JPH05323077A - 高速炉の炉心 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】高速炉炉心のナトリウムボイド反応度が低減で
き、安全性、許認可性が大きく向上し、炉心サイズの増
大を抑制する。 【構成】核分裂性物質を充填した複数の外側燃料集合体
５を円環状に配置し、その円環状内側に中性子吸収物質
を充填した中性子吸収集合体８を配置し、中性子吸収集
合体８の内側に炉心軸方向の中心レベルにナトリウムプ
レナム領域11を有する内側燃料集合体９を配置する。ナ
トリウムプレナム領域11の上部に上部炉心12を、ナトリ
ウムプレナム領域11の下部に下部炉心13を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液体金属冷却型高速増殖
炉（以下、高速炉と記す）に使用され、特に炉心構成要
素の構成、配置を改良した高速炉の炉心に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に高速炉の炉心は、核分裂性物質を
装荷した多数の燃料集合体から構成され、燃料からの熱
除去のための冷却材として主にナトリウムが使用されて
いる。

【０００３】通常、ナトリウムは蒸発してボイド化され
ることはないが、万一の事故を想定して、ナトリウムが
ボイド化した場合でも炉心が安全に停止することを確認
している。

【０００４】ナトリウムがボイド化したときの応答とし
ては炉心が小型のときは中性子の炉心からの漏れが大き
いため、負の反応度が入り、炉心は安全に停止する。し
かし、炉心が大型になると、中性子の漏れが少なくな
り、ナトリウムがボイド化したときの反応度は正とな
る。炉心が安全に停止するか否かに関しては他の反応度
要因をも含めた詳細な解析を行い、その安全性を確認す
る必要がある。したがって、ナトリウムのボイド反応度
を小さくできれば、安全設計上非常に価値がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、プラント設
計上、炉心出力を極度に小さくすることは発電コストの
点で好ましくない。一方、ナトリウムがボイド化したと
きの炉心の反応度を負にするには従来例では炉心出力を
100MWe程度以下にしなければならない。しかし、大出力
にするとナトリウムのボイド反応度は正になるという課
題がある。

【０００６】一方、大きな出力をもつ炉心においてナト
リウムのボイド反応度を零または負にする方法として、
核分裂性物質を多く含む炉心燃料集合体を円環状に配置
したアニュラー炉心が考えられるが、この場合、炉心サ
イズが大幅に増大し、経済性が低下する課題がある。

【０００７】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、大きな出力の炉心においてナトリウムのボイ
ド反応度が零または負に低減でき、かつ安全性、許認可
性が大きく炉心サイズの増大を抑制して経済性が向上す
る高速炉の炉心を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は核分裂性物質を
充填した複数の燃料集合体を円環状に配置し、その円環
状内側に中性子吸収物質を充填した中性子吸収集合体を
配置し、その内側に炉心軸方向の中心レベルにナトリウ
ムプレナム領域を有する燃料集合体を配置し、ナトリウ
ムプレナム領域を挟んで上部炉心，下部炉心を形成して
なることを特徴とする。

【０００９】また、燃料集合体内に燃料要素が配置され
ていない領域を１箇所以上設けることにより、燃料集合
体内の冷却材の一部あるいは全体がボイド状態となった
場合に炉心からの中性子の漏洩経路が確保されやすいよ
うにした特殊燃料集合体を有することを特徴とする。

【００１０】

【作用】ナトリウムのボイド反応度を低減させるには炉
心部からの中性子の漏れを増大させることが必要であ
り、そのためには、炉心の表面積を大きくすることが必
要である。しかしながら、従来のアニュラー炉心では炉
心サイズが増大する。そこで、アニュラー炉心におい
て、燃料集合体が配置されている領域の内側に中性子吸
収物質を含む中性子吸収集合体を配置することにより、
炉心の表面積が比較的小さい炉心においても炉心部から
の中性子の漏れを増やすことができ、ひいては炉心サイ
ズ増大を抑制することができる。

【００１１】さらに、吸収集合体の領域の半径方向厚さ
がある程度以上になると中性子吸収集合体配置効果は飽
和する傾向がある。したがって、中性子吸収集合体の数
はナトリウムのボイド反応度の低減効果および炉心サイ
ズの増大抑制の観点から決められ、この場合、中性子吸
収集合体が配置される領域の内側に未使用領域が生ず
る。

【００１２】この未使用領域に軸方向中心レベルにナト
リウムプレナム領域を有する複数の燃料集合体を配置
し、ナトリウムプレナム領域の上部に上部炉心を、ナト
リウムプレナム領域の下部に下部炉心を形成することに
より、未使用領域の有効利用を図ることができるため、
結果的には経済性が向上する。

【００１３】燃料集合体内に燃料要素が充填されていな
い１箇所以上の領域を設けた特殊燃料集合体を用いるこ
とにより、特殊燃料集合体内の冷却材の一部あるいは全
体がボイド状態となった場合に炉心からの中性子の漏洩
が促進され、ボイド反応度が低減される。

【００１４】さらに、ナトリウムプレナム領域を炉心軸
方向の中心レベルに設けた炉心において、前記特殊燃料
集合体を一部あるいは全部に適用することにより、燃料
要素が配置されていない領域の冷却材がボイド状態にな
った場合の空間部分を中性子が炉心の上下に漏洩する効
果が促進される。すなわち、特殊燃料集合体における漏
洩効果はナトリウムプレナム領域を上部炉心と下部炉心
の間に配置することにより、上下の各炉心が偏平化され
るために炉心部からの中性子漏洩がさらに促進され、か
つ、この漏洩中性子の炉心部への反射量が低減されるた
めに、特殊燃料集合体をナトリウムプレナム領域を設け
ない通常の炉心に適用した場合に比べよりボイド反応度
低減効果が大きくなる。

