JP7495871B2 - Fast reactor and method for operating control rods in fast reactor - Google Patents

Fast reactor and method for operating control rods in fast reactor Download PDF

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Description

本発明は、本発明は、高速炉及び高速炉の制御棒操作方法に係り、高速炉における負荷追従運転を実現するのに好適な高速炉及び高速炉の制御棒操作方法に関する。 The present invention relates to a fast reactor and a control rod operation method for a fast reactor, and more particularly to a fast reactor and a control rod operation method for a fast reactor suitable for realizing load following operation in the fast reactor.

高速炉である高速増殖炉が特公平6-56426号公報に記載されている。その高速増殖炉は、冷却材である液体ナトリウムを充填した原子炉容器、及び原子炉容器内に配置され、複数の燃料集合体が装荷された炉心を有している。燃料集合体は、プルトニウム及び劣化ウランを含む核燃料物質を封入した複数の燃料棒を横断面が正六角形のラッパ管内に配置している。液体ナトリウムが流入する開口が形成されたエントランスノズルが、ラッパ管の下端部に設けられる。このラッパ管が原子炉容器内に設置された炉心支持板に挿入されることにより、燃料集合体が炉心支持板によって支持される。液体ナトリウムを燃料集合体から流出させる冷却材流出部が、ラッパ管の上端部に形成される。 A fast breeder reactor, which is a type of fast reactor, is described in JP-B-6-56426. The fast breeder reactor has a reactor vessel filled with liquid sodium as a coolant, and a core that is placed in the reactor vessel and is loaded with multiple fuel assemblies. The fuel assemblies are arranged in a trumpet tube with a regular hexagonal cross section, and multiple fuel rods that contain nuclear fuel material including plutonium and depleted uranium. An entrance nozzle with an opening through which liquid sodium flows is provided at the lower end of the trumpet tube. The fuel assemblies are supported by the core support plate by inserting the trumpet tube into the core support plate installed in the reactor vessel. A coolant outlet portion that allows liquid sodium to flow out of the fuel assemblies is formed at the upper end of the trumpet tube.

高速増殖炉の炉心は、内側炉心領域及びこの内側炉心領域を取り囲む外側炉心領域を有する炉心燃料領域、炉心燃料領域を取り囲むブランケット燃料領域及びブランケット領域を取り囲む遮へい体領域を有する。標準的な均質炉心の場合、外側炉心領域に装荷される燃料集合体のPu富化度は、内側炉心領域に装荷される燃料集合体のPu富化度よりも高くなっている。この結果、炉心の半径方向における出力分布が平坦化される。 The core of a fast breeder reactor has a core fuel region having an inner core region and an outer core region surrounding the inner core region, a blanket fuel region surrounding the core fuel region, and a shield region surrounding the blanket region. In the case of a standard homogeneous core, the plutonium enrichment of the fuel assemblies loaded in the outer core region is higher than the plutonium enrichment of the fuel assemblies loaded in the inner core region. As a result, the power distribution in the radial direction of the core is flattened.

回転プラグが、炉心を覆って回転可能に、原子炉容器の上端部に取り付けられる。横断面が正六角形の、複数の下部制御棒案内管が炉心内の燃料集合体の相互間に配置され、各下部制御棒案内管の下端が炉心支持板に支持される。横断面が正六角形の、複数の上部制御棒案内管が各下部制御棒案内管の真上で炉心よりも上方に配置され、各上部制御棒案内管の上端部は回転プラグに取り付けられる。複数の制御棒駆動機構が、各上部制御棒案内管の上端に配置され、回転プラグに設置される。 A rotating plug is rotatably attached to the upper end of the reactor vessel over the core. A plurality of lower control rod guide tubes, each having a regular hexagonal cross section, are disposed between the fuel assemblies in the core, and the lower end of each lower control rod guide tube is supported by the core support plate. A plurality of upper control rod guide tubes, each having a regular hexagonal cross section, are disposed above the core directly above each lower control rod guide tube, and the upper end of each upper control rod guide tube is attached to the rotating plug. A plurality of control rod drive mechanisms are disposed at the upper end of each upper control rod guide tube and are attached to the rotating plug.

その高速増殖炉では、制御棒として、主炉停止系制御棒(調整棒)及び後備炉停止系制御棒(安全棒)の独立した2系統の制御棒が用いられる。主炉停止系制御棒は、核燃料物質の燃焼に伴う反応度の変化、及び出力分布の調整に用いられる。後備炉停止系制御棒は、主炉停止系制御棒が万一故障した場合のバックアップのために設置されている。高速増殖炉は、主炉停止系制御棒及び後備炉停止系制御棒のいずれか一方により緊急停止が可能である。主炉停止系制御棒及び後備炉停止系制御棒の各制御棒は、炭化ホウ素(BC)のペレットをステンレス製の被覆管に封入した複数の中性子吸収棒を有し、これらの中性子吸収棒を、クラスター状に束ねて、円筒形状の保護管に収納して構成される。 In the fast breeder reactor, two independent systems of control rods are used: main reactor shutdown system control rods (adjustment rods) and backup reactor shutdown system control rods (safety rods). The main reactor shutdown system control rods are used to adjust the change in reactivity and power distribution accompanying the combustion of nuclear fuel material. The backup reactor shutdown system control rods are installed as a backup in case the main reactor shutdown system control rods fail. The fast breeder reactor can be shut down in an emergency by either the main reactor shutdown system control rods or the backup reactor shutdown system control rods. Each of the main reactor shutdown system control rods and the backup reactor shutdown system control rods has a plurality of neutron absorbing rods in which boron carbide ( B4C ) pellets are enclosed in a stainless steel cladding tube, and these neutron absorbing rods are bundled into a cluster and stored in a cylindrical protective tube.

主炉停止系制御棒は、一部の下部制御棒案内管内に配置され、制御棒駆動機構に連結されて上部制御棒案内管及び下部制御棒案内管内を下方に向かって伸びている駆動延長軸の下端部に連結される。後備炉停止系制御棒は、残りの下部制御棒案内管内に配置され、制御棒駆動機構に連結されて上部制御棒案内管及び下部制御棒案内管内を下方に向かって伸びている他の駆動延長軸の下端部に連結される。主炉停止系制御棒及び後備炉停止系制御棒は、制御棒駆動機構によって、上部制御棒案内管及び下部制御棒案内管内において炉心の軸方向に移動される。 The main reactor shutdown system control rods are arranged in some of the lower control rod guide tubes and are connected to the lower ends of drive extension shafts that are connected to the control rod drive mechanism and extend downward through the upper and lower control rod guide tubes. The backup reactor shutdown system control rods are arranged in the remaining lower control rod guide tubes and are connected to the lower ends of other drive extension shafts that are connected to the control rod drive mechanism and extend downward through the upper and lower control rod guide tubes. The main reactor shutdown system control rods and backup reactor shutdown system control rods are moved axially of the core within the upper and lower control rod guide tubes by the control rod drive mechanism.

Pu及び劣化ウランのそれぞれの酸化物を混合した混合酸化物燃料(MOX燃料)のペレットが、燃料棒内で軸方向の中央部に充填される。さらに、燃料棒内には、劣化ウランで作られた複数の二酸化ウランペレットを充填した軸方向ブランケット領域が、MOX燃料の充填領域の上方及び下方にそれぞれ配置されている。内側炉心領域に装荷される内側炉心燃料集合体及び外側炉心領域に装荷される外側炉心燃料集合体は、そのように、MOX燃料の複数のペレットを充填した複数の燃料棒を有する。 Pellets of mixed oxide fuel (MOX fuel) made of a mixture of oxides of Pu and depleted uranium are loaded in the axial center of the fuel rod. Furthermore, within the fuel rod, axial blanket regions loaded with a plurality of uranium dioxide pellets made of depleted uranium are disposed above and below the MOX fuel loading region, respectively. The inner core fuel assembly loaded in the inner core region and the outer core fuel assembly loaded in the outer core region thus have a plurality of fuel rods loaded with a plurality of MOX fuel pellets.

炉心燃料領域を取り囲むブランケット燃料領域には、劣化ウランで作られた複数のペレットを充填した複数の燃料棒を有するブランケット燃料集合体が装荷される。ブランケット燃料集合体の燃料棒には、プルトニウムが含まれていない。炉心燃料領域に装荷された燃料集合体内で生じる核分裂反応で発生した中性子のうち、炉心燃料領域から漏れた中性子が、ブランケット燃料領域に装荷されたブランケット燃料集合体の各燃料棒内のU-238に吸収される。この結果、ブランケット燃料集合体の各燃料棒内で核分裂性核種であるPu-239が新たに生成される。 The blanket fuel region surrounding the core fuel region is loaded with blanket fuel assemblies, which have multiple fuel rods filled with multiple pellets made of depleted uranium. The fuel rods in the blanket fuel assemblies do not contain plutonium. Of the neutrons generated by the nuclear fission reaction that occurs in the fuel assemblies loaded in the core fuel region, those that leak from the core fuel region are absorbed by U-238 in each fuel rod of the blanket fuel assemblies loaded in the blanket fuel region. As a result, Pu-239, a fissile nuclide, is newly produced in each fuel rod of the blanket fuel assembly.

沸騰水型原子炉では、制御棒として、炭化ホウ素よりも中性子吸収断面積が小さい部材(例えば、ステンレス鋼)で形成した領域を先端部に配置した制御棒(グレーノーズ制御棒)を用いている。先端部よりも下方の領域には、中性子吸収断面積が大きな炭化ホウ素が充填される。このような制御棒を用いることによって、制御棒引き抜き時における、制御棒先端部付近での炉心の出力上昇を抑制することができ、炉心の軸方向における出力分布を平坦することができる。 In boiling water reactors, control rods (gray nose control rods) are used, in which a region formed from a material (e.g., stainless steel) with a smaller neutron absorption cross section than boron carbide is located at the tip. The region below the tip is filled with boron carbide, which has a larger neutron absorption cross section. By using such control rods, the increase in core power near the tip of the control rod when the control rod is withdrawn can be suppressed, and the power distribution in the axial direction of the core can be flattened.

特公平6-56426号公報Japanese Patent Publication No. 6-56426

前述したように、先端部を中性子吸収断面積の小さな部材(例えば、ステンレス鋼)で形成した制御棒を用いることによって、その制御棒の引き抜き時に、制御棒先端部付近での出力ピーキングが低減され、炉心の軸方向における出力分布がより平坦化される。 As mentioned above, by using control rods whose tips are made of a material with a small neutron absorption cross section (e.g., stainless steel), power peaking near the tip of the control rod is reduced when the control rod is withdrawn, and the power distribution in the axial direction of the core is made flatter.

しかしながら、制御棒操作及び炉心流量の調節によって原子炉出力を調節できるBWRとは異なり、高速炉は、主炉停止系制御棒のみを用いて原子炉出力を調整する必要がある。このような高速炉の負荷追従運転では、主炉停止系制御棒の軸方向の一部を炉心の燃料有効長に挿入する運用となる。この場合には、上記の日立評論の図9に破線で示された原子炉出力と同様に、炉心の軸方向の出力分布が歪むため、出力ピーキングが増加し、炉心における熱的余裕が減少する可能性がある。 However, unlike BWRs, which can adjust the reactor power by controlling the control rods and adjusting the core flow rate, fast reactors must adjust the reactor power using only the main reactor shutdown system control rods. In load-following operation of such fast reactors, part of the axial direction of the main reactor shutdown system control rods is inserted into the active fuel length of the core. In this case, the axial power distribution of the core becomes distorted, similar to the reactor power shown by the dashed line in Figure 9 of the Hitachi Review mentioned above, which may increase power peaking and reduce the thermal margin in the core.

本発明の目的は、負荷追従運転における高速炉の熱的余裕を増大できる高速炉及び高速炉の制御棒操作方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a fast reactor and a control rod operation method for the fast reactor, which can increase the thermal margin of the fast reactor during load following operation.

