JP3113028B2 - 原子炉用自己作動型出力制御装置 - Google Patents
原子炉用自己作動型出力制御装置Info
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- JP3113028B2 JP3113028B2 JP03358138A JP35813891A JP3113028B2 JP 3113028 B2 JP3113028 B2 JP 3113028B2 JP 03358138 A JP03358138 A JP 03358138A JP 35813891 A JP35813891 A JP 35813891A JP 3113028 B2 JP3113028 B2 JP 3113028B2
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- gas
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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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- Structure Of Emergency Protection For Nuclear Reactors (AREA)
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は炉心の出力規模に関係な
く、全ての液体金属冷却高速炉において炉心の温度変化
を感知して作動する原子炉用自己作動型出力制御装置に
関する。更に詳述すると、本発明は、例えば長期にわた
って高い信頼性を発揮するため、砂漠、離島、発展途上
国などの保守が容易にできないような環境に設置される
高速炉に適し、また船舶用、海上立地用、宇宙用などの
重力の方向と大きさが陸上と異なる環境に設置される超
小型高速炉にも利用できる原子炉用自己作動型出力制御
装置に関する。
く、全ての液体金属冷却高速炉において炉心の温度変化
を感知して作動する原子炉用自己作動型出力制御装置に
関する。更に詳述すると、本発明は、例えば長期にわた
って高い信頼性を発揮するため、砂漠、離島、発展途上
国などの保守が容易にできないような環境に設置される
高速炉に適し、また船舶用、海上立地用、宇宙用などの
重力の方向と大きさが陸上と異なる環境に設置される超
小型高速炉にも利用できる原子炉用自己作動型出力制御
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】炉心の温度上昇を感知して作動する従来
の自己作動型出力制御装置としては、例えばガス膨張モ
ジュールが考えられる。このガス膨張モジュールは、炉
心内に下端を解放した管を挿入し、管内の上部にガス領
域を、下部に冷却材（ナトリウム）領域を設ける構造
で、炉心の温度上昇の際に管内のガスが膨張することを
利用して原子炉出力を制御する方式である。
の自己作動型出力制御装置としては、例えばガス膨張モ
ジュールが考えられる。このガス膨張モジュールは、炉
心内に下端を解放した管を挿入し、管内の上部にガス領
域を、下部に冷却材（ナトリウム）領域を設ける構造
で、炉心の温度上昇の際に管内のガスが膨張することを
利用して原子炉出力を制御する方式である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ガス膨張モジュールの場合、炉心内の局所ボイド係数が
負の領域にしか設定できないため、炉心が大型化するに
つれて設置できる領域が限定され、出力制御が難しくな
るという問題を有する。即ち、超小型炉心では炉心全領
域にわたりボイド係数が負のため、ガス膨張モジュール
をどこにでも設置可能だが、やや大きな炉心の中心領域
はボイド係数が正となるため従来のガス膨張モジュール
は設置できない。このやや大きな炉心の場合、炉心周辺
部の領域はボイド係数が負のため、従来のガス膨張モジ
ュールでも設置可能だが、この領域はもともと温度上昇
幅が小さくしかもインポータンスが低いため、多数のガ
ス膨張モジュールを設置しない限り出力制御が難しい。
また、従来のガス膨張モジュールでは原子炉の運転にと
もない冷却材に混入する気泡が管内に蓄積し炉心の反応
