JP2914801B2 - Fast reactor core - Google Patents

Fast reactor core

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JP2914801B2
JP2914801B2 JP3296951A JP29695191A JP2914801B2 JP 2914801 B2 JP2914801 B2 JP 2914801B2 JP 3296951 A JP3296951 A JP 3296951A JP 29695191 A JP29695191 A JP 29695191A JP 2914801 B2 JP2914801 B2 JP 2914801B2
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Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は液体金属を冷却材とする
高速炉の炉心に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a core of a fast reactor using liquid metal as a coolant.

【0002】[0002]

【従来の技術】液体金属を冷却材とする高速炉は、核分
裂性物質を充填した多数の燃料集合体を装荷して炉心を
構成しており、主に液体ナトリウムが燃料からの熱除去
を行う冷却材として使用されている。この液体金属冷却
型高速炉においては、何等かの原因により冷却材流量が
減少すると、冷却材温度が上昇して冷却材密度が減少
し、反応度が投入される。高速炉の反応度は原子炉の出
力規模に依存し、小型炉では負であるが、中型炉及び大
型炉では正の反応度となり冷却材密度の減少により炉出
力を上昇させるおそれがある。
2. Description of the Related Art In a fast reactor using liquid metal as a coolant, a core is constituted by loading a large number of fuel assemblies filled with fissile material, and liquid sodium mainly removes heat from the fuel. Used as a coolant. In this liquid metal-cooled fast reactor, when the coolant flow rate decreases for some reason, the coolant temperature increases, the coolant density decreases, and the reactivity is charged. The reactivity of the fast reactor depends on the power scale of the nuclear reactor and is negative in small reactors, but becomes positive in medium and large reactors, and may increase the reactor power due to a decrease in coolant density.

【0003】高速炉は通常冷却材である液体ナトリウム
が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、ナトリウムがボイド化した場合でも原子炉が安全
に停止し炉心の安全性が保たれる設計となっている。冷
却材であるナトリウムがボイド化したときの原子炉の応
答としては、炉心が小型の場合は、中性子の炉心からの
洩れが大きいため、上述したように、負の反応度となっ
て炉心を安全に停止させることができる。これに対して
高速炉の炉心が大型になると、炉心からの中性子の洩れ
が少なくなり冷却材であるナトリウムがボイド化したと
きの反応度が正となる。この正の反応度状態のときに、
炉心が安全に停止するか否かは他の反応度要因を含めて
詳細に解析を行って炉心の安全性を確認する必要があ
る。
[0003] In a fast reactor, liquid sodium, which is a coolant, usually does not evaporate and form voids. However, in the unlikely event of an accident, even if sodium is voided, the reactor can be shut down safely and the core can be kept safe. The design is maintained. As a response of the reactor when sodium, which is a coolant, is voided, if the core is small, neutrons leak from the core greatly, and as described above, the reactor has a negative reactivity and the core is safe. Can be stopped. On the other hand, when the core of the fast reactor becomes large, the leakage of neutrons from the core decreases, and the reactivity when sodium as the coolant is voided becomes positive. In this positive reactivity state,
Whether or not the core shuts down safely needs to be analyzed in detail, including other reactivity factors, to confirm the safety of the core.

【0004】冷却材であるナトリウムによる正の反応度
は、炉心からの中性子洩れの増大又は中性子スペクトル
の軟化により低減できる。このため従来から反応度を抑
制して小さくするために、炉心内に中性子吸収物質を装
荷したり、炉心高さを低くして偏平化を図って中性子洩
れを増大させたり、あるいはベリリウム又は水素化ジル
コニウム等の中性子減速材を装荷して中性子スペクトル
を軟化させる手段が採られてきた。
[0004] Positive reactivity by the coolant sodium can be reduced by increasing neutron leakage from the core or softening the neutron spectrum. For this reason, conventionally, in order to suppress and reduce the reactivity, a neutron absorbing material is loaded in the core, the neutron leakage is increased by lowering the core height, and the neutron leakage is increased, or beryllium or hydrogenation is performed. Means have been taken to load a neutron moderator such as zirconium to soften the neutron spectrum.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】冷却材であるナトリウ
ムのボイド反応度を小さくできれば、炉心の安全性、信
頼性がより一層向上させ、原子炉の安全設計上非常に価
値がある。
If the void reactivity of sodium, which is a coolant, can be reduced, the safety and reliability of the reactor core can be further improved, which is very valuable in the safety design of a nuclear reactor.

【0006】ところが高速炉のような原子力プラントに
おいては、プラントの設計上、炉心安全性の見地から炉
心出力を極度に小さく設計することは、発電コストの点
で好しくない。また冷却材であるナトリウムが万一ボイ
ド化した場合でも、炉心の反応度を負にするには、炉心
出力を例えば、100 MWe程度の小型炉にしなければな
らず、この炉心出力を上廻るとナトリウムのボイド化反
応度が正になるという課題が生じることになる。
However, in a nuclear power plant such as a fast reactor, it is not preferable in terms of power plant cost to design the reactor core power to be extremely small from the viewpoint of core safety. Also, even if sodium as a coolant is voided, in order to make the reactivity of the core negative, the core power must be reduced to, for example, a small furnace of about 100 MWe. There will be a problem that the voiding reactivity of sodium becomes positive.

