JP7495871B2 - 高速炉及び高速炉の制御棒操作方法 - Google Patents

Description

本発明は、本発明は、高速炉及び高速炉の制御棒操作方法に係り、高速炉における負荷追従運転を実現するのに好適な高速炉及び高速炉の制御棒操作方法に関する。

高速炉である高速増殖炉が特公平６－５６４２６号公報に記載されている。その高速増殖炉は、冷却材である液体ナトリウムを充填した原子炉容器、及び原子炉容器内に配置され、複数の燃料集合体が装荷された炉心を有している。燃料集合体は、プルトニウム及び劣化ウランを含む核燃料物質を封入した複数の燃料棒を横断面が正六角形のラッパ管内に配置している。液体ナトリウムが流入する開口が形成されたエントランスノズルが、ラッパ管の下端部に設けられる。このラッパ管が原子炉容器内に設置された炉心支持板に挿入されることにより、燃料集合体が炉心支持板によって支持される。液体ナトリウムを燃料集合体から流出させる冷却材流出部が、ラッパ管の上端部に形成される。

高速増殖炉の炉心は、内側炉心領域及びこの内側炉心領域を取り囲む外側炉心領域を有する炉心燃料領域、炉心燃料領域を取り囲むブランケット燃料領域及びブランケット領域を取り囲む遮へい体領域を有する。標準的な均質炉心の場合、外側炉心領域に装荷される燃料集合体のＰｕ富化度は、内側炉心領域に装荷される燃料集合体のＰｕ富化度よりも高くなっている。この結果、炉心の半径方向における出力分布が平坦化される。

回転プラグが、炉心を覆って回転可能に、原子炉容器の上端部に取り付けられる。横断面が正六角形の、複数の下部制御棒案内管が炉心内の燃料集合体の相互間に配置され、各下部制御棒案内管の下端が炉心支持板に支持される。横断面が正六角形の、複数の上部制御棒案内管が各下部制御棒案内管の真上で炉心よりも上方に配置され、各上部制御棒案内管の上端部は回転プラグに取り付けられる。複数の制御棒駆動機構が、各上部制御棒案内管の上端に配置され、回転プラグに設置される。

その高速増殖炉では、制御棒として、主炉停止系制御棒（調整棒）及び後備炉停止系制御棒（安全棒）の独立した２系統の制御棒が用いられる。主炉停止系制御棒は、核燃料物質の燃焼に伴う反応度の変化、及び出力分布の調整に用いられる。後備炉停止系制御棒は、主炉停止系制御棒が万一故障した場合のバックアップのために設置されている。高速増殖炉は、主炉停止系制御棒及び後備炉停止系制御棒のいずれか一方により緊急停止が可能である。主炉停止系制御棒及び後備炉停止系制御棒の各制御棒は、炭化ホウ素（Ｂ_４Ｃ）のペレットをステンレス製の被覆管に封入した複数の中性子吸収棒を有し、これらの中性子吸収棒を、クラスター状に束ねて、円筒形状の保護管に収納して構成される。

主炉停止系制御棒は、一部の下部制御棒案内管内に配置され、制御棒駆動機構に連結されて上部制御棒案内管及び下部制御棒案内管内を下方に向かって伸びている駆動延長軸の下端部に連結される。後備炉停止系制御棒は、残りの下部制御棒案内管内に配置され、制御棒駆動機構に連結されて上部制御棒案内管及び下部制御棒案内管内を下方に向かって伸びている他の駆動延長軸の下端部に連結される。主炉停止系制御棒及び後備炉停止系制御棒は、制御棒駆動機構によって、上部制御棒案内管及び下部制御棒案内管内において炉心の軸方向に移動される。

Ｐｕ及び劣化ウランのそれぞれの酸化物を混合した混合酸化物燃料（ＭＯＸ燃料）のペレットが、燃料棒内で軸方向の中央部に充填される。さらに、燃料棒内には、劣化ウランで作られた複数の二酸化ウランペレットを充填した軸方向ブランケット領域が、ＭＯＸ燃料の充填領域の上方及び下方にそれぞれ配置されている。内側炉心領域に装荷される内側炉心燃料集合体及び外側炉心領域に装荷される外側炉心燃料集合体は、そのように、ＭＯＸ燃料の複数のペレットを充填した複数の燃料棒を有する。

炉心燃料領域を取り囲むブランケット燃料領域には、劣化ウランで作られた複数のペレットを充填した複数の燃料棒を有するブランケット燃料集合体が装荷される。ブランケット燃料集合体の燃料棒には、プルトニウムが含まれていない。炉心燃料領域に装荷された燃料集合体内で生じる核***反応で発生した中性子のうち、炉心燃料領域から漏れた中性子が、ブランケット燃料領域に装荷されたブランケット燃料集合体の各燃料棒内のＵ－２３８に吸収される。この結果、ブランケット燃料集合体の各燃料棒内で核***性核種であるＰｕ－２３９が新たに生成される。

沸騰水型原子炉では、制御棒として、炭化ホウ素よりも中性子吸収断面積が小さい部材（例えば、ステンレス鋼）で形成した領域を先端部に配置した制御棒（グレーノーズ制御棒）を用いている。先端部よりも下方の領域には、中性子吸収断面積が大きな炭化ホウ素が充填される。このような制御棒を用いることによって、制御棒引き抜き時における、制御棒先端部付近での炉心の出力上昇を抑制することができ、炉心の軸方向における出力分布を平坦することができる。

特公平６－５６４２６号公報

前述したように、先端部を中性子吸収断面積の小さな部材（例えば、ステンレス鋼）で形成した制御棒を用いることによって、その制御棒の引き抜き時に、制御棒先端部付近での出力ピーキングが低減され、炉心の軸方向における出力分布がより平坦化される。

しかしながら、制御棒操作及び炉心流量の調節によって原子炉出力を調節できるＢＷＲとは異なり、高速炉は、主炉停止系制御棒のみを用いて原子炉出力を調整する必要がある。このような高速炉の負荷追従運転では、主炉停止系制御棒の軸方向の一部を炉心の燃料有効長に挿入する運用となる。この場合には、上記の日立評論の図９に破線で示された原子炉出力と同様に、炉心の軸方向の出力分布が歪むため、出力ピーキングが増加し、炉心における熱的余裕が減少する可能性がある。

本発明の目的は、負荷追従運転における高速炉の熱的余裕を増大できる高速炉及び高速炉の制御棒操作方法を提供することにある。

上記した目的を達成する本発明の特徴は、高速炉が、原子炉容器と、前記原子炉容器の上端部に回転可能に設置され、前記原子炉容器を覆う回転プラグとを備え、
内側制御棒クラスター、及び前記内側制御棒クラスターを取り囲む環状の外側制御棒クラスターを有する制御棒である主炉停止系制御棒の前記内側制御棒クラスター及び前記外側制御棒クラスターのそれぞれを、前記原子炉容器内に配置された炉心内に配置し、
前記主炉停止系制御棒の前記内側制御棒クラスターを前記炉心の軸方向に移動させる制御棒移動装置を前記回転プラグに設置し、
前記主炉停止系制御棒の前記外側制御棒クラスターを前記炉心の軸方向に移動させる他の制御棒移動装置を前記回転プラグに設置し、
前記原子炉容器内で前記炉心の下方に配置された炉心支持板が前記原子炉容器に設置され、前記炉心内に配置された第１内側制御棒案内管の下端部が、前記炉心支持板に取り付けられ、前記炉心内に配置されて前記第１内側制御棒案内管を取り囲む第２外側制御棒案内管の下端部が、前記炉心支持板に取り付けられ、前記主炉停止系制御棒の前記内側制御棒クラスターが前記第１内側制御棒案内管内に配置され、前記主炉停止系制御棒の前記外側制御棒クラスターが前記第１内側制御棒案内管と前記第２外側制御棒案内管の間に形成される環状領域内に配置されたことにある。

外側制御棒クラスターが炉心の炉心燃料領域から全引抜きされたまま、制御棒価値が小さい内側制御棒クラスターがその炉心燃料領域に全挿入された状態では、炉心燃料領域の軸方向における出力分布がコサイン分布になり、その出力分布の出力ピークは小さくなる。このため、その制御棒を用いた場合には、負荷追従運転における高速炉の熱的余裕が増大する。

さらに、外側制御棒クラスターが炉心燃料領域から全引き抜きされて内側制御棒クラスターの一部が炉心燃料領域に挿入されている状態では、内側制御棒クラスターの下端付近に出力ピークが形成される。しかしながら、内側制御棒クラスターの制御棒価値が小さいため、その出力ピークは、内側制御棒クラスター及び環状の外側制御棒クラスターを有しない従来の主炉停止系制御棒の一部が炉心燃料領域から引き抜かれているときに、従来の主炉停止系制御棒の下端付近に形成される出力ピークよりも小さくなる。このため、内側制御棒クラスターの一部が炉心燃料領域に挿入されている場合でも、負荷追従運転における高速炉の熱的余裕が増大する。

本発明によれば、負荷追従運転における高速炉の熱的余裕を増大させることができる。

本発明の好適な一実施例である実施例１の高速炉の制御棒、すなわち、主炉停止系制御棒の縦断面図である。 図１に示された外側制御棒クラスターを制御棒保持ユニットに係合した状態を示す説明図である。 図１に示された制御棒の内側制御棒クラスター及び外側制御棒クラスターのそれぞれを高速炉の炉心燃料領域に全挿入した状態の縦断面図である。 図３のIV－IV断面図である。 実施例１の制御棒が用いられる高速炉における後備炉停止系制御棒の縦断面図である。 後備炉停止系制御棒の横断面図である。 図１に示された制御棒及び図５に示された後備炉停止系制御棒を用いた高速炉の縦断面図である。 図１に示された制御棒を操作する制御棒制御系の構成図である。 図５に示された後備炉停止系制御棒を操作する制御棒制御系の構成図である。 図７に示された高速炉の１／２炉心の横断面図である。 図１に示された制御棒、及び図５に示された後備炉停止系制御棒のそれぞれの、高速炉の負荷追従運転時における炉心への挿入状態を示す説明図である。 従来の主炉停止系制御棒の炉心燃料領域（燃料有効長）への挿入状態を示す説明図である。 図１２のＸ－Ｘ断面図である。 図１に示された主炉停止系制御棒、及び図１２に示された従来の主炉停止系制御棒のそれぞれを炉心燃料領域に挿入した状態での、軸方向における各位置での出力と燃料有効長の軸方向位置との関係を示す特性図である。 本発明の好適な他の実施例である実施例２における、図１に示された制御棒及び図５に示された後備炉停止系制御棒を用いた高速炉の縦断面図である。 図１５に示された主炉停止系制御棒の内側制御棒クラスター及び外側制御棒クラスターそれぞれの、高速炉の負荷追従運転時における炉心燃料領域への挿入状態を示す説明図である。 図１６に示された内側制御棒クラスター及び外側制御棒クラスターそれぞれの、炉心燃料領域への全挿入状態を示す説明図である。 図１５に示された後備炉停止系制御棒の内側制御棒クラスター及び外側制御棒クラスターそれぞれの操作状態を示す説明図である。 図１７に示された後備炉停止系制御棒の内側制御棒クラスター及び外側制御棒クラスターのそれぞれの、高速炉の負荷追従運転時における炉心燃料領域への全挿入状態を示す説明図である。 本発明の好適な他の実施例である実施例３における高速炉の制御棒操作方法において、主炉停止系制御棒の、高速炉の負荷追従運転時における炉心燃料領域への挿入状態を示す説明図である。 図２０に示された主炉停止系制御棒における内側制御棒クラスター及び外側制御棒クラスターのそれぞれの、炉心燃料領域への全挿入状態を示す説明図である。 実施例３の高速増殖炉の制御棒操作方法において、後備炉停止系制御棒の、高速炉の負荷追従運転時における炉心燃料領域への挿入状態を示す説明図である。 図２２に示された後備炉停止系制御棒の内側制御棒クラスター及び外側制御棒クラスターのそれぞれの、炉心燃料領域への全挿入状態を示す説明図である。

