特開 2024-175506 原子炉および原子炉の制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024175506

(43)【公開日】2024-12-18

(54)【発明の名称】原子炉および原子炉の制御方法

(51)【国際特許分類】

   G21C 5/00 20060101AFI20241211BHJP

   G21C 7/00 20060101ALI20241211BHJP

   G21C 7/28 20060101ALI20241211BHJP

   G21C 7/08 20060101ALI20241211BHJP

【ＦＩ】

G21C5/00 A

G21C7/00 200

G21C7/28

G21C7/08

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023093340

(22)【出願日】2023-06-06

(71)【出願人】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山田 瑞貴

(72)【発明者】

【氏名】浅野 耕司

(72)【発明者】

【氏名】小池 武史

(57)【要約】

【課題】原子炉および原子炉の制御方法において、原子炉における効率の向上を図る。
【解決手段】核燃料から構成される炉心と、炉心の外側に配置されて中性子を反射する中性子反射部と中性子を吸収する中性子吸収部とが設けられる複数の制御部を有する反応度制御装置と、を備え、反応度制御装置は、制御部により炉心に対する中性子反射部および中性子吸収部の位置を調整可能である。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

核燃料から構成される炉心と、
前記炉心の外側に配置されて中性子を反射する中性子反射部と中性子を吸収する中性子吸収部とが設けられる複数の制御部を有する反応度制御装置と、
を備え、
前記反応度制御装置は、前記制御部により前記炉心に対する前記中性子反射部および前記中性子吸収部の位置を調整可能である、
原子炉。

【請求項2】

前記制御部は、移動自在に支持され、前記中性子反射部と前記中性子吸収部は、前記制御部の移動方向における異なる位置に設けられる、
請求項１に記載の原子炉。

【請求項3】

前記制御部は、円形状をなす制御ドラムを有し、前記中性子反射部と前記中性子吸収部は、前記制御ドラムの回転方向における異なる位置に設けられ、前記反応度制御装置は、前記中性子反射部が前記炉心に対向して前記中性子吸収部が前記炉心に対向しない第１位置と、前記中性子吸収部が前記炉心に対向して前記中性子反射部が前記炉心に対向しない第２位置との間で、前記制御ドラムを回転可能である、
請求項２に記載の原子炉。

【請求項4】

前記中性子反射部は、前記制御ドラムの外周部に三日月形状をなして設けられる、
請求項３に記載の原子炉。

【請求項5】

前記制御部は、環状制御帯を有し、前記中性子反射部と前記中性子吸収部は、前記環状制御帯の駆動方向における異なる位置に設けられ、前記反応度制御装置は、前記中性子反射部が前記炉心に対向して前記中性子吸収部が前記炉心に対向しない第１位置と、前記中性子吸収部が前記炉心に対向して前記中性子反射部が前記炉心に対向しない第２位置との間で、前記環状制御帯を駆動可能である、
請求項２に記載の原子炉。

【請求項6】

前記炉心は、外形が多角形状をなし、前記制御部は、多角形状をなす前記炉心の平面部に対向して配置される、
請求項１に記載の原子炉。

【請求項7】

核燃料から構成される炉心の外側に中性子反射部と中性子吸収部とを有する複数の制御部が配置される原子炉において、
前記制御部により前記炉心に対する前記中性子反射部および前記中性子吸収部の位置を調整することで前記炉心の反応度を制御する、
原子炉の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、原子炉および原子炉の制御方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

原子力発電システムは、核燃料を格納した原子炉を有する。原子力発電システムは、原子炉で核燃料により核反応を生じさせ、発生した熱を外部に取り出して冷媒を加熱する。加熱された冷媒は、タービンを駆動回転することで発電機により発電を行う。このような原子力発電システムとしては、特許文献１，２に記載されたものがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２２－６３０１４号公報

【特許文献2】特開２０２２－６１７９１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

原子炉は、反応度制御装置が設けられる。従来の原子炉は、核燃料が円形をなし、反応度制御装置として、核燃料の外側に複数の制御部が設けられて構成される。制御部は、円形をなして回転自在に支持され、周方向の一部に中性子吸収部が設けられる。制御部が回転し、中性子吸収部が核燃料に接近すると核燃料の反応度が下がり、中性子吸収部が核燃料から離反すると核燃料の反応度が上がる。この場合、制御部の中性子吸収部が核燃料から離反したとき、核燃料の反応度が上がるものの、一部の中性子が漏洩して効率が低下してしまうという課題がある。

