KR20120011850A - 원자로 - Google Patents
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Abstract
원자로(2)는, 핵 연료가 봉입된 연료봉을 복수개 묶어 구성되는 연료 집합체를 복수 조합하여 구성되는 연료 부분(2C)과, 핵 연료의 핵 반응을 제어하는 제어봉(2L)을 압력 용기(2P) 내에 갖는 가압수형 원자로이다. 원자로(2)는, 정격 출력 운전 개시시에서의 원자로(2)의 정격 출력 운전시에 있어서의 1차 냉각재 중에 포함되는 중성자 흡수재의 농도를, 원자로(2)의 운전 종료시에 원자로(2)를 저온 정지시키고, 그 상태를 유지시키기 위해 필요한 중성자 흡수재의 농도로부터, 원자로(2)의 운전 개시시에 원자로(2)를 저온 정지시키고, 그 상태를 유지시키기 위해 필요한 중성자 흡수재의 농도를 감산한 값에, 소정의 값을 가산한 값 이하로 한다.
Description
본 발명은, 환경 부하를 저감할 수 있는 원자로에 관한 것이다.
원자로는, 핵 연료를 핵 반응시킴으로써 열에너지를 얻는 것이다. 원자로에는, 냉각재에 중성자 흡수재로서 붕소를 첨가하여, 원자로의 반응도를 조정하는 것이 있다(예를 들어, 특허 문헌 1).
냉각재에 중성자 흡수재를 첨가하여 원자로의 반응도를 조정하는 경우, 냉각재에 중성자 흡수재를 첨가하거나, 중성자 흡수재가 첨가된 냉각재를 희석할 필요가 있다. 후자의 경우, 중성자 흡수재를 포함한 잉여의 냉각재가 발생하므로, 잉여의 냉각재로부터 중성자 흡수재를 제거하고 처리할 필요가 있다. 이로 인해, 냉각재에 중성자 흡수재를 첨가하여 원자로의 반응도를 조정하는 경우, 중성자 흡수재의 폐기물(붕산의 경우에는 붕산 폐기물) 등이 발생한다. 이 폐기물은 방사성 폐기물이므로, 처리를 위해서는 환경 부하가 많아진다. 본 발명은 상기에 비추어 이루어진 것이며, 환경 부하를 저감할 수 있는 원자로를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하고, 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 핵 연료가 봉입된 연료봉과, 상기 핵 연료의 핵 반응을 제어하는 제어봉을 갖는 원자로에 있어서, 상기 원자로의 운전 개시시에서의 상기 원자로의 정격 출력 운전시에 있어서의 1차 냉각재 중에 포함되는 중성자 흡수재의 농도를, 상기 원자로의 운전 종료시에 상기 원자로를 저온 정지시키고, 그 상태를 유지시키기 위해 필요한 중성자 흡수재의 농도로부터, 상기 원자로의 운전 개시시에 상기 원자로를 저온 정지시키고, 그 상태를 유지시키기 위해 필요한 중성자 흡수재의 농도를 감산한 값에, 소정의 값을 가산한 값 이하로 하는 것을 특징으로 하는 원자로이다. 이에 의해, 원자로의 운전 중에, 1차 냉각재에 첨가하는 중성자 흡수재의 양을 저감할 수 있으므로, 환경 부하를 저감할 수 있다.
본 발명의 바람직한 형태로서는, 상기 원자로에 있어서, 상기 연료봉을 구성하는 연료 중에 버너블 포이즌을 첨가하는 동시에, 상기 연료봉의 적어도 한쪽의 단부측에 있어서의 상기 버너블 포이즌의 농도보다도, 상기 연료봉의 중앙 부분에 있어서의 상기 버너블 포이즌의 농도가 높은 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 형태로서는, 상기 원자로에 있어서, 상기 제어봉은, 상기 1차 냉각재에 중성자 흡수재를 투입하는 일 없이 운전 중인 상기 원자로를 저온 정지시킬 수 있는 반응도 제어 능력을 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 형태로서는, 상기 원자로에 있어서, 상기 1차 냉각재는 물이고, 상기 원자로의 수소 대 중금속 원자수비는, 4.5 이상, 또한 상기 1차 냉각재 중에 붕소가 첨가되어 있지 않은 경우에 있어서 노심의 핵 반응도를 최대로 하게 하는 값 이하인 것이 바람직하다.
상술한 과제를 해결하고, 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 핵 연료가 봉입된 연료봉과, 상기 핵 연료의 핵 반응을 제어하는 제어봉을 갖는 원자로에 있어서, 상기 핵 연료 중에 버너블 포이즌을 첨가하는 동시에, 상기 연료봉의 적어도 한쪽의 단부측에 있어서의 상기 버너블 포이즌의 농도보다도, 상기 연료봉의 중앙 부분에 있어서의 상기 버너블 포이즌의 농도가 높은 것을 특징으로 하는 원자로이다. 연료에 버너블 포이즌을 첨가하면, 1차 냉각재에 첨가하는 중성자 흡수재의 양을 저감시킬 수 있으므로, 환경 부하를 저감할 수 있다.
상술한 과제를 해결하고, 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 핵 연료가 봉입된 연료봉과, 상기 핵 연료의 핵 반응을 제어하는 제어봉을 갖는 원자로에 있어서, 상기 제어봉은, 상기 1차 냉각재에 붕소를 투입하는 일 없이 운전 중인 상기 원자로를 저온 정지시킬 수 있는 반응도 제어 능력을 갖는 것을 특징으로 하는 원자로이다. 이에 의해, 제어봉의 반응도 제어 능력만으로 원자로를 저온 정지시킬 수 있으므로, 원자로의 저온 정지 조작시에는 1차 냉각재에 중성자 흡수재를 첨가할 필요는 없다. 그 결과, 원자로를 저온 정지시킬 때에, 1차 냉각재에 첨가하는 중성자 흡수재의 양을 저감시킬 수 있으므로, 환경 부하를 저감할 수 있다.
상술한 과제를 해결하고, 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 핵 연료가 봉입된 연료봉과, 상기 핵 연료의 핵 반응을 제어하는 제어봉을 갖는 동시에, 1차 냉각재는 물을 사용하는 원자로에 있어서, 수소 대 중금속 원자수비는, 4.5 이상, 또한 상기 1차 냉각재 중에 붕소가 첨가되어 있지 않은 경우에 있어서 노심의 핵 반응도를 최대로 하게 하는 값 이하인 것을 특징으로 하는 원자로이다. 수소 대 중금속 원자수비를 크게 하면, 원자로를 냉각할 때의 첨가 반응도를 작게 할 수 있다. 이에 의해, 원자로를 냉각할 때에 케미컬 심(chemical shim) 제어를 사용하는 경우에는, 첨가 반응도가 작아진 만큼, 원자로의 냉각시에 첨가하는 중성자 흡수재의 양을 저감시킬 수 있으므로, 케미컬 심 제어의 분담 비율을 저감할 수 있다. 그 결과, 환경 부하를 저감할 수 있다.
본 발명은, 환경 부하를 저감할 수 있는 원자로를 제공할 수 있다.
