JPH09211167A - ガス封入集合体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】中性子がガス封入集合体よりも上方へストリー
ミングすることを抑制し、上部遮蔽体の温度上昇を防止
する。 【解決手段】ダクト６内にナトリウム２と封入ガス３を
有し、上部に上部遮蔽体７とハンドリングヘッド８を有
し、下部に下部遮蔽体９と冷却材流路孔５が形成された
エントランスノズル４を有するガス封入集合体におい
て、上部遮蔽体７の内部に炭化ホウ素のペレットを内包
した遮蔽要素20を設け、この遮蔽要素20に冷却材流路孔
を多数設けて冷却機能を付与する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は液体金属冷却高速増
殖炉の炉心に配置するガス封入集合体に係り、特に上部
の遮蔽性能を向上させたガス封入集合体に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に高速増殖炉の炉心は、核分裂性物
質を装填した多数の燃料集合体が装荷されたものから構
成され、燃料集合体の燃料から熱を除去するための液体
金属冷却材として主にナトリウムが使用されている。

【０００３】通常、炉心の各部の温度は流量を一定に保
持することにより安定して維持されているが、万一、冷
却材用ポンプの停止などの冷却能力低下時でも炉心が安
全に停止できるようになっている。

【０００４】原子炉で流量低下等の異常事象が発生した
場合、スクラム信号が発信し速やかにスクラムして、十
分安全な原子炉停止状態に至る。これに対して、仮にス
クラムできないと仮定した場合でも、受動的に負の反応
度が投入されて原子炉出力が低下し、これにより炉心の
健全性は確保される。

【０００５】そのための受動的炉停止機構として例えば
図８に示すようなガス封入集合体１が提案されており、
このガス封入集合体１を図９に示す中心部の燃料集合体
16間または中心部から周辺部の燃料集合体16内に配置す
る対策が講じられている。

【０００６】このガス封入集合体１は図８に示したよう
にエントランスノズル４を通じて流入する冷却材のナト
リウム２および封入ガス３を下部遮蔽体９と上部遮蔽体
７とダクト６で内包し、上部遮蔽体７上に取り扱い用の
ハンドリングヘッド８を配置している。下部遮蔽体９に
は冷却材流入孔５を有するエントランスノズル４が取り
付けられている。なお、符号10はポンプ停止時冷却材液
面レベル10を指している。

【０００７】しかして、図８におけるガス封入集合体１
は定格運転時にはポンプの吐出圧により封入ガス３は圧
縮され、定格運転時冷却材液面レベル11は炉心上端レベ
ル13より上方の上部軸ブランケット上端レベル12付近ま
で上昇している。ポンプ停止事故時等でナトリウム冷却
材圧力が低下した場合、ポンプ停止時冷却材液面レベル
10は炉心下端レベル14より下方の下部軸ブランケット下
端レベル15付近まで低下する。

【０００８】この結果、炉心からの中性子はガス封入集
合体のガス空間を通して上下方向等にストリーミング
し、負の反応度を炉心に与えて安全に原子炉を停止する
ことが可能となる。

【０００９】図９は高速炉炉心を示しており、この高速
炉炉心20は炉心燃料集合体16，ブランケット燃料集合体
17，中性子遮蔽体18および制御棒19からなり、この高速
炉炉心20内にガス封入集合体１が配置される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ガス封入集
合体１の上部遮蔽体７は、中性子がガス封入集合体１よ
りも上方へストリーミングすることを抑制する役目があ
る。従来はステンレス鋼で中性子を遮蔽しているが、炉
心の高燃焼化等により中性子束が増加し遮蔽性能を満足
できなくなってきており、ステンレス鋼に代わり遮蔽性
能が優れる炭化ホウ素ペレットを用いることが考えられ
る。しかし、炭化ホウ素ペレットは中性子と反応すると
ステンレス鋼よりも発熱量が多く、十分に冷却しなけれ
ばならない課題がある。

