JP2002090489A - 高速炉の炉心 - Google Patents
高速炉の炉心Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
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- Structure Of Emergency Protection For Nuclear Reactors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】高速炉では炉心損傷を想定した場合の再臨界を
防止する。 【解決手段】炉心燃料集合体下部に高融点、高密度の再
臨界緩和材領域を設ける事により、炉心損傷による溶融
燃料の中性子を中性子減速部材により減速して、再臨界
を防止することができる。
防止する。 【解決手段】炉心燃料集合体下部に高融点、高密度の再
臨界緩和材領域を設ける事により、炉心損傷による溶融
燃料の中性子を中性子減速部材により減速して、再臨界
を防止することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は高速炉に係り、特に
仮想的な炉心溶融に対する安全性を向上するのに好適な
燃料集合体を装荷した炉心に関する。
仮想的な炉心溶融に対する安全性を向上するのに好適な
燃料集合体を装荷した炉心に関する。
【０００２】
【従来の技術】（１）従来、高速炉の燃料集合体は、例
えば、安成弘著、「高速増殖炉」（同文書院）（昭和５
７年発行）の第４５，４６頁に記載された図３．１及び
図３．２を用いてその概要を図１０及び図１１に示す。
図１０及び図１１は高速炉の炉心燃料集合体２１の縦断
面及び水平断面を示す図である。核燃料物質２３を被覆
管２２ａに封入して燃料要素２２となし、複数の燃料要
素２２を束ねて囲むラッパー管２６に挿入して炉心燃料
集合体２１を構成する。ラッパー管２６内には燃料要素
２２の上方に上部中性子遮蔽体９及び冷却材流出部４を
燃料要素２２の下方に冷却材流入部３を配置している。
えば、安成弘著、「高速増殖炉」（同文書院）（昭和５
７年発行）の第４５，４６頁に記載された図３．１及び
図３．２を用いてその概要を図１０及び図１１に示す。
図１０及び図１１は高速炉の炉心燃料集合体２１の縦断
面及び水平断面を示す図である。核燃料物質２３を被覆
管２２ａに封入して燃料要素２２となし、複数の燃料要
素２２を束ねて囲むラッパー管２６に挿入して炉心燃料
集合体２１を構成する。ラッパー管２６内には燃料要素
２２の上方に上部中性子遮蔽体９及び冷却材流出部４を
燃料要素２２の下方に冷却材流入部３を配置している。
【０００３】また、燃料要素２２は、被覆管内に核***
性物質である核燃料物質２３を富化した炉心燃料ペレッ
ト２５、或いは燃料親物質を主成分とするブランケット
燃料ペレット２４、及び核***反応で生成された気体を
収納するためのガスプレナム７からなる。冷却材には、
ナトウム等の液体金属がラッパー管２６の冷却材流入部
３から冷却通路３ａを介して冷却材流出部４に流れてい
る。
性物質である核燃料物質２３を富化した炉心燃料ペレッ
ト２５、或いは燃料親物質を主成分とするブランケット
燃料ペレット２４、及び核***反応で生成された気体を
収納するためのガスプレナム７からなる。冷却材には、
ナトウム等の液体金属がラッパー管２６の冷却材流入部
３から冷却通路３ａを介して冷却材流出部４に流れてい
る。
【０００４】図１１に炉心燃料集合体２１を示されるよ
うに、燃料要素２２はラッパー管２６内に三角格子状に
配置されている。冷却材は被覆管２２ａに取り囲まれる
サブチャンネル２０１や被覆管２２ａとラッパー管２６
に取り囲まれるサブチャンネル２０２を上流側（集合体
下方向）から下流側（集合体上方）に冷却通路３ａを流
れている。被覆管２２ａの間隔及びラッパー管２６と被
覆管の間隔は被覆管に巻き付けたワイヤスペーサ２０３
によって保持されている。
うに、燃料要素２２はラッパー管２６内に三角格子状に
配置されている。冷却材は被覆管２２ａに取り囲まれる
サブチャンネル２０１や被覆管２２ａとラッパー管２６
に取り囲まれるサブチャンネル２０２を上流側（集合体
下方向）から下流側（集合体上方）に冷却通路３ａを流
れている。被覆管２２ａの間隔及びラッパー管２６と被
覆管の間隔は被覆管に巻き付けたワイヤスペーサ２０３
によって保持されている。
【０００５】図１２は電気出力１００万ｋＷ級の大型高
速炉の炉心に関する断面図を示した図である。炉心は、
炉心燃料ペレットを装荷した炉心燃料集合体２１の複数
個を束ねた炉心燃料領域３２と、これを取り囲むブラン
