JP2012220325A - Fast reactor - Google Patents

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光明 山岡
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fast reactor in which the quantity of uranium required for electric energy is reduced rather than a light-water reactor by reducing uranium concentration and long-time operation is enabled without fuel exchange.SOLUTION: A fast reactor comprises a core fuel 25 containing as a main component condensed uranium of which the condensation rate is set within the range of 11% to 13%, a blanket 26 containing as a main component thorium, deteriorated uranium, natural uranium or a combination thereof, a fuel rod 22 in which the blanket 26 (26a, 26b) is disposed above and below the core fuel 25, a fuel assembly 20 in which a plurality of fuel rods 22 are disposed in such a manner that a product of a spatial occupancy ratio of the core fuel 25 in a horizontal cross section and a theoretical density ratio becomes 0.35 or more, and a core section 10 in which a plurality of fuel assemblies 20 are disposed and a ratio (D/H) of a core diameter D to a height H of the core fuel is settled within the range of 4 to 7.

Description

本発明は、高速炉の炉心に関する。   The present invention relates to a core of a fast reactor.

世界的な原子力発電の拡大傾向の中、ウラン資源の需要増大に対処することが重要な課題となっている。低速中性子によりウランを核分裂させる軽水炉に対し、高速増殖炉は、高速中性子によりプルトニウムを増殖させ核燃料とするものである。この高速増殖炉の実用化は、前記した課題の解決策の一つである。   Coping with the increasing demand for uranium resources is an important issue in the global trend of nuclear power generation. In contrast to light water reactors that fission uranium with slow neutrons, fast breeder reactors grow plutonium with fast neutrons as nuclear fuel. The practical application of this fast breeder reactor is one of the solutions to the aforementioned problems.

高速炉は、水を冷却材とする軽水炉と異なり、ナトリウムを冷却材として用いている。これにより核燃料が核分裂して発生した中性子は、エネルギーを落とさずに次の核分裂を起こし、さらにプルトニウムを増殖させる。   Unlike light water reactors that use water as a coolant, fast reactors use sodium as a coolant. As a result, neutrons generated by fission of nuclear fuel cause the next fission without reducing energy, and further propagate plutonium.

これまで開示されている高速炉として次のようなものがある。
濃縮ウランから劣化ウランへ中性子を供給して核分裂性物質を生成し、炉心端部まで燃焼したところで燃料を取り替えて、長期間運転を可能にした高速炉が開示されている(例えば、特許文献1)。
また、反射体により炉心からの中性子漏洩を制御することで長期運転を可能にした高速炉が開示されている(例えば、特許文献2)。
また、炉心中央部に濃縮ウランを、外側にブランケットを配置し、このブランケットにプルトニウムが蓄積したところで、濃縮ウランの集合体とブランケットとの配置を交換する。このように、核分裂性物質が減少した濃縮ウランの集合体の交換を繰り返すことで長期間運転を可能にした高速炉が開示されている(例えば、非特許文献1)。
The following are fast reactors disclosed so far.
A fast reactor is disclosed in which neutrons are supplied from enriched uranium to depleted uranium to generate fissile material, and the fuel is replaced when burned up to the end of the core to enable long-term operation (for example, Patent Document 1). ).
In addition, a fast reactor has been disclosed that enables long-term operation by controlling neutron leakage from the reactor core using a reflector (for example, Patent Document 2).
Further, enriched uranium is disposed in the center of the core, and a blanket is disposed outside. When plutonium is accumulated in the blanket, the arrangement of the enriched uranium aggregate and the blanket is exchanged. Thus, a fast reactor has been disclosed that enables long-term operation by repeatedly exchanging aggregates of enriched uranium with reduced fissile material (eg, Non-Patent Document 1).

特許第3463100号公報Japanese Patent No. 3463100 特許第2892824号公報Japanese Patent No. 2892824

Tyler Ellis et al: “Traveling-Wave Reactors: A Truly Sustainable and Full-Scale Resource for Global Energy Needs”(Paper 10189), Proceedings of ICAPP ’10, San Diego, CA, USA, June 13-17, 2010.Tyler Ellis et al: “Traveling-Wave Reactors: A Truly Sustainable and Full-Scale Resource for Global Energy Needs” (Paper 10189), Proceedings of ICAPP '10, San Diego, CA, USA, June 13-17, 2010.

ところで、プルトニウムの利用が可能な国は限られているために、今後も濃縮ウランの需要は大幅に伸びると考えられている。
そこで、高速炉の実用化がすすめば、ウラン資源の節約が可能と考えられる。しかし、前記した従来の高速炉においては、必要とされるウラン濃縮度が高いために、軽水炉よりも、発電量当りの天然ウラン所要量が増大する課題があった。
これは高速炉では、中性子のエネルギーが高いために、臨界とするのに必要なウラン濃縮度が、軽水炉のときよりも大幅に高くなるためである。
By the way, since the countries where plutonium can be used are limited, it is believed that the demand for enriched uranium will continue to grow significantly.
Therefore, if the fast reactor is put into practical use, it is considered possible to save uranium resources. However, the above-described conventional fast reactor has a problem that the required amount of natural uranium per power generation amount is higher than that of a light water reactor because the required uranium enrichment is high.
This is because in the fast reactor, the energy of neutrons is high, so that the uranium enrichment necessary for the criticality is significantly higher than in the light water reactor.

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、ウラン濃度を低くして軽水炉よりも発電量当りのウラン所要量を少なくするとともに、燃料交換なしで長時間運転が可能な高速炉を提供することを目的とする。   The present invention has been made in consideration of such circumstances, and a fast reactor capable of operating for a long time without fuel replacement while lowering the uranium concentration to reduce the required amount of uranium per power generation compared to a light water reactor. The purpose is to provide.

高速炉において、濃縮度が11%〜13%の範囲に設定された濃縮ウランを主成分とする炉心燃料と、トリウム、劣化ウラン又は天然ウランもしくはこれらの組み合わせを主成分とするブランケットと、前記炉心燃料の上下に前記ブランケットを配置する燃料棒と、水平断面における前記炉心燃料の空間占有率と対理論密度比の積が0.35以上となるように複数の前記燃料棒を配置する燃料集合体と、前記燃料集合体が複数配置されるとともに炉心直径と前記炉心燃料の高さとの比が4〜7の範囲にある炉心部と、を備えることを特徴とする。   In a fast reactor, a core fuel mainly composed of enriched uranium whose enrichment is set in a range of 11% to 13%, a blanket composed mainly of thorium, deteriorated uranium, natural uranium or a combination thereof, and the core A fuel rod in which the blanket is disposed above and below the fuel, and a fuel assembly in which a plurality of the fuel rods are disposed so that a product of a space occupancy ratio and a theoretical density ratio of the core fuel in a horizontal section is 0.35 or more A plurality of the fuel assemblies, and a core portion having a ratio of a core diameter to a height of the core fuel in a range of 4 to 7.

