JP2013217832A - Fast reactor core and fuel assembly - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高速炉炉心およびその燃料集合体に関する。 The present invention relates to a fast reactor core and its fuel assembly.
高速炉は燃料の増殖性が高くウラン資源を有効利用できるが、安全性上重要な特性である冷却材ボイド反応度係数が正、すなわち冷却材密度低下反応度係数が正であり、また、高燃焼度化するほどその絶対値も大きくなる。 Fast reactors have high fuel proliferation and can effectively use uranium resources, but the coolant void reactivity coefficient, which is an important safety feature, is positive, that is, the coolant density lowering reactivity coefficient is positive. The absolute value increases as the degree of burnup increases.
ここで、冷却材密度ρがΔρだけ減少した場合に、増倍率kがΔkだけ増加する場合に、冷却材密度低下反応度係数は(Δk/k)/(Δρ/ρ)で与えられ、Δkが正の場合に、冷却材密度低下反応度係数は正である。 Here, when the coolant density ρ decreases by Δρ and the multiplication factor k increases by Δk, the coolant density decrease reactivity coefficient is given by (Δk / k) / (Δρ / ρ), and Δk Is positive, the coolant density reduction reactivity coefficient is positive.
軽水炉と同様に高速炉の設計条件の一つに、炉心温度が増大した場合に負のフィードバック反応度が入ること、すなわち、固有の安全性を有することが求められる。 As with light water reactors, one of the fast reactor design conditions is that negative feedback reactivity is required when the core temperature increases, that is, it has inherent safety.
ここで、固有の安全性とは、自然の物理原理に基づいており、外部からの動力や電源がなくとも機能する安全機能である。具体的には、液体の自然循環あるいは大気の自然対流通風、水の蒸発、物質の熱膨張あるいは重力落下、物質中の熱輻射あるいは蓄圧されたエネルギー等によるものがある。 Here, the intrinsic safety is a safety function that is based on natural physical principles and functions even without external power or power. Specifically, there are those caused by natural circulation of liquid or natural air circulation in the atmosphere, evaporation of water, thermal expansion or gravity drop of the substance, thermal radiation in the substance or accumulated energy.
また、反応度のフィードバックとは、基準状態からの変化として核分裂が増大する場合を正の反応度フィードバック、減少する場合を負の反応度フィードバックという。 The feedback of reactivity is referred to as positive reactivity feedback when the fission increases as a change from the reference state, and negative reactivity feedback when the fission decreases.
炉心温度の増大時には、冷却材密度低下反応度は正となる一方、燃料の膨張効果、燃料のドップラー効果が働きこれらはおおむね負である。このため、一般的な高速炉においても、投入される反応度は全体として負が保たれる。 When the core temperature is increased, the reactivity of the coolant density lowering becomes positive, while the expansion effect of the fuel and the Doppler effect of the fuel work and these are generally negative. For this reason, even in a general fast reactor, the overall reactivity is kept negative.
しかしながら、燃料交換なし炉心のような高燃焼度炉心においては、冷却材密度低下反応度係数の絶対値が大きくなることと、ドップラー効果によるドップラー係数の絶対値が小さくなるため、炉心温度増大時の負の反応度フィードバックが減少する方向である。 However, in a high burnup core such as a core without fuel replacement, the absolute value of the coolant density reduction reactivity coefficient increases and the absolute value of the Doppler coefficient due to the Doppler effect decreases. Negative reactivity feedback is decreasing.
ここで、ドップラー係数は、温度がdT上昇したときに増倍率がdk上昇する場合に、T・dk/dTで与えられる。dkが負の場合にはドップラー係数は負である。 Here, the Doppler coefficient is given by T · dk / dT when the multiplication factor increases by dk when the temperature increases by dT. When dk is negative, the Doppler coefficient is negative.
特許文献1では、ドップラー反応度係数の絶対値の増大を目的として、燃料集合体が通常燃料棒と水素化物棒を含み、水素化物棒では水素化物の位置を炉心上端から炉心高さのほぼ1/4の位置を中心とする炉心上部のみとする技術が開示されている。しかしながら、この技術では、炉心における中性子のスペクトルが柔らかくなるため増殖率が低下するという問題がある。
In
高速炉は中性子の減速能力の高い水を冷却材とする軽水炉と異なり、中性子の減速能力の低いナトリウムを冷却材として用いることにより、核分裂で発生した中性子のエネルギーを落とさずに次の核分裂を起こすことにより、プルトニウムの増殖性を高める原子炉である。 Unlike light water reactors that use water with a high neutron moderation capacity as a coolant, fast reactors use sodium with a low neutron moderation capacity as a coolant to cause the next fission without reducing the energy of the neutrons generated by fission. This is a nuclear reactor that increases the growth of plutonium.
これは中性子のエネルギーが高いほど、中性子の無駄な吸収反応がおきにくく、燃料の増殖反応が増大するためである。高速炉では燃料の増殖により連続運転期間の増大や燃料使用期間を大幅に増大させることができるが、軽水炉と比べて炉心設計上は冷却材反応度を特に考慮する必要がある。 This is because the higher the energy of neutron, the more difficult the neutron absorption reaction occurs, and the fuel proliferation reaction increases. In the fast reactor, the continuous operation period and the fuel use period can be greatly increased by the proliferation of the fuel, but it is necessary to consider the coolant reactivity especially in the core design compared to the light water reactor.
特に、冷却材のボイド時あるいは密度低減時の反応度が小型炉を除いて正となる点は、軽水炉と異なる点である。 In particular, the point that the reactivity at the time of voiding or density reduction of the coolant is positive except for the small reactor is different from the light water reactor.
特に、燃料交換なし炉心のような高燃焼度炉心においては、高燃焼度化により冷却材密度低下反応度の絶対値が大きくなることと、ドップラー効果の絶対値が小さくなるため、炉心温度増大時における負の反応度の絶対値は減少する。さらに、炉心温度が異常に上昇する何らかの事故時においては、特に冷却材密度低下反応度はできるだけ小さく設計することが事故時の影響を小さくする上で重要であることがわかっている。 In particular, in a high burnup core such as a core without fuel replacement, the absolute value of the coolant density lowering reactivity increases due to the high burnup and the absolute value of the Doppler effect decreases. The absolute value of the negative reactivity at decreases. Further, it has been found that, in the event of any accident in which the core temperature rises abnormally, it is important to design the reactivity of the coolant density lowering as small as possible in order to reduce the influence at the time of the accident.
図19は、従来炉心の反応度係数の燃焼度による変化を示すグラフである。 FIG. 19 is a graph showing changes in the reactivity coefficient of the conventional core depending on the burnup.
ここで、この炉心を構成する燃料集合体は169本の燃料棒を有し、各燃料棒は、高さ70cmの炉心燃料、炉心燃料の上下にそれぞれ高さ50cmの上部および下部ブランケットを有し、上部ブランケットの上部にガスプレナムが配置された構成である。 Here, the fuel assembly constituting this core has 169 fuel rods, and each fuel rod has a core fuel of 70 cm in height and upper and lower blankets of 50 cm in height above and below the core fuel, respectively. The gas plenum is arranged on the upper part of the upper blanket.
また、炉心燃料は濃縮ウランのジルコニウム合金U―10wt%Zr、上部および下部ブランケットは、劣化ウランのジルコニウム合金U―10wt%Zrである。 The core fuel is zirconium alloy U-10 wt% Zr of enriched uranium, and the upper and lower blankets are zirconium alloy U-10 wt% Zr of deteriorated uranium.
図19は、運転サイクル60年の燃料交換なし炉心で、燃焼度は炉心平均で約200GWD/t、ブランケット平均で約70GWD/tの高速炉の冷却材密度低下反応度係数とドップラー係数の、燃焼初期と燃焼末期の比較を示す。燃焼末期では冷却材密度低下反応度が増大して、ドップラー係数の絶対値が減少していることがわかる。 FIG. 19 shows a core with no refueling in an operation cycle of 60 years, with a burnup of a fast reactor coolant density reduction reactivity coefficient and a Doppler coefficient of about 200 GWD / t on the core average and about 70 GWD / t on the blanket average. The comparison between the initial stage and the end of combustion stage is shown. It can be seen that at the end of combustion, the coolant density lowering reactivity increases and the absolute value of the Doppler coefficient decreases.
