JP2923269B2 - 高速増殖炉の炉心 - Google Patents
高速増殖炉の炉心Info
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
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- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、多数の六角断面形
状の大型ダクトレス燃料集合体を稠密配列した高速増殖
炉の炉心に関し、更に詳しく述べると、炉心を制御棒、
ガス膨張モジュール（ＧＥＭ）、ブランケット燃料、計
測器のいずれかを内包したダクトレス燃料集合体により
構成することにより、高燃焼度・増殖比と経済性を両立
した炉心性能をもつ高速増殖炉の炉心に関するものであ
る。
状の大型ダクトレス燃料集合体を稠密配列した高速増殖
炉の炉心に関し、更に詳しく述べると、炉心を制御棒、
ガス膨張モジュール（ＧＥＭ）、ブランケット燃料、計
測器のいずれかを内包したダクトレス燃料集合体により
構成することにより、高燃焼度・増殖比と経済性を両立
した炉心性能をもつ高速増殖炉の炉心に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】高速増殖炉の炉心に用いられる燃料集合
体としては、ダクト型とダクトレス型とがある。ダクト
型の燃料集合体は、多数の燃料要素を束ねてダクト（ラ
ッパ管と呼ばれる六角管）の内部に収容した構造であ
る。
体としては、ダクト型とダクトレス型とがある。ダクト
型の燃料集合体は、多数の燃料要素を束ねてダクト（ラ
ッパ管と呼ばれる六角管）の内部に収容した構造であ
る。
【０００３】ダクト型の燃料集合体を用いる炉心では、
ダクト（六角管）によって流路が限定されていることか
ら、炉心内の径方向発熱分布に応じた燃料集合体毎の流
量配分をきめ細かくできるために、原子炉出口温度の高
温化（約５５０℃）が可能である。それに対してダクト
レス燃料集合体は、金属材料が少なく、中性子経済が優
れ、炉心特性（この場合、増殖特性、燃焼特性など中性
子利用に関する特性）がよい。しかし、ダクトレス燃料
集合体を用いる炉心の場合、流路が限定されていないこ
とから炉心内の径方向発熱分布に応じた燃料集合体毎の
流量配分がきめ細かくできないこと、燃料集合体間のギ
ャップからの漏れが存在することから、原子炉の出口温
度を高温にすることが難しい。
ダクト（六角管）によって流路が限定されていることか
ら、炉心内の径方向発熱分布に応じた燃料集合体毎の流
量配分をきめ細かくできるために、原子炉出口温度の高
温化（約５５０℃）が可能である。それに対してダクト
レス燃料集合体は、金属材料が少なく、中性子経済が優
れ、炉心特性（この場合、増殖特性、燃焼特性など中性
子利用に関する特性）がよい。しかし、ダクトレス燃料
集合体を用いる炉心の場合、流路が限定されていないこ
とから炉心内の径方向発熱分布に応じた燃料集合体毎の
流量配分がきめ細かくできないこと、燃料集合体間のギ
ャップからの漏れが存在することから、原子炉の出口温
度を高温にすることが難しい。
【０００４】高速増殖炉の特徴は、増殖性と高熱効率
（高温）であるが、ダクトがあっても増殖性のポテンシ
ャルは確保できること、また高熱効率のポテンシャルを
高めるにはダクト型がよいことから、一般に高速増殖炉
においてはダクト型の燃料集合体が用いられている。
（高温）であるが、ダクトがあっても増殖性のポテンシ
ャルは確保できること、また高熱効率のポテンシャルを
高めるにはダクト型がよいことから、一般に高速増殖炉
においてはダクト型の燃料集合体が用いられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ダクト型の燃
料集合体を用いる炉心では、ダクトが炉心内に配置され
ることによる炉心性能の低下から、燃焼度は１５万ＭＷ
d/t 程度、増殖比は径ブランケットを配置しても１．２
程度と低い。更に、ダクトそのものが放射性廃棄物とし
て排出されるために、環境負荷が大きい。
料集合体を用いる炉心では、ダクトが炉心内に配置され
ることによる炉心性能の低下から、燃焼度は１５万ＭＷ
d/t 程度、増殖比は径ブランケットを配置しても１．２
程度と低い。更に、ダクトそのものが放射性廃棄物とし
て排出されるために、環境負荷が大きい。
【０００６】本発明の目的は、高い炉心性能（高増殖
性、高燃焼度など）を実現でき、且つダクト型と同程度
の高温（高熱効率）にできる高速増殖炉の炉心を提供す
ることである。本発明の他の目的は、経済性及び安全性
を確保した上で、固体廃棄物の発生が減少し、環境負荷
を低減できる高速増殖炉の炉心を提供することである。
