JP5302156B2 - 高速増殖炉の炉心 - Google Patents

Description

本発明は、高速増殖炉（ＦＢＲ、Fast Breeder Reactor）の炉心に関する。

高速増殖炉（ＦＢＲ）の炉心及びこの炉心に装荷される燃料集合体に関しては、平川直弘、岩崎智彦著「原子炉物理入門」（東北大学出版会、２００３年１０月３０日、２７９頁〜２８６頁）等に記載されている。すなわち、一般的に、高速増殖炉の炉心に装荷される燃料集合体は、プルトニウム（Ｐｕ）を富化した劣化ウラン（Ｕ−２３８）を被覆管内に密封して構成される複数の燃料棒、この燃料棒の束を取り囲む、横断面が正六角形の筒状体であるラッパ管、燃料棒より上方に配置されてラッパ管に設けられた冷却材流出部、燃料棒の下方でラッパ管内に設けられた中性子遮蔽体、及びラッパ管の下端部に設けられた冷却材流入部（エントランスノズル）を有している。

高速増殖炉の炉心は、上記した複数の燃料集合体を配置して構成される。標準的な均質炉心では、プルトニウム富化度が異なる２つの領域を半径方向に形成し、これらの領域のうち炉心の周辺部に位置する一方の領域のプルトニウム富化度を、炉心の中心部に位置する他方の領域のプルトニウム富化度よりも高くして、炉心の半径方向における出力分布を平坦化している。

燃料集合体の各燃料棒内に充填される核燃料物質の形態としては、これ迄、金属燃料、窒化物燃料及び酸化物燃料等が検討されているが、酸化物燃料が最も実績が豊富である。燃料集合体の各燃料棒において、燃料棒の、軸方向の中央部には、プルトニウムと劣化ウランの酸化物を混合した混合酸化物で構成された複数の燃料ペレット、すなわち、ＭＯＸ燃料製の複数の燃料ペレットが８０〜１００ｃｍ程度の高さに充填されている。さらに、この領域の上方及び下方には、劣化ウランの酸化物製の複数の燃料ペレット、すなわち、ＵＯ_２製の複数の燃料ペレットを充填した軸方向ブランケット領域がそれぞれ形成される。

高速増殖炉の炉心は、内側炉心領域及び外側炉心領域を含む炉心燃料領域、この炉心燃料領域を取り囲む半径方向ブランケット領域を、炉心の半径方向に形成している。内側炉心領域は外側炉心領域によって取り囲まれる。ＭＯＸ燃料製の複数の燃料ペレットを充填した複数の燃料棒を含む複数の燃料集合体が、炉心燃料領域に装荷されている。外側炉心領域に装荷された燃料集合体のプルトニウム富化度は、内側炉心領域に装荷された燃料集合体のプルトニウム富化度よりも大きくなっている。燃料ペレットとしてＵＯ_２製の複数の燃料ペレットのみを充填した複数の燃料棒を含む複数の燃料集合体が、半径方向ブランケット領域に装荷されている。

半径方向ブランケット領域及び軸方向ブランケット領域では、炉心燃料領域において核分裂反応で発生した中性子のうち、炉心燃料領域から漏れた中性子が、ＵＯ_２製の各燃料ペレットに含まれたＵ−２３８に吸収される。Ｕ−２３８が中性子を吸収することによって、核分裂核種であるＰｕ−２３９が生成され、炉心全体のプルトニウムの増殖（増殖比＞１．０）に寄与する。

高速増殖炉の起動及び停止、及び原子炉出力の制御に、制御棒が用いられる。制御棒は、炭化ホウ素（Ｂ_４Ｃ）製の複数のペレットをステンレス製の被覆管内に密封して構成される複数の中性子吸収棒を、横断面が正六角形の筒状体であるラッパ管内に収納している。高速増殖炉は、主炉停止系制御棒及び後備炉停止系制御棒の独立２系統構成の各制御棒を有し、いずれか一方の系統の制御棒のみで緊急停止できる。

大型高速増殖炉の場合、炉心燃料領域のボイド反応度が正であり、高富化度のプルトニウムが用いられるため、高速増殖炉の安全性においては、仮想的な炉心損傷事象に対する再臨界回避性が議論される場合がある。すなわち、仮に、スクラム失敗、ポンプの故障、及び外部電源喪失による冷却材流量喪失事象が同時に発生する仮想事故が発生した場合であっても、炉心の即発臨界及びこれに伴う大きな機械的エネルギーの放出を伴わずそれらが自然に事象終息すること、具体的にはこのエネルギー放出の原因が排除できる炉心設計、すなわち再臨界回避性が確保されることが必要である。再臨界回避についてはいくつかの対策が提案されている。