この炉心は、高速原型炉「もんじゅ」の炉心の平均燃焼度が約80GWD/tと比べると、炉心で2.5倍、ブランケットでもこの4分の3に相当する高い燃焼度である。 This core has a high burnup equivalent to 2.5 times in the core and three-fourths in the blanket as compared with the average burnup of the fast prototype reactor “Monju” about 80 GWD / t.
以下では、図19の燃焼末期の反応度係数について「もんじゅ」と比較する。 In the following, the reactivity coefficient at the end of combustion in FIG. 19 is compared with “Monju”.
「もんじゅ」のドップラー係数が、−(0.0057〜0.0076)T・dk/dTであるのに比べて、この炉心のドップラー係数は、−0.0031T・dk/dTと半分程度に小さくなっている。 Compared with the “Monju” Doppler coefficient of − (0.0057 to 0.0076) T · dk / dT, the core Doppler coefficient is −0.0031 T · dk / dT, which is about half as small. It has become.
また、この炉心の冷却材密度低下反応度係数を「もんじゅ」の冷却材温度係数と同一定義に変換した場合、約1×10―5Δk/k/℃となり、「もんじゅ」の最大値14×10−7Δk/k/℃と比べて約7倍となっている。 Moreover, when the reactivity coefficient of the coolant density reduction of the core is converted to the same definition as the coolant temperature coefficient of “Monju”, it becomes about 1 × 10 −5 Δk / k / ° C., the maximum value of “Monju” being 14 × Compared to 10 −7 Δk / k / ° C., it is about 7 times.
両炉心は燃料組成が異なる等、多くの仕様が異なっており、上記反応度係数の違いのすべてが燃焼度の違いからくるものではないが、燃焼度が主たる要因の一つであることがわかっている。 The two cores have different specifications, such as different fuel compositions, and not all of the above reactivity coefficient differences are due to differences in burnup, but it is clear that burnup is one of the main factors. ing.
図20は、温度上昇時の反応度変化の運転期間による変化を示すグラフである。破線Tで示す曲線は冷却材密度低下による反応度の増加分、一点鎖線Dで示す曲線はドップラー効果による反応度の減少分、また実線Sで示す曲線は合計の反応度変化分を示している。運転期間が50年を過ぎると、合計の反応度変化は正に転じている。 FIG. 20 is a graph showing the change in the reactivity change at the time of temperature rise depending on the operation period. A curve indicated by a broken line T indicates an increase in reactivity due to a decrease in coolant density, a curve indicated by an alternate long and short dash line D indicates a decrease in reactivity due to a Doppler effect, and a curve indicated by a solid line S indicates a total change in reactivity. . When the operating period is over 50 years, the total reactivity change has turned positive.
このように高燃焼度化をはかった場合、冷却材密度低下反応度係数の増大、ドップラー反応度係数の絶対値の低下により、温度上昇時の固有の安全性は低下する方向である。 When the degree of burnup is increased in this way, the inherent safety at the time of temperature rise tends to decrease due to an increase in the coolant density decrease reactivity coefficient and a decrease in the absolute value of the Doppler reactivity coefficient.
そこで、本発明は、高燃焼度化をはかった場合でも、冷却材密度低下反応度係数を抑制し、ドップラー反応度係数の絶対値を十分に大きな値とすることにより、温度上昇時の固有の安全性の低下を抑制することを目的とする。 Therefore, the present invention suppresses the coolant density reduction reactivity coefficient even when increasing the burnup, and makes the absolute value of the Doppler reactivity coefficient sufficiently large so that it is unique to the temperature rise. The purpose is to suppress a decrease in safety.
上述の目的を達成するため、本発明に係る高速炉炉心は、鉛直方向に延びる互いに平行な少なくとも1本の第1の燃料棒および複数の第2の燃料棒をそれぞれに有する複数の第1の燃料集合体を備え、前記第1の燃料棒それぞれは、鉛直方向に延びる第1の被覆管と、前記第1の被覆管内に収納されて核分裂性物質を含む第1の炉心燃料とを有し、さらに、前記第1の被覆管内に収納されて前記第1の炉心燃料の下側に設けられ中性子減速物質を含む固体状の下部減速材と、前記第1の被覆管内に収納されて前記第1の炉心燃料の上側に設けられ中性子減速物質を含む固体状の上部減速材との少なくともいずれか一つを有し、前記第2の燃料棒それぞれは、鉛直方向に延びる第2の被覆管と、前記第2の被覆管内に収納されて核分裂性物質を含む第2の炉心燃料と、前記第2の被覆管内に収納されて前記第2の炉心燃料の下側に設けられ核分裂性物質親物質を含む下部ブランケットと、前記第2の被覆管内に収納されて前記第2の炉心燃料の上側に設けられ核分裂性物質親物質を含む上部ブランケットとを有する、ことを特徴とする。 To achieve the above object, a fast reactor core according to the present invention includes a plurality of first fuel rods each having at least one first fuel rod and a plurality of second fuel rods extending in the vertical direction and parallel to each other. Each of the first fuel rods includes a first cladding tube that extends in a vertical direction, and a first core fuel that is contained in the first cladding tube and contains a fissile material. Furthermore, a solid lower moderator containing a neutron moderator material provided in the first cladding tube and below the first core fuel, and housed in the first cladding tube and the first cladding tube. Each of the second fuel rods includes a second cladding tube extending in a vertical direction, and at least one of a solid upper moderator including a neutron moderator material provided on the upper side of one core fuel. The fissile material contained in the second cladding tube A second core fuel, a lower blanket contained in the second cladding tube and provided below the second core fuel and containing a fissile material parent material, and housed in the second cladding tube. And an upper blanket including a fissile material parent material provided on the upper side of the second core fuel.
また、本発明に係る高速炉燃料集合体は、鉛直方向に延びる互いに平行な少なくとも1本の第1の燃料棒および複数の第2の燃料棒を備え、前記第1の燃料棒それぞれは、鉛直方向に延びる第1の被覆管と、前記第1の被覆管内に収納されて核分裂性物質を含む第1の炉心燃料とを有し、さらに、前記第1の被覆管内に収納されて前記第1の炉心燃料の下側に設けられ中性子減速物質を含む固体状の下部減速材と、前記第1の被覆管内に収納されて前記第1の炉心燃料の上側に設けられ中性子減速物質を含む固体状の上部減速材との少なくともいずれか一つを有し、前記第2の燃料棒それぞれは、鉛直方向に延びる第2の被覆管と、前記第2の被覆管内に収納されて核分裂性物質を含む第2の炉心燃料と、前記第2の被覆管内に収納されて前記第2の炉心燃料の下側に設けられ核分裂性物質親物質を含む下部ブランケットと、前記第2の被覆管内に収納されて前記第2の炉心燃料の上側に設けられ核分裂性物質親物質を含む上部ブランケットとを有する、ことを特徴とする。 The fast reactor fuel assembly according to the present invention includes at least one first fuel rod and a plurality of second fuel rods extending in the vertical direction and parallel to each other, and each of the first fuel rods is vertically A first cladding tube extending in the direction, and a first core fuel contained in the first cladding tube and containing a fissile material, and further housed in the first cladding tube and the first cladding tube. A solid lower moderator containing a neutron moderator provided on the lower side of the core fuel, and a solid state containing a neutron moderator contained in the first cladding tube and provided on the upper side of the first core fuel. And each of the second fuel rods includes a second cladding tube extending in a vertical direction and a fissile material housed in the second cladding tube. The second core fuel and the second core fuel stored in the second cladding tube A lower blanket provided below the second core fuel and containing a fissile material parent material; and contained in the second cladding tube and provided above the second core fuel and containing a fissile material parent material. And an upper blanket.
本発明によれば、高燃焼度化をはかった場合でも、冷却材密度低下反応度係数を抑制し、ドップラー反応度係数の絶対値を十分に大きな値とすることにより、温度上昇時の固有の安全性の低下を抑制することができる。 According to the present invention, even when a high burnup is achieved, the reactivity coefficient for reducing the coolant density is suppressed, and the absolute value of the Doppler reactivity coefficient is set to a sufficiently large value. A decrease in safety can be suppressed.