上記した目的を達成する本発明の特徴は、高速炉が原子炉容器と、前記原子炉容器の上端部に回転可能に設置され、前記原子炉容器を覆う回転プラグとを備え、
内側制御棒クラスター、及び前記内側制御棒クラスターを取り囲む環状の外側制御棒クラスターを有する制御棒である主炉停止系制御棒の前記内側制御棒クラスター及び前記外側制御棒クラスターのそれぞれを、前記原子炉容器内に配置された炉心内に配置し、
前記主炉停止系制御棒の前記内側制御棒クラスターを前記炉心の軸方向に移動させる制御棒移動装置を前記回転プラグに設置し、
前記主炉停止系制御棒の前記外側制御棒クラスターを前記炉心の軸方向に移動させる他の制御棒移動装置を前記回転プラグに設置し、
前記原子炉容器内で前記炉心の下方に配置された炉心支持板が前記原子炉容器に設置され、前記炉心内に配置された第1内側制御棒案内管の下端部が、前記炉心支持板に取り付けられ、前記炉心内に配置されて前記第1内側制御棒案内管を取り囲む第2外側制御棒案内管の下端部が、前記炉心支持板に取り付けられ、前記主炉停止系制御棒の前記内側制御棒クラスターが前記第1内側制御棒案内管内に配置され、前記主炉停止系制御棒の前記外側制御棒クラスターが前記第1内側制御棒案内管と前記第2外側制御棒案内管の間に形成される環状領域内に配置されたことにある。
The present invention achieves the above object by providing a fast reactor comprising a reactor vessel and a rotary plug rotatably installed at an upper end of the reactor vessel and covering the reactor vessel,
a reactor core disposed in the reactor vessel, the reactor core being a main reactor shutdown system control rod having an inner control rod cluster and an annular outer control rod cluster surrounding the inner control rod cluster, the main reactor shutdown system control rod having an inner control rod cluster and an outer control rod cluster, the ...
a control rod moving device for moving the inner control rod cluster of the main reactor shutdown system control rods in the axial direction of the core is provided on the rotating plug;
another control rod movement device for moving the outer control rod cluster of the main reactor shutdown system control rods in the axial direction of the core is provided on the rotating plug;
A core support plate arranged below the core within the reactor vessel is installed on the reactor vessel, a lower end of a first inner control rod guide tube arranged in the core is attached to the core support plate, a lower end of a second outer control rod guide tube arranged in the core and surrounding the first inner control rod guide tube is attached to the core support plate, the inner control rod cluster of the main reactor shutdown system control rod is arranged in the first inner control rod guide tube, and the outer control rod cluster of the main reactor shutdown system control rod is arranged in an annular region formed between the first inner control rod guide tube and the second outer control rod guide tube .

外側制御棒クラスターが炉心の炉心燃料領域から全引抜きされたまま、制御棒価値が小さい内側制御棒クラスターがその炉心燃料領域に全挿入された状態では、炉心燃料領域の軸方向における出力分布がコサイン分布になり、その出力分布の出力ピークは小さくなる。このため、その制御棒を用いた場合には、負荷追従運転における高速炉の熱的余裕が増大する。 When the outer control rod cluster is fully withdrawn from the core fuel region of the core, and the inner control rod cluster, which has a smaller control rod worth, is fully inserted into the core fuel region, the power distribution in the axial direction of the core fuel region becomes a cosine distribution, and the power peak of the power distribution becomes smaller. Therefore, when this control rod is used, the thermal margin of the fast reactor during load following operation increases.

さらに、外側制御棒クラスターが炉心燃料領域から全引き抜きされて内側制御棒クラスターの一部が炉心燃料領域に挿入されている状態では、内側制御棒クラスターの下端付近に出力ピークが形成される。しかしながら、内側制御棒クラスターの制御棒価値が小さいため、その出力ピークは、内側制御棒クラスター及び環状の外側制御棒クラスターを有しない従来の主炉停止系制御棒の一部が炉心燃料領域から引き抜かれているときに、従来の主炉停止系制御棒の下端付近に形成される出力ピークよりも小さくなる。このため、内側制御棒クラスターの一部が炉心燃料領域に挿入されている場合でも、負荷追従運転における高速炉の熱的余裕が増大する。 Furthermore, when the outer control rod cluster is fully withdrawn from the core fuel region and part of the inner control rod cluster is inserted into the core fuel region, a power peak is formed near the lower end of the inner control rod cluster. However, since the control rod worth of the inner control rod cluster is small, the power peak is smaller than the power peak formed near the lower end of a conventional main reactor shutdown system control rod when part of the conventional main reactor shutdown system control rod that does not have the inner control rod cluster and the annular outer control rod cluster is withdrawn from the core fuel region. Therefore, even when part of the inner control rod cluster is inserted into the core fuel region, the thermal margin of the fast reactor during load following operation is increased.

本発明によれば、負荷追従運転における高速炉の熱的余裕を増大させることができる。 The present invention makes it possible to increase the thermal margin of a fast reactor during load following operation.

本発明の好適な一実施例である実施例1の高速炉の制御棒、すなわち、主炉停止系制御棒の縦断面図である。1 is a vertical sectional view of a control rod of a fast reactor according to a first embodiment of the present invention, that is, a main reactor shutdown system control rod. 図1に示された外側制御棒クラスターを制御棒保持ユニットに係合した状態を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing the outer control rod cluster shown in FIG. 1 engaged with a control rod retaining unit; 図1に示された制御棒の内側制御棒クラスター及び外側制御棒クラスターのそれぞれを高速炉の炉心燃料領域に全挿入した状態の縦断面図である。2 is a vertical cross-sectional view of the inner and outer control rod clusters of the control rods shown in FIG. 1 fully inserted into a core fuel region of a fast reactor. FIG. 図3のIV-IV断面図である。IV-IV cross-sectional view of FIG. 3. 実施例1の制御棒が用いられる高速炉における後備炉停止系制御棒の縦断面図である。FIG. 2 is a vertical cross-sectional view of a backup reactor shutdown system control rod in a fast reactor in which the control rod of the first embodiment is used. 後備炉停止系制御棒の横断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a backup reactor shutdown system control rod. 図1に示された制御棒及び図5に示された後備炉停止系制御棒を用いた高速炉の縦断面図である。FIG. 6 is a vertical cross-sectional view of a fast reactor using the control rod shown in FIG. 1 and the backup reactor shutdown system control rod shown in FIG. 5. 図1に示された制御棒を操作する制御棒制御系の構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of a control rod control system that operates the control rod shown in FIG. 図5に示された後備炉停止系制御棒を操作する制御棒制御系の構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram of a control rod control system for operating the backup reactor shutdown control rod shown in FIG. 5 . 図7に示された高速炉の1/2炉心の横断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view of half the core of the fast reactor shown in FIG. 7. 図1に示された制御棒、及び図5に示された後備炉停止系制御棒のそれぞれの、高速炉の負荷追従運転時における炉心への挿入状態を示す説明図である。6 is an explanatory diagram showing the state in which the control rod shown in FIG. 1 and the backup reactor shutdown system control rod shown in FIG. 5 are inserted into the core during load following operation of a fast reactor. FIG. 従来の主炉停止系制御棒の炉心燃料領域(燃料有効長)への挿入状態を示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram showing a state in which a conventional main reactor shutdown system control rod is inserted into a core fuel region (active fuel length). 図12のX-X断面図である。This is a cross-sectional view taken along the line XX in FIG. 図1に示された主炉停止系制御棒、及び図12に示された従来の主炉停止系制御棒のそれぞれを炉心燃料領域に挿入した状態での、軸方向における各位置での出力と燃料有効長の軸方向位置との関係を示す特性図である。FIG. 13 is a characteristic diagram showing the relationship between the power at each axial position and the axial position of the active fuel length when the main reactor shutdown system control rod shown in FIG. 1 and the conventional main reactor shutdown system control rod shown in FIG. 12 are inserted into the core fuel region. 本発明の好適な他の実施例である実施例2における、図1に示された制御棒及び図5に示された後備炉停止系制御棒を用いた高速炉の縦断面図である。FIG. 7 is a vertical sectional view of a fast reactor using the control rod shown in FIG. 1 and the backup reactor shutdown system control rod shown in FIG. 5 in embodiment 2 which is another preferred embodiment of the present invention. 図15に示された主炉停止系制御棒の内側制御棒クラスター及び外側制御棒クラスターそれぞれの、高速炉の負荷追従運転時における炉心燃料領域への挿入状態を示す説明図である。FIG. 16 is an explanatory diagram showing the insertion state of the inner control rod cluster and the outer control rod cluster of the main reactor shutdown system control rods shown in FIG. 15 into the core fuel region during load following operation of a fast reactor. 図16に示された内側制御棒クラスター及び外側制御棒クラスターそれぞれの、炉心燃料領域への全挿入状態を示す説明図である。FIG. 17 is an explanatory diagram showing the inner control rod cluster and the outer control rod cluster shown in FIG. 16 in a fully inserted state into the core fuel region. 図15に示された後備炉停止系制御棒の内側制御棒クラスター及び外側制御棒クラスターそれぞれの操作状態を示す説明図である。FIG. 16 is an explanatory diagram showing the operation states of the inner control rod cluster and the outer control rod cluster of the backup reactor shutdown system control rods shown in FIG. 15 . 図17に示された後備炉停止系制御棒の内側制御棒クラスター及び外側制御棒クラスターのそれぞれの、高速炉の負荷追従運転時における炉心燃料領域への全挿入状態を示す説明図である。FIG. 18 is an explanatory diagram showing a fully inserted state of the inner control rod cluster and the outer control rod cluster of the backup reactor shutdown system control rods shown in FIG. 17 into the core fuel region during load following operation of a fast reactor. 本発明の好適な他の実施例である実施例3における高速炉の制御棒操作方法において、主炉停止系制御棒の、高速炉の負荷追従運転時における炉心燃料領域への挿入状態を示す説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram showing an insertion state of a main reactor shutdown system control rod into a core fuel region during load following operation of a fast reactor in a control rod operation method for a fast reactor in a third embodiment which is another preferred embodiment of the present invention. 図20に示された主炉停止系制御棒における内側制御棒クラスター及び外側制御棒クラスターのそれぞれの、炉心燃料領域への全挿入状態を示す説明図である。FIG. 21 is an explanatory diagram showing a fully inserted state of each of the inner control rod cluster and the outer control rod cluster in the main reactor shutdown system control rod shown in FIG. 20 into the core fuel region. 実施例3の高速増殖炉の制御棒操作方法において、後備炉停止系制御棒の、高速炉の負荷追従運転時における炉心燃料領域への挿入状態を示す説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram showing an insertion state of a backup reactor shutdown system control rod into a core fuel region during load following operation of the fast breeder reactor in the control rod operation method of the fast breeder reactor of the third embodiment. 図22に示された後備炉停止系制御棒の内側制御棒クラスター及び外側制御棒クラスターのそれぞれの、炉心燃料領域への全挿入状態を示す説明図である。FIG. 23 is an explanatory diagram showing a fully inserted state of the inner control rod cluster and the outer control rod cluster of the backup reactor shutdown system control rods shown in FIG. 22 into the core fuel region.

本発明の実施例を以下に説明する。 An embodiment of the present invention is described below.

本発明の好適な一実施例である実施例1の高速炉の制御棒を、図1、図2及び図4を用いて説明する。 The control rod of a fast reactor according to embodiment 1, which is a preferred embodiment of the present invention, will be described with reference to Figures 1, 2, and 4.

後述の高速増殖炉8(図7参照)では、制御棒は、主炉停止系制御棒である制御棒1(図1)及び後備炉停止系制御棒23(図5)の独立した2系統の構成となっている。主炉停止系制御棒である制御棒1は、高速増殖炉8の運転時において、核燃料物質に含まれる核分裂性物質の燃焼に伴う反応度の変化、及び出力分布の調整に用いられる。後備炉停止系制御棒23は、主炉停止系制御棒である制御棒1が万一故障した場合のバックアップのために設置されている。高速増殖炉8は、制御棒1及び後備炉停止系制御棒23のいずれか一方のみで緊急停止が可能になっている。 In the fast breeder reactor 8 (see Figure 7) described below, the control rods are configured in two independent systems: control rod 1 (Figure 1), which is the main reactor shutdown system control rod, and backup reactor shutdown system control rod 23 (Figure 5). Control rod 1, which is the main reactor shutdown system control rod, is used to adjust the change in reactivity and power distribution associated with the burning of fissile material contained in the nuclear fuel material when the fast breeder reactor 8 is in operation. Backup reactor shutdown system control rod 23 is installed as a backup in case control rod 1, which is the main reactor shutdown system control rod, fails. The fast breeder reactor 8 can be shut down in an emergency using only either control rod 1 or backup reactor shutdown system control rod 23.