度に影響を及ぼすため、これを防ぐ対策が必要である。
更に、モジュールの管の下端が炉心内に開放されている
ため、１次主循環ポンプの脈動によって管内のナトリウ
ム液面が振動し、炉心の出力変動をひきおこす恐れがあ
るし、船舶用などの高速炉に装備した場合、横転・倒立
時には管内のガスが抜け、正の反応度が投入されて出力
が増加するといった問題を有している。
ガス膨張モジュールの場合、炉心内の局所ボイド係数が
負の領域にしか設定できないため、炉心が大型化するに
つれて設置できる領域が限定され、出力制御が難しくな
るという問題を有する。即ち、超小型炉心では炉心全領
域にわたりボイド係数が負のため、ガス膨張モジュール
をどこにでも設置可能だが、やや大きな炉心の中心領域
はボイド係数が正となるため従来のガス膨張モジュール
は設置できない。このやや大きな炉心の場合、炉心周辺
部の領域はボイド係数が負のため、従来のガス膨張モジ
ュールでも設置可能だが、この領域はもともと温度上昇
幅が小さくしかもインポータンスが低いため、多数のガ
ス膨張モジュールを設置しない限り出力制御が難しい。
また、従来のガス膨張モジュールでは原子炉の運転にと
もない冷却材に混入する気泡が管内に蓄積し炉心の反応
度に影響を及ぼすため、これを防ぐ対策が必要である。
更に、モジュールの管の下端が炉心内に開放されている
ため、１次主循環ポンプの脈動によって管内のナトリウ
ム液面が振動し、炉心の出力変動をひきおこす恐れがあ
るし、船舶用などの高速炉に装備した場合、横転・倒立
時には管内のガスが抜け、正の反応度が投入されて出力
が増加するといった問題を有している。
【０００４】本発明は、炉心の出力規模にかかわらず
かつ炉心のどの領域にも設置でき、保守が不要で、長
期にわたって高い信頼性を発揮し、１次主循環ポンプ
の脈動による炉心の出力変動の問題がなく、重力の方
向および大きさに無関係に確実に作動することが可能な
自己作動型出力制御装置を提供することを目的とする。
かつ炉心のどの領域にも設置でき、保守が不要で、長
期にわたって高い信頼性を発揮し、１次主循環ポンプ
の脈動による炉心の出力変動の問題がなく、重力の方
向および大きさに無関係に確実に作動することが可能な
自己作動型出力制御装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、本発明の原子炉用自己作動型出力制御装置は、炉心
内に挿入した両端を閉じた管内の上部に液体ポイズンを
充填した領域を、下部に封入ガスを充填した領域を設
け、管内の液体ポイズンと封入ガスとの界面が、想定さ
れる最大加速度に対して維持されるような一定値以下の
内径の管を選定した構造のリチウム膨張モジュール（Li
thium Expansion Module）としている。
め、本発明の原子炉用自己作動型出力制御装置は、炉心
内に挿入した両端を閉じた管内の上部に液体ポイズンを
充填した領域を、下部に封入ガスを充填した領域を設
け、管内の液体ポイズンと封入ガスとの界面が、想定さ
れる最大加速度に対して維持されるような一定値以下の
内径の管を選定した構造のリチウム膨張モジュール（Li
thium Expansion Module）としている。
【０００６】
【作用】したがって、炉心出口温度が上昇すると液体ポ
イズンが膨張し封入ガス領域に移動する。液体ポイズン
は非圧縮性のため、封入ガスの圧力にかかわらず膨張す
れば封入ガス領域に移動する。定格運転時の液体ポイズ
ンは、炉心燃料の中心から離れたレベルに位置する。し
かし、炉心出口温度が上昇した後は、液体ポイズンが炉
心燃料の中心レベルに接近するため、反応度が低下す
る。逆に炉心出口温度が低下すると、液体ポイズンが収
縮し炉心燃料の中心から離れたレベルに移動するため、
反応度が上昇する。
イズンが膨張し封入ガス領域に移動する。液体ポイズン
は非圧縮性のため、封入ガスの圧力にかかわらず膨張す
れば封入ガス領域に移動する。定格運転時の液体ポイズ
ンは、炉心燃料の中心から離れたレベルに位置する。し
かし、炉心出口温度が上昇した後は、液体ポイズンが炉
心燃料の中心レベルに接近するため、反応度が低下す
る。逆に炉心出口温度が低下すると、液体ポイズンが収
縮し炉心燃料の中心から離れたレベルに移動するため、
反応度が上昇する。
【０００７】以上の作用により、リチウム膨脹モジュー
