JP2017015602A - Fast reactor core of fast reactor and fast reactor - Google Patents

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光明 山岡
保幸 森木
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保幸 森木
昭浩 原
Akihiro Hara
昭浩 原
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fast reactor capable of reducing void reactivity compared with a conventional technique without always making a premise of reduction of a height of a reactor core of the fast reactor.SOLUTION: According to an embodiment, a fast-reactor reactor core 1 of a fast reactor having a fuel containing a mixture of plutonium and either depleted uranium or recovered uranium and using a liquid metal as a coolant, comprises: an inner reactor core fuel assembly 110 having a plurality of inner reactor core fuel assembly elements; and an outer reactor core fuel assembly 120 having a plurality of outer reactor core fuel assembly elements. A plutonium enrichment of the fuel in the inner reactor core fuel assembly elements is higher than a plutonium enrichment in the outer reactor core fuel assembly elements, and a fuel loading weight per one inner reactor core fuel assembly 110 is lower than a fuel loading weight per one outer reactor core fuel assembly 120.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明の実施形態は、高速炉炉心およびこれを有する高速炉に関する。   Embodiments described herein relate generally to a fast reactor core and a fast reactor having the same.

高速炉は、中性子エネルギーを減速させにくいナトリウム等の液体金属冷却材を使用することにより、高速中性子により核分裂を発生させる。このような高速炉は、核分裂性物質の増殖に適しているとともに、軽水炉の使用済燃料の再処理によって取り出されて、数十万年以上の半減期を持つ超ウラン元素(TRU)を効率的に燃焼させることができるという特徴がある。   Fast reactors generate nuclear fission by fast neutrons by using a liquid metal coolant such as sodium that is difficult to slow down neutron energy. Such a fast reactor is suitable for the proliferation of fissile material, and it is extracted by reprocessing spent fuel in a light water reactor to efficiently produce transuranium element (TRU) having a half-life of several hundred thousand years or more. It is characterized by being able to burn.

一方で、中型あるいは大型(中大型)の高速炉においては、冷却材の密度低下やボイドの発生に伴う反応度(ボイド反応度)が、軽水炉と異なり正となる。このため、冷却材の密度低下やボイドの発生は、高速炉炉心の出力を上昇させる要因となり、万が一制御棒により原子炉の停止が行われなければ高速炉炉心損傷事故につながる可能性がある。   On the other hand, in a medium-sized or large-sized (medium-sized) fast reactor, the reactivity (void reactivity) associated with the decrease in the density of the coolant and the generation of voids is positive, unlike the light water reactor. For this reason, the decrease in the density of the coolant and the generation of voids cause the output of the fast reactor core to increase, and if the reactor is not shut down by the control rod, it may lead to a fast reactor core damage accident.

従来の高速炉炉心の燃料集合体の主要仕様の例を図19に示す。   FIG. 19 shows an example of main specifications of a conventional fuel assembly for a fast reactor core.

図19に示すように、TRU燃料は内側炉心、外側炉心ともに中実の燃料となっている。また、Pu富化度は内側炉心が20重量%(wt%)、外側炉心で27wt%であり、内側炉心の方が低い。さらに、燃料装荷重量は、内側炉心と外側炉心で同一であることとなっている。   As shown in FIG. 19, the TRU fuel is a solid fuel in both the inner core and the outer core. The Pu enrichment is 20 wt% (wt%) for the inner core and 27 wt% for the outer core, which is lower for the inner core. Further, the fuel load amount is the same for the inner core and the outer core.

一般に、高速炉においては、高速炉炉心中心部領域よりも外側領域からの中性子漏洩が大きいために、外側領域では内側領域よりも出力が小さくなり、径方向の出力分布が歪む。そこで、高速炉炉心の径方向外側の外側炉心燃料のプルトニウム(Pu)富化度を内側炉心燃料のPu富化度よりも大きくすることにより、径方向の出力分布を平坦化している。   In general, in the fast reactor, neutron leakage from the outer region is larger than that in the central region of the fast reactor core, so that the output in the outer region is smaller than that in the inner region, and the radial power distribution is distorted. Therefore, the power distribution in the radial direction is flattened by making the plutonium (Pu) enrichment of the outer core fuel radially outside the fast reactor core larger than the Pu enrichment of the inner core fuel.

一方、ボイド反応度の要因として大きなものの一つは、ボイド発生による高速炉炉心からの中性子漏えい量の増大であり、負の反応度をもたらす。もう一つは、冷却材による中性子減速の低減に伴う中性子エネルギーの増大であり、正の反応度をもたらす。中大型炉では、前者の負の反応度要因による反応度の絶対値が小さくなるため、全体として正の反応度となる。また、中性子漏洩が小さい内側炉心では、単位冷却材体積当たりの反応度が外側炉心よりも大きくなる。   On the other hand, one of the major factors of void reactivity is an increase in the amount of neutron leakage from the fast reactor core due to the generation of voids, which causes negative reactivity. The other is an increase in neutron energy that accompanies a reduction in neutron moderation by the coolant, resulting in positive reactivity. In the medium and large-sized furnace, the absolute value of the reactivity due to the negative reactivity factor of the former becomes small, so that the reactivity becomes positive as a whole. Moreover, in the inner core where neutron leakage is small, the reactivity per unit coolant volume is larger than that in the outer core.

一方、中性子漏洩がない無限体系において、Pu富化度とボイド反応度の関係を検討した結果に基づくと、Pu富化度が低い燃料ほどボイド反応度が大きい。ウラン(U)では高エネルギー領域での閾値核分裂反応と、中速エネルギー領域での中性子捕獲反応が存在する。冷却材ボイドの発生に伴い中性子スペクトルが硬くなる、すなわち高エネルギー側にシフトすることで、前者の閾値核分裂反応が増大し、後者の中性子捕獲反応が低下する。この結果、Pu富化度が低い、すなわちUの割合が大きな燃料では、Uが、大きな正の反応度に寄与するため、Pu富化度が低い燃料ほどボイド反応度が大きいことになる。   On the other hand, in an infinite system with no neutron leakage, based on the results of examining the relationship between Pu enrichment and void reactivity, the lower the Pu enrichment, the greater the void reactivity. In uranium (U), there are a threshold fission reaction in a high energy region and a neutron capture reaction in a medium velocity energy region. As the coolant voids are generated, the neutron spectrum becomes harder, that is, shifted to a higher energy side, whereby the former threshold fission reaction is increased and the latter neutron capture reaction is decreased. As a result, in a fuel having a low Pu enrichment, that is, a fuel having a large proportion of U, U contributes to a large positive reactivity, so that a fuel having a lower Pu enrichment has a higher void reactivity.

以上により、内側炉心に、低いPu富化度の燃料を装荷することによって、内側炉心では単位冷却材体積当たりのボイド反応度が、外側炉心での単位冷却材体積当たりのボイド反応度よりも大きくなりやすい。   As described above, by loading fuel with low Pu enrichment into the inner core, the void reactivity per unit coolant volume in the inner core is larger than the void reactivity per unit coolant volume in the outer core. Prone.

冷却材流量喪失などの事故においては、冷却材温度の上昇に伴ってボイド反応度が大きい内側炉心燃料にて大きな反応度が投入され、高速炉炉心損傷につながる可能性がある。そのため、従来から、冷却材の密度低下時やボイド発生時の反応度(以下、ボイド反応度とする)を低減する研究が行われてきた。   In accidents such as loss of coolant flow rate, as the coolant temperature rises, the inner core fuel, which has a higher void reactivity, is injected with a higher reactivity, which may lead to fast core damage. For this reason, conventionally, research has been conducted to reduce the reactivity when the density of the coolant is reduced or when voids are generated (hereinafter referred to as void reactivity).

