JP5443199B2 - Fast breeder reactor core structure - Google Patents
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Description
本発明は、高速増殖炉の炉心構造に関する。 The present invention relates to a core structure of a fast breeder reactor.
大型炉の高速増殖炉は、反応度体系が最大でなく、冷却材である液体ナトリウムが沸騰した場合には正の反応度が投入される特性を有する。このため、外部電源喪失時に、万が一、炉停止失敗事象が重なった場合には、出力が高い状態で急激に冷却材流量を失うため、炉心の中心部で沸騰が生じ(冷却材流量が約50%となると沸騰する)、正の反応度が投入される。これにより、炉心内の炉心領域の一部で溶融燃料が被覆管から放出され冷却材と接触によりさらに急激な沸騰現象(FCI)が生じることにより、急激な反応度が挿入されて炉心損傷に伴うエネルギーが放出される。このとき、沸騰領域の同時性が高いほど、炉心に投入される反応度が大きくなる。 The fast breeder reactor of a large reactor has a characteristic that the reactivity system is not the maximum and a positive reactivity is introduced when liquid sodium as a coolant boils. For this reason, in the unlikely event of a failure of the reactor shutdown when the external power supply is lost, the coolant flow rate is suddenly lost at a high output, and therefore boiling occurs at the center of the core (the coolant flow rate is about 50%). %), A positive reactivity is introduced. As a result, molten fuel is released from the cladding tube in a part of the core region in the core, and a sudden boiling phenomenon (FCI) occurs due to contact with the coolant. Energy is released. At this time, the higher the simultaneity of the boiling regions, the greater the reactivity introduced into the core.
特開平4−81695号公報は、高速炉の炉心に配置した一部の燃料集合体である複数の先行燃料集合体の出力/流量比を他の燃料集合体よりも大きくし、これらの先行燃料集合体を、炉心の中心を取り囲むように環状に配置している。このような構成によって、高速炉の炉心が、先行燃料集合体の配置によって、半径方向で複数の領域に分割される。何らかの原因により、炉心に冷却材を供給する一次系ポンプがトリップしたにも拘らず、原子炉スクラムができない炉停止失敗事象が生じると、炉心流量の減少によって、各先行燃料集合体は他の燃料集合体に先行して内部の冷却材の温度を上昇させる。先行燃料集合体における冷却材の温度上昇が他の燃料集合体よりも大きいので、各先行燃料集合体に負の反応度が投入される。このため、原子炉出力が低下し、原子炉が炉停止状態に移行し、全炉心に及ぶ燃料損傷を未然に防ぐことができる。さらに、万が一、燃料損傷が発生する場合には、この燃料損傷が先行燃料集合体のみに限定される。 Japanese Patent Laid-Open No. 4-81695 discloses that the power / flow ratio of a plurality of preceding fuel assemblies, which are some fuel assemblies arranged in the core of a fast reactor, is larger than that of other fuel assemblies, and these preceding fuels The assembly is arranged in an annular shape so as to surround the center of the core. With such a configuration, the core of the fast reactor is divided into a plurality of regions in the radial direction by the arrangement of the preceding fuel assemblies. If for some reason a primary shutdown pump that supplies coolant to the core trips but a reactor shutdown failure event that does not allow the reactor scram occurs, each of the preceding fuel assemblies will have other fuel assemblies due to a decrease in core flow rate. The temperature of the internal coolant is raised prior to the assembly. Since the temperature rise of the coolant in the preceding fuel assemblies is greater than that of the other fuel assemblies, a negative reactivity is introduced into each preceding fuel assembly. For this reason, the reactor power decreases, the reactor shifts to the reactor shutdown state, and fuel damage to the entire core can be prevented in advance. Furthermore, in the unlikely event that fuel damage occurs, this fuel damage is limited only to the preceding fuel assembly.
特開平2−154194号公報は、高速増殖炉の炉心において、複数の低富化度燃料集合体を炉心燃料領域に炉心中心を取り囲むように環状に配置している。これらの低富化度燃料集合体は、高富化度燃料集合体よりも核分裂性プルトニウムの富化度が低くなっている。このような低富化度燃料集合体は、出力が低く、出力/流量比が小さい燃料集合体である。特開平2−154194号公報に記載された高速増殖炉の炉心では、高富化度燃料集合体が装荷された複数の炉心燃料領域が、環状に配置された出力/流量比が小さい複数の低富化度燃料集合体によって、半径方向において高富化度燃料集合体を含む複数の領域に分割される。 In Japanese Patent Laid-Open No. 2-154194, in the core of a fast breeder reactor, a plurality of low enrichment fuel assemblies are annularly arranged in the core fuel region so as to surround the core center. These low enrichment fuel assemblies are less enriched in fissile plutonium than high enrichment fuel assemblies. Such a low enrichment fuel assembly is a fuel assembly having a low output and a low output / flow ratio. In the core of a fast breeder reactor described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-154194, a plurality of core fuel regions loaded with highly enriched fuel assemblies are arranged in a ring shape and a plurality of low-rich materials having a small output / flow ratio. Divided into a plurality of regions including the highly enriched fuel assembly in the radial direction by the enriched fuel assembly.
近年、解析評価手法の高度化等により大型の高速増殖炉においても、起因過程の現象が比較的緩慢であり、その過程において大きなエネルギー放出がないことが明らかになっている。しかし、起因過程で燃料集合体に損傷が生じ、冷却材の沸騰に伴うエネルギー放出が小さい場合でも、その後、集合体ダクト(集合体ラッパー管)が溶融し、炉心内に大きな燃料溶融プールが形成される。このとき、燃料溶融プールのスロッシング等により炉心に反応度が投入されてエネルギーが放出される恐れがある。 In recent years, it has been clarified that even in a large fast breeder reactor due to the advancement of analysis and evaluation methods, the phenomenon of the cause process is relatively slow and there is no large energy release in the process. However, even if the fuel assembly is damaged during the process and the energy release accompanying the boiling of the coolant is small, the assembly duct (assembly wrapper tube) is melted and a large fuel melt pool is formed in the core. Is done. At this time, there is a risk that the reactivity is input to the core due to sloshing or the like of the fuel melt pool and energy is released.