【0007】本発明は上記の点を考慮してなされたもの
で、冷却材による炉心のボイド反応度を小さく抑えるこ
とにより、冷却材の流量低下のとき、炉心の過出力のと
き、炉心への気泡流入のとき等の異常の場合に炉心の正
の反応度投入要因を低減することにより、安全性を向上
しつつ、より大きな出力の炉心を得ることができる高速
炉の炉心を提供することを目的としている。
The present invention has been made in view of the above points, and suppresses the void reactivity of the core due to the coolant to reduce the flow rate of the coolant, the overpower of the core, It is an object of the present invention to provide a fast reactor core capable of obtaining a core with a higher output while improving safety by reducing the factor of positive reactivity input into the core in the case of an abnormality such as inflow of bubbles. The purpose is.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明においては、核分裂性物質を収容し液体金属
から成る冷却材が内部を下方から上方に流通する炉心領
域と、この炉心領域に炉心領域の軸方向中心と平行に貫
通して設けられたボイド化領域とから成り、このボイド
化領域は、内部上方にガス領域が形成されかつ下部およ
び軸方向中間部に冷却材流入孔および冷却材流出孔が穿
設されて成る被覆管によって形成されることを特徴とす
る高速炉の炉心を提供し、さらには、高速炉の炉心にお
いて、前記ボイド化領域を構成する被覆管内の軸方向下
方に発熱体を設けることを特徴とする高速炉の炉心を提
供する。
In order to achieve the above object, the present invention relates to a core region in which a coolant containing fissile material and made of liquid metal flows upward from below in the core region, and the core region. A void region provided in parallel with the axial center of the core region.The void region has a gas region formed in an upper portion thereof, and a coolant inflow hole and a coolant inlet hole in a lower portion and an intermediate portion in the axial direction. Provided is a core of a fast reactor, wherein the core is formed by a cladding tube formed with a coolant outlet hole, and further, in the core of the fast reactor, an axial direction in the cladding tube constituting the voided region is provided. A core of a fast reactor characterized by providing a heating element below.

【0009】[0009]

【作用】このように構成された高速炉の炉心において
は、ボイド化領域を構成する被覆管内の冷却材の液面
は、被覆管内に流入する冷却材の圧力変化により変動す
る。また下部に発熱物質を配置することによって、過出
力のときにボイド化領域を構成する被覆管内の冷却材が
ボイド化する。
In the core of the fast reactor constructed as described above, the liquid level of the coolant in the cladding tube forming the voiding region fluctuates due to the pressure change of the coolant flowing into the cladding tube. In addition, by disposing the heat generating substance in the lower part, the coolant in the cladding tube forming the voided region is voided at the time of overpower.

【0010】冷却材であるナトリウムが被覆管内でボイ
ド化する原因として、冷却材流量が減少しナトリウム温
度が上昇して沸騰する場合、炉心出力が異常に上昇即ち
過出力が生じナトリウム温度が上昇する場合及び炉心外
で大量の気体が冷却材に混入し炉心に流込む場合が考え
られる。
[0010] As a cause of sodium void as a coolant in the cladding tube, when the flow rate of the coolant decreases and the sodium temperature rises and boiling occurs, the core power abnormally rises, that is, overpower occurs and the sodium temperature rises. In some cases, a large amount of gas may be mixed into the coolant outside the core and flow into the core.

【0011】冷却材流量減少の場合、ボイド化集合体の
冷却材圧力の減少により封入気体が膨脹し、拡大された
空洞が形成される。燃料集合体で発生した中性子は、こ
の拡大された空洞を介してボイド化集合体から主に炉心
上方向に漏洩し反応度が負となる。
In the case of a decrease in the coolant flow rate, the enclosed gas expands due to a decrease in the coolant pressure of the voided assembly, and an enlarged cavity is formed. The neutrons generated in the fuel assembly leak from the voided assembly through the expanded cavity mainly upward in the core, and the reactivity becomes negative.

【0012】過出力の場合、ボイド化領域を構成する被
覆管内の発熱物質に到達する中性子及びガンマ線の量が
増加し、この中性子吸収及びガンマ線吸収に伴う発熱物
質の発熱量が増加し、ボイド化領域を構成する被覆管内
の冷却材が沸騰する。このことにより、燃料集合体で発
生した中性子は、この沸騰した冷却材を介してボイド化
領域を構成する被覆管から主に炉心上方向に漏洩し、反
応度は負となる。
In the case of overpower, the amount of neutrons and gamma rays reaching the exothermic substance in the cladding tube constituting the voided region increases, and the exothermic quantity of the exothermic substance due to the absorption of neutrons and gamma rays increases. The coolant in the cladding tubes that make up the region boils. As a result, neutrons generated in the fuel assembly leak from the cladding tube forming the voided region mainly through the boiling coolant through the core, and the reactivity becomes negative.

【0013】炉心外から気体が流入する場合は、この気
体がボイド化領域を構成する被覆管内の冷却材流路によ
り多く流入する。この結果、冷却材流量減少の場合と同
様に、燃料集合体で発生した中性子はボイド化領域を構
成する被覆管内から主に炉心上方向に漏洩し反応度が負
となる。
When gas flows from outside the core, the gas flows more into the coolant flow path in the cladding tube forming the voiding region. As a result, as in the case of the decrease in the flow rate of the coolant, neutrons generated in the fuel assembly leak mainly from the cladding tube constituting the voided region upward in the core, and the reactivity becomes negative.