ボイド反応度の低減を目的とした研究を分類すると、高速炉炉心からの中性子漏えいの増大、高速炉炉心中性子エネルギーの低減(中性子スペクトルの軟化)がある。   The research aimed at reducing void reactivity is classified into the increase of neutron leakage from the fast reactor core and the reduction of neutron energy (softening of the neutron spectrum).

前者の高速炉炉心からの中性子漏えいを増大させるためのアイデアとして、高速炉炉心高さの低減、高速炉炉心内のPu富化度分布の工夫(たとえば、高速炉炉心非均質化など)、中性子吸収体、構造材、冷却材の配置等による工夫などが挙げられる。   As ideas for increasing the neutron leakage from the former fast reactor core, reduction of the fast reactor core height, devising of Pu enrichment distribution in the fast reactor core (for example, non-homogenization of the fast reactor core, etc.), neutrons A device by arrangement | positioning of an absorber, a structural material, a coolant, etc. are mentioned.

後者の高速炉炉心中性子エネルギーの低減のためのアイデアとしては、中性子減速材の高速炉炉心への装荷等がある。   The latter idea for reducing the fast reactor core neutron energy includes loading a neutron moderator on the fast reactor core.

特許第3054449号公報Japanese Patent No. 3054449

従来のボイド反応度の低減方策では、以下のような問題点がある。   Conventional measures for reducing void reactivity have the following problems.

(1)高速炉炉心高さの低減
高速炉炉心高さを低減させるのみでボイド反応度をゼロ以下(ゼロまたは負)とするには、高速炉炉心高さを30cm程度以下とする必要がある。
(1) Reduction of the fast reactor core height To reduce the void reactivity to zero or less (zero or negative) simply by reducing the fast reactor core height, the fast reactor core height needs to be about 30 cm or less. .

高速炉炉心高さを100cm程度とする中大型炉においては、高速炉炉心高さを30cmと低くすれば、高速炉炉心の直径(高速炉炉心径)は、約80wt%増大し、経済性を損なうこととなる。そこで、多くの場合、他の方策と組み合わせて適用する必要がある。   In medium and large reactors with a fast reactor core height of about 100 cm, if the fast reactor core height is lowered to 30 cm, the diameter of the fast reactor core (fast reactor core diameter) will increase by about 80 wt%, and the economy will increase. You will lose. Therefore, in many cases, it is necessary to apply in combination with other measures.

(2)中性子減速材の高速炉炉心への装荷
中性子減速材の高速炉炉心への装荷は高速炉炉心の中性子スペクトルの軟化につながり、増殖比が低下する。また、中性子減速材を装荷した空間分は、燃料の装荷量が減少するか、あるいはその分だけ高速炉炉心体積の増大が必要となる。さらに、減速材の種類にも依存するが、照射特性の検証が必要となる。
(2) Loading of neutron moderator into the fast reactor core Loading of the neutron moderator into the fast core leads to softening of the neutron spectrum of the fast reactor core, and the breeding ratio decreases. Further, the space loaded with the neutron moderator needs to reduce the amount of fuel loaded or increase the fast reactor core volume accordingly. Furthermore, although it depends on the type of moderator, it is necessary to verify the irradiation characteristics.

(3)Pu富化度分布の工夫
Pu富化度分布の工夫に関し、特許文献1では、高速炉炉心高さを45cmに低減したうえで、軸方向中央部のPu富化度を軸方向上下部よりも大きくして、軸方向の中性子束勾配を増加させることにより、中性子漏洩量を増大させている。
(3) Device for Pu enrichment distribution Regarding the device for Pu enrichment distribution, in Patent Document 1, the Pu reactor core height is reduced to 45 cm, and the Pu enrichment in the axial center is increased or decreased in the axial direction. The amount of neutron leakage is increased by increasing the axial neutron flux gradient.

すなわち、この公知例では、高速炉炉心高さ低減と、軸方向のPu富化度分布を組み合わせることによって、ボイド反応度の低減を図っている。しかしながら、高速炉炉心高さの低減により高速炉炉心径が増大し、原子炉容器の径方向サイズに影響することは、経済性へのインパクトが大きい。   That is, in this known example, the void reactivity is reduced by combining the reduction of the fast reactor core height and the Pu enrichment distribution in the axial direction. However, reducing the fast reactor core height increases the fast reactor core diameter and affects the radial size of the reactor vessel, which has a great impact on economic efficiency.

そこで、本発明の実施形態は、高速炉において高速炉炉心高さ低減を必ずしも前提とすることなく、ボイド反応度を従来よりも低減可能とする高速炉炉心を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a fast reactor core in which the void reactivity can be reduced as compared with the prior art without necessarily assuming the reduction of the fast reactor core height in the fast reactor.

上述の目的を達成するため、本実施形態は、プルトニウムと劣化ウランまたは回収ウランとの混合物を含んだ燃料を有し、液体金属を冷却材とする高速炉の高速炉炉心であって、互いに並列に配され鉛直方向に延びる複数の内側炉心燃料集合体要素を有する内側炉心燃料集合体と、前記内側炉心燃料集合体の径方向外側に設けられ、互いに並列に配され鉛直方向に延びる複数の外側炉心燃料集合体要素を有する外側炉心燃料集合体と、を備え、前記内側炉心燃料集合体要素内の前記燃料のプルトニウム富化度は前記外側炉心燃料集合体要素内の前記燃料のプルトニウム富化度よりも高く、内側炉心燃料集合体一体あたりの燃料装荷重量は外側炉心燃料集合体一体あたりの燃料装荷重量よりも小さい、ことを特徴とする。   In order to achieve the above-mentioned object, the present embodiment is a fast reactor core of a fast reactor having a fuel containing a mixture of plutonium and deteriorated uranium or recovered uranium and using a liquid metal as a coolant, and is parallel to each other. An inner core fuel assembly having a plurality of inner core fuel assembly elements extending in the vertical direction, and a plurality of outer cores provided radially outside the inner core fuel assembly and extending in parallel to each other and extending in the vertical direction An outer core fuel assembly having a core fuel assembly element, the plutonium enrichment of the fuel in the inner core fuel assembly element being a plutonium enrichment of the fuel in the outer core fuel assembly element The fuel load amount per unit of the inner core fuel assembly is smaller than the fuel load amount per unit of the outer core fuel assembly.

また、本実施形態に係る高速炉は、プルトニウムと劣化ウランまたは回収ウランとの混合物を含んだ燃料を有する炉心と、前記炉心を収納し、冷却材である液体金属を保持する原子炉容器と、前記原子炉容器の上部を覆い、前記炉心の反応度を制御する制御棒を駆動する制御棒駆動機構を支持する遮へいプラグと、を備え、前記炉心は、互いに並列に配され鉛直方向に延びる複数の内側炉心燃料集合体要素を有する内側炉心燃料集合体と、前記内側炉心燃料集合体の径方向外側に設けられ、互いに並列に配され鉛直方向に延びる複数の外側炉心燃料集合体要素を有する外側炉心燃料集合体と、を具備し、前記内側炉心燃料集合体要素内の前記燃料のプルトニウム富化度は前記外側炉心燃料集合体要素内の前記燃料のプルトニウム富化度よりも高く、内側炉心燃料集合体一体あたりの燃料装荷重量は外側炉心燃料集合体一体あたりの燃料装荷重量よりも小さい、ことを特徴とする。   In addition, the fast reactor according to the present embodiment includes a core having a fuel containing a mixture of plutonium and deteriorated uranium or recovered uranium, a reactor vessel that stores the core and holds liquid metal as a coolant, A shielding plug that covers an upper portion of the reactor vessel and supports a control rod drive mechanism that drives a control rod that controls the reactivity of the core, and the cores are arranged in parallel to each other and extend in the vertical direction. An inner core fuel assembly having a plurality of inner core fuel assembly elements, and an outer side having a plurality of outer core fuel assembly elements arranged in parallel to each other and extending in the vertical direction. A plutonium enrichment of the fuel in the inner core fuel assembly element than a plutonium enrichment of the fuel in the outer core fuel assembly element. Ku, fuel loading weight per piece inner core fuel assemblies is less than the fuel loading weight per piece outer core fuel assemblies, it is characterized.

