JPH10227884A - 高速炉の制御棒集合体 - Google Patents

高速炉の制御棒集合体

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JPH10227884A
JPH10227884A JP9031699A JP3169997A JPH10227884A JP H10227884 A JPH10227884 A JP H10227884A JP 9031699 A JP9031699 A JP 9031699A JP 3169997 A JP3169997 A JP 3169997A JP H10227884 A JPH10227884 A JP H10227884A
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JP
Japan
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control rod
guide tube
core
rod guide
fuel
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JP9031699A
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English (en)
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Kikuo Akagane
喜久雄 赤金
Toshio Mita
敏男 三田
Kaoru Kobayashi
薫 小林
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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  • Structure Of Emergency Protection For Nuclear Reactors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】燃料が熔融損傷を起す仮想事故でも熔融燃料の
集中が防止される高速炉を提供する。 【解決手段】制御棒案内管の中に制御棒を備えた原子炉
の制御棒集合体で、上記制御棒案内管に開口部を備えた
ことを特徴とする高速炉の制御棒集合体。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は高速炉の制御棒集合
体に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、高速炉(高速増殖型原子炉)の
炉心は、断面六角形のラッパ管内に燃料要素を配列した
多数の燃料集合体を多数集め円筒状に束ねて形成されて
いる。また、中性子吸収物質を用いて燃料の核***反応
を制御するための制御棒集合体が炉心燃料集合体配列中
に所定本数が配置されている。制御棒集合体は、通常制
御棒および制御棒案内管(図6)により構成され、制御
棒は炉心の真上にある炉心上部機構に備わった駆動機構
に吊り下げられており、炉心の下方から別個に支持され
ている制御棒案内管中に収納されている。制御棒案内管
の外周には上部スペーサパッド3,中間スペーサパッド
4,下部スペーサパッド5が設けられ、炉心内で隣合う
燃料集合体の間隔を保持できるようになっている。又、
制御棒案内管の下方にはエントランスノズル6が配設さ
れ、炉心内の核反応により発生する中性子の照射により
発熱した中性子吸収体及び制御棒の構成材の冷却の為
に、液体ナトリウムがエントランスノズル6より入り、
案内管の内側を下から上へ流れるようにされている。
【0003】制御棒は、制御棒駆動機構により制御棒案
内管中で上下に駆動されることによって、炉心内での核
反応を制御する機能を持っている。即ち、炉心の核反応
の観点からは、制御棒の引抜きは核反応の進展に、挿入
は反応の抑制にそれぞれ対応し、上部から出し入れする
ことによって炉の起動,停止,出力制御がなされる。
又、地震時等を含む緊急時には、制御棒は何れの挿入状
態からも、急速に全挿入位置まで挿入され、炉心の核反
応を停止させる。通常制御棒に用いる中性子吸収物質と
しては炭化ホウ素が使われている。
【0004】このように、原子炉の運転中に異常が発生
したとしても制御棒が速やかに炉心内に挿入されて炉が
停止されるが、原子炉の安全をさらに高める観点から、
原子炉に異常が発生したとして、その場合に制御棒が挿
入されないか、あるいは制御棒は挿入されるが冷却性能
が確保されないような不測の事態の想定に対しても安全
を確保するための対策がたてられるならば、原子炉の安
全性はより強固なものとなる。万一、原子炉の冷却性能
が確保されない場合には、最終的に炉心は熔融する時態
となり、熔融燃料が集中して反応度が増大する。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るなら、高速炉の安全性は
強固なものとなる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】高速炉で、万一燃料熔
融が生じても燃料物質が分散されるならば核***反応が
停止する。このことが炉心構造的に確保されるならば、
