JP3067291B2 - Reactor fuel assembly - Google Patents

Reactor fuel assembly

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JP3067291B2
JP3067291B2 JP3186109A JP18610991A JP3067291B2 JP 3067291 B2 JP3067291 B2 JP 3067291B2 JP 3186109 A JP3186109 A JP 3186109A JP 18610991 A JP18610991 A JP 18610991A JP 3067291 B2 JP3067291 B2 JP 3067291B2
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    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は原子炉燃料集合体に係わ
り、特に高速増殖炉の炉心特性を改善する上で好適な原
子炉燃料集合体に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nuclear fuel assembly, and more particularly to a nuclear fuel assembly suitable for improving core characteristics of a fast breeder reactor.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のこの種の高速増殖炉の炉心は、六
角断面で長尺の多数本の燃料集合体により構成されてお
り、プルトニウム混合酸化物を燃料としている。燃料は
細径円柱状の燃料ペレットを使用しその多数の燃料ペレ
ットを軸方向に重ねて燃料棒の中に保持されている。ま
た、細径棒状の燃料棒をワイヤスペーサで三角配列状に
多数配列し、その外周をラッパ管で包む構造が燃料集合
体の型式である。燃料集合体は炉心燃料と径方向ブラン
ケット燃料に別れ、炉心燃料には前述のプルトニウム混
合酸化物を装荷し、径方向ブランケット燃料にはプルト
ニウム燃料を増殖するための劣化ウラン酸化物を装荷す
る事が一般的である。
2. Description of the Related Art The core of a conventional fast breeder reactor of this type is composed of a large number of fuel assemblies having a hexagonal cross section and a long length, and uses plutonium mixed oxide as a fuel. As the fuel, small-diameter cylindrical fuel pellets are used, and a large number of the fuel pellets are stacked in the axial direction and held in a fuel rod. A fuel assembly has a structure in which a large number of small-diameter rod-shaped fuel rods are arranged in a triangular arrangement with wire spacers, and the outer periphery thereof is wrapped by a trumpet tube. The fuel assembly is divided into core fuel and radial blanket fuel.The core fuel is loaded with the above-mentioned plutonium mixed oxide, and the radial blanket fuel is loaded with depleted uranium oxide to propagate plutonium fuel. General.

【0003】また、この種の高速増殖炉用の燃料集合体
は六角断面のラッパ管の中に、多数の同一長さの燃料棒
を配置し、燃料棒の中には軸長1m程度の炉心燃料ペレ
ットとその上下部に0.3m 程度のブランケット燃料ペ
レットを配置し、さらにその上下部にはバネ、あるいは
スリーブで空間を確保した燃料から発生したガスを蓄積
させるガスプレナム部を配置することが一般的であっ
た。
In this type of fuel assembly for a fast breeder reactor, a number of fuel rods having the same length are arranged in a hexagonal section of a wrapper tube, and a core having a shaft length of about 1 m is provided in the fuel rods. It is common to place a fuel pellet and blanket fuel pellets of about 0.3 m above and below it, and to arrange a gas plenum to accumulate gas generated from fuel whose space is secured by a spring or sleeve above and below it. It was a target.

【0004】この従来の高速増殖炉用の燃料集合体を用
いた炉心はその出力係数は常に負であるが、より負とす
ることにより炉心の安全性を向上することができる。こ
の出力係数は燃料のドップラー係数,冷却材密度係数等
により構成されており、従来の高速増殖炉ではドップラ
ー係数は負,冷却材密度係数はわずかながら正であっ
た。従って、冷却材密度係数をより負側にできれば出力
係数はより負にできるため炉心の出力制御,炉心の安全
特性がより向上する。従って、冷却材密度係数をより負
側にできる発明が望まれている。
The power coefficient of the conventional core using the fuel assembly for the fast breeder reactor is always negative, but by making it more negative, the safety of the core can be improved. This power coefficient is composed of the Doppler coefficient of the fuel, the coolant density coefficient, and the like. In the conventional fast breeder reactor, the Doppler coefficient was negative and the coolant density coefficient was slightly positive. Therefore, if the coolant density coefficient can be made more negative, the power coefficient can be made more negative, so that the power control of the core and the safety characteristics of the core are further improved. Therefore, an invention that can make the coolant density coefficient more negative is desired.

【0005】従来の高速増殖炉用の燃料集合体を用いた
炉心の冷却材密度係数がわずかながら正である理由は、
燃料集合体を通過する冷却材温度の上昇に伴い、冷却材
であるナトリウムの密度が減少するが、ナトリウムの質
量は小さく、中性子に対する減速材としての効果が減少
し、中性子のエネルギーが大きくなり、ウラン238,
プルトニウム等の燃料の高速中性子による核分裂が増大
するためである。また、冷却材温度の上昇によるナトリ
ウムの密度の減少は中性子の燃料の外側への漏洩を大き
くさせる効果も生むが、これは負の反応度効果をもたら
すが、30万kW電気出力程度以上の大きな炉心の場合
は、高速中性子による核分裂増大効果のほうが中性子の
漏洩効果より相対的に支配的となり、冷却材密度係数は
正となっていた。従って、30万kW電気出力程度以上
の大きな炉心の場合でも、冷却材密度係数をゼロに近付
けることのできる高速増殖炉用の燃料集合体の発明が望
まれている。
The reason why the coolant density coefficient of the core using the fuel assembly for the conventional fast breeder reactor is slightly positive is as follows.
With the increase in the temperature of the coolant passing through the fuel assembly, the density of sodium, which is a coolant, decreases, but the mass of sodium is small, the effect as a moderator for neutrons decreases, and the energy of neutrons increases, Uranium 238,
This is because fission by fast neutrons of a fuel such as plutonium increases. Also, a decrease in the density of sodium due to an increase in the coolant temperature has the effect of increasing the leakage of neutrons to the outside of the fuel, but this has a negative reactivity effect, but has a large reactivity of about 300,000 kW or more. In the case of the core, the fission enhancement effect of fast neutrons was relatively dominant over the neutron leakage effect, and the coolant density coefficient was positive. Therefore, there is a demand for an invention of a fuel assembly for a fast breeder reactor capable of making the coolant density coefficient close to zero even in the case of a large core having an electric output of about 300,000 kW or more.

【0006】従来の高速増殖炉では、冷却材密度係数が
正であるため、それを低減させる研究も行われた。例え
ば炉心高さを小さくすれば、冷却材温度上昇時の冷却材
密度低下において、中性子の漏洩が増大するため、冷却
材密度係数を小さくすることが可能である。
[0006] In the conventional fast breeder reactor, since the coolant density coefficient is positive, research has been conducted to reduce it. For example, if the core height is reduced, neutron leakage increases when the coolant density decreases when the coolant temperature rises, so that the coolant density coefficient can be reduced.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかし、炉心出力及び
炉心径を一定としたままで炉心高さを低下させると炉心
の体積が減少し、出力密度,燃料線出力が増大してしま
うので、炉心体積は保存する必要がある。このために、
炉心高さを低下させる場合は炉心径を増大させる必要が
あった。炉心径の増大は炉心建設費の増大をまねくとい
う欠点があった。また、炉心高さを低下させると通常運
転時の中性子漏洩も増大するため、燃料のプルトニウム
富化度の増大,燃焼反応度の増大,増殖比の低下という
炉心核特性の悪化をまねくという欠点があった。
However, if the core height is reduced while the core power and the core diameter are kept constant, the core volume decreases, and the power density and the fuel wire output increase. The volume needs to be preserved. For this,
When decreasing the core height, it was necessary to increase the core diameter. An increase in the core diameter has a drawback that the core construction cost increases. Also, lowering the core height increases neutron leakage during normal operation, which has the disadvantage of increasing the plutonium enrichment of the fuel, increasing the combustion reactivity, and lowering the breeding ratio, leading to the deterioration of core core characteristics. there were.

【0008】以上の従来炉心における冷却材密度係数の
低減の工夫上の欠点より、炉心寸法を増大させることな
く、また、プルトニウム富化度の増大,燃焼反応度の増
大,増殖比の低下という炉心核特性の変動をできるだけ
抑制できつつ、冷却材密度係数を低減できる炉心及び燃
料の発明が望まれている。
[0008] Due to the above-mentioned disadvantages in the reduction of the coolant density coefficient in the conventional core, the core without increasing the core size, increasing the plutonium enrichment, increasing the combustion reactivity, and decreasing the breeding ratio. There is a need for an invention of a core and a fuel that can reduce the coolant density coefficient while suppressing fluctuations in nuclear properties as much as possible.

【0009】本発明の目的は、高速増殖炉の炉心寸法に
極力影響を与えることなく、冷却材密度係数を低減でき
る燃料集合体を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a fuel assembly capable of reducing a coolant density coefficient without affecting the core size of a fast breeder reactor as much as possible.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの第1の手段は、炉心燃料の上下部に燃料増殖用のブ
ランケット領域を有する原子炉用燃料集合体において、
燃料集合体を構成する複数の燃料棒の内、一部の燃料棒
を他の燃料棒よりも短尺とし、その短尺とされた短尺燃
料棒を前記燃料集合体の中央部で前記他の燃料棒よりも
上端が低い位置となるように集合配置して前記短尺燃料
棒の上部は他の長尺燃料棒の端部まで冷却材の流路と
し、燃料棒の炉心燃料は軸方向の一部を内部ブランケッ
ト燃料とし、内部ブランケット燃料の位置は炉心軸方向
中央よりも下部とすることを特徴とする原子炉用燃料集
合体である。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a fuel assembly for a nuclear reactor having a blanket region for fuel breeding above and below a core fuel.
Of the plurality of fuel rods constituting the fuel assembly, some of the fuel rods are shorter than the other fuel rods, and the shorter fuel rods are made shorter.
The fuel rod is located at the center of the fuel assembly more than the other fuel rods.
The upper ends of the short fuel rods are collectively arranged so that the upper end is at a lower position, and the upper part of the short fuel rods serves as a coolant flow path to the end of the other long fuel rods. A fuel assembly for a nuclear reactor, wherein fuel is used, and the position of the internal blanket fuel is lower than the center in the axial direction of the core.