本発明の実施形態によれば、高速炉において、高速炉炉心高さ低減を必ずしも前提とすることなく、ボイド反応度を従来よりも低減可能な高速炉炉心を提供することができる。   According to the embodiment of the present invention, in a fast reactor, it is possible to provide a fast reactor core in which the void reactivity can be reduced as compared with the prior art, without necessarily reducing the fast reactor core height.

第1の実施形態に係る高速炉の構成を示す立断面図である。It is an elevation sectional view showing composition of a fast reactor concerning a 1st embodiment. 第1の実施形態に係る高速炉炉心の構成を示す水平断面図である。1 is a horizontal sectional view showing a configuration of a fast reactor core according to a first embodiment. 第1の実施形態に係る高速炉炉心の内側炉心燃料集合体の構成を示す立断面図である。1 is an elevational sectional view showing a configuration of an inner core fuel assembly of a fast reactor core according to a first embodiment. 第1の実施形態に係る高速炉炉心の内側炉心燃料集合体の構成を示す水平断面図である。It is a horizontal sectional view showing the composition of the inner core fuel assembly of the fast reactor core concerning a 1st embodiment. 第1の実施形態に係る高速炉炉心の内側炉心燃料集合体の燃料要素の構成を示す水平断面図である。It is a horizontal sectional view showing the composition of the fuel element of the inner core fuel assembly of the fast reactor core according to the first embodiment. 第1の実施形態に係る高速炉炉心の外側炉心燃料集合体の構成を示す水平断面図である。It is a horizontal sectional view showing the configuration of the outer core fuel assembly of the fast reactor core according to the first embodiment. 第1の実施形態に係る高速炉炉心の外側炉心燃料集合体の燃料要素の構成を示す水平断面図である。It is a horizontal sectional view showing the composition of the fuel element of the outer core fuel assembly of the fast reactor core according to the first embodiment. 第1の実施形態に係る高速炉炉心の燃料集合体の主要仕様を示す表である。It is a table | surface which shows the main specifications of the fuel assembly of the fast reactor core which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る高速炉炉心のボイド反応度と出力ピーキング係数の比較を示す表である。It is a table | surface which shows the comparison of the void reactivity of a fast reactor core which concerns on 1st Embodiment, and an output peaking coefficient. 第1の実施形態に係る高速炉炉心の燃料集合体の変形例の場合の主要仕様を示す表である。It is a table | surface which shows the main specifications in the case of the modification of the fuel assembly of the fast reactor core which concerns on 1st Embodiment. 第2の実施形態に係る高速炉炉心の内側炉心燃料集合体の構成を示す水平断面図である。It is a horizontal sectional view showing the configuration of the inner core fuel assembly of the fast reactor core according to the second embodiment. 第2の実施形態に係る高速炉炉心の内側炉心燃料集合体の燃料要素の構成を示す水平断面図である。It is a horizontal sectional view showing the composition of the fuel element of the inner core fuel assembly of the fast core according to the second embodiment. 第2の実施形態に係る高速炉炉心の燃料集合体の主要仕様を示す表である。It is a table | surface which shows the main specifications of the fuel assembly of the fast reactor core which concerns on 2nd Embodiment. 第3の実施形態に係る高速炉炉心の燃料集合体の主要仕様を示す表である。It is a table | surface which shows the main specifications of the fuel assembly of the fast reactor core which concerns on 3rd Embodiment. 第4の実施形態に係る高速炉炉心の内側炉心燃料集合体の構成を示す水平断面図である。It is a horizontal sectional view showing the composition of the inner core fuel assembly of the fast reactor core concerning a 4th embodiment. 第4の実施形態に係る高速炉炉心の内側炉心燃料集合体の燃料要素の構成を示す水平断面図である。It is a horizontal sectional view showing the composition of the fuel element of the inner core fuel assembly of the fast core according to the fourth embodiment. 第4の実施形態に係る高速炉炉心の内側炉心燃料集合体の全空要素の構成を示す水平断面図である。It is a horizontal sectional view showing the composition of all the empty elements of the inner core fuel assembly of the fast core according to the fourth embodiment. 第4の実施形態に係る高速炉炉心の燃料集合体の主要仕様を示す表である。It is a table | surface which shows the main specifications of the fuel assembly of the fast reactor core which concerns on 4th Embodiment. 従来の高速炉炉心の燃料集合体の主要仕様の例を示す表である。It is a table | surface which shows the example of the main specifications of the fuel assembly of the conventional fast reactor core.

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る高速炉炉心について説明する。ここで、互いに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, a fast reactor core according to an embodiment of 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、第1の実施形態に係る高速炉の構成を示す立断面図である。高速炉300は、高速炉炉心1、高速炉炉心1を支持する炉心支持板2、これらを収納しかつ原子炉冷却材を内部に保持する原子炉容器6、原子炉容器6の上部を覆う遮へいプラグ5を有する。ここで、原子炉冷却材は、液体金属でありたとえばナトリウム(Na)である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is an elevational sectional view showing the configuration of the fast reactor according to the first embodiment. The fast reactor 300 includes a fast reactor core 1, a core support plate 2 that supports the fast reactor core 1, a reactor vessel 6 that houses them and holds a reactor coolant therein, and a shield that covers the top of the reactor vessel 6. It has a plug 5. Here, the reactor coolant is a liquid metal, such as sodium (Na).

高速炉炉心1の上方には、遮へいプラグ5を貫通して、遮へいプラグ5に支持された炉心上部機構4が、原子炉容器6内に向けて吊り下げられている。炉心上部機構4は、制御棒集合体11(図2)を駆動する制御棒駆動機構13や、図示しない高速炉炉心計装等を有する。   Above the fast reactor core 1, the core upper mechanism 4 that penetrates the shielding plug 5 and is supported by the shielding plug 5 is suspended toward the reactor vessel 6. The core upper mechanism 4 includes a control rod drive mechanism 13 that drives the control rod assembly 11 (FIG. 2), a fast reactor core instrumentation (not shown), and the like.

原子炉容器6内の高速炉炉心1の下方にコアキャッチャ3が設けられている。また、原子炉容器6には、原子炉冷却材を原子炉容器6に送り込む冷却材入口配管8と、原子炉冷却材を原子炉容器6から送り出す冷却材出口配管9とが接続されている。   A core catcher 3 is provided below the fast reactor core 1 in the reactor vessel 6. The reactor vessel 6 is connected to a coolant inlet pipe 8 for sending the reactor coolant to the reactor vessel 6 and a coolant outlet pipe 9 for sending the reactor coolant from the reactor vessel 6.

冷却材入口配管8から原子炉容器6内に流入した原子炉冷却材は、コアキャッチャ3が設けられている下部プレナム8aに流入する。下部プレナム8aに流入した原子炉冷却材は、上方に方向転換した後に、炉心支持板2から高速炉炉心1に流入し、高速炉炉心1を通過後に、上部プレナム9aに流入する。上部プレナム9aに流入した原子炉冷却材は、冷却材出口配管9を通って、外部との熱交換のために原子炉容器6から流出する。   The reactor coolant that has flowed into the reactor vessel 6 from the coolant inlet pipe 8 flows into the lower plenum 8a in which the core catcher 3 is provided. The reactor coolant that has flowed into the lower plenum 8 a changes direction upward, then flows into the fast reactor core 1 from the core support plate 2, passes through the fast reactor core 1, and then flows into the upper plenum 9 a. The reactor coolant flowing into the upper plenum 9a flows out of the reactor vessel 6 through the coolant outlet pipe 9 for heat exchange with the outside.

