JPH04252994A - 高速増殖炉用燃料集合体 - Google Patents

高速増殖炉用燃料集合体

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JPH04252994A
JPH04252994A JP3009236A JP923691A JPH04252994A JP H04252994 A JPH04252994 A JP H04252994A JP 3009236 A JP3009236 A JP 3009236A JP 923691 A JP923691 A JP 923691A JP H04252994 A JPH04252994 A JP H04252994A
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JP
Japan
Prior art keywords
recriticality
fuel
reactor
bundle
fuel elements
Prior art date
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Pending
Application number
JP3009236A
Other languages
English (en)
Inventor
Akihiro Hara
昭浩 原
Yasushi Tsuboi
靖 坪井
Hiroshi Endo
寛 遠藤
Yuji Nishi
西 裕士
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPH04252994A publication Critical patent/JPH04252994A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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  • Structure Of Emergency Protection For Nuclear Reactors (AREA)

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】
【0001】[発明の目的]
【0002】
【産業上の利用分野】本発明は炉心損傷事故時の再臨界
事故を未然に防止した高速増殖炉用燃料集合体に関する
【0003】
【従来の技術】従来使用されている高速増殖炉用燃料集
合体を図6を参照しながら説明する。図6において、符
号1は正六角形筒状のラッパ管で、このラッパ管1内に
は多数本の燃料要素(燃料ピンとも称される)15が結
束された燃料要素束2および中性子遮蔽体3が収容され
ている。ラッパ管1は上端にハンドリングヘッド4が、
下端に冷却材流入口5を有するエントランスノズル6が
接続されている。高速増殖炉の炉心は以上のように構成
された燃料集合体を原子炉容器内に多数本設置すること
により構成する。炉心内で冷却材はエントランスノズル
6の冷却材流入口5から流入し燃料要素15から熱を奪
い取ってハンドリングヘッド4から流出する。なお、燃
料要素15は細長い被覆管内にウラン,プルトニウム等
の酸化物系の核燃料物質を装填し、被覆管の両端を端栓
で封止したものである。
【0004】このような燃料集合体を装荷した高速増殖
炉では原子炉の出力が異常に上昇した場合、原子炉容器
内の冷却材流量が異常に減少した場合、或いは原子炉の
除熱源を喪失した場合等には炉心反応度制御系を作動さ
せ、原子炉の出力を速やかに低下させるようにしている
【0005】炉心反応度制御系は通常、独立した2系統
から構成し、どちらか一方だけでも炉心を未臨界状態に
できるようにしている。また、反応度制御系には動作異
常のないように十分な信頼性および冗長性をもたせてあ
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、万一で
はあるが、以上の炉心反応度制御系がいずれも動作せず
、原子炉の出力を速やかに低下させられなかった場合に
は、燃料集合体内に収納された燃料要素の温度が異常に
上昇し、その燃料要素が溶融して炉心損傷事故に至る可
能性がある。
【0007】この場合、最終的には燃料要素が溶融して
プール状となり、比重の軽い冷却材中に比較的比重の重
い核燃料物質および構造材からなる溶融デブリが形成さ
れる。その結果、このデブリ内には核燃料物質および構
造材が溶融前の通常運転状態に比べより高い密度で集中
する。すなわち、冷却材による中性子の吸収効果がなく
なるため、正の反応度が投入され、再臨界事故に至るこ
とが考えられる。
【0008】このような場合でも事故の影響を原子炉容
器およびこれを収納する格納容器内にとどめておくため
には原子炉容器並びに格納容器の強度および密封性につ
いて十分な余裕をもたせておく必要がある。そのため、
結果として原子炉の経済性を悪化させる面があった。
【0009】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、その目的は原子炉容器並びに格納容器の強度
および密封性について過度の余裕をもたせなくとも事故
の影響を格納容器内にとどめ得ることができ、もって原
