JPH01153997A - 高速系原子炉燃料集合体 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は高速炉系原子炉の燃料集合体に関する。

（従来の技術） 従来の高速系原子炉の燃料集合体は、被覆管に密封され
たビン状燃料要素を格子状に配列し、外部を流れる冷却
材によりこれを冷却する方式である。

（発明が解決しようとする問題点） 従来の高速系原子炉の燃料集合体は、その燃料要素上部
に核***生成ガス（ＦＰガス）を貯めるための長いプレ
ナム部を有するため高さが高くなり、そのため炉心上部
構体を大型化させる欠点があった。また、ＦＰガスを貯
えることは、燃料に伴い増大する内圧に耐えるために被
覆管を厚くせざるを得ないだけではなく、炉心部に残る
ＦＰガスによる中性子吸収も増大することなどから核特
性を劣化させる。さらにポンプ動力も必要以上に大きく
とらざるを得ない。この開運を解決のために、多数の燃
料要素の各々に対してＦＰガスを抜＜ＦＰガスバージ部
を設けるようにすることは炉心構造を複雑にする。また
、ピン状燃料集合体では炉心における燃料物質の占める
割合が小さく、また、ナトリウムの占める割合が大きく
ならざるを得ないために中性子スペクトルを軟化させ、
その結果、燃料増殖性を上げたり、しきい値が高い反応
を起させることが、難しくなる。これを避けるために、
シェルを貫通する冷却管により燃料を冷却する方式（通
常チューブインシェル型燃料と呼ばれる）をとれば燃料
物質が占める割合を太きくとることができる。しかし、
シェルを密閉するとＦＰガスによる内圧が大きくなり強
度確保上集合体構造物の占める比率を高くせざるを得す
、炉心の性能が落ちる６ 本発明は、前述した問題点を解決することを目的とする
。

（問題点を解決するための手段） この目的を達成すべく、本発明による燃料集合体におい
ては、チューブインシェル型燃料集合体のシェル内に燃
料要素及び燃料要素間を満たすべく液体ナトリウムを内
部の燃料を浸すレベル以上に充填し、その上部にＦＰガ
スプレナム部を設け、ＦＰガスプレナム部からＦＰガス
を集合体外部に導出するＦＰガスパージ機楕を有する高
速系原子炉用燃料集合体とする。

（作　用） １）　チューブインシェル型燃料集合体にＦＰガスパー
ジ機構を設けることによってシェルを短尺化し、且つシ
ェル内外をほぼ等圧に保つことができる。

２）　チューブインシェル型燃料集合体のシェル内に自
由液面を持つ形で液体ナトリウムを充填することにより
、燃料から冷却体への熱伝達を向上させ、これによって
許容温度内で出力を高めることが出来る。

３）シェル内に充填された液体ナトリウムは、金属燃料
のスウェリング（照射による膨張）に対応するために設
ける燃料要素間のギャップを埋めてシェル内の熱伝達を
向上させる。

４）　シェル内に充填されたナトリウムは、不活性ガス
以外の核***生成物の大部分をその巾に保持する°こと
ができる。　　。

（実施例） 次に、添付図面を参照しつつ本発明の詳細な説明する。

中心に約５鵬の円孔を有し、横断面が、対辺距離約１０
Ａ角柱（長さは任意）の金属燃料要素１を横断面が六角
形のシェル２内に多数装填して、その燃料要素１の中心
の円孔に冷却管３を通し、その内部に冷却ナトリウム４
を流して燃料要素１を冷却する。更に、シェル２内に液
体すトリウム４を燃料要素１の上端のレベル以上まで充
填して燃料要素１と冷却管３のギャップおよび燃料要素
間のギャップを満たす。ナトリウム自由液面の上部には
、ＦＰガスプレナム部６を設ける。燃料集合体上部には
、ＦＰガスブレナム部６のＦＰガスを外部に導＜ＦＰガ
スパージ部７を設ける。ＦＰガスパージ部７は、内部の
ＦＰガスを導管により外部のＦＰガス処理装置に直接導
く方式か、或いはＦＰガスを燃料集合体をとりまく冷却
系のナトリウムに放出する方式のいずれでもよい。後者
の方式のものには、ＦＰガス貯留部を設け、ＦＰガスに
シェル内外のナトリウムを分離させると共にＦＰガス自
身の昇圧により外部すｌ・リウムにＦＰガスを放出させ
る方式や、ガスのみを透過させる物質で封じ切る方式な
どが、考えられる。

