【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は熱中性子炉内で高転換炉用の燃料に高い中性子エネルギースペクトルを有する中性子を照射する技術に係わる。

【０００２】

【従来の技術】従来、先行照射のために、同じ型の既存プラントに照射用燃料を入れることがあった。 例えば、
軽水炉では、高性能燃料の開発，実用化を継続的に、進めてきているが、この高性能燃料を実証するために、少数体の照射燃料を一世代前の同種軽水炉の既存プラントに装荷してきた。

【０００３】このプラントでは、中性子のエネルギースペクトルは高性能燃料とほぼ同一なので、その燃焼特性は高性能燃料の本格的装荷炉心と同様であり、十分、実証性があった。

【０００４】しかし、図４に示すように中性子エネルギースペクトルが、より高エネルギー側にシフトしている高転換軽水炉の場合は、照射燃料をそのまま、既存軽水炉に入れた場合、回りの従来型燃料からの中性子エネルギースペクトルの影響を受けるため、照射燃料は本格利用時と異なる燃焼特性となってしまい、実証にはならない。

【０００５】実証を確実に行うには、熱中性子炉の中性子エネルギースペクトルよりも、固い（エネルギーが高い中性子の割合が多くなる）エネルギースペクトルとなる高転換軽水炉用のスペクトル条件を実現する必要がある。

【０００６】その必要性を満たすには、高転換軽水炉用燃料を照射実証するために、専用の試験炉等を新たにつくり、そこで、照射する以外、方法はなかった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の第１目的は、
軽水炉，重水炉等の熱中性子炉で、高転換軽水炉用燃料の照射を模擬できる燃料体を提供することにあり、同じく第２目的は、熱中性子炉で高転換軽水炉用燃料の照射を行う方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の第１目的を達成するための第１手段は、熱中性子炉の燃料集合体の中央部分に被照射燃料の燃料ピンが装備され、前記中央部分を囲む前記燃料集合体の燃料を前記熱中性子炉の燃料集合体が発生する中性子エネルギースペクトルよりも高い中性子エネルギースペクトルを発生するドライバー燃料が装備されている高転換炉用照射燃料体であり、その高転換炉用照射燃料体を熱中性子炉内で燃焼させると、熱中性子炉通常の燃料から発生する中性子エネルギースペクトルよりも高い中性子エネルギースペクトルをドライバー燃料が発生し、その高い中性子エネルギースペクトルの中性子が被照射燃料に照射され、熱中性子炉でありながら、高い中性子エネルギースペクトルの被照射燃料への中性子照射が達成できる作用が得られる。

【０００９】同じく第２手段は、第１手段において、熱中性子炉の燃料集合体を構成する複数の燃料要素のうち、前記複数の燃料集合体の内、内側の燃料要素を削除し、その削除した領域に、被照射燃料の燃料ピンを装荷し、前記複数の燃料集合体の内、残った外側のドライバー燃料の燃料要素の燃料濃縮度を、前記熱中性子炉の燃料要素の燃料濃縮度より高くしてあることを特徴とする高転換炉用照射燃料体であり、ドライバー燃料の燃料要素の燃料濃縮度を被照射燃料を含まない燃料集合体のドライバー燃料の燃料濃縮度よりも高く調整して被照射燃料の周囲で高速中性子の発生割合を高めて第１手段の作用を達成することが出来る。

【００１０】同じく第３手段は、第１手段において、ドライバー燃料としてプルトニュウムミキシングオキサイト燃料を有することを特徴とする高転換炉用照射燃料体であり、ドライバー燃料の周囲でプルトニュウム富化度を高めることが出来て高プルトニュウム富化度のドライバー燃料で生じた高中性子エネルギースペクトルの中性子を被照射燃料に照射することにより、第１手段の作用が得られる。

【００１１】同じく第４手段は、第１手段から第３手段までのいずれか一手段において、熱中性子炉は、重水減速沸騰軽水冷却の圧力管型原子炉であることを特徴とする高転換炉用照射燃料体であり、重水減速沸騰軽水冷却の圧力管型原子炉内で、第１手段から第３手段までのいずれか一手段による作用を得られる上、その圧力管型原子炉は圧力管一本に付き一体の燃料集合体が収納されている構成を有すから、一部の燃料集合体を高転換炉用照射燃料体に置き換えやすく、商用炉と違って照射試験をし易いという作用効果も得られる。

