JP2977702B2 - 高速炉用窒化物燃料集合体 - Google Patents
高速炉用窒化物燃料集合体Info
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- JP2977702B2 JP2977702B2 JP5132629A JP13262993A JP2977702B2 JP 2977702 B2 JP2977702 B2 JP 2977702B2 JP 5132629 A JP5132629 A JP 5132629A JP 13262993 A JP13262993 A JP 13262993A JP 2977702 B2 JP2977702 B2 JP 2977702B2
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- hydride
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- 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
Landscapes
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ナトリウムボンド型の
燃料ピンを用いる高速炉用窒化物燃料集合体に関し、更
に詳しく述べると、水素化物からなる減速材物質を封入
したピンを、通常燃料ピンに対して２〜１０％の割合で
ラッパ管内に装填することにより、炉心の受動的安全性
を強化できるようにした燃料集合体に関するものであ
る。
燃料ピンを用いる高速炉用窒化物燃料集合体に関し、更
に詳しく述べると、水素化物からなる減速材物質を封入
したピンを、通常燃料ピンに対して２〜１０％の割合で
ラッパ管内に装填することにより、炉心の受動的安全性
を強化できるようにした燃料集合体に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】高速炉の炉心設計において、数多くの受
動的安全性の概念が提案されている。それらは、流量喪
失スクラム失敗事象に代表される設計基準外事象を想定
した場合にも、受動的に炉心出力が減少して整定し、安
全な炉心冷却を達成しようとするものである。これら従
来の受動的安全性を追求した設計例では、その受動的な
出力減少の原動力となる負のフィードバック反応度とし
て、冷却材温度の上昇に伴う制御棒延長管の伸び、ある
いは炉心燃料集合体の温度上昇に伴う湾曲や炉心径の膨
張にその大部分を期待している。
動的安全性の概念が提案されている。それらは、流量喪
失スクラム失敗事象に代表される設計基準外事象を想定
した場合にも、受動的に炉心出力が減少して整定し、安
全な炉心冷却を達成しようとするものである。これら従
来の受動的安全性を追求した設計例では、その受動的な
出力減少の原動力となる負のフィードバック反応度とし
て、冷却材温度の上昇に伴う制御棒延長管の伸び、ある
いは炉心燃料集合体の温度上昇に伴う湾曲や炉心径の膨
張にその大部分を期待している。
【０００３】ところで高速炉においては、核燃料として
一般に酸化物燃料が使用されているが、その他、窒化物
燃料も検討されている。窒化物燃料は、重元素密度が高
く、熱伝導度も酸化物燃料に比べて非常に高い。そのた
め同じ線出力に対して燃料の温度を下げることができ、
高温時における燃料の性質に対する制限が緩和される利
点がある。更に、この利点を生かすために、被覆管と燃
料ペレットとの間隙にナトリウムを充填してギャップコ
ンダクタンスを高くし、熱除去性能を向上させた「ナト
リウムボンド型」の燃料ピンが考えられている。
一般に酸化物燃料が使用されているが、その他、窒化物
燃料も検討されている。窒化物燃料は、重元素密度が高
く、熱伝導度も酸化物燃料に比べて非常に高い。そのた
め同じ線出力に対して燃料の温度を下げることができ、
高温時における燃料の性質に対する制限が緩和される利
点がある。更に、この利点を生かすために、被覆管と燃
料ペレットとの間隙にナトリウムを充填してギャップコ
ンダクタンスを高くし、熱除去性能を向上させた「ナト
リウムボンド型」の燃料ピンが考えられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の受動的安全性を
追求する設計例において、前記のような負の反応度要因
は原子炉構造に強く依存するものであり、それらを安全
評価に取り入れる場合には、実証試験の困難さが課題と
なる。例えば米国での開発計画例でも原型プラントでの
