JPH0249192A - 高速増殖炉用燃料集合体 - 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） 本発明は液体金属を冷却材に使用する高速増殖炉用燃料
集合体に関する。

（従来の技術） 炉心からの熱を取り出す冷却材として液体金属を使用す
る従来の高速増殖炉用燃料集合体を第４図がら第６図を
参照しながら説明する。

第４図は燃料集合体を、第５図は燃料ピンをそれぞれ一
部切開して示す斜視図で、第６図は燃料集合体をプレナ
ムに連結した状態を示している。

すなわち、第４図において、符＠１は低スエリング性ス
テンレス鋼材からなる正六角形筒状ラッパ管であり、こ
のラッパ管１の上端にはハンドリングヘッド２が、下端
にはエン１〜ランスノズル３がそれぞれ接続されている
。また、ラッパ管１の内面上部および下部にはそれぞれ
遮蔽体４，５が設けられている。ざらにラッパ管゛１内
には第５図に示した燃料ピン６が多数本束ねられハンド
ル（以下、東部と記す）として収納されている。

燃料ピン６は第５図に示したように低スエリング性ステ
ンレス鋼材からなる円筒状被覆管７内に炉心燃料（ＰＬ
ｌ＋Ｕ）０２ペレツト８と、このペレット８の上下部に
ブランケット燃料ＵＯ２ペレット９，１０が充填されて
おり、また上部のペレット９の上方にワイヤスプリング
１１が配置され、下部のペレット１０の下方にガスプレ
ナム１２が形成され、ざらに被覆管７の上下両端に端栓
１３．１４が設けられたものからなっている。なお、被
覆管７の外面にはワイヤスペーサ１５が巻回されており
、各燃料ピンの間隔を保ち、冷却材の流れを容易にして
いる。

ラッパ管１の外側面は各燃料集合体間の間隔を保ちラッ
パ管１の外側面を流れる冷却材の流れを容易にするため
パッド１６が設けられている。ハンドリングヘッド２の
外周面には炉心内に燃料集合体を装荷し易くするための
セルフオリエンテーションガイド１７が形成され、また
エントランスノズル３には冷却材を流入するためのオリ
フィス１８が形成されている。なあ、第４図申付号１９
はシールリング、２０はオリフィス一体型誤装栗防止プ
ラグ、２１は流量調節オリフィスを示している。

第４図における燃料集合体は第６図に示したように炉心
支持板２２．２３に装荷され、冷却材は矢印で示したよ
うに炉心支持板２２．２３間の高圧プレナム２４からエ
ントランスノズル３のオリフィス１８を通ってラッパ管
１内に流入し、発熱している燃料ピン６の間を流れ、ラ
ッパ管１の上方を通り図示していないハンドリングヘッ
ドの流出孔から流出する。

なお、第６図申付号２５は低圧プレナムを示している。

（発明が解決しようとする課題） 高速増殖炉は高速中性子による核分裂反応を利用して運
転し、炉心には減速材はなく、炉心燃料にＵ　　又はＰ
ｕ　　　を使用している。またブランケット燃料にはり
−２３８を使用し、Ｕ−２３８は高速中性子の一部が吸
収されて核分裂性のＰｕ　　　になる。

ところで、高速増殖炉の運転中に何らかの原因によって
固形物などの異物がエン１〜ランスノズルのオリフィス
部に大量に付着した場合、ラッパ管内を流れる冷却材の
流量が低下する。ラッパ管内を流れる冷却材が減少する
と燃料ピンからの除熱機能が疎外され、燃料ピンが高温
となって破損する可能性が生じる。また異物の付着の程
度が大規模の場合にはざらに拡大することが考えられる
。

本発明はかかる課題を解決するためになされたもので、
通常時の燃料集合体の機能をＩＨなうことなく、正常時
流路断面積の８５％以上が閉塞するという極めて発生し
にくい事象においても破損を拡大防止する機能を高める
ための構造を有する高速増殖炉用燃料集合体を提供する
ことにおる。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は炉心燃料と、この炉心燃料の上下部に上部ブラ
ンケット燃料および下部ブランケット燃料とが配置され
た燃料ピンをラッパ管内に多数本結束して収納し、前記
ラッパ管の上部にハンドリングヘッドが、下部に冷却材
流入孔を有するエントランスノズルが接続されてなる高
速増殖炉用燃料集合体において、前記上部ブランケット
燃料を前記燃料ピンから分離して前記ハンドリングヘッ
ド内に収納するとともに該ハンドリングヘッド内に中性
子じゃへい体を収納してなることを特徴とする。