【0014】このように冷却材であるナトリウムのボイ
ド反応度を、ボイド化領域を構成する被覆管を装荷しな
い炉心に比べ低減でき、安全性を向上しつつ、より大き
な出力の炉心を得ることができる高速炉の炉心を提供す
ることができる。
As described above, the void reactivity of sodium as a coolant can be reduced as compared with a core without a cladding tube constituting a voided region, and a core with a larger output can be obtained while improving safety. A fast reactor core can be provided.

【0015】[0015]

【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例につ
いて説明する。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0016】図1は、本発明に係る炉心を備えた高速炉
の一実施例を示す縦断面図である。高速炉は、原子炉建
屋1のキャビティウォール1aに設けられた原子炉安全
容器2を有し、この安全容器2内に原子炉容器3が収容
され、二重の容器構造に構成される。原子炉容器3内に
は核燃料を装荷した炉心部4が収容される。炉心部4は
原子炉容器3内に満たされた液体金属冷却材であるナト
リウム5中に浸漬状態で設置され、支持構造物6により
支持される。原子炉容器3内はこの支持構造物6を境に
して上部プレナム7と下部プレナム8とに区画される。
炉心部4の上方には、制御棒駆動機構(図示せず)等を
収容した炉心上部機構10が設置される。炉心部4の周り
には一次冷却材と二次冷却材とを熱交換させる中間熱交
換器11及び一次冷却材を原子炉容器3内で強制循環させ
る循環ポンプ12が設置される。前記中間熱交換器11及び
循環ポンプ12は原子炉容器3の上部を覆う上部蓋13及び
ルーフスラブ14に吊設状態で支持される。ルーフスラブ
14の中央部には回転プラグ15が回転自在に設けられ、こ
の回転プラグ15の偏心位置に小回転プラグ16が回転自在
に支持される。前記原子炉容器3のナトリウム5面の上
方にはカバーガス空間17が形成されており、このカバー
ガス空間17内には不活性ガスであるカバーガスが充填さ
れる。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing one embodiment of a fast reactor equipped with a core according to the present invention. The fast reactor has a reactor safety vessel 2 provided on a cavity wall 1a of a reactor building 1, and a reactor vessel 3 is accommodated in the safety vessel 2 to form a double vessel structure. The reactor vessel 3 contains a reactor core 4 loaded with nuclear fuel. The core 4 is immersed in sodium 5 which is a liquid metal coolant filled in the reactor vessel 3, and is supported by a support structure 6. The inside of the reactor vessel 3 is divided into an upper plenum 7 and a lower plenum 8 with the support structure 6 as a boundary.
Above the core 4, an upper core mechanism 10 containing a control rod drive mechanism (not shown) and the like is installed. Around the core 4, an intermediate heat exchanger 11 for exchanging heat between the primary coolant and the secondary coolant and a circulation pump 12 for forcibly circulating the primary coolant in the reactor vessel 3 are provided. The intermediate heat exchanger 11 and the circulating pump 12 are suspended from an upper lid 13 and a roof slab 14 that cover the upper part of the reactor vessel 3. Roof slab
A rotary plug 15 is rotatably provided at the center of the rotary plug 14, and a small rotary plug 16 is rotatably supported at an eccentric position of the rotary plug 15. A cover gas space 17 is formed above the surface of the sodium 5 of the reactor vessel 3, and the cover gas space 17 is filled with a cover gas which is an inert gas.

【0017】図2は、本発明に係る高速炉炉心の第1実
施例を示す炉心構成図である。図3は、図2に示す高速
炉の炉心を示す横断面図である。高速炉の炉心部4は、
図2に示す炉心20の様に構成されている。この炉心20は
核分裂性物質を充填した多数の燃料集合体21を多数装荷
した炉心領域22を中央に形成しており、この炉心領域22
の外周側には径方向ブランケット集合体23を環状に装荷
した径ブランケット領域24が形成される。この径ブラン
ケット領域24の外周側には中性子遮蔽体25を装荷した中
性子遮蔽領域26が形成される。炉心領域22に装荷された
燃料集合体21は上部に親物質が装荷された上部軸ブラン
ケット領域28が、その下部には下部軸ブランケット領域
29がそれぞれ形成され、上部軸ブラケット領域28の上方
にガスプレナム領域30が設けられる。下部軸ブランケッ
ト領域29の下方はガスプレナム領域あるいは中性子遮蔽
領域31として構成される。また炉心領域22には、燃料集
合体21の他、ボイド化集合体33が複数本装荷されてい
る。さらに炉心領域22には制御棒52が水平方向に分散し
て配置されている。
FIG. 2 is a core configuration diagram showing a first embodiment of the fast reactor core according to the present invention. FIG. 3 is a cross-sectional view showing the core of the fast reactor shown in FIG. The core 4 of the fast reactor
It is configured like a core 20 shown in FIG. The core 20 has a core region 22 in which a large number of fuel assemblies 21 loaded with fissile material are loaded at the center thereof.
A radial blanket region 24 in which a radial blanket aggregate 23 is loaded in an annular shape is formed on the outer peripheral side. On the outer peripheral side of the diameter blanket region 24, a neutron shielding region 26 loaded with a neutron shield 25 is formed. The fuel assembly 21 loaded in the core region 22 has an upper shaft blanket region 28 loaded with a parent material on the upper portion, and a lower shaft blanket region 28
29 are formed, and a gas plenum region 30 is provided above the upper shaft bracket region 28. Below the lower shaft blanket region 29 is configured as a gas plenum region or a neutron shielding region 31. The core region 22 is loaded with a plurality of voided assemblies 33 in addition to the fuel assemblies 21. Further, control rods 52 are arranged in the core region 22 so as to be dispersed in the horizontal direction.

