、通常炉心中央付近の出力が大きくなる傾向となるのを緩和し、炉心径方向出力の平坦化を図ることができる。また、本発明においては、炉心内を燃料球のみで構成しているため、炉心径方向内側に減速球のみを装荷して径方向出力の平坦化を図ったPBMRや、炉心径方向内側に黒鉛を含む割合を大きくした大径の燃料球を装荷した従来技術に比べ、燃料球の数を多くすることができる。これら2つにより、燃料球1球あたりの負担する最大出力を相対的に下げることができ、炉心あたりの出力を増加させることができるので、原子炉全体の経済性を向上することができる。
【0041】
また、前述のように炉心内を燃料球のみで構成していることにより、減速球を用いる前記従来技術よりも炉心全体の燃料装荷量が大きくなり、さらに軽水炉等の原子炉の使用済み燃料の再処理によって得られたプルトニウムを再利用することでウラン燃料の節約を図ることができ、これらによって燃料経済性を向上することができる。したがって、これによっても原子炉全体の経済性を向上することができる。
【0042】
(14)上記(13)において、好ましくは、前記第4振り分け手段は、前記混合酸化物燃料球の混合比が相対的に大きい前記混合酸化物燃料球及びウラン燃料球の群の径方向投入位置を径方向内側に振り分け、前記混合酸化物燃料球の混合比が相対的に小さい前記混合酸化物燃料球及び前記ウラン燃料球の群の径方向投入位置を径方向外側に振り分ける。
【0043】
(15)上記目的を達成するために、本発明は、容器の上部から内部に多数の燃料球を投入して構成されるペブルベッド型の原子炉炉心において、前記容器内を、径方向に互いに等面積になるように内側領域と外側領域とに区分したとき、前記内側領域における全ての燃料球の平均燃焼度が前記外側領域における全ての燃料球の平均燃焼度よりも大きくなるように、前記燃料球を投入する。
【0044】
(16)上記目的を達成するために、また本発明は、容器の上部から内部に多数の燃料球及び減速球を投入して構成されるペブルベッド型の原子炉炉心において、前記容器内を、径方向に互いに等面積になるように内側領域と外側領域とに区分したとき、前記内側領域における減速球の個数密度が前記外側領域における減速球の個数密度よりも小さくなるように、前記燃料球及び前記減速球を投入する。
【0045】
(17)上記(16)において、好ましくは、前記容器内に、前記燃料球と前記減速球とを略均一に混合した混合層が互いに異なる混合割合で径方向に複数個形成されるように、前記燃料球及び前記減速球を投入する。
【0046】
(18)上記目的を達成するために、また本発明は、容器の上部から内部に多数の燃料球及び減速球を投入して構成されるペブルベッド型の原子炉炉心において、前記容器内を、径方向に互いに等面積になるように内側領域と外側領域との2領域に区分したとき、一方の領域における全ての燃料球の平均燃焼度が他方の領域における全ての燃料球の平均燃焼度よりも大きくなるとともに、前記一方の領域における減速球の個数密度が前記他方の領域における減速球の個数密度よりも大きくなるように、前記燃料球及び減速球を投入する。
【0047】
(19)上記(18)において、好ましくは、前記燃料球の平均燃焼度分布と前記減速球の個数密度とのいずれが炉心出力に対し支配的に影響を与えるかに応じ、前記平均燃焼度分布が支配的である場合には、前記一方の領域を前記内側領域とするとともに前記他方の領域を前記外側領域とし、前記減速球の個数密度が支配的である場合には、前記一方の領域を前記外側領域とし、前記方の領域を前記内側領域とする。
【0048】
(20)上記(18)において、また好ましくは、前記一方の領域を前記内側領域とし、前記他方の領域を前記外側領域とする。
【0049】
(21)上記(18)において、また好ましくは、前記一方の領域を前記外側領域とし、前記方の領域を前記内側領域とする。
【0050】
(22)上記目的を達成するために、また本発明は、容器の上部から内部に相対的に粒径の大きい多数の大粒径燃料球及び相対的に粒径の小さい多数の小粒径燃料球を投入して構成されるペブルベッド型の原子炉炉心において、前記容器内を、径方向に互いに等面積になるように内側領域と外側領域とに区分したとき、前記外側領域及び前記内側領域にともに前記大粒径燃料及び前記小粒径燃料球を投入するとともに、前記内側領域よりも前記外側領域の燃料充填率を高めるため、前記内側領域における前記小粒径燃料球の個数密度が前記外側領域における前記小粒径燃料球の個数密度よりも小さくする
【0051】
(23)上記目的を達成するために、また本発明は、容器の上部から内部にウラン・プルトニウム混合酸化物を核燃料物質とする多数の混合酸化物燃料球及びウラン酸化物を核燃料物質とする多数のウラン燃料球を投入して構成されるペブルベッド型の原子炉炉心において、前記容器内を、径方向に互いに等面積になるように内側領域と外側領域とに区分したとき、前記内側領域における前記混合酸化物燃料球の個数密度が前記外側領域における前記混合酸化物燃料球の個数密度よりも小さくなるように、前記混合酸化物燃料球及び前記ウラン燃料球を投入する。
【0052】
(24)上記(23)において、好ましくは、前記ウラン・プルトニウム混合酸化物に含まれるプルトニウムは、原子炉の使用済み燃料の再処理によって得られたものである。
【0053】
(25)上記目的を達成するために、本発明の運転方法は、ペブルベッド型の原子炉炉心より排出された燃料球の燃焼度を検出し、その検出結果に応じて、前記燃料球を前記原子炉炉心へ再投入するときの径方向投入位置を振り分ける。
【0054】
(26)上記目的を達成するために、また本発明の運転方法は、ペブルベッド型の原子炉炉心に投入される燃料球減速球との全体に占める前記減速球の混合比を複数の値に切り替え設定し、前記減速球を原子炉炉心へ再投入するときの原子炉炉心の径方向投入位置を、前記減速球の混合比の設定値ごとに振り分ける。
【0055】
(27)上記(26)において、好ましくは、相対的に燃焼度が大きい前記燃料球の投入位置を径方向内側及び外側のうち一方側に振り分けるとともに、相対的に燃焼度が小さい前記燃料球の投入位置を径方向内側及び外側のうち他方側に振り分け、前記混合比の設定値が相対的に大きいときの前記減速球の投入位置を前記径方向一方側に振り分けるとともに、前記混合比の設定値が相対的に小さいときの前記減速球の投入位置を前記径方向他方側に振り分ける。
【0056】
(28)上記目的を達成するために、また本発明の運転方法は、ペブルベッド型の原子炉炉心に投入される相対的に粒径の大きな大粒径燃料球及び相対的に粒径の小さい小粒径燃料球からなる燃料球全体に占める混合比を複数の値に切り替え設定し、前記大粒径燃料球及び前記小粒径燃料球のうち少なくとも前記大粒径燃料球を原子炉炉心へ再投入するときの径方向投入位置を、前記小粒径燃料球の混合比の設定値ごとに振り分け、前記内側領域よりも前記外側領域の燃料充填率を高める。
【0057】
(29)上記目的を達成するために、また本発明の運転方法は、ペブルベッド型の原子炉炉心に投入されるウラン・プルトニウム混合酸化物を核燃料物質とする混合酸化物燃料球及びウラン酸化物を核燃料物質とするウラン燃料球からなる燃料球全体に占める前記混合酸化物燃料球の混合比を複数の値に切り替え設定し、前記混合酸化物燃料球を原子炉炉心へ再投入するときの径方向投入位置を、前記混合酸化物燃料球の混合比の設定値ごとに振り分ける。
【0058】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の原子炉設備及び原子炉炉心並びに原子炉の運転方法の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
まず、本発明の原子炉設備及び原子炉炉心並びに原子炉の運転方法の第1の実施の形態を図1乃至図4を参照しつつ以下に説明する。
【0059】
図1は、本発明の原子炉炉心の第1の実施の形態を備える原子炉の全体構造を模式的に表す側断面図であり、図2は図1中II−II断面による横断面図である。これら図1乃び図2において、図に示す原子炉はペブルベッド型原子炉であり、原子炉容器1に収められた炉心2には、多数の燃料球3が装荷されている。
【0060】
上記炉心2は、例えば直径が3.5m、高さが8.5mあり、炉心直径に対する炉心高さの比は2.4となっている。この炉心2の上部、下部、周囲は黒鉛ブロックにより構成された反射体4(図1には反射体4の装填スペースのみ図示)で覆われ、中性子の外部への漏洩量を極力小さくするようになっている。
【0061】
また、この炉心2の起動時、停止時、及び過渡時の反応度の制御を行う制御材操作機構5が、原子炉容器1の上鏡部1aを貫通して炉心2を取り囲むように周方向位置複数箇所に配設されている(図2参照)。
【0062】
また、炉心2の上・下部には、冷却材入口配管6及び冷却材出口配管7がそれぞれ接続されている。この冷却材入口配管6を通って冷却材であるヘリウムが炉心2の上部から炉心2内へ流入し、炉心2内で加熱されて、炉心2の下部より冷却材出口配管7を通ってタービン(図示せず)へ送られる。その後、タービンより戻ってきたヘリウムは冷却材入口配管6を通って再度炉心2内へ流入するようになっている。
【0063】
上記燃料球3は直径が約6cmであり、前述した従来のものと同様に、例えばウラン酸化物を核燃料物質とする多数の被覆燃料粒子とそれを内包する黒鉛マトリックスとから構成された燃料領域が黒鉛殻で囲まれた構造となっている。
【0064】
このように構成された原子炉において、本実施の形態では、前述したMEDUL方式あるいはマルチパス方式と同様に、炉心2下部より取り出された燃料球3の燃焼度を測定し、所定の燃焼度に達していない燃料球3については再び炉心2内へ戻す運転方式を取っている。このような運転を行うための原子炉設備について、以下に説明する。
【0065】
図3は、本発明の原子炉設備の第1の実施の形態の全体構成を表した概念図である。なお、この図3において、実線(太線)の矢印は燃料球3の流れ、破線の矢印は信号の流れを示している。
【0066】
図3において、原子炉設備は、多数の燃料球3を装荷された炉心2と、燃料球投入管8と、単一化管9と、選別器10と、破損燃料貯蔵庫11と、バッファ管12と、燃料球3の燃焼度を検出する燃焼度検出器13と、取出燃料貯蔵庫14と、燃料投入器15と、上記取出燃料貯蔵庫14又は燃料投入器15への導出経路を切り替える切り替え器16と、新燃料貯蔵庫17と、新燃料装荷設備18と、プロセスコンピュータ19とを備えている。
【0067】
上記燃焼度検出器13は、燃料球3中に含まれる核分裂生成物(FP)から放射される放射線量を検出することにより、燃料球3の燃焼度を検出するようになっている。
【0068】
上記プロセスコンピュータ19は、燃焼度検出器13から各燃料球3の燃焼度に関する情報を入力され、この入力された燃焼度が所定の燃焼度に達している燃料球3を上記取出燃料貯蔵庫14に導出し、入力された燃焼度が所定の燃焼度に達していない燃料球3を上記燃料投入器15に導出するよう上記切り替え器16を制御するようになっている。またプロセスコンピュータ19は、例えば炉心2に設けられた各種炉内測定機器(図示せず)より入力される反応度、出力分布等の信号に応じて上記新燃料装荷設備18を制御し、適宜新たな燃料球3を上記新燃料貯蔵庫17より取り出して燃焼度検出器13に投入するようになっている。
【0069】
このようにして、所定の燃焼度に達していない燃料球3とともに所定の燃焼度に達し取り出された燃料球3と同量分の新たな燃料球3を、再度炉心2へ投入するようになっている。
【0070】
以上説明したような基本構成の本発明の原子炉炉心及びこれを備えた原子炉設備において、本実施の形態の最も大きな特徴は、燃料球3を炉心2へ再投入する際に、内側領域Bにおける全ての燃料球3の平均燃焼度が外側領域Aにおける全ての燃料球3の平均燃焼度よりも大きくなるようにしたことである。以下、この詳細について説明する。
【0071】
図1に戻り、前記燃料球投入管8は、外側投入管8aと内側投入管8bとにより構成されており、これら外・内側投入管8a,8bは、それぞれの投入口8a1,8b1が炉心2の上部において互いに異なる径方向位置となるように設けられている。すなわち、上記外側投入管8aは炉心2の比較的径方向外側の領域に燃料球3を投入するように設けられ、上記内側投入管8bは炉心2の比較的径方向内側の領域に燃料球3を投入するように設けられている。
【0072】
図4は図1中IV−IV断面による横断面図である。この図4及び前述の図1において、外側投入管8aは、例えば炉心2の周方向位置90度おきに4箇所配設され、原子炉容器1の下方から下鏡部1bを貫通して原子炉容器1の内周面に沿って炉心2の天板2aの上方まで立設され、そこから屈曲して天板2aと略平行に炉心2の径方向中心に向かって延設され、さらにそこから屈曲して天板2aを上方から下方に向かって貫通して炉心2の比較的径方向外側の領域に投入口8a1を下ろすように設けられている。
【0073】
一方、内側投入管8bは、上記外側投入管8aと45度ずれた位置に例えば炉心2の周方向位置90度おきに4箇所配設され、上記外側投入管8aと同様に原子炉容器1の下方から下鏡部1bを貫通して原子炉容器1の内周面に沿って炉心2の天板2aの上方まで立設され、屈曲して天板2aと略平行に炉心2の径方向中心に向かって上記外側投入管8aよりも長く延設され、さらに屈曲して天板2aを上方から下方に向かって貫通して炉心2の比較的径方向内側の領域に投入口8b1を下ろすように設けられている。
【0074】
このとき、これら外・内側投入管8a,8bを介して炉心2に燃料球3を投入する前記燃料投入器15は、燃料球投入管8と同様に、例えば4台の外側投投入器15aと4台の内側投入器15bとにより構成されている。これら外・内側投入器15a,15bには、それぞれに外・内側投入管8a,8bが接続されている(図3参照。但し図3では繁雑防止のため、外側投入器15aを2台と内側投入器15bを1台のみ図示している)。
【0075】
また、前記プロセスコンピュータ19は、上述したように切り替え器16を制御して燃焼度が所定の燃焼度に達していない燃料球3を燃料投入器15に導出するようになっているが、このとき、さらに相対的に燃焼度の小さい燃料球3を外側投入器15aに、また相対的に燃焼度の大きい燃料球3を内側投入器15bに振り分けるように切り替え器16を制御する。なお、新燃料装荷設備18より送られる新しい燃料球3については、全て外側投入器15aに振り分けるように切り替え器16を制御する。
【0076】
このような原子炉設備の構造により、本実施の形態においては、燃焼度が比較的小さい燃料球3を外側投入器15aにより外側投入管8aを介して炉心2の比較的外側の領域に、燃焼度が比較的大きい燃料球3を内側投入器15bにより内側投入管8bを介して炉心2の比較的内側の領域に投入して、これによって、図2中破線で示すように、例えば炉心2内を互いに等面積になるように径方向外側領域Aと内側領域Bとに区分したとき、内側領域Bにおける全ての燃料球3の平均燃焼度が外側領域Aにおける全ての燃料球3の平均燃焼度よりも大きくなるようにしつつ運転することが可能なようになっている。
【0077】
以上において、燃焼度検出器13は、特許請求の範囲各項記載の燃料球の燃焼度を検出する検出手段を構成する。また、切り替え器16は、検出手段で燃焼度検出の済んだ燃料球の導出経路を切り替える切り替え手段を構成し、燃料球投入管8は、一端部が原子炉炉心の上部において互いに異なる径方向位置となるように設けられた複数の燃料球供給管を構成し、上記切り替え器16と燃料投入器15、及びプロセスコンピュータ19は、燃料球を複数の燃料球供給管に選択的に導入する第1選択導入手段を構成し、これら燃料投入器15、切り替え器16、プロセスコンピュータ19と上記燃料球投入管8とが、燃料球を原子炉炉心へ再投入するときの径方向投入位置を振り分ける第1振り分け手段を構成する。
【0078】
次に、上記構成の本発明の原子炉設備の第1の実施の形態の動作及び作用を以下に説明する。
炉心2内に装荷された燃料球3は、原子炉の稼動に伴い連続的に炉心2内を上部から下部へ移動し、炉心2の下部に設けられた単一化管9により1球ずつ選別器10に送り出される。この選別器10により破損を検出された燃料球3は破損燃料貯蔵庫11に送られ、破損を検出されなかった燃料球3はバッファ管12を介して燃焼度検出器13に送られる。
【0079】
この燃焼度検出器13において各燃料球3はそれぞれの燃焼度を検出され、それらの燃焼度の情報はプロセスコンピュータ19に信号出力される。このプロセスコンピュータ19は、この検出された燃焼度が所定の燃焼度に達している場合には、燃料球3を取出燃料貯蔵庫14に導出するよう切り替え器16を制御する。これにより所定の燃焼度に達している燃料球3は取出燃料貯蔵庫14に送られる。
【0080】
一方、検出された燃焼度が所定の燃焼度に達していない場合には、プロセスコンピュータ19は、それらの燃料球3のうち相対的に燃焼度の小さい燃料球3を外側投入器15aに導出し、相対的に燃焼度の大きい燃料球3を内側投入器15bに導出するよう切り替え器16を制御する。これにより、所定の燃焼度に達していない燃料球3のうち相対的に燃焼度の小さい燃料球3は、外側投入器15aから外側投入管8aを介して炉心2内の比較的外側の領域へ再投入され、相対的に燃焼度の大きい燃料球3bは内側投入器15bから内側投入管8bを介して炉心2内の比較的内側の領域へ再投入される。
【0081】
このようにして、本実施の形態によれば、炉心2内を前述のように区分して見たときの内側領域Bにおける全ての燃料球3の平均燃焼度が外側領域Aにおける全ての燃料球3の平均燃焼度よりも大きくなるような炉心2を実現することができる。これにより、炉心2の外側領域Aの出力を内側領域Bよりも相対的に増大させて、炉心中央付近の出力が大きくなる傾向を緩和し、炉心径方向出力の平坦化を図ることができる。
【0082】
また、本実施の形態においては、炉心2内を燃料球3のみで構成しているため、炉心径方向内側に減速球のみを装荷して径方向出力の平坦化を図った前述のPBMRや、炉心径方向内側に黒鉛を含む割合を大きくした大径の燃料球を装荷した従来技術に比べ、炉心2内に装荷される燃料球3の数を多くすることができる。
【0083】
このようにして、炉心2内の径方向出力の平坦化を図りつつ燃料球3の装荷数を増加させることにより、燃料球3の1球あたりの負担する最大出力を相対的に下げることができる。この結果、その1球あたりの最大出力を燃料球3の健全性を維持可能な範囲で制限値ぎりぎりまで引き上げることで、炉心2あたりの出力を可能な限り増加させることができる。したがって、原子炉全体の経済性を向上することができる。
【0084】
さらに、本実施の形態においては、上述したように減速球を用いる前記従来技術と比較し炉心全体の燃料装荷量が大きいため、燃料経済性が向上する。したがって、これによっても原子炉全体で見た経済性向上の効果を得ることができる。
【0085】
なお、上記本発明の第1の実施の形態においては、炉心2が平衡炉心となっていることを前提に説明をしたが、例えば炉心2の初装荷の際は装荷される燃料球3のすべてが新燃料球であるために、炉心中央部に高い出力ピークができる傾向となる。さらに、燃焼度検出器13により検出される燃焼度は初期の段階ではほぼ同じであることから、プロセスコンピュータ19における再投入基準の設定が困難となる。これを回避するために、炉心2の初装荷の際には濃縮度の異なる2種類以上の燃料球3を用いてもよい。すなわち、外側領域Aには濃縮度の高い燃料球3を、内側領域Bには濃縮度の低い燃料球3を配置し、炉心下部において燃焼度とともに濃縮度についても検出するようにし、総合的に反応度の高い燃料球3を外側領域Aに、反応度の低い燃料球を内側領域Bに再投入するようにしてもよい。これにより、炉心2の初装荷時においても、上記第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【0086】
また、上記本発明の第1の実施の形態においては、炉心2内に燃料球3のみを装荷しているが、これに限らず燃料球3に減速球を混合して装荷してもよい。これによっても、炉心径方向出力の平坦化を図ることができる。
【0087】
次に、本発明の原子炉設備及び原子炉炉心並びに原子炉の運転方法の第2の実施の形態を図5乃至図7を参照しつつ説明する。本実施の形態は、減速球を用いて、外側領域Cの燃料球3と減速球全体に占める減速球の混合比を内側領域Dよりも相対的に大きくしたものである。
【0088】
図5は、上記本発明の原子炉設備の第2の実施の形態の全体構成を表した概念図である。この図5において、黒の太線の矢印は燃料球3の流れ、白抜きの矢印は減速球20の流れ、グレーの矢印は燃料球3と減速球20とが混合したものの流れを示し、また破線の矢印は信号の流れを示している。なお、前述の本発明の第1の実施の形態における図3と同様の部分には同符号を付し、説明を省略する。
【0089】
図5において、原子炉設備は、多数の燃料球3及び減速球20を装荷された炉心2と、炉心2内を径方向に互いに等面積となるように外側領域Cと内側領域Dとに区分して投入できるように設けられた燃料球投入管8′と、減速球20を選別する機能を備えた選別器10′と、減速球20を所定のペースで導出する減速球導出器21と、この減速球導出器21より導出される減速球20を燃料球3に混合する機能を備えた切り替え器16′とを備えている。
【0090】
上記燃料球投入管8′は、外側領域Cに燃料球3及び減速球20を投入できるように設けられた外側投入管8a′と、内側領域Dに燃料球3及び減速球20を投入できるように設けられた内側投入管8b′とにより構成されている。
