JPS58637B2 - 溶融燃料保持体を有する燃料集合体を用いた原子炉炉心 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、原子炉において何等かの事故が生じ、燃料の
破損が生じた場合に、噴出する溶融燃料の一部もしくは
大部分をほぼ一定の領域内に保持することができるよう
な燃料集合体を使用した原子炉炉心に関するものである
。

原子炉における事故の種類を初期事象で大別すれば、反
応度挿入事故、冷却材事故など炉心全体の初期事象から
始まるものと、燃料集合体中の冷却材流路閉塞事故など
局部的なものに分類できる。

いずれにせよ出力は上昇し、燃料温度が上昇して燃料物
質が溶融したときにはその温度は２７００〜２８００℃
程度となり、ステンレス鋼、バナジウム、ニッケル等の
合金から構成される被覆材では、燃料破損が生じ溶融燃
料が冷却材中に放出されてしまう。

燃料破損の典型的なケースは、燃料の熱膨張および燃料
の溶融に伴う体積膨張と溶融燃料からの核分裂生成ガス
放出による内圧上昇が被覆管に応力を与え破損させる場
合であると考えられる。

つまり、反応度事故時の出力上昇などにより燃料が加熱
され溶融するに従い体積の増加を伴いながら固体燃料内
にトラップされていた核分裂生成ガスが放出され、急速
に内圧が上昇し被覆管がひずみ、そのひずみ量が被覆管
の破損限界を越えたとき燃料破損が生じ、核分裂生成ガ
スと溶融燃料との混合物が噴出するというものである。

従つて燃料破損が生じ溶融燃料が噴出すると、噴出物の
大部分は落下し、炉心構造物や原子炉容器底部に広く堆
積することになり、その除去は極めて困難なものとなる
。

また、あまり多量の溶融燃料が１箇所に集積保持される
と、臨界形状、即ち核分裂性物質を含む系が臨界に達す
るに必要な、寸法形状、となり核分裂連鎖反応が維持さ
れる虞れがある。

本発明の目的は、かかる問題を解決すべくなされたもの
であって、原子炉において何等かの事故が生じ、燃料被
覆管の破損が生じた場合に、溶融燃料の一部もしくは大
部分を保持することができるような溶融燃料の保持機能
を有し、かつ溶融燃料が臨界形状になることを回避し、
しかも中性子遮蔽機能をも果たすことのできる原子炉炉
心を提供することにある。

以下、図面に基づき本発明について詳述する。

第１図は本発明で用いる核燃料集合体の一例の説開国で
ある。

この燃料集合体１は高速炉用のものであって、内部に多
数の燃料要素２が束ねられて配置されている六角筒状の
ラッパ管３と、燃料交換時の取扱いのため該ラッパ管３
上端に形成されているハンドリングヘッド４と、ラッパ
管３の下端に設けられている円筒状のエントランスノズ
ル５を具備している。

エントランスノズル５の側壁には多数のオリフィス孔６
が穿設され、ラッパ管３の内部およびハンドリングヘッ
ド４の開口部に連通している。

エントランスノズル５の上方かつ燃料要素２の束の下方
には、多数の縦貫孔８が形成された高融点材料製の溶融
燃料保持体９が設けられており、また、燃料要素２の束
の上方には上部遮蔽体１０が配置されている。

溶融燃料保持体９の材質としては、冷却材（高速中性子
炉の場合、通常液体ナトリウム）や溶融した燃料と接触
したときに著しい反応等をひきおこさないようこれらの
物質と共存性のよいものであり、例えばタンタル、タン
グステントリウム化合物、ウラン化合物、黒鉛等を用い
ることができる。

また、これらの物質は中性子に対する遮蔽能力もすぐれ
ており、炉心下方にある原子炉構造物または炉心支持構
造物の中性子照射に対する遮蔽体としても有効である。

この燃料集合体１はそのエントランスノズル部５が原子
炉容器下部に取付けられた支持構造物にさしこまれて支
持され、冷却材はオリフィス孔６から流入し、エントラ
ンスノズル５、溶融保持体９の縦貫孔８を通って燃料要
素２に沿って上昇し、ハンドリングヘッド４から流出す
る。

ここで、万一、何等かの事故が生じ、出力が上昇して燃
料集合体１内にて束ねられて収納されている燃料要素２
の被覆管が破損し、溶融燃料が噴出したとすると、該溶
融燃料の大部分は落下し、溶融燃料保持体９の上面に達
する。