【0018】図4は、図2に示す炉心の燃料集合体とボ
イド化集合体の関係を示す斜視図である。なお、UPは
炉心上端位置(炉心領域の上面位置)、CPは炉心中心
位置、LPは炉心下端位置をそれぞれ示す。燃料集合体
21およびボイド化集合体33は炉心支持板34の上部支持板
35上に支持され、この上部支持板35と下部支持板36との
間に高圧プレナム37が形成される。高圧プレナム37には
循環ポンプから吐出される一次冷却材であるナトリウム
5が供給されるようになっている。前記ボイド化集合体
33には、被覆管53の内部に筒状の冷却材流路40が形成さ
れるとともに、この冷却材流路40の上方には封入気体が
封入されたガスキャビティ41が形成される。封入気体は
アルゴン等の不活性ガスが適当であるが特に制限はな
い。ボイド化集合体33の冷却材流路40はその脚部である
エントランスノズル部43に形成された冷却材流入孔44を
介して高圧プレナム37に連通している。この冷却材流入
孔44は燃料集合体21のエントランスノズル部45に形成さ
れた冷却材流入孔46より上方に形成される。また冷却材
流出孔48は炉心20の軸方向中心付近より下方に形成され
る。ボイド化集合体33の冷却材流路40に流入した冷却材
の液面(自由液面)は、高圧プレナム37内の冷却材の圧
力により炉心軸方向に移動する。冷却材液面の高さは、
高速炉の通常運転時に、炉心の頂部レベル(炉心領域22
の上端)UPより高く設定する。そして冷却材の流量低
下事故時には、前記冷却材液面が前記炉心頂部レベルU
Pより低くなるように冷却材流路40の内部形状や封入気
体の量を設定する。具体的な冷却材流路40の冷却材液面
は、定常運転時には上部軸ブランケット領域28より上部
とし、冷却材流量低下時には、炉心20の軸方向中心部付
近に位置するように設定する。このようにして燃料集合
体21からボイド化集合体33への中性子洩れを増大させ、
負の反応度効果を大きくすることができる。
FIG. 4 is a perspective view showing the relationship between the fuel assembly and the voided assembly of the core shown in FIG. UP indicates the core upper end position (upper surface position of the core region), CP indicates the core center position, and LP indicates the core lower end position. Fuel assembly
21 and voided assembly 33 are upper support plates of core support plate 34
The high-pressure plenum 37 is formed between the upper support plate 35 and the lower support plate 36. The high-pressure plenum 37 is supplied with sodium 5 which is a primary coolant discharged from a circulation pump. The voided assembly
In 33, a tubular coolant passage 40 is formed inside a cladding tube 53, and a gas cavity 41 in which a sealed gas is sealed is formed above the coolant passage 40. An inert gas such as argon is suitable for the filling gas, but is not particularly limited. The coolant flow passage 40 of the voided assembly 33 communicates with the high-pressure plenum 37 via a coolant inflow hole 44 formed in an entrance nozzle 43 as a leg thereof. This coolant inflow hole 44 is formed above a coolant inflow hole 46 formed in the entrance nozzle portion 45 of the fuel assembly 21. The coolant outlet hole 48 is formed below the vicinity of the axial center of the core 20. The liquid level (free liquid level) of the coolant flowing into the coolant channel 40 of the voided assembly 33 moves in the core axis direction due to the pressure of the coolant in the high-pressure plenum 37. The coolant level is
During normal operation of the fast reactor, the top level of the core (core area 22
Upper end) Set higher than UP. In the event of a coolant flow rate drop accident, the coolant level is reduced to the core top level U.
The internal shape of the coolant channel 40 and the amount of the filled gas are set so as to be lower than P. Specifically, the coolant level of the coolant channel 40 is set to be higher than the upper shaft blanket region 28 during normal operation, and to be located near the axial center of the core 20 when the coolant flow rate is reduced. In this way, the neutron leakage from the fuel assembly 21 to the voided assembly 33 is increased,
The negative reactivity effect can be increased.

【0019】次にこのような構成からなる第1の実施例
の作用について説明する。高速炉においては、冷却材で
ある液体ナトリウムがボイド化する要因として、冷却材
流量の減少によりナトリウム温度が上昇して沸騰する場
合及び炉心外で大量のカバーガス等の気体が冷却材に流
入して炉心20に流れ込む場合が考えられる。
Next, the operation of the first embodiment having such a configuration will be described. In the fast reactor, the liquid sodium as the coolant is voided when the sodium temperature rises due to a decrease in the coolant flow rate and boiling occurs, and a large amount of gas such as cover gas flows into the coolant outside the core. Flow into the reactor core 20.