【００１５】

【実施例】本発明の実施例を図面を参照して説明する。
図１は本発明の第１の実施例を示す炉心配置図で、図２
は図１の概略的断面図である。

【００１６】アニュラー炉心部１には、核分裂性物質２
を含み、その上部にナトリウムプレナム領域３を配置
し、下部に親物質からなる軸ブランケット部４を配置し
た多数の外側燃料集合体５が配置されている。このアニ
ュラー炉心部１内には、ナトリウムボイド反応度を低減
するために制御棒６とともにナトリウムが流れないキャ
ビティーチャンネル７が配置されている。アニュラー炉
心部１の内側には、中性子吸収物質を多く含む中性子吸
収集合体８が配置され、さらにその内側の内側炉心部10
には、軸方向炉心中心レベルにナトリウムプレナム11を
有する複数の燃料集合体９が制御棒６とあいまって配置
され、上部炉心12および下部炉心13を形成する。

【００１７】以上の構成により、ナトリウムボイド時に
は、上部炉心12および下部炉心13からナトリウムプレナ
ム領域11を経て中性子吸収集合体８領域に至る中性子漏
洩量が増大し、ナトリウムボイド反応度は大幅に低減
し、零または負となる。

【００１８】かつ、内側炉心部10においても熱の発生が
あるため、アニュラー炉心部１における発熱量は少なく
てすみ、ひいてはアニュラー炉心部１のサイズを小さく
できる。

【００１９】次に、図３から図４を参照しながら図１に
おける特殊燃料集合体について説明する。図３は燃料集
合体の中心に燃料要素のない領域を設け、そこに六角形
の内側ラッパ管16を付けた特殊燃料集合体の断面図であ
る。内側ラッパ管16内はナトリウム17のみで構成されて
いる。

【００２０】図４は内側ラッパ管16の概念図で、その側
面にはナトリウム燃料要素領域から流出できるように穴
18があけられている。今、何らかの原因で燃料要素のあ
る領域でナトリウムがボイドした場合そのボイドは内側
ラッパ管16の側面の穴18を通って内側ラッパ管16内にも
広がる。すると、炉心内の中性子は炉心外に漏出しやす
くなり反応度挿入の低減が図られる。

【００２１】図５は図３における特殊燃料集合体を示す
例である。この例は３箇所に内側ラッパ管16を設けたも
のであるが、この場合、１箇所に設けた場合よりナトリ
ウムボイド反応度挿入に対する低減の応答が早いものと
考えられる。なお、内側ラッパ管は必ずしも必要ではな
く、グリッドスペーサなど他の方法にて燃料要素が支持
されていればよい。

【００２２】これらの特殊燃料集合体19を第１の実施例
において示した炉心に適用した場合の第２の実施例を図
６および図７に示す。この第２の実施例では炉心燃料集
合体の一部に特殊燃料集合体を適用した場合であるが、
全ての炉心燃料集合体に特殊燃料集合体を適用すること
もできる。

【００２３】以上説明したように、燃料集合体内に燃料
要素が充填されていない１箇所以上の領域を設けた特殊
燃料集合体を用いることにより、特殊燃料集合体内の冷
却材の一部あるいは全体がボイド状態となった場合に炉
心からの中性子の漏洩が促進され、ボイド反応度が低減
される。

【００２４】次に図６および図７により本発明の第２の
実施例を説明する。前記特殊燃料集合体を用いた場合の
ナトリウムボイド反応度低減の効果の一例として、30万
KWe 出力の高速炉の場合の評価例を以下に示す。全炉心
燃料を特殊燃料集合体とし、燃料要素本数を10％少なく
した場合、ナトリウムボイド反応度は炉心燃料全体で0.
41％Δk/kk′から0.33k/kk′と約20％減少した。このこ
とは前記特殊燃料集合体を使用することの有効性を示す
ものである。なお、除去する燃料要素本数を増大させれ
ばナトリウムボイド反応度低減効果は増大する。また、
前記特殊燃料集合体の有効性は、第１の実施例のナトリ
ウムプレナムを用いた炉心のみならず従来の炉心に適用
した場合にも十分にナトリウムボイド反応度低減効果が
ある。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば高速炉炉心のナトリウム
ボイド反応度が低減でき、安全性、許認可性が大きいと
ともに、炉心サイズひいては原子炉容器の径の増大を抑
制でき、経済性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る高速炉の炉心の第１の実施例を示
す炉心配置図。

【図２】図１における縦断面図。

【図３】図１における特殊燃料集合体を概略的に示す平
面図。

【図４】図３における特殊燃料集合体に使用する内側ラ
ッパ管を部分的に示す斜視図。

【図５】図１における特殊燃料集合体の他の例を概略的
に示す平面図。

【図６】本発明に係る高速炉の炉心の第２の実施例を示
す炉心配置図。

【図７】図６における縦断面図。

【符号の説明】

１…アニュラー炉心部、３…ナトリウムプレナム領域、
10…内側炉心部、７…キャビティーチャンネル、８…中
性子吸収集合体、11…内側炉心内ナトリウムプレナム、
12…上部炉心、13…下部炉心、16…内側ラッパ管、19…
特殊燃料集合体。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 核分裂性物質を充填した複数の燃料集合
   体を円環状に配置し、その円環状内側に中性子吸収物質
   を充填した中性子吸収集合体を配置した高速炉の炉心に
   おいて、前記中性子吸収集合体の内側に炉心軸方向の中
   心レベルにナトリウム領域を有する燃料集合体を配置
   し、前記ナトリウムプレナム領域の上部に上部炉心を、
   前記ナトリウムプレナム領域の下部に下部炉心を形成し
   てなることを特徴とする高速炉の炉心。