本発明の実施例を以下に説明する。

本発明の好適な一実施例である実施例１の高速炉の制御棒を、図１、図２及び図４を用いて説明する。

後述の高速増殖炉８（図７参照）では、制御棒は、主炉停止系制御棒である制御棒１（図１）及び後備炉停止系制御棒２３（図５）の独立した２系統の構成となっている。主炉停止系制御棒である制御棒１は、高速増殖炉８の運転時において、核燃料物質に含まれる核***性物質の燃焼に伴う反応度の変化、及び出力分布の調整に用いられる。後備炉停止系制御棒２３は、主炉停止系制御棒である制御棒１が万一故障した場合のバックアップのために設置されている。高速増殖炉８は、制御棒１及び後備炉停止系制御棒２３のいずれか一方のみで緊急停止が可能になっている。

本実施例の制御棒１を、図１、図２及び図４を用いて詳細に説明する。制御棒１は、内側制御棒クラスター（第１内側制御棒クラスター）２及び外側制御棒クラスター（第１外側制御棒クラスター）５を有する。外側制御棒クラスター５は、横断面が環状をしており、内側制御棒クラスター２の周囲を取り囲んでいる（図４参照）。内側制御棒クラスター２は、棒状の複数の制御棒要素３を、両端が密封された円筒状の制御棒保護管４内に配置している（図１及び図４参照）。制御棒要素３は、中性子吸収材である炭化ホウ素（Ｂ_４Ｃ）の複数のペレットを密封された被覆管（図示せず）内に充填している。外側制御棒クラスター５は、棒状の複数の制御棒要素６を、両端が密封された環状の制御棒保護管７内に配置している（図１及び図４参照）。制御棒要素６も、炭化ホウ素の複数のペレットを密封された被覆管（図示せず）内に充填している。制御棒要素３及び６のそれぞれの軸方向の長さは、後述の炉心燃料領域１２の軸方向の長さである燃料有効長と同じである。

後備炉停止系制御棒２３を、図５及び図６を用いて詳細に説明する。後備炉停止系制御棒２３は、内側制御棒クラスター（第２内側制御棒クラスター）３６及び外側制御棒クラスター（第２外側制御棒クラスター）５５を有する。外側制御棒クラスター５５は、横断面が環状をしており、内側制御棒クラスター３６の周囲を取り囲んでいる（図６参照）。内側制御棒クラスター３６は、棒状の複数の制御棒要素３７を、両端が密封された円筒状の制御棒保護管３８内に配置している（図６参照）。制御棒要素３７は、炭化ホウ素の複数のペレットを密封された被覆管（図示せず）内に充填している。外側制御棒クラスター５５は、棒状の複数の制御棒要素５６を、両端が密封された環状の制御棒保護管５７内に配置している（図６参照）。制御棒要素５６も、炭化ホウ素の複数のペレットを密封された被覆管（図示せず）内に充填している。制御棒要素３７及び５６のそれぞれの軸方向の長さは、後述の炉心燃料領域１２の軸方向の長さである燃料有効長と同じである。

制御棒１が適用される高速炉の一種である高速増殖炉の構造を、図７を用いて説明する。高速増殖炉８の電気出力は７５万ｋＷである。高速増殖炉８は、原子炉容器９、回転プラグ１０、炉心１１、制御棒１、後備炉停止系制御棒２３、下部内側制御棒案内管２６及び５８、及び下部外側制御棒案内管２７及び５９を備える。高速増殖炉８は、これらの構成以外に、上部炉心支持板５０、巻き取り装置３０、制御棒駆動機構３２、上部内側制御棒案内管２８及び６０、上部外側制御棒案内管２９及び６１、巻き取り装置６２及び制御棒駆動機構６４を備える。巻き取り装置３０及び６２は第１及び第３制御棒移動装置であり、制御棒駆動機構３２及び６４は第２及び第４制御棒移動装置である。液体金属である液体ナトリウム２４が、冷却材として用いられ、原子炉容器９内に充填される。上部炉心支持板５０は、原子炉容器９内に配置されて原子炉容器９の内面に取り付けられる。炉心支持構造物５２が上部炉心支持板５０の下面に取り付けられ、炉心支持構造物５２内に配置された下部炉心支持板５１が炉心支持構造物５２の内面に取り付けられる。下部炉心支持板５１は上部炉心支持板５０の下方に位置している。

回転プラグ１０は原子炉容器９の上端部に回転可能に取り付けられる。炉心１１は、回転プラグ１０の下方で原子炉容器９内に配置され、軸方向において、炉心燃料領域１２及びガスプレナム領域１３を有する。ガスプレナム領域１３は炉心燃料領域１２上に位置する（図１１参照）。炉心１１の炉心燃料領域１２における横断面を図１０に示す。炉心燃料領域１２は内側炉心燃料領域１４及び外側炉心燃料領域１５を含み、外側炉心燃料領域１５が内側炉心燃料領域１４を取り囲んでいる。さらに、炉心１１では、半径方向ブランケット領域１６が外側炉心燃料領域１５を取り囲み、反射体領域１７が半径方向ブランケット領域１６を取り囲んでいる。

複数の内側炉心燃料集合体１８が内側炉心燃料領域１４に装荷され、複数の外側炉心燃料集合体１９が外側炉心燃料領域１５に装荷される。内側炉心燃料集合体１８及び外側炉心燃料集合体１９のそれぞれは、核燃料物質としてＵ-Ｐｕ-１０Ｚｒの３元合金（金属燃料）を用いており、Ｕ-Ｐｕ-１０Ｚｒによって製作された複数の燃料ペレットを被覆管内に充填した複数の燃料棒（図示せず）を有している。各燃料棒は、被覆管内に、それらの燃料ペレットを充填した核燃料充填領域、及びその核燃料充填領域の上方に形成したガスプレナム領域を有する。内側炉心燃料集合体１８及び外側炉心燃料集合体１９のそれぞれの燃焼度が０ＧＷｄ／ｔであるとき、外側炉心燃料集合体１９におけるＰｕ富化度は内側炉心燃料集合体１８のＰｕ富化度よりも高くなっており、外側炉心燃料領域１５の平均Ｐｕ富化度の内側炉心燃料領域１４のそれよりも高い。このため、炉心燃料領域１２の半径方向における出力分布が平坦化される。内側炉心燃料集合体１８及び外側炉心燃料集合体１９では、複数の燃料棒が横断面が正六角形の筒状のラッパ管（図示せず）内に配置される。

複数のブランケット燃料集合体２０が半径方向ブランケット領域１６に装荷される。０ＧＷｄ／ｔのブランケット燃料集合体２０は、劣化ウラン製の複数の燃料ペレットを被覆管内に密封した複数の燃料棒を有している。ブランケット燃料集合体２０は、それらの燃料棒を横断面が正六角形の筒状のラッパ管（図示せず）内に配置している。複数の反射体が反射体領域１７に装荷される。その反射体は、横断面が正六角形のステンレス鋼で作られている。

内側炉心燃料集合体１８、外側炉心燃料集合体１９及びブランケット燃料集合体２０のそれぞれのラッパ管の下端部にエントランスノズル（図示せず）が設けられている。各燃料集合体のエントランスノズルが、上部炉心支持板５０を貫通し、下部炉心支持板５１に達する。内側炉心燃料集合体１８、外側炉心燃料集合体１９及びブランケット燃料集合体２０のそれぞれは、上部炉心支持板５０に支持される。高圧プレナム４１が、炉心支持構造物５２内で上部炉心支持板５０と下部炉心支持板５１の間に形成される。低圧プレナム４２が、炉心支持構造物５２内で下部炉心支持板５１の下方に形成される。下部プレナム４０が、上部炉心支持板５０の下方で、原子炉容器９の底部と炉心支持構造物５２との間に形成される。炉心支持構造物５２の側壁に形成された開口２５が、下部プレナム４０と高圧プレナム４１を連絡する。

入口配管９Ａが原子炉容器９に取り付けられる。冷却材である液体ナトリウム２４が原子炉容器９内に充填されており、その入口配管９Ａは、液体ナトリウム２４の液面よりも上方で原子炉容器９の側壁を貫通して原子炉容器９内に達する。原子炉容器９内において入口配管９Ａは、原子炉容器９の内面と炉心１１の間を下降して上部炉心支持板５０を貫通し、下部プレナム４０に達する。入口配管９Ａの下端部が炉心支持構造物５２の側面に取り付けられ、入口配管９Ａは上記の開口２５を通して高圧プレナム４１と連通する。原子炉容器９の側壁に取り付けられた出口配管９Ｂが、炉心１１の上方で原子炉容器９内に形成される上部プレナム５３に連絡される。一次主冷却材ポンプ（図示せず）及び中間熱交換器（図示せず）が設置された一次冷却系配管（図示せず）の一端部が入口配管９Ａに接続され、その一次冷却系配管の他端部が出口配管９Ｂに接続される。

制御棒１のそれぞれは、内側炉心燃料領域１４内の内側炉心燃料集合体１８の相互間、及び外側炉心燃料領域１５内の外側炉心燃料集合体１９の相互間に配置される（図１０参照）。制御棒１用の、横断面が正六角形の制御棒案内管４６（図４参照）が、内側炉心燃料領域１４内の内側炉心燃料集合体１８の相互間、及び外側炉心燃料領域１５内の外側炉心燃料集合体１９の相互間にそれぞれ配置される。制御棒案内管４６の下端が上部炉心支持板５０に取り付けられ、制御棒案内管４６の上端が炉心１１の上端よりも上方に位置している。円筒状の下部外側制御棒案内管２７が制御棒案内管４６内に配置され、円筒状の下部内側制御棒案内管２６が下部外側制御棒案内管２７内に配置される。下部内側制御棒案内管２６及び下部外側制御棒案内管２７のそれぞれの下端が上部炉心支持板５０に取り付けられる。下部内側制御棒案内管２６及び下部外側制御棒案内管２７のそれぞれの上端も、炉心１１の上端よりも上方に位置している。

円筒状の上部外側制御棒案内管２９が下部外側制御棒案内管２７の真上に配置され、上部外側制御棒案内管２９の上端部が、回転プラグ１０を貫通して回転プラグ１０に取り付けられる。支持板５４が上部外側制御棒案内管２９の上端を覆って回転プラグ１０の上面に取り付けられる。円筒状の上部内側制御棒案内管２８が下部内側制御棒案内管２６の真上に配置されて上部外側制御棒案内管２９内に配置され、上部内側制御棒案内管２８の上端部が支持板５４に取り付けられる。第２制御棒移動装置である制御棒駆動機構３２が支持板５４上に設置される。制御棒駆動機構３２に連結された駆動延長軸３３が、回転プラグ１０から下方に向かって伸びており、上部内側制御棒案内管２８及び下部内側制御棒案内管２６内に配置される。制御棒１の内側制御棒クラスター２が、下部内側制御棒案内管２６内に配置され、駆動延長軸３３の下端部に連結されている。