【0005】

本開示は、上述した課題を解決するものであり、原子炉における効率の向上を図る原子炉および原子炉の制御方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記の目的を達成するための本開示の原子炉は、核燃料から構成される炉心と、前記炉心の外側に配置されて中性子を反射する中性子反射部と中性子を吸収する中性子吸収部とが設けられる複数の制御部を有する反応度制御装置と、を備え、前記反応度制御装置は、前記制御部により前記炉心に対する前記中性子反射部および前記中性子吸収部の位置を調整可能である。

【0007】

また、本開示の原子炉の制御方法は、核燃料から構成される炉心の外側に中性子反射部と中性子吸収部とを有する複数の制御部が配置される原子炉において、前記制御部により前記炉心に対する前記中性子反射部および前記中性子吸収部の位置を調整することで前記炉心の反応度を制御する。

【発明の効果】

【0008】

本開示の原子炉および方法によれば、原子炉における効率の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、本実施形態の原子力発電システムを表す概略図である。

【図2】図２は、本実施形態の原子炉を表す縦断面図である。

【図3】図３は、原子炉を表す水平断面図である。

【図4】図４は、制御ドラムの詳細を表す概略図である。

【図5】図５は、制御ドラムの作動を表す概略図である。

【図6】図６は、反応度制御装置の変形例を表す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下に図面を参照して、本開示の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本開示が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。また、実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。

【0011】

＜原子力発電システム＞
図１は、本実施形態の原子力発電システムを表す概略図である。

【0012】

図１に示すように、原子力発電システム１００は、原子炉ユニット１０１と、熱交換器１０２と、冷媒循環経路１０３と、タービン１０４と、発電機１０５と、冷却器１０６と、圧縮機１０７とを有する。

【0013】

原子炉ユニット１０１は、原子炉容器１１１と、原子炉１１２と、熱伝導部１１３とを有する。原子炉容器１１１は、内部に原子炉１１２が格納される。原子炉容器１１１は、原子炉１１２を密閉状態で格納する。原子炉容器１１１は、内部に配置される原子炉１１２が格納または取り出せるように、例えば、蓋である開閉部が設けられる。原子炉容器１１１は、原子炉１１２で核反応が生じて内部が高温、高圧になった場合でも、密閉状態を維持することができる。原子炉容器１１１は、中性子線の遮へい性能を有する材料により形成される。

【0014】

原子炉１１２は、核燃料を格納する。原子炉１１２は、核燃料により核反応を生じさせ、熱を発生させる。熱伝導部１１３は、原子炉１１２で発生した熱を熱交換器１０２に伝える。なお、原子炉１１２と熱伝導部１１３の詳細は、後述する。

【0015】

熱交換器１０２は、原子炉ユニット１０１を構成する原子炉１１２との間で熱交換を行う。熱交換器１０２は、原子炉ユニット１０１を構成する熱伝導部１１３を介して原子炉１１２の熱を回収する。

【0016】

冷媒循環経路１０３は、冷媒を循環させる経路である。冷媒循環経路１０３は、熱交換器１０２とタービン１０４と冷却器１０６と圧縮機１０７とを接続する。冷媒循環経路１０３を流れる冷媒は、熱交換器１０２、タービン１０４、冷却器１０６、圧縮機１０７の順で流れ、圧縮機１０７を通過した冷媒は、熱交換器１０２に戻れる。熱交換器１０２は、熱伝導部１１３と冷媒循環経路１０３を流れる冷媒との間で熱交換を行う。すなわち、冷媒循環経路１０３を流れる冷媒は、熱伝導部１１３により加熱され、熱伝導部１１３は、冷媒により冷却される。

【0017】

タービン１０４は、熱交換器１０２を通過した冷媒が供給される。タービン１０４は、加熱された冷媒のエネルギーにより回転する。タービン１０４は、冷媒のエネルギーを回転エネルギーに変換して、冷媒からエネルギーを吸収する。

【0018】

発電機１０５は、タービン１０４と同軸上に連結されている。発電機１０５は、タービン１０４と一体に回転する。発電機１０５は、タービン１０４の回転力により回転することで発電を行う。