【0011】同じく第2の手段は、炉心燃料の上下部に
燃料増殖用のブランケット領域を有する原子炉用燃料集
合体において、燃料集合体を構成する複数の燃料棒の
内、一部の燃料棒を他の燃料棒よりも短尺とし、その短
尺とされた短尺燃料棒を前記燃料集合体の中央部で前記
他の燃料棒よりも上端が低い位置となるように集合配置
して前記短尺燃料棒の上部は他の長尺燃料棒の端部まで
冷却材の流路とし、前記流路の周辺の燃料棒の軸方向上
部ブランケット部に中性子吸収体を含有することを特徴
とする原子炉用燃料集合体である。
[0011] Similarly, the second means is that in a fuel assembly for a reactor having a blanket region for fuel breeding above and below a core fuel, some of the plurality of fuel rods constituting the fuel assembly are provided. It was used as a shorter than the other fuel rods, the short
At the center of the fuel assembly,
Collective arrangement so that the upper end is lower than other fuel rods
And the upper part of the short fuel rod extends to the end of the other long fuel rod.
A fuel assembly for a nuclear reactor, characterized in that a coolant passage is provided, and a neutron absorber is contained in an axially upper blanket portion of a fuel rod around the passage .

【0012】同じく第3の手段は、炉心燃料の上下部に
燃料増殖用のブランケット領域を有する原子炉用燃料集
合体において、燃料集合体を構成する複数の燃料棒の
内、一部の燃料棒を他の燃料棒よりも短尺とし、その短
尺とされた短尺燃料棒を前記燃料集合体の中央部で前記
他の燃料棒よりも上端が低い位置となるように集合配置
して前記短尺燃料棒の上部は他の長尺燃料棒の端部まで
冷却材の流路とし、前記流路の途中に配置した中性子吸
収体を前記燃料集合体の上部遮蔽体に支持した支持棒に
より保持すると共に、前記支持棒は燃料被覆管等の他の
燃料構成材料より熱膨張の大きい材料とすることを特徴
とする原子炉用燃料集合体である。
[0013] Similarly, a third means is to provide a fuel assembly for a nuclear reactor having a blanket region for fuel breeding in upper and lower portions of a core fuel, wherein a part of the plurality of fuel rods constituting the fuel assembly is provided. It was used as a shorter than the other fuel rods, the short
At the center of the fuel assembly,
Collective arrangement so that the upper end is lower than other fuel rods
And the upper part of the short fuel rod extends to the end of the other long fuel rod.
A neutron absorber arranged as a coolant passage and located in the middle of the passage
Both when the absorbent body is held by support rod which is supported on the upper shield of the fuel assembly, the support rod reactors, characterized in that a material having a large thermal expansion than the other fuel constituent materials such as a fuel cladding tube Fuel assembly.

【0013】同じく第4の手段は、第3手段において、
短尺燃料棒には金属のブランケット燃料とナトリウム
を、他の燃料棒には金属の炉心燃料とナトリウムを入
れ、前記短尺燃料棒のガスプレナムの上下長さを前記他
の燃料棒のガスプレナムの上下長さよりも短くしてある
ことを特徴とする原子炉用燃料集合体である。
[0013] Similarly, the fourth means is the third means,
Put the metal blanket fuel and sodium into the short fuel rods, and put the metal core fuel and sodium into the other fuel rods, and make the vertical length of the gas plenum of the short fuel rods longer than the vertical length of the gas plenum of the other fuel rods. Is also shortened.

【0014】同じく第5の手段は、炉心燃料の上下部に
燃料増殖用のブランケット領域を有する原子炉用燃料集
合体において、燃料集合体を構成する複数の燃料棒の
内、一部の燃料棒を他の燃料棒よりも短尺とし、その短
尺とされた短尺燃料棒を前記燃料集合体の中央部で前記
他の燃料棒よりも上端が低い位置となるように集合配置
して前記短尺燃料棒の上部は他の長尺燃料棒の端部まで
冷却材の流路とし、前記他の燃料棒の上下部に燃料増殖
用のブランケット領域を有し、その上部ブランケット燃
料に隣接するラッパ管に冷却材の連通孔をあけることを
特徴とする原子炉用燃料集合体である。
A fifth means is that in a fuel assembly for a nuclear reactor having a blanket region for fuel breeding above and below the core fuel, some of the plurality of fuel rods constituting the fuel assembly are provided. It was used as a shorter than the other fuel rods, the short
At the center of the fuel assembly,
Collective arrangement so that the upper end is lower than other fuel rods
And the upper part of the short fuel rod extends to the end of the other long fuel rod.
A reactor having a coolant passage, a blanket region for fuel breeding above and below the other fuel rod, and a coolant communication hole formed in a wrapper pipe adjacent to the upper blanket fuel. Fuel assembly.

【0015】[0015]

【作用】第1の手段では、燃料集合体を構成する燃料棒
の一部を他の燃料棒より短尺とし、その下流側を冷却材
流路とすることにより、燃料の冷却材下流側の一部を冷
却材の体積率を増大させ、冷却材の温度上昇による密度
低下時に、冷却材体積率増大部から中性子を漏洩させ、
冷却材密度係数を低減する作用が得られる上、燃料棒の
炉心燃料の一部に配置した内部ブランケット燃料の効果
により、中性子束分布を炉心上部で高められ、冷却材の
温度上昇による密度低下時に、冷却材体積率増大部から
中性子を漏洩させる作用が得られるので、各作用の相乗
効果で冷却材密度係数を大幅に低減できる。
In the first means, one part of the fuel rods constituting the fuel assembly is made shorter than the other fuel rods, and the downstream side thereof is used as a coolant flow path, so that one fuel rod downstream of the fuel is provided. Increase the volume fraction of the coolant in the part, when the density decreases due to the temperature rise of the coolant, let the neutrons leak from the coolant volume fraction increase part,
In addition to the effect of reducing the coolant density coefficient, the neutron flux distribution can be increased in the upper part of the core by the effect of the internal blanket fuel arranged in part of the core fuel of the fuel rod, and when the density decreases due to the temperature rise of the coolant Since the effect of leaking neutrons from the coolant volume ratio increasing portion can be obtained, the coolant density coefficient can be significantly reduced by the synergistic effect of each action.

【0016】第2の手段では、燃料集合体を構成する燃
料棒の一部を他の燃料棒より短尺とし、その下流側を冷
却材流路とすることにより、燃料の冷却材下流側の一部
を冷却材の体積率を増大させ、冷却材の温度上昇による
密度低下時に、冷却材体積率増大部から中性子を漏洩さ
せ、冷却材密度係数を低減する作用が得られる上、冷却
材の温度上昇による密度低下時に、冷却材体積率増大部
の中性子が漏洩により増大することを利用し、その冷却
材体積率増大部の周辺に中性子吸収体を含有させること
により、冷却材の温度上昇による密度低下時に、冷却材
体積率増大部へ流れ込む中性子を中性子吸収体に吸収さ
せるため、冷却材密度係数を第1の手段の場合よりもさ
らに低減する作用が得られるので、それらの各作用の相
乗効果で冷却材密度係数を大幅に低減できる。
In the second means, one part of the fuel rods constituting the fuel assembly is made shorter than the other fuel rods, and the downstream side thereof is used as a coolant passage, so that one of the fuel rods downstream of the coolant is provided. In addition to the effect of increasing the volume fraction of the coolant in the part, when the density decreases due to the temperature rise of the coolant, the neutron leaks from the part where the coolant volume ratio increases, and the effect of reducing the coolant density coefficient is obtained. When the density decreases due to the rise, the neutrons increase due to leakage due to the increase in the neutrons in the coolant volume fraction, and a neutron absorber is included around the coolant volume fraction increase portion to increase the density due to the temperature rise of the coolant. At the time of the decrease, the neutron absorber flowing into the coolant volume ratio increasing portion is absorbed by the neutron absorber, so that the coolant density coefficient can be further reduced as compared with the case of the first means. With coolant dense The coefficient can be greatly reduced.

【0017】第3の手段では、燃料集合体を構成する燃
料棒の一部を他の燃料棒より短尺とし、その下流側を冷
却材流路とすることにより、燃料の冷却材下流側の一部
を冷却材の体積率を増大させ、冷却材の温度上昇による
密度低下時に、冷却材体積率増大部から中性子を漏洩さ
せ、冷却材密度係数を低減する作用が得られる上、冷却
材の温度上昇による密度低下時に、冷却材体積率増大部
の中性子が漏洩により増大することを利用し、その冷却
材体積率増大部に中性子吸収体を含有させることによ
り、冷却材の温度上昇による密度低下時により中性子の
吸収を増大させると共に、冷却材の温度上昇時に燃料上
部に支持した中性子吸収体を含有する吸収体棒の熱膨張
により中性子吸収体をより炉心軸方向中央側へ移動させ
るため中性子の吸収を増大させ、冷却材密度係数を低減
する作用が得られるので、それらの各作用の相乗効果で
冷却材密度係数を大幅に低減できる。
In the third means, a part of the fuel rods constituting the fuel assembly is made shorter than the other fuel rods, and the downstream side thereof is used as a coolant flow path, so that one of the fuel rods on the downstream side of the coolant is provided. In addition to the effect of increasing the volume fraction of the coolant in the part, when the density decreases due to the temperature rise of the coolant, the neutron leaks from the part where the coolant volume ratio increases, and the effect of reducing the coolant density coefficient is obtained. At the time of density decrease due to temperature rise of the coolant, by utilizing the fact that neutrons increase due to leakage when the density decreases due to the rise, the neutron absorber is included in the coolant volume ratio increase part. To increase the neutron absorption, and to move the neutron absorber more toward the center in the core axis direction due to the thermal expansion of the absorber rod containing the neutron absorber supported above the fuel when the temperature of the coolant rises. Increases, since the effect of reducing the coolant density coefficient is obtained, it is possible to significantly reduce the coolant density coefficient at their synergistic effects of each action.

【0018】第4の手段では、第3の手段による作用に
加えるに、短尺燃料棒には金属燃料のブランケット燃料
が入れられ、その他の燃料棒には金属の炉心燃料が入れ
られ、ブランケット燃料は炉心燃料よりもガスの発生量
が激しくないから、ブランケット燃料が入れられた短尺
燃料棒のガスプレナムは炉心燃料が入れられた燃料棒よ
りも上下方向において短かくでき、中性子吸収体を燃料
集合体内深くに配備でき、その中性子吸収体を支持する
支持棒の長さを長尺にすることができ、中性子吸収体を
より炉心軸方向中央側に置いて中性子の吸収を増大さ
せ、冷却材密度係数を一層低減する作用が得られる。
In the fourth means, in addition to the action of the third means, a short fuel rod is filled with a blanket fuel of a metal fuel, the other fuel rods are charged with a core fuel of a metal , and the blanket fuel is Since gas generation is less intense than core fuel, the gas plenum of short fuel rods containing blanket fuel can be made shorter in the vertical direction than fuel rods containing core fuel, and the neutron absorber is deeper in the fuel assembly. The neutron absorber can be lengthened, and the length of the support rod that supports the neutron absorber can be made longer.The neutron absorber can be placed more centrally in the axial direction of the core to increase neutron absorption and cool down. The effect of further reducing the material density coefficient can be obtained.