現在、制御棒ダクト等を通して溶融した燃料が上下に分散することから、大きな反応度が投入されないとの知見がある。しかしながら、万一、炉心内の溶融範囲が広く燃料溶融プールが大きくなると、投入反応度も大きくなるポテンシャルが残ることとなる。 At present, there is knowledge that the molten fuel is dispersed vertically through the control rod duct and the like, so that a high reactivity is not introduced. However, in the unlikely event that the melting range in the core is wide and the fuel melt pool becomes large, the potential for increasing the input reactivity will remain.
特開平2−154194号公報に記載された高速増殖炉の炉心では、環状に配置された出力/流量比が小さい複数の低富化度燃料集合体によって、半径方向において高富化度燃料集合体を含む複数の領域に分割されているので、ある領域内に装荷されている高富化度燃料集合体内で発生した燃料の溶解が、他の領域まで広がることを環状に配置された低富化度燃料集合体の層で防ぐことができる。すなわち、特開平2−154194号公報に記載された高速増殖炉の炉心では、燃料溶融が広範囲に拡大することを防ぐことができる。 In the core of a fast breeder reactor described in Japanese Patent Laid-Open No. 2-154194, a high enrichment fuel assembly is formed in a radial direction by a plurality of low enrichment fuel assemblies having a small power / flow ratio arranged in an annular shape. Since the fuel is divided into a plurality of regions, the low enrichment fuel is arranged in a ring shape so that the dissolution of the fuel generated in the highly enriched fuel assembly loaded in one region spreads to other regions It can be prevented with a layer of aggregates. That is, in the core of the fast breeder reactor described in Japanese Patent Laid-Open No. 2-154194, it is possible to prevent the fuel melting from expanding in a wide range.
特開平2−154194号公報のように、燃料溶融範囲の拡大を防ぐために、炉心燃料領域に環状の低富化度燃料集合体層を形成することは、低富化度燃料集合体の燃料ピンに充填する、プルトニウム富化度の小さい燃料ペレットを製造する必要がある。特開平2−154194号公報では、高富化度燃料集合体に用いられるプルトニウム富化度が大きい燃料ペレット、及び低富化度燃料集合体に用いられるプルトニウム富化度が小さい燃料ペレット(組成の異なる燃料ペレット)を製造する必要があり、燃料ペレットの製造ラインを富化度ごとに設けるので、燃料ペレットの製造工程が複雑化する。また、製造された富化度の異なる各燃料ペレット、それぞれの燃料ペレットを充填した各燃料ピン、及び該当する燃料ピンを組み込んだ低富化度燃料集合体及び高富化度燃料集合体の管理も、プルトニウム富化度の違いがそれぞれの構造に現れないので、細心の注意を払う必要がある。 As disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2-154194, the formation of an annular low enrichment fuel assembly layer in the core fuel region in order to prevent the expansion of the fuel melting range is a fuel pin of the low enrichment fuel assembly. There is a need to produce fuel pellets with a low plutonium enrichment that are filled in. Japanese Patent Laid-Open No. 2-154194 discloses a fuel pellet having a large plutonium enrichment used for a high enrichment fuel assembly and a fuel pellet having a small plutonium enrichment used for a low enrichment fuel assembly (different compositions). Fuel pellets) must be manufactured, and a fuel pellet manufacturing line is provided for each enrichment, which complicates the fuel pellet manufacturing process. Also, management of each fuel pellet with different enrichment, each fuel pin filled with each fuel pellet, and a low enrichment fuel assembly and a highly enriched fuel assembly incorporating the corresponding fuel pin. Because the difference in plutonium enrichment does not appear in each structure, it is necessary to pay close attention.
特開平2−154194号公報に記載された高速増殖炉の炉心を構成するためには、燃料ペレットを含め、必要な燃料集合体の製造が面倒である。 In order to construct the core of the fast breeder reactor described in Japanese Patent Laid-Open No. 2-154194, it is troublesome to manufacture the necessary fuel assemblies including fuel pellets.
本発明の目的は、燃料集合体の製造が容易であり、燃料溶融の拡大を抑制できる高速増殖炉の炉心構造を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a core structure of a fast breeder reactor that is easy to manufacture a fuel assembly and can suppress expansion of fuel melting.
上記した目的を達成する本発明の特徴は、複数の燃料集合体が配置された炉心の下方に位置する上部炉心支持部材と、上部炉心支持部材の下方に配置された下部炉心支持部材と、上部炉心支持部材及び下部炉心支持部材に取り付けられ、各燃料集合体の下端部に設けられて第1冷却材導入口が形成されたエントランスノズルが挿入されて第2冷却材導入口が形成された管状の複数の連結部材とを備え、
複数の燃料集合体が実質的に同じ組成の核燃料物質を有する複数の第1燃料集合体及び複数の第2燃料集合体を含んでおり、炉心に含まれる炉心燃料領域が、複数の第1燃料集合体が装荷されて形成される複数の第1領域、及び複数の第2燃料集合体が装荷されて形成される第2領域を有し、それぞれの第1領域が第2領域によって互いに分離されており、
第2燃料集合体のエントランスノズルに形成された第1冷却材導入口の流路面積が、第1燃料集合体のエントランスノズルに形成された第1冷却材導入口の流路面積よりも大きくなっていることにある。
A feature of the present invention that achieves the above-described object is that an upper core support member positioned below a core in which a plurality of fuel assemblies are disposed, a lower core support member disposed below the upper core support member, Tubular structure that is attached to the core support member and the lower core support member and that is provided at the lower end portion of each fuel assembly and has an entrance nozzle formed with a first coolant introduction port inserted therein to form a second coolant introduction port A plurality of connecting members,
The plurality of fuel assemblies includes a plurality of first fuel assemblies and a plurality of second fuel assemblies having nuclear fuel materials having substantially the same composition, and the core fuel region included in the core includes a plurality of first fuels. A plurality of first regions formed by loading the assembly, and a second region formed by loading the plurality of second fuel assemblies, each of the first regions being separated from each other by the second region; And
The flow passage area of the first coolant introduction port formed in the entrance nozzle of the second fuel assembly is larger than the flow passage area of the first coolant introduction port formed in the entrance nozzle of the first fuel assembly. There is in being.