集合体内部は、中央には炉心部８、上下にはそれぞれ軸
方向ブランケット９．１０が配設される。

第４図に示すように、軸方向ブランケットのブランケッ
ト要素１１は、発熱が低いので燃料要素３個分を合わせ
た形状とし、ブランケット物質の比率を高めると共に各
層交互に配列を変えることにより、冷却管３のブレ、た
わみも防止できる。また、必要ならば炉心部８の中央に
同様のＪいブランケット層を２層設ければ炉心中央部に
おいても第５図に示すように、半径方向ブランケット要
素１２は発熱が低いために、燃料要素１と同型で釣 あるが、大型とし、周辺部は六角次の一端を切り抜いた
形状としてブランゲット物質の占める割合を大きくする
。

（発明の効果） 以上の如く、本発明による燃料集合体においては、チュ
ーブインシェル型燃料集合体のシェル内に燃料要素及び
燃料要素間を満すべく液体すトリウムを内部の燃料を浸
すレベル以上に充填し、その上部にＦＰガスブレナム部
を設け、ＦＰガスプレナム部からＦＰガスを集合体外部
に導出するＦＰガスパージ機構を有するので下記のよう
な効果がある。

１）　チューブインシェル型燃料集合体であるため、燃
料の占める比率が高く且つ構造材、ナトリウムの占める
比率が低い。そのため中性子スペクトルは硬く、プルト
ニウムの生産性能が向上し、低い中性子エネルギーでは
核***を起こしにくい核種も核***を起こし易くなる。

２）　　ＦＰガスパージ型であるためシェル内外がほぼ
同圧に近くなり、シェル管、冷却管を薄くすることが出
来るので核***連鎖反応上の性能が更に向上する。また
、封じ切り型燃料におけるようなＦＰガス蓄積による内
圧の昇圧による制約がないため、燃料度を大きくとるこ
とが出来る。

３）　　ＦＰガスパージ型としたため、燃料集合体の長
さを密封型燃料の場合に比べて短かくすることが出来る
ので炉心上部構造体の小型化など炉のコンパクト化が図
れる。

４）　チューブインシェル型燃料集合体をＦＰガスバー
ジ型にすることにより、ビン型燃料要素個々にＦＰガス
パージｔａ棺をとりつける場合に比べて著しくその数を
減らす（約１７１００以上）ことが出来る。またＦＰガ
スパージ機構を設計するにあたり、空間的制約が大きく
緩められる。これらのことがらＦＰガスパージ機構の信
顆性も向上する。

５）　シェル内にも液体ナトリウムが充填されているた
めシェル内における熱伝達は極めて良くなる。

６）　シェル内にも液体ナトリウムが充填されているた
めＦＰガスを集合体をとりまく冷却すトリウムに放出す
る場合は、ＦＰガスにより内外のナトリウムを分離し、
且つＦＰガス自身の昇圧によりＦＰガスを外部の冷却ナ
トリウムに放出する簡単な機構が考えられる。

７）　充填された液体ナトリウムは、不活性ガス以外の
核***生成物をその中に保持する役目を果たすことが期
待される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の高速系原子炉燃料集合体の概念を示
す斜視図であり、第２図は、高速系原子炉燃料集合体の
炉心部（第１図におけるＡ−Ａ断面）における横断面図
であり、第３図は、炉心部の燃料要素横断面図であり、
第４図は、高速系燃料集合体軸方向ブランケット部（第
１図におけるＢ−Ｂ断面）における横断面図であり、第
５図は、半径方向ブランケット集合体の横断面図である
。 １：金属燃料要素　　　２ニジエル管 ３：冷却管　　　　　　４：冷却ナトリウム４ａニジ工
ル管間冷却ナトリウム ５：充填ナトリウム　　６：Ｆ’Ｐガスプレナム部７：
ＦＰガスバージ部　８：炉心部 ９：上部軸方向ブランケット部 １０：下部軸方向ブランケット １１：軸方向ブランケット要素 １２：半径方向ブランケット要素 １３：エントランスノズル １４：パッド部 １５；冷却系ナトリウム液面 １６：ＦＰガス １７：燃料集合体単位セル境界 １８：燃料要素単位セル境界 １９：ブランケット集合体単位セル境界（外４名） 第１図 第２図 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　チューブインシェル型燃料集合体のシェル内に燃料要
   素および燃料要素間を満すべく液体ナトリウムを内部の
   燃料を浸すレベル以上に充填し、その上部にＦＰガスプ
   レナム部を設け、ＦＰガスプレナム部からＦＰガスを集
   合体外部に導出するＦＰガスパージ機構を有することを
   特徴とする高速系原子炉用燃料集合体。