【0019】第5の手段では、燃料集合体を構成する燃
料棒の一部を他の燃料棒より短尺とし、その下流側を冷
却材流路とすることにより、燃料の冷却材下流側の一部
を冷却材の体積率を増大させ、冷却材の温度上昇による
密度低下時に、冷却材体積率増大部から中性子を漏洩さ
せ、冷却材密度係数を低減する作用が得られる上、上部
ブランケット燃料に隣接するラッパ管に冷却材の連通孔
をあけることにより、冷却材の温度上昇による密度低下
時に、ラッパ管の外側に温度上昇した冷却材を流すこと
によりラッパ管の外側で軸方向に中性子を漏洩させ、冷
却材密度係数を低減する作用が得られるので、それらの
各作用の相乗効果で冷却材密度係数を大幅に低減でき
る。
In the fifth means, one part of the fuel rods constituting the fuel assembly is made shorter than the other fuel rods, and the downstream side thereof is used as a coolant passage, so that one of the fuel rods on the downstream side of the coolant is provided. In addition to increasing the volume fraction of the coolant, when the density decreases due to the temperature rise of the coolant, the neutron leaks from the coolant volume fraction increase part, the effect of reducing the coolant density coefficient is obtained, and the upper blanket fuel Drilling holes for coolant in adjacent wrapper pipes allows leakage of neutrons in the axial direction outside the wrapper pipe by flowing the coolant with increased temperature outside the wrapper pipe when the density decreases due to the temperature rise of the coolant. As a result, the effect of reducing the coolant density coefficient can be obtained, so that the coolant density coefficient can be significantly reduced by a synergistic effect of the respective actions.

【0020】[0020]

【実施例】本発明者等は、高速増殖炉における冷却材密
度係数を低減する基本構造として図1,図2に示す燃料
集合体の構成を発案した。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present inventors have devised the structure of a fuel assembly shown in FIGS. 1 and 2 as a basic structure for reducing a coolant density coefficient in a fast breeder reactor.

【0021】図1はその基本構造を示す燃料集合体の縦
断面図である。また、図2は図1の炉心燃料集合体の径
方向断面図である。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a fuel assembly showing its basic structure. FIG. 2 is a radial sectional view of the core fuel assembly of FIG.

【0022】図1及び図2の炉心燃料集合体は271本
の燃料棒を有し、その内、周辺部の234本は長尺の燃
料棒1であり、中央部の37本は短尺燃料棒10であ
る。また、燃料棒の周囲にはラッパ管2,上部遮蔽体
3,下部遮蔽体4及び冷却材の入口部であるエントラン
スノズル5により構成されている。なお、図1及び図2
には表示しないが、それぞれの燃料棒の間隔は、燃料棒
に螺旋状に巻かれたワイヤにより保持されており、それ
は従来燃料でワイヤスペーサと呼ばれている。また、燃
料棒の内部にはプルトニウム酸化物とウラン酸化物を混
合焼結させたセラミックである炉心燃料ペレット6とそ
の上下部に劣化ウラン酸化物のブランケット燃料ペレッ
ト7が収納されている。また、燃料棒の下部には燃料か
ら生成されるガスを貯蔵するガスプレナム8があり、燃
料棒の上下端は端栓9を溶接することにより密封構造と
している。
The core fuel assembly shown in FIGS. 1 and 2 has 271 fuel rods, of which 234 are the long fuel rods 1 at the periphery and 37 are the short fuel rods at the center. It is 10. Around the fuel rod, a wrapper tube 2, an upper shield 3, a lower shield 4, and an entrance nozzle 5 serving as a coolant inlet are formed. 1 and 2
Although not shown, the spacing between each fuel rod is maintained by a wire helically wound around the fuel rod, which is conventionally referred to as a wire spacer in fuel. The fuel rod contains a core fuel pellet 6, which is a ceramic obtained by mixing and sintering plutonium oxide and uranium oxide, and blanket fuel pellets 7 of depleted uranium oxide at the upper and lower portions. A gas plenum 8 for storing gas generated from fuel is provided below the fuel rods, and upper and lower ends of the fuel rods are sealed by welding end plugs 9.

【0023】図1,図2に示すように、本基本構造の例
では燃料中央部の37本の燃料棒が他の燃料棒より短尺
であり、炉心上部では、ナトリウム冷却材の体積率が増
大している。
As shown in FIGS. 1 and 2, in the example of the basic structure, 37 fuel rods at the center of the fuel are shorter than the other fuel rods, and the volume fraction of sodium coolant increases in the upper part of the core. doing.

【0024】図1,図2の基本構造の例の寸法を以下に
説明する。
The dimensions of the example of the basic structure shown in FIGS. 1 and 2 will be described below.

【0025】燃料棒1の直径は8.0mmであり、ラッパ
管2の内外径はそれぞれ150mm,158.1mm であ
る。また炉心高さは1mであり、その上下に350mmの
軸方向ブランケットがある。燃料中央の37本を除いた
234本の燃料棒1の全長は3mであるが、中央の37
本は軸方向上部を削除し炉心途中に端栓を溶接した短尺
燃料棒10としている。短尺燃料棒10の長さは本基本
構造の例では2.4m である。
The diameter of the fuel rod 1 is 8.0 mm, and the inner and outer diameters of the wrapper tube 2 are 150 mm and 158.1 mm, respectively. The core height is 1 m, and there is a 350 mm axial blanket above and below it. The total length of the 234 fuel rods 1 except for the central 37 fuel rods is 3 m.
This book is a short fuel rod 10 in which the upper part in the axial direction is deleted and an end plug is welded in the middle of the core. The length of the short fuel rod 10 is 2.4 m in the example of the basic structure.

【0026】また、燃料棒1と短尺燃料棒10は下部遮
蔽体4の部分で軸方向を固定しており、軸方向上部に向
かって自由に熱膨張する構造となっている。燃料中央の
37本の短尺燃料棒10の外側の燃料棒は燃料中央への
変位が課題となるため、図1に示すように中央の37本
の燃料棒の外側の234本の燃料棒は軸方向上部に向か
って自由に熱膨張する構造としているが、その径方向位
置は上部遮蔽体から下に伸ばす六角形の燃料径方向固定
管11により固定している。
The fuel rods 1 and the short fuel rods 10 are fixed in the axial direction at the lower shield 4, and have a structure in which the fuel expands freely toward the upper part in the axial direction. Since the displacement of the fuel rods outside the 37 short fuel rods 10 at the center of the fuel to the center of the fuel is an issue, the 234 fuel rods outside the 37 central fuel rods are the shafts as shown in FIG. The structure is such that it expands freely toward the top in the direction, but its radial position is fixed by a hexagonal fuel radial fixing pipe 11 extending downward from the upper shield.

【0027】炉心燃料としては混合酸化物を用いている
がそれ以外の金属燃料,窒化物燃料,炭化物燃料の場合
でも本発明は適用可能である。
Although the mixed oxide is used as the core fuel, the present invention can be applied to other metal fuels, nitride fuels and carbide fuels.

【0028】本基本構造の例では短尺燃料棒10の燃料
棒に占める割合は約14%であるが冷却材密度係数を調
整するためにその割合を変更することも可能である。
In the example of the basic structure, the ratio of the short fuel rods 10 to the fuel rods is about 14%, but the ratio can be changed to adjust the coolant density coefficient.

【0029】図1,図2の本基本構造の例において冷却
材密度係数の低減を可能にする原理を以下に説明する。
The principle by which the coolant density coefficient can be reduced in the example of the basic structure shown in FIGS. 1 and 2 will be described below.

【0030】従来の高速増殖炉用の燃料集合体を用いた
炉心の冷却材密度係数がわずかながら正である理由は、
燃料集合体を通過する冷却材温度の上昇に伴い、冷却材
であるナトリウムの密度が減少するが、ナトリウムの質
量は小さく、中性子に対する減速材としての効果が減少
し、中性子のエネルギーが大きくなり、ウラン238,
プルトニウム等の燃料の高速中性子による核分裂が増大
するためである。ウラン238については冷却材温度上
昇時に炉心内でも核分裂は増加するが、炉心外側のブラ
ンケット部の高速中性子が相対的により増大するため、
軸,径方向ブランケット部で核分裂増大が著しい。ま
た、冷却材温度の上昇によるナトリウムの密度の減少に
よる中性子エネルギーの増大は炉心外側への漏洩を大き
くさせる効果も生むが、これは負の反応度効果をもたら
す。30万KW電気出力程度以上の大きな炉心の場合
は、高速中性子による核分裂増大効果のほうが中性子の
漏洩効果より相対的に支配的となり、冷却材密度係数は
正となっていた。
The reason why the coolant density coefficient of the core using the fuel assembly for the conventional fast breeder reactor is slightly positive is as follows.
With the increase in the temperature of the coolant passing through the fuel assembly, the density of sodium, which is a coolant, decreases, but the mass of sodium is small, the effect as a moderator for neutrons decreases, and the energy of neutrons increases, Uranium 238,
This is because fission by fast neutrons of a fuel such as plutonium increases. For uranium 238, fission also increases in the core when the coolant temperature rises, but fast neutrons in the blanket outside the core increase relatively more,
Fission increase is remarkable in the axial and radial blankets. Also, an increase in neutron energy due to a decrease in sodium density due to an increase in coolant temperature also has the effect of increasing leakage outside the core, but this has a negative reactivity effect. In the case of a large core having an electric power of about 300,000 KW or more, the fission enhancement effect by fast neutrons was relatively dominant than the neutron leakage effect, and the coolant density coefficient was positive.

【0031】従って、30万KW電気出力程度以上の大
きな炉心であっても、冷却材温度上昇時に中性子の漏洩
効果を相対的に大きくできれば、冷却材密度係数を負側
に移行できることになる。また、定格出力時の冷却材温
度では漏洩効果を小さくでき、より出力が増大した時に
漏洩効果が増大できれば、冷却材密度係数を負側に移行
できると共に、中性子の無駄な漏洩を抑制できることに
なる。
Therefore, even if the core has a large electric power of about 300,000 KW or more, if the neutron leakage effect can be relatively increased when the coolant temperature rises, the coolant density coefficient can be shifted to the negative side. Also, if the leakage effect can be reduced at the coolant temperature at the time of the rated output, and if the leakage effect can be increased when the output is further increased, the coolant density coefficient can be shifted to the negative side, and wasteful neutron leakage can be suppressed. .