図2は、高速炉の高速炉炉心の構成を示す水平断面図である。高速炉炉心1には、炉心燃料集合体100、制御棒集合体11、および遮へい体12が設けられている。炉心燃料集合体100は、鉛直方向に延びて互いに並列に配された複数の内側炉心燃料集合体110と、内側炉心燃料集合体110の径方向外側に内側炉心燃料集合体110と並列に配された複数の外側炉心燃料集合体120とを含む。   FIG. 2 is a horizontal sectional view showing the configuration of the fast reactor core of the fast reactor. The fast reactor core 1 is provided with a core fuel assembly 100, a control rod assembly 11, and a shielding body 12. The core fuel assembly 100 extends in the vertical direction and is arranged in parallel with each other, and the inner core fuel assembly 110 is arranged in parallel with the inner core fuel assembly 110 on the radially outer side of the inner core fuel assembly 110. A plurality of outer core fuel assemblies 120.

制御棒集合体11は、炉心燃料集合体100が配列されている領域に互いに間をおいて点在するように配置されている。遮へい体12は、外側炉心燃料集合体120の径方向外側に配されている。   The control rod assemblies 11 are arranged so as to be interspersed with each other in a region where the core fuel assemblies 100 are arranged. The shielding body 12 is disposed on the outer side in the radial direction of the outer core fuel assembly 120.

なお、高速炉で増殖炉の場合は、通常、外側炉心燃料集合体120が配されている領域の外側には、径方向ブランケット燃料が配される。本実施形態は、超ウラン元素(TRU)を燃焼させる目的の高速炉炉心の場合を示している。したがって、本実施形態における高速炉炉心1にはブランケット燃料は設けられていない。   In the case of a fast reactor and a breeder reactor, the radial blanket fuel is usually disposed outside the region where the outer core fuel assembly 120 is disposed. This embodiment shows the case of a fast reactor core intended to burn transuranium elements (TRU). Therefore, no blanket fuel is provided in the fast reactor core 1 in the present embodiment.

図3は、内側炉心燃料集合体の構成を示す立断面図である。また、図4は、水平断面図である。内側炉心燃料集合体110は、鉛直方向に延びて互いに並列に配された複数の内側炉心燃料集合体要素(燃料要素)210を有する。燃料要素210は、三角配列で、全体として六角形の断面を形成する。   FIG. 3 is an elevational sectional view showing the configuration of the inner core fuel assembly. FIG. 4 is a horizontal sectional view. The inner core fuel assembly 110 includes a plurality of inner core fuel assembly elements (fuel elements) 210 that extend in the vertical direction and are arranged in parallel to each other. The fuel elements 210 have a triangular arrangement and generally form a hexagonal cross section.

また、内側炉心燃料集合体110は、燃料要素210の径方向外側を覆う六角筒状のラッパ管101、ラッパ管101の下部に接続するエントランスノズル102、およびラッパ管101の上部に接続するハンドリングヘッド103を有する。ハンドリングヘッド103は、中央に原子炉冷却材の流出用の冷却材流出口103aが形成されており、また、図示しない燃料取扱装置による取り扱いが可能な形状に形成されている。   The inner core fuel assembly 110 includes a hexagonal tubular trumpet tube 101 that covers the radially outer side of the fuel element 210, an entrance nozzle 102 that is connected to the lower portion of the trumpet tube 101, and a handling head that is connected to the upper portion of the trumpet tube 101. 103. The handling head 103 is formed with a coolant outlet 103a for outflow of the reactor coolant in the center, and has a shape that can be handled by a fuel handling device (not shown).

燃料要素210は、支持板105に支持されている。エントランスノズル102には、冷却材流入口102aが形成されている。また、エントランスノズル102の内側で支持板105の下側には、エントランスノズル102に支持された遮へい体104が設けられている。   The fuel element 210 is supported by the support plate 105. The entrance nozzle 102 is formed with a coolant inlet 102a. Further, a shielding body 104 supported by the entrance nozzle 102 is provided inside the entrance nozzle 102 and below the support plate 105.

ラッパ管101内の燃料要素210間の間隙は、原子炉冷却材の流路となっている。原子炉冷却材は、エントランスノズル102の冷却材流入口102aから流入し、各燃料要素210の外側の流路を、各燃料要素210を冷却しながら上昇する。温度上昇して燃料要素210から流出した原子炉冷却材は、ハンドリングヘッド103の冷却材流出口103aから内側炉心燃料集合体110の外部に流出する。   A gap between the fuel elements 210 in the trumpet tube 101 is a flow path for the reactor coolant. The reactor coolant flows in from the coolant inlet 102 a of the entrance nozzle 102 and rises in the flow path outside each fuel element 210 while cooling each fuel element 210. The reactor coolant that has risen in temperature and has flowed out of the fuel element 210 flows out of the inner core fuel assembly 110 from the coolant outlet 103 a of the handling head 103.

図5は、内側炉心燃料集合体の燃料要素の構成を示す水平断面図である。燃料要素210は、被覆管201およびTRU燃料211を有する。TRU燃料211は、被覆管201内に収納されており、棒状またはペレット状である。棒状またはペレット状のTRU燃料211は、中空棒または中空ペレット(すなわち中空燃料wt%)である。   FIG. 5 is a horizontal sectional view showing the configuration of the fuel elements of the inner core fuel assembly. The fuel element 210 includes a cladding tube 201 and a TRU fuel 211. The TRU fuel 211 is accommodated in the cladding tube 201 and is in the form of a rod or a pellet. The rod-shaped or pellet-shaped TRU fuel 211 is a hollow rod or a hollow pellet (that is, hollow fuel wt%).

TRU燃料211は、プルトニウムと、劣化ウランまたは回収ウランとの混合物を含む。プルトニウムは、核燃料リサイクルプロセスにおいて、Pu、ネプツニウム(Np)、アメリシウム(Am)およびキュリウム(Cm)の一部または全部の元素を混合した状態で混合TRUを主成分として回収される。また、ウランは、プルトニウム等と分離されない状態で回収されてもよいし、別に回収された物を混合してもよい。   The TRU fuel 211 includes a mixture of plutonium and degraded uranium or recovered uranium. In the nuclear fuel recycling process, plutonium is recovered with mixed TRU as a main component in a state where some or all of elements of Pu, neptunium (Np), americium (Am), and curium (Cm) are mixed. Uranium may be recovered in a state where it is not separated from plutonium or the like, or a separately recovered product may be mixed.

TRU燃料211の形態としては、たとえば、これらとともに、実質的に残部である母材を有する金属形態の金属燃料である。母材としては、たとえばジルコニウム(Zr)を用いている。   As a form of the TRU fuel 211, for example, a metal fuel of a metal form having a base material which is substantially the balance together with these. For example, zirconium (Zr) is used as the base material.

図6は、外側炉心燃料集合体の構成を示す水平断面図である。外側炉心燃料集合体120は、内側炉心燃料集合体110と同様の構成であり、三角配列された外側炉心燃料集合体要素(燃料要素)220を有する。また、内側炉心燃料集合体110と同様に六角筒状のラッパ管101、エントランスノズル102(図3)、およびハンドリングヘッド103(図3)を有する。   FIG. 6 is a horizontal sectional view showing the configuration of the outer core fuel assembly. The outer core fuel assembly 120 has the same configuration as the inner core fuel assembly 110 and includes outer core fuel assembly elements (fuel elements) 220 arranged in a triangular pattern. Further, similarly to the inner core fuel assembly 110, it has a hexagonal tubular trumpet tube 101, an entrance nozzle 102 (FIG. 3), and a handling head 103 (FIG. 3).