本発明により、ウラン濃度を低くして軽水炉よりも発電量当りのウラン所要量を少なくするとともに、燃料交換なしで長時間運転が可能な高速炉が提供される。   According to the present invention, a fast reactor is provided in which the uranium concentration is lowered to reduce the required amount of uranium per power generation compared to a light water reactor, and it can be operated for a long time without fuel replacement.

本発明に係る高速炉の第1実施形態を示す炉心部の1/6水平断面図。The 1/6 horizontal sectional view of the core part which shows 1st Embodiment of the fast reactor which concerns on this invention. (A)各実施形態における燃料集合体の外観図、(B)燃料棒の縦断面図、(C)燃料棒の水平断面図。(A) External view of fuel assembly in each embodiment, (B) Vertical sectional view of fuel rod, (C) Horizontal sectional view of fuel rod. 第1実施形態における炉心部の縦断面図。The longitudinal cross-sectional view of the core part in 1st Embodiment. 炉心直径Dと炉心燃料の高さHとの比がそれぞれ1.67(比較例)及び6.67(実施例)である場合の運転期間に対する実効増倍率を示すグラフ。The graph which shows the effective multiplication factor with respect to the operation period in case the ratio of the core diameter D and the height H of the core fuel is 1.67 (comparative example) and 6.67 (example), respectively. 炉心直径と炉心燃料の高さとの比(D/H)に対し、実効増倍率の変動量を示すグラフ。The graph which shows the variation | change_quantity of an effective multiplication factor with respect to ratio (D / H) of a core diameter and the height of a core fuel. 炉心直径と炉心燃料の高さとの比(D/H)に対し、初期臨界を達成させるのに必要なウラン濃縮度を示すグラフ。The graph which shows the uranium enrichment required in order to achieve initial criticality with respect to ratio (D / H) of a core diameter and the height of a core fuel. 第2実施形態に係る高速炉で用いられる燃料棒の縦断面図。The longitudinal cross-sectional view of the fuel rod used with the fast reactor which concerns on 2nd Embodiment. 第2実施形態の高速炉における炉心部の縦断面図。The longitudinal cross-sectional view of the core part in the fast reactor of 2nd Embodiment. 第3実施形態の高速炉における炉心部の縦断面図。The longitudinal cross-sectional view of the core part in the fast reactor of 3rd Embodiment. (A)第1実施形態の高速炉における炉心部の径方向出力分布を示すグラフ、(B)第1実施形態の高速炉において炉心部内側よりも外側のウラン濃度を高くした場合の径方向出力分布を示すグラフ、(C)第3実施形態の高速炉における炉心部の径方向出力分布を示すグラフ。(A) Graph showing the radial power distribution of the core in the fast reactor of the first embodiment, (B) Radial power when the uranium concentration outside the core is increased in the fast reactor of the first embodiment. The graph which shows distribution, (C) The graph which shows the radial direction power distribution of the core part in the fast reactor of 3rd Embodiment. (A)第4実施形態の高速炉における炉心部の縦断面図、(B)第1実施形態及び第4実施形態の高速炉における炉心部の径方向出力分布を示すグラフ。(A) The longitudinal cross-sectional view of the core part in the fast reactor of 4th Embodiment, (B) The graph which shows radial direction power distribution of the core part in the fast reactor of 1st Embodiment and 4th Embodiment. 第5実施形態の高速炉における燃料集合体の移動方法の説明図。Explanatory drawing of the movement method of the fuel assembly in the fast reactor of 5th Embodiment. 比較例として高速炉の従来形態を示す炉心部の1/6水平断面図。The 1/6 horizontal sectional view of the core which shows the conventional form of a fast reactor as a comparative example.

本発明の実施形態を説明するのに先立って、比較例として従来の高速炉を説明する。
図13は、従来の高速炉の炉心部35の中心Oで交わる半径で区画された1/6水平断面を示している。そして、表1の比較例1の欄にこの従来の高速炉の仕様を示す。
この高速炉は、電気出力が約30万kWeの原型炉級高速炉である。その炉心35は、ウラン濃縮度が内側と外側で異なる燃料集合体30と、出力調整用の制御棒31と、炉停止用の制御棒32と、径方向ブランケット34と、径方向反射体33とから構成されている。また、図示を省略しているが、燃料集合体30に配置されている炉心燃料の上下には軸方向ブランケットが設けられている。
Prior to describing the embodiment of the present invention, a conventional fast reactor will be described as a comparative example.
FIG. 13 shows a 1/6 horizontal section defined by a radius that intersects the center O of the core portion 35 of the conventional fast reactor. And the specification of this conventional fast reactor is shown in the column of Comparative Example 1 in Table 1.
This fast reactor is a prototype reactor-type fast reactor having an electrical output of about 300,000 kWe. The core 35 includes a fuel assembly 30 having different uranium enrichments on the inside and outside, a control rod 31 for power adjustment, a control rod 32 for stopping the reactor, a radial blanket 34, and a radial reflector 33. It is composed of Although not shown, axial blankets are provided above and below the core fuel disposed in the fuel assembly 30.

燃料集合体30に配置されている炉心燃料のウラン濃縮度は、中心Oに向かって内側と外側でそれぞれ24%,30%である。そして、約5ヶ月の運転サイクルごとに5分の1の燃料を交換する。そして、従来の高速炉における発電量あたり天然ウラン所要量は、130万kWe軽水炉の約4倍となる。   The uranium enrichment of the core fuel disposed in the fuel assembly 30 is 24% and 30%, respectively, toward the center O on the inside and outside. Then, one fifth of the fuel is changed every operation cycle of about 5 months. The required amount of natural uranium per power generation in the conventional fast reactor is about four times that of the 1.3 million kWe light water reactor.

これは130万kWe軽水炉(ウラン濃縮度約4%)に比べて、従来の高速炉(ウラン濃縮度が炉心平均で約26%)では、要求されるウラン濃縮度を達成するのに必要な天然ウランが多くなるためである。この理由は、高速炉では、中性子スペクトルが硬いため、核分裂を起こす割合が軽水炉よりも小さく、原子炉を臨界とするためのU−235を軽水炉よりも多く必要とするからである。   This is compared to the 1.3 million kWe light water reactor (uranium enrichment of about 4%), and the conventional fast reactor (uranium enrichment is about 26% on the core average) has the natural nature required to achieve the required uranium enrichment. This is because uranium increases. This is because in a fast reactor, the neutron spectrum is hard, so the rate of fission is smaller than in a light water reactor, and more U-235 is required to make the reactor critical.

(第1実施形態)
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図1は、第1実施形態における高速炉の炉心部10の中心Oで交わる半径で区画された1/6水平断面を示している。
表1の実施例1の欄に示すように、この高速炉の熱出力と電気出力はそれぞれ750MWth及び300MWeである。
炉心部10は、濃縮ウランが装荷されている燃料集合体20と、出力調整用の制御棒11と、炉停止用の制御棒12と、径方向反射体13とから構成されている。
(First embodiment)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows a 1/6 horizontal section defined by a radius that intersects the center O of the core 10 of the fast reactor according to the first embodiment.
As shown in the column of Example 1 in Table 1, the heat output and electric output of this fast reactor are 750 MWth and 300 MWe, respectively.
The core section 10 includes a fuel assembly 20 loaded with enriched uranium, a control rod 11 for adjusting power, a control rod 12 for stopping the reactor, and a radial reflector 13.