第2燃料集合体のエントランスノズルに形成された第1冷却材導入口の流路面積が、第1燃料集合体の前記エントランスノズルに形成された第1冷却材導入口の流路面積よりも大きいので、第2燃料集合体に供給される冷却材流量が第1燃料集合体に供給される冷却材流量よりも多くなる。また、第1燃料集合体及び第2燃料集合体が実質的に同じ組成の核燃料物質を有するので、それぞれの燃料集合体で発生する出力も実質的に同じである。このため、第2燃料集合体に供給される冷却材流量に対する第2燃料集合体の出力の割合が、第1燃料集合体に供給される冷却材流量に対する第1燃料集合体の出力の割合よりも小さくなる。第2燃料集合体に供給される冷却材流量が第1燃料集合体に供給される冷却材流量よりも多いので、何らかの原因で1つの第1領域に装荷されたある第1燃料集合体内で冷却材が沸騰した場合でも、第2領域に装荷された第2燃料集合体内では冷却材の沸騰が生じない。このように、第1燃料集合体及び第2燃料集合体での冷却材の同時沸騰が回避される。したがって、何らかの原因で1つの第1領域に装荷されたある第1燃料集合体で燃料溶融が発生しても、この燃料溶融が他の第1領域に拡大することを第2領域によって防止することができる。 The flow passage area of the first coolant introduction port formed in the entrance nozzle of the second fuel assembly is larger than the flow passage area of the first coolant introduction port formed in the entrance nozzle of the first fuel assembly. Therefore, the coolant flow rate supplied to the second fuel assembly is greater than the coolant flow rate supplied to the first fuel assembly. Further, since the first fuel assembly and the second fuel assembly have nuclear fuel materials having substantially the same composition, the output generated in each fuel assembly is also substantially the same. Therefore, the ratio of the output of the second fuel assembly to the coolant flow rate supplied to the second fuel assembly is greater than the ratio of the output of the first fuel assembly to the coolant flow rate supplied to the first fuel assembly. Becomes smaller. Since the coolant flow rate supplied to the second fuel assembly is larger than the coolant flow rate supplied to the first fuel assembly, cooling is performed in a first fuel assembly loaded in one first region for some reason. Even when the material boils, the coolant does not boil in the second fuel assembly loaded in the second region. In this way, simultaneous boiling of the coolant in the first fuel assembly and the second fuel assembly is avoided. Therefore, even if fuel melting occurs in one first fuel assembly loaded in one first region for some reason, the second region prevents this fuel melting from expanding to another first region. Can do.
第1燃料集合体及び第2燃料集合体が実質的に同じ組成の核燃料物質を有するので、第1燃料集合体及び第2燃料集合体の製造が容易になる。 Since the first fuel assembly and the second fuel assembly have nuclear fuel materials having substantially the same composition, the manufacture of the first fuel assembly and the second fuel assembly is facilitated.
上記の目的は、複数の燃料集合体が配置された炉心の下方に配置された上部炉心支持部材と、上部炉心支持部材の下方に配置された下部炉心支持部材と、上部炉心支持部材及び下部炉心支持部材に取り付けられ、各燃料集合体の下端部に設けられて第1冷却材導入口が形成されたエントランスノズルが挿入されて第2冷却材導入口が形成された管状の複数の連結部材とを備え、
複数の燃料集合体が実質的に同じ組成の核燃料物質を有する複数の第1燃料集合体及び複数の第2燃料集合体を含んでおり、炉心に含まれる炉心燃料領域が、複数の第1燃料集合体が装荷されて形成される複数の第1領域、及び複数の第2燃料集合体が装荷されて形成される第2領域を有し、それぞれの第1領域が第2領域によって互いに分離されており、
複数の連結部材が、第1燃料集合体の前記エントランスノズルが挿入される複数の第1連結部材、及び第2燃料集合体のエントランスノズルが挿入される複数の第2連結部材を含んでおり、
第2連結部材に形成された第2冷却材導入口の流路面積が、第1連結部材に形成された第2冷却材導入口の流路面積よりも大きくなっていることによっても達成することができる。
The above object is to provide an upper core support member disposed below a core where a plurality of fuel assemblies are disposed, a lower core support member disposed below the upper core support member, an upper core support member, and a lower core. A plurality of tubular connecting members attached to the support member and provided at the lower end of each fuel assembly and having a second coolant inlet formed by inserting an entrance nozzle having a first coolant inlet formed therein; With
The plurality of fuel assemblies includes a plurality of first fuel assemblies and a plurality of second fuel assemblies having nuclear fuel materials having substantially the same composition, and the core fuel region included in the core includes a plurality of first fuels. A plurality of first regions formed by loading the assembly, and a second region formed by loading the plurality of second fuel assemblies, each of the first regions being separated from each other by the second region; And
The plurality of connection members include a plurality of first connection members into which the entrance nozzle of the first fuel assembly is inserted, and a plurality of second connection members into which the entrance nozzle of the second fuel assembly is inserted,
This is also achieved by the fact that the flow passage area of the second coolant introduction port formed in the second connection member is larger than the flow passage area of the second coolant introduction port formed in the first connection member. Can do.
