JP3434790B2 - 高速炉用非均質燃料集合体 - Google Patents
高速炉用非均質燃料集合体Info
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- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高速炉の炉心で用
いられる燃料集合体に関し、さらに詳しくは、Ｕ−Ｐｕ
混合燃料（ウラン−プルトニウム混合燃料）を充填した
炉心燃料要素と劣化ウラン燃料を充填したブランケット
燃料要素とを１本の燃料集合体内部に配列せしめた新規
な高速炉用非均質燃料集合体に関するものである。
いられる燃料集合体に関し、さらに詳しくは、Ｕ−Ｐｕ
混合燃料（ウラン−プルトニウム混合燃料）を充填した
炉心燃料要素と劣化ウラン燃料を充填したブランケット
燃料要素とを１本の燃料集合体内部に配列せしめた新規
な高速炉用非均質燃料集合体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】高速炉は、高速中性子による核分裂連鎖
反応を利用し液体ナトリウム冷却材を用いて運転する原
子炉であり、一般に炉心燃料として高Ｐｕ冨化度のＵ−
Ｐｕ混合燃料を使用して燃焼させ、高速中性子の一部を
劣化ウラン燃料からなるブランケット燃料に吸収させて
核分裂性のＰｕ−２３９に転換できるため、増殖炉とな
り得るものである。
反応を利用し液体ナトリウム冷却材を用いて運転する原
子炉であり、一般に炉心燃料として高Ｐｕ冨化度のＵ−
Ｐｕ混合燃料を使用して燃焼させ、高速中性子の一部を
劣化ウラン燃料からなるブランケット燃料に吸収させて
核分裂性のＰｕ−２３９に転換できるため、増殖炉とな
り得るものである。
【０００３】高速炉の炉心は、Ｕ−Ｐｕ混合燃料を充填
した炉心燃料要素をラッパ管内に配列してなる炉心燃料
集合体と、劣化ウラン燃料を充填したブランケット燃料
要素をラッパ管内に配列してなるブランケット燃料集合
体とを組み合わせ配置して構成されており、その配置の
しかたによって、図９に例示したような均質炉心配置
や、図１０に例示したような径方向非均質炉心配置など
が提案されている。
した炉心燃料要素をラッパ管内に配列してなる炉心燃料
集合体と、劣化ウラン燃料を充填したブランケット燃料
要素をラッパ管内に配列してなるブランケット燃料集合
体とを組み合わせ配置して構成されており、その配置の
しかたによって、図９に例示したような均質炉心配置
や、図１０に例示したような径方向非均質炉心配置など
が提案されている。
【０００４】図９に示した均質炉心配置は、炉心燃料集
合体を中央部に配列し、その外周を取り囲むようにして
ブランケット燃料集合体を配列したものであるが、軸方
向上下および径方向のブランケット燃料のみでは増殖性
が不足すること、さらには、大型炉心では炉心部ナトリ
ウムボイド反応度が大きな正の値となり、これを避ける
ために炉心を扁平な形状とする必要があり、結果として
炉心径が過大となること、といった問題がある。
合体を中央部に配列し、その外周を取り囲むようにして
ブランケット燃料集合体を配列したものであるが、軸方
向上下および径方向のブランケット燃料のみでは増殖性
が不足すること、さらには、大型炉心では炉心部ナトリ
ウムボイド反応度が大きな正の値となり、これを避ける
ために炉心を扁平な形状とする必要があり、結果として
炉心径が過大となること、といった問題がある。
【０００５】一方、図１０に示した径方向非均質炉心配
置は、高増殖性を満足するために考えられたものであ
り、炉心燃料集合体を配列した内部領域に同心円状にブ
ランケット燃料集合体が混在されている。かような径方
向非均質炉心配置の利点としては、増殖性を向上できる
こと、炉心部ナトリウムボイド反応度を低減できるこ
と、燃料構造材に対する高速中性子照射量を低減できる
こと等が挙げられる。
置は、高増殖性を満足するために考えられたものであ
り、炉心燃料集合体を配列した内部領域に同心円状にブ
ランケット燃料集合体が混在されている。かような径方
向非均質炉心配置の利点としては、増殖性を向上できる
