JP6181067B2 - Reactor assembly comprising nuclear fuel and a system for activating and inserting at least one neutron absorption and / or mitigation element - Google Patents
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Description
(技術分野および従来技術)
本発明は、核燃料と、全体的な炉心溶融の場合に中性子吸収および/または緩和材のみとなりうる少なくとも1つの挿入対象要素とを備えた、原子炉用混合集合体に関する。緩和材は、集合体内で核燃料棒のクラッディングを形成する材料との共晶を低融点で形成することができ、溶融した炉心またはコリウムの排出を妨げるプラグの形成を防止する材料である。
(Technical field and conventional technology)
The present invention relates to a nuclear mixing assembly comprising a nuclear fuel and at least one element to be inserted that can only be neutron absorbing and / or mitigating material in the case of overall core melting. The relaxation material is a material that can form a eutectic with a material forming the cladding of the nuclear fuel rod in the assembly at a low melting point and prevent formation of a plug that prevents discharge of the molten core or corium.
この集合体は、特にナトリウム冷却高速炉、以降SFRと称する炉用に意図されたものである。 This assembly is particularly intended for sodium-cooled fast reactors, hereinafter referred to as SFRs.
原子炉の炉心の活動を調整するため、または炉の誤動作の影響を制限するために、中性子吸収材から構成される要素が原子炉に挿入されるべきであるということが計画されている。これらの要素は、正常動作中は炉心上方に懸架された集合体棒の形式でありうる。炉の反応度を低減する必要が検出された場合、吸収要素は核分裂領域に挿入される。 It is planned that elements composed of neutron absorbers should be inserted into the reactor in order to coordinate the activity of the reactor core or limit the effects of reactor malfunction. These elements can be in the form of assembly bars suspended above the core during normal operation. If a need to reduce the reactor reactivity is detected, the absorbing element is inserted into the fission region.
例えば、ナトリウム冷却炉の場合には液体ナトリウムの循環を妨げるプラグが形成されるため、炉の誤動作は、例えば一次冷却材システムなどの炉冷却システムにおける問題でありうる。その問題は、ヒートシンクの欠如、すなわち、炉冷却材システムを介して抽出される熱がもはや正しく排出されないことである。 For example, in the case of a sodium cooled furnace, a plug that prevents the circulation of liquid sodium is formed, so a malfunction of the furnace can be a problem in a furnace cooling system such as a primary coolant system. The problem is the lack of a heat sink, i.e. the heat extracted through the furnace coolant system is no longer correctly discharged.
挿入された負の反応度がない場合、これらの誤動作は炉心温度上昇を含む結果につながり、それは1つまたは複数の集合体の溶融を引き起こすばかりか、全体的な炉心の溶融を引き起こして炉の健全性喪失につながりうる。 In the absence of an inserted negative reactivity, these malfunctions can result in an increase in core temperature, which not only causes melting of one or more assemblies, but also causes overall melting of the core. It can lead to loss of health.
炉心に吸収要素を挿入する目的は、中性子反応を鎮圧して、炉心を、考慮された誤動作に関して認められた基準を満たすように選択された温度に安定化することである。 The purpose of inserting an absorbing element in the core is to suppress the neutron reaction and stabilize the core at a temperature selected to meet the accepted criteria for considered malfunctions.
さらに、炉制御における最大の安全性を維持して共通モードの欠陥を補償するために、いくつかの、重複した多様で独立した運転停止システムが配設される。 In addition, several overlapping, diverse and independent shutdown systems are arranged to maintain maximum safety in furnace control and compensate for common mode defects.
過去にSFR原子炉に使用された運転停止システム(従来型と分類される)は、吸収要素の挿入が、外部電力制御により、または電気信号の喪失により起動されるという意味において能動装置に基づく。これまでに使用された運転停止システムは、容器のヘッドプラグと機械的インターフェースを有している。 Shutdown systems (classified as conventional) used in the past for SFR reactors are based on active devices in the sense that the insertion of the absorption element is triggered by external power control or by loss of electrical signals. The shutdown systems used so far have a container head plug and a mechanical interface.
次世代のSFR原子炉に関しては、従来型の運転停止システムが故障した場合に備えて新たな運転停止システムを追加することが計画されている。したがって、この「緊急」運転停止システムの装置は、従来型運転停止システムより先に起動されてはならない。装置多様化の論理に基づき、また、電気的器具、制御および論理システムの故障のリスクを排除するために、吸収要素の挿入が、電気的制御ではなく、物理的現象に直接に追従して起動されるという意味において受動装置を使用することが想定される。例えば、流れの変動または温度上昇に感応する起動手段を想定することが可能であろう。これらの受動装置は、詳細に研究されてきたが、未だ原子炉に使用されてはいない。 For the next generation SFR reactor, it is planned to add a new shutdown system in case the conventional shutdown system fails. Therefore, this “emergency” shutdown system device must not be activated prior to the conventional shutdown system. Based on device diversification logic and to eliminate the risk of failure of electrical appliances, controls and logic systems, the insertion of absorbing elements starts directly following physical phenomena rather than electrical control It is envisaged to use passive devices in the sense that For example, it would be possible to envisage activation means that are sensitive to flow fluctuations or temperature increases. These passive devices have been studied in detail but have not yet been used in nuclear reactors.
特許文献1は、核燃料棒を格納したボックスと、緊急運転停止装置とを備えた燃料集合体を開示している。この運転停止装置は、別様では燃料棒によって占有される空間を占有する。この装置は、集合体ボックスに固定される密封されたケーシングを備える。運転停止装置は、ワイヤに沿って懸架された長尺要素の形式のアルゴンと炭化ホウ素を含む。ワイヤは、密封されたケーシングから、感温性ヒューズによって懸架され、温度が閾値を超えるとヒューズが溶けて炭化ホウ素を解放し、炭化ホウ素は炉心の高さにあるカプセルの底に落下する。ケーシングは集合体に固定されているため、ケーシングは集合体から機械的に隔離されておらず、そのため、格子ピッチでかかる機械的負荷によって変形の可能性があり、集合体平板のアーチングおよび/または圧潰などにつながる。すると集合体の炉心への炭化ホウ素の挿入が妨げられる。 Patent document 1 is disclosing the fuel assembly provided with the box which stored the nuclear fuel rod, and the emergency operation stop apparatus. This shutdown device otherwise occupies the space occupied by the fuel rods. The device comprises a sealed casing that is secured to the assembly box. The shutdown device includes argon and boron carbide in the form of elongated elements suspended along the wire. The wire is suspended from the sealed casing by a temperature sensitive fuse, and when the temperature exceeds a threshold, the fuse melts and releases boron carbide, which falls to the bottom of the capsule at the core level. Since the casing is fixed to the assembly, the casing is not mechanically isolated from the assembly, so it can be deformed by such mechanical loads at the lattice pitch, and the arching and / or assembly plate It leads to crushing. This prevents the insertion of boron carbide into the core of the assembly.
したがって、この開示される集合体の挿入の信頼性は改良される。 Thus, the reliability of the disclosed aggregate insertion is improved.
さらに、緊急運転停止装置が正しく動作しているかどうかをチェックすることは、2つの理由により不可能である。第1に、ヒューズシステムは、この種のシステムが一度のみ作動しうるため、再装備することが不可能である。第2に、緊急運転停止装置は集合体に固定されているため、キャリア燃料集合体に温度起動テストを課することを想定できない。 Furthermore, it is impossible to check whether the emergency shutdown device is operating correctly for two reasons. First, the fuse system cannot be reequipped because this type of system can only operate once. Second, since the emergency shutdown device is fixed to the assembly, it cannot be assumed that a temperature start test is imposed on the carrier fuel assembly.
さらに、ケーシングがキャリア燃料集合体に固定されているため、吸収装置の寿命とキャリア燃料集合体の寿命を切り離すことは不可能である。さらに、燃料集合体製造ライン内および解体動作中に吸収材をハンドリングすることは難しい。 Furthermore, since the casing is fixed to the carrier fuel assembly, it is impossible to separate the life of the absorber from the life of the carrier fuel assembly. Furthermore, it is difficult to handle the absorbent material in the fuel assembly production line and during the dismantling operation.
特許文献2は、円筒形リンクの形式の吸収要素を持つ原子炉用安全装置を開示している。しかしながら、リンクの円筒形形状は、挿入信頼性にも、温度の面でも、中性子効率においても最適ではない。
特許文献3は、一体化された受動安全装置を持つ核燃料装置を開示している。受動安全装置は、溶融可能なマトリクスへと鋳造されたボールの形式の吸収要素を備える。第1に、スタック状のボールはアーチング効果により機械的閉塞を引き起こしうるため、トリップ動作および挿入の信頼性を減じうる。第2に、核分裂束内でのボールの分配は制御されず、特に照射の終盤において、照射クリープによって束がかなり変形して、照射下で膨張しているときには特に制御不能である。ボールによる、燃料棒束の部分的または全面的な閉塞のリスクもあり、また、束から上流と下流に配置された格子が閉塞される危険もあり、それは、非常に起こりえないような事故をカバーするために設計される付加的な安全装置の一義的デザインルールに反することになる。すなわち、標準設計によって提供される防止レベルは劣化させてはならない。しかしながら、燃料集合体の瞬時の全面的閉塞(BTI)は、燃料溶融イニシエータとしてSFRで考慮されるシナリオのうちの1つであるが、それは標準的炉心設計での残留リスクのドメインに委託される。 Patent Document 3 discloses a nuclear fuel device having an integrated passive safety device. The passive safety device comprises an absorbent element in the form of a ball cast into a meltable matrix. First, stacked balls can cause mechanical blockage due to arching effects, which can reduce tripping and insertion reliability. Secondly, the distribution of the balls in the fission bundle is not controlled, especially at the end of the irradiation, especially when the bundle is significantly deformed by irradiation creep and is expanding under irradiation. There is also the risk of partial or complete blockage of the fuel rod bundle by the balls, and the risk of blockage of the grids located upstream and downstream from the bundle, which is very unlikely to occur. This would violate the unambiguous design rules for additional safety devices designed to cover. That is, the prevention level provided by the standard design should not be degraded. However, instantaneous full blockage (BTI) of the fuel assembly is one of the scenarios considered by the SFR as a fuel melt initiator, but it is delegated to the residual risk domain in the standard core design .