도 1은 원자력 플랜트를 도시하는 모식도이다.
도 2는 원자로의 반응도 제어의 내역을 나타내는 도면이다.
도 3a는 연료봉 중의 버너블 포이즌의 농도를 나타내는 모식도이다.
도 3b는 연료봉 중의 버너블 포이즌의 농도를 나타내는 모식도이다.
도 4는 케미컬 심 제어를 실행하는 원자로의 BOC(Beginning Of Cycle : 원자로의 운전 개시시)로부터 EOC(End Of Cycle : 원자로의 운전 종료시)에 걸쳐, 정격 출력 운전시에 있어서의 1차 냉각재 중의 붕소 농도의 변화를 나타내는 모식도이다.
도 5는 제어봉의 반응도 제어 능력을 향상시키는 예를 나타내는 도면이다.
도 6은 제어봉의 반응도 제어 능력을 향상시키는 예를 나타내는 도면이다.
도 7은 제어봉의 반응도 제어 능력을 향상시키는 예를 나타내는 도면이다.
도 8은 실효 증배율과 1차 냉각재 밀도의 관계를 나타내는 도면이다.
도 9는 실효 증배율과 수소 대 중금속 원자수비 H/HM의 관계를 나타내는 도면이다.
도 10은 실효 증배율과 수소 대 중금속 원자수비 H/HM의 관계를 나타내는 도면이다.
도 11은 연료봉의 배열 피치를 나타내는 도면이다.
도 2는 원자로의 반응도 제어의 내역을 나타내는 도면이다.
도 3a는 연료봉 중의 버너블 포이즌의 농도를 나타내는 모식도이다.
도 3b는 연료봉 중의 버너블 포이즌의 농도를 나타내는 모식도이다.
도 4는 케미컬 심 제어를 실행하는 원자로의 BOC(Beginning Of Cycle : 원자로의 운전 개시시)로부터 EOC(End Of Cycle : 원자로의 운전 종료시)에 걸쳐, 정격 출력 운전시에 있어서의 1차 냉각재 중의 붕소 농도의 변화를 나타내는 모식도이다.
도 5는 제어봉의 반응도 제어 능력을 향상시키는 예를 나타내는 도면이다.
도 6은 제어봉의 반응도 제어 능력을 향상시키는 예를 나타내는 도면이다.
도 7은 제어봉의 반응도 제어 능력을 향상시키는 예를 나타내는 도면이다.
도 8은 실효 증배율과 1차 냉각재 밀도의 관계를 나타내는 도면이다.
도 9는 실효 증배율과 수소 대 중금속 원자수비 H/HM의 관계를 나타내는 도면이다.
도 10은 실효 증배율과 수소 대 중금속 원자수비 H/HM의 관계를 나타내는 도면이다.
도 11은 연료봉의 배열 피치를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명에 대해 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 하기의 발명을 실시하기 위한 형태(이하, 실시 형태라 함)에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 또한, 하기의 실시 형태에 있어서의 구성 요소에는, 당업자가 용이하게 상정할 수 있는 것, 실질적으로 동일한 것, 이른바 균등한 범위인 것이 포함된다.
도 1은 원자력 플랜트를 도시하는 모식도이다. 원자력 플랜트(1)는, 원자력 발전 설비이다. 원자력 플랜트(1)를 구성하는 원자로(2)는, PWR(Pressurized Water Reactor : 가압수형 원자로)이다. 원자력 플랜트(1)는, 격납 용기(1W) 내에 원자로(2), 증기 발생기(3), 가압기(4), 1차 냉각재 펌프(5), 재생 열교환기(11)가 배치된다. 또한, 격납 용기(1W)의 외부에는, 터빈(8), 복수기(復水器)(9) 및 발전기(10)가 배치된다.
원자로(2)는, 압력 용기(2P)의 내부에 연료 부분(2C)이 배치되어 있다. 또한, 압력 용기(2P)의 내부에는 1차 냉각재(냉각수에 상당하고, 본 실시 형태에서는 경수가 사용됨)(C1)가 채워져 있다. 1차 냉각재 펌프(5)와 원자로(2)는 1차 냉각재 제1 공급 통로(6A)에 의해 접속되고, 원자로(2)와 증기 발생기(3)는, 1차 냉각재 제2 공급 통로(6B)에 의해 접속된다. 또한, 증기 발생기(3)와 1차 냉각재 펌프(5)는, 1차 냉각재 회수 통로(6C)에 의해 접속된다.
이러한 구성에 의해, 1차 냉각재 펌프(5)로부터 토출된 1차 냉각재(C1)는, 1차 냉각재 제1 공급 통로(6A)를 통해 원자로(2)의 압력 용기(2P) 내로 공급된다. 그리고 압력 용기(2P)의 내부에 배치되는 연료 부분(2C)을 구성하는 연료(핵 연료)의 핵 분열 반응에 의해 발생한 열에너지에 의해 1차 냉각재(본 실시 형태에서는 경수)(C1)가 가열된다. 즉, 연료 집합체를 구성하는 핵 연료로서의 우라늄이나 플루토늄이 핵 분열함으로써 중성자를 방출하여, 감속재 및 1차 냉각수로서 기능하는 경수가, 방출된 고속 중성자의 운동 에너지를 저하시켜 열중성자로 하여 새로운 핵 분열을 일으키기 쉽게 하는 동시에, 핵 연료의 핵 분열에 의해 발생한 열을 빼앗아 냉각한다. 여기서, 연료 부분(2C)은, 복수의 연료의 펠릿이 피복관에 봉입된 연료봉을 복수개 묶어 연료 집합체를 구성하고, 이 연료 집합체를 복수 배열하여 구성된다. 또한, 연료 부분(2C) 및 그 주위에 존재하는 1차 냉각재로 노심이 구성된다.
연료의 핵 분열 반응에 의해 발생한 열에너지에 의해 가열된 1차 냉각재(C1)는, 1차 냉각재 제2 공급 통로(6B)를 통해 증기 발생기(3)로 공급된다. 그리고 1차 냉각재(C1)는, 증기 발생기(3)의 전열관(3T)을 통과한 후, 증기 발생기(3)로부터 유출되어, 1차 냉각재 회수 통로(6C)를 통해 1차 냉각재 펌프(5)로 복귀되고, 다시 1차 냉각재 제1 공급 통로(6A)로부터 원자로(2)의 압력 용기(2P) 내로 토출된다.
원자로(2)의 내부에는, 복수의 제어봉(2L)이 배치된다. 제어봉(2L)은, 제어봉 구동 장치(2A)에 의해 구동된다. 제어봉 구동 장치(2A)는, 제어봉(2L)을 연료 부분(2C)에 삽입, 또는 연료 부분(2C)으로부터 빼냄으로써, 연료 부분(2C)을 구성하는 연료의 핵 분열을 제어한다. 제어봉(2L)을 연료 부분(2C)에 삽입함으로써, 노심에서 생성되는 중성자수가 조정된다.