本実施例の制御棒1を、図1、図2及び図4を用いて詳細に説明する。制御棒1は、内側制御棒クラスター(第1内側制御棒クラスター)2及び外側制御棒クラスター(第1外側制御棒クラスター)5を有する。外側制御棒クラスター5は、横断面が環状をしており、内側制御棒クラスター2の周囲を取り囲んでいる(図4参照)。内側制御棒クラスター2は、棒状の複数の制御棒要素3を、両端が密封された円筒状の制御棒保護管4内に配置している(図1及び図4参照)。制御棒要素3は、中性子吸収材である炭化ホウ素(BC)の複数のペレットを密封された被覆管(図示せず)内に充填している。外側制御棒クラスター5は、棒状の複数の制御棒要素6を、両端が密封された環状の制御棒保護管7内に配置している(図1及び図4参照)。制御棒要素6も、炭化ホウ素の複数のペレットを密封された被覆管(図示せず)内に充填している。制御棒要素3及び6のそれぞれの軸方向の長さは、後述の炉心燃料領域12の軸方向の長さである燃料有効長と同じである。 The control rod 1 of this embodiment will be described in detail with reference to Figs. 1, 2 and 4. The control rod 1 has an inner control rod cluster (first inner control rod cluster) 2 and an outer control rod cluster (first outer control rod cluster) 5. The outer control rod cluster 5 has an annular cross section and surrounds the inner control rod cluster 2 (see Fig. 4). The inner control rod cluster 2 has a plurality of rod-shaped control rod elements 3 arranged in a cylindrical control rod protection tube 4 with both ends sealed (see Figs. 1 and 4). The control rod elements 3 are filled with a plurality of pellets of boron carbide (B 4 C), which is a neutron absorbing material, in a sealed cladding tube (not shown). The outer control rod cluster 5 has a plurality of rod-shaped control rod elements 6 arranged in an annular control rod protection tube 7 with both ends sealed (see Figs. 1 and 4). The control rod elements 6 are also filled with a plurality of pellets of boron carbide in a sealed cladding tube (not shown). The axial length of each of the control rod elements 3 and 6 is the same as the active fuel length, which is the axial length of the core fuel region 12 described below.

後備炉停止系制御棒23を、図5及び図6を用いて詳細に説明する。後備炉停止系制御棒23は、内側制御棒クラスター(第2内側制御棒クラスター)36及び外側制御棒クラスター(第2外側制御棒クラスター)55を有する。外側制御棒クラスター55は、横断面が環状をしており、内側制御棒クラスター36の周囲を取り囲んでいる(図6参照)。内側制御棒クラスター36は、棒状の複数の制御棒要素37を、両端が密封された円筒状の制御棒保護管38内に配置している(図6参照)。制御棒要素37は、炭化ホウ素の複数のペレットを密封された被覆管(図示せず)内に充填している。外側制御棒クラスター55は、棒状の複数の制御棒要素56を、両端が密封された環状の制御棒保護管57内に配置している(図6参照)。制御棒要素56も、炭化ホウ素の複数のペレットを密封された被覆管(図示せず)内に充填している。制御棒要素37及び56のそれぞれの軸方向の長さは、後述の炉心燃料領域12の軸方向の長さである燃料有効長と同じである。 The backup reactor shutdown control rod 23 will be described in detail with reference to Figures 5 and 6. The backup reactor shutdown control rod 23 has an inner control rod cluster (second inner control rod cluster) 36 and an outer control rod cluster (second outer control rod cluster) 55. The outer control rod cluster 55 has an annular cross section and surrounds the inner control rod cluster 36 (see Figure 6). The inner control rod cluster 36 has a plurality of rod-shaped control rod elements 37 arranged in a cylindrical control rod protection tube 38 with both ends sealed (see Figure 6). The control rod element 37 is filled with a plurality of boron carbide pellets in a sealed cladding tube (not shown). The outer control rod cluster 55 has a plurality of rod-shaped control rod elements 56 arranged in an annular control rod protection tube 57 with both ends sealed (see Figure 6). The control rod element 56 is also filled with a plurality of boron carbide pellets in a sealed cladding tube (not shown). The axial length of each of the control rod elements 37 and 56 is the same as the active fuel length, which is the axial length of the core fuel region 12 described below.

制御棒1が適用される高速炉の一種である高速増殖炉の構造を、図7を用いて説明する。高速増殖炉8の電気出力は75万kWである。高速増殖炉8は、原子炉容器9、回転プラグ10、炉心11、制御棒1、後備炉停止系制御棒23、下部内側制御棒案内管26及び58、及び下部外側制御棒案内管27及び59を備える。高速増殖炉8は、これらの構成以外に、上部炉心支持板50、巻き取り装置30、制御棒駆動機構32、上部内側制御棒案内管28及び60、上部外側制御棒案内管29及び61、巻き取り装置62及び制御棒駆動機構64を備える。巻き取り装置30及び62は第1及び第3制御棒移動装置であり、制御棒駆動機構32及び64は第2及び第4制御棒移動装置である。液体金属である液体ナトリウム24が、冷却材として用いられ、原子炉容器9内に充填される。上部炉心支持板50は、原子炉容器9内に配置されて原子炉容器9の内面に取り付けられる。炉心支持構造物52が上部炉心支持板50の下面に取り付けられ、炉心支持構造物52内に配置された下部炉心支持板51が炉心支持構造物52の内面に取り付けられる。下部炉心支持板51は上部炉心支持板50の下方に位置している。 The structure of a fast breeder reactor, which is a type of fast reactor to which the control rod 1 is applied, will be described with reference to FIG. 7. The electric output of the fast breeder reactor 8 is 750,000 kW. The fast breeder reactor 8 includes a reactor vessel 9, a rotating plug 10, a core 11, a control rod 1, a backup reactor shutdown system control rod 23, lower inner control rod guide tubes 26 and 58, and lower outer control rod guide tubes 27 and 59. In addition to these components, the fast breeder reactor 8 includes an upper core support plate 50, a winding device 30, a control rod drive mechanism 32, upper inner control rod guide tubes 28 and 60, upper outer control rod guide tubes 29 and 61, a winding device 62, and a control rod drive mechanism 64. The winding devices 30 and 62 are the first and third control rod movement devices, and the control rod drive mechanisms 32 and 64 are the second and fourth control rod movement devices. Liquid sodium 24, which is a liquid metal, is used as a coolant and is filled in the reactor vessel 9. The upper core support plate 50 is disposed within the reactor vessel 9 and attached to the inner surface of the reactor vessel 9. A core support structure 52 is attached to the lower surface of the upper core support plate 50, and a lower core support plate 51 disposed within the core support structure 52 is attached to the inner surface of the core support structure 52. The lower core support plate 51 is located below the upper core support plate 50.

回転プラグ10は原子炉容器9の上端部に回転可能に取り付けられる。炉心11は、回転プラグ10の下方で原子炉容器9内に配置され、軸方向において、炉心燃料領域12及びガスプレナム領域13を有する。ガスプレナム領域13は炉心燃料領域12上に位置する(図11参照)。炉心11の炉心燃料領域12における横断面を図10に示す。炉心燃料領域12は内側炉心燃料領域14及び外側炉心燃料領域15を含み、外側炉心燃料領域15が内側炉心燃料領域14を取り囲んでいる。さらに、炉心11では、半径方向ブランケット領域16が外側炉心燃料領域15を取り囲み、反射体領域17が半径方向ブランケット領域16を取り囲んでいる。 The rotating plug 10 is rotatably attached to the upper end of the reactor vessel 9. The core 11 is disposed in the reactor vessel 9 below the rotating plug 10 and has a core fuel region 12 and a gas plenum region 13 in the axial direction. The gas plenum region 13 is located above the core fuel region 12 (see FIG. 11). A cross-section of the core 11 at the core fuel region 12 is shown in FIG. 10. The core fuel region 12 includes an inner core fuel region 14 and an outer core fuel region 15, with the outer core fuel region 15 surrounding the inner core fuel region 14. Furthermore, in the core 11, a radial blanket region 16 surrounds the outer core fuel region 15, and a reflector region 17 surrounds the radial blanket region 16.

複数の内側炉心燃料集合体18が内側炉心燃料領域14に装荷され、複数の外側炉心燃料集合体19が外側炉心燃料領域15に装荷される。内側炉心燃料集合体18及び外側炉心燃料集合体19のそれぞれは、核燃料物質としてU-Pu-10Zrの3元合金(金属燃料)を用いており、U-Pu-10Zrによって製作された複数の燃料ペレットを被覆管内に充填した複数の燃料棒(図示せず)を有している。各燃料棒は、被覆管内に、それらの燃料ペレットを充填した核燃料充填領域、及びその核燃料充填領域の上方に形成したガスプレナム領域を有する。内側炉心燃料集合体18及び外側炉心燃料集合体19のそれぞれの燃焼度が0GWd/tであるとき、外側炉心燃料集合体19におけるPu富化度は内側炉心燃料集合体18のPu富化度よりも高くなっており、外側炉心燃料領域15の平均Pu富化度の内側炉心燃料領域14のそれよりも高い。このため、炉心燃料領域12の半径方向における出力分布が平坦化される。内側炉心燃料集合体18及び外側炉心燃料集合体19では、複数の燃料棒が横断面が正六角形の筒状のラッパ管(図示せず)内に配置される。 A plurality of inner core fuel assemblies 18 are loaded in the inner core fuel region 14, and a plurality of outer core fuel assemblies 19 are loaded in the outer core fuel region 15. Each of the inner core fuel assemblies 18 and the outer core fuel assemblies 19 uses a ternary alloy (metallic fuel) of U-Pu-10Zr as a nuclear fuel material, and has a plurality of fuel rods (not shown) in which a plurality of fuel pellets made of U-Pu-10Zr are filled in a cladding tube. Each fuel rod has a nuclear fuel filling region filled with the fuel pellets in the cladding tube, and a gas plenum region formed above the nuclear fuel filling region. When the burnup of each of the inner core fuel assemblies 18 and the outer core fuel assemblies 19 is 0 GWd/t, the Pu enrichment in the outer core fuel assemblies 19 is higher than that of the inner core fuel assemblies 18, and the average Pu enrichment of the outer core fuel region 15 is higher than that of the inner core fuel region 14. This flattens the power distribution in the radial direction of the core fuel region 12. In the inner core fuel assembly 18 and the outer core fuel assembly 19, multiple fuel rods are arranged in a cylindrical trumpet tube (not shown) with a regular hexagonal cross section.

複数のブランケット燃料集合体20が半径方向ブランケット領域16に装荷される。0GWd/tのブランケット燃料集合体20は、劣化ウラン製の複数の燃料ペレットを被覆管内に密封した複数の燃料棒を有している。ブランケット燃料集合体20は、それらの燃料棒を横断面が正六角形の筒状のラッパ管(図示せず)内に配置している。複数の反射体が反射体領域17に装荷される。その反射体は、横断面が正六角形のステンレス鋼で作られている。 A number of blanket fuel assemblies 20 are loaded in the radial blanket region 16. The 0 GWd/t blanket fuel assembly 20 has a number of fuel rods with a number of fuel pellets made of depleted uranium sealed in a cladding tube. The blanket fuel assembly 20 arranges the fuel rods in a cylindrical bell tube (not shown) with a regular hexagonal cross section. A number of reflectors are loaded in the reflector region 17. The reflectors are made of stainless steel with a regular hexagonal cross section.