図2(A)は、各実施形態における燃料集合体の外観図を示し、図2(B)は燃料棒の縦断面図を示し、図2(C)は燃料棒の水平断面図を示している。
図2に示すように、高速炉は、濃縮度が11%〜13%の範囲に設定された濃縮ウランを主成分とする炉心燃料25と、トリウム、劣化ウラン又は天然ウランもしくはこれらの組み合わせを主成分とするブランケット26と、炉心燃料25の上下にブランケット26(26a,26b)を配置する燃料棒22と、水平断面における炉心燃料25の空間占有率と対理論密度比の積が0.35以上となるように複数の燃料棒22を配置する燃料集合体20と、燃料集合体20が複数配置されるとともに炉心直径Dと炉心燃料の高さHとの比(D/H)が4〜7の範囲にある炉心部10(図3)と、を備えている。
2A is an external view of the fuel assembly in each embodiment, FIG. 2B is a longitudinal sectional view of the fuel rod, and FIG. 2C is a horizontal sectional view of the fuel rod. Yes.
As shown in FIG. 2, the fast reactor mainly includes core fuel 25 mainly composed of enriched uranium whose enrichment is set in the range of 11% to 13% and thorium, deteriorated uranium, natural uranium, or a combination thereof. The product of the blanket 26 as a component, the fuel rod 22 in which the blanket 26 (26a, 26b) is arranged above and below the core fuel 25, and the space occupation ratio and the theoretical density ratio of the core fuel 25 in a horizontal section is 0.35 or more. A fuel assembly 20 in which a plurality of fuel rods 22 are disposed so that a plurality of fuel assemblies 20 are disposed, and a ratio (D / H) between the core diameter D and the core fuel height H is 4-7. And a core portion 10 (FIG. 3) in the range of.

燃料集合体20は、ラッパ管とよばれる六角形の中空管21に、燃料棒22を、多数(271本)束ねて収納したものである。
燃料棒22は、外径14mm、内径12mmの中空の被覆管23の中央部に高さ60cmの炉心燃料25、その上下にそれぞれ高さ60cmのブランケット26(26a,26b)が配置されている。そして、上部のブランケット26bの上にはガスプレナム27が配置され、燃料棒22の下端と上端は端栓24(24a,24b)で密封されている。
なお、実施例の燃料棒22の外径及び内径は、比較例の二倍になっている。
The fuel assembly 20 is obtained by bundling a large number (271) of fuel rods 22 in a hexagonal hollow tube 21 called a trumpet tube.
In the fuel rod 22, a core fuel 25 having a height of 60 cm is arranged at the center of a hollow cladding tube 23 having an outer diameter of 14 mm and an inner diameter of 12 mm, and blankets 26 (26a, 26b) having a height of 60 cm are arranged above and below the fuel. A gas plenum 27 is disposed on the upper blanket 26b, and the lower and upper ends of the fuel rods 22 are sealed with end plugs 24 (24a, 24b).
In addition, the outer diameter and inner diameter of the fuel rod 22 of the embodiment are twice that of the comparative example.

炉心燃料25は、ウラン濃縮度12%(重量割合)の金属形態のウランとジルコニウムをそれぞれ重量割合9:1で混合した合金燃料である。
ここで、ウラン濃縮度の好ましい範囲は、11%〜13%であり、濃縮度が11%より低いと初期臨界に到達するのが困難になり、濃縮度が13%より高いとウラン所要量の低減を図る目的に反することになる。
The core fuel 25 is an alloy fuel in which uranium enriched with a uranium enrichment of 12% (weight ratio) and zirconium in a weight ratio of 9: 1 are mixed.
Here, the preferable range of uranium enrichment is 11% to 13%. When the enrichment is lower than 11%, it becomes difficult to reach the initial criticality, and when the enrichment is higher than 13%, the uranium required amount is reduced. This is contrary to the purpose of reduction.

ブランケット26は、天然ウランよりも低濃縮度である濃縮度0.2%(重量割合)の金属形態の劣化ウランとジルコニウムをそれぞれ重量割合9:1で混合したものである。このブランケット26は、核分裂はほとんどおこさないが中性子を捕獲してプルトニウムを増殖する。   The blanket 26 is obtained by mixing a metal form of depleted uranium having a concentration of 0.2% (weight ratio), which is lower than natural uranium, and zirconium in a weight ratio of 9: 1. The blanket 26 hardly causes fission, but captures neutrons and grows plutonium.

そして、ウランに対するジルコニウムの重量割合は、前記した比率で炉心部10の水平断面を均一に設定するほかに、炉心部10の径方向外側を小さく設定する場合がある。
つまり、実施例1では、すべての炉心燃料25及びブランケット26において、ウラン−ジルコニウム組成におけるジルコニウムの重量割合を10%としたが、径方向内側の燃料集合体20ではジルコニウムの重量割合10%とし、径方向外側の燃料集合体20ではジルコニウムの重量割合5%と低く設定してもよい。これにより、径方向外側の炉心燃料25では核分裂性物質であるウランが多くなるため、その領域の出力が相対的に増大する。これにより、径方向炉心出力分布の平坦化を図ることができる。
The weight ratio of zirconium to uranium may be set to be small on the radially outer side of the core portion 10 in addition to setting the horizontal section of the core portion 10 to be uniform with the above-described ratio.
That is, in Example 1, the weight ratio of zirconium in the uranium-zirconium composition was 10% in all the core fuels 25 and blankets 26, but the weight ratio of zirconium was 10% in the radially inner fuel assembly 20, In the radially outer fuel assembly 20, the weight ratio of zirconium may be set as low as 5%. Thereby, in the core fuel 25 on the radially outer side, uranium, which is a fissile material, is increased, and the output in that region is relatively increased. Thereby, the radial core power distribution can be flattened.

また、ブランケット26は、前記した組成に限定されることはなく、トリウム、トリウムと劣化ウランの混合体、またはトリウムと天然ウランの混合体とすることができる。トリウムは、核分裂しないが、ウランと同様に中性子を吸収して核分裂性物質を生成する。   The blanket 26 is not limited to the above-described composition, and may be thorium, a mixture of thorium and deteriorated uranium, or a mixture of thorium and natural uranium. Thorium does not fission, but it absorbs neutrons and produces fissile material, just like uranium.

表2に炉心燃料25の代表的な組成及び物性値について記す。
炉心燃料25及びブランケット26は、ウランが実施例1に記載したような金属形態である場合に限定されず、窒化物、炭化物及び珪化物のうちいずれかにすることもできる。
Table 2 shows typical composition and physical property values of the core fuel 25.
The core fuel 25 and the blanket 26 are not limited to the case where uranium is in the metal form as described in the first embodiment, and may be any one of nitride, carbide, and silicide.