実証研究・開発が前提となっており、今後の予算の確保
等に対して障害となっている。
追求する設計例において、前記のような負の反応度要因
は原子炉構造に強く依存するものであり、それらを安全
評価に取り入れる場合には、実証試験の困難さが課題と
なる。例えば米国での開発計画例でも原型プラントでの
実証研究・開発が前提となっており、今後の予算の確保
等に対して障害となっている。
【０００５】しかし、ナトリウムボンド型の窒化物燃料
を使用する高速炉のように、通常運転時の燃料温度が低
い場合には、上記のような制御棒延長管の伸びや炉心径
方向膨張等の外部要因による負のフィードバック反応度
に期待しなくとも、受動的安全性を強化することができ
る。
を使用する高速炉のように、通常運転時の燃料温度が低
い場合には、上記のような制御棒延長管の伸びや炉心径
方向膨張等の外部要因による負のフィードバック反応度
に期待しなくとも、受動的安全性を強化することができ
る。
【０００６】本発明の目的は、上記のような原子炉構造
をも含めた実証が不要であり、固有のドップラー反応度
のみによって出力が減少し安定冷却に至るように工夫す
ることにより、高速炉の受動的安全性の確保の考え方が
著しく簡明になるような技術を提供することである。
をも含めた実証が不要であり、固有のドップラー反応度
のみによって出力が減少し安定冷却に至るように工夫す
ることにより、高速炉の受動的安全性の確保の考え方が
著しく簡明になるような技術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、ナトリウムボ
ンド型の窒化物燃料を用いる高速炉用燃料集合体であっ
て、水素化物からなる減速材物質を封入したピンを、通
常燃料ピンに対して本数で２〜１０％の割合で、ラッパ
管内に装填した窒化物燃料集合体である。ここで水素化
物からなる減速材物質としては、水素化ジルコニウム、
水素化チタン、又は水素化カルシウムがある。
ンド型の窒化物燃料を用いる高速炉用燃料集合体であっ
て、水素化物からなる減速材物質を封入したピンを、通
常燃料ピンに対して本数で２〜１０％の割合で、ラッパ
管内に装填した窒化物燃料集合体である。ここで水素化
物からなる減速材物質としては、水素化ジルコニウム、
水素化チタン、又は水素化カルシウムがある。
【０００８】
【作用】高速炉において、流量喪失スクラム失敗型事象
あるいは過出力スクラム失敗型事象などを想定した時、
炉固有の特性であるドップラー係数のみによって出力を
減少させることが最も有効である。本発明では、ナトリ
ウムボンド型窒化物燃料と水素化物からなる減速材物質
の添加によるスペクトルシフト（スペクトルの軟化）と
を組み合わせることで、それを実現している。ナトリウ
ムボンド型の窒化物燃料は、通常運転時の燃料温度を下
げることができる。また水素化ジルコニウム等の水素化
物からなる減速材物質の添加は、スペクトルを軟化させ
る。両者を組み合わせることで、充分な負のドップラー
反応度フィードバックを付与することができ、炉心の出
力を減少させ、冷却材ナトリウムの沸騰を生じることな
く安定冷却に至らせることができる。水素化物からなる
減速材物質を封入したピンを、通常燃料ピンに対して本
数で２〜１０％装填するのは、２％未満ではドップラー
係数の増大効果が不十分だからであり、１０％を超える
と増殖比の減少傾向が著しいからである。
あるいは過出力スクラム失敗型事象などを想定した時、
炉固有の特性であるドップラー係数のみによって出力を
減少させることが最も有効である。本発明では、ナトリ
ウムボンド型窒化物燃料と水素化物からなる減速材物質
の添加によるスペクトルシフト（スペクトルの軟化）と
を組み合わせることで、それを実現している。ナトリウ
ムボンド型の窒化物燃料は、通常運転時の燃料温度を下
げることができる。また水素化ジルコニウム等の水素化
物からなる減速材物質の添加は、スペクトルを軟化させ
る。両者を組み合わせることで、充分な負のドップラー
反応度フィードバックを付与することができ、炉心の出
力を減少させ、冷却材ナトリウムの沸騰を生じることな
く安定冷却に至らせることができる。水素化物からなる
減速材物質を封入したピンを、通常燃料ピンに対して本
数で２〜１０％装填するのは、２％未満ではドップラー
係数の増大効果が不十分だからであり、１０％を超える
と増殖比の減少傾向が著しいからである。
【０００９】
【実施例】図１は、本発明に係る高速炉用窒化物燃料集
合体の一実施例を示す断面図である。六角筒状のラッパ
管１０内に、多数本のナトリウムボンド型の通常燃料ピ