【0020】冷却材流量が減少した場合、高圧プレナム
37内の冷却材圧力が減少し、この圧力減少に伴ってボイ
ド化集合体33内の冷却材圧力も減少し、封入気体が膨脹
する。この封入気体の膨脹により冷却材流路40の液面が
炉心頂部レベルUPより下方に移動しガスキャビティ41
が増大する。この場合、ボイド化集合体33内部の冷却材
圧力の減少に伴ってボイド化集合体33内部の冷却材が最
初にボイド化する。このボイド化と同時あるいは続いて
燃料集合体21内の冷却材も冷却材温度の上昇によりボイ
ド化する。しかしながらボイド化集合体33内の冷却材流
路40の冷却材がボイド化しているため、燃料集合体21で
発生した中性子は、ボイド化集合体33からガスキャビテ
ィ41を介して炉心上部方向に漏洩し、負の反応度が得ら
れる。
If the coolant flow rate decreases, the high pressure plenum
The coolant pressure in 37 decreases, and with this pressure decrease, the coolant pressure in voided assembly 33 also decreases, and the charged gas expands. Due to the expansion of the charged gas, the liquid level of the coolant flow path 40 moves below the core top level UP, and the gas cavity 41
Increase. In this case, the coolant inside the voided assembly 33 first voids as the coolant pressure inside the voided assembly 33 decreases. Simultaneously with or subsequent to the void formation, the coolant in the fuel assembly 21 is also voided due to an increase in the coolant temperature. However, since the coolant in the coolant passage 40 in the voided assembly 33 is voided, neutrons generated in the fuel assembly 21 leak from the voided assembly 33 toward the upper part of the core through the gas cavity 41. And a negative reactivity is obtained.

【0021】次に炉心外から流入した気体が冷却材に混
入して炉心に流れ込む場合を考える。この場合図4に示
すように、ボイド化集合体33の冷却材流入孔44が燃料集
合体21の冷却材流入孔46よりも鉛直方向上方に設けられ
ている。一方循環ポンプ12から高圧プレナム37に吐出さ
れた冷却材に混入する気体は、冷却材より軽いため、上
部支持板35付近の下部に蓄積される。このため上部支持
板35の下部に蓄積された気体は燃料集合体21に流入する
前にボイド化集合体33内に流入し、内部の冷却材流路40
をボイド化させる。続いて燃料集合体21にも冷却材に混
入して気体が流入するが、冷却材流量減少の場合と同様
の作用効果を奏する。炉心外で冷却材への気体混入を考
慮しない場合には、ボイド化集合体33の冷却材流入孔44
と燃料集合体21の冷却材流入孔46は位置関係は問わな
い。
Next, let us consider a case where gas flowing from outside the core mixes with the coolant and flows into the core. In this case, as shown in FIG. 4, the coolant inlet 44 of the voided assembly 33 is provided vertically above the coolant inlet 46 of the fuel assembly 21. On the other hand, the gas mixed into the coolant discharged from the circulation pump 12 to the high-pressure plenum 37 is lighter than the coolant, and is accumulated in a lower portion near the upper support plate 35. For this reason, the gas accumulated in the lower portion of the upper support plate 35 flows into the voided assembly 33 before flowing into the fuel assembly 21 and the coolant passage 40 inside the voided assembly 33.
Is voided. Subsequently, the gas is mixed into the coolant and flows into the fuel assembly 21, and the same operation and effect as in the case of the decrease in the coolant flow rate are obtained. If gas mixing into the coolant outside the reactor core is not considered, the coolant inlet hole 44 of the voided assembly 33
And the coolant inflow hole 46 of the fuel assembly 21 may be in any positional relationship.

【0022】また炉心領域22の各燃料集合体21の間にボ
イド化集合体33を装荷することにより、燃料集合体21で
生じた中性子がボイド化集合体33の軸方向上部のキャビ
ティチャンネル41への漏洩を促進するためガスキャビテ
ィ41の上部に中性子吸収体49を図4のように配置するよ
うにしてもよい。
Further, by loading the voided assemblies 33 between the fuel assemblies 21 in the core region 22, neutrons generated in the fuel assemblies 21 are transferred to the cavity channels 41 axially above the voided assemblies 33. The neutron absorber 49 may be arranged as shown in FIG.

【0023】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化集合体の無い炉心に比べ低減でき
零又は負にすることができる。例えば炉心高さ60cm、炉
心直径約300cm の偏平炉心の場合、キャビティ集合体が
無い場合の365 日燃焼後の炉心高さ部におけるナトリウ
ムボイド反応度は約3$である。ボイド化集合体33を図
3に示すように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、ボイド化集合体33が上部軸ブ
ランケット領域(厚さ35cm)28の上端高さから炉心中心
高さまでボイド化し、燃料集合体21の炉心領域22がボイ
ド化した場合には約−0.5 $となる。キャビティ集合体
33が上部軸ブランケット領域28の高さよりさらに30cm上
部までボイド化し、燃料集合体21の炉心領域22がボイド
化した場合には約−2$となる。
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 voided aggregate. For example, in the case of a flat core having a core height of 60 cm and a core diameter of about 300 cm, the sodium void reactivity at the core height after 365 days of combustion without a cavity assembly is about 3 mm. When the voided assembly 33 is arranged as shown in FIG. 3, the sodium void reactivity in the core of the same size is determined from the height of the core from the upper end height of the upper axial blanket region (thickness 35 cm) 28. When the core is voided up to the center height and the core region 22 of the fuel assembly 21 is voided, it becomes about -0.5 mm. Cavity assembly
In the case where 33 is voided to 30 cm above the height of the upper shaft blanket region 28 and the core region 22 of the fuel assembly 21 is voided, the angle becomes about -2 °.