表1に、実施例2として、窒化物燃料を使用した高速炉の炉心部の仕様を示す。
窒化物燃料の特徴は、金属燃料と同様に、酸化物燃料よりも燃料単位体積当たりのウラン重量が大きいことである。実施例2は、実施例1に比べて、ウラン濃縮度が高くなる結果、発電量当たりの天然ウラン所要量が若干大きくなる(0.5→0.6)。
実施例1,2では、軽水炉の場合に比べ、発電量当たりの天然ウラン所要量を半分程度にすることができる。さらに50年の長期運転が可能となる。
炭化物燃料、珪化物燃料、酸化物燃料については、詳細な仕様の記載を省略するが、燃料単位体積当たりのウラン重量が大きいので、金属や窒化物と同様の炉心特性を得ることができる。
Table 1 shows the specifications of the core of a fast reactor using nitride fuel as Example 2.
A feature of nitride fuel is that, like metal fuel, uranium weight per unit volume of fuel is larger than that of oxide fuel. In Example 2, the uranium enrichment becomes higher than that in Example 1, and as a result, the required amount of natural uranium per power generation amount is slightly increased (0.5 → 0.6).
In Examples 1 and 2, the required amount of natural uranium per power generation can be reduced to about half compared to the case of a light water reactor. Furthermore, long-term operation of 50 years becomes possible.
Detailed specifications of the carbide fuel, silicide fuel, and oxide fuel are omitted, but since the uranium weight per unit volume of fuel is large, the core characteristics similar to those of metal and nitride can be obtained.

図2(C)の水平断面図に示すように燃料棒22は、棒状の炉心燃料25の外径に対し、被覆管23の内径が大きく設定されている。これにより、照射により膨張する炉心燃料25の逃げのスペースが被覆管23との間に形成される。この被覆管23の内径で定められる断面積において炉心燃料25は約75%を占めており、残りの25%のスペースにはナトリウムが充填されている。   As shown in the horizontal cross-sectional view of FIG. 2C, the fuel rod 22 has a larger inner diameter of the cladding tube 23 than the outer diameter of the rod-shaped core fuel 25. Thereby, a space for escape of the core fuel 25 that expands by irradiation is formed between the cladding tube 23 and the space. In the cross-sectional area defined by the inner diameter of the cladding tube 23, the core fuel 25 occupies about 75%, and the remaining 25% space is filled with sodium.

実施例1において、水平断面に占める燃料棒22の空間占有率は約38%である。なお、実施例1の炉心燃料25は、金属形態であるので対理論密度比は1である。残りの62%は被覆管23やラッパ管21の構造材と、被覆管23の内部に充填されたナトリウムやラッパ管21の内部及び外部を冷却するナトリウムとで占められる。
なお、水平断面における炉心燃料25の空間占有率と対理論密度比の積の好ましい範囲は0.35以上である。この値が0.35より小さいと低いウラン濃縮度で炉心を臨界とするのが困難となる。
In the first embodiment, the space occupation ratio of the fuel rods 22 in the horizontal section is about 38%. In addition, since the core fuel 25 of Example 1 is a metal form, its theoretical density ratio is 1. The remaining 62% is occupied by the structural material of the cladding tube 23 and the trumpet tube 21, and sodium filled in the cladding tube 23 and sodium that cools the inside and outside of the trumpet tube 21.
In addition, the preferable range of the product of the space occupancy of the core fuel 25 and the theoretical density ratio in the horizontal cross section is 0.35 or more. If this value is less than 0.35, it becomes difficult to make the core critical with low uranium enrichment.

ここで、比較例と実施例1とを対比すると、燃料組成が比較例では二酸化ウラン等の酸化物であるのに対し実施例1では金属ウランである点で相違する。
酸化物燃料と金属燃料を比較すると、単位体積当たりの燃料重量は金属燃料の方が1.3倍であり、さらに空間占有率と対理論密度比の積も約1.3倍であるため、燃料集合体の単位断面積当たりに含まれるウラン重量が約1.7倍となる。
Here, when the comparative example and the example 1 are compared, the fuel composition is different in that the fuel composition is an oxide such as uranium dioxide in the comparative example, whereas the fuel composition is the metal uranium in the example 1.
Compared with oxide fuel and metal fuel, the weight of fuel per unit volume is 1.3 times that of metal fuel, and the product of space occupancy and theoretical density ratio is also about 1.3 times. The weight of uranium contained per unit cross-sectional area of the fuel assembly is about 1.7 times.

なお、実施例1において燃料の空間占有率が大きいのは、燃料棒22の直径が従来例の場合よりも大きいため、相対的に構造材や冷却材の空間占有率が小さくなることに関連している。   In the first embodiment, the reason why the fuel space occupation ratio is large is related to the fact that the space occupation ratio of the structural material and the coolant is relatively small because the diameter of the fuel rod 22 is larger than that in the conventional example. ing.

このように、燃料集合体20の単位断面積当たりに含まれるウラン重量を増大させることにより、炉心を臨界とするのに必要なウラン濃縮度を低減することができる。
なお、比較例の燃料を単に酸化物燃料から金属燃料に変更しただけでは、燃料集合体の単位断面積当たりに含まれるウラン重量の増大は約1.3倍にとどまる。
Thus, by increasing the weight of uranium contained per unit cross-sectional area of the fuel assembly 20, the uranium enrichment necessary for making the core critical can be reduced.
If the fuel of the comparative example is simply changed from the oxide fuel to the metal fuel, the increase in the weight of uranium contained per unit cross-sectional area of the fuel assembly is only about 1.3 times.

次に、炉心部10における炉心直径Dと炉心燃料の高さHの関係について検討する。
図3は、炉心部10の縦断面を示し、炉心燃料25及びブランケット26の領域以外のラッパ管21、燃料棒22、冷却材等の構造物の記載を省略している。
各実施形態において、炉心直径Dと炉心燃料の高さHとの比(D/H)は、4〜7の範囲に設定されている。ここでD/Hが4よりも小さいと、後述するように実効増倍率の変動量が大きくなる(図5)。そして、D/Hが7よりも大きいと、後述するように初期臨界を達成させるのに必要なウラン濃縮度を高くする必要がある(図6)。
Next, the relationship between the core diameter D and the core fuel height H in the core 10 will be examined.
FIG. 3 shows a longitudinal section of the core 10, and illustrations of structures such as the trumpet tube 21, the fuel rod 22, and the coolant other than the region of the core fuel 25 and the blanket 26 are omitted.
In each embodiment, the ratio (D / H) between the core diameter D and the core fuel height H is set in the range of 4-7. Here, if D / H is smaller than 4, the variation amount of the effective multiplication factor increases as will be described later (FIG. 5). If D / H is larger than 7, it is necessary to increase the uranium enrichment necessary to achieve the initial criticality as described later (FIG. 6).