ケット燃料ペレットを装荷したブランケット燃料集合体
を複数個束ねた径方向ブランケット領域３３、更にそれ
を取り囲み、ステンレス棒とこれを取り囲むラッパー管
２６とそれらの間を下方ら上方に向かって流れる冷却材
Ｎａからなる中性子遮蔽体を装荷した領域３４と、反応
度及び出力分布を制御するための２４本の制御棒３５か
ら構成される。
速炉の炉心に関する断面図を示した図である。炉心は、
炉心燃料ペレットを装荷した炉心燃料集合体２１の複数
個を束ねた炉心燃料領域３２と、これを取り囲むブラン
ケット燃料ペレットを装荷したブランケット燃料集合体
を複数個束ねた径方向ブランケット領域３３、更にそれ
を取り囲み、ステンレス棒とこれを取り囲むラッパー管
２６とそれらの間を下方ら上方に向かって流れる冷却材
Ｎａからなる中性子遮蔽体を装荷した領域３４と、反応
度及び出力分布を制御するための２４本の制御棒３５か
ら構成される。
【０００６】炉心燃料集合体２１ａ，２１ｂのピッチは
約１６ｃｍであり、燃料体積の割合は約４０％である。
尚、炉心燃料集合体のうち外側２１ｂのプルトニウム富
化度は半径方向の出力分布を平坦化するために内側２１
ａのプルトニウムの富化度より高くしている。
約１６ｃｍであり、燃料体積の割合は約４０％である。
尚、炉心燃料集合体のうち外側２１ｂのプルトニウム富
化度は半径方向の出力分布を平坦化するために内側２１
ａのプルトニウムの富化度より高くしている。
【０００７】高速炉においては、万一異常が発生しても
制御棒３５が速やかに炉心に全数挿入され（スクラ
ム）、核***反応が停止し、安全性は確保される。原子
炉に異常が発生した場合に、制御棒３５が挿入されない
か、或いは制御棒３５が挿入されるが、冷却性能が確保
されないような仮想的な事態を想定すると、最終的には
炉心溶融に至り、溶融燃料が集中して反応度が増大する
（再臨界）可能性が生じる。このような万一の事態を仮
定しても、原子炉の安全性と経済性を両立して確保する
ことが出来れば、高速炉の安全性はより強固なものとな
る。
制御棒３５が速やかに炉心に全数挿入され（スクラ
ム）、核***反応が停止し、安全性は確保される。原子
炉に異常が発生した場合に、制御棒３５が挿入されない
か、或いは制御棒３５が挿入されるが、冷却性能が確保
されないような仮想的な事態を想定すると、最終的には
炉心溶融に至り、溶融燃料が集中して反応度が増大する
（再臨界）可能性が生じる。このような万一の事態を仮
定しても、原子炉の安全性と経済性を両立して確保する
ことが出来れば、高速炉の安全性はより強固なものとな
る。
【０００８】仮想的な炉心溶融に伴う再臨界を防止する
方策が種々提案されている。
方策が種々提案されている。
【０００９】（２）特開平１０−２２７８８４号公報に
は制御棒案内管に開口部を備えることによって、溶融燃
料を炉心から排出する制御棒集合体が示されている。
は制御棒案内管に開口部を備えることによって、溶融燃
料を炉心から排出する制御棒集合体が示されている。
【００１０】（３）日本原子力学会「１９９９秋の大
会」Ｇ３５には大型の燃料集合体内部に内部ダクトを設
置して溶融燃料を排出する燃料集合体が示されている。
会」Ｇ３５には大型の燃料集合体内部に内部ダクトを設
置して溶融燃料を排出する燃料集合体が示されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術（２）で
は、炉心燃料集合体内部で溶融した燃料が、開口部を通
じて制御棒の案内管内側に流れ込み、更にその案内管内
側を通って冷却材入口プレナムに移行する必要がある
が、ダッシュポット等の内部構造物の部位にて閉塞する
可能性が考えられる。
は、炉心燃料集合体内部で溶融した燃料が、開口部を通
じて制御棒の案内管内側に流れ込み、更にその案内管内
側を通って冷却材入口プレナムに移行する必要がある
が、ダッシュポット等の内部構造物の部位にて閉塞する
可能性が考えられる。
【００１２】また、従来技術（３）では、大型の燃料集
合体が用いられ、厚肉の外部ダクトを有し、この外部ダ
クトが溶融損傷する前に溶融燃料が内部ダクトを溶かし
て、集合体下部のプレナムに移行する事が期待されてお
り、大型の燃料集合体の取り扱い技術や厚肉の外部ダク
トの設置による経済性や炉心性能への影響が課題と考え
られている。いずれにしろ、炉心燃料集合体内部で溶融
し再臨界を生じないことが要望されている。
合体が用いられ、厚肉の外部ダクトを有し、この外部ダ
クトが溶融損傷する前に溶融燃料が内部ダクトを溶かし
て、集合体下部のプレナムに移行する事が期待されてお
り、大型の燃料集合体の取り扱い技術や厚肉の外部ダク
トの設置による経済性や炉心性能への影響が課題と考え