증기 발생기(3)는, 전술한 전열관(3T)을 복수 구비하고 있고, 전열관(3T) 내를 흐르는 1차 냉각재(C1)에 의해 전열관(3T) 외부의 2차 냉각재(C2)가 가열되어 비등하여, 2차 냉각재(C2)의 고온 고압의 증기가 생성된다. 증기 발생기(3)와 터빈(8)은, 증기 공급 통로(7S)에 의해 접속되어 있고, 복수기(9)와 증기 발생기(3)는, 2차 냉각재 회수 통로(7R)에 의해 접속되어 있다. 이에 의해, 증기 발생기(3)에서 생성된 2차 냉각재(C2)의 고온 고압의 증기는, 증기 공급 통로(7S)를 통해 터빈(8)으로 공급되어 이것을 구동한다. 그리고 터빈(8)의 구동축에 연결된 발전기(10)에 의해 전력을 발생시킨다. 터빈(8)을 구동한 후의 2차 냉각재(C2)는, 복수기(9)에서 액체로 되어, 2차 냉각재 회수 통로(7R)를 통해 다시 증기 발생기(3)로 보내진다.
상술한 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서, 원자로(2)는 PWR이므로, 1차 냉각재를 가압하기 위한 가압기(4)가 1차 냉각재 제2 공급 통로(6B)에 접속되어 있다. 그리고 가압기(4)가 1차 냉각재 제2 공급 통로(6B) 내의 1차 냉각재(C1)에 압력을 부여한다. 이러한 구조에 의해, 1차 냉각재(C1)는, 핵 연료의 핵 분열 반응에 의해 발생한 열에너지에 의해 가열되어도 비등하지 않고, 액상의 상태로 원자로(2) 및 그 냉각계를 순환한다. 여기서, 원자로(2)의 냉각계는, 1차 냉각재 펌프(5), 1차 냉각재 제1 공급 통로(6A), 1차 냉각재 제2 공급 통로(6B), 증기 발생기(3), 1차 냉각재 회수 통로(6C)로 구성되는 1차 냉각재(C1)가 흐르는 계이다.
1차 냉각재(C1)에 포함되는 불순물을 제거하기 위해, 탈염탑(脫鹽塔)(16)이 설치된다. 탈염탑(16)은, 제1 탈염탑(16A) 및 제2 탈염탑(16B)으로 구성되어 있고, 격납 용기(1W)의 외측에 설치된다. 제1 탈염탑(16A)은 냉각재 온상식(溫床式) 탈염탑이고, 제2 탈염탑(16B)은, 냉각재 양이온 탈염탑이다. 원자로(2)의 냉각계로부터 탈염탑(16)으로는, 1차 냉각재 펌프(5)의 입구측(상류측)으로부터 취출된 1차 냉각재(C1)가 공급되어 탈염 처리가 실시되고, 탈염 후의 1차 냉각재(C1)는, 1차 냉각재 펌프(5)의 출구측(하류측)으로 복귀된다.
1차 냉각재(C1)의 탈염 처리계는, 1차 냉각재 취출 통로(13A), 재생 열교환기(11), 1차 냉각재 통로(13B), 비재생 열교환기(12), 1차 냉각재 통로(13C), 탈염탑(16), 1차 냉각재 통로(13D), 체적 제어 탱크(14), 1차 냉각재 복귀 통로(13E, 13F)로 구성된다. 1차 냉각재 취출 통로(13A)는, 원자로(2)의 냉각계를 구성하는 1차 냉각재 회수 통로(6C)와 재생 열교환기(11)를 접속하고 있다. 재생 열교환기(11)와 비재생 열교환기(12)는 1차 냉각재 통로(13B)에 의해 접속되어 있고, 또한 비재생 열교환기(12)와 탈염탑(16)은 1차 냉각재 통로(13C)에 의해 접속된다.
탈염탑(16)과 체적 제어 탱크(14)는 1차 냉각재 통로(13D)에 의해 접속되어 있고, 체적 제어 탱크(14)와 재생 열교환기(11)는 1차 냉각재 복귀 통로(13E)에 의해 접속된다. 또한, 재생 열교환기(11)와 1차 냉각재 제1 공급 통로(6A)는, 1차 냉각재 복귀 통로(13F)에 의해 접속된다. 1차 냉각재 복귀 통로(13E)에는 충전 펌프(15)가 설치되어 있다.
1차 냉각재(C1)는, 1차 냉각재 취출 통로(13A), 즉, 1차 냉각재 펌프(5)의 입구측(상류측)으로부터 취출된다. 원자로(2)의 냉각계로부터 취출된 1차 냉각재(C1)는, 재생 열교환기(11)로 유도된 후, 1차 냉각재 통로(13B), 비재생 열교환기(12), 1차 냉각재 통로(13C)를 통해 탈염탑(16)으로 유도되고, 여기서 탈염 처리된다. 탈염 처리된 1차 냉각재(C1)는, 1차 냉각재 통로(13D)를 통해 체적 제어 탱크(14)에 일시적으로 저장된 후, 1차 냉각재 복귀 통로(13E)에 설치되는 충전 펌프(15)에 의해 재생 열교환기(11)로 보내진다. 재생 열교환기(11)를 통과한 1차 냉각재(C1)는, 1차 냉각재 복귀 통로(13F)를 통해 1차 냉각재 제1 공급 통로(6A), 즉, 1차 냉각재 펌프(5)의 출구측(하류측)으로 복귀된다.
PWR에서는, 원자로(2)를 구성하는 압력 용기(2P) 내에서는 1차 냉각재의 비등이 발생하지 않으므로, 1차 냉각재 중에 첨가물을 가할 수 있다. 이로 인해, 통상, 원자로(2)의 반응도를 제어할 목적으로, 1차 냉각재 중에 중성자 흡수재를 첨가하고 있다. 중성자 흡수재로서는, 예를 들어 중성자를 잘 흡수하는 붕산을 1차 냉각재 중에 첨가하여, 용해시키고 있다. 붕산은, 중성자 흡수재인 붕소 원자를 포함하므로, 중성자를 잘 흡수한다. 그리고 1차 냉각재 중의 붕소 농도를 조정함으로써, 반응도를 제어하고 있다. 이것을 케미컬 심 제어(붕소 농도 조정)라고 한다.
예를 들어, 원자로 운전 초기에는, 중성자 흡수재인 붕소가 2000ppm(질량ppm) 정도로 되도록 붕산을 첨가하고, 운전이 진행됨에 따라서 연속적으로 붕소를 희석하여 노심의 장기의 반응도 변화를 보상한다. 케미컬 심 제어는, 원자로(2)를 구성하는 1차 냉각 계통의 화학 체적 제어 설비에 의해 실행되고, 연료의 연소에 수반되는 반응도 변화나, 원자로(2)의 출력을 서서히 변화시키고자 하는 경우 등에 사용된다. 또한 붕소는, 원자로 전체에 균일하게 분포하므로, 노 내 출력 분포의 국소적인 변화가 일어나기 어렵다고 하는 이점이 있다.
