JPH02201291A - 原子炉の運転方法 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は原子炉の運転方法に係り、特に燃料集合体のチ
ャンネルボックスを再利用することができるようにした
原子炉の運転方法に関する。

（従来の技術） 沸騰水型原子炉の炉心には第１１図に示すように多数の
燃料集合体１が規則的に配列して装荷されており、原子
炉制御棒２が４体の燃料集合体１に囲まれるような位置
で配置されている（なお、第１１図では、図面上の上か
ら４列目までは燃料集合体１が図示しであるが、それよ
り下では省略しである）。このように、４体の燃料集合
体１と１体の原子炉制御棒２の組合せをセルと呼び、炉
心燃料はセル単位の燃料集合体と炉心最外周の一部にあ
る単独の燃料集合体とで構成されている。

上記燃料集合体１は、第１２図に示すように、多数の燃
料棒３を規則的に配列して、その上下端をそれぞれ上部
タイプレート４および下部タイプレート５で締結し、中
間をスペーサ６で保持し、これらをチャンネルボックス
７で囲むことによって構成されている。

炉心に装荷された燃料集合体１は、３〜４年使用されて
寿命を終えた後、使用済燃料として取り出される。炉心
より取り出された燃料集合体１は、燃料プールの水中に
て核***生成物の原子崩壊による発熱が一部レベルに下
がるまで冷却され、その後チャンネルボックス７を取り
外して再処理工程に回される。

（発明が解決しようとする課題） ところで、取り外されたチャンネルボックス７は、現在
廃棄物として処理されているが、原子炉の運転に伴い廃
棄されるチャンネルボックス７は膨大な量となっており
、また廃棄に要する費用も膨大になっている。

したがって、燃料集合体１として１回使用したチャンネ
ルボックス７を新しい燃料バンドルに装着して再使用す
ることができれば、廃棄物の減少、原子力発電のコスト
減少に著しく貢献することができる。

しかしながら、チャンネルボックス７はジルコニウム合
金でつくられており、使用期間中には多聞の中性子の照
射を受けるために、次のような変形を生じる。すなわち
、チャンネルボックス７の横断面方向にはチャンネルボ
ックス７内外の圧力差によるクリープ変形に起因する膨
らみが生じ、長手方向には伸びが生じる。また、チャン
ネルボックス７の向い合う２つの面の伸び量が異なる場
合には、チャンネルボックス７に曲がり変形が生ずる。

仮に、チャンネルボックス７を再使用すると、この曲が
り変形量が増大することが容易に予測され、原子炉の安
全上重要な問題となるものと思われる。

本発明は上記の事情を考慮してなされたもので、チャン
ネルボックスを再使用するときに予想されるチャンネル
ボックスの曲がり変形の問題に対処し、チャンネルボッ
クスを安全に使用することができる原子炉の運転方法を
提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本件第１番目の発明に係る原子炉の運転方法は、燃料集
合体のチャンネルボックスを燃料の燃焼が終って燃料集
合体を解体した後再使用する原子炉の運転方法において
、原子炉炉心の燃料集合体の配置位置を周辺部領域と中
央部領域とに区分するとともに、各領域の配置位置に燃
料集合体が装荷された場合に生じるチャンネルボックス
の原子炉制御棒側への曲がり量に応じた数値をチャンネ
ルボックスの対象面に与え、チャンネルボックスの使用
期間を通算した合計数値が別途定めた許容値を超えない
ように燃料集合体を配置して運転するものである。

本件第２番目の発明に係る原子炉の運転方法は、燃料集
合体のチャンネルボックスを燃料の燃焼が終って燃料集
合体を解体した後使用する原子炉の運転方法において、
４体の燃料集合体と原子炉＄制御棒で構成される単位セ
ル内に、再使用するチャンネルボックスを装着した燃料
集合体が互いに隣り合う配置とならないように各燃料集
合体を配置して運転するものである。