【0019】

冷却器１０６は、タービン１０４を通過した冷媒を冷却する。冷却器１０６は、チラーや冷媒を一時的に液化する場合、復水器等である。

【0020】

圧縮機１０７は、冷却器１０６を通過した冷媒を圧縮する。圧縮機１０７は、冷媒を加圧するポンプとして機能する。

【0021】

原子炉１１２の核燃料の反応により生じた熱は、熱伝導部１１３を介して熱交換器１０２に伝えられる。冷媒循環経路１０３を流れる冷媒は、圧縮機１０７により圧縮された後、熱交換器１０２に供給される。熱交換器１０２は、熱伝導部１１３の熱により冷媒循環経路１０３を流れる冷媒を加熱する。つまり、冷媒は、熱交換器１０２により熱を吸収して昇温されることで、原子炉１１２で発生した熱は、冷媒により回収される。

【0022】

タービン１０４は、圧縮機１０７により圧縮され、熱交換器１０２により加熱された冷媒が供給される。タービン１０４は、供給された冷媒により駆動回転し、発電機１０５を駆動することで、発電機１０５が発電を行う。タービン１０４を回転させた冷媒は、冷却器１０６で基準温度まで冷却された後、圧縮機５８に供給される。

【0023】

原子力発電システム１００は、原子炉１１２から取り出された熱を熱伝導部１１３により冷媒に伝道し、高温高圧の冷媒によりタービン１０４を駆動して発電機１０５による発電を行う。そのため、原子炉１１２とタービン１０４を駆動回転する媒体となる冷媒とを隔離することができ、タービン１０４を駆動回転する媒体が放射能汚染されるおそれを低減することができる。

【0024】

＜原子炉＞
図２は、本実施形態の原子炉を表す縦断面図、図３は、原子炉を表す水平断面図である。

【0025】

図２および図３に示すように、原子炉ユニット１０１は、原子炉容器１１１と、原子炉１１２と、熱伝導部１１３とを有する。原子炉１１２は、原子炉容器１１１の内部に格納され、熱伝導部１１３が設けられる。熱伝導部１１３は、原子炉１１２で発生した熱を外部に取り出す。

【0026】

原子炉１１２は、炉心１１と、遮へい部１２と、熱伝導体（熱伝導部１１３）１３と、反応度制御装置１４とを有する。原子炉１１２は、円柱形状をなし、縦型なして配置される。すなわち、原子炉１１２は、中心軸Ｏが鉛直方向に沿って配置される。

【0027】

＜炉心＞
炉心１１は、中心軸Ｏを中心とした全体として多角柱形状（本実施形態では、六角柱形状）をなすように形成される。炉心１１は、複数（本実施形態では、６個）の燃料ブロック２１を有する。燃料ブロック２１は、核燃料であり、同形状をなす。炉心１１は、複数の燃料ブロック２１が周方向に沿って配置されることで、軸方向（中心軸Ｏに沿った方向）に長い環状をなす。すなわち、炉心１１は、外形が多角形状（六角形状）をなし、複数の燃料ブロック２１は、外形が三角形状をなす。但し、炉心１１の形状は、六角形状に限るものではなく、多角形状や円形状であってもよい。

【0028】

炉心１１は、中心軸Ｏが位置する中心部に第１空間部２２が設けられる。第１空間部２２は、円柱形状をなす。また、炉心１１は、複数の燃料ブロック２１間に複数（本実施形態では、６個）の第２空間部２３が設けられる。複数の第２空間部２３は、直方体形状をなし、それぞれ同形状をなす。複数の第２空間部２３は、第１空間部２２の外周部から放射状をなして配置される。すなわち、第２空間部２３は、炉心１１の径方向に沿って配置され、軸方向および径方向（中心軸Ｏに直交する方向）に長く、周方向（幅方向）に短い形状をなす。但し、炉心１１は、第２空間部２３を有して複数の燃料ブロック２１から構成されるものに限るものではなく、第２空間部２３を有しない一体の角筒形状や円筒形状であってもよい。また、炉心１１は、第１空間部２２を有する筒形状に限るものではなく、第１空間部２２を有しない角柱形状や円柱形状であってもよい。

【0029】

なお、炉心１１（燃料ブロック２１）は、図示しないが、核燃料（放射性物質）と、支持体とを含む。支持体は、炉心１１の全域に配置される。支持体は、軸方向に沿って複数の穴部が設けられる。穴部は、例えば、円柱形状をなす。支持体は、減速材を含んでいてもよい。減速材として、例えば、グラフェン、黒鉛等を用いることができる。核燃料は、支持体の穴部に配置される。核燃料は、支持体の穴部の形状に対応しており、円柱形状をなす。核燃料は、軸方向に連続する棒形状であってもよいし、軸方向に不連続なペレット形状であってもよい。核燃料は、核分裂性物質としてウラン（例えば、ウラン２３５）やプルトニウム（例えば、プルトニウム２３９、２４１）、トリウムなどを用いることができる。