【0091】
上記減速球20は黒鉛から構成されており、燃料球3と同等の大きさを有している。また、上記減速球導出器21及び切り替え器16′はプロセスコンピュータ19により制御されており、燃焼度検出器13より切り替え器16′に一定のペースで送られる燃料球3に対し、減速球導出器21はプロセスコンピュータ19の指示に応じて切り替え器16′に減速球20を送るペースを切り替え可能になっており、これらの燃料球3及び減速球20を切り替え器16′が混合して、外側投入器15a又は内側投入器15bに選択して送るようになっている。すなわち、減速球導出器21のペースが比較的速く、燃料球3及び減速球20全体に占める減速球20の混合比が大きい場合は外側投入器15aに、減速球導出器21のペースが比較的遅く、燃料球3及び減速球20全体に占める減速球20の混合比が小さい場合は内側投入器15bに導出するようになっている。
【0092】
以上において、減速球導出器21は、特許請求の範囲各項記載の燃料球及び減速球全体に占める減速球の混合比を複数の値に切り替え設定するように減速球を導出可能な第1導出手段を構成する。また、燃料投入器15、切り替え器16′、及びプロセスコンピュータ19は、減速球の混合比の設定値に応じ燃料球及び減速球を複数の燃料球供給管に選択的に導入する第2選択導入手段を構成し、これらと燃料球投入管8′が、減速球の混合比の設定値ごとに振り分ける第2振り分け手段を構成する。
【0093】
次に、上記構成の本発明の原子炉設備の第2の実施の形態の動作及び作用を以下に説明する。
炉心2内に装荷された燃料球3と減速球20の混合物は、原子炉の稼動に伴い連続的に炉心2内を上部から下部へ移動し、炉心2の下部に設けられた単一化管9により1球ずつ選別器10′に送り出される。この選別器10′により燃料球3と減速球20が選別され、減速球20は減速球導出器21に送られる。一方で、選別器10′により破損を検出された燃料球3は破損燃料貯蔵庫11に送られ、破損を検出されなかった燃料球3はバッファ管12を介して燃焼度検出器13に送られる。
【0094】
この燃焼度検出器13において各燃料球3はそれぞれの燃焼度を検出され、一定のペースで切り替え器16′に送られる。ここで、燃焼度検出器13により検出された燃焼度が所定の燃焼度に達している燃料球3については、前述の第1の実施の形態と同様に取出燃料貯蔵庫14に導出される。
【0095】
このとき、プロセスコンピュータ19の制御により、減速球導出器21が減速球20の導出ペースを大きくして切り替え器16′での燃料球3と減速球20全体に占める減速球20の混合比が相対的に大きくなったときは、切り替え器16′はその混合物を外側投入器15aに送る。一方、減速球導出器21が減速球20の導出ペースを遅くして切り替え器16′での減速球20の混合比が相対的に小さくなったときは、切り替え器16′はその混合物を内側投入器15bに送る。これにより、減速球20の混合比が相対的に大きい燃料球3と減速球20との混合物は、外側投入器15aから外側投入管8a′を介して炉心2内の外側領域Cへ再投入され、減速球20の混合比が相対的に小さい燃料球3と減速球20との混合物は、内側投入器15bから内側投入管8b′を介して炉心2内の内側領域Dへ再投入される。
なお、上記原子炉設備において、減速球20は、破損がなければ全てが炉心20へ再投入されるようになっている。
【0096】
このようにして、本実施の形態によれば、図6に示すように、外側領域Cの燃料球3と減速球20全体に占める減速球20の混合比を内側領域Dよりも相対的に大きくした炉心を実現することができる。
【0097】
これにより、前述の第1の実施の形態と同様に、炉心2の外側領域Cの出力を内側領域Dよりも相対的に増大させて、炉心径方向出力の平坦化を図ることができる。
【0098】
また、本実施の形態においては、燃料球3の燃焼度による投入位置の振り分けを行っていないため、前述の第1の実施の形態の変形例において説明したような炉心2の初装荷の際においても減速球20の混合比の振り分けによって対応することができ、濃縮度の異なる燃料球を用意する必要がない。したがって、燃料経済性を向上する効果を得ることができる。
【0099】
なお、上記本発明の第2の実施の形態においては、炉心2内を径方向に互いに等面積となるように区分した外側領域Cと内側領域Dとに減速球20の混合比が大きい群、小さい群を外・内側投入管8a′,8b′を介し振り分けて供給したが、これに限らない。すなわち、図7に示すようにそれぞれが異なる面積を有するように区分した外側領域C′と内側領域D′とに減速球20の混合比が大きい群、小さい群を振り分けて供給するようにしてもよい。この場合でも、炉心2内を径方向に互いに等面積となるように外側領域Cと内側領域Dとに区分して見たとき、外側領域Cと内側領域Dとの間で上述の関係が満たされてさえいれば、、上記本発明の第2の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【0100】
次に、本発明の原子炉設備及び原子炉炉心並びに原子炉の運転方法の第3の実施の形態を図8、図9、及び前述の図5を参照しつつ説明する。本実施の形態は、外側領域Cの全ての燃料球3の平均燃焼度が内側領域Dよりも小さくなるようにしつつ、外側領域Cの燃料球3と減速球20全体に占める減速球20の混合比を内側領域Dよりも相対的に小さくしたものである。
【0101】
上記本発明の原子炉設備の第3の実施の形態の構成は、前述の本発明の第2の実施の形態において図5で説明した構成と同様であるため、説明を省略する。
【0102】
次に、本発明の原子炉設備の第3の実施の形態の動作及び作用を以下に説明する。
炉心2内に装荷された燃料球3と減速球20の混合物は、原子炉の稼動に伴い連続的に炉心2内を上部から下部へ移動し、炉心2の下部に設けられた単一化管9により1球ずつ選別器10′に送り出される。この後は前述の第2の実施の形態と同様にして、燃料球3と減速球20が選別されて減速球20は減速球導出器21に送られ、破損を検出された燃料球3は破損燃料貯蔵庫11に送られ、破損を検出されなかった燃料球3はバッファ管12を介して燃焼度検出器13に送られる。この燃焼度検出器13により検出された燃焼度が所定の燃焼度に達している燃料球3については、前述の第1の実施の形態と同様に取出燃料貯蔵庫14に導出される。
【0103】
このとき、プロセスコンピュータ19の制御により、検出された燃焼度が所定の燃焼度に達していない燃料球3のうち相対的に燃焼度の小さい燃料球3については、減速球導出器21は減速球20の導出ペースを遅くして切り替え器16′での燃料球3と減速球20全体に占める減速球20の混合比を相対的に小さくなるようにし、切り替え器16′はその混合物を外側投入器15aに送る。一方、検出された燃焼度が所定の燃焼度に達していない燃料球3のうち相対的に燃焼度の大きい燃料球3については、減速球導出器21は減速球20の導出ペースを大きくして切り替え器16′での減速球20の混合比を相対的に大きくなるようにし、切り替え器16′はその混合物を内側投入器15bに送る。
これにより、燃料球3の燃焼度が相対的に小さくかつ減速球20の混合比が相対的に小さい燃料球3と減速球20との混合物は、外側投入器15aから外側投入管8a′を介して炉心2内の外側領域Cへ再投入され、燃料球3の燃焼度が相対的に大きくかつ減速球20の混合比が相対的に大きい燃料球3と減速球20との混合物は、内側投入器15bから内側投入管8b′を介して炉心2内の内側領域Dへ再投入される。
【0104】
このようにして、本実施の形態によれば、図8に示すように、外側領域Cの全ての燃料球3の平均燃焼度が内側領域Dよりも小さくかつ外側領域Cの燃料球と減速球全体に占める減速球の混合比を内側領域Dよりも相対的に小さくした炉心を実現することができる。
【0105】
ここで、通常、燃料球3の平均燃焼度分布の方が減速球20の個数密度よりも炉心2の出力に対し支配的に影響を与える。すなわち、本実施の形態のように、平均燃焼度の小さい燃料球3に対し減速球20の混合比を相対的に小さくし(前者)、平均燃焼度の大きい燃料球3に対し減速球20の混合比を相対的に大きくする(後者)構成としても、依然として前者の方が出力が大きくなる傾向がある。
【0106】
本実施の形態によれば、上記炉心構成とすることにより、この出力が大きくなる前者を炉心2内の外側領域Cに配置するので、前述の本発明の第1の実施の形態と同様に、炉心中央付近の出力が大きくなる傾向を緩和して炉心径方向出力の平坦化を図ることができる。
【0107】
さらに、上記炉心構成とすることにより、平均燃焼度が相対的に小さい燃焼前期である外側領域Cにおいて、減速球20が相対的に少ない硬い中性子スペクトルとすることで燃料球3中における核分裂性物質の転換生成を促進した後、平均燃焼度が相対的に大きい燃焼後期である内側領域Dにおいて、減速球20が相対的に多い柔らかい中性子スペクトルとすることで、先に転換生成された核分裂性物質の燃焼を促進することができる。このようにして、燃焼前期で転換生成されることにより増加した核分裂性物質の反応を燃焼後期で促進させることによるスペクトルシフト効果により、燃料経済性を大きく向上することができる。
【0108】
なお、上記本発明の第3の実施の形態においては、炉心2が平衡炉心となっていることを前提に説明をしたが、例えば炉心2の初装荷の際は装荷される燃料球3のすべてが新燃料球である上に内側領域Dの減速球20の混合比が大きいために、炉心中央部に高い出力ピークができる傾向が一層強くなる。これを回避するために、前述の本発明の第1の実施の形態と同様に炉心2の初装荷の際には濃縮度の異なる2種類以上の燃料球3を用いるようにしてもよい。これにより、炉心2の初装荷時においても、上記第3の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【0109】
また、上記本発明の第3の実施の形態においては、炉心2内を径方向に互いに等面積となるように区分した外側領域Cと内側領域Dとに燃料球3の燃焼度が小さくかつ減速球20の混合比が小さい群、燃料球3の燃焼度が大きくかつ減速球20の混合比が大きい群を外・内側投入管8a,8bを介し振り分けて供給したが、これに限らない。すなわち、前述の本発明の第2の実施の形態において説明したように、それぞれが異なる面積を有するように区分した領域に振り分けて、燃料球3の燃焼度が小さくかつ減速球20の混合比が小さい群、燃料球3の燃焼度が大きくかつ減速球20の混合比が大きい群を供給するようにしてもよい。この場合でも、炉心2内を径方向に互いに等面積となるように外側領域Cと内側領域Dとに区分して見たとき、外側領域Cと内側領域Dとの間で上述の関係が満たされてさえいれば、上記本発明の第3の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【0110】
また、上記本発明の第3の実施の形態においては、燃料球3の平均燃焼度分布の方が減速球20の個数密度よりも炉心2の出力に対し支配的に影響を与えることを前提に、炉心2の外側領域Cの全ての燃料球3の平均燃焼度が内側領域Dよりも小さくかつ外側領域Cの燃料球3と減速球20全体に占める減速球20の混合比を内側領域Dよりも相対的に小さくする構成としたが、これに限らず、例えば減速球20の個数が比較的多いとき等、減速球20の個数密度の方が燃料球3の平均燃焼度分布よりも炉心2の出力に対し支配的に影響を与える場合には、上記と逆の配置の構成にしてもよい。すなわち、図9に示すように、外側領域Cの全ての燃料球3の平均燃焼度が内側領域Dよりも大きくかつ外側領域Cの燃料球3と減速球20全体に占める減速球20の混合比を内側領域Dよりも相対的に大きくした構成としてもよい。これによって、上記第3の実施の形態と同様の効果を得ることができる上に、上記した炉心2の初装荷時においても濃縮度の異なる燃料球3を使用せずに径方向出力の平坦化を可能とするので、燃料経済性をさらに向上することができる。
【0111】
また、前述の第2の実施の形態及び上記第3の実施の形態においては、燃料球3と減速球20の選別を選別器10′が行うようにしたが、これに限らずこの燃料球3と減速球20の選別機能を燃焼度検出器13に持たせてもよい。
【0112】
次に、本発明の原子炉設備及び原子炉炉心並びに原子炉の運転方法の第4の実施の形態を図10及び図11を参照しつつ説明する。本実施の形態は、相対的に粒径の大きい大径燃料球及び相対的に粒径の小さい小粒径燃料球を用いて、外側領域Cに大粒径燃料球と小粒径燃料球の混合物を投入し、内側領域Dに大粒径燃料球のみを投入するようにしたものである。
【0113】
図10は、上記本発明の原子炉設備の第4の実施の形態の全体構成を表した概念図である。この図10において、黒の太線の矢印は大粒径燃料球3aの流れ、白抜きの矢印は小粒径燃料球3bの流れ、グレーの矢印は大粒径燃料球3aと小粒径燃料球3bとが混合したものの流れを示し、また破線の矢印は信号の流れを示している。なお、前述の本発明の第2の実施の形態における図5と同様の部分には同符号を付し、説明を省略する。
【0114】
図10において、原子炉設備は、多数の大粒径燃料球3a及び小粒径燃料球3bを装荷された炉心2と、小粒径燃料球3bを選別する機能を加えた選別器10″と、小粒径燃料球3bの燃焼度を検出する小粒径用燃焼度検出器22と、小粒径燃料球3bを所定のペースで導出する小粒径燃料球導出器23と、この小粒径燃料球導出器23より導出される小粒径燃料球3bを大粒径燃料球3aに混合する機能を加えた切り替え器16″と、新しい大粒径燃料球3aの貯蔵庫である大粒径用新燃料貯蔵庫17aと、この新しい大粒径燃料球3aを燃焼度検出器13に投入する大粒径用新燃料装荷設備18aと、新しい小粒径燃料球3bの貯蔵庫である小粒径用新燃料貯蔵庫17bと、この新しい小粒径燃料球3bを上記小粒径用燃焼度検出器22に投入する小粒径用新燃料装荷設備18bとを備えている。
【0115】
上記大粒径燃料球3a及び小粒径燃料球3bは、前記の燃料球3と同様に、それぞれ例えばウラン酸化物を核燃料物質とする多数の被覆燃料粒子とそれを内包する黒鉛マトリックスとから構成された燃料領域が黒鉛殻で囲まれた構造となっている。このとき、大・小粒径燃料球3a,3bの直径をそれぞれd,dとすると、このdとdは例えばd≦(2√3/3−1)dを満たす関係にある。これにより、小粒径燃料球3bは、稠密に配置された大粒径燃料球3aの間隙に入り込むことができるようになっている。なお、大粒径燃料球3aの直径dは従来のものと同様に約6cmとなっている。
【0116】
燃焼度検出器13及び上記小粒径用燃焼度検出器22は、選別器10″で選別された大・小粒径燃料球3a,3bの燃焼度をそれぞれ検出してプロセスコンピュータ19に出力し、プロセスコンピュータ19は、その入力された燃焼度が所定の燃焼度に達している大・小粒径燃料球3a,3bについては取り出し燃料貯蔵庫14に送るように切り替え器16″を制御するようになっている。
【0117】
一方、燃焼度が所定の燃焼度に達していない大・小粒径燃料球3a,3bについては、燃焼度検出器13より切り替え器16″に一定のペースで送られる大粒径燃料球3aに対し、小粒径燃料球導出器23はプロセスコンピュータ19の指示に応じて切り替え器16″に小粒径燃料球3bを送るペースを切り替え可能になっており、これらの大粒径燃料球3a及び小粒径燃料球3bを切り替え器16″が混合して、外側投入器15a又は内側投入器15bに送るようになっている。すなわち、大粒径燃料球3a及び小粒径燃料球3b全体に占める小粒径燃料球3bの混合比を複数の値に切り替え設定でき、それを外側投入器15a又は15bに選択して送ることができるようになっている(但し、本実施の形態では内側投入器15bへ送る場合は混合比0、すなわち燃焼度検出器13から送られる大粒径燃料球3aのみが内側投入器15bへ送られるようになっている)。
【0118】
以上において、小粒径燃料球導出器23は、特許請求の範囲各項記載の燃料球全体に占める小粒径燃料球の混合比を複数の値に切り替え設定するように小粒径燃料球を導出可能な第2導出手段を構成する。また、燃料球投入管8′、燃料投入器15、切り替え器16″、及びプロセスコンピュータ19は、小粒径燃料球の混合比の設定値ごとに振り分ける第3振り分け手段を構成する。
【0119】
次に、上記構成の本発明の原子炉設備の第4の実施の形態の動作及び作用を以下に説明する。
炉心2内に装荷された大粒径燃料球3aと小粒径燃料球3bは、原子炉の稼動に伴い連続的に炉心2内を上部から下部へ移動し、炉心2の下部に設けられた単一化管9により1球ずつ選別器10″に送り出される。この選別器10″において、大粒径燃料球3a及び小粒径燃料球3bのうち破損したものが選別され、破損燃料貯蔵庫11に送られる。一方、破損していないものは大粒径燃料球3aと小粒径燃料球3bとに選別され、小粒径燃料球3bは小粒径用燃焼度検出器22に、大粒径燃料球3aはバッファ管12を介して燃焼度検出器13に送られる。
【0120】
これら燃焼度検出器13及び小粒径用燃焼度検出器22において検出された燃焼度が所定の燃焼度に達していない大・小粒径燃料球3a,3bについては、プロセスコンピュータ19の制御により、大粒径燃料球3a及び小粒径燃料球3b全体に占める小粒径燃料球3bの混合比が所定の値となるように切り替え器16″において混合され、外側投入器15aに送られる。また、内側投入器15bには大粒径燃料球3aのみが送られる。これにより、所定の混合比で混合された大粒径燃料球3a及び小粒径燃料球3bは、外側投入器15aから外側投入管8a′を介して炉心2内の外側領域Cへ再投入され、大粒径燃料球3aのみが内側投入器15bから内側投入管8b′を介して炉心2内の内側領域Dへ再投入される。
【0121】
このようにして、本実施の形態によれば、図11に示すように、外側領域Cに所定の混合比で混合した大粒径燃料球3aと小粒径燃料球3bの混合物を投入し、内側領域Dには大粒径燃料球3aのみを投入した炉心を実現することができる。これにより、外側領域Cの燃料充填率を高め内側領域Dと比較し相対的に燃料装荷量を多くすることができるので、外側領域Cの出力を内側領域Dよりも相対的に増大させることができ、したがって前述の本発明の第1の実施の形態と同様に炉心径方向出力の平坦化を図ることができる。
【0122】
また、本実施の形態によれば、外側領域Cの燃料装荷量を多くすることで炉心2の外側領域Cにおける燃料の炉内滞在年数を増加することができ、燃料経済性を向上することができる。
【0123】
なお、上記本発明の第4の実施の形態においては、炉心2内を径方向に互いに等面積となるように区分した外側領域Cと内側領域Dとに小粒径燃料球3bの混合比が大きい群、小さい群を外・内側投入管8a′,8b′を介し振り分けて供給したが、これに限らない。すなわち、前述の第3の実施の形態において説明したように、それぞれが異なる面積を有するように区分した領域に小粒径燃料球3bの混合比が大きい群、小さい群を振り分けて供給するようにしてもよい。この場合でも、炉心2内を径方向に互いに等面積となるように外側領域Cと内側領域Dとに区分して見たとき、外側領域Cと内側領域Dとの間で上述の関係が満たされてさえいれば、上記本発明の第4の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【0124】
また、上記本発明の第4の実施の形態においては、内側領域Dには大粒径燃料球のみを投入したが、これに限らない。すなわち、外・内側領域C,Dのどちらにも小粒径燃料球3bを混合し、外側領域Cの大・小粒径燃料球3a,3b全体に占める小粒径燃料球3bの混合比を内側領域Dよりも相対的に大きくするようにしてもよい。これによっても、上記本発明の第4の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【0125】
次に、本発明の原子炉設備及び原子炉炉心並びに原子炉の運転方法の第5の実施の形態を図12及び図13を参照しつつ説明する。本実施の形態は、ウラン酸化物を核燃料物質とするウラン燃料球とウラン・プルトニウム混合酸化物を核燃料物質とする混合酸化物燃料球を用いて、外側領域Aの燃料球全体に占める混合酸化物燃料球の混合比を内側領域Bよりも相対的に小さくしたものである。
【0126】
図12は、上記本発明の原子炉設備の第5の実施の形態の全体構成を表した概念図である。この図12において、黒の太線の矢印はウラン燃料球24の流れ、白抜きの矢印は混合酸化物燃料球25の流れ、グレーの矢印はウラン燃料球24と混合酸化物燃料球25とが混合したものの流れを示し、また破線の矢印は信号の流れを示している。なお、前述の本発明の第4の実施の形態における図10と同様の部分には同符号を付し、説明を省略する。
【0127】
図12において、原子炉設備は、多数のウラン燃料球24及び混合酸化物燃料球25が装荷された炉心2と、前述の本発明の第1の実施の形態と同様に炉心2内の比較的径方向外側の領域と比較的内側の領域とに区分して投入できるように設けられた燃料球投入管8と、ウラン燃料球24及び混合酸化物燃料球25の混合物の破損を検出する選別器10と、ウラン燃料球24及び混合酸化物燃料球25の混合物の燃焼度を検出する燃焼度検出器13と、この燃焼度検出器13により検出された燃焼度が所定の燃焼度に達していないウラン燃料球24及び混合酸化物燃料球25の混合物の中から混合酸化物燃料球25を選別する混合酸化物燃料球検出器26と、この混合酸化物燃料球検出器26により選別された混合酸化物燃料球25を所定のペースで導出する混合酸化物燃料球導出器27と、この混合酸化物燃料球導出器27より導出される混合酸化物燃料球25をウラン燃料球24に混合する機能を備えた切り替え器16'''と、新たに投入するウラン燃料球24及び混合酸化物燃料球25の混合物を貯蔵する混合物用新燃料貯蔵庫17′と、これらのウラン燃料球24及び混合酸化物燃料球25の混合物を燃焼度検出器13に投入する混合物用新燃料装荷設備18′とを備えている。