第2燃料集合体のエントランスノズルが挿入される第2連結部材に形成された第2冷却材導入口の流路面積が、第1燃料集合体の前記エントランスノズルが挿入される第1連結部材に形成された第2冷却材導入口の流路面積よりも大きくなっているので、第2燃料集合体に供給される冷却材流量が第1燃料集合体に供給される冷却材流量よりも多くなる。第1燃料集合体及び第2燃料集合体に含まれるそれぞれの核燃料物質の組成が実質的に同じである。このため、第2燃料集合体に供給される冷却材流量に対する第2燃料集合体の出力の割合が、第1燃料集合体に供給される冷却材流量に対する第1燃料集合体の出力の割合よりも小さくなる。 The flow passage area of the second coolant introduction port formed in the second connecting member into which the entrance nozzle of the second fuel assembly is inserted is the first connecting member into which the entrance nozzle of the first fuel assembly is inserted. Since the flow area of the formed second coolant introduction port is larger, the coolant flow rate supplied to the second fuel assembly is larger than the coolant flow rate supplied to the first fuel assembly. . The composition of each nuclear fuel material contained in the first fuel assembly and the second fuel assembly is substantially the same. Therefore, the ratio of the output of the second fuel assembly to the coolant flow rate supplied to the second fuel assembly is greater than the ratio of the output of the first fuel assembly to the coolant flow rate supplied to the first fuel assembly. Becomes smaller.
したがって、第2燃料集合体のエントランスノズルに形成された第1冷却材導入口の流路面積を、第1燃料集合体の前記エントランスノズルに形成された第1冷却材導入口の流路面積よりも大きくした場合と同様に、何らかの原因で1つの第1領域に装荷されたある第1燃料集合体で燃料溶融が発生しても、この燃料溶融が他の第1領域に拡大することを第2領域によって防止することができる。さらに、第1燃料集合体及び第2燃料集合体が実質的に同じ組成の核燃料物質を有するので、第1燃料集合体及び第2燃料集合体の製造が容易になる。 Therefore, the flow area of the first coolant inlet formed in the entrance nozzle of the second fuel assembly is larger than the flow area of the first coolant inlet formed in the entrance nozzle of the first fuel assembly. As in the case of increasing the fuel flow, even if fuel melting occurs in a certain first fuel assembly loaded in one first region for some reason, this fuel melting will be expanded to the other first region. Two areas can prevent this. Furthermore, since the first fuel assembly and the second fuel assembly have nuclear fuel materials having substantially the same composition, the manufacture of the first fuel assembly and the second fuel assembly is facilitated.
本発明によれば、燃料集合体の製造が容易であり、核燃料溶融の拡大を抑制できる高速増殖炉の炉心構造を得ることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacture of a fuel assembly is easy and the core structure of a fast breeder reactor which can suppress expansion of nuclear fuel melting can be obtained.
本発明の実施例を以下に説明する。 Examples of the present invention will be described below.
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構造を、図1、図2、図3及び図4を用いて説明する。 A core structure of a fast breeder reactor according to embodiment 1, which is a preferred embodiment of the present invention, will be described with reference to FIGS. 1, 2, 3 and 4. FIG.
まず、本実施例の高速増殖炉の炉心構造炉が適用される高速増殖炉を説明する。高速増殖炉は、図2に示すように、原子炉容器15及び原子炉容器15内に配置された炉心1を有する。内筒16が原子炉容器15内に設置され、上部炉心支持板18及び下部炉心支持板19が内筒16内に配置されて内筒16に設置される。上部炉心支持板(上部炉心支持部材)18が炉心1の下方に配置され、下部炉心支持板(下部炉心支持部材)19が上部炉心支持板18の下方に配置される。連結管支持板20が、下部炉心支持板19の下方に配置され、内筒16に取り付けられる。複数の連結管(連結部材)21の各上端部が上部炉心支持板18に取り付けられ、複数の連結管21の各下端部が連結管支持板20に取り付けられる。各連結管21が、下部炉心支持板20を貫通しており、下部炉心支持板20にも取り付けられる。上部炉心支持板18、下部炉心支持板19、連結管支持板20及び複数の連結管21が炉心支持構造物17を構成する。入口ノズル28及び出口ノズル27が、原子炉容器15に設けられる。
First, a fast breeder reactor to which the core structure reactor of the fast breeder reactor of this embodiment is applied will be described. As shown in FIG. 2, the fast breeder reactor includes a