【0030】

＜遮へい部＞
遮へい部１２は、炉心１１の周囲を覆うように配置される。遮へい部１２は、金属ブロックからなり、炉心１１を構成する核燃料から照射される放射線（中性子）を反射することで、外部への放射線の漏洩を抑制する。遮へい部１２は、使用する材料の中性子散乱および中性子吸収の能力に応じて反射体と呼ばれることがある。

【0031】

遮へい部１２は、胴体３１と、底部３２と、蓋部３３とを有する。胴体３１は、円筒形状をなし、炉心１１の径方向の外側に配置される。すなわち、胴体３１は、炉心１１の外周部を取り囲むように被覆する。底部３２は、円板形状をなし、胴体３１の軸方向の一方側に配置される。すなわち、底部３２は、炉心１１の下部を塞ぐように被覆する。蓋部３３は、円板形状をなし、胴体３１の軸方向の他方側に配置される。すなわち、蓋部３３は、炉心１１の上部を塞ぐように被覆する。なお、遮へい部１２は、内部に炉心１１を収容するにあたり、内部の酸化を防止する目的から、密閉構造とした内部に、例えば、窒化ガス等の不活性ガスを充填するとよい。

【0032】

＜熱伝導体＞
熱伝導体１３は、熱伝導部１１３を構成する。すなわち、熱伝導体１３は、炉心１１で発生した熱を熱交換器１０２（図１参照）に伝導する。熱伝導体１３は、炉心１１を軸方向に貫通するように配置される。熱伝導体１３は、長手方向の一端部が遮へい部１２の蓋部３３を貫通して外部に延出される。熱伝導体１３は、炉心１１の核燃料の核反応により生じる熱を遮へい部１２の外部に伝える。

【0033】

熱伝導体１３は、例えば、伝熱管４１を有する。伝熱管４１は、内部に冷媒（例えば、二酸化炭素）が充填され、冷媒が流動可能である。伝熱管４１は、例えば、Ｕ字形状をなし、炉心１１の内部に配置され、一端部と他端部が遮へい部１２（蓋部３３）を貫通して外部に延出される。冷媒は、伝熱管４１の一端部から供給され、炉心１１の内部を流れた後、伝熱管４１の他端部から外部に排出される。このとき、冷媒は、炉心１１の核燃料の核反応により生じる熱により加熱され、熱を外部に取り出す。

【0034】

炉心１１は、中心部、つまり、６個の燃料ブロック２１の内側に第１空間部２２が設けられ、６個の燃料ブロック２１における周方向の隙間に６個の第２空間部２３が設けられる。伝熱管４１は、第１空間部２２や第２空間部２３に多数配置されることが好ましい。また、伝熱管４１は、第１空間部２２や第２空間部２３だけではなく、複数の燃料ブロック２１の外側に周方向に間隔を空けて配置されていてもよい。すなわち、複数の伝熱管４１を、各燃料ブロック２１の周囲を取り囲むように配置されていてもよい。さらに、熱伝導体１３を、例えば、固体熱伝導部材として、複数の燃料ブロック２１を軸方向に貫通するように設けてもよい。

【0035】

なお、炉心１１（燃料ブロック２１）は、板形状をなす複数の燃料板が軸方向に積層されて構成されていてもよい。また、遮へい部１２は、板形状をなす複数の遮へい板が軸方向に積層されて構成されていてもよい。この場合、リング形状をなす燃料板の外周側にリング形状をなす遮へい板が配置される。そして、リング状に配置された燃料板および遮へい板が板厚方向に複数配置される。

【0036】

さらに、熱伝導部１１３として、板形状をなす複数の熱伝導板を軸方向に積層して設けてもよい。この場合、リング状に配置された燃料板および遮へい板とリング形状をなす熱伝導板が板厚方向に交互に積層配置される。熱伝導板は、外径が遮へい板の外径より大きく、炉心１１の核燃料の核反応により生じる熱を径方向の外方に取り出す。なお、熱伝導板は、例えば、チタン、ニッケル、銅、グラファイトを用いることができる。グラファイトは、特に、グラフェンを用いることができる。グラフェンは、炭素原子とその結合からできた六角形格子が連続した構造であり、六角形格子の連続した方向を熱の伝達方向とすることで、熱伝達効率を向上できる。