以下、図面を参照して本発明に係る高速炉炉心および燃料集合体の実施形態について説明する。ここで、同一または類似の部分には、共通の符号を付して、重複説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of a fast reactor core and a fuel assembly according to the present invention will be described with reference to the drawings. Here, the same or similar parts are denoted by common reference numerals, and redundant description is omitted.
[第1の実施形態]
図1は、本発明に係る高速炉炉心の第1の実施形態を構成する燃料集合体の水平断面図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a horizontal cross-sectional view of a fuel assembly constituting a first embodiment of a fast reactor core according to the present invention.
燃料集合体10は、鉛直方向に延びて互いに平行に千鳥格子状に配された同じ外形の169本の燃料棒20を有する。この169本の燃料棒20は、ラッパ管ともよばれる水平断面が正六角形状の外套部11に半径方向外周を囲われている。
The
燃料棒20には、13本の第1の燃料棒20aと、残り156本の第2の燃料棒20gの2種類がある。具体的には、図1に示すように、第1の燃料棒20aは、互いに隣接せずに第2の燃料棒20gと混在するように60度の回転対称に配置されている。なお、第1の燃料棒20aは13本に限定しなくともよく、設計上、効果が発揮できるように設定することでもよい。
There are two types of
図2は、本実施形態を構成する燃料集合体の立断面図である。 FIG. 2 is an elevational sectional view of the fuel assembly constituting the present embodiment.
燃料棒20は、支持部材15により下部から支持されている。また、燃料棒20は、半径方向外周を、外套部11により囲まれている。外套部11の内側であって、燃料棒20の下側には、下部遮へい体13が設けられている。また、燃料棒20の上側には同様に上部遮へい体14が設けられている。
The
外套部11の下部は、図示しない炉心支持板に挿入できるように外周が縮小し円形となっている。この部分には、エントランスノズル12が設けられ、冷却材たとえば液体ナトリウムなどの液体金属は、このエントランスノズル12から燃料集合体10に流入し、各燃料棒20の外側を上昇する。
The lower part of the mantle 11 has a circular shape with a reduced outer periphery so that it can be inserted into a core support plate (not shown). In this portion, an entrance nozzle 12 is provided, and a liquid metal such as a coolant such as liquid sodium flows into the
図3は、本実施形態を構成する燃料集合体における第1の燃料棒の立断面図である。 FIG. 3 is an elevational sectional view of the first fuel rod in the fuel assembly constituting this embodiment.
鉛直方向に延びた被覆管21の内部に収納された状態で、鉛直方向に下側から、下部減速材31、炉心燃料22および上部減速材32が配されており、上部減速材32の上部空間は、核分裂生成物であるガスを収容するガスプレナム26となっている。被覆管21の下端は下部端栓27により、また、上端は上部端栓28により密閉されている。
The lower moderator 31, the
図4は、本実施形態を構成する燃料集合体における第2の燃料棒の立断面図である。 FIG. 4 is an elevational sectional view of the second fuel rod in the fuel assembly constituting the present embodiment.
鉛直方向に延びた被覆管21の内部に収納された状態で、鉛直方向に下側から、下部ブランケット23、炉心燃料22および上部ブランケット24が配されており、上部ブランケット24の上部空間は、核分裂生成物であるガスを収容するガスプレナム26となっている。被覆管21の下端は下部端栓27により、また、上端は上部端栓28により密閉されている。
The
第1の燃料棒20aおよび第2の燃料棒20gの各炉心燃料22の高さはたとえば70cmであり、第1の燃料棒20aの下部減速材31、上部減速材32、および第2の燃料棒20gの下部ブランケット23、上部ブランケット24のそれぞれの高さはたとえば50cmである。
The height of each
第1の燃料棒20aおよび第2の燃料棒20gの各炉心燃料22は、濃縮ウランのジルコニウム合金U―10wt%Zrである。また、第2の燃料棒20gの下部ブランケット23および上部ブランケット24は、たとえば劣化ウランのジルコニウム合金U―10wt%Zrである。
Each
第1の燃料棒20aの下部減速材31および上部減速材32それぞれの高さは、たとえば、第2の燃料棒20gの下部ブランケット23および上部ブランケット24の高さと同じ50cmである。
The height of each of the lower moderator 31 and the
第2の燃料棒20aの下部減速材31および上部減速材32の材質は、中性子減速材であって、たとえば水素化ジルコニウムZrH1.7である。
The material of the lower moderator 31 and the
なお、水素化ジルコニウムについては、水素に代えて重水素Dの金属化合物、たとえば重水素化ジルコニウムZrD1.7を中性子減速材として用いることもできる。 As for zirconium hydride, a metal compound of deuterium D such as zirconium deuteride ZrD 1.7 can be used as a neutron moderator instead of hydrogen.
この場合、重水素Dは水素Hよりも減速効果は小さいため、反応度の改善効果は小さくなる。ただし、中性子減速材によって低エネルギー中性子が生成して、隣接するブランケットや炉心燃料の出力が増大する現象すなわち出力スパイクを抑制することができる。 In this case, since deuterium D has a smaller deceleration effect than hydrogen H, the effect of improving the reactivity is smaller. However, a phenomenon in which low energy neutrons are generated by the neutron moderator and the output of the adjacent blanket or core fuel increases, that is, an output spike can be suppressed.
さらに、減速材としては、吸収断面積が小さく減速効果のある物質で炉心への装荷に適した材料であれば、水素化ジルコニウムに限らず、水素化チタン、水素化カルシウムなどでもよい。 Further, the moderator is not limited to zirconium hydride but may be titanium hydride, calcium hydride, or the like as long as it is a material having a small absorption cross-sectional area and a moderating effect and suitable for loading into the core.
図5は、本実施形態を模式的に示す立断面図であり、炉心100の全体を示している。
FIG. 5 is an elevational sectional view schematically showing the present embodiment, and shows the
円周方向外側には、径方向遮へい体領域7が配されており、炉心燃料領域1を周方向から囲んでいる。炉心燃料領域1の下側には下部ブランケット領域2が、また上側には上部ブランケット領域3が配されている。下部ブランケット領域2の下側には下部遮へい体領域5が、また上部ブランケット領域3の上側には、ガスプレナム領域8が形成され、さらにその上部には上部遮へい体領域6が配されている。
On the outer side in the circumferential direction, a
ここで、径方向遮へい体領域7に囲まれた下部遮へい体領域5、下部ブランケット領域2、炉心燃料領域1、上部ブランケット領域3、ガスプレナム領域8および上部遮へい体領域6は、炉心100を構成する複数の燃料集合体10により形成されている。
Here, the
したがって、炉心燃料領域1は、炉心燃料領域1の範囲の部分の燃料集合体10の構成要素がその構成要素である。同様に、下部ブランケット領域2は、下部ブランケット領域2の範囲の部分の燃料集合体10の構成要素がその構成要素であり、第2の燃料棒20gの下部ブランケット23と同様に第1の燃料棒20aの下部減速材31もその構成要素である。上部ブランケット領域3についても同様に、上部ブランケット領域3の範囲の部分の燃料集合体10の構成要素がその構成要素であり、第2の燃料棒20gの上部ブランケット24と同様に第1の燃料棒20aの上部減速材32もその構成要素である。
Therefore, the
すなわち、この燃料集合体10により構成された炉心100の特徴として、下部ブランケット領域2と上部ブランケット領域3において、軸方向ブランケットを含む第2の燃料棒20gと、中性子減速材を含む第1の燃料棒20aとが混在していることが特徴である。
That is, as a feature of the core 100 constituted by the
次に、以上のように構成された本実施形態の効果について説明する。 Next, the effect of this embodiment configured as described above will be described.
図19は既に説明したように、従来炉心の反応度係数の燃焼度による変化を示すグラフである。冷却材密度反応度は、初期には炉心の寄与が主であるが、燃焼により軸方向ブランケットの寄与が炉心と同程度増大して、全炉心では2倍以上に増大する。炉心の反応度が増大しているのは燃焼による燃料組成変化、すなわち、ウランからプルトニウムへの組成変化と核分裂生成物の増大によるものである。 FIG. 19 is a graph showing a change in the reactivity coefficient of the conventional core depending on the burnup as already described. In the initial stage, the coolant density reactivity is mainly contributed by the core, but the contribution of the axial blanket increases to the same extent as that of the core by combustion, and more than doubles in the entire core. The increase in the reactivity of the core is due to a change in fuel composition due to combustion, that is, a change in composition from uranium to plutonium and an increase in fission products.