こと、炉心部ナトリウムボイド反応度を低減できるこ
と、燃料構造材に対する高速中性子照射量を低減できる
こと等が挙げられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、径方向
非均質炉心配置には、以下のような欠点もある。すなわ
ち、Ｕ−Ｐｕ混合燃料を充填した炉心燃料要素からなる
炉心燃料集合体と、劣化ウラン燃料を充填したブランケ
ット燃料要素からなるブランケット燃料集合体の２種類
の燃料集合体を組み合わせて炉心配置を考えなければな
らないため、制御棒等を含めた炉心配置にはあまり大き
な自由度がない。
非均質炉心配置には、以下のような欠点もある。すなわ
ち、Ｕ−Ｐｕ混合燃料を充填した炉心燃料要素からなる
炉心燃料集合体と、劣化ウラン燃料を充填したブランケ
ット燃料要素からなるブランケット燃料集合体の２種類
の燃料集合体を組み合わせて炉心配置を考えなければな
らないため、制御棒等を含めた炉心配置にはあまり大き
な自由度がない。
【０００７】また、炉心燃料集合体の出口ナトリウム温
度はブランケット燃料集合体の出口ナトリウム温度に比
べて高く、この温度差に起因して炉上部構造の熱疲労が
発生しやすくなる。
度はブランケット燃料集合体の出口ナトリウム温度に比
べて高く、この温度差に起因して炉上部構造の熱疲労が
発生しやすくなる。
【０００８】さらにまた、ブランケット燃料が炉心燃料
領域を分断する配置となるため、炉心燃料領域に配置さ
れている制御棒の操作に基づく出力分布の歪みが増加す
る傾向がある。
領域を分断する配置となるため、炉心燃料領域に配置さ
れている制御棒の操作に基づく出力分布の歪みが増加す
る傾向がある。
【０００９】そこで本発明の目的は、上記した径方向非
均質炉心配置の利点を有しつつ、その欠点を解消しよう
とするものである。具体的には、径方向非均質炉心配置
の利点である増殖性の向上および炉心部ナトリウムボイ
ド反応度の低減を図ることができるとともに、２種類の
燃料集合体出口ナトリウム温度の温度差に起因する炉上
部構造の熱疲労の発生を解消し、炉心配置に自由度をも
たらすことができ、制御棒操作に基づく出力分布の歪み
を低減することができる、新規かつ改良された高速炉用
燃料集合体を提供することを目的とするものである。
均質炉心配置の利点を有しつつ、その欠点を解消しよう
とするものである。具体的には、径方向非均質炉心配置
の利点である増殖性の向上および炉心部ナトリウムボイ
ド反応度の低減を図ることができるとともに、２種類の
燃料集合体出口ナトリウム温度の温度差に起因する炉上
部構造の熱疲労の発生を解消し、炉心配置に自由度をも
たらすことができ、制御棒操作に基づく出力分布の歪み
を低減することができる、新規かつ改良された高速炉用
燃料集合体を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、高速
炉用の燃料集合体内部に、Ｐｕ冨化度２０〜４０重量％
の高Ｐｕ冨化度Ｕ−Ｐｕ混合燃料を充填した炉心燃料要
素からなる炉心燃料領域を配設し、劣化ウラン燃料を充
填したブランケット燃料要素の１層または複数層からな
るブランケット燃料領域で前記炉心燃料領域の外周を取
り囲み、前記炉心燃料領域と前記ブランケット燃料領域
との間の境界に冷却材流路を分割する隔壁を長手方向に
配設し、前記隔壁によって燃料集合体内部の冷却材の流
れを前記炉心燃料領域の流れと前記ブランケット燃料領
域の流れとに分配したことを特徴とする高速炉用非均質
燃料集合体である。
炉用の燃料集合体内部に、Ｐｕ冨化度２０〜４０重量％
の高Ｐｕ冨化度Ｕ−Ｐｕ混合燃料を充填した炉心燃料要
素からなる炉心燃料領域を配設し、劣化ウラン燃料を充
填したブランケット燃料要素の１層または複数層からな
るブランケット燃料領域で前記炉心燃料領域の外周を取
り囲み、前記炉心燃料領域と前記ブランケット燃料領域
との間の境界に冷却材流路を分割する隔壁を長手方向に
配設し、前記隔壁によって燃料集合体内部の冷却材の流
れを前記炉心燃料領域の流れと前記ブランケット燃料領
域の流れとに分配したことを特徴とする高速炉用非均質