特許文献4は、中性子吸収材を原子炉に挿入することを可能にする温度感応性起動装置を開示している。この装置は燃料集合体内に配置される。このシステムの、温度逸脱に関する反応度と精度は非常に限られている。さらに、この装置は通常動作中に炉心の中性子性能に深刻な影響を与える。運転停止システムが、通常動作中の炉心の中性子性能に最小の影響を持つものであれば、炉心内の燃料体積比の損失を最小化するために、集合体ごとの中性子機能要素(吸収材または燃料)の体積比は最大化されなければならない。制御システム専用の集合体に関して、このことは典型的に、炉心内でのポジション数を最小化するために、集合体ごとの吸収材の容量を最大化することを意味する。起動反応度を最適化する試みがなされている混合集合体デザインに関して、このことは、パワー集合体に比べた燃料の体積比の減少を最小化することに帰結することになろう。特許文献4は上記いずれも可能にせず、それは、特許文献4では、標準型燃料集合体で可能なレベルよりも非常に低い最大燃料体積比(5つの燃料カプセルと1つの吸収材カプセルの組み合わせ)、ならびに、制御棒で可能なレベルよりも非常に低い最大吸収材体積比(5つの吸収材カプセルと1つの燃料カプセルの組み合わせ)を提供するからである。 Patent Document 4 discloses a temperature sensitive starter that allows a neutron absorber to be inserted into a nuclear reactor. This device is placed in the fuel assembly. The sensitivity and accuracy of this system with respect to temperature deviations is very limited. In addition, this device severely affects the neutron performance of the core during normal operation. If the shutdown system has minimal impact on the neutron performance of the core during normal operation, the neutron functional element (absorber or absorber) for each assembly is used to minimize the loss of fuel volume ratio in the core. The volume ratio of the fuel must be maximized. For assemblies dedicated to the control system, this typically means maximizing the capacity of the absorber per assembly in order to minimize the number of positions in the core. For mixed assembly designs where attempts are made to optimize the start-up reactivity, this will result in minimizing the reduction in fuel volume ratio compared to the power assembly. Patent Document 4 does not allow any of the above, which in Patent Document 4 is a maximum fuel volume ratio (combination of five fuel capsules and one absorber capsule) that is much lower than is possible with a standard fuel assembly. As well as providing a maximum absorbent volume ratio (a combination of five absorbent capsules and one fuel capsule) that is much lower than is possible with control rods.
(発明の提示)
したがって、本発明の目的は、受動起動の緊急運転停止システムを含む核集合体を提供することであり、それはすなわち、容器のヘッドプラグと機械的リンクを持たず、高精度かつ良好な起動信頼性、良好な挿入信頼性を持ち、また、必要な回数だけ正常動作を検査できるものである。
(Presentation of invention)
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a nuclear assembly including a passively activated emergency shutdown system, i.e., without a container head plug and a mechanical link, with high accuracy and good activation reliability. It has good insertion reliability, and can test normal operation as many times as necessary.
上述の目的は、核燃料棒が内部に配置されたボックスと、そのボックス内に配置されて、核燃料棒のうちのいくつかの空間を占有する緊急運転停止システムとを備えた核集合体によって達成され、緊急運転停止システムは、ボックスの中心線に沿って延出するカプセルを備え、前記カプセルは、燃料棒内にハウジングを区切っているシース内に取り外し可能に挿入され、そのカプセル内に、中性子吸収材および/または緩和材でありうる挿入対象集合体が懸架している。 The above objective is accomplished by a nuclear assembly comprising a box having nuclear fuel rods disposed therein and an emergency shutdown system disposed within the box and occupying some space of the nuclear fuel rods. The emergency shutdown system comprises a capsule extending along the centerline of the box, said capsule being removably inserted into a sheath that delimits the housing within the fuel rod and into which the neutron absorption The assembly to be inserted, which can be a material and / or a relaxation material, is suspended.
集合体は、集合体から機械的に結合解除される緊急運転停止システムを備え、結合解除されるとシステムは移設されて集合体ボックスから取り外され、正常動作しているか、修理、再装備できる可能性があるか、または、負の反応度が極端に減少している場合に挿入対象集合体を交換するかをチェックされる。 The assembly has an emergency shutdown system that is mechanically decoupled from the assembly, and when decoupled, the system can be relocated and removed from the assembly box and can be operating normally, repaired, or re-equipped It is checked whether or not the assembly to be inserted is replaced when the negative reactivity is extremely reduced.
ボックス内を循環している冷却材の流れのほぼ全ては装置を通り、標準的な燃料集合体内の流れに実際上等しいため、挿入の精度および起動信頼性は最適化される。燃料集合体のみの集合体または混合集合体へのパワーおよび冷却材供給流速は、吸収材のみの集合体へのパワーおよび冷却材供給流速よりも著しく高いため、挿入は、吸収材専用の集合体の場合よりも迅速かつ厳密に起動される。 Since nearly all of the coolant flow circulating in the box passes through the device and is practically equal to the flow in a standard fuel assembly, insertion accuracy and start-up reliability are optimized. Since the power and coolant supply flow rate for a fuel assembly-only assembly or mixed assembly is significantly higher than the power and coolant supply flow rate for an absorbent-only assembly, insertion is an assembly dedicated to the absorber. Start up faster and more rigorously than you would.
挿入対象集合体の解放は、集合体の事故状態を表す任意の物理的特徴によって起動されうる。 The release of the insertion target assembly can be triggered by any physical feature that represents the accident state of the assembly.
遭遇される事故状態のタイプによって、すなわち、炉冷却材の流れの喪失、および反応度遷移の場合は、起動の契機になる物理現象として、流れ、または中性子束が使用されうる。 Depending on the type of accident condition encountered, i.e. in the case of loss of reactor coolant flow and reactivity transitions, flow or neutron flux can be used as a physical phenomenon that triggers activation.
好ましくは、起動の契機になる物理現象として温度が使用される。運転停止システムの起動装置は磁気式でありうる。挿入対象集合体は、キューリー温度に達した場合に解放される。好ましくは、解放は、差異のある拡張現象によって起動されうる。解放装置は直接冷却材の流れの中にあって、冷却材温度上昇が挿入対象集合体の解放を引き起こす。 Preferably, temperature is used as a physical phenomenon that triggers activation. The start-up device of the shutdown system can be magnetic. The insertion target assembly is released when the Curie temperature is reached. Preferably, the release can be triggered by a differential expansion phenomenon. The release device is directly in the coolant flow, and an increase in coolant temperature causes the assembly to be inserted to be released.
また有利には、緊急運転停止装置は、冷却材温度が所与の閾値を超えない場合に挿入対象集合体の解放を防止することにより、挿入対象集合体の望ましくない落下を防止する手段を備えている。 Also advantageously, the emergency shutdown device comprises means for preventing undesired dropping of the insertion target assembly by preventing the release of the insertion target assembly when the coolant temperature does not exceed a given threshold. ing.
非常に有利には、挿入対象集合体は、いくつかの略球状要素によって形成され、その要素がケーブルに取り付けられて一連を形成し、要素が挿入されないというリスクを減らす。 Very advantageously, the assembly to be inserted is formed by a number of substantially spherical elements that are attached to the cable to form a series, reducing the risk that the elements will not be inserted.
次に、本発明の主題は、垂直軸にほぼ沿って配向した長軸を持つボックスと、ボックスの底部に配置された核分裂領域と、ボックスの頂部に配置された自由体積部と、長軸に沿って頂部の側に配置された核分裂領域の端部から、長軸に沿って核分裂領域の少なくとも一部にわたって延出する核分裂領域内の自由空間と、自由空間を縁取るシースと、起動および挿入システムとを備えた原子炉用キャリア集合体であり、前記起動および挿入システムは、長軸を持つカプセルと、カプセル内に懸架された挿入対象集合体と、集合体が事故状態にある場合に前記挿入対象集合体を解放することができる起動および挿入装置とを備え、前記カプセルはシース内に部分的に挿入され、前記起動および挿入システムはキャリア集合体内に取り外し可能に設置され、前記カプセルは把持ヘッドを備えていて、その把持ヘッドから起動および挿入システムはシース上方に懸架される。 Next, the subject of the present invention is a box having a major axis oriented substantially along the vertical axis, a fission region located at the bottom of the box, a free volume located at the top of the box, and a major axis. A free space in the fission region that extends from the end of the fission region along the top side along at least part of the fission region along the long axis, a sheath that borders the free space, and activation and insertion A nuclear reactor carrier assembly, wherein the activation and insertion system includes a capsule having a long axis, an assembly to be inserted suspended in the capsule, and the assembly when the assembly is in an accident state. An activation and insertion device capable of releasing the assembly to be inserted, wherein the capsule is partially inserted into the sheath, and the activation and insertion system is removably installed in the carrier assembly. Is, the capsule is equipped with a gripping head, start and insertion system from the gripping head is suspended in the sheath above.
起動および挿入システムはボックスの頂部領域の頂部に配置されていると有利である。 The activation and insertion system is advantageously located at the top of the top area of the box.
好ましくは、自由空間は、起動および挿入システムの長軸が集合体の軸と共軸になるように、核分裂領域の中央部に配置されている。 Preferably, the free space is arranged in the middle of the fission region so that the long axis of the activation and insertion system is coaxial with the axis of the assembly.
挿入対象集合体は、中性子吸収材および/または緩和材の種類でありうる。 The assembly to be inserted may be a type of neutron absorber and / or relaxation material.
挿入対象集合体の長手方向寸法は、例えばカプセルの総長手方向寸法の半分に等しくなるように選択できる。 The longitudinal dimension of the assembly to be inserted can be selected, for example, to be equal to half the total longitudinal dimension of the capsule.
好ましくは、カプセルは、挿入対象集合体の落下をその落下移動の終盤に減衰する手段を備えている。 Preferably, the capsule includes means for attenuating the fall of the assembly to be inserted at the end of the fall movement.
別の特徴によれば、カプセルは、シース内に配置された部分の端部に冷却材供給オリフィスを備えている。 According to another feature, the capsule comprises a coolant supply orifice at the end of the part located in the sheath.
キャリア集合体は、集合体の核分裂領域に起動および挿入システムを配置するためのガイド手段を、キャリア集合体の自由体積部と同じ側に位置するシースの端部に配置して備えうる。 The carrier assembly may be provided with guide means for positioning the activation and insertion system in the fission region of the assembly, arranged at the end of the sheath located on the same side as the free volume of the carrier assembly.
ボックスは好ましくは六角形の断面を持ち、シースは好ましくは、六角形の外形断面と、六角形または円形の内断面を持ち、カプセルは円形の外形断面を持つ。 The box preferably has a hexagonal cross section, the sheath preferably has a hexagonal outer cross section and a hexagonal or circular inner cross section, and the capsule has a circular outer cross section.
有利には、挿入対象集合体は、互いに枢着されて設置された複数の要素を備え、1つの端部要素は起動および挿入装置を保持する手段と協働するアタッチメントヘッドを形成している。有利には、要素はケーブル上に嵌め付けられる。例えば、ケーブルは編組金属ファイバまたは編組セラミックファイバでありうる。 Advantageously, the assembly to be inserted comprises a plurality of elements mounted pivotally on one another, one end element forming an attachment head which cooperates with the means for holding the activation and insertion device. Advantageously, the element is fitted on the cable. For example, the cable can be a braided metal fiber or a braided ceramic fiber.
