JP2911058B2 - Fast reactor core - Google Patents

Fast reactor core

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JP2911058B2
JP2911058B2 JP3018761A JP1876191A JP2911058B2 JP 2911058 B2 JP2911058 B2 JP 2911058B2 JP 3018761 A JP3018761 A JP 3018761A JP 1876191 A JP1876191 A JP 1876191A JP 2911058 B2 JP2911058 B2 JP 2911058B2
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

[発明の目的] [Object of the invention]

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は高速炉に係わり、特に炉
心構成要素の流量及び発熱量の配分構成を改良した高速
炉炉心に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fast reactor, and more particularly, to a fast reactor having an improved distribution structure of flow rate and calorific value of core components.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に高速炉の炉心は、核分裂性物質を
装荷した多数の燃料集合体から構成され、燃料からの熱
除去のための冷却材として主にナトリウムが使用されて
いる。通常、ナトリウムは蒸発してボイド化することは
ないが、万一の事故を想定して、ナトリウムがボイド化
した場合でも炉心が安全に停止することを確認してい
る。
2. Description of the Related Art Generally, the core of a fast reactor is composed of a large number of fuel assemblies loaded with fissile material, and sodium is mainly used as a coolant for removing heat from fuel. Normally, sodium does not evaporate and form voids, but assuming an accident, it has been confirmed that the core can be safely stopped even if sodium is voided.

【0003】ナトリウムがボイド化した時の応答として
は炉心が小型の時は中性子の炉心からの漏れが大きいた
め、負の反応度が入り、炉心は安全に停止する。しか
し、炉心が大型になると、中性子の漏れが少なくなり、
ナトリウムがボイド化したときの反応度は正となり、炉
心が安全に停止するか否かに関しては、他の反応度要因
をも含めた詳細な解析を行い、その安全性を確認する必
要が生じる。従って、ナトリウムのボイド反応度を小さ
くできれば、安全設計上非常に価値がある。
As a response when sodium is voided, when the reactor core is small, neutrons leak from the reactor core greatly, so that a negative reactivity enters and the reactor core shuts down safely. However, the larger the core, the less neutron leakage,
The reactivity when sodium is voided is positive, and it is necessary to confirm the safety by performing a detailed analysis including other reactivity factors to determine whether or not the core shuts down safely. Therefore, if the void reactivity of sodium can be reduced, it is very valuable in terms of safety design.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで、プラント設
計上、炉心出力を極度に小さくすることは発電コストの
点で好ましくない。一方、ナトリウムがボイド化したと
きの炉心の反応度を負にするには従来設計では炉心出力
を 100MWe程度以下にしなければならなかった。しか
し、大出力にするとナトリウムのボイド反応度は正にな
るという問題が生じることとなる。
However, in terms of plant design, it is not preferable from the viewpoint of power generation cost to make the core power extremely small. On the other hand, in order to make the reactivity of the core when sodium is voided negative, in the conventional design, the core power had to be about 100 MWe or less. However, when the output is increased, a problem arises in that the void reactivity of sodium becomes positive.

【0005】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、ナトリウムのボイド反応度が零または負
で、より大きな出力の高速炉炉心を提供する事を目的と
する。 [発明の構成]
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a fast reactor core having a larger output with zero or negative void reactivity of sodium. [Configuration of the Invention]

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明に係る高速炉炉心
は核分裂性物質を装荷した燃料集合体と、内部に独立の
冷却材流路を有する略円筒状の発熱物質を含みその内部
流路内流量に対する発熱物質からの熱流入量の比が燃料
集合体内における当該比以上であるボイドチャンネルと
から構成されて成ることを特徴とする。
SUMMARY OF THE INVENTION A fast reactor core according to the present invention includes a fuel assembly loaded with fissile material, and a substantially cylindrical heating material having an independent coolant passage therein. The ratio of the heat inflow from the heat generating substance to the internal flow rate is equal to or higher than the ratio in the fuel assembly.

