JPH0545485A - 高速炉炉心 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は、冷却材による炉心のボイド
反応度を零または負に保ちつつ、より大きな出力の炉心
を得ることができる高速炉の炉心を提供することにあ
る。 【構成】 本発明に係る高速炉炉心は、炉心の軸方向中
心より上側に設けられた円板状の上部核燃料物質26と、
炉心の軸方向中心より下側に設けられた円板状の下部核
燃料物質28と、前記上部核燃料物質と下部核燃料物質と
の間にあって核燃料物質から発生する核分裂性ガスを収
容する円板状の下部ガスプレナム空間29とから構成され
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液体金属を冷却材とす
る高速炉の炉心に係り、特にその燃料集合体を改良した
高速炉炉心に関する。

【０００２】

【従来の技術】液体金属を冷却材とする高速炉は、核燃
料物質を充填した多数の燃料集合体を装荷して炉心を構
成しており、主にナトリウムが燃料からの熱除去を行う
冷却材として使用される。この液体金属冷却型高速炉に
おいては、何等かの原因により冷却材流量の減少が生じ
ると、冷却材温度が上昇して冷却材密度が減少し、反応
度が上昇する。

【０００３】高速炉の反応度は、原子炉の出力規模に依
存し、小型炉では負であるが、中型炉又は大型炉では正
の反応度となり、冷却材密度の減少により炉出力を上昇
させる恐れがある。

【０００４】高速炉は、通常冷却材であるナトリウムが
蒸発してボイド化することはないが、万一の事故を想定
し、ナトリウムがボイド化した場合でも、原子炉が安全
に停止し、炉心の安全性が保たれる設計となっている。

【０００５】冷却材であるナトリウムがボイド化したと
きの原子炉の応答としては、炉心が小型の場合は、中性
子の炉心からの漏れが大きいため、前述のように、負の
反応度となって炉心を安全に停止させることができる。

【０００６】これに対して、高速炉の炉心が大型になる
と、炉心からの中性子の漏れが少なくなり、冷却材であ
るナトリウムがボイド化したときの反応度が正となる。
この正の反応度状態のとき、炉心が安全に停止するか否
かは、他の反応度要因を含めて詳細な解析を行って、炉
心の安全性を確認する必要がある。

【０００７】冷却材であるナトリウムによる正の反応度
は、炉心からの中性子漏れの増大と中性子スペクトルの
軟化により低減できる。反応度を抑制して小さくするた
めに、炉心内に中性子吸収物質を装荷したり又はベリウ
ム若しくは水素ジルコニウム等の中性子減速材を装荷し
て中性子スペクトルを軟化させる手段が採られてきた。
いずれにしても、冷却材であるナトリウムのボイド反応
度が小さくなれば、炉心の安全性と信頼性が一層向上
し、原子炉の安全設計上非常に価値がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】高速炉のような原子力
プラントにおいては、プラントの設計上、炉心安全性の
見地から炉心出力を極度に小さく設計することは、発電
コストの点で好しくない。

【０００９】また、冷却材であるナトリウムが万一ボイ
ド化した場合でも、炉心の反応度を負にするには、炉出
力を例えば、100 ＭＷｅ程度の小型炉にしなければなら
ない。この炉心出力を上回るとナトリウムのボイド化反
応度が正になるという課題がある。

【００１０】本発明は上記の点を考慮してなされたもの
で、冷却材による炉心のボイド反応度を零または負に保
ちつつ、より大きな出力の炉心を得ることができる高速
炉の炉心を提供することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明においては、炉心の軸方向中心より上側に設
けられた円板状の上部核燃料物質と炉心の軸方向中心よ
り下側に設けられた円板状の下部核燃料物質と前記上部
核燃料物質と下部核燃料物質との間にあって核燃料物質
から発生する核分裂性ガスを収容する円板状のガスプレ
ナム空間とを有する円柱状の炉心中心軸領域と、この炉
心中心軸領域の外周側に径方向ブランケット燃料集合体
を環状に装荷した円環状の径ブランケット領域と、この
径ブランケット領域の外側に中性子遮蔽体を装荷した円
環状の中性子遮蔽領域とからなる高速炉炉心を提供す
る。

【００１２】また本発明においては、炉心の軸方向中心
より上側に設けられた円板状の上部核燃料物質と炉心の
軸方向より下側に設けられた円板状の下部核燃料物質と
前記上部核燃料物質と下部核燃料物質の間に設定された
円板状の冷却材流路領域とを有する円柱状の炉心中心軸
領域と、この炉心中心軸領域の外周側に径方向ブランケ
ット燃料集合体を環状に装荷した円環状の径ブランケッ
ト領域と、この径ブランケット領域の外側に中性子遮蔽
体を装荷した円環状の中性子遮蔽領域とからなる高速炉
炉心を提供する。