【0128】
上記ウラン燃料球24は、例えばウラン酸化物を核燃料物質としており、上記混合酸化物燃料球25は、例えば軽水炉等の原子炉の使用済み燃料の再処理によって得られたプルトニウムを用いたウラン・プルトニウム混合酸化物を核燃料物質としている。
【0129】
燃焼度検出器13は、選別器10により選別された破損のないウラン燃料球24及び混合酸化物燃料球25の混合物の燃焼度を検出してプロセスコンピュータ19に出力し、プロセスコンピュータ19はその入力された燃焼度が所定の燃焼度に達しているウラン燃料球24及び混合酸化物燃料球25の混合物については、切り替え器16'''を制御して取り出し燃料貯蔵庫14に送るようになっている。
【0130】
一方、燃焼度が所定の燃焼度に達していないウラン燃料球24及び混合酸化物燃料球25の混合物については、燃焼度検出器13より混合酸化物燃料球検出器26に送られる。この混合酸化物燃料球検出器26は、燃料球中のプルトニウム(特にPu240)からの中性子線強度を検出することにより、ウラン燃料球24と混合酸化物燃料球25とを選別するようになっている。この混合酸化物燃料球検出器26で選別されたウラン燃料球24は一定のペースで切り替え器16'''に送られ、また混合酸化物燃料球25は混合酸化物燃料球導出器27に送られる。すなわち、混合酸化物燃料球検出器26より切り替え器16'''に一定のペースで送られるウラン燃料球24に対し、混合酸化物燃料球導出器27はプロセスコンピュータ19の指示に応じた所定のペースで切り替え器16'''に混合酸化物燃料球25を送り、これらのウラン燃料球24及び混合酸化物燃料球25を切り替え器16'''が混合して、外側投入器15a又は内側投入器15bに選択して送るようになっている。このようにして、ウラン燃料球24及び混合酸化物燃料球25全体に占める混合酸化物燃料球25の混合比が相対的に小さい場合は外側投入器15aに、ウラン燃料球24及び混合酸化物燃料球25全体に占める混合酸化物燃料球25の混合比が相対的に大きい場合は内側投入器15bに導出するようになっている。
【0131】
以上において、混合酸化物燃料球導出器27は、特許請求の範囲各項記載の燃料球全体に占める混合酸化物燃料球の混合比を複数の値に切り替え設定するように混合酸化物燃料球を導出可能な第3導出手段を構成する。また、燃料球投入管8、燃料投入器15、切り替え器16'''、及びプロセスコンピュータ19は、混合酸化物燃料球の混合比の設定値ごとに振り分ける第4振り分け手段を構成する。
【0132】
次に、上記構成の本発明の原子炉設備の第5の実施の形態の動作及び作用を以下に説明する。
炉心2内に装荷されたウラン燃料球24及び混合酸化物燃料球25は、原子炉の稼動に伴い連続的に炉心2内を上部から下部へ移動し、炉心2の下部に設けられた単一化管9により1球ずつ選別器10に送り出される。この選別器10において、ウラン燃料球24及び混合酸化物燃料球25の混合物のうち破損したものが選別され、破損燃料貯蔵庫11に送られる。一方、破損していないものはバッファ管12を介して燃焼度検出器13に送られる。
【0133】
この燃焼度検出器13で検出された燃焼度が所定の燃焼度に達していないウラン燃料球24及び混合酸化物燃料球25については混合酸化物燃料球検出器26に送られ、ここでウラン燃料球24と混合酸化物燃料球25とに選別されて、ウラン燃料球24は一定のペースで切り替え器16''’に、混合酸化物燃料球25は混合酸化物燃料球導出器27により所定のペースで切り替え器16''’に送られる。このとき、プロセスコンピュータ19の制御により、ウラン燃料球24及び混合酸化物燃料球25全体に占める混合酸化物燃料球25の混合比が相対的に小さい場合は外側投入器15aに送られ、ウラン燃料球24及び混合酸化物燃料球25全体に占める混合酸化物燃料球25の混合比が相対的に大きい場合は内側投入器15bに送られる。これにより、相対的に混合酸化物燃料球25の混合比が小さいウラン燃料球24及び混合酸化物燃料球25は、外側投入器15aから外側投入管8aを介して炉心2内の比較的径方向外側の領域へ再投入され、相対的に混合酸化物燃料球25の混合比が大きいウラン燃料球24及び混合酸化物燃料球25は、内側投入器15bから内側投入管8bを介して炉心2内の比較的径方向内側の領域へ再投入される。
【0134】
このようにして、本実施の形態によれば、図13に示すように、炉心2内を前述の第1の実施の形態と同様に例えば径方向に等面積となるように区分して見たときの外側領域Aのウラン燃料球24及び混合酸化物燃料球25全体に占める混合酸化物燃料球25の混合比を内側領域Bよりも相対的に小さくした炉心を実現することができる。
【0135】
ここで、前述したように混合酸化物燃料球25の反応度はウラン燃料球24に対し小さくなる傾向がある。すなわち、本実施の形態によれば上記構成とすることで、前述の本発明の第1の実施の形態と同様に、外側領域Aの出力を内側領域Bよりも相対的に増大させて、炉心径方向出力の平坦化を図ることができる。
【0136】
また、本実施の形態によれば、混合酸化物燃料球25を用いることにより上述したように軽水炉等の原子炉の使用済み燃料の再処理によって得られたプルトニウムを再利用しているので、ウラン燃料球24の節約を図ることができ、これによって燃料経済性を向上することができる。
【0137】
なお、以上説明してきた本発明の原子炉炉心の各実施の形態においては、炉心2内を外側領域と内側領域の2つの領域に区分するように燃料球投入管8を設けたが、これに限らず、3以上の領域に区分できるようにしてもよい。この場合においても、炉心2内を径方向に互いに等面積となるように外側領域A(又はC)と内側領域B(又はD)とに区分してみたとき、上記各実施の形態で規定するような関係を満たしてさえいれば、各実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【0138】
また、以上説明してきた本発明の原子炉炉心の各実施の形態においては、炉心2内において燃料球(又は減速球)は投入位置から水平方向にほとんど動くことなく炉心軸方向下方にのみ移動することから炉心2内にしきりを設けていないが、これに限らず、仕切りを設けて炉心2内の領域を区分してもよい。これによっても、上記本発明の各実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【0139】
また、以上説明してきた本発明の原子炉設備の各実施の形態においては、燃焼度検出器13(又は小粒径用燃焼度検出器22)が検出した燃焼度に応じて切り替え器16(又は切り替え器16′、又は切り替え器16''')が燃料球3(又は大・小粒径燃料球3a,3b、又はウラン燃料球24及び混合酸化物燃料球25)の取出燃料貯蔵庫14又は燃料投入器15への導出経路を切り替えているが、これに限らず、この導出経路の切り替え機能を燃料投入器15に一元化して持たせてもよい。また、上記本発明の原子炉設備の各実施の形態においては、新たな燃料球3(又は大・小粒径燃料球3a,3b、又はウラン燃料球24及び混合酸化物燃料球25)を新燃料装荷設備18(又は大・小粒径用新燃料装荷設備18a,18b、又は混合物用新燃料装荷設備18′)から燃焼度検出器13(又は小粒径用燃焼度検出器22)に投入するようにしたが、これに限らず、燃料投入器15に直接投入するようにしてもよい。これらの場合も、上記本発明の各実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【0140】
また、以上説明してきた本発明の原子炉炉心の各実施の形態においては、冷却材としてヘリウムを用いるようにしたが、これに限らず、炭酸ガス(CO)、又は窒素、又はネオン・アルゴン等の不活性ガスを用いてもよい。また、冷却材にガスを用いず、水、あるいはナトリウムや鉛のような液体金属を用いてもよい。
【0141】
また、以上説明してきた本発明の原子炉炉心の各実施の形態においては、燃料としてウラン又はプルトニウムを用いたが、これに限らずトリウムを用いてもよい。
【0142】
【発明の効果】
請求項1記載の発明によれば、ペブルベッド型原子炉炉心より排出された燃料球の燃焼度を検出手段で検出し、その検出値に応じて第1振り分け手段により径方向外側における燃焼度が径方向内側に対し相対的に小さくなるように燃料球の径方向投入位置を振り分け再投入するので、炉心径方向出力を平坦化できる。したがって、経済性を向上することができる。
【0143】
請求項7記載の発明によれば、ペブルベッド型原子炉炉心より排出された燃料球及び減速球を、第2振り分け手段により径方向外側における燃料球及び減速球の群に占める減速球の混合比が径方向内側に対し相対的に大きくなるように燃料球及び減速球の群の径方向投入位置を振り分け再投入するので、炉心径方向出力を平坦化できる。したがって、経済性を向上することができる。
【0144】
請求項10記載の発明によれば、ペブルベッド型原子炉炉心より排出された燃料球及び減速球を、燃料球の燃焼度の検出値に応じて第1振り分け手段により径方向外側における燃焼度が径方向内側に対し相対的に小さくなるように燃料球の径方向投入位置を振り分けとともに、第2振り分け手段により径方向外側における燃料球及び減速球の群に占める減速球の混合比が径方向内側に対し相対的に小さくなるように燃料球及び減速球の群の径方向投入位置を振り分け再投入する。これにより、炉心径方向出力を平坦化できると共に燃料経済性を向上することができる。したがって、経済性を一層向上することができる。
【0145】
請求項11記載の発明によれば、ペブルベッド型原子炉炉心より排出された大粒径燃料球及び小粒径燃料球を、第3振り分け手段により径方向外側における大粒径燃料球及び小粒径燃料球の群に占める小粒径燃料球の混合比が径方向内側に対し相対的に大きくなるように大粒径燃料球及び小粒径燃料球の群の径方向投入位置を振り分け再投入する。これにより、炉心径方向出力を平坦化でき、したがって経済性を向上することができる。
【0146】
請求項13記載の発明によれば、炉心より排出されたウラン燃料球及び混合酸化物燃料球を、第4振り分け手段により径方向外側における混合酸化物燃料球及びウラン燃料球の群に占める混合酸化物燃料球の混合比が径方向内側に対し相対的に小さくなるように混合酸化物燃料球及びウラン燃料球の群の径方向投入位置を振り分け再投入する。これにより、炉心径方向出力を平坦化でき、したがって経済性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原子炉炉心の第1の実施の形態を備える原子炉の全体構造を模式的に表す側断面図である。
【図2】図1中II−II断面による横断面図である。
【図3】本発明の原子炉設備の第1の実施の形態の全体構成を表した概念図である。
【図4】図1中IV−IV断面による横断面図である。
【図5】本発明の原子炉設備の第2の実施の形態の全体構成を表した概念図である。
【図6】本発明の原子炉炉心の第2の実施の形態の炉心構成を表す横断面図である。
【図7】本発明の原子炉炉心の第2の実施の形態の変形例の炉心構成を表す横断面図である。
【図8】本発明の原子炉炉心の第3の実施の形態の炉心構成を表す横断面図である。
【図9】本発明の原子炉炉心の第3の実施の形態の変形例の炉心構成を表す横断面図である。
【図10】本発明の原子炉設備の第4の実施の形態の全体構成を表した概念図である。
【図11】本発明の原子炉炉心の第4の実施の形態の炉心構成を表す横断面図である。
【図12】本発明の原子炉設備の第5の実施の形態の全体構成を表した概念図である。
【図13】本発明の原子炉炉心の第5の実施の形態の炉心構成を表す横断面図である。
【符号の説明】
2 炉心
3 燃料球
3a 大粒径燃料球
3b 小粒径燃料球
8 燃料球投入管(燃料球供給管;第1振り分け手段;第4振り分け手段)
8′ 燃料球投入管(第2振り分け手段;第3振り分け手段)
13 燃焼度検出器(検出手段)
15 燃料投入器(第1選択導入手段;第1振り分け手段;第2選択導入手段;第2振り分け手段;第3振り分け手段;第4振り分け手段)
16 切り替え器(切り替え手段;第1選択導入手段;第1振り分け手段)
16′ 切り替え器(第2選択導入手段;第2振り分け手段)
16″ 切り替え器(第3振り分け手段)
16''' 切り替え器(第4振り分け手段)
19 プロセスコンピュータ(第1選択導入手段;第1振り分け手段;第2選択導入手段;第2振り分け手段;第3振り分け手段;第4振り分け手段)
20 減速球
21 減速球導出器(第1導出手段)
23 小粒径燃料球導出器(第2導出手段)
24 ウラン燃料球
25 混合酸化物燃料球
27 混合酸化物燃料球導出器(第3導出手段)
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a pebble bed type nuclear reactor core, a nuclear reactor equipped with the same, and a method of operating the nuclear reactor.
[0002]
[Prior art]
In general, in a pebble bed type reactor, a large number of fuel balls are introduced into the reactor from the upper part of the vessel to constitute a core, and a high-temperature gas such as helium (He) is used as a coolant.
[0003]
This fuel ball has a structure in which, for example, the diameter is about 6 cm, and the fuel region is surrounded by a graphite shell. The fuel region is composed of a large number of coated fuel particles and a graphite matrix containing them.
[0004]
The coated fuel particles have a diameter of 0.5 to 1.0 mm and are substantially spherical. This coated fuel particle is composed of a fuel nucleus having a diameter of 200 to 600 μm composed of an oxide or carbide of fissile material such as uranium (U), plutonium (Pu), thorium (Th) or a mixture thereof at the center. The fuel core is composed of a pyrolytic carbon layer, a silicon carbide layer, and the like that cover the fuel core in multiple layers. These coating layers such as pyrolytic carbon layer and silicon carbide layer have a function as a barrier against the leakage of fission products, and the fission gas can be held almost completely inside the coated fuel particles even under high temperature irradiation. ing.
[0005]
On the other hand, in some cases, a deceleration ball is loaded together with a fuel ball on the core of a pebble bed reactor. The decelerating sphere is used to decelerate neutrons and is made of graphite.
[0006]
These fuel balls and deceleration balls are continuously charged from the upper part of the core during the operation of the reactor, move from the upper part of the core to the lower part of the core, and are taken out from the lower part of the core. Thus, the greatest feature of a pebble bed reactor is that fuel can be changed during the operation of the reactor. As a reactor facility for that purpose, for example, the MEDUL method as described in US Pat. No. 4,372,912 or the multi-pass method is used. A pebble bed type reactor facility called is used.
[0007]
This type of pebble bed type reactor equipment detects the burnup of the core and the fuel ball taken out from the lower part of the core according to the presence or absence of breakage, and the burnup of the non-damaged fuel ball. And a fuel injector that again injects fuel balls that have not reached the predetermined degree of combustion with the degree of burnup detected by the burnup detector. As a result, fuel balls that are not damaged and have not reached the predetermined burn-up can be put into the core again. In this way, it is possible to eliminate variations in the degree of burnout of each fuel ball, and to flatten the average burnup distribution of the fuel ball in the axial direction of the core, thus reducing the output peaking in the core axis direction.
[0008]
By the way, it goes without saying that in such a pebble bed reactor, increasing the output per reactor as in other light water reactors or the like leads to an improvement in the economy of the entire power plant. The pebble bed type fuel is considered to maintain its soundness at temperatures up to about 1600 ° C, and even if an accident is assumed, the maximum fuel temperature will not exceed it, The maximum output is limited. From these viewpoints, in the pebble bed type reactor, by reducing the power peaking in the core axis direction and the power peaking in the core radial direction as much as possible, the power density of the core per reactor is kept within the above limit range. It is desirable to increase the output as much as possible.