子炉の経済性を向上させることができる高速増殖炉用燃
料集合体を提供することにある。 [発明の構成]
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は冷却材がエント
ランスノズルから燃料要素が多数本結束された燃料要素
束内を通流してハンドリングヘッドから流出する高速増
殖炉用燃料集合体において、前記燃料要素束とハンドリ
ングヘッドとの間に耐熱性高比重の被覆材で中性子吸収
材を被覆して形成した再臨界防止体を設けてなることを
特徴とする。
【0011】
【作用】高速増殖炉の燃料集合体においては、原子炉の
出力が異常に上昇した場合、原子炉の冷却材流量が異常
に減少した場合、或いは原子炉の除熱源を喪失した場合
等に炉心反応度制御系が正常に機能せず、仮に炉心損傷
事故に至ったとしても、厚肉の耐熱性・高比重金属で被
覆された中性子吸収材が燃料・構造材溶融デブリ内に投
入される。従って、負の反応度が投入され、この場合に
も再臨界事故に至ることがない。すなわち、このような
場合にも原子炉の出力が低下し、事故が自動的に終息す
るため、事故の影響が緩和される。
【0012】
【実施例】本発明に係る高速増殖炉用燃料集合体の一実
施例を図1から図3を参照しながら説明する。なお、図
2は図1のA−A矢視断面図、図3は再臨界防止体を拡
大して示す縦断面図である。
【0013】図1において、正六角形筒状ラッパ管1内
に燃料要素を図2に示したように六角正方状に配列しス
ペーサ7で冷却材の流路8が確保できるように結束した
燃料要素束2が収容されている。燃料要素束2の上方に
は再臨界防止体9が設けられている。再臨界防止体9は
球状B4 C等の中性子吸収材10をタングステン等の
耐熱性・高比重金属の被覆材11で厚肉に被覆して構成
したものである。再臨界防止体9はその下部を燃料要素
束2内を貫通する3本の支持棒12で支持されている。 支持棒12は燃料要素の構造材と同様にステンレス鋼等
で構成する。再臨界防止体9の上部にも支持材13が設
けられ、支持材13は半径方向および上方向への動きは
制限するものの、再臨界防止体9の下方向への動きは制
限しないようにハンドリングヘッド4の内面に取着され
ている。
【0014】なお、図1では再臨界防止体9が2個設け
られ連結部材14で接続されている。ラッパ管1は上端
に、ハンドリングヘッド4が、下端に冷却材流入口5を
有するエントランスノズル6が接続されている。
【0015】しかして、上記構成の燃料集合体を高速増
殖炉の炉心に装荷し、原子炉が通常の運転状態にある場
合には、再臨界防止体9は中性子吸収材10を内包する
ため、従来の上部軸方向遮蔽体と同様に、中性子遮蔽体
として機能する。
【0016】これに対し、原子炉の出力が異常に上昇し
た場合、原子炉の冷却材流量が異常に減少した場合、或
いは原子炉の除熱源を喪失した場合等に炉心反応度制御
系が正常に機能せず、炉心損傷事故に至った場合には、
燃料要素束2は燃料要素の異常な温度上昇により溶融し
、核燃料物質と構造材からなる溶融デブリが形成される
【0017】この場合、再臨界防止体9の支持棒12は
燃料要素束2の内部を貫通しているため、同時に溶融す
る。その結果、支持棒12の上部に支持されていた再臨
界防止体9は溶融デブリ内に落下する。
【0018】核燃料物質と構造材からなる溶融デブリは
比重がほぼ10程度で、温度は3000K程度に達する
。これに対し、本実施例で使用する中性子吸収材10、
例えばB4 Cは比重が2程度で、融点は2800K以
下である。従って、そのままでは溶融デブリの上面で溶
融・昇華し、デブリ内部には落下していかない。
【0019】しかし、本実施例で使用する耐熱性・高比
重の被覆材11に例えばタングステンを使用した場合に
は、比重が19以上で、融点は3700K程度である。 その結果、被覆材11で被覆して構成した再臨界防止体
9は溶融デブリによっても溶融することがない。また、
再臨界防止体9は実効的な比重を10以上にできるため
、溶融デブリ内部に確実に落下していく。デブリ内に落
下した再臨界防止体9内の中性子吸収材10は核燃料物
質から発生する中性子を吸収する。
【0020】炉心の反応度は炉心内の中性子の発生と吸
収のバランスで決定される。中性子の発生が減少する、
或いは吸収が増加すれば負の反応度が投入され、原子炉
の出力は低下する。従って、この場合、中性子吸収材1
1による中性子吸収により炉心に負の反応度が投入され
、原子炉の出力が低下して再臨界事故が回避される。
【0021】上記実施例における再臨界防止体内のB4
 Cの半径は次式で求める。     制御棒1体の10B装荷量         
                   A  kg 
   制御棒の本数                
                      N  
本    燃料集合体1体当たりの再臨界防止体の設置
個数      n1個    再臨界防止体が設置さ
れている燃料集合体数          n2体  
  再臨界防止体内B4 Cの半径         
               R  cm    再
臨界防止体内B4 C中の10B濃縮度       
         α  %    B4 Cの比重 
                         