第１制御棒移動装置である巻き取り装置３０が回転プラグ１０の上面に設置され、巻き取り装置３０から下方に向かって伸びるステンレス鋼製のロープ３１の下端部が、上部外側制御棒案内管２９と上部内側制御棒案内管２８の間に形成される環状領域を通って、下部内側制御棒案内管２６と下部外側制御棒案内管２７の間に配置される制御棒保持ユニット４４に取り付けられる。下部内側制御棒案内管２６と下部外側制御棒案内管２７の間に配置される、制御棒１の、環状の外側制御棒クラスター５は、制御棒保持ユニット４４によって保持される。具体的には、制御棒保持ユニット４４に設けられた回転フック４５を、外側制御棒クラスター５の上端に設けられた吊り金具２２の輪の中に挿入することによって、外側制御棒クラスター５が、制御棒保持ユニット４４に連結されて制御棒保持ユニット４４に保持される。回転フック４５は、外側制御棒クラスター５と制御棒保持ユニット４４を切り離し可能に連結する連結手段である。制御棒保持ユニット４４は、後述するように、スクラム信号を入力することによって、回転フック（連結手段）４５を作動させ、外側制御棒クラスター５と制御棒保持ユニット４４が切り離される。

なお、外側制御棒クラスター５の上下動を円滑に行うため、少なくとも３個の吊り金具２２が、外側制御棒クラスター５の上端に等間隔で取り付けられている。３個の吊り金具２２のそれぞれの真上で回転プラグ１０の上面に、吊り金具２２の個数と同じ三台の巻き取り装置３０が設置されている。それらの巻き取り装置３０から下方に向かって伸びるステンレス鋼製のロープ３１の下端部が、下部内側制御棒案内管２６と下部外側制御棒案内管２７の間に配置される三つの制御棒保持ユニット４４のそれぞれに取り付けられる。三つの制御棒保持ユニット４４のそれぞれに設けられた回転フック４５が、上記の三つの吊り金具２２の輪の中に挿入される。外側制御棒クラスター５は、三つの制御棒保持ユニット４４によって保持される。

なお、巻き取り装置３０によって内側制御棒クラスター２を炉心１１の軸方向に移動させ、第２制御棒移動装置である制御棒駆動機構３２によって外側制御棒クラスター５を炉心１１の軸方向に移動させてもよい。この場合には、一台の巻き取り装置３０及び三台の制御棒駆動機構３２のそれぞれが、回転プラグ１０の上面に取り付けられた支持板５４に設置される。三台の制御棒駆動機構３２は巻き取り装置３０の周囲に配置される。巻き取り装置３０から下方に向かって伸びるステンレス鋼製のロープ３１の下端部が、上部内側制御棒案内管２８及び下部内側制御棒案内管２６内を通って、下部内側制御棒案内管２６内に配置される制御棒保持ユニット４４に取り付けられる。制御棒保持ユニット４４に設けられた回転フック４５を、下部内側制御棒案内管２６内に配置された内側制御棒クラスター２の上端に設けられた吊り金具２２の輪の中に挿入することによって、内側制御棒クラスター２が、制御棒保持ユニット４４に連結されて制御棒保持ユニット４４に保持される。

三台の制御棒駆動機構３２のそれぞれに連結されて下方に向かって伸びる駆動延長軸３３の下端部が、上部外側制御棒案内管２９と上部内側制御棒案内管２８の間に形成される環状領域を通って、下部外側制御棒案内管２７と下部内側制御棒案内管２６の間に形成される環状領域に配置される環状の外側制御棒クラスター５の上端に連結される。三台の制御棒駆動機構３２の各駆動延長軸３３が外側制御棒クラスター５の上端に連結される位置は、環状の外側制御棒クラスター５の上端に等間隔に配置される。三台の制御棒駆動機構３２は、同期して外側制御棒クラスター５を炉心１１の軸方向に移動させる。

炉心燃料領域１２から引き抜かれている外側制御棒クラスター５の炉心燃料領域１２への緊急挿入は、制御棒駆動機構３２によって行われ、炉心燃料領域１２から引き抜かれている内側制御棒クラスター２の炉心燃料領域１２への緊急挿入は、制御棒保持ユニット４４の回転フック４５を、内側制御棒クラスター２の上端に取り付けられた吊り金具２２から切り離すことによって行われる。

後備炉停止系制御棒２３のそれぞれも、内側炉心燃料領域１４内の内側炉心燃料集合体１８の相互間、及び外側炉心燃料領域１５内の外側炉心燃料集合体１９の相互間に配置される（図１０参照）。後備炉停止系制御棒２３用の、横断面が正六角形の制御棒案内管７３（図６参照）が、内側炉心燃料領域１４内の内側炉心燃料集合体１８の相互間、及び外側炉心燃料領域１５内の外側炉心燃料集合体１９の相互間にそれぞれ配置される。制御棒案内管７３の下端が上部炉心支持板５０に取り付けられ、制御棒案内管７３の上端が炉心１１の上端よりも上方に位置している。円筒状の下部外側制御棒案内管５９が制御棒案内管７３内に配置され、円筒状の下部内側制御棒案内管５８が下部外側制御棒案内管５９内に配置される。下部内側制御棒案内管５８及び下部外側制御棒案内管５９のそれぞれの下端が上部炉心支持板５０に取り付けられる。下部内側制御棒案内管５８及び下部外側制御棒案内管５９のそれぞれの上端も、炉心１１の上端よりも上方に位置している。

円筒状の上部外側制御棒案内管６１が下部外側制御棒案内管５９の真上に配置され、上部外側制御棒案内管６１の上端部が、回転プラグ１０を貫通して回転プラグ１０に取り付けられる。支持板５４Ａが上部外側制御棒案内管６１の上端を覆って回転プラグ１０の上面に取り付けられる。円筒状の上部内側制御棒案内管６０が下部内側制御棒案内管５８の真上に配置されて上部外側制御棒案内管６１内に配置され、上部内側制御棒案内管６０の上端部が支持板５４Ａに取り付けられる。第４制御棒移動装置である制御棒駆動機構６４が支持板５４Ａ上に設置される。制御棒駆動機構６４に連結された駆動延長軸６５が、回転プラグ１０から下方に向かって伸びており、上部内側制御棒案内管６０及び下部内側制御棒案内管５８内に配置される。後備炉停止系制御棒２３の内側制御棒クラスター３６が、下部内側制御棒案内管５８内に配置され、駆動延長軸６５の下端部に連結されている。

下部内側制御棒案内管２６が上部内側制御棒案内管２８から切り離されて下部外側制御棒案内管２７が上部外側制御棒案内管２９から切り離され、さらに、下部内側制御棒案内管５８が上部内側制御棒案内管６０から切り離されており、下部外側制御棒案内管５９が上部外側制御棒案内管６１から切り離されているため、回転プラグ１０の回転はそれらの制御棒案内管によって阻害されない。

第３制御棒移動装置である巻き取り装置６２が回転プラグ１０の上面に設置され、巻き取り装置６２から下方に向かって伸びるステンレス鋼製のロープ６３の下端部が、上部内側制御棒案内管６０と上部外側制御棒案内管６１の間に形成される環状領域を通って、下部内側制御棒案内管５８と下部外側制御棒案内管５９の間に配置される制御棒保持ユニット６６に取り付けられる。下部内側制御棒案内管５８と下部外側制御棒案内管５９の間に配置される、後備炉停止系制御棒２３の、環状の外側制御棒クラスター５５は、制御棒保持ユニット６６によって保持される。具体的には、制御棒保持ユニット６６に設けられた回転フック６７を、外側制御棒クラスター５５の上端に設けられた吊り金具７５の輪の中に挿入することによって、外側制御棒クラスター５５が制御棒保持ユニット６６に保持される。

なお、外側制御棒クラスター５５の上下動を円滑に行うため、少なくとも３個の吊り金具７５が、外側制御棒クラスター５５の上端に等間隔で取り付けられている。３個の吊り金具７５のそれぞれの真上で回転プラグ１０の上面に、吊り金具７５の個数と同じ三台の巻き取り装置６２が設置されている。それらの巻き取り装置６２から下方に向かって伸びるロープ６３の下端部が、下部内側制御棒案内管５８と下部外側制御棒案内管５９の間に配置される三つの制御棒保持ユニット６６のそれぞれに取り付けられる。三つの制御棒保持ユニット６６のそれぞれに設けられた回転フック６７が、上記の三つの吊り金具７５の輪の中に挿入される。外側制御棒クラスター５５は、三つの制御棒保持ユニット６６によって保持される。

高速増殖炉８は、外側制御棒クラスター、外側制御棒クラスターを炉心１１の軸方向に移動させる第１制御棒移動装置、内側制御棒クラスター、内側制御棒クラスターを炉心１１の軸方向に移動させる第２制御棒移動装置を含む制御棒システムを有する。第１制御棒移動装置及び第２制御棒移動装置は、制御棒クラスターを炉心１１の軸方向に移動させる機構が異なっている。高速増殖炉８におけるその制御棒システムは、具体的には、制御棒１（主炉停止系制御棒）の外側制御棒クラスター５、外側制御棒クラスター５を炉心１１の軸方向に移動させる第１制御棒移動装置、制御棒１の内側制御棒クラスター２、内側制御棒クラスター２を炉心１１の軸方向に移動させる第２制御棒移動装置、後備炉停止系制御棒２３の外側制御棒クラスター５５、外側制御棒クラスター５５を炉心１１の軸方向に移動させる第３制御棒移動装置、後備炉停止系制御棒２３の内側制御棒クラスター３６、内側制御棒クラスター３６を炉心１１の軸方向に移動させる第４制御棒移動装置を含んでいる。制御棒１の外側制御棒クラスター５及び後備炉停止系制御棒２３の外側制御棒クラスター５５のそれぞれをその軸方向に移動させる第１及び第３制御棒移動装置は、巻き取り装置である。制御棒１の内側制御棒クラスター２及び後備炉停止系制御棒２３の内側制御棒クラスター３６のそれぞれをその軸方向に移動させる第２及び第４制御棒移動装置は、制御棒駆動機構である。

さらに、後備炉停止系制御棒２３において、巻き取り装置６２によって内側制御棒クラスター３６を炉心１１の軸方向に移動させ、制御棒駆動機構６４によって外側制御棒クラスター５５を炉心１１の軸方向に移動させてもよい。この場合には、一台の巻き取り装置６２及び三台の制御棒駆動機構６４のそれぞれが、回転プラグ１０の上面に取り付けられた支持板５４に設置される。三台の制御棒駆動機構６４は巻き取り装置６２の周囲に配置される。巻き取り装置６２から下方に向かって伸びるロープ６３の下端部が、上部内側制御棒案内管６０及び下部内側制御棒案内管５８内を通って、下部内側制御棒案内管５８内に配置される制御棒保持ユニット６６に取り付けられる。制御棒保持ユニット６６に設けられた回転フック６７を、下部内側制御棒案内管５８内に配置された内側制御棒クラスター３６の上端に設けられた吊り金具２２の輪の中に挿入することによって、内側制御棒クラスター３６が、制御棒保持ユニット６６に連結されて制御棒保持ユニット６６に保持される。

三台の制御棒駆動機構６４のそれぞれに連結されて下方に向かって伸びる駆動延長軸６５の下端部が、上部外側制御棒案内管６１と上部内側制御棒案内管６０の間に形成される環状領域を通って、下部外側制御棒案内管５９と下部内側制御棒案内管５８の間に形成される環状領域に配置される環状の外側制御棒クラスター５の上端に連結される。三台の制御棒駆動機構６４の各駆動延長軸６５が外側制御棒クラスター５５の上端に連結される位置は、環状の外側制御棒クラスター５５の上端に等間隔に配置される。三台の制御棒駆動機構６４は、同期して外側制御棒クラスター５５を炉心１１の軸方向に移動させる。