燃料集合体である。
【００１１】かような本発明の非均質燃料集合体におい
ては、１本の燃料集合体内に炉心燃料要素とブランケッ
ト燃料要素の両方を組み込んだ１種類の燃料集合体を炉
心に配置すればよいため、従来の均質炉心配置あるいは
径方向非均質炉心配置等のように、炉心燃料要素からな
る炉心燃料集合体とブランケット燃料要素からなるブラ
ンケット燃料集合体の２種類の燃料集合体を組み合わせ
て用いる必要がない。
ては、１本の燃料集合体内に炉心燃料要素とブランケッ
ト燃料要素の両方を組み込んだ１種類の燃料集合体を炉
心に配置すればよいため、従来の均質炉心配置あるいは
径方向非均質炉心配置等のように、炉心燃料要素からな
る炉心燃料集合体とブランケット燃料要素からなるブラ
ンケット燃料集合体の２種類の燃料集合体を組み合わせ
て用いる必要がない。
【００１２】その結果、制御棒等を含めた炉心配置に自
由度をもたらすことができるとともに、炉心燃料集合体
とブランケット燃料集合体の出口ナトリウム温度差に起
因する炉上部構造の熱疲労の発生を抑制することができ
る。また、制御棒の操作に基づく出力分布の歪みを低減
することができる。
由度をもたらすことができるとともに、炉心燃料集合体
とブランケット燃料集合体の出口ナトリウム温度差に起
因する炉上部構造の熱疲労の発生を抑制することができ
る。また、制御棒の操作に基づく出力分布の歪みを低減
することができる。
【００１３】本発明の非均質燃料集合体においては、ブ
ランケット燃料要素をグリッドスペーサにより支持する
構造とし、このグリッドスペーサの形状およびグリッド
スペーサの設置段数によって、炉心燃料領域とブランケ
ット燃料領域との冷却材の流量配分を調整することが望
ましい。
ランケット燃料要素をグリッドスペーサにより支持する
構造とし、このグリッドスペーサの形状およびグリッド
スペーサの設置段数によって、炉心燃料領域とブランケ
ット燃料領域との冷却材の流量配分を調整することが望
ましい。
【００１４】これによって、炉心燃料領域およびブラン
ケット燃料領域の発熱量に応じて燃料集合体内部におけ
る冷却材の流量を調整し、各燃料要素の燃料被覆管の最
高温度をできるだけ低下させて燃料寿命を延長させるこ
とが可能となる。
ケット燃料領域の発熱量に応じて燃料集合体内部におけ
る冷却材の流量を調整し、各燃料要素の燃料被覆管の最
高温度をできるだけ低下させて燃料寿命を延長させるこ
とが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の非均質燃料集合
体の実施例を示す横断面図であり、燃料集合体ラッパ管
４内部の中央に、高Ｐｕ冨化度のＵ−Ｐｕ混合燃料を充
填した炉心燃料要素１を束ねた炉心燃料領域１０を配置
し、この炉心燃料領域１０の外周に、劣化ウラン燃料を
充填したブランケット燃料要素２を１層に配列して取り
囲むようにしたブランケット燃料領域２０を配置してあ
る。また、炉心燃料領域１０とその外周のブランケット
燃料領域２０との間には、隔壁３が燃料集合体長手方向
に配設され、液体ナトリウム冷却材の流路が２つの領域
で分割されるようになっている。
体の実施例を示す横断面図であり、燃料集合体ラッパ管
４内部の中央に、高Ｐｕ冨化度のＵ−Ｐｕ混合燃料を充
填した炉心燃料要素１を束ねた炉心燃料領域１０を配置
し、この炉心燃料領域１０の外周に、劣化ウラン燃料を
充填したブランケット燃料要素２を１層に配列して取り
囲むようにしたブランケット燃料領域２０を配置してあ
る。また、炉心燃料領域１０とその外周のブランケット
燃料領域２０との間には、隔壁３が燃料集合体長手方向
に配設され、液体ナトリウム冷却材の流路が２つの領域
で分割されるようになっている。
【００１６】炉心燃料要素１に充填するＵ−Ｐｕ混合燃
料としては、Ｕ−Ｐｕ混合酸化物燃料、Ｕ−Ｐｕ混合窒
化物燃料、Ｕ−Ｐｕ混合金属燃料等のあらゆる核燃料形
態が広く使用できる。Ｕ−Ｐｕ混合燃料のＰｕ冨化度
は、炉心規模や運転サイクルなどの設計目標により必要
とするＰｕ冨化度も変化するが、一般的には２０〜４０
重量％程度の比較的高いＰｕ冨化度のものが使用でき