【００１３】

【作用】本発明によれば、炉心の軸方向中心より上側に
円板状の上部核燃料物質が設けられ、炉心の軸方向中心
より下側に円板状の下部核燃料物質が設けられる。前記
上部核燃料物質と下部核燃料物質との間に核燃料物質か
ら発生する核分裂性ガスを収容する円板状のガスプレナ
ム空間が設定される。

【００１４】このため、冷却材であるナトリウムが何ら
かの原因によりボイド化したとき、両燃料要素の核分裂
性物質から発生した中性子は、ガスプレナム空間より、
主に径方向に漏洩する。この漏洩により、反応度が低下
または負になる。

【００１５】燃料要素を軸方向に１段配置した燃料集合
体を装荷した炉心に比べ、ボイド反応度を低減すること
ができ、安全性と信頼性をより一層向上させることがで
きる。

【００１６】また前記上部核燃料物質と下部核燃料物質
の間に、円板状の冷却材流路領域を設けることもでき
る。この冷却材流路領域により、核分裂性物質から発生
した中ヤ子は、主に径方向に漏洩する。この漏洩によ
り、反応度を低下又は負にすることができる。

【００１７】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。

【００１８】図１は、本発明に係る炉心を備えた液体金
属冷却型高速炉炉心の一例を扇形に切断した示す炉心構
成図である。炉心の中央部には、核燃料物質を充填した
燃料集合体を多数装荷した円柱状の炉心中心軸領域22が
形成される。この炉心中心軸領域22の外周側には、径方
向ブランケット燃料集合体を環状に装荷した円環状の径
ブランケット領域24が構成される。この径ブランケット
領域の外側に、中性子遮蔽体を装荷した円環状の中性子
遮蔽領域25が形成される。炉心中心軸領域22は、炉心の
軸方向中心を境界にして、上側と下側に２分される。

【００１９】炉心の軸方向中心より上側に、円板状の上
部核燃料物質26、この上方に核燃料物質から発生する核
分裂性ガスを収容する円板状の上部ガスプレナム空間27
を有する。炉心の軸方向中心より下側に、円板状の下部
核燃料物質28、この上方に核燃料物質から発生する核分
裂性ガスを収容する円板状の下部ガスプレナム空間29が
形成される。

【００２０】図２は、本発明に係る高速炉炉心の炉心中
心軸領域22を構成する燃料集合体を示す縦断面図であ
る。図３は、図２のＸ−Ｘ矢視方向を示す拡大断面図で
ある。燃料集合体は、正六角形筒状ラッパ管１内に、燃
料要素２を六角正状に配列した燃料要素束３から形成さ
れる。ラッパ管１の内壁と燃料要素２の外壁から形成さ
れる空間により、冷却材流路８が形成される。

【００２１】冷却材は燃料集合体の下部の冷却材流入口
５を通って、エントランスノズル６を経て、冷却材流路
８を経由して、ハンドリングヘッド４の内側を通って流
出する。図４は、燃料要素束３を構成する燃料要素２を
示す縦断面図である。燃料要素２は、上部燃料要素30及
び下部燃料要素40とを上下に連結したものである。

【００２２】上部燃料要素30は、核燃料物質31と、その
上方に核分裂生成ガスを収容するガスプレナム領域32を
収容した被覆管33の両端を端栓34，35で密封して構成さ
れる。下部燃料要素40は、上部燃料要素30とほヾ同様の
構成であり、核燃料物質41とその上方にガスプレナム領
域42を収容した被覆管43の両端を端栓44，45で密封して
構成されている。両燃料要素30，40は、上部燃料要素30
の下部端栓35と下部燃料要素40の上部端栓44とを接合し
て一体化されている。次に、このような構成からなる本
実施例の作用について説明する。上部燃料要素30と下部
燃料要素40は、上下に連結される。下部燃料要素40内に
おけるガスプレナム空間42は、両燃料要素30，40の連結
側に配置される。

【００２３】冷却材であるナトリウムが何らかの原因に
よりボイド化したとき、両燃料要素30，40の核燃料物質
31，41から中性子が発生するが、前記ガスプレナム空間
42に侵入する。この空間42に侵入した中性子は、主に径
方向に漏洩することになり、反応度が低下または負の反
応度となる。

【００２４】両燃料要素30，40の中間に位置するガスプ
レナム空間42の長さの選定が、ボイド反応度決定の大き
な要素となる。即ち、このガスプレナム空間を長くして
ゆくと、中性子の漏洩する割合が大きくなり、ボイド反
応度は低下するが、ある程度以上の長さになると、その
効果は飽和する。一方、ガスプレナム空間を長くする
と、燃料集合体が長くなるために炉心のサイズが大きく
なる。従って、このガスプレナム空間の長さは、ボイド
反応度の低減目標と燃料集合体増大抑制の両者のバラン
スから選定される。

【００２５】このような実施例によれば、燃料要素を連
結し、その軸方向の中間部にガスプレナム空間を設ける
ことにより、核燃料物質から発生する中性子をガスプレ
ナム領域より径方向に漏洩させる。このことにより、反
応度を低下又は負の反応度を持たせることができる。こ
れにより、燃料要素を軸方向に１段のみ配置した燃料集
合体を装荷した炉心に比べ、ボイド反応度を格段に低減
することができ、高速炉炉心の安全性と信頼性をより一
層向上させることができる。次に本発明の他の実施例
を、図５乃至図９を参照して説明する。