軸方向ブランケットの反応度の増大もほぼ同様の原因によるが、初期においてはたとえば劣化ウランでは核分裂性物質が重量比で0.2%程度とほとんど存在しないために反応度効果が小さい。 The increase in the reactivity of the axial blanket is caused by the same cause, but in the early stage, for example, in the case of depleted uranium, the reactivity effect is small because fissionable material is hardly present at about 0.2% by weight.
一方、ドップラー係数の絶対値は、初期では軸方向ブランケットの寄与が小さいが、燃焼末期にかけて、炉心の寄与は低下し、軸方向ブランケットの寄与が高まっている。これは、炉心ではドップラー効果の大きなウラン238が減少することと、プルトニウムや核分裂生成物の蓄積によりドップラー効果に寄与する低エネルギー中性子が吸収されてしまうための両面からの影響である。 On the other hand, the absolute value of the Doppler coefficient has a small contribution of the axial blanket in the initial stage, but the contribution of the core has decreased and the contribution of the axial blanket has increased toward the end of combustion. This is an influence from both sides because uranium 238 having a large Doppler effect is reduced in the core and low energy neutrons contributing to the Doppler effect are absorbed by accumulation of plutonium and fission products.
一方、軸方向ブランケットでも同様な影響もあるが、むしろプルトニウム生成による出力の増大がドップラー効果を増大させる方向に働いている。ただし、燃焼度増大に伴う炉心部のドップラー効果の低減が支配的であり、全炉心でみればドップラー係数は燃焼とともに低下する。 On the other hand, the axial blanket has the same effect, but rather the increase in output due to the generation of plutonium works in the direction of increasing the Doppler effect. However, the reduction of the Doppler effect in the core portion accompanying the increase in the burnup is dominant, and the Doppler coefficient decreases with combustion in the entire core.
本実施形態は以上の事実に基づいて、軸方向ブランケットにのみ中性子減速材を装荷する。中性子減速材は、冷却材密度低下反応度の低減とドップラー反応度の絶対値の増大を可能にすることが知られている。 Based on the above fact, this embodiment loads the neutron moderator only on the axial blanket. Neutron moderators are known to enable reduced coolant density reduction reactivity and increased absolute value of Doppler reactivity.
しかしながら、中性子のエネルギーが低くなることにより同時に炉心の増殖性も低下する。一方、負の反応度確保が厳しくなるのは図20にも示されているように炉心の燃焼末期である。この両者を勘案すると、燃焼末期に寄与が増大する軸方向ブランケットのみに中性子減速材を装荷して炉心全体へは装荷しないことにより炉心の増殖性の低下を最小限にとどめることができる。 However, as the energy of neutrons decreases, the proliferation of the core decreases at the same time. On the other hand, it is at the end of combustion of the core as shown in FIG. Considering both, it is possible to minimize the deterioration of the core proliferation by loading the neutron moderator only on the axial blanket that contributes to the end of combustion and not loading the entire core.
図6は、本実施形態の炉心特性を示す表である。平均燃焼度は、炉心において200GWd/t、上部軸方向ブランケットおよび下部軸方向ブランケットにおいてそれぞれ70GWd/tであり、連続運転期間60年の高燃焼度炉心である。 FIG. 6 is a table showing the core characteristics of the present embodiment. The average burnup is 200 GWd / t in the core, 70 GWd / t in each of the upper axial blanket and the lower axial blanket, and is a high burnup core with a continuous operation period of 60 years.
本実施形態における炉心の燃焼末期での冷却材密度低下反応度係数は従来炉心に比べ25%減少し、ドップラー係数の絶対値は68%増加しており、温度上昇時のフィードバック反応度係数はマイナス側になり、固有の安全性が増大している。 In this embodiment, the coolant density reduction reactivity coefficient at the end of combustion of the core is reduced by 25% compared to the conventional core, the absolute value of the Doppler coefficient is increased by 68%, and the feedback reactivity coefficient when temperature rises is negative. And the inherent safety has increased.
冷却材密度低下反応度係数の減少と、ドップラー係数の絶対値の増加の原因としては、従来炉心と比較すれば、軸方向ブランケットの部分に中性子減速材を装荷した改善の効果が明らかである。 The cause of the decrease in the coolant density reduction reactivity coefficient and the increase in the absolute value of the Doppler coefficient is apparent from the improvement effect of loading the neutron moderator on the axial blanket part compared with the conventional core.
図7は、本実施形態の反応度係数の燃焼度による変化を示すグラフである。 FIG. 7 is a graph showing a change in the reactivity coefficient according to the burnup according to the present embodiment.
横軸は原子炉の運転期間(年)、縦軸は、温度上昇時の冷却材密度低下による反応度の増加分とドップラー効果による反応度の減少分の合計の反応度変化分を、図20と同じ単位で示している。 The horizontal axis represents the reactor operation period (years), and the vertical axis represents the total reactivity change due to the increase in reactivity due to the decrease in coolant density when the temperature rises and the decrease in reactivity due to the Doppler effect. It is shown in the same unit.
3本の曲線は、中性子減速材の装荷量の割合をパラメータとして変化させたものに対応する。実線Aで示す曲線は中性子減速材の装荷量が0%、破線Bで示す曲線は中性子減速材の装荷量が3%、一点鎖線Cで示す曲線は中性子減速材の装荷量が8%の場合を示している。 The three curves correspond to those obtained by changing the loading ratio of the neutron moderator as a parameter. The curve indicated by the solid line A is 0% neutron moderator loading, the curve indicated by the broken line B is 3% neutron moderator loading, and the one-dot chain line C is 8% neutron moderator loading Is shown.
ここで、中性子減速材の装荷量の割合とは、下部ブランケット領域2および上部ブランケット領域3のそれぞれにおける全燃料棒20に含まれる全ブランケット燃料の量と全中性子減速材の量の合計値に対する全中性子減速材の量の割合を言う。
Here, the ratio of the loading amount of the neutron moderator is the total amount of the total blanket fuel contained in all the
具体的に本実施形態においては、燃料集合体10は炉心100全体について一種類であることから、燃料集合体10内の第1の燃料棒20aの本数と第2の燃料棒20gの本数との合計本数に対する第1の燃料棒20aの本数の割合である。燃料集合体10内の燃料棒20の本数が169本であり、第1の燃料棒20aの本数が13本であるので、この場合は、中性子減速材の装荷量の割合は約8%である。
Specifically, in the present embodiment, since there is one type of
図7に示すように、温度上昇時の反応度の誤差を考慮しても合計の反応度が正とならないためには、中性子減速材のブランケットへの必要な装荷量は3%以上である。 As shown in FIG. 7, in order to prevent the total reactivity from becoming positive even if the reactivity error at the time of temperature rise is taken into consideration, the necessary loading amount of the neutron moderator blanket is 3% or more.
また、中性子減速材を装荷すると、その分だけブランケットの燃料装荷量が減少することと、低エネルギー中性子が増大することで増殖性が低下し、中性子減速材を装荷しない場合と比べて燃焼とともに炉心反応度が低下し、従来と同じ60年の燃料交換無し運転が不可能となる。 In addition, when the neutron moderator is loaded, the fuel loading of the blanket is reduced by that amount, and the increase in low-energy neutrons reduces the proliferation. The reactivity decreases, and the same 60-year refueling-free operation becomes impossible.
これを回避するため、燃料棒の直径を増大させることで燃料装荷量を増大させ、増殖性を維持する必要があるが、これによって燃料装荷量が増大して、経済性が悪化する。 In order to avoid this, it is necessary to increase the fuel loading amount by increasing the diameter of the fuel rod and maintain the proliferation ability. However, this increases the fuel loading amount and deteriorates the economy.
ブランケットへの中性子減速材1%装荷当たり、増殖性を維持するための燃料装荷量はおおむね4%づつ増大することが解析計算で示されている。これに鑑みて、経済性の観点から中性子減速材の装荷上限はおおよそ10%が適切である。 Analytical calculations show that the fuel loading to maintain growth is increased by approximately 4% per 1% neutron moderator loading on the blanket. In view of this, it is appropriate that the upper limit of loading of the neutron moderator is approximately 10% from the viewpoint of economy.