炉心燃料領域１２から引き抜かれている外側制御棒クラスター５５の炉心燃料領域１２への緊急挿入は、制御棒駆動機構６４によって行われ、炉心燃料領域１２から引き抜かれている内側制御棒クラスター３６の炉心燃料領域１２への緊急挿入は、制御棒保持ユニット６６の回転フック６７を、内側制御棒クラスター３６の上端に取り付けられた吊り金具２２から切り離すことによって行われる。

図７において、下部内側制御棒案内管２６及び５８、下部外側制御棒案内管２７および５９、上部内側制御棒案内管２８及び６０、上部外側制御棒案内管２９及び６１、制御棒１の内側制御棒クラスター２及び外側制御棒クラスター５は、それらの構成の相互の関連性を理解し易くするために、拡大して記載されている。さらに、下部内側制御棒案内管５８、下部外側制御棒案内管５９、上部内側制御棒案内管６０、上部外側制御棒案内管６１、後備炉停止系制御棒２３の内側制御棒クラスター３６及び外側制御棒クラスター５５も、それらの構成の相互の関連性を理解し易くするために、同様に、拡大して記載されている。

制御棒１を対象にした制御ユニット４３は、図８に示すように、各巻き取り装置３０、制御棒駆動機構３２、及び制御棒保持ユニット４４に接続される。後備炉停止系制御棒２３を対象にした制御ユニット４３Ａは、図９に示すように、各巻き取り装置６２、制御棒駆動機構６４、及び制御棒保持ユニット６６に接続される。制御ユニット４３Ａを設けず、制御ユニット４３を、巻き取り装置６２、制御棒駆動機構６４、及び制御棒保持ユニット６６にも接続してもよい。

高速増殖炉８の運転中においては、前述した一次冷却系配管に設けられた主冷却材ポンプが駆動され、原子炉容器９内の上部プレナム５３に存在する液体ナトリウム２４が出口配管９Ｂから一次冷却系配管に排出される。この液体ナトリウム２４が、主冷却材ポンプによって昇圧され、中間熱交換器に供給される。液体ナトリウム２４は、中間熱交換器のシェル側を流れて中間熱交換器の伝熱管内を流れる二次系の液体ナトリウムと熱交換される。その中間熱交換器から一次冷却系配管に排出された液体ナトリウム２４は、入口配管９Ａから原子炉容器９内の下部プレナム４０に供給される。下部プレナム４０内の液体ナトリウム２４は、開口２５を通って高圧プレナム４１に導かれる。

高圧プレナム４１内の液体ナトリウム２４は、内側炉心燃料集合体１８、外側炉心燃料集合体１９及びブランケット燃料集合体２０のそれぞれのエントランスノズルの側壁部に形成された冷却材流入口を通して内側炉心燃料集合体１８、外側炉心燃料集合体１９及びブランケット燃料集合体２０のそれぞれの内部に達する。内側炉心燃料集合体１８及び外側炉心燃料集合体１９内を上昇する液体ナトリウム２４は、それぞれの燃料集合体内の燃料棒内に充填された核燃料物質に含まれる核***性物質（例えば、Ｐｕ－２３９）の核***によって発生する熱により加熱され、温度が上昇する。温度が上昇した液体ナトリウム２４は、内側炉心燃料集合体１８及び外側炉心燃料集合体１９の上端から上部プレナム５３に流出する。この高温の液体ナトリウム２４は、前述したように中間熱交換器に供給される。ブランケット燃料集合体２０内に供給された液体ナトリウム２４も、ブランケット燃料集合体２０内を上昇し、ブランケット燃料集合体２０の上端から上部プレナム５３に流出する。

高圧プレナム４１内の液体ナトリウム２４は、制御棒１用に設けられた下部内側制御棒案内管２６内、及び下部内側制御棒案内管２６と下部外側制御棒案内管２７の間に形成される環状領域内にそれぞれ導かれ、下部内側制御棒案内管２６及びその環状領域内を上昇する。下部内側制御棒案内管２６内を上昇する液体ナトリウム２４は、下部内側制御棒案内管２６内に存在する内側制御棒クラスター２を冷却し、下部内側制御棒案内管２６の上端から上部プレナム５３に排出される。下部内側制御棒案内管２６と下部外側制御棒案内管２７の間の環状領域内を上昇する液体ナトリウム２４は、その環状領域内に存在する外側制御棒クラスター５を冷却し、その環状領域から上部プレナム５３に排出される。

さらに、高圧プレナム４１内の液体ナトリウム２４は、後備炉停止系制御棒２３用に設けられた下部内側制御棒案内管５８内、及び下部内側制御棒案内管５８と下部外側制御棒案内管５９の間に形成される環状領域内にそれぞれ導かれ、下部内側制御棒案内管５８及びその環状領域内を上昇する。下部内側制御棒案内管５８内を上昇する液体ナトリウム２４は、下部内側制御棒案内管５８内に存在する内側制御棒クラスター３６を冷却し、下部内側制御棒案内管５８の上端から上部プレナム５３に排出される。下部内側制御棒案内管５８と下部外側制御棒案内管５９の間の環状領域内を上昇する液体ナトリウム２４は、その環状領域内に存在する外側制御棒クラスター５５を冷却し、その環状領域から上部プレナム５３に排出される。

本実施例の制御棒１を備えた高速増殖炉８の或る運転サイクルで、負荷追従運転が実施される。この高速増殖炉８の負荷追従運転における制御棒の操作方法を以下に説明する。

高速増殖炉８の運転停止時には、全ての制御棒１の内側制御棒クラスター２及び外側制御棒クラスター５が、図３に示すように、炉心燃料領域１２（燃料有効長の部分）内に全挿入されている。外側制御棒クラスター５の炉心燃料領域１２内への全挿入は、巻き取り装置３０のロープ３１を巻き付けている回転ドラムを逆回転させてロープ３１を回転ドラムから繰り出し、外側制御棒クラスター５を保持している制御棒保持ユニット４４を下降させることによって行われる。図３では、外側制御棒クラスター５は、制御棒保持ユニット４４から切り離されて炉心燃料領域１２に全挿入されているが、高速増殖炉８の通常の運転停止時には、前述したように、炉心燃料領域１２に全挿入された外側制御棒クラスター５は制御棒保持ユニット４４に保持されている。内側制御棒クラスター２の炉心燃料領域１２への全挿入は、制御棒駆動機構３２によって行われる。

或る運転サイクルで高速増殖炉８の運転が開始された後、高速増殖炉８が内部に設置されている原子炉格納容器（図示せず）の外部に存在する制御室（図示せず）内での運転員の操作により、制御室内の制御盤（図示せず）から出力された制御指令である外側制御棒クラスター引き抜き指令に基づいて、制御ユニット４３から各巻き取り装置３０に外側制御棒クラスター引き抜き信号が出力される。この引き抜き信号により、三台の巻き取り装置３０の各回転ドラムが正回転される。各回転ドラムは、それぞれの回転ドラムに対して設けられたモータが同期して回転することによって正回転される。モータの回転速度は減速歯車によって所定速度まで減速されるので、各回転ドラムはその所定速度で正回転される。三台の巻き取り装置３０のそれぞれの回転ドラムが正回転されることにより、３本のロープ３１のそれぞれが別々に各回転ドラムに巻き付けられ、制御棒１の外側制御棒クラスター５が下部内側制御棒案内管２６と下部外側制御棒案内管２７の間の環状領域内で徐々に上昇される。

その或る運転サイクルでは、全ての制御棒１が正常に動作するため、全ての後備炉停止系制御棒２３は操作されず、炉心燃料領域１２から全引き抜きされている（図１１参照）。

外側制御棒クラスター５の上昇に伴い、高速増殖炉８の炉心１１に装荷された内側炉心燃料集合体１８及び外側炉心燃料集合体１９内の核燃料物質に含まれた核***性プルトニウムが核***し、やがて、高速増殖炉８が臨界に達する。さらに、外側制御棒クラスター５が炉心燃料領域１２から引き抜かれ、炉心１１に装荷された内側炉心燃料集合体１８及び外側炉心燃料集合体１９内の核***性物質の核***が促進され、それらの燃料集合体内を上昇する液体ナトリウム２４の温度が上昇する。これに併せて、高速増殖炉８の原子炉出力も上昇する。

外側制御棒クラスター５の炉心燃料領域１２からの引き抜きは、前述したように、各巻き取り装置３０の回転ドラムを正回転させてロープ３１を回転ドラムに巻き付けることによって行われる。また、外側制御棒クラスター５が炉心燃料領域１２から全引き抜きされたとき、制御棒保持ユニット４４の少なくとも一部が、下部内側制御棒案内管２６の上端と下部外側制御棒案内管２７の上端との間に位置している（図１参照）。

全ての制御棒１の内側制御棒クラスター２が炉心燃料領域１２に全挿入されたまま、所定体数の制御棒１の外側制御棒クラスター５が炉心燃料領域１２から全引き抜きされたとき、それらの巻き取り装置３０の回転ドラムの正回転が停止される。所定体数の制御棒１の外側制御棒クラスター５が炉心燃料領域１２から全引き抜された状態（図１参照）で、高速増殖炉８の原子炉出力が、その負荷追従運転における、第１目標原子炉出力（高速増殖炉８の定格運転時の定格出力（１００％原子炉出力）未満の或る原子炉出力）まで上昇される。それらの外側制御棒クラスター５が炉心燃料領域１２から全引き抜きされて原子炉出力が第１目標原子炉出力まで上昇したときにおける、各巻き取り装置３０の回転ドラムの回転停止は、以下のようにして行われる。すなわち、制御盤から制御ユニット４３に出力された外側制御棒クラスター引き抜き停止指令に基づいて制御ユニット４３から各巻き取り装置３０に駆動停止信号が出力される。駆動停止信号を入力した各巻き取り装置３０では、回転ドラムの回転が停止される。原子炉出力がその第１目標原子炉出力に到達した後、その第１目標原子炉出力での高速増殖炉８の負荷追従運転が、前述の或る運転サイクルの末期まで継続して実施される。

その或る運転サイクルの途中で原子炉出力が第１目標原子炉出力よりも低下した場合には、制御盤から出力された内側制御棒クラスター引き抜き指令に基づいて制御ユニット４３から制御棒駆動機構３２に内側制御棒クラスター引き抜き信号が出力される。この内側制御棒クラスター引き抜き信号により、制御棒駆動機構３２が作動する。制御棒１の内側制御棒クラスター２が、制御棒駆動機構３２の作動により、炉心燃料領域１２から徐々に引き抜かれ、高速増殖炉８の原子炉出力を増加させる。その原子炉出力が第１目標原子炉出力になったとき、制御盤から出力された内側制御棒クラスター引き抜き停止指令に基づいて制御ユニット４３から制御棒駆動機構３２に内側制御棒クラスター引き抜き停止信号が出力され、制御棒駆動機構３２による内側制御棒クラスター２の上昇が停止される。このような内側制御棒クラスター２の上昇、及び上昇停止を繰り返すことにより、その運転サイクルを通して、原子炉出力を第１目標原子炉出力に保持した状態で、高速増殖炉８の運転が継続される。