本発明の更に他の目的は、炉心の固有安全性を高めるこ
とができる高速増殖炉の炉心を提供することである。本
発明の更に他の目的は、核不拡散性を強化できる高速増
殖炉の炉心を提供することである。
性、高燃焼度など）を実現でき、且つダクト型と同程度
の高温（高熱効率）にできる高速増殖炉の炉心を提供す
ることである。本発明の他の目的は、経済性及び安全性
を確保した上で、固体廃棄物の発生が減少し、環境負荷
を低減できる高速増殖炉の炉心を提供することである。
本発明の更に他の目的は、炉心の固有安全性を高めるこ
とができる高速増殖炉の炉心を提供することである。本
発明の更に他の目的は、核不拡散性を強化できる高速増
殖炉の炉心を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、六角断面形状
をなす多数のダクトレス燃料集合体を稠密配列し、その
外側を六角断面形状の可動遮蔽体が取り囲み、更にその
外側に固定遮蔽体を配置した高速増殖炉の炉心である。
ここで前記ダクトレス燃料集合体は、軸中心に位置する
案内管の周囲に多数本の燃料要素を正三角形配列し、軸
方向の複数箇所に設置したグリッドスペーサにより各燃
料要素の間隔を確保すると共に外側の六角断面角部に配
置した６本のタイロッドによって保持したピンバンドル
部と、該ピンバンドル部の上部に設置した上部遮蔽体及
び下部に設置した下部遮蔽体とを具備し、前記案内管に
制御棒、ガス膨張モジュール、ブランケット燃料要素、
又は計測器を内包させた構造であり、このような燃料集
合体を用いる点に本発明の特徴がある。このダクトレス
燃料集合体は、通常のダクト型のそれよりもはるかに大
型であって、ピンバンドル部の対辺寸法が２００〜４５
０mm程度のものである。
をなす多数のダクトレス燃料集合体を稠密配列し、その
外側を六角断面形状の可動遮蔽体が取り囲み、更にその
外側に固定遮蔽体を配置した高速増殖炉の炉心である。
ここで前記ダクトレス燃料集合体は、軸中心に位置する
案内管の周囲に多数本の燃料要素を正三角形配列し、軸
方向の複数箇所に設置したグリッドスペーサにより各燃
料要素の間隔を確保すると共に外側の六角断面角部に配
置した６本のタイロッドによって保持したピンバンドル
部と、該ピンバンドル部の上部に設置した上部遮蔽体及
び下部に設置した下部遮蔽体とを具備し、前記案内管に
制御棒、ガス膨張モジュール、ブランケット燃料要素、
又は計測器を内包させた構造であり、このような燃料集
合体を用いる点に本発明の特徴がある。このダクトレス
燃料集合体は、通常のダクト型のそれよりもはるかに大
型であって、ピンバンドル部の対辺寸法が２００〜４５
０mm程度のものである。
【０００８】ダクトレス燃料集合体を用いる炉心におい
て、炉心全体からの漏れ流量を抑制できれば、原子炉出
口温度の高温化が可能である。そのためには、燃料集合
体間ギャップの面積を減らすこと、あるいは燃料集合体
のＰ／Ｄ（ピンピッチ／ピン径）を大きくすることが考
えられる。しかし後者は、燃料体積比が減少し、ダクト
レス燃料集合体を用いる本来の目的と矛盾する。そこ
で、燃料集合体を大きくして炉心内の燃料集合体数を相
対的に減らし、燃料集合体間のギャップ総長を減らすこ
とで（燃料集合体間のギャップ幅は燃料交換性などから
大きさに限らず一定値が必要）高温化のポテンシャルを
高めることができる。燃料集合体の大きさは、大きいほ
どよいが、例えば燃料集合体一体が水没することなどを
考慮した場合の臨界性によれば、対辺距離が４５０mm程
度が限度である。
て、炉心全体からの漏れ流量を抑制できれば、原子炉出
口温度の高温化が可能である。そのためには、燃料集合
体間ギャップの面積を減らすこと、あるいは燃料集合体
のＰ／Ｄ（ピンピッチ／ピン径）を大きくすることが考
えられる。しかし後者は、燃料体積比が減少し、ダクト
レス燃料集合体を用いる本来の目的と矛盾する。そこ
で、燃料集合体を大きくして炉心内の燃料集合体数を相
対的に減らし、燃料集合体間のギャップ総長を減らすこ
とで（燃料集合体間のギャップ幅は燃料交換性などから
大きさに限らず一定値が必要）高温化のポテンシャルを
高めることができる。燃料集合体の大きさは、大きいほ
どよいが、例えば燃料集合体一体が水没することなどを
考慮した場合の臨界性によれば、対辺距離が４５０mm程
度が限度である。
【０００９】また、このように大きな燃料集合体にする
と、炉心を構成したときの制御棒との関係を考えなけれ
ばならない。即ち、従来は制御棒と燃料集合体は同じ大
きさで炉心を構成していたが、同じ考えに立つと大型の
制御棒が必要となり、且つその数は少なくなる。その場
合、制御棒の信頼性が落ち（ワンロッドスタックの負担
が大きい：信頼性を高めるため独立２系統のグループに