以上のように、本実施形態によれば、高燃焼度化をはかった場合でも、増殖性の低下を抑制しながら、冷却材密度低下反応度係数を抑制し、ドップラー反応度係数の絶対値を十分に大きな値とすることができ、この結果、温度上昇時の固有の安全性の低下を抑制することができる。 As described above, according to the present embodiment, even when the burnup is increased, the coolant density lowering reactivity coefficient is suppressed and the absolute value of the Doppler reactivity coefficient is set while suppressing the decrease in proliferation. It can be set to a sufficiently large value, and as a result, a decrease in inherent safety when the temperature rises can be suppressed.
[第2の実施形態]
本実施形態は、第1の実施形態の変形であって、第1の実施形態における燃料集合体10が有していた13本の第1の燃料棒20aの代わりに、13本の第1の燃料棒20bを有している。
[Second Embodiment]
The present embodiment is a modification of the first embodiment, and instead of the 13 first fuel rods 20a that the
図8は、本発明に係る高速炉炉心の第2の実施形態を構成する燃料集合体における第1の燃料棒20bの立断面図である。 FIG. 8 is an elevational sectional view of the first fuel rod 20b in the fuel assembly constituting the second embodiment of the fast reactor core according to the present invention.
本実施形態における第2の燃料棒20gは、第1の実施形態(図4)と同様である。本実施形態における第1の燃料棒20bは、鉛直方向に延びた被覆管21の内部に、鉛直方向に下側から、下部減速材31、炉心燃料22および上部ブランケット24が配されており、上部ブランケット24の上部空間は、核分裂生成物であるガスを収容するガスプレナム26となっている。被覆管21の下端は下部端栓27により、また、上端は上部端栓28により密閉されている。
The
すなわち、本実施形態における第1の燃料棒20bの、第1の実施形態における第1の燃料棒20aとの差異は、上部減速材32に代わって上部ブランケット24が設けられており、下部減速材31にのみ減速材が設けられている点である。
That is, the difference between the first fuel rod 20b in the present embodiment and the first fuel rod 20a in the first embodiment is that an
本実施形態における上部ブランケット24は、第1の実施形態における上部ブランケット24と同様である。
The
水素化ジルコニウムはジルコニウムに水素を吸蔵させたものであるが、700℃程度の高温では水素の解離が進むことが知られている。 Zirconium hydride is obtained by occluding hydrogen in zirconium, and it is known that dissociation of hydrogen proceeds at a high temperature of about 700 ° C.
中性子減速材の周囲の冷却材の温度は、下部軸ブランケットの位置では400℃程度以下、上部軸ブランケット位置では炉心燃料を冷却した直後であるため、500℃前後まで上昇する。 The temperature of the coolant around the neutron moderator rises to around 500 ° C. because the temperature of the lower shaft blanket is about 400 ° C. or less and the core fuel is just cooled at the upper shaft blanket position.
これらの温度は、解離が問題となる程度の温度ではないが、温度が低い下部軸ブランケット位置にのみ水素化ジルコニウムを装荷することによって、万が一、事故時に高温になった場合にも解離速度を抑制することができる。 These temperatures are not high enough to cause dissociation, but by loading zirconium hydride only at the lower shaft blanket position where the temperature is low, the dissociation rate can be suppressed even if the temperature becomes high during an accident. can do.
以上のように、本実施形態によれば、高燃焼度化をはかった場合でも、増殖性の低下を抑制しながら、冷却材密度低下反応度係数を抑制し、ドップラー反応度係数の絶対値を十分に大きな値とすることができ、この結果、温度上昇時の固有の安全性の低下を抑制することができる。 As described above, according to the present embodiment, even when the burnup is increased, the coolant density lowering reactivity coefficient is suppressed and the absolute value of the Doppler reactivity coefficient is set while suppressing the decrease in proliferation. It can be set to a sufficiently large value, and as a result, a decrease in inherent safety when the temperature rises can be suppressed.
[第3の実施形態]
図9は、本発明に係る高速炉炉心の第3の実施形態を構成する燃料集合体における第1の燃料棒20cの立断面図である。
[Third Embodiment]
FIG. 9 is an elevational sectional view of the first fuel rod 20c in the fuel assembly constituting the third embodiment of the fast reactor core according to the present invention.
本実施形態における第1の燃料棒20cは、鉛直方向に延びた被覆管21の内部に、鉛直方向に下側から、下部減速材31、下部緩衝材34、炉心燃料22、上部緩衝材35および上部減速材32が配されており、上部減速材32の上部空間は、核分裂生成物であるガスを収容するガスプレナム26となっている。被覆管21の下端は下部端栓27により、また、上端は上部端栓28により密閉されている。
The first fuel rod 20c in the present embodiment includes a lower moderator 31, a lower shock absorber 34, a
本実施形態は、第1の実施形態の変形であり、炉心燃料と炉心燃料に隣接する減速材間の上下方向の間隔寸法を確保したものである。 This embodiment is a modification of the first embodiment, in which the vertical dimension between the core fuel and the moderator adjacent to the core fuel is ensured.
中性子減速材に接した炉心燃料の端部では、隣接する中性子減速材による減速効果により低エネルギーの中性子が多い。中性子のエネルギーが低いほど核反応の断面積は大きく反応が起きやすいため、中性子減速材に接した炉心燃料の端部で出力のピークが生じる傾向がある。この出力のピークが大きい場合には許容させる出力を超える可能性がある。 At the end of the core fuel in contact with the neutron moderator, there are many low energy neutrons due to the moderating effect of the adjacent neutron moderator. The lower the neutron energy, the larger the cross-sectional area of the nuclear reaction, and the more likely the reaction takes place, so there is a tendency for an output peak to occur at the end of the core fuel in contact with the neutron moderator. When the peak of this output is large, there is a possibility of exceeding the allowable output.
高速炉における中性子の平均自由行程はおおよそ5cmであり、中性子減速材が炉心燃料の端部から5cm以上離れて配されていれば、出力ピークの発生を抑えることができる。 The mean free path of neutrons in the fast reactor is approximately 5 cm, and if the neutron moderator is arranged 5 cm or more away from the end of the core fuel, the generation of output peaks can be suppressed.
この実施形態では、下部緩衝材34および上部緩衝材35の鉛直方向の高さは5cm以上、たとえば7cmとする。この結果、下部減速材31と炉心燃料22、炉心燃料22と上部減速材32は、5cm以上離れて配されていることになる。
In this embodiment, the vertical height of the lower cushioning material 34 and the
下部緩衝材34および上部緩衝材35の材質は金属ジルコニウムである。
The material of the lower cushioning material 34 and the
本実施形態においては、下部減速材31と炉心燃料22、炉心燃料22と上部減速材32は、5cm以上離れて配されていることから、上記のような出力ピークの発生を抑えることができる。
In the present embodiment, since the lower moderator 31 and the
以上のように、本実施形態によれば、高燃焼度化をはかった場合でも、増殖性の低下を抑制しながら、冷却材密度低下反応度係数を抑制し、ドップラー反応度係数の絶対値を十分に大きな値とすることができ、この結果、温度上昇時の固有の安全性の低下を抑制することができる。 As described above, according to the present embodiment, even when the burnup is increased, the coolant density lowering reactivity coefficient is suppressed and the absolute value of the Doppler reactivity coefficient is set while suppressing the decrease in proliferation. It can be set to a sufficiently large value, and as a result, a decrease in inherent safety when the temperature rises can be suppressed.
[第4の実施形態]
図10は、本発明に係る高速炉炉心の第4の実施形態を構成する燃料集合体における第1の燃料棒20dの立断面図である。また、図11は、本実施形態を構成する燃料集合体における第2の燃料棒20eの立断面図である。
[Fourth Embodiment]
FIG. 10 is an elevational sectional view of the first fuel rod 20d in the fuel assembly constituting the fourth embodiment of the fast reactor core according to the present invention. FIG. 11 is an elevational sectional view of the second fuel rod 20e in the fuel assembly constituting the present embodiment.
本実施形態は、炉心燃料が上下に2分割されて炉心の内部に内部軸ブランケットを有する軸方向非均質炉心と呼ばれる炉心に適用した実施形態である。 This embodiment is an embodiment applied to a core called an axially inhomogeneous core in which core fuel is divided into two vertically and an internal shaft blanket is provided inside the core.