【0024】このように本実施例によれば、高速炉の炉
心において、多数の燃料集合体を装荷して炉心領域を形
成し、この炉心領域の燃料集合体間に、内部に筒状の冷
却材流路を形成し、不活性ガス等の封入気体が封入され
たボイド化集合体が装荷される。このボイド化集合体の
冷却材流路に冷却材を出し入れ可能な冷却材流入孔を設
け、前記冷却材の圧力変化により冷却材流路の冷却材液
面が炉心軸方向に変更するように設定する。原子炉容器
内を循環する冷却材流量が低下すると、冷却材圧力が減
少する。そして、この冷却材圧力の減少によってボイド
化集合体内の冷却材圧力が低下して封入気体が膨脹し、
ボイド化集合体内が初めにボイド化して冷却材流路の液
面が低下する。この液面低下により、燃料集合体で発生
した中性子はボイド化集合体から炉心上方向に主に漏洩
し、ナトリウムボイド反応度を小さく保つことができ
る。また、ボイド化集合体の冷却材流路への冷却材流入
孔を燃料集合体への冷却材流入孔より上方位置に設けて
いる。このため炉心外のカバーガス等の気体が冷却材に
混入する場合でも、混入された気体は冷却材との密度差
により上方に蓄積され、ボイド化集合体の冷却材流入口
から燃料集合体よりも前に流入する。このため冷却材流
量減少の場合と同様な作用効果を奏する。このように、
ナトリウムボイド反応度を小さく保つことができ、より
大きな出力の炉心を得ることができると共に、大型炉心
であっても炉の安全性又は健全性を充分に保つことがで
きる。次に本発明の第2の実施例を図5を参照して説明
する。
As described above, according to this embodiment, in the core of the fast reactor, a large number of fuel assemblies are loaded to form a core region, and a cylindrical cooling member is provided between the fuel assemblies in the core region. A voided assembly in which a material flow path is formed and a sealed gas such as an inert gas is sealed is loaded. The coolant flow path of this voided assembly is provided with a coolant inflow hole through which a coolant can enter and exit, and the coolant level of the coolant flow path is set to change in the core axis direction by a change in pressure of the coolant. I do. As the flow rate of the coolant circulating in the reactor vessel decreases, the coolant pressure decreases. Then, due to the decrease in the coolant pressure, the coolant pressure in the voided assembly decreases, and the sealed gas expands,
The voided assembly first becomes voided, and the liquid level in the coolant channel drops. Due to this lowering of the liquid level, neutrons generated in the fuel assembly leak mainly from the voided assembly upward in the core, and the sodium void reactivity can be kept low. Further, a coolant inflow hole into the coolant flow path of the voided assembly is provided above the coolant inflow hole into the fuel assembly. Therefore, even when a gas such as a cover gas outside the reactor core is mixed into the coolant, the mixed gas is accumulated upward due to a difference in density with the coolant, and flows from the fuel inlet through the coolant inlet of the voided assembly. Also flows in front. Therefore, the same operation and effect as in the case of the decrease in the coolant flow rate can be obtained. in this way,
The sodium void reactivity can be kept small, a core with a higher output can be obtained, and the safety or soundness of the furnace can be sufficiently maintained even with a large core. Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

【0025】なお図5において、図4と同一部分には同
一符号を付し、その部分の構成の説明は省略する。キャ
ビティ集合体33には、隣接する燃料集合体21の炉心下端
位置LPよりも下方に相当する位置に、発熱物質47が配
置される。この発熱物質47は、中性子吸収あるいはガン
マ線吸収による発熱量が大きい物質が望ましい。例え
ば、炭化ホウ素B4 C、タングステンが適当である。ま
た発熱物質47は、冷却材と化学反応を起こさないよう
に、ステンレスで構成された被覆管によって被覆されて
いる。ボイド化集合体33内の通常運転時の冷却流量は、
発熱物質47が適切に冷却され、かつボイド化集合体33内
では沸騰が生じないようにする。更に過出力時には、発
熱物質47の発熱量増加に起因して、ボイド化集合体33内
の冷却材が沸騰するように、冷却材流入孔44及び冷却材
流出孔48の孔の大きさ、個数等を調整することにより適
切な値に維持するようにしている。
In FIG. 5, the same portions as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and the description of the configuration of the portions will be omitted. In the cavity assembly 33, a heating substance 47 is arranged at a position corresponding to a position lower than the core lower end position LP of the adjacent fuel assembly 21. The heat generating substance 47 is desirably a substance that generates a large amount of heat due to neutron absorption or gamma ray absorption. For example, boron carbide B 4 C and tungsten are suitable. The exothermic substance 47 is covered with a cladding tube made of stainless steel so as not to cause a chemical reaction with the coolant. The cooling flow rate during normal operation in the voided assembly 33 is
The exothermic material 47 is properly cooled and no boiling occurs in the voided mass 33. Further, at the time of over-output, the size and number of the coolant inflow holes 44 and the coolant outflow holes 48 are set such that the coolant in the voided aggregate 33 boils due to the increase in the heat generation amount of the heating substance 47. The values are adjusted to maintain an appropriate value.