図7は、第1の実施形態に係る高速炉炉心の外側炉心燃料集合体の燃料要素の構成を示す水平断面図である。燃料要素220は、被覆管201およびTRU燃料221を有する。TRU燃料221は、被覆管201内に収納されており、中実の棒状またはペレット状である。   FIG. 7 is a horizontal sectional view showing the configuration of the fuel elements of the outer core fuel assembly of the fast reactor core according to the first embodiment. The fuel element 220 has a cladding tube 201 and a TRU fuel 221. The TRU fuel 221 is accommodated in the cladding tube 201 and has a solid rod shape or pellet shape.

図8は、第1の実施形態に係る高速炉炉心の燃料集合体の主要仕様を示す表である。内側炉心燃料集合体110と外側炉心燃料集合体120を対比させている。以下、それぞれの主要仕様を説明する。なお、原子炉出力は、700MWtである。   FIG. 8 is a table showing main specifications of the fuel assembly of the fast reactor core according to the first embodiment. The inner core fuel assembly 110 and the outer core fuel assembly 120 are contrasted. Each main specification will be described below. The reactor power is 700 MWt.

まず、内側炉心燃料集合体110については、被覆管外径および内径はそれぞれ6.5mmおよび5.56mm、燃料組成はTRU−U−Zr、TRU燃料の外径は4.8mm、内径すなわち孔径は3.4mm、燃料実効密度は11.8g/cc、集合体当たりの燃料数は169本、Pu富化度は41wt%、集合体1体あたりの燃料装荷重量の相対値は外側炉心燃料集合体120の1に対してその1/2の0.5である。   First, for the inner core fuel assembly 110, the outer diameter and inner diameter of the cladding tube are 6.5 mm and 5.56 mm, the fuel composition is TRU-U-Zr, the outer diameter of the TRU fuel is 4.8 mm, and the inner diameter, that is, the hole diameter is 3.4mm, effective fuel density is 11.8g / cc, number of fuels per assembly is 169, Pu enrichment is 41wt%, relative value of fuel load per assembly is the outer core fuel assembly One half of 120 is 0.5 that is 1/2 of that.

次に、外側炉心燃料集合体120については、被覆管外径および内径は内側炉心燃料集合体110に同じ、燃料組成も内側炉心燃料集合体110に同じ、TRU燃料の外径も同様に4.8mm、孔は無く、燃料実効密度および集合体当たりの燃料数も内側炉心燃料集合体110に同じ、Pu富化度は25wt%、集合体1体あたりの燃料装荷重量の相対値は1である。   Next, for the outer core fuel assembly 120, the outer diameter and inner diameter of the cladding tube are the same as those of the inner core fuel assembly 110, the fuel composition is the same as that of the inner core fuel assembly 110, and the outer diameter of the TRU fuel is also the same. 8mm, no holes, effective fuel density and number of fuels per assembly are the same as the inner core fuel assembly 110, Pu enrichment is 25 wt%, and relative value of fuel load per assembly is 1. .

このように、Pu富化度は、外側炉心燃料集合体120が装荷されている外側炉心よりも、内側炉心燃料集合体110が装荷されている内側炉心において高く設定されている。   Thus, the Pu enrichment is set higher in the inner core in which the inner core fuel assembly 110 is loaded than in the outer core in which the outer core fuel assembly 120 is loaded.

一方、内側炉心の燃料要素210のTRU燃料211は外形4.8mmで内径3.4mmの中空であり、外形4.8mmで中実の外側炉心の燃料要素220のTRU燃料221よりも、集合体水平断面における単位軸方向長さ当たり燃料装荷重量、あるいは燃料集合体一体あたりの燃料装荷重量が低くなっている。   On the other hand, the TRU fuel 211 of the fuel element 210 in the inner core is hollow with an outer diameter of 4.8 mm and an inner diameter of 3.4 mm, and is more aggregated than the TRU fuel 221 of the fuel element 220 with an outer diameter of 4.8 mm and a solid outer core. The fuel load per unit axial length in the horizontal section or the fuel load per unit fuel assembly is low.

図9は、第1の実施形態に係る高速炉炉心のボイド反応度と出力ピーキング係数の比較を示す表である。以上のように構成した高速炉の高速炉炉心1の性能と、図19に示した主要仕様を有する従来の高速炉炉心の性能を比較している。   FIG. 9 is a table showing a comparison between the void reactivity and the power peaking coefficient of the fast reactor core according to the first embodiment. The performance of the fast reactor core 1 of the fast reactor configured as described above is compared with the performance of the conventional fast reactor core having the main specifications shown in FIG.

図19に示した主要仕様を有する従来の高速炉炉心では、ボイド反応度は、内側炉心が1.65、外側炉心が0.00、合計1.65である。また、出力ピーキング係数は、高速炉炉心全体で1.60である。一方、本実施形態による高速炉炉心1では、ボイド反応度は、内側炉心が0.92、外側炉心が−0.10、合計0.82である。また、出力ピーキング係数は、高速炉炉心全体で1.72である。ただし、表記を省略しているボイド係数の数値は、全領域ボイド化時の投入反応度(単位は$)である。   In the conventional fast reactor core having the main specifications shown in FIG. 19, the void reactivity is 1.65 for the inner core and 0.00 for the outer core, which is 1.65 in total. The power peaking coefficient is 1.60 for the entire fast reactor core. On the other hand, in the fast reactor core 1 according to the present embodiment, the void reactivity is 0.92 for the inner core and -0.10 for the outer core, which is 0.82. The power peaking coefficient is 1.72 for the entire fast reactor core. However, the numerical value of the void coefficient whose notation is omitted is the input reactivity (unit: $) at the time of all region voiding.

すなわち、低減を目的としているボイド反応度は、内側炉心で1.65から0.92に大幅に減少し、また、外側炉心では、0.0から−0.10と負に転じている。この結果、高速炉炉心1の全体では、1.65が0.82と半減している。このように、本実施形態によって大幅に低下している。   That is, the void reactivity aimed at reduction is greatly reduced from 1.65 to 0.92 in the inner core, and is negative from 0.0 to −0.10 in the outer core. As a result, in the entire fast reactor core 1, 1.65 is halved to 0.82. Thus, it is greatly reduced by this embodiment.

一方、出力ピーキング係数は、高速炉炉心1の全体で、1.60から1.72に増加している。出力ピーキング係数は、出来る限り増加幅を小さくすることが好ましい。このため、出力ピーキング係数の増加を抑えるには、高速炉炉心1の径を3ないし4wt%程度増大させる、あるいは、多少、ボイド反応度係数の低減効果は減少するが高速炉炉心1の高さを増加させる、などにより平均出力密度を低減することによりピーク出力密度を抑えるという方法をとることができる。   On the other hand, the power peaking coefficient is increased from 1.60 to 1.72 in the entire fast reactor core 1. The output peaking coefficient is preferably as small as possible. For this reason, in order to suppress an increase in the output peaking coefficient, the diameter of the fast reactor core 1 is increased by about 3 to 4 wt%, or the effect of reducing the void reactivity coefficient is slightly reduced, but the height of the fast reactor core 1 is increased. The peak output density can be suppressed by reducing the average output density by increasing the output power.

このように、内側炉心のPu富化度を従来の高速炉炉心よりも高くし、相対的にウラン238の割合を低減させることにより、ボイド係数をマイナス側にし、あるいはマイナス側に近づけている。また、燃料装荷重量を低減することにより、内側炉心の核分裂性物質の量の増大を抑制し、内側炉心と外側炉心の出力分布のバランスを確保することにより、出力ピーキング係数の増大を低く抑えている。すなわち、出力ピーキング係数、炉心の大きさ等に大きな影響を生ずることなく、ボイド係数の低減を図ることができる。   As described above, the Pu enrichment of the inner core is made higher than that of the conventional fast reactor core, and the ratio of uranium 238 is relatively reduced, whereby the void coefficient is set to the minus side or close to the minus side. In addition, by reducing the fuel load, the increase in the amount of fissile material in the inner core is suppressed, and by ensuring the balance of the power distribution between the inner core and the outer core, the increase in the output peaking coefficient is kept low. Yes. That is, the void coefficient can be reduced without significantly affecting the output peaking coefficient, the core size, and the like.