ルが有する反応度価値の範囲内で、炉心温度変動が一定
値以内に自動的に制御される。
ルが有する反応度価値の範囲内で、炉心温度変動が一定
値以内に自動的に制御される。
【０００８】また、炉心の燃焼欠損がさらに進み、リチ
ウム膨脹モジュールが有する反応度価値の範囲を越えた
場合には、制御棒を粗調整して燃焼欠損を補償する。こ
の操作によってリチウム膨脹モジュールは再びその性能
を発揮できる。
ウム膨脹モジュールが有する反応度価値の範囲を越えた
場合には、制御棒を粗調整して燃焼欠損を補償する。こ
の操作によってリチウム膨脹モジュールは再びその性能
を発揮できる。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の構成を図面に示す実施例に基
づいて詳細に説明する。
づいて詳細に説明する。
【００１０】図１に本発明の原子炉用自己作動型出力制
御装置をリチウム膨張モジュールとして実施した実施例
を示す。リチウム膨脹モジュールは、両端を端栓５，６
で密封した封入管１の中に液体ポイズン２を充填した領
域（以下符号２は液体ポイズン若しくはそれが充填され
た領域のいずれかを示す）と、封入ガス３を充填した領
域（以下符号３は封入ガス若しくはそれが充填された領
域のいずれかを示す）および空隙４を設けている。液体
ポイズン領域２は封入ガス領域３の上に形成され、それ
らの間に界面７が構成されている。
御装置をリチウム膨張モジュールとして実施した実施例
を示す。リチウム膨脹モジュールは、両端を端栓５，６
で密封した封入管１の中に液体ポイズン２を充填した領
域（以下符号２は液体ポイズン若しくはそれが充填され
た領域のいずれかを示す）と、封入ガス３を充填した領
域（以下符号３は封入ガス若しくはそれが充填された領
域のいずれかを示す）および空隙４を設けている。液体
ポイズン領域２は封入ガス領域３の上に形成され、それ
らの間に界面７が構成されている。
【００１１】液体ポイズン２としてはリチウム−６（以
下Ｌｉ6 と記す）を用いる。Ｌｉ6 はＬｉ7 中の天然存
在比が７．４２％で、実際はこれを濃縮したものを用い
る。Ｌｉ6 の濃縮度を高めるほど反応度価値を高くでき
るが、コスト高となる。
下Ｌｉ6 と記す）を用いる。Ｌｉ6 はＬｉ7 中の天然存
在比が７．４２％で、実際はこれを濃縮したものを用い
る。Ｌｉ6 の濃縮度を高めるほど反応度価値を高くでき
るが、コスト高となる。
【００１２】封入ガス３としてはアルゴン、ヘリウムな
どの不活性ガスを室温にて数１０ｋｇ／ｃｍ2 程度に加
圧して封入する。
どの不活性ガスを室温にて数１０ｋｇ／ｃｍ2 程度に加
圧して封入する。
【００１３】空隙４はＬｉ6 が溶解する際の体積膨脹を
許容するために設けたもので、容積はＬｉ6 の容量の約
３％とし、真空または低圧の不活性ガス雰囲気とする。
許容するために設けたもので、容積はＬｉ6 の容量の約
３％とし、真空または低圧の不活性ガス雰囲気とする。
【００１４】封入管１は、液体ポイズン領域２を太く、
封入ガス領域３を細くすると、封入ガス領域３における
液体ポイズンと封入ガスとの界面７の移動量を増大させ
ることができて好ましい。但し、炉心内の配置を考える
と両者の直径が余り違うことは却って不都合である。
封入ガス領域３を細くすると、封入ガス領域３における
液体ポイズンと封入ガスとの界面７の移動量を増大させ
ることができて好ましい。但し、炉心内の配置を考える
と両者の直径が余り違うことは却って不都合である。
【００１５】ここで、封入管１は、管内の液体ポイズン
２と封入ガス３との界面７が、想定される最大加速度に
対して維持されるような一定値以下の内径とする必要が
ある。一般に鉛直に立てた管内の上部に液体を下部に気
体を封入した場合、管の内径が一定値以下であれば液体
と気体の界面は保持されるが、管の内径が一定値を越え
ると液体は管の下部に移動する。これは気液界面に作用
する表面張力が気泡を保持する力よりも、気泡に作用す
る浮力の方が大きくなり、上記界面が破壊され、気泡が
管内を上昇するためである。この関係を更に図２に示す
原理図に基づいて説明する。図２には、鉛直に立てた管
１０１内の上部に液体１０２を、下部に気体１０３を封
入した場合の表面張力が気泡１０４を保持する力：Ｓ
と、気泡１０４に作用する浮力：Ｂの釣合い関係を示
す。図２においてＳとＢは各々次式で表される。ただ
