JPH0564755B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、高速増殖炉の炉心構造に係り、特に
燃料集合体の耐震性能を向上させるのに好適な高
速増殖炉の炉心構造に関する。

〔発明の背景〕

高速増殖炉（以下、FBRという）の炉心耐震
性能を向上させることは、炉心支持部の許容加振
条件の緩和につながり、炉心を支持する原子炉主
容器の耐震構造合理化をもたらし、ひいては
FBRプラント全体の建設費低減に寄与する。炉
心耐震性能向上には、炉心構成要素のスペーサパ
ツド部に生ずる衝突力を低減することが有効であ
る。

この方法のひとつとして、炉心支持部での加振
加速度の卓越周波数成分を避け、炉心の共振を防
止するものがある（特開昭59−83082号、同58−
147683号、同57−189095号）。他の方法として、
炉心構成要素のスペーサパツド部に、あるいは炉
心構成要素の最外周外側に設置される炉心拘束枠
の内でスペーサパツドと接触する部分に、緩衝部
材を設ける方法が提案されている（特開昭58−
208691号、同55−132988号）。

炉心に挿入されている炉心構成要素のうち、中
性子遮蔽体の一部分に破損が生じても、構造健全
性には、大きな影響を与えない。一方、燃料集合
体に破損が生ずると、内部に包み込まれている燃
料要素が露出したり脱落してしまうことになる。
従つて、炉心構成要素のうち特に、燃料集合体の
耐震性を向上させることが、構造健全性の確保に
とつて肝要である。

ところが、上記従来の方法は、炉心全般の振動
応答を低減する方法や炉心拘束枠と最外周炉心構
成要素（通常は中性子遮蔽体）との間の衝突力を
低減する方法に関するものであり、その健全性確
保が最も強く要求される炉心構成要素すなわち燃
料集合体そのものについての対策を示すものでは
ない。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、各種炉心構成要素のうちでそ
の健全性確保が最も強く要求される燃料集合体の
地震時における構造健全性を効果的かつ合理的に
向上させるFBRの炉心構造を提供することであ
る。

〔発明の概要〕

本発明は、燃料集合体の地震時構造健全性を、
下部スペーサパツド部の衝突力低減により向上さ
せるものである。

燃料集合体の頂部スペーサパツド部分は、その
内側を厚肉構造として、衝突力に対する強度を確
保できる。ところが、下部スペーサパツド部の内
側には、燃料要素が在る関係で厚肉構造を採用で
きず、しかも、このパツド部の破損は、燃料要素
の破損や脱落に直結する恐れがある。そこで、燃
料集合体頂部よりも下部スペーサパツド部の衝突
力を低減する方が有効であると考えられる。

また、地震時スペーサパツド部衝突力の炉心内
分布が、炉中心側から外側に向かつて次第に増加
する傾向を持つことから、燃料集合体の中で最大
の衝突力を受ける外周側燃料集合体のスペーサパ
ツド部の衝突力を低減するのがよい。

本発明は、これらふたつの方針を実現する手段
として、外周側燃料集合体と隣接する中性子遮蔽
体の軸方向下側に設けるスペーサパツド部の圧縮
剛性を、隣接燃料集合体の軸方向同位置に設ける
スペーサパツド部の圧縮剛性よりも小さくした
FBRの炉心構造を提供するものである。

上述した地震時スペーサパツド部衝突力の炉心
内分布の傾向は、次の実験データにより裏付けら
れる。第２図Ａは、六角断面形状を有する多数の
棒群が、三角格子配列で隙間を介して液体中に配
置され、その下端で支持され上端で解放されてい
るFBRの炉心構造の特徴を模擬した供試体（電
気出力100万KW級の炉心構成要素の約1/2.5縮尺
モデル127体で構成）の平面図である。この供試
体について水中振動実験を行なつた結果、その頂
部変位挙動として、第２図Ｂに示すデータが得ら
れた。なお本実験では、最外周要素頂部で外側方
向への過大な変位を拘束しているので、例えば、
124番のモデルでは、変位が少なく観測されてい
る。