る。また、ブランケット燃料要素２に充填する劣化ウラ
ン燃料としては、酸化物燃料、炭化物燃料、窒化物燃
料、金属燃料等のあらゆる燃料形態を使用することがで
きる。
料としては、Ｕ−Ｐｕ混合酸化物燃料、Ｕ−Ｐｕ混合窒
化物燃料、Ｕ−Ｐｕ混合金属燃料等のあらゆる核燃料形
態が広く使用できる。Ｕ−Ｐｕ混合燃料のＰｕ冨化度
は、炉心規模や運転サイクルなどの設計目標により必要
とするＰｕ冨化度も変化するが、一般的には２０〜４０
重量％程度の比較的高いＰｕ冨化度のものが使用でき
る。また、ブランケット燃料要素２に充填する劣化ウラ
ン燃料としては、酸化物燃料、炭化物燃料、窒化物燃
料、金属燃料等のあらゆる燃料形態を使用することがで
きる。
【００１７】図２は、本発明の非均質燃料集合体の別な
実施例を示す横断面図であり、図１と同じ部材には図１
と同じ参照番号を付してある。図１の実施例と異なる点
は、ブランケット燃料要素２を２層に配列してブランケ
ット燃料領域２０を形成している点である。
実施例を示す横断面図であり、図１と同じ部材には図１
と同じ参照番号を付してある。図１の実施例と異なる点
は、ブランケット燃料要素２を２層に配列してブランケ
ット燃料領域２０を形成している点である。
【００１８】図１および図２からわかるように、本発明
の非均質燃料集合体においては、ラッパ管４がブランケ
ット燃料領域２０によって炉心燃料領域１０から遮蔽さ
れる配置となるため、ラッパ管４への高速中性子照射量
が低減される効果がある。この低減効果は、従来の炉心
燃料集合体に比べて１０％程度と見込まれる。
の非均質燃料集合体においては、ラッパ管４がブランケ
ット燃料領域２０によって炉心燃料領域１０から遮蔽さ
れる配置となるため、ラッパ管４への高速中性子照射量
が低減される効果がある。この低減効果は、従来の炉心
燃料集合体に比べて１０％程度と見込まれる。
【００１９】図３は本発明の非均質燃料集合体の縦断面
図を示すものであり、冷却材の流れを矢印で表してい
る。集合体下部のエントランスノズル５から流入する冷
却材は、隔壁３によって、炉心燃料領域１０の流れとブ
ランケット燃料領域２０の流れに分配されて集合体上部
のハンドリングヘッド６方向へ流され、燃料集合体頂部
出口から流出する。また本発明においては、ブランケッ
ト燃料領域２０でのブランケット燃料要素の支持をグリ
ッドスペーサ７を用いる構造としている。このため、グ
リッドスペーサ７の形状や設置段数を適宜選択すること
によって、炉心燃料領域１０の冷却材流量に対してグリ
ッド燃料領域２０の冷却材流量を変化させることが可能
となる。
図を示すものであり、冷却材の流れを矢印で表してい
る。集合体下部のエントランスノズル５から流入する冷
却材は、隔壁３によって、炉心燃料領域１０の流れとブ
ランケット燃料領域２０の流れに分配されて集合体上部
のハンドリングヘッド６方向へ流され、燃料集合体頂部
出口から流出する。また本発明においては、ブランケッ
ト燃料領域２０でのブランケット燃料要素の支持をグリ
ッドスペーサ７を用いる構造としている。このため、グ
リッドスペーサ７の形状や設置段数を適宜選択すること
によって、炉心燃料領域１０の冷却材流量に対してグリ
ッド燃料領域２０の冷却材流量を変化させることが可能
となる。
【００２０】ブランケット燃料要素２は、寿命初期から
寿命末期にかけて発熱量が数倍に増加するため、ブラン
ケット燃料領域２０では、寿命末期において必要となる
冷却材流量を流すように設計する必要がある。そのた
め、寿命初期では、ブランケット燃料領域２０から流出
する冷却材温度は炉心燃料領域１０から流出する冷却材
温度よりも１００℃以上低くなるが、２つの領域から流
出する冷却材は燃料集合体内上部に配設されている軸遮
蔽体８を通過する際に十分な混合を受けるため、この温
度ゆらぎが炉心上部構造に影響を及ぼすことがない。こ
れは、従来の径方向非均質炉心配置から大きく改善され
た点である。
寿命末期にかけて発熱量が数倍に増加するため、ブラン
ケット燃料領域２０では、寿命末期において必要となる
冷却材流量を流すように設計する必要がある。そのた