【0032】そこで、本基本構造では、定格出力時の冷
却材は中性子の遮蔽効果も有することに着目し、温度上
昇時に冷却材の密度が低下することを利用し、炉心の冷
却材流路の下流側に炉心の途中から冷却材のみの領域を
設け、定格出力時には軸方向上向きの漏洩を小さく、定
格からの出力増大時には、冷却材の密度低下により軸方
向上向きの漏洩を大きくさせるものとした。この結果、
冷却材密度係数の低減が可能となった。
In view of the above, the basic structure focuses on the fact that the coolant at the rated output also has a neutron shielding effect, and utilizes the fact that the density of the coolant decreases when the temperature rises. On the downstream side, a region of only the coolant is provided from the middle of the core, so that the upward leakage in the axial direction is small at the rated output, and the upward leakage in the axial direction is increased due to the decrease in the density of the coolant when the output from the rated power increases. . As a result,
The coolant density coefficient can be reduced.

【0033】以下に本基本構造の例の効果をまとめる。The effects of the example of the basic structure will be summarized below.

【0034】表1に本基本構造の例による燃料集合体を
用い100万kW電気出力炉心を構成した場合の炉心部
の冷却材密度係数を従来炉心と比較して示す。炉心には
421体の炉心燃料集合体と78体の径方向ブランケット
燃料を配置している。
Table 1 shows the coolant density coefficient of the core portion when a 1,000,000 kW electric power core is formed by using the fuel assembly according to the example of the basic structure in comparison with the conventional core. In the core
There are 421 core fuel assemblies and 78 radial blanket fuels.

【0035】この結果、表1に示すように図1,図2に
示した燃料集合体を用いた炉心では従来の高速炉炉心に
比較し冷却材密度係数を約47%低減できることがわか
った。また、軸ブランケットをやや削除するため、増殖
比に対する影響を確認したが、表1に示すように、その
影響はわずかであり、増殖炉として十分成立することを
確かめた。
As a result, as shown in Table 1, it was found that the core using the fuel assemblies shown in FIGS. 1 and 2 can reduce the coolant density coefficient by about 47% as compared with the conventional fast reactor core. In addition, the effect on the breeding ratio was confirmed because the shaft blanket was slightly removed, but as shown in Table 1, the effect was slight and it was confirmed that the breeding reactor was sufficiently established.

【0036】また、本基本構造の例では、従来炉心例と
ラッパ管の内径,燃料棒数が同一であるにもかかわら
ず、燃料棒の外径を7.6mmから8.0mmに増大すること
ができると共に、炉心圧力損失は従来炉心以下とするこ
とができている。これは短尺燃料の下流側では冷却材の
流路を増大させたため、その部分での圧力損失が低下
し、その結果として、同等の圧損とする条件では、燃料
棒の径を増大できるためである。この結果炉心部では燃
料体積を増大させたため、上部ブランケットがやや削減
されたにもかかわらず、増殖比はほとんど変化させない
ことが可能となっている。
Further, in the example of the basic structure, the outer diameter of the fuel rod is increased from 7.6 mm to 8.0 mm despite the fact that the inner diameter of the wrapper tube and the number of fuel rods are the same as those of the conventional core example. And the core pressure loss can be reduced to below the conventional core. This is because the flow path of the coolant is increased on the downstream side of the short fuel, so that the pressure loss at that portion is reduced, and as a result, the diameter of the fuel rod can be increased under the same pressure loss condition. . As a result, the fuel volume was increased in the core, so that the breeding ratio could be hardly changed even though the upper blanket was slightly reduced.

【0037】本基本構造の例では炉心の全燃料集合体の
短尺燃料棒本数を37本としているが、径方向2領域の
均質炉心の本基本構造の例の変形例として、外側炉心の
炉心中央寄りの出力の大きい燃料集合体の短尺燃料棒本
数をより増大させることにより、冷却材密度係数をより
低減することが可能である。例えば、前記出力の大きい
燃料集合体の短尺燃料棒本数を61本とした場合、表1
の冷却材密度係数を0.4%Δk/k/Δρ/ρ程度ま
で低減できる。
In this example of the basic structure, the number of short fuel rods in all the fuel assemblies of the core is 37. As a modification of the example of the basic structure of the homogeneous core in the two radial directions, the center of the core of the outer core is used. By increasing the number of short fuel rods of the fuel assembly having a larger output, it is possible to further reduce the coolant density coefficient. For example, when the number of short fuel rods in the fuel assembly having a large output is 61, Table 1
Can be reduced to about 0.4% Δk / k / Δρ / ρ.

【0038】また、本基本構造の例の変形例として、燃
料集合体の一部を短尺燃料棒とするのではなく、一部の
燃料集合体では全燃料棒を短尺燃料棒とし、その上部に
ナトリウム領域を設け、その他の燃料集合体では通常の
長尺燃料棒とする場合もある。この場合は通常の長尺燃
料棒の太径化は困難であるが、単純な構造で冷却材密度
係数を低減することが可能である。
Further, as a modification of the example of the basic structure, a part of the fuel assembly is not formed as a short fuel rod, but in some fuel assemblies, all the fuel rods are formed as short fuel rods. In some cases, a sodium region is provided, and other fuel assemblies may be a normal long fuel rod. In this case, it is difficult to increase the diameter of the normal long fuel rod, but it is possible to reduce the coolant density coefficient with a simple structure.

【0039】[0039]

【表1】 [Table 1]

【0040】図3は本基本構造に改良を加えた本発明の
実施例による炉心燃料集合体の実施例を示す燃料集合体
の縦断面図である。
FIG. 3 is a longitudinal sectional view of a fuel assembly showing an embodiment of a core fuel assembly according to an embodiment of the present invention in which the basic structure is improved.

【0041】図3の炉心燃料集合体は図1の炉心燃料集
合体と同一の燃料棒とワイヤスペーサとその周囲を保持
するラッパ管,上下の遮蔽体部分及び冷却材の入口部で
あるエントランスノズル部により構成されている。燃料
径方向固定管11も図1,図2と同様であるが上下方向
の寸法がやや短くなっている。燃料棒内の燃料配置を図
1より変更している。
The core fuel assembly shown in FIG. 3 has the same fuel rods and wire spacers as those of the core fuel assembly shown in FIG. 1, a wrapper tube for holding the periphery thereof, upper and lower shield portions, and an entrance nozzle which is a coolant inlet. Unit. The fuel radial direction fixed pipe 11 is the same as that in FIGS. 1 and 2, but has a slightly shorter vertical dimension. The fuel arrangement in the fuel rod is changed from FIG.

【0042】本実施例でも燃料中央部の37本の燃料棒
が他の燃料棒より短尺であり、炉心上部では、ナトリウ
ム冷却材の体積率が増大している。短尺燃料棒10の炉
心燃料部分はウラン,プルトニウム混合酸化物燃料とす
るが、その他の長尺燃料棒の炉心燃料はプルトニウム混
合酸化物燃料であるが軸方向の一部を劣化ウラン酸化物
である内部ブランケット燃料としている。
Also in this embodiment, 37 fuel rods at the center of the fuel are shorter than the other fuel rods, and the volume fraction of sodium coolant is increased in the upper part of the core. The core fuel portion of the short fuel rod 10 is uranium / plutonium mixed oxide fuel, while the core fuel of the other long fuel rods is plutonium mixed oxide fuel, but part of the axial direction is depleted uranium oxide. Uses internal blanket fuel.

【0043】図3の実施例の寸法を以下に説明する。The dimensions of the embodiment of FIG. 3 will be described below.

【0044】燃料棒の直径,ラッパ管の内外径,炉心高
さ,軸方向ブランケットの寸法は図1の燃料と同一であ
る。また、234本の長尺燃料棒,中央の37本の短尺
燃料棒の長さも図1の燃料と同一である。
The diameter of the fuel rod, the inner and outer diameters of the wrapper tube, the core height, and the dimensions of the axial blanket are the same as those of the fuel shown in FIG. The lengths of 234 long fuel rods and 37 short fuel rods at the center are the same as those of the fuel shown in FIG.

【0045】また、燃料中央の37本の短尺燃料棒の外
側の長尺燃料棒を径方向に固定する方式も図1の燃料と
同一である。
The method of fixing the long fuel rods outside the 37 short fuel rods at the center of the fuel in the radial direction is the same as the fuel shown in FIG.

【0046】本実施例の冷却材密度係数の低減を可能に
する原理は図1の場合と同一である。
The principle by which the coolant density coefficient of this embodiment can be reduced is the same as that of FIG.

【0047】以下に本発明の実施例の効果をまとめる。The effects of the embodiment of the present invention will be summarized below.

【0048】表2に本発明の実施例燃料を用い100万
kW電気出力炉心を構成した場合の冷却材密度係数を従
来炉心と比較して示す。炉心には421体の炉心燃料集
合体と78体の径方向ブランケット燃料を配置してい
る。
Table 2 shows the coolant density coefficient in the case where a 1,000,000 kW electric power core is formed using the fuel of the embodiment of the present invention in comparison with the conventional core. The core includes 421 core fuel assemblies and 78 radial blanket fuels.

【0049】この結果、表2に示すように図3に示した
燃料集合体を用いた炉心では従来の高速炉炉心に比較
し、表1の場合より効果が大きく、冷却材密度係数を約
82%低減できることがわかった。本実施例では表1の
実施例より冷却材密度係数低減効果が大きいのは、炉心
を軸方向非均質炉心とし、さらに炉心内部ブランケット
を炉心軸方向中央より下部としたため、軸方向上部の中
性子束が増加し、冷却材密度低下時の軸方向上部方向へ
の中性子漏洩をより増大できたことによる。
As a result, as shown in Table 2, the effect of the core using the fuel assembly shown in FIG. 3 is greater than that of the conventional fast reactor as shown in Table 1, and the coolant density coefficient is about 82%. % Can be reduced. In this embodiment, the effect of reducing the coolant density coefficient is greater than that of the embodiment of Table 1 because the core is made non-homogeneous in the axial direction and the blanket inside the core is made lower than the center in the axial direction of the core. Increased, and the neutron leakage in the axially upward direction when the coolant density was reduced could be further increased.

【0050】[0050]

【表2】 [Table 2]

【0051】図4は本発明の炉心燃料集合体の他の実施
例を示す燃料集合体の縦断面図である。
FIG. 4 is a longitudinal sectional view of a fuel assembly showing another embodiment of the core fuel assembly of the present invention.

【0052】また、図5は図4の炉心燃料集合体の径方
向断面図である。
FIG. 5 is a radial sectional view of the core fuel assembly shown in FIG.