燃料集合体10は、第1の燃料棒20dと第2の燃料棒20eの2種類の燃料棒を有している。
The
第1の燃料棒20dは図10に示すように、鉛直方向に延びた被覆管21の内部に、鉛直方向に下側から、下部減速材31、下部炉心燃料22a、中間減速材33、上部炉心燃料22bおよび上部減速材32が配されており、上部減速材32の上部空間は、核分裂生成物であるガスを収容するガスプレナム26となっている。被覆管21の下端は下部端栓27により、また、上端は上部端栓28により密閉されている。
As shown in FIG. 10, the first fuel rod 20 d is disposed in the
第2の燃料棒20eは図11に示すように、鉛直方向に延びた被覆管21の内部に、鉛直方向に下側から、下部ブランケット23、下部炉心燃料22a、中間ブランケット25、上部炉心燃料22bおよび上部ブランケット24が配されており、上部ブランケット24の上部空間は、核分裂生成物であるガスを収容するガスプレナム26となっている。被覆管21の下端は下部端栓27により、また、上端は上部端栓28により密閉されている。
As shown in FIG. 11, the second fuel rod 20e is disposed inside the
図12は、本実施形態を模式的に示す立断面図である。 FIG. 12 is an elevational sectional view schematically showing the present embodiment.
円周方向外側には、径方向遮へい体領域7が配されている。下部炉心燃料領域1aの下側には下部ブランケット領域2が、また下部炉心領域1aと上部炉心領域1b間には中間ブランケット領域4が、上部炉心領域1bの上側には上部ブランケット領域3が配されている。
On the outer side in the circumferential direction, a radial
また、下部ブランケット領域2の下側には下部遮へい体領域5が、また上部ブランケット領域3の上側には、ガスプレナム領域8が形成され、さらにその上部には上部遮へい体領域6が配されている。
A lower
ここで、径方向遮へい体領域7に囲まれた下部遮へい体領域5、下部ブランケット領域2、下部炉心領域1a、中間ブランケット領域4、上部炉心領域1b、上部ブランケット領域3、ガスプレナム領域8および上部遮へい体領域6は、燃料集合体10により形成されている。
Here, the
本実施形態においては、燃料集合体10の構成要素である第1の燃料棒20dおよび第2の燃料棒20eが構成要素となっている。
In the present embodiment, the first fuel rod 20d and the second fuel rod 20e, which are components of the
したがって、下部ブランケット領域2は、下部ブランケット領域2の範囲の部分、中間ブランケット領域4の範囲の部分および上部ブランケット領域3の範囲の部分は、それぞれ、第1の燃料棒20dの下部減速材31、中間減速材33および上部減速材32と、第2の燃料棒20eの下部ブランケット23、中間ブランケット25および上部ブランケット24とが混在していることが特徴である。
Therefore, the
従来の軸方向非均質炉心は、第1の燃料棒20dがなく、第2の燃料棒20eのみで構成される燃料集合体からなる炉心である。この軸方向非均質炉心は、内部軸ブランケットにおける増殖性が高く、燃焼による反応度変化が小さいこと、炉心の最大中性子束が平坦化されていること等の利点を持つ。 A conventional axially inhomogeneous core is a core made of a fuel assembly including only the second fuel rods 20e without the first fuel rods 20d. This axially inhomogeneous core has advantages such as high proliferation in the internal shaft blanket, small change in reactivity due to combustion, and flattening of the maximum neutron flux in the core.
本実施形態は、従来の内部軸ブランケットに相当する中間ブランケット領域4に、減速材を混入させたものである。
In this embodiment, a moderator is mixed in an
第1の燃料棒20dと第2の燃料棒20eを混在させることにより、炉心の温度上昇時の反応度変化を改善することができる。 By mixing the first fuel rods 20d and the second fuel rods 20e, it is possible to improve the reactivity change when the temperature of the core rises.
以上のように、本実施形態によれば、高燃焼度化をはかった場合でも、増殖性の低下を抑制しながら、冷却材密度低下反応度係数を抑制し、ドップラー反応度係数の絶対値を十分に大きな値とすることができ、この結果、温度上昇時の固有の安全性の低下を抑制することができる。 As described above, according to the present embodiment, even when the burnup is increased, the coolant density lowering reactivity coefficient is suppressed and the absolute value of the Doppler reactivity coefficient is set while suppressing the decrease in proliferation. It can be set to a sufficiently large value, and as a result, a decrease in inherent safety when the temperature rises can be suppressed.
[第5の実施形態]
図13は、本発明に係る高速炉炉心の第5の実施形態を構成する燃料集合体における第1の燃料棒20fの立断面図である。
[Fifth Embodiment]
FIG. 13 is an elevational sectional view of the first fuel rod 20f in the fuel assembly constituting the fifth embodiment of the fast reactor core according to the present invention.
本実施形態における燃料集合体10は、燃料棒20については、第1の燃料棒20fの一種類を有する。図13の第1の燃料棒20fは、鉛直方向に延びた被覆管21の内部に、鉛直方向に下側から、下部混合材41、炉心燃料22および上部混合材42が配されており、上部混合材42の上部空間は、核分裂生成物であるガスを収容するガスプレナム26となっている。被覆管21の下端は下部端栓27により、また、上端は上部端栓28により密閉されている。
The
下部混合材41および上部混合材42は、第1の実施形態における第1の燃料棒20aのブランケット燃料と、第2の燃料棒20gの減速材とを混合したものに相当する。
The lower mixed material 41 and the upper
第1の実施形態における第1の燃料棒20aと第2の燃料棒20gとの本数比と同様の比率で、第1の燃料棒20aのブランケット燃料と、第2の燃料棒20gの減速材とを混合したものを、本実施形態における下部混合材41および上部混合材42とすることにより、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
The blanket fuel of the first fuel rod 20a and the moderator of the
また、燃料棒が1種類のみであるので、燃料集合体10の組立てにおいての管理上の負担が軽減される。
Moreover, since there is only one type of fuel rod, the administrative burden in assembling the
以上のように、本実施形態によれば、高燃焼度化をはかった場合でも、増殖性の低下を抑制しながら、冷却材密度低下反応度係数を抑制し、ドップラー反応度係数の絶対値を十分に大きな値とすることができ、この結果、温度上昇時の固有の安全性の低下を抑制することができる。 As described above, according to the present embodiment, even when the burnup is increased, the coolant density lowering reactivity coefficient is suppressed and the absolute value of the Doppler reactivity coefficient is set while suppressing the decrease in proliferation. It can be set to a sufficiently large value, and as a result, a decrease in inherent safety when the temperature rises can be suppressed.
[第6の実施形態]
図14は、本発明に係る高速炉炉心の第6の実施形態構成の6分の1体系を示す水平断面図である。
[Sixth Embodiment]
FIG. 14 is a horizontal sectional view showing a 1/6 system of the configuration of the sixth embodiment of the fast reactor core according to the present invention.
炉心領域には炉心構成要素として、第1の燃料集合体10b、第2の燃料集合体10c、調整用制御棒51、炉停止用制御棒52および径方向遮へい体60が配されている。いずれも平断面図で外形寸法が同じ正六角形であり、隣接して対向する面が互いに平行に配されている。また、Xで図示した位置が炉心の中心であり、この位置を中心に、図示したXを除いた範囲の炉心構成要素を周囲に配することにより構成される。
In the core region, a first fuel assembly 10b, a second fuel assembly 10c, an adjustment control rod 51, a reactor
図15は、本実施形態を構成する第1の燃料集合体10bの立断面図である。 FIG. 15 is an elevational sectional view of the first fuel assembly 10b constituting the present embodiment.
第1の燃料集合体10bは、第1の実施形態における燃料集合体10とは、収納する燃料棒のみが異なっている。すなわち、第1の実施形態における燃料集合体10は第1の燃料棒20aと第2の燃料棒20gとを有しているが、本実施形態における第1の燃料集合体10bは、第1の燃料棒20aのみを有している。
The first fuel assembly 10b is different from the
図16は、本実施形態を構成する第1の燃料棒20aの立断面図である。第1の燃料棒20aの構成は、第1の実施形態における第1の燃料棒20aと同様である。 FIG. 16 is an elevational sectional view of the first fuel rod 20a constituting the present embodiment. The configuration of the first fuel rod 20a is the same as that of the first fuel rod 20a in the first embodiment.