実施例1では、燃料棒22の直径が、比較例よりも大きいため、燃料集合体20のサイズが大きくなる。このため、実施例1は、燃料集合体20の数が比較例と同一の198本であるが、炉心直径Dは従来例の200cmよりも大きい約400cmとなる。
このために、炉心直径Dと炉心燃料の高さHの比(D/H)が、比較例では200/100=2であるのに対し、実施例1では400/60=6.67と大きくなる。
この差異に基づき、後述する理由により、実施例1の高速炉では燃料交換をせずに50年間運転することが可能となる。
In Example 1, since the diameter of the fuel rod 22 is larger than that of the comparative example, the size of the fuel assembly 20 is increased. Therefore, in Example 1, the number of fuel assemblies 20 is 198, which is the same as that of the comparative example, but the core diameter D is about 400 cm, which is larger than 200 cm of the conventional example.
For this reason, the ratio (D / H) of the core diameter D and the core fuel height H (D / H) is 200/100 = 2 in the comparative example, but is large at 400/60 = 6.67 in the first embodiment. Become.
Based on this difference, the fast reactor of Example 1 can be operated for 50 years without refueling for the reasons described later.

図4のグラフは、炉心直径Dと炉心燃料の高さHとの比がそれぞれ1.67(比較例2)及び6.67(実施例1)である場合、横軸に運転期間(年)をとり縦軸に実効増倍率の変化を計算した結果である。
このグラフは、全ての制御棒を引き抜いた条件で計算されている。実施例1の実効増倍率は、50年間の運転において、臨界である1を若干上回る程度の極めて少ない変動といえる。このために、実施例1では、制御棒のわずかな操作により50年間運転することが可能である。
一方、比較例2(D/H=1.67;D=250,H=150)では、運転15年まで実効増倍率が増大し、その後減少して運転40年で実行増倍率が1を下回り、実施例1と比較して臨界状態の安定性に欠ける挙動を示している。
In the graph of FIG. 4, when the ratio of the core diameter D to the core fuel height H is 1.67 (Comparative Example 2) and 6.67 (Example 1), respectively, the operation period (year) is plotted on the horizontal axis. Is the result of calculating the change in effective multiplication factor on the vertical axis.
This graph is calculated under the condition that all control rods are pulled out. The effective multiplication factor of Example 1 can be said to be extremely small fluctuations that are slightly higher than the critical value 1 in 50 years of operation. For this reason, in Example 1, it is possible to drive for 50 years by a slight operation of the control rod.
On the other hand, in Comparative Example 2 (D / H = 1.67; D = 250, H = 150), the effective multiplication factor increases until 15 years of operation, and then decreases and the effective multiplication factor falls below 1 in 40 years of operation. Compared with Example 1, it shows a behavior that lacks stability in the critical state.

図5のグラフは、炉心燃料の体積を一定とした条件で、横軸に炉心直径Dと炉心燃料の高さHとの比(D/H)をとり、縦軸に50年間における実効増倍率の変動量を示したものである。
このグラフから、炉心直径Dと炉心燃料の高さHとの比(D/H)を4〜9とすることにより、実効増倍率の変化が小さくなることが判る。つまり、実施例1の炉心部10における炉心燃料25の形状は、炉心直径D=400cm、炉心燃料の高さH=60cmといった扁平形状であるために、軸方向(上下)のブランケット26(26a,26b)に向かう中性子の量が増大する。このため、ブランケット26において、U-238からプルトニウムへの変換量が増大し、炉心燃料25におけるU-235の燃焼量の減少を相殺することになる。このため、実施例1では、長期に渡って臨界状態が安定的に維持されることになる。
In the graph of FIG. 5, the ratio of the core diameter D to the height H of the core fuel (D / H) is taken on the horizontal axis under the condition that the core fuel volume is constant, and the effective multiplication factor in 50 years is taken on the vertical axis. It shows the amount of fluctuation.
From this graph, it can be seen that when the ratio (D / H) of the core diameter D to the core fuel height H is 4 to 9, the change in the effective multiplication factor becomes small. That is, the shape of the core fuel 25 in the core portion 10 of the first embodiment is a flat shape such as the core diameter D = 400 cm and the core fuel height H = 60 cm. Therefore, the blanket 26 (26a, The amount of neutrons going to 26b) increases. For this reason, in the blanket 26, the amount of conversion from U-238 to plutonium increases, and the decrease in the amount of combustion of U-235 in the core fuel 25 is offset. For this reason, in Example 1, a critical state is stably maintained over a long period of time.

一方、比較例2において、実施例1よりも臨界状態の安定性が欠ける理由は、炉心直径Dと炉心燃料の高さHの比(D/H)が小さいために、炉心燃料25から軸方向(上下)のブランケット26(26a,26b)に向かう中性子の量が少なくなるためと考えられる。   On the other hand, in Comparative Example 2, the reason why the stability in the critical state is less than in Example 1 is that the ratio (D / H) of the core diameter D to the height H of the core fuel is small. This is thought to be because the amount of neutrons toward the (upper and lower) blankets 26 (26a, 26b) decreases.

図6のグラフは、炉心燃料の体積を一定とした条件で、炉心直径Dと炉心燃料の高さHとの比(D/H)に対し、初期臨界を達成させるのに必要なウラン濃縮度を示している。
このグラフに示すように、D/H比が小さくなるに従い初期臨界を達成させるのに必要なウラン濃縮度は単調減少する。
比較例2(D/H=1.67)の場合、初期臨界を達成させるのに必要なウラン濃縮度は約11%である。このウラン濃縮度が低いほど、U−235/U−238の比が小さくなるために、炉心燃料25におけるU−235の消費量に対する炉心部10におけるU−238からプルトニウムへの変換量が増大する。
The graph of FIG. 6 shows the uranium enrichment necessary to achieve the initial criticality with respect to the ratio (D / H) between the core diameter D and the core fuel height H under the condition that the core fuel volume is constant. Is shown.
As shown in this graph, the uranium enrichment necessary to achieve the initial criticality decreases monotonically as the D / H ratio decreases.
In the case of Comparative Example 2 (D / H = 1.67), the uranium enrichment necessary to achieve the initial criticality is about 11%. The lower the uranium enrichment, the smaller the U-235 / U-238 ratio. Therefore, the amount of conversion from U-238 to plutonium in the core 10 relative to the amount of U-235 consumed in the core fuel 25 increases. .

これにより、比較例2(D/H=1.67)では、図4に示すように、初期の実効増倍率が増大する傾向を示す。しかし、軸方向のブランケット26に向かう中性子の量が少なく、この領域でのプルトニウム生成が少なくなる。このために、長期的にはプルトニウムの生成量が不足し、実効増倍率はピークを迎えた後に次第に減少していく傾向を示し、運転40年以降は臨界に至らず運転不能となる。   Thereby, in the comparative example 2 (D / H = 1.67), as shown in FIG. 4, the initial effective multiplication factor tends to increase. However, the amount of neutrons going to the axial blanket 26 is small, and plutonium production in this region is small. For this reason, in the long term, the amount of plutonium produced is insufficient, and the effective multiplication factor tends to gradually decrease after reaching a peak.

