JPS5873896A - 低減速原子炉用核分裂性燃料集合体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、低減速原子炉の核分裂性燃料集合体に関する
。

この型式の原子炉は、並んで配置されたシつの異なる型
式の燃料集合体によってつくられる炉心からなる。これ
らのうち、核分裂性集合体として知られる第１のものは
、主として核分裂性物質からなシ、親集合体として知ら
れるもう１つのものは、中性子の衝撃をうけるとき、核
分裂性物質に変換されるようになる物質を含む。親集合
体は、一般的には、炉心の周囲に配置され、核分裂性集
合体によって発生した中性子放射線を収集する。

原子炉の炉心は、一般的には熱伝達流体とし５ても作用
する水のような減速流体の中に浸される。

この流体は、集合体の内側に配置された燃料エレメント
に接触しながら微積する。

核分裂性集合体のみを有する在来の型式の加圧水型原子
炉と比較すると、低減速原子炉は、中性子のエネルギー
スペクトルが、在来の加圧水型原子炉即ちＰＷＲ原子炉
の場合と非常に異なるけれども炉心の中の核分裂性物質
の容積に対する減速材の容積の比、即ち減速比Ｖ　Ｍ／
Ｖ　Ｕが、非常に小さい特長を有している。

このスペクトルは、中性子が非常におそいＰＷＲ原子炉
の水準と、中性子が減速されな−高遠原子炉の水準との
中間の水準にある。

低減速原子炉の中性子のエネルギスペクトルは、熱外中
性子スペクトルと称されている。

熱外中性子スペクトルは、例えば炉心の周ｌに配置され
た親物質から核分裂性物質を生じさせることを可能にす
る。

・低減速比は、低減速型の原子炉にお込て、減速材との
最適な接触及び減速材と核分裂性物質との間の小さい容
積比の両方を保証する核分裂集合体中の燃料物質の分布
によって達成される。

燃料集合体は、核分裂性であろうと親であろうと、ジル
コニウム合金のような低中性子吸収のみを有する材料の
、角柱形状のノ・ウジンダからなり、核分裂性物質又は
親物質を有する適当な長さのベンジ・ルが、ハウジング
の長さと平行ニ、カッこのハウジングの横断面に亘って
規則的な網状組織を構成するようにノ・ウジングの中に
配置される。燃料物質のペンシルはケーシング材料の管
力為らなり、管は核分裂性物質又は親物質を含むペレッ
トで満たされている。集合体の中で互いに平行に配置さ
れるこれらのペンシルは、網状組織を構成し、（ンシル
間の空間は、ペンシルのケーシングの囲シに、ねじるよ
うに巻かれたワイヤのようなスペーサ装置によって維持
され、この構成によって、熱伝達及び減速流体を〈ンシ
ルの表面の全体に接触させて循環させ、それと同時に、
個々のシンシルの間の非常に狭い空間を保証し、換言す
れば、これによって、ペンシルのケーシングが決して接
触しない、非常に緊密な網状組織を得ることができる。

核分裂性物質の高密度ペンシルを有するこのような網状
組織によって低減速率を達成すること１１〉１１〕 が可能になる０　　　　　　・１ 現在知られている低減速原子炉用の燃料集合体では、集
合体の横断面に亘って、一定の減速率を保証することは
不可能である・特に１組立体の周囲領域には、減速率の
相当な変動がある。

これは、低減速原子炉の性能に有害な効果をもたらす。

本発明の目的は、減速流体中に沈められ、並んで位置決
めされた燃料集合体で作られた炉心を有し、これらの燃
料集合体のうちのいくつかは主として核分裂性物質を収
容しておシ、他は、中性子衝撃の結果核分裂性物質に変
換される親物質を収容し、核分裂性−合体の中の核分裂
性物質の分布は、減速材と核分裂性物質との間に小さい
容積比を得るように選択され、炉心の集合体の各々は、
中性子吸収の低い材料の角柱の／％ウノングによって構
成され、核分裂性物質又は親物質を収容する適当な長さ
のペンシルが・・ウノングの長さと平行に１このハウレ
ンゲの種々の横断面に亘って規則的な網状組織をなして
一１ウノングの中に配置され、この集合体に１．って集
合体の種々の横断面に亘って一定の減速比ｉ達成するこ
とを可能にする低減速原子炉用の核分裂性燃料集合体を
提供することであ、る。この目的を達成するために、集
合体の核分裂物質によって放出される中性子にさらされ
る、親物質の少なくとも１つの片を、ノ１ウジングの側
面の各々に設ける。