【００１２】本発明の第２目的を達成するための第５手段は、熱中性子炉内で、被照射燃料に対して中性子を照射する方法において、前記熱中性子炉の一部の燃料集合体の中央部分に被照射燃料として高転換炉用の燃料を置き、前記一部の燃料集合体の内で、前記高転換炉用の燃料を囲むドライバー燃料として他部の前記燃料集合体が発生する中性子エネルギースペクトルよりも高い中性子エネルギースペクトルを発生する燃料を置き、しかる後に、熱中性子炉を運転して前記熱中性子炉内で、前記高転換炉用の燃料に対して前記高い中性子エネルギースペクトルを有する中性子を照射することを特徴とする高転換炉用燃料の中性子照射方法であり、熱中性子炉を用いて熱中性子よりも高い中性子エネルギースペクトルを高転換炉用の燃料に照射する作用が得られる。

【００１３】同じく第６手段は、熱中性子炉の一部の燃料集合体をその周囲の燃料集合体よりも中性子エネルギースペクトルを高くし、前記一部の燃料集合体内に高転換炉用の被照射燃料を置いて前記被照射燃料に前記中性子エネルギースペクトルの高い中性子を照射する高転換炉用燃料の中性子照射方法であり、熱中性子炉を用いて熱中性子よりも高い中性子エネルギースペクトルを高転換炉用の燃料に照射する作用が得られる。

【００１４】同じく第７手段は、第５手段又は第６手段において、熱中性子炉として重水減速沸騰軽水冷却の圧力管型原子炉を用いることを特徴とする高転換炉用燃料の中性子照射方法であり、第５手段又は第６手段による作用に加えて、圧力管型原子炉は圧力管一本に付き一体の燃料集合体が収納されている構成を有すから、一部の燃料集合体を高転換炉用照射燃料体に置き換えやすく、
商用炉と違って照射試験をし易いという作用効果も得られる。

【００１５】

【発明の実施の形態】図２に示すように中性子の減速材として重水を用い、冷却に軽水を用いる、重水減速沸騰軽水冷却の圧力管型原子炉の一本の圧力管３内に高転換軽水炉模擬の稠密燃料２を装荷した場合、中性子は自らの燃料による核分裂のみであれば、固い中性子スペクトルとなることから、高転換軽水炉用照射燃料を熱中性子炉に装荷する上での課題は照射燃料を取り囲む通常燃料１からくる、エネルギーの低い中性子割合が多い中性子の影響をいかに低減するかにかかってくる。

【００１６】回りからくる中性子が柔らかいのは、核分裂で発生した高エネルギーの中性子が、重水炉の場合は重水４によって、中性子が熱エネルギー領域まで減速されることによる。

【００１７】そこで、この熱中性子が照射燃料領域に到達する前に、高速中性子に変換することとし、この手段として、高転換軽水炉模擬の稠密燃料ピン５の周囲に高濃縮度のウラン燃料、もしくは、高富化のＭＯＸ（プルトニュウムミキシングオキサイト）燃料ピンをドライバー燃料６として配置することとした。

【００１８】このようなことによれば、熱中性子炉の従来燃料で発生した高速中性子は、軽水、もしくは、重水炉の場合は重水によって減速され、熱中性子となり、照射用燃料集合体のドライバー燃料部に到達する。 ドライバー燃料ピンは高濃縮度のウラン燃料、もしくは、高富化のＭＯＸ燃料ピンで構成されることから、前記の熱中性子は一部は吸収され、一部は核分裂を引き起こし高速中性子を発生する。 従って、照射燃料ピンに到達する中性子は、熱中性子割合が少ないスペクトルが固いものとなる。

【００１９】一般的には、ドライバー燃料のウラン濃縮度、もしくは、ＭＯＸ燃料のＰｕ（プルトニュウム）富化度が高い方が中性子スペクトルが固くなることから、
ウラン濃縮度、もしくは、ＭＯＸ燃料のＰｕ富化度を調整することにより、照射燃料ピンでのスペクトルを、目標とする高転換軽水炉のスペクトルに合値させることが出来る。

【００２０】本発明の実施例をより具体的に以下に説明する。

【００２１】対象プラントは重水減速沸騰軽水冷却の圧力管型原子炉とする。 このプラントでは、一体の燃料集合体が一本の圧力管内に装荷され、その様な圧力管が複数本備わっている。

【００２２】図３に示す多数の稠密燃料ピン２からなる高転換軽水炉用燃料を模擬した燃料ピン５を図１に示す被照射燃料体である燃料集合体の中央部の収納管７に配置し、その回りに同心円上の２層からなる３６ピンのドライバー燃料６を配置する。 高転換模擬燃料ピンの核分裂性Ｐｕ富化度は約１０ｗｔ％であり、母材のウラン濃縮度は約０.２ｗｔ％ である。