し炉停止時にそれぞれ１本の故障を想定しても十分炉が
止まるように設計するには制御棒の本数は多い方がよ
い）、重い制御棒になり駆動機構の負担が大きい。そこ
で本発明では、大型化した燃料集合体の中に制御棒を内
包させて、制御棒の数を多くできるようにするととも
に、制御棒の大きさを任意に決められるように構成して
いる。
と、炉心を構成したときの制御棒との関係を考えなけれ
ばならない。即ち、従来は制御棒と燃料集合体は同じ大
きさで炉心を構成していたが、同じ考えに立つと大型の
制御棒が必要となり、且つその数は少なくなる。その場
合、制御棒の信頼性が落ち（ワンロッドスタックの負担
が大きい：信頼性を高めるため独立２系統のグループに
し炉停止時にそれぞれ１本の故障を想定しても十分炉が
止まるように設計するには制御棒の本数は多い方がよ
い）、重い制御棒になり駆動機構の負担が大きい。そこ
で本発明では、大型化した燃料集合体の中に制御棒を内
包させて、制御棒の数を多くできるようにするととも
に、制御棒の大きさを任意に決められるように構成して
いる。
【００１０】なお、この炉心構造では、核燃料集合体の
全てに制御棒を設ける必要はなく、その案内管を利用し
て、ガス膨張モジュール（ＧＥＭ）、炉内の計測器、あ
るいはブランケット燃料などを挿入できるようにしてあ
る。
全てに制御棒を設ける必要はなく、その案内管を利用し
て、ガス膨張モジュール（ＧＥＭ）、炉内の計測器、あ
るいはブランケット燃料などを挿入できるようにしてあ
る。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明では、ダクトレス燃料集合
体の上下に位置する上部遮蔽体と下部遮蔽体をピンバン
ドル部に対して着脱可能とし、燃料集合体使用後もそれ
らを再使用する。これによって積極的に固体廃棄物の低
減を行っている。また本発明の炉心では燃料体積比が高
いので、長寿命放射性廃棄物マイナーアクチニド（Ｍ
Ａ）を燃料と共に燃焼させるのに適しており、高レベル
廃棄物の発生が低減し、環境への負荷低減のポテンシャ
ルが高くなる。また中性子発生の高いマイナーアクチニ
ドを入れた新燃料とすると、放射線が強く遠隔で取り扱
わねばならないために核不拡散性が強化される。燃料体
積比が高く高増殖性が得られるために、低燃焼度の径方
向ブランケット燃料が不要となり、その点でも核不拡散
性が強化される。
体の上下に位置する上部遮蔽体と下部遮蔽体をピンバン
ドル部に対して着脱可能とし、燃料集合体使用後もそれ
らを再使用する。これによって積極的に固体廃棄物の低
減を行っている。また本発明の炉心では燃料体積比が高
いので、長寿命放射性廃棄物マイナーアクチニド（Ｍ
Ａ）を燃料と共に燃焼させるのに適しており、高レベル
廃棄物の発生が低減し、環境への負荷低減のポテンシャ
ルが高くなる。また中性子発生の高いマイナーアクチニ
ドを入れた新燃料とすると、放射線が強く遠隔で取り扱
わねばならないために核不拡散性が強化される。燃料体
積比が高く高増殖性が得られるために、低燃焼度の径方
向ブランケット燃料が不要となり、その点でも核不拡散
性が強化される。
【００１２】更に本発明において、燃料要素として、ウ
ラン−プルトニウム混合窒化物をステンレス鋼製被覆管
に振動充填し、金属ナトリウムをボンド材として充填し
た構造とし、ピンバンドル部を構成する燃料要素のうち
約２〜１０％を水素化ジルコニウム（ＺｒＨ）を封入し
た燃料要素とすると、炉心の固有安全性を高めることが
できる。
ラン−プルトニウム混合窒化物をステンレス鋼製被覆管
に振動充填し、金属ナトリウムをボンド材として充填し
た構造とし、ピンバンドル部を構成する燃料要素のうち
約２〜１０％を水素化ジルコニウム（ＺｒＨ）を封入し
た燃料要素とすると、炉心の固有安全性を高めることが
できる。
【００１３】
【実施例】図１は本発明に係る高速増殖炉の炉心の一実
施例を示す平面図である。この高速増殖炉の炉心は、六
角断面形状をなす多数の大型ダクトレス燃料集合体１０
を稠密配列し、その外側を六角断面形状の可動遮蔽体１
２が取り囲み、更にその外側に固定遮蔽体１４を配置し
た構成である。
施例を示す平面図である。この高速増殖炉の炉心は、六
角断面形状をなす多数の大型ダクトレス燃料集合体１０
を稠密配列し、その外側を六角断面形状の可動遮蔽体１
２が取り囲み、更にその外側に固定遮蔽体１４を配置し
た構成である。
【００１４】図２に大型ダクトレス燃料集合体の正面図
（一部を縦断面として表している）を示し、図３にその
Ａ〜Ｄの各部での水平断面図を示す。なお図２は、ピン
バンドル部と下部遮蔽体とが分離した状態を図示してい
る。この大型ダクトレス燃料集合体１０は、軸中心に六
角状の案内管２０が位置し、その周囲に多数本の燃料要
素２２が正三角形配列されて束ねられており、その対辺