め、寿命初期では、ブランケット燃料領域２０から流出
する冷却材温度は炉心燃料領域１０から流出する冷却材
温度よりも１００℃以上低くなるが、２つの領域から流
出する冷却材は燃料集合体内上部に配設されている軸遮
蔽体８を通過する際に十分な混合を受けるため、この温
度ゆらぎが炉心上部構造に影響を及ぼすことがない。こ
れは、従来の径方向非均質炉心配置から大きく改善され
た点である。
【００２１】一方、高速炉においては、燃料要素の燃料
被覆管の最高温度を可能な限り低下させて燃料寿命を延
長させることが大きな課題となる。そのため本発明の非
均質燃料集合体においても、発熱量が大きく異なる炉心
燃料領域１０とブランケット燃料領域２０での冷却材流
量をその発熱量に応じて流量配分を行ない、燃料被覆管
の最高温度をできるだけ低下させることが必要となる。
本発明の非均質燃料集合体においては、燃料寿命初期の
炉心燃料要素の燃料被覆管最高温度を７００℃程度以下
とすること、および、燃料寿命末期のブランケット燃料
要素の燃料被覆管最高温度を７００℃程度以下とするこ
とを条件として冷却材の流量配分を考えると、炉心燃料
領域１０とブランケット燃料領域２０の冷却材流量割合
を４：１から３：１程度とする必要がある。
被覆管の最高温度を可能な限り低下させて燃料寿命を延
長させることが大きな課題となる。そのため本発明の非
均質燃料集合体においても、発熱量が大きく異なる炉心
燃料領域１０とブランケット燃料領域２０での冷却材流
量をその発熱量に応じて流量配分を行ない、燃料被覆管
の最高温度をできるだけ低下させることが必要となる。
本発明の非均質燃料集合体においては、燃料寿命初期の
炉心燃料要素の燃料被覆管最高温度を７００℃程度以下
とすること、および、燃料寿命末期のブランケット燃料
要素の燃料被覆管最高温度を７００℃程度以下とするこ
とを条件として冷却材の流量配分を考えると、炉心燃料
領域１０とブランケット燃料領域２０の冷却材流量割合
を４：１から３：１程度とする必要がある。
【００２２】同一の燃料集合体内でブランケット燃料領
域の冷却材流量割合を低く抑えるためには、ブランケッ
ト燃料領域２０の冷却材流路の断面積を狭くして圧力損
失を増加させることが望ましい。図４はブランケット燃
料領域内でブランケット燃料要素２をグリッドスペーサ
７で支持している構造の一部を示す斜視図であり、図５
はその横断面図である。図４に示したグリッドスペーサ
７を２段設置してある個所で、グリッドスペーサの設置
段数を増加させることによって、ブランケット燃料領域
の冷却材流路を狭くすることができる。また図６に示し
たようにグリッドの隙間の一部にプレート９を被せるこ
とによっても流路面積を狭くできる。
域の冷却材流量割合を低く抑えるためには、ブランケッ
ト燃料領域２０の冷却材流路の断面積を狭くして圧力損
失を増加させることが望ましい。図４はブランケット燃
料領域内でブランケット燃料要素２をグリッドスペーサ
７で支持している構造の一部を示す斜視図であり、図５
はその横断面図である。図４に示したグリッドスペーサ
７を２段設置してある個所で、グリッドスペーサの設置
段数を増加させることによって、ブランケット燃料領域
の冷却材流路を狭くすることができる。また図６に示し
たようにグリッドの隙間の一部にプレート９を被せるこ
とによっても流路面積を狭くできる。
【００２３】図７は、炉心燃料領域１０とブランケット
燃料領域２０の境界に設ける隔壁３をグリッドスペーサ
７と一体構造として配設した例を示すものである。すな
わち、図４のグリッドスペーサ７の炉心燃料領域側に配
置されているスペーサバンド７ａの幅を縦方向に拡大す
ることにより隔壁３を形成することができ、これにより
隔壁３の設置を簡単に行うことができる。
燃料領域２０の境界に設ける隔壁３をグリッドスペーサ
７と一体構造として配設した例を示すものである。すな
わち、図４のグリッドスペーサ７の炉心燃料領域側に配
置されているスペーサバンド７ａの幅を縦方向に拡大す
ることにより隔壁３を形成することができ、これにより
隔壁３の設置を簡単に行うことができる。