【0053】図4の炉心燃料集合体は図1の炉心燃料集
合体と同一の燃料棒とワイヤスペーサとその周囲を保持
するラッパ管,上下の遮蔽体部分及び冷却材の入口部で
あるエントランスノズル部により構成されている。燃料
棒内の燃料配置を図1より変更している。また、本実施
例では、短尺燃料の上部遮蔽体部分、及び短尺燃料の上
部の燃料径方向固定管に隣接する燃料棒の最上部に中性
子吸収体を配置する構造としている。上部遮蔽体部分で
は中性子吸収体は円管に中性子吸収体を収納しており、
中性子吸収体は炭化ほう素のペレットである。また、燃
料棒の最上部の中性子吸収体も炭化ほう素のペレットで
あり、燃料ペレットの上部に配置している。
The core fuel assembly shown in FIG. 4 has the same fuel rods and wire spacers as the core fuel assembly shown in FIG. 1, a wrapper tube for holding the periphery thereof, upper and lower shield portions, and an entrance nozzle which is a coolant inlet. Unit. The fuel arrangement in the fuel rod is changed from FIG. Further, in this embodiment, the neutron absorber is arranged at the uppermost portion of the fuel rod adjacent to the upper shield portion of the short fuel and the fuel radial fixing tube above the short fuel. In the upper shield part, the neutron absorber stores the neutron absorber in a circular tube,
The neutron absorber is a boron carbide pellet. The neutron absorber at the top of the fuel rod is also a boron carbide pellet, and is disposed above the fuel pellet.

【0054】本実施例では燃料中央部の61本の燃料棒
が他の燃料棒より短尺であり、炉心上部では、ナトリウ
ム冷却材の体積率が増大している。短尺燃料棒10の炉
心燃料部分はウラン,プルトニウム混合酸化物燃料とす
るが、その他の長尺燃料棒の炉心燃料はプルトニウム混
合酸化物燃料である。
In this embodiment, the 61 fuel rods at the center of the fuel are shorter than the other fuel rods, and the volume fraction of sodium coolant is increased in the upper part of the core. The core fuel portion of the short fuel rod 10 is uranium-plutonium mixed oxide fuel, while the core fuel of the other long fuel rods is plutonium mixed oxide fuel.

【0055】図4の実施例の寸法を以下に説明する。The dimensions of the embodiment of FIG. 4 will be described below.

【0056】燃料棒の直径,ラッパ管の内外径,炉心高
さ,軸方向ブランケットの寸法は図1の燃料と同一であ
る。また、210本の長尺燃料棒,中央の61本の短尺
燃料棒の長さも図1の燃料と同一である。
The diameter of the fuel rod, the inner and outer diameters of the wrapper tube, the core height, and the dimensions of the axial blanket are the same as those of the fuel shown in FIG. The lengths of the 210 long fuel rods and the 61 short fuel rods at the center are the same as those of the fuel shown in FIG.

【0057】また、燃料中央の61本の短尺燃料棒の外
側の長尺燃料棒を径方向に固定する方式も図1の燃料と
同一である。
The method of fixing the long fuel rods outside the 61 short fuel rods at the center of the fuel in the radial direction is the same as the fuel shown in FIG.

【0058】本実施例の冷却材密度係数の低減を可能に
する原理は図1の場合と同一であるが、本実施例では、
冷却材密度低減時の軸方向上部への中性子漏洩を増大す
ると共に、軸方向上部へ流れた中性子を、その部分に配
置した中性子吸収体で積極的に吸収することにより、よ
り効果的に冷却材密度係数の低減を実行できる。
The principle by which the coolant density coefficient of this embodiment can be reduced is the same as that of FIG. 1, but in this embodiment,
The neutron leakage to the upper part in the axial direction when the coolant density is reduced is increased, and the neutrons flowing to the upper part in the axial direction are absorbed by the neutron absorber located in that part, so that the coolant is more effectively Reduction of the density coefficient can be performed.

【0059】以下に本発明の実施例の効果をまとめる。The effects of the embodiment of the present invention will be summarized below.

【0060】表3に本発明の実施例燃料を用い100万
kW電気出力炉心を構成した場合の冷却材密度係数を従
来炉心と比較して示す。炉心には421体の炉心燃料集
合体と78体の径方向ブランケット燃料を配置してい
る。
Table 3 shows the coolant density coefficient in the case where a 1,000,000 kW electric power core is formed using the fuel of the embodiment of the present invention in comparison with the conventional core. The core includes 421 core fuel assemblies and 78 radial blanket fuels.

【0061】この結果、表3に示すように図4,図5に
示した燃料集合体を用いた炉心では従来の高速炉炉心に
比較し、冷却材密度係数を約94%低減できることがわ
かった。
As a result, as shown in Table 3, it was found that the core using the fuel assemblies shown in FIGS. 4 and 5 can reduce the coolant density coefficient by about 94% as compared with the conventional fast reactor core. .

【0062】[0062]

【表3】 [Table 3]

【0063】図6は本発明の炉心燃料集合体の他の実施
例を示す燃料集合体の縦断面図である。
FIG. 6 is a longitudinal sectional view of a fuel assembly showing another embodiment of the core fuel assembly of the present invention.

【0064】図6の炉心燃料集合体は図1の炉心燃料集
合体と同一の燃料棒とワイヤスペーサとその周囲を保持
するラッパ管,上下の遮蔽体部分及び冷却材の入口部で
あるエントランスノズル部により構成されている。燃料
集合体上部構造を図1より変更し、本実施例では、短尺
燃料の上部に上部遮蔽体に支持棒により固定した中性子
吸収体を配置する構造としている。支持棒により固定し
た中性子吸収体は円管内に保持した炭化ほう素のペレッ
トである。また、支持棒は他のラッパ管,燃料被覆管に
比較し熱膨張率の大きい金属を用いている。本実施例の
燃料集合体の各部の材質は炉心燃料ペレット6がウラン
・プルトニウム混合酸化物燃料であり、ブランケット燃
料ペレット7が劣化ウラン酸化物である。また、燃料棒
1,ラッパ管2,短尺燃料棒10がフェライト系のステ
ンレス鋼であり、支持棒13がオーステナイト系のステ
ンレス鋼である。高速増殖炉の炉心出口ナトリウム温度
は500℃程度であるが、この温度での熱膨張係数はフ
ェライト系のステンレス鋼が約13×10-6/℃であ
り、オーステナイト系のステンレス鋼が約21×10-6
℃である。
The core fuel assembly shown in FIG. 6 has the same fuel rods and wire spacers as the core fuel assembly shown in FIG. 1, a wrapper tube holding the periphery thereof, upper and lower shield portions, and an entrance nozzle serving as a coolant inlet. Unit. The upper structure of the fuel assembly is changed from that of FIG. 1, and in the present embodiment, a neutron absorber fixed to a top shield by a support rod is arranged above the short fuel. The neutron absorber fixed by the support rod is a boron carbide pellet held in a circular tube. The support rod is made of a metal having a higher coefficient of thermal expansion than other wrapper tubes and fuel cladding tubes. The material of each part of the fuel assembly of this embodiment is such that the core fuel pellet 6 is a uranium-plutonium mixed oxide fuel, and the blanket fuel pellet 7 is a depleted uranium oxide. The fuel rod 1, the wrapper tube 2, and the short fuel rod 10 are made of ferritic stainless steel, and the support rod 13 is made of austenitic stainless steel. The core outlet sodium temperature of the fast breeder reactor is about 500 ° C., and the thermal expansion coefficient at this temperature is about 13 × 10 −6 / ° C. for ferritic stainless steel and about 21 × for austenitic stainless steel. 10 -6 /
° C.

【0065】本実施例では燃料中央部の61本の燃料棒
が他の燃料棒より短尺であり、炉心上部では、ナトリウ
ム冷却材の体積率が増大している。
In this embodiment, the 61 fuel rods at the center of the fuel are shorter than the other fuel rods, and the volume fraction of sodium coolant is increased in the upper part of the core.

【0066】図6の実施例の寸法を以下に説明する。The dimensions of the embodiment of FIG. 6 will be described below.

【0067】燃料棒の直径,ラッパ管の内外径,炉心高
さ,軸方向ブランケットの寸法は図1の燃料と同一であ
る。また、210本の長尺燃料棒,中央の61本の短尺
燃料棒の長さも図1の燃料と同一である。
The diameter of the fuel rod, the inner and outer diameters of the wrapper tube, the core height, and the dimensions of the axial blanket are the same as those of the fuel shown in FIG. The lengths of the 210 long fuel rods and the 61 short fuel rods at the center are the same as those of the fuel shown in FIG.

【0068】また、燃料中央の61本の短尺燃料棒の外
側の長尺燃料棒を径方向に固定する方式も図1の燃料と
同一である。
The method of fixing the long fuel rods outside the 61 short fuel rods at the center of the fuel in the radial direction is the same as the fuel shown in FIG.

【0069】本実施例の冷却材密度係数の低減を可能に
する原理は図1の場合と同一であるが、本実施例では、
冷却材密度低減時の軸方向上部への中性子漏洩を増大す
ると共に、軸方向上部へ流れた中性子を、その部分に配
置した中性子吸収体で積極的に吸収することにより、よ
り効果的に冷却材密度係数の低減を実行できる。
The principle of the present embodiment that enables the reduction of the coolant density coefficient is the same as that of FIG. 1, but in the present embodiment,
The neutron leakage to the upper part in the axial direction when the coolant density is reduced is increased, and the neutrons flowing to the upper part in the axial direction are absorbed by the neutron absorber located in that part, so that the coolant is more effectively Reduction of the density coefficient can be performed.

【0070】さらに、本実施例では、支持棒を熱膨張の
大きい金属としているため、冷却材の温度上昇時に支持
棒が膨張し、中性子吸収体が炉心側に移動するため、制
御棒が挿入されることと等価となり、上記効果以外に、
支持棒の熱膨張による中性子吸収体の挿入効果により、
炉心に負の反応度を挿入することができる。
Further, in this embodiment, since the support rod is made of a metal having a large thermal expansion, the support rod expands when the temperature of the coolant rises, and the neutron absorber moves to the core side. It is equivalent to
Due to the insertion effect of the neutron absorber due to the thermal expansion of the support rod,
Negative reactivity can be inserted into the core.

【0071】以下に本発明の実施例の効果をまとめる。The effects of the embodiment of the present invention will be summarized below.

【0072】表4に本発明の実施例燃料を用い100万
kW電気出力炉心を構成した場合の炉心部の冷却材温度
係数を従来炉心と比較して示す。炉心には421体の炉
心燃料集合体と78体の径方向ブランケット燃料を配置
している。
Table 4 shows the coolant temperature coefficient of the core portion when the 1,000,000 kW electric power core is formed using the fuel of the embodiment of the present invention in comparison with the conventional core. The core includes 421 core fuel assemblies and 78 radial blanket fuels.