特に有利には、各要素は球形形状である。 Particularly advantageously, each element has a spherical shape.
キャリア集合体は少なくとも一対の要素の間に減衰手段を備えうる。 The carrier assembly may include damping means between at least a pair of elements.
例えば、要素はいくつかの吸収材で形成される。吸収要素は、第1の吸収要素に少なくともいくつかの要素と、第2の吸収要素に別の要素とを備えうる。 For example, the element is formed of several absorbent materials. The absorbent element may comprise at least some elements in the first absorbent element and another element in the second absorbent element.
1つの有利な特徴によれば、要素は中空であるか、または、2つの異なる材料から構成される中心コアと周辺ケーシングを備える。 According to one advantageous feature, the element is hollow or comprises a central core and a peripheral casing composed of two different materials.
起動および挿入システムは温度変動に感応性があると有利である。起動および挿入システムは差異をもった膨張タイプのものであれば、さらに有利である。 Advantageously, the activation and insertion system is sensitive to temperature fluctuations. It is further advantageous if the activation and insertion system is of a different expansion type.
例えば、起動および挿入システムは、炉作動温度より低い温度では挿入対象集合体の挿入を防止するロック手段を備えている。 For example, the start-up and insertion system includes a locking means that prevents insertion of the assembly to be inserted at a temperature lower than the furnace operating temperature.
キャリア集合体は、挿入対象集合体の挿入を超音波テレメトリによって検出する手段を備えていることが好ましい。例えば、起動および挿入装置は、カプセルで形成された長手方向の固定部分と長手方向の可動部分とを備え、カプセルは挿入対象集合体を核分裂領域上方の懸架位置に保持する手段を備え、前記挿入対象集合体は、前記可動部分の動作により解放されうる。可動部分はロック手段と、挿入対象集合体を懸架位置に保持する手段と、挿入対象集合体を保持手段から解放する手段とを備え、前記ロック手段は、ストップ面と呼ばれる少なくとも1つの面から形成され、挿入対象集合体を解放する手段は、解放面と呼ばれる少なくとも1つの第2の面と、前記ストップ面と解放面を長軸に沿って変位させる手段から形成される。前記変位手段は、冷却材の温度上昇の影響下でカプセルに対して長手方向に差異をもって拡張できるシェルによって形成される。前記ストップ面と前記解放面の配置構成は、冷却材の温度が上昇すると、ストップ面が保持手段から遠ざかるように軸方向に移動して、解放面は保持手段に接近するように軸方向に移動し、冷却材が通常の炉動作温度である場合、ストップ面は保持手段から離れる方向に動かされて保持手段がロック解除されるようにし、解放面は、冷却材温度が閾値温度を超えたときに、挿入対象集合体が解放されるように保持手段に推力をかけるような構成である。 The carrier assembly preferably includes means for detecting insertion of the insertion target assembly by ultrasonic telemetry. For example, the activation and insertion device comprises a longitudinally fixed part formed of a capsule and a longitudinally movable part, the capsule comprising means for holding the assembly to be inserted in a suspended position above the fission region, said insertion The target assembly can be released by the movement of the movable part. The movable part includes locking means, means for holding the insertion target assembly in a suspended position, and means for releasing the insertion target assembly from the holding means, and the locking means is formed from at least one surface called a stop surface. The means for releasing the assembly to be inserted is formed of at least one second surface called a release surface, and means for displacing the stop surface and the release surface along the long axis. The displacement means is formed by a shell that can be expanded with a difference in the longitudinal direction with respect to the capsule under the influence of the temperature rise of the coolant. The arrangement of the stop surface and the release surface moves in the axial direction so that the stop surface moves away from the holding means when the temperature of the coolant rises, and the release surface moves in the axial direction so as to approach the holding means If the coolant is at normal furnace operating temperature, the stop surface is moved away from the holding means so that the holding means is unlocked, and the release surface is when the coolant temperature exceeds the threshold temperature. In addition, the holding means is applied with a thrust so that the insertion target assembly is released.
検出手段は、カプセルのヘッド上方に配置された少なくとも1つの超音波トランスデューサと、トランスデューサに面したカプセルのヘッドに設置されたリフレクタとを備えうる。リフレクタの長手方向位置は、前記挿入対象集合体が保持手段によって定位置に保持されているか否かによって制御され、前記リフレクタは、カプセルヘッドを貫通している長手方向リーミング内で自在に摺動するように設置されるとともに挿入対象集合体上に載置することによってリフレクタをその非挿入状態に保持する長尺要素によって、挿入対象集合体に接続されている。 The detection means may comprise at least one ultrasonic transducer disposed above the capsule head and a reflector placed on the capsule head facing the transducer. The longitudinal position of the reflector is controlled by whether or not the assembly to be inserted is held at a fixed position by the holding means, and the reflector slides freely within the longitudinal reaming that penetrates the capsule head. And is connected to the insertion target assembly by a long element that holds the reflector in its non-inserted state by being placed on the insertion target assembly.
挿入対象集合体が存在する場合に圧縮され、挿入対象要素が存在しない場合に拡張して、リフレクタを動かすために長尺要素に引張力を加える弾性手段を、キャリア集合体が備えうる。 The carrier assembly may comprise elastic means that compresses in the presence of the insertion target assembly and expands in the absence of the insertion target element to apply a tensile force to the elongated element to move the reflector.
冷却材循環チャンネルをシェルとカプセルの間に設定するために、シェルとカプセルの間にラジアルクリアランスが設けられることが好ましく、シェルは前記チャンネル内での冷却材の循環のためのオリフィスを備えている。 In order to set the coolant circulation channel between the shell and the capsule, a radial clearance is preferably provided between the shell and the capsule, the shell being provided with an orifice for circulation of the coolant in the channel. .
例えば、保持手段は少なくとも2つ、好ましくは3つのピンを備える。ピンは長軸の周りに分配されてカプセルに回転的に枢着されているため、長軸付近の位置へと移動して、挿入対象集合体をピンの間に保持し、また、長軸から離れた位置へと移動して、そこで挿入対象集合体は解放される。 For example, the holding means comprises at least two, preferably three pins. Since the pin is distributed around the long axis and pivotally attached to the capsule, the pin is moved to a position near the long axis to hold the assembly to be inserted between the pins. It moves to a distant position, where the set to be inserted is released.
ストップ面は例えば、ピンの半径方向外側に配置されて、ピンが長軸から遠ざかる方向に動くことを防止する面でありうる。解放面は例えば、長軸に対して直角な面でありうる。ピンはカム面を備え、そのカム面と解放面が連携してピンを長軸から離れる方向に枢動させる。 The stop surface may be, for example, a surface that is disposed radially outside the pin and prevents the pin from moving in a direction away from the long axis. The release surface can be, for example, a surface perpendicular to the long axis. The pin has a cam surface, and the cam surface and the release surface cooperate to pivot the pin away from the long axis.
例えば、シェルはオーステナイト鋼で製造され、カプセルはタングステンベース合金で製造される。或いは、シェルは加工硬化されたZ10CNDT15.15B鋼で製造され、固定部分はW−5Reで製造される。 For example, the shell is made of austenitic steel and the capsule is made of a tungsten base alloy. Alternatively, the shell is made of work hardened Z10CNDT15.15B steel and the fixed part is made of W-5Re.
キャリア集合体は、有利には液体金属冷却高速炉、好ましくはナトリウム冷却炉で使用され、その場合中性子吸収材は、例えば、10Bを可変に濃縮した炭化ホウ素(B4C)、ハフニウム金属、例えばHfB2やTiB2などの耐火性ホウ化物タイプの材料、6ホウ化物から選択される。水冷式熱中性子原子炉に関しては、中性子吸収材に使用される材料(複数)は、ハフニウム、Dy11B6、Gd11B6、Sm11B6およびEr11B4、天然HfB2および天然TiB2から選択される。 The carrier assembly is advantageously used in a liquid metal cooled fast reactor, preferably a sodium cooled reactor, in which case the neutron absorber is, for example, boron carbide (B 4 C) variably enriched in 10B, hafnium metal, eg It is selected from refractory boride type materials such as HfB 2 and TiB 2 and hexaboride. For water-cooled thermal neutron reactors, the material (s) used for the neutron absorber is selected from hafnium, Dy11B6, Gd11B6, Sm11B6 and Er11B4, natural HfB2 and natural TiB2.
本発明の別の主題は、本発明による核燃料集合体とキャリア集合体を備えた原子炉である。 Another subject of the invention is a nuclear reactor comprising a nuclear fuel assembly and a carrier assembly according to the invention.
本発明は、以下の説明と添付の図面を読めばよりよく理解されるであろう。 The invention will be better understood after reading the following description and the accompanying drawings.
以下の説明において、「上方」および「下方」という用語は図面の頂部と底部に配置された要素の部分を指し、原子炉内の要素の配置構成に対応する。用語「上流」および「下流」は、集合体内の冷却材の循環方向、すなわち下方部分から上方部分に向かう方向を指す。 In the following description, the terms “upper” and “lower” refer to the portion of the element located at the top and bottom of the drawing and correspond to the arrangement of the elements in the reactor. The terms “upstream” and “downstream” refer to the direction of coolant circulation within the assembly, ie, from the lower portion toward the upper portion.
(特定の実施形態の詳細な説明)
この説明全体を通して、「キャリア集合体」は核燃料と吸収要素の両方を備えた本発明による集合体を指し、「標準型集合体」は、核燃料のみを備えた集合体を指す。
(Detailed description of specific embodiments)
Throughout this description, “carrier assembly” refers to an assembly according to the present invention with both nuclear fuel and absorbing elements, and “standard assembly” refers to an assembly with only nuclear fuel.
さらに、「通常動作」は、通常温度状態下での原子炉の動作を指し、「事故状態」は、反応を遅らせる、または反応を停止までさせるために吸収材の挿入を必要とする炉の状態を示す。例えば、この状態は、所与の温度閾値を超えた冷却材温度の上昇を引き起こす炉の温度上昇につながる。 Furthermore, “normal operation” refers to the operation of the reactor under normal temperature conditions, and “accident state” refers to the state of the reactor that requires the insertion of an absorbent to delay the reaction or bring the reaction to a halt. Indicates. For example, this condition leads to a furnace temperature increase that causes an increase in coolant temperature above a given temperature threshold.
さらに以下の説明において、挿入対象集合体は中性子吸収材からなる要素の組であると説明されているが、本発明は、吸収要素および/または緩和要素の組の挿入にも適用可能である。 Further, in the following description, it is described that the assembly to be inserted is a set of elements made of a neutron absorber, but the present invention can also be applied to insertion of a set of absorption elements and / or relaxation elements.