し、この図において気液界面の形状は近似的に半球と仮
定した。
２と封入ガス３との界面７が、想定される最大加速度に
対して維持されるような一定値以下の内径とする必要が
ある。一般に鉛直に立てた管内の上部に液体を下部に気
体を封入した場合、管の内径が一定値以下であれば液体
と気体の界面は保持されるが、管の内径が一定値を越え
ると液体は管の下部に移動する。これは気液界面に作用
する表面張力が気泡を保持する力よりも、気泡に作用す
る浮力の方が大きくなり、上記界面が破壊され、気泡が
管内を上昇するためである。この関係を更に図２に示す
原理図に基づいて説明する。図２には、鉛直に立てた管
１０１内の上部に液体１０２を、下部に気体１０３を封
入した場合の表面張力が気泡１０４を保持する力：Ｓ
と、気泡１０４に作用する浮力：Ｂの釣合い関係を示
す。図２においてＳとＢは各々次式で表される。ただ
し、この図において気液界面の形状は近似的に半球と仮
定した。
【００１６】気泡を保持する力： Ｓ＝πＤσ 気泡に作用する浮力：Ｂ＝２／３πＲ3 γｎ＝１／１２
πＤ3 γｎ 但し、 π：円周率 Ｄ：管内径（直径） Ｒ：管内径（半径） σ：気液界面の表面張力 γ：液体の比重量 ｎ：想定最大加速度／重力加速度 である。
πＤ3 γｎ 但し、 π：円周率 Ｄ：管内径（直径） Ｒ：管内径（半径） σ：気液界面の表面張力 γ：液体の比重量 ｎ：想定最大加速度／重力加速度 である。
【００１７】上式より求めた封入管１の内径最大値の算
出根拠を表１に示す。
出根拠を表１に示す。
【００１８】
【表１】 この表には参考までに水の場合の計算結果も示す。水に
比べてリチウムは表面張力が大きく比重量が小さいた
め、管内径を大きくしても気液界面が保持し易い。陸上
用プラントの想定最大加速度は、立地条件や免震条件、
建物及び原子炉構造に依存するが、ここでは代表的な一
例を示した（地震により炉心が受ける加速度を１ｇと見
積り、地球上の重力加速度１ｇを加えて、合計２ｇとな
る）。また船舶用プラントの想定最大加速度は、ある原
子力船の値を示した。実用上の管内径最大値を計算値の
１／２とした理由は、気液界面の表面張力が厳密には管
内面の表面状態に依存すること、および気液界面の形状
を近似的に半球と仮定したことより、これらの誤差を考
慮したためである。なお、万一想定最大加速度を上回る
加速度が作用して、リチウムがすべて封入管下部に移動
した場合には、炉心に負の反応度が投入され、原子炉出
力は低下する。
比べてリチウムは表面張力が大きく比重量が小さいた
め、管内径を大きくしても気液界面が保持し易い。陸上
用プラントの想定最大加速度は、立地条件や免震条件、
建物及び原子炉構造に依存するが、ここでは代表的な一
例を示した（地震により炉心が受ける加速度を１ｇと見
積り、地球上の重力加速度１ｇを加えて、合計２ｇとな
る）。また船舶用プラントの想定最大加速度は、ある原
子力船の値を示した。実用上の管内径最大値を計算値の
１／２とした理由は、気液界面の表面張力が厳密には管
内面の表面状態に依存すること、および気液界面の形状
を近似的に半球と仮定したことより、これらの誤差を考
慮したためである。なお、万一想定最大加速度を上回る
加速度が作用して、リチウムがすべて封入管下部に移動
した場合には、炉心に負の反応度が投入され、原子炉出
力は低下する。
【００１９】また、封入管１の材質は、Ｌｉ6 および原
子炉の冷却材と共存性があり、かつ設置する炉心部分の
最高温度に耐えられる必要がある。すなわち、ナトリウ
ム冷却炉で冷却材局所最高温度が６００℃程度の場合に
は例えばステンレス鋼、リチウム冷却炉で冷却材局所最
高温度が１２００℃程度の場合には例えばモリブデン・
レニウム（Ｍｏ−Ｒｅ）系合金またはニオブ・ジルコニ
ウム（Ｎｂ−Ｚｒ）系合金などの使用が適する。
子炉の冷却材と共存性があり、かつ設置する炉心部分の
最高温度に耐えられる必要がある。すなわち、ナトリウ
ム冷却炉で冷却材局所最高温度が６００℃程度の場合に
は例えばステンレス鋼、リチウム冷却炉で冷却材局所最
高温度が１２００℃程度の場合には例えばモリブデン・
レニウム（Ｍｏ−Ｒｅ）系合金またはニオブ・ジルコニ
ウム（Ｎｂ−Ｚｒ）系合金などの使用が適する。
【００２０】以上のように構成されたリチウム膨張モジ
ュールの炉心内における設定位置の一例および作動原理
を図３に示す。