[0009]
Here, in general, the pebble bed type reactor is small and has a feature of being long in the vertical direction. That is, the ratio of the core height to the core diameter is 1 or more, and neutron leakage from the side surface of the core is large. Therefore, the power distribution tends to be large at the center in the core radial direction, and the value of the radial power peaking tends to be large. There is a tendency.
[0010]
However, in the MEDUL type or multipass type pebble bed reactor, reduction of power peaking in the core radial direction is not taken into consideration, which is sufficient from the viewpoint of improving the economic efficiency of the power plant as described above. I couldn't say that.
[0011]
Against this background, in recent years, for example, as described in the IAEA report (IAEA-TECCDOC-1198), the core is divided into two regions in the radial direction while using the MEDUL method or the multi-pass method, and is decelerated inward in the radial direction. A pebble-bed modular reactor (hereinafter referred to as PBMR) has been proposed in which only a sphere and only a fuel sphere are loaded radially outward. According to this PBMR, it is possible to bring the power peak at the center in the radial direction when the core is composed of only fuel balls to the outside in the radial direction, and reduce the output peaking in the axial direction while reducing the output peak in the radial direction. Can also be reduced.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
According to the above prior art, both the power peaking in the core axis direction and the power peaking in the radial direction can be reduced, and the economic efficiency of the entire power plant can be improved.
[0013]
By the way, the output peak of the core is highly dependent on the arrangement of the fuel sphere or the deceleration sphere in the core. Therefore, there is room for further improvement in the reduction of the output peaking in the core radial direction in which the arrangement of the fuel spheres or deceleration spheres can be easily manipulated artificially as compared with the core axis direction. In that sense, it cannot be said that the above-described prior art is sufficient to flatten the power in the core radial direction.
[0014]
From the viewpoint of increasing the output of the core, for example, as described in JP-A-63-133304, the core is divided into two regions in the radial direction, and the proportion of graphite in the radially inner region is larger than that in the radially outer region. However, in this prior art, no particular consideration is given to reducing the output peaking in the core radial direction. That is, since the ratio of graphite contained in the fuel balls in the radially inner region is larger than that in the radially outer region, the output peak may be biased toward the center in the core radial direction. Therefore, even in this conventional technique, it cannot be said that the core radial output is sufficiently flattened.
[0015]
The present invention has been made in view of these problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a pebble bed reactor capable of further flattening the power in the core radial direction and improving economy, and the reactor. And a method of operating the nuclear reactor.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
(1) In order to achieve the above object, the nuclear reactor facility of the present invention introduces a number of fuel balls discharged from a pebble bed type reactor core, and a detecting means for detecting the burnup of the fuel balls. And a first distribution unit that distributes the injection position in the radial direction when the fuel ball is reintroduced into the reactor core according to the detection result of the detection unit.
[0017]
Generally, since the reactivity of a nuclear fuel decreases as the combustion progresses, the output of a fuel with a low burnup tends to be high, and the output of a fuel with a high burnup tends to be low.
[0018]
In the present invention, the degree of burnup of the fuel spheres discharged from the reactor core is detected by the detection means, and the radial introduction position when the fuel sphere is re-introduced is distributed by the first distribution means according to the detection result. In this way, it is possible to realize a core in which, for example, the average burnup of all the fuel spheres in the inner region in the inner diameter direction of the reactor core is larger than the average burnup of all the fuel spheres in the outer region. As a result, the power in the outer region in the core radial direction is relatively increased from the inner region, so that the tendency to increase the power in the vicinity of the center of the normal core is alleviated, and the power in the core radial direction can be flattened. it can. In the present invention, since the core is composed only of fuel balls, PBMR in which only the deceleration spheres are loaded on the inner side in the core radial direction so as to flatten the radial output, or graphite on the inner side in the core radial direction. The number of fuel balls can be increased as compared with the prior art loaded with large-diameter fuel balls with a larger proportion of By these two, the maximum output burden per fuel ball can be lowered relatively. As a result, on the contrary, the power per core can be increased by raising the maximum power per ball to the limit value at which soundness can be maintained. Therefore, economic efficiency can be improved.
[0019]
Further, as described above, since the inside of the core is composed of only the fuel balls, the amount of fuel loaded in the entire core becomes larger than that in the prior art using the speed reduction balls. Therefore, the fuel economy is improved, and this can also achieve the effect of improving the economy as seen in the whole reactor.
[0020]
(2) In the above (1), preferably, the first distribution means distributes the radially inserted positions of the fuel balls having a relatively small burnup to the outside in the radial direction and has a relatively high burnup. The fuel ball radial input position is distributed radially inward.
[0021]
(3) In the above (1) or (2), and preferably, the first distribution means includes a plurality of fuel balls provided so that one end portions thereof are located at different radial positions in the upper part of the reactor core. A supply pipe and a first selective introduction means for selectively introducing the fuel sphere into the plurality of fuel sphere supply pipes according to a detection result of the detection means.
[0022]
(4) In the above (3), more preferably, the first selective introduction means is provided on the downstream side of the detection means, and is a switching means for switching a fuel ball derivation path for which the degree of combustion has been detected by the detection means. Is provided.
[0023]
(5) In the above (4), more preferably, the switching means guides the fuel ball having a predetermined burnup to the take-out side passage.
[0024]
(6) In any one of the above (1) to (5), and preferably, the detection means is means for detecting radiation relating to a predetermined nuclide contained in the fuel ball.
[0025]
(7) In order to achieve the above object, the reactor equipment of the present invention introduces a large number of reduction spheres discharged from a pebble bed type reactor core, and the reduction gear occupies the fuel sphere and the entire reduction sphere. A first derivation means capable of deriving the deceleration sphere so as to switch and set the mixing ratio of the spheres to a plurality of values, and the resumption of the deceleration sphere derived from the first derivation means into the reactor core. And a second distribution unit that distributes the radial insertion position for each set value of the mixing ratio of the deceleration balls.
[0026]
For example, uranium 235 (one of the nuclear fuel materials contained in the fuel ball)235U) has the property of causing fission by colliding with neutrons having a soft spectrum. That is, in the reactor core composed of the fuel sphere and the deceleration sphere, in a region where the mixing ratio of the deceleration sphere in the entire fuel sphere and the deceleration sphere is large, for example, the neutron is sufficiently decelerated by the deceleration sphere composed of graphite. The spectrum becomes soft and uranium 235 (235U) fission reaction is likely to occur. Therefore, the output tends to increase in an area where there are many deceleration balls.
[0027]
In the present invention, the first derivation means can switch the deceleration sphere mixing ratio to a plurality of values while setting the deceleration sphere to be derived, and the second distribution means can change the radial direction when the deceleration sphere is re-introduced for each set value. Sort the input position. In this way, for example, it is possible to realize a core in which the number density of reduction spheres in the inner radial region of the reactor core is smaller than the number density of reduction spheres in the outer region. As a result, similarly to the above (1), the output of the outer region in the core radial direction is relatively increased compared to the inner region, and the tendency to increase the output near the center of the normal core is alleviated. The output can be flattened. As a result, the maximum output burden per fuel ball can be relatively lowered and the output per core can be increased, so that the economic efficiency of the entire reactor can be improved.
[0028]
(8) In the above (7), preferably, the second distributing means distributes a radially inserted position of a group of fuel spheres and deceleration spheres having a relatively large mixing ratio of the deceleration spheres to the outside in the radial direction, The positions in the radial direction of a group of fuel balls and deceleration balls having a relatively small mixing ratio of the deceleration balls are distributed radially inward.
[0029]
(9) In the above (7) or (8), and preferably, the second distribution means includes a plurality of fuel balls provided so that one end portions thereof are at different radial positions in the upper part of the reactor core. A supply pipe; and second selective introduction means for selectively introducing the fuel sphere and the deceleration sphere into the plurality of fuel sphere supply pipes according to a set value of a mixing ratio of the deceleration spheres.
[0030]
(10) In the above (7), and preferably, according to a detection means for introducing a large number of fuel balls discharged from the reactor core and detecting the burnup of the fuel balls, and a detection result of the detection means And a first allocating means for allocating a radial injection position when the fuel sphere is re-entered into the reactor core, wherein the first allocating means has a relatively high burnup of the fuel sphere. The charging position is distributed to one side of the radially inner side and the outer side, and the charging position of the fuel ball having a relatively low burnup is distributed to the other side of the radial inner side and the outer side. The throwing position of the decelerating sphere when the setting value of the mixing ratio is relatively large is distributed to the one side in the radial direction, and the throwing position of the decelerating sphere when the setting value of the mixing ratio is relatively small is the diameter. Distributed to toward the other side.
[0031]
In general, when the neutron spectrum is hard (shifts to the higher energy side), uranium 235 (235The reactivity of fuel material such as U) is small (fission is less likely to occur) instead of uranium 238 (238Since the neutron absorption rate of the parent nuclide material such as U) is large, uranium 238 (238U) plutonium 239 (239A fissile material such as Pu) is easily generated (converted). That is, the conversion ratio tends to be large. Conversely, if the neutron spectrum is soft (shifts to the lower energy side), uranium 235 (235Since the reactivity of the fuel material such as U) is high (fission is likely to occur), the fissionable material is hardly generated. That is, the conversion ratio tends to be small.
[0032]
In the present invention, the degree of burnup of the fuel spheres discharged from the reactor core is detected by the detection means, and the radial introduction position when the fuel sphere is re-introduced is distributed by the first distribution means according to the detection result. At the same time, the first derivation means can switch the deceleration sphere mixing ratio to a plurality of values while setting the deceleration sphere to be derived, and the second allocating means can change the radial direction when the deceleration sphere is re-introduced for each set value. Sort the input position. In this way, the average burnup of all the fuel balls in one region out of the radially inner region and the outer region of the core becomes larger than the average burnup of all the fuel balls in the other region, It is possible to realize a reactor core in which the number density of speed reducing spheres in this area is larger than the number density of speed reducing spheres in the other area. That is, in the other region, where the average burnup is relatively small, the conversion of fissionable material in the fuel sphere is promoted by making the hard neutron spectrum with relatively few decelerating spheres. In one region, which is a relatively late combustion period, a soft neutron spectrum with a relatively large number of deceleration spheres is used to promote the combustion of the fissionable material converted and produced earlier. Thus, fuel economy can be greatly improved by promoting the reaction of the fissionable material increased by being generated in the early stage of combustion in the late stage of combustion (spectrum shift effect). At this time, the output of the nuclear fuel usually decreases with combustion as described in the above (1), but the decrease in the output can be moderated by this spectral shift effect.
[0033]
On the other hand, when performing spectral shift operation in this way, from the viewpoint of flattening the radial output, either the average burnup distribution of the fuel spheres or the number density of the deceleration spheres has a dominant influence on the core power. There are two methods depending on the situation. If the average burnup distribution is dominant, the average burnup of all fuel balls in the inner radial region of the core is set to be larger than the average burnup of all fuel balls in the outer region. The number density of the speed reduction spheres is made larger than the number density of the speed reduction spheres in the outer region). Thereby, the core radial direction output can be flattened in the same manner as in the above (1). If the number density of the deceleration spheres is dominant, the number density of the deceleration spheres in the outer area is made larger than the number density of the deceleration spheres in the inner area (in addition, the average burnup of all the fuel balls in the outer area) Is greater than the average burnup of all fuel balls in the inner region). Thereby, the core radial output can be flattened in the same manner as in the above (7).
[0034]
(11) In order to achieve the above object, the nuclear reactor facility according to the present invention includes a large number of large particle size fuel spheres and relatively large particles discharged from a pebble bed type reactor core. A plurality of small particle size fuel spheres having a small diameter are introduced, and the small particle size fuel spheres can be derived so that the mixing ratio of the small particle size fuel spheres occupying the entire fuel sphere is switched to a plurality of values. 2 and the introduction position in the radial direction when the small particle diameter fuel sphere derived from the second derivation means is reintroduced into the reactor core for each set value of the mixture ratio of the small particle diameter fuel spheres. And a third sorting means for sorting.
[0035]
In the present invention, the small particle size fuel sphere is derived by switching the setting ratio of the small particle size fuel spheres to a plurality of values by the second deriving unit, and the small particle size fuel for each set value by the third distribution unit. Sort the radial throwing position when refilling the ball. In this way, for example, a core in which the number density of small particle size fuel spheres in the inner region of the reactor core is smaller than the number density of small particle size fuel spheres in the outer region can be realized. As a result, the fuel filling rate on the outer side of the core can be increased and the amount of fuel loaded can be relatively increased. Therefore, as in the above (1) and (7), the output of the outer region in the core radial direction is relatively higher than the inner region. Therefore, it is possible to relieve the tendency of the power around the center of the core to become large and to flatten the power in the radial direction of the core. In the present invention, since the core is composed only of fuel balls, PBMR in which only the deceleration spheres are loaded on the inner side in the core radial direction so as to flatten the radial output, or graphite on the inner side in the core radial direction. The number of fuel balls can be increased as compared with the prior art loaded with large-diameter fuel balls with a larger proportion of By these two, the maximum power burden per fuel ball can be relatively lowered and the power per core can be increased, so that the economic efficiency of the entire reactor can be improved. In addition, since the inside of the core is composed of only the fuel balls, the fuel loading amount of the entire core becomes larger than that of the conventional technique using the deceleration sphere, and in particular, in the outer region by increasing the fuel loading amount outside the core. The number of years that the fuel stays in the furnace can be increased, and the fuel economy is improved. Accordingly, the economic efficiency of the entire nuclear reactor can be improved also by this.
[0036]
(12) In the above (11), preferably, the third distribution unit is configured such that the large particle size fuel sphere and the small particle size fuel sphere in the radial direction have a relatively large mixing ratio of the small particle size fuel spheres. The charging position is assigned to the outside in the radial direction, and the charging position in the radial direction of the group of the large particle size fuel sphere and the small particle size fuel ball having a relatively small mixing ratio of the small particle size fuel sphere is assigned to the inside in the radial direction.
[0037]
(13) In order to achieve the above object, the nuclear reactor facility according to the present invention includes a large number of mixed oxide fuel spheres using uranium / plutonium mixed oxide discharged from a pebble bed type reactor core as a nuclear fuel material, and Introducing a large number of uranium fuel spheres with uranium oxide as nuclear fuel material, and deriving the mixed oxide fuel spheres so that the mixing ratio of the mixed oxide fuel spheres occupying the entire fuel sphere is switched to multiple values. The possible third derivation means, and the radial introduction position when the mixed oxide fuel sphere derived from the third derivation means is reintroduced into the reactor core, are expressed by the mixing ratio of the mixed oxide fuel spheres. And fourth distribution means for distributing each set value.
[0038]
In the present invention, the mixed oxide fuel spheres are derived by switching the setting ratio of the mixed oxide fuel spheres occupying the entire fuel sphere to a plurality of values by the third deriving means, and each set value is obtained by the fourth distributing means. The radial injection position at the time of re-injection of the mixed oxide fuel sphere is assigned to.
[0039]
Here, in general, in a pebble bed type reactor, neutrons are gradually decelerated by graphite having a small absorption cross section, so that the probability of escaping resonance is smaller than in a light water reactor. Therefore, the nuclear fuel material is a mixed oxide (MOX) of depleted uranium (U) and plutonium (Pu), and the isotope composition of plutonium (Pu) is the parent nuclide plutonium 240 (240In the case of containing a relatively large amount of Pu), even if the enrichment of plutonium (Pu) (Pu / (Pu + U)) is relatively large, the rate of increase in reactivity remains at a relatively small value. That is, when the plutonium (Pu) contained in the mixed oxide is plutonium (Pu) obtained by reprocessing spent fuel of a nuclear reactor such as a light water reactor, the reactivity of the mixed oxide fuel sphere is It tends to be smaller than the uranium fuel sphere that uses uranium oxide as a nuclear fuel material.
[0040]
In the present invention, by configuring as described above, for example, a core in which the number density of mixed oxide fuel spheres in the inner region of the reactor core is larger than the number density of mixed oxide fuel spheres in the outer region. Can be realized. As a result, similarly to the above (1), the power in the outer region in the core radial direction is increased relative to the inner region, and the tendency to increase the power in the vicinity of the normal core center is alleviated. The output can be flattened. In the present invention, since the core is composed only of fuel balls, PBMR in which only the deceleration spheres are loaded on the inner side in the core radial direction so as to flatten the radial output, or graphite on the inner side in the core radial direction. The number of fuel balls can be increased as compared with the prior art loaded with large-diameter fuel balls with a larger proportion of By these two, the maximum power burden per fuel ball can be relatively lowered and the power per core can be increased, so that the economic efficiency of the entire reactor can be improved.
[0041]
In addition, as described above, since the inside of the core is composed of only the fuel balls, the amount of fuel loaded in the entire core becomes larger than that of the conventional technology using the deceleration sphere, and the spent fuel of the nuclear reactor such as a light water reactor is further increased. By reusing plutonium obtained by reprocessing, it is possible to save uranium fuel, thereby improving fuel economy. Accordingly, the economic efficiency of the entire nuclear reactor can be improved also by this.
[0042]
(14) In the above (13), it is preferable that the fourth distributing means is a radial insertion position of the group of the mixed oxide fuel sphere and the uranium fuel sphere having a relatively large mixing ratio of the mixed oxide fuel sphere. Are distributed radially inward, and the positions of the mixed oxide fuel spheres and uranium fuel spheres in which the mixing ratio of the mixed oxide fuel spheres is relatively small are distributed radially outward.
[0043]
(15) In order to achieve the above object, according to the present invention, in a pebble bed type reactor core configured by inserting a large number of fuel balls into the inside from the upper part of the vessel, the inside of the vessel is radially When the inner area and the outer area are divided so as to have an equal area, the average burnup of all the fuel balls in the inner area is larger than the average burnup of all the fuel balls in the outer area. Insert the fuel ball.
[0044]
(16) In order to achieve the above object, the present invention also provides a pebble bed type reactor core configured by introducing a number of fuel balls and deceleration balls into the interior from the top of the container. When the fuel ball is divided into an inner region and an outer region so as to be equal to each other in the radial direction, the number of deceleration spheres in the inner region is smaller than the number density of the reduction spheres in the outer region. And the deceleration ball is inserted.
[0045]
(17) In the above (16), preferably, a plurality of mixed layers in which the fuel spheres and the speed reducing spheres are substantially uniformly mixed are formed in the container in the radial direction at different mixing ratios. The fuel ball and the deceleration ball are inserted.
[0046]
(18) In order to achieve the above object, the present invention also provides a pebble bed type reactor core configured by introducing a large number of fuel balls and deceleration balls into the interior from the top of the container. When it is divided into two regions of an inner region and an outer region so as to have the same area in the radial direction, the average burnup of all fuel balls in one region is greater than the average burnup of all fuel balls in the other region. And the fuel spheres and the deceleration spheres are introduced so that the number density of the deceleration spheres in the one region is larger than the number density of the deceleration spheres in the other region.
[0047]
  (19) In the above (18), preferably, the average burnup distribution depends on which of the average burnup distribution of the fuel balls and the number density of the deceleration balls has a dominant influence on the core power. Is the inner region and the other region is the outer region, and when the number density of the decelerating spheres is dominant, the one region is The outer region, andotherThis area is defined as the inner area.
[0048]
  (20) Above (18)Preferably, the one region is the inner region, and the other region is the outer region.
[0049]
  (21) Above (18)Preferably, the one region is the outer region,otherThis area is defined as the inner area.
[0050]
  (22) In order to achieve the above object, the present invention also provides a large number of large particle size fuel spheres having a relatively large particle size and a large number of small particle size fuels having a relatively small particle size from the top to the inside of the container. In a pebble bed type reactor core constructed by introducing spheres, when the inside of the vessel is divided into an inner region and an outer region so as to have an equal area in the radial direction,To introduce the large particle size fuel and the small particle size fuel sphere into both the outer region and the inner region, and to increase the fuel filling rate of the outer region than the inner region,The number density of the small particle size fuel spheres in the inner region is smaller than the number density of the small particle size fuel spheres in the outer region.Do.