본 실시 형태에서는, 1차 냉각재(C1)에 붕소를 주입하기 위해, 붕소 주입 장치(20)를 구비한다. 본 실시 형태에 있어서, 붕소는, 붕산의 형태로, 1차 냉각재(C1)의 탈염 처리계를 구성하는 체적 제어 탱크(14)와 충전 펌프(15) 사이로부터 1차 냉각재(C1)에 주입된다. 붕소 주입 장치(20)는, 붕산 탱크(21), 붕소 주입 수단인 붕산 주입 펌프(22), 붕산 탱크(21)와 붕산 주입 펌프(22)를 접속하는 붕산 공급 통로(24) 및 붕산 공급 통로(24)에 설치되는 유량 조정 밸브(23)를 구비한다.
붕산은, 소정 농도로 조정된 붕산 수용액의 형태로 붕산 탱크(21)에 저장된다. 또한, 유량 조정 밸브(23)에 의해, 붕산의 주입 속도가 조정된다. 또한, 붕산 주입 펌프(22)를 제어함으로써, 붕산의 주입 속도를 조정해도 된다. 본 실시 형태에서는, 붕산 주입 펌프(22)와 유량 조정 밸브(23) 중 적어도 한쪽을 사용하여, 붕산의 주입 속도를 조정한다.
붕산 주입 펌프(22)와 1차 냉각재 복귀 통로(13E)는, 붕산 주입 통로(25)에 의해 접속된다. 붕산 주입 통로(25)에는, 개폐 밸브(26)가 설치된다. 개폐 밸브(26)는, 붕산의 주입이 필요한 경우에 개방되고, 붕산의 주입이 불필요한 경우에는 폐쇄된다. 또한, 붕산 주입 통로(25)에는, 1차 냉각재(C1)에 주입되는 붕산의 유량을 계측하는 유량계(28)가 설치된다. 이에 의해, 1차 냉각재(C1)에 주입되는 붕산의 유량이 계측된다.
또한, 1차 냉각재(C1)의 탈염 처리계를 구성하는 1차 냉각재 통로(13C)에는, 1차 냉각재(C1) 중에 있어서의 붕산의 농도를 계측하는 1차 냉각재 샘플 채취점(29)이 설치된다. 이에 의해, 1차 냉각재(C1)에 포함되는 붕산의 농도를 측정한다. 붕산 주입 펌프(22), 유량 조정 밸브(23), 개폐 밸브(26)는, 예를 들어 작업원에 의한 수동 조작에 의해 각각의 동작이 제어된다. 또한, 유량계(28)가 계측한 붕산의 유량 및 1차 냉각재 샘플 채취점(29)에서 측정한 붕산의 농도는, 원자력 플랜트의 운전에 사용된다.
1차 냉각재(C1)에 붕산을 주입하는 경우, 설정된 주입 속도로 붕산을 주입할 수 있도록 유량 조정 밸브(23)의 개방도나 붕산 주입 펌프(22)의 구동 조건이 설정된다. 그리고 수동 조작에 의해, 개폐 밸브(26)가 개방되는 동시에, 유량 조정 밸브(23)가 설정된 개방도로 조정되어, 붕산 주입 펌프(22)가 설정된 구동 조건으로 구동된다. 이에 의해, 붕산 탱크(21) 내의 붕산이 붕산 공급 통로(24) 및 붕산 주입 통로(25)를 통해, 1차 냉각재 복귀 통로(13E) 내의 1차 냉각재(C1)로 주입된다.
이와 같이, 1차 냉각재(C1)에 주입된 붕산은, 충전 펌프(15)에 의해 1차 냉각재(C1)와 함께 재생 열교환기(11)로 보내진다. 그리고 붕산 및 1차 냉각재(C1)는, 1차 냉각재 복귀 통로(13F)를 통해 1차 냉각재 제1 공급 통로(6A), 즉, 1차 냉각재 펌프(5)의 출구측(하류측)으로 유입된 후, 원자로(2) 전체에 고루 미친다.
케미컬 심 제어에서는, 1차 냉각재에 중성자 흡수재인 붕산을 주입하므로, 붕산의 폐기물(붕산 폐기물)이 발생한다. 원자로(2)로부터 배출되는 붕산 폐기물은 방사성 폐기물이므로 소정의 처리가 필요해지지만, 붕산 폐기물의 배출량을 저감할 수 있으면, 환경 부하를 저감할 수 있다. 이로 인해, 원자로(2)의 반응도를 제어하는 데 있어서, 케미컬 심 제어가 분담하는 비율을 저감하는 것이 바람직하다. 본 실시 형태에서는, 원자로(2)의 운전 중과, 원자로(2)를 정지시키는 경우의 양쪽에서, 원자로(2)의 반응도 제어에 의해 케미컬 심 제어가 분담하는 비율을 저감한다.
[원자로 운전 중에 있어서의 케미컬 심 제어의 저감]
도 2는 원자로의 반응도 제어의 내역을 나타내는 도면이다. 도 3a, 도 3b는, 연료봉 중의 버너블 포이즌의 농도를 나타내는 모식도이다. 도 3b 중의 부호 L은, 도 3b에 도시하는 연료봉(2CLb1)의 길이 방향에 있어서의 치수(길이)이고, 부호 C는, 연료봉(2CLb1)의 중앙을 나타낸다. 본 실시 형태에서는, 버너블 포이즌(BP : Burnable Poison : 가연성 독물)을 대량으로 사용한다. 예를 들어, 버너블 포이즌으로서 가돌리늄(Gd)을 사용하고, 이것을 대량으로 연료에 첨가한다(예를 들어, 0질량％ 이상 20질량％ 이하). 이에 의해, 버너블 포이즌이 갖는 반응도만큼, 1차 냉각재 중의 붕소 농도를 저하시킬 수 있으므로, 도 2에 나타내는 바와 같이, 현상(N)과 비교하여, 정격 출력 운전시에 원자로의 반응도를 제어하는 경우에 있어서의 케미컬 심 제어의 분담 비율을 저감할 수 있다(도 2의 F1). 그 결과, 원자로의 반응도를 제어하는 것에 있어서는, 케미컬 심 제어의 분담 비율을 저감할 수 있다.
여기서, 버너블 포이즌이라 함은, 독물질 중, 독 작용으로서의 중성자 흡수 반응에 의해 독물질 자체의 농도가 현저하게 변화되는 것이다. 또한, 가연성이라 함은, 핵 연료의 연소와 함께 소실되어 가는 성질을 나타낸다. 또한, 독이라 함은, 중성자 흡수 능력을 의미하고, 독물이라 함은, 중성자 흡수 능력이 큰 물질을 말하는 것으로, 일반적으로 말하는 독이나 독물의 의미와는 다르다. 또한, 케미컬 심 제어의 부담 비율을 저감함으로써, 수소 대 중금속 원자수비 H/HM의 증가 폭을 크게 할 수 있으므로, 연료 집합체 설계의 최적화에 유리해진다. 여기서, 수소 대 중금속 원자수비 H/HM은, 연료 집합체 중의 수소 원자의 수와 중금속(우라늄 등의 핵 연료) 원자의 수의 비로 정의되어, 수소 대 중금속 원자수비 H/HM이 커지면, 원자로의 압력 용기 내에 있어서, 연료에 대한 1차 냉각재의 비율이 커진다.