遮へいプラグ23が、原子炉容器15の上端部に取り付けられ、原子炉容器15の上端部を封鎖している。遮蔽プラグ23の一部が回転プラグ(図示せず)になっており、炉心上部機構24が回転プラグに取り付けられて回転プラグを貫通している。
A shielding
炉心1は、図1に示されるように、炉心燃料領域2及び半径方向ブランケット領域3を有する。さらに、複数の中性子遮へい体14(図2参照)を配置した遮へい体領域(図示せず)が形成されている。炉心燃料領域2が炉心1の中央に配置され、半径方向ブランケット領域3が炉心燃料領域2を取り囲んでいる。多数のブランケット燃料集合体12が半径方向ブランケット領域3に装荷される。遮へい体領域が半径方向ブランケット領域3を取り囲んでいる。各中性子遮へい体14の下端部が、上部炉心支持板18及び下部炉心支持板19に取り付けられたそれぞれの連結管29内に挿入されている。連結管29が中性子遮へい体14を支持する。
The core 1 has a core fuel region 2 and a
複数の燃料集合体4(第1燃料集合体)及び複数の燃料集合体11(第2燃料集合体)が炉心燃料領域2に装荷されている。燃料集合体11は、燃料集合体4よりも、燃料集合体に供給される冷却材流量に対する燃料集合体で発生する出力の割合(以下、出力/流量比という)が小さくなっている。複数の制御棒13が炉心燃料領域2に配置される。これらの制御棒13は、炉心燃料領域2内に配置されて上部炉心支持板18等の炉心支持構造物17で支持される制御棒案内管(図示せず)内に挿入される。制御棒案内管は炉心燃料領域2に装荷された燃料集合体間に配置される。
A plurality of fuel assemblies 4 (first fuel assemblies) and a plurality of fuel assemblies 11 (second fuel assemblies) are loaded in the core fuel region 2. In the
出力/流量比が小さい複数の燃料集合体11が、半径方向において、炉心燃料領域2の中心に配置された1本の制御棒案内管から炉心燃料領域2の外周に向って一列に配置され、高流量領域25を形成する。炉心燃料領域4は、炉心燃料領域2の中心に配置された1本の制御棒案内管から炉心燃料領域2の外周に向って形成された高流量領域(第2領域)25によって、2つの領域(以下、低流量領域という)26A,26Bに分割される。低流量領域(第1領域)26A,26Bには、燃料集合体として燃料集合体4が装荷されている。
A plurality of
燃料集合体4及び11を、図3を用いて説明する。燃料集合体4は、図3(A)に示すように、横断面が正六角形をした筒であるラッパー管5、管状体で下端部が封鎖されたエントランスノズル9A、及び複数の燃料ピン(燃料要素)(図示せず)を有する。各燃料ピンは、内部に核分裂性プルトニウムを含む核燃料物質で構成された複数の燃料ペレットを充填している。これらの燃料ピンがラッパー管5内に配置され、エントランスノズル9Aがラッパー管5の下端部に取り付けられる。エントランスノズル9Aには、冷却材の入口である複数のオリフィス(第1冷却材導入口)10Aが形成されている。隣接する他の燃料集合体との間の間隔を保持する複数の上部パッド7及び中間パッド8が、ラッパー管5の外面に設けられる。ハンドリングヘッド6がラッパー管5の上端部に設けられる。
The
燃料集合体11も、図3(B)に示すように、燃料集合体4と同様に構成される。燃料集合体11のエントランスノズル9Bにも、冷却材の入口である複数のオリフィス(第1冷却材導入口)10Bが形成されている。燃料集合体4及び11では、それぞれの燃料ピンに充填される核燃料物質の核分裂性プルトニウム(例えば、プルトニウム239)の富化度が同じであり、それらの燃料集合体に用いられる核燃料物質の組成が実質的に同じである。燃料集合体4と燃料集合体11の違いは、1体の燃料集合体11のエントランスノズル9Bに形成された1つのオリフィス10Bの流路面積が、1体の燃料集合体4のエントランスノズル9Aに形成された1つのオリフィス10Aの流路面積よりも大きくなっていることである。燃料集合体11の他の構成は燃料集合体4と同じである。エントランスノズル9Bに形成された全オリフィス10Bの合計流路面積が、エントランスノズル9Aに形成された全オリフィス10Aの合計流路面積よりも大きくなっている。本実施例では、エントランスノズル9Aに形成されたオリフィス10Aの個数はエントランスノズル9Bに形成されたオリフィス10Bの個数と同じである。なお、1体の各燃料集合体において、1つのオリフィス10Bの流路面積が1つのオリフィス10Aの流路面積よりも小さくても、オリフィス10Bの個数をオリフィス10Aの個数よりも多くして、全オリフィス10Bの合計流路面積が全オリフィス10Aの合計流路面積よりも大きくなるようにしてもよい。
The
燃料集合体4及び11が、図4に示すように、炉心支持構造物17によって支持される。具体的には、燃料集合体4のエントランスノズル9Aが、図4(A)に示すように、連結管21内に挿入されて支持される。連結管21には複数の開口部(第2冷却材導入口)22が形成されている。燃料集合体11のエントランスノズル9Bが、図4(B)に示すように、連結管21内に挿入されて支持される。この連結管21にも複数の開口部22が形成されている。燃料集合体4及び11がそれぞれ挿入された各連結管21に形成された全開口部22の合計流路面積は同じであり、この合計流路面積は1体の燃料集合体11に形成された全オリフィス10Bの合計流路面積よりも大きい。
The
高速増殖炉の運転中、中間熱交換器(図示せず)から排出された、冷却材である液体金属(例えば、液体ナトリウム)が、入口ノズル28から原子炉容器15内の下部プレナム26内に流入する。この液体ナトリウムは、上部炉心支持板18と下部炉心支持板19の間に形成されたプレナムに供給され、連結管22に形成された開口部22及びエントランスノズル9Aに形成されたオリフィス10Aを通って燃料集合体4のラッパー管5内に導かれる。ラッパー管5内を上昇する液体ナトリウムは、燃料集合体4の燃料ピンに含まれる核分裂性プルトニウムの核分裂で発生する熱によって加熱されて高温になり、燃料集合体4から上部プレナム25に排出される。
During operation of the fast breeder reactor, a liquid metal (eg, liquid sodium), which is discharged from an intermediate heat exchanger (not shown), enters the
上部炉心支持板18と下部炉心支持板19の間に形成されたプレナムに導かれた液体ナトリウムは、連結管22に形成された開口部22及びエントランスノズル9Bに形成されたオリフィス10Bを通って燃料集合体11のラッパー管5内に導かれる。燃料集合体11においても、液体ナトリウムは、燃料集合体4と同様に、加熱されて高温になり、燃料集合体11から上部プレナム25に排出される。上部プレナム25内の高温の液体ナトリウムは、原子炉容器15と内筒16の間に形成された環状領域を下降し、出口ノズル27から排出されて中間熱交換器に供給される。
The liquid sodium introduced into the plenum formed between the upper
