本発明の実施形態は、高速炉炉心およびこれを有する高速炉に関する。

高速炉は、中性子エネルギーを減速させにくいナトリウム等の液体金属冷却材を使用することにより、高速中性子により核分裂を発生させる。このような高速炉は、核分裂性物質の増殖に適しているとともに、軽水炉の使用済燃料の再処理によって取り出されて、数十万年以上の半減期を持つ超ウラン元素(TRU)を効率的に燃焼させることができるという特徴がある。

一方で、中型あるいは大型(中大型)の高速炉においては、冷却材の密度低下やボイドの発生に伴う反応度(ボイド反応度)が、軽水炉と異なり正となる。このため、冷却材の密度低下やボイドの発生は、高速炉炉心の出力を上昇させる要因となり、万が一制御棒により原子炉の停止が行われなければ高速炉炉心損傷事故につながる可能性がある。

従来の高速炉炉心の燃料集合体の主要仕様の例を図19に示す。

図19に示すように、TRU燃料は内側炉心、外側炉心ともに中実の燃料となっている。また、Pu富化度は内側炉心が20重量%(wt%)、外側炉心で27wt%であり、内側炉心の方が低い。さらに、燃料装荷重量は、内側炉心と外側炉心で同一であることとなっている。

一般に、高速炉においては、高速炉炉心中心部領域よりも外側領域からの中性子漏洩が大きいために、外側領域では内側領域よりも出力が小さくなり、径方向の出力分布が歪む。そこで、高速炉炉心の径方向外側の外側炉心燃料のプルトニウム(Pu)富化度を内側炉心燃料のPu富化度よりも大きくすることにより、径方向の出力分布を平坦化している。

一方、ボイド反応度の要因として大きなものの一つは、ボイド発生による高速炉炉心からの中性子漏えい量の増大であり、負の反応度をもたらす。もう一つは、冷却材による中性子減速の低減に伴う中性子エネルギーの増大であり、正の反応度をもたらす。中大型炉では、前者の負の反応度要因による反応度の絶対値が小さくなるため、全体として正の反応度となる。また、中性子漏洩が小さい内側炉心では、単位冷却材体積当たりの反応度が外側炉心よりも大きくなる。

一方、中性子漏洩がない無限体系において、Pu富化度とボイド反応度の関係を検討した結果に基づくと、Pu富化度が低い燃料ほどボイド反応度が大きい。ウラン(U)では高エネルギー領域での閾値核分裂反応と、中速エネルギー領域での中性子捕獲反応が存在する。冷却材ボイドの発生に伴い中性子スペクトルが硬くなる、すなわち高エネルギー側にシフトすることで、前者の閾値核分裂反応が増大し、後者の中性子捕獲反応が低下する。この結果、Pu富化度が低い、すなわちUの割合が大きな燃料では、Uが、大きな正の反応度に寄与するため、Pu富化度が低い燃料ほどボイド反応度が大きいことになる。

以上により、内側炉心に、低いPu富化度の燃料を装荷することによって、内側炉心では単位冷却材体積当たりのボイド反応度が、外側炉心での単位冷却材体積当たりのボイド反応度よりも大きくなりやすい。

冷却材流量喪失などの事故においては、冷却材温度の上昇に伴ってボイド反応度が大きい内側炉心燃料にて大きな反応度が投入され、高速炉炉心損傷につながる可能性がある。そのため、従来から、冷却材の密度低下時やボイド発生時の反応度(以下、ボイド反応度とする)を低減する研究が行われてきた。

ボイド反応度の低減を目的とした研究を分類すると、高速炉炉心からの中性子漏えいの増大、高速炉炉心中性子エネルギーの低減(中性子スペクトルの軟化)がある。

前者の高速炉炉心からの中性子漏えいを増大させるためのアイデアとして、高速炉炉心高さの低減、高速炉炉心内のPu富化度分布の工夫(たとえば、高速炉炉心非均質化など)、中性子吸収体、構造材、冷却材の配置等による工夫などが挙げられる。