【0037】

＜反応度制御装置＞
反応度制御装置１４は、遮へい部１２に配置される。反応度制御装置１４は、炉心１１の周囲を取り囲むように配置される。反応度制御装置１４は、複数（本実施形態では、１２個）の制御ドラム（制御部）５１を有する。但し、制御ドラム５１の数は限定されない。複数の制御ドラム５１は、炉心１１の外側で、周方向に間隔（好ましくは、均等間隔）を空けて配置される。複数の制御ドラム５１は、炉心１１を構成する複数の燃料ブロック２１の外側に対向して配置される。

【0038】

制御ドラム５１は、円柱形状をなし、炉心１１の軸方向に沿って配置される。制御ドラム５１は、炉心１１とほぼ同等の長さを有する。制御ドラム５１は、遮へい部１２に回転自在に支持される。制御ドラム５１は、軸方向の一端部に連結部５２が連結される。連結部５２は、遮へい部１２の蓋部３３を貫通し、一端部が制御ドラム５１の一端部に連結され、他端部が遮へい部１２の外側に延出される。駆動部５３は、原子炉１１２の外部に配置される。駆動部５３は、複数の連結部５２の他端部が連結される。駆動部５３は、複数の連結部５２を介して複数の制御ドラム５１を回転可能である。

【0039】

制御ドラム５１は、ドラム本体５４と、中性子吸収部５５と、中性子反射部５６とを有する。制御ドラム５１は、ドラム本体５４における周方向の一部に中性子吸収部５５と中性子反射部５６が設けられて構成される。ドラム本体５４は、例えば、グラフェンを用いることができる。中性子吸収部５５は、例えば、ボロンカーバイト（Ｂ_４Ｃ）を用いることができる。中性子反射部５６は、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）を用いることができる。但し、中性子反射部５６は、酸化ベリリウムに限らず、例えば、（ＮｇＯ）などを用いることもできる。ここで、中性子吸収部５５は、ドラム本体５４、中性子反射部５６、遮へい部１２よりも中性子吸収性能が高い。中性子反射部５６は、ドラム本体５４、中性子吸収部５５、遮へい部１２よりも中性子反射性能が高い。

【0040】

制御ドラム５１が回転することで、ドラム本体５４における中性子吸収部５５と中性子反射部５６の周方向位置が変わる。すなわち、制御ドラム５１が回転することで、中性子吸収部５５と中性子反射部５６は、炉心１１に対して接近または離反することができる。

【0041】

反応度制御装置１４は、制御装置５７を有する。制御装置５７は、駆動部５３に接続される。制御装置５７は、駆動部５３を駆動制御することで、複数の制御ドラム５１の回転位置を制御可能である。なお、制御装置５７は、例えば、コンピュータであり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）のようなマイクロプロセッサを含む演算処理装置などにより実現される。

【0042】

＜制御ドラム＞
図４は、制御ドラムの詳細を表す概略図、図５は、制御ドラムの作動を表す概略図である。

【0043】

図４に示すように、反応度制御装置１４は、制御ドラム５１を有する。制御ドラム５１は、炉心１１の外側で、三角形状をなす燃料ブロック２１における径方向の外側の平面部２１ａに対向して配置される。制御ドラム５１は、円柱形状をなし、遮へい部１２に軸心Ｏ１を中心として回転自在（移動自在）に支持される。制御ドラム５１は、ドラム本体５４と、中性子吸収部５５と、中性子反射部５６とを有する。中性子吸収部５５と中性子反射部５６は、ドラム本体５４における回転方向（移動方向）の異なる位置に設けられる。

【0044】

反応度制御装置１４は、制御ドラム５１により炉心１１に対する中性子吸収部５５および中性子反射部５６の位置を調整可能である。中性子吸収部５５および中性子反射部５６は、制御ドラム５１の外周部に三日月形状をなして設けられる。すなわち、制御ドラム５１を軸方向の一端部側から見たとき、中性子吸収部５５と中性子反射部５６は、三日月形状をなす。三日月形状をなす中性子反射部５６の厚さは、三日月形状をなす中性子吸収部５５の厚さより厚い。ここで、厚さとは、制御ドラム５１における径方向の長さである。つまり、中性子吸収部５５と中性子反射部５６は、制御ドラム５１の周方向で厚さが変化している。