ン１２を規則正しく配列する。本発明の特徴は、このラ
ッパ管１０内に、水素化ジルコニウム（水素化物からな
る減速材物質）を封入したピン１４を、通常燃料ピン１
２に対して本数で２〜１０％の割合で装填する点にあ
る。この図１は、約６％添加の例を示している。水素化
ジルコニウムを封入したピン１４は、燃料集合体中の出
力分布が平坦となるように分散配置する。
合体の一実施例を示す断面図である。六角筒状のラッパ
管１０内に、多数本のナトリウムボンド型の通常燃料ピ
ン１２を規則正しく配列する。本発明の特徴は、このラ
ッパ管１０内に、水素化ジルコニウム（水素化物からな
る減速材物質）を封入したピン１４を、通常燃料ピン１
２に対して本数で２〜１０％の割合で装填する点にあ
る。この図１は、約６％添加の例を示している。水素化
ジルコニウムを封入したピン１４は、燃料集合体中の出
力分布が平坦となるように分散配置する。
【００１０】大型高速炉においては、極端な炉心の扁平
化等の工夫をしなければ、炉心の冷却材温度係数は通常
「正」であり、受動的炉整定を狙うためには、この正の
反応度効果に打ち勝つに充分なドップラー係数を炉心特
性に付与する必要がある。図２に、１００万ｋＷｅクラ
スの均質プルトニウム富化度２領域型の窒化物炉心のド
ップラー係数と冷却材温度係数の関係を示す。これは、
炉心高さ９０cm、軸ブランケット厚さ３０cmの場合であ
る。ここで点Ａは、水素化物からなる減速材物質を全く
添加していない比較例を示している。また同時に、原子
炉出入口冷却材温度が３９０℃／５１０℃、ポンプ流量
半減時間１０秒、ポニーモーター流量１５％、燃料平均
線出力２３０Ｗ／cmの条件の下での流量喪失スクラム失
敗型事象の受動的炉整定の成立範囲を示す。
化等の工夫をしなければ、炉心の冷却材温度係数は通常
「正」であり、受動的炉整定を狙うためには、この正の
反応度効果に打ち勝つに充分なドップラー係数を炉心特
性に付与する必要がある。図２に、１００万ｋＷｅクラ
スの均質プルトニウム富化度２領域型の窒化物炉心のド
ップラー係数と冷却材温度係数の関係を示す。これは、
炉心高さ９０cm、軸ブランケット厚さ３０cmの場合であ
る。ここで点Ａは、水素化物からなる減速材物質を全く
添加していない比較例を示している。また同時に、原子
炉出入口冷却材温度が３９０℃／５１０℃、ポンプ流量
半減時間１０秒、ポニーモーター流量１５％、燃料平均
線出力２３０Ｗ／cmの条件の下での流量喪失スクラム失
敗型事象の受動的炉整定の成立範囲を示す。
【００１１】そこで水素化ジルコニウムを添加する（３
％及び６％）と、冷却材温度係数とドップラー係数は図
２の点Ｂ及び点Ｃのように移行する。つまり、本発明に
よれば、ドップラー係数絶対値が増加すると共に冷却材
温度係数が減少して、炉心の反応度特性を受動的炉整定
の達成可能領域内にシフトすることができる。そのた
め、制御棒延長管の伸びや炉心径方向膨張等の外部要因
に全く期待せずに、受動的炉整定を達成することがで
き、原子炉構造をも含めた原型プラントによる実証研究
は不要となる。
％及び６％）と、冷却材温度係数とドップラー係数は図
２の点Ｂ及び点Ｃのように移行する。つまり、本発明に
よれば、ドップラー係数絶対値が増加すると共に冷却材
温度係数が減少して、炉心の反応度特性を受動的炉整定
の達成可能領域内にシフトすることができる。そのた
め、制御棒延長管の伸びや炉心径方向膨張等の外部要因
に全く期待せずに、受動的炉整定を達成することがで
き、原子炉構造をも含めた原型プラントによる実証研究
は不要となる。
【００１２】なお上記の実施例は水素化物からなる減速
材物質として水素化ジルコニウムを添加した場合である
が、本発明では、その他、水素化チタンや水素化カルシ
ウムを添加した場合も、同様の結果が得られる。
材物質として水素化ジルコニウムを添加した場合である
が、本発明では、その他、水素化チタンや水素化カルシ
ウムを添加した場合も、同様の結果が得られる。
【００１３】
【発明の効果】本発明は、通常運転時の燃料温度が低い
ナトリウムボンド型の窒化物燃料と水素化物からなる減
速材物質の添加を組み合わせたことにより、固有の特性
であるドップラー係数のみによって出力が減少し、冷却
材ナトリウムの沸騰を生じることなく安定冷却に至る特
性を炉心に付与することができる。そのため、高速炉の
受動的安全性の確保の考え方が著しく簡明になり、原子
炉構造をも含めた実証が不要となる。この燃料集合体を
使用した高速炉において、必要な研究・開発項目は、核