【００１１】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、上部遮蔽体に炭化ホウ素ペレットを用い、炭
化ホウ素ペレットの冷却機能を具備したガス封入集合体
を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、核分裂性物質
を装荷した多数の燃料集合体の間または外周部に配置さ
れ、ダクト内部に封入ガスおよび冷却材流入孔を有する
空洞を含み、その内部空洞におけるナトリウム冷却材液
面が冷却材圧力の変化により、炉心上端レベルを含む上
部から下部へ変化するガス封入集合体において、 (1)前
記ダクトの上部遮蔽体部に炭化ホウ素のペレットを内包
し冷却機能を有する遮蔽要素を設置し、(2) 上部遮蔽体
の下端から吊下してダクトの中央に直管状流路管を設置
し、その直管状流路管の先端をダクト内部の冷却材液面
より下に位置させることにより、冷却材を上部遮蔽体に
流入させ、炭化ホウ素ペレットを冷却すること、 (3)上
部遮蔽体の下端に設置する直管状流路管の本数を複数に
し、何らかの理由により一部の直管状流路管が閉塞した
場合においても上部遮蔽体へ冷却材が流入され、炭化ホ
ウ素ペレットが冷却されるよう信頼性を高めたこと、
(4)上部遮蔽体の下端に設置する直管状流路管の代わり
に螺旋状流路管としダクトの内壁に沿わせることによ
り、振れ止めの役目をさせ耐振性を高めたこと、 (5)ダ
クトの内側に上端が閉塞された内側ダクトを設置し、こ
れらのダクト間を通してエントランスノズルから上部遮
蔽体に冷却材を流入させ、炭化ホウ素ペレットを冷却す
ること、 (6)上部遮蔽体の下端にダクト側部から前記遮
蔽要素に冷却材を流入させるフローホールを設けて、炭
化ホウ素ペレットを冷却すること、 (7)上部遮蔽体の上
部に電磁ポンプを設け冷却材を流入させ、炭化ホウ素ペ
レットを冷却することを特徴とする。

【００１３】(1) によれば、遮蔽要素の冷却機能として
炭化ホウ素のペレットに冷却材を流す流路孔を多数設け
て発熱を防止したことによりガス封入集合体上方への中
性子を遮蔽することができるとともに炭化ホウ素ペレッ
トの寿命を延ばすことができる。

【００１４】(2) によれば、上部遮蔽体の下端からダク
トの中央に直管状流路管を設けその流路管の先端をダク
ト内部の冷却材液面より下に位置させると、エントラン
スノズルから流入した冷却材は一方ではダクト内部の封
入ガスを圧縮し定格液位まで上昇する。また一方では、
流路管に流れ込み上部遮蔽体内部に流入しハンドリング
ヘッドから流出する。炭化ホウ素ペレットを内包した遮
蔽要素の周辺を冷却材が流れるため、炭化ホウ素ペレッ
トは冷却される。

【００１５】(3) によれば、直管状流路管を複数本設け
た場合、何らかの理由で一部の流路管が閉塞して冷却材
が流れなくなっても、他の流路管から冷却材が上部遮蔽
体に流れ込み、炭化ホウ素ペレットの冷却は可能とな
る。

【００１６】(4) によれば、上部遮蔽体の下端に設置す
る直管状流路管の代わりに螺旋状流路管とし、その流路
管の外面をダクト内壁に沿わせることにより地震時にお
いても螺旋状流路管はダクトに支持されているため、振
れが抑えられ破損することなく冷却材が上部遮蔽体に流
れ込み、炭化ホウ素ペレットの冷却は可能となる。

【００１７】(5) によれば、ガス封入集合体のダクトを
二重にし、内側のダクトは上端を端栓で閉塞して封入ガ
ス空間とする。外側と内側のダクトの間隙部にエントラ
ンスノズルから冷却材を流入させ、上部遮蔽体内部を流
してハンドリングヘッドから流出させる。炭化ホウ素ペ
レットを内包した遮蔽要素の周辺を冷却材が流れるた
め、炭化ホウ素ペレットは冷却される。

【００１８】(6) によれば、上部遮蔽体の下端にフロー
ホールを設け、側部から冷却材を流入させ、上部遮蔽体
内部を流してハンドリングヘッドから流出させる。炭化
ホウ素ペレットを内包した遮蔽要素の周辺を冷却材が流
れるため、炭化ホウ素ペレットは冷却される。