なお、本実施形態ではブランケットを削除してTRU燃焼を目的とする高速炉炉心の場合を示している。これを従来のブランケット無の従来高速炉炉心と比較すると、TRU燃焼量は、従来高速炉炉心では約30kg/サイクル、本実施形態では約50kg/サイクルとなり、約70wt%増加している。これはPu富化度を増大させることで、ウランを減少させてウランからのPu生成を抑制しているためである。よって、本実施形態によれば、TRUの焼効率の増大も図ることができる。   In the present embodiment, the case of a fast core intended for TRU combustion with the blanket removed is shown. When this is compared with a conventional fast reactor core without a conventional blanket, the TRU combustion amount is about 30 kg / cycle in the conventional fast reactor core and about 50 kg / cycle in the present embodiment, which is increased by about 70 wt%. This is because by increasing the Pu enrichment, uranium is decreased and Pu production from uranium is suppressed. Therefore, according to the present embodiment, the TRU firing efficiency can be increased.

以上、本実施形態では、内側炉心燃料集合体110の燃料要素210のTRU燃料211が中空ペレットまたは中空棒(すなわち中空燃料)であり、外側炉心燃料集合体120の燃料要素220のTRU燃料221が中実ペレットまたは中実棒(すなわち中実燃料)である場合を示したが、いずれも中空ペレットまたは中空棒(中空燃料)の場合でも、両者の関係が成立していればよい。   As described above, in the present embodiment, the TRU fuel 211 of the fuel element 210 of the inner core fuel assembly 110 is a hollow pellet or a hollow rod (that is, a hollow fuel), and the TRU fuel 221 of the fuel element 220 of the outer core fuel assembly 120 is Although the case of a solid pellet or a solid rod (that is, a solid fuel) has been shown, it is sufficient that the relationship between the two is satisfied even in the case of a hollow pellet or a hollow rod (hollow fuel).

図10は、変形例の場合の主要仕様を示す表である。図10の表では、内側炉心燃料集合体110の燃料要素210のTRU燃料211では外径が4.8mm、内径が3.6mmの中空ペレットまたは中空棒(中空燃料)であり、外側炉心燃料集合体120の燃料要素220のTRU燃料221では外径が4.8mm、内径が1.75mmの中空ペレットまたは中空棒(中空燃料)である場合を示している。   FIG. 10 is a table showing main specifications in the modification. In the table of FIG. 10, the TRU fuel 211 of the fuel element 210 of the inner core fuel assembly 110 is a hollow pellet or hollow rod (hollow fuel) having an outer diameter of 4.8 mm and an inner diameter of 3.6 mm. A case where the TRU fuel 221 of the fuel element 220 of the body 120 is a hollow pellet or a hollow rod (hollow fuel) having an outer diameter of 4.8 mm and an inner diameter of 1.75 mm is shown.

この場合、内側炉心燃料集合体110の燃料要素210のTRU燃料211の重量は、外側炉心燃料集合体120の燃料要素220のTRU燃料221の重量の1/2である。
すなわち、図8で示した第1の実施形態と同様の条件となっていることから、この変形例についても、図9に示すボイド反応度と出力ピーキング係数となる。
In this case, the weight of the TRU fuel 211 of the fuel element 210 of the inner core fuel assembly 110 is ½ of the weight of the TRU fuel 221 of the fuel element 220 of the outer core fuel assembly 120.
That is, since the conditions are the same as those in the first embodiment shown in FIG. 8, the void reactivity and the output peaking coefficient shown in FIG.

以上のように、本実施形態およびその変形例によれば、高速炉炉心高さの低減に頼ることなく、ボイド反応度を従来よりも低減することが可能である。   As described above, according to the present embodiment and the modification thereof, it is possible to reduce the void reactivity as compared with the related art without depending on the reduction of the fast reactor core height.

[第2の実施形態]
図11は、第2の実施形態に係る高速炉炉心の内側炉心燃料集合体の構成を示す水平断面図である。本実施形態は第1の実施形態の変形である。本第2の実施形態に係る内側炉心燃料集合体130は、内側炉心燃料集合体要素(燃料要素)230を有する。外側炉心燃料集合体120は、第1の実施形態と同一である。
[Second Embodiment]
FIG. 11 is a horizontal cross-sectional view showing the configuration of the inner core fuel assembly of the fast reactor core according to the second embodiment. This embodiment is a modification of the first embodiment. The inner core fuel assembly 130 according to the second embodiment includes an inner core fuel assembly element (fuel element) 230. The outer core fuel assembly 120 is the same as that of the first embodiment.

図12は、内側炉心燃料集合体の燃料要素の構成を示す水平断面図である。燃料要素230は、被覆管201内に、顆粒状のTRU燃料が充填されている。   FIG. 12 is a horizontal sectional view showing the configuration of the fuel element of the inner core fuel assembly. The fuel element 230 is filled with granular TRU fuel in the cladding tube 201.

図13は、第2の実施形態に係る高速炉炉心の燃料集合体の主要仕様を示す表である。内側炉心燃料集合体130の燃料要素230のTRU燃料が第1の実施形態の場合には中空である代わりに、実効密度が5.9g/ccの顆粒状態である点のみが異なる。   FIG. 13 is a table showing main specifications of the fuel assembly of the fast reactor core according to the second embodiment. The only difference is that the TRU fuel of the fuel element 230 of the inner core fuel assembly 130 is in the granular state with an effective density of 5.9 g / cc instead of being hollow in the case of the first embodiment.

外側炉心燃料集合体120(図6)の燃料要素220のTRU燃料221の実効密度は11.8g/ccであるので、内側炉心燃料集合体130の燃料要素230のTRU燃料231の実効密度は、この1/2である。この結果、集合体1体あたりの燃料装荷重量も1/2となり、第1の実施形態と同様である。内側炉心燃料集合体130の燃料要素230内のTRU燃料231、外側炉心燃料集合体120(図6)の燃料要素220内のTRU燃料221(図7)のそれぞれのPu富化度は第1の実施形態と同じである。   Since the effective density of the TRU fuel 221 of the fuel element 220 of the outer core fuel assembly 120 (FIG. 6) is 11.8 g / cc, the effective density of the TRU fuel 231 of the fuel element 230 of the inner core fuel assembly 130 is This is 1/2. As a result, the fuel load per assembly is also halved, which is the same as in the first embodiment. The respective Pu enrichments of the TRU fuel 231 in the fuel element 230 of the inner core fuel assembly 130 and the TRU fuel 221 (FIG. 7) in the fuel element 220 of the outer core fuel assembly 120 (FIG. 6) are the first. This is the same as the embodiment.

したがって、第1の実施形態と同じ高速炉炉心特性となり、同じボイド反応度および出力ピ−キング係数が得られる。   Therefore, the same fast reactor core characteristics as in the first embodiment are obtained, and the same void reactivity and output peaking coefficient are obtained.

[第3の実施形態]
図14は、第3の実施形態に係る高速炉炉心の燃料集合体の主要仕様を示す表である。本実施形態は、第1の実施形態の変形である。本実施形態では、外側炉心燃料集合体120は、第1の実施形態と同一であるが、内側炉心燃料集合体の燃料要素が異なる。具体的には、集合体当たりの燃料本数は169本で、第1の実施形態と同様であるが、被覆管およびTRU燃料の寸法が異なる。
[Third Embodiment]
FIG. 14 is a table showing main specifications of the fuel assembly of the fast reactor core according to the third embodiment. This embodiment is a modification of the first embodiment. In this embodiment, the outer core fuel assembly 120 is the same as that of the first embodiment, but the fuel elements of the inner core fuel assembly are different. Specifically, the number of fuels per aggregate is 169, which is the same as in the first embodiment, but the dimensions of the cladding tube and TRU fuel are different.