設計精度を確認するための臨界実験程度で充分であり、
経済的効果は極めて大きい。
ナトリウムボンド型の窒化物燃料と水素化物からなる減
速材物質の添加を組み合わせたことにより、固有の特性
であるドップラー係数のみによって出力が減少し、冷却
材ナトリウムの沸騰を生じることなく安定冷却に至る特
性を炉心に付与することができる。そのため、高速炉の
受動的安全性の確保の考え方が著しく簡明になり、原子
炉構造をも含めた実証が不要となる。この燃料集合体を
使用した高速炉において、必要な研究・開発項目は、核
設計精度を確認するための臨界実験程度で充分であり、
経済的効果は極めて大きい。
【図１】本発明に係る高速炉用窒化物燃料集合体の一実
施例を示す断面図。
施例を示す断面図。
【図２】冷却材温度係数とドップラー係数の関係を示す
説明図。
説明図。
１０ ラッパ管 １２ 通常燃料ピン １４ 水素化ジルコニウムを封入したピン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G21C 3/28 GDF G21C 3/326 G21C 3/328 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (2)
- 【請求項１】 ナトリウムボンド型の燃料ピンを用いる
高速炉用窒化物燃料集合体において、水素化物からなる
減速材物質を封入したピンを、通常燃料ピンに対して本
数で２〜１０％の割合で、ラッパ管内に装填することを
特徴とする高速炉用窒化物燃料集合体。 - 【請求項２】 水素化物からなる減速材物質が、水素化
ジルコニウム、水素化チタン、又は水素化カルシウムで
ある請求項１記載の燃料集合体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5132629A JP2977702B2 (ja) | 1993-05-10 | 1993-05-10 | 高速炉用窒化物燃料集合体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5132629A JP2977702B2 (ja) | 1993-05-10 | 1993-05-10 | 高速炉用窒化物燃料集合体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06324170A JPH06324170A (ja) | 1994-11-25 |
| JP2977702B2 true JP2977702B2 (ja) | 1999-11-15 |
Family
ID=15085798
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5132629A Expired - Fee Related JP2977702B2 (ja) | 1993-05-10 | 1993-05-10 | 高速炉用窒化物燃料集合体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2977702B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010151494A (ja) * | 2008-12-24 | 2010-07-08 | Japan Atomic Energy Agency | 高速炉用燃料集合体 |
| DE102010003809A1 (de) * | 2010-04-09 | 2011-10-13 | Helmholtz-Zentrum Dresden - Rossendorf E.V. | Reaktorkern in natriumgekühlten schnellen Reaktoren |
-
1993
- 1993-05-10 JP JP5132629A patent/JP2977702B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 中村武彦他「ＮＳＲＲ高速炉燃料実験における各種燃料の発熱量の予測評価」ＪＡＥＲＩ−Ｍ ９０−０６７，日本原子力研究所，１９９４年４月発行 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06324170A (ja) | 1994-11-25 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
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