【００２４】図８は、本発明の非均質燃料集合体におい
て、ブランケット燃料領域の炉心燃料領域に対する体積
割合とその時の増殖比および燃焼反応度の関係を示すグ
ラフであり、電気出力１５０万ｋＷクラスの大型炉心を
想定して計算したものである。このグラフからわかるよ
うに、ブランケット燃料領域の体積割合を増加させてい
くと、増殖比は増加し、燃焼反応度は減少する傾向を示
している。この結果から、ブランケット燃料領域の体積
割合を増加させるほど、炉心性能が向上することにな
る。しかし、ブランケット燃料領域の体積割合を増加さ
せると、燃料集合体が大きくなり炉心の径も大きくなる
ため、原子炉容器サイズ、燃料取扱系機器のサイズにも
影響を及ぼす。また、発熱量変化の大きいブランケット
燃料の割合を多くしすぎると、燃料集合体内の冷却材流
量は寿命末期のブランケット燃料発熱量に合わせて設計
する必要があるため、寿命初期では無駄な冷却材流量が
増加し、結果として炉心燃料領域の冷却材流量が不十分
となるため炉心燃料要素の燃料被覆管の最高温度が上昇
してしまう。従って、非均質燃料集合体内のブランケッ
ト燃料領域の体積割合は、増殖性の向上、燃焼反応度の
低減、さらには建設コストや熱設計などを考慮して最適
化を図ることが必要となる。
て、ブランケット燃料領域の炉心燃料領域に対する体積
割合とその時の増殖比および燃焼反応度の関係を示すグ
ラフであり、電気出力１５０万ｋＷクラスの大型炉心を
想定して計算したものである。このグラフからわかるよ
うに、ブランケット燃料領域の体積割合を増加させてい
くと、増殖比は増加し、燃焼反応度は減少する傾向を示
している。この結果から、ブランケット燃料領域の体積
割合を増加させるほど、炉心性能が向上することにな
る。しかし、ブランケット燃料領域の体積割合を増加さ
せると、燃料集合体が大きくなり炉心の径も大きくなる
ため、原子炉容器サイズ、燃料取扱系機器のサイズにも
影響を及ぼす。また、発熱量変化の大きいブランケット
燃料の割合を多くしすぎると、燃料集合体内の冷却材流
量は寿命末期のブランケット燃料発熱量に合わせて設計
する必要があるため、寿命初期では無駄な冷却材流量が
増加し、結果として炉心燃料領域の冷却材流量が不十分
となるため炉心燃料要素の燃料被覆管の最高温度が上昇
してしまう。従って、非均質燃料集合体内のブランケッ
ト燃料領域の体積割合は、増殖性の向上、燃焼反応度の
低減、さらには建設コストや熱設計などを考慮して最適
化を図ることが必要となる。
【００２５】さらに、本発明の非均質燃料集合体におい
ては、ブランケット燃料領域での中性子束の低下が小さ
いため、ブランケット燃料装荷量当たりのＰｕ増殖利得
が高くなる。その結果、従来の均質炉心（図９）や径方
向非均質炉心（図１０）で必要であったブランケット燃
料集合体を炉心に配置しなくても、必要とする増殖性を
確保することが可能となる。また、ブランケット燃料集
合体を必要としないことにより、核兵器級プルトニウム
の単独抽出が困難となるため、核不拡散性の高い高速炉
サイクルを実現し易くなる。
ては、ブランケット燃料領域での中性子束の低下が小さ
いため、ブランケット燃料装荷量当たりのＰｕ増殖利得
が高くなる。その結果、従来の均質炉心（図９）や径方
向非均質炉心（図１０）で必要であったブランケット燃
料集合体を炉心に配置しなくても、必要とする増殖性を
確保することが可能となる。また、ブランケット燃料集
合体を必要としないことにより、核兵器級プルトニウム
の単独抽出が困難となるため、核不拡散性の高い高速炉
サイクルを実現し易くなる。
【００２６】
【発明の効果】以上詳述したところからわかるように本
発明の高速炉用非均質燃料集合体によれば、１つの燃料
集合体内に炉心燃料要素とブランケット燃料要素を組み
込んだ構成としてあるため、従来のように炉心燃料集合
体とブランケット燃料集合体の２種類の別々な集合体を
組み合わせた炉心配置とする必要がなくなり、１種類の
燃料集合体から炉心を構成することが可能となる。
発明の高速炉用非均質燃料集合体によれば、１つの燃料
集合体内に炉心燃料要素とブランケット燃料要素を組み