【００１９】(7) によれば、上部遮蔽体の下端に流出用
フローホールを設けておき、ハンドリングヘッドから冷
却材を流入させ、上部遮蔽体内部を流して側部から冷却
材を流出させる。炭化ホウ素ペレットを内包した遮蔽要
素の周辺を冷却材が流れるため、炭化ホウ素ペレットは
冷却される。

【００２０】

【発明の実施の形態】図１により本発明の請求項１に対
応するガス封入集合体の第１の実施形態を説明する。本
実施の形態のガス封入集合体１ａは、円筒状ダクト６
と、このダクト６の下部に接続した冷却材流入孔５を有
し炉心支持構造物（図示せず）との位置決めを行うエン
トランスノズル４と、このエントランスノズル４に接続
した炉心からの中性子を遮蔽する下部遮蔽体９と、ダク
ト６の上部に接続した上部遮蔽体７と、この上部遮蔽体
７の上端に接続したハンドリングヘッド８と、ダクト６
内に封入した冷却材ナトリウム２および不活性なアルゴ
ン等の不活性ガスからなる封入ガス３とを有している。

【００２１】また、上部遮蔽体７内には炭化ホウ素（Ｂ
₄ Ｃ）のペレットを内包した遮蔽要素21が設けられてお
り、この遮蔽要素21には複数本の冷却材流路22が形成さ
れている。この冷却材流路22はダクト６の上端を閉塞す
る遮蔽体を兼ねた端栓23によりダクト６内とは連通して
ないが、外部からの冷却装置（図示せず）により強制冷
却される。

【００２２】つぎに本実施の形態の作用を説明する。定
格運転時の冷却材例えばナトリウム２の液面レベル11は
ナトリウム２の圧力と封入ガス３の圧力が平衡になるよ
うに決まっている。ポンプが停止して冷却時の圧力が低
下すると、この圧力とつり合うように封入ガス３がナト
リウム２の液面を押し下げていく。

【００２３】しかし、ガス温度がナトリウム２の温度に
追従して上昇しないと、封入ガス３は十分に膨張しない
ため、ナトリウム２の液面はポンプ停止時冷却材液面レ
ベル10まで押し下げられない。したがって、中性子のス
トリーミングが十分でなく所定の機能を十分に果たさな
いこととなる。

【００２４】そこで、本実施の形態はダクト６の上部に
遮蔽要素21を設けることにより、従来例に比較してガス
封入集合体よりも上方への中性子のストリーミングを低
く抑制することができるとともに、中性子照射による炭
化ホウ素ペレットの発熱も十分に冷却することができ
る。

【００２５】つぎに図２から図４により本発明の請求項
２から４に対応する第２から第４の実施の形態を説明す
る。なお、図中、図１と同一部分には同一符号を付す。
図２において第２の実施の形態のガス封入集合体１ｂ
は、冷却材の流入孔５を有し炉心支持構造物との位置決
めを行うエントランスノズル４と、ダクト６の上下両端
に接続した炉心からの中性子を遮蔽する上部遮蔽体７お
よび下部遮蔽体９と、上部遮蔽体７内に設置した炭化ホ
ウ素ペレットを内包した遮蔽要素21と、ダクト６内に封
入した中性子のストリーミングを促進する封入ガス３お
よびナトリウム２と、上部遮蔽体７の上端に設けた取り
扱い用のハンドリングヘッド８と、ダクト６の上端に設
けた端板23から吊下げられダクト６内の下方まで延在し
た直管状流路管24とを備えている。

【００２６】エントランスノズル４の冷却材流入孔５か
ら流入したナトリウム２は、封入ガス３を圧縮しながら
定格運転時冷却材液面レベル11まで上昇する。定格運転
時冷却材液面レベル11は封入ガス３の体積および圧力と
ナトリウム２の圧力でほぼ決まり、封入ガス３の圧力と
ナトリウム２の圧力が平衡に達すると一定となる。

【００２７】一方、ナトリウム２は流路管24へも流れ込
み、流路管24から上部遮蔽体７内部の遮蔽要素21の冷却
材流路22を流れてハンドリングヘッド８から流出する。
この時、流れるナトリウム２は遮蔽要素21よりも温度が
低いため、遮蔽要素21を冷却することが可能である。