図5より、実効増倍率の変動量を最小化するには、炉心直径Dと炉心燃料の高さHとの比(D/H)を4〜9程度とするのが良い。一方、図6からは、ウラン濃縮度を低減するには炉心直径Dと炉心燃料の高さHとの比(D/H)ができるだけ小さい方が良い。
そこで、実効増倍率の変動量の最小化とウラン濃縮度の低減とを両立させるため、炉心直径と炉心燃料の高さとの比(D/H比)を4〜7の範囲に設定する。
この範囲の設定の根拠は、実効増倍率の変動量が最小化する炉心直径Dと炉心燃料の高さHとの比(D/H=7)を上限とし、ウラン濃縮度の低減と実効増倍率の変動量の低減が両立する炉心直径Dと炉心燃料の高さHとの比の小さい側(D/H=4)を下限に選定したことによる。
From FIG. 5, in order to minimize the fluctuation amount of the effective multiplication factor, the ratio (D / H) between the core diameter D and the core fuel height H is preferably about 4 to 9. On the other hand, from FIG. 6, in order to reduce the uranium enrichment, the ratio (D / H) between the core diameter D and the core fuel height H should be as small as possible.
Therefore, in order to achieve both the minimization of the fluctuation amount of the effective multiplication factor and the reduction of the uranium enrichment, the ratio (D / H ratio) between the core diameter and the core fuel height is set in the range of 4-7.
The reason for setting this range is that the upper limit is the ratio of the core diameter D to the height H of the core fuel (D / H = 7) that minimizes the fluctuation amount of the effective multiplication factor. This is because the smaller side (D / H = 4) of the ratio between the core diameter D and the core fuel height H, which is compatible with the reduction of the variation in magnification, is selected as the lower limit.

表1に示すように、発電量当りの天然ウラン所要量を、電気出力130万kW級軽水炉において1とした場合、実施例1では0.5に低下している。さらに臨界とするのに必要なウラン濃縮度を比較例1(炉心平均26%)と比較しても、実施例1では12%と小さいことが判る。さらに、運転サイクルを比較しても、比較例1が0.5年であるのに対し、実施例1では50年と長い。   As shown in Table 1, when the required amount of natural uranium per power generation is set to 1 in a 1.3 million kW class light water reactor with an electric output, it is reduced to 0.5 in Example 1. Further, even when the uranium enrichment necessary for the criticality is compared with Comparative Example 1 (core average 26%), it can be seen that Example 1 has a small value of 12%. Further, even when the operation cycles are compared, Comparative Example 1 is 0.5 years, while Example 1 is as long as 50 years.

以上より、実施形態に係る高速炉では、従来の軽水炉や高速炉よりも天然ウランの節約が可能で燃料コストの大幅な低減も可能である。さらに、最初に装荷した燃料だけで燃料交換せずに50年間運転できるため、稼働率の向上や運転の簡素化に貢献する。   As described above, in the fast reactor according to the embodiment, natural uranium can be saved and the fuel cost can be greatly reduced as compared with the conventional light water reactor and fast reactor. Furthermore, since it can be operated for 50 years using only the fuel loaded first without changing the fuel, it contributes to an improvement in operating rate and simplification of operation.

(第2実施形態)
図7は、第2実施形態に係る高速炉で用いられる燃料棒22の縦断面図である。図8は、第2実施形態の高速炉における炉心部10の縦断面図である。図7及び図8において図2(B)及び図3と同一又は相当する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 7 is a longitudinal sectional view of the fuel rod 22 used in the fast reactor according to the second embodiment. FIG. 8 is a longitudinal sectional view of the core 10 in the fast reactor according to the second embodiment. 7 and 8, the same or corresponding parts as those in FIGS. 2B and 3 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

第2実施形態では、図7に示すように、燃料棒22は、炉心燃料25(25a,25b)の各々が、軸方向においてブランケット26(26a,26b,26c)に挟まれて2段となっている。
そして、図8に示すように、炉心部10を縦断面視した場合、炉心燃料25(25a,25b)の層が複数形成され(図面では2層)、各々の炉心燃料25の層の上下にブランケット26(26a,26b,26c)の層が形成されている。
そして、炉心直径Dと各々の炉心燃料25の高さHとの比(D/H)が4〜7の範囲に設定されている。
In the second embodiment, as shown in FIG. 7, the fuel rod 22 has two stages in which each of the core fuels 25 (25a, 25b) is sandwiched between blankets 26 (26a, 26b, 26c) in the axial direction. ing.
As shown in FIG. 8, when the core 10 is viewed in a longitudinal section, a plurality of layers of core fuel 25 (25a, 25b) are formed (two layers in the drawing), and above and below each layer of the core fuel 25. A layer of the blanket 26 (26a, 26b, 26c) is formed.
The ratio (D / H) between the core diameter D and the height H of each core fuel 25 is set in the range of 4-7.

このように構成される第2実施形態の高速炉では、第1実施形態と同様に50年の長期運転を可能にしつつ、発電量当たりの天然ウラン所要量を軽水炉の半分程度にすることができる。さらに、炉心直径Dを増大させることなく、高速炉の出力を2倍に増大することができる。   In the fast reactor according to the second embodiment configured as described above, the required amount of natural uranium per power generation amount can be reduced to about half that of a light water reactor while enabling long-term operation for 50 years as in the first embodiment. . Furthermore, the output of the fast reactor can be doubled without increasing the core diameter D.

(第3実施形態)
図9は、第3実施形態の高速炉における炉心部の縦断面図である。なお、図9において図3と同一又は相当する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。
第3実施形態の高速炉では、炉心部10の径方向外側において炉心燃料25が高く設定されている。
つまり、図9に示すように、炉心燃料の高さH1=70cmの炉心燃料25cを炉心部10の外側に配置し、炉心燃料の高さH2=50cmの炉心燃料25dを炉心部10の内側に配置する。
(Third embodiment)
FIG. 9 is a longitudinal sectional view of a core part in the fast reactor of the third embodiment. 9 that are the same as or correspond to those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
In the fast reactor of the third embodiment, the core fuel 25 is set high on the radially outer side of the core section 10.
That is, as shown in FIG. 9, the core fuel 25 c with the core fuel height H 1 = 70 cm is arranged outside the core portion 10, and the core fuel 25 d with the core fuel height H 2 = 50 cm is placed inside the core portion 10. Deploy.