            ρ  g/cc全制御棒の1
0B装荷量=全再臨界防止体内B4 C中の10B装荷
量とするためには、再臨界防止体内B4 Cの半径Rを
以下のように定めればよい。     A×N=4/3 ×π×R3 ×ρ×α×n1
×n2の式から、        R=(3×A×N/
(4×π×ρ×α×n1×n2))1/3 この場合、
再臨界防止体内の10B装荷量は制御棒と同一となるの
で、制御棒と同程度の炉停止能力を確保できる。ただし
、再臨界防止体内のB4 Cの半径Rを大きくしすぎる
と、再臨界防止体の比重が10未満となってしまうので
、さらに次式を満足するように燃料集合体1体当たりの
再臨界防止体の設置個数n1を調整する。     {R3 ×ρ+(Ro 3 −R3 )×ρw
 }≧Ro 3 ×ρf     再臨界防止体内のB
4 Cの半径                   
   R  cm    再臨界防止体内のB4 Cの
比重                      ρ
  g/cc    再臨界防止体の外側タングステン
の半径              Ro cm   
 再臨界防止体の外側タングステンの比重      
        ρw g/cc    溶融燃料デブ
リの比重                     
         ρf g/cc再臨界防止体の外側
タングステンの半径Ro は、再臨界防止体を燃料集合
体の内部に収納できるように設定する。本実施例では以
上の検討の結果、再臨界防止体の個数を2個使用してい
る。
【0022】以上説明したように、本実施例によれば、
原子炉の出力が異常に上昇した場合、原子炉の冷却材流
量が異常に減少した場合、或いは原子炉の除熱源を喪失
した場合等に炉心反応度制御系が正常に機能せず、炉心
損傷事故に至った場合でも、再臨界事故に至ることなく
原子炉の出力を低下させることが可能となる。その結果
、原子炉容器と原子炉格納容器の強度および密封性につ
いて過度の余裕をもたせなくとも事故の影響を原子炉格
納容器内に収納することができる。なお、上記実施例に
よれば再臨界防止体9は球形状となっているが、円柱形
状等の他の形状としてもよい。
【0023】図4および図5によって本発明の他の実施
例を説明する。なお、図中、図1と同一部分には同一符
号を付して重複する部分の説明は省略する。
【0024】この実施例では図5に拡大して示したよう
に軸心部から周辺方向に向け徐々に長くなるように燃料
要素15を不均一な軸長とし、燃料要素15の上端部に
設置された端栓16が隣接する燃料要素15の核燃料物
質17に隣接するようにしたものである。しかして、上
記実施例では、炉心損傷事故時には端栓16が隣接する
燃料要素15によって加熱・溶融されるため、再臨界防
止体9が溶融デブリ中により確実に落下する。また、燃
料要素束2を収納するラッパ管1を少なくとも燃料要素
束2の周囲については削除してもよい。この場合、溶融
デブリがラッパ管1に妨げられることなく拡散・散逸す
るため、さらに再臨界事故を防止する効果が促進される
【0025】
【発明の効果】本発明によれば、炉心損傷事故時にも再
臨界事故に至ることがなく、原子炉容器と原子炉格納容
器の強度および密封性について過度の余裕をもたせなく
とも事故の影響を原子炉格納容器内にとどめ得る燃料集
合体を提供することができる。その結果、原子炉の経済
性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る高速増殖炉用燃料集合体の一実施
例を概略的に示す縦断面図。
【図2】図1のA−A矢視方向を切断して示す横断面図
【図3】図1の再臨界防止体を拡大して示す縦断面図。
【図4】本発明に係る高速増殖炉用燃料集合体の他の実
施例を示す概念図。
【図5】図4のB部を拡大して示す縦断面図。
【図6】従来例による高速増殖炉用燃料集合体の縦断面
を示す概念図。
【符号の説明】
1…ラッパ管、2…燃料要素束、3…中性子遮蔽体、4
…ハンドリングヘッド、5…冷却材流入口、6…エント
ランスノズル、7…スペーサ、8…冷却材流路、9…再
臨界防止体、10…中性子吸収材、11…被覆材、12
…支持棒、13…支持材、14…連結部材、15…核燃
料要素、16…端栓、17…核燃料物質。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  冷却材がエントランスノズルから燃料
    要素が多数本結束された燃料要素束内を通流してハンド
    リングヘッドから流出する高速増殖炉用燃料集合体にお
    いて、前記燃料要素束とハンドリングヘッドとの間に耐
    熱性高比重の被覆材で中性子吸収材を被覆して形成した
    再臨界防止体を設けてなることを特徴とする高速増殖炉
    用燃料集合体。
JP3009236A 1991-01-29 1991-01-29 高速増殖炉用燃料集合体 Pending JPH04252994A (ja)

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JP3009236A JPH04252994A (ja) 1991-01-29 1991-01-29 高速増殖炉用燃料集合体

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JP3009236A JPH04252994A (ja) 1991-01-29 1991-01-29 高速増殖炉用燃料集合体

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JPH04252994A true JPH04252994A (ja) 1992-09-08

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JP3009236A Pending JPH04252994A (ja) 1991-01-29 1991-01-29 高速増殖炉用燃料集合体

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JP (1) JPH04252994A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013167586A (ja) * 2012-02-16 2013-08-29 Hitachi Chemical Co Ltd 中性子吸収材およびその製造方法ならびに溶融燃料の処理方法
JP2017156283A (ja) * 2016-03-03 2017-09-07 株式会社東芝 中性子吸収体および臨界事故の防止方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013167586A (ja) * 2012-02-16 2013-08-29 Hitachi Chemical Co Ltd 中性子吸収材およびその製造方法ならびに溶融燃料の処理方法
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