【0045】

但し、中性子吸収部５５と中性子反射部５６は、三日月形状に限らず、制御ドラム５１の周方向に一定の厚さである膜形状であってもよい。中性子反射部５６は、膜形状であっても、厚さが中性子吸収部５５の厚さより厚いことが好ましい。また、制御ドラム５１は、ドラム本体５４の外周部に中性子吸収部５５と中性子反射部５６が配置されることで、ドラム本体５４の外周面が露出しない。つまり、中性子吸収部５５における周方向の端部と中性子反射部５６における周方向の端部とが隙間なく連続する。但し、中性子吸収部５５における周方向の端部と中性子反射部５６における周方向の端部との間に隙間があってもよい。

【0046】

制御ドラム５１は、炉心１１を構成する燃料ブロック２１の平面部２１ａに対して、第１位置と第２位置との間で回転自在である。第１位置（図４に示す位置）は、中性子反射部５６が燃料ブロック２１の平面部２１ａ（炉心１１）に対向し、中性子吸収部５５が燃料ブロック２１の平面部２１ａ（炉心１１）に対向しない位置である。第２位置（図５に示す位置）は、中性子吸収部５５が燃料ブロック２１の平面部２１ａ（炉心１１）に対向し、中性子反射部５６が燃料ブロック２１の平面部２１ａ（炉心１１）に対向しない位置である。反応度制御装置１４は、第１位置と第２位置との間で制御ドラム５１を回転可能である。この場合、制御ドラム５１は、一方向に回転することで、第１位置と第２位置との間を移動してもよいし、往復回転することで、第１位置と第２位置との間を移動してもよい。

【0047】

図４に示すように、中性子反射部５６が燃料ブロック２１に対向して中性子吸収部５５が燃料ブロック２１に対向しない第１位置にて、燃料ブロック２１から外側に放出された中性子は、中性子反射部５６により反射して燃料ブロック２１に戻され、核分裂に寄与する。そのため、炉心１１を構成する核燃料の反応度が上がる。一方、図５に示すように、中性子吸収部５５が燃料ブロック２１に対向して中性子反射部５６が燃料ブロック２１に対向しない第２位置にて、燃料ブロック２１から外側に放出された中性子は、中性子吸収部５５により吸収されて燃料ブロック２１には戻されず、核分裂に寄与しない。そのため、炉心１１を構成する核燃料の反応度が下がる。反応度制御装置１４は、複数の制御ドラム５１を回転することで、中性子吸収部５５および中性子反射部５６を炉心１１に対して接近または離反させ、炉心１１の核燃料の反応度を制御することができ、炉心１１の温度を制御することができる。ここで、炉心１１の温度は、熱伝導体１３により遮へい部１２の外部に取り出される炉心平均温度である。

【0048】

すなわち、図２および図３に示すように、制御装置５７は、炉心１１の温度を取得することができる。制御装置５７は、反応度制御装置１４を構成する複数の制御ドラム５１の回転位置を制御し、中性子吸収部５５を炉心１１に対して離反させ、中性子反射部５６を炉心１１に対して接近させる。すると、炉心１１の反応度が上がり、原子炉１１２は運転を開始する。一方、制御装置５７は、制御ドラム５１の回転位置を制御し、中性子吸収部５５を炉心１１に対して接近させ、中性子反射部５６を炉心１１に対して接近させる。すると、炉心１１の反応度が下がり、原子炉１１２は運転を停止する。

【0049】

＜反応度制御装置の変形例＞
図６は、反応度制御装置の変形例を表す概略図である。

【0050】

図６に示すように、反応度制御装置１４Ａは、環状制御帯６１を有する。環状制御帯６１は、炉心１１の外側で、燃料ブロック２１における径方向の外側の平面部２１ａに対向して配置される。環状制御帯６１は、無端の帯形状をなし、遮へい部１２に駆動自在（移動自在）に支持される。反応度制御装置１４Ａは、環状制御帯６１を支持する回転支持体６２を有する。回転支持体６２は、複数（本実施形態では、４個）設けられ、長方形をなすように離間して配置される。環状制御帯６１は、複数の回転支持体６２により移動自在に支持される。なお、複数の回転支持体６２は、少なくとも１個の回転支持体６２が駆動部５３（図２参照）により駆動回転可能である。環状制御帯６１は、無端ベルト６３と、中性子吸収部６４と、中性子反射部６５とを有する。無端ベルト６３は、複数の回転支持体６２の外側に掛け回される。中性子吸収部６４と中性子反射部６５は、無端ベルト６３の外側の駆動方向（移動方向）の異なる位置に設けられる。すなわち、無端ベルト６３は、外周部に複数（本実施形態では、４個）の中性子吸収部６４と複数（本実施形態では、４個）の中性子反射部６５が設けられる。複数の中性子吸収部６４と複数の中性子反射部６５は、それぞれ連続して配置される。なお、中性子吸収部６４と中性子反射部６５の数は限定されない。