第２図Ｂの結果から、FBRの炉心構成要素群
の液体連成、衝突現象を含めた非線形振動におい
て、各構成要素群が同位相的に一体となつて振動
するモードが励起されていることがわかる。従つ
て、各構成要素に生ずる衝突力は、当該要素の動
き得る量（変位量）に強く依存し、この変位量の
小さい炉心外側の構成要素ほど大きくなる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を、第１図を参照して
説明する。第１図は電気出力100万KWクラスの
FBRの炉心構造の概略を示し、Ａは平面図、Ｂ
は縦断面図である。炉心は、主に核燃料物質をそ
の内部に含む六角断面形状の炉心燃料集合体１、
主に核燃料親物質をその内部に含むブランケツト
燃料集合体５、中性子吸収物質をその内部に含む
制御棒集合体４、および中性子遮蔽体をその内部
に含む中性子遮蔽体６等から構成される。これら
集合体等は通常、炉心構成要素といわれ、炉心燃
料集合体１とブランケツト燃料集合体５とは燃料
集合体と総称される。

さて、炉心燃料集合体１は、第３図に示す如
く、複数の燃料要素１８とこれを包み込む外套体
１９、冷却材流入口を備えた下部ノズル１５、お
よび冷却材流出口を備えたヘツド２０等からな
り、外套体１９の外表面頂部には頂部スペーサパ
ツド２が、またその軸方向下側には下部スペーサ
パツド３が設けられている。

ブランケツト燃料集合体５と制御棒集合体４の
外部構造は、炉心燃料集合体１と基本的に同じ構
成となつている。

最外周燃料集合体に隣接する中性子遮蔽体６−
ａは、第４図に示す通り、中性子遮蔽体２１とこ
れを包み込む外套体１９、冷却材流入口を備えた
下部ノズル１５、および冷却材流出口を備えたヘ
ツド２０等からなり、外套体１９の外表面頂部に
は頂部スペーサパツドが、その軸方向下側には下
部スペーサパツド３が設けられている。

この中性子遮蔽体６−ａの下部スペーサパツド
３部分の圧縮剛性を、隣接する燃料集合体の下部
スペーサパツド部分の圧縮剛性よりも小さくして
あるのが、本発明の特徴である。

その他の中性子遮蔽体６−ｂの構造は、その下
部スペーサパツド３の形状および構造を除いて、
中性子遮蔽体６−ａのそれと同じである。

これらの炉心構成要素は、その下部ノズル１５
を炉心支持板１７に挿入して支持されている。各
炉心構成要素の通常運転時炉心湾曲と地震時の震
動による径方向変位とは、頂部スペーサパツド２
部分および下部スペーサパツド３部分での炉心構
成要素間接触、あるいは最外周炉心構成要素外側
に設置される炉心拘束枠７，９との接触によつて
拘束される。

このように変位を拘束するのは、その頂部変位
については、特に制御棒集合体４頂部の過大な変
位を抑制して、その挿入性を確保するためであ
り、下部パツド３部分に関しては、過大な変位を
防止して、下部ノズル１５付け根部に過大な曲げ
応力が発生することを防ぐためである。この変位
拘束手段としては、上述の炉心拘束枠７，９以外
の手段を用いてもよい。

上述の本実施例炉心構造において、炉心支持板
１７を周波数５Hz、最大振幅1.0Gの正弦波加速
度で加振した場合の振動挙動を解析した結果の一
例（炉心構成要素下部スペーサパツド部分衝突力
分布）を第５図に示す。本解析では、中性子遮蔽
体６−ａの下部スペーサパツド部分の圧縮剛性
を、他の炉心構成要素の約1/3とした。解析は、
第５図下部に示す如く、炉心内の代表的一例を取
り出して実施したものである。先に第２図に関し
て述べた通り、FBRの炉心構成要素群は、同位
相的に一体となつて振動するように励起されるか
ら、列間の干渉効果を無視した解析でも、その結
果の本質的傾向は妥当であると考えられる。

さて、第５図には、従来例の炉心構造すなわち
中性子遮蔽体６−ａの下部スペーサパツド３部分
の圧縮剛性を他の炉心構成要素のそれと同一にし
た場合の結果も併せて示してある。ふたつの特性
曲線の比較から明らかなように、本発明によれ
ば、特にブランケツト燃料集合体の下部スペーサ
パツド３部分に発生する衝突力の最大値を、約30
％低減できる。