ュールの炉心内における設定位置の一例および作動原理
を図３に示す。
【００２１】本実施例のリチウム膨張モジュールは平面
的には炉心のどの位置でも可能だが、炉心中心に近いほ
ど反応度価値を高くできる。また、設置レベルとして
は、定格運転時（図３の（Ｂ）参照）には封入ガス３と
液体ポイズン２の界面７を炉心領域８の中心よりも高い
レベルとし、かつ液体ポイズン領域２がそれより上（炉
心出口側）のレベルとなるように配置する。ここで、符
号９は燃料ピンないし燃料集合体の軸ブランケット・遮
蔽体領域を、１０は軸ブランケット・遮蔽体・ガスプレ
ナム領域を示す。
的には炉心のどの位置でも可能だが、炉心中心に近いほ
ど反応度価値を高くできる。また、設置レベルとして
は、定格運転時（図３の（Ｂ）参照）には封入ガス３と
液体ポイズン２の界面７を炉心領域８の中心よりも高い
レベルとし、かつ液体ポイズン領域２がそれより上（炉
心出口側）のレベルとなるように配置する。ここで、符
号９は燃料ピンないし燃料集合体の軸ブランケット・遮
蔽体領域を、１０は軸ブランケット・遮蔽体・ガスプレ
ナム領域を示す。
【００２２】したがって、炉心領域１０の上の炉心出口
温度が定格値より上昇すると、封入管１内の液体ポイズ
ン２が膨張し、界面７を押し下げて封入ガス領域３内に
移動し炉心燃料の中心レベルに接近するため（図３の
（Ｃ）参照）、反応度が低下する。因みに、燃料交換時
における封入ガス３と液体ポイズン２との界面７の位置
は図３の（Ａ）に示すように炉心領域８よりも上（炉心
出口側）のレベルとし、炉心領域８の全域に封入ガス領
域３が位置するように設けられている。また、ガス封入
領域３と液体ポイズン領域２との界面７が定格運転時に
炉心領域８に位置することは重要である。もし、界面７
が炉心領域８より上に位置すると、炉心の温度上昇によ
って界面７が炉心領域８内に下降してくるまでは制御能
力を生じない。また炉心領域８内であっても、その上端
付近に界面７がある場合は制御能力が小さい。一方、定
格時の界面７が炉心領域８より下に位置する場合には、
炉心の温度上昇で更に界面７が下降しても反応度は下が
らない（制御能力を有しない）。逆に炉心温度が下がる
と界面７が上昇し、炉心の反応度が増加することにな
る。よって、このような界面７の設定は避けなければな
らない。
温度が定格値より上昇すると、封入管１内の液体ポイズ
ン２が膨張し、界面７を押し下げて封入ガス領域３内に
移動し炉心燃料の中心レベルに接近するため（図３の
（Ｃ）参照）、反応度が低下する。因みに、燃料交換時
における封入ガス３と液体ポイズン２との界面７の位置
は図３の（Ａ）に示すように炉心領域８よりも上（炉心
出口側）のレベルとし、炉心領域８の全域に封入ガス領
域３が位置するように設けられている。また、ガス封入
領域３と液体ポイズン領域２との界面７が定格運転時に
炉心領域８に位置することは重要である。もし、界面７
が炉心領域８より上に位置すると、炉心の温度上昇によ
って界面７が炉心領域８内に下降してくるまでは制御能
力を生じない。また炉心領域８内であっても、その上端
付近に界面７がある場合は制御能力が小さい。一方、定
格時の界面７が炉心領域８より下に位置する場合には、
炉心の温度上昇で更に界面７が下降しても反応度は下が
らない（制御能力を有しない）。逆に炉心温度が下がる
と界面７が上昇し、炉心の反応度が増加することにな
る。よって、このような界面７の設定は避けなければな
らない。
【００２３】更に、本発明のリチウム膨張モジュールを
ダクトレス集合体より構成される金属燃料の超小型炉心
に採用した実施例を以下に示す。
ダクトレス集合体より構成される金属燃料の超小型炉心
に採用した実施例を以下に示す。
【００２４】このリチウム膨張モジュールの場合、Ｌｉ
6 を封入する液体ポイズン領域２部分の管内径を例えば
５０ｍｍφ、長さを１４０ｃｍとし、封入ガス領域３の
管内径を２０ｍｍφとすると、炉心出口温度が１００℃
上昇した場合のＬｉ6 と封入ガスの界面７の移動量は約
１４ｃｍである。尚、封入管１の上端の空隙部４は高さ
４ｃｍとする。
6 を封入する液体ポイズン領域２部分の管内径を例えば
５０ｍｍφ、長さを１４０ｃｍとし、封入ガス領域３の
管内径を２０ｍｍφとすると、炉心出口温度が１００℃
上昇した場合のＬｉ6 と封入ガスの界面７の移動量は約
１４ｃｍである。尚、封入管１の上端の空隙部４は高さ