대표적인 4루프 PWR의 노심에 있어서는, 연료봉의 직경이 9.5㎜, 연료봉의 피치 폭은 12.6㎜, 연료 펠릿의 직경이 8.2㎜, 펠릿 중의 중금속(UO2) 밀도가 10.97g/㎤, 펠릿의 이론 밀도 환산값 97％ TD, UO2 몰 질량 270.03g/mol, 정격 출력 운전시의 감속재(물) 밀도 0.71g/㎤, 감속재(물) 몰 질량 18.015g/mol, 제어봉 및 노내 계장용(計裝用) 안내 팀블 외경 12.2㎜로 한 경우에, 수소 대 중금속 원자수비 H/HM은 약 4.1로 된다.
또한, 버너블 포이즌을 대량으로 이용하면, 도 3a에 나타내는 연료봉(2CLa)과 같이, 길이 방향에 대해 버너블 포이즌의 농도가 동일한 값(A질량％)이어도, 케미컬 심 제어의 분담 비율을 저감할 수 있다. 그러나 통상, 버너블 포이즌을 대량으로 이용하면, 노심 내의 출력 분포의 변형이 커지는(연료봉의 길이 방향 중앙 부분의 출력이 커지는) 경향이 있으므로, 이것을 완화하는 연료의 사양 및 노심 설계를 채용한다. 예를 들어, 도 3b에 나타내는 연료봉(2CLb1)과 같이, 연료 중에 버너블 포이즌을 첨가하는 동시에, 연료봉(2CLb1)의 양쪽의 단부(T1, T2)측에 있어서의 버너블 포이즌의 농도보다도, 연료봉(2CLb1)의 중앙 부분에 있어서의 버너블 포이즌의 농도를 높게 한다. 연료봉(2CLb1)에서는, 양쪽의 단부(T1, T2)측으로부터 중앙 부분을 향해 버너블 포이즌의 농도가 E(질량％)＜F(질량％)＜G(질량％)로 되어 있다.
이와 같이, 연료봉(2CLb1)의 양쪽의 단부(T1, T2)측에 있어서의 버너블 포이즌의 농도보다도, 연료봉(2CLb1)의 중앙 부분에 있어서의 버너블 포이즌의 농도를 높게 함으로써, 연료봉(2CLb1)의 길이 방향 중앙 부분의 출력이 억제된다. 그 결과, 노심 내의 출력 분포의 변형을 억제할 수 있다. 여기서, 원자로나 노심의 사양에 따라서, 연료봉 중에 있어서의 버너블 포이즌의 농도의 분포를 변경해도 된다. 예를 들어, 연료봉의 한쪽의 단부측에 있어서의 버너블 포이즌의 농도보다도, 연료봉의 중앙 부분에 있어서의 버너블 포이즌의 농도를 높게 해도 된다. 이와 같이, 본 실시 형태에서는, 연료봉의 적어도 한쪽의 단부측에 있어서의 버너블 포이즌의 농도보다도, 연료봉의 중앙 부분에 있어서의 버너블 포이즌의 농도를 높게 함으로써, 노심 내의 출력 분포의 변형을 억제한다.
도 4는, 케미컬 심 제어를 실행하는 원자로의 BOC(Beginning Of Cycle : 원자로의 운전 개시시)로부터 EOC(End Of Cycle : 원자로의 운전 종료시)에 걸쳐, 정격 출력 운전시에 있어서의 1차 냉각재 중의 붕소 농도의 변화를 나타내는 모식도이다. 도 4의 부호 N은, 연료에 버너블 포이즌을 첨가하지 않고 케미컬 심 제어를 실행하는 원자로에 있어서의 1차 냉각재 중의 붕소 농도의 변화를 나타내고, 도 4의 부호 F는, 본 실시 형태에 관한 원자로(연료에 버너블 포이즌을 대량으로 첨가하는 경우)에 있어서의 1차 냉각재 중의 붕소 농도의 변화를 나타낸다.
본 실시 형태에 관한 원자로 이외의 원자로에 있어서, BOC에 있어서의 1차 냉각재 중의 붕소 농도(중성자 흡수재의 농도)는 D2(예를 들어, 1700ppm)이다. 그리고 EOC에서의 정격 출력 운전시에 있어서의 1차 냉각재 중의 붕소 농도는, 버너블 포이즌을 연료에 첨가하지 않는 경우도 본 실시 형태에 관한 원자로에서도 마찬가지로, 거의 0ppm이다. 여기서, 케미컬 심 제어에 의해 저온 정지를 실현하고, 그 상태를 유지시키기 위해 필요한, 1차 냉각재 중의 붕소 농도가 존재하고, 그 붕소 농도는, BOC에 있어서는 Db(예를 들어, 700ppm), EOC에 있어서는 De(예를 들어, 1000ppm)이다(Db＜De). 또한, 원자로의 운전 시간이 경과함에 따라서, 연료의 연소에 의해 중성자 흡수 능력이 높은 FP나 플루토늄 등이 생성되어, 감속재 온도 계수가 부측(負側)으로 커지므로, 저온 정지를 유지시키기 위해 필요한, 1차 냉각재 중의 붕소 농도는, EOC의 쪽이 BOC보다도 높아진다.
저온 정지를 유지시키기 위해서는, EOC에 있어서 1차 냉각재 중의 붕소 농도 De가 필요해지므로, 원자로에는, 1차 냉각재 중의 붕소 농도가 De인 1차 냉각재를 처리하는 능력이 필요해진다. 본 실시 형태에서는, 연료에 버너블 포이즌을 첨가하는 경우, BOC에서의 정격 출력 운전시에 있어서의 1차 냉각재 중의 붕소 농도 D1과, 케미컬 심 제어에 의해 저온 정지를 실현하기 위해 필요한, BOC에 있어서의 1차 냉각재 중의 붕소 농도 Db의 합이, 케미컬 심 제어에 의해 저온 정지를 유지시키기 위해 필요한, EOC에 있어서의 1차 냉각재 중의 붕소 농도 De 이하로 되도록 한다. 즉, D1＝De－Db로 된다.
이와 같이 하면, 원자로에 필요한, 붕소를 포함하는 1차 냉각재의 처리 능력을 유효하게 이용할 수 있다. 또한, BOC에서의 정격 출력 운전시에 있어서의 1차 냉각재 중의 붕소 농도 D1을 0으로 해도 되지만, 이와 같이 하면, 연료에 첨가하는 버너블 포이즌의 양이 많아져, 적절한 출력 분포가 얻어지는 노심의 설계가 어려워질 우려가 있다. 이로 인해, BOC에서의 정격 출력 운전시에 있어서의 1차 냉각재 중의 붕소 농도 D1은, 어느 정도의 값으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 실제로는, 원자로의 설계 정밀도 및 원자로의 노심의 사양을 고려하여, BOC에서의 정격 출력 운전시에 있어서의 1차 냉각재 중의 붕소 농도 D1은, 어느 정도의 여유를 갖게 해 둘 필요가 있다. 이로 인해, BOC에서의 정격 출력 운전시에 있어서의 1차 냉각재 중의 붕소 농도 D1은, De－Db에 소정의 값, 즉, 원자로의 설계 정밀도 및 원자로의 노심의 사양을 고려하여 설정되는 소정의 마진 Dm을 가산하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 보다 안전하게 원자로를 운전할 수 있다. 예를 들어, 원자로의 설계 정밀도에 기초하는 붕소 농도의 마진을 100ppm, 원자로의 노심의 사양의 다양성에 기초하는 붕소 농도의 마진을 200ppm으로 하고, De를 1000ppm, Db를 700ppm으로 하면, D1은 600ppm으로 된다.