高速炉の安全性が一段と強化されることになる。熔融燃
料の集中を防止するためには、熔融燃料の分散は炉心熔
融プールの形成が全炉心に拡大する以前になされる必要
がある。この一つの方策として、熔融燃料を出来る限り
早期に炉心から流出させる必要がある。
【0006】燃料の熔融は炉心の崩壊熱密度の高い箇
所、すなわち運転中の出力密度の高い箇所から開始す
る。出力密度は炉心の中心部が高く、燃料熔融は炉心の
中心部から開始する。このような、熔融物質の流出経路
としては炉心の下方向が有力である。炉心の下方向のパ
スとしては燃料集合体下部の冷却材入口プレナムあるい
は制御棒集合体案内管の冷却材入口プレナムが考えられ
る。一般にこのような事故時では、炉心の下部は冷却材
により冷却されており、炉心の熔融物は冷却固化され、
流路が閉塞されることが想定される。
【0007】従って、仮想事故時に炉心の冷却特性や運
転特性を悪化させることなく熔融燃料を下方に流出させ
るパスを設けることができれば、安全設計上の価値が非
常に大きい。
【0008】本発明の目的は、燃料が熔融損傷を起す仮
想事故でも熔融燃料の集中が防止される高速炉を提供す
ることにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明はウラン,プルトニウム等の核燃料が備えら
れた多数の燃料集合体と、炭化ホウ素等の中性子吸収材
が備えられた多数の制御棒集合体からなる高速炉の炉心
構成で、前記多数の制御棒集合体の少なくとも一部の制
御棒の案内管について、管の側面に複数の開口部を設け
る。これにより、燃料熔融事故を想定した場合に、熔融
燃料がこの開口部を通じて制御棒案内管内に流れ込み、
さらに制御棒案内管内側を通ってエントランスノズル経
由で熔融燃料が炉心冷却材入口プレナムに移行すること
により炉心の熔融燃料が分散され、核的に希釈されるこ
とにより反応度が低下する。
【0010】また、制御棒案内管と隣接する燃料集合体
との間の間隔を大きくとれば、熔融燃料が案内管の表面
で固化しても、表面固化層の外側の熔融燃料が充分に移
動可能な状態で下部に流れて、案内管の開口部を通して
熔融燃料が炉心から排出される。
【0011】本発明の制御棒集合体案内管から構成され
る高速炉の炉心では炉心熔融事故を想定しても全炉心が
熔融プールを形成する以前に、制御棒案内管にあけられ
た孔を通して熔融燃料が制御棒案内管内側に流れ込み、
さらに下方に移動してエントランスノズルを経由して冷
却材炉心入口プレナムに排出されることにより、反応度
が増大することなく原子炉が停止する。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施例に従って説
明する。図1は本発明の高速炉用制御棒集合体1の実施
例1における概略縦断面図である。図1に示す制御棒集
合体1で、制御棒案内管7の内側に制御棒8が挿入され
ており、制御棒の中には中性子吸収体棒9が束ねられて
いる。制御棒8の下端にはダッシュラム10が設置され
ており、これは制御棒案内管7の内側下部に設置された
ダッシュポット11とかみ合うように作られており、制
御棒8が緊急時に急速全挿入されたときの落下エネルギ
を緩和するようにされている。制御棒案内管7の下端に
は冷却材ナトリウムの入口であるエントランスノズル6
が設けられており、ナトリウム13が制御棒案内管7の
内側を上昇し、炉心内の核反応により発生する中性子の
照射により発熱した制御棒8を冷却するように流れてい
る。また、制御棒案内管7の外側には上部スペーサパッ
ド3,中間スペーサパッド4,下部スペーサパッド5が
設けられ、炉心内で隣り合う燃料集合体2との間隔を保
持出来るようになっている。ここで、制御棒案内管7と
隣接する燃料集合体2のラッパ管16の間には上下をそ
れぞれの中間スペーサパッド4と下部スペーサパッド5
により閉じられたナトリウム領域15が存在し、制御棒
案内管7の側面に設けられた開口部12を通じて制御棒
案内管側とつながっている。
【0013】本実施例1における制御棒案内管の外形を
図2に示す。制御棒案内管7の外側に上部スペーサパッ
ド,中間スペーサパッド,下部スペーサパッドが設けら
れているのは図6に示す従来例と同じであるが、中間ス
ペーサパッド4と下部スペーサパッド5の間のダクトは
側面には開口部12があり、エントランスノズル6の内
部とつながっている。図3には制御棒案内管の上記の開
口部を含む領域の構造を示す。制御棒案内管7の下端の
エントランスノズル6より流入したナトリウムは案内管
下部の開口部14を通り制御棒案内管内側とダッシュポ
ットの間のギャップを上昇する。一方、制御棒案内管の
側面に開口部12が設けられており、隣接燃料集合体の
ラッパ管との間で作られるギャップ空間とつながってい
る。開口部の位置は、制御棒全挿入時の中性子吸収体
(発熱体)の軸方向位置以下であるため、充分に制御棒
の冷却が可能である。
【0014】万一、炉心熔融事故が発生した場合には隣
接する燃料集合体の高さ中心位置から熔融が開始され、
燃料集合体ラッパ管も熔融して、熔融物が制御棒案内管
の表面にふれ冷却されながら、案内管の表面に沿って下
部に移動する。この間に、熔融物は案内管に設けられた
孔から案内管の内部に流入し、案内管の内部を下に移動