【0073】この結果、表4に示すように図6に示した
燃料集合体を用いた炉心では従来の高速炉炉心に比較
し、冷却材密度係数を約117%低減できる。
As a result, as shown in Table 4, in the core using the fuel assembly shown in FIG. 6, the coolant density coefficient can be reduced by about 117% as compared with the conventional fast reactor core.

【0074】[0074]

【表4】 [Table 4]

【0075】図7は本発明の炉心燃料集合体の他の実施
例を示す燃料集合体の縦断面図である。
FIG. 7 is a longitudinal sectional view of a fuel assembly showing another embodiment of the core fuel assembly of the present invention.

【0076】図7の炉心燃料集合体は331本の燃料棒
を有し、その内、周辺部の270本は長尺の燃料棒1で
あり、中央部の61本は短尺燃料棒10である。また、
燃料棒の周囲にはラッパ管2,上部遮蔽体3,下部遮蔽
体4及び冷却材の入口部であるエントランスノズル5に
より構成されている。なお、図7には表示しないが、そ
れぞれの燃料棒の間隔は、燃料棒に螺旋状に巻かれたワ
イヤにより保持されている。また、燃料棒の内部にはウ
ランとプルトニウムとジルコニウムの合金である金属炉
心燃料が収納されている。また、金属炉心燃料の上下部
にはウランとジルコニウムの合金である金属ブランケッ
ト燃料が収納されている。また、燃料棒の内部には金属
燃料と被覆管の間にナトリウムが充填されている。ま
た、燃料棒の上部には燃料から生成されるガスを貯蔵す
るガスプレナム8があり、燃料棒の上下端は端栓9を溶
接することにより密封構造としている。
The core fuel assembly shown in FIG. 7 has 331 fuel rods, of which 270 peripheral fuel rods are long fuel rods 1 and 61 central fuel rods are short fuel rods 10. . Also,
Around the fuel rod, a trumpet tube 2, an upper shield 3, a lower shield 4, and an entrance nozzle 5 serving as a coolant inlet are formed. Although not shown in FIG. 7, the intervals between the fuel rods are held by wires spirally wound around the fuel rods. Further, inside the fuel rod, a metal core fuel which is an alloy of uranium, plutonium, and zirconium is stored. A metal blanket fuel, which is an alloy of uranium and zirconium, is stored in the upper and lower portions of the metal core fuel. Further, the inside of the fuel rod is filled with sodium between the metal fuel and the cladding tube. A gas plenum 8 for storing gas generated from the fuel is provided above the fuel rod, and the upper and lower ends of the fuel rod are sealed by welding an end plug 9.

【0077】本実施例では、図6の実施例と同様に短尺
燃料の上部に上部遮蔽体に支持棒により固定した中性子
吸収体を配置する構造としている。支持棒により固定し
た中性子吸収体は円管内に保持した炭化ほう素のペレッ
トである。また、支持棒は他のラッパ管,燃料被覆管に
比較し熱膨張率の大きい金属を用いている。図6の実施
例と本実施例の違いは、本実施例が燃料として金属燃料
を用いること及び短尺燃料棒内の燃料としては金属のブ
ランケット燃料を用いる点にある。金属燃料の燃料と被
覆管の間には熱伝導度を良好にするために金属ナトリウ
ムを充填する。その結果、金属ナトリウムは原子炉運転
時には周囲の熱で液体状になっていて核分裂で発生する
ガスは上方に浮上して蓄積される。そのガスの蓄積を場
所であるガスプレナムは燃料上部に設置する。
In this embodiment, as in the embodiment of FIG. 6, a neutron absorber fixed to a top shield by a support rod is arranged above a short fuel. The neutron absorber fixed by the support rod is a boron carbide pellet held in a circular tube. The support rod is made of a metal having a higher coefficient of thermal expansion than other wrapper tubes and fuel cladding tubes. The difference between the embodiment of FIG. 6 and the present embodiment is that the present embodiment uses a metal fuel as the fuel and uses a metal blanket fuel as the fuel in the short fuel rod. Metallic sodium is filled between the fuel of the metal fuel and the cladding tube to improve the thermal conductivity. As a result, during operation of the reactor, metallic sodium is in a liquid state due to ambient heat, and the gas generated by fission flies upward and accumulates. The gas plenum, where the gas is stored, is located above the fuel.

【0078】図6のように酸化物燃料を採用した場合に
は、炉心上部のブランケット燃料に対応する位置に中性
子吸収体を支持棒により配置し、この場合には、支持棒
の長さは約0.4m である。一方、図7のように金属燃
料を採用した場合には、短尺燃料棒の金属燃料がブラン
ケット燃料であって、ブランケット燃料は炉心燃料に比
べて核分裂が少なくてガスの発生も少ないから、ガスプ
レナム長さが炉心燃料を詰めた燃料棒のガスプレナムよ
りも短くされている。そのため、中性子吸収体は燃料集
合体の奥深く軸方向中央部に配備することができて、そ
の中性子吸収体を支える支持棒の長さも長くなって、約
1.2mの長さとなる。
When an oxide fuel is employed as shown in FIG. 6, a neutron absorber is arranged by a support bar at a position corresponding to a blanket fuel in the upper part of the core, and in this case, the length of the support bar is about 0.4m. On the other hand, when the metal fuel is employed as shown in FIG. 7, the metal fuel of the short fuel rod is a blanket fuel, and the blanket fuel generates less fission and generates less gas than the core fuel. Is shorter than the gas plenum of the fuel rods packed with core fuel. Therefore, the neutron absorber can be disposed deep in the axial direction at the center of the fuel assembly, and the length of the support rod supporting the neutron absorber is also increased to about 1.2 m.

【0079】本実施例では燃料中央部の61本の燃料棒
が他の燃料棒より短尺であり、炉心上部では、ナトリウ
ム冷却材の体積率が増大している。
In the present embodiment, the 61 fuel rods at the center of the fuel are shorter than the other fuel rods, and the volume fraction of sodium coolant is increased in the upper part of the core.

【0080】図7の実施例の寸法を以下に説明する。The dimensions of the embodiment of FIG. 7 will be described below.

【0081】燃料棒1の直径は7.1mmであり、ラッパ
管2の内外径はそれぞれ150mm,158.1mmであ
る。また炉心高さは0.6mである。また、軸方向ブラ
ンケットは設置しない。燃料中央の61本を除いた27
0本の燃料棒1の全長は2.0mであるが、中央の61
本は軸方向上部を削除し炉心途中に端栓を溶接した短尺
燃料棒10としている。短尺燃料棒10の長さは本実施
例では1.2mである。
The diameter of the fuel rod 1 is 7.1 mm, and the inner and outer diameters of the wrapper tube 2 are 150 mm and 158.1 mm, respectively. The core height is 0.6 m. No axial blanket will be installed. 27 excluding 61 at the center of fuel
The total length of the zero fuel rod 1 is 2.0 m, but the center 61
This book is a short fuel rod 10 in which the upper part in the axial direction is deleted and an end plug is welded in the middle of the core. The length of the short fuel rod 10 is 1.2 m in this embodiment.

【0082】本実施例の燃料集合体の各部の材質は炉心
燃料ペレット6がウラン,プルトニウム,ジルコニウム
合金の金属燃料であり、また、燃料棒1,ラッパ管2,
短尺燃料棒10がフェライト系のステンレス鋼であり、
支持棒13がオーステナイト系のステンレス鋼である。
The material of each part of the fuel assembly of this embodiment is such that the core fuel pellet 6 is made of uranium, plutonium, or zirconium alloy metal fuel.
The short fuel rod 10 is a ferritic stainless steel,
The support rod 13 is austenitic stainless steel.

【0083】また、燃料棒1と短尺燃料棒10は下部遮
蔽体4の部分で軸方向を固定しており、軸方向上部に向
かって自由に熱膨張する構造となっている。燃料中央の
61本の短尺燃料棒10の外側の燃料棒は燃料中央への
変位が課題となるため、図7に示すように中央の61本
の燃料棒の外側の270本の燃料棒は軸方向上部に向か
って自由に熱膨張する構造としているが、その径方向位
置は上部遮蔽体から下に伸ばす六角形の燃料径方向固定
管11により固定している。
The fuel rods 1 and the short fuel rods 10 are fixed in the axial direction at the lower shield 4 so that the fuel rods 1 and the fuel rods 10 expand freely toward the upper part in the axial direction. Since the displacement of the fuel rods outside the 61 short fuel rods 10 at the center of the fuel to the center of the fuel is a problem, the 270 fuel rods outside the 61 central fuel rods are shafts as shown in FIG. The structure is such that it expands freely toward the top in the direction, but its radial position is fixed by a hexagonal fuel radial fixing pipe 11 extending downward from the upper shield.

【0084】本実施例の冷却材密度係数の低減を可能に
する原理は図1の場合と同一であるが、本実施例では、
冷却材密度低減時の軸方向上部への中性子漏洩を増大す
ると共に、軸方向上部へ流れた中性子を、その部分に配
置した中性子吸収体で積極的に吸収することにより、よ
り効果的に冷却材密度係数の低減を実行できる。
The principle by which the coolant density coefficient of this embodiment can be reduced is the same as that of FIG. 1, but in this embodiment,
The neutron leakage to the upper part in the axial direction when the coolant density is reduced is increased, and the neutrons flowing to the upper part in the axial direction are absorbed by the neutron absorber located in that part, so that the coolant is more effectively Reduction of the density coefficient can be performed.

【0085】さらに、本実施例では、図6の実施例と同
様に支持棒を熱膨張の大きい金属としているため、冷却
材の温度上昇時に支持棒が膨張し、中性子吸収体が炉心
側に移動するため、制御棒が挿入されることと等価とな
り、上記効果以外に、支持棒の熱膨張による中性子吸収
体の挿入効果により、炉心に負の反応度を挿入すること
ができる。
Further, in this embodiment, since the support rod is made of a metal having a large thermal expansion as in the embodiment of FIG. 6, the support rod expands when the temperature of the coolant rises, and the neutron absorber moves to the core side. Therefore, the insertion of the control rod is equivalent to the insertion of the control rod, and in addition to the above-described effects, the negative reactivity can be inserted into the reactor core by the insertion effect of the neutron absorber due to the thermal expansion of the support rod.

【0086】以下に本発明の実施例の効果をまとめる。The effects of the embodiment of the present invention will be summarized below.

【0087】表5に本発明の実施例燃料を用い100万
kW電気出力炉心を構成した場合の冷却材密度係数を従
来の金属燃料炉心と比較して示す。炉心には421体の
炉心燃料集合体と78体の径方向ブランケット燃料を配
置している。
Table 5 shows the coolant density coefficient when a 1,000,000 kW electric power core is formed using the fuel of the present invention in comparison with a conventional metal fuel core. The core includes 421 core fuel assemblies and 78 radial blanket fuels.