【0007】[0007]

【作用】ナトリウムがボイド化する原因として、冷却材
流量が減少し、ナトリウム温度が上昇、沸騰する場合
と、炉心外で大量の気体が冷却材に混入し炉心に流れ込
む場合が考えられる。
The voiding of sodium may be caused by a decrease in the flow rate of the coolant, an increase in the temperature of the sodium and boiling, or a case in which a large amount of gas is mixed in the coolant outside the core and flows into the core.

【0008】上述した本発明に係る高速炉炉心において
は、冷却材流量減少の場合、ボイドチャンネルの内部流
路は熱流入量と流量の比が同等以上であるため最初にボ
イド化する。同時に、又は続いて燃料集合体もボイド化
するが、ボイドチャンネルの内部流路がボイド化してい
るため、燃料集合体で発生した中性子はボイドチャンネ
ルから炉心上下方向に漏洩し、負の反応度となる。炉心
外から気体が流入する場合は、ボイドチャンネルの冷却
材流入孔から気体が燃料集合体よりも前に流入すること
で、冷却材流量減少の場合と同様の作用となる。
In the above-described fast reactor core according to the present invention, when the flow rate of the coolant is reduced, the internal flow path of the void channel is first voided because the ratio of the heat inflow to the flow rate is equal to or more than that. Simultaneously or subsequently, the fuel assembly is also voided, but the neutrons generated in the fuel assembly leak in the vertical direction of the core from the void channel because the internal flow path of the void channel is voided, resulting in a negative reactivity. Become. When gas flows in from outside the core, the gas flows in from the coolant inflow hole of the void channel before the fuel assembly, and the same effect as in the case of a decrease in the coolant flow rate is obtained.

【0009】[0009]

【実施例】以下本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。図1は本発明の一実施例を示す縦断面図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing one embodiment of the present invention.

【0010】高速炉炉心10は、炉心部7に核分裂性物質
を含み、この炉心部7の上下に親物質からなる軸ブラン
ケット部6及び核分裂ガスを蓄積するガスプレナム部5
を配置した多数の燃料集合体2と、この燃料集合体2の
間隙に配置され内部に発熱物質8を配設した内部流路9
を形成した複数のボイドチャンネル1から構成されてい
る。この高速炉炉心10の周囲には親物質を含むブランケ
ット集合体3及び中性子しゃへい体4が配設されてい
る。
The fast reactor core 10 includes a core portion 7 containing a fissile material, a shaft blanket portion 6 made of a parent material above and below the core portion 7, and a gas plenum portion 5 for storing fission gas.
, A plurality of fuel assemblies 2 disposed therein, and an internal flow passage 9 disposed in a gap between the fuel assemblies 2 and having a heating substance 8 disposed therein.
Are formed from a plurality of void channels 1 in which. Around the fast reactor core 10, a blanket assembly 3 containing a parent material and a neutron shield 4 are arranged.

【0011】発熱物質8は、炉心部7から漏洩する中性
子またはガンマ線と反応して発熱する材料から成り、ス
テンレス、ハフニウム、タンタル等の金属が適当であ
る。但し、ボイドチャンネル内部流路9の下部から流入
する冷却材流量に対する発熱物質8からの熱流入量の比
が、燃料集合体2における流量に対する核分裂による熱
流入量の比に比べ同等以上となるようにボイドチャンネ
ル1の発熱物質8の発熱量及び内部流路の流量は設定さ
れる。
The exothermic substance 8 is made of a material which reacts with neutrons or gamma rays leaking from the reactor core 7 to generate heat, and is suitably made of a metal such as stainless steel, hafnium, and tantalum. However, the ratio of the heat inflow from the heating material 8 to the flow rate of the coolant flowing from the lower part of the void channel internal flow path 9 is equal to or greater than the ratio of the heat inflow due to fission to the flow rate in the fuel assembly 2. The heat value of the heat generating substance 8 in the void channel 1 and the flow rate of the internal flow path are set.