本発明を更に容易に理解するために一例が添付図面を参
照して以下に述べられるがそれは、本発明による燃料集
合体の限定されない１つの実施例として考慮すべきであ
る。

第１図では、核分裂性燃料集合体２と親燃料集合体３と
の並置によつ１て構成された低減速原子炉の炉心の円筒
形外部ケーシングの部分１１に示す。

親燃料集合体は、炉心の周囲で外部ケーシングｌの近く
に配置される。

これらの集合体の各々は、六角形の底面を有する真直ぐ
な角柱の形状をしている。集合体は、それらの側面を互
いに向い合せて炉心の内側に配置されている。集合体の
各々は、炉心の高さと同じ高さを有する。

第２図では、第１図の領域Ａの詳細が極めて大きく拡大
して示され、３つの隅４．５及び６の領域に配置された
３つの集合体の部分を示す。

３つの集合体の各々の内側に、燃料インシル８が、三角
形の網状組織に配置されている。図示を容易にするため
に、集合体のこれらのペンシルの各々の断面を六角形の
断面で示す。

数字】ｌと数字１２のような集合体の側壁に沿って、三
角形の網目を有する網状組織における燃料ペンシル８の
配列では、複数の空の空間１０を残していることがわか
る。

更に、壁１２．１３のようガ、並んで配置された燃料集
合体の側壁の間に数字１４のような自由空間を維持する
必要があシ、それによって、集合体を、所定の位置に挿
入したシ抜き出すことを可能にすると同時に、原子炉の
運転中ハウジングの変形を可能にする。

燃料ペンシル８の間の自由空間は非常に狭く、ペンシル
の間の空間はペンシルのケーシングの囲ルに巻きつけら
れたワイヤによって維持される。

炉心の全体が、減速材として作用する水の中に沈め゛ら
れると、減速材の容積と核分裂性物質の容積との比が、
集合体の中で小さくなる。

しかしながら、他方、数字１１．１！および１３のよう
な側壁に近い集合体の周囲領域では、減速材の容積と被
分裂性物質の容積との比はよ）大きく、それＫよって、
これらの領域でＦｉ、ａｔ這比が鵬著な値に遥し、この
数値は、中性子を減速させ、次に、中性子を熱゛帯域に
戻すのに十分大きな値である。

これによって中性子束の局部的なビルドアップが生じ、
その結果動力のピークを起す。

今、本発明による燃料集合体を説明する友めにｗｉｓＷ
Ｊ乃主＃Ｉ７図【参照する。

第ｓ＃！Ｊでは、このような燃料のハウジングは六角形
Ｏ底面をなし丸角柱形状を令することがわかる。

編４図乃至第７図でわかるように、このハウジングのＩ
ＨｍｌＢは、厚さ４■のピルコニクムの中央板１　ｓＫ
ｉって作られていＪ）１ｊ、中央板１６Ｆｉ、［７図て
わかるように板１６の面の各々にあけられ、三角形の綱
組繊に配列された多数の穴２０に有する。これらの大の
各々は、９，５■の直径を有し、網状組織の網目を構成
している等辺三角形Ｑ辺は１２１１ｍの長さを有する。

第７図では、集合体の２つの連続したペンシルの軸線の
位置２１が、ハウジングの側面に示されている。

（ンシルの重線の位置は、板１６の穴の列の間の分離線
に対応していることがわかる。

かくして、第５図でわかるように、これらの穴は、親物
質２４のにレット、例えば、ウラン２３５０減損した酸
化ウランで満たされる。

これらのペレット２４ば、厚さ０．５８のジルコニウム
の板２５．２６によって外側領域から完全に隔絶されて
いる。

ハウジングの側壁を製造するために、非濃縮ウラン燃料
ペレットを、板１６に設けられた穴の各各に導入し７、
次に誓溶接によって、板２５．２６を板１６の各側面に
’ＩＩ、ｆｉｌ定する。

次に、このようにして形成された側壁１５を、第３図に
示すような、角柱のハウジングを構成するため緑に沿っ
て、溶接によって組立て、次にハウジングのベース１７
，１ｇに組立てる。