４ｃｍとする。
【００２５】封入ガス３の圧力は室温にて２０ｋｇ／ｃ
ｍ2 とした。封入ガス圧力を高める理由は、Ｌｉ6 が
（ｎ，α）反応により発生するヘリウム・ガスによる反
応度価値の低下を抑制するためである。発生したヘリウ
ム・ガスは微細な気泡となってＬｉ6 の中に滞留すると
考えられる。封入ガス圧力を上記条件とすれば発生する
ヘリウム・ガスの体積は、Ｌｉ6 の濃縮度および中性子
照射量に依存するが、濃縮度が数１０％の場合、燃焼末
期、運転温度条件にて、Ｌｉ6 の容量の数％程度と見積
られる。従ってヘリウム・ガスの発生がリチウム膨脹モ
ジュールの性能におよぼす影響は、実用上許容できる範
囲である。なお、封入管１の肉厚を１ｍｍとすれば上述
の封入ガス圧力の場合、運転温度条件における封入管１
の応力は１５ｋｇ／ｍｍ2 となり、燃料被覆管のそれと
同程度である。
ｍ2 とした。封入ガス圧力を高める理由は、Ｌｉ6 が
（ｎ，α）反応により発生するヘリウム・ガスによる反
応度価値の低下を抑制するためである。発生したヘリウ
ム・ガスは微細な気泡となってＬｉ6 の中に滞留すると
考えられる。封入ガス圧力を上記条件とすれば発生する
ヘリウム・ガスの体積は、Ｌｉ6 の濃縮度および中性子
照射量に依存するが、濃縮度が数１０％の場合、燃焼末
期、運転温度条件にて、Ｌｉ6 の容量の数％程度と見積
られる。従ってヘリウム・ガスの発生がリチウム膨脹モ
ジュールの性能におよぼす影響は、実用上許容できる範
囲である。なお、封入管１の肉厚を１ｍｍとすれば上述
の封入ガス圧力の場合、運転温度条件における封入管１
の応力は１５ｋｇ／ｍｍ2 となり、燃料被覆管のそれと
同程度である。
【００２６】この構成のリチウム膨張モジュールの場
合、図４に示すように、他のダクトレス集合体と同様の
ダクト１１の中に７本収容することができる。このダク
ト１１を炉心中心に１体設置すれば、炉心寸法およびＬ
ｉ6 の濃縮度にも依存するが、数１０¢程度以上の反応
度価値を持つことが可能である。したがって、ベースロ
ード電源用高速炉にこのようなリチウム膨脹モジュール
を備えれば、制御棒操作としては炉心の燃焼反応度欠損
を補償する粗調整操作のみ必要で、出力調整のための制
御棒の微調整は不要となることが可能である。
合、図４に示すように、他のダクトレス集合体と同様の
ダクト１１の中に７本収容することができる。このダク
ト１１を炉心中心に１体設置すれば、炉心寸法およびＬ
ｉ6 の濃縮度にも依存するが、数１０¢程度以上の反応
度価値を持つことが可能である。したがって、ベースロ
ード電源用高速炉にこのようなリチウム膨脹モジュール
を備えれば、制御棒操作としては炉心の燃焼反応度欠損
を補償する粗調整操作のみ必要で、出力調整のための制
御棒の微調整は不要となることが可能である。
【００２７】尚、超小型炉心においては、ダクトレス集
合体を用いずに全ての燃料ピンを一つにまとめた一体型
燃料集合体も考えられている。この場合には炉心中心付
近の数本の燃料ピンの代わりにリチウム膨脹モジュール
を設置すればよい。
合体を用いずに全ての燃料ピンを一つにまとめた一体型
燃料集合体も考えられている。この場合には炉心中心付
近の数本の燃料ピンの代わりにリチウム膨脹モジュール
を設置すればよい。
【００２８】以上のように構成されるリチウム膨脹モジ
ュールは、例えば図５に示すようにして製作される。
ュールは、例えば図５に示すようにして製作される。
【００２９】まず、封入管１を倒立させてその下端即ち
空隙となる領域に仮の栓１２をして、液体ポイズン領域
２に不活性ガス中でＬｉ6 を注入し凝固させる。Ｌｉ6
の融点は１８１℃である。次に、封入ガス領域３に加圧
した不活性ガス（室温にて数１０ｋｇ／ｃｍ2 程度）を
封入し、端栓５を溶接する。封入管１を元に戻してか
ら、その後空隙部分４の仮の栓１２を除去し、真空また
は低圧の不活性ガス雰囲気にて端栓６を溶接する。そし
て、必要に応じてダクトレス集合体と同様のダクト１１
に封入管１，…，１を組み込む。
空隙となる領域に仮の栓１２をして、液体ポイズン領域
２に不活性ガス中でＬｉ6 を注入し凝固させる。Ｌｉ6
の融点は１８１℃である。次に、封入ガス領域３に加圧
した不活性ガス（室温にて数１０ｋｇ／ｃｍ2 程度）を
封入し、端栓５を溶接する。封入管１を元に戻してか