なお、内側炉心燃料集合体１８及び外側炉心燃料集合体１９のそれぞれの核燃料物質に含まれている核***性物質、例えば、核***性プルトニウムの燃焼に伴って燃焼反応度が変動したり、高速増殖炉８の冷却材である液体ナトリウム２４の温度が変化してドップラー反応度及びその核燃料物質の膨張反応度が投入されたりした場合には、高速増殖炉８の余剰反応度が変化する。このような高速増殖炉８の余剰反応度に変化が生じたときには、制御棒１の内側制御棒クラスター２の炉心燃料領域１２への挿入本数を調整することによって、その余剰反応度の変化に対応して高速増殖炉８の運転を継続することができる。

高速増殖炉８のその運転サイクルでの運転が終了したとき、高速増殖炉８の運転が停止される。高速増殖炉８の運転停止指令は、制御盤から制御ユニット４３に出力される。運転停止指令を入力した制御ユニット４３は、全ての巻き取り装置３０及び全ての制御棒駆動機構３２に対して運転停止信号を出力する。この運転停止信号を入力した三台の巻き取り装置３０は、それぞれの回転ドラムを逆回転させて各回転ドラムに巻き付けられたロープ３１を繰り出し、外側制御棒クラスター５を下部内側制御棒案内管２６と下部外側制御棒案内管２７の間の環状領域内で下降させる。その運転停止信号を入力した制御棒駆動機構３２は、内側制御棒クラスター２を下部内側制御棒案内管２６内で下降させる。全ての制御棒１の外側制御棒クラスター５及び内側制御棒クラスター２が炉心燃料領域１２内に全挿入されたとき、すなわち、外側制御棒クラスター５及び内側制御棒クラスター２のそれぞれが、図３に示す位置に達したとき、高速増殖炉８の運転が停止され、冷温停止状態になる。

負荷追従運転における目標原子炉出力は、一つの運転サイクル内で変わる場合もあり、異なる運転サイクルの間でも変わる場合がある。第１目標原子炉出力で負荷追従運転する以外に、運転サイクルにおいて、前述の第１目標原子炉出力よりも高く定格出力よりも低い第２目標原子炉出力で負荷追従運転を実施する場合がある。この場合には、第１目標原子炉出力で負荷追従運転する場合における制御棒１の体数よりも多い体数の制御棒１の外側制御棒クラスター５が炉心燃料領域１２から全引き抜きされる。また、前述の第１目標原子炉出力よりも低い第３目標原子炉出力で負荷追従運転を実施する場合も考えられる。第３目標原子炉出力での負荷追従運転では、前述の第１目標原子炉出力で負荷追従運転する場合における制御棒１の体数よりも少ない体数の制御棒１の外側制御棒クラスター５が炉心燃料領域１２から全引き抜きされる。

高速増殖炉８に異常事態が生じ、高速増殖炉８を緊急停止しなければならない。このとき、制御室内の制御盤からスクラム信号が制御ユニット４３に出力される。スクラム信号を入力した制御ユニット４３は、スクラム信号を、全ての制御棒保持ユニット４４及び全ての制御棒駆動機構３２に対して出力する。スクラム信号を入力した制御棒保持ユニット４４は、回転フック４５を逆回転させて回転フック４５を外側制御棒クラスター５に設けられた吊り金具２２から外す。この結果、外側制御棒クラスター５が制御棒保持ユニット４４から切り離され、外側制御棒クラスター５が上部炉心支持板５０に向かって落下する。すなわち、外側制御棒クラスター５が炉心燃料領域１２内に急速挿入される。また、スクラム信号を入力した制御棒駆動機構３２は、内側制御棒クラスター２と制御棒駆動機構３２の駆動延長軸３３との連結状態を解除する。このため、内側制御棒クラスター２も、上部炉心支持板５０に向かって落下し、炉心燃料領域１２内に急速挿入される。このようにして、高速増殖炉８が緊急停止される。急速挿入された内側制御棒クラスター２及び外側制御棒クラスター５は炉心燃料領域１２内に存在する（図３参照）。

なお、全ての内側制御棒クラスター２が炉心燃料領域１２内に全挿入されている状態で高速増殖炉８に異常事態が生じときには、制御盤から出力されたスクラム信号を入力した制御ユニット４３は、スクラム信号を、全ての制御棒保持ユニット４４のみに対して出力する。このとき、全ての外側制御棒クラスター５が、各制御棒保持ユニット４４から切り離されて炉心燃料領域１２に急速挿入される。

本実施例で用いられる後備炉停止系制御棒２３が内側制御棒クラスター３６及び外側制御棒クラスター５５を有しているため、高速増殖炉８の負荷追従運転の幅を広げることができる。すなわち、全ての制御棒１の外側制御棒クラスター５を炉心燃料領域１２から全引き抜きし、さらに、高速増殖炉８に設けた全ての後備炉停止系制御棒２３のうちの一部である所定体数（複数体）の後備炉停止系制御棒２３の外側制御棒クラスター５５を炉心燃料領域１２から全引き抜きすることにより、外側制御棒クラスター５を炉心燃料領域１２から全引き抜きしたときに到達する原子炉出力よりも低い第４目標原子炉出力で高速増殖炉８の負荷追従運転を行うことができる。このような全ての制御棒１、及び所定体数の後備炉停止系制御棒２３の両者を用いる、高速増殖炉８における第４目標原子炉出力での負荷追従運転を以下に説明する。

この負荷追従運転では、前述したように、全ての制御棒１の外側制御棒クラスター５が巻き取り装置３０によって操作され、全ての制御棒１の内側制御棒クラスター２が制御棒駆動機構３２によって操作される。このため、ここでは、後備炉停止系制御棒２３の外側制御棒クラスター５５及び内側制御棒クラスター３６のそれぞれの操作を説明する。

或る運転サイクルでの高速増殖炉８の運転が開始された後、外側制御棒クラスター５毎に設けられた三台の巻き取り装置３０を操作して全ての制御棒１の外側制御棒クラスター５を炉心燃料領域１２から全引き抜きする。全ての外側制御棒クラスター５の炉心燃料領域１２からの全引き抜きに併せて、三台の巻き取り装置６２のそれぞれの回転ドラムを正回転させてロープ６３を各回転ドラムに巻き付け、所定体数の後備炉停止系制御棒２３の外側制御棒クラスター５５を下部内側制御棒案内管５８と下部外側制御棒案内管５９の間の環状領域内で徐々に上昇させる。運転員の操作により制御室内の制御盤から出力された制御指令である外側制御棒クラスター引き抜き指令に基づいて制御ユニット４３Ａから各巻き取り装置６２に外側制御棒クラスター引き抜き信号が出力される。この引き抜き信号により、各巻き取り装置６２の回転ドラムが正回転され、所定体数の後備炉停止系制御棒２３の外側制御棒クラスター５５が上昇する。

外側制御棒クラスター５５の上昇に伴い、高速増殖炉８の炉心１１に装荷された、操作される後備炉停止系制御棒２３近傍の内側炉心燃料集合体１８（または外側炉心燃料集合体１９）内の核燃料物質に含まれた核***性プルトニウムが核***し、各制御棒１の外側制御棒クラスター５の上昇と相俟って、やがて、高速増殖炉８が臨界に達する。さらに、所定体数の外側制御棒クラスター５５が炉心燃料領域１２から引き抜かれ、その内側炉心燃料集合体１８（または外側炉心燃料集合体１９）内の核***性物質の核***が促進され、それらの燃料集合体内を上昇する液体ナトリウム２４の温度が上昇する。その外側制御棒クラスター５５及び各外側制御棒クラスター５の引き抜きに併せて、高速増殖炉８の原子炉出力も上昇する。

外側制御棒クラスター５５が炉心燃料領域１２から全引き抜きされたとき、制御棒保持ユニット６６の少なくとも一部が、下部内側制御棒案内管５８の上端と下部外側制御棒案内管５９の上端との間に位置している（図５参照）。

所定体数の後備炉停止系制御棒２３の外側制御棒クラスター５５が炉心燃料領域１２から全引き抜きされたとき、それの巻き取り装置６２の回転ドラムの正回転が停止される。全ての制御棒１の外側制御棒クラスター５及び所定体数の後備炉停止系制御棒２３の外側制御棒クラスター５５のそれぞれが炉心燃料領域１２から全引き抜された状態で、高速増殖炉８の原子炉出力が、その負荷追従運転における、前述の第４目標原子炉出力まで上昇される。原子炉出力が第４目標原子炉出力まで上昇したときにおける、巻き取り装置６２の回転ドラムの回転停止は、以下のようにして行われる。すなわち、制御盤から制御ユニット４３Ａに出力された外側制御棒クラスター引き抜き停止指令に基づいて制御ユニット４３Ａから巻き取り装置６２に駆動停止信号が出力される。駆動停止信号を入力した巻き取り装置６２では、回転ドラムの回転が停止される。原子炉出力がその第４目標原子炉出力に到達した後、その第４目標原子炉出力での高速増殖炉８の負荷追従運転が、前述の或る運転サイクルの末期まで継続して実施される。

その或る運転サイクルの途中で原子炉出力が第４目標原子炉出力よりも低下した場合には、制御盤から出力された内側制御棒クラスター引き抜き指令に基づいて、制御ユニット４３から制御棒駆動機構３２、及び制御ユニット４３Ａから制御棒駆動機構６４のそれぞれに内側制御棒クラスター引き抜き信号が出力される。この内側制御棒クラスター引き抜き信号により、制御棒駆動機構３２及び６４が作動する。制御棒駆動機構３２の作動により全ての内側制御棒クラスター２が、また、制御棒駆動機構６４の作動により所定体数の内側制御棒クラスター３６が、炉心燃料領域１２から徐々に引き抜かれ、高速増殖炉８の原子炉出力を増加させる。その原子炉出力が第４目標原子炉出力になったとき、制御盤から出力された内側制御棒クラスター引き抜き停止指令に基づいて、制御ユニット４３から制御棒駆動機構３２に内側制御棒クラスター引き抜き停止信号が出力され、制御ユニット４３Ａから制御棒駆動機構６４に内側制御棒クラスター引き抜き停止信号が出力される。このため、制御棒駆動機構３２による内側制御棒クラスター２の引き抜き、及び制御棒駆動機構６４による内側制御棒クラスター３６の引き抜きが停止される。このような内側制御棒クラスター２及び３６の引き抜き、及び引き抜き停止を繰り返すことにより、その或る運転サイクルを通して、原子炉出力を第４目標原子炉出力に保持した状態で、高速増殖炉８の負荷追従運転が継続される。

高速増殖炉８のその或る運転サイクルでの運転が終了したとき、高速増殖炉８の運転が停止される。高速増殖炉８の運転停止指令は、制御盤から制御ユニット４３及び４３Ａに出力される。運転停止指令を入力した制御ユニット４３は、全ての制御棒１に対応する巻き取り装置３０及び全ての制御棒駆動機構３２に対して運転停止信号を出力する。運転停止指令を入力した制御ユニット４３Ａは、所定体数の後備炉停止系制御棒２３に対応する巻き取り装置６２及び制御棒駆動機構６４に対して運転停止信号を出力する。

運転停止信号を入力した三台の巻き取り装置３０及び制御棒駆動機構３２による外側制御棒クラスター５及び内側制御棒クラスター２の操作は、前述したとおりであるので、ここでの説明は省略する。