内側炉心燃料集合体18、外側炉心燃料集合体19及びブランケット燃料集合体20のそれぞれのラッパ管の下端部にエントランスノズル(図示せず)が設けられている。各燃料集合体のエントランスノズルが、上部炉心支持板50を貫通し、下部炉心支持板51に達する。内側炉心燃料集合体18、外側炉心燃料集合体19及びブランケット燃料集合体20のそれぞれは、上部炉心支持板50に支持される。高圧プレナム41が、炉心支持構造物52内で上部炉心支持板50と下部炉心支持板51の間に形成される。低圧プレナム42が、炉心支持構造物52内で下部炉心支持板51の下方に形成される。下部プレナム40が、上部炉心支持板50の下方で、原子炉容器9の底部と炉心支持構造物52との間に形成される。炉心支持構造物52の側壁に形成された開口25が、下部プレナム40と高圧プレナム41を連絡する。 An entrance nozzle (not shown) is provided at the lower end of each of the trumpet tubes of the inner core fuel assembly 18, the outer core fuel assembly 19, and the blanket fuel assembly 20. The entrance nozzle of each fuel assembly penetrates the upper core support plate 50 and reaches the lower core support plate 51. Each of the inner core fuel assembly 18, the outer core fuel assembly 19, and the blanket fuel assembly 20 is supported by the upper core support plate 50. A high-pressure plenum 41 is formed between the upper core support plate 50 and the lower core support plate 51 in the core support structure 52. A low-pressure plenum 42 is formed below the lower core support plate 51 in the core support structure 52. A lower plenum 40 is formed below the upper core support plate 50 between the bottom of the reactor vessel 9 and the core support structure 52. An opening 25 formed in the side wall of the core support structure 52 connects the lower plenum 40 and the high-pressure plenum 41.

入口配管9Aが原子炉容器9に取り付けられる。冷却材である液体ナトリウム24が原子炉容器9内に充填されており、その入口配管9Aは、液体ナトリウム24の液面よりも上方で原子炉容器9の側壁を貫通して原子炉容器9内に達する。原子炉容器9内において入口配管9Aは、原子炉容器9の内面と炉心11の間を下降して上部炉心支持板50を貫通し、下部プレナム40に達する。入口配管9Aの下端部が炉心支持構造物52の側面に取り付けられ、入口配管9Aは上記の開口25を通して高圧プレナム41と連通する。原子炉容器9の側壁に取り付けられた出口配管9Bが、炉心11の上方で原子炉容器9内に形成される上部プレナム53に連絡される。一次主冷却材ポンプ(図示せず)及び中間熱交換器(図示せず)が設置された一次冷却系配管(図示せず)の一端部が入口配管9Aに接続され、その一次冷却系配管の他端部が出口配管9Bに接続される。 The inlet pipe 9A is attached to the reactor vessel 9. The reactor vessel 9 is filled with liquid sodium 24 as a coolant, and the inlet pipe 9A penetrates the side wall of the reactor vessel 9 above the liquid level of the liquid sodium 24 to reach the inside of the reactor vessel 9. Inside the reactor vessel 9, the inlet pipe 9A descends between the inner surface of the reactor vessel 9 and the core 11, penetrates the upper core support plate 50, and reaches the lower plenum 40. The lower end of the inlet pipe 9A is attached to the side of the core support structure 52, and the inlet pipe 9A communicates with the high-pressure plenum 41 through the above-mentioned opening 25. The outlet pipe 9B attached to the side wall of the reactor vessel 9 is connected to the upper plenum 53 formed in the reactor vessel 9 above the core 11. One end of the primary cooling system pipe (not shown), in which a primary main coolant pump (not shown) and an intermediate heat exchanger (not shown) are installed, is connected to the inlet pipe 9A, and the other end of the primary cooling system pipe is connected to the outlet pipe 9B.

制御棒1のそれぞれは、内側炉心燃料領域14内の内側炉心燃料集合体18の相互間、及び外側炉心燃料領域15内の外側炉心燃料集合体19の相互間に配置される(図10参照)。制御棒1用の、横断面が正六角形の制御棒案内管46(図4参照)が、内側炉心燃料領域14内の内側炉心燃料集合体18の相互間、及び外側炉心燃料領域15内の外側炉心燃料集合体19の相互間にそれぞれ配置される。制御棒案内管46の下端が上部炉心支持板50に取り付けられ、制御棒案内管46の上端が炉心11の上端よりも上方に位置している。円筒状の下部外側制御棒案内管27が制御棒案内管46内に配置され、円筒状の下部内側制御棒案内管26が下部外側制御棒案内管27内に配置される。下部内側制御棒案内管26及び下部外側制御棒案内管27のそれぞれの下端が上部炉心支持板50に取り付けられる。下部内側制御棒案内管26及び下部外側制御棒案内管27のそれぞれの上端も、炉心11の上端よりも上方に位置している。 Each of the control rods 1 is disposed between the inner core fuel assemblies 18 in the inner core fuel region 14 and between the outer core fuel assemblies 19 in the outer core fuel region 15 (see FIG. 10). A control rod guide tube 46 (see FIG. 4) having a regular hexagonal cross section for the control rod 1 is disposed between the inner core fuel assemblies 18 in the inner core fuel region 14 and between the outer core fuel assemblies 19 in the outer core fuel region 15. The lower end of the control rod guide tube 46 is attached to the upper core support plate 50, and the upper end of the control rod guide tube 46 is located above the upper end of the core 11. The cylindrical lower outer control rod guide tube 27 is disposed in the control rod guide tube 46, and the cylindrical lower inner control rod guide tube 26 is disposed in the lower outer control rod guide tube 27. The lower ends of the lower inner control rod guide tube 26 and the lower outer control rod guide tube 27 are attached to the upper core support plate 50. The upper ends of the lower inner control rod guide tube 26 and the lower outer control rod guide tube 27 are also located above the upper end of the core 11.

円筒状の上部外側制御棒案内管29が下部外側制御棒案内管27の真上に配置され、上部外側制御棒案内管29の上端部が、回転プラグ10を貫通して回転プラグ10に取り付けられる。支持板54が上部外側制御棒案内管29の上端を覆って回転プラグ10の上面に取り付けられる。円筒状の上部内側制御棒案内管28が下部内側制御棒案内管26の真上に配置されて上部外側制御棒案内管29内に配置され、上部内側制御棒案内管28の上端部が支持板54に取り付けられる。第2制御棒移動装置である制御棒駆動機構32が支持板54上に設置される。制御棒駆動機構32に連結された駆動延長軸33が、回転プラグ10から下方に向かって伸びており、上部内側制御棒案内管28及び下部内側制御棒案内管26内に配置される。制御棒1の内側制御棒クラスター2が、下部内側制御棒案内管26内に配置され、駆動延長軸33の下端部に連結されている。 The cylindrical upper outer control rod guide tube 29 is disposed directly above the lower outer control rod guide tube 27, and the upper end of the upper outer control rod guide tube 29 is attached to the rotating plug 10 through the rotating plug 10. A support plate 54 is attached to the upper surface of the rotating plug 10, covering the upper end of the upper outer control rod guide tube 29. The cylindrical upper inner control rod guide tube 28 is disposed directly above the lower inner control rod guide tube 26 and disposed within the upper outer control rod guide tube 29, and the upper end of the upper inner control rod guide tube 28 is attached to the support plate 54. The control rod drive mechanism 32, which is a second control rod moving device, is installed on the support plate 54. The drive extension shaft 33 connected to the control rod drive mechanism 32 extends downward from the rotating plug 10 and is disposed within the upper inner control rod guide tube 28 and the lower inner control rod guide tube 26. The inner control rod cluster 2 of the control rod 1 is disposed within the lower inner control rod guide tube 26 and is connected to the lower end of the drive extension shaft 33.

第1制御棒移動装置である巻き取り装置30が回転プラグ10の上面に設置され、巻き取り装置30から下方に向かって伸びるステンレス鋼製のロープ31の下端部が、上部外側制御棒案内管29と上部内側制御棒案内管28の間に形成される環状領域を通って、下部内側制御棒案内管26と下部外側制御棒案内管27の間に配置される制御棒保持ユニット44に取り付けられる。下部内側制御棒案内管26と下部外側制御棒案内管27の間に配置される、制御棒1の、環状の外側制御棒クラスター5は、制御棒保持ユニット44によって保持される。具体的には、制御棒保持ユニット44に設けられた回転フック45を、外側制御棒クラスター5の上端に設けられた吊り金具22の輪の中に挿入することによって、外側制御棒クラスター5が、制御棒保持ユニット44に連結されて制御棒保持ユニット44に保持される。回転フック45は、外側制御棒クラスター5と制御棒保持ユニット44を切り離し可能に連結する連結手段である。制御棒保持ユニット44は、後述するように、スクラム信号を入力することによって、回転フック(連結手段)45を作動させ、外側制御棒クラスター5と制御棒保持ユニット44が切り離される。 A winding device 30, which is a first control rod moving device, is installed on the upper surface of the rotating plug 10, and the lower end of a stainless steel rope 31 extending downward from the winding device 30 passes through an annular region formed between the upper outer control rod guide tube 29 and the upper inner control rod guide tube 28 and is attached to a control rod holding unit 44 arranged between the lower inner control rod guide tube 26 and the lower outer control rod guide tube 27. The annular outer control rod cluster 5 of the control rod 1 arranged between the lower inner control rod guide tube 26 and the lower outer control rod guide tube 27 is held by the control rod holding unit 44. Specifically, the outer control rod cluster 5 is connected to the control rod holding unit 44 and held by the control rod holding unit 44 by inserting a rotating hook 45 provided on the control rod holding unit 44 into the ring of the hanging hardware 22 provided at the upper end of the outer control rod cluster 5. The rotating hook 45 is a connecting means for detachably connecting the outer control rod cluster 5 and the control rod holding unit 44. As described below, the control rod holding unit 44 operates the rotating hook (connection means) 45 by inputting a scram signal, and the outer control rod cluster 5 and the control rod holding unit 44 are separated.

なお、外側制御棒クラスター5の上下動を円滑に行うため、少なくとも3個の吊り金具22が、外側制御棒クラスター5の上端に等間隔で取り付けられている。3個の吊り金具22のそれぞれの真上で回転プラグ10の上面に、吊り金具22の個数と同じ三台の巻き取り装置30が設置されている。それらの巻き取り装置30から下方に向かって伸びるステンレス鋼製のロープ31の下端部が、下部内側制御棒案内管26と下部外側制御棒案内管27の間に配置される三つの制御棒保持ユニット44のそれぞれに取り付けられる。三つの制御棒保持ユニット44のそれぞれに設けられた回転フック45が、上記の三つの吊り金具22の輪の中に挿入される。外側制御棒クラスター5は、三つの制御棒保持ユニット44によって保持される。 In order to facilitate the up and down movement of the outer control rod cluster 5, at least three hoisting fixtures 22 are attached at equal intervals to the upper end of the outer control rod cluster 5. Three winding devices 30, the same number as the number of hoisting fixtures 22, are installed on the upper surface of the rotating plug 10 directly above each of the three hoisting fixtures 22. The lower ends of stainless steel ropes 31 extending downward from the winding devices 30 are attached to each of the three control rod holding units 44 arranged between the lower inner control rod guide tube 26 and the lower outer control rod guide tube 27. The rotating hooks 45 provided on each of the three control rod holding units 44 are inserted into the loops of the three hoisting fixtures 22. The outer control rod cluster 5 is held by the three control rod holding units 44.