られている。いずれにしろ、炉心燃料集合体内部で溶融
し再臨界を生じないことが要望されている。
【００１３】本発明の目的は、炉心性能を損なわずに、
再臨界を生じない高速炉の炉心を提供することである。
再臨界を生じない高速炉の炉心を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の高速炉の炉心では、ガスプレナム領域と対
向する中性子遮蔽体領域に核燃料物質の融点より高く、
且つ比重の大きい中性子減速部材を有する再臨界緩和材
領域を設けることを特徴とする。
め、本発明の高速炉の炉心では、ガスプレナム領域と対
向する中性子遮蔽体領域に核燃料物質の融点より高く、
且つ比重の大きい中性子減速部材を有する再臨界緩和材
領域を設けることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】（実施の形態１）以下、発明の第
１の実施形態を図１ないし５を用いて説明する。
１の実施形態を図１ないし５を用いて説明する。
【００１６】図１は本発明になる高速炉の炉心燃料集合
体１１の概念を示す図である。図１は縦断面図、図２は
水平断面図である。炉心燃料集合体１１は多数本の燃料
要素１と６本のタイロッド２、及びこのタイロッド２に
よって支持され燃料要素１の間隔を保持するための７段
のグリッドスペーサ５より構成される。燃料要素１は被
覆管１ａ内に炉心燃料物質１ｂを収納して構成してい
る。炉心燃料集合体１１は複数の燃料要素１を束ねて構
成し、燃料要素１と燃料要素１との間に冷却材流入部３
及び冷却材流出部４とに連通するＮａの流通路３ａを形
成している。炉心燃料物質１ｂはプルトニウムを富化し
た混合酸化物燃料（ＰｕＯ2＋ＵＯ2）である。炉心燃料
集合体１１のピッチは従来技術（１）と同様約１６ｃｍ
である。また、本実施の形態になる炉心燃料集合体１１
にはラッパー管及びワイヤスペーサは設置されていな
い。
体１１の概念を示す図である。図１は縦断面図、図２は
水平断面図である。炉心燃料集合体１１は多数本の燃料
要素１と６本のタイロッド２、及びこのタイロッド２に
よって支持され燃料要素１の間隔を保持するための７段
のグリッドスペーサ５より構成される。燃料要素１は被
覆管１ａ内に炉心燃料物質１ｂを収納して構成してい
る。炉心燃料集合体１１は複数の燃料要素１を束ねて構
成し、燃料要素１と燃料要素１との間に冷却材流入部３
及び冷却材流出部４とに連通するＮａの流通路３ａを形
成している。炉心燃料物質１ｂはプルトニウムを富化し
た混合酸化物燃料（ＰｕＯ2＋ＵＯ2）である。炉心燃料
集合体１１のピッチは従来技術（１）と同様約１６ｃｍ
である。また、本実施の形態になる炉心燃料集合体１１
にはラッパー管及びワイヤスペーサは設置されていな
い。
【００１７】図３は、本実施の形態になる電気出力１０
０万ｋＷ級の高速炉の炉心における垂直断面図である。
炉心燃料領域６は内側炉心燃料領域６ａと外側炉心燃料
領域６ｂの２領域に分割されており、外側炉心燃料領域
６ｂのプルトニウム富化度を内側炉心燃料領域６ａのそ
れより高くして半径方向の出力平坦化を計かっている。
外側炉心燃料領域６ｂは中性子遮蔽体領域４２に取り囲
まれている。炉心燃料領域６の下側と中性子遮蔽体領域
４２との間にはガスプレナム７を配置している。ガスプ
レナム７と中性子遮蔽体領域４２との間に再臨界緩和材
領域８を配置している。
０万ｋＷ級の高速炉の炉心における垂直断面図である。
炉心燃料領域６は内側炉心燃料領域６ａと外側炉心燃料
領域６ｂの２領域に分割されており、外側炉心燃料領域
６ｂのプルトニウム富化度を内側炉心燃料領域６ａのそ
れより高くして半径方向の出力平坦化を計かっている。
外側炉心燃料領域６ｂは中性子遮蔽体領域４２に取り囲
まれている。炉心燃料領域６の下側と中性子遮蔽体領域
４２との間にはガスプレナム７を配置している。ガスプ
レナム７と中性子遮蔽体領域４２との間に再臨界緩和材
領域８を配置している。
【００１８】再臨界緩和材領域８は図４に示すようにガ
スプレイナム領域７と対向する中性子遮蔽体領域４２に
分散して核燃料物質の融点より高く、且つ比重の大きい
中性子減速部材を有する複数の再臨界緩和材領域８を設
けている。この実施例では中性子減速部材としてタング
ステンＷを使用している。また他の中性子減速部材とし
て、核燃料物質の融点及び比重よりも高いハフニヤ（Ｈ
ｆＯ2、融点２７６０℃）、タンタニウム（Ｔａ、同２
９９６℃）或いは劣化ウラン（ＵＯ2）を用いても同様
の効果が得られる。
スプレイナム領域７と対向する中性子遮蔽体領域４２に
分散して核燃料物質の融点より高く、且つ比重の大きい
中性子減速部材を有する複数の再臨界緩和材領域８を設