図17は、本実施形態を構成する第2の燃料集合体10cの立断面図である。 FIG. 17 is an elevational sectional view of the second fuel assembly 10c constituting the present embodiment.
第2の燃料集合体10cは、第1の実施形態における燃料集合体10とは、収納する燃料棒のみが異なっている。すなわち、第1の実施形態における燃料集合体10は第1の燃料棒20aと第2の燃料棒20gとを有しているが、本実施形態における第2の燃料集合体10cは、第2の燃料棒20gのみを有している。
The second fuel assembly 10c is different from the
図18は、本実施形態を構成する第2の燃料棒20gの立断面図である。第2の燃料棒20gの構成は、第1の実施形態における第2の燃料棒20gと同様である。
FIG. 18 is an elevational sectional view of the
このように構成された第1の燃料集合体10bと第2の燃料集合体10cとが、図14に示すように炉心100内に配されている。
The first fuel assembly 10b and the second fuel assembly 10c configured as described above are arranged in the
第1の実施形態における燃料集合体10内の第1の燃料棒20aと第2の燃料棒20gとの本数比と同様に、本実施形態において第1の燃料集合体10bと第2の燃料集合体10cとの体数比を設定することにより、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
Similar to the number ratio of the first fuel rods 20a and the
また、本実施形態においては、第1の燃料集合体10bおよび第2の燃料集合体10cともに一種類の燃料棒で構成されるため、第1の燃料集合体10bおよび第2の燃料集合体10cのそれぞれの組立てにおいて、集合体内部の燃料棒の配列に関する管理上の負担が軽減される。 Further, in the present embodiment, since both the first fuel assembly 10b and the second fuel assembly 10c are composed of one type of fuel rod, the first fuel assembly 10b and the second fuel assembly 10c In each assembly, the administrative burden on the arrangement of fuel rods inside the assembly is reduced.
以上のように、本実施形態によれば、高燃焼度化をはかった場合でも、増殖性の低下を抑制しながら、冷却材密度低下反応度係数を抑制し、ドップラー反応度係数の絶対値を十分に大きな値とすることができ、この結果、温度上昇時の固有の安全性の低下を抑制することができる。 As described above, according to the present embodiment, even when the burnup is increased, the coolant density lowering reactivity coefficient is suppressed and the absolute value of the Doppler reactivity coefficient is set while suppressing the decrease in proliferation. It can be set to a sufficiently large value, and as a result, a decrease in inherent safety when the temperature rises can be suppressed.
[その他の実施形態]
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。
[Other Embodiments]
As mentioned above, although some embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention.
たとえば、炉心燃料として濃縮ウランの場合の例を示したが、プルトニウムの場合、あるいは、ウランとプルトニウムとの混合物であってもよい。 For example, although the example in the case of enriched uranium as a core fuel has been shown, it may be plutonium or a mixture of uranium and plutonium.
また、ブランケット燃料として劣化ウランの場合の例を示したが、天然ウランでもよく、また、トリウムあるいはトリウムと劣化ウラン、あるいはトリウムと天然ウランの場合であってもよい。 Moreover, although the example in the case of depleted uranium as a blanket fuel was shown, natural uranium may be sufficient, and the case of thorium or thorium and depleted uranium, or thorium and natural uranium may be sufficient.
さらには、燃料の形態が、金属燃料の場合の例を示したが、酸化物燃料、窒化物燃料あるいは炭化物燃料の形態でもよい。 Furthermore, although the example in the case where the form of the fuel is a metal fuel has been shown, an oxide fuel, a nitride fuel or a carbide fuel may be used.
また、第1の実施形態では、第1の燃料棒の上部および下部の各ブランケット領域に、実施形態2では、第1の燃料棒の下部ブランケット領域に、減速材領域を設ける例を示したが、上部ブランケット領域のみに設けることでもよい。また、第4の実施形態では、下部、中間および上部の各ブランケット領域に減速材を設ける例を示したが、このうちのいずれか1か所のみ、あるいは、いずれかの2か所に減速材領域を設けることでもよい。 In the first embodiment, the moderator region is provided in the upper and lower blanket regions of the first fuel rod, and in the second embodiment, the moderator region is provided in the lower blanket region of the first fuel rod. Alternatively, it may be provided only in the upper blanket region. In the fourth embodiment, the moderator is provided in the lower, middle, and upper blanket areas. However, the moderator is provided in any one of these, or in any two of these. An area may be provided.
また、各実施形態の特徴を組み合わせてもよい。たとえば、1種類の燃料棒を使用する燃料集合体による第6の実施形態と、2種類の燃料棒を使用する燃料集合体による他の実施形態とを組み合わせて一つの炉心を構成してもよい。また、各実施形態の第1の燃料棒を必要に応じて混在させて一つの燃料集合体を構成してもよい。 Moreover, you may combine the characteristic of each embodiment. For example, a single core may be configured by combining the sixth embodiment using a fuel assembly that uses one type of fuel rod and the other embodiment using a fuel assembly that uses two types of fuel rods. . In addition, the first fuel rods of the respective embodiments may be mixed as necessary to constitute one fuel assembly.
さらに、2種類の燃料棒に限定せず、部分的に、第5の実施形態による混合材による1種類の燃料棒を使用する燃料集合体とを組み合わせた炉心でもよい。 Further, the core is not limited to the two types of fuel rods, and may be partially a reactor core combined with a fuel assembly that uses one type of fuel rods of the mixed material according to the fifth embodiment.
さらに、これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。 Furthermore, these embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention.
これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
1・・・炉心燃料領域
1a・・・下部炉心領域
1b・・・上部炉心領域
2・・・下部ブランケット領域
3・・・上部ブランケット領域
4・・・中間ブランケット領域
5・・・下部遮へい体領域
6・・・上部遮へい体領域
7・・・径方向遮へい体領域
8・・・ガスプレナム領域
10・・・燃料集合体
10b・・・第1の燃料集合体
10c・・・第2の燃料集合体
11・・・外套部
12・・・エントランスノズル
13・・・下部遮へい体
14・・・上部遮へい体
15・・・支持部材
20・・・燃料棒
20a・・・第1の燃料棒(減速材に置換)
20b・・・第1の燃料棒(下部のみ減速材に置換)
20c・・・第1の燃料棒(緩衝領域あり)
20d・・・第1の燃料棒(軸方向非均質炉心で減速材に置換)
20e・・・第2の燃料棒(軸方向非均質炉心用)
20f・・・第1の燃料棒(混合型)
20g・・・第2の燃料棒(従来型)
21・・・被覆管
22・・・炉心燃料
22a・・・下部炉心燃料
22b・・・上部炉心燃料
23・・・下部ブランケット
24・・・上部ブランケット
25・・・中間ブランケット
26・・・ガスプレナム
27・・・下部端栓
28・・・上部端栓
31・・・下部減速材
32・・・上部減速材
33・・・中間減速材
34・・・下部緩衝材
35・・・上部緩衝材
41・・・下部混合材
42・・・上部混合材
51・・・調整用制御棒
52・・・炉停止用制御棒
60・・・径方向遮へい体
100・・・炉心
DESCRIPTION OF
20b ... 1st fuel rod (only the lower part is replaced with a moderator)
20c ... 1st fuel rod (with buffer area)
20d ... first fuel rod (replacement with moderator by axially inhomogeneous core)
20e ... second fuel rod (for axially heterogeneous core)
20f ... 1st fuel rod (mixed type)
20g ... second fuel rod (conventional type)
21 ... cladding
Claims (13)
前記第1の燃料棒それぞれは、鉛直方向に延びる第1の被覆管と、前記第1の被覆管内に収納されて核分裂性物質を含む第1の炉心燃料とを有し、さらに、前記第1の被覆管内に収納されて前記第1の炉心燃料の下側に設けられ中性子減速物質を含む固体状の下部減速材と、前記第1の被覆管内に収納されて前記第1の炉心燃料の上側に設けられ中性子減速物質を含む固体状の上部減速材との少なくともいずれか一つを有し、
前記第2の燃料棒それぞれは、鉛直方向に延びる第2の被覆管と、前記第2の被覆管内に収納されて核分裂性物質を含む第2の炉心燃料と、前記第2の被覆管内に収納されて前記第2の炉心燃料の下側に設けられ核分裂性物質親物質を含む下部ブランケットと、前記第2の被覆管内に収納されて前記第2の炉心燃料の上側に設けられ核分裂性物質親物質を含む上部ブランケットとを有する、
ことを特徴とする高速炉炉心。 A plurality of first fuel assemblies each having at least one first fuel rod and a plurality of second fuel rods extending in the vertical direction and parallel to each other;
Each of the first fuel rods includes a first cladding tube extending in a vertical direction, and a first core fuel contained in the first cladding tube and containing a fissile material, and further, the first fuel rod A solid lower moderator containing a neutron moderator material provided on the lower side of the first core fuel, and an upper side of the first core fuel contained in the first cladding tube And at least one of a solid upper moderator containing a neutron moderator,
Each of the second fuel rods is accommodated in a second cladding tube extending in the vertical direction, a second core fuel contained in the second cladding tube and containing a fissile material, and in the second cladding tube. A lower blanket including a fissile material parent material provided on the lower side of the second core fuel, and a fissile material parent housed in the second cladding tube and provided on the upper side of the second core fuel. An upper blanket containing the substance,
A fast reactor core characterized by that.