なお、巻き取り装置30によって内側制御棒クラスター2を炉心11の軸方向に移動させ、第2制御棒移動装置である制御棒駆動機構32によって外側制御棒クラスター5を炉心11の軸方向に移動させてもよい。この場合には、一台の巻き取り装置30及び三台の制御棒駆動機構32のそれぞれが、回転プラグ10の上面に取り付けられた支持板54に設置される。三台の制御棒駆動機構32は巻き取り装置30の周囲に配置される。巻き取り装置30から下方に向かって伸びるステンレス鋼製のロープ31の下端部が、上部内側制御棒案内管28及び下部内側制御棒案内管26内を通って、下部内側制御棒案内管26内に配置される制御棒保持ユニット44に取り付けられる。制御棒保持ユニット44に設けられた回転フック45を、下部内側制御棒案内管26内に配置された内側制御棒クラスター2の上端に設けられた吊り金具22の輪の中に挿入することによって、内側制御棒クラスター2が、制御棒保持ユニット44に連結されて制御棒保持ユニット44に保持される。 Alternatively, the inner control rod cluster 2 may be moved in the axial direction of the core 11 by the winding device 30, and the outer control rod cluster 5 may be moved in the axial direction of the core 11 by the control rod drive mechanism 32, which is the second control rod moving device. In this case, one winding device 30 and three control rod drive mechanisms 32 are installed on a support plate 54 attached to the upper surface of the rotating plug 10. The three control rod drive mechanisms 32 are arranged around the winding device 30. The lower end of a stainless steel rope 31 extending downward from the winding device 30 passes through the upper inner control rod guide tube 28 and the lower inner control rod guide tube 26, and is attached to a control rod holding unit 44 arranged in the lower inner control rod guide tube 26. The inner control rod cluster 2 is connected to and held by the control rod holding unit 44 by inserting a rotating hook 45 provided on the control rod holding unit 44 into a loop of a hanging fitting 22 provided at the upper end of the inner control rod cluster 2 arranged in the lower inner control rod guide tube 26.

三台の制御棒駆動機構32のそれぞれに連結されて下方に向かって伸びる駆動延長軸33の下端部が、上部外側制御棒案内管29と上部内側制御棒案内管28の間に形成される環状領域を通って、下部外側制御棒案内管27と下部内側制御棒案内管26の間に形成される環状領域に配置される環状の外側制御棒クラスター5の上端に連結される。三台の制御棒駆動機構32の各駆動延長軸33が外側制御棒クラスター5の上端に連結される位置は、環状の外側制御棒クラスター5の上端に等間隔に配置される。三台の制御棒駆動機構32は、同期して外側制御棒クラスター5を炉心11の軸方向に移動させる。 The lower ends of the drive extension shafts 33 connected to each of the three control rod drive mechanisms 32 and extending downward are connected to the upper end of the annular outer control rod cluster 5 arranged in the annular region formed between the lower outer control rod guide tube 27 and the lower inner control rod guide tube 26 through the annular region formed between the upper outer control rod guide tube 29 and the upper inner control rod guide tube 28. The positions at which each drive extension shaft 33 of the three control rod drive mechanisms 32 is connected to the upper end of the outer control rod cluster 5 are arranged at equal intervals at the upper end of the annular outer control rod cluster 5. The three control rod drive mechanisms 32 synchronously move the outer control rod cluster 5 in the axial direction of the core 11.

炉心燃料領域12から引き抜かれている外側制御棒クラスター5の炉心燃料領域12への緊急挿入は、制御棒駆動機構32によって行われ、炉心燃料領域12から引き抜かれている内側制御棒クラスター2の炉心燃料領域12への緊急挿入は、制御棒保持ユニット44の回転フック45を、内側制御棒クラスター2の上端に取り付けられた吊り金具22から切り離すことによって行われる。 The outer control rod cluster 5 that has been withdrawn from the core fuel region 12 is emergency inserted into the core fuel region 12 by the control rod drive mechanism 32, and the inner control rod cluster 2 that has been withdrawn from the core fuel region 12 is emergency inserted into the core fuel region 12 by disconnecting the rotating hook 45 of the control rod holding unit 44 from the hanging bracket 22 attached to the upper end of the inner control rod cluster 2.

後備炉停止系制御棒23のそれぞれも、内側炉心燃料領域14内の内側炉心燃料集合体18の相互間、及び外側炉心燃料領域15内の外側炉心燃料集合体19の相互間に配置される(図10参照)。後備炉停止系制御棒23用の、横断面が正六角形の制御棒案内管73(図6参照)が、内側炉心燃料領域14内の内側炉心燃料集合体18の相互間、及び外側炉心燃料領域15内の外側炉心燃料集合体19の相互間にそれぞれ配置される。制御棒案内管73の下端が上部炉心支持板50に取り付けられ、制御棒案内管73の上端が炉心11の上端よりも上方に位置している。円筒状の下部外側制御棒案内管59が制御棒案内管73内に配置され、円筒状の下部内側制御棒案内管58が下部外側制御棒案内管59内に配置される。下部内側制御棒案内管58及び下部外側制御棒案内管59のそれぞれの下端が上部炉心支持板50に取り付けられる。下部内側制御棒案内管58及び下部外側制御棒案内管59のそれぞれの上端も、炉心11の上端よりも上方に位置している。 The backup reactor shutdown system control rods 23 are also arranged between the inner core fuel assemblies 18 in the inner core fuel region 14 and between the outer core fuel assemblies 19 in the outer core fuel region 15 (see FIG. 10). Control rod guide tubes 73 (see FIG. 6) with a regular hexagonal cross section for the backup reactor shutdown system control rods 23 are arranged between the inner core fuel assemblies 18 in the inner core fuel region 14 and between the outer core fuel assemblies 19 in the outer core fuel region 15. The lower end of the control rod guide tube 73 is attached to the upper core support plate 50, and the upper end of the control rod guide tube 73 is located above the upper end of the core 11. The cylindrical lower outer control rod guide tube 59 is arranged in the control rod guide tube 73, and the cylindrical lower inner control rod guide tube 58 is arranged in the lower outer control rod guide tube 59. The lower ends of the lower inner control rod guide tube 58 and the lower outer control rod guide tube 59 are attached to the upper core support plate 50. The upper ends of the lower inner control rod guide tube 58 and the lower outer control rod guide tube 59 are also located above the upper end of the core 11.

円筒状の上部外側制御棒案内管61が下部外側制御棒案内管59の真上に配置され、上部外側制御棒案内管61の上端部が、回転プラグ10を貫通して回転プラグ10に取り付けられる。支持板54Aが上部外側制御棒案内管61の上端を覆って回転プラグ10の上面に取り付けられる。円筒状の上部内側制御棒案内管60が下部内側制御棒案内管58の真上に配置されて上部外側制御棒案内管61内に配置され、上部内側制御棒案内管60の上端部が支持板54Aに取り付けられる。第4制御棒移動装置である制御棒駆動機構64が支持板54A上に設置される。制御棒駆動機構64に連結された駆動延長軸65が、回転プラグ10から下方に向かって伸びており、上部内側制御棒案内管60及び下部内側制御棒案内管58内に配置される。後備炉停止系制御棒23の内側制御棒クラスター36が、下部内側制御棒案内管58内に配置され、駆動延長軸65の下端部に連結されている。 The cylindrical upper outer control rod guide tube 61 is disposed directly above the lower outer control rod guide tube 59, and the upper end of the upper outer control rod guide tube 61 is attached to the rotating plug 10 through the rotating plug 10. The support plate 54A is attached to the upper surface of the rotating plug 10, covering the upper end of the upper outer control rod guide tube 61. The cylindrical upper inner control rod guide tube 60 is disposed directly above the lower inner control rod guide tube 58 and disposed within the upper outer control rod guide tube 61, and the upper end of the upper inner control rod guide tube 60 is attached to the support plate 54A. The control rod drive mechanism 64, which is the fourth control rod moving device, is installed on the support plate 54A. The drive extension shaft 65 connected to the control rod drive mechanism 64 extends downward from the rotating plug 10 and is disposed within the upper inner control rod guide tube 60 and the lower inner control rod guide tube 58. The inner control rod cluster 36 of the backup reactor shutdown system control rod 23 is disposed within the lower inner control rod guide tube 58 and is connected to the lower end of the drive extension shaft 65.

下部内側制御棒案内管26が上部内側制御棒案内管28から切り離されて下部外側制御棒案内管27が上部外側制御棒案内管29から切り離され、さらに、下部内側制御棒案内管58が上部内側制御棒案内管60から切り離されており、下部外側制御棒案内管59が上部外側制御棒案内管61から切り離されているため、回転プラグ10の回転はそれらの制御棒案内管によって阻害されない。 The lower inner control rod guide tube 26 is disconnected from the upper inner control rod guide tube 28, the lower outer control rod guide tube 27 is disconnected from the upper outer control rod guide tube 29, and further, the lower inner control rod guide tube 58 is disconnected from the upper inner control rod guide tube 60, and the lower outer control rod guide tube 59 is disconnected from the upper outer control rod guide tube 61, so that the rotation of the rotating plug 10 is not hindered by those control rod guide tubes.

第3制御棒移動装置である巻き取り装置62が回転プラグ10の上面に設置され、巻き取り装置62から下方に向かって伸びるステンレス鋼製のロープ63の下端部が、上部内側制御棒案内管60と上部外側制御棒案内管61の間に形成される環状領域を通って、下部内側制御棒案内管58と下部外側制御棒案内管59の間に配置される制御棒保持ユニット66に取り付けられる。下部内側制御棒案内管58と下部外側制御棒案内管59の間に配置される、後備炉停止系制御棒23の、環状の外側制御棒クラスター55は、制御棒保持ユニット66によって保持される。具体的には、制御棒保持ユニット66に設けられた回転フック67を、外側制御棒クラスター55の上端に設けられた吊り金具75の輪の中に挿入することによって、外側制御棒クラスター55が制御棒保持ユニット66に保持される。 A winding device 62, which is a third control rod moving device, is installed on the upper surface of the rotating plug 10, and the lower end of a stainless steel rope 63 extending downward from the winding device 62 is attached to a control rod holding unit 66 arranged between the lower inner control rod guide tube 58 and the lower outer control rod guide tube 59 through an annular region formed between the upper inner control rod guide tube 60 and the upper outer control rod guide tube 61. The annular outer control rod cluster 55 of the backup reactor shutdown system control rod 23 arranged between the lower inner control rod guide tube 58 and the lower outer control rod guide tube 59 is held by the control rod holding unit 66. Specifically, the outer control rod cluster 55 is held by the control rod holding unit 66 by inserting a rotating hook 67 provided on the control rod holding unit 66 into the ring of a hanging bracket 75 provided at the upper end of the outer control rod cluster 55.

なお、外側制御棒クラスター55の上下動を円滑に行うため、少なくとも3個の吊り金具75が、外側制御棒クラスター55の上端に等間隔で取り付けられている。3個の吊り金具75のそれぞれの真上で回転プラグ10の上面に、吊り金具75の個数と同じ三台の巻き取り装置62が設置されている。それらの巻き取り装置62から下方に向かって伸びるロープ63の下端部が、下部内側制御棒案内管58と下部外側制御棒案内管59の間に配置される三つの制御棒保持ユニット66のそれぞれに取り付けられる。三つの制御棒保持ユニット66のそれぞれに設けられた回転フック67が、上記の三つの吊り金具75の輪の中に挿入される。外側制御棒クラスター55は、三つの制御棒保持ユニット66によって保持される。 In order to facilitate the up and down movement of the outer control rod cluster 55, at least three hoisting fixtures 75 are attached at equal intervals to the upper end of the outer control rod cluster 55. Three winding devices 62, the same number as the number of hoisting fixtures 75, are installed on the upper surface of the rotating plug 10 directly above each of the three hoisting fixtures 75. The lower ends of the ropes 63 extending downward from the winding devices 62 are attached to each of the three control rod holding units 66 arranged between the lower inner control rod guide tube 58 and the lower outer control rod guide tube 59. The rotating hooks 67 provided on each of the three control rod holding units 66 are inserted into the loops of the three hoisting fixtures 75. The outer control rod cluster 55 is held by the three control rod holding units 66.