一般に、原子炉は容器を備え、その容器内に複数の核燃料集合体が、互いに隣接して配置されている。この集合体が原子炉の炉心を形成する。冷却材は集合体内で、また、集合体間で循環して、核燃料によって生じた熱を抽出し、一次システムを形成する。集合体は核燃料を、例えば燃料棒に分配して収容する。核燃料を含んでいる集合体の部分は核分裂領域と呼ばれる。 Generally, a nuclear reactor includes a vessel, and a plurality of nuclear fuel assemblies are arranged adjacent to each other in the vessel. This assembly forms the reactor core. The coolant circulates within and between assemblies to extract the heat generated by the nuclear fuel and form the primary system. The assembly contains nuclear fuel distributed, for example, to fuel rods. The part of the assembly that contains nuclear fuel is called the fission zone.
図1および2に示す本発明のキャリア集合体Aは、六角形の断面を持つ円筒形形状である、長軸X1を持つボックス40を備えている。一般にSFRでは、集合体は六角形の外部断面を有している。他のタイプの原子炉では、集合体は、例えば円形または長方形の断面などの他の種類の外形断面を有しうる。
The carrier assembly A of the present invention shown in FIGS. 1 and 2 includes a
本発明のキャリア集合体は標準型核燃料集合体に取って代わる。原子炉は、本発明のいくつかのキャリア集合体を備えうる。 The carrier assembly of the present invention replaces the standard nuclear fuel assembly. A nuclear reactor may comprise several carrier assemblies of the present invention.
ボックス40は、核燃料棒41が嵌る核分裂領域と呼ばれる中心部42を備えている。
ボックス40は、集合体を原子炉内に保持する集合体スタンド44と呼ばれる下方部を備え、集合体スタンド44は、エンドトラックと呼ばれる支持体上に設置されるように設計されている。ボックス40はまた、開放した上方部48を備える。
The
The
集合体スタンドはまた、冷却材供給オリフィス46を備えており、そのオリフィスから冷却材が、集合体を通って通過できるように供給される。
The assembly stand also includes a
キャリア集合体Aは冷却材を矢印Fで示すように底部から頂部へと、ポンプによって循環させて運び、冷却材は燃料棒によって発生した熱を抽出する。冷却材はキャリア集合体の外部で、また、標準的集合体とキャリア集合体の間、所謂集合体間領域内で循環する。 The carrier assembly A carries the coolant from the bottom to the top as indicated by the arrow F by a pump, and the coolant extracts the heat generated by the fuel rods. The coolant circulates outside the carrier assembly and between the standard assembly and the carrier assembly, in a so-called inter-assembly region.
キャリア集合体はまた、燃料棒41の全高さにわたり延出する、長軸を持つハウジング52を備える。このハウジング52は、シース54によって区切られ、シース54の外形断面はボックスの断面と同様である。シース54は、後に説明する起動および挿入システムSIを燃料棒束内に保持して、燃料棒束のアーキテクチャを整合的にする。そのため、SFRの場合、シース54はボックスと同様の六角形の外形断面を有する。図4に示された例において、シース54の内断面は円形である。別法として、シース54の内断面は六角形でありうる。
The carrier assembly also includes a
示された例において、また、後に見るように、ハウジング52の軸は集合体の軸と整合している。例えば、シース54は燃料棒2環に取って代わる。
In the example shown, and as will be seen later, the axis of the
シース54の下方端は1つまたはいくつかの冷却材供給オリフィスを備えている。
The lower end of the
本発明のキャリア集合体は、中性子吸収材起動および挿入システムSIをも備える。このシステムSIは事故時動作の場合の緊急運転停止システムを形成する。起動および挿入システムSIは、起動および挿入装置DIと、吸収材集合体2とを備え、前記吸収材の組は、通常動作時には起動および挿入装置DIによって懸架され、事故時動作中に解放される。
The carrier assembly of the present invention also includes a neutron absorber activation and insertion system SI. This system SI forms an emergency operation stop system in case of an accident operation. The activation and insertion system SI comprises an activation and insertion device DI and an
起動および挿入システムSIはシース54内に取り外し可能に取り付けられている。起動および挿入システムSIと集合体との間に固定手段は設けられていない。
The activation and insertion system SI is removably mounted within the
図4からわかるように、起動および挿入システムSIは、図示されている例では長軸Xを持ち円形の断面を持つ筒状胴部から形成されるカプセル10を備えている。挙げた例で上述したように、シース54の内断面は円形であり、カプセル10の内断面も円形である。
As can be seen from FIG. 4, the activation and insertion system SI comprises a
カプセル10は上方域ZIを備えている。図1からわかるように、吸収材集合体2は、システムがキャリア集合体内に設置されたときに燃料棒の周りに配置される起動および挿入装置DIから懸架された状態で、上方域ZI内に配置される。カプセル10は、シース54に設置された、すなわち燃料棒内の核分裂領域内に配置された下方域ZIIをも備えている。下方域ZIIは、集合体2が解放されたときに集合体2を収容する(図2)。カプセル10の下方域ZIIの直径は、シース54内に挿入されうるように、シース54の内径よりも若干小さくなっている。
The
シース54がカプセル10のハウジングを区切るという事実とは別に、シース54は起動および挿入システムSIと集合体との機械的隔離性を改良する。それは、その剛性構造が起動および挿入システムSIを、照射下での棒の膨張から保護するからである。このようにシース54は格子ピッチで機械的隔離に全般的に貢献する。
Apart from the fact that the
カプセル10は、カプセル10をハンドリングするため、また、より全般的には起動および挿入システムSIをハンドリングするために使用される把持ヘッド13をも含む。図4において把持ヘッド13は、外部ハンドリング装置(図示せず)によってシステムを把持する手段を備えている。カプセル10のヘッドはキャリア集合体内に保持されている。
The
冷却材、例えば液体ナトリウムは、集合体内を長軸Xに沿って底部から頂部へと流れる。 A coolant, such as liquid sodium, flows along the long axis X from the bottom to the top in the assembly.
カプセル10の下方部分には、冷却材をカプセル10に充填するために使用される供給オリフィスが設けられ、下方供給オリフィスには、非常に高い圧力損失を持つ多孔性ベントが設けられている。したがって、上方出力オリフィスの寸法に拘わらず、大きな流れを生じさせずに充填を行うことが可能となる。好ましくは、集合体2は低質量でありナトリウムはかなりの粘度を持っていて、結果としてカプセル内の冷却材の流れは可能な限り低く、そのため、中性子吸収材の落下を減速させることはなく、したがって落下時間を増加させる。
The lower part of the
図示された例において、また有利には、シース54の頂部に環状部品61が設けられて、起動および挿入システムの設置中に起動および挿入システムをセンタリングする。この部品は、シースからの流出分を燃料棒束からの流出分と混合する二次的な熱水力学機能を果たす。すなわち、この部品は、膨張シェルを包囲している冷却材の均一な温度を維持するために重要な混合を提供する。カプセル10のヘッドは懸架されており、カプセルはその下方端でもシェルのところでも支持されていない。図3は、図1の集合体の断面図を、核分裂領域において、および吸収集合体2を貫いて示している。燃料棒41、シース54、カプセル10および吸収材集合体2の吸収要素4の相対的レイアウトが見られる。
In the illustrated example, and advantageously, an annular component 61 is provided at the top of the
起動および挿入装置DIは、事故時動作の場合に中性子吸収材を挿入するために使用される。状況の種類に応じて、この事故時動作は、例えば冷却材の流れの変動または中性子束の変動によって検出されうる。有利には、集合体内での冷却材温度の、所与の閾値を超えた上昇によって事故時動作が検出され、その結果、原子炉冷却材の流れの喪失、二次システムによって形成されるヒートシンクの喪失、反応度の過渡変化、という主要な事故状況が検出される。これら3つの事故状況は冷却材温度上昇を引き起こしうる。一方、例えば流れの変動を用いても、ただ1つの事故状況の検出を可能にするのみである。 The activation and insertion device DI is used to insert neutron absorbers in case of accident operation. Depending on the type of situation, this accidental motion can be detected, for example, by coolant flow fluctuations or neutron flux fluctuations. Advantageously, an accidental operation is detected by a rise in the coolant temperature in the assembly above a given threshold, resulting in a loss of reactor coolant flow, a heat sink formed by the secondary system. Major accident situations are detected: loss, transient change in reactivity. These three accident situations can cause an increase in coolant temperature. On the other hand, for example, even using flow fluctuations, only one accident situation can be detected.
図2、ならびに詳細には図4、図5A乃至5Dおよび図6は、本発明のキャリア集合体用の差異をもった膨張を持つ起動および挿入装置の、特に有利な例示的実施形態を示す。 FIG. 2, and in particular FIG. 4, FIGS. 5A to 5D and FIG. 6, show a particularly advantageous exemplary embodiment of a differential expansion and insertion device for the carrier assembly of the present invention.
起動および挿入装置DIは、通常動作時に吸収材集合体2を核分裂領域の上方に維持するよう設計され、事故状態においては吸収材集合体2を解放する。
The activation and insertion device DI is designed to keep the
図示された例では、また、非常に有利には、吸収材集合体2は、1つの連を形成するようにケーブル6(破線で示す)に嵌め付けられた中性子吸収材から形成される複数の球状または略球状要素4を備えている。この吸収要素の組については、以降の説明部分で詳細に説明する。
In the illustrated example, and very advantageously, the
上方端要素2.1は、起動および挿入装置と協働するように設計されているという点において他の要素と区別される。アタッチメントヘッドを形成する上方端要素2.1は、テーパー付き形状であり、球状要素のほうに向いた大面積の基部と側方面から形成される。 The upper end element 2.1 is distinguished from the other elements in that it is designed to cooperate with the activation and insertion device. The upper end element 2.1 forming the attachment head has a tapered shape and is formed from a large area base and side faces towards the spherical element.
要素4の形状は決して限定的ではなく、回転柱などの長尺要素の使用が適切でありうる。しかしながら、この長尺形状は、要素の挿入信頼性に関して球状の形状より最適さに劣る。 The shape of element 4 is in no way limiting and the use of elongate elements such as rotating columns may be appropriate. However, this elongated shape is less optimal than the spherical shape with respect to element insertion reliability.
連の形式の枢着された構造も決して限定的ではない。例えば、制御棒などの吸収材から構成される1つまたはいくつかの棒から形成される構造は適切である。しかしながら、この構造での吸収材集合体の挿入信頼性は、枢着された要素の連ほど良くない。 The series of pivoted structures is in no way limiting. For example, a structure formed from one or several rods composed of an absorbent material such as a control rod is suitable. However, the insertion reliability of the absorbent assembly in this structure is not as good as the series of pivoted elements.
冷却材、例えば液体ナトリウムは、集合体内を長軸Xに沿って底部から頂部へと流れる。 A coolant, such as liquid sodium, flows along the long axis X from the bottom to the top in the assembly.