【００２８】また、流路管24の下端はポンプ停止時冷却
材液面レベル10よりも下に位置し、封入ガス３中に露出
することがないため、封入ガス３が流路管24から漏洩す
ることはない。

【００２９】図３は図２において流路管24を複数本設置
したガス封入集合体１ｃを示しており、何らかの理由に
より複数の流路管24の内１本にナトリウム２が流入しな
くなった場合でも、他の流路管24からナトリウム２が流
れ込み、遮蔽要素21を冷却することが可能である。

【００３０】図４はダクト６内に螺旋状流路管25を設置
したガス封入集合体１ｄを示しており、螺旋状流路管25
をダクト６の内壁に接触するよう設置して振れ止めの役
目を持たせたため、強い揺れや振動に対しても破損する
可能性が低い。

【００３１】つぎに図５により本発明の請求項５に対応
するガス封入集合体の第５の実施の形態を説明する。本
実施の形態のガス封入集合体１ｅは、冷却材の流入孔５
を有し炉心支持構造物との位置決めを行うエントランス
ノズル４と、炉心からの中性子を遮蔽する下部遮蔽体９
および炭化ホウ素ペレットを内包した遮蔽要素21を設置
した上部遮蔽体７と、中性子のストリーミングを促進す
る封入ガス３と、封入ガス３のバウンダリとなる内側ダ
クト26および端栓23と、上部遮蔽体７の上端に設けた取
り扱い用のハンドリングヘッド８と、遮蔽要素21を冷却
するための冷却材流路27を形成するダクト６から構成さ
れる。下部遮蔽体９の上部には冷却材流路孔30が形成さ
れている。

【００３２】エントランスノズル４の冷却材流入孔５か
ら流入したナトリウム２は、封入ガス３を圧縮しながら
定格運転時冷却材液面レベル11まで上昇する。一方、下
部遮蔽体９の冷却材流路孔30から内側ダクト26とダクト
６との間の流路孔27を通してダクト６内へもナトリウム
２は流れ込み、上部遮蔽体７内部の遮蔽要素21を冷却し
ながら上昇しハンドリングヘッド８から流出する。

【００３３】つぎに図６により本発明の請求項６に対応
するガス封入集合体の第６の実施の形態を説明する。本
実施の形態のガス封入集合体１ｆは、冷却材の流入孔５
を有し炉心支持構造物との位置決めを行うエントランス
ノズル４と、炉心からの中性子を遮蔽する下部遮蔽体９
および炭化ホウ素ペレットを内包した遮蔽要素21を設置
した上部遮蔽体７と、中性子のストリーミングを促進す
る封入ガス３と、封入ガス３のバウンダリとなるダクト
６と、取り扱い用のハンドリングヘッド８から構成され
る。

【００３４】上部遮蔽体７の下部にフローホール28を設
け、このフローホール23から外部ナトリウム２ｂが上部
遮蔽体７内部に流入し、冷却材流路22から遮蔽要素21を
冷却しながら上昇しハンドリングヘッド８から流出す
る。

【００３５】つぎに図７により本発明の請求項７に対応
するガス封入集合体の第７の実施の形態を説明する。本
実施の形態のガス封入集合体１ｇは、冷却材の流入孔５
を有し炉心支持構造物との位置決めを行うエントランス
ノズル４と、炉心からの中性子を遮蔽する下部遮蔽体９
および炭化ホウ素ペレットを内包した遮蔽要素21を設置
した上部遮蔽体７と、中性子のストリーミングを促進す
る封入ガス３と、封入ガス３のバウンダリとなるダクト
６と、上部遮蔽体７の上部に設けた取り扱い用のハンド
リングヘッド８と、ハンドリングヘッド８内に設けた電
磁ポンプ29と、ダクト６の上端を閉塞する端板23と、端
板23と上部遮蔽体７との間の側面に設けたフローホール
28とからなっている。