高速増殖炉8は、外側制御棒クラスター、外側制御棒クラスターを炉心11の軸方向に移動させる第1制御棒移動装置、内側制御棒クラスター、内側制御棒クラスターを炉心11の軸方向に移動させる第2制御棒移動装置を含む制御棒システムを有する。第1制御棒移動装置及び第2制御棒移動装置は、制御棒クラスターを炉心11の軸方向に移動させる機構が異なっている。高速増殖炉8におけるその制御棒システムは、具体的には、制御棒1(主炉停止系制御棒)の外側制御棒クラスター5、外側制御棒クラスター5を炉心11の軸方向に移動させる第1制御棒移動装置、制御棒1の内側制御棒クラスター2、内側制御棒クラスター2を炉心11の軸方向に移動させる第2制御棒移動装置、後備炉停止系制御棒23の外側制御棒クラスター55、外側制御棒クラスター55を炉心11の軸方向に移動させる第制御棒移動装置、後備炉停止系制御棒23の内側制御棒クラスター36、内側制御棒クラスター36を炉心11の軸方向に移動させる第制御棒移動装置を含んでいる。制御棒1の外側制御棒クラスター5及び後備炉停止系制御棒23の外側制御棒クラスター55のそれぞれをその軸方向に移動させる第1及び第3制御棒移動装置は、巻き取り装置である。制御棒1の内側制御棒クラスター2及び後備炉停止系制御棒23の内側制御棒クラスター36のそれぞれをその軸方向に移動させる第2及び第4制御棒移動装置は、制御棒駆動機構である。 The fast breeder reactor 8 has a control rod system including an outer control rod cluster, a first control rod moving device for moving the outer control rod cluster in the axial direction of the core 11, an inner control rod cluster, and a second control rod moving device for moving the inner control rod cluster in the axial direction of the core 11. The first control rod moving device and the second control rod moving device have different mechanisms for moving the control rod cluster in the axial direction of the core 11. Specifically, the control rod system in the fast breeder reactor 8 includes an outer control rod cluster 5 of the control rod 1 (main reactor shutdown system control rod), a first control rod moving device for moving the outer control rod cluster 5 in the axial direction of the core 11, an inner control rod cluster 2 of the control rod 1, a second control rod moving device for moving the inner control rod cluster 2 in the axial direction of the core 11, an outer control rod cluster 55 of the backup reactor shutdown system control rod 23, a third control rod moving device for moving the outer control rod cluster 55 in the axial direction of the core 11, an inner control rod cluster 36 of the backup reactor shutdown system control rod 23, and a fourth control rod moving device for moving the inner control rod cluster 36 in the axial direction of the core 11. The first and third control rod moving devices for moving the outer control rod cluster 5 of the control rod 1 and the outer control rod cluster 55 of the backup reactor shutdown system control rod 23 in the axial direction, respectively, are winding devices. The second and fourth control rod moving devices, which move the inner control rod cluster 2 of the control rod 1 and the inner control rod cluster 36 of the backup reactor shutdown system control rod 23 in the axial direction, respectively, are control rod drive mechanisms.

さらに、後備炉停止系制御棒23において、巻き取り装置62によって内側制御棒クラスター36を炉心11の軸方向に移動させ、制御棒駆動機構64によって外側制御棒クラスター55を炉心11の軸方向に移動させてもよい。この場合には、一台の巻き取り装置62及び三台の制御棒駆動機構64のそれぞれが、回転プラグ10の上面に取り付けられた支持板54に設置される。三台の制御棒駆動機構64は巻き取り装置62の周囲に配置される。巻き取り装置62から下方に向かって伸びるロープ63の下端部が、上部内側制御棒案内管60及び下部内側制御棒案内管58内を通って、下部内側制御棒案内管58内に配置される制御棒保持ユニット66に取り付けられる。制御棒保持ユニット66に設けられた回転フック67を、下部内側制御棒案内管58内に配置された内側制御棒クラスター36の上端に設けられた吊り金具22の輪の中に挿入することによって、内側制御棒クラスター36が、制御棒保持ユニット66に連結されて制御棒保持ユニット66に保持される。 Furthermore, in the backup reactor shutdown system control rod 23, the inner control rod cluster 36 may be moved in the axial direction of the core 11 by the winding device 62, and the outer control rod cluster 55 may be moved in the axial direction of the core 11 by the control rod drive mechanism 64. In this case, one winding device 62 and three control rod drive mechanisms 64 are each installed on a support plate 54 attached to the upper surface of the rotating plug 10. The three control rod drive mechanisms 64 are arranged around the winding device 62. The lower end of a rope 63 extending downward from the winding device 62 passes through the upper inner control rod guide tube 60 and the lower inner control rod guide tube 58 and is attached to a control rod holding unit 66 arranged in the lower inner control rod guide tube 58. The inner control rod cluster 36 is connected to the control rod holding unit 66 and held by the control rod holding unit 66 by inserting the rotating hook 67 on the control rod holding unit 66 into the ring of the hanging fitting 22 on the upper end of the inner control rod cluster 36 arranged in the lower inner control rod guide tube 58.

三台の制御棒駆動機構64のそれぞれに連結されて下方に向かって伸びる駆動延長軸65の下端部が、上部外側制御棒案内管61と上部内側制御棒案内管60の間に形成される環状領域を通って、下部外側制御棒案内管59と下部内側制御棒案内管58の間に形成される環状領域に配置される環状の外側制御棒クラスター5の上端に連結される。三台の制御棒駆動機構64の各駆動延長軸65が外側制御棒クラスター55の上端に連結される位置は、環状の外側制御棒クラスター55の上端に等間隔に配置される。三台の制御棒駆動機構64は、同期して外側制御棒クラスター55を炉心11の軸方向に移動させる。 The lower ends of the drive extension shafts 65 connected to each of the three control rod drive mechanisms 64 and extending downward are connected to the upper end of the annular outer control rod cluster 5 arranged in the annular region formed between the lower outer control rod guide tube 59 and the lower inner control rod guide tube 58 through the annular region formed between the upper outer control rod guide tube 61 and the upper inner control rod guide tube 60. The positions at which each drive extension shaft 65 of the three control rod drive mechanisms 64 is connected to the upper end of the outer control rod cluster 55 are arranged at equal intervals on the upper end of the annular outer control rod cluster 55. The three control rod drive mechanisms 64 synchronously move the outer control rod cluster 55 in the axial direction of the core 11.

炉心燃料領域12から引き抜かれている外側制御棒クラスター55の炉心燃料領域12への緊急挿入は、制御棒駆動機構64によって行われ、炉心燃料領域12から引き抜かれている内側制御棒クラスター36の炉心燃料領域12への緊急挿入は、制御棒保持ユニット66の回転フック67を、内側制御棒クラスター36の上端に取り付けられた吊り金具22から切り離すことによって行われる。 The outer control rod cluster 55 that has been withdrawn from the core fuel region 12 is emergency inserted back into the core fuel region 12 by the control rod drive mechanism 64, and the inner control rod cluster 36 that has been withdrawn from the core fuel region 12 is emergency inserted back into the core fuel region 12 by disconnecting the rotating hook 67 of the control rod holding unit 66 from the lifting bracket 22 attached to the upper end of the inner control rod cluster 36.

図7において、下部内側制御棒案内管26及び58、下部外側制御棒案内管27および59、上部内側制御棒案内管28及び60、上部外側制御棒案内管29及び61、制御棒1の内側制御棒クラスター2及び外側制御棒クラスター5は、それらの構成の相互の関連性を理解し易くするために、拡大して記載されている。さらに、下部内側制御棒案内管58、下部外側制御棒案内管59、上部内側制御棒案内管60、上部外側制御棒案内管61、後備炉停止系制御棒23の内側制御棒クラスター36及び外側制御棒クラスター55も、それらの構成の相互の関連性を理解し易くするために、同様に、拡大して記載されている。 In FIG. 7, the lower inner control rod guide tubes 26 and 58, the lower outer control rod guide tubes 27 and 59, the upper inner control rod guide tubes 28 and 60, the upper outer control rod guide tubes 29 and 61, the inner control rod cluster 2 of the control rod 1, and the outer control rod cluster 5 are shown enlarged to facilitate understanding of the mutual relationship of their configurations. Furthermore, the lower inner control rod guide tube 58, the lower outer control rod guide tube 59, the upper inner control rod guide tube 60, the upper outer control rod guide tube 61, the inner control rod cluster 36 of the backup reactor shutdown system control rod 23, and the outer control rod cluster 55 are also shown enlarged to facilitate understanding of the mutual relationship of their configurations.

制御棒1を対象にした制御ユニット43は、図8に示すように、各巻き取り装置30、制御棒駆動機構32、及び制御棒保持ユニット44に接続される。後備炉停止系制御棒23を対象にした制御ユニット43Aは、図9に示すように、各巻き取り装置62、制御棒駆動機構64、及び制御棒保持ユニット66に接続される。制御ユニット43Aを設けず、制御ユニット43を、巻き取り装置62、制御棒駆動機構64、及び制御棒保持ユニット66にも接続してもよい。 The control unit 43 for the control rod 1 is connected to each winding device 30, the control rod drive mechanism 32, and the control rod holding unit 44, as shown in FIG. 8. The control unit 43A for the backup reactor shutdown system control rod 23 is connected to each winding device 62, the control rod drive mechanism 64, and the control rod holding unit 66, as shown in FIG. 9. It is also possible to not provide the control unit 43A, and to connect the control unit 43 to the winding device 62, the control rod drive mechanism 64, and the control rod holding unit 66 as well.

高速増殖炉8の運転中においては、前述した一次冷却系配管に設けられた主冷却材ポンプが駆動され、原子炉容器9内の上部プレナム53に存在する液体ナトリウム24が出口配管9Bから一次冷却系配管に排出される。この液体ナトリウム24が、主冷却材ポンプによって昇圧され、中間熱交換器に供給される。液体ナトリウム24は、中間熱交換器のシェル側を流れて中間熱交換器の伝熱管内を流れる二次系の液体ナトリウムと熱交換される。その中間熱交換器から一次冷却系配管に排出された液体ナトリウム24は、入口配管9Aから原子炉容器9内の下部プレナム40に供給される。下部プレナム40内の液体ナトリウム24は、開口25を通って高圧プレナム41に導かれる。 During operation of the fast breeder reactor 8, the main coolant pump provided in the primary cooling system piping described above is driven, and liquid sodium 24 present in the upper plenum 53 in the reactor vessel 9 is discharged from the outlet piping 9B to the primary cooling system piping. This liquid sodium 24 is pressurized by the main coolant pump and supplied to the intermediate heat exchanger. The liquid sodium 24 flows on the shell side of the intermediate heat exchanger and exchanges heat with the secondary liquid sodium flowing in the heat transfer tube of the intermediate heat exchanger. The liquid sodium 24 discharged from the intermediate heat exchanger to the primary cooling system piping is supplied from the inlet piping 9A to the lower plenum 40 in the reactor vessel 9. The liquid sodium 24 in the lower plenum 40 is led to the high-pressure plenum 41 through the opening 25.

高圧プレナム41内の液体ナトリウム24は、内側炉心燃料集合体18、外側炉心燃料集合体19及びブランケット燃料集合体20のそれぞれのエントランスノズルの側壁部に形成された冷却材流入口を通して内側炉心燃料集合体18、外側炉心燃料集合体19及びブランケット燃料集合体20のそれぞれの内部に達する。内側炉心燃料集合体18及び外側炉心燃料集合体19内を上昇する液体ナトリウム24は、それぞれの燃料集合体内の燃料棒内に充填された核燃料物質に含まれる核分裂性物質(例えば、Pu-239)の核分裂によって発生する熱により加熱され、温度が上昇する。温度が上昇した液体ナトリウム24は、内側炉心燃料集合体18及び外側炉心燃料集合体19の上端から上部プレナム53に流出する。この高温の液体ナトリウム24は、前述したように中間熱交換器に供給される。ブランケット燃料集合体20内に供給された液体ナトリウム24も、ブランケット燃料集合体20内を上昇し、ブランケット燃料集合体20の上端から上部プレナム53に流出する。 The liquid sodium 24 in the high pressure plenum 41 reaches the insides of the inner core fuel assembly 18, the outer core fuel assembly 19 and the blanket fuel assembly 20 through the coolant inlets formed in the side walls of the entrance nozzles of the inner core fuel assembly 18, the outer core fuel assembly 19 and the blanket fuel assembly 20. The liquid sodium 24 rising in the inner core fuel assembly 18 and the outer core fuel assembly 19 is heated by the heat generated by the nuclear fission of the fissile material (e.g. Pu-239) contained in the nuclear fuel material filled in the fuel rods in each fuel assembly, and the temperature increases. The liquid sodium 24 with the increased temperature flows out from the upper ends of the inner core fuel assembly 18 and the outer core fuel assembly 19 into the upper plenum 53. This high-temperature liquid sodium 24 is supplied to the intermediate heat exchanger as described above. The liquid sodium 24 supplied into the blanket fuel assembly 20 also rises within the blanket fuel assembly 20 and flows out from the top end of the blanket fuel assembly 20 into the upper plenum 53.