第1実施形態(図3)の高速炉によれば、径方向外側の炉心燃料25から放出される中性子は、外側に漏洩し易いために、径方向外側は径方向内側よりも出力が低下する傾向がある。これに対し、第3実施形態の高速炉によれば、径方向外側の炉心燃料25cから放出される中性子が増加するために径方向出力分布が平坦化する。
比較例1で示した従来例では、表1に示すように、ウラン濃縮度が内側24%に対し外側30%に増加させていた。この比較例1では、燃焼初期では出力は平坦化するが、運転が長期化すると、ウラン濃縮度の高い外側において核分裂性物質の消費が増加する。その結果、炉心部10の外側の出力が低下し、相対的に内側の出力が増大して、出力分布に大きな変動をもたらす。
According to the fast reactor of the first embodiment (FIG. 3), since neutrons emitted from the core fuel 25 on the radially outer side are likely to leak to the outside, the output on the radially outer side is lower than that on the radially inner side. Tend. On the other hand, according to the fast reactor of the third embodiment, the neutron emitted from the core fuel 25c on the radially outer side increases, so that the radial power distribution is flattened.
In the conventional example shown in Comparative Example 1, as shown in Table 1, the uranium enrichment was increased from the inner 24% to the outer 30%. In Comparative Example 1, the output is flattened at the early stage of combustion, but when the operation is prolonged, the consumption of fissile material increases outside the uranium enrichment. As a result, the output on the outer side of the core 10 is reduced, the output on the inner side is relatively increased, and the output distribution is greatly changed.

これに対し、第3実施形態では、ウラン濃縮度を一種類とするが、径方向外側の炉心燃料の高さH1を、内側の炉心燃料の高さH2よりも高くすることで、外側の出力を相対的に増大させることができる。これによって、炉心全体の出力分布の平坦化をはかることができ、さらにウラン濃縮度が均一であるために核分裂性物質の消費も均一となり、運転が長期化しても出力分布はさほど変動しない。   On the other hand, in the third embodiment, the uranium enrichment is one kind, but the outer power is increased by making the height H1 of the core fuel outside in the radial direction higher than the height H2 of the inner core fuel. Can be relatively increased. As a result, the power distribution of the entire core can be flattened. Further, since the uranium enrichment is uniform, the consumption of fissile material is uniform, and the power distribution does not fluctuate much even if the operation is prolonged.

図10(A)のグラフは、第1実施形態の高速炉における炉心部10の径方向出力分布を示し、図10(B)のグラフは、第1実施形態の高速炉の径方向内側よりも外側においてウラン濃度が高くなるようにした場合の径方向出力分布を示している。
ここで、横軸の番号1は炉心部10の中心O(図1)における制御棒11の位置を示し、番号2以降はそれぞれ燃料集合体20の位置を示している。
The graph of FIG. 10A shows the radial power distribution of the core 10 in the fast reactor of the first embodiment, and the graph of FIG. 10B is more than the radially inner side of the fast reactor of the first embodiment. The radial output distribution when the uranium concentration is increased on the outer side is shown.
Here, the number 1 on the horizontal axis indicates the position of the control rod 11 at the center O (FIG. 1) of the core 10, and the numbers after the number 2 indicate the position of the fuel assembly 20.

図10(A)に示すように、第1実施形態では、炉心部10の出力分布は、燃焼初期と燃焼末期との間でほとんど変化がないといえる。これに対し、図10(B)では、ウラン濃縮度を二段とした結果、燃焼初期の出力分布は平坦化するが、燃焼末期では内側の出力が低下し外側の出力が増大して平坦化のくずれが観測される。   As shown in FIG. 10 (A), in the first embodiment, it can be said that the power distribution of the core 10 hardly changes between the early stage of combustion and the end stage of combustion. On the other hand, in FIG. 10B, as a result of the uranium enrichment being in two stages, the output distribution at the beginning of combustion is flattened, but at the end of combustion, the inner output decreases and the outer output increases to flatten. Disruption is observed.

図10(C)のグラフは、第3実施形態の高速炉(図9)における燃料集合体の径方向出力分布を示している。
図10(C)に示すように、第3実施形態では、径方向の出力分布の平坦化と、燃焼初期から末期にわたる出力分布の変化抑制とが共に達成されている。このように、第3実施形態では、運転期間全体にわたって出力分布の平坦化を図ることができる。これにより、燃料寿命や燃料健全性に影響を及ぼす最大線出力や燃焼度を低減し、さらに被覆管や燃料の最高温度を低下させることができ、運転期間の長期化に貢献する。
The graph of FIG. 10C shows the radial output distribution of the fuel assembly in the fast reactor (FIG. 9) of the third embodiment.
As shown in FIG. 10C, in the third embodiment, both the flattening of the radial power distribution and the suppression of the change in the power distribution from the initial stage of combustion to the end stage are achieved. Thus, in the third embodiment, the output distribution can be flattened over the entire operation period. As a result, the maximum line output and burnup that affect the fuel life and fuel integrity can be reduced, and the maximum temperature of the cladding tube and fuel can be lowered, contributing to the prolongation of the operation period.

(第4実施形態)
図11(A)は、第4実施形態の高速炉における炉心部の縦断面図である。なお、図11(A)において図3と同一又は相当する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。
第4実施形態の高速炉では、炉心燃料の高さHを一定とし、炉心部10の径方向外側においてブランケット26が高く設定されている。
このように、径方向外側のブランケット26a,26bを内側のブランケット26d,26eよりも高くすることで、炉心燃料25の外側の領域から漏洩する中性子の量を減少させることができる。このため、この外側の領域における出力密度を増大させることができる。
(Fourth embodiment)
FIG. 11A is a longitudinal sectional view of a core portion in a fast reactor according to the fourth embodiment. Note that in FIG. 11A, portions that are the same as or correspond to those in FIG.
In the fast reactor according to the fourth embodiment, the height H of the core fuel is constant, and the blanket 26 is set high on the radially outer side of the core portion 10.
Thus, the amount of neutrons leaking from the region outside the core fuel 25 can be reduced by making the radially outer blankets 26a, 26b higher than the inner blankets 26d, 26e. For this reason, the power density in this outer region can be increased.

図11(B)のグラフは、第4実施形態の高速炉における燃料集合体の径方向出力分布に第1実施形態の結果を重ね書きした結果である。
このように、第4実施形態では、第1実施形態の場合と比較して径方向の集合体出力分布が平坦化されることが判る。
The graph of FIG. 11 (B) is the result of overwriting the result of the first embodiment on the radial power distribution of the fuel assembly in the fast reactor of the fourth embodiment.
Thus, in the fourth embodiment, it can be seen that the aggregate output distribution in the radial direction is flattened as compared with the case of the first embodiment.

(第5実施形態)
図12を参照して、第5実施形態の高速炉における燃料集合体の移動方法を説明する。なお、図12において図1と同一又は相当する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。
第5実施形態の高速炉においては、炉心燃料の燃焼が進んだ後に、燃焼度の高い燃料集合体20を炉心部10の径方向外側へ、燃焼度の低い燃料集合体20を径方向内側へ移動させる。
(Fifth embodiment)
With reference to FIG. 12, the movement method of the fuel assembly in the fast reactor of 5th Embodiment is demonstrated. In FIG. 12, parts that are the same as or correspond to those in FIG.
In the fast reactor of the fifth embodiment, after the combustion of the core fuel proceeds, the fuel assembly 20 with a high burnup is radially outward of the core 10 and the fuel assembly 20 with a low burnup is radially inward. Move.