第６図において、核分裂性燃料のペンシルの構造は、第
４図乃至第７図で説明したような側壁１５によって形成
されたハウジングを有する核分裂性集合体の断面図でわ
かるであろう。減ｆｆ５ｊｌ化ウラン２４のペレットは
、壁１５に沿って並んで配列されている核分裂性物質３
００２つのインシルの間のすき間の位置で壁１５の中に
配置されていることがわかる。

角柱のハウジングの２面のなす隅の領域では、核分裂性
燃料ペンシル３００代シに、管の内側に積み重ねられた
減損酸化ウランのペレットからなる親ペンシル３１が配
置されている。

網状組織内の燃料（ンシルの位置のうちいくつかは、制
御棒を案内しかつ集合体の構成要素を固定する案内管３
２によって占められている０１１６図に示す集合体の場
合、集合体全体で、全部で１−８本の案内管３２が設け
られている。

第６図に示すような集合体の構成要素のはめ込みを行な
うため、上述された内容に従って製造され、端プレート
１８によって下端が閉じられたハウジングの内側に、管
の囲シに巻かれたワイヤによって作られたスペース装置
を備えた核分裂性ペンシル３０および親燃料ペンシル３
１が導入され、従って、それらはスに一ス装置が接触し
ハウジングの内側に並んで配置される。

次に、これらの燃料ペンシルを１第６図に示すような方
法で、ハウジングの内側に配置する。

案内管３２を網状組織の中のある場所の燃料ペンシルの
代シに導入する。

ハウジングの下端１８は、この網状組織を再び作る開口
部を有するので、ペンシルよル長い案内管を、これらの
開口部にはめ込むことができる。

第６図に示す網状組織に相当するように構成された開口
部を有する上端閉鎖部１７を、所定の位置にはめ込むと
、ペンシルの端部はこの端部分の対応する開口部に係合
する。本発明による核分裂性燃料集合体の主な利点は、
集合体の壁に近い位置に、高い中性子出力の発生を阻止
し、同時に、これらの領域であまシにも高い減速度を使
用することの影響を回避し、親物質の量、それ故に、中
性子反応によって再び発生する核分裂性物質の量を、集
合体の構造の外形を変更することを必要とせずに１増加
させることであることがわかる。

集合体の壁の領域の中性子束は、核分裂性燃料ペンシル
によって放生される中性子か、熱領域で減速作用（受け
る前にハウジングの側壁に収容された親物質のペレット
によって吸収されるから、実際には相当に減少する。

本発明は、以上説明した実施例に限られるものではなく
、むしろすべての変更を包含する吃のである。

かぐして、集合体のハウジングの壁に組み込まれる親物
質は、壁の中央板に形成されるもはや円形ではなく、む
しろ、長方形□である開口部に、円形の横断面を有する
ペレットの形態で導入しても良いし、さらに、親物質の
これらの片は非円形の形状を有していても良く、例えば
、かなル大きい寸法の長方形の厚板の形ＩＩＩをとるこ
とができ、その寸法は板２５．２６の寸法に近いか同じ
である。

後者の場合には、明らかに、ハウジングの壁に組み込ま
れる親物質は一枚の板と【て使用することができる。

ハウジングの側壁は図示したものと全く異なる構造をし
ていてもよいが、親物質の腐食を回避する大め減速流体
から親物質を隔絶するのがよい。

同様に１核分裂性気体の漏れを阻止するため、この親物
質を外部領域から完全に隔絶する必要がある。

これまで説明した形態の親物質のペレットの構造は、館
６図に示すようなペンシルの配列の場合に、中性子束の
最適な吸収を達成することを可能圧する。しかし、集合
体のまわ）に中性子束を分布させるために、他の構造を
考えることができる。

側壁をその緑に沿って、溶接によって組立てたハウジン
グを説−“□したが、例えば使用済の燃料集合体を回収
するｉがあるとき、後で分解できるようにする機械的な
継手をハウジングの側壁に使用することも考えられる。