全ての制御棒１の内側制御棒クラスター２及び外側制御棒クラスター５が炉心燃料領域１２内に全挿入されたとき、高速増殖炉８の運転が停止される。

複数の正常な制御棒１と１体の後備炉停止系制御棒２３を用いて高速増殖炉８の原子炉出力を制御しているときに、高速増殖炉８に異常事態が生じると、制御室内の制御盤からスクラム信号が制御ユニット４３に出力されると共に、そのスクラム信号が制御ユニット４３Ａにも出力される。制御ユニット４３は、そのスクラム信号を正常な制御棒１の制御棒保持ユニット４４に出力する。前述したように、外側制御棒クラスター５が、制御棒保持ユニット４４から切り離されて、炉心燃料領域１２に急速挿入される。制御ユニット４３Ａは、そのスクラム信号を後備炉停止系制御棒２３の制御棒保持ユニット６６に出力する。この結果、外側制御棒クラスター５５が、制御棒保持ユニット６６から切り離されて、炉心燃料領域１２に急速挿入され、高速増殖炉８が緊急停止される。

従来の主炉停止系制御棒６８の構成を図１２及び図１３を用いて説明する。主炉停止系制御棒６８は、複数の制御棒要素６９を上下端が封鎖された円筒状の制御棒保護管７０内に配置している。制御棒要素６９は、炭化ホウ素の複数のペレットを密封された被覆管（図示せず）内に充填している。主炉停止系制御棒６８は、炉心燃料領域１２内で燃料集合体相互間に配置された制御棒案内管７２内に配置される。その主炉停止系制御棒６８は、制御棒駆動機構（図示せず）に連結された駆動延長軸７１に取り付けられる。

主炉停止系制御棒６８に含まれる制御棒要素６９の本数は、本実施例で用いられる制御棒１の、内側制御棒クラスター２に含まれる制御棒要素３の本数及び外側制御棒クラスター５に含まれる制御棒要素６の本数を合計した本数と同じ２１本（図４参照）である。このため、内側制御棒クラスター２及び外側制御棒クラスター５のうち、制御棒１の内側制御棒クラスター２が炉心燃料領域１２に全挿入されたときにおける制御棒１の反応度価値は、主炉停止系制御棒６８が炉心燃料領域１２に全挿入されたときにおける主炉停止系制御棒６８の反応度価値よりも小さくなる。

このように、本実施例では、制御棒価値が小さい内側制御棒クラスター２が炉心燃料領域１２に挿入されるため、内側制御棒クラスター２が挿入された炉心燃料領域１２の軸方向における出力分布のピークは、従来の主炉停止系制御棒６８が挿入された炉心燃料領域１２の軸方向における出力分布のピークよりも低くなる。図１４は、本実施例の制御棒１において、外側制御棒クラスター５が炉心燃料領域１２から全引き抜きされて内側制御棒クラスター２が炉心燃料領域１２に全挿入された状態での、炉心燃料領域１２の軸方向における出力分布は実線で示される。内側制御棒クラスター２が炉心燃料領域１２に全挿入された状態でのその軸方向の出力分布は、実線で示すように、コサイン分布になっている。これに対して、従来の主炉停止系制御棒６８の一部を炉心燃料領域１２から引き抜いた場合における炉心燃料領域１２の軸方向の出力分布は、図１４に破線で示すように、従来の主炉停止系制御棒の下端付近に大きな出力ピークが形成される。外側制御棒クラスター５が炉心燃料領域１２から全引き抜きされて内側制御棒クラスター２が炉心燃料領域１２に全挿入された状態での、炉心燃料領域１２の軸方向の出力分布における出力のピークは、従来の主炉停止系制御棒６８の一部を炉心燃料領域１２から引き抜いた場合における炉心燃料領域１２の軸方向の出力分布の出力のピークよりも小さくなる。このため、本実施例の制御棒１を用いた場合には、負荷追従運転における高速増殖炉８の熱的余裕が増大する。

次に、外側制御棒クラスター５が炉心燃料領域１２から全引き抜きされて内側制御棒クラスター２の一部が炉心燃料領域１２に挿入されている状態での、炉心燃料領域１２の軸方向の出力分布について説明する。内側制御棒クラスター２の一部が炉心燃料領域１２に挿入されている状態における炉心燃料領域１２の軸方向の出力分布は、図１４の実線のようなコサイン分布ではなく、内側制御棒クラスター２の下端付近に出力ピークが形成される。このため、外側制御棒クラスター５が炉心燃料領域１２から全引き抜きされて内側制御棒クラスター２の一部が炉心燃料領域１２に挿入されている場合において内側制御棒クラスター２の下端付近に形成される出力ピークは、外側制御棒クラスター５が炉心燃料領域１２から全引き抜きされて内側制御棒クラスター２が炉心燃料領域１２に全挿入された状態での、炉心燃料領域１２の軸方向におけるコサイン分布の出力分布の出力ピークよりも大きくなる。しかしながら、内側制御棒クラスター２の制御棒価値が従来の主炉停止系制御棒６８のそれよりも小さいため、内側制御棒クラスター２の下端付近に形成される出力ピークは、従来の主炉停止系制御棒６８の下端付近に形成される出力ピークよりも小さくなる。このように、内側制御棒クラスター２の一部が炉心燃料領域１２に挿入されている場合でも、負荷追従運転中における高速増殖炉８の熱的余裕が増大する。

本実施例において、後備炉停止系制御棒２３も、制御棒１と同様に、内側制御棒クラスター及び外側制御棒クラスターを有する。このため、故障した制御棒１の替りに後備炉停止系制御棒２３を用いることにより、制御棒１のみを用いた場合と同様に、高速増殖炉８の負荷追従運転を行うことができる。

後備炉停止系制御棒２３を用いた高速増殖炉８の負荷追従運転において、後備炉停止系制御棒２３の外側制御棒クラスター５５が炉心燃料領域１２から全引き抜きされて内側制御棒クラスター３６が炉心燃料領域１２に全挿入された状態での、炉心燃料領域１２の軸方向における出力分布は、制御棒１のみを用いた場合と同様に、コサイン分布になり、その出力分布の出力ピークは、従来の主炉停止系制御棒６８の一部を炉心燃料領域１２から引き抜いた場合における炉心燃料領域１２の軸方向の出力分布の出力ピークよりも小さくなる。このため、後備炉停止系制御棒２３を用いた場合には、負荷追従運転中における高速増殖炉８の熱的余裕が増大する。

さらに、後備炉停止系制御棒２３の外側制御棒クラスター５５が炉心燃料領域１２から全引き抜きされて内側制御棒クラスター３６の一部が炉心燃料領域１２に全挿入されている状態での、炉心燃料領域１２の軸方向の出力分布は、内側制御棒クラスター３６の下端付近に大きな出力ピークが形成される。しかしながら、内側制御棒クラスター３６の制御棒価値が従来の主炉停止系制御棒６８のそれよりも小さいため、内側制御棒クラスター３６の下端付近に形成される出力ピークは、従来の主炉停止系制御棒６８の下端付近に形成される出力ピークよりも小さくなる。このように、内側制御棒クラスター３６の一部が炉心燃料領域１２に挿入されている場合でも、負荷追従運転中における高速増殖炉８の熱的余裕が増大する。

高速増殖炉８では、制御棒１の外側制御棒クラスター５が巻き取り装置３０によって炉心１１の軸方向に移動され、後備炉停止系制御棒２３の外側制御棒クラスター５５が巻き取り装置６２によって炉心１１の軸方向に移動される。このため、外側制御棒クラスター５及び５５は、制御棒駆動機構よりも構造が単純な巻き取り装置によって炉心１１の軸方向において移動させることができる。

高速増殖炉８は、炉心１１内に、下部内側制御棒案内管２６、及び下部内側制御棒案内管２６を取り囲む下部外側制御棒案内管２７を配置しており、制御棒１の内側制御棒クラスター２を下部内側制御棒案内管２６内において炉心１１の軸方向に移動させ、外側制御棒クラスター５を下部内側制御棒案内管２６と下部外側制御棒案内管２７の間において炉心１１の軸方向に移動させている。このため、炉心１１の軸方向に移動する内側制御棒クラスター２と外側制御棒クラスター５が互いに干渉することを避けることができ、内側制御棒クラスター２及び外側制御棒クラスター５のそれぞれの、炉心１１の軸方向における移動を円滑に行うことができる。

さらに、高速増殖炉８は、炉心１１内に、下部内側制御棒案内管５８、及び下部内側制御棒案内管５８を取り囲む下部外側制御棒案内管５９を配置している。このため、後備炉停止系制御棒２３の内側制御棒クラスター３６を下部内側制御棒案内管５８内において炉心１１の軸方向に移動させ、外側制御棒クラスター５５を下部内側制御棒案内管５８と下部外側制御棒案内管５９の間において炉心１１の軸方向に移動させている。このため、炉心１１の軸方向に移動する内側制御棒クラスター３６と外側制御棒クラスター５５が互いに干渉することを避けることができ、内側制御棒クラスター３６及び外側制御棒クラスター５５のそれぞれの、炉心１１の軸方向における移動を円滑に行うことができる。

負荷追従運転時において操作する制御棒１としては、炉心１１の中心近くに配置されている制御棒１、例えば、外側炉心燃料領域１５に配置される制御棒１よりも内側炉心燃料領域１４に配置される制御棒１、さらに、内側炉心燃料領域１４ではできるだけ内側炉心燃料領域１４の中心近くに配置されている制御棒１を使用することが望ましい。制御棒１の制御棒価値は、炉心１１の中心近くに配置される制御棒１ほど、高くなる。このため、負荷追従運転時において炉心１１の中心近くに配置される制御棒１を用いることにより、負荷追従運転時における原子炉出力の変動幅を大きくすることができる。

負荷追従運転時に後備炉停止系制御棒２３を使用する必要が生じた場合にも、炉心１１の中心近くに配置される後備炉停止系制御棒２３を用いることにより、負荷追従運転時における原子炉出力の変動幅を大きくすることができる。

制御棒１の外側制御棒クラスター５が、回転フック４５を介して、巻き取り装置３０の回転ドラムに巻き付けられたロープ３１に取り付けられた制御棒保持ユニット４４に切り離し可能に連結されているため、高速増殖炉８に異常事態が生じたとき、スクラム信号を入力した制御棒保持ユニット４４によって、回転フック４５が作動され、外側制御棒クラスター５を制御棒保持ユニット４４から切り離すことができる。このため、巻き取り装置３０によって炉心１１の軸方向に移動される外側制御棒クラスター５であっても、高速増殖炉８の異常事態において、炉心燃料領域１２に容易に急速挿入することができる。

また、後備炉停止系制御棒２３の外側制御棒クラスター５５が、回転フック４５を介して、巻き取り装置６２の回転ドラムに巻き付けられたロープ６３に取り付けられた制御棒保持ユニット６６に切り離し可能に連結されているため、高速増殖炉８に異常事態が生じたとき、スクラム信号を入力した制御棒保持ユニット６６によって、回転フック４５が作動され、故障した制御棒１の替りに原子炉出力の制御に用いられている後備炉停止系制御棒２３の外側制御棒クラスター５５を制御棒保持ユニット６６から切り離すことができる。このため、巻き取り装置６２によって炉心１１の軸方向に移動される外側制御棒クラスター５５であっても、高速増殖炉８の異常事態において、炉心燃料領域１２に容易に急速挿入することができる。