【００３６】本実施態様によれば、ハンドリングヘッド
８内部に電磁ポンプ29を設け、この電磁ポンプ29により
外部ナトリウム２ｂを上部遮蔽体７内部に強制的に流入
させる。流入された外部ナトリウム２ｂは遮蔽要素20を
冷却しながら下降し、上部遮蔽体７の下部に設けられた
フローホール28から流出する。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、上部遮蔽体にステンレ
ス鋼に代わり遮蔽性能が優れる炭化ホウ素ペレットを用
いることにより、従来例に比較してガス封入集合体より
も上方への中性子のストリーミングを低く抑制するとと
もに、照射による炭化ホウ素ペレットの発熱も十分に冷
却できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るガス封入集合体の第１の実施の形
態を示す縦断面図。

【図２】本発明に係るガス封入集合体の第２の実施の形
態を示す縦断面図。

【図３】本発明に係るガス封入集合体の第３の実施の形
態を示す縦断面図。

【図４】本発明に係るガス封入集合体の第４の実施の形
態を示す縦断面図。

【図５】本発明に係るガス封入集合体の第５の実施の形
態を示す縦断面図。

【図６】本発明に係るガス封入集合体の第６の実施の形
態を示す縦断面図。

【図７】本発明に係るガス封入集合体の第７の実施の形
態を示す縦断面図。

【図８】従来のガス封入集合体を示す縦断面図。

【図９】図８におけるガス封入集合体を配置した高速増
殖炉炉心の概略上面図。

【符号の説明】

１（従来）・１ａ〜１ｇ（本発明）…ガス封入集合体、
２…ナトリウム、３…封入ガス、４…エントランスノズ
ル、５…冷却材流入孔、６…ダクト、７…上部遮蔽体、
８…ハンドリングヘッド、９…下部遮蔽体、10…ポンプ
停止時冷却材液面レベル、11…定格運転時冷却材液面レ
ベル、12…上部軸ブランケット上端レベル、13…炉心上
端レベル、14…炉心下端レベル、15…下部軸ブランケッ
ト下端レベル、16…炉心燃料集合体、17…ブランケット
燃料集合体、18…中性子遮蔽体、19…制御棒、20…高速
炉炉心、21…遮蔽要素、22…冷却材流路、23…端板、24
…直管状流路管、25…螺旋状流路管、26…内側ダクト、
27…冷却材流路、28…フローホール、29…電磁ポンプ、
30…冷却材流路孔。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ダクト内に液体金属冷却材と封入ガスを
   有し、前記ダクトの上部に上部遮蔽体とハンドリングヘ
   ッドを有し、前記ダクトの下部に下部遮蔽体と冷却材流
   入孔が形成されたエントランスノズルを有するガス封入
   集合体において、前記上部遮蔽体内に炭化ホウ素のペレ
   ットを内包し冷却機能を有する遮蔽要素を設けてなるこ
   とを特徴とするガス封入集合体。
2. 【請求項２】 前記上部遮蔽体の下端のほぼ中央から吊
   下し、その先端を前記ダクト内の冷却材液面より下方に
   位置して直管状流路管を設け、この直管状流路管の上端
   と連通する冷却材流路孔を前記遮蔽要素に形成してなる
   ことを特徴とする請求項１記載のガス封入集合体。
3. 【請求項３】 前記直管状流路管を複数本設けてなるこ
   とを特徴とする請求項１記載のガス封入集合体。
4. 【請求項４】 前記直管状流路管を螺旋状流路管とし、
   この螺旋状流路管の外周面を前記ダクトの内壁面に沿わ
   せて設けてなることを特徴とする請求項１記載のガス封
   入集合体。
5. 【請求項５】 前記ダクト内に同心円状に上端が閉塞さ
   れた内側ダクトを設け、この内側ダクトと前記ダクトと
   の間に前記エントランスノズルから流入した冷却材を前
   記遮蔽要素に流入する冷却材流路を設けてなることを特
   徴とする請求項１記載のガス封入集合体。
6. 【請求項６】 前記上部遮蔽体の下端に前記ダクトの側
   部から前記遮蔽要素に冷却材を流入するフローホールを
   設けてなることを特徴とする請求項１記載のガス封入集
   合体。
7. 【請求項７】 前記遮蔽要素の上部に電磁ポンプを設け
   るとともに前記上部遮蔽体の下部に前記遮蔽要素を冷却
   した冷却材を流出するフローホールを設けてなることを
   特徴とする請求項１記載のガス封入集合体。