後者の高速炉炉心中性子エネルギーの低減のためのアイデアとしては、中性子減速材の高速炉炉心への装荷等がある。

特許第3054449号公報

従来のボイド反応度の低減方策では、以下のような問題点がある。

(1)高速炉炉心高さの低減 高速炉炉心高さを低減させるのみでボイド反応度をゼロ以下(ゼロまたは負)とするには、高速炉炉心高さを30cm程度以下とする必要がある。

高速炉炉心高さを100cm程度とする中大型炉においては、高速炉炉心高さを30cmと低くすれば、高速炉炉心の直径(高速炉炉心径)は、約80wt%増大し、経済性を損なうこととなる。そこで、多くの場合、他の方策と組み合わせて適用する必要がある。

(2)中性子減速材の高速炉炉心への装荷 中性子減速材の高速炉炉心への装荷は高速炉炉心の中性子スペクトルの軟化につながり、増殖比が低下する。また、中性子減速材を装荷した空間分は、燃料の装荷量が減少するか、あるいはその分だけ高速炉炉心体積の増大が必要となる。さらに、減速材の種類にも依存するが、照射特性の検証が必要となる。

(3)Pu富化度分布の工夫 Pu富化度分布の工夫に関し、特許文献1では、高速炉炉心高さを45cmに低減したうえで、軸方向中央部のPu富化度を軸方向上下部よりも大きくして、軸方向の中性子束勾配を増加させることにより、中性子漏洩量を増大させている。

すなわち、この公知例では、高速炉炉心高さ低減と、軸方向のPu富化度分布を組み合わせることによって、ボイド反応度の低減を図っている。しかしながら、高速炉炉心高さの低減により高速炉炉心径が増大し、原子炉容器の径方向サイズに影響することは、経済性へのインパクトが大きい。

そこで、本発明の実施形態は、高速炉において高速炉炉心高さ低減を必ずしも前提とすることなく、ボイド反応度を従来よりも低減可能とする高速炉炉心を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本実施形態は、プルトニウムと劣化ウランまたは回収ウランとの混合物を含んだ燃料を有し、液体金属を冷却材とする高速炉の高速炉炉心であって、互いに並列に配され鉛直方向に延びる複数の内側炉心燃料集合体要素を有する内側炉心燃料集合体と、前記内側炉心燃料集合体の径方向外側に設けられ、互いに並列に配され鉛直方向に延びる複数の外側炉心燃料集合体要素を有する外側炉心燃料集合体と、を備え、前記内側炉心燃料集合体要素内の前記燃料のプルトニウム富化度は前記外側炉心燃料集合体要素内の前記燃料のプルトニウム富化度よりも高く、内側炉心燃料集合体一体あたりの燃料装荷重量は外側炉心燃料集合体一体あたりの燃料装荷重量よりも小さい、ことを特徴とする。

また、本実施形態に係る高速炉は、プルトニウムと劣化ウランまたは回収ウランとの混合物を含んだ燃料を有する炉心と、前記炉心を収納し、冷却材である液体金属を保持する原子炉容器と、前記原子炉容器の上部を覆い、前記炉心の反応度を制御する制御棒を駆動する制御棒駆動機構を支持する遮へいプラグと、を備え、前記炉心は、互いに並列に配され鉛直方向に延びる複数の内側炉心燃料集合体要素を有する内側炉心燃料集合体と、前記内側炉心燃料集合体の径方向外側に設けられ、互いに並列に配され鉛直方向に延びる複数の外側炉心燃料集合体要素を有する外側炉心燃料集合体と、を具備し、前記内側炉心燃料集合体要素内の前記燃料のプルトニウム富化度は前記外側炉心燃料集合体要素内の前記燃料のプルトニウム富化度よりも高く、内側炉心燃料集合体一体あたりの燃料装荷重量は外側炉心燃料集合体一体あたりの燃料装荷重量よりも小さい、ことを特徴とする。