また、前記中性子じゃへい体を支持するスペサに８００
　’Ｃから９００℃の融点を有する低融点合金を使用し
てなることを特徴とする。

（作　用） エントランスノズルのオリフィス部流路断面積の８５％
以上が閉塞するという、極めて発生しにくい事象を想定
した場合、ラッパ管内を流れる冷却材の流量が低下し、
冷却材は沸騰して、ざらに時間が経過すると炉心燃料は
高温になって溶融し、その溶融物質は自身の蒸気圧によ
り上方へ流れ出すが、プラシダツｌ−燃利の増殖性能お
よびしヤへい体のしゃへい性能を維持しながら冷却材の
有効流路面積を拡大して上記溶融物質を上部から効果的
に排出できる。

また、しゃへい体のスペーサとして低融点合金を使用す
ることによって溶融物質の通過に際してスペーサは溶断
し、しゃへい体およびブランケット燃料とともに溶融物
質を炉心部に落下させ発熱密度を低下させる。

（実施例） 第１図（ａ）、　（ｂ）、　（ｃ）を参照しながら、本
発明の第１の実施例を説明する。なお、図中第４図およ
び第５図の部分と、それに該当する部分には同一符号を
付して説明する。また、第１図（ｂ）は第１図（ａ）の
Ａ−Ａ矢視拡大断面図、第１図（Ｃ）は第１図（ａ）の
Ｂ部拡大断面図でおる。

すなわち、第１図においてラッパ管１内には図示してい
ないが多数本の燃料ピンが配列されてあり、この燃料ピ
ンは被覆管内に上方から順にスプリング１１．炉心燃料
ペレット８．下部プランケット燃料ベレット１０および
ガスプレナム１２の領域が設Ｃブられている。第１図（
ａ）は第４図に示した従来例の部分と同一部分を簡略化
し、該当部分図として示しているが、実際には第４図に
示したようにラッパ管内に燃料ピン束が収納された構造
になっている。つまり、ラッパ管１の上端にはハンドリ
ングヘッド２が、下端にはエントランスノズル３が接続
され、エントランスノズル３は炉心支持板２２．２３に
挿入される。ハンドリングヘッド２内には増殖材として
の１ＪＯ２ブランケツト燃料２６と、このブランケット
燃料２６の上方に中性子吸収能力の大きい、例えば８４
　Ｃからなる中性子じゃへい体２７とがそれぞれスペー
サ２８を介して設けられている。なお、第１図（ｂ）お
よび第１図（Ｃ）から明らかなようにブランケット燃料
２６および中性子じゃへい体２７は複数のペレットから
なっており、これらペレットはそれらの間を冷却材が流
れるようにほぼ等間隔を保つためのスペーサ２８で支持
されている。なあ、このスペーサ２８は例えば融点８０
０〜９００℃の黄銅ろう等の低融点合金が使用される。

この実施例では第５図に示した従来の上部ブランケット
９部を燃料ピン束から分離しハンドソングヘッド２内の
中性子じゃへい体と結合させ、もって燃料ピン束の上部
流路の実効面積を拡大した構造になっている。

ここで、燃料集合体にお（プるラッパ管内の溶融物質が
炉心部から流出するメカニズムについて説明する。燃料
集合体のエントランスノズルのオリフィス部に正常時、
流路断面積の８５％以上という極めて生じにくい大規模
閉塞が発生した場合、発生した蒸気のリークバスが断た
れていると想定すると、発熱密度が通常時の１　、／　
１０になっても５気圧以上の圧力か発生する。また、自
己発熱する液体プールの軸方向蒸気割合から通常時の発
熱密度が維持される場合には炉心部の大半は蒸気化し、
発熱に寄与する燃料物質は大部分流出するポテンシャル
を有している。しかしながら、従来の燃料集合体では溶
融物質が上部のブランケット部を通過する途中で固化し
、よって溶融物質の流出流路が断たれる可能性が高い。

溶融物質の流出を妨げる大きな要因はブランケット部の
温度が比較的低いことのほか、流路面積すなわち等価直
径が小さいことが挙げられる。溶融物質の通過長ざ（貫
通長）と流路等価直径との関係については例えば、流路
直径が２倍になれば貫通長は３゜３６倍になる。

しかして、第１の実施例によればしヤへい上の要請から
しゃへい体２７の占める断面割合を燃料集合体断面積の
６０％とすると、流路の等価直径の比は従来の約７．４
倍となり、貫通長は約３３倍となる。

したがって、燃料を流出し得るポテンシャルが格段に高
まる。一方、通常運転時に於いては、ブランケット燃料
２６の直径の大径化によるブランケット部の中心温度は
最大８００℃程度であり、燃料ピンは充分な健全性を有
している。また、炉心燃料部の７５％以上が炉心部から
除去されれば、隣接する燃料集合体への破損伝播はなく
、さらに９０％以上が除去されれば破損した燃料集合体
のラッパ管の破損を回避することができる。