【0012】以上の構成により、冷却材流量減少の場
合、ボイドチャンネルの内部流路9は熱流入量と流量の
比が同等以上であるため最初にボイド化する。同時に、
又は続いて燃料集合体2もボイド化するが、ボイドチャ
ンネルの内部流路9がボイド化しているため、燃料集合
体4で発生した中性子はボイドチャンネル1から炉心上
下方向に漏洩し、負の反応度効果を与える。
With the above configuration, when the flow rate of the coolant is reduced, the internal flow path 9 of the void channel is first voided because the ratio of the heat inflow rate to the flow rate is equal to or more than that. at the same time,
Alternatively, the fuel assembly 2 is also voided, but the neutrons generated in the fuel assembly 4 leak from the void channel 1 in the vertical direction of the core due to the voiding in the internal flow path 9 of the void channel, resulting in a negative reaction. Give a degree effect.

【0013】次に、図2は炉心外から気体が流入する場
合に対応する一実施例である。ボイドチャンネル11の冷
却材流入孔14は燃料集合体17の冷却材流入孔18よりも鉛
直方向に対し上部に設定される。炉心を支持する上部支
持板16とこの上部支持板16の下部に配設される下部支持
板18の間に流入した気体は冷却材より軽いため、上部支
持板16の下部に蓄積する。しかし、上記の構成により、
この気体は燃料集合体17に流入する前にボイドチャンネ
ル11内に流入し、ボイドチャンネル11の内部に配設され
た内部オリフィス15を通過して内部流路13内をボイド化
する。また、同時に内部流路13の周囲に配設された発熱
物質12の外側もボイド化する。続いて、燃料集合体17に
も流入するが上記の冷却材流量減少の場合と同様の作用
となる。この結果、本実施例の炉心のナトリウムボイド
反応度はボイドチャンネルの無い炉心に比べ低減でき零
または負にできる。
FIG. 2 shows an embodiment corresponding to the case where gas flows from outside the core. The coolant inlet hole 14 of the void channel 11 is set above the coolant inlet hole 18 of the fuel assembly 17 in the vertical direction. The gas flowing between the upper support plate 16 supporting the core and the lower support plate 18 disposed below the upper support plate 16 is lighter than the coolant, and accumulates in the lower portion of the upper support plate 16. However, with the above configuration,
This gas flows into the void channel 11 before flowing into the fuel assembly 17, passes through the internal orifice 15 provided inside the void channel 11, and voids the inside of the internal flow channel 13. At the same time, the outside of the heat generating substance 12 disposed around the internal flow path 13 is also voided. Subsequently, the fuel flows into the fuel assembly 17 but has the same operation as that in the case of the above-described coolant flow rate reduction. As a result, the sodium void reactivity of the core of the present embodiment can be reduced to zero or negative as compared with the core having no void channel.

【0014】例えば、炉心高さが60cm、炉心直径が約34
0cm の場合、ボンドチャンネルが無い場合の365日燃
焼度の炉心高さ部ナトリウムボイド反応度は約3$であ
る。そして、ボイドチャンネルを図3の様に燃料集合体
2の内部に複数層のボイドチャンネル1を配置し、この
燃料集合体2群の周囲にブランケット集合体3、中性子
しゃへい体4を配置した場合の同一サイズの炉心でのナ
トリウムボイド反応度はボイドチャンネルが上部軸ブラ
ンケット(厚さ35cm)高さまでボイド化し、燃料集合体
が炉心高さまでボイド化した場合には約−1$、ボイド
チャンネルが上部軸ブランケット高さより更に30cm上部
までボイド化し、燃料集合体が炉心高さまでボイド化し
た場合には約−3$となる。
For example, the core height is 60 cm and the core diameter is about 34.
At 0 cm 2, the core height sodium void reactivity at 365 days burnup without bond channels is about 3 °. As shown in FIG. 3, a plurality of void channels 1 are arranged inside the fuel assembly 2 as shown in FIG. 3, and a blanket assembly 3 and a neutron shielding body 4 are arranged around the fuel assembly 2 group. The sodium void reactivity in a core of the same size is approximately -1 mm when the void channel is voided to the height of the upper shaft blanket (thickness: 35 cm) and the fuel assembly is voided to the height of the core. When the fuel assembly is voided up to 30 cm above the blanket height and the fuel assembly is voided up to the core height, it becomes about -3 mm.