けている。この実施例では中性子減速部材としてタング
ステンＷを使用している。また他の中性子減速部材とし
て、核燃料物質の融点及び比重よりも高いハフニヤ（Ｈ
ｆＯ2、融点２７６０℃）、タンタニウム（Ｔａ、同２
９９６℃）或いは劣化ウラン（ＵＯ2）を用いても同様
の効果が得られる。
【００１９】また図３に示すように炉心燃料集合体１１
は炉心燃料領域６及びガスプレイナム領域７と再臨界緩
和材領域８とを有し、この炉心燃料集合体１１の複数本
を中性子遮蔽体領域４２内に配置して構成されている。
炉心燃料集合体１１内の流通路３ａは冷却材流入部３と
冷却材流出部４とに連通しており、冷却材流入部３及び
冷却材流出部４は中性子遮蔽体領域４２に形成されてい
る。
は炉心燃料領域６及びガスプレイナム領域７と再臨界緩
和材領域８とを有し、この炉心燃料集合体１１の複数本
を中性子遮蔽体領域４２内に配置して構成されている。
炉心燃料集合体１１内の流通路３ａは冷却材流入部３と
冷却材流出部４とに連通しており、冷却材流入部３及び
冷却材流出部４は中性子遮蔽体領域４２に形成されてい
る。
【００２０】炉心燃料領域６の等価直径は３．３ｍであ
る。炉心燃料領域６の長さは１００ｃｍ、ガスプレナム
領域７の長さは約１００ｃｍである。再臨界緩和材領域
８（Ｗ）の長さは約２５ｃｍである。
る。炉心燃料領域６の長さは１００ｃｍ、ガスプレナム
領域７の長さは約１００ｃｍである。再臨界緩和材領域
８（Ｗ）の長さは約２５ｃｍである。
【００２１】本実施の形態の高速炉に装荷する燃料集合
体にはラッパー管が設置されておらず、従来技術（１）
の燃料集合体よりも燃料体積割合が大きく（約４５
％）、高反応度化されているので、所要のプルトニウム
富化度が１４ｗｔ％程度と低く、内部転換比が１を上回
るので、径方向及び軸ブランケットを設置しなくても燃
料増殖が可能である。
体にはラッパー管が設置されておらず、従来技術（１）
の燃料集合体よりも燃料体積割合が大きく（約４５
％）、高反応度化されているので、所要のプルトニウム
富化度が１４ｗｔ％程度と低く、内部転換比が１を上回
るので、径方向及び軸ブランケットを設置しなくても燃
料増殖が可能である。
【００２２】ブランケット燃料は炉心燃料と比べて発熱
密度が小さいため燃料温度が低く、炉心燃料の溶融を仮
定した場合でも、溶融が遅れて炉心の溶融燃料が下方に
移動するのを阻止する傾向が強い。従って、従来技術
（１）の様に軸方向ブランケットが設置されていると、
炉心燃料領域の下端部に溶融燃料が留まってプールが形
成され、再臨界に至る可能性が生じる。
密度が小さいため燃料温度が低く、炉心燃料の溶融を仮
定した場合でも、溶融が遅れて炉心の溶融燃料が下方に
移動するのを阻止する傾向が強い。従って、従来技術
（１）の様に軸方向ブランケットが設置されていると、
炉心燃料領域の下端部に溶融燃料が留まってプールが形
成され、再臨界に至る可能性が生じる。
【００２３】本発明では軸方向ブランケットが無いの
で、溶融燃料は直ちに下方に移行する。また、従来技術
（１）と比べてプルトニウム富化度が低いため、炉心燃
料領域６が溶融して、コンパクションを起こしたと仮定
した場合の実効増倍率の増加量（反応度増加量）が小さ
く、再臨界緩和材領域８を小さく出来る。更に、燃料集
合体下部に比重が大きな再臨界緩和材領域８を設ける事
によって、燃料集合体の重量が増加するので、ラッパー
管を削除した場合に課題となる燃料集合体の浮き上がり
を防止することができる。
で、溶融燃料は直ちに下方に移行する。また、従来技術
（１）と比べてプルトニウム富化度が低いため、炉心燃
料領域６が溶融して、コンパクションを起こしたと仮定
した場合の実効増倍率の増加量（反応度増加量）が小さ
く、再臨界緩和材領域８を小さく出来る。更に、燃料集
合体下部に比重が大きな再臨界緩和材領域８を設ける事
によって、燃料集合体の重量が増加するので、ラッパー
管を削除した場合に課題となる燃料集合体の浮き上がり
を防止することができる。
【００２４】この炉心において、仮に炉心燃料が溶融し
て炉心燃料領域６の構造材（ステンレス）と冷却材が蒸
発し、炉心燃料物質のみが高さ約４５ｃｍの円筒状に集
中（コンパクション）すると、実効増倍率は１を超え、
再臨界に至る。
て炉心燃料領域６の構造材（ステンレス）と冷却材が蒸
発し、炉心燃料物質のみが高さ約４５ｃｍの円筒状に集
中（コンパクション）すると、実効増倍率は１を超え、
再臨界に至る。
【００２５】本実施例においては、図４，５に示す様
に、炉心燃料領域６の溶融燃料５１が溶融して下方に流
れると、その一部は融点約３４００℃で燃料物質（２７
００℃以下）よりも高いタングステンＷからなる再臨界
緩和材領域８に流れるが、再臨界緩和材領域８を複数に