【0051】

反応度制御装置１４Ａは、環状制御帯６１により炉心１１に対する中性子吸収部６４および中性子反射部６５の位置を調整可能である。環状制御帯６１は、炉心１１を構成する燃料ブロック２１の平面部２１ａに対して、第１位置と第２位置との間で回転自在である。第１位置は、中性子反射部６５が燃料ブロック２１の平面部２１ａ（炉心１１）に対向し、中性子吸収部６４が燃料ブロック２１の平面部２１ａ（炉心１１）に対向しない位置である。第２位置は、中性子吸収部６４が燃料ブロック２１の平面部２１ａ（炉心１１）に対向し、中性子反射部６５が燃料ブロック２１の平面部２１ａ（炉心１１）に対向しない位置である。反応度制御装置１４Ａは、第１位置と第２位置との間で環状制御帯６１を駆動可能である。

【0052】

中性子反射部６５が燃料ブロック２１に対向して中性子吸収部６４が燃料ブロック２１に対向しない第１位置にて、燃料ブロック２１から外側に放出された中性子は、中性子反射部６５により反射して燃料ブロック２１に戻され、核分裂に寄与する。そのため、炉心１１を構成する核燃料の反応度が上がる。一方、中性子吸収部６４が燃料ブロック２１に対向して中性子反射部６５が燃料ブロック２１に対向しない第２位置にて、燃料ブロック２１から外側に放出された中性子は、中性子吸収部６４により吸収されて燃料ブロック２１には戻されず、核分裂に寄与しない。そのため、炉心１１を構成する核燃料の反応度が下がる。反応度制御装置１４Ａは、複数の環状制御帯６１を駆動することで、中性子吸収部６４および中性子反射部６５を炉心１１に対して接近または離反させ、炉心１１の核燃料の反応度を制御することができ、炉心１１の温度を制御することができる。

【0053】

＜原子炉の制御方法＞
図１および図２、図３に示すように、原子炉１１２にて、制御装置５７は、炉心１１の温度に応じて反応度制御装置１４を構成する複数の制御ドラム５１の回転位置を制御する。すなわち、制御ドラム５１を回転し、中性子反射部５６を炉心１１に対して接近させて炉心１１の反応度を上げたり、中性子吸収部５５を炉心１１に対して接近させて炉心１１の反応度が下げたりする。すなわち、制御ドラム５１を回転し、中性子反射部５６が燃料ブロック２１に対向するように位置させ、中性子吸収部５５が燃料ブロック２１に対向しないように位置させることで、燃料ブロック２１から放出された中性子が中性子反射部５６に反射して燃料ブロック２１に戻される。そのため、燃料ブロック２１から放出された中性子の外部漏洩が抑制され、発生した中性子を有効利用して核分裂に寄与させることができる。

【0054】

炉心１１の核燃料の核反応により生じた熱は、熱伝導体１３（伝熱管４１）により遮へい部１２の外部に取り出される。遮へい部２の外部に取り出された熱は、熱交換器１０２により冷媒に伝達され、冷媒によりタービン１０４が回転し、発電機１０５による発電が行われる。

【0055】

［本実施形態の作用効果］
第１の態様に係る原子炉は、核燃料から構成される炉心１１と、炉心１１の外側に配置されて中性子を反射する中性子反射部５６と中性子を吸収する中性子吸収部５５とが設けられる複数の制御部を有する反応度制御装置１４，１４Ａとを備え、反応度制御装置１４，１４Ａは、制御部により炉心１１に対する中性子反射部５６および中性子吸収部５５の位置を調整可能である。

【0056】

第１の態様に係る原子炉によれば、原子炉１１２の運転時、制御部の中性子反射部５６を炉心１１に接近させることで、炉心１１の核燃料から放出された中性子は、中性子反射部５６に反射して炉心１１に戻される。そのため、炉心１１で発生した中性子の外部漏洩が抑制され、発生した中性子を有効利用することができ、原子炉１１２における効率の向上を図ることができる。