起動および挿入装置DIは、カプセルの頂部領域ZIの周りに配置される。装置DIは集合体2を保持する手段11と、保持手段11をロックする手段と、異常な状況において集合体2を解放する受動起動手段とを備えている。
The activation and insertion device DI is arranged around the top region ZI of the capsule. The device DI comprises means 11 for holding the
起動および挿入装置DIは長軸Xを持つ回転体の形状をしている。 The activation and insertion device DI is in the form of a rotating body with a long axis X.
起動および挿入装置DIは、底部から頂部への冷却材循環方向を考慮してその上流側端部を介してカプセル10へと固定されたシェル19を、その下方部分に備えるとともに、シェル19を延長しシェルに軸方向に固定されるコントロールヘッド18を、その上方部分に備えている。
The activation and insertion device DI includes a
コントロールヘッド18は、カプセル10の周りに摺動自在に設置されている。カプセルの外径とコントロールヘッド18の内径の間にラジアルクリアランスが設けられている。
The
保持手段11は、カプセル10の胴部の上方部分に枢着して設置されたピン20も備える。
The holding means 11 also includes a
コントロールヘッド18とピン20は、中性子束が最小限である、核分裂炉心から離れた領域内の、カプセル10の上方域に配置されると有利である。
Advantageously, the
好ましくは、集合体に均一な支持を提供するために、互いから略120°のところに3つのピン20が配置される。しかし、2つのピンまたは、3より多いピンを設けることも可能である。保持位置においてピン20は、長軸X方向に傾いている。
Preferably, three
各ピン20は、長軸Xに対して直角なY軸周りにカプセル10の胴部に回転可能に枢着された第1の長手方向端部20.1と、アタッチメントヘッド2.1に接触した支持面を形成している第2の長手方向端部20.2を有する。カプセル10は長手方向スロットを有し、その長手方向スロット内に、ピン20が、ピン20の第2の端部20.2がカプセル10内に配置されるように取り付けられる。
Each
有利には、各ピンの第2の端部20.2は、図5Cに特に明瞭に見られる2つの面22.1,22.2によって区切られたノッチ22を備える。図5A〜5Cに特に明瞭に見られるように、一方の面22.1はアタッチメントヘッド2.1の大面積の基部に接触して担持し、他方の面22.2は、側方面に接触して担持する。
Advantageously, the second end 20.2 of each pin comprises a
コントロールヘッド18はピン20をロックする手段を、集合体2の保持位置、すなわち長軸X方向に傾いた位置に支持する。
The
ロック手段は、ピン20がその保持位置から動いてずれることを防止するためにピン20の半径方向外側に配置されたストップ24を備えている。図示された例において、各ピン20は、ストップ面24に面したそのエッジ20.3に突出部を備える。有利にはその突出部とストップ面24の間にラジアルクリアランスが設けられて、摩擦と食い付きのリスクを防止する。
The locking means includes a
図示された例において、ストップ面24は、コントロールヘッド18の内側に形成されたX軸を持つ単一の環状面によって支持されている。図示された例において、この面はカプセル10のピン回転軸から下流にある。
In the illustrated example, the
さらに、コントロールヘッド18は、異常な状況において集合体2の解放を起動させる受動手段を支持する。受動起動手段は、例えば長軸に対して直角な横方向面に沿って配向されたスラスト面26によって形成され、スラスト面26はピン20に接触して担持してピン20に推力をかけ、ピン20をピン20の回転軸周りに枢動させる。
Furthermore, the
スラスト面26は、ピン20の回転軸から半径方向内側に配置されたピン20のカム面28に当接する。
The
図示された例において、スラスト面26はカプセル10に、ピン20の回転軸より上流に配置されている。
In the illustrated example, the
図示された例において、コントロールヘッド18はその内周の周りにキャビティ30を備えており、キャビティ30の内側にピン20が嵌る。
In the illustrated example, the
カプセル10の筒状胴部の外面は、ピン20の回転ヒンジを支える3つの半径方向に突出するタブ32を備えている。
The outer surface of the cylindrical body of the
シェル19とコントロールヘッド18によって受動起動手段が形成される。シェル19とコントロールヘッド18は、膨張係数の高い材料から製造され、カプセル10が製造される材料の膨張係数よりも高い、好ましくは遥かに高い材料から製造される。
Passive activation means are formed by the
図4乃至5Dでわかるように、シェル19の内径は、シェルとカプセル10の外面との間に、冷却材が流れることができるようにチャンネルを形成するように選択されている。冷却材の供給と排出のために、シェル19の上流部分と下流部分に開口36が設けられている。
As can be seen in FIGS. 4-5D, the inner diameter of the
例えば、シェルとカプセルの間の半径方向距離は1センチメートルから数センチメートル程度である。それで、冷却材の流れの大部分が、シェル19の外面とカプセル10の内面の間で循環することを確実にする。すると、システムの温度は、システムが高精度で起動するように、冷却材の温度に近くなる。
For example, the radial distance between the shell and the capsule is on the order of 1 centimeter to several centimeters. Thus, it is ensured that most of the coolant flow circulates between the outer surface of the
シェル19の軸方向寸法は、非常に大きくなるように選択されて、それ故に冷却材との非常に大きな熱交換領域を持つと非常に有利である。そうすれば起こりうる局所的温度不均一性が管理され、そのため起動信頼性が改良されうる。
It is very advantageous if the axial dimension of the
中性子吸収材の落下をその落下移動の終盤に減衰する手段が、カプセルの下方域ZIIに設けられている。例えば、この減衰は、吸収材集合体とカプセルの間の直径方向空隙を、カプセルの底部において少なくすることによって得られる。 Means for attenuating the fall of the neutron absorber to the end of its fall movement are provided in the lower zone ZII of the capsule. For example, this attenuation can be obtained by reducing the diametric gap between the absorbent assembly and the capsule at the bottom of the capsule.
ここで、本発明の好適であるが非限定の例示的な一実施形態による起動および挿入装置DIの動作を説明する。 The operation of the activation and insertion device DI according to a preferred but non-limiting exemplary embodiment of the invention will now be described.
本発明による起動および挿入装置の動作において、適用される温度に応じて4つの主要な状態が区別される。
−(キャリア集合体へのシステムSIの)設置状態: 「設置温度」と呼ばれる、例えば20℃である周囲温度;
−(システムSIが嵌ったキャリア集合体の、炉心における)ハンドリング状態: 「ハンドリング温度」と呼ばれる、180℃〜250℃程度の温度;
−作動状態:集合体が炉心で作動しているときの、550℃程度の作動温度;
−起動状態:核分裂炉心への吸収材の挿入が要求される、本発明では例えば660℃程度の閾値温度。
In the operation of the activation and insertion device according to the invention, four main states are distinguished depending on the applied temperature.
-Installation status (of system SI on the carrier assembly): Ambient temperature, called "installation temperature", eg 20 ° C;
-Handling state (in the core of the carrier aggregate in which the system SI is fitted): a temperature of about 180 ° C to 250 ° C, referred to as "handling temperature";
-Operating state: operating temperature around 550 ° C when the assembly is operating in the core;
-Start-up state: A threshold temperature of, for example, about 660 ° C. is required in the present invention, which requires insertion of an absorbent material into the fission core.
設置状態は、図示されていないが、図5Aに示された状態と非常に似ている。設置状態において、起動および挿入システムの種々の要素は熱膨張によって変形していない。ピン20は集合体2を支持している。ストップ面24はピン20の突出部20.3に面しており、スラスト面26はカム面28から距離を置いている。したがって、ピン20はロックされ、集合体2は解放されえない。システムは、燃料棒束への意図せざる挿入のリスクを一切伴わずに完全に安全な状態で処理されうる。
The installed state is not shown, but is very similar to the state shown in FIG. 5A. In the installed state, the various elements of the activation and insertion system are not deformed by thermal expansion. The
ハンドリング状態において、起動および挿入システムは、原子炉内に配置されたキャリア集合体内に設置される。炉内温度により、また、カプセル10の材料と、シェル19およびコントロールヘッド18の材料との膨張係数の違いにより、カプセル10と、シェル19およびコントロールヘッド18から構成される集合体との間に差異をもった膨張が発生する。したがって、カプセル10と、シェル19およびコントロールヘッド18から構成される集合体との間に差異をもった変形があり、また、コントロールヘッド18によって支持されているストップ面24とスラスト面26の、ピン20に対する相対的変位がある。
In the handling state, the activation and insertion system is installed in a carrier assembly located in the reactor. The difference between the
したがって、図5Aに示されたハンドリング状態では、起動および挿入システムの要素は若干膨張し始めている。この変形は主に長軸に沿って発生する。 Thus, in the handling state shown in FIG. 5A, the elements of the activation and insertion system are beginning to expand slightly. This deformation mainly occurs along the long axis.
しかし、設置状態とハンドリング状態の間の膨張の差異は、ストップ面24がピン20に対して移動しても、ストップ面24はピン20の突出部に未だ部分的に面しており、ピンを集合体2の保持位置に未だロックしているような程度である。したがって、ピン20は集合体2を支持している。集合体は解放されない。したがって、システムは、燃料棒束への意図せざる挿入のリスクを一切伴わずに完全に安全な状態でハンドリングされうる。
However, the difference in expansion between the installed state and the handling state is that even if the
作動状態は図5Bに示されている。起動および挿入システムの種々の要素が、作動温度で冷却材に浸漬されている。シェル19は、シェル19とカプセル10との間に形成されたチャンネルを介して冷却材によって包囲されているため、集合体の作動状態に対して感応する。
The operating state is shown in FIG. 5B. Various elements of the activation and insertion system are immersed in the coolant at the operating temperature. Since the
ハンドリング状態と作動状態との間での冷却材の温度上昇は、起動および挿入システムの要素の変形が、熱膨張によって増加し続けていることを意味している。作動状態の温度において、シェル19とカプセル10の膨張差異の程度は、ストップ面24がもはやピン20の突出部に面しておらず、そのためピン20が解放されるというところまで達している。スラスト面26は丁度カム面28とかろうじて接触し、そのためピン20は、集合体2の保持位置で長軸方面に傾いている。
The rising temperature of the coolant between the handling state and the operating state means that the deformation of the activation and insertion system elements continues to increase due to thermal expansion. At the operating temperature, the degree of expansion difference between the
作動温度と起動温度の間で冷却材の温度が上昇するので要素の膨張が続く。スラスト面26はピン20のカム面28に長手方向上向きの推力をかけ、それがピン20を外側に傾かせる。ピン20のY軸周りの回転が、集合体2の上向きの軸方向変位を引き起こす。この、起動および挿入システムの動作上の動き、例えば集合体2のアタッチメント部分とカプセル10の胴部との間の動きにより、不純物の酸化および凝集により可動部分と固定部分の間に形成された連結があるとすればそれらが同時に失われる。
The expansion of the element continues as the coolant temperature rises between the operating temperature and the starting temperature. The
温度閾値に達したとき、すなわち、集合体2が解放されるときの起動状態が、図5C(解放直前)および図5D(挿入中)に示されている。図5Cにおいて、ピン20は最終回転位相にあり、集合体2は事実上解放されている。図5Dにおいて、ピンは傾斜し終わって、集合体2は解放されて核分裂炉心のほうに落下しつつある。
The activation state when the temperature threshold is reached, ie when the
吸収要素の挿入は、炉心溶融を短期間で防止するために、中性子連鎖反応を鎮圧する。 The insertion of the absorption element suppresses the neutron chain reaction in order to prevent core melting in a short period of time.