高圧プレナム41内の液体ナトリウム24は、制御棒1用に設けられた下部内側制御棒案内管26内、及び下部内側制御棒案内管26と下部外側制御棒案内管27の間に形成される環状領域内にそれぞれ導かれ、下部内側制御棒案内管26及びその環状領域内を上昇する。下部内側制御棒案内管26内を上昇する液体ナトリウム24は、下部内側制御棒案内管26内に存在する内側制御棒クラスター2を冷却し、下部内側制御棒案内管26の上端から上部プレナム53に排出される。下部内側制御棒案内管26と下部外側制御棒案内管27の間の環状領域内を上昇する液体ナトリウム24は、その環状領域内に存在する外側制御棒クラスター5を冷却し、その環状領域から上部プレナム53に排出される。 The liquid sodium 24 in the high pressure plenum 41 is guided into the lower inner control rod guide tube 26 provided for the control rod 1 and into the annular region formed between the lower inner control rod guide tube 26 and the lower outer control rod guide tube 27, and rises in the lower inner control rod guide tube 26 and the annular region. The liquid sodium 24 rising in the lower inner control rod guide tube 26 cools the inner control rod cluster 2 present in the lower inner control rod guide tube 26 and is discharged from the upper end of the lower inner control rod guide tube 26 to the upper plenum 53. The liquid sodium 24 rising in the annular region between the lower inner control rod guide tube 26 and the lower outer control rod guide tube 27 cools the outer control rod cluster 5 present in the annular region and is discharged from the annular region to the upper plenum 53.

さらに、高圧プレナム41内の液体ナトリウム24は、後備炉停止系制御棒23用に設けられた下部内側制御棒案内管58内、及び下部内側制御棒案内管58と下部外側制御棒案内管59の間に形成される環状領域内にそれぞれ導かれ、下部内側制御棒案内管58及びその環状領域内を上昇する。下部内側制御棒案内管58内を上昇する液体ナトリウム24は、下部内側制御棒案内管58内に存在する内側制御棒クラスター36を冷却し、下部内側制御棒案内管58の上端から上部プレナム53に排出される。下部内側制御棒案内管58と下部外側制御棒案内管59の間の環状領域内を上昇する液体ナトリウム24は、その環状領域内に存在する外側制御棒クラスター55を冷却し、その環状領域から上部プレナム53に排出される。 Furthermore, the liquid sodium 24 in the high pressure plenum 41 is guided into the lower inner control rod guide tube 58 provided for the backup reactor shutdown system control rods 23, and into the annular region formed between the lower inner control rod guide tube 58 and the lower outer control rod guide tube 59, and rises in the lower inner control rod guide tube 58 and the annular region. The liquid sodium 24 rising in the lower inner control rod guide tube 58 cools the inner control rod cluster 36 present in the lower inner control rod guide tube 58, and is discharged from the upper end of the lower inner control rod guide tube 58 to the upper plenum 53. The liquid sodium 24 rising in the annular region between the lower inner control rod guide tube 58 and the lower outer control rod guide tube 59 cools the outer control rod cluster 55 present in the annular region, and is discharged from the annular region to the upper plenum 53.

本実施例の制御棒1を備えた高速増殖炉8の或る運転サイクルで、負荷追従運転が実施される。この高速増殖炉8の負荷追従運転における制御棒の操作方法を以下に説明する。 In a certain operating cycle of the fast breeder reactor 8 equipped with the control rod 1 of this embodiment, load following operation is performed. The method of operating the control rod in the load following operation of this fast breeder reactor 8 is described below.

高速増殖炉8の運転停止時には、全ての制御棒1の内側制御棒クラスター2及び外側制御棒クラスター5が、図3に示すように、炉心燃料領域12(燃料有効長の部分)内に全挿入されている。外側制御棒クラスター5の炉心燃料領域12内への全挿入は、巻き取り装置30のロープ31を巻き付けている回転ドラムを逆回転させてロープ31を回転ドラムから繰り出し、外側制御棒クラスター5を保持している制御棒保持ユニット44を下降させることによって行われる。図3では、外側制御棒クラスター5は、制御棒保持ユニット44から切り離されて炉心燃料領域12に全挿入されているが、高速増殖炉8の通常の運転停止時には、前述したように、炉心燃料領域12に全挿入された外側制御棒クラスター5は制御棒保持ユニット44に保持されている。内側制御棒クラスター2の炉心燃料領域12への全挿入は、制御棒駆動機構32によって行われる。 When the fast breeder reactor 8 is shut down, the inner control rod cluster 2 and the outer control rod cluster 5 of all the control rods 1 are fully inserted into the core fuel region 12 (the part of the active fuel length) as shown in FIG. 3. The outer control rod cluster 5 is fully inserted into the core fuel region 12 by reversing the rotation drum around which the rope 31 of the winding device 30 is wound, unwinding the rope 31 from the rotation drum, and lowering the control rod holding unit 44 holding the outer control rod cluster 5. In FIG. 3, the outer control rod cluster 5 is detached from the control rod holding unit 44 and fully inserted into the core fuel region 12, but during normal shutdown of the fast breeder reactor 8, as described above, the outer control rod cluster 5 fully inserted into the core fuel region 12 is held by the control rod holding unit 44. The inner control rod cluster 2 is fully inserted into the core fuel region 12 by the control rod drive mechanism 32.

或る運転サイクルで高速増殖炉8の運転が開始された後、高速増殖炉8が内部に設置されている原子炉格納容器(図示せず)の外部に存在する制御室(図示せず)内での運転員の操作により、制御室内の制御盤(図示せず)から出力された制御指令である外側制御棒クラスター引き抜き指令に基づいて、制御ユニット43から各巻き取り装置30に外側制御棒クラスター引き抜き信号が出力される。この引き抜き信号により、三台の巻き取り装置30の各回転ドラムが正回転される。各回転ドラムは、それぞれの回転ドラムに対して設けられたモータが同期して回転することによって正回転される。モータの回転速度は減速歯車によって所定速度まで減速されるので、各回転ドラムはその所定速度で正回転される。三台の巻き取り装置30のそれぞれの回転ドラムが正回転されることにより、3本のロープ31のそれぞれが別々に各回転ドラムに巻き付けられ、制御棒1の外側制御棒クラスター5が下部内側制御棒案内管26と下部外側制御棒案内管27の間の環状領域内で徐々に上昇される。 After the operation of the fast breeder reactor 8 is started in a certain operation cycle, an outer control rod cluster extraction signal is output from the control unit 43 to each winding device 30 based on an outer control rod cluster extraction command, which is a control command output from a control panel (not shown) in the control room, by an operator in a control room (not shown) located outside the reactor containment vessel (not shown) in which the fast breeder reactor 8 is installed. This extraction signal causes each rotating drum of the three winding devices 30 to rotate forward. Each rotating drum is rotated forward by synchronously rotating a motor provided for each rotating drum. The rotation speed of the motor is reduced to a predetermined speed by a reduction gear, so that each rotating drum is rotated forward at that predetermined speed. By rotating each rotating drum of the three winding devices 30 forward, each of the three ropes 31 is wound separately around each rotating drum, and the outer control rod cluster 5 of the control rod 1 is gradually raised within the annular region between the lower inner control rod guide tube 26 and the lower outer control rod guide tube 27.

その或る運転サイクルでは、全ての制御棒1が正常に動作するため、全ての後備炉停止系制御棒23は操作されず、炉心燃料領域12から全引き抜きされている(図11参照)。 During that certain operating cycle, all control rods 1 operate normally, so all backup reactor shutdown system control rods 23 are not operated and are fully withdrawn from the core fuel region 12 (see Figure 11).

外側制御棒クラスター5の上昇に伴い、高速増殖炉8の炉心11に装荷された内側炉心燃料集合体18及び外側炉心燃料集合体19内の核燃料物質に含まれた核分裂性プルトニウムが核分裂し、やがて、高速増殖炉8が臨界に達する。さらに、外側制御棒クラスター5が炉心燃料領域12から引き抜かれ、炉心11に装荷された内側炉心燃料集合体18及び外側炉心燃料集合体19内の核分裂性物質の核分裂が促進され、それらの燃料集合体内を上昇する液体ナトリウム24の温度が上昇する。これに併せて、高速増殖炉8の原子炉出力も上昇する。 As the outer control rod cluster 5 rises, the fissile plutonium contained in the nuclear fuel material in the inner core fuel assemblies 18 and the outer core fuel assemblies 19 loaded in the core 11 of the fast breeder reactor 8 undergoes nuclear fission, and the fast breeder reactor 8 eventually reaches criticality. Furthermore, the outer control rod cluster 5 is withdrawn from the core fuel region 12, promoting the nuclear fission of the fissile material in the inner core fuel assemblies 18 and the outer core fuel assemblies 19 loaded in the core 11, and the temperature of the liquid sodium 24 rising within those fuel assemblies increases. In conjunction with this, the reactor power of the fast breeder reactor 8 also increases.

外側制御棒クラスター5の炉心燃料領域12からの引き抜きは、前述したように、各巻き取り装置30の回転ドラムを正回転させてロープ31を回転ドラムに巻き付けることによって行われる。また、外側制御棒クラスター5が炉心燃料領域12から全引き抜きされたとき、制御棒保持ユニット44の少なくとも一部が、下部内側制御棒案内管26の上端と下部外側制御棒案内管27の上端との間に位置している(図1参照)。 As described above, the outer control rod cluster 5 is withdrawn from the core fuel region 12 by rotating the rotating drum of each winding device 30 in the forward direction and winding the rope 31 around the rotating drum. When the outer control rod cluster 5 is completely withdrawn from the core fuel region 12, at least a part of the control rod holding unit 44 is positioned between the upper end of the lower inner control rod guide tube 26 and the upper end of the lower outer control rod guide tube 27 (see FIG. 1).

全ての制御棒1の内側制御棒クラスター2が炉心燃料領域12に全挿入されたまま、所定体数の制御棒1の外側制御棒クラスター5が炉心燃料領域12から全引き抜きされたとき、それらの巻き取り装置30の回転ドラムの正回転が停止される。所定体数の制御棒1の外側制御棒クラスター5が炉心燃料領域12から全引き抜された状態(図1参照)で、高速増殖炉8の原子炉出力が、その負荷追従運転における、第1目標原子炉出力(高速増殖炉8の定格運転時の定格出力(100%原子炉出力)未満の或る原子炉出力)まで上昇される。それらの外側制御棒クラスター5が炉心燃料領域12から全引き抜きされて原子炉出力が第1目標原子炉出力まで上昇したときにおける、各巻き取り装置30の回転ドラムの回転停止は、以下のようにして行われる。すなわち、制御盤から制御ユニット43に出力された外側制御棒クラスター引き抜き停止指令に基づいて制御ユニット43から各巻き取り装置30に駆動停止信号が出力される。駆動停止信号を入力した各巻き取り装置30では、回転ドラムの回転が停止される。原子炉出力がその第1目標原子炉出力に到達した後、その第1目標原子炉出力での高速増殖炉8の負荷追従運転が、前述の或る運転サイクルの末期まで継続して実施される。 When the outer control rod clusters 5 of a predetermined number of control rods 1 are fully withdrawn from the core fuel area 12 while the inner control rod clusters 2 of all control rods 1 remain fully inserted in the core fuel area 12, the forward rotation of the rotating drums of those winding devices 30 is stopped. In a state in which the outer control rod clusters 5 of a predetermined number of control rods 1 are fully withdrawn from the core fuel area 12 (see FIG. 1), the reactor power of the fast breeder reactor 8 is raised to the first target reactor power in its load following operation (a certain reactor power less than the rated power (100% reactor power) during rated operation of the fast breeder reactor 8). When those outer control rod clusters 5 are fully withdrawn from the core fuel area 12 and the reactor power is raised to the first target reactor power, the rotation of the rotating drums of each winding device 30 is stopped as follows. That is, a drive stop signal is output from the control unit 43 to each winding device 30 based on an outer control rod cluster withdrawal stop command output from the control panel to the control unit 43. In each winding device 30 to which a drive stop signal has been input, the rotation of the rotating drum is stopped. After the reactor power reaches the first target reactor power, the load following operation of the fast breeder reactor 8 at the first target reactor power continues until the end of the aforementioned certain operating cycle.