【0088】この結果、表5に示すように図7に示した
燃料集合体を用いた炉心では従来の高速炉金属燃料炉心
に比較し,冷却材密度係数を約94%低減できる。ま
た、本実施例では、ガスプレナム部の冷却材の圧力損失
を大きく低減できる効果があるため、同一の圧力損失と
すると燃料ピン径を大きく太径化できる。従来の燃料の
外径6.4mmに対して、本実施例は7.1mmである。この
結果、炉心内に燃料親物質であるウラン238を多く装
荷できるため表5に示すように、増殖比を増大すること
が可能となる。すなわち、本発明の実施例では、冷却材
密度係数を低減できると共に増殖比を増大できることが
可能となる。
As a result, as shown in Table 5, the core using the fuel assembly shown in FIG. 7 can reduce the coolant density coefficient by about 94% as compared with the conventional fast reactor metal fuel core. Further, in this embodiment, since there is an effect that the pressure loss of the coolant in the gas plenum portion can be greatly reduced, the fuel pin diameter can be made larger and larger if the same pressure loss is used. In this embodiment, the outer diameter of the conventional fuel is 7.1 mm, compared with 6.4 mm. As a result, a large amount of uranium 238, which is a fuel parent substance, can be loaded into the core, so that the breeding ratio can be increased as shown in Table 5. That is, in the embodiment of the present invention, it is possible to reduce the coolant density coefficient and increase the breeding ratio.

【0089】[0089]

【表5】 [Table 5]

【0090】図8は本発明の炉心燃料集合体の他の実施
例を示す燃料集合体の縦断面図である。
FIG. 8 is a longitudinal sectional view of a fuel assembly showing another embodiment of the core fuel assembly of the present invention.

【0091】図8の炉心燃料集合体は図1の炉心燃料集
合体と同一の燃料棒とワイヤスペーサとその周囲を保持
するラッパ管,上下の遮蔽体部分及び冷却材の入口部で
あるエントランスノズル部により構成されている。ま
た、短尺燃料の使用は図1と同様であるが、本実施例で
は、さらに軸方向上部ブランケットに隣接するラッパ管
に冷却材の連通孔を設けている点が図1と異なる。ま
た、連通孔を開ける部分はラッパ管の強度を確保するた
めにその厚さを増大させている。
The core fuel assembly shown in FIG. 8 has the same fuel rods and wire spacers as those of the core fuel assembly shown in FIG. 1, a wrapper tube for holding the periphery thereof, upper and lower shield portions, and an entrance nozzle as a coolant inlet. Unit. The use of a short fuel is the same as that of FIG. 1, but the present embodiment is different from that of FIG. 1 in that a communication hole for coolant is further provided in a wrapper tube adjacent to the upper blanket in the axial direction. The thickness of the portion where the communication hole is formed is increased in order to secure the strength of the trumpet tube.

【0092】図8の実施例の寸法を以下に説明する。The dimensions of the embodiment shown in FIG. 8 will be described below.

【0093】燃料棒の直径,ラッパ管の内外径,炉心高
さ,軸方向ブランケットの寸法は図1の燃料と同一であ
る。また、234本の長尺燃料棒及び37本の短尺燃料
棒の長さも図1の燃料と同一である。
The diameter of the fuel rod, the inner and outer diameters of the wrapper tube, the core height, and the dimensions of the axial blanket are the same as those of the fuel shown in FIG. The lengths of the 234 long fuel rods and the 37 short fuel rods are also the same as the fuel of FIG.

【0094】本実施例の冷却材密度係数の低減を可能に
する原理は図1の場合と同一であるが、本実施例ではさ
らに冷却材密度低下時に中性子の軸方向漏洩の増大はラ
ッパ管にあけた冷却材の連通孔によりラッパ管間のナト
リウム密度が低下する効果によりその効果を増大でき
る。
Although the principle of the present embodiment that enables the reduction of the coolant density coefficient is the same as that of FIG. 1, in this embodiment, when the coolant density further decreases, the increase in the neutron leakage in the axial direction is reduced by the wrapper tube. The effect can be increased by the effect that the sodium density between the wrapper tubes is reduced by the opened communication hole of the coolant.

【0095】以下に本発明の実施例の効果をまとめる。The effects of the embodiment of the present invention will be summarized below.

【0096】表6に本発明の実施例燃料を用い100万
kW電気出力炉心を構成した場合の冷却材密度係数を従
来炉心と比較して示す。炉心には421体の炉心燃料集
合体と78体の径方向ブランケット燃料を配置してい
る。
Table 6 shows the coolant density coefficient in the case where a 1,000,000 kW electric power core is formed using the fuel of the embodiment of the present invention in comparison with the conventional core. The core includes 421 core fuel assemblies and 78 radial blanket fuels.

【0097】この結果、表6に示すように図8に示した
燃料集合体を用いた炉心では従来の高速炉炉心に比較
し、冷却材密度係数を約70%低減できることがわかっ
た。
As a result, as shown in Table 6, it was found that the core using the fuel assemblies shown in FIG. 8 can reduce the coolant density coefficient by about 70% as compared with the conventional fast reactor core.

【0098】本実施例では、短尺燃料を用いると共に、
軸方向上部ブランケットに隣接するラッパ管に冷却材の
連通孔をあけるという単純な方法により冷却材密度係数
を大きく低減できる。
In this embodiment, while using a short fuel,
The coolant density factor can be significantly reduced by a simple method of drilling coolant communication holes in the wrapper tube adjacent to the axially upper blanket.

【0099】[0099]

【表6】 [Table 6]

【0100】[0100]

【発明の効果】請求項1の発明によれば、炉心に多数本
配置される燃料集合体の一部あるいは全部について燃料
集合体を構成する燃料棒の一部を他の燃料棒より短尺と
し、その下流側を冷却材流路とすることにより、燃料の
冷却材下流側の一部を冷却材の体積率を増大させ、冷却
材の温度上昇による密度低下時に、冷却材体積率増大部
から中性子を漏洩させ、さらには、燃料棒の炉心燃料の
一部に配置した内部ブランケット燃料の効果により、中
性子束分布を炉心上部で高められ、冷却材の温度上昇に
よる密度低下時に、冷却材体積率増大部から中性子を漏
洩させるので、冷却材密度係数を大幅に低減できる効果
が得られる。
According to the first aspect of the present invention, for some or all of the fuel assemblies arranged in the core, a part of the fuel rods constituting the fuel assembly is made shorter than the other fuel rods. By making the coolant flow path on the downstream side, the volume fraction of the coolant on the downstream side of the coolant of the fuel is increased, and when the density decreases due to the temperature rise of the coolant, the neutrons from the coolant volume ratio increase part In addition, due to the effect of the internal blanket fuel located in part of the core fuel of the fuel rods, the distribution of neutron flux is enhanced at the upper part of the core, and when the density decreases due to the temperature rise of the coolant, the coolant volume ratio increases. Since the neutrons are leaked from the portion, the effect of significantly reducing the coolant density coefficient is obtained.

【0101】請求項2の発明によれば、炉心に多数本配
置される燃料集合体の一部あるいは全部について燃料集
合体を構成する燃料棒の一部を他の燃料棒より短尺と
し、その下流側を冷却材流路とすることにより、燃料の
冷却材下流側の一部を冷却材の体積率を増大させ、冷却
材の温度上昇による密度低下時に、冷却材体積率増大部
から中性子を漏洩させ、さらには、冷却材の温度上昇に
よる密度低下時に、冷却材体積率増大部の中性子が漏洩
により増大することを利用し、その冷却材体積率増大部
の周辺に中性子吸収体を含有させることにより、冷却材
の温度上昇による密度低下時に、冷却材体積率増大部へ
流れ込む中性子を中性子吸収体に吸収させるため、冷却
材密度係数を大幅に低減できる効果が得られる。
According to the second aspect of the present invention, for some or all of the fuel assemblies arranged in the core, a part of the fuel rods constituting the fuel assembly is made shorter than the other fuel rods, and the downstream portion thereof is provided. By using the coolant flow path on the side, the volume fraction of the coolant is increased on the part of the fuel downstream of the coolant, and when the density decreases due to the temperature rise of the coolant, neutrons leak from the coolant volume fraction increase part. In addition, at the time of the density decrease due to the temperature rise of the coolant, utilizing the fact that the neutrons increase by leakage due to the increase in the coolant volume fraction, the neutron absorber is included around the coolant volume fraction increase portion. Accordingly, when the density of the coolant decreases due to a rise in the temperature of the coolant, the neutron flowing into the coolant volume ratio increasing portion is absorbed by the neutron absorber, so that an effect of significantly reducing the coolant density coefficient can be obtained.

【0102】請求項3の発明によれば、炉心に多数本配
置される燃料集合体の一部あるいは全部について燃料集
合体を構成する燃料棒の一部を他の燃料棒より短尺と
し、その下流側を冷却材流路とすることにより、燃料の
冷却材下流側の一部を冷却材の体積率を増大させ、冷却
材の温度上昇による密度低下時に、冷却材体積率増大部
から中性子を漏洩させ、さらには、冷却材の温度上昇時
に燃料上部に支持した中性子吸収体を含有する吸収体棒
の熱膨張により中性子吸収体をより炉心軸方向中央側へ
移動させるため中性子の吸収を増大させ、冷却材密度係
数を大幅に低減できる効果が得られる。
According to the third aspect of the present invention, for some or all of the fuel assemblies arranged in the core, a part of the fuel rods constituting the fuel assembly is made shorter than the other fuel rods, and the downstream portion thereof is provided. By using the coolant flow path on the side, the volume fraction of the coolant is increased on the part of the fuel downstream of the coolant, and when the density decreases due to the temperature rise of the coolant, neutrons leak from the coolant volume fraction increase part. Further, when the temperature of the coolant rises, the thermal expansion of the absorber rod containing the neutron absorber supported on the upper part of the fuel increases the neutron absorption to move the neutron absorber more toward the center in the core axis direction, The effect of significantly reducing the coolant density coefficient is obtained.

【0103】請求項4の発明によれば、請求項3の発明
の効果に加えて、中性子吸収体をより炉心軸方向中央側
に置くことができるため、中性子の吸収を増大させ、冷
却材密度係数を請求項3の場合よりもさらに低減でき
る。
According to the invention of claim 4, in addition to the effect of the invention of claim 3, since the neutron absorber can be placed more centrally in the core axis direction, the absorption of neutrons is increased and the coolant density is increased. The coefficient can be further reduced than in the case of claim 3.