その対策の一例が、ケー・コバヤシ他５名による「APPLICABILITY EVALUATION OF MOX FUELED FAST BREEDER REACTOR TO THE SELF-CONSISTENT NUCLEAR ENERGY SYSTEM」(Proceedings of International Conference on Future Nuclear Systems (GLOBAL97)、Vol.2、１９９７年１０月５−１０日、1062頁〜1067頁)の１０６６頁、図５に示されている。この対策例は、中心軸付近に内部ダクトを設け、低融点合金で吊るした劣化ウランを内部ダクトの上方に配置した燃料集合体である。万が一、上記の仮想事故が発生した場合には、冷却材温度の炉心出口温度の上昇によって上記した低融点合金が溶け、劣化ウランが内部ダクト内で炉心燃料領域迄落下し、プルトニウムを希釈して再臨界を回避する。他の対策例が、特開平４−２５２９９４号公報及び特開２００２−９０４８９号公報に記載されている。

特開平４−２５２９９４号公報 特開２００２−９０４８９号公報

平川直弘、岩崎智彦著「原子炉物理入門」、東北大学出版会、２７９頁〜２８６頁、２００３年１０月３０日 APPLICABILITY EVALUATION OF MOX FUELED FAST BREEDER REACTOR TO THE SELF-CONSISTENT NUCLEAR ENERGY SYSTEM、Proceedings of International Conference on Future Nuclear Systems (GLOBAL97)、Vol.2、1062頁〜1067頁、1997年10月5-10日

APPLICABILITY EVALUATION OF MOX FUELED FAST BREEDER REACTOR TO THE SELF-CONSISTENT NUCLEAR ENERGY SYSTEM、Proceedings of International Conference on Future Nuclear Systems (GLOBAL97)、Vol.2の１０６６頁に記載された燃料集合体は、中心軸付近で複数の燃料棒を削除してこの領域に内部ダクトを設けている。このような燃料棒の削減は、燃料集合体の燃料装荷量を減少させることになる。炉心における燃料装荷量の低減を回避するためには、高速増殖炉の炉心に装荷する燃料集合体の体数を増加する必要があり、炉心サイズが大きくなる。

本発明の目的は、炉心の燃料装荷量を増加でき、炉心損傷時における燃料溶融の伝播を抑制することができる高速増殖炉の炉心を提供することにある。

上記した目的を達成する本発明の特徴は、プルトニウムを含む核燃料物質を有する複数の燃料集合体が装荷された炉心燃料領域と、炉心燃料領域を取り囲む半径方向ブランケット領域と、核燃料物質の融点よりも高い融点を有する材料で構成された筒状体の仕切り部材とを備え、
仕切り部材によって炉心燃料領域が複数の領域に分割されていることにある。

筒状体の仕切り部材の内側に存在する燃料集合体内の核燃料物質が、事故時において、万が一、溶融したとしても、この核燃料物質の溶融の他の燃料集合体への伝播は、仕切り部材の内側に存在する他の燃料集合体に限定され、仕切り部材の外側の領域に存在する燃料集合体への伝播を回避することができる。さらに、仕切り部材を設けることによって、燃料集合体の燃料装荷量を増加することができる。

本発明によれば、炉心の燃料装荷量を増加でき、炉心損傷時における燃料溶融の伝播を抑制することができる。

本発明の好適な一実施例である実施例１の高速増殖炉の炉心の横断面図である。 図１に示す内側炉心領域及び外側炉心領域にそれぞれ装荷される燃料集合体の横断面図である。 図１に示す制御棒案内管、及びこの制御棒案内管内に配置された制御棒の横断面図である。 図１に示す仕切り部材の横断面図である。 図４に示す仕切り部材のＶ部の部分の側壁の斜視図である。 図１に示す高速増殖炉の炉心における核分裂性プルトニウムの富化度と、冷却材流量に対する燃料集合体の出力の比との関係を示す特性図である。 本発明の他の実施例である実施例２の高速増殖炉の炉心の横断面図である。 核分裂性プルトニウムの富化度と溶融燃料の臨界厚さの関係を示す特性図である。 本発明の他の実施例である実施例３の高速増殖炉の炉心の横断面図である。 本発明の他の実施例である実施例４の高速増殖炉の炉心の横断面図である。 図１０に示す高速増殖炉の炉心での半径方向における出力密度の分布を示す特性図である。