이와 같이, 본 실시 형태에 관한 원자로는, 원자로의 운전 개시시(BOC)에서의 원자로의 정격 출력 운전시에 있어서의 1차 냉각재 중에 포함되는 붕소 농도 D1이, 원자로의 운전 종료시(EOC)에 원자로를 저온 정지 상태로 유지하기 위해 필요한 붕소 농도 De로부터, 원자로의 운전 개시시(BOC)에 원자로를 저온 정지 상태로 유지하기 위해 필요한 붕소 농도 Db를 감산한 값(De－Db)에, 소정의 값, 즉, 원자로의 설계 정밀도 및 원자로의 노심의 사양을 고려하여 설정되는 소정의 마진 Dm을 가산한 값(D1＝De－Db＋Dm) 이하로 되는 것이다. 그리고 본 실시 형태에 있어서는, 원자로의 운전 개시시(BOC)에서의 원자로의 정격 출력 운전시에 있어서의 1차 냉각재 중에 포함되는 붕소 농도 D1을 실현할 수 있도록, 연료 중에 첨가하는 버너블 포이즌의 양이 결정된다. 또한, 장하(裝荷)해야 할 구체적인 버너블 포이즌의 양은, 교체 노심의 운전 조건이 다양하게 변화되므로, 여기서 일의적으로는 정할 수는 없다. 그로 인해 연료 교체시에 실시하는 교체 노심 설계 검토에 의해 소요의 붕소 농도 이하로 되도록 결정한다.
[원자로 정지시에 있어서의 케미컬 심 제어의 저감]
종래, 원자로를 고온 정지시키는 경우에는 제어봉을 사용하고, 저온 정지시키는 경우에는 케미컬 심 제어를 사용하고 있었다. 그리고 원자로의 정지 상태를 유지하는 경우에는 케미컬 심 제어를 사용하고 있었다. 본 실시 형태에서는, 원자로의 고온 정지 및 저온 정지에 제어봉을 사용하고, 원자로의 정지 상태를 유지하는 경우에만 케미컬 심 제어를 사용한다. 이에 의해, 종래 사용되고 있었던 저온 정지시에 있어서의 케미컬 심 제어가 불필요해지므로, 원자로의 반응도를 제어하는 데 있어서는, 도 2의 F1로 나타내는 바와 같이, 케미컬 심 제어의 분담 비율을 대폭으로 저감할 수 있다. 또한, 제어봉에 의해서만 순간적으로 원자로의 저온 정지를 실현할 수 있을 정도의 반응도 제어 능력을 제어봉에 부여하므로, 원자로의 과냉각 현상에 있어서의 재임계도 회피할 수 있다고 하는 효과도 얻어진다. 또한, 저온 정지를 실현하기 위해, 케미컬 심 제어는 사용하지 않으므로, 안전계의 자율화(과냉각 현상에의 대응 강화)가 가능해진다.
여기서, 고온 정지라 함은, 원자로가 미임계로 유지되고, 1차 냉각재가 약 100℃ 이상의 온도에서의 정지 상태를 말한다. 1차 냉각재 펌프의 입열 등에 의해 약 290℃의 무부하 온도로 유지되어 있는 상태를 가리키는 경우도 있다. 또한, 저온 정지라 함은, 원자로의 핵 분열 반응이 정지되어 있고, 또한 온도가 95℃ 이하에서 원자로를 냉각 및 감압하고 있는 상태를 말한다. 또한, 제어봉의 반응도 제어 능력이라 함은, 원자로의 반응도를 조정하는 능력의 크기를 말하고, 삽입량 또는 인출량이 동일하면, 보다 반응도를 크게 조정할 수 있는 것을 반응도 제어 능력이 크다라고 한다. 반응도 제어 능력을 크게 하기 위해서는, 중성자 흡수 능력이 큰 물질을 제어봉으로 사용하거나, 제어봉의 개수를 증가시킴으로써 실현할 수 있다.
도 5 내지 도 7은, 제어봉의 반응도 제어 능력을 향상시키는 예를 나타내는 도면이다. 도 5 내지 도 7은, 제어봉의 길이 방향과 직교하는 단면을 나타낸다. 원자로 정지시에 있어서의 케미컬 심 제어의 부담 비율을 저감하기 위해, 원자로의 고온 정지 및 저온 정지에 제어봉을 사용하는 경우, 1차 냉각재에 중성자 흡수재(예를 들어, 붕소)를 투입하는 일 없이 운전 중의 원자로를 정지시킬 수 있는 반응도 제어 능력을 제어봉에 갖게 한다. 이것을 실현하기 위해, 예를 들어 종래의 PWR에서 사용되고 있었던 제어봉의 개수를 증가시키거나, 제어봉의 사양이나 형상을 고안한다.
제어봉의 개수를 증가시킬 때에는, 원자로의 구조상 문제로 되지 않는 제어봉 배치를 채용한다. 이 경우, 원자로의 치수의 증가를 억제하는 관점에서, 연료 집합체의 개수의 절반 이하가 바람직하다. 또한, 제어봉의 사양이나 형상의 고안으로서는, 전장 B4C 제어봉(연료봉의 길이 방향에 있어서의 전체 영역에 걸쳐, 중성자 흡수재로서 B4C를 배치하는 구조)의 채용, 제어봉의 대직경화, 제어봉의 표면적의 증대화, 혹은 제어봉에 중성자 감속 물질을 첨가하는 것 등을 들 수 있다. 제어봉의 대직경화로서는, 예를 들어 도 5에 도시하는 제어봉(2LF)과 같이, 지금까지의 PWR에서 사용되어 온 제어봉(2LN)의 직경 Dn보다도 직경 Df를 크게 한다(Df＞Dn). 제어봉(2LF)의 직경은, 예를 들어 제어봉(2LF)이 배열되는 간격을 고려하여, 제어봉(2LF)과 간섭하지 않는 범위에 있어서 최대의 직경으로 한다.