し、案内管下部から、さらにエントランスノズルの方に
移動する。隣接集合体のラッパ管と制御棒案内管のギャ
ップが十分であるなら、熔融物は制御棒案内管下部側面
に設けられた開口部から案内管内部に流入し、エントラ
ンスノズルを経由して炉心冷却材入口プレナムの方に流
出するために、さらに熔融燃料の炉心からの排出は容易
になる。
【0015】燃料集合体ラッパ管と制御棒案内管のギャ
ップを経由して炉心外に容易に熔融燃料が排出されるた
めには、ギャップでの熔融燃料の再固化による閉塞がな
いことを確認する必要がある。ギャップ中で熔融物が閉
塞を起すかどうかについては、Owen C.Jones,Jr.著,ニ
ュークリア,リアクタ,セイフティ,ヒートトランスフ
ァ,pp.565〜572に記載されているCheung,Baker
やEqstein,Yim,Cheungらによって理論的および実験的に
検討されたモデルで評価出来る。本モデルでは、円管内
に固化した燃料クラストが円管入口部から除々に形成さ
れ、その時の円管長さがある長さ以上では円管内に固化
した燃料で閉塞されてしまう。その時に円管内での融体
の侵入距離Xpとして圧力バランスおよび伝熱バランス
から相関式を求めたものである。
【0016】
【数1】
【0017】圧力差ΔP=1kg/cm2 および案内管温度
700Kとすると、約2mの侵入距離を得るには、円管
径は1.2〜1.3cmの径があればよい結果が得られる。
従って、集合体間のギャップを等価直径で考慮するとし
ても1.2cm 以上のギャップが必要であろう。このよう
に、制御棒案内管に隣接する燃料集合体とのギャップを
充分にとるならば、万一に燃料熔融が生じても熔融物は
容易に集合体下部スペーサパッド位置にまで移動し、そ
こから制御棒案内管内部に熔融燃料が侵入出来るような
開口部があれば、より容易に炉心から熔融燃料を排出さ
せることが出来る。
【0018】図4には、隣接する燃料集合体ラッパ管と
制御棒案内管の間のギャップを大きくした実施例2を示
す。この実施例では、万一の燃料熔融事故で、熔融燃料
は燃料集合体と制御棒案内管の間隙を閉塞を生ずること
なく下方に移動し、最終的には下部の制御棒案内管壁を
溶解させ、熔融燃料はエントランスノズルを経由して炉
心外へ排出される。
【0019】図5に示す実施例3は隣接する燃料集合体
ラッパ管と制御棒案内管の間のギャップを大きくし、か
つ下部スペーサパッド直上の制御棒案内管側面に開口部
を設け、同時にそのギャップへ抜ける開口部と同じ高さ
位置に設けることにより、炉心からの熔融燃料の排出を
より効果的にしたものである。
【0020】
【発明の効果】本発明によれば、高速炉で万一、炉心熔
融事故が発生したとしても熔融燃料が炉心外に排出され
るので核***反応が停止して炉心の異常事象を早期に終
息させることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1による制御棒集合体の縦断面
図。
【図2】実施例1による制御棒案内管の斜視図。
【図3】実施例1による制御棒案内管の部分説明図。
【図4】実施例2による制御棒の縦断面図。
【図5】実施例3による制御棒の縦断面図。
【図6】従来型制御棒案内管の斜視図。
【符号の説明】
1…制御棒集合体、2…燃料集合体、3…上部スペーサ
パッド、4…中間スペーサパッド、5…下部スペーサパ
ッド、6…エントランスノズル、7…制御棒案内管、8
…制御棒、9…中性子吸収体棒、10…ダッシュラム、
11…ダッシュポット、12…制御棒案内管側面開口
部、13…冷却材ナトリウム、15…ギャップ空間、1
6…ラッパ管。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】制御棒案内管の中に制御棒を備えた原子炉
    の制御棒集合体において、上記制御棒案内管に開口部を
    備えたことを特徴とする高速炉の制御棒集合体。
  2. 【請求項2】請求項1において、上記制御棒が中性子吸
    収体からなり、上記制御棒案内管の開口部の位置が炉心
    に装荷された制御棒全挿入時の中性子吸収体の軸方向位
    置より下である高速炉の制御棒集合体。
  3. 【請求項3】請求項1において、上記制御棒案内管に開
    けられた開口部の一つの位置が下部スペーサパッドの直
    上である高速炉の制御棒集合体。
  4. 【請求項4】請求項3において、上記制御棒集合体が炉
    心に装荷された状態で、上記制御棒案内管の外側の下部
    スペーサパッドと中間スペーサパッドの間の上記制御棒
    案内管側面と隣接する上記燃料集合体の側面との間に
    1.2cm 以上の間隔を有する高速炉の制御棒集合体。
  5. 【請求項5】制御棒集合体が炉心に装荷された状態で、
    上記制御棒案内管の外側の下部スペーサパッドと中間ス
    ペーサパッドの間の制御棒案内管側面と隣接する上記燃
    料集合体の側面との間に1.2cm 以上の間隔を有する構
    造を特徴とする高速炉の制御棒集合体。
JP9031699A 1997-02-17 1997-02-17 高速炉の制御棒集合体 Pending JPH10227884A (ja)

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