本発明の実施例を以下に説明する。

本発明の好適な一実施例である実施例１の高速増殖炉の炉心を、図１を用いて説明する。本実施例の高速増殖炉の炉心１が適用される高速増殖炉は、図示されていないが、原子炉容器内に炉心１を配置している。この高速増殖炉は電気出力が１５０万ｋＷｅである。冷却材である液体ナトリウムが原子炉容器内に充填されている。

炉心１は、内側炉心領域２、外側炉心領域３、半径方向ブランケット領域４、内側遮へい体領域５、外側遮へい体領域６及び仕切り部材１０を備えている。内側炉心領域２は、炉心１の横断面の中央部に配置される。炉心１の半径方向において、外側炉心領域３が内側炉心領域２を取り囲んでおり、半径方向ブランケット領域４が外側炉心領域３を取り囲んでいる。さらに、炉心１の半径方向において、内側遮へい体領域５が半径方向ブランケット領域４を取り囲んでおり、外側遮へい体領域６が内側遮へい体領域５を取り囲んでいる。

複数の第１燃料集合体８が内側炉心領域２に装荷されており、複数の第２燃料集合体９が外側炉心領域３に装荷されている。第１燃料集合体８及び第２燃料集合体９は、図２に示すように、横断面が正六角形の筒状体であるラッパ管１６内に複数の燃料棒１７を配置している。各燃料棒１７は正三角形格子に配置される。燃料集合体８，９はラッパ管１６の下端部にエントランスノズル（図示せず）を取り付けている。第１燃料集合体８及び第２燃料集合体９のそれぞれの燃料棒１７は、内部に、核分裂性物質として核分裂性プルトニウムを含む核燃料物質を充填している。第２燃料集合体９のプルトニウム富化度が、第１燃料集合体８のプルトニウム富化度よりも大きくなっている。

複数の制御棒案内管１２が内側炉心領域２内で燃料集合体８の間に配置される。これらの制御棒案内管１２は原子炉容器内に設置された炉心支持板（図示せず）に設置される。制御棒１８がそれぞれの制御棒案内管１２内に配置される（図３参照）。この制御棒１８は、中性子吸収材を含む複数の制御棒要素２０を円筒である管１９内に設置している。第１燃料集合体８及び第２燃料集合体９のそれぞれのラッパ管１６の下端部も、その炉心支持板に支持される。

複数のブランケット燃料集合体１３が半径方向ブランケット領域４に配置される。ブランケット燃料集合体１３は、横断面が正六角形の筒状体であるラッパ管内に、複数のブランケット燃料棒を配置している。ブランケット燃料棒は内部にブランケット燃料（例えば、劣化ウラン）を充填している。ステンレス鋼で製造されて横断面が正六角形をしている複数の第１遮へい体１４が内側遮へい体領域５に配置される。複数の第２遮へい体１５が外側遮へい体領域６に配置される。第２遮へい体１５は、横断面が正六角形のラッパ管内にＢ_４Ｃを密封して構成される。ブランケット燃料集合体１３、第１遮へい体１４及び第２遮へい体１５も、上記した炉心支持板によって支持される。

環状の仕切り部材１０が、炉心支持板上に設置されて内側炉心領域２内に配置される。仕切り部材１０の上端は、第１燃料集合体８及び第２燃料集合体９のそれぞれのラッパ管１６の上端と同じ高さに位置している。仕切り部材１０は、炉心１の中心軸を取り囲んでおり、炉心１の半径方向において、この中心軸に配置される制御棒案内管１２から５体目の第１燃料集合体８と６体目の第１燃料集合体８の間に配置される。

第１燃料集合体８及び第２燃料集合体９の各燃料棒１７内に充填された混合酸化物燃料ペレットの融点は２６００℃から２７００℃の範囲にある。このため、仕切り部材１０は、２７００℃より高い融点を有する材料で構成する必要がある。本実施例では、仕切り部材１０は、融点が約３４００℃であるタングステンで作られている。仕切り部材１０は純粋なタングステンである必要はなく、核燃料物質の融点よりもある程度融点が高ければ不純物が混入されたタングステンで作ってもよい。また、仕切り部材１０はタングステンの替りに融点が２７６０℃であるハフニヤ（ＨｆＯ_２）で作ってもよい。