内側炉心燃料集合体の燃料要素の被覆管外径および内径は、それぞれ4.6mmおよび3.9mmであり、外側炉心燃料集合体の燃料要素の被覆管の外径6.5mmおよび内径5.56mmに対して約30wt%減少した細径である。また、同様に、TRU燃料の外径も、外側炉心燃料集合体の燃料要素内の4.8mmに対して、内側炉心燃料集合体の燃料要素内は約30wt%減少した3.4mmである。   The outer diameter and inner diameter of the cladding of the fuel element of the inner core fuel assembly are 4.6 mm and 3.9 mm, respectively, and the outer diameter of the cladding of the fuel element of the outer core fuel assembly is 6.5 mm and the inner diameter of 5.56 mm. It is a small diameter reduced by about 30 wt% with respect to. Similarly, the outer diameter of the TRU fuel is 3.4 mm, which is reduced by about 30 wt% in the fuel element of the inner core fuel assembly, compared to 4.8 mm in the fuel element of the outer core fuel assembly.

内側炉心燃料集合体の燃料要素内のTRU燃料、外側炉心燃料集合体の燃料要素内のTRU燃料のそれぞれのPu富化度は第1の実施形態と同じである。   The Pu enrichment of the TRU fuel in the fuel element of the inner core fuel assembly and the TRU fuel in the fuel element of the outer core fuel assembly are the same as those in the first embodiment.

この結果、燃料集合体1体位あたりの燃料装荷重量は、第1の実施形態と同様に、内側炉心燃料集合体は外側炉心燃料集合体の1/2である。したがって、第1の実施形態と同様の高速炉炉心特性が得られる。   As a result, the fuel load per unit fuel assembly is ½ that of the outer core fuel assembly in the inner core fuel assembly, as in the first embodiment. Therefore, the fast core characteristics similar to those of the first embodiment can be obtained.

[第4の実施形態]
図15は、第4の実施形態に係る高速炉炉心の内側炉心燃料集合体の構成を示す水平断面図である。本実施形態は、第1の実施形態の変形である。本第4の実施形態においては、外側炉心燃料集合体120は、第1の実施形態と同一である。内側炉心燃料集合体140は、第1の実施形態における内側炉心燃料集合体110と同数の内側炉心燃料集合体要素(燃料要素)を有する。内側炉心燃料集合体140は、燃料要素として、複数の燃料要素240および複数の全空要素250を有する。複数の燃料要素240および複数の全空要素250は、ほぼ、交互に径方向に層状に配列されている。
[Fourth Embodiment]
FIG. 15 is a horizontal sectional view showing the configuration of the inner core fuel assembly of the fast reactor core according to the fourth embodiment. This embodiment is a modification of the first embodiment. In the fourth embodiment, the outer core fuel assembly 120 is the same as that of the first embodiment. The inner core fuel assembly 140 has the same number of inner core fuel assembly elements (fuel elements) as the inner core fuel assemblies 110 in the first embodiment. The inner core fuel assembly 140 includes a plurality of fuel elements 240 and a plurality of all-empty elements 250 as fuel elements. The plurality of fuel elements 240 and the plurality of all-empty elements 250 are substantially alternately arranged in layers in the radial direction.

図16は、燃料要素240の構成を示す水平断面図である。被覆管201の内部には、中実のTRU燃料241が収納されている。また、図17は、全空要素250の構成を示す水平断面図である。被覆管201の内部にはTRU燃料はなく、空間となっている。   FIG. 16 is a horizontal sectional view showing the configuration of the fuel element 240. A solid TRU fuel 241 is accommodated inside the cladding tube 201. FIG. 17 is a horizontal sectional view showing the configuration of the all-empty element 250. There is no TRU fuel inside the cladding 201 and it is a space.

図18は、燃料集合体の主要仕様を示す表である。内側炉心燃料集合体140の燃料要素240は169本、全空要素250は162本である。燃料要素240および全空要素250ともに、被覆管外径が4.6mm、被覆管内径が3.9mmであり、外側炉心燃料集合体120の燃料要素の6.5mmおよび5.56mmに比べて細径である。同様に、内側炉心燃料集合体140の燃料要素240内のTRU燃料241の外径は3.4mmであり、外側炉心燃料集合体120(図6)の燃料要素220内のTRU燃料221の4.8mm比べ細径である。   FIG. 18 is a table showing main specifications of the fuel assembly. The inner core fuel assembly 140 has 169 fuel elements 240 and 162 all-empty elements 250. Both the fuel element 240 and the all-empty element 250 have a cladding tube outer diameter of 4.6 mm and a cladding tube inner diameter of 3.9 mm, which is smaller than the fuel elements 6.5 mm and 5.56 mm of the outer core fuel assembly 120. Is the diameter. Similarly, the outer diameter of the TRU fuel 241 in the fuel element 240 of the inner core fuel assembly 140 is 3.4 mm, and that of the TRU fuel 221 in the fuel element 220 of the outer core fuel assembly 120 (FIG. 6). The diameter is smaller than 8 mm.

内側炉心燃料集合体140の燃料要素240内のTRU燃料241、外側炉心燃料集合体の燃料要素内のTRU燃料のそれぞれのPu富化度は第1の実施形態と同じである。   The Pu enrichment degree of the TRU fuel 241 in the fuel element 240 of the inner core fuel assembly 140 and the TRU fuel in the fuel element of the outer core fuel assembly are the same as those in the first embodiment.

この結果、Pu富化度と燃料装荷重量の相対値は第1の実施形態と同様であり、第1の実施形態と同様の高速炉炉心特性が得られる。   As a result, the relative values of the Pu enrichment and the fuel load are the same as those in the first embodiment, and the fast reactor core characteristics similar to those in the first embodiment are obtained.

[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、実施形態では、金属燃料の場合を示しているが、これには限定されない。燃料要素が酸化物燃料や窒化物燃料であってもほぼ同様な効果が得られる。また、PuやU以外のNp、Am、Cmなどの含有量にかかわらず、ほぼ同様な効果が得られる。   For example, in the embodiment, the case of metal fuel is shown, but the present invention is not limited to this. Even if the fuel element is an oxide fuel or a nitride fuel, substantially the same effect can be obtained. In addition, almost the same effect can be obtained regardless of the contents of Np, Am, Cm, etc. other than Pu and U.

さらに、実施形態では、ブランケットが削除され、TRU燃焼を主目的とする高速炉の高速炉炉心の場合を示しているが、ブランケット燃料を設けた燃料増殖型高速炉炉心に適用する場合でも、ほぼ同様な効果が得られる。   Furthermore, in the embodiment, the case where the blanket is deleted and the fast reactor core of the fast reactor whose main purpose is TRU combustion is shown, but even when applied to the fuel breeding fast reactor core provided with the blanket fuel, Similar effects can be obtained.