その或る運転サイクルの途中で原子炉出力が第1目標原子炉出力よりも低下した場合には、制御盤から出力された内側制御棒クラスター引き抜き指令に基づいて制御ユニット43から制御棒駆動機構32に内側制御棒クラスター引き抜き信号が出力される。この内側制御棒クラスター引き抜き信号により、制御棒駆動機構32が作動する。制御棒1の内側制御棒クラスター2が、制御棒駆動機構32の作動により、炉心燃料領域12から徐々に引き抜かれ、高速増殖炉8の原子炉出力を増加させる。その原子炉出力が第1目標原子炉出力になったとき、制御盤から出力された内側制御棒クラスター引き抜き停止指令に基づいて制御ユニット43から制御棒駆動機構32に内側制御棒クラスター引き抜き停止信号が出力され、制御棒駆動機構32による内側制御棒クラスター2の上昇が停止される。このような内側制御棒クラスター2の上昇、及び上昇停止を繰り返すことにより、その運転サイクルを通して、原子炉出力を第1目標原子炉出力に保持した状態で、高速増殖炉8の運転が継続される。 If the reactor power falls below the first target reactor power during a certain operation cycle, the control unit 43 outputs an inner control rod cluster withdrawal signal to the control rod drive mechanism 32 based on the inner control rod cluster withdrawal command output from the control panel. This inner control rod cluster withdrawal signal activates the control rod drive mechanism 32. The inner control rod cluster 2 of the control rod 1 is gradually withdrawn from the core fuel region 12 by the operation of the control rod drive mechanism 32, increasing the reactor power of the fast breeder reactor 8. When the reactor power reaches the first target reactor power, the control unit 43 outputs an inner control rod cluster withdrawal stop signal to the control rod drive mechanism 32 based on the inner control rod cluster withdrawal stop command output from the control panel, and the lifting of the inner control rod cluster 2 by the control rod drive mechanism 32 is stopped. By repeating such lifting and stopping of the inner control rod cluster 2, the operation of the fast breeder reactor 8 is continued with the reactor power maintained at the first target reactor power throughout the operation cycle.

なお、内側炉心燃料集合体18及び外側炉心燃料集合体19のそれぞれの核燃料物質に含まれている核分裂性物質、例えば、核分裂性プルトニウムの燃焼に伴って燃焼反応度が変動したり、高速増殖炉8の冷却材である液体ナトリウム24の温度が変化してドップラー反応度及びその核燃料物質の膨張反応度が投入されたりした場合には、高速増殖炉8の余剰反応度が変化する。このような高速増殖炉8の余剰反応度に変化が生じたときには、制御棒1の内側制御棒クラスター2の炉心燃料領域12への挿入本数を調整することによって、その余剰反応度の変化に対応して高速増殖炉8の運転を継続することができる。 The excess reactivity of the fast breeder reactor 8 changes when the burnup reactivity fluctuates due to the burnup of fissile material, such as fissile plutonium, contained in the nuclear fuel material of each of the inner and outer core fuel assemblies 18 and 19, or when the temperature of the liquid sodium 24, which is the coolant of the fast breeder reactor 8, changes and the Doppler reactivity and expansion reactivity of the nuclear fuel material are introduced. When such a change in the excess reactivity of the fast breeder reactor 8 occurs, the operation of the fast breeder reactor 8 can be continued in response to the change in excess reactivity by adjusting the number of control rods 1 inserted into the inner control rod cluster 2 of the core fuel region 12.

高速増殖炉8のその運転サイクルでの運転が終了したとき、高速増殖炉8の運転が停止される。高速増殖炉8の運転停止指令は、制御盤から制御ユニット43に出力される。運転停止指令を入力した制御ユニット43は、全ての巻き取り装置30及び全ての制御棒駆動機構32に対して運転停止信号を出力する。この運転停止信号を入力した三台の巻き取り装置30は、それぞれの回転ドラムを逆回転させて各回転ドラムに巻き付けられたロープ31を繰り出し、外側制御棒クラスター5を下部内側制御棒案内管26と下部外側制御棒案内管27の間の環状領域内で下降させる。その運転停止信号を入力した制御棒駆動機構32は、内側制御棒クラスター2を下部内側制御棒案内管26内で下降させる。全ての制御棒1の外側制御棒クラスター5及び内側制御棒クラスター2が炉心燃料領域12内に全挿入されたとき、すなわち、外側制御棒クラスター5及び内側制御棒クラスター2のそれぞれが、図3に示す位置に達したとき、高速増殖炉8の運転が停止され、冷温停止状態になる。 When the operation of the fast breeder reactor 8 in its operation cycle is completed, the operation of the fast breeder reactor 8 is stopped. A command to stop the operation of the fast breeder reactor 8 is output from the control panel to the control unit 43. The control unit 43, which has input the command to stop the operation, outputs a stop operation signal to all the winding devices 30 and all the control rod drive mechanisms 32. The three winding devices 30, which have input this stop operation signal, rotate their respective rotating drums in the reverse direction to unwind the ropes 31 wound around each rotating drum, and lower the outer control rod cluster 5 within the annular region between the lower inner control rod guide tube 26 and the lower outer control rod guide tube 27. The control rod drive mechanism 32, which has input the stop operation signal, lowers the inner control rod cluster 2 within the lower inner control rod guide tube 26. When the outer control rod cluster 5 and the inner control rod cluster 2 of all the control rods 1 are fully inserted into the core fuel region 12, that is, when each of the outer control rod cluster 5 and the inner control rod cluster 2 reaches the position shown in FIG. 3, the operation of the fast breeder reactor 8 is stopped and the cold shutdown state is entered.

負荷追従運転における目標原子炉出力は、一つの運転サイクル内で変わる場合もあり、異なる運転サイクルの間でも変わる場合がある。第1目標原子炉出力で負荷追従運転する以外に、運転サイクルにおいて、前述の第1目標原子炉出力よりも高く定格出力よりも低い第2目標原子炉出力で負荷追従運転を実施する場合がある。この場合には、第1目標原子炉出力で負荷追従運転する場合における制御棒1の体数よりも多い体数の制御棒1の外側制御棒クラスター5が炉心燃料領域12から全引き抜きされる。また、前述の第1目標原子炉出力よりも低い第3目標原子炉出力で負荷追従運転を実施する場合も考えられる。第3目標原子炉出力での負荷追従運転では、前述の第1目標原子炉出力で負荷追従運転する場合における制御棒1の体数よりも少ない体数の制御棒1の外側制御棒クラスター5が炉心燃料領域12から全引き抜きされる。 The target reactor power in load-following operation may change within one operation cycle, or may change between different operation cycles. In addition to load-following operation at the first target reactor power, load-following operation may be performed at a second target reactor power higher than the first target reactor power and lower than the rated power in an operation cycle. In this case, the outer control rod clusters 5 of the control rods 1, the number of which is greater than the number of control rods 1 in the case of load-following operation at the first target reactor power, are fully withdrawn from the core fuel area 12. It is also possible to perform load-following operation at a third target reactor power, which is lower than the first target reactor power. In load-following operation at the third target reactor power, the outer control rod clusters 5 of the control rods 1, the number of which is less than the number of control rods 1 in the case of load-following operation at the first target reactor power, are fully withdrawn from the core fuel area 12.

高速増殖炉8に異常事態が生じ、高速増殖炉8を緊急停止しなければならない。このとき、制御室内の制御盤からスクラム信号が制御ユニット43に出力される。スクラム信号を入力した制御ユニット43は、スクラム信号を、全ての制御棒保持ユニット44及び全ての制御棒駆動機構32に対して出力する。スクラム信号を入力した制御棒保持ユニット44は、回転フック45を逆回転させて回転フック45を外側制御棒クラスター5に設けられた吊り金具22から外す。この結果、外側制御棒クラスター5が制御棒保持ユニット44から切り離され、外側制御棒クラスター5が上部炉心支持板50に向かって落下する。すなわち、外側制御棒クラスター5が炉心燃料領域12内に急速挿入される。また、スクラム信号を入力した制御棒駆動機構32は、内側制御棒クラスター2と制御棒駆動機構32の駆動延長軸33との連結状態を解除する。このため、内側制御棒クラスター2も、上部炉心支持板50に向かって落下し、炉心燃料領域12内に急速挿入される。このようにして、高速増殖炉8が緊急停止される。急速挿入された内側制御棒クラスター2及び外側制御棒クラスター5は炉心燃料領域12内に存在する(図3参照)。 An abnormality occurs in the fast breeder reactor 8, and the fast breeder reactor 8 must be shut down. At this time, a scram signal is output from the control panel in the control room to the control unit 43. The control unit 43, which has input the scram signal, outputs the scram signal to all control rod holding units 44 and all control rod drive mechanisms 32. The control rod holding unit 44, which has input the scram signal, rotates the rotating hook 45 in the reverse direction to remove the rotating hook 45 from the hanging bracket 22 provided on the outer control rod cluster 5. As a result, the outer control rod cluster 5 is separated from the control rod holding unit 44, and the outer control rod cluster 5 falls toward the upper core support plate 50. That is, the outer control rod cluster 5 is rapidly inserted into the core fuel region 12. In addition, the control rod drive mechanism 32, which has input the scram signal, releases the connection between the inner control rod cluster 2 and the drive extension shaft 33 of the control rod drive mechanism 32. As a result, the inner control rod cluster 2 also falls toward the upper core support plate 50 and is rapidly inserted into the core fuel region 12. In this way, the fast breeder reactor 8 is shut down. The rapidly inserted inner control rod cluster 2 and outer control rod cluster 5 are present in the core fuel region 12 (see FIG. 3).

なお、全ての内側制御棒クラスター2が炉心燃料領域12内に全挿入されている状態で高速増殖炉8に異常事態が生じときには、制御盤から出力されたスクラム信号を入力した制御ユニット43は、スクラム信号を、全ての制御棒保持ユニット44のみに対して出力する。このとき、全ての外側制御棒クラスター5が、各制御棒保持ユニット44から切り離されて炉心燃料領域12に急速挿入される。 If an abnormality occurs in the fast breeder reactor 8 with all inner control rod clusters 2 fully inserted into the core fuel region 12, the control unit 43, which receives a scram signal output from the control panel, outputs a scram signal only to all control rod holding units 44. At this time, all outer control rod clusters 5 are detached from each control rod holding unit 44 and rapidly inserted into the core fuel region 12.

本実施例で用いられる後備炉停止系制御棒23が内側制御棒クラスター36及び外側制御棒クラスター55を有しているため、高速増殖炉8の負荷追従運転の幅を広げることができる。すなわち、全ての制御棒1の外側制御棒クラスター5を炉心燃料領域12から全引き抜きし、さらに、高速増殖炉8に設けた全ての後備炉停止系制御棒23のうちの一部である所定体数(複数体)の後備炉停止系制御棒23の外側制御棒クラスター55を炉心燃料領域12から全引き抜きすることにより、外側制御棒クラスター5を炉心燃料領域12から全引き抜きしたときに到達する原子炉出力よりも低い第4目標原子炉出力で高速増殖炉8の負荷追従運転を行うことができる。このような全ての制御棒1、及び所定体数の後備炉停止系制御棒23の両者を用いる、高速増殖炉8における第4目標原子炉出力での負荷追従運転を以下に説明する。 Since the backup reactor shutdown control rods 23 used in this embodiment have the inner control rod cluster 36 and the outer control rod cluster 55, the range of load-following operation of the fast breeder reactor 8 can be expanded. That is, by completely withdrawing the outer control rod clusters 5 of all the control rods 1 from the core fuel area 12, and further completely withdrawing the outer control rod clusters 55 of a predetermined number (plurality) of backup reactor shutdown control rods 23, which are a part of all the backup reactor shutdown control rods 23 provided in the fast breeder reactor 8, from the core fuel area