分散した再臨界緩和材領域８間の隙間８ｂに保持され
る。保持された溶融燃料５１の中性子が再臨界緩和材領
域８、例えばタングステンＷに衝突するとその減速効果
によって、この付近の核***作用が抑制されて、反応温
度の上昇が抑えられ未臨界が維持される。また残りの溶
融燃料５１は隙間８ｂに吸収された分だけ実線５１ａか
ら鎖線５１ｂに低下し、再臨界緩和材領域８の上部に偏
平な溶融燃料プール８ｂを円筒状に形成するが、反応温
度の上昇に至らず、再臨界を防止できる。
に、炉心燃料領域６の溶融燃料５１が溶融して下方に流
れると、その一部は融点約３４００℃で燃料物質（２７
００℃以下）よりも高いタングステンＷからなる再臨界
緩和材領域８に流れるが、再臨界緩和材領域８を複数に
分散した再臨界緩和材領域８間の隙間８ｂに保持され
る。保持された溶融燃料５１の中性子が再臨界緩和材領
域８、例えばタングステンＷに衝突するとその減速効果
によって、この付近の核***作用が抑制されて、反応温
度の上昇が抑えられ未臨界が維持される。また残りの溶
融燃料５１は隙間８ｂに吸収された分だけ実線５１ａか
ら鎖線５１ｂに低下し、再臨界緩和材領域８の上部に偏
平な溶融燃料プール８ｂを円筒状に形成するが、反応温
度の上昇に至らず、再臨界を防止できる。
【００２６】更に、再臨界緩和材領域８は炉心燃料領域
６より離れた中性子遮蔽体領域４２に設置したので、再
臨界緩和材領域８によって、炉心燃料領域６の中性子を
減速する恐れが少なく、炉心燃料領域６の核***性能を
損なうことがない。尚、定格運転時において再臨界緩和
材領域８はガスプレナム領域７よりも下方に位置してお
り、炉心の核的な性能への影響は無視し得る程小さい。
６より離れた中性子遮蔽体領域４２に設置したので、再
臨界緩和材領域８によって、炉心燃料領域６の中性子を
減速する恐れが少なく、炉心燃料領域６の核***性能を
損なうことがない。尚、定格運転時において再臨界緩和
材領域８はガスプレナム領域７よりも下方に位置してお
り、炉心の核的な性能への影響は無視し得る程小さい。
【００２７】更に、本発明では上述の実施例を次のよう
に言替えることができる。即ち、被覆管１ｂに核燃料物
質１ａと核燃料物質１ａの核***ガスを蓄積するガスプ
レイナム領域７と再臨界緩和部材領域８とを収納して燃
料要素１となし、燃料要素１の複数本を集合して束ねた
炉心燃料集合体１１を構成し、被覆管１ｂと被覆管１ｂ
との間に冷却媒体３ｂを流通する冷却通路３ａを形成す
る。炉心燃料集合体１１の外周側に中性子を遮蔽する中
性子遮蔽体領域４２を配置し、中性子遮蔽体領域４２に
冷却通路３ａと連通する出入口３，４を形成する。再臨
界緩和部材領域８には核燃料物質１ａの融点及び比重よ
り大きい再臨界緩和部材を使用する。
に言替えることができる。即ち、被覆管１ｂに核燃料物
質１ａと核燃料物質１ａの核***ガスを蓄積するガスプ
レイナム領域７と再臨界緩和部材領域８とを収納して燃
料要素１となし、燃料要素１の複数本を集合して束ねた
炉心燃料集合体１１を構成し、被覆管１ｂと被覆管１ｂ
との間に冷却媒体３ｂを流通する冷却通路３ａを形成す
る。炉心燃料集合体１１の外周側に中性子を遮蔽する中
性子遮蔽体領域４２を配置し、中性子遮蔽体領域４２に
冷却通路３ａと連通する出入口３，４を形成する。再臨
界緩和部材領域８には核燃料物質１ａの融点及び比重よ
り大きい再臨界緩和部材を使用する。
【００２８】（実施の形態２）以下、発明の第２の実施
形態を図６，７，８を用いて説明する。
形態を図６，７，８を用いて説明する。
【００２９】図６は本発明になる高速炉の炉心燃料集合
体６１の概念を示す縦断面図である。図７は水平断面図
である。炉心燃料集合体６１は、炉心燃料領域２５と、
その両端部に設置され減損ウランまたは天然ウランより
なる燃料親物質を主成分とする上部軸ブランケット燃料
領域２４ａ及び下部軸ブランケット領域２４ｂと、下部
軸ブランケット領域２４ｂの下方に設置したガスプレナ
ム領域７より構成される多数個の燃料要素６２と、それ
らを内包するラッパー管２６、また図中には示していな
いが燃料要素の間隔を保持するワイヤスペーサより構成
されている。ラッパー管２６の内面の炉心燃料領域２５
と下部軸ブランケット領域２４ｂとの間に再臨界緩和材
領域８が設置されている。つまり、ラッパー管２６の内
周面に沿って再臨界緩和材領域８が設置されている。
体６１の概念を示す縦断面図である。図７は水平断面図
である。炉心燃料集合体６１は、炉心燃料領域２５と、
その両端部に設置され減損ウランまたは天然ウランより
なる燃料親物質を主成分とする上部軸ブランケット燃料
領域２４ａ及び下部軸ブランケット領域２４ｂと、下部