炉心支持構造の健全性を維持するのに適合する鎮圧温度は、是正処置を行うために十分に長い期間の間保証される。 A suppression temperature that is compatible to maintain the integrity of the core support structure is ensured for a sufficiently long period of time to take corrective action.
上述したように、起動および挿入装置のシェル19とコントロールヘッド18は、膨張係数が高い材料、例えば鋼鉄、より特定的には、加工硬化されたZ10 CNDT15.15B(15/15Ti)鋼などの、燃料棒クラッディングに使用されるようなオーステナイト鋼から製造される。シェル19とコントロールヘッド18に使用される材料の膨張係数より十分に低い膨張係数を持つ材料から作製されるカプセル10に関しては、タングステンベースの合金、例えばW−5Re合金、すなわち、5%のレニウムを含有するタングステン合金が選択されうる。W−ODS(タングステン酸化物分散強化型合金)などの合金も想定されうる。低膨張率に加えて、タングステンには、その耐火性の性質により、想定される温度での照射下の膨張が非常に僅かであるという利点がある。有利なことに、W−5Re合金は、考慮されるデザインルール下での許容可能な柔軟性をも有している。別法として、もちろん起動および挿入装置をそのように適合させる前提で、カプセル用にZ10 CNDT15.15B合金が選択され、W−5Re合金がシェル用に選択されうる。
As mentioned above, the
図示された例において、ストップ面24は半径方向面を形成し、スラスト面26は長軸に垂直な面を形成する。しかしこの構成は決して限定的なものではない。
In the illustrated example, the
集合体2の意図せざる挿入が発生したかどうかをテストするために、起動および挿入装置の状態を検出する手段が設けられていると有利である。第1の技法は、直接的に中性子検出器によって、または、冷却材出口温度を測定するために集合体の頂部に配置されたサーモカプラを使用することからなる間接的な「炉心温度処理(TRTC)」によって、炉心への負の反応度の挿入を検出することからなる。吸収材が落下した場合、キャリア集合体のパワーが落ち、支持集合体からの冷却材の出口温度が降下する。結果として、冷却材温度の降下が検出されると、負の反応度の挿入が検出される。
In order to test whether an unintended insertion of the
もう1つの技法は、吸収要素の組の状態(懸架されているか否か)を検出することからなる。 Another technique consists of detecting the state of the absorbent element set (whether it is suspended or not).
この技法を適用する検出装置DTが図5Aから図5Dに示されている。それは、集合体ヘッドの上方に配置されている1つまたは複数のトランスデューサ67とリフレクタとの間の距離を測定するように設計された超音波テレメトリ装置であり、トランスデューサに対するリフレクタの位置は、吸収要素2の組が挿入されたか否かに依存する。
A detection device DT applying this technique is shown in FIGS. 5A to 5D. It is an ultrasonic telemetry device designed to measure the distance between one or
装置DTは、カプセル10の把持ヘッド13に形成された長手方向リーミング65内で自在に摺動するように設置されたゲージ64を備えている。ゲージ64の長さは、その下方端が、吸収要素の組2のアタッチメントヘッドに接して載り、上方端が把持ヘッドの上方端から突出するようなものとなっている。
The device DT comprises a
ゲージ64の上方端はリフレクタ66を備えている。ゲージ64の下方端は吸収材集合体のアタッチメントヘッドに単に接しており、そのためゲージはブロックされても連の挿入を妨げることはない。それは、ゲージと連が一体に固定されていないからである。ゲージの小さい断面ではリフレクタを形成するには不十分なため、結果としてゲージの上方端の形状は、その断面がリーミング内の棒の断面よりも大きくなっている。例えば、それは円錐形状をしていて上向きにテーパー状となり、円錐の底面がリフレクタ66を形成している。ゲージが落下するとき、円錐はリーミングの上方部に接触して停止する。しかし、超音波検出に十分である数センチの落下をすることも可能である。例えば13mmという距離が選択される。
The upper end of the
把持ヘッド13を貫通するゲージによって支持されるリフレクタ66は、可能な限り集合体ヘッドに接近して配置され(図5Aから図5Dに図式的に示す)、それが超音波立体反射角を増加させて、把持ヘッドを包囲している構造へのエコーを制限する。
A
トランスデューサ67(図式的に示す)は集合体ヘッドの上方に配置されている。集合体2の挿入中のリフレクタの軸方向変位が、集合体の検出と位置決めを可能にする。例えば、トランスデューサは炉心カバープラグ格子上に固定される。
A transducer 67 (shown schematically) is located above the assembly head. The axial displacement of the reflector during insertion of the
ゲージの底端とリーミングの底端の間に、圧縮して設置されたばね68が設けられていると有利である。このばねは通常動作、すなわち、集合体2が非挿入位置にあり、アタッチメントヘッドがピン20によって定位置に保持されているときに圧縮される。集合体2が、アタッチメントヘッドを担持しながら落下するとばね68が拡張し、ゲージ64を下方に変位させる。有利には、このばね66はゲージ64の落下を阻止しない。ゲージ64の質量は低いため、腐食現象、または例えば不純物の存在による食い付きは、ゲージ64の落下を妨げる。そのような閉塞は、拡張するときのばね68がかける力によって克服され、ゲージ64は落下して、装置DTは連2が落下したことを検出する。ばねによってかかる力は、核分裂炉心からばねが離れているという事実により、照射クリープによって弛められる可能性はない。したがってばね68はテレメトリ装置の検出信頼性を改良する。
It is advantageous if a
変形形態として、トランスデューサはリフレクタと垂直に整合していない。超音波ビームをリフレクタ66のほうに方向付けるために、集合体ヘッドの内面に固定式反射鏡が配置されている。または、ゲージ64によって支持されているリフレクタ66が、例えば束の案内を改良するために、いくつかのファセットを持つ面を有して三面鏡を形成できる。これらの変形形態は有利には、1つのトランスデューサをいくつかの集合体で使用することを可能にする。
As a variant, the transducer is not vertically aligned with the reflector. In order to direct the ultrasonic beam towards the
ここで、この検出装置DTの動作について簡潔に説明する。 Here, the operation of the detection device DT will be briefly described.
図5Aから図5Cの場合に、集合体2が懸架されているとき、ゲージ64は吸収材集合体2のアタッチメントヘッドに接触して載っていてばね68は圧縮されており、リフレクタ66はトランスデューサ(複数)から離れて配置され、それは、吸収材集合体の非挿入状態に対応する。
5A to 5C, when the
閾値温度に達したため、あるいは意図せざる起動の間に集合体が落下する(図5D)と、ゲージ64はもはや、ばね68の拡張動作および重力を受けてアタッチメントヘッド上に支持されず、ゲージ64はリフレクタ66を伴いながらリーミング65内を下方に摺動し、把持ヘッド13に載る第2の位置へと動く。トランスデューサ67はトランスデューサ67とリフレクタ66の間の距離の増加を測定して、それにより集合体2の挿入を検出する。
If the assembly falls because the threshold temperature has been reached or during unintentional activation (FIG. 5D), the
この検出器は特に信頼性が高い。ゲージ64は小さい断面を有しているため、結果として曲げに関して可撓性があり、リーミング内に大きな機械的クリアランスが形成される。把持ヘッド13が軸の歪曲および/またはリーミングの潰れにより著しく変形したとしても、機械的閉塞の全てのリスクは防止されうる。
This detector is particularly reliable. Since the
この検出装置は、この連の起動および挿入に関する信頼性を何ら損なうことなく、落下した吸収要素の検出(および炉心における位置決め)を全ての条件下で保証する。 This detection device guarantees the detection (and positioning in the core) of the fallen absorbing element under all conditions without any loss of reliability regarding the start-up and insertion of this series.
この検出装置は、挿入された負の反応度を検出する手段を多様化するために、TRTCおよび/または核分裂室に加えて使用されるか、または、これらの技法の代わりに使用されうる。 This detection device can be used in addition to or instead of TRTC and / or fission chamber to diversify the means of detecting the inserted negative reactivity.
本発明によれば、起動および挿入システムSIは集合体へと追加され、その場合、起動および挿入システムSIはキャリア集合体から完全に独立しており、したがって、燃料集合体から独立して管理されうる。 According to the invention, the activation and insertion system SI is added to the assembly, in which case the activation and insertion system SI is completely independent of the carrier assembly and is therefore managed independently of the fuel assembly. sell.
したがって、例えば現場外での集合体2の起動および落下テスト、すなわち原子炉外での動作テストを、カプセル10のみに対して実行することが可能である。これらの動作テストは、集合体Aへの初期組み込みの前に系統立てて実行されうる。
Therefore, for example, the start-up and drop test of the
必要ならば、起動および挿入装置は検査または交換され、または、システム誤動作がある場合は、他の燃料集合体要素から独立して再装備されうる。この交換または再装備は、集合体全体を取り除かなくとも成立しうる。これが可能であると、挿入システムの寿命を燃料集合体の寿命から独立して管理するという利点があり、それは、組立コスト削減、またはポストサイクル用の活性廃棄物量の最小化が必要な場合に有用でありうる。 If necessary, the activation and insertion device can be inspected or replaced or re-equipped independently of other fuel assembly elements if there is a system malfunction. This replacement or re-equipment can be accomplished without removing the entire assembly. When this is possible, it has the advantage of managing the life of the insertion system independently of the life of the fuel assembly, which is useful when it is necessary to reduce assembly costs or minimize the amount of active waste for the post cycle. It can be.
本発明による起動および挿入装置DIは、取り外し可能な起動および挿入システムに特に適している。この起動および挿入装置によって、また、より特定的には、ハンドリング温度まではロック状態を保証するストップ面24によって、ハンドリング中にピンがロック解除されるというリスクはすべて回避され、吸収要素の組は、ピン、アタッチメントヘッド、またはケーブルが破損したのでなければ、キャリア集合体へのカプセルの設置中、例えば衝撃がある場合には落下しえない。このことは、集合体の炉心への統合中(前に説明したハンドリング状態)にも有利である。
The activation and insertion device DI according to the invention is particularly suitable for removable activation and insertion systems. With this activation and insertion device, and more particularly with the
本発明の燃料集合体構造によって、また、本発明の起動および挿入システムの統合によって、体積当たりの燃料比が若干減少し、結果として炉心の中性子性能もまた若干減少する。中央空間の体積は、燃料の体積率をキャリア燃料集合体において約7%引き下げ、炉心においては約0.6%引き下げる。 Due to the fuel assembly structure of the present invention and the integration of the start-up and insertion system of the present invention, the fuel ratio per volume is slightly reduced, resulting in a slight decrease in the core neutron performance. The volume of the central space reduces the fuel volume fraction by about 7% in the carrier fuel assembly and about 0.6% in the core.