前記第2の燃料棒は、前記上部ブランケットと前記第2の炉心燃料との間に配置されて核分裂性物質を含む第4の炉心燃料と、前記第2の炉心燃料と前記第4の炉心燃料との間に配置されて核分裂性物質親物質を含む中間ブランケットとをさらに有する、
ことを特徴とする請求項1に記載の高速炉炉心。 The first fuel rod is disposed between the upper moderator and the first core fuel, and includes a third core fuel containing a fissile material, the first core fuel, and the third core fuel. Further comprising either an intermediate blanket containing a fissile material parent material or an intermediate moderator containing a neutron moderator material disposed between the core fuel and
The second fuel rod is disposed between the upper blanket and the second core fuel, and includes a fourth core fuel containing a fissile material, the second core fuel, and the fourth core fuel. And an intermediate blanket disposed between and comprising a fissile material parent material,
The fast reactor core according to claim 1.
前記第1の燃料棒それぞれは、鉛直方向に延びる第1の被覆管と、前記第1の被覆管内に収納されて核分裂性物質を含む第1の炉心燃料とを有し、さらに、前記第1の被覆管内に収納されて前記第1の炉心燃料の下側に設けられ中性子減速物質を含む固体状の減速材および劣化ウランを含む下部混合材と、前記第1の被覆管内に収納されて前記第1の炉心燃料の上側に設けられ中性子減速物質を含み固体状の減速材および劣化ウランを含む上部混合材との少なくともいずれか一つを有し、
前記第2の燃料棒それぞれは、鉛直方向に延びる第2の被覆管と、前記第2の被覆管内に収納されて核分裂性物質を含む第2の炉心燃料と、前記第2の被覆管内に収納されて前記第2の炉心燃料の下側に設けられ核分裂性物質親物質を含む下部ブランケットと、前記第2の被覆管内に収納されて前記第2の炉心燃料の上側に設けられ核分裂性物質親物質を含む上部ブランケットとを有する、
ことを特徴とする高速炉炉心。 A plurality of first fuel assemblies each having at least one first fuel rod and a plurality of second fuel rods extending in the vertical direction and parallel to each other;
Each of the first fuel rods includes a first cladding tube extending in a vertical direction, and a first core fuel contained in the first cladding tube and containing a fissile material, and further, the first fuel rod A solid moderator containing a neutron moderator and a lower mixed material containing depleted uranium provided under the first core fuel, and housed in the first clad and Having at least one of a solid moderator and an upper mixed material containing depleted uranium and including a neutron moderator material provided on the upper side of the first core fuel;
Each of the second fuel rods is accommodated in a second cladding tube extending in the vertical direction, a second core fuel contained in the second cladding tube and containing a fissile material, and in the second cladding tube. A lower blanket including a fissile material parent material provided on the lower side of the second core fuel, and a fissile material parent housed in the second cladding tube and provided on the upper side of the second core fuel. An upper blanket containing the substance,
A fast reactor core characterized by that.
前記第1の燃料棒それぞれは、鉛直方向に延びる第1の被覆管と、前記第1の被覆管内に収納されて核分裂性物質を含む第1の炉心燃料とを有し、さらに、前記第1の被覆管内に収納されて前記第1の炉心燃料の下側に設けられ中性子減速物質を含む固体状の下部減速材と、前記第1の被覆管内に収納されて前記第1の炉心燃料の上側に設けられ中性子減速物質を含む固体状の上部減速材との少なくともいずれか一つを有し、
前記第2の燃料棒それぞれは、鉛直方向に延びる第2の被覆管と、前記第2の被覆管内に収納されて核分裂性物質を含む第2の炉心燃料と、前記第2の被覆管内に収納されて前記第2の炉心燃料の下側に設けられ核分裂性物質親物質を含む下部ブランケットと、前記第2の被覆管内に収納されて前記第2の炉心燃料の上側に設けられ核分裂性物質親物質を含む上部ブランケットとを有する、
ことを特徴とする高速炉燃料集合体。 Comprising at least one first fuel rod and a plurality of second fuel rods extending in the vertical direction and parallel to each other;
Each of the first fuel rods includes a first cladding tube extending in a vertical direction, and a first core fuel contained in the first cladding tube and containing a fissile material, and further, the first fuel rod A solid lower moderator containing a neutron moderator material provided on the lower side of the first core fuel, and an upper side of the first core fuel contained in the first cladding tube And at least one of a solid upper moderator containing a neutron moderator,
Each of the second fuel rods is accommodated in a second cladding tube extending in the vertical direction, a second core fuel contained in the second cladding tube and containing a fissile material, and in the second cladding tube. A lower blanket including a fissile material parent material provided on the lower side of the second core fuel, and a fissile material parent housed in the second cladding tube and provided on the upper side of the second core fuel. An upper blanket containing the substance,
A fast reactor fuel assembly characterized by that.
前記第2の燃料棒は、前記上部ブランケットと前記第2の炉心燃料との間に配置されて核分裂性物質を含む第4の炉心燃料と、前記第2の炉心燃料と前記第4の炉心燃料との間に配置されて核分裂性物質親物質を含む中間ブランケットとをさらに有する、
ことを特徴とする請求項12に記載の高速炉燃料集合体。 The first fuel rod is disposed between the upper moderator and the first core fuel, and includes a third core fuel containing a fissile material, the first core fuel, and the third core fuel. Further comprising either an intermediate blanket containing a fissile material parent material or an intermediate moderator containing a neutron moderator material disposed between the core fuel and
The second fuel rod is disposed between the upper blanket and the second core fuel, and includes a fourth core fuel containing a fissile material, the second core fuel, and the fourth core fuel. And an intermediate blanket disposed between and comprising a fissile material parent material,
The fast reactor fuel assembly according to claim 12.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012090119A JP2013217832A (en) | 2012-04-11 | 2012-04-11 | Fast reactor core and fuel assembly |
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JP2012090119A JP2013217832A (en) | 2012-04-11 | 2012-04-11 | Fast reactor core and fuel assembly |
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Publication Number | Publication Date |
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015141069A (en) * | 2014-01-28 | 2015-08-03 | 株式会社東芝 | Fast reactor core |
JP2016090396A (en) * | 2014-11-05 | 2016-05-23 | 株式会社東芝 | Fast reactor fuel element, fast reactor fuel assembly and fast reactor core |
WO2016136898A1 (en) * | 2015-02-25 | 2016-09-01 | 株式会社シー・アール・ワイ | Nuclear reactor |
JP2018185205A (en) * | 2017-04-25 | 2018-11-22 | 日立Geニュークリア・エナジー株式会社 | Core of fast reactor and fuel loading method of fast reactor |
-
2012
- 2012-04-11 JP JP2012090119A patent/JP2013217832A/en active Pending
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JP2016090396A (en) * | 2014-11-05 | 2016-05-23 | 株式会社東芝 | Fast reactor fuel element, fast reactor fuel assembly and fast reactor core |
WO2016136898A1 (en) * | 2015-02-25 | 2016-09-01 | 株式会社シー・アール・ワイ | Nuclear reactor |
JP2018185205A (en) * | 2017-04-25 | 2018-11-22 | 日立Geニュークリア・エナジー株式会社 | Core of fast reactor and fuel loading method of fast reactor |
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