軸ブランケット領域２４ｂの下方に設置したガスプレナ
ム領域７より構成される多数個の燃料要素６２と、それ
らを内包するラッパー管２６、また図中には示していな
いが燃料要素の間隔を保持するワイヤスペーサより構成
されている。ラッパー管２６の内面の炉心燃料領域２５
と下部軸ブランケット領域２４ｂとの間に再臨界緩和材
領域８が設置されている。つまり、ラッパー管２６の内
周面に沿って再臨界緩和材領域８が設置されている。
【００３０】図８は、上記炉心燃料集合体６１を装荷し
た電気出力１００万ｋＷ級の大型高速炉の縦断面図であ
る。炉心燃料領域２５は、内側炉心燃料領域２５ａと外
側炉心燃料領域２５ｂの２領域に分割されており、外側
炉心燃料領域２５ｂのプルトニウム富化度を内側炉心燃
料領域２５ａのそれより高くして半径方向の出力平坦化
をはかっている。炉心燃料領域２５は、減損ウランまた
は天然ウランよりなる燃料親物質を主成分とする径方向
ブランケット燃料領域７１と上部軸ブランケット燃料領
域２４ａ、下部軸ブランケット燃料領域２４ｂ及びブラ
ンケット領域外側は中性子遮蔽体領域４２に取り囲まれ
ている。
た電気出力１００万ｋＷ級の大型高速炉の縦断面図であ
る。炉心燃料領域２５は、内側炉心燃料領域２５ａと外
側炉心燃料領域２５ｂの２領域に分割されており、外側
炉心燃料領域２５ｂのプルトニウム富化度を内側炉心燃
料領域２５ａのそれより高くして半径方向の出力平坦化
をはかっている。炉心燃料領域２５は、減損ウランまた
は天然ウランよりなる燃料親物質を主成分とする径方向
ブランケット燃料領域７１と上部軸ブランケット燃料領
域２４ａ、下部軸ブランケット燃料領域２４ｂ及びブラ
ンケット領域外側は中性子遮蔽体領域４２に取り囲まれ
ている。
【００３１】炉心燃料領域２５の下端部と下部軸ブラン
ケット燃料領域２４ｂの上端との間に再臨界緩和材領域
８が設置されている。下部軸ブランケット領域２４ｂの
下方にはガスプレナム領域７が設置されており、増殖比
は約１．２である。仮想的に炉心損傷事象が発生し、炉
心燃料が溶融した場合の炉心燃料領域２５の概念図を図
９に示す。炉心損傷事象が発生する前の、炉心燃料領域
２５を点線８１で、また同じく上部軸ブランケット領域
２４ａを一点鎖線７２で示している。
ケット燃料領域２４ｂの上端との間に再臨界緩和材領域
８が設置されている。下部軸ブランケット領域２４ｂの
下方にはガスプレナム領域７が設置されており、増殖比
は約１．２である。仮想的に炉心損傷事象が発生し、炉
心燃料が溶融した場合の炉心燃料領域２５の概念図を図
９に示す。炉心損傷事象が発生する前の、炉心燃料領域
２５を点線８１で、また同じく上部軸ブランケット領域
２４ａを一点鎖線７２で示している。
【００３２】実施の形態１でも述べたように、上部軸ブ
ランケット領域２４ａ及び下部軸ブランケット２４ｂに
使用されるブランケット燃料は、炉心燃料領域２５の炉
心燃料と比べて発熱密度が小さいため燃料温度が低く、
炉心燃料の溶融を仮定した場合でも、溶融が遅れて炉心
の溶融燃料が下方に移動するのを阻止する傾向が強い。
従って、軸方向ブランケットが設置されている標準的な
炉心では、炉心燃料領域の下端部に溶融燃料が留まって
プールが形成され、再臨界に至る可能性が生じる。
ランケット領域２４ａ及び下部軸ブランケット２４ｂに
使用されるブランケット燃料は、炉心燃料領域２５の炉
心燃料と比べて発熱密度が小さいため燃料温度が低く、
炉心燃料の溶融を仮定した場合でも、溶融が遅れて炉心
の溶融燃料が下方に移動するのを阻止する傾向が強い。
従って、軸方向ブランケットが設置されている標準的な
炉心では、炉心燃料領域の下端部に溶融燃料が留まって
プールが形成され、再臨界に至る可能性が生じる。
【００３３】一方、本実施の形態では、万一の炉心損傷
を想定した場合でも、下部軸ブランケット２４ｂの上端
位置に融点が燃料物質よりも高い再臨界緩和材領域８を
配置し、再臨界緩和材領域８はラッパー管２６の内周面
に沿って複数に分散して配置されているので、溶融燃料
８２の中性子の一部は燃料物質の融点より高く、且つ比
重の大きい中性子減速部材例えばタングステンＷの中性
子減速効果によって、反応温度の上昇が抑えられ再臨界
を防止できる。
を想定した場合でも、下部軸ブランケット２４ｂの上端
位置に融点が燃料物質よりも高い再臨界緩和材領域８を
配置し、再臨界緩和材領域８はラッパー管２６の内周面
に沿って複数に分散して配置されているので、溶融燃料
８２の中性子の一部は燃料物質の融点より高く、且つ比
重の大きい中性子減速部材例えばタングステンＷの中性
子減速効果によって、反応温度の上昇が抑えられ再臨界
を防止できる。
【００３４】その結果、実施の形態１と同じ原理によっ