落下してくる溶融燃料は流動性があまりないから、その
大部分は溶融燃料保持体９の上面にとどまり保持される
。

前記のように保持体９は高融点材料で作られているから
、高温の溶融燃料によって侵される虞れもなく、確実に
保持できるのである。

第２図は本発明で用いる燃料集合体の他の例の説明図で
ある。

第１図と相違する点は、溶融燃料保持体９の上方に下部
遮蔽体１１を設けた点である。

前記のようにタンタルやタングステントリウム化合物等
で作られた溶融燃料保持体９はそれら自身、中性子に対
する遮蔽能力がすぐれており、炉心下方に対する遮蔽体
としても利用できるが、それらのみでは不充分な場合、
例えばステンレス鋼製の如き下部遮蔽体１１を併設する
ことによって、中性子に対する遮蔽をより確実にするこ
とができる。

溶融燃料保持体９と下部遮蔽体１１とはどちらが上方に
位置してもかまわないが、第２図のように溶融燃料保持
体９を下方に位置させた方が取付は易い。

溶融燃料保持体９のラッパ管３への固着は、例えば第３
図に示すように嵌め込みで行ってもよいし、第４図に示
すように、溶融燃料保持体９の側部から複数本の連結棒
１２を突設し、該連結棒１２の先端をラッパ管３の管壁
に溶接することによって行うようにしてもよい。

さて、次にかかる構造の燃料集合体で構成した本発明の
原子炉について説明する。

第５図がその一実施例である。

原子炉容器（図示せず）内の下方部には燃料集合体の支
持構造物１５が設けられていて、多数の 料集合体１ａ
、１ｂ、１ｃ、・・・はその各エントランスノズル５が
挿入されて固定される。

各燃料集合体１ａ、１ｂ、１ｃ、・・・の構造は第１図
、第２図に示したのと同様のものであって、エントラン
スノズル５の上方でかつ燃料要素２の東の下方に高融点
材料で作られた柱状の溶融燃料保持体９ａ、９ｂ、９ｃ
、・・・がそれぞれ配置されている。

ここで、炉心中央の燃料集合体の溶融燃料保持体はどそ
の柱高が高くなっており、炉心周辺にいくにつれて次第
に低くなるように配置されている。

つまり、溶融燃料保持体９の上面は、炉心中央はど高く
、炉心周辺にいくにつれて低なっているから、燃料被覆
管が破損し、溶融燃料保持体９の上面に落下堆積した溶
融燃料が臨界形状になるのを避けることができる。

また、高速炉の炉心では中央はど中性子束が高く、周辺
はど中性子束が低い。

前記のように、溶融燃料保持体は中性子遮蔽能力があり
、その柱高変化も中性子束の高低に対応して変化させて
いるから、炉心下方部の中性子照射による照射損傷を避
けることができる。

本発明は上記のように構成した原子炉炉心であるから、
原子炉において何等かの事故が生じ、燃料被覆管の破損
が生じた場合に、溶融燃料の一部もしくは大部分を確実
に保持することができ、かつ溶融燃料が臨界形状になる
ことを回避でき、しかも中性子遮蔽機能を果たすことが
でき、中性子束の高低に応じた溶融燃料の柱高変化によ
り、炉心下方部の中性子照射による照射損傷を避けるこ
とができる等の数々のすぐれた効果を奏しうるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明で用いる核燃料集合体の一例の説明図、
第２図は核燃料集合体の他の例の説明図、第３図、第４
図はそれぞれ溶融燃料保持体のラッパ管への取付は方を
示す説明図、第５図は本発明に係る原子炉炉心の一実施
例の説明図である。 １・・・・・・燃料集合体、２・・・・・・燃料要素、
３・・・・・・ラッパ管、４・・・・・・ハンドリング
ヘッド、５・・・・・・エントランスノズル、８・・・
・・・縦貫孔、９・・・・・・溶融燃料保持体、１５・
・・・・・燃料集合体の支持構造物。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ エントランスノズルの上部でかつ燃料要素束の下方
   に、多数の縦貫孔を有する高融点材料製の柱状の溶融燃
   料保持体を設けてなる核燃料集合体で構成され、該溶融
   燃料保持体の柱高を炉内の中性子束が高い領域はど高く
   、中性子束が低い領域はど低くした原子炉炉心。