【0104】請求項5の発明によれば、炉心に多数本配
置される燃料集合体の一部あるいは全部について燃料集
合体を構成する燃料棒の一部を他の燃料棒より短尺と
し、その下流側を冷却材流路とすることにより、燃料の
冷却材下流側の一部を冷却材の体積率を増大させ、冷却
材の温度上昇による密度低下時に、冷却材体積率増大部
から中性子を漏洩させ、さらには、上部ブランケット燃
料に隣接するラッパ管に冷却材の連通孔をあけることに
より、冷却材の温度上昇による密度低下時に、ラッパ管
の外側に温度上昇した冷却材を流すことによりラッパ管
の外側でも軸方向に中性子を漏洩させ、冷却材密度係数
を大幅に低減できる効果が得られる。
According to the fifth aspect of the present invention, for some or all of the fuel assemblies arranged in the core, a part of the fuel rods constituting the fuel assembly is made shorter than the other fuel rods, and the downstream portion thereof is provided. By using the coolant flow path on the side, the volume fraction of the coolant is increased on the part of the fuel downstream of the coolant, and when the density decreases due to the temperature rise of the coolant, neutrons leak from the coolant volume fraction increase part. Further, by forming a coolant communication hole in the wrapper pipe adjacent to the upper blanket fuel, when the temperature of the coolant decreases, the coolant with the increased temperature flows outside the wrapper pipe when the density decreases. The neutrons leak in the axial direction even outside the, and the effect of significantly reducing the coolant density coefficient can be obtained.

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

【図1】本発明者等が発案した基本構造の例による炉心
燃料集合体の縦断面図である。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a core fuel assembly according to an example of a basic structure proposed by the present inventors.

【図2】図1の燃料集合体の径方向断面図である。FIG. 2 is a radial cross-sectional view of the fuel assembly of FIG.

【図3】本発明の実施例の炉心燃料集合体の縦断面図で
ある。
FIG. 3 is a longitudinal sectional view of a core fuel assembly according to an embodiment of the present invention.

【図4】本発明の他の実施例の炉心燃料集合体の縦断面
図である。
FIG. 4 is a longitudinal sectional view of a core fuel assembly according to another embodiment of the present invention.

【図5】図4の燃料集合体の径方向断面図である。FIG. 5 is a radial cross-sectional view of the fuel assembly of FIG.

【図6】本発明のさらに他の実施例の炉心燃料集合体の
縦断面図である。
FIG. 6 is a longitudinal sectional view of a core fuel assembly according to still another embodiment of the present invention.

【図7】本発明のより一層他の実施例の炉心燃料集合体
の縦断面図である。
FIG. 7 is a longitudinal sectional view of a core fuel assembly according to still another embodiment of the present invention.

【図8】本発明のさらにより一層他の実施例の炉心燃料
集合体の縦断面図である。
FIG. 8 is a longitudinal sectional view of a core fuel assembly according to still another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…燃料棒、2…ラッパ管、3…上部遮蔽体、4…下部
遮蔽体、5…エントランスノズル、6…炉心燃料ペレッ
ト、7…ブランケット燃料ペレット、8…ガスプレナ
ム、9…端栓、10…短尺燃料棒、11…燃料径方向固
定管、12…中性子吸収体、13…支持棒、14…冷却
材連通孔。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel rod, 2 ... Wrapper tube, 3 ... Upper shield, 4 ... Lower shield, 5 ... Entrance nozzle, 6 ... Core fuel pellet, 7 ... Blanket fuel pellet, 8 ... Gas plenum, 9 ... End plug, 10 ... Short fuel rod, 11: fuel radial direction fixed tube, 12: neutron absorber, 13: support rod, 14: coolant communication hole.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI G21C 3/30 Y 3/32 G (72)発明者 金戸 邦和 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式 会社 日立製作所 日立工場内 (72)発明者 渡 孔男 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式 会社 日立製作所 日立工場内 (56)参考文献 特開 平4−252994(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G21C 3/30 G21C 3/32 G21C 5/18 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FIG21C 3/30 Y 3/32 G (72) Inventor Kuniwazu Kano 3-1-1, Kochicho, Hitachi-shi, Ibaraki Hitachi, Ltd. Inside Hitachi, Ltd. (72) Inventor, Mitsuo Wataru 3-1-1, Komachi, Hitachi, Ibaraki Pref. Hitachi, Ltd. Inside Hitachi, Ltd. (56) References JP-A-4-252994 (JP, A) (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G21C 3/30 G21C 3/32 G21C 5/18

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】炉心燃料の上下部に燃料増殖用のブランケ
ット領域を有する原子炉用燃料集合体において、燃料集
合体を構成する複数の燃料棒の内、一部の燃料棒を他の
燃料棒よりも短尺とし、その短尺とされた短尺燃料棒を
前記燃料集合体の中央部で前記他の燃料棒よりも上端が
低い位置となるように集合配置して前記短尺燃料棒の上
部は他の長尺燃料棒の端部まで冷却材の流路とし、燃料
棒の炉心燃料は軸方向の一部を内部ブランケット燃料と
し、内部ブランケット燃料の位置は炉心軸方向中央より
も下部とすることを特徴とする原子炉用燃料集合体。
In a fuel assembly for a nuclear reactor having a blanket region for fuel breeding in upper and lower portions of a core fuel, a part of a plurality of fuel rods constituting a fuel assembly is replaced with another fuel rod. Shorter fuel rod, and the shorter fuel rod
At the center of the fuel assembly, the upper end is higher than the other fuel rods.
Collectively arranged so as to be at a lower position, the upper part of the short fuel rod is used as a coolant flow path to the end of the other long fuel rod, and the core fuel of the fuel rod is used as an internal blanket fuel with a part in the axial direction A fuel assembly for a nuclear reactor, wherein the position of the internal blanket fuel is lower than the center in the axial direction of the reactor core.
【請求項2】炉心燃料の上下部に燃料増殖用のブランケ
ット領域を有する原子炉用燃料集合体において、燃料集
合体を構成する複数の燃料棒の内、一部の燃料棒を他の
燃料棒よりも短尺とし、その短尺とされた短尺燃料棒を
前記燃料集合体の中央部で前記他の燃料棒よりも上端が
低い位置となるように集合配置して前記短尺燃料棒の上
部は他の長尺燃料棒の端部まで冷却材の流路とし、前記
流路の周辺の燃料棒の軸方向上部ブランケット部に中性
子吸収体を含有することを特徴とする原子炉用燃料集合
体。
2. A fuel assembly for a nuclear reactor having a blanket region for fuel breeding in upper and lower portions of a core fuel, wherein some of the plurality of fuel rods constituting the fuel assembly are replaced with other fuel rods. Shorter fuel rod, and the shorter fuel rod
At the center of the fuel assembly, the upper end is higher than the other fuel rods.
Collectively arrange so that it is at a low position and above the short fuel rod
The part is a coolant flow path to the end of another long fuel rod,
A fuel assembly for a nuclear reactor, comprising a neutron absorber in an axially upper blanket portion of a fuel rod around a flow path .
【請求項3】炉心燃料の上下部に燃料増殖用のブランケ
ット領域を有する原子炉用燃料集合体において、燃料集
合体を構成する複数の燃料棒の内、一部の燃料棒を他の
燃料棒よりも短尺とし、その短尺とされた短尺燃料棒を
前記燃料集合体の中央部で前記他の燃料棒よりも上端が
低い位置となるように集合配置して前記短尺燃料棒の上
部は他の長尺燃料棒の端部まで冷却材の流路とし、前記
流路の途中に配置した中性子吸収体を前記燃料集合体の
上部遮蔽体に支持した支持棒により保持すると共に、
支持棒は燃料被覆管等の他の燃料構成材料より熱膨張
の大きい材料とすることを特徴とする原子炉用燃料集合
体。
3. A fuel assembly for a reactor having a blanket region for fuel breeding in upper and lower portions of a core fuel, wherein a part of the plurality of fuel rods constituting the fuel assembly is replaced with another fuel rod. Shorter fuel rod, and the shorter fuel rod
At the center of the fuel assembly, the upper end is higher than the other fuel rods.
Collectively arrange so that it is at a low position and above the short fuel rod
The part is a coolant flow path to the end of another long fuel rod,
The neutron absorber placed in the middle of the flow path is
Both when held by support rod which is supported on the upper shield, before
Serial support rod be a material having a large thermal expansion fuel assembly for a nuclear reactor, characterized in than other fuel constituent materials such as a fuel cladding tube.
【請求項4】請求項3の原子炉用燃料集合体において、
短尺燃料棒には金属のブランケット燃料とナトリウム
を、他の燃料棒には金属の炉心燃料とナトリウムを入
れ、前記短尺燃料棒のガスプレナムの上下長さを前記他
の燃料棒のガスプレナムの上下長さよりも短くしてある
ことを特徴とする原子炉用燃料集合体。
4. The fuel assembly for a nuclear reactor according to claim 3, wherein
Put the metal blanket fuel and sodium into the short fuel rods, and put the metal core fuel and sodium into the other fuel rods, and make the vertical length of the gas plenum of the short fuel rods longer than the vertical length of the gas plenum of the other fuel rods. A fuel assembly for a nuclear reactor, characterized in that the fuel assembly is also shortened.
【請求項5】炉心燃料の上下部に燃料増殖用のブランケ
ット領域を有する原子炉用燃料集合体において、燃料集
合体を構成する複数の燃料棒の内、一部の燃料棒を他の
燃料棒よりも短尺とし、その短尺とされた短尺燃料棒を
前記燃料集合体の中央部で前記他の燃料棒よりも上端が
低い位置となるように集合配置して前記短尺燃料棒の上
部は他の長尺燃料棒の端部まで冷却材の流路とし、前記
他の燃料棒の上下部に燃料増殖用のブランケット領域を
有し、その上部ブランケット燃料に隣接するラッパ管に
冷却材の連通孔をあけることを特徴とする原子炉用燃料
集合体。
5. A fuel assembly for a nuclear reactor having a blanket region for fuel breeding in upper and lower portions of a core fuel, wherein some of the plurality of fuel rods constituting the fuel assembly are replaced with other fuel rods. Shorter fuel rod, and the shorter fuel rod
At the center of the fuel assembly, the upper end is higher than the other fuel rods.
Collectively arrange so that it is at a low position and above the short fuel rod
The part is a coolant flow path to the end of another long fuel rod,
A fuel assembly for a nuclear reactor, comprising: a fuel breeding blanket region at upper and lower portions of another fuel rod; and a coolant communication hole formed in a wrapper tube adjacent to the upper blanket fuel.
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