筒状体である仕切り部材１０は複数の第１燃料集合体８のラッパ管１６（横断面が正六角形）の側面に対向しており、仕切り部材１０の横断面形状は１２０°の角度で折れ曲がった形状をしている。このような横断面形状を有する仕切り部材１０の製造について説明する。図４は図１に示す仕切り部材１０を模式的に示したものである。上記の折れ曲がった横断面形状を有する仕切り部材１０は、複数の仕切り板１１を互いに接合して構成される。タングステン製の各仕切り板１１の長さは、第１燃料集合体８が炉心支持板に保持された状態で、炉心支持板の上面から第１燃料集合体８のラッパ管１６の上端までの長さと実質的に同じであり、各仕切り板１１の幅はラッパ管１６の横断面形状で正六角形の一辺をなす外面の幅と実質的に同じである。幅方向で互いに隣り合う各仕切り板１１、すなわち、仕切り板１１Ａと仕切り板１１Ｂは、両者の側面によって成す角度が１２０°になるように配置され、向かい合う両者の端部を溶接にて接合する（図５参照）。図５において、２１が仕切り板１１Ａと仕切り板１１Ｂの溶接部である。幅方向で隣り合う各仕切り板１１を１２０°の角度で折れ曲がるように配置しながら、隣り合う各仕切り板１１の端部を順次溶接する。このようにして、図１に示す筒状体である仕切り部材１０が製作される。隣り合う仕切り板１１の接合には、溶接の替りに、カシメ、リベット、機械的嵌合、及び隣り合う仕切り板１１間へのインサート材挿入（低融点化）による拡散接合のいずれかを用いてもよい。

筒状体の仕切り部材１０は、半径方向ブランケット領域４の内側に存在し内側炉心領域２及び外側炉心領域３を含む炉心燃料領域を複数の領域（例えば、２領域）に分割している。本実施例では、炉心燃料領域である内側炉心領域２が、仕切り部材１０によって二分割されている。

高速増殖炉の出力は、制御棒１８を制御棒案内管１２内に出し入れすることによって行われる。制御棒１８は、原子炉容器の上蓋（図示せず）に設置された回転プラグ（図示せず）に設けられた制御棒駆動機構（図示せず）によって操作される。制御棒１８は、制御棒駆動機構によって、炉心１の上方より制御棒案内管１２内に出し入れされる。

高速増殖炉では、外部電源喪失に伴う炉心流量の低下及びスクラムに失敗し制御棒が全挿入されない状態が重畳して生じる現実には起こらない極端な仮想事故を想定した場合、炉心１内の第１燃料集合体８及び第２燃料集合体９等内の核燃料物質の崩壊熱が除去できず、炉心損傷が発生する可能性がある。
炉心損傷は、燃料集合体の出力をＰ、燃料集合体に供給される冷却材流量をＦとしたとき、Ｐ／Ｆが大きい燃料集合体から生じる。この燃料集合体において、燃料棒１７内で溶融した核燃料物質が燃料棒１７の被覆管を溶かし、更にはラッパ管１６にも損傷をもたらす。Ｐ／Ｆが燃料溶融を生じさせる値よりも小さな燃料集合体であっても、上述した溶融が発生した燃料集合体が隣接する場合には、溶融が発生した燃料集合体の溶融した核燃料物質によって外側からラッパ管１６及び燃料棒１７の被覆管が破損し、この燃料棒１７内の核燃料物質の溶融に至る。以上のごとく、炉心１内での燃料集合体の損傷は伝播する可能性がある。

上記の仮想事故において予測される各燃料集合体のＰ／Ｆは、炉心１の半径方向において、図６に示すように分布している。上記の仮想事故では、Ｐ／Ｆの値が設定値２２を越える燃料集合体において、内部の核燃料物質が溶融する。このように核分裂性物質が溶融する可能性がある燃料集合体が位置する領域は、図６に示すように、炉心１の中心を基点にした直径Ｄの領域である。炉心１の中心を基点にした直径Ｄは、外側炉心領域３の直径、すなわち、炉心燃料領域の直径の４２％である。本実施例では、この直径Ｄの領域は、上記したように配置された仕切り部材１０の内側に存在する。すなわち、仕切り部材１０が、炉心１の中心軸を中心にした、炉心燃料領域の半径の４２％の半径で規定された領域を取り囲んでいる。