高速増殖炉８が内側制御棒クラスター３６及び外側制御棒クラスター５５を含む後備炉停止系制御棒２３を有し、全ての制御棒１の外側制御棒クラスター５及び所定体数の後備炉停止系制御棒２３の外側制御棒クラスター５５が炉心燃料領域１２から全引抜きされた状態で、全ての制御棒１の内側制御棒クラスター２及び所定体数の後備炉停止系制御棒２３の内側制御棒クラスター３６を炉心燃料領域１２に全挿入された状態から引き抜き、その或る運転サイクルにおいて第４目標原子炉出力を保持した負荷追従運転を行うことができる。本実施例の高速増殖炉８では、全ての制御棒１及び所定体数の後備炉停止系制御棒２３を併用することにより、負荷追従運転の幅を広げることができる。

全ての制御棒１の内側制御棒クラスター２（もしくは、全ての制御棒１の外側制御棒クラスター５）を使用するので、一部の制御棒１を挿入する場合よりも、炉心燃料領域１２の半径方向の出力分布が平坦化され、熱的余裕が向上する。

本発明の好適な他の実施例である実施例２における高速増殖炉の構成を、図１５～図１９を用いて説明する。本実施例の高速増殖炉８Ａは、実施例１で述べた高速増殖炉８において、制御棒１の外側制御棒クラスター５を炉心１１の軸方向において移動させる、第１制御棒移動装置である巻き取り装置３０を制御棒駆動機構３２Ａに替え、後備炉停止系制御棒２３の外側制御棒クラスター５５を炉心１１の軸方向において移動させる、第３制御棒移動装置である巻き取り装置６２を制御棒駆動機構６４Ａに替えた構成を有する。制御棒駆動機構３２Ａ及び６４Ａは第１及び第３制御棒移動装置である。三台の制御棒駆動機構３２Ａが、回転プラグ１０の上面に設けられた支持板５４の上面に設置され、第２制御棒移動装置である制御棒駆動機構３２の周囲に配置される。下部内側制御棒案内管２６と下部外側制御棒案内管２７の間の環状領域に存在する外側制御棒クラスター５の上端が、三台の制御棒駆動機構３２Ａのそれぞれの駆動延長軸３３Ａの下端部に連結される。三台の制御棒駆動機構６４Ａが、回転プラグ１０の上面に設けられた支持板５４Ａの上面に設置され、制御棒駆動機構６４の周囲に配置される。下部内側制御棒案内管５８と下部外側制御棒案内管５９の間の環状領域に存在する外側制御棒クラスター５５の上端が、三台の制御棒駆動機構６４Ａのそれぞれの駆動延長軸６５Ａの下端部に連結される。

高速増殖炉８Ａは、外側制御棒クラスター、外側制御棒クラスターを炉心１１の軸方向に移動させる第１制御棒移動装置、内側制御棒クラスター、内側制御棒クラスターを炉心１１の軸方向に移動させる第２制御棒移動装置を含む制御棒システムを有する。高速増殖炉８Ａにおけるその制御棒システムは、具体的には、制御棒１（主炉停止系制御棒）の内側制御棒クラスター２、内側制御棒クラスター２を炉心１１の軸方向に移動させる第２制御棒移動装置、制御棒１の外側制御棒クラスター５、外側制御棒クラスター５を炉心１１の軸方向に移動させる第１制御棒移動装置、後備炉停止系制御棒２３の内側制御棒クラスター３６、内側制御棒クラスター３６を炉心１１の軸方向に移動させる第４制御棒移動装置、後備炉停止系制御棒２３の外側制御棒クラスター５５、外側制御棒クラスター５５を炉心１１の軸方向に移動させる第３制御棒移動装置を含んでいる。制御棒１の内側制御棒クラスター２及び外側制御棒クラスター５、及び後備炉停止系制御棒２３の内側制御棒クラスター３６及び外側制御棒クラスター５５のそれぞれをその軸方向に移動させる第１～第４制御棒移動装置は、制御棒駆動機構である。

高速増殖炉８Ａは、外側制御棒クラスター、外側制御棒クラスターを炉心１１の軸方向に移動させる第１制御棒移動装置、内側制御棒クラスター、内側制御棒クラスターを炉心１１の軸方向に移動させる第２制御棒移動装置を含む制御棒システムを有する。その高速増殖炉８Ａにおけるその制御棒システムは、具体的には、制御棒１（主炉停止系制御棒）の外側制御棒クラスター５、外側制御棒クラスター５を炉心１１の軸方向に移動させる第１制御棒移動装置、制御棒１の内側制御棒クラスター２、内側制御棒クラスター２を炉心１１の軸方向に移動させる第２制御棒移動装置、後備炉停止系制御棒２３の外側制御棒クラスター５５、外側制御棒クラスター５５を炉心１１の軸方向に移動させる第３制御棒移動装置、後備炉停止系制御棒２３の内側制御棒クラスター３６、内側制御棒クラスター３６を炉心１１の軸方向に移動させる第４制御棒移動装置を含んでいる。制御棒システムに含まれる第１～第４制御棒移動装置は、制御棒駆動機構である。

本実施例では、内側制御棒クラスター２及び内側制御棒クラスター３６以外においても、外側制御棒クラスター５が制御棒駆動機構３２Ａによって炉心１１の軸方向に移動され、外側制御棒クラスター５５が制御棒駆動機構６４Ａによって炉心１１の軸方向に移動される。

高速増殖炉８Ａの或る運転サイクルでは、前述の第１目標原子炉出力で負荷追従運転が実施される。その或る運転サイクルにおいて高速増殖炉８Ａが起動されたとき、制御室内の制御盤から出力された外側制御棒クラスター引き抜き指令が制御ユニット４３に入力され、制御ユニット４３から、所定体数の制御棒１の外側制御棒クラスター５毎に設けられた三台の制御棒駆動機構３２Ａに外側制御棒クラスター引き抜き信号が出力される。このため、所定体数の制御棒１の外側制御棒クラスター５のそれぞれが三台の制御棒駆動機構３２Ａによって炉心燃料領域１２から引き抜かれ、高速増殖炉８の原子炉出力が第１目標原子炉出力まで上昇される。原子炉出力がその第１目標原子炉出力に到達したとき、制御ユニット４３に出力された外側制御棒クラスター引き抜き停止指令に基づいて制御ユニット４３から、各三台の制御棒駆動機構３２Ａに駆動停止信号が出力される。この結果、所定体数の制御棒１の外側制御棒クラスター５の軸方向における移動が停止される。その第１目標原子炉出力での高速増殖炉８Ａの負荷追従運転が、実施例１と同様に、必要に応じて内側制御棒クラスター２を引き抜きながら、前述の或る運転サイクルの末期まで継続して実施される。

或る運転サイクルにおける負荷追従運転が終了したとき、内側制御棒クラスター２及び外側制御棒クラスター５が炉心燃料領域１２に全挿入され（図１７参照）、高速増殖炉８Ａの運転が停止される。

なお、本実施例でも、実施例１と同様に、全ての制御棒１及び所定体数の後備炉停止系制御棒２３を併用することにより、高速増殖炉８Ａの負荷追従運転を実施することができる。この負荷追従運転では、後備炉停止系制御棒２３の外側制御棒クラスター５５が炉心燃料領域１２から全引き抜きされている状態で、後備炉停止系制御棒２３の内側制御棒クラスター３６が炉心燃料領域１２に全挿入されている状態（図１８参照）が存在する。

高速増殖炉８Ａに異常事象が生じて高速増殖炉８Ａをスクラムさせるときに、後備炉停止系制御棒２３の内側制御棒クラスター３６及び外側制御棒クラスター５５のそれぞれが炉心燃料領域１２に全挿入される（図１９）。

本実施例は、実施例１で生じる効果のうち、巻き取り装置３０及び制御棒保持ユニット４４の設置により得られる効果、及び巻き取り装置６２及び制御棒保持ユニット６６の設置により得られる効果を除いた他の効果を得ることができる。さらに、本実施例では、外側制御棒クラスター５が制御棒駆動機構３２Ａによって炉心１１の軸方向に移動されるため、実施例１のように、炉心１１内の燃料集合体における核燃料物質の燃焼状態の違い、及び冷却材（液体ナトリウム２４）の温度の違いによって、負荷追従運転時における制御棒１の挿入本数を変える必要がなく、制御棒１の外側制御棒クラスター５の操作が簡略化される。また、炉心燃料領域１２の半径方向における出力ピーキングも、抑制することができる。

本発明の好適な他の実施例である実施例３における高速増殖炉の制御棒操作方法を、図１５及び図２０～図２３を用いて説明する。本実施例の制御棒操作方法が適用される高速増殖炉は、実施例２で述べた高速増殖炉８Ａであり、内側制御棒クラスター２及び外側制御棒クラスター５を含む制御棒１、及び内側制御棒クラスター３６及び外側制御棒クラスター５５を含む後備炉停止系制御棒２３を有する。

本実施例の高速増殖炉の制御棒操作方法では、高速増殖炉８Ａの負荷追従運転を行うときに、制御棒１の内側制御棒クラスター２が炉心燃料領域１２から全引き抜きされ、制御棒１の外側制御棒クラスター５が炉心燃料領域１２に全挿入されている状態が存在する。このような状態が存在する、本実施例の高速増殖炉の制御棒操作方法は、負荷追従運転において、制御棒１の外側制御棒クラスター５が炉心燃料領域１２から全引き抜きされ、制御棒１の内側制御棒クラスター２が炉心燃料領域１２に全挿入される状態が存在する実施例１及び２のそれぞれの高速増殖炉の制御棒操作方法と異なっている。

或る運転サイクルにおける負荷追従運転を開始するとき、全ての制御棒１の外側制御棒クラスターを炉心燃料領域１２に全挿入にしたまま、所定体数の制御棒１の内側制御棒クラスター２を、対応する制御棒駆動機構３２によって操作し、炉心燃料領域１２から全引き抜き状態にする（図２０参照）。この結果、高速増殖炉８Ａの原子炉出力が、負荷追従運転時の目標原子炉出力まで上昇する。その後、必要に応じて、所定体数の制御棒１の外側制御棒クラスター５を制御棒駆動機構３２Ａによって炉心燃料領域１２から引き抜きながら、その原子炉出力をその目標原子炉出力に保持した負荷追従運転が、前述の或る運転サイクルの末期まで継続して実施される。

なお、本実施例でも、実施例１と同様に、全ての制御棒１及び所定体数の後備炉停止系制御棒２３を併用することにより、或る運転サイクルにおいて、高速増殖炉８Ａの負荷追従運転を実施することができる。併用される所定体数の後備炉停止系制御棒２３においても、制御棒１と同様に、内側制御棒クラスター３６が制御棒駆動機構６４によって炉心燃料領域１２から全引き抜きされ（図２２参照）、その後、高速増殖炉８Ａの原子炉出力が負荷追従運転時における目標原子炉出力よりも低下したとき、所定体数の後備炉停止系制御棒２３の外側制御棒クラスター５５を制御棒駆動機構６４Ａによって炉心燃料領域１２から引き抜き、原子炉出力を目標原子炉出力まで上昇させる。上記の或る運転サイクルにおいては、必要に応じて、外側制御棒クラスター５５を炉心燃料領域１２から引き抜きながら、目標原子炉出力での高速増殖炉８Ａの負荷追従運転をその或る運転サイクルの末期まで継続して実施することができる。

なお、本実施例でも、実施例１と同様に、全ての制御棒１及び所定体数の後備炉停止系制御棒２３を併用することにより、高速増殖炉８Ａの負荷追従運転を実施することができる。この負荷追従運転では、後備炉停止系制御棒２３の後備炉停止系制御棒２３の内側制御棒クラスター３６が炉心燃料領域１２から全引き抜きされている状態で、後備炉停止系制御棒２３の外側制御棒クラスター５５が炉心燃料領域１２に全挿入されている状態（図２２参照）が存在する。