同様に、減損酸化ウラニウムの外に、他の親物質を使用
することも可能である。

最後に、本発明は、説明したような、角柱及び六角形の
断面の集合体の場合に適用されるだけでなく、低減速原
子炉で、核分裂性燃料ペンシルで満されたハウジングか
らなる集合体を使用するようなすべての場合に適用され
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、低減速原子炉の炉心の横断面をなす平面の部
分図を概略的な形態で示す図である。 第２図は、第１図のＡによって示す領域の詳細図である
。 ｔｌＥｓ図は、本発明による燃料集合体の斜視図であ・
る０ 鵡４図は、第３図に示す燃料集合体の１つの側壁を構成
する種々の部品の斜視図である。 第５図は、側壁の長さ方向の断面図である。 第７図は、第５図に示す壁の中央部分の平面図を示す。 第６図は第３図に示す燃料集合体の断面図であるＯ ３・・・核分裂性燃料集合体、】５・・・側壁、１６・
・・中央板、２０・・・穴、２４・・・ペレット、２５
．’２６・・・板、３１・・・燃料ヘンシル。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　減速流体に沈められ、並んで位置決めされる
   燃料集合体によって構成される炉心を有し、これらの燃
   料集合体のうちいくつかは、主として核分裂性物質を収
   容し、他の集合体は、中性子衝撃の結果核分裂性物質に
   変換される親物質を収容しておシ、集合体内の核分裂性
   物質の分布は、減速材と核分裂性物質との間に小さい容
   積比を得るように選択され、炉心集合体の各々は中性子
   吸収の低い材料の角柱のハウジングによつそ作られ、核
   分裂性物質又は、親物質を収容する適当表長さのペンシ
   ル（３０）がハウジングの長さと平行に、ハウジングの
   種々の横断面に亘って規則的な網状組織をなしてハウジ
   ングの中に配置される、低減速原子炉用の核分裂性燃料
   集合体忙おいて、集合体の核分裂性物質によって放出さ
   れる中性子にさらされる親物質の少なくとも１つの片（
   ２４）をノ・ウジングの側面（１５）の各々に設けたこ
   とを特徴とする核分裂性燃料集合体０
2. （２）　　親物質は、集合体（３）の中の核分裂性ペン
   シルの配列に従う規則的な配列で、ハウジングの壁（１
   ５）に組み込まれかつ、前二記壁の厚さの中に組み込ま
   れてｂる単一ペレット（２４）の形態をなしていること
   を特徴とする特許請求の範囲第ｆｉ１項記載の核分裂性
   燃料集合体。
3. （３）　　壁は、低中性子吸収材料の中央板（１６）で
   構成され、中央板は、親物質（２４）の単一ペレットの
   寸法に相当する寸法を有する穴（２０）を備え、これら
   の穴（２０）の各々の中の親ペレット（２４）は中央板
   ・よシ厚さが薄く低中性子吸収材の２つの板（２５１，
   ２６）で被覆され、これらの板は溶接で、中央板（１６
   ）の側面の各々に取り付けられ、かくして、親燃料（２
   ４）のペレットを外部環境から隔絶することを特徴とす
   る特許請求の範囲第（２）項記載の燃料集合体。
4. （４）　　・親ペレツ）　（２４）は、板（１６）に規
   則的な三角形の網状組織を構成するように、中央板（１
   ６）の穴（２０の中に配置されていることを特徴とする
   特許請求の範囲第（３）項記載の核分裂性燃料集合体。
5. （５）親物質は、集合体のハウジングの側壁（１５）　
   Ｋ組込まれた単一の平らな厚板忙よって構成されている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第＋１１項記載の核分
   裂性燃料集合体。
6. （６）角柱のハウジングの隅に近込領域に位置決めされ
   ている燃料ペンシル（３１）は、親燃料ペンシルである
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１１１項、第（２）
   項、第（３）項、第（４）項及び第（５）項のいずれか
   １つに記載の核分裂性燃料集合体。
7. （７）　　親物質は、減損酸化ウランであるととｔ−特
   徴とする特許請求の範囲第（１）項、第（２）項、第（
   ３）項、第（４）項及び第（５）項のいずれか１つに記
   載の核分裂性燃料集合体。
8. （８）　　六角形の横断面を有し、°内側に燃料ペンシ
   ル（３０，３１）　　１に等辺三角形の網状組織に配置
   して成る燃料集合体において、ハウジングの６つの側面
   （１５）は、核分裂性物質を収容しせず、壁（１５）で
   境界付けられている２つの連続な（ンシルの間に位置す
   る空の空間の領域に位置する壁（１５）の領域に、親物
   質の片（２４）　ｔ−有することを特徴とする特許請求
   の範囲第（１）項、第（２）項、第（３）項、第（４）
   項及び第（５）項のいずれか１つに記載の核分裂性燃料
   集合体。 、中 ＩＩ：１１：：１１