【0057】

第２の態様に係る原子炉は、第１の態様に係る原子炉であって、さらに、制御部は、移動自在に支持され、中性子反射部５６と中性子吸収部５５は、制御部の移動方向における異なる位置に設けられる。これにより、制御部を移動することで、炉心１１に対する中性子反射部５６および中性子吸収部５５の位置を容易に調整することができる。

【0058】

第３の態様に係る原子炉は、第２の態様に係る原子炉であって、さらに、制御部は、円形状をなす制御ドラム５１を有し、中性子反射部５６と中性子吸収部５５は、制御ドラム５１の回転方向における異なる位置に設けられ、反応度制御装置１４は、中性子反射部５６が炉心１１に対向して中性子吸収部５５が炉心１１に対向しない第１位置と、中性子吸収部５５が炉心１１に対向して中性子反射部５６が炉心１１に対向しない第２位置との間で、制御ドラム５１を回転可能である。これにより、制御ドラム５１を第１位置と第２位置との間で回転することで、炉心１１に対する中性子反射部５６および中性子吸収部５５の位置を調整し、炉心１１の反応度を適正に調整することができる。

【0059】

第４の態様に係る原子炉は、第３の態様に係る原子炉であって、さらに、中性子反射部５６は、制御ドラム５１の外周部に三日月形状をなして設けられる。これにより、中性子反射部５６における中性子の反射機能を適切に発揮させることができる。

【0060】

第５の態様に係る原子炉は、第２の態様に係る原子炉であって、さらに、制御部は、環状制御帯６１を有し、中性子反射部６５と中性子吸収部６４は、環状制御帯６１の駆動方向における異なる位置に設けられ、反応度制御装置１４Ａは、中性子反射部６５が炉心１１に対向して中性子吸収部６４が炉心１１に対向しない第１位置と、中性子吸収部６４が炉心１１に対向して中性子反射部６５が炉心に対向しない第２位置との間で、環状制御帯６１を駆動可能である。これにより、環状制御帯６１を第１位置と第２位置との間で移動することで、炉心１１に対する中性子反射部５６および中性子吸収部５５の位置を調整し、炉心１１の反応度を適正に調整することができる。

【0061】

第６の態様に係る原子炉は、第１の態様から第５の態様のいずれか一つに係る原子炉であって、さらに、炉心１１は、外形が多角形状をなし、制御部は、多角形状をなす炉心１１を構成する燃料ブロック２１の平面部２１ａに対向して配置される。これにより、炉心１１の核燃料から漏洩する中性子の反射と吸収効率良く行うことができる。

【0062】

第７の態様に係る原子炉の制御方法は、核燃料から構成される炉心１１の外側に中性子反射部５６と中性子吸収部５５とを有する複数の制御部が配置される原子炉１１２において、制御部により炉心１１に対する中性子反射部５６および中性子吸収部５５の位置を調整することで炉心１１の反応度を制御する。これにより、原子炉１１２の運転時、制御部の中性子反射部５６を炉心１１に接近させることで、炉心１１の核燃料から放出された中性子は、中性子反射部５６に反射して炉心１１に戻される。そのため、炉心１１で発生した中性子の外部漏洩が抑制され、発生した中性子を有効利用することができ、原子炉１１２における効率の向上を図ることができる。

【符号の説明】

【0063】

１１ 炉心
１２ 遮へい部
１３ 熱伝導体
１４，１４Ａ 反応度制御装置
２１ 燃料ブロック
２２ 第１空間部
２３ 第２空間部
３１ 胴体
３２ 底部
３３ 蓋部
４１ 伝熱管
５１ 制御ドラム（制御部）
５２ 連結部
５３ 駆動部
５４ ドラム本体
５５ 中性子吸収部
５６ 中性子反射部
５７ 制御装置
６１ 環状制御帯（制御部）
６２ 回転支持体
６３ 無端ベルト
６４ 中性子吸収部
６５ 中性子反射部
１００ 原子力発電システム
１０１ 原子炉ユニット
１０２ 熱交換器
１０３ 冷媒循環経路
１０４ タービン
１０５ 発電機
１０６ 冷却器
１０７ 圧縮機
１１１ 原子炉容器
１１２ 原子炉
１１３ 熱伝導部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】