[0051]
(23) In order to achieve the above object, the present invention also provides a large number of mixed oxide fuel spheres containing uranium / plutonium mixed oxide as a nuclear fuel material and a large number of uranium oxides as nuclear fuel material. In the pebble bed type reactor core constructed by introducing the uranium fuel balls of the vessel, when the inside of the vessel is divided into an inner region and an outer region so as to be equal to each other in the radial direction, The mixed oxide fuel sphere and the uranium fuel sphere are introduced so that the number density of the mixed oxide fuel sphere is smaller than the number density of the mixed oxide fuel sphere in the outer region.
[0052]
(24) In the above (23), preferably, the plutonium contained in the uranium / plutonium mixed oxide is obtained by reprocessing spent fuel in a nuclear reactor.
[0053]
(25) In order to achieve the above object, according to the operation method of the present invention, the burnup of the fuel sphere discharged from the pebble bed type reactor core is detected, and the fuel sphere is placed in the fuel sphere according to the detection result. The radial injection position when re-entering the reactor core is assigned.
[0054]
  (26) In order to achieve the above object, the operation method of the present invention is a fuel ball to be introduced into a pebble bed type reactor core.WhenDeceleration ballWithWhen the mixing ratio of the speed reduction spheres in the whole is switched to a plurality of values, the speed reduction sphere is re-injected into the reactor core.Nuclear reactorThe position in the radial direction is assigned for each set value of the mixing ratio of the deceleration balls.
[0055]
(27) In the above (26), preferably, the injection position of the fuel sphere having a relatively high burnup is distributed to one of the radially inner side and the outer side, and the fuel sphere having a relatively low burnup is provided. The charging position is assigned to the other of the radially inner side and the outer side, and the setting position of the deceleration sphere when the setting value of the mixing ratio is relatively large is assigned to the one radial side, and the setting value of the mixing ratio Is placed to the other side in the radial direction.
[0056]
  (28) In order to achieve the above object, the operation method of the present invention is a large particle fuel sphere having a relatively large particle size and a relatively small particle size to be charged into a pebble bed type reactor core. Switch the mixture ratio to the whole fuel sphere consisting of small particle spheres to multiple values,At least the large particle size fuel sphere of the large particle size fuel sphere and the small particle size fuel sphereThe radial injection position when re-injecting the reactor into the reactor core is assigned to each set value of the mixing ratio of the small particle size fuel spheres.The fuel filling rate of the outer region is higher than that of the inner region.
[0057]
(29) In order to achieve the above object, the operation method of the present invention is a mixed oxide fuel sphere and uranium oxide having a uranium / plutonium mixed oxide charged into a pebble bed reactor core as a nuclear fuel material. The mixing ratio of the mixed oxide fuel spheres occupying the entire fuel sphere composed of uranium fuel spheres having the nuclear fuel material as a nuclear fuel material is switched to a plurality of values, and the diameter when the mixed oxide fuel spheres are re-entered into the reactor core The direction injection position is assigned for each set value of the mixture ratio of the mixed oxide fuel balls.
[0058]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of a reactor facility, a reactor core, and a reactor operating method according to the present invention will be described with reference to the drawings.
First, a first embodiment of a reactor facility, a reactor core, and a reactor operating method according to the present invention will be described below with reference to FIGS.
[0059]
FIG. 1 is a side sectional view schematically showing the entire structure of a nuclear reactor provided with a first embodiment of a nuclear reactor core according to the present invention, and FIG. 2 is a transverse sectional view taken along line II-II in FIG. is there. 1 and 2, the nuclear reactor shown in the figure is a pebble bed type nuclear reactor, and a large number of fuel balls 3 are loaded in a core 2 housed in a nuclear reactor vessel 1.
[0060]
For example, the core 2 has a diameter of 3.5 m and a height of 8.5 m, and the ratio of the core height to the core diameter is 2.4. The upper portion, lower portion, and periphery of the core 2 are covered with a reflector 4 made of graphite blocks (only the space for loading the reflector 4 is shown in FIG. 1) so as to minimize the amount of neutron leakage to the outside. It has become.
[0061]
Further, the control material operating mechanism 5 that controls the reactivity of the reactor core 2 at the time of start-up, shut-down, and transition is penetrated through the upper mirror part 1a of the reactor vessel 1 so as to surround the reactor core 2 in the circumferential direction. It is disposed at a plurality of positions (see FIG. 2).
[0062]
Further, a coolant inlet pipe 6 and a coolant outlet pipe 7 are connected to the upper and lower parts of the core 2, respectively. Through this coolant inlet pipe 6, helium as a coolant flows into the core 2 from the upper part of the core 2, is heated in the core 2, and passes through the coolant outlet pipe 7 from the lower part of the core 2 to the turbine ( (Not shown). Thereafter, the helium returned from the turbine flows into the core 2 again through the coolant inlet pipe 6.
[0063]
The fuel sphere 3 has a diameter of about 6 cm, and in the same manner as the conventional one described above, for example, a fuel region composed of a large number of coated fuel particles containing uranium oxide as a nuclear fuel material and a graphite matrix containing the particles. The structure is surrounded by graphite shells.
[0064]
In the nuclear reactor thus configured, in the present embodiment, the burnup of the fuel ball 3 taken out from the lower part of the core 2 is measured, and the predetermined burnup is achieved, as in the MEDUL method or the multipass method described above. For the fuel balls 3 that have not reached, the operation system is used to return them to the core 2 again. The reactor equipment for performing such operation will be described below.
[0065]
FIG. 3 is a conceptual diagram showing the overall configuration of the first embodiment of the nuclear reactor facility of the present invention. In FIG. 3, a solid line (thick line) arrow indicates the flow of the fuel ball 3, and a broken line arrow indicates the signal flow.
[0066]
In FIG. 3, the reactor facility includes a core 2 loaded with a large number of fuel balls 3, a fuel ball input pipe 8, a singulated pipe 9, a sorter 10, a damaged fuel storage 11, and a buffer pipe 12. A burn-up detector 13 for detecting the burn-up of the fuel ball 3, a take-out fuel storage 14, a fuel input device 15, and a switcher 16 for switching a lead-out route to the take-out fuel storage 14 or the fuel input device 15. , A new fuel storage 17, a new fuel loading facility 18, and a process computer 19.
[0067]
The burnup detector 13 detects the burnup of the fuel sphere 3 by detecting the amount of radiation emitted from the fission product (FP) contained in the fuel sphere 3.
[0068]
The process computer 19 receives information on the burnup of each fuel sphere 3 from the burnup detector 13, and sends the fuel sphere 3 whose input burnup reaches a predetermined burnup to the extracted fuel storage 14. The switch 16 is controlled so that the fuel ball 3 that has been derived and the input burnup does not reach the predetermined burnup is led to the fuel injector 15. Further, the process computer 19 controls the new fuel loading equipment 18 in accordance with signals such as reactivity, power distribution and the like input from various in-core measuring devices (not shown) provided in the core 2, for example. A new fuel ball 3 is taken out from the new fuel storage 17 and inserted into the burnup detector 13.
[0069]
In this way, new fuel balls 3 having the same amount as the fuel balls 3 that have reached the predetermined burn-up and are taken out together with the fuel balls 3 that have not reached the predetermined burn-up are again thrown into the core 2. ing.
[0070]
In the nuclear reactor core of the present invention having the basic configuration as described above and the nuclear reactor equipment equipped with the same, the greatest feature of the present embodiment is that when the fuel ball 3 is reintroduced into the core 2, the inner region B That is, the average burnup of all the fuel balls 3 in is increased to be greater than the average burnup of all the fuel balls 3 in the outer region A. The details will be described below.
[0071]
Returning to FIG. 1, the fuel ball introduction pipe 8 is composed of an outer introduction pipe 8a and an inner introduction pipe 8b, and the outer and inner introduction pipes 8a and 8b have the respective inlets 8a1 and 8b1 at the core 2. Are provided so as to have different radial positions in the upper part of each other. That is, the outer charging tube 8 a is provided so as to introduce the fuel ball 3 into a relatively radially outer region of the core 2, and the inner charging tube 8 b is disposed in a relatively radially inner region of the core 2. Is provided.
[0072]
4 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV in FIG. In FIG. 4 and FIG. 1 described above, the outer charging pipes 8a are disposed, for example, at four locations every 90 degrees in the circumferential direction of the reactor core 2 and penetrate the lower mirror portion 1b from the lower side of the reactor vessel 1 to the reactor. Along the inner peripheral surface of the vessel 1 is provided up to above the top plate 2a of the core 2, bent from there and extended substantially parallel to the top plate 2a toward the center of the core 2 in the radial direction, and from there It is bent so as to pass through the top plate 2a from the upper side to the lower side so as to lower the inlet 8a1 in a relatively radially outer region of the core 2.
[0073]
On the other hand, the inner charging tube 8b is arranged at four positions, for example, every 90 degrees in the circumferential direction of the core 2 at a position shifted by 45 degrees from the outer charging tube 8a. From the lower side, it penetrates the lower mirror part 1b, is erected up to the top of the top plate 2a of the core 2 along the inner peripheral surface of the reactor vessel 1, is bent, and is centered in the radial direction of the core 2 substantially parallel to the top plate 2a It extends longer than the outer charging pipe 8a, and further bends so as to penetrate the top plate 2a downward from above and lower the charging port 8b1 in a relatively radially inner region of the core 2. Is provided.
[0074]
At this time, the fuel injector 15 for injecting the fuel ball 3 into the core 2 through the outer and inner input tubes 8a and 8b is similar to the fuel ball input tube 8, for example, with four outer injectors 15a. It is comprised by the four inner side insertion devices 15b. These outer and inner charging devices 15a and 15b are connected to outer and inner charging tubes 8a and 8b, respectively (see FIG. 3; however, in FIG. 3, two outer charging devices 15a and two inner charging devices are used to prevent congestion. Only one feeder 15b is shown).
[0075]
Further, the process computer 19 controls the switch 16 as described above to lead the fuel ball 3 whose burnup has not reached the predetermined burnup to the fuel injector 15 at this time. Further, the switch 16 is controlled so that the fuel balls 3 having a relatively low burnup are distributed to the outer charger 15a, and the fuel balls 3 having a relatively high burnup are distributed to the inner charger 15b. Note that the switch 16 is controlled so that all of the new fuel balls 3 sent from the new fuel loading facility 18 are distributed to the outer charging device 15a.
[0076]
Due to such a structure of the reactor equipment, in the present embodiment, the fuel ball 3 having a relatively low burnup is burned in a relatively outer region of the core 2 by the outer injector 15a via the outer injector tube 8a. The fuel ball 3 having a relatively high degree is introduced into the relatively inner region of the core 2 by the inner injector 15b via the inner injector tube 8b, and as shown by the broken line in FIG. Is divided into a radially outer region A and an inner region B so that they have the same area, the average burnup of all fuel balls 3 in the inner region B is equal to the average burnup of all fuel balls 3 in the outer region A. It is possible to drive while making it larger.
[0077]
In the above, the burnup detector 13 constitutes a detecting means for detecting the burnup degree of the fuel ball described in the claims. Further, the switcher 16 constitutes a switching unit that switches the fuel ball derivation path for which the burnup has been detected by the detecting unit, and the fuel ball injection tube 8 has radial ends that are different from each other in the upper part of the reactor core. The switch 16, the fuel injector 15, and the process computer 19 are configured to selectively introduce the fuel sphere into the plurality of fuel sphere supply pipes. The fuel introduction device 15, the switching device 16, the process computer 19, and the fuel ball introduction pipe 8 constitute a selective introduction means, and the first introduction of the radial introduction position when the fuel ball is introduced again into the reactor core. The distribution means is configured.
[0078]
Next, the operation and action of the first embodiment of the nuclear reactor equipment of the present invention having the above-described configuration will be described below.
The fuel balls 3 loaded in the core 2 are continuously moved from the upper part to the lower part in the core 2 as the nuclear reactor is operated, and are selected one by one by the single tube 9 provided at the lower part of the core 2. Sent to the vessel 10. The fuel balls 3 detected as damaged by the selector 10 are sent to the damaged fuel storage 11, and the fuel balls 3 whose damage was not detected are sent to the burnup detector 13 via the buffer pipe 12.
[0079]
In this burn-up detector 13, each fuel ball 3 detects its burn-up, and information on the burn-up is output as a signal to the process computer 19. The process computer 19 controls the switch 16 so that the fuel ball 3 is taken out to the fuel storage 14 when the detected burnup reaches a predetermined burnup. As a result, the fuel ball 3 that has reached a predetermined burnup is sent to the removed fuel storage 14.
[0080]
On the other hand, when the detected burnup does not reach the predetermined burnup, the process computer 19 introduces the fuel balls 3 having a relatively low burnup out of the fuel balls 3 to the outer charger 15a. The switch 16 is controlled so that the fuel ball 3 having a relatively high burnup is led out to the inner charger 15b. As a result, among the fuel balls 3 that have not reached the predetermined burn-up, the relatively low burn-up fuel balls 3 are moved from the outer charger 15a to the relatively outer region in the core 2 through the outer injector 8a. The fuel balls 3b having a relatively high burnup are recharged to the relatively inner region in the core 2 through the inner charge tube 8b from the inner charge device 15b.
[0081]
Thus, according to the present embodiment, when the inside of the core 2 is divided as described above, the average burnup of all the fuel balls 3 in the inner region B is equal to all the fuel balls in the outer region A. Therefore, it is possible to realize the core 2 that is larger than the average burnup of 3. As a result, the output of the outer region A of the core 2 can be increased relative to the inner region B, the tendency of the output near the center of the core to be increased, and the core radial output can be flattened.
[0082]
Further, in the present embodiment, because the inside of the core 2 is composed of only the fuel balls 3, the above-described PBMR in which only the deceleration spheres are loaded on the inner side in the core radial direction and the radial output is flattened, The number of fuel balls 3 loaded in the core 2 can be increased as compared with the prior art in which large-diameter fuel balls with a large proportion of graphite contained inside the core diameter direction are loaded.
[0083]
In this way, by increasing the number of loaded fuel balls 3 while flattening the radial output in the core 2, the maximum output burden per fuel ball 3 can be relatively lowered. . As a result, the output per core 2 can be increased as much as possible by raising the maximum output per ball to the limit value within the range where the soundness of the fuel ball 3 can be maintained. Therefore, the economic efficiency of the entire reactor can be improved.
[0084]
Furthermore, in the present embodiment, as described above, since the amount of fuel loaded in the entire core is large as compared with the above-described conventional technique using the reduction sphere, fuel economy is improved. Therefore, the effect of improving the economic efficiency as seen in the whole reactor can be obtained also by this.
[0085]
In the first embodiment of the present invention, the description has been made on the assumption that the core 2 is a balanced core. However, for example, when the core 2 is initially loaded, all the fuel balls 3 to be loaded are loaded. Because of the new fuel ball, there is a tendency for a high power peak to occur in the center of the core. Furthermore, since the burnup detected by the burnup detector 13 is substantially the same in the initial stage, it is difficult to set the re-feeding standard in the process computer 19. In order to avoid this, two or more types of fuel balls 3 having different enrichments may be used when the core 2 is initially loaded. That is, a highly enriched fuel sphere 3 is arranged in the outer region A, and a low enriched fuel sphere 3 is arranged in the inner region B, so that the enrichment as well as the burnup is detected in the lower part of the core. The fuel spheres 3 with high reactivity may be reintroduced into the outer region A, and the fuel spheres with low reactivity may be reintroduced into the inner region B. Thereby, even when the core 2 is initially loaded, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
[0086]
Further, in the first embodiment of the present invention, only the fuel ball 3 is loaded in the core 2, but the present invention is not limited to this, and the fuel ball 3 may be mixed and loaded. This also makes it possible to flatten the core radial output.
[0087]
Next, a second embodiment of the reactor facility, the reactor core, and the operation method of the reactor according to the present invention will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, a deceleration sphere is used to make the mixing ratio of the fuel sphere 3 in the outer region C and the deceleration sphere occupying the entire reduction sphere relatively larger than that in the inner region D.
[0088]
FIG. 5 is a conceptual diagram showing the overall configuration of the second embodiment of the nuclear reactor facility of the present invention. In FIG. 5, the thick black arrow indicates the flow of the fuel sphere 3, the white arrow indicates the flow of the deceleration sphere 20, the gray arrow indicates the flow of the mixture of the fuel sphere 3 and the deceleration sphere 20, and a broken line. The arrows indicate the signal flow. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part similar to FIG. 3 in the 1st Embodiment of the above-mentioned this invention, and description is abbreviate | omitted.
[0089]
In FIG. 5, the reactor facility is divided into a core 2 loaded with a large number of fuel balls 3 and deceleration balls 20, and an outer region C and an inner region D so that the inside of the core 2 has the same area in the radial direction. A fuel ball introduction pipe 8 'provided so that it can be introduced, a sorter 10' having a function of sorting the deceleration ball 20, a deceleration ball deriving device 21 for deriving the deceleration ball 20 at a predetermined pace, A switch 16 'having a function of mixing the deceleration sphere 20 derived from the deceleration sphere deriving device 21 with the fuel ball 3 is provided.
[0090]
The fuel ball introduction pipe 8 'can be provided with an outer introduction pipe 8a' provided so that the fuel ball 3 and the deceleration sphere 20 can be introduced into the outer area C, and with the fuel ball 3 and the deceleration sphere 20 in the inner area D. And an inner charging pipe 8b 'provided on the inside.
[0091]
The deceleration ball 20 is made of graphite and has the same size as the fuel ball 3. The decelerating sphere deriving device 21 and the switching device 16 'are controlled by a process computer 19, and a decelerating sphere deriving device for the fuel ball 3 sent from the burnup detector 13 to the switching device 16' at a constant pace. 21 can switch the pace at which the decelerating sphere 20 is sent to the switch 16 'in accordance with an instruction from the process computer 19, and the switch 16' mixes the fuel ball 3 and the decelerating sphere 20 and puts them outside. The device 15a or the inner charging device 15b is selected and sent. That is, when the pace of the deceleration sphere deriving device 21 is relatively fast and the mixing ratio of the deceleration spheres 20 occupying the entire fuel sphere 3 and the deceleration sphere 20 is large, the pace of the deceleration sphere deriving device 21 is relatively large in the outer thrower 15a. Slowly, when the mixing ratio of the deceleration spheres 20 occupying the entire fuel sphere 3 and the deceleration sphere 20 is small, the mixture is led out to the inner thrower 15b.
[0092]
In the above, the decelerating sphere deriving device 21 is capable of deriving the decelerating sphere so as to switch and set the mixing ratio of the decelerating sphere to the fuel sphere and the entire decelerating sphere as described in the claims. Configure the means. Further, the fuel injector 15, the switcher 16 ′, and the process computer 19 selectively introduce the fuel sphere and the deceleration sphere into the plurality of fuel sphere supply pipes according to the set value of the mixing ratio of the deceleration spheres. These means and the fuel ball introduction pipe 8 'constitute second distribution means for distributing the set values for the mixing ratio of the deceleration spheres.
[0093]
Next, the operation and action of the second embodiment of the nuclear reactor equipment of the present invention having the above configuration will be described below.