さらに、キャリア集合体のデザインは、最新技術による集合体の燃料サイクルを、最小数の修正で適用することを可能にし、従って、コストを最適化する。 Furthermore, the carrier assembly design allows state-of-the-art assembly fuel cycles to be applied with a minimum number of modifications, thus optimizing costs.
さらに、本発明の集合体の構造が燃料集合体の圧力損失に与える影響は非常に小さいため、炉心熱水力を最適化する。 Furthermore, since the influence of the structure of the assembly of the present invention on the pressure loss of the fuel assembly is very small, the core thermal hydraulic power is optimized.
本発明の起動および挿入装置と関連付けられた本発明の集合体は、燃料集合体の流れを最適に利用し、それが最大限の起動速度および精度を保証する。集合体においてシェルが中央位置にあること、ならびにその構造によって、シェル内の流れは標準的燃料集合体内での流れに非常に似たものとなり、したがってその膨張は冷却材温度を表し、したがって、集合体の状態を表す。 The assembly of the present invention associated with the activation and insertion device of the present invention optimally utilizes the flow of the fuel assembly, which ensures maximum activation speed and accuracy. Due to the central position of the shell in the assembly, as well as its structure, the flow in the shell is very similar to the flow in a standard fuel assembly, so its expansion represents the coolant temperature and therefore the assembly. Represents the state of the body.
本発明は負の反応度の挿入の信頼性を最適化する。カプセルは、顕著な剛性を持つシースによって変形から保護されているため、また、カプセル挿入後に大きなラジアルクリアランスがあるため、燃料棒束の変形から機械的に隔離される。シースと六角形の管の間に燃料棒束が存在することも、格子ピッチに影響する変形からカプセルが機械的に隔離されうることを意味するが、それは、燃料棒束が、六角形の管の変形に対応する能力を多少有するからである(燃料棒とスペーサワイヤの間のクリアランスの存在)。 The present invention optimizes the reliability of negative reactivity insertions. The capsule is mechanically isolated from the deformation of the fuel rod bundle because it is protected from deformation by a sheath having significant rigidity and because of the large radial clearance after insertion of the capsule. The presence of a bundle of fuel rods between the sheath and the hexagonal tube also means that the capsule can be mechanically isolated from deformations that affect the lattice pitch, which means that the bundle of fuel rods is a hexagonal tube. This is because it has some ability to cope with the deformation of (a presence of clearance between the fuel rod and the spacer wire).
ここで、吸収材集合体2の詳細を説明する。吸収材集合体2の使用は挿入信頼性をさらに最適化し、後に説明する吸収材要素の組は、変形したカプセル内に容易に挿入されうる。集合体2は、ケーブル6上に嵌め付けられた球状の吸収要素4を備えている。この集合体は非常に可撓性があり、それがカプセルへの挿入を容易にする。
Here, details of the
連に沿った分散は、アーチング効果および/または、立体スタックの場合に起こりうる焼結型現象による閉塞を防止する。 Dispersion along the run prevents clogging due to arching effects and / or sinter-type phenomena that can occur in the case of solid stacks.
吸収要素2の球形の形状は、カプセルへの吸収要素の良好な挿入信頼性をもたらすが、それは、球形の形状は、変形した構造および/または小寸法の構造内により容易に挿入されうるからである。さらに、吸収要素自体に関連する熱的および熱機械的局面を考慮すると、球形形状は、コア温度を最小化するための最適な冷却条件をもたらす。例えば、コアと外表面の間の温度勾配は、最新技術の円筒形状での場合に比べて三分の一低い。
The spherical shape of the
コアと吸収要素の外表面の間の温度勾配が低いため、温度ストレスも低い。そのため、ひび割れのリスクも低減される。 The temperature stress is also low due to the low temperature gradient between the core and the outer surface of the absorbent element. Therefore, the risk of cracking is also reduced.
負の反応度の挿入のための吸収材の量が最適に利用され、球形の形状は、単位体積あたりの中性子自己遮へいの影響を最小化する。 The amount of absorber for the insertion of negative reactivity is optimally utilized and the spherical shape minimizes the effect of neutron self-shielding per unit volume.
球状要素は固体で、単一の吸収材から作製されうる。変形例として、要素の特性を最適化するために要素を2つの異なる材料から作製することも可能であろう。例えば、金属コアは、セラミック材料(B4Cなど)より低い中性子吸収能で作製されうるが、より高い熱伝導性を持つようにして、それでコア温度を引き下げて溶融のマージンを増加させ、セラミック材料は周囲壁用に保留されうる。2つの材料は、2つの材料間の差異のある膨張が、要素の機械的健全性を保証するように選択される。そのような要素は例えば、セラミック材料で作製された2つの中空の半球によって包囲された金属球から作製される。 The spherical element is solid and can be made from a single absorbent material. As a variant, it would also be possible to make the element from two different materials in order to optimize the characteristics of the element. For example, a metal core can be made with a lower neutron absorption capacity than a ceramic material (such as B 4 C), but has a higher thermal conductivity, thereby lowering the core temperature and increasing the melting margin, Material can be reserved for the surrounding wall. The two materials are selected such that the differential expansion between the two materials ensures the mechanical integrity of the element. Such an element is made, for example, from a metal sphere surrounded by two hollow hemispheres made of ceramic material.
別の変形形態において、この球状要素は中空である。この構造は、特に、望まれない挿入の場合に、吸収材が被る最大温度を、この構造が引き下げることができるため、熱の観点から有利である。この構造は、コアと周囲の間にもはや差異のある膨張現象が存在しないため、温度による要素への二次的ストレスの規模を低減する。中性子の観点からすると、コアの材料は、その遮へい効果により周辺材料よりも有効度が著しく低い。結果として、中空の球におけるコア材料の欠落は特に重要ではない。 In another variant, the spherical element is hollow. This structure is advantageous from a thermal point of view, since it can lower the maximum temperature experienced by the absorbent, especially in the case of undesired insertions. This structure reduces the magnitude of secondary stress on the element due to temperature because there is no longer any differential expansion phenomenon between the core and the surroundings. From the neutron point of view, the core material is significantly less effective than the surrounding material due to its shielding effect. As a result, the lack of core material in the hollow sphere is not particularly important.
中空の球状要素は、2つの中空の半球の組み付けによって、または、固体球にリーミングを設けることによって作製されうる。後者の場合、リーミングの両側に、連のケーブルとの機械的な直径方向クリアランスを削減するために、金属製インサートが設けられうる。 The hollow spherical element can be made by assembling two hollow hemispheres or by reaming a solid sphere. In the latter case, metal inserts can be provided on both sides of the reaming to reduce mechanical diametric clearance with the series of cables.
ケーブル6は編組金属ファイバまたは編組ドライセラミックファイバから製作される。
The
集合体は、ピン20と協働する端部の一方に上述のアタッチメントヘッドを備えている。
The assembly includes the above-described attachment head at one of the end portions that cooperate with the
有利には、集合体は、アタッチメントヘッドが嵌るその端部と反対側の端部に、少なくとも1つ、好ましくはいくつか(例えば3つ)の金属要素を備え、それで、吸収材からなる要素に置き換える。第1に、これらの要素は吸収要素のストップ部材を形成する。第2に、中性子束が吸収要素の特性を劣化させうるため、これらの要素は吸収要素用の、核分裂炉心からの部分的中性子遮へいを形成する。例えば、B4Cの場合、その熱伝導性は照射の影響で減少し、それは要素のコア温度の上昇につながる。B4C要素は、中性子遮へいを形成する金属要素の挿入により部分的に保護される。 Advantageously, the assembly comprises at least one, preferably several (e.g. three) metal elements at the end opposite to that end where the attachment head fits, so that the element made of absorbent material replace. First, these elements form a stop member for the absorbent element. Second, since neutron flux can degrade the properties of the absorbing elements, these elements form a partial neutron shield from the fission core for the absorbing elements. For example, in the case of B 4 C, its thermal conductivity is reduced by the effect of irradiation, which leads to an increase in the core temperature of the element. The B 4 C element is partially protected by the insertion of a metal element that forms a neutron shield.
最後に、吸収要素材料の濃度が低い場合にバラストを形成できる。バラストの存在は集合体の落下時間を低減し、閉塞のリスクを減少させうる。さらに、これらの金属要素はカプセルの底部において衝撃を吸収でき、それは、耐衝撃性が低いB4Cの場合には特に有益である。 Finally, ballast can be formed when the concentration of the absorbent element material is low. The presence of ballast can reduce the fall time of the aggregate and reduce the risk of blockage. Furthermore, these metal elements can absorb impacts at the bottom of the capsule, which is particularly beneficial in the case of B 4 C, which has low impact resistance.
有利には、吸収要素の間に機械的減衰手段が挿入されうる。例えば、ベルビルワッシャが使用されうる。これらの手段は、要素の各対の間に配置される必要はない。 Advantageously, mechanical damping means can be inserted between the absorbent elements. For example, a Belleville washer can be used. These means need not be located between each pair of elements.
ケーブルは球のスタックの高さよりも長く、それが連の可撓性を決める。この機械的クリアランスは、拡張、膨張、クリープなどの、照射の影響による構成要素の変形に応じた寸法になっている。 The cable is longer than the height of the sphere stack, which determines the flexibility of the chain. This mechanical clearance is dimensioned according to the deformation of the component due to the effect of irradiation, such as expansion, expansion, creep.
さらに、ケーブルと、球を貫通するリーミングの間にラジアルクリアランスが設けられている。 Further, a radial clearance is provided between the cable and the reaming that penetrates the sphere.
炉内での差異のある変形(拡張および照射膨張)によりB4Cなどの吸収材料の破砕のリスクがある場合、吸収要素には金属クラッディングを形成するスリーブが設けられ、金属クラッディングの内側に吸収材が配置される。 If there is a risk of crushing of absorbent material such as B 4 C due to differential deformation (expansion and irradiation expansion) in the furnace, the absorbent element is provided with a sleeve that forms a metal cladding, inside the metal cladding An absorbent material is disposed on the surface.
吸収要素は任意の中性子吸収材から作られることができる。例えば吸収要素は、多少の10B濃縮を施した炭化ホウ素(B4C)でありうる。 The absorber element can be made from any neutron absorber. For example, the absorbent element can be boron carbide (B 4 C) with some 10 B enrichment.