【0026】第2の実施例の作用を説明する。過出力が
生じ、ナトリウム温度が上昇する場合を考える。過出力
が生じた場合、燃料集合体21内の冷却材温度が上昇する
ことは勿論であるが、ボイド化集合体33においても、燃
料集合体21において発生する中性子及びガンマ線の量が
増加するため、発熱物質47に到達する中性子及びガンマ
線の量も増加する。それに応じて、発熱物質47の中性子
吸収あるいはガンマ線吸収による発熱量が増加し、冷却
材温度が上昇する。ここで通常運転時におけるボイド化
集合体33の冷却材流出孔48での冷却材温度を、燃料集合
体21の冷却材出口温度より高くし、ボイド化集合体33内
の冷却材のボイド化までの裕度を少なくしておく。この
ため燃料集合体21よりも先にボイド化集合体33内の冷却
材がボイド化することになる。
The operation of the second embodiment will be described. Consider the case where over-power occurs and the sodium temperature rises. When an overpower occurs, the coolant temperature in the fuel assembly 21 naturally rises, but also in the voided assembly 33, the amount of neutrons and gamma rays generated in the fuel assembly 21 increases. The amount of neutrons and gamma rays reaching the pyrogen 47 also increases. Accordingly, the amount of heat generated by neutron absorption or gamma ray absorption of the heat generating substance 47 increases, and the coolant temperature rises. Here, the coolant temperature at the coolant outlet hole 48 of the voided assembly 33 during normal operation is set higher than the coolant outlet temperature of the fuel assembly 21 until the coolant in the voided assembly 33 is voided. Keep the margin of Therefore, the coolant in the voided assembly 33 is voided before the fuel assembly 21.

【0027】従って過出力において燃料集合体21内の冷
却材がボイド化する前に、ボイド化集合体33内の冷却材
がボイド化し、中性子はボイド化集合体33のガスキャビ
ティ41を介して炉心上部方向に漏洩し負の反応度効果が
得られ、炉心の安全性が向上する。
Therefore, before the coolant in the fuel assembly 21 is voided at the overpower, the coolant in the voided assembly 33 is voided, and neutrons are passed through the gas cavity 41 of the voided assembly 33 to the core. Leakage in the upward direction has a negative reactivity effect, improving the safety of the core.

【0028】更に第3の実施例を図6および図7を参照
して説明する。図6は本発明に係る高速炉の炉心の第3
実施例を示す炉心構成図である。図7は、図6に示す高
速炉の炉心を示す横断面図である。この実施例に示され
た高速炉の炉心は図2及び図3に示された炉心構造に加
えて多数の燃料集合体21を装荷して構成される炉心領域
22の中央部にボイド化集合体33を複数本まとめて集中的
に配置したものである。他の炉心構成は図2及び図3に
示すものと基本的に異ならないので同一符号を付して説
明を省略する。この高速炉の炉心においては、炉心中心
部に炉心軸方向にまとめて配置されるボイド化集合体33
により、冷却材であるナトリウムのボイド時に、炉心中
心方向への中性子漏洩効果が促進される構成となってい
る。さらにボイド化集合体33を偏平炉心の炉心領域22に
配置される制御棒52に隣接して装荷したり、周方向に沿
って環状に装荷することにより制御棒方向への中性子漏
洩を積極的に利用することも考えられる。その際燃料集
合体21の上部軸ブランケット領域50と炉心領域22の中間
にプレナム領域51を配置するか又は軸方向ブランケット
領域50を削除すると上部方向へ漏洩した中性子がプレナ
ム領域51を通してより漏洩しやすくなる。なお本発明の
実施例では、炉心領域の各燃料集合体間にボイド化集合
体を配置した例を示したが、ボイド化集合体33の配置又
はボイド化集合体内の構成は上記の例に限られるもので
ない。ボイド化集合体の配置は冷却材であるナトリウム
のボイド時にナトリウムボイド反応度が小さくなるよう
に配置すればよく、その形状、構造は上記作用を満足す
るように設定されていれば良い。また本発明は、大型炉
のみならず、元来ボイド反応度が小さい小型炉において
も、安全性向上効果が上記同様に得ることができる。
Further, a third embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 6 shows the third core of the fast reactor according to the present invention.
It is a core structure figure showing an example. FIG. 7 is a cross-sectional view showing the core of the fast reactor shown in FIG. The core of the fast reactor shown in this embodiment is a core region constituted by loading a large number of fuel assemblies 21 in addition to the core structure shown in FIGS.
A plurality of voided aggregates 33 are collectively arranged in a central part of 22. The other core configurations are basically the same as those shown in FIGS. 2 and 3, and thus the same reference numerals are given and the description is omitted. In the core of this fast reactor, a voided assembly 33 is arranged at the center of the core in the axial direction of the core.
Thereby, the neutron leakage effect toward the center of the reactor core is promoted when sodium as a coolant is voided. Further, the voided assembly 33 is loaded adjacent to the control rod 52 disposed in the core region 22 of the flat core, or is loaded in an annular shape along the circumferential direction, so that neutron leakage in the control rod direction is positively performed. It can be used. At that time, if the plenum region 51 is arranged between the upper axial blanket region 50 and the core region 22 of the fuel assembly 21 or the axial blanket region 50 is deleted, neutrons leaking upwards are more likely to leak through the plenum region 51. Become. In the embodiment of the present invention, the example in which the voided assemblies are arranged between the fuel assemblies in the core region is shown. However, the arrangement of the voided assemblies 33 or the configuration in the voided assembly is limited to the above example. It is not something that can be done. The voided aggregates may be arranged so that the reactivity of sodium voids is reduced when sodium as a coolant is voided, and the shape and structure may be set so as to satisfy the above-described effects. In addition, the present invention can provide the same effect of improving safety not only in a large furnace but also in a small furnace having a small void reactivity.

