[发明专利]原子炉和发电设备

说明书

技术领域

本发明涉及原子炉和发电设备。

背景技术

原子炉被用于发电设备等。原子炉包含高速中子炉。高速中子炉是主要利用高速中子使核裂变性核素核裂变而产生输出的原子炉，炉心由钠、铅铋合金等重金属、或气体等冷却。在以往的技术的原子炉中，在炉心整体产生核裂变并且产生输出。

原子炉的炉心的临界的维持和输出的调整，例如由控制棒进行。控制棒由易吸收中子的物质形成。在运转循环的初期预先将控制棒插入炉心，随着燃烧的进展逐渐地拔出控制棒，一边维持输出一边保持临界状态。这样，在原子炉的运转中，需要用于维持原子炉的临界的控制。从运转循环的初期到运转循环的末期连续地进行着用于维持临界的控制。

在专利第3463100号公报中，公开了在运转循环中不需要用于维持临界的控制的原子炉。该原子炉采用被称为CANDLE（Constant Axial Shape of Neutron Flux,Nuclide Densities and Power Shape During Life of Energy Production）燃烧法的燃烧法。在CANDLE燃烧法中，能够将炉心大致分为新燃料部、燃烧部、进行了燃烧的部分。燃烧部随着燃烧以与输出成正比的速度朝向新燃料部移动。在CANDLE燃烧中，一个运转循环结束了之后，为了进行下一个运转循环而更换燃料。在更换燃料时，能够在炉心轴的方向上取出进行了燃烧的燃料，将新燃料装载于与取出侧的端部相反侧的端部。

在CANDLE燃烧法中，也可以不进行临界调整，此外，即使不进行输出分布的调整，输出分布也大致被保持为恒定。因此，具有从运转循环的初期直到末期也可以不进行如控制棒的操作等那样的炉心的反应度控制这样的特征。还具有以下的特征，即，还可以使反应度系数也不变化，使运转方法不随着燃烧而变化。

专利文献1：专利第3463100号的公报

发明内容

通过采用CANDLE燃烧法而作为原子炉的燃料的燃烧法，能够提供一种即使进行燃烧也能够使炉心特性为大致恒定，运转控制变得简单，事故的发生概率低的原子炉。此外，由于也可以不在炉心配置控制棒，所以完全不存在运转期间中控制棒被误拔出那样的事故的可能性。此外，因为取出燃料时的燃烧度高，所以能够降低废弃物的量。

在CANDLE燃烧法中，作为第2循环以后的新燃料，能够仅使用天然铀或劣化铀进行运转。因为这些燃料是未临界的，所以容易输送和储藏。此外，因为能够不进行浓缩和再处理地将铀的约40％利用为能量，所以能够有效利用资源。此外，第2循环以后的新燃料因为不需要浓缩和再处理等，所以具有核扩散抵抗性高等的特征。

原子炉被配置于发电设备、船舶等。原子炉的输出有时根据运转期间中所要求的热量而变更。例如，在发电设备中，炉心的输出与发电电力相对应地变更。在以往的技术的原子炉中，例如通过将控制棒插入炉心的内部或从炉心的内部拔出而进行炉心的输出的控制。

即使在具备采用了CANDL燃烧法的炉心的原子炉中，通过配置插入炉心的控制棒，能够调整炉心的输出。但是，在CANDLE燃烧法中，若在炉心形成用于插入控制棒的流路（通路），则有时达到临界变得困难。在以往的技术的炉心中，能够通过增大核裂变性的铀的浓度或钚的浓度，或增加新燃料的燃料集合体的数量而容易达到临界。即使在CANDLE燃烧法中，新燃料也能够包含浓缩铀等，但是优选不使用浓缩铀等而仅将天然铀或劣化铀作为新燃料使用。

此外，为了使燃料均匀地燃烧，优选径向的输出分布是大致恒定的。可是，若在炉心形成用于插入控制棒的流路，则在炉心形成未装载燃料的空间。在该空间中产生输出密度变小，径向输出分布变得不均匀这样的问题。

本发明的目的在于，提供一种具备燃烧部随着燃料的燃烧而朝向新燃料部移动的炉心，且即使不用控制棒也能够进行输出调整的原子炉和具备该原子炉的发电设备。

本发明的原子炉具备炉心，该炉心具备装载有新燃料的新燃料部、和被配置在新燃料部的一侧，产生中子，燃料燃烧的燃烧部，新燃料包含天然铀和劣化铀中的至少一方的铀，通过铀吸收中子而生成的钚核裂变而产生输出，从运转循环的初期直到末期，燃烧部一边保持大致恒定的形状一边沿朝向新燃料部的方向移动。原子炉具备反应度施加机构，该反应度施加机构当在炉心内流动的冷却材料的温度变化时，施加能够变更炉心的输出的反应度，通过进行根据炉心所要求的输出的变化而使在炉心内流动的冷却材料的温度变化的控制，调整炉心的输出。