제어봉의 표면적의 증대화로서는, 예를 들어 도 6에 도시하는 제어봉(2LFa)과 같이, 지금까지 단면이 원형이었던 제어봉을, 단면을 다각형으로 한다. 이에 의해, 단면이 원형인 제어봉과 비교하여, 제어봉(2LFa)의 표면적을 증가시킬 수 있다. 제어봉에 중성자 감속 물질을 첨가하는 예로서는, 도 7에 도시하는 제어봉(2LFb)과 같이, 중성자 흡수재(NA)(예를 들어, B4C 등)의 내측에, 중성자 감속 물질(ND)(예를 들어, 탄소나 경수 등)을 배치한다. 이에 의해, 중성자 흡수재(NA)를 통과한 고속 중성자가 중성자 감속 물질(ND)에 의해 감속되어 열중성자로 되어, 중성자 흡수재(NA)에 흡수된다. 이에 의해, 제어봉(2LFb)의 반응도 제어 능력이 향상된다.
도 8은 실효 증배율과 1차 냉각재 밀도의 관계를 나타내는 도면이다. 상술한 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서는, 원자로 정지시에 있어서의 케미컬 심 제어의 부담 비율을 저감시킨다. 이로 인해, 수소 대 중금속 원자수비 H/HM을 종래보다도 크게 할 수 있다. 도 8의 실선은, 현상의 수소 대 중금속 원자수비 H/HM_N에 있어서의 실효 증배율과 1차 냉각재 밀도 ρ(g/㎤)의 관계를 나타내고, 점선은, 케미컬 심 제어의 부담 비율을 저감시킴으로써 현상보다도 증가시킨 수소 대 중금속 원자수비 H/HM_F에 있어서의 실효 증배율과 1차 냉각재 밀도 ρ(g/㎤)의 관계를 나타낸다.
원자로의 냉각시에 있어서는 1차 냉각재(경수)의 온도가 저하되어 1차 냉각재 밀도가 ρh(정격 운전시에 있어서의 1차 냉각재 밀도)로부터 ρc(저온 정지시에 있어서의 1차 냉각재 밀도)로 증가한다. 이에 의해, 실효 증배율도 증가하므로, 원자로를 냉각할 때에는, 증가한 실효 증배율에 대응한 첨가 반응도를 제어할 필요가 있다. 여기서, 도 8에 나타내는 바와 같이, 수소 대 중금속 원자수비 H/HM이 커지면, 수소 대 중금속 원자수비 H/HM이 작은 경우와 비교하여, 냉각시에 있어서의 실효 증배율의 변화는 작아진다. 예를 들어, 도 8에 나타내는 바와 같이, 1차 냉각재 밀도가 ρh로부터 ρc로 증가하면, 냉각시에 있어서의 실효 증배율의 변화는 ΔH/HM_N으로부터 ΔH/HM_F로 된다(ΔH/HM_N＞ΔH/HM_F).
원자로의 냉각시에 있어서의 실효 증배율의 변화는, 원자로의 냉각시에 있어서의 첨가 반응도에 상당하므로, 수소 대 중금속 원자수비 H/HM을 크게 하면, 첨가 반응도를 작게 할 수 있다. 이에 의해, 원자로를 냉각할 때에 케미컬 심 제어를 사용하는 경우에는, 첨가 반응도가 작아진 만큼, 원자로의 냉각시에 첨가하는 붕소의 양을 저감할 수 있으므로, 케미컬 심 제어의 분담 비율을 저감할 수 있다.
또한, 수소 대 중금속 원자수비 H/HM을 증가시킴으로써, 원자로의 냉각시에 있어서의 첨가 반응도를 작게 할 수 있으므로, 제어봉의 반응도 제어 능력을 과도하게 증가시킬 필요는 없어진다. 이에 의해, 도 2의 부호 F2로 나타내는 바와 같이, 저온 정지시에 있어서는 제어봉의 반응도 제어 능력을 작게 할 수 있으므로, 제어봉만으로 원자로의 저온 정지를 실현하기 쉬워지고, 또한 제어봉의 개수를 저감하는 것도 가능해진다. 또한, 수소 대 중금속 원자수비 H/HM을 증가시킴으로써, 중성자의 감속 환경을 개선할 수 있으므로, 연료의 초기 우라늄 농축도를 저감시킬 수 있고, 또한 연소 후의 잔존 농축도의 저감을 실현할 수 있다. 이에 의해, 연료 경제의 향상, 자원의 유효 이용을 도모할 수 있다.
도 9, 도 10은 실효 증배율과 수소 대 중금속 원자수비 H/HM의 관계를 나타내는 도면이다. 도 11은 연료봉의 배열 피치를 나타내는 도면이다. 도 9의 점선 F는, 실선 N보다도 연료에 대한 버너블 포이즌의 첨가량이 큰 경우를 나타내고 있고, 도 10의 점선 F는, 실선 N보다도 케미컬 심 제어의 분담 비율을 저감시킨 경우를 나타내고 있다. 원자로의 운전 중에 있어서, 수소 대 중금속 원자수비 H/HM의 최대값은, 실효 증배율이 최대값(실효 증배율이 위로 볼록해지는 부분)으로 될 때의 값이다. 수소 대 중금속 원자수비 H/HM은, BOC의 고온 정지시에 있어서의 실효 증배율과 수소 대 중금속 원자수비 H/HM의 관계를 나타내는 곡선으로부터, 실효 증배율이 최대값으로 될 때까지의 범위에서 설정된다.
도 9에 나타내는 예에서는, 버너블 포이즌의 첨가량이 커짐에 따라서, 실효 증배율이 최대값으로 될 때의 수소 대 중금속 원자수비의 값이 커진다(H/HM_N으로부터 H/HM_F로 됨). 또한, 도 10에 나타내는 예에서는, 케미컬 심 제어의 분담 비율이 작아짐에 따라서, 실효 증배율이 최대값으로 될 때의 수소 대 중금속 원자수비 H/HM의 값이 커진다(H/HM_N으로부터 H/HM_F로 됨). 이와 같이, 버너블 포이즌의 첨가 및 케미컬 심 제어의 분담 비율의 저하에 의해, 실효 증배율이 최대값으로 될 때의 수소 대 중금속 원자수비의 값을 크게 할 수 있다. 따라서, 버너블 포이즌의 첨가를 증가시키는 동시에, 케미컬 심 제어의 분담 비율을 저하시킴으로써 수소 대 중금속 원자수비 H/HM을 크게 할 수 있다.
이것에 의해, 연료 집합체 설계의 최적화에 유리해지는 동시에, 상술한 바와 같이, 원자로를 고온 정지 상태로부터 저온 정지 상태로 하는 데 필요한 첨가 반응도를 저감할 수 있다. 수소 대 중금속 원자수비 H/HM은, 4.5 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는 5 이상이고, 나아가서는 5.5 이상이 바람직하다. 또한, 수소 대 중금속 원자수비 H/HM의 최대값은, 1차 냉각재 중의 붕소 농도를 0으로 하고, 제어봉을 모두 빼낸 상태에 있어서, 노심의 핵 반응도를 최대로 하는 값, 즉, 실효 증배율이 최대로 될 때의 값이다.