込んだ構成としてあるため、従来のように炉心燃料集合
体とブランケット燃料集合体の２種類の別々な集合体を
組み合わせた炉心配置とする必要がなくなり、１種類の
燃料集合体から炉心を構成することが可能となる。
【００２７】かような本発明の非均質燃料集合体におい
ては、増殖性の向上および炉心部ナトリウムボイド反応
度の低減を図ることができるとともに、２種類の燃料集
合体を組み合わせた炉心配置としなくてよいため、集合
体出口ナトリウム温度差に起因する炉上部構造の熱疲労
の発生を解消でき、制御棒等を含めた炉心配置に自由度
をもたらし、制御棒の操作に基づく出力分布の歪みを低
減させることができる。
ては、増殖性の向上および炉心部ナトリウムボイド反応
度の低減を図ることができるとともに、２種類の燃料集
合体を組み合わせた炉心配置としなくてよいため、集合
体出口ナトリウム温度差に起因する炉上部構造の熱疲労
の発生を解消でき、制御棒等を含めた炉心配置に自由度
をもたらし、制御棒の操作に基づく出力分布の歪みを低
減させることができる。
【００２８】さらに、燃料集合体内部で炉心燃料領域と
ブランケット燃料領域とが隔壁により区画されているた
め、各領域での発熱割合に応じて冷却材流量割合を適切
に変化させることができる。その結果、炉心燃料領域と
ブランケット燃料領域とで適切な冷却材流量配分を行
い、燃料被覆管の最高温度をできるだけ低下させて燃料
寿命を延長させることが可能となる。
ブランケット燃料領域とが隔壁により区画されているた
め、各領域での発熱割合に応じて冷却材流量割合を適切
に変化させることができる。その結果、炉心燃料領域と
ブランケット燃料領域とで適切な冷却材流量配分を行
い、燃料被覆管の最高温度をできるだけ低下させて燃料
寿命を延長させることが可能となる。
【図１】本発明の高速炉用非均質燃料集合体の実施例を
示す横断面図である。
示す横断面図である。
【図２】本発明の高速炉用非均質燃料集合体の別な実施
例を示す横断面図である。
例を示す横断面図である。
【図３】本発明の高速炉用非均質燃料集合体の実施例を
示す縦断面図である。
示す縦断面図である。
【図４】ブランケット燃料要素のグリッドスペーサによ
る支持構造の一部を示す斜視図である。
る支持構造の一部を示す斜視図である。
【図５】図４のグリッドスペーサ支持構造の横断面図で
ある。
ある。
【図６】図５のグリッドスペーサ支持構造のグリッド隙
間の一部を塞いだ例を示す横断面図である。
間の一部を塞いだ例を示す横断面図である。
【図７】グリッドスペーサと隔壁を一体構造とした例を
示す斜視図である。
示す斜視図である。
【図８】本発明の非均質燃料集合体におけるブランケッ
ト燃料領域の炉心燃料領域に対する体積割合と、増殖比
および燃焼反応度との関係を示すグラフである。
ト燃料領域の炉心燃料領域に対する体積割合と、増殖比
および燃焼反応度との関係を示すグラフである。
【図９】従来の高速炉における均質炉心配置例の説明図
である。
である。
【図１０】従来の高速炉における径方向非均質炉心配置
例の説明図である。
例の説明図である。
１：炉心燃料要素
２：ブランケット燃料要素
３：隔壁
４：ラッパ管
７：グリッドスペーサ
７ａ：スペーサバンド
１０：炉心燃料領域
２０：ブランケット燃料領域
─────────────────────────────────────────────────────
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(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G21C 3/328
G21C 3/322
G21C 5/00
G21C 3/28
G21C 5/18
Claims (3)
- 【請求項１】 高速炉用の燃料集合体内部に、Ｐｕ冨化
度２０〜４０重量％の高Ｐｕ冨化度Ｕ−Ｐｕ混合燃料を
充填した炉心燃料要素からなる炉心燃料領域を配設し、
劣化ウラン燃料を充填したブランケット燃料要素の１層
または複数層からなるブランケット燃料領域で前記炉心
燃料領域の外周を取り囲み、前記炉心燃料領域と前記ブ