て、未臨界が維持される。本実施の形態で採用している
ラッパー管付き燃料集合体は、既存の高速炉における使
用実績が豊富であり、実施の形態１で採用しているラッ
パー管削除型の燃料集合体と比較して、開発要素が少な
い利点を有する。
て、未臨界が維持される。本実施の形態で採用している
ラッパー管付き燃料集合体は、既存の高速炉における使
用実績が豊富であり、実施の形態１で採用しているラッ
パー管削除型の燃料集合体と比較して、開発要素が少な
い利点を有する。
【００３５】
【発明の効果】本発明によれば、炉心性能を維持しつ
つ、再臨界を防止することができる。
つ、再臨界を防止することができる。
【図１】本発明の第１の実施形態を示す炉心燃料集合体
の縦断面図。
の縦断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図。
【図３】図２を高速炉に使用した炉心の縦断面図。
【図４】図３の溶融燃料の配置を示す概略断面図。
【図５】図２の炉心燃料集合体を高速炉に配置した一部
を示す概略平面図。
を示す概略平面図。
【図６】本発明の第２の実施形態を示す炉心燃料集合体
の縦断面図。
の縦断面図。
【図７】図６のＡ−Ａ線断面図。
【図８】図７を高速炉の一部を縦断面した炉心の縦断面
図。
図。
【図９】図８の溶融燃料の配置を示す概略断面図。
【図１０】従来の炉心燃料集合体の縦断面図。
【図１１】図１０の高速炉における燃料集合体の水平断
面図。
面図。
【図１２】図１１を使用した高速炉に使用した炉心燃料
集合体の水平断面図。
集合体の水平断面図。
１…燃料要素、２…タイロッド、３…冷却材流入口、４
…冷却材流出口、５…グリッドスペーサ、６…炉心燃料
領域、６ａ…内側炉心燃料領域、６ｂ…外側炉心燃料領
域、７…ガスプレナム領域、８…再臨界緩和材領域、８
ａ…支持部、８ｂ…隙間、９…上部中性子遮蔽体、１１
…炉心燃料集合体、２４…ブランケット燃料ペレット、
２４ａ…上部軸ブランケット燃料領域、２４ｂ…下部軸
ブランケット燃料領域、２５…炉心燃料領域、２５ａ…
内側炉心燃料領域、２５ｂ…外側炉心燃料領域、２６…
ラッパー管、４２…中性子遮蔽体領域、７１…径方向ブ
ランケット燃料領域、８２…溶融燃料。
…冷却材流出口、５…グリッドスペーサ、６…炉心燃料
領域、６ａ…内側炉心燃料領域、６ｂ…外側炉心燃料領
域、７…ガスプレナム領域、８…再臨界緩和材領域、８
ａ…支持部、８ｂ…隙間、９…上部中性子遮蔽体、１１
…炉心燃料集合体、２４…ブランケット燃料ペレット、
２４ａ…上部軸ブランケット燃料領域、２４ｂ…下部軸
ブランケット燃料領域、２５…炉心燃料領域、２５ａ…
内側炉心燃料領域、２５ｂ…外側炉心燃料領域、２６…
ラッパー管、４２…中性子遮蔽体領域、７１…径方向ブ
ランケット燃料領域、８２…溶融燃料。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ２１Ｃ 5/18 Ｇ２１Ｃ 9/00 ＧＤＦＨ (72)発明者 花木 洋 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所原子力事業部内 (72)発明者 水書 裕実 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所原子力事業部内 Ｆターム(参考） 2G002 AA05 BA07
Claims (4)
- 【請求項１】 被覆管内に核燃料物質を有する核燃料物
質領域と前記核燃料物質の核***ガスを蓄積するガスプ
レナム領域と再臨界緩和部材領域とを有する燃料要素
を、複数本集合する被覆管と被覆管との間に冷却媒体を
流通する冷却通路を有する炉心燃料集合体と、前記炉心
燃料集合体の外周側に配置された中性子を遮蔽する中性
子遮蔽体領域と、前記中性子遮蔽体領域に形成された前
記冷却通路と連通する出入口とを備え、前記再臨界緩和
部材領域に前記核燃料物質の融点より高く、且つ比重の
大きい中性子減速部材を使用することを特徴とする高速
炉の炉心。 - 【請求項２】 核燃料物質を被覆管に収納してなる燃料
要素と、複数本の前記燃料要素を集合した炉心燃料集合
体と、前記炉心燃料集合体を炉心に装荷した炉心燃料領
域と、その外周側に配置された中性子を遮蔽する中性子
遮蔽体領域と、前記炉心燃料領域の下側と前記中性子遮
蔽体領域との間に配置された前記核燃料物質の核***ガ
スを蓄積するガスプレナム領域とを備え、前記ガスプレ
ナム領域と対向する前記中性子遮蔽体領域に前記核燃料
物質の融点より高く、且つ比重の大きい中性子減速部材
を有する複数の再臨界緩和材領域を設けることを特徴と
する高速炉の炉心。 - 【請求項３】 前記炉心燃料領域の上下に配置した天然