수소 대 중금속 원자수비 H/HM을 증가시키기 위해서는 다양한 방법이 있다. 예를 들어, 연료봉의 직경을 작게 하거나, 연료봉의 배열 피치를 크게 함으로써, 수소 대 중금속 원자수비 H/HM을 증가시킬 수 있다. 연료봉의 배열 피치는, 도 11에 나타내는 인접하는 연료봉(2CL)끼리의 중심간 거리 P이고, 본 실시 형태에서는, 배열 피치를 1.3㎝ 이상 1.5㎝ 이하, 보다 바람직하게는 1.4㎝ 이상 1.5㎝ 이하로 한다. 이러한 방법에 의해, 연료봉의 제조 능력 등의 제약을 받는 일 없이 수소 대 중금속 원자수비 H/HM을 증가시킬 수 있다. 이들 방법에 의해 수소 대 중금속 원자수비 H/HM을 증가시키는 동시에, 감속재 밀도 계수가 BOC, HZP(Hot Zero Power: 고온 0 출력)에 있어서 정(正)으로 되지 않는 범위에서 연료 집합체를 설계한다. 이에 의해, 저온 정지를 실현하기 위해 필요한 제어봉의 개수를 삭감할 수 있어, 설비를 간소화할 수 있다.
본 발명에 관한 원자로는, 환경 부하를 저감하는 데 유용하고, 특히 PWR에 적합하다.
1 : 원자력 플랜트
1W : 격납 용기
2 : 원자로
2A : 제어봉 구동 장치
2C : 연료 부분
2CL, 2CLa, 2CLb1 : 연료봉
2L, 2LF, 2LFa, 2LFb, 2LN : 제어봉
2P : 압력 용기
3 : 증기 발생기
4 : 가압기
5 : 1차 냉각재 펌프
8 : 터빈
9 : 복수기
10 : 발전기
14 : 체적 제어 탱크
15 : 충전 펌프
16 : 탈염탑
20 : 붕소 주입 장치
21 : 붕산 탱크
22 : 붕산 주입 펌프
23 : 유량 조정 밸브
24 : 붕산 공급 통로
25 : 붕산 주입 통로
26 : 개폐 밸브
28 : 유량계
1W : 격납 용기
2 : 원자로
2A : 제어봉 구동 장치
2C : 연료 부분
2CL, 2CLa, 2CLb1 : 연료봉
2L, 2LF, 2LFa, 2LFb, 2LN : 제어봉
2P : 압력 용기
3 : 증기 발생기
4 : 가압기
5 : 1차 냉각재 펌프
8 : 터빈
9 : 복수기
10 : 발전기
14 : 체적 제어 탱크
15 : 충전 펌프
16 : 탈염탑
20 : 붕소 주입 장치
21 : 붕산 탱크
22 : 붕산 주입 펌프
23 : 유량 조정 밸브
24 : 붕산 공급 통로
25 : 붕산 주입 통로
26 : 개폐 밸브
28 : 유량계
Claims (11)
- 핵 연료가 봉입된 연료봉과, 상기 핵 연료의 핵 반응을 제어하는 제어봉을 갖는 원자로에 있어서,
상기 원자로의 운전 개시시에서의 상기 원자로의 정격 출력 운전시에 있어서의 1차 냉각재 중에 포함되는 중성자 흡수재의 농도를, 상기 원자로의 운전 종료시에 상기 원자로를 저온 정지시키고, 그 상태를 유지시키기 위해 필요한 중성자 흡수재의 농도로부터, 상기 원자로의 운전 개시시에 상기 원자로를 저온 정지시키고, 그 상태를 유지시키기 위해 필요한 중성자 흡수재의 농도를 감산한 값에, 소정의 값을 가산한 값 이하로 하는 것을 특징으로 하는, 원자로. - 제1항에 있어서, 상기 연료봉을 구성하는 연료 중에 버너블 포이즌을 첨가하는 동시에, 상기 연료봉의 적어도 한쪽의 단부측에 있어서의 상기 버너블 포이즌의 농도보다도, 상기 연료봉의 중앙 부분에 있어서의 상기 버너블 포이즌의 농도가 높은, 원자로.
- 제1항에 있어서, 상기 제어봉은, 상기 1차 냉각재에 중성자 흡수재를 투입하는 일 없이 운전 중인 상기 원자로를 저온 정지시킬 수 있는 반응도 제어 능력을 갖는, 원자로.
- 제3항에 있어서, 상기 제어봉은, 상기 1차 냉각재에 중성자 흡수재를 투입하는 일 없이 운전 중인 상기 원자로를 저온 정지시킬 수 있는 반응도 제어 능력을 갖는, 원자로.
- 제1항에 있어서, 상기 1차 냉각재는 물이고, 상기 원자로의 수소 대 중금속 원자수비는, 4.5 이상, 또한 상기 1차 냉각재 중에 붕소가 첨가되어 있지 않은 경우에 있어서 노심의 핵 반응도를 최대로 하게 하는 값 이하인, 원자로.
- 제2항에 있어서, 상기 1차 냉각재는 물이고, 상기 원자로의 수소 대 중금속 원자수비는, 4.5 이상, 또한 상기 1차 냉각재 중에 붕소가 첨가되어 있지 않은 경우에 있어서 노심의 핵 반응도를 최대로 하게 하는 값 이하인, 원자로.
- 제3항에 있어서, 상기 1차 냉각재는 물이고, 상기 원자로의 수소 대 중금속 원자수비는, 4.5 이상, 또한 상기 1차 냉각재 중에 붕소가 첨가되어 있지 않은 경우에 있어서 노심의 핵 반응도를 최대로 하게 하는 값 이하인, 원자로.
- 제4항에 있어서, 상기 1차 냉각재는 물이고, 상기 원자로의 수소 대 중금속 원자수비는, 4.5 이상, 또한 상기 1차 냉각재 중에 붕소가 첨가되어 있지 않은 경우에 있어서 노심의 핵 반응도를 최대로 하게 하는 값 이하인, 원자로.
- 핵 연료가 봉입된 연료봉과, 상기 핵 연료의 핵 반응을 제어하는 제어봉을 갖는 원자로에 있어서,
상기 핵 연료 중에 버너블 포이즌을 첨가하는 동시에, 상기 연료봉의 적어도 한쪽의 단부측에 있어서의 상기 버너블 포이즌의 농도보다도, 상기 연료봉의 중앙 부분에 있어서의 상기 버너블 포이즌의 농도가 높은 것을 특징으로 하는, 원자로. - 핵 연료가 봉입된 연료봉과, 상기 핵 연료의 핵 반응을 제어하는 제어봉을 갖는 원자로에 있어서,
상기 제어봉은, 상기 1차 냉각재에 붕소를 투입하는 일 없이 운전 중인 상기 원자로를 저온 정지시킬 수 있는 반응도 제어 능력을 갖는 것을 특징으로 하는, 원자로. - 핵 연료가 봉입된 연료봉과, 상기 핵 연료의 핵 반응을 제어하는 제어봉을 갖는 동시에, 1차 냉각재는 물을 사용하는 원자로에 있어서,
수소 대 중금속 원자수비는, 4.5 이상, 또한 상기 1차 냉각재 중에 붕소가 첨가되어 있지 않은 경우에 있어서 노심의 핵 반응도를 최대로 하게 하는 값 이하인 것을 특징으로 하는, 원자로.
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