The mixture of the fuel spheres 3 and the speed reduction spheres 20 loaded in the core 2 continuously moves from the upper part to the lower part in the core 2 as the reactor operates, and a unitized tube provided at the lower part of the core 2 9 is sent one by one to the sorter 10 '. The sorter 10 ′ sorts the fuel sphere 3 and the deceleration sphere 20 and sends the deceleration sphere 20 to the deceleration sphere deriving device 21. On the other hand, the fuel ball 3 whose breakage is detected by the selector 10 ′ is sent to the broken fuel storage 11, and the fuel ball 3 whose breakage is not detected is sent to the burnup detector 13 via the buffer pipe 12.
[0094]
In this burn-up detector 13, each fuel ball 3 has its burn-up detected and sent to the switch 16 'at a constant pace. Here, the fuel ball 3 whose burnup detected by the burnup detector 13 has reached a predetermined burnup is led out to the take-out fuel storage 14 as in the first embodiment.
[0095]
At this time, under the control of the process computer 19, the decelerating sphere deriving device 21 increases the deriving pace of the decelerating sphere 20, so that the mixing ratio of the fuel sphere 3 and the decelerating sphere 20 occupying the entire decelerating sphere 20 in the switch 16 ′ When it becomes larger, the switch 16 'sends the mixture to the outer feeder 15a. On the other hand, when the decelerating sphere deriving device 21 delays the deriving pace of the decelerating sphere 20 and the mixing ratio of the decelerating sphere 20 in the switching unit 16 ′ becomes relatively small, the switching unit 16 ′ throws the mixture into the inside. To the container 15b. As a result, the mixture of the fuel spheres 3 and the deceleration spheres 20 having a relatively large mixing ratio of the deceleration spheres 20 is reintroduced into the outer region C in the reactor core 2 from the outer injector 15a through the outer injector tube 8a '. The mixture of the fuel sphere 3 and the deceleration sphere 20 having a relatively small mixing ratio of the deceleration sphere 20 is reintroduced into the inner region D in the core 2 from the inner injector 15b through the inner injection tube 8b '.
In the above nuclear reactor equipment, the speed reduction sphere 20 is re-introduced into the core 20 if there is no damage.
[0096]
Thus, according to the present embodiment, as shown in FIG. 6, the mixing ratio of the fuel spheres 3 in the outer region C and the deceleration spheres 20 occupying the entire deceleration sphere 20 is relatively larger than that in the inner region D. Core can be realized.
[0097]
As a result, as in the first embodiment described above, the output of the outer region C of the core 2 can be made relatively greater than the inner region D, and the core radial output can be flattened.
[0098]
In the present embodiment, since the injection positions are not distributed according to the burnup degree of the fuel balls 3, the initial loading of the core 2 as described in the modification of the first embodiment described above is performed. However, it is possible to cope with the distribution of the mixing ratio of the deceleration spheres 20, and it is not necessary to prepare fuel balls having different enrichments. Therefore, an effect of improving fuel economy can be obtained.
[0099]
In the second embodiment of the present invention described above, a group in which the mixing ratio of the speed reduction spheres 20 is large between the outer region C and the inner region D in which the inside of the core 2 is radially divided into equal areas, Although the small group is distributed and supplied via the outer and inner charging pipes 8a 'and 8b', the present invention is not limited to this. That is, as shown in FIG. 7, a group having a large mixing ratio and a group having a small reduction sphere 20 are distributed and supplied to the outer region C ′ and the inner region D ′, which are divided so as to have different areas. Good. Even in this case, when the inside of the core 2 is divided into the outer region C and the inner region D so as to have the same area in the radial direction, the above relationship is satisfied between the outer region C and the inner region D. As long as this is done, the same effects as those of the second embodiment of the present invention can be obtained.
[0100]
Next, a third embodiment of the reactor facility, the reactor core, and the operation method of the reactor according to the present invention will be described with reference to FIGS. 8 and 9 and FIG. 5 described above. In the present embodiment, the average burnup of all the fuel balls 3 in the outer region C is smaller than that in the inner region D, and the mixing of the fuel balls 3 in the outer region C and the deceleration balls 20 occupying the entire deceleration ball 20 is performed. The ratio is relatively smaller than the inner region D.
[0101]
The configuration of the third embodiment of the nuclear reactor according to the present invention is the same as the configuration described with reference to FIG. 5 in the second embodiment of the present invention, and the description thereof will be omitted.
[0102]
Next, the operation and action of the third embodiment of the reactor facility of the present invention will be described below.
The mixture of the fuel spheres 3 and the speed reduction spheres 20 loaded in the core 2 continuously moves from the upper part to the lower part in the core 2 as the reactor operates, and a unitized tube provided at the lower part of the core 2 9 is sent one by one to the sorter 10 '. Thereafter, in the same manner as in the second embodiment, the fuel sphere 3 and the deceleration sphere 20 are selected, the deceleration sphere 20 is sent to the deceleration sphere deriving device 21, and the detected fuel sphere 3 is damaged. The fuel ball 3 that has been sent to the fuel storage 11 and has not been detected as damaged is sent to the burnup detector 13 via the buffer tube 12. The fuel ball 3 whose burnup detected by the burnup detector 13 has reached a predetermined burnup is led to the extracted fuel storage 14 as in the first embodiment.
[0103]
At this time, under the control of the process computer 19, the deceleration sphere deriving device 21 operates the deceleration sphere deriving device 21 for the fuel sphere 3 having a relatively low combustion degree among the fuel spheres 3 whose detected burnup does not reach the predetermined burnup. 20 is slowed down so that the mixing ratio of the fuel sphere 3 and the speed reduction sphere 20 in the entire speed reduction sphere 20 in the switch 16 'becomes relatively small, and the switch 16' Send to 15a. On the other hand, for the fuel ball 3 having a relatively high burn-up among the fuel balls 3 whose detected burn-up has not reached the predetermined burn-up, the decelerating ball deriving device 21 increases the deriving pace of the decelerating ball 20. The mixing ratio of the decelerating sphere 20 in the switching device 16 ′ is made relatively large, and the switching device 16 ′ sends the mixture to the inner charging device 15b.
As a result, the mixture of the fuel sphere 3 and the speed reduction sphere 20 having a relatively small burnup of the fuel sphere 3 and a relatively small mixing ratio of the speed reduction sphere 20 is transferred from the outer input device 15a through the outer input tube 8a '. The mixture of the fuel sphere 3 and the deceleration sphere 20 is re-introduced into the outer region C in the reactor core 2 and the combustion degree of the fuel sphere 3 is relatively large and the mixing ratio of the deceleration sphere 20 is relatively large. The vessel 15b is recharged into the inner region D in the core 2 through the inner charging tube 8b '.
[0104]
Thus, according to the present embodiment, as shown in FIG. 8, the average burnup of all the fuel balls 3 in the outer region C is smaller than that in the inner region D, and the fuel balls and deceleration balls in the outer region C are used. It is possible to realize a reactor core in which the mixing ratio of the speed reduction balls occupying the whole is relatively smaller than that of the inner region D.
[0105]
Here, normally, the average burnup distribution of the fuel balls 3 has a dominant influence on the output of the core 2 rather than the number density of the deceleration balls 20. That is, as in the present embodiment, the mixing ratio of the deceleration sphere 20 is relatively small with respect to the fuel sphere 3 having a small average burnup (the former), and the deceleration sphere 20 is compared with the fuel sphere 3 having a large average burnup. Even in a configuration in which the mixing ratio is relatively large (the latter), the former still tends to have a higher output.
[0106]
According to the present embodiment, since the former in which the output is increased is arranged in the outer region C in the core 2 by adopting the above-described core configuration, as in the first embodiment of the present invention described above, It is possible to alleviate the tendency for the output near the center of the core to increase and to flatten the output in the core radial direction.
[0107]
Further, by adopting the above-described core configuration, the fissile material in the fuel sphere 3 is obtained by forming a hard neutron spectrum with relatively few decelerating spheres 20 in the outer region C where the average burnup is relatively small. In the inner region D, which is the late stage of combustion with a relatively high average burnup, the soft neutron spectrum with a relatively large number of decelerating spheres 20 is used, so that the fissile material that has been converted and generated earlier is promoted. Can promote combustion. In this way, the fuel economy can be greatly improved by the spectrum shift effect by promoting the reaction of the fissile material increased by the conversion generated in the early stage of combustion in the late stage of combustion.
[0108]
In the third embodiment of the present invention, the description has been made on the assumption that the core 2 is a balanced core. However, for example, when the core 2 is initially loaded, all the fuel balls 3 to be loaded are loaded. Is a new fuel ball and the mixing ratio of the speed reduction spheres 20 in the inner region D is large, the tendency to generate a high output peak at the center of the core becomes even stronger. In order to avoid this, two or more types of fuel balls 3 having different enrichments may be used when the core 2 is initially loaded, as in the first embodiment of the present invention described above. Thereby, even when the core 2 is initially loaded, the same effect as that of the third embodiment can be obtained.
[0109]
Further, in the third embodiment of the present invention, the burnup of the fuel spheres 3 is small and decelerated into an outer region C and an inner region D that are divided in the core 2 so as to have the same area in the radial direction. A group having a small mixing ratio of the spheres 20 and a group having a large burnup ratio of the fuel spheres 3 and a large mixing ratio of the deceleration spheres 20 are distributed and supplied via the outer and inner charging pipes 8a and 8b. That is, as described in the second embodiment of the present invention described above, the fuel balls 3 are distributed so as to have different areas, so that the burnup of the fuel balls 3 is small and the mixing ratio of the deceleration balls 20 is small. You may make it supply a small group and a group with a large burnup of the fuel ball | bowl 3, and a large mixing ratio of the deceleration ball | bowl 20. FIG. Even in this case, when the inside of the core 2 is divided into the outer region C and the inner region D so as to have the same area in the radial direction, the above relationship is satisfied between the outer region C and the inner region D. As long as this is done, the same effect as in the third embodiment of the present invention can be obtained.
[0110]
In the third embodiment of the present invention, it is assumed that the average burnup distribution of the fuel balls 3 has a dominant influence on the output of the core 2 rather than the number density of the deceleration balls 20. The average burnup of all the fuel balls 3 in the outer region C of the core 2 is smaller than that in the inner region D, and the mixing ratio of the fuel balls 3 in the outer region C and the deceleration balls 20 occupying the entire deceleration ball 20 is larger than that in the inner region D. However, the present invention is not limited to this. For example, when the number of the deceleration spheres 20 is relatively large, the number density of the deceleration spheres 20 is higher than the average burnup distribution of the fuel spheres 3. If the output is dominantly affected, the arrangement may be reversed. That is, as shown in FIG. 9, the average burnup of all the fuel balls 3 in the outer region C is larger than that in the inner region D, and the mixing ratio of the fuel balls 3 in the outer region C and the deceleration balls 20 occupying the entire deceleration ball 20. May be configured to be relatively larger than the inner region D. As a result, the same effects as those of the third embodiment can be obtained, and the radial output can be flattened without using the fuel balls 3 having different enrichments even when the core 2 is initially loaded. Therefore, fuel economy can be further improved.
[0111]
In the second embodiment and the third embodiment described above, the selector 10 'performs the selection of the fuel sphere 3 and the deceleration sphere 20. However, the fuel sphere 3 is not limited to this. The burn-up detector 13 may be provided with a function for selecting the deceleration ball 20.
[0112]
Next, a fourth embodiment of a reactor facility, a reactor core, and a reactor operating method according to the present invention will be described with reference to FIGS. 10 and 11. In the present embodiment, a large-diameter fuel sphere having a relatively large particle diameter and a small-diameter fuel sphere having a relatively small particle diameter are used. The mixture is charged and only the large particle diameter fuel sphere is charged into the inner region D.
[0113]
FIG. 10 is a conceptual diagram showing the overall configuration of the fourth embodiment of the nuclear reactor facility of the present invention. In FIG. 10, the black thick arrow indicates the flow of the large particle size fuel sphere 3a, the white arrow indicates the flow of the small particle size fuel sphere 3b, and the gray arrow indicates the large particle size fuel sphere 3a and the small particle size fuel sphere. 3b shows a mixed flow, and a broken arrow indicates a signal flow. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part similar to FIG. 5 in the above-mentioned 2nd Embodiment of this invention, and description is abbreviate | omitted.
[0114]
In FIG. 10, the nuclear reactor facility includes a core 2 loaded with a large number of large particle size fuel spheres 3a and small particle size fuel balls 3b, and a classifier 10 ″ having a function of selecting the small particle size fuel balls 3b. A small particle size burnup detector 22 for detecting the burnup of the small particle size fuel ball 3b, a small particle size fuel ball deriving device 23 for deriving the small particle size fuel ball 3b at a predetermined pace, and the small particle size A switch 16 ″ having a function of mixing the small particle size fuel sphere 3b derived from the diameter fuel sphere deriving device 23 with the large particle size fuel sphere 3a, and a large particle size serving as a storage for the new large particle size fuel sphere 3a. New fuel storage 17a, a new large particle size fuel sphere 3a that is loaded into the burnup detector 13, and a new small particle size fuel sphere 3b. The new fuel storage 17b and the new small particle size fuel sphere 3b are connected to the small particle size burn-up detector 22 described above. And a small diameter contouring new fuel loading facility 18b to be introduced.
[0115]
Like the fuel sphere 3, the large particle sphere 3a and the small particle sphere 3b are each composed of, for example, a large number of coated fuel particles containing uranium oxide as a nuclear fuel material and a graphite matrix containing them. The formed fuel region is surrounded by a graphite shell. At this time, the diameters of the large and small particle diameter fuel balls 3a and 3b are respectively d1, D2Then, this d1And d2For example d2≦ (2√3 / 3−1) d1There is a relationship that satisfies. As a result, the small particle diameter fuel spheres 3b can enter the gaps between the densely arranged large particle diameter fuel spheres 3a. The diameter d of the large particle size fuel sphere 3a1Is about 6 cm as in the conventional case.
[0116]
The burnup detector 13 and the burnup detector 22 for small particle size detect the burnup of the large and small particle size fuel balls 3a and 3b sorted by the sorter 10 ″ and output them to the process computer 19. The process computer 19 controls the switch 16 ″ so that the large and small particle size fuel balls 3a and 3b whose input burnup reaches a predetermined burnup are taken out and sent to the fuel storage 14. It has become.
[0117]
On the other hand, the large and small particle size fuel balls 3a and 3b whose burnup level does not reach the predetermined burnup level are transferred to the large particle size fuel ball 3a sent from the burnup level detector 13 to the switch 16 ″ at a constant pace. On the other hand, the small particle size fuel sphere deriving device 23 can switch the pace at which the small particle size fuel spheres 3b are sent to the switch 16 ″ in accordance with an instruction from the process computer 19, and these large particle size fuel spheres 3a and 3 The switch 16 ″ mixes the small particle size fuel spheres 3b and sends them to the outer input device 15a or the inner input device 15b. That is, the large particle size fuel spheres 3a and the small particle size fuel spheres 3b are entirely fed. The mixing ratio of the occupying small particle size fuel spheres 3b can be switched to a plurality of values, which can be selected and sent to the outer feeder 15a or 15b (however, in this embodiment, the inner charging is performed) Place to send to vessel 15b Mixing ratio 0, i.e. only large 径燃 fee balls 3a sent from burn detector 13 is adapted to be fed into the inner insertion unit 15b is).
[0118]
In the above, the small particle size fuel sphere deriving device 23 sets the small particle size fuel sphere so that the mixing ratio of the small particle size fuel spheres occupying the entire fuel sphere described in the claims is switched to a plurality of values. Derivable second deriving means is configured. In addition, the fuel ball input pipe 8 ', the fuel input device 15, the switching device 16 ", and the process computer 19 constitute third distribution means that distributes for each set value of the mixing ratio of the small particle size fuel balls.
[0119]
Next, operation | movement and an effect | action of 4th Embodiment of the nuclear reactor equipment of this invention of the said structure are demonstrated below.
The large particle size fuel spheres 3a and the small particle size fuel spheres 3b loaded in the reactor core 2 are continuously moved from the upper part to the lower part in the reactor core 2 along with the operation of the nuclear reactor, and are provided in the lower part of the reactor core 2. Balls are sent one by one to the sorter 10 "by the unified tube 9. In this sorter 10", the broken one of the large particle size fuel sphere 3a and the small particle size fuel sphere 3b is sorted, and the broken fuel storage 11 Sent to. On the other hand, those that are not damaged are sorted into a large particle size fuel sphere 3a and a small particle size fuel sphere 3b, and the small particle size fuel sphere 3b is sent to the small particle size burn-up detector 22 and the large particle size fuel sphere 3a. Is sent to the burnup detector 13 via the buffer tube 12.
[0120]
With respect to the large and small particle size fuel balls 3a and 3b in which the burnup detected by the burnup detector 13 and the burnup detector 22 for small particle size does not reach the predetermined burnup, the process computer 19 controls The switch 16 ″ is mixed so that the mixing ratio of the small particle fuel spheres 3a and the small particle fuel spheres 3b occupying the whole small particle fuel spheres 3b becomes a predetermined value, and is sent to the outer charger 15a. Further, only the large particle diameter fuel sphere 3a is sent to the inner charging device 15b, whereby the large particle size fuel sphere 3a and the small particle size fuel sphere 3b mixed at a predetermined mixing ratio are supplied from the outer charging device 15a. It is recharged into the outer region C in the core 2 through the outer charging tube 8a ', and only the large particle diameter fuel sphere 3a is re-introduced from the inner charging device 15b to the inner region D in the core 2 through the inner charging tube 8b'. It is thrown in.
[0121]
Thus, according to the present embodiment, as shown in FIG. 11, the mixture of the large particle size fuel spheres 3a and the small particle size fuel spheres 3b mixed at a predetermined mixing ratio is introduced into the outer region C, In the inner region D, it is possible to realize a core in which only the large particle diameter fuel balls 3a are charged. As a result, the fuel filling rate of the outer region C can be increased and the amount of fuel loaded can be relatively increased as compared with the inner region D, so that the output of the outer region C can be increased more than the inner region D. Therefore, the core radial output can be flattened in the same manner as in the first embodiment of the present invention described above.
[0122]
In addition, according to the present embodiment, it is possible to increase the number of years the fuel stays in the outer region C of the core 2 by increasing the amount of fuel loaded in the outer region C, thereby improving fuel economy. it can.
[0123]
In the fourth embodiment of the present invention described above, the mixing ratio of the small particle size fuel spheres 3b is divided into the outer region C and the inner region D that are divided so that the core 2 has the same area in the radial direction. The large group and the small group are distributed and supplied via the outer and inner charging pipes 8a ′ and 8b ′, but the present invention is not limited to this. That is, as described in the third embodiment, the group having a large mixing ratio of the small particle size fuel balls 3b and the group having a small mixing size are distributed and supplied to the regions divided so as to have different areas. May be. Even in this case, when the inside of the core 2 is divided into the outer region C and the inner region D so as to have the same area in the radial direction, the above relationship is satisfied between the outer region C and the inner region D. As long as this is done, the same effect as in the fourth embodiment of the present invention can be obtained.
[0124]
In the fourth embodiment of the present invention, only the large particle size fuel spheres are introduced into the inner region D. However, the present invention is not limited to this. That is, the small particle size fuel spheres 3b are mixed in both the outer and inner regions C and D, and the mixing ratio of the small particle size fuel spheres 3b in the entire large and small particle size fuel spheres 3a and 3b in the outer region C is set. It may be made relatively larger than the inner region D. Also by this, the same effect as that of the fourth embodiment of the present invention can be obtained.
[0125]
Next, a fifth embodiment of the reactor facility, the reactor core, and the operation method of the reactor according to the present invention will be described with reference to FIGS. This embodiment uses a uranium fuel sphere that uses uranium oxide as a nuclear fuel material and a mixed oxide fuel sphere that uses uranium / plutonium mixed oxide as a nuclear fuel material, so that the mixed oxide occupies the entire fuel sphere in the outer region A. The mixing ratio of the fuel balls is made relatively smaller than that of the inner region B.