ら、その後空隙部分４の仮の栓１２を除去し、真空また
は低圧の不活性ガス雰囲気にて端栓６を溶接する。そし
て、必要に応じてダクトレス集合体と同様のダクト１１
に封入管１，…，１を組み込む。
【００３０】
【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
の原子炉用自己作動型出力制御装置は、炉心内に挿入し
た両端を閉じた管内の上部に液体ポイズン領域を、下部
に封入ガス領域を設け、管内の液体ポイズンと封入ガス
との界面が、想定される最大加速度に対して維持される
ような一定値以下の内径の管を設けて封入ガス領域を炉
心領域に位置するようにしたもので、炉心出口温度の上
昇によって液体ポイズンが膨張すると、これが下部のガ
ス領域に移動することによって原子炉出力を制御する。
即ち、炉心出口温度が上昇すると、液体ポイズンが膨張
し封入ガス領域に移動して炉心燃料の中心レベルに接近
するため、反応度が低下する。逆に炉心出口温度が低下
すると、液体ポイズンが収縮し炉心燃料の中心から離れ
たレベルに移動するため、反応度が上昇する。したがっ
て、リチウム膨脹モジュールが有する反応度価値の範囲
内で、炉心温度変動が一定値以内に自動的に制御され
る。
の原子炉用自己作動型出力制御装置は、炉心内に挿入し
た両端を閉じた管内の上部に液体ポイズン領域を、下部
に封入ガス領域を設け、管内の液体ポイズンと封入ガス
との界面が、想定される最大加速度に対して維持される
ような一定値以下の内径の管を設けて封入ガス領域を炉
心領域に位置するようにしたもので、炉心出口温度の上
昇によって液体ポイズンが膨張すると、これが下部のガ
ス領域に移動することによって原子炉出力を制御する。
即ち、炉心出口温度が上昇すると、液体ポイズンが膨張
し封入ガス領域に移動して炉心燃料の中心レベルに接近
するため、反応度が低下する。逆に炉心出口温度が低下
すると、液体ポイズンが収縮し炉心燃料の中心から離れ
たレベルに移動するため、反応度が上昇する。したがっ
て、リチウム膨脹モジュールが有する反応度価値の範囲
内で、炉心温度変動が一定値以内に自動的に制御され
る。
【００３１】また、本発明の自己作動型出力制御装置・
リチウム膨張モジュールは、常温では封入されたＬｉ6
が凝固しているため、運搬およびナトリウム注入前の初
装荷炉心への設置の際の振動・衝撃に対しては何ら問題
がない。ただし、ナトリウム冷却炉において燃料交換中
の炉心へ設置する場合には、冷却材温度は２００℃程度
であり、封入管内のＬｉ6 は炉内で直ちに溶解するた
め、想定最大加速度を上回る衝撃を与えないように配慮
する必要がある。更に、このリチウム膨張モジュールは
可動機器を有しないため、長期にわたって高い信頼性を
発揮し保守が不要である。経年変化としては、Ｌｉ6 が
（ｎ，α）反応により発生するヘリウム・ガスによる反
応度価値の低下が考えられるが、封入ガス圧力を高めれ
ばその影響は実用上許容できる範囲である。必要に応じ
て燃料交換の際にリチウム膨張モジュールを交換するこ
とは容易である。
リチウム膨張モジュールは、常温では封入されたＬｉ6
が凝固しているため、運搬およびナトリウム注入前の初
装荷炉心への設置の際の振動・衝撃に対しては何ら問題
がない。ただし、ナトリウム冷却炉において燃料交換中
の炉心へ設置する場合には、冷却材温度は２００℃程度
であり、封入管内のＬｉ6 は炉内で直ちに溶解するた
め、想定最大加速度を上回る衝撃を与えないように配慮
する必要がある。更に、このリチウム膨張モジュールは
可動機器を有しないため、長期にわたって高い信頼性を
発揮し保守が不要である。経年変化としては、Ｌｉ6 が
（ｎ，α）反応により発生するヘリウム・ガスによる反
応度価値の低下が考えられるが、封入ガス圧力を高めれ
ばその影響は実用上許容できる範囲である。必要に応じ
て燃料交換の際にリチウム膨張モジュールを交換するこ
とは容易である。
【００３２】本発明のリチウム膨脹モジュールの性能
を、従来のガス膨脹モジュールと比較した結果を表２に
示す。
を、従来のガス膨脹モジュールと比較した結果を表２に
示す。
【００３３】
【表２】 したがって、ベースロード電源用高速炉に採用した場
合、制御棒の微調整操作が不要となり運転が簡素化でき
るし、長期にわたり高い信頼性を発揮し保守が不要であ
る。
合、制御棒の微調整操作が不要となり運転が簡素化でき