本実施例の炉心１では、上記した仮想事故が、万が一、発生した場合であっても、Ｐ／Ｆの値が設定値２２を超える燃料集合体が仕切り部材１０の内側に存在するので、燃料集合体での核燃料物質の溶融は仕切り部材１０の内側に存在する第１燃料集合体８で生じる。Ｐ／Ｆの値が設定値２２を超える第１燃料集合体８内の核燃料物質が溶融したとしても、この核燃料物質の溶融の伝播は、仕切り部材１０より内側の領域内の第１燃料集合体８に限定される。仕切り部材１０より内側での核燃料物質等の溶融が、仕切り部材１０より外側に配置されている、Ｐ／Ｆの値が設定値２２よりも低い第１燃料集合体８及び第２燃料集合体９に、伝播することを回避することができる。仕切り部材１０より外側に配置されている第１燃料集合体８、第２燃料集合体９及びブランケット燃料集合体１３は、Ｐ／Ｆが設定値２２よりも低いので、これらの内部の核燃料物質が溶融することはない。

本実施例では、上記の仮想事故時に核燃料物質の溶融が生じる可能性のある第１燃料集合体８が配置された領域（直径Ｄの領域）の半径が、半径方向ブランケット領域４の内側に存在し内側炉心領域２及び外側炉心領域３を含む炉心燃料領域の半径の４２％である。仕切り部材１０が、炉心１の中心を中心にした、炉心燃料領域の半径の４２％の半径で規定された領域を取り囲んでいるので、上記した仮想事故が、万が一、発生して第１燃料集合体８内の核燃料物質が溶融したときに、核燃料物質の溶融が生じる他の第１燃料集合体８が仕切り部材１０より内側に存在する第１燃料集合体８に限定され、核燃料物質の溶融が仕切り部材１０の外側に存在する燃料集合体に伝播することを回避することができる。

仕切り部材１０を配置することによって、仕切り部材１０より内側の領域で最初の第１燃料集合体８の核燃料物質の溶融が発生してから、炉心出口に配置された温度計による炉心出口での冷却材温度及び炉心１内に配置された中性子検出器による炉心１内の中性子束等の監視によって、上記の仮想事故時における炉心損傷（核燃料物質の溶融等）の発生を検知し、早期に運転員による手動での全制御棒１８の炉心１内への緊急挿入を行い、高速増殖炉をスクラムさせることができる。炉心の出力を崩壊熱レベル以下に低下させることによって、炉心損傷の伝播を最小限に食い止めることができる。

本実施例では、第１燃料集合体８及び第２燃料集合体９に、「APPLICABILITY EVALUATION OF MOX FUELED FAST BREEDER REACTOR TO THE SELF-CONSISTENT NUCLEAR ENERGY SYSTEM」(Proceedings of International Conference on Future Nuclear Systems (GLOBAL97)、Vol.2の１０６６頁に記載されているような内部ダクトを形成する必要がない。このため、第１燃料集合体８及び第２燃料集合体９の燃料装荷量を、この文献の１０６６頁に記載された燃料集合体よりも増加することができ、炉心１をコンパクト化することができる。

本実施例は、核燃料物質の溶融が炉心１内の一部の領域に限定されるので、炉心１内に装荷された全燃料集合体内の核燃料物質が溶融することによって生じる大規模な炉心損傷、及び正の反応度の挿入による即発臨界及び再臨界の発生を回避できる。

本実施例では、仕切り部材１０の横断面のサイズが、後述の実施例２の仕切り部材１０Ａの横断面のサイズよりも小さいので、仕切り部材１０の内側の領域で第１燃料集合体８内の核燃料物質の溶融が生じても、この溶融が伝播する領域が、実施例２よりも狭くなる。

本発明の他の実施例である実施例２の高速増殖炉の炉心を、図７を用いて説明する。本実施例の高速増殖炉の炉心１Ａが適用される高速増殖炉は、図示されていないが、原子炉容器内に炉心１Ａを配置している。この高速増殖炉は電気出力が１５０万ｋＷｅである。

本実施例の炉心１Ａは、実施例１の炉心１において仕切り部材１０を仕切り部材１０Ａに替え、仕切り部材１０Ａを仕切り部材１０と異なる位置に設置した構成を有する。炉心１Ａの他の構成は炉心１と同じである。

筒状体であるタングステン製の仕切り部材１０Ａは、仕切り部材１０よりも横断面のサイズが大きくなっている。この仕切り部材１０Ａは、内側炉心領域２と外側炉心領域３の境界に配置されて内側炉心領域２を取り囲んでおり、炉心支持板に設置されている。仕切り部材１０Ａが、仕切り部材１０と同様に、製作される。本実施例では、仕切り部材１０Ａが、実施例１と同様に、前述の仮想事故が、万が一、発生したときにＰ／Ｆの値が設定値２２を越える第１燃料集合体８が存在する、炉心１の中心を中心にした、炉心燃料領域の半径の４２％の半径で規定された領域を取り囲んでいる。このため、その仮想事故が発生して仕切り部材１０Ａに取り囲まれた内側炉心領域２、具体的には、内側炉心領域２の中心部に配置された第１燃料集合体８が、Ｐ／Ｆの値が設定値２２を越えて内部の核燃料物質が溶融した場合でも、第１燃料集合体８よりも平均富化度が高い第２燃料集合体９が装荷された外側炉心領域３への燃料溶融の伝播が仕切り部材１０Ａによって回避される。