【００２６】図５には、第２の実施例の燃料要素を示
す。燃料要素２は、上部では核燃料物質31の下部にガス
プレナム空間32を配置した上部燃料要素30より構成され
る。下部では、核燃料物質41の上部にガスプレナム空間
42を有する下部燃料要素40より構成される。前記両燃料
要素30，40が連結されて一体となっている。この実施例
では、両燃料要素30，40の核燃料物質31，41の間に、ガ
スプレナム空間32，42を２カ所設けている。このことに
より、中性子が径方向に漏れる軸方向範囲が増大するこ
とになる。冷却材沸騰時は又は冷却材流量低下時等の冷
却材喪失時に、炉心からの中性子の径方向への漏れを増
大させ、反応度低減量を更に大きくすることができる。

【００２７】図６には、第３の実施例の燃料集合体を示
す。この燃料集合体は上部燃料要素30と、下部燃料要素
40より組立てられる。両燃料30，40の間に、冷却材流路
領域10ができる。図７に示すように、上部燃料要素30
は、核燃料物質31とその上部にはガスプレナム空間32よ
り形成される。図８に示すように、核燃料物質41とその
下部にガスプレナム空間42より下部燃料要素40が組立て
られる。この実施例では、両燃料要素30，40の核燃物質
31，41の間に冷却材流路領域10が配置される。核燃料物
質31，41から中性子が発生するが、前記冷却材流路領域
10に侵入し、主に径方向に漏洩する。この漏洩により、
反度度は低下または負の反応度となる。図９は、本発明
に係る第４の実施例を示す燃料要素２の縦断面図であ
る。

【００２８】上部核燃料物質31を上部に、下部核燃料物
質41を下部に配置し、この両核燃料物質31，41の間にガ
スプレナム空間42を形成する。被覆管43の上部、中部、
下部はそれぞれ端栓34，46，45で密封して構成される。
この実施例では、１本の燃料要素２のほヾ中高部にガス
プレナム空間42を設けている。このプレナム空間42を経
由して、中性子が径方向に漏洩する。

【００２９】このため、冷却材沸騰時又は冷却材流量低
下時等の冷却材喪失時に、核燃料物質31，41からの中性
子を径方向へ漏洩させ、反応度低減に大きく寄与するこ
とができる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
冷却材によるナトリウムボイド反応度を低減化すること
ができ、より大きな出力の炉心を得ることができると共
に、大型炉であっても、炉の安全性と健全性に充分に寄
与することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る高速炉炉心の第１の実施例を扇形
に切断して示す炉心構成図

【図２】本発明に係る高速炉の燃料集合体の第１の実施
例を示す縦断面図

【図３】図２のＸ−Ｘ矢視方向を示す拡大断面図

【図４】本発明に係る高速炉の燃料要素の第１の実施例
を示す縦断面図

【図５】本発明に係る燃料要素の第２の実施例を示す縦
断面図

【図６】本発明に係る高速炉の燃料集合体の第３の実施
例を示す縦断面図

【図７】図６の上部燃料要素を示す縦断面図

【図８】図６の下部燃料要素を示す縦断面図

【図９】本発明に係る高速炉の燃料要素の第４の実施例
を示す縦断面図

【符号の説明】

10…冷却材流路領域 22…炉心中心軸領域 24…径ブランケット領域 25…中性子遮蔽体領
域 26…上部核燃料物質 28…下部核燃料物質 29…下部ガスプレナム空間

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炉心の軸方向中心より上側に設けられた
   円板状の上部核燃料物質と炉心の軸方向中心より下側に
   設けられた円板状の下部核燃料物質と前記上部核燃料物
   質と下部核燃料物質との間にあって核燃料物質から発生
   する核分裂性ガスを収容する円板状のガスプレナム空間
   とを有する円柱状の炉心中心軸領域と、この炉心中心軸
   領域の外周側に径方向ブランケット燃料集合体を環状に
   装荷した円環状の径ブランケット領域と、この径ブラン
   ケット領域の外側に中性子遮蔽体を装荷した円環状の中
   性子遮蔽領域とからなる高速炉心。
2. 【請求項２】 炉心の軸方向中心より上側に設けられた
   円板状の上部核燃料物質と炉心の軸方向より下側に設け
   られた円板状の下部核燃料物質と前記上部核燃料物質と
   下部核燃料物質の間に設定された円板状の冷却材流路領
   域とを有する円柱状の炉心中心軸領域と、この炉心中心
   軸領域の外周側に径方向ブランケット燃料集合体を環状
   に装荷した円環状の径ブランケット領域と、この径ブラ
   ンケット領域の外側に中性子遮蔽体を装荷した円環状の
   中性子遮蔽領域とからなる高速炉炉心。