（作用） 本件第１番目の発明はチャンネルボックスの原子炉ＩＩ
　ＩＩＩ棒側への曲がり量に応じた数値を、チャンネル
ボックスの対象面に与え、各チャンネルボックスの使用
期間を通算した合計数値が別途定めた許容値を超えない
ように燃料集合体を配置するから、チャンネルボックス
の曲がり変形量を原子炉運転上安全な範囲に抑えること
ができ、チャンネルボックスを再利用した場合において
も、チャンネルボックスを安全に使用することができる
。

本件第２番目の発明は、単位セル内に、再使用するチャ
ンネルボックスを装着した燃料集合体が互いに隣り合う
配置とならないように各燃料集合体を配置して運転する
から、チャンネルボックスに曲がり変形が生じた場合に
おいても、チャンネルボックスと原子炉ＩＩ　Ｉｌｌ棒
とが干渉することを防止することができ、チャンネルボ
ックスを再使用した場合においても、チャンネルボック
スを安全に使用することができる。

（実施例） 本件第１番目の発明に係る原子炉の運転方法の一実施例
について添付図面を参照して説明する。

第１図は炉心の燃料集合体の配置位置を示す断面図であ
る。この図において炉心は斜線によって周辺部領域１１
と中央部領域１２とに区別されており、符号１３は燃料
集合体、符号１４は原子炉１１１１ａｌｌ棒を示す。

ところで、原子炉の炉心の外周部においては、高速中性
子束は炉心中心部側が炉心の外周側より大である。すな
わち、炉心端面において高速中性子束に勾配がある。し
たがって、このような端面に置かれたチャンネルボック
スは両側面で高速中性子類１）［の差を生じる。

また、チャンネルボックスの素材であるジルコニウム合
金の照射による伸びは、第２図に示すような高速中性子
照射量への依存性を示す。したがって、炉心の外周部の
チャンネルボックスでは、ヂャンネル面間で長手方向の
伸び量が相違するようになり、第３図（Ａ＞および（Ｂ
）に示すように、高速中性子照射量が大きく伸びの大き
い面の方が凸となるような曲がり変形を生ずる。この曲
がり変形は、高速中性子照射量の差が大きい程大きくな
る。

第４図は炉心周辺部における位置と高速中性子照射量の
関係を示す図である。この図に示すように、原子炉の周
辺部おいては、最外周より３列目程度までは、チャンネ
ルボックスの炉心側を向いている面と最外周側を向いて
いる面の間の高速中性子照射量の差が大きく、それより
中心方向の装荷位置では、このような差は殆どない。し
たがって、最外周１列目では大きな曲がりが生じ、２列
目ではおよそその１／２の曲がりが生じ、中心部では殆
ど曲がりが生じない。そのため、本実施例では周辺部領
域１１は最外周から２列目までの燃料集合体装荷位置の
範囲とし、それ以外の位置を中央部領［１２としている
。

また、曲がり変形の生じる方向は、配置位置ごとに異な
っており、第５図の矢印で示す方向に曲がり変形が生じ
る。そこで、第６図に示すように、周辺部領域１１の燃
料集合体配置位置のうち、最外周にはＡ、Ｂ、Ｃ，Ｄ、
、最外周から２列目にａ。

ｂ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈの分類を行ない、第７図に示すよう
に、チャンネルボックス１５の各面に番号付けを行ない
、配置位置ごとの曲がり変形方向、曲がり変形量を第８
図に示すように数値化する。

この場合、チャンネルボックス１５は、チャンネルファ
スナ１６を挟む２つの面（第３面と第４面）が常に原子
炉制御棒１４側を向くように配置され、これら第３面お
よびＭ４面について数値化が行なわれる。