第１燃料集合体８および第２燃料集合体９に含まれた核燃料物質は、酸化ウラン（ＵＯ_Ｘ）、酸化プルトニウム（ＰｕＯ_Ｘ）及び酸化マイナーアクチニド（ＭＡＯ_Ｘ）の燃料酸化物を含んでいる。上記の仮想事故時に、仕切り部材１０Ａの内側で第１燃料集合体８内の核燃料物質が溶融し、この溶融が仕切り部材１０Ａの内側に存在する全ての第１燃料集合体８に伝播したとする。このとき、全第１燃料集合体８に含まれていた核燃料物質（燃料酸化物）が全て溶融し、溶融した核燃料物質が比重差で溶融物（溶融した核燃料物質以外の構造物（例えば、被覆管及びラッパ管等）の溶融物を含む）の最下層に堆積する。溶融した核燃料物質が理論密度１００％の状態でその最下層に堆積した場合における、溶融核燃料物質の臨界厚さの、核分裂性プルトニウムの富化度に対する依存性を図８に示す。核分裂性プルトニウムの富化度が増大するに伴って臨界厚さが減少し、溶融した核燃料物質の再臨界性の条件としては厳しくなる。

しかしながら、本実施例では、仕切り部材１０Ａの内側に存在する内側炉心領域２内の第１燃料集合体８のプルトニウム富化度が、仕切り部材１０Ａの外側に存在する外側炉心領域３内の第２燃料集合体９のプルトニウム富化度よりも低くなっている。このため、仕切り部材１０Ａが炉心内に配置されていない状態で炉心全体に燃料溶融が伝播する場合と比べて、核燃料物質の溶融が、プルトニウムの平均富化度が低い第１燃料集合体８内の核分裂性物質の溶融に限定される本実施例では、溶融した核燃料物質における核分裂性プルトニウムの富化度も低くなり、溶融した核燃料物質の臨界厚さが大きくなる。したがって、本実施例では再臨界性に対する余裕が向上する。本実施例は、実施例１で生じる各効果のうち、仕切り部材１０の横断面のサイズに関係して得られる効果を除いた他の各効果を得ることできる。

本発明の他の実施例である実施例３の高速増殖炉の炉心を、図９を用いて説明する。本実施例の高速増殖炉の炉心１Ｂが適用される高速増殖炉は、図示されていないが、原子炉容器内に炉心１Ｂを配置している。この高速増殖炉は電気出力が１５０万ｋＷｅである。

本実施例の炉心１Ｂは、実施例２の炉心１Ａにおいて仕切り部材１０Ａを仕切り部材１０Ｂに替えた構成を有する。炉心１Ｂの他の構成は炉心１Ａと同じである。

炉心支持板に設置された仕切り部材１０Ｂは、筒状体である仕切り要素部材２２Ａ、複数の仕切り要素部材２２Ｂ、及び炉心１Ｂの中心に配置された制御棒案内管１２を取り囲む筒状体である仕切り要素部材（図示せず）を有する。各仕切り要素部材はそれぞれタングステンで作られている。

筒状体である仕切り要素部材２２Ａは、実施例２の仕切り部材１０Ａと同様に、内側炉心領域２と外側炉心領域３の境界に配置されて内側炉心領域２を取り囲んでいる。各仕切り要素部材２２Ｂは、内側炉心領域２内で第１燃料集合体８の相互間に配置され、炉心１Ｂの中心に配置された制御棒案内管１２を取り囲む仕切り要素部材から放射状に仕切り要素部材２２Ａに向って伸びている。各仕切り要素部材２２Ｂの両端が、仕切り要素部材２２Ａの内面、及び炉心１Ｂの中心に配置された制御棒案内管１２を取り囲む仕切り要素部材の外面に接合される。仕切り部材１０Ｂを構成する各仕切り要素部材は、実施例１の仕切り部材１０と同様に、製作される。