寸法が２００〜４５０mmの六角断面形状のピンバンドル
部２４を具備している。このピンバンドル部２４は、各
燃料要素２２は、軸方向の複数箇所（ここでは５箇所）
に設置したグリッドスペーサ２６により相互の間隔が確
保されると共に、外側の六角断面角部に配置した６本の
タイロッド２８が強度部材となって保形される。そし
て、前記ピンバンドル部２４の上部には上部遮蔽体３０
を設置し、ピンバンドル部２４の下部には下部遮蔽体３
２を設置する。
（一部を縦断面として表している）を示し、図３にその
Ａ〜Ｄの各部での水平断面図を示す。なお図２は、ピン
バンドル部と下部遮蔽体とが分離した状態を図示してい
る。この大型ダクトレス燃料集合体１０は、軸中心に六
角状の案内管２０が位置し、その周囲に多数本の燃料要
素２２が正三角形配列されて束ねられており、その対辺
寸法が２００〜４５０mmの六角断面形状のピンバンドル
部２４を具備している。このピンバンドル部２４は、各
燃料要素２２は、軸方向の複数箇所（ここでは５箇所）
に設置したグリッドスペーサ２６により相互の間隔が確
保されると共に、外側の六角断面角部に配置した６本の
タイロッド２８が強度部材となって保形される。そし
て、前記ピンバンドル部２４の上部には上部遮蔽体３０
を設置し、ピンバンドル部２４の下部には下部遮蔽体３
２を設置する。
【００１５】本発明では大型ダクトレス燃料集合体を用
いて炉心総ギャップを少なくしており、事故時炉心温度
が上がりギャップが速く閉じ、その後に外側の燃料集合
体を内側の燃料集合体が外向きに押すことで炉心が径方
向に膨張し、負の反応度が入り出力が下がる。グリッド
スペーサ２６の圧縮剛性が小さいと、内側の燃料集合体
が外側の燃料集合体を押す際にグリッドスペーサ２６が
潰れて膨張する量が少なくなる。そのため本発明で用い
るグリッドスペーサ２６は、高剛性のものが望ましい。
いて炉心総ギャップを少なくしており、事故時炉心温度
が上がりギャップが速く閉じ、その後に外側の燃料集合
体を内側の燃料集合体が外向きに押すことで炉心が径方
向に膨張し、負の反応度が入り出力が下がる。グリッド
スペーサ２６の圧縮剛性が小さいと、内側の燃料集合体
が外側の燃料集合体を押す際にグリッドスペーサ２６が
潰れて膨張する量が少なくなる。そのため本発明で用い
るグリッドスペーサ２６は、高剛性のものが望ましい。
【００１６】ピンバンドル部２４を構成している燃料要
素２２は、ウラン−プルトニウム混合窒化物をステンレ
ス鋼製の被覆管内に振動充填し、更に金属ナトリウムを
ボンド材として充填した構造である。ここでピンバンド
ル部２４を構成する燃料要素のうち約３％はＺｒＨを封
入した燃料要素である。
素２２は、ウラン−プルトニウム混合窒化物をステンレ
ス鋼製の被覆管内に振動充填し、更に金属ナトリウムを
ボンド材として充填した構造である。ここでピンバンド
ル部２４を構成する燃料要素のうち約３％はＺｒＨを封
入した燃料要素である。
【００１７】燃料集合体の上下に位置する上部遮蔽体３
０と下部遮蔽体３２は、ピンバンドル部２４に対して着
脱可能な構造であり、燃料使用後も廃棄物とせず新しい
ピンバンドル部に装着して再利用する。なお上部遮蔽体
３０には冷却材流路３４が縦貫しており、また下部遮蔽
体３２は燃料集合体への流量調節機能をもつ流調モジュ
ールを兼ねている。そしてピンバンドル部２４の下部に
は、極低流量の冷却材を案内管２０の内部に供給するた
めの低圧部形成流路３６を設け、内部の高圧流路と差圧
を利用するハイドローリックホールドダウン機構により
固定する。流調モジュールを兼ねる下部遮蔽体３２は、
炉内構造物３８にバイヨネット方式で結合しており、ピ
ンバンドル部２４をこの下部遮蔽体３２に嵌合させる。
従って、ピンバンドル部２４は炉心内で下部遮蔽体３２
から切り離すことができる。また上部遮蔽体３０は、燃
料集合体を炉心から取り出した後、遠隔操作で脱着でき
るようにバイヨネット方式でピンバンドル部２４に結合
させる。
０と下部遮蔽体３２は、ピンバンドル部２４に対して着
脱可能な構造であり、燃料使用後も廃棄物とせず新しい
ピンバンドル部に装着して再利用する。なお上部遮蔽体
３０には冷却材流路３４が縦貫しており、また下部遮蔽
体３２は燃料集合体への流量調節機能をもつ流調モジュ
ールを兼ねている。そしてピンバンドル部２４の下部に
は、極低流量の冷却材を案内管２０の内部に供給するた
めの低圧部形成流路３６を設け、内部の高圧流路と差圧
を利用するハイドローリックホールドダウン機構により
固定する。流調モジュールを兼ねる下部遮蔽体３２は、
炉内構造物３８にバイヨネット方式で結合しており、ピ
ンバンドル部２４をこの下部遮蔽体３２に嵌合させる。
従って、ピンバンドル部２４は炉心内で下部遮蔽体３２