ハフニウムベースの材料も使用されうる。これらの材料は落下時間を減少できる高い密度を有し、照射下でガスを放出しないため、膨張を引き起こさず、その負の反応度が、照射下で大きく損じられることがない。したがって、中性子効率および検出性レベルが安定している。ハフニウム金属も使用されうる。ハフニウム金属は、B4Cに比べて単位体積当たりの中性子効率が著しく低いが、B4Cよりも顕著に高い熱伝導性を持ち、照射の影響下で安定している利点がある。ハフニウム金属のように非照射状態で高い熱伝導性を持ち、照射下で安定しているハフニウム水素化物も使用されうる。 Hafnium-based materials can also be used. These materials have a high density that can reduce the drop time and do not release gas under irradiation, so they do not cause expansion and their negative reactivity is not significantly impaired under irradiation. Therefore, neutron efficiency and detectability level are stable. Hafnium metal can also be used. Hafnium metal has a remarkably low neutron efficiency per unit volume compared to B 4 C, but has an advantage that it has a significantly higher thermal conductivity than B 4 C and is stable under the influence of irradiation. Hafnium hydrides that have high thermal conductivity in a non-irradiated state and are stable under irradiation, such as hafnium metal, can also be used.
例えばTiB2やHfB2などの、溶融温度が3300℃程度の耐火性ホウ化物タイプの吸収材を使用することも可能である。6ホウ化ユウロピウムEuB6を使用することも可能である。Eu203を使用することも可能である。これは照射下でガス様生成物を生成せず、高い吸収能力をも有している。 For example, it is possible to use a refractory boride type absorber having a melting temperature of about 3300 ° C., such as TiB 2 or HfB 2 . It is also possible to use europium hexaboride EuB6. It is also possible to use Eu 2 0 3 . It does not produce a gaseous product under irradiation and has a high absorption capacity.
変形例として、連沿いの位置によって異なる吸収材から作製された吸収要素を想定できる。例えば、連の底部にハフニウムベースの要素を配置して、連の頂部にB4Cベースの要素を配置しうる。この分散は、必要な負の反応度の真髄部分をB4C要素で提供し、他方、連の底部にあるハフニウム要素は、非挿入状態において、連の頂部に配置されているB4C要素のための中性子遮へいを形成する。同時にハフニウム要素は、挿入当初において負の反応度に対する顕著な補完性をもたらし、挿入の終盤においてトータルでの付加的な負の反応度に貢献する。さらに、ハフニウム要素は、懸架位置における照射下の熱伝導性が減少しないため、挿入状態での溶融のリスクをもたらさない。 As a variant, it is possible to envisage absorbent elements made from different absorbent materials depending on the position along the run. For example, a hafnium-based element can be placed at the bottom of the run and a B 4 C-based element can be placed at the top of the run. This dispersion provides the essence of the necessary negative reactivity with the B 4 C element, while the hafnium element at the bottom of the run, in the uninserted state, is a B 4 C element located at the top of the run. Form a neutron shield for At the same time, the hafnium element provides significant complementarity to negative reactivity at the beginning of insertion and contributes to the total additional negative reactivity at the end of insertion. Furthermore, hafnium elements do not pose a risk of melting in the inserted state, as the thermal conductivity under irradiation in the suspended position is not reduced.
ハフニウムは、全体的な炉心溶融の場合に緩和材としても使用されうる。 Hafnium can also be used as a moderator in the case of overall core melting.
加圧水型原子炉の場合、吸収材に使用される材料は例えば、ハフニウム、Dy11B6、Gd11B6、Sm11B6Er11B4、天然HfB2および天然TiB2である。 In the case of a pressurized water reactor, the materials used for the absorber are, for example, hafnium, Dy 11 B 6 , Gd 11 B 6 , Sm 11 B 6 Er 11 B 4 , natural HfB 2 and natural TiB 2 .
冷却材は、例えばナトリウムなどの任意の適切な液体金属から構成されうる。鉛および鉛ビスマスは、高速炉で使用されうる他の液体金属である。ナトリウムは、熱伝導性が良いため優先的に使用される。さらに、ホウ化吸収材の場合、液体金属媒体は、10Bから派生するヘリウムのために、容器(棒、カプセルその他)の強い加圧という潜在的な問題を回避する。最後に、金属媒体の高い粘度はまた、落下距離の終盤における顕著な累進的減速を可能にし、それが吸収セラミックの破砕のリスクを強く制限する。 The coolant can be composed of any suitable liquid metal, such as sodium. Lead and lead bismuth are other liquid metals that can be used in fast reactors. Sodium is preferentially used because of its good thermal conductivity. Furthermore, in the case of boriding absorbers, the liquid metal medium avoids the potential problem of strong pressurization of the container (bar, capsule, etc.) due to helium derived from 10 B. Finally, the high viscosity of the metallic medium also allows a significant progressive deceleration at the end of the fall distance, which strongly limits the risk of breakage of the absorbent ceramic.
図解的例として、本発明の集合体サイジングの例を挙げる。 As an illustrative example, an example of the aggregate sizing of the present invention will be given.
球状吸収要素の組は高さが800mmでありうる。吸収要素のサイズと質量は、その原材料に依存する。
−48%10B濃縮B4Cの場合、直径は35mmで、質量は1.8kgである、
−71%10B濃縮HfB2の場合、直径は35mmで、質量は10.8kgである、
−ハフニウムの場合、直径は67mmで、質量は46.9kgである、
−Eu2O3の場合、直径は52mmで、質量は17.6kgである。
The set of spherical absorbent elements can be 800 mm high. The size and mass of the absorbent element depends on its raw material.
For -48% 10B concentrated B 4 C, the diameter is 35 mm and the mass is 1.8 kg.
For -71% 10B concentrated HfB 2, the diameter is 35 mm, the mass is 10.8 kg,
-In the case of hafnium, the diameter is 67 mm and the mass is 46.9 kg.
For -eu 2 O 3, the diameter is 52 mm, the mass is 17.6 kg.
35mm直径の球状吸収要素に基づく起動および挿入システムの、集合体への一体化は、燃料棒2環の排除に相当する。その排除は、燃料の体積率に対し、キャリア燃料集合体において7%影響し、炉心においては0.6%影響する。 The integration of an activation and insertion system based on a 35 mm diameter spherical absorbent element into the assembly corresponds to the elimination of two fuel rods. The exclusion affects the fuel volume fraction by 7% in the carrier fuel assembly and 0.6% in the core.
システムのオペレーションに関して、Z10CNDT15.15Bから形成されたシェルとW−5Reから製造されたカプセルと仮定して、起動温度は660℃と想定し、選択された構成要素寸法を持つ約800mmの高さのシェルの場合、カプセルに対するシェルの差異のある軸方向変位は、以下のように計算される:
−周囲温度と作動温度の間では: 5.65mm、
−作動温度と起動温度の間では: 1.44mm。
For the operation of the system, assuming a shell formed from Z10CNDT15.15B and a capsule made from W-5Re, the startup temperature is assumed to be 660 ° C. and is approximately 800 mm high with selected component dimensions. In the case of the shell, the axial displacement with the shell difference relative to the capsule is calculated as follows:
Between ambient and operating temperature: 5.65 mm,
-Between operating temperature and starting temperature: 1.44 mm.
作動温度と起動温度の間での、ピン2の変位によるアタッチメントヘッドの変位は、次のように計算されうる。ピンの線状変位は5.4mmであり、角度変位は7.2°である。
The displacement of the attachment head due to the displacement of the
作動温度と起動温度の間での集合体2のアタッチメントヘッドの軸方向変位は、そのとき3.5mmである。
The axial displacement of the attachment head of the
本発明のキャリア集合体および球状要素の連の形式の吸収要素の組は、ナトリウム冷却高速中性子炉での使用に特に適している。それらは、鉛または鉛ビスマスなどの他の液体金属で冷却される高速炉、ガス冷却式高速炉、加圧液体または沸騰水型原子炉などの、他の種類の原子炉にも適用可能である。 The set of absorbing elements in the form of a series of carrier assemblies and spherical elements of the present invention is particularly suitable for use in sodium-cooled fast neutron reactors. They are also applicable to other types of nuclear reactors, such as fast reactors cooled with other liquid metals such as lead or lead bismuth, gas cooled fast reactors, pressurized liquid or boiling water reactors .
2 集合体
2.1 アタッチメントヘッド
4 球状の吸収要素
6 ケーブル
10 カプセル
11 保持手段
13 把持ヘッド
18 コントロールヘッド
19 シェル
20 ピン
20.1 第1の長手方向端部
20.2 第2の長手方向端部
20.3 エッジ
22 ノッチ
24 ストップ面
26 スラスト面
28 カム面
30 キャビティ
32 タブ
36 開口
40 ボックス
41 核燃料棒
42 中心部
44 集合体スタンド
46 供給オリフィス
48 開放した上方部分
52 ハウジング
54 シース
64 ゲージ
65 リーミング
66 リフレクタ
67 トランスデューサ
68 ばね
A キャリア集合体
X1 長軸
DI 起動および挿入装置
SI 起動および挿入システム
ZI 上方域
ZII 下方域
2 Assembly 2.1 Attachment Head 4 Spherical
Claims (30)
前記起動および挿入装置(DI)を構成する部品の材料の膨張係数は、前記カプセル(10)の材料の膨張係数とは異なり、
前記集合体が事故状態にある場合に、前記カプセル(10)と前記起動および挿入装置(DI)との間に差異を持った膨張が発生することにより、前記挿入対象集合体が解放される、キャリア集合体。 A box (40) having a major axis (X1) oriented substantially along a vertical axis, a fission region located at the bottom of the box (40), and a free volume located at the top of the box (40) And within the fission region extending over at least a portion of the fission region along the long axis (X1) from the end of the fission region disposed on the apex side along the long axis (X1). A nuclear reactor carrier assembly comprising a free space (52), a sheath (54) bordering the free space (52), and an activation and insertion system (SI), the activation and insertion system comprising: Capsule (10) having a long axis (X), an insertion target assembly (2) suspended in the capsule, and the insertion target assembly can be released when the assembly is in an accident state Activation and insertion device (DI), the capsule (10) is partially inserted into the sheath (54), the activation and insertion system is removably installed in the carrier assembly, and the capsule comprises a gripping head And the activation and insertion system (SI) is suspended above the sheath (54) from the grasping head ,
The expansion coefficient of the material of the parts constituting the activation and insertion device (DI) is different from the expansion coefficient of the material of the capsule (10),
When the assembly is in an accident state, an expansion with a difference occurs between the capsule (10) and the activation and insertion device (DI), thereby releasing the insertion target assembly. Carrier aggregate.
A nuclear reactor comprising the carrier assembly according to any one of claims 1 to 29 .
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