【0015】本発明のボイドチャンネルの配置は上記例
に限られるものでなく、また、ボイドチャンネル内の発
熱物質は上記例の材質、形状に限られるものではない。
即ち、ボイドチャンネルの配置はボイド時にナトリウム
ボイド反応度をほぼ零または負になるよう配置されれば
良く、発熱物質は発熱量が上記作用を満足するように設
定されていれば良い。従って、ボイドチャンネルとし
て、従来制御棒チャンネルとして炉心に配置されていた
チャンネルを上記作用を有するように変更しても良い。
The arrangement of the void channels according to the present invention is not limited to the above example, and the exothermic substance in the void channels is not limited to the material and shape of the above example.
In other words, the void channels may be arranged so that the reactivity of sodium voids becomes substantially zero or negative at the time of voids, and the heat generating substance may be set so that the calorific value satisfies the above-mentioned action. Therefore, as the void channel, a channel conventionally disposed in the core as a control rod channel may be changed to have the above-described operation.

【0016】また、ボイドチャンネル内のボイド発生手
段として、ボイドチャンネル内に空洞を持つ概ね円筒状
容器を上下に浮遊する様に配置する。又は、高圧の気体
をボイドチャンネル上部に封入する等の手段により、冷
却材流量減少時に前述のボイドチャンネルの作用と同様
な作用を生じるよう炉心高さ部又は軸ブランケット高さ
部にボイド領域を発生させる方法を用いても良い。
Further, as a void generating means in the void channel, a substantially cylindrical container having a cavity in the void channel is arranged so as to float up and down. Alternatively, a void region is generated in the core height portion or the shaft blanket height portion so that the same operation as the above-described operation of the void channel occurs when the flow rate of the coolant is reduced by, for example, sealing high-pressure gas in the upper portion of the void channel. You may use the method of making it.

【0017】[0017]

【発明の効果】本発明により高速炉炉心のナトリウムボ
イド反応度はボイドチャンネルの無い炉心に比べ低減で
き、安全性、許認可性質を大きく向上させることができ
る。
According to the present invention, the sodium void reactivity of the fast reactor core can be reduced as compared with the core having no void channel, and the safety and the permitting properties can be greatly improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例に係る高速炉炉心の縦断面
図。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a fast reactor core according to one embodiment of the present invention.

【図2】図1に示したボイドチャンネルと燃料集合体を
示す斜視図。
FIG. 2 is a perspective view showing a void channel and a fuel assembly shown in FIG. 1;

【図3】本発明の一実施例に係る高速炉炉心の平面図。FIG. 3 is a plan view of a fast reactor core according to one embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,11…ボイドチャンネル 2,17…燃料集合体 3…ブランケット集合体 4…中性子しゃへい体 5…ガスプレナム 6…軸ブランケット 7…炉心部 8,12…発熱物質 9,13…内部流路 1, 11: void channel 2, 17: fuel assembly 3: blanket assembly 4: neutron shield 5: gas plenum 6: shaft blanket 7: core 8, 12, heating substance 9, 13: internal flow path

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 核分裂性物質を装荷した燃料集合体と、
内部に独立の冷却材流路を有する略円筒状の発熱物質を
含みその内部流路内流量に対する発熱物質からの熱流入
量の比が燃料集合体内における当該比以上であるボイド
チャンネルとから構成されて成ることを特徴とする高速
炉炉心。
1. A fuel assembly loaded with fissile material,
A void channel having a substantially cylindrical heating substance having an independent coolant flow path therein and having a ratio of heat inflow from the heating substance to a flow rate in the internal flow path being equal to or higher than the ratio in the fuel assembly. A fast reactor core comprising:
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