エントランスノズル9Bに形成された全オリフィス10Bの合計流路面積がエントランスノズル9Aに形成された全オリフィス10Aの合計流路面積よりも大きいので、高流量領域25を形成する各燃料集合体11に供給される液体ナトリウムの流量が、低流量領域26A,26Bを形成する燃料集合体4に供給される液体ナトリウムの流量よりも多くなる。したがって、燃料集合体11の出力/流量比が燃料集合体4の出力/流量比よりも小さくなる。燃料集合体4及び11のそれぞれの出力は、お互いの核分裂性プルトニウムの富化度が同じであるので、実質的に同じになる。
Since the total flow area of all the
このような本実施例において、何らかの原因で異常状態が発生し、燃料集合体4内で液体ナトリウムの沸騰が生じたと仮定する。燃料集合体11に供給される液体ナトリウムの流量が燃料集合体4に供給される液体ナトリウムの流量よりも多いので、燃料集合体4内で液体ナトリウムの沸騰が生じたときには、燃料集合体11内で液体ナトリウムの沸騰はまだ生じない。本実施例では、エントランスノズル9Bでの全オリフィス10Bの合計流路面積がエントランスノズル9Aでの全オリフィス10Aの合計流路面積よりも大きいので、上記したように、燃料集合体4及び11で液体ナトリウムが同時に沸騰することを回避することができる。
In this embodiment, it is assumed that an abnormal state has occurred for some reason and liquid sodium has boiled in the fuel assembly 4. Since the flow rate of liquid sodium supplied to the
燃料集合体4内で液体ナトリウムの沸騰が生じて燃料集合体4内の燃料ピンの温度が過度に上昇したとき、燃料集合体4内の核燃料物質が溶融する燃料溶融に至る可能性がある。例えば、低流量領域26A内のある燃料集合体4で燃料溶融が発生したとする。この燃料集合体4のラッパー管5も溶融し、燃料溶融が隣接する他の燃料集合体4に伝播する。
When boiling of liquid sodium occurs in the fuel assembly 4 and the temperature of the fuel pin in the fuel assembly 4 rises excessively, there is a possibility that the fuel melts in which the nuclear fuel material in the fuel assembly 4 melts. For example, it is assumed that fuel melting occurs in a certain fuel assembly 4 in the low
上記したように、低流量領域26A内で各燃料集合体4に燃料溶融が伝播して低流量領域26A内での燃料溶融が拡大し、高流量領域25に隣接した、低流量領域26A内の燃料集合体4にも燃料溶融が発生した場合を想定する。高流量領域25内に存在する、出力/流量比が小さい燃料集合体11には、多量の液体ナトリウムが流れているので、この燃料集合体11に隣接した、低流量領域26A内の燃料集合体4が溶融しても、燃料集合体11の溶融が避けられる。したがって、低流量領域26A内で発生した燃料集合体4の燃料溶融が、高流量領域25によって遮られて低流量領域26Bに伝播することを防止することができる。低流量領域26A内の燃料集合体4に燃料溶融が発生した場合には、高流量領域25内の燃料集合体11には液体ナトリウムが沸騰しない状態で流れている。
As described above, the fuel melting propagates to each fuel assembly 4 in the low
本実施例では、炉心燃料領域2の中心に1本の制御棒案内管13が配置され、半径方向に伸びる高流量領域25がこの制御棒案内管13によって分断されている。低流量領域26A内で発生した燃料集合体4の燃料溶融が伝播し、炉心燃料領域2の中心に配置された制御棒案内管13が溶融した場合を想定する。この制御棒案内管13が溶融燃料によって溶融された場合には、溶融した核燃料が、制御棒案内管13内に流入してその制御棒案内管13内を落下する。やがて、落下した溶融燃料は、上部炉心支持板18より下方の液体ナトリウムが存在する領域(例えば、下部プレナム26)に到達する。低流量領域26A内にも複数の制御棒案内管13が配置されているので、もし、幾つかの制御棒案内管13が溶融燃料によって溶融した場合には、低流量領域26A内の溶融燃料は溶けた制御棒案内管13を通して下部プレナム26等へ落下する。この溶融燃料は、下部プレナム26内の液体ナトリウムによって冷却される。
In the present embodiment, one control
本実施例では、低流量領域26A内で発生した燃料溶融によって低流量領域26A内に生じた燃料溶融プールが、高流量領域25の形成によって低流量領域26A内に閉じ込められ、低流量領域26Bに拡大することを防止できる。低流量領域26A内の全ての燃料集合体4で燃料溶融が発生した場合における放出エネルギーは、高流量領域25が形成されていない場合において炉心燃料領域全体に燃料溶融が拡大したときに発生する放出エネルギーの1/2以下に低減することが想定される。実際には、低流量領域26A内に形成された燃料溶融プール内の溶融燃料が、溶融した制御棒案内管13を通して上部炉心支持板18より下方に落下することが想定され、低流量領域26A内における燃料溶融プールが小さくなり、放出エネルギーがさらに低減される。
In the present embodiment, the fuel melt pool generated in the
本実施例では、燃料集合体11に設けられた各燃料ピンに充填される燃料ペレットの組成は、燃料集合体4における燃料ペレットの組成と同じである。このため、燃料集合体4及び11に用いられる燃料ペレットの製造に際しては、これらの燃料集合体に使用される各燃料ペレットの製造ラインを分ける必要がない。したがって、出力/流量比が大きい燃料集合体4用の燃料ペレット、及び出力/流量比が小さい燃料集合体11用の燃料ペレットの製造が容易になる。また、燃料集合体4及び11の各燃料ペレットの核分裂性プルトニウムの富化度、及び組成が同じであるため、両燃料集合体の燃料ペレット及び燃料ピンを区別して管理する必要がなく、それらの管理が容易になる。燃料集合体4と燃料集合体11はエントランスノズルに形成されたオリフィスの流路面積が異なるので、燃料集合体4と燃料集合体11はそれぞれの燃料集合体の概観を見て区別することができる。
In the present embodiment, the composition of fuel pellets filled in each fuel pin provided in the
本実施例によれば、燃料集合体の製造が容易になり、且つ燃料溶融の拡大を抑制することができる。 According to this embodiment, the fuel assembly can be easily manufactured, and the expansion of fuel melting can be suppressed.
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構造を、図5を用いて説明する。 The core structure of the fast breeder reactor according to embodiment 2, which is another embodiment of the present invention, will be described with reference to FIG.