[0126]
FIG. 12 is a conceptual diagram showing the overall configuration of the fifth embodiment of the nuclear reactor equipment of the present invention. In FIG. 12, the thick black arrow indicates the flow of the uranium fuel sphere 24, the open arrow indicates the flow of the mixed oxide fuel sphere 25, and the gray arrow indicates that the uranium fuel sphere 24 and the mixed oxide fuel sphere 25 are mixed. The broken arrows indicate the signal flow. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part similar to FIG. 10 in the above-mentioned 4th Embodiment of this invention, and description is abbreviate | omitted.
[0127]
In FIG. 12, the nuclear reactor facility includes a core 2 loaded with a large number of uranium fuel balls 24 and mixed oxide fuel balls 25, and a relatively large number of reactors 2 in the core 2 as in the first embodiment of the present invention described above. A fuel ball injection tube 8 provided so as to be divided into a radially outer region and a relatively inner region, and a selector for detecting breakage of a mixture of the uranium fuel ball 24 and the mixed oxide fuel ball 25 10, a burnup detector 13 for detecting the burnup of a mixture of the uranium fuel sphere 24 and the mixed oxide fuel sphere 25, and the burnup detected by the burnup detector 13 does not reach a predetermined burnup A mixed oxide fuel sphere detector 26 for selecting the mixed oxide fuel sphere 25 from the mixture of the uranium fuel sphere 24 and the mixed oxide fuel sphere 25, and the mixed oxidation selected by the mixed oxide fuel sphere detector 26 The physical fuel ball 25 is A mixed oxide fuel sphere deriving device 27 derived from the catalyst and a switch 16 ′ having a function of mixing the mixed oxide fuel sphere 25 derived from the mixed oxide fuel sphere deriving device 27 with the uranium fuel sphere 24. '', A new fuel storage 17 ′ for storing a mixture of the uranium fuel sphere 24 and the mixed oxide fuel sphere 25 to be newly input, and a mixture of the uranium fuel sphere 24 and the mixed oxide fuel sphere 25 are burned. And a new fuel loading facility 18 ′ for the mixture to be fed to the degree detector 13.
[0128]
The uranium fuel sphere 24 uses, for example, uranium oxide as a nuclear fuel material, and the mixed oxide fuel sphere 25 uses, for example, uranium / plutonium using plutonium obtained by reprocessing spent fuel in a nuclear reactor such as a light water reactor. Mixed oxide is used as nuclear fuel material.
[0129]
The burnup detector 13 detects the burnup of the mixture of the uranium fuel spheres 24 and the mixed oxide fuel spheres 25 sorted by the sorter 10 and is output to the process computer 19, and the process computer 19 receives the input. The mixture of the uranium fuel spheres 24 and the mixed oxide fuel spheres 25 whose burnup has reached a predetermined burnup is controlled by the switch 16 '' 'and sent to the fuel storage 14. .
[0130]
On the other hand, the mixture of the uranium fuel sphere 24 and the mixed oxide fuel sphere 25 whose burnup does not reach the predetermined burnup is sent from the burnup detector 13 to the mixed oxide fuel sphere detector 26. The mixed oxide fuel sphere detector 26 selects the uranium fuel sphere 24 and the mixed oxide fuel sphere 25 by detecting the neutron beam intensity from the plutonium (particularly Pu 240) in the fuel sphere. Yes. The uranium fuel balls 24 selected by the mixed oxide fuel ball detector 26 are sent to the switch 16 '' 'at a constant pace, and the mixed oxide fuel balls 25 are sent to the mixed oxide fuel ball deriving device 27. It is done. That is, for the uranium fuel sphere 24 sent from the mixed oxide fuel sphere detector 26 to the switch 16 ′ ″ at a constant pace, the mixed oxide fuel sphere deriving device 27 performs a predetermined response according to an instruction from the process computer 19. The mixed oxide fuel spheres 25 are sent to the changer 16 ′ ″ at a pace, and the uranium fuel spheres 24 and the mixed oxide fuel spheres 25 are mixed by the changer 16 ′ ″ to be supplied to the outer input device 15a or the inner input device. The device 15b is selected and sent. Thus, when the mixing ratio of the mixed oxide fuel spheres 25 occupying the entire uranium fuel spheres 24 and the mixed oxide fuel spheres 25 is relatively small, the uranium fuel spheres 24 and the mixed oxide fuels are supplied to the outer charger 15a. When the mixing ratio of the mixed oxide fuel spheres 25 occupying the entire sphere 25 is relatively large, the mixture is led out to the inner charging device 15b.
[0131]
In the above, the mixed oxide fuel sphere deriving device 27 sets the mixed oxide fuel sphere so that the mixture ratio of the mixed oxide fuel sphere occupying the entire fuel sphere described in the claims is switched to a plurality of values. Derivable third derivation means is configured. Further, the fuel ball introduction pipe 8, the fuel introduction device 15, the switching device 16 ′ ″, and the process computer 19 constitute fourth distribution means that distributes for each set value of the mixture ratio of the mixed oxide fuel balls.
[0132]
Next, operation | movement and effect | action of 5th Embodiment of the nuclear reactor equipment of this invention of the said structure are demonstrated below.
The uranium fuel ball 24 and the mixed oxide fuel ball 25 loaded in the core 2 continuously move from the upper part to the lower part in the core 2 with the operation of the nuclear reactor, and a single unit provided in the lower part of the core 2. One ball is sent to the sorter 10 by the chemical tube 9. In this sorter 10, a broken one of the mixture of the uranium fuel sphere 24 and the mixed oxide fuel sphere 25 is sorted and sent to the broken fuel storage 11. On the other hand, those that are not damaged are sent to the burnup detector 13 via the buffer tube 12.
[0133]
The uranium fuel sphere 24 and the mixed oxide fuel sphere 25 whose burnup detected by the burnup detector 13 does not reach the predetermined burnup is sent to the mixed oxide fuel sphere detector 26, where uranium fuel is used. The uranium fuel sphere 24 is selected by the switch 16 '' 'at a constant pace, and the mixed oxide fuel sphere 25 is selected by the mixed oxide fuel sphere deriver 27 at a predetermined pace. It is sent to the switch 16 '' 'at a pace. At this time, when the mixing ratio of the mixed oxide fuel spheres 25 occupying the entire uranium fuel spheres 24 and the mixed oxide fuel spheres 25 is relatively small under the control of the process computer 19, the mixture is sent to the outer charger 15 a, When the mixing ratio of the mixed oxide fuel spheres 25 occupying the entire sphere 24 and the mixed oxide fuel spheres 25 is relatively large, the mixture is sent to the inner charging device 15b. As a result, the uranium fuel sphere 24 and the mixed oxide fuel sphere 25 having a relatively small mixing ratio of the mixed oxide fuel spheres 25 are relatively radial in the core 2 from the outer injector 15a through the outer injector tube 8a. The uranium fuel sphere 24 and the mixed oxide fuel sphere 25, which are re-introduced into the outer region and have a relatively large mixing ratio of the mixed oxide fuel spheres 25, enter the core 2 from the inner injector 15b through the inner injector 8b. Is re-introduced into the relatively radially inner region.
[0134]
In this way, according to the present embodiment, as shown in FIG. 13, the inside of the core 2 is divided and viewed so as to have, for example, an equal area in the radial direction as in the first embodiment described above. A core in which the mixing ratio of the mixed oxide fuel spheres 25 occupying the entire uranium fuel sphere 24 and the mixed oxide fuel sphere 25 in the outer region A is relatively smaller than that in the inner region B can be realized.
[0135]
Here, as described above, the reactivity of the mixed oxide fuel sphere 25 tends to be smaller than that of the uranium fuel sphere 24. That is, according to the present embodiment, by adopting the above-described configuration, the output of the outer region A is relatively increased as compared with the inner region B, as in the first embodiment of the present invention described above, and the core Flattening of radial output can be achieved.
[0136]
In addition, according to the present embodiment, as described above, plutonium obtained by reprocessing spent fuel in a nuclear reactor such as a light water reactor is reused by using the mixed oxide fuel sphere 25. It is possible to save the fuel balls 24, thereby improving fuel economy.
[0137]
In each of the embodiments of the nuclear reactor core of the present invention described above, the fuel ball injection tube 8 is provided so as to divide the inside of the core 2 into two regions, an outer region and an inner region. Not limited to this, it may be divided into three or more areas. Even in this case, when the inside of the core 2 is divided into the outer region A (or C) and the inner region B (or D) so as to have the same area in the radial direction, it is defined in each of the above embodiments. As long as such a relationship is satisfied, the same effect as that of each embodiment can be obtained.
[0138]
Further, in each of the embodiments of the nuclear reactor core of the present invention described above, the fuel ball (or deceleration ball) moves in the core 2 only downward in the axial direction of the core without moving in the horizontal direction from the input position. For this reason, the core 2 is not provided with a limit, but the present invention is not limited thereto, and a partition may be provided to divide the region in the core 2. Also by this, the same effect as each embodiment of the present invention can be obtained.
[0139]
In each of the embodiments of the nuclear reactor facility of the present invention described above, the switch 16 (or the switch 16 (or the burn-up detector 22 (or small particle size burn-up detector 22)) is detected according to the burn-up detected by the burn-up detector 13 (or the burn-up detector 22 for small particle size). The switch 16 ′ or the switch 16 ′ ″) is a fuel storage tank 14 or fuel for the fuel ball 3 (or the large / small particle size fuel balls 3a and 3b, or the uranium fuel ball 24 and the mixed oxide fuel ball 25). Although the derivation route to the input device 15 is switched, the present invention is not limited to this, and the fuel input device 15 may be provided with a function of switching the derivation route. Further, in each embodiment of the nuclear reactor facility of the present invention described above, new fuel balls 3 (or large / small particle size fuel balls 3a, 3b, or uranium fuel balls 24 and mixed oxide fuel balls 25) are replaced with new ones. The burnup detector 13 (or the burnup detector 22 for small particle size) is input from the fuel loading facility 18 (or the new fuel loading facility 18a, 18b for large / small particle size, or the new fuel loading facility 18 'for the mixture). However, the present invention is not limited to this, and the fuel may be directly fed into the fuel feeder 15. In these cases, the same effects as those of the embodiments of the present invention can be obtained.
[0140]
Further, in each of the embodiments of the reactor core of the present invention described above, helium is used as the coolant, but the present invention is not limited to this, and carbon dioxide gas (CO2), Or an inert gas such as nitrogen or neon / argon. Further, instead of using a gas as a coolant, water or a liquid metal such as sodium or lead may be used.
[0141]
In each of the embodiments of the reactor core of the present invention described above, uranium or plutonium is used as the fuel. However, the present invention is not limited to this, and thorium may be used.
[0142]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, the degree of burnup of the fuel balls discharged from the pebble bed nuclear reactor core is detected by the detection means, and the burnup degree on the radially outer side is detected by the first distribution means according to the detected value. Since the fuel ball radial injection position is distributed and re-entered so as to be relatively small with respect to the radial inner side, the core radial output can be flattened. Therefore, economic efficiency can be improved.
[0143]
According to the seventh aspect of the present invention, the mixing ratio of the reduction spheres occupied by the fuel balls and the reduction spheres discharged from the pebble bed type reactor core in the group of the fuel spheres and the reduction spheres on the radially outer side by the second distribution means. Since the injection positions of the fuel spheres and the deceleration spheres in the radial direction are distributed and re-entered so that becomes relatively larger with respect to the radially inner side, the core radial output can be flattened. Therefore, economic efficiency can be improved.
[0144]
According to the invention of claim 10, the fuel sphere and the deceleration sphere discharged from the pebble bed type reactor core have the burnup on the radially outer side by the first distribution means according to the detected value of the burnup of the fuel sphere. The fuel ball radial insertion position is distributed so as to be relatively small with respect to the radially inner side, and the mixing ratio of the fuel sphere and the deceleration sphere occupying the group of the fuel spheres on the radially outer side by the second distributing means is radially inner. The radial injection positions of the groups of fuel balls and deceleration balls are distributed and re-entered so as to be relatively small. Thereby, the core radial direction output can be flattened and the fuel economy can be improved. Therefore, economic efficiency can be further improved.
[0145]
According to the eleventh aspect of the present invention, the large particle size fuel spheres and small particle size fuel spheres discharged from the pebble bed reactor core are separated from the large particle size fuel spheres and small particles on the radially outer side by the third distribution means. Reposition and re-enter the radial injection positions of the large and small particle size fuel balls so that the mixing ratio of the small particle size fuel spheres in the group of diameter fuel balls is relatively larger than the inside in the radial direction. To do. As a result, the core radial direction output can be flattened, and thus the economy can be improved.
[0146]
According to the invention of claim 13, the mixed oxidation fuel spheres and mixed oxide fuel spheres discharged from the core are mixed and oxidized in the group of mixed oxide fuel spheres and uranium fuel spheres on the radially outer side by the fourth distribution means. The radial injection positions of the mixed oxide fuel sphere and uranium fuel sphere groups are sorted and re-entered so that the mixing ratio of the physical fuel spheres becomes relatively small with respect to the radially inner side. As a result, the core radial direction output can be flattened, and thus the economy can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side cross-sectional view schematically showing the overall structure of a nuclear reactor provided with a first embodiment of a nuclear reactor core according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG.
FIG. 3 is a conceptual diagram showing the overall configuration of the first embodiment of the nuclear reactor facility of the present invention.
4 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV in FIG.
FIG. 5 is a conceptual diagram showing the overall configuration of a second embodiment of the nuclear reactor equipment of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a core configuration of a second embodiment of a nuclear reactor core according to the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a core configuration of a modification of the second embodiment of the reactor core of the present invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a core configuration of a third embodiment of a nuclear reactor core according to the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a core configuration of a modification of the third embodiment of the reactor core of the present invention.
FIG. 10 is a conceptual diagram showing an overall configuration of a fourth embodiment of a nuclear reactor facility of the present invention.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a core configuration of a fourth embodiment of a nuclear reactor core according to the present invention.
FIG. 12 is a conceptual diagram showing the overall configuration of a fifth embodiment of a nuclear reactor facility of the present invention.
FIG. 13 is a transverse sectional view showing a core configuration of a fifth embodiment of a reactor core of the present invention.
[Explanation of symbols]
2 core
3 Fuel ball
3a Large particle size fuel ball
3b Small particle size fuel ball
8 Fuel sphere injection pipe (fuel sphere supply pipe; first distribution means; fourth distribution means)
8 'Fuel ball injection pipe (second distribution means; third distribution means)
13 Burnup detector (detection means)
15 Fuel input device (first selection introduction means; first distribution means; second selection introduction means; second distribution means; third distribution means; fourth distribution means)
16 switching device (switching means; first selection introducing means; first sorting means)
16 'switch (2nd selection introduction means; 2nd distribution means)
16 ″ switch (third sorting means)
16 '' 'switcher (fourth sorting means)
19 process computer (first selection introduction means; first distribution means; second selection introduction means; second distribution means; third distribution means; fourth distribution means)
20 Deceleration sphere
21 Deceleration sphere deriving device (first deriving means)
23 Small particle size fuel sphere deriving device (second deriving means)
24 Uranium fuel ball
25 Mixed oxide fuel ball
27 Mixed oxide fuel ball deriving device (third deriving means)

Claims (29)

ペブルベッド型の原子炉炉心より排出された多数の燃料球を導入し、前記燃料球の燃焼度を検出する検出手段と、
この検出手段の検出結果に応じて、前記燃料球を前記原子炉炉心へ再投入するときの径方向投入位置を振り分ける第1振り分け手段とを有することを特徴とする原子炉設備。
Detecting means for introducing a large number of fuel balls discharged from a pebble bed type reactor core and detecting the degree of combustion of the fuel balls;
Reactor equipment, comprising: a first distribution unit that distributes a radial injection position when re-injecting the fuel ball into the reactor core according to a detection result of the detection unit.
請求項1記載の原子炉設備において、前記第1振り分け手段は、相対的に燃焼度が小さい前記燃料球の径方向投入位置を径方向外側に振り分けるとともに、相対的に燃焼度が大きい前記燃料球の径方向投入位置を径方向内側に振り分けることを特徴とする原子炉設備。  2. The nuclear reactor equipment according to claim 1, wherein the first distribution means distributes the radially inserted position of the fuel sphere having a relatively small burnup to the outside in the radial direction and the fuel sphere having a relatively large burnup. Reactor equipment characterized by allocating the radial injection position to the inside in the radial direction. 請求項1又は2記載の原子炉設備において、前記第1振り分け手段は、一端部が前記原子炉炉心の上部において互いに異なる径方向位置となるように設けられた複数の燃料球供給管と、前記検出手段の検出結果に応じ、前記燃料球を前記複数の燃料球供給管に選択的に導入する第1選択導入手段とを備えることを特徴とする原子炉設備。  3. The nuclear reactor facility according to claim 1, wherein the first distribution unit includes a plurality of fuel ball supply pipes provided so that one end portions thereof are located at different radial positions in the upper part of the reactor core, and Reactor equipment, comprising: first selective introduction means for selectively introducing the fuel spheres into the plurality of fuel sphere supply pipes according to a detection result of the detection means. 請求項3記載の原子炉設備において、前記第1選択導入手段は、前記検出手段の下流側に設けられ、前記検出手段で燃焼度検出の済んだ燃料球の導出経路を切り替える切り替え手段を備えることを特徴とする原子炉設備。  4. The nuclear reactor equipment according to claim 3, wherein the first selective introduction means includes a switching means that is provided on the downstream side of the detection means and switches a fuel ball derivation path for which burnup has been detected by the detection means. Reactor equipment characterized by 請求項4記載の原子炉設備において、前記切り替え手段は、所定の燃焼度となった前記燃料球を、取り出し側通路に導出することを特徴とする原子炉設備。  5. The nuclear reactor equipment according to claim 4, wherein the switching means guides the fuel ball having a predetermined burnup to a take-out side passage. 請求項1〜5のいずれか1項記載の原子炉設備において、前記検出手段は、前記燃料球中に含まれる所定の核種に関する放射線を検出する手段であることを特徴とする原子炉設備。  The nuclear reactor equipment according to any one of claims 1 to 5, wherein the detection means is means for detecting radiation relating to a predetermined nuclide contained in the fuel ball. ペブルベッド型の原子炉炉心より排出された多数の減速球を導入するとともに、燃料球及び減速球全体に占める前記減速球の混合比を複数の値に切り替え設定するように前記減速球を導出可能な第1導出手段と、
この第1導出手段より導出された前記減速球を前記原子炉炉心へ再投入するときの径方向投入位置を、前記減速球の混合比の設定値ごとに振り分ける第2振り分け手段とを有することを特徴とする原子炉設備。
Introduces a large number of decelerating spheres discharged from a pebble bed reactor core, and the decelerating sphere can be derived so that the mixing ratio of the decelerating spheres in the fuel sphere and the entire decelerating sphere is switched to multiple values. First derivation means,
A second sorting unit that sorts the throwing position in the radial direction when the speed reducing sphere derived from the first deriving unit is recharged into the reactor core for each set value of the mixing ratio of the speed reducing spheres; Characteristic reactor equipment.