また、各実施形態の特徴を組み合わせてもよい。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。   Moreover, you may combine the characteristic of each embodiment. 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…高速炉炉心、2…炉心支持板、3…コアキャッチャ、4…炉心上部機構、5…遮へいプラグ、6…原子炉容器、8…冷却材入口配管、8a…下部プレナム、9…冷却材出口配管、9a…上部プレナム、11…制御棒集合体、12…遮へい体、13…制御棒駆動機構、100…炉心燃料集合体、101…ラッパ管、102…エントランスノズル、102a…冷却材流入口、103…ハンドリングヘッド、103a…冷却材流出口、104…遮へい体、105…支持板、110、130、140…内側炉心燃料集合体、120…外側炉心燃料集合体、200、210、220、230、240…燃料要素、201…被覆管、250…全空要素、211、221、231、241…TRU燃料、300…高速炉   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fast reactor core, 2 ... Core support plate, 3 ... Core catcher, 4 ... Core upper mechanism, 5 ... Shield plug, 6 ... Reactor vessel, 8 ... Coolant inlet piping, 8a ... Lower plenum, 9 ... Coolant Outlet piping, 9a ... upper plenum, 11 ... control rod assembly, 12 ... shielding body, 13 ... control rod drive mechanism, 100 ... core fuel assembly, 101 ... trumpet tube, 102 ... entrance nozzle, 102a ... coolant inlet 103 ... Handling head, 103a ... Coolant outlet, 104 ... Shielding body, 105 ... Support plate, 110, 130, 140 ... Inner core fuel assembly, 120 ... Outer core fuel assembly, 200, 210, 220, 230 , 240 ... fuel element, 201 ... cladding tube, 250 ... all-empty element, 211, 221, 231, 241 ... TRU fuel, 300 ... fast reactor

Claims (9)

プルトニウムと劣化ウランまたは回収ウランとの混合物を含んだ燃料を有し、液体金属を冷却材とする高速炉の高速炉炉心であって、
互いに並列に配され鉛直方向に延びる複数の内側炉心燃料集合体要素を有する内側炉心燃料集合体と、
前記内側炉心燃料集合体の径方向外側に設けられ、互いに並列に配され鉛直方向に延びる複数の外側炉心燃料集合体要素を有する外側炉心燃料集合体と、
を備え、
前記内側炉心燃料集合体要素内の前記燃料のプルトニウム富化度は前記外側炉心燃料集合体要素内の前記燃料のプルトニウム富化度よりも高く、内側炉心燃料集合体一体あたりの燃料装荷重量は外側炉心燃料集合体一体あたりの燃料装荷重量よりも小さい、
ことを特徴とする高速炉の高速炉炉心。
A fast reactor core of a fast reactor having a fuel containing a mixture of plutonium and deteriorated uranium or recovered uranium, and using a liquid metal as a coolant,
An inner core fuel assembly having a plurality of inner core fuel assembly elements arranged in parallel to each other and extending in the vertical direction;
An outer core fuel assembly having a plurality of outer core fuel assembly elements provided on the radially outer side of the inner core fuel assembly and extending in the vertical direction in parallel with each other;
With
The plutonium enrichment of the fuel in the inner core fuel assembly element is higher than the plutonium enrichment of the fuel in the outer core fuel assembly element, and the fuel load per unit of the inner core fuel assembly is outside. Smaller than the amount of fuel loaded per core fuel assembly,
A fast reactor core of a fast reactor characterized by that.
前記外側炉心燃料集合体要素に収納される燃料の実効密度は、前記内側炉心燃料集合体要素に収納される燃料の実効密度より大きいことを特徴とする請求項1に記載の高速炉の高速炉炉心。   The fast reactor of the fast reactor according to claim 1, wherein an effective density of fuel stored in the outer core fuel assembly element is larger than an effective density of fuel stored in the inner core fuel assembly element. Core. 前記内側炉心燃料集合体要素は中空燃料を有し、前記外側炉心燃料集合体要素は中実燃料を有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の高速炉の高速炉炉心。   The fast core of a fast reactor according to claim 1 or 2, wherein the inner core fuel assembly element has a hollow fuel, and the outer core fuel assembly element has a solid fuel. 前記内側炉心燃料集合体の前記内側炉心燃料集合体要素の数は前記外側炉心燃料集合体の前記外側炉心燃料集合体要素の数と等しく、前記内側炉心燃料集合体要素は中空燃料を内包し、前記外側炉心燃料集合体要素は前記内側炉心燃料集合体要素と同じ高さ範囲に前記内側炉心燃料集合体要素中の中空燃料より燃料重量が小さな中空燃料を有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の高速炉の高速炉炉心。   The number of the inner core fuel assembly elements of the inner core fuel assembly is equal to the number of the outer core fuel assembly elements of the outer core fuel assembly, and the inner core fuel assembly elements contain hollow fuel; The outer core fuel assembly element has a hollow fuel having a fuel weight smaller than that of the hollow fuel in the inner core fuel assembly element in the same height range as the inner core fuel assembly element. The fast reactor core of the fast reactor according to claim 2. 前記外側炉心燃料集合体の有する前記外側炉心燃料集合体要素は、前記内側炉心燃料集合体が有する前記内側炉心燃料集合体要素の本数と等しく、前記内側炉心燃料集合体要素に収納される前記内側炉心燃料集合体要素の外径より大きな外径を有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の高速炉の高速炉炉心。   The outer core fuel assembly element of the outer core fuel assembly is equal to the number of the inner core fuel assembly elements of the inner core fuel assembly and is stored in the inner core fuel assembly element. The fast core of the fast reactor according to claim 1 or 2, wherein the fast core has an outer diameter larger than an outer diameter of the core fuel assembly element. 前記燃料は、酸化物燃料、金属燃料、および窒化物燃料のいずれかを含むことを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか一項に記載の高速炉の高速炉炉心。   The fast reactor core according to any one of claims 1 to 5, wherein the fuel includes any one of an oxide fuel, a metal fuel, and a nitride fuel. 前記燃料は、ネプツニウム、アメリシウムおよびキュリウムの少なくとも一つをさらに含むことを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか一項に記載の高速炉の高速炉炉心。   The fast core of a fast reactor according to any one of claims 1 to 6, wherein the fuel further includes at least one of neptunium, americium, and curium. プルトニウムと劣化ウランまたは回収ウランとの混合物のみを燃料とすることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか一項に記載の高速炉の高速炉炉心。   The fast reactor core according to any one of claims 1 to 6, wherein only a mixture of plutonium and deteriorated uranium or recovered uranium is used as a fuel. プルトニウムと劣化ウランまたは回収ウランとの混合物を含んだ燃料を有する炉心と、
前記炉心を収納し、冷却材である液体金属を保持する原子炉容器と、
前記原子炉容器の上部を覆い、前記炉心の反応度を制御する制御棒を駆動する制御棒駆動機構を支持する遮へいプラグと、
を備え、
前記炉心は、
互いに並列に配され鉛直方向に延びる複数の内側炉心燃料集合体要素を有する内側炉心燃料集合体と、
前記内側炉心燃料集合体の径方向外側に設けられ、互いに並列に配され鉛直方向に延びる複数の外側炉心燃料集合体要素を有する外側炉心燃料集合体と、
を具備し、
前記内側炉心燃料集合体要素内の前記燃料のプルトニウム富化度は前記外側炉心燃料集合体要素内の前記燃料のプルトニウム富化度よりも高く、内側炉心燃料集合体一体あたりの燃料装荷重量は外側炉心燃料集合体一体あたりの燃料装荷重量よりも小さい、
ことを特徴とする高速炉。
A core having a fuel containing a mixture of plutonium and depleted or recovered uranium;
A reactor vessel that houses the core and holds liquid metal as a coolant;
A shielding plug that covers an upper portion of the reactor vessel and supports a control rod driving mechanism that drives a control rod that controls the reactivity of the core;
With
The core is
An inner core fuel assembly having a plurality of inner core fuel assembly elements arranged in parallel to each other and extending in the vertical direction;
An outer core fuel assembly having a plurality of outer core fuel assembly elements provided on the radially outer side of the inner core fuel assembly and extending in the vertical direction in parallel with each other;
Comprising
The plutonium enrichment of the fuel in the inner core fuel assembly element is higher than the plutonium enrichment of the fuel in the outer core fuel assembly element, and the fuel load per unit of the inner core fuel assembly is outside. Smaller than the amount of fuel loaded per core fuel assembly,
A fast reactor characterized by that.
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