また、スペーサ２８に低融点合金を使用することによっ
て８４　Ｇの落下により炉心内の出力密度低下と、溶融
物質流出流路の確保がざらに容易になる。

次に、第２図（ａ）および（ｂ）を参照して本発明の第
２の実施例を説明する。なお、第２図（ｂ）は同図（ａ
）のＢ−８矢視方向に切断した横断面図である。

第２図は第２の実施例の要部のみ示してあり、他の部分
は第１の実施例とほぼ同様なので省略しておる。この第
２の実施例ではハンドリングヘッド２内に中空のＵＯ２
ブランケット燃料体２９とＢ４Ｃしヤへい体３０を積層
し、かつじゃへい体３０の内面と上下両端にわたり低融
点合金の被覆層３１を設けたことにある。この第２の実
施例にあける作用は製造上の容易さがあるほかはさきに
述べた第１の実施例とほぼ同様なのでその説明を省略す
る。なお符号３２は冷却材の流出流路で、この流路３２
は中空部に形成される。

第３図（ａ）　ｉ１３よび（１））は本発明の第３の実
施例を示した部分断面図で、第３図（ｂ）は同図（ａ）
のＣ−Ｃ矢視方向から切断した横断面図である。

この第３の実施例は先の第１の実施例とほぼ同様の構造
でおるが、異なる部分はハンドリングヘッド２を低融点
合金で構成し、かつハンドリングヘッド２内に中実のＵ
Ｏ２ブランケット燃料３３と８４　Ｃしゃへい休３４を
積層し、これらブランケット燃料３３としやへい体３４
とを支持材３５で支持し、かつ冷却材が流れ易くする流
出流路を周辺に有している。この実施例による主な作用
は前記第１の実施例とほぼ同様である。

すなわち、第２および第３の実施例ともに被覆材３１．
支持材３５およびハンドリングヘッド２に黄銅ろう等の
低融点合金を使用することによって、８４　Ｇの落下に
より炉心内の出力密度の低下と、溶融物質流出流路の確
保が容易になり、本発明の目的を達成することができる
。

「発明の効果」 本発明によれば通常時の燃料集合体の機能は損うことな
く、原子炉運転中に燃料集合体のエントランスノズルの
オリフィスが大規模に閉塞して燃料ピン東部へ流れる冷
ｆＪ］祠の流れが大幅に減少するという極めて発生しに
くい事象を想定しても、隣接する健全な燃料集合体への
破損伝播率を大幅に低減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の第１の実施例を概略的に示す縦
断面図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）のＡ−Ａ矢視断面
図、第１図（Ｃ）は第１図のＢ部を拡大して示す縦断面
図、第２図（ａ）は本発明の第２の実施例の要部を示す
縦断面図、第２図（ｂ）は第２図（ａ）のＢ−８矢視断
面図、第３図（ａ）は本発明の第３の実施例の要部を示
す縦断面図、第３図（ｂ）は第３図（ａ）のＣ−Ｃ矢視
断面図、第４図は従来の燃料集合体を一部切開して示す
斜視図、第５図は第４図における燃料ピンを示す斜視図
、第６図は第４図の燃料集合体をプレナムに連結した状
態を示す縦断面図である。 １・・・ラッパ管 ２・・・ハンドリングヘッド ３・・・エントランスノズル ４．５・・・しヤへい体 ６・・・燃料ピン ７・・・被覆管 ８・・・炉心燃料ペレット ９．１０・・・ブランケット燃料ペレツｌ〜１１・・・
スプリング １２・・・ガスプレナム １３、１４・・・端栓 １５・・・ワイヤスペーサ １６・・・パッド １７・・・セルフオリエンテーションガイド１８・・・
オリフィス １９・・・シールリング ２０・・・オリフィス一体型誤装荷防止プラグ２１・・
・流量頂面オリフィス ２２、２３・・・炉心支持板 ２４・・・高圧プレナム ２５・・・低圧プレナム ２６・・・ブランケット燃料 ２７・・・中性子じゃへい体 ２８・・・スペーサ ２９・・・中空ブランケット燃料 ３０・・・中空Ｂ４Ｃしやへい体 ３１・・・被覆材 ３２・・・流路 ３３・・・中実ブランケット燃料 ３４・・・中実Ｂ４　ＣＬやへい体 ３５・・・支持材

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）炉心燃料と、この炉心燃料の上下部に上部ブラン
   ケット燃料および下部ブランケット燃料とが配置された
   燃料ピンをラツパ管内に多数本結束して収納し、前記ラ
   ツパ管の上部にハンドリングヘッドが下部に冷却材流入
   孔を有するエントランスノズルが接続されてなる高速増
   殖炉用燃料集合体において、前記上部ブランケット燃料
   を前記燃料ピンから分離して前記ハンドリングヘッド内
   に収納するとともに該ハンドリングヘッド内に中性子し
   ゃへい体を収納してなることを特徴とする高速増殖炉用
   燃料集合体。
2. （２）前記中性子しやへい体を支持するスペーサに８０
   ０℃から９００℃の融点を有する低融点合金を使用して
   なることを特徴とする請求項１記載の高速増殖炉用燃料
   集合体。