仕切り要素部材２２Ａは、前述の仮想事故が、万が一、発生したときにＰ／Ｆの値が設定値２２を越える第１燃料集合体８が存在する、炉心１の中心を中心にした、炉心燃料領域の半径の４２％の半径で規定された領域を取り囲んでいる。仕切り部材１０Ｂは、炉心燃料領域を複数の領域に分割している。複数の仕切り要素部材２２Ｂによって内側炉心領域２が複数の領域に分割される。仕切り部材１０Ｂによって炉心燃料領域が分割された領域の個数は、実施例１及び２よりも多くなっている。

本実施例は、実施例２で生じる各効果を得ることができる。本実施例は、炉心内側領域２が複数の仕切り要素部材２２Ｂによってさらに分割されているので、仕切り要素部材２２Ａ、周方向に隣接する２つの仕切り要素部材２２Ｂ、及び炉心１Ｂの中心に配置された制御棒案内管１２を取り囲む仕切り要素部材によって囲まれた、炉心内側領域２内のある１つの領域で、上記の仮想事故時に核燃料物質の溶融が生じたとき、この核燃料物質の溶融の他の燃料集合体への伝播はその１つの領域内に配置された第１燃料集合体８に限定され、仕切り要素部材２２Ａの外側に存在する炉心外側領域３内の各第２燃料集合体２の溶融だけでなく、その1つの領域の外側に存在する炉心内側領域２の他の領域に配置された第1燃料集合体８の溶融も回避することができる。したがって、本実施例は、実施例２に比べて炉心損傷が伝播する領域を狭くすることができる。

本実施例は、炉心内側領域２を複数の仕切り要素部材２２Ｂによってさらに複数の領域に分割しているので、炉心内側領域２内で溶融した核燃料物質の液面の揺動伝播に伴う反応度の印加の可能性を回避することができる。仕切り部材１０Ｂを設置していない高速増殖炉の再臨界挙動の解析において、上記の仮想事故時に溶融した核燃料物質の液面が揺動して溶解した核燃料物質を旋回したり、この揺動が、炉心外側方向に伝播して炉心を格納する炉心槽壁で反射して炉心中心部に伝播したとき、中性子インポータンスが高い炉心中心部に多くの溶融した核燃料物質が集合して、反応度が印加される可能性があることが報告されている。本実施例では、仕切り部材１０Ｂによって炉心燃料領域を複数の領域に分割しているので、前述したように、溶融した核燃料物質の液面揺動の伝播によって反応度が印加されることを回避できる。このような液面揺動の伝播による反応度の印加は、実施例１，２及び４によっても回避することができる。

本発明の他の実施例である実施例４の高速増殖炉の炉心を、図１０を用いて説明する。本実施例の高速増殖炉の炉心１Ｃが適用される高速増殖炉は、図示されていないが、原子炉容器内に炉心１Ｃを配置している。この高速増殖炉は電気出力が１５０万ｋＷｅである。

本実施例の炉心１Ｃは、実施例１の炉心１において仕切り部材１０を仕切り部材１０Ｃに替え、さらに内部ブランケット領域２４を設けた構成を有する。炉心１Ｃの他の構成は炉心１と同じである。

炉心１Ｃは、複数の内部ブランケット領域２４を内側炉心領域２内に形成している。これらの内部ブランケット領域２４は、内側炉心領域２内で所定の間隔を置いて周方向に配置されている。複数のブランケット燃料集合体２５が各内部ブランケット領域２４に装荷される。ブランケット燃料集合体２５は、ブランケット燃料集合体１３と同様に、横断面が正六角形の筒状体であるラッパ管内に、複数のブランケット燃料棒を配置している。このブランケット燃料棒は内部にブランケット燃料（例えば、劣化ウラン）を充填している。

炉心支持板に設置された仕切り部材１０Ｃは、複数の仕切り要素部材２３Ａ、及び筒状体である複数の仕切り要素部材２３Ｂを有する。仕切り要素部材２３Ａ，２２Ｂはそれぞれタングステンで作られている。仕切り要素部材２３Ｂは、内側炉心領域２と内部ブランケット領域２４の供給に配置され、内部ブランケット領域２４を取り囲んでいる。仕切り要素部材２３Ａ，２２Ｂは、仕切り部材１０と同様に、製作される。各仕切り要素部材２３Ａは、内側炉心領域２内に配置され、炉心１Ｃの周方向に配置された、隣接する仕切り要素部材２３Ｂ同士を連結している。各仕切り要素部材２３Ａは、実施例１における仕切り部材１０の、半径方向での配置位置と同じ位置に配置される。各仕切り要素部材２３Ａは、炉心１の中心を中心にした、炉心燃料領域の半径の４２％の半径で規定された領域を取り囲んでいる。