【００２３】図５にドライバー燃料の平均Ｐｕ富化度と高転換燃料ピン部の各エネルギー群の中性子束比の関係を示す。 ドライバー燃料の母材は劣化ウランとする。 なお、Φ１，Φ２，Φ３は各エネルギー群を示し、Φ３は熱群で、０.６２５ｅＶ 以下、Φ２は中速群で０.６２
５ｅＶ〜５.５ｋｅＶ、Φ１は５.５ｋｅＶ 以上の中性子を示す。

【００２４】図５より、Ｐｕ富化度が大きくなるほど、
熱中性子に対する中速及び高速中性子の割合が大きくなるのが分かる。 高転換軽水炉の各エネルギー群の割合は図４より、Φ１／Φ３の比で約５０、Φ２／Φ３の比で約１０程度であり、この値に合値するドライバー燃料の平均Ｐｕ富化度は約５ｗｔ％Ｐｕｆである。 これは、ベース炉心を１２ヶ月運転とした時の予想Ｐｕ富化度約４
ｗｔ％より、若干高い程度である。

【００２５】本燃料を一体炉心に装荷し、燃焼させた時の平均転換比（取り出し時（Ｐｕｆ＋Ｕ−２３５）／装荷時（Ｐｕｆ＋Ｕ−２３５））を図６に示す。 図６より、燃焼度５０ＧＷｄ／ｔでも０.９ であり、Ｕ−２３
８からＰｕへの転換が効率よく為されている。 なお、高転換軽水炉では、燃料集合体の上下にブランケット燃料を設けるのが普通であり、ブランケット燃料を模擬して、ドライバー燃料として、劣化ウラン(Ｕ−２３５濃縮度＝０.２ｗｔ％）を用いた場合の平均転換比を図６
に合わせて示す。

【００２６】図５から、軸方向も実際の高転換軽水炉燃料を模擬（（上部ブランケット燃料長：メイン燃料長：
下部ブランケット燃料長＝約１：約２：約１）することにより、照射用燃料でも平均転換比１.０ 以上を実現することは可能である。

【００２７】本実施例の結果、高濃縮度、あるいは、高Ｐｕ富化度の燃料をドライバー燃料として、照射用高転換燃料ピンの回りに配置した燃料集合体を用いることにより、熱中性子炉であっても、高転換燃料ピン位置の中性子エネルギースペクトルを高転換軽水炉と同一とすることが可能となる。

【００２８】本燃料集合体を熱中性子炉に一体、もしくは数体装荷することにより、高転換軽水炉への本格装荷する以前に高転換燃料の燃焼特性の実測データが得られ、このデータを用いることにより高転換炉の燃料の健全性，燃料経済性向上に資することが可能となる。

【００２９】特に、熱中性子炉として重水減速沸騰軽水冷却型の圧力管型原子炉を用いると、圧力管一本に付き一体の燃料集合体が装荷されている構成を有するから、
全数の燃料集合体の内の一部の燃料集合体を高転換炉用の被照射燃料体に置き換えることが容易となる。

【００３０】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、熱中性子炉内の炉心の一部分で高転換炉の炉心状況を模擬出来る燃料体を提供できる。

【００３１】請求項２の発明によれば、請求項１の発明の効果を被照射燃料を含む燃料集合体のドライバー燃料の燃料濃縮度を他の燃料集合体のそれよりも高く調整することにより達成することが出来る。

【００３２】請求項３の発明によれば、請求項１の発明の効果を被照射燃料を含む燃料集合体のドライバー燃料のプルトニュウム富化度を他の燃料集合体のそれよりも高める調整により達成することが出来る。

【００３３】請求項４の発明によれば、請求項１から請求項３までのいずれか一項の発明による効果に加えて、
照射試験をし易いという効果が得られる。

【００３４】請求項５の発明によれば、熱中性子炉内で熱中性子よりも高い中性子エネルギースペクトルを高転換炉用の燃料に照射出来る効果が得られる。

【００３５】請求項６の発明によっても、熱中性子炉内で熱中性子よりも高い中性子エネルギースペクトルを高転換炉用の燃料に照射出来る効果が得られる。

【００３６】請求項７の発明によれば、請求項５又は請求項６の発明による効果に加えて、照射試験をし易いという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による高転換炉用照射燃料集合体の燃料ピンの平面配置を示した図である。

【図２】従来での照射燃料装荷炉心の概念を示す図である。

【図３】高転換炉用燃料集合体の１例を示す図である。

【図４】各炉型の中性子エネルギースペクトルを比較したグラフ図である。

【図５】ドライバー燃料のＰｕ富化度と照射燃料位置の中性子エネルギースペクトルとの関係を示すグラフ図である。

【図６】本発明の実施例の高転換炉用照射燃料集合体の転換比を示すグラフ図である。

【符号の説明】

１…通常燃料、２…稠密燃料、３…圧力管、４…重水、
５…稠密燃料ピン、６…ドライバー燃料、７…収納管。