から切り離すことができる。また上部遮蔽体３０は、燃
料集合体を炉心から取り出した後、遠隔操作で脱着でき
るようにバイヨネット方式でピンバンドル部２４に結合
させる。
【００１８】現在までの設計研究におけるダクト型の燃
料集合体では、対辺寸法は１６０mm程度が限度である。
これは一つはダクト（六角状のラッパ管）の製作性から
くる制限による。しかし本発明における大型ダクトレス
燃料集合体１０のピンバンドル部２４の対辺寸法は２０
０〜４５０mm程度である。燃料集合体に制御棒を内包さ
せるためには、制御棒駆動機構の直径よりも大きくしな
ければならず、そのためには少なくとも２００mm以上、
より好ましくは２５０mm以上は必要だからである。他
方、ダクトレス燃料集合体は大きいほど好ましいが、安
全性確保の観点から燃料集合体単体での水没臨界が回避
できる規模が上限であり、４５０mm程度が限度である。
料集合体では、対辺寸法は１６０mm程度が限度である。
これは一つはダクト（六角状のラッパ管）の製作性から
くる制限による。しかし本発明における大型ダクトレス
燃料集合体１０のピンバンドル部２４の対辺寸法は２０
０〜４５０mm程度である。燃料集合体に制御棒を内包さ
せるためには、制御棒駆動機構の直径よりも大きくしな
ければならず、そのためには少なくとも２００mm以上、
より好ましくは２５０mm以上は必要だからである。他
方、ダクトレス燃料集合体は大きいほど好ましいが、安
全性確保の観点から燃料集合体単体での水没臨界が回避
できる規模が上限であり、４５０mm程度が限度である。
【００１９】図１に立ち戻って、多数のダクトレス燃料
集合体１０は、主炉停止系の制御棒を内包したダクトレ
ス燃料集合体、後備炉停止系の制御棒を内包したダクト
レス燃料集合体、及び炉内計測器を内包したダクトレス
燃料集合体からなり、それらを分散配置している。それ
らの周囲を取り囲む可動遮蔽体１２は、基本的には交換
可能ということであり、必要に応じて交換する。これは
従来炉心の遮蔽体と同様の構造、構成材料でよい。この
可動遮蔽体１２は、ダクトレス燃料集合体１０と同じ断
面形状寸法となっている。更にその外側の固定遮蔽体１
４は、炉心の熱流動性能を向上するために炉心最外周の
流路を塞ぐ目的で設置されており、プラント寿命と同じ
期間使用する。ここでは全周を６ブロックに分けて組み
立てられている。
集合体１０は、主炉停止系の制御棒を内包したダクトレ
ス燃料集合体、後備炉停止系の制御棒を内包したダクト
レス燃料集合体、及び炉内計測器を内包したダクトレス
燃料集合体からなり、それらを分散配置している。それ
らの周囲を取り囲む可動遮蔽体１２は、基本的には交換
可能ということであり、必要に応じて交換する。これは
従来炉心の遮蔽体と同様の構造、構成材料でよい。この
可動遮蔽体１２は、ダクトレス燃料集合体１０と同じ断
面形状寸法となっている。更にその外側の固定遮蔽体１
４は、炉心の熱流動性能を向上するために炉心最外周の
流路を塞ぐ目的で設置されており、プラント寿命と同じ
期間使用する。ここでは全周を６ブロックに分けて組み
立てられている。
【００２０】本発明に係る炉心は、ダクトレス燃料集合
体であり燃料体積比が高いので、長寿命放射性廃棄物マ
イナーアクチニドを燃料と共に燃焼させるのに適してい
る。マイナーアクチニドは原子炉の中で生じので使用済
み燃料中に含まれており、現状ではそれを廃物として除
去している。しかし本発明では、それを除去せずプルト
ニウムと共に完全にリサイクルできる。酸化物燃料では
酸化物として、窒化物燃料では窒化物として、ウラン及
びプルトニウムと混ざっている。代表的なマイナーアク
チニドには、Ｎｐ、Ａｍ、Ｃｍがあるが、基本的には原
子炉内では中性子を吸収して高次化（例えばＮｐ２３７
→Ｎｐ２３８）し、β崩壊を経てＮｐ→Ｐｕ→Ａｍ→Ｃ
ｍと高い原子番号へと核変換していく。そのなかでＮｐ
は親物質であり、Ｎｐ→ＰｕでできたＰｕの一部は核物
質であるので核分裂して燃える。このようにマイナーア
クチニドは、燃料と共に原子炉内に閉じ込められて一部
が燃料となって燃えることになる。
体であり燃料体積比が高いので、長寿命放射性廃棄物マ
イナーアクチニドを燃料と共に燃焼させるのに適してい
る。マイナーアクチニドは原子炉の中で生じので使用済
み燃料中に含まれており、現状ではそれを廃物として除
去している。しかし本発明では、それを除去せずプルト
ニウムと共に完全にリサイクルできる。酸化物燃料では
酸化物として、窒化物燃料では窒化物として、ウラン及
びプルトニウムと混ざっている。代表的なマイナーアク
チニドには、Ｎｐ、Ａｍ、Ｃｍがあるが、基本的には原
子炉内では中性子を吸収して高次化（例えばＮｐ２３７
→Ｎｐ２３８）し、β崩壊を経てＮｐ→Ｐｕ→Ａｍ→Ｃ
ｍと高い原子番号へと核変換していく。そのなかでＮｐ