本実施例の高速増殖炉の炉心構造は、実施例1の高速増殖炉の炉心構造において、高流量領域25に装荷された各燃料集合体に供給する冷却材流量の調節、及び低流量領域26A,26Bに装荷された各燃料集合体に供給する冷却材流量の調節を、エントランスノズルに形成されたオリフィスの流路面積ではなく、それぞれの領域に装荷された燃料集合体のエントランスノズルが挿入された各連結管に形成された開口部の流路面積を変えることによって行うように構成されている。本実施例の高速増殖炉の炉心構造の他の構成は、実施例1の高速増殖炉の炉心構造と同じである。
The core structure of the fast breeder reactor of the present embodiment is the same as that of the core structure of the fast breeder reactor of the first embodiment, and the adjustment of the coolant flow rate supplied to each fuel assembly loaded in the high
本実施例における高速増殖炉の炉心構造を、実施例1における高速増殖炉の炉心構造と異なっている部分を中心に説明する。本実施例では、実施例1における燃料集合体4及び11に替えて、燃料集合体4A及び11Aを炉心燃料領域2に装荷している。本実施例においても、実施例1と同様に、炉心燃料領域2に、低流量領域26A,26B及び高流量領域25を形成している。複数の燃料集合体4A(第1燃料集合体)が低流量領域26A,26Bに装荷され、複数の燃料集合体11A(第2燃料集合体)が高流量領域25に装荷される。本実施例で用いられる燃料集合体4A及び11Aは全く同じ構成を有する。燃料集合体4A及び11Aのそれぞれに用いられる各燃料ピンの核分裂性プルトニウムの富化度等の組成が同じである。また、燃料集合体4A及び11Aの各エントランスノズル9も同じ形状を有し(図5(A)及び図5(B)参照)、これらのエントランスノズル9に形成される複数のオリフィス10Cの流路面積及び個数が同じである。燃料集合体4A及び11Aは全く同じ構成を有しているが、低流量領域26A,26Bに装荷された燃料集合体と高流量領域25に装荷された燃料集合体を区別するため、便宜的に、前者を燃料集合体4A、及び後者を燃料集合体11Aと称している。
The core structure of the fast breeder reactor in the present embodiment will be described with a focus on the differences from the core structure of the fast breeder reactor in the first embodiment. In this embodiment,
実施例1では一種類の連結管21が用いられているのに対して、本実施例では二種類の連結管21A,21Bが用いられる(図5(A)及び図5(B)参照)。連結管21A,21Bは、それぞれ、複数個存在し、実施例1に用いられる連結管21と同様に、各上端部が上部炉心支持板18に取り付けられ、各下端部が連結管支持板20に取り付けられる。それぞれの連結管21A,21Bが、下部炉心支持板20に取り付けられて下部炉心支持板20を貫通している。本実施例における炉心支持構造物17Aは、上部炉心支持板18、下部炉心支持板19、連結管支持板20及び複数の連結管21A,21Bによって構成される。
In the first embodiment, one type of connecting
連結管21A(第1連結部材)には複数の開口部(第2冷却材導入口)22Aが形成され、連結管21B(第2連結部材)には複数の開口部(第2冷却材導入口)22Bが形成される。1つの開口部22Bの流路面積は1つの開口部22Aの流路面積よりも小さくなっている。連結管21Bに形成された全開口部22Bの合計流路面積が連結管21Aに形成された全開口部22Aの合計流路面積よりも大きくなっている。燃料集合体4A及び11Aのそれぞれのエントランスノズル9に形成された全オリフィス10Cの合計流路面積が連結管21Bに形成された全開口部22Bの合計流路面積よりも大きくなっている。
A plurality of openings (second coolant introduction ports) 22A are formed in the
複数の連結管21Bは、実施例1における燃料集合体11と同様に、炉心燃料領域2の中心に位置する1本の制御棒案内管13から炉心燃料領域2の外周に向って一列に配置されている。各連結管21Bにエントランスノズル9がそれぞれ挿入される燃料集合体11Aも、炉心燃料領域2の中心に位置する1本の制御棒案内管13から炉心燃料領域2の外周に向って一列に配置されている。これらの燃料集合体11Aによって図1に示された高流量領域25が炉心燃料領域2に形成される。図1に示された低流量領域26A,26Bが、各連結管21Aにエントランスノズル9がそれぞれ挿入される燃料集合体4Aによって、炉心燃料領域2に形成される。本実施例でも、炉心燃料領域2が高流量領域25によって低流量領域26A,26Bの2つの領域に分割される。
Similar to the
上部炉心支持板18と下部炉心支持板19の間に存在する液体ナトリウムは、連結管21Aの開口部22A及びエントランスノズル9のオリフィス10Cを通って燃料集合体4Aに供給され、連結管21Bの開口部22B及びエントランスノズル9のオリフィス10Cを通って燃料集合体11Aに供給される。燃料集合体4Aに供給される液体ナトリウムの流量が連結管21Aに形成された複数の開口部22Aによって制限され、燃料集合体11Aに供給される液体ナトリウムの流量が連結管21Bに形成された複数の開口部22Bによって制限される。連結管21Bに形成された全開口部22Bの合計流路面積が連結管21Aに形成された全開口部22Aの合計流路面積よりも大きいので、燃料集合体11Aに供給される液体ナトリウムの流量は、燃料集合体4Aに供給される液体ナトリウムの流量よりも多くなる。すなわち、燃料集合体11Aの出力/流量比が燃料集合体4Aの出力/流量比よりも小さくなる。
Liquid sodium existing between the upper
このため、本実施例においても、低流量領域26Aである燃料集合体4Aで燃料溶融が生じた場合には、この燃料溶融は低流量領域26Aだけにおいて拡大する。低流量領域26Aで発生した燃料溶融が、実施例1と同様に、高流量領域25によって遮られて低流量領域26Bに拡大することを防止できる。
For this reason, also in this embodiment, when fuel melting occurs in the
このような本実施例は、実施例1で生じる各効果を得ることができる。本実施例では、連結管21A,21Bによって燃料集合体4A,11Aに供給するそれぞれの液体ナトリウムの流量を調節しているので、燃料集合体4A,11Aの構造を同じくすることができる。このため、燃料集合体4A,11Aのそれぞれにおけるエントランスノズル9の構造を同じにすることができる。また、燃料集合体4A,11Aのそれぞれに用いられる核燃料物質の組成が実質的に同じである。したがって、燃料集合体4Aを高流量領域25に装荷し、燃料集合体11Aを低流量領域26A,26Bに装荷することができ、高流量領域25及び低流量領域26A,26Bに装荷する燃料集合体を区別する必要がなく、炉心燃料領域2への燃料集合体の装荷が容易になる。これは、高流量領域25が炉心支持構造物17Aに設けた連結管21Bによって形成され、低流量領域26A,26Bが炉心支持構造物17Aに設けた連結管21Aによって形成されるからである。
Such a present Example can obtain each effect which arises in Example 1. FIG. In the present embodiment, the flow rates of the liquid sodium supplied to the
実施例1及び2では、低流量領域26A,26Bを炉心燃料領域2の中心を通る一列の高流量領域25によって分けているが、炉心燃料領域2の中心を通る複数列、たとえば、三列の高流量領域25を形成することにより、炉心燃料領域2に6領域の低流量領域を形成することができる。また、高流量領域25を直線ではなく、炉心燃料領域2の中心を取り囲む環状の1つの高流量領域を形成することによって、炉心燃料領域2を半径方向に分割し、2つの環状の低流量領域を形成することができる。環状の高流量領域を同心円状に複数形成しても良い。
In the first and second embodiments, the