図12に示されるように、炉心部10は、水平断面視において、中心Oから同心状に(1)〜(4)のゾーンに分類される。そして、予め定められているシャッフリング計画に基づいて、同じゾーンの燃料集合体20をまとめて他のゾーンへ周期的に移動する。
一般に、炉心部10は、径方向内側ほど出力が高いことから、径方向内側に位置する燃料集合体20ほど、燃料寿命を決定付ける燃焼度や照射量が高くなる。このため、一定の燃焼期間が経過した後に、ゾーン1の燃料集合体20をゾーン2へ、ゾーン2のものをゾーン3へ、ゾーン3のものをゾーン4へ、ゾーン4のものをゾーン1へといった具合に移動する。このような移動を定期的に繰り返すことにより、全ての燃料集合体20の燃焼度や照射量を均一化する。
As shown in FIG. 12, the core 10 is classified into the zones (1) to (4) concentrically from the center O in the horizontal sectional view. Then, based on a predetermined shuffling plan, the fuel assemblies 20 in the same zone are collectively moved to another zone.
In general, since the power output of the core portion 10 is higher toward the inner side in the radial direction, the degree of burnup and the amount of irradiation that determine the fuel life are higher as the fuel assembly 20 is positioned at the inner side in the radial direction. For this reason, after a certain period of combustion has elapsed, the fuel assembly 20 of zone 1 is moved to zone 2, the zone 2 is moved to zone 3, the zone 3 is moved to zone 4, and the zone 4 is moved to zone 1. Move like this. By periodically repeating such movement, the burnup and irradiation amount of all the fuel assemblies 20 are made uniform.

本発明は前記した実施形態に限定されるものでなく、共通する技術思想の範囲内において、適宜変形して実施することができる。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be appropriately modified and implemented within the scope of the common technical idea.

Figure 2012220325
Figure 2012220325

Figure 2012220325
Figure 2012220325

10…炉心部、11…出力調整用の制御棒、12…炉停止用の制御棒、13…径方向反射体、20…燃料集合体、21…ラッパ管(中空管)、22…燃料棒、23…被覆管、24…端栓、25(25a,25b,25c,25d)…炉心燃料、26(26a,26b,26c,26d)…ブランケット、27…ガスプレナム、30…燃料集合体、D…炉心直径、H…炉心燃料の高さ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Core part, 11 ... Control rod for power adjustment, 12 ... Control rod for reactor stop, 13 ... Radial reflector, 20 ... Fuel assembly, 21 ... Trumpet tube (hollow tube), 22 ... Fuel rod , 23 ... cladding tube, 24 ... end plug, 25 (25a, 25b, 25c, 25d) ... core fuel, 26 (26a, 26b, 26c, 26d) ... blanket, 27 ... gas plenum, 30 ... fuel assembly, D ... Core diameter, H: Height of core fuel.

Claims (7)

濃縮度が11%〜13%の範囲に設定された濃縮ウランを主成分とする炉心燃料と、
トリウム、劣化ウラン又は天然ウランもしくはこれらの組み合わせを主成分とするブランケットと、
前記炉心燃料の上下に前記ブランケットを配置する燃料棒と、
水平断面における前記炉心燃料の空間占有率と対理論密度比の積が0.35以上となるように複数の前記燃料棒を配置する燃料集合体と、
前記燃料集合体が複数配置されるとともに炉心直径と前記炉心燃料の高さとの比が4〜7の範囲にある炉心部と、を備えることを特徴とする高速炉。
A core fuel whose main component is enriched uranium, the enrichment of which is set in the range of 11% to 13%,
A blanket based on thorium, depleted uranium or natural uranium or a combination thereof;
A fuel rod for placing the blanket above and below the core fuel;
A fuel assembly in which a plurality of the fuel rods are arranged so that a product of a space occupation ratio of the core fuel and a theoretical density ratio in a horizontal section is 0.35 or more;
A fast reactor comprising: a plurality of the fuel assemblies, and a core portion in which a ratio of a core diameter to a height of the core fuel is in a range of 4 to 7.
請求項1に記載の高速炉において、
前記炉心部を縦断面視した場合、
前記炉心燃料の層が複数形成され、各々の前記炉心燃料の層の上下に前記ブランケットの層が形成され、
前記炉心直径と前記各々の炉心燃料の高さとの比が前記4〜7の範囲にあることを特徴とする高速炉。
The fast reactor according to claim 1,
When the longitudinal section of the core is viewed,
A plurality of core fuel layers are formed, and the blanket layers are formed above and below each of the core fuel layers;
The fast reactor, wherein a ratio between the core diameter and the height of each core fuel is in the range of 4 to 7.
請求項1又は請求項2の高速炉において、
前記炉心燃料及び前記ブランケットは、金属、窒化物、炭化物及び珪化物のうち少なくとも一つから構成されることを特徴とする高速炉。
In the fast reactor according to claim 1 or 2,
The fast reactor, wherein the core fuel and the blanket are made of at least one of metal, nitride, carbide and silicide.
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の高速炉において、
前記炉心部の径方向外側において前記炉心燃料の高さが高く設定されることを特徴とする高速炉。
In the fast reactor according to any one of claims 1 to 3,
The fast reactor is characterized in that a height of the core fuel is set high on a radially outer side of the core portion.
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の高速炉において、
前記炉心部の径方向外側において前記ブランケットの高さが高く設定されることを特徴とする高速炉。
In the fast reactor according to any one of claims 1 to 4,
The fast reactor, wherein a height of the blanket is set high on a radially outer side of the core portion.
請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の高速炉において、
前記炉心燃料の燃焼が進んだ後に、燃焼度の高い前記燃料集合体を前記炉心部の径方向外側へ、燃焼度の低い燃料集合体を径方向内側へ移動させることを特徴とする高速炉。
In the fast reactor according to any one of claims 1 to 5,
A fast reactor, wherein after the combustion of the core fuel proceeds, the fuel assembly having a high burnup is moved radially outward of the core portion, and the fuel assembly having a low burnup is moved radially inward.
請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の高速炉において、
前記炉心燃料と前記ブランケットは、ウランがジルコニウムとの合金であり、前記炉心部の径方向外側において前記ジルコニウムの重量割合が小さいことを特徴とする高速炉。
In the fast reactor according to any one of claims 1 to 6,
The core fuel and the blanket are fast reactors characterized in that uranium is an alloy of zirconium and the weight ratio of the zirconium is small outside in the radial direction of the core portion.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2017504034A (en) * 2014-01-31 2017-02-02 ステート・アトミック・エナジー・コーポレーション・ロスアトム・オン・ビハーフ・オブ・ザ・ロシアン・フェデレーションState Atomic Energy Corporation ‘Rosatom’ On Behalf Of The Russian Federation Active area of lead-cooled fast reactor
WO2023113174A1 (en) * 2021-12-16 2023-06-22 한국과학기술원 Molten salt reactor and passive fuel injection method therefor

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