請求項7記載の原子炉設備において、前記第2振り分け手段は、前記減速球の混合比が相対的に大きい燃料球及び減速球の群の径方向投入位置を径方向外側に振り分け、前記減速球の混合比が相対的に小さい燃料球及び減速球の群の径方向投入位置を径方向内側に振り分けることを特徴とする原子炉設備。  8. The nuclear reactor equipment according to claim 7, wherein the second distribution means distributes a radially inserted position of a group of fuel balls and deceleration balls having a relatively large mixing ratio of the reduction balls to the outside in the radial direction. Reactor equipment characterized in that a radial injection position of a group of fuel spheres and deceleration spheres having a relatively small mixing ratio is distributed radially inward. 請求項7又は8記載の原子炉設備において、前記第2振り分け手段は、一端部が前記原子炉炉心の上部において互いに異なる径方向位置となるように設けられた複数の燃料球供給管と、前記減速球の混合比の設定値に応じ前記燃料球及び前記減速球を前記複数の燃料球供給管に選択的に導入する第2選択導入手段とを備えることを特徴とする原子炉設備。  9. The nuclear reactor equipment according to claim 7, wherein the second distribution means includes a plurality of fuel ball supply pipes provided so that one end portions thereof are at different radial positions in the upper part of the reactor core, and Reactor equipment, comprising: a second selective introduction means for selectively introducing the fuel sphere and the deceleration sphere into the plurality of fuel sphere supply pipes in accordance with a set value of a reduction sphere mixing ratio. 請求項7記載の原子炉設備において、前記原子炉炉心より排出された多数の燃料球を導入し、前記燃料球の燃焼度を検出する検出手段と、この検出手段の検出結果に応じて、前記燃料球を前記原子炉炉心へ再投入するときの径方向投入位置を振り分ける第1振り分け手段とをさらに有し、前記第1振り分け手段は、相対的に燃焼度が大きい前記燃料球の投入位置を径方向内側及び外側のうち一方側に振り分けるとともに、相対的に燃焼度が小さい前記燃料球の投入位置を径方向内側及び外側のうち他方側に振り分け、前記第2振り分け手段は、前記混合比の設定値が相対的に大きいときの前記減速球の投入位置を前記径方向一方側に振り分けるとともに、前記混合比の設定値が相対的に小さいときの前記減速球の投入位置を前記径方向他方側に振り分けることを特徴とする原子炉設備。  The nuclear reactor facility according to claim 7, wherein a plurality of fuel balls discharged from the nuclear reactor core are introduced, a detection means for detecting a burnup of the fuel balls, and according to a detection result of the detection means, First distribution means for assigning a radial injection position when the fuel ball is re-introduced into the reactor core, and the first distribution means has a fuel ball injection position with a relatively high burnup. The fuel ball is distributed to one of the radially inner side and the outer side, and the injection position of the fuel ball having a relatively low burnup is distributed to the other side of the radially inner side and the outer side. The throwing position of the decelerating sphere when the set value is relatively large is distributed to one side in the radial direction, and the throwing position of the decelerating sphere is set to the other side in the radial direction when the set value of the mixing ratio is relatively small Nuclear reactor equipment, characterized in that it distributes. ペブルベッド型の原子炉炉心より排出された相対的に粒径の大きな多数の大粒径燃料球及び相対的に粒径の小さい多数の小粒径燃料球を導入するとともに、燃料球全体に占める前記小粒径燃料球の混合比を複数の値に切り替え設定するように前記小粒径燃料球を導出可能な第2導出手段と、
この第2導出手段より導出された前記小粒径燃料球を前記原子炉炉心へ再投入するときの径方向投入位置を、前記小粒径燃料球の混合比の設定値ごとに振り分ける第3振り分け手段とを有することを特徴とする原子炉設備。
Introduce a large number of large-sized fuel spheres with a relatively large particle diameter and a large number of small-sized fuel spheres with a relatively small particle diameter discharged from the pebble bed type reactor core and occupy the whole fuel sphere Second derivation means capable of deriving the small particle size fuel sphere so as to switch and set the mixing ratio of the small particle size fuel sphere to a plurality of values;
A third allocation that allocates the radial injection position when the small particle size fuel sphere derived from the second deriving means is reintroduced into the reactor core for each set value of the mixture ratio of the small particle size fuel spheres. And a reactor facility.
請求項11記載の原子炉設備において、前記第3振り分け手段は、前記小粒径燃料球の混合比が相対的に大きい前記大粒径燃料球及び小粒径燃料球の群の径方向投入位置を径方向外側に振り分け、前記小粒径燃料球の混合比が相対的に小さい前記大粒径燃料球及び小粒径燃料球の群の径方向投入位置を径方向内側に振り分けることを特徴とする原子炉設備。  12. The nuclear reactor facility according to claim 11, wherein the third distribution means is a radial insertion position of the group of the large particle size fuel sphere and the small particle size fuel sphere in which the mixing ratio of the small particle size fuel sphere is relatively large. And the charging position of the group of the large particle size fuel sphere and the small particle size fuel sphere in the radial direction is allocated to the inside in the radial direction. Reactor equipment to do. ペブルベッド型の原子炉炉心より排出されたウラン・プルトニウム混合酸化物を核燃料物質とする多数の混合酸化物燃料球及びウラン酸化物を核燃料物質とする多数のウラン燃料球を導入するとともに、燃料球全体に占める前記混合酸化物燃料球の混合比を複数の値に切り替え設定するように前記混合酸化物燃料球を導出可能な第3導出手段と、
この第3導出手段より導出された前記混合酸化物燃料球を前記原子炉炉心へ再投入するときの径方向投入位置を、前記混合酸化物燃料球の混合比の設定値ごとに振り分ける第4振り分け手段とを有することを特徴とする原子炉設備。
Introduced many mixed oxide fuel spheres with uranium / plutonium mixed oxide discharged from pebble bed reactor core as nuclear fuel material and many uranium fuel spheres with uranium oxide as nuclear fuel material, Third derivation means capable of deriving the mixed oxide fuel sphere so as to switch and set the mixing ratio of the mixed oxide fuel sphere in the whole to a plurality of values;
A fourth allocation in which the radial injection position when the mixed oxide fuel sphere derived from the third deriving means is reintroduced into the reactor core is allocated for each set value of the mixing ratio of the mixed oxide fuel sphere. And a reactor facility.
請求項13記載の原子炉設備において、前記第4振り分け手段は、前記混合酸化物燃料球の混合比が相対的に大きい前記混合酸化物燃料球及びウラン燃料球の群の径方向投入位置を径方向内側に振り分け、前記混合酸化物燃料球の混合比が相対的に小さい前記混合酸化物燃料球及び前記ウラン燃料球の群の径方向投入位置を径方向外側に振り分けることを特徴とする原子炉設備。  14. The nuclear reactor facility according to claim 13, wherein the fourth distribution means is configured to set a radial insertion position of the group of the mixed oxide fuel sphere and the uranium fuel sphere having a relatively large mixing ratio of the mixed oxide fuel sphere. A nuclear reactor characterized by allocating radially inwardly and allocating radially input positions of the group of mixed oxide fuel spheres and uranium fuel spheres having a relatively small mixing ratio of the mixed oxide fuel spheres to the radially outer side Facility. 容器の上部から内部に多数の燃料球を投入して構成されるペブルベッド型の原子炉炉心において、
前記容器内を、径方向に互いに等面積になるように内側領域と外側領域とに区分したとき、前記内側領域における全ての燃料球の平均燃焼度が前記外側領域における全ての燃料球の平均燃焼度よりも大きくなるように、前記燃料球を投入したことを特徴とする原子炉炉心。
In a pebble bed type reactor core constructed by putting many fuel balls into the inside from the top of the vessel,
When the inside of the container is divided into an inner region and an outer region so as to have the same area in the radial direction, the average burnup of all fuel balls in the inner region is the average combustion of all fuel balls in the outer region. A nuclear reactor core in which the fuel balls are introduced so as to be larger than a predetermined degree.
容器の上部から内部に多数の燃料球及び減速球を投入して構成されるペブルベッド型の原子炉炉心において、
前記容器内を、径方向に互いに等面積になるように内側領域と外側領域とに区分したとき、前記内側領域における減速球の個数密度が前記外側領域における減速球の個数密度よりも小さくなるように、前記燃料球及び前記減速球を投入したことを特徴とする原子炉炉心。
In a pebble bed type reactor core configured by inserting a number of fuel balls and deceleration balls into the inside from the top of the vessel,
When the inside of the container is divided into an inner region and an outer region so as to have the same area in the radial direction, the number density of the deceleration spheres in the inner region is smaller than the number density of the deceleration spheres in the outer region. The reactor core, wherein the fuel ball and the deceleration ball are inserted into the reactor core.
請求項16記載の原子炉炉心において、前記容器内に、前記燃料球と前記減速球とを略均一に混合した混合層が互いに異なる混合割合で径方向に複数個形成されるように、前記燃料球及び前記減速球を投入したことを特徴とする原子炉炉心。  17. The nuclear reactor core according to claim 16, wherein a plurality of mixed layers in which the fuel spheres and the deceleration spheres are substantially uniformly mixed are formed in the vessel in a radial direction at different mixing ratios. A nuclear reactor core in which a sphere and the deceleration sphere are introduced. 容器の上部から内部に多数の燃料球及び減速球を投入して構成されるペブルベッド型の原子炉炉心において、
前記容器内を、径方向に互いに等面積になるように内側領域と外側領域との2領域に区分したとき、一方の領域における全ての燃料球の平均燃焼度が他方の領域における全ての燃料球の平均燃焼度よりも大きくなるとともに、前記一方の領域における減速球の個数密度が前記他方の領域における減速球の個数密度よりも大きくなるように、前記燃料球及び減速球を投入したことを特徴とする原子炉炉心。
In a pebble bed type reactor core configured by inserting a number of fuel balls and deceleration balls into the inside from the top of the vessel,
When the inside of the container is divided into two regions of an inner region and an outer region so as to have the same area in the radial direction, the average burnup of all the fuel balls in one region is all the fuel balls in the other region. The fuel spheres and the deceleration spheres are introduced so that the number burnup spheres in the one region are larger than the number density of the deceleration spheres in the other region. Reactor core.
請求項18記載の原子炉炉心において、前記燃料球の平均燃焼度分布と前記減速球の個数密度とのいずれが炉心出力に対し支配的に影響を与えるかに応じ、前記平均燃焼度分布が支配的である場合には、前記一方の領域を前記内側領域とするとともに前記他方の領域を前記外側領域とし、前記減速球の個数密度が支配的である場合には、前記一方の領域を前記外側領域とし、前記方の領域を前記内側領域としたことを特徴とする原子炉炉心。19. The nuclear reactor core according to claim 18, wherein the average burnup distribution is controlled according to which of the average burnup distribution of the fuel balls and the number density of the speed reduction balls has a dominant influence on the core power. The one region as the inner region and the other region as the outer region, and when the number density of the speed reduction spheres is dominant, the one region is the outer region. reactor core of the region, characterized in that the region of the other side was the inner region. 請求項18記載の原子炉炉心において、前記一方の領域を前記内側領域とし、前記他方の領域を前記外側領域としたことを特徴とする原子炉炉心。In claims 1-8 Symbol mounting reactor core, said the one of the regions said inner region, a nuclear reactor core, characterized in that the other area was the outer region. 請求項18記載の原子炉炉心において、前記一方の領域を前記外側領域とし、前記方の領域を前記内側領域としたことを特徴とする原子炉炉心。In claims 1-8 Symbol mounting reactor core, said the one region of the outer region, a nuclear reactor core, characterized in that the region of the other side was the inner region. 容器の上部から内部に相対的に粒径の大きい多数の大粒径燃料球及び相対的に粒径の小さい多数の小粒径燃料球を投入して構成されるペブルベッド型の原子炉炉心において、
前記容器内を、径方向に互いに等面積になるように内側領域と外側領域とに区分したとき、前記外側領域及び前記内側領域にともに前記大粒径燃料及び前記小粒径燃料球を投入するとともに、前記内側領域よりも前記外側領域の燃料充填率を高めるため、前記内側領域における前記小粒径燃料球の個数密度が前記外側領域における前記小粒径燃料球の個数密度よりも小さくしたことを特徴とする原子炉炉心。
In a pebble bed type reactor core constructed by introducing a large number of large particle size fuel spheres with a relatively large particle size and a large number of small particle size fuel spheres with a relatively small particle size from the top to the inside of the vessel ,
When the inside of the container is divided into an inner region and an outer region so as to have an equal area in the radial direction, the large particle size fuel and the small particle size fuel sphere are put into both the outer region and the inner region. together, to increase the fuel filling rate of the outer region than the inner region, the number density of the small径燃fee spheres in the inner region is smaller than the number density of the small径燃fee spheres in the outer region Reactor core characterized by
容器の上部から内部にウラン・プルトニウム混合酸化物を核燃料物質とする多数の混合酸化物燃料球及びウラン酸化物を核燃料物質とする多数のウラン燃料球を投入して構成されるペブルベッド型の原子炉炉心において、
前記容器内を、径方向に互いに等面積になるように内側領域と外側領域とに区分したとき、前記内側領域における前記混合酸化物燃料球の個数密度が前記外側領域における前記混合酸化物燃料球の個数密度よりも小さくなるように、前記混合酸化物燃料球及び前記ウラン燃料球を投入したことを特徴とする原子炉炉心。
A pebble bed type atom which is composed of a large number of mixed oxide fuel spheres with uranium / plutonium mixed oxide as nuclear fuel material and a large number of uranium fuel balls with uranium oxide as nuclear fuel material. In the reactor core,
When the inside of the container is divided into an inner region and an outer region so as to have an equal area in the radial direction, the number density of the mixed oxide fuel spheres in the inner region is the mixed oxide fuel sphere in the outer region. The nuclear reactor core, wherein the mixed oxide fuel sphere and the uranium fuel sphere are introduced so as to be smaller than the number density of the reactor.
請求項23記載の原子炉炉心において、前記ウラン・プルトニウム混合酸化物に含まれるプルトニウムは、原子炉の使用済み燃料の再処理によって得られたものであることを特徴とする原子炉炉心。  24. The nuclear reactor core according to claim 23, wherein the plutonium contained in the uranium / plutonium mixed oxide is obtained by reprocessing spent fuel of the nuclear reactor. ペブルベッド型の原子炉炉心より排出された燃料球の燃焼度を検出し、その検出結果に応じて、前記燃料球を前記原子炉炉心へ再投入するときの径方向投入位置を振り分けることを特徴とする原子炉の運転方法。  The degree of burnup of the fuel balls discharged from the pebble bed type reactor core is detected, and according to the detection result, the radial injection position when the fuel balls are reintroduced into the reactor core is distributed. Reactor operation method. ペブルベッド型の原子炉炉心に投入される燃料球減速球との全体に占める前記減速球の混合比を複数の値に切り替え設定し、
前記減速球を原子炉炉心へ再投入するときの原子炉炉心の径方向投入位置を、前記減速球の混合比の設定値ごとに振り分けることを特徴とする原子炉の運転方法。
And switching setting the mixing ratio of the reduction sphere to the total of the fuel spheres are charged into the reactor core of the pebble bed and the deceleration sphere to multiple values,
A method of operating a nuclear reactor, comprising: allocating positions in a radial direction of the reactor core when the deceleration sphere is reintroduced into the reactor core for each set value of the mixing ratio of the deceleration spheres.
請求項26記載の原子炉の運転方法において、相対的に燃焼度が大きい前記燃料球の投入位置を径方向内側及び外側のうち一方側に振り分けるとともに、相対的に燃焼度が小さい前記燃料球の投入位置を径方向内側及び外側のうち他方側に振り分け、前記混合比の設定値が相対的に大きいときの前記減速球の投入位置を前記径方向一方側に振り分けるとともに、前記混合比の設定値が相対的に小さいときの前記減速球の投入位置を前記径方向他方側に振り分けることを特徴とする原子炉の運転方法。  27. The method of operating a nuclear reactor according to claim 26, wherein the charging position of the fuel sphere having a relatively high burnup is distributed to one of the radially inner side and the outer side and the fuel sphere having a relatively low burnup degree. The charging position is assigned to the other of the radially inner side and the outer side, and the setting position of the deceleration sphere when the setting value of the mixing ratio is relatively large is assigned to the one radial side, and the setting value of the mixing ratio A method of operating a nuclear reactor according to claim 1, wherein the charging position of the decelerating sphere is distributed to the other side in the radial direction when is relatively small. ペブルベッド型の原子炉炉心に投入される相対的に粒径の大きな大粒径燃料球及び相対的に粒径の小さい小粒径燃料球からなる燃料球全体に占める混合比を複数の値に切り替え設定し、
前記大粒径燃料球及び前記小粒径燃料球のうち少なくとも前記大粒径燃料球を原子炉炉心へ再投入するときの径方向投入位置を、前記小粒径燃料球の混合比の設定値ごとに振り分け、前記内側領域よりも前記外側領域の燃料充填率を高めることを特徴とする原子炉炉心の運転方法。
The mixing ratio in the entire fuel sphere composed of a large particle size fuel sphere and a relatively small particle size fuel sphere charged into the pebble bed reactor core is set to a plurality of values. Switch settings,
A setting value of a mixing ratio of the small particle size fuel spheres is a radial injection position when at least the large particle size fuel spheres are reintroduced into the reactor core among the large particle size fuel spheres and the small particle size fuel spheres. A method of operating a nuclear reactor core, characterized in that the fuel filling rate in the outer region is higher than that in the inner region .
ペブルベッド型の原子炉炉心に投入されるウラン・プルトニウム混合酸化物を核燃料物質とする混合酸化物燃料球及びウラン酸化物を核燃料物質とするウラン燃料球からなる燃料球全体に占める前記混合酸化物燃料球の混合比を複数の値に切り替え設定し、前記混合酸化物燃料球を原子炉炉心へ再投入するときの径方向投入位置を、前記混合酸化物燃料球の混合比の設定値ごとに振り分けることを特徴とする原子炉の運転方法。  The mixed oxide occupies the entire fuel sphere composed of a uranium fuel ball having a uranium / plutonium mixed oxide as a nuclear fuel material and a uranium fuel ball having a uranium oxide as a nuclear fuel material. The mixture ratio of the fuel spheres is switched to a plurality of values, and the radial injection position when the mixed oxide fuel spheres are reintroduced into the reactor core is set for each set value of the mixture ratio of the mixed oxide fuel spheres. Reactor operating method characterized by sorting.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1296939C (en) * 2005-08-26 2007-01-24 田嘉夫 Regular bed modular high temperature gas cooled reactor and its fuel sphere disposal method
JP2007183150A (en) * 2006-01-06 2007-07-19 Nuclear Fuel Ind Ltd Fuel production method and fuel for HTGR
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CN103137226B (en) * 2011-11-28 2015-06-17 清华大学 Reactor core fuel sphere position measurement device of pebble-bed-type high-temperature gas cooled reactor
CN102750996B (en) * 2012-06-29 2013-05-01 清华大学 Grouped pneumatic lifting system and method for pebble-bed reactor fuel elements
CN104751922B (en) * 2015-03-31 2017-07-28 北京三超核科学技术研究院有限公司 Underground nuclear power station
CN112735616B (en) * 2021-01-13 2025-09-05 西安热工研究院有限公司 A device and method for loading and unloading fuel balls of a high-temperature gas-cooled reactor
CN113436764B (en) * 2021-07-01 2022-09-23 四川核保锐翔科技有限责任公司 High-temperature gas cooled reactor fuel ball blocking detection and protection method
CN114898906B (en) * 2022-06-09 2023-05-16 华能核能技术研究院有限公司 Ball passing device and pebble bed high temperature stack with it
CN117133490B (en) * 2023-07-25 2024-05-07 华能核能技术研究院有限公司 Method and system for shortening establishment process of pebble-bed high-temperature air-cooled primary-loading core

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022145633A1 (en) * 2020-12-31 2022-07-07 서울대학교 산학협력단 Micro nuclear reactor
US12580088B2 (en) 2020-12-31 2026-03-17 Seoul National University R&Db Foundation Micro nuclear reactor having a heat pipe extending into a core comprising fuel particles mixed with moderator particles, where the particles can be gravity discharged from the core through a bottom outlet

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