1…炉心、2…炉心燃料領域、4,4A,11,11A…燃料集合体、5…ラッパー管、9,9A,9B…エントランスノズル、10,10A,10B,10C…オリフィス、13…制御棒、15…原子炉容器、16…内筒、17…炉心支持構造物、18…上部炉心支持板、19…下部炉心支持板、21,21A,21B…連結管、22,22A,22B…開口部、25…高流量領域、26A,26B…低流量領域。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Core, 2 ... Core fuel area | region, 4, 4A, 11, 11A ... Fuel assembly, 5 ... Wrapper pipe | tube, 9, 9A, 9B ... Entrance nozzle, 10, 10A, 10B, 10C ... Orifice, 13 ...
Claims (4)
前記複数の燃料集合体が、実質的に同じ組成の核燃料物質を有する複数の第1燃料集合体及び複数の第2燃料集合体を含んでおり、前記炉心に含まれる炉心燃料領域が、前記複数の第1燃料集合体が装荷されて形成される複数の第1領域、及び前記複数の第2燃料集合体が装荷されて形成される第2領域を有し、それぞれの前記第1領域が前記第2領域によって互いに分離されており、
前記第2燃料集合体の前記エントランスノズルに形成された前記第1冷却材導入口の流路面積が、前記第1燃料集合体の前記エントランスノズルに形成された前記第1冷却材導入口の流路面積よりも大きくなっていることを特徴とする高速増殖炉の炉心構造。 An upper core support member positioned below a core in which a plurality of fuel assemblies are disposed; a lower core support member disposed below the upper core support member; and the upper core support member and the lower core support member. And a plurality of tubular connecting members provided at the lower ends of the respective fuel assemblies and having an entrance nozzle formed with a first coolant introduction port and formed with a second coolant introduction port. ,
The plurality of fuel assemblies include a plurality of first fuel assemblies and a plurality of second fuel assemblies having nuclear fuel materials having substantially the same composition, and a core fuel region included in the core includes the plurality of core fuel regions. A plurality of first regions formed by loading the first fuel assemblies, and a second region formed by loading the plurality of second fuel assemblies, each of the first regions being the Separated from each other by a second region,
The flow area of the first coolant inlet formed in the entrance nozzle of the second fuel assembly is equal to the flow area of the first coolant inlet formed in the entrance nozzle of the first fuel assembly. A fast breeder reactor core structure characterized by being larger than the road area.
前記複数の燃料集合体が実質的に同じ組成の核燃料物質を有する複数の第1燃料集合体及び複数の第2燃料集合体を含んでおり、前記炉心に含まれる炉心燃料領域が、前記複数の第1燃料集合体が装荷されて形成される複数の第1領域、及び前記複数の第2燃料集合体が装荷されて形成される第2領域を有し、それぞれの前記第1領域が前記第2領域によって互いに分離されており、
前記複数の連結部材が、前記第1燃料集合体の前記エントランスノズルが挿入される複数の第1連結部材、及び前記第2燃料集合体の前記エントランスノズルが挿入される複数の第2連結部材を含んでおり、
前記第2連結部材に形成された前記第2冷却材導入口の流路面積が、前記第1連結部材に形成された前記第2冷却材導入口の流路面積よりも大きくなっていることを特徴とする高速増殖炉の炉心構造。 An upper core support member disposed below a core in which a plurality of fuel assemblies are disposed; a lower core support member disposed below the upper core support member; the upper core support member and the lower core support member; A plurality of tubular connecting members provided at the lower end of each of the fuel assemblies and having a second coolant inlet formed by inserting an entrance nozzle having a first coolant inlet formed therein. Prepared,
The plurality of fuel assemblies includes a plurality of first fuel assemblies and a plurality of second fuel assemblies having nuclear fuel materials having substantially the same composition, and a core fuel region included in the core includes the plurality of fuel assemblies. A plurality of first regions formed by loading the first fuel assemblies; and a second region formed by loading the plurality of second fuel assemblies, each of the first regions being the first region. Separated from each other by two regions,
The plurality of connecting members include a plurality of first connecting members into which the entrance nozzle of the first fuel assembly is inserted, and a plurality of second connecting members into which the entrance nozzle of the second fuel assembly is inserted. Including
The flow area of the second coolant introduction port formed in the second connection member is larger than the flow area of the second coolant introduction port formed in the first connection member. The fast breeder reactor core structure.
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