るし、長期にわたり高い信頼性を発揮し保守が不要であ
る。
【図１】本発明の原子炉用自己作動型出力制御装置をリ
チウム膨脹モジュールとして実施した一例を示す中央縦
断面図である。
チウム膨脹モジュールとして実施した一例を示す中央縦
断面図である。
【図２】鉛直管内の気液界面における表面張力と浮力の
釣合を示す説明図である。
釣合を示す説明図である。
【図３】本発明のリチウム膨脹モジュールを液体金属冷
却高速炉の炉心に設置した一例を示す説明図で、（Ａ）
は燃料交換時、（Ｂ）は定格運転時、（Ｃ）は炉心出口
温度上昇時を示す。
却高速炉の炉心に設置した一例を示す説明図で、（Ａ）
は燃料交換時、（Ｂ）は定格運転時、（Ｃ）は炉心出口
温度上昇時を示す。
【図４】本発明のリチウム膨脹モジュールをダクトレス
集合体と同様のダクトの中に組み込んだ実施例を示す中
央縦断面図である。
集合体と同様のダクトの中に組み込んだ実施例を示す中
央縦断面図である。
【図５】本発明のリチウム膨脹モジュールの製作方法を
示す工程図で、（Ａ）はリチウム注入、（Ｂ）は不活性
ガス封入・端栓溶接、（Ｃ）は端栓溶接、（Ｄ）はダク
トに組み込み状態を示す。
示す工程図で、（Ａ）はリチウム注入、（Ｂ）は不活性
ガス封入・端栓溶接、（Ｃ）は端栓溶接、（Ｄ）はダク
トに組み込み状態を示す。
【符号の説明】 １ 封入管 ２ 液体ポイズンを充填した領域 ３ 封入ガスを充填した領域 ５ 端栓 ６ 端栓 ７ 界面
Claims (1)
- 【請求項１】 炉心の温度変化を感知して作動する原子
炉用自己作動型出力制御装置において、炉心内に挿入し
た両端を閉じた管内の上部に液体ポイズン領域を、下部
に封入ガス領域を設け、管内の液体ポイズンと封入ガス
との界面が、想定される最大加速度に対して維持される
ような一定値以下の内径の管を設定し、かつ前記封入ガ
ス領域を炉心領域に設置し、炉心出口温度の上昇によっ
て液体ポイズンが膨張すると、これが下部のガス領域に
移動することによって原子炉出力を制御することを特徴
とする原子炉用自己作動型出力制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03358138A JP3113028B2 (ja) | 1991-12-27 | 1991-12-27 | 原子炉用自己作動型出力制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03358138A JP3113028B2 (ja) | 1991-12-27 | 1991-12-27 | 原子炉用自己作動型出力制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05180972A JPH05180972A (ja) | 1993-07-23 |
| JP3113028B2 true JP3113028B2 (ja) | 2000-11-27 |
Family
ID=18457742
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03358138A Expired - Fee Related JP3113028B2 (ja) | 1991-12-27 | 1991-12-27 | 原子炉用自己作動型出力制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3113028B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3221989B2 (ja) * | 1993-09-08 | 2001-10-22 | 株式会社東芝 | 高速炉炉心 |
| CN103971760A (zh) * | 2014-05-06 | 2014-08-06 | 中科华核电技术研究院有限公司 | 控制棒包壳管、控制棒组件及控制棒缓冲结构 |
-
1991
- 1991-12-27 JP JP03358138A patent/JP3113028B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05180972A (ja) | 1993-07-23 |
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