そして、このような配置位置と数値を用いてチャンネル
ボックス１５の第３面と第４面ごとに使用期間を通じて
数値を加え、その合計が＋２を超えないように使用する
。この＋２は許容数値であり、チャンネルボックス１５
と原子炉制御棒１４とが接触し、原子炉制御棒の向きを
妨げるおそれのある曲がり変形量の上限値を数値化した
ものである。したがって、合計数値を＋２以下に抑える
ことにより、チャンネルボックス１５と原子炉制御棒１
４との干渉を防止することができる。

例えば、最初の燃料集合体１３に装着されていたときに
、中央→ｅ−＋Ａ→Ｃと動いた場合には、第３面が＋１
．５、第４面が＋１となるので、再使用時には、第３面
が＋０．５を、第４面が＋１を超えないように配置すれ
ば、曲がり変形量がチャンネルボックス１５と原子炉制
御棒１４との間に干渉が生じる程度にまで達する可能性
はない。

このように、上記実施例によれば、燃料集合体１３の燃
料寿命が終って燃料を解体除去した後に、再びチャンネ
ルボックス１５を新たな燃料に装着して再使用しても、
チャンネルボックス１５を安全に使用することができる
。

なお、上記実施例においては、炉心の周辺部領域１１を
最外側から２列目までとしたが、炉心の大きさ、すなわ
ち総燃料集合体数に応じて１列目までとしてもよく、要
は高速中性子照射聞分布を勘案して適宜に両頭域１１．
１２の範囲を決めればよい。また、各配置位置の数値や
許容数値も、上記実施例に限定されるものではなく、高
速中性子照射量を勘案じて適宜に決定すればよい。

次に、本件第２番目の発明に係る原子炉の運転方法の一
実施例について添付図面を参照して説明する。

チャンネルボックス１５の寿命は、変形に伴う原子炉Ｉ
Ｉ　ｍ棒１４との干渉により決まるため、再使用中に原
子炉制御棒１４と干渉する可能性があると考えられる場
合には再使用することはできない。この干渉は、第９図
に示すように、原子炉制御棒１４の１つの１２１４ａと
、それを挟んで向かい合う２体のチャンネルボックス１
５の面の変形器で判定することができる。いま、１１４
ａとそれを挟む左右のチャンネルボックス１５に注目す
ると、一方のチャンネルボックス１５が変形していても
、他方のチャンネルボックス１５が変形していなければ
、原子炉制御棒１４の挿入に何ら支障が生じないことが
分かる。すなわち、チャンネルボックス１５の変形は、
それが装着されていた燃料集合体１３の延べ燃焼度に比
例することから、原子炉制御棒１４のｌ１１４ａの一側
に再使用中のチャンネルボックス１５を配置し、他側に
再使用前のチャンネルボックス１５を配置することによ
り、チャンネルボックス１５と原子炉制御棒１４のｍ１
４ａとの干渉を防止することができる。

そこで、本実施例では第１０図に示すように、チャンネ
ルボックス１５を配置して原子炉の運転を行なう。すな
わち、燃料集合体配置位置のうち、八を記されたものは
、再使用中のチャンネルボックス１５が装着された燃料
集合体１３の配置位置であり、Ｂを記されたものは再使
用前のチャンネルボックスが装着された燃料集合体１３
の配置位置である。

チャンネルボックス１５は、初めに装着された燃料集合
体１３がその燃料寿命を終えて燃料を取り外した後に、
新たな燃料バンドルに取り付けて燃料集合体１３として
再使用されるが、本実施例では第１０図に示すように、
４体の燃料集合体１３と、原子炉制御棒１４とで構成さ
れる単位セル内に、再使用するチャンネルボックス１５
が装着された燃料集合体１３が互いに隣り合う配置とな
らないように各燃料集合体１３が配置され、原子炉の運
転が行なわれる。

このように上記実施例によれば、原子炉制御棒１４の１
つの１１１４ａを挟む左右の燃料集合体１３に装着され
たチャンネルボックス１５を再使用のものと再使用前の
ものに限定することにより、全くランダムに配置した場
合に生ずる可能性のある左右に再使用チャンネルボック
スが配置されるケース（左右の変形の和が大きい場合）
を排除することが可能となり、燃料集合体１３の燃料寿
゛命が終って燃料を解体除去した後に、再びチャンネル
ボックス１５を新たな燃料に装着して再使用しても、チ
ャンネルボックス１５．を安全に使用することができる
。