は親物質であり、Ｎｐ→ＰｕでできたＰｕの一部は核物
質であるので核分裂して燃える。このようにマイナーア
クチニドは、燃料と共に原子炉内に閉じ込められて一部
が燃料となって燃えることになる。
【００２１】このような構成とすることで、例えば以下
の炉心特性を同時に満たすことのできる高速増殖炉が提
供可能となる。 下記の炉心性能が達成可能な炉心を供給でき、経済性
に優れた高速増殖炉を実現できる。 ・燃焼度：２０万ＭＷd/t ・増殖比：１．２（径ブランケット無し） ・運転サイクル：２年 ・原子炉出入口温度：５５０／３９０℃ 長寿命放射性核種であるマイナーアクチニドをプルト
ニウムとともに燃料としてリサイクルでき、廃棄物とし
て環境に放出しない。マイナーアクチニドのリサイクル
による炉心への負担（炉心性能の低下）に対する受容性
が高い。また使用済みの炉心燃料から発生する固体廃棄
物を約４０％削減可能である。従って、環境負荷を低減
した高速増殖炉による核燃料サイクルシステムが提供で
きる。 ナトリウムボンドのウラン−プルトニウム混合窒化物
燃料の良好な熱伝導性を利用して運転時の燃料温度を低
下させ融点までの裕度を大きくすること、ＺｒＨを炉心
に装荷することにより負のドップラ効果を増大させるこ
と、及び大型燃料集合体による径膨張反応度効果を大き
くすることにより、スクラム失敗事故時に受動的に事象
を終息させる安全性能を持つ。 プランケット燃料を装荷せずに増殖比１．２を達成可
能であり、高純度プルトニウム−２３９が製造不可能で
ある。また炉心燃料にはマイナーアクチニド核種を含有
しており、未使用燃料の放射線量が高く、取り扱いには
十分な放射線防護措置を要する。これらのことにより、
核不拡散性が強化される。
の炉心特性を同時に満たすことのできる高速増殖炉が提
供可能となる。 下記の炉心性能が達成可能な炉心を供給でき、経済性
に優れた高速増殖炉を実現できる。 ・燃焼度：２０万ＭＷd/t ・増殖比：１．２（径ブランケット無し） ・運転サイクル：２年 ・原子炉出入口温度：５５０／３９０℃ 長寿命放射性核種であるマイナーアクチニドをプルト
ニウムとともに燃料としてリサイクルでき、廃棄物とし
て環境に放出しない。マイナーアクチニドのリサイクル
による炉心への負担（炉心性能の低下）に対する受容性
が高い。また使用済みの炉心燃料から発生する固体廃棄
物を約４０％削減可能である。従って、環境負荷を低減
した高速増殖炉による核燃料サイクルシステムが提供で
きる。 ナトリウムボンドのウラン−プルトニウム混合窒化物
燃料の良好な熱伝導性を利用して運転時の燃料温度を低
下させ融点までの裕度を大きくすること、ＺｒＨを炉心
に装荷することにより負のドップラ効果を増大させるこ
と、及び大型燃料集合体による径膨張反応度効果を大き
くすることにより、スクラム失敗事故時に受動的に事象
を終息させる安全性能を持つ。 プランケット燃料を装荷せずに増殖比１．２を達成可
能であり、高純度プルトニウム−２３９が製造不可能で
ある。また炉心燃料にはマイナーアクチニド核種を含有
しており、未使用燃料の放射線量が高く、取り扱いには
十分な放射線防護措置を要する。これらのことにより、
核不拡散性が強化される。
【００２２】本発明において、ピンバンドル部を構成す
る燃料要素のうち、通常約３％をＺｒＨを封入した燃料
要素とすればよいが、マイナーアクチニドの量が多くな
ったり、低除染燃料（燃料コスト削減のため）になると
１０％程度をＺｒＨを封入した燃料要素とすることもあ
る。
る燃料要素のうち、通常約３％をＺｒＨを封入した燃料
要素とすればよいが、マイナーアクチニドの量が多くな
ったり、低除染燃料（燃料コスト削減のため）になると
１０％程度をＺｒＨを封入した燃料要素とすることもあ
る。
【００２３】本発明の炉心構造は燃料材料には依存しな
い。上記の実施例ではウラン−プルトニウム混合窒化物
燃料を用いているが、混合酸化物燃料でもよいし金属燃
料でもよい。燃料形態も、振動充填に限らず、ペレット
形態であってもよい。ボンド材もナトリウムに限らずヘ
リウムボンドでもよい。
い。上記の実施例ではウラン−プルトニウム混合窒化物
燃料を用いているが、混合酸化物燃料でもよいし金属燃
料でもよい。燃料形態も、振動充填に限らず、ペレット
形態であってもよい。ボンド材もナトリウムに限らずヘ
リウムボンドでもよい。
【００２４】上記の実施例では、ダクトレス燃料集合体
の軸中心に位置する案内管に、制御棒あるいは計測器を
内包させているが、ブランケット燃料やガス膨張モジュ
ールを内包させてもよい。ブランケット燃料を入れるこ
とで増殖性を更に高めることができる。
の軸中心に位置する案内管に、制御棒あるいは計測器を
内包させているが、ブランケット燃料やガス膨張モジュ
ールを内包させてもよい。ブランケット燃料を入れるこ