炉心１Ｃは内部ブランケット領域２４を形成しているので、炉心１Ｃの半径方向における出力密度の分布は、図１１に示すように、内部ブランケット領域２４で低下する。前述の仮想事故時において、内部ブランケット領域２４よりも炉心１Ｃの中心側での出力密度の高い領域で、Ｐ／Ｆの値が設定値２２よりも高くなった第１燃料集合体８において、核燃料物質の溶融が生じたとき、この核燃料物質の溶融が、仕切り部材１０Ｃ、すなわち、仕切り要素部材２３Ａ及び仕切り要素部材２３Ｂによって、仕切り部材１０Ｃの外側に存在する内側炉心領域２及び外側炉心領域３内に存在する核燃料集合体に伝播することを回避することができる。仕切り要素部材２３Ｂで囲まれた内部ブランケット領域２４に装荷されたブランケット燃料集合体２５内の核燃料物質が溶融することも回避される。

本実施例は、実施例１で生じる各効果を得ることができる。

本発明は、高速増殖炉に適用することができる。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…炉心、２…内側炉心領域、３…外側炉心領域、４…半径方向ブランケット領域、８…第１燃料集合体、９…第２燃料集合体、１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ…仕切り部材、１２…制御棒案内管、１３，２５…ブランケット燃料集合体、１８…制御棒、２２Ａ，２２Ｂ，２３Ａ，２３Ｂ…仕切り要素部材、２４…内部ブランケット領域。

Claims (7)

1. プルトニウムを含む核燃料物質を有する複数の燃料集合体が装荷された炉心燃料領域と、前記炉心燃料領域を取り囲む半径方向ブランケット領域と、前記核燃料物質の融点よりも高い融点を有する材料で構成された筒状体の仕切り部材とを備え、
   前記仕切り部材によって前記炉心燃料領域が複数の領域に分割されていることを特徴とする高速増殖炉の炉心。
2. 前記仕切り部材が前記炉心の中心軸を取り囲んでいる請求項１に記載の高速増殖炉の炉心。
3. 前記仕切り部材が、前記中心軸を中心にした、前記炉心燃料領域の半径の４２％の半径で規定された領域を取り囲んでいる請求項２に記載の高速増殖炉の炉心。
4. 複数の前記燃料集合体が、複数の第１燃料集合体、及び前記第１燃料集合体よりもプルトニウムの平均富化度が大きい複数の第２燃料集合体を含み、
   前記炉心燃料領域が、前記複数の第１燃料集合体を装荷した第１炉心領域、及び前記第１炉心領域を取り囲み、前記複数の第２燃料集合体を装荷した第２炉心領域を含んでおり、
   前記仕切り部材が前記第１炉心領域に配置されている請求項３に記載の高速増殖炉の炉心。
5. 複数の前記燃料集合体が、複数の第１燃料集合体、及び前記第１燃料集合体よりもプルトニウムの平均富化度が大きい複数の第２燃料集合体を含み、
   前記炉心燃料領域が、前記複数の第１燃料集合体を装荷した第１炉心領域、及び前記第１炉心領域を取り囲み、前記複数の第２燃料集合体を装荷した第２炉心領域を含んでおり、
   前記仕切り部材が、前記第１炉心領域と前記第２炉心領域の境界に配置され、前記第１炉心領域を取り囲んでいる請求項２に記載の高速増殖炉の炉心。
6. 前記仕切り部材が、前記仕切り部材の内側に存在する前記第１炉心領域を前記炉心の周方向において複数の領域に分割する複数の仕切り要素部材を有している請求項４または５に記載の高速増殖炉の炉心。
7. プルトニウムを含む核燃料物質を有する複数の燃料集合体が装荷された炉心燃料領域と、前記炉心燃料領域を取り囲む半径方向ブランケット領域と、前記炉心燃料領域内に配置された複数の内部ブランケット領域と、前記核燃料物質の融点よりも高い融点を有する材料で構成された筒状体の仕切り部材とを備え、
   前記仕切り部材が、それぞれの内部ブランケットを取り囲む複数の第１仕切り要素部材、及び全ての前記第１仕切り要素部材の相互間に配置されて隣り合う前記第１仕切り要素部材にそれぞれ接合された複数の第２仕切り要素部材を有し、
   前記仕切り部材によって前記炉心燃料領域が複数の領域に分割されていることを特徴とする高速増殖炉の炉心。

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