【0029】[0029]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
冷却材による炉心の反応度を小さく抑えることにより、
冷却材の流量低下時、炉心の過出力時、炉心への気泡流
入時等の異常の場合の炉心の正反応度増加の要因を低減
することにより、安全性を向上しつつ、より大きな出力
の炉心を得ることができる高速炉の炉心を提供すること
ができる。
As described above, according to the present invention,
By reducing the reactivity of the core by the coolant,
By reducing the factors that increase the reactor's positive reactivity in the event of abnormalities such as when the flow rate of the coolant drops, when the core is overpowered, or when air bubbles flow into the core, it is possible to improve safety and improve power output. A fast reactor core from which a core can be obtained can be provided.

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

【図1】本発明に係る炉心を備えた高速炉の一実施例を
示す縦断面図。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing one embodiment of a fast reactor equipped with a core according to the present invention.

【図2】本発明に係る高速炉の炉心の第1実施例を示す
炉心構成図。
FIG. 2 is a core configuration diagram showing a first embodiment of the core of the fast reactor according to the present invention.

【図3】図2に示す高速炉の炉心を示す横断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a core of the fast reactor shown in FIG. 2;

【図4】図2に示す炉心の燃料集合体とボイド化集合体
の関係を示す斜視図。
FIG. 4 is a perspective view showing a relationship between a fuel assembly and a voided assembly of the core shown in FIG. 2;

【図5】本発明に係るボイド化集合体の第2実施例を示
す斜視図。
FIG. 5 is a perspective view showing a second embodiment of the voided assembly according to the present invention.

【図6】本発明に係る高速炉の炉心の第3実施例を示す
炉心構成図。
FIG. 6 is a core configuration diagram showing a third embodiment of the core of the fast reactor according to the present invention.

【図7】図6に示す高速炉の炉心を示す横断面図。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a core of the fast reactor shown in FIG. 6;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

5…ナトリウム 20…炉心 21…燃料集合体 22…炉心領域 24…径ブランケット領域 26…中性子遮断領域 28,50…上部軸ブランケット領域 29…下部軸ブランケット領域 30,51…ガスプレナム領域 31…ガスプレナム領域または中性子遮蔽領域 33…ボイド化集合体 40…冷却材流路 41…ガスキャビティ 44…冷却材流入孔 46…冷却材流入孔 47…発熱物質 48…冷却材流出孔 53…被覆管 5 ... Sodium 20 ... Core 21 ... Fuel assembly 22 ... Core region 24 ... Diameter blanket region 26 ... Neutron blocking region 28,50 ... Upper shaft blanket region 29 ... Lower shaft blanket region 30,51 ... Gas plenum region 31 ... Gas plenum region or Neutron shielding area 33 ... Voided assembly 40 ... Coolant flow path 41 ... Gas cavity 44 ... Coolant inflow hole 46 ... Coolant inflow hole 47 ... Heat generation substance 48 ... Coolant outflow hole 53 ... Clad tube

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G21C 5/00 GDF G21C 7/32 G21C 9/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Fields surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) G21C 5/00 GDF G21C 7/32 G21C 9/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 核分裂性物質を収容し液体金属から成る
冷却材が内部を下方から上方に流通する炉心領域と、こ
の炉心領域に炉心領域の軸方向中心と平行に貫通して設
けられたボイド化領域とから成り、このボイド化領域
は、内部上方にガス領域が形成されかつ下部および軸方
向中間部に冷却材流入孔および冷却材流出孔が穿設され
て成る被覆管によって形成されることを特徴とする高速
炉の炉心。
1. A core region in which a coolant made of a liquid metal and containing a fissile material flows through the inside from below to above, and a void is provided in the core region so as to penetrate in parallel with the axial center of the core region. The voided region is formed by a cladding tube having a gas region formed therein at an upper portion thereof and a coolant inlet hole and a coolant outlet hole formed at a lower portion and an intermediate portion in an axial direction. A fast reactor core.
【請求項2】 請求項1記載の高速炉の炉心において、
前記ボイド化領域を構成する被覆管内の軸方向下方に発
熱体を設けることを特徴とする高速炉の炉心。
2. The fast reactor core according to claim 1, wherein
A fast reactor core, wherein a heating element is provided axially below the cladding tube forming the voided region.
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