とで増殖性を更に高めることができる。
【００２５】
【発明の効果】本発明では大型ダクトレス燃料集合体を
用い燃料体積比の向上が図れるため、高い炉心性能（高
増殖性、高燃焼度など）を実現でき、且つダクト型と同
程度の高温（高熱効率）にできる高速増殖炉の炉心が得
られる。また本発明では軸方向遮蔽体である上部遮蔽体
と下部遮蔽体を脱着可能として再使用するため、ダクト
レス構造と相俟て固体廃棄物の発生を大幅に減少させる
ことができる。更に長半減期核種あるいは高い毒性を有
する重元素（マイナーアクチニド核種）を燃料としてそ
のまま燃料集合体内で燃焼させることができるため、高
レベル廃棄物の発生を減少させることができる。それら
によって環境負荷を低減できる。
用い燃料体積比の向上が図れるため、高い炉心性能（高
増殖性、高燃焼度など）を実現でき、且つダクト型と同
程度の高温（高熱効率）にできる高速増殖炉の炉心が得
られる。また本発明では軸方向遮蔽体である上部遮蔽体
と下部遮蔽体を脱着可能として再使用するため、ダクト
レス構造と相俟て固体廃棄物の発生を大幅に減少させる
ことができる。更に長半減期核種あるいは高い毒性を有
する重元素（マイナーアクチニド核種）を燃料としてそ
のまま燃料集合体内で燃焼させることができるため、高
レベル廃棄物の発生を減少させることができる。それら
によって環境負荷を低減できる。
【００２６】本発明の炉心では、ナトリウムボンド型窒
化物燃料を用いることで燃料の熱伝導度が高くなり、ま
たＺｒＨを炉心に装荷することで負のドップラ効果を増
大でき、燃料集合体を大型化することで炉心の径膨張反
応度効果を増大させることができる。これによってスク
ラム失敗事故時の受動的事故終息機能をもたせることが
できる。更に前記のように本発明の炉心は、マイナーア
クチニド燃焼に適していることから、中性子発生の高い
マイナーアクチニドを入れた燃料集合体を使用すること
で、核不拡散性を強化できる。
化物燃料を用いることで燃料の熱伝導度が高くなり、ま
たＺｒＨを炉心に装荷することで負のドップラ効果を増
大でき、燃料集合体を大型化することで炉心の径膨張反
応度効果を増大させることができる。これによってスク
ラム失敗事故時の受動的事故終息機能をもたせることが
できる。更に前記のように本発明の炉心は、マイナーア
クチニド燃焼に適していることから、中性子発生の高い
マイナーアクチニドを入れた燃料集合体を使用すること
で、核不拡散性を強化できる。
【図１】本発明に係る高速増殖炉の炉心の一実施例を示
す平面図。
す平面図。
【図２】それに用いる大型ダクトレス燃料集合体の一例
を示す説明図。
を示す説明図。
【図３】そのＡ〜Ｄの各部での水平断面図。
１０ ダクトレス燃料集合体 １２ 可動遮蔽体 １４ 固定遮蔽体 ２０ 案内管 ２２ 燃料要素 ２４ ピンバンドル部 ２６ グリッドスペーサ ２８ タイロッド ３０ 上部遮蔽体 ３２ 下部遮蔽体
フロントページの続き (72)発明者 小川 伸太 茨城県東茨城郡大洗町成田町4002 動力 炉・核燃料開発事業団大洗工学センター 内 (56)参考文献 特開 平９−61571（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−133091（ＪＰ，Ａ) 平田憲昭他，「原子炉における熱流動 数値解析の現状３ 昭和62年度」日本原 子力学会，ｐ．524（1988) ＬＥＧＧＥＴＴ Ｗ Ｄ ▲ＩＩＩ ▼，ｅｔ．ａｌ．，”Ａ ｄｅｃａｄｅ ｏｆ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｉｎ ｆａ ｓｔ ｒｅａｃｔｏｒ ｆｕｅｌ”，Ｕ Ｓ ＤＯＥ Ｒｅｐ． ＷＨＣ−ＳＡ− 940，ｐ７（1990) ＩＮＡＧＡＫＩ Ｔ，ｅｔ．ａ ｌ．，”Ｄｅｓｉｇｎ ｓｔｕｄｙ ｆ ｏｒ ａｄｖａｎｃｅｄ ｌｉｑｕｉｄ −ｍａｔａｌ ｆａｓｔ ｂｒｅｅｄｅ ｒ ｒｅａｃｔｏｒ ｃｏｒｅ ｗｉｔ ｈ ｈｉｇｈ ｂｕｒｎｕｐ”，ＮＵＣ Ｌ．ＴＥＣＨＮＯＬ．，Ｖｏｌ．88，Ｎ ｏ．３，ｐ．262−282（1989) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G21C 5/00 GDF G21C 3/28 G21C 3/30
Claims (4)
- 【請求項１】 六角断面形状をなす多数のダクトレス燃
料集合体を稠密配列し、その外側を六角断面形状の可動
遮蔽体が取り囲み、更にその外側に固定遮蔽体を配置し
た高速増殖炉の炉心であって、 前記ダクトレス燃料集合体は、軸中心に位置する案内管
の周囲に多数本の燃料要素を正三角形配列し、軸方向の
複数箇所に設置したグリッドスペーサにより各燃料要素
の間隔を確保すると共に外側の六角断面角部に配置した