ランケット燃料領域との間の境界に冷却材流路を分割す
る隔壁を長手方向に配設し、前記隔壁によって燃料集合
体内部の冷却材の流れを前記炉心燃料領域の流れと前記
ブランケット燃料領域の流れとに分配したことを特徴と
する高速炉用非均質燃料集合体。 - 【請求項２】 前記ブランケット燃料要素をグリッドス
ペーサにより支持する構造とし、このグリッドスペーサ
の形状およびグリッドスペーサの設置段数によって、前
記炉心燃料領域と前記ブランケット燃料領域との冷却材
の流量配分を調整できるようにしたことを特徴とする請
求項１記載の高速炉用非均質燃料集合体。 - 【請求項３】 前記隔壁を前記グリッドスペーサと一体
構造として配設したことを特徴とする請求項２記載の高
速炉用非均質燃料集合体。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000252819A JP3434790B2 (ja) | 2000-08-23 | 2000-08-23 | 高速炉用非均質燃料集合体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000252819A JP3434790B2 (ja) | 2000-08-23 | 2000-08-23 | 高速炉用非均質燃料集合体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002062391A JP2002062391A (ja) | 2002-02-28 |
| JP3434790B2 true JP3434790B2 (ja) | 2003-08-11 |
Family
ID=18742006
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000252819A Expired - Fee Related JP3434790B2 (ja) | 2000-08-23 | 2000-08-23 | 高速炉用非均質燃料集合体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3434790B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| RU2552648C2 (ru) | 2009-11-02 | 2015-06-10 | ТерраПауэр, ЭлЭлСи | Реактор ядерного деления на стоячей волне и способы |
| RO129128B1 (ro) | 2010-09-03 | 2021-10-29 | Atomic Energy Of Canada Limited | Fascicul de combustibil nuclear conţinând toriu, şi reactor nuclear cuprinzând un astfel de fascicul |
| CA2817767C (en) | 2010-11-15 | 2018-09-04 | Atomic Energy Of Canada Limited | Nuclear fuel containing a neutron absorber |
| KR102249126B1 (ko) | 2010-11-15 | 2021-05-06 | 아토믹 에너지 오브 캐나다 리미티드 | 재생된 감손 우라늄을 함유하는 핵연료, 핵연료 다발 및 그것을 포함하는 원자로 |
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-
2000
- 2000-08-23 JP JP2000252819A patent/JP3434790B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2002062391A (ja) | 2002-02-28 |
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