ウランまたは減損ウランを装荷した上下軸方向ブラケッ
トと、前記上下軸方向ブラケットの外周側に配置された
中性子遮蔽体領域と、前記下軸方向ブラケットと前記中
性子遮蔽体領域との間に配置された前記核燃料物質の核
***ガスを蓄積するガスプレナム領域と、前記炉心燃料
領域と対向する前記下軸方向ブラケットに分散して設け
た前記核燃料物質の融点より高く、且つ比重の大きい中
性子減速部材よりなる複数の再臨界緩和材領域とを備え
を設けることを特徴とする請求項２に記載の高速炉の炉
心。 - 【請求項４】 前記再臨界緩和材としてＷ，ＨｆＯ2，
Ｔａ，ＵＯ2を使用することを特徴とする請求項１に記
載の高速炉の炉心。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000286871A JP2002090489A (ja) | 2000-09-18 | 2000-09-18 | 高速炉の炉心 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000286871A JP2002090489A (ja) | 2000-09-18 | 2000-09-18 | 高速炉の炉心 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002090489A true JP2002090489A (ja) | 2002-03-27 |
Family
ID=18770728
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000286871A Pending JP2002090489A (ja) | 2000-09-18 | 2000-09-18 | 高速炉の炉心 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002090489A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011045390A1 (fr) * | 2009-10-16 | 2011-04-21 | Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives | Assemblage de combustible nucleaire et reacteur nucleaire comportant de tels assemblages |
-
2000
- 2000-09-18 JP JP2000286871A patent/JP2002090489A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011045390A1 (fr) * | 2009-10-16 | 2011-04-21 | Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives | Assemblage de combustible nucleaire et reacteur nucleaire comportant de tels assemblages |
| FR2951578A1 (fr) * | 2009-10-16 | 2011-04-22 | Commissariat Energie Atomique | Assemblage de combustible nucleaire et reacteur nucleaire comportant au moins un tel assemblage |
| CN102576571A (zh) * | 2009-10-16 | 2012-07-11 | 法国原子能及替代能源委员会 | 核燃料组件以及包括这种组件的核反应堆 |
| US20120201342A1 (en) * | 2009-10-16 | 2012-08-09 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Nuclear fuel assembly and nuclear reactor comprising at least one such assembly |
| JP2013507631A (ja) * | 2009-10-16 | 2013-03-04 | コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ | 核燃料集合体およびかかる集合体を備える原子炉 |
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