本発明の実施形態によれば、高速炉において、高速炉炉心高さ低減を必ずしも前提とすることなく、ボイド反応度を従来よりも低減可能な高速炉炉心を提供することができる。

第1の実施形態に係る高速炉の構成を示す立断面図である。

第1の実施形態に係る高速炉炉心の構成を示す水平断面図である。

第1の実施形態に係る高速炉炉心の内側炉心燃料集合体の構成を示す立断面図である。

第1の実施形態に係る高速炉炉心の内側炉心燃料集合体の構成を示す水平断面図である。

第1の実施形態に係る高速炉炉心の内側炉心燃料集合体の燃料要素の構成を示す水平断面図である。

第1の実施形態に係る高速炉炉心の外側炉心燃料集合体の構成を示す水平断面図である。

第1の実施形態に係る高速炉炉心の外側炉心燃料集合体の燃料要素の構成を示す水平断面図である。

第1の実施形態に係る高速炉炉心の燃料集合体の主要仕様を示す表である。

第1の実施形態に係る高速炉炉心のボイド反応度と出力ピーキング係数の比較を示す表である。

第1の実施形態に係る高速炉炉心の燃料集合体の変形例の場合の主要仕様を示す表である。

第2の実施形態に係る高速炉炉心の内側炉心燃料集合体の構成を示す水平断面図である。

第2の実施形態に係る高速炉炉心の内側炉心燃料集合体の燃料要素の構成を示す水平断面図である。

第2の実施形態に係る高速炉炉心の燃料集合体の主要仕様を示す表である。

第3の実施形態に係る高速炉炉心の燃料集合体の主要仕様を示す表である。

第4の実施形態に係る高速炉炉心の内側炉心燃料集合体の構成を示す水平断面図である。

第4の実施形態に係る高速炉炉心の内側炉心燃料集合体の燃料要素の構成を示す水平断面図である。

第4の実施形態に係る高速炉炉心の内側炉心燃料集合体の全空要素の構成を示す水平断面図である。

第4の実施形態に係る高速炉炉心の燃料集合体の主要仕様を示す表である。

従来の高速炉炉心の燃料集合体の主要仕様の例を示す表である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る高速炉炉心について説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には、共通の符号を付して、重複説明は省略する。

[第1の実施形態] 図1は、第1の実施形態に係る高速炉の構成を示す立断面図である。高速炉300は、高速炉炉心1、高速炉炉心1を支持する炉心支持板2、これらを収納しかつ原子炉冷却材を内部に保持する原子炉容器6、原子炉容器6の上部を覆う遮へいプラグ5を有する。ここで、原子炉冷却材は、液体金属でありたとえばナトリウム(Na)である。

高速炉炉心1の上方には、遮へいプラグ5を貫通して、遮へいプラグ5に支持された炉心上部機構4が、原子炉容器6内に向けて吊り下げられている。炉心上部機構4は、制御棒集合体11(図2)を駆動する制御棒駆動機構13や、図示しない高速炉炉心計装等を有する。

原子炉容器6内の高速炉炉心1の下方にコアキャッチャ3が設けられている。また、原子炉容器6には、原子炉冷却材を原子炉容器6に送り込む冷却材入口配管8と、原子炉冷却材を原子炉容器6から送り出す冷却材出口配管9とが接続されている。

冷却材入口配管8から原子炉容器6内に流入した原子炉冷却材は、コアキャッチャ3が設けられている下部プレナム8aに流入する。下部プレナム8aに流入した原子炉冷却材は、上方に方向転換した後に、炉心支持板2から高速炉炉心1に流入し、高速炉炉心1を通過後に、上部プレナム9aに流入する。上部プレナム9aに流入した原子炉冷却材は、冷却材出口配管9を通って、外部との熱交換のために原子炉容器6から流出する。