６本のタイロッドによって保持したピンバンドル部と、
該ピンバンドル部の上部に設置した上部遮蔽体及び下部
に設置した下部遮蔽体とを具備し、前記案内管に制御
棒、ガス膨張モジュール、ブランケット燃料要素、又は
計測器を内包させたことを特徴とする高速増殖炉の炉
心。 - 【請求項２】 ダクトレス燃料集合体は、そのピンバン
ドル部の対辺寸法が２００〜４５０mmである請求項１記
載の高速増殖炉の炉心。 - 【請求項３】 ダクトレス燃料集合体の上下に位置する
上部遮蔽体と下部遮蔽体は、ピンバンドル部に対して着
脱可能であり、燃料集合体使用後も再使用可能とした請
求項１又は２記載の高速増殖炉の炉心。 - 【請求項４】 燃料要素は、ウラン−プルトニウム混合
窒化物をステンレス鋼製被覆管に振動充填し金属ナトリ
ウムをボンド材として充填した構造であり、ピンバンド
ル部を構成する燃料要素のうち約２〜１０％がＺｒＨを
封入した燃料要素である請求項１乃至３記載の高速増殖
炉の炉心。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9276417A JP2923269B2 (ja) | 1997-09-24 | 1997-09-24 | 高速増殖炉の炉心 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9276417A JP2923269B2 (ja) | 1997-09-24 | 1997-09-24 | 高速増殖炉の炉心 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1194974A JPH1194974A (ja) | 1999-04-09 |
| JP2923269B2 true JP2923269B2 (ja) | 1999-07-26 |
Family
ID=17569127
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9276417A Expired - Fee Related JP2923269B2 (ja) | 1997-09-24 | 1997-09-24 | 高速増殖炉の炉心 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2923269B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105355240B (zh) * | 2015-10-14 | 2017-06-20 | 上海核工程研究设计院 | 一种用于辐照的模拟燃料组件 |
| KR102110210B1 (ko) * | 2018-02-14 | 2020-05-14 | 한국원자력연구원 | 핵연료 블록, 상기 핵연료 블록을 구비하는 노심, 상기 노심을 구비하는 초소형 고온가스로 |
| CN109192332B (zh) * | 2018-09-13 | 2020-01-07 | 中国核动力研究设计院 | 六边形套管型燃料堆芯钴靶组件核设计检验堆芯及方法 |
| CN109215811B (zh) * | 2018-09-13 | 2020-01-14 | 中国核动力研究设计院 | 六边形铍组件和铝组件核设计可靠性检验堆芯及调整方法 |
-
1997
- 1997-09-24 JP JP9276417A patent/JP2923269B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| ＩＮＡＧＡＫＩ Ｔ，ｅｔ．ａｌ．，"Ｄｅｓｉｇｎ ｓｔｕｄｙ ｆｏｒ ａｄｖａｎｃｅｄ ｌｉｑｕｉｄ−ｍａｔａｌ ｆａｓｔ ｂｒｅｅｄｅｒ ｒｅａｃｔｏｒ ｃｏｒｅ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈ ｂｕｒｎｕｐ"，ＮＵＣＬ．ＴＥＣＨＮＯＬ．，Ｖｏｌ．８８，Ｎｏ．３，ｐ．２６２−２８２（１９８９） |
| ＬＥＧＧＥＴＴ Ｗ Ｄ ▲ＩＩＩ▼，ｅｔ．ａｌ．，"Ａ ｄｅｃａｄｅ ｏｆ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｉｎ ｆａｓｔ ｒｅａｃｔｏｒ ｆｕｅｌ"，ＵＳ ＤＯＥ Ｒｅｐ． ＷＨＣ−ＳＡ−９４０，ｐ７（１９９０） |
| 平田憲昭他，「原子炉における熱流動数値解析の現状３ 昭和６２年度」日本原子力学会，ｐ．５２４（１９８８） |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1194974A (ja) | 1999-04-09 |
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