なお、ここで注目すべきことは、この衝突力低
減のために、燃料集合体側の構造は、従来例から
何も変更していない点である。すなわち、燃料集
合体の衝突力に対する強度は、従来例から不変で
あり、従つて、衝突力の低減分がそのまま燃料集
合体の構造健全性の向上につながる。

第６図と第７図に、中性子遮蔽体６−ａの下部
スペーサパツド部分の圧縮剛性を小さくするため
の下部スペーサパツド３の他の形状例を示す。第
６図は、下部スペーサパツド３に軸方向スリツト
２３を設けて、その圧縮剛性を小さくしたもので
ある。第７図右側半分は、下部スペーサパツド３
の軸方向長さを、左側に示した他の炉心構成要素
のそれよりも短くして、その圧縮剛性を小さくし
たものである。この部分の圧縮剛性を小さくする
下部スペーサパツド３の形状及び構造は、他にも
種々考えられ、図示のものに限らない。

また、中性子遮蔽体６−ａの下部スペーサパツ
ド３部分の圧縮剛性を小さくする他の手段として
は、外套体１９の形状または構造を、隣接する燃
料集合体のそれと変える方法がある。例えば、中
性子遮蔽体６−ａの外套体１９の肉厚を薄くした
り、外套体１９の下部スペーサパツド３設置部に
軸方向スリツトを設ける等の方法が考えられる。
これに関しても、種々の形状または構造を採用で
きる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、各種炉心構成要素のうちでそ
の健全性が最も要求される燃料集合体において、
下部スペーサパツド部の地震時最大衝突力を約30
％低減できるので、その構造健全性が向上する。
この耐振性の向上は、炉心支持部の許容加振条件
の緩和につながり、炉心を支持する原子炉主容器
の耐震構造合理化をもたらし、ひいてはFBRプ
ラント全体の建設費低減に寄与する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるFBRの炉心構造の一実
施例を示す概略図、第２図はFBRの炉心構造を
模擬した供試体を用いた振動実験による変位の振
動特性図、第３図は炉心燃料集合体の構造図、第
４図は本発明による中性子遮蔽体の構造図、第５
図は炉心構成要素下部スペーサパツド間の地震時
衝突力分布解析結果の特性図、第６図と第７図は
それぞれ中性子遮蔽体下部スペーサパツド部の他
の実施例を示す構造図である。 １……炉心燃料集合体、２……上部スペーサパ
ツド、３……下部スペーサパツド、４……制御棒
集合体、５……ブランケツト燃料集合体、６……
中性子遮蔽体、７，９……炉心拘束枠、１５……
下部ノズル、１８……燃料要素、１９……外套
体、２０……ヘツド、２１……中性子遮蔽体、２
３……軸方向スリツト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 核燃料物質ならびに核燃料親物質をその内部
   に含む複数の燃料集合体と、これを層を形成して
   囲包する中性子遮蔽体とを有する高速増殖炉の炉
   心構造において、燃料集合体および中性子遮蔽体
   の外表面の軸方向頂部とその下方の同一高さ位置
   にスペーサパツドを設け、燃料集合体に隣接する
   層内の中性子遮蔽体の軸方向下側に設けたスペー
   サパツド部の圧縮剛性を、燃料集合体の軸方向下
   側に設けたスペーサパツド部の圧縮剛性よりも小
   さくしたことを特徴とする高速増殖炉の炉心構
   造。 ２ 特許請求の範囲第１項において、相隣接する
   燃料集合体と中性子遮蔽体の軸方向下側に設けた
   スペーサパツドの形状または構造を変えて、下側
   スペーサパツド部の圧縮剛性を相異させることを
   特徴とする高速増殖炉の炉心構造。 ３ 特許請求の範囲第１項において、相隣接する
   燃料集合体と中性子遮蔽体の軸方向下側でスペー
   サパツドを設けるべき部分付近の外套体の形状ま
   たは構造を変えて、下側スペーサパツド部の圧縮
   剛性を相異させることを特徴とする高速増殖炉の
   炉心構造。