図2は、高速炉の高速炉炉心の構成を示す水平断面図である。高速炉炉心1には、炉心燃料集合体100、制御棒集合体11、および遮へい体12が設けられている。炉心燃料集合体100は、鉛直方向に延びて互いに並列に配された複数の内側炉心燃料集合体110と、内側炉心燃料集合体110の径方向外側に内側炉心燃料集合体110と並列に配された複数の外側炉心燃料集合体120とを含む。

制御棒集合体11は、炉心燃料集合体100が配列されている領域に互いに間をおいて点在するように配置されている。遮へい体12は、外側炉心燃料集合体120の径方向外側に配されている。

なお、高速炉で増殖炉の場合は、通常、外側炉心燃料集合体120が配されている領域の外側には、径方向ブランケット燃料が配される。本実施形態は、超ウラン元素(TRU)を燃焼させる目的の高速炉炉心の場合を示している。したがって、本実施形態における高速炉炉心1にはブランケット燃料は設けられていない。

図3は、内側炉心燃料集合体の構成を示す立断面図である。また、図4は、水平断面図である。内側炉心燃料集合体110は、鉛直方向に延びて互いに並列に配された複数の内側炉心燃料集合体要素(燃料要素)210を有する。燃料要素210は、三角配列で、全体として六角形の断面を形成する。

また、内側炉心燃料集合体110は、燃料要素210の径方向外側を覆う六角筒状のラッパ管101、ラッパ管101の下部に接続するエントランスノズル102、およびラッパ管101の上部に接続するハンドリングヘッド103を有する。ハンドリングヘッド103は、中央に原子炉冷却材の流出用の冷却材流出口103aが形成されており、また、図示しない燃料取扱装置による取り扱いが可能な形状に形成されている。

燃料要素210は、支持板105に支持されている。エントランスノズル102には、冷却材流入口102aが形成されている。また、エントランスノズル102の内側で支持板105の下側には、エントランスノズル102に支持された遮へい体104が設けられている。

ラッパ管101内の燃料要素210間の間隙は、原子炉冷却材の流路となっている。原子炉冷却材は、エントランスノズル102の冷却材流入口102aから流入し、各燃料要素210の外側の流路を、各燃料要素210を冷却しながら上昇する。温度上昇して燃料要素210から流出した原子炉冷却材は、ハンドリングヘッド103の冷却材流出口103aから内側炉心燃料集合体110の外部に流出する。

図5は、内側炉心燃料集合体の燃料要素の構成を示す水平断面図である。燃料要素210は、被覆管201およびTRU燃料211を有する。TRU燃料211は、被覆管201内に収納されており、棒状またはペレット状である。棒状またはペレット状のTRU燃料211は、中空棒または中空ペレット(すなわち中空燃料wt%)である。

TRU燃料211は、プルトニウムと、劣化ウランまたは回収ウランとの混合物を含む。プルトニウムは、核燃料リサイクルプロセスにおいて、Pu、ネプツニウム(Np)、アメリシウム(Am)およびキュリウム(Cm)の一部または全部の元素を混合した状態で混合TRUを主成分として回収される。また、ウランは、プルトニウム等と分離されない状態で回収されてもよいし、別に回収された物を混合してもよい。

TRU燃料211の形態としては、たとえば、これらとともに、実質的に残部である母材を有する金属形態の金属燃料である。母材としては、たとえばジルコニウム(Zr)を用いている。

図6は、外側炉心燃料集合体の構成を示す水平断面図である。外側炉心燃料集合体120は、内側炉心燃料集合体110と同様の構成であり、三角配列された外側炉心燃料集合体要素(燃料要素)220を有する。また、内側炉心燃料集合体110と同様に六角筒状のラッパ管101、エントランスノズル102(図3)、およびハンドリングヘッド103(図3)を有する。

図7は、第1の実施形態に係る高速炉炉心の外側炉心燃料集合体の燃料要素の構成を示す水平断面図である。燃料要素220は、被覆管201およびTRU燃料221を有する。TRU燃料221は、被覆管201内に収納されており、中実の棒状またはペレット状である。