〔発明の効、果〕

本発明に係る原子炉の運転方払は、原子炉炉心の燃料集
合体の配置位置を周辺部領域と中央部領域とに区分する
とともに、各領域の配置位置に燃料集合体が装荷された
場合に生じるチャンネルボックスの原子炉制御棒側への
曲がり量に応じた数値をチャンネルボックスの対象面に
与え、チャンネルボックスの使用期間を通算した合計数
値が別途定めた許容値を超えないように燃料集合体を配
置して運転し、また４体の燃料集合体と原子炉制御棒で
構成される単位セル内に、再使用するチャンネルボック
スを装着した燃料集合体が互いに隣り合う配置とならな
いように各燃料集合体を配置して運転するから、燃料集
合体の燃料寿命が終って燃料を解体除去した後に再びチ
ャンネルボックスを新たな燃料に装着して再使用しても
、チャンネルボックスを安全に使用することができると
いう優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本件第１番目の発明に係る原子炉の運転方法の
一実施例を説明するための炉心断面図、第２図は上記実
施例においてチャンネルボックスの素材であるジルコニ
ウム合金の照射成長による伸びと高速中性子照射量の関
係を示す特性図、第３図（Ａ）および（Ｂ）は上記実施
例において炉心周辺部におけるチャンネルボックスの曲
がりの状態を示す図、第４図は上記実施例において炉心
周辺部における位置と高速中性子照射量の関係を示す図
、第５図は上記実施例において炉心周辺部におけるチャ
ンネルボックスの曲がり方向を示す図、第６図は上記実
施例において燃料集合体の配置位置の分類を示す炉心断
面図、第７図は上記実施例においてチャンネルボックス
の各面の番号付けを示す図、第８図は上記実施例におい
てチャンネルボックスの対象面に生じる配置位置ごとの
曲がり変形方向、曲がり変形量を数値化した図、第９図
は本件第２番目の発明に係る原子炉の運転方法の一実施
例を説明するための皇位セル内の燃料集合体の配置を示
す配置図、第１０図は上記実施施例を示す配置′図、第
１１図は従来の炉心断面の一例を示す断面図、第１２図
は一般的な燃料集合体を示す斜視図である。 １１・・・周辺部領域、１２・・・中央部領域、１３・
・・燃料集合体、１４・・・原子炉制御棒、１４ａ・・
・翼、１５・・・チャンネルボックス、１６・・・チャ
ンネルファスナ。 出願人代理人　　　波　多　野　　　久第１図 第２図 第 図 第 図 第 図 第 図 第１Ｏ図 第１１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、燃料集合体のチャンネルボックスを燃料の燃焼が終
   って燃料集合体を解体した後再使用する原子炉の運転方
   法において、原子炉炉心の燃料集合体の配置位置を周辺
   部領域と中央部領域とに区分するとともに、各領域の配
   置位置に燃料集合体が装荷された場合に生じるチャンネ
   ルボックスの原子炉制御棒側への曲がり量に応じた数値
   をチャンネルボックスの対象面に与え、チャンネルボッ
   クスの使用期間を通算した合計数値が別途定めた許容値
   を超えないように燃料集合体を配置して運転することを
   特徴とする原子炉の運転方法。 ２、燃料集合体のチャンネルボックスを燃料の燃焼が終
   つて燃料集合体を解体した後使用する原子炉の運転方法
   において、４体の燃料集合体と原子炉制御棒で構成され
   る単位セル内に、再使用するチャンネルボックスを装着
   した燃料集合体が互いに隣り合う配置とならないように
   各燃料集合体を配置して運転することを特徴とする原子
   炉の運転方法。