高速増殖炉８Ａに異常事象が生じて高速増殖炉８Ａをスクラムさせるときに、後備炉停止系制御棒２３の内側制御棒クラスター３６及び外側制御棒クラスター５５のそれぞれが炉心燃料領域１２に全挿入される（図２３）。

内側制御棒クラスター２が炉心燃料領域１２から全引き抜きされている状態で、炉心燃料領域１２から引き抜かれる外側制御棒クラスター５の制御棒価値は、図１６において、炉心燃料領域１２から引き抜かれる内側制御棒クラスター２の制御棒価値よりも大きい。

本実施例は、実施例１で生じる効果のうち、巻き取り装置３０及び制御棒保持ユニット４４の設置により得られる効果、及び巻き取り装置６２及び制御棒保持ユニット６６の設置により得られる効果を除いた他の効果を得ることができる。さらに、内側制御棒クラスター２と外側制御棒クラスター５は前述したように反応度価値が異なるので、原子炉出力変動の幅（種類）を２倍にすることができる。このため、制御棒価値が異なる内側制御棒クラスター２及び外側制御棒クラスター５をそれぞれ単独で炉心１１の軸方向に移動させることによって、こまめに負荷追従運転を行うことができる。

本実施例では、負荷追従運転を行うとき、実施例１及び２のように、炉心１１から内側制御棒クラスター２を引き抜くのではなく、外側制御棒クラスター５を引き抜いている。外側制御棒クラスター５を引き抜くことにより、負荷追従運転時の原子炉出力をより低くすることができる。

実施例１ないし３のそれぞれは、負荷追従運転時において、制御棒１の外側制御棒クラスター５が全引き抜きされている状態で、内側制御棒クラスター２を引き抜く、制御棒１の内側制御棒クラスター２が全引き抜きされている状態で、外側制御棒クラスター５を引き抜くそれぞれのケースについて述べている。しかしながら、高速増殖炉８（または高速増殖炉８Ａ）の負荷追従運転時ではなく、通常の運転時（例えば、定格運転時）の反応度の燃焼補償を行うときにおいても、制御棒１の外側制御棒クラスター５が全引き抜きされている状態で、内側制御棒クラスター２を引き抜く、または、制御棒１の内側制御棒クラスター２が全引き抜きされている状態で、外側制御棒クラスター５を引き抜くことも可能である。特に、その反応度の燃焼補償を行うときに、炉心燃料領域１２内の制御棒１をより多く使用すれば、炉心燃料領域１２の半径方向における出力分布を平坦化することができ、熱的余裕を増大させることができる。

実施例１ないし３では、炉心１１に装荷される内側炉心燃料集合体１８及び外側炉心燃料集合体１９のそれぞれは、核燃料物質として３元系の合金のＵ-Ｐｕ-１０Ｚｒが用いられている。Ｕ-Ｐｕ-１０Ｚｒの替りにＭＯＸ燃料を、核燃料物質として、内側炉心燃料集合体１８及び外側炉心燃料集合体１９のそれぞれに用いてもよい。

また、実施例１ないし３では、高速増殖炉の冷却材として、液体ナトリウムを使用しているが、液体ナトリウムの替りに、鉛及び鉛ビスマスなどの、ナトリウム以外の液体金属を用いてもよい。

１…制御棒（主炉停止系制御棒）、２，３６…内側制御棒クラスター、５，５５…外側制御棒クラスター、８，８Ａ…高速増殖炉、９…原子炉容器、１０…回転プラグ、１１…炉心、１２…炉心燃料領域、１４…内側炉心燃料領域、１５…外側炉心燃料領域、１８…内側炉心燃料集合体、１９…外側炉心燃料集合体、２３…後備炉停止系制御棒、２４…液体ナトリウム、２６，５８…下部内側制御棒案内管、２７，５９…下部外側制御棒案内管、３０，６２…巻き取り装置、３１，６３…ロープ、３２，３２Ａ，６４，６４Ａ…制御棒駆動機構、３３，３３Ａ，６５，６５Ａ…駆動延長軸、４４，６６…制御棒保持ユニット、４５…回転フック、５０…上部炉心支持板。

Claims (12)

1. 原子炉容器と、前記原子炉容器の上端部に回転可能に設置され、前記原子炉容器を覆う回転プラグとを備え、
   内側制御棒クラスター、及び前記内側制御棒クラスターを取り囲む環状の外側制御棒クラスターを有する制御棒である主炉停止系制御棒の前記内側制御棒クラスター及び前記外側制御棒クラスターのそれぞれを、前記原子炉容器内に配置された炉心内に配置し、
   前記主炉停止系制御棒の前記内側制御棒クラスターを前記炉心の軸方向に移動させる制御棒移動装置を前記回転プラグに設置し、
   前記主炉停止系制御棒の前記外側制御棒クラスターを前記炉心の軸方向に移動させる他の制御棒移動装置を前記回転プラグに設置し、
   前記原子炉容器内で前記炉心の下方に配置された炉心支持板が前記原子炉容器に設置され、前記炉心内に配置された第１内側制御棒案内管の下端部が、前記炉心支持板に取り付けられ、前記炉心内に配置されて前記第１内側制御棒案内管を取り囲む第２外側制御棒案内管の下端部が、前記炉心支持板に取り付けられ、前記主炉停止系制御棒の前記内側制御棒クラスターが前記第１内側制御棒案内管内に配置され、前記主炉停止系制御棒の前記外側制御棒クラスターが前記第１内側制御棒案内管と前記第２外側制御棒案内管の間に形成される環状領域内に配置されたことを特徴とする高速炉。
2. 前記主炉停止系制御棒以外に、後備炉停止系制御棒が用いられており、
   前記後備炉停止系制御棒は、前記主炉停止系制御棒と同じく、内側制御棒クラスター、及び前記内側制御棒クラスターを取り囲む環状の第２外側制御棒クラスターを有し、
   前記後備炉停止系制御棒の前記内側制御棒クラスター及び前記第２外側制御棒クラスターのそれぞれを、前記原子炉容器内に配置された炉心内に配置し、
   前記後備炉停止系制御棒の前記内側制御棒クラスターを前記炉心の軸方向に移動させる制御棒移動装置を前記回転プラグに設置し、
   前記後備炉停止系制御棒の前記第２外側制御棒クラスターを前記炉心の軸方向に移動させる他の制御棒移動装置を前記回転プラグに設置した請求項１に記載の高速炉。
3. 前記炉心内に配置された第２内側制御棒案内管の下端部が、前記炉心支持板に取り付けられ、前記炉心内に配置されて前記第２内側制御棒案内管を取り囲む第２外側制御棒案内管の下端部が、前記炉心支持板に取り付けられ、前記後備炉停止系制御棒の前記内側制御棒クラスターが前記第２内側制御棒案内管内に配置され、前記後備炉停止系制御棒の前記第２外側制御棒クラスターが前記第２内側制御棒案内管と前記第２外側制御棒案内管の間に形成される環状領域内に配置された請求項２に記載の高速炉。
4. 前記外側制御棒クラスターを移動させる前記他の制御棒移動装置は、前記内側制御棒クラスターを移動させる前記制御棒移動装置と移動機構が異なっている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の高速炉。
5. 前記外側制御棒クラスターを移動させる前記他の制御棒移動装置は巻き取り装置であり、前記外側制御棒クラスターは前記巻き取り装置に巻き取られるロープに吊るされており、
   前記内側制御棒クラスターを移動させる前記制御棒移動装置は制御棒駆動機構である請求項４に記載の高速炉。
6. 前記外側制御棒クラスターは、前記ロープに取り付けられた制御棒保持ユニットに切り離し可能に連結され、前記制御棒保持ユニットを介して前記ロープに吊されている請求項５に記載の高速炉。
7. 前記内側制御棒クラスターを移動させる前記制御棒移動装置、及び前記外側制御棒クラスターを移動させる前記他の制御棒移動装置のそれぞれは制御棒駆動機構である請求項１ないし３のいずれか１項に記載の高速炉。
8. 原子炉容器内の炉心の炉心燃料領域に配置された、内側制御棒クラスター、及び前記内側制御棒クラスターを取り囲む環状の外側制御棒クラスターを有する制御棒である主炉停止系制御棒の前記内側制御棒クラスター及び前記外側制御棒クラスターを有する高速炉の制御棒操作方法であって、
   前記内側制御棒クラスター及び前記外側制御棒クラスターのいずれかを前記炉心燃料領域から引き抜きし、前記内側制御棒クラスター及び前記外側制御棒クラスターのうち、前記炉心燃料領域から引き抜かれた制御棒クラスター以外の制御棒クラスターは前記炉心燃料領域に全挿入されたままになっており、
   前記内側制御棒クラスター及び前記外側制御棒クラスターのいずれかを前記炉心燃料領域から引き抜くことによって、前記高速炉の原子炉出力を目標原子炉出力まで増加させることを特徴とする高速炉の制御棒操作方法。
9. 前記内側制御棒クラスター及び前記外側制御棒クラスターのいずれかが前記炉心燃料領域から全引き抜きされた後、前記高速炉の原子炉出力が前記目標原子炉出力から低下するときには、前記内側制御棒クラスター及び前記外側制御棒クラスターのうち、前記炉心燃料領域から全引き抜きされた制御棒クラスター以外の制御棒クラスターを前記炉心燃料領域から引き抜いて、前記高速炉の原子炉出力を前記目標原子炉出力に維持する請求項８に記載の高速炉の制御棒操作方法。
10. 前記高速炉は、前記主炉停止系制御棒と同じく、内側制御棒クラスター、及び前記内側制御棒クラスターを取り囲む環状の第２外側制御棒クラスターを含む後備炉停止系制御棒を有しており、
    前記後備炉停止系制御棒の前記内側制御棒クラスター及び前記第２外側制御棒クラスターのいずれも前記炉心燃料領域から引き抜かれ、前記内側制御棒クラスター及び前記第２外側制御棒クラスターのうち、前記炉心燃料領域から引き抜かれた制御棒クラスター以外の制御棒クラスターも前記炉心燃料領域に全挿入されたままになっている請求項８に記載の高速炉の制御棒操作方法。
11. 前記高速炉は、前記原子炉容器の上端部に回転可能に設置され、前記原子炉容器を覆う回転プラグと、前記回転プラグに設置された巻き取り装置とを備え、
    前記炉心燃料領域から引き抜かれる前記内側制御棒クラスター及び前記外側制御棒クラスターのいずれかは、巻き取り装置によって、前記炉心燃料領域の軸方向に移動され、
    前記巻き取り装置に巻き取られるロープに取り付けられた制御棒保持ユニットに切り離し可能に連結される、前記炉心燃料領域から引き抜かれる前記内側制御棒クラスター及び前記外側制御棒クラスターのいずれかは、スクラム信号によって制御棒保持ユニットから切り離されたときに、前記炉心燃料領域において落下する請求項８又は９に記載の高速炉の制御棒操作方法。
12. 前記高速炉は、前記原子炉容器の上端部に回転可能に設置され、前記原子炉容器を覆う回転プラグと、前記回転プラグに設置された制御棒駆動機構とを備え、
    前記炉心燃料領域から引き抜かれる前記内側制御棒クラスター及び前記外側制御棒クラスターのいずれかは、前記制御棒駆動機構によって、前記炉心燃料領域の軸方向に移動される請求項８又は９に記載の高速炉の制御棒操作方法。

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