図8は、第1の実施形態に係る高速炉炉心の燃料集合体の主要仕様を示す表である。内側炉心燃料集合体110と外側炉心燃料集合体120を対比させている。以下、それぞれの主要仕様を説明する。なお、原子炉出力は、700MWtである。

まず、内側炉心燃料集合体110については、被覆管外径および内径はそれぞれ6.5mmおよび5.56mm、燃料組成はTRU−U−Zr、TRU燃料の外径は4.8mm、内径すなわち孔径は3.4mm、燃料実効密度は11.8g/cc、集合体当たりの燃料数は169本、Pu富化度は41wt%、集合体1体あたりの燃料装荷重量の相対値は外側炉心燃料集合体120の1に対してその1/2の0.5である。

次に、外側炉心燃料集合体120については、被覆管外径および内径は内側炉心燃料集合体110に同じ、燃料組成も内側炉心燃料集合体110に同じ、TRU燃料の外径も同様に4.8mm、孔は無く、燃料実効密度および集合体当たりの燃料数も内側炉心燃料集合体110に同じ、Pu富化度は25wt%、集合体1体あたりの燃料装荷重量の相対値は1である。

このように、Pu富化度は、外側炉心燃料集合体120が装荷されている外側炉心よりも、内側炉心燃料集合体110が装荷されている内側炉心において高く設定されている。

一方、内側炉心の燃料要素210のTRU燃料211は外形4.8mmで内径3.4mmの中空であり、外形4.8mmで中実の外側炉心の燃料要素220のTRU燃料221よりも、集合体水平断面における単位軸方向長さ当たり燃料装荷重量、あるいは燃料集合体一体あたりの燃料装荷重量が低くなっている。

図9は、第1の実施形態に係る高速炉炉心のボイド反応度と出力ピーキング係数の比較を示す表である。以上のように構成した高速炉の高速炉炉心1の性能と、図19に示した主要仕様を有する従来の高速炉炉心の性能を比較している。

図19に示した主要仕様を有する従来の高速炉炉心では、ボイド反応度は、内側炉心が1.65、外側炉心が0.00、合計1.65である。また、出力ピーキング係数は、高速炉炉心全体で1.60である。一方、本実施形態による高速炉炉心1では、ボイド反応度は、内側炉心が0.92、外側炉心が−0.10、合計0.82である。また、出力ピーキング係数は、高速炉炉心全体で1.72である。ただし、表記を省略しているボイド係数の数値は、全領域ボイド化時の投入反応度(単位は$)である。

すなわち、低減を目的としているボイド反応度は、内側炉心で1.65から0.92に大幅に減少し、また、外側炉心では、0.0から−0.10と負に転じている。この結果、高速炉炉心1の全体では、1.65が0.82と半減している。このように、本実施形態によって大幅に低下している。

一方、出力ピーキング係数は、高速炉炉心1の全体で、1.60から1.72に増加している。出力ピーキング係数は、出来る限り増加幅を小さくすることが好ましい。このため、出力ピーキング係数の増加を抑えるには、高速炉炉心1の径を3ないし4wt%程度増大させる、あるいは、多少、ボイド反応度係数の低減効果は減少するが高速炉炉心1の高さを増加させる、などにより平均出力密度を低減することによりピーク出力密度を抑えるという方法をとることができる。

このように、内側炉心のPu富化度を従来の高速炉炉心よりも高くし、相対的にウラン238の割合を低減させることにより、ボイド係数をマイナス側にし、あるいはマイナス側に近づけている。また、燃料装荷重量を低減することにより、内側炉心の核分裂性物質の量の増大を抑制し、内側炉心と外側炉心の出力分布のバランスを確保することにより、出力ピーキング係数の増大を低く抑えている。すなわち、出力ピーキング係数、炉心の大きさ等に大きな影響を生ずることなく、ボイド係数の低減を図ることができる。

なお、本実施形態ではブランケットを削除してTRU燃焼を目的とする高速炉炉心の場合を示している。これを従来のブランケット無の従来高速炉炉心と比較すると、TRU燃焼量は、従来高速炉炉心では約30kg/サイクル、本実施形態では約50kg/サイクルとなり、約70wt%増加している。これはPu富化度を増大させることで、ウランを減少させてウランからのPu生成を抑制しているためである。よって、本実施形態によれば、TRUの焼効率の増大も図ることができる。

以上、本実施形態では、内側炉心燃料集合体110の燃料要素210のTRU燃料211が中空ペレットまたは中空棒(すなわち中空燃料)であり、外側炉心燃料集合体120の燃料要素220のTRU燃料221が中実ペレットまたは中実棒(すなわち中実燃料)である場合を示したが、いずれも中空ペレットまたは中空棒(中空燃料)の場合でも、両者の関係が成立していればよい。

図10は、変形例の場合の主要仕様を示す表である。図10の表では、内側炉心燃料集合体110の燃料要素210のTRU燃料211では外径が4.8mm、内径が3.6mmの中空ペレットまたは中空棒(中空燃料)であり、外側炉心燃料集合体120の燃料要素220のTRU燃料221では外径が4.8mm、内径が1.75mmの中空ペレットまたは中空棒(中空燃料)である場合を示している。

この場合、内側炉心燃料集合体110の燃料要素210のTRU燃料211の重量は、外側炉心燃料集合体120の燃料要素220のTRU燃料221の重量の1/2である。 すなわち、図8で示した第1の実施形態と同様の条件となっていることから、この変形例についても、図9に示すボイド反応度と出力ピーキング係数となる。

以上のように、本実施形態およびその変形例によれば、高速炉炉心高さの低減に頼ることなく、ボイド反応度を従来よりも低減することが可能である。

[第2の実施形態] 図11は、第2の実施形態に係る高速炉炉心の内側炉心燃料集合体の構成を示す水平断面図である。本実施形態は第1の実施形態の変形である。本第2の実施形態に係る内側炉心燃料集合体130は、内側炉心燃料集合体要素(燃料要素)230を有する。外側炉心燃料集合体120は、第1の実施形態と同一である。

図12は、内側炉心燃料集合体の燃料要素の構成を示す水平断面図である。燃料要素230は、被覆管201内に、顆粒状のTRU燃料が充填されている。

図13は、第2の実施形態に係る高速炉炉心の燃料集合体の主要仕様を示す表である。内側炉心燃料集合体130の燃料要素230のTRU燃料が第1の実施形態の場合には中空である代わりに、実効密度が5.9g/ccの顆粒状態である点のみが異なる。

外側炉心燃料集合体120(図6)の燃料要素220のTRU燃料221の実効密度は11.8g/ccであるので、内側炉心燃料集合体130の燃料要素230のTRU燃料231の実効密度は、この1/2である。この結果、集合体1体あたりの燃料装荷重量も1/2となり、第1の実施形態と同様である。内側炉心燃料集合体130の燃料要素230内のTRU燃料231、外側炉心燃料集合体120(図6)の燃料要素220内のTRU燃料221(図7)のそれぞれのPu富化度は第1の実施形態と同じである。

したがって、第1の実施形態と同じ高速炉炉心特性となり、同じボイド反応度および出力ピ−キング係数が得られる。

[第3の実施形態] 図14は、第3の実施形態に係る高速炉炉心の燃料集合体の主要仕様を示す表である。本実施形態は、第1の実施形態の変形である。本実施形態では、外側炉心燃料集合体120は、第1の実施形態と同一であるが、内側炉心燃料集合体の燃料要素が異なる。具体的には、集合体当たりの燃料本数は169本で、第1の実施形態と同様であるが、被覆管およびTRU燃料の寸法が異なる。

内側炉心燃料集合体の燃料要素の被覆管外径および内径は、それぞれ4.6mmおよび3.9mmであり、外側炉心燃料集合体の燃料要素の被覆管の外径6.5mmおよび内径5.56mmに対して約30wt%減少した細径である。また、同様に、TRU燃料の外径も、外側炉心燃料集合体の燃料要素内の4.8mmに対して、内側炉心燃料集合体の燃料要素内は約30wt%減少した3.4mmである。

内側炉心燃料集合体の燃料要素内のTRU燃料、外側炉心燃料集合体の燃料要素内のTRU燃料のそれぞれのPu富化度は第1の実施形態と同じである。

この結果、燃料集合体1体位あたりの燃料装荷重量は、第1の実施形態と同様に、内側炉心燃料集合体は外側炉心燃料集合体の1/2である。したがって、第1の実施形態と同様の高速炉炉心特性が得られる。

[第4の実施形態] 図15は、第4の実施形態に係る高速炉炉心の内側炉心燃料集合体の構成を示す水平断面図である。本実施形態は、第1の実施形態の変形である。本第4の実施形態においては、外側炉心燃料集合体120は、第1の実施形態と同一である。内側炉心燃料集合体140は、第1の実施形態における内側炉心燃料集合体110と同数の内側炉心燃料集合体要素(燃料要素)を有する。内側炉心燃料集合体140は、燃料要素として、複数の燃料要素240および複数の全空要素250を有する。複数の燃料要素240および複数の全空要素250は、ほぼ、交互に径方向に層状に配列されている。

図16は、燃料要素240の構成を示す水平断面図である。被覆管201の内部には、中実のTRU燃料241が収納されている。また、図17は、全空要素250の構成を示す水平断面図である。被覆管201の内部にはTRU燃料はなく、空間となっている。

図18は、燃料集合体の主要仕様を示す表である。内側炉心燃料集合体140の燃料要素240は169本、全空要素250は162本である。燃料要素240および全空要素250ともに、被覆管外径が4.6mm、被覆管内径が3.9mmであり、外側炉心燃料集合体120の燃料要素の6.5mmおよび5.56mmに比べて細径である。同様に、内側炉心燃料集合体140の燃料要素240内のTRU燃料241の外径は3.4mmであり、外側炉心燃料集合体120(図6)の燃料要素220内のTRU燃料221の4.8mm比べ細径である。

内側炉心燃料集合体140の燃料要素240内のTRU燃料241、外側炉心燃料集合体の燃料要素内のTRU燃料のそれぞれのPu富化度は第1の実施形態と同じである。

この結果、Pu富化度と燃料装荷重量の相対値は第1の実施形態と同様であり、第1の実施形態と同様の高速炉炉心特性が得られる。

[その他の実施形態] 以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。

たとえば、実施形態では、金属燃料の場合を示しているが、これには限定されない。燃料要素が酸化物燃料や窒化物燃料であってもほぼ同様な効果が得られる。また、PuやU以外のNp、Am、Cmなどの含有量にかかわらず、ほぼ同様な効果が得られる。

さらに、実施形態では、ブランケットが削除され、TRU燃焼を主目的とする高速炉の高速炉炉心の場合を示しているが、ブランケット燃料を設けた燃料増殖型高速炉炉心に適用する場合でも、ほぼ同様な効果が得られる。

また、各実施形態の特徴を組み合わせてもよい。さらに、これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。

これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

1…高速炉炉心、2…炉心支持板、3…コアキャッチャ、4…炉心上部機構、5…遮へいプラグ、6…原子炉容器、8…冷却材入口配管、8a…下部プレナム、9…冷却材出口配管、9a…上部プレナム、11…制御棒集合体、12…遮へい体、13…制御棒駆動機構、100…炉心燃料集合体、101…ラッパ管、102…エントランスノズル、102a…冷却材流入口、103…ハンドリングヘッド、103a…冷却材流出口、104…遮へい体、105…支持板、110、130、140…内側炉心燃料集合体、120…外側炉心燃料集合体、200、210、220、230、240…燃料要素、201…被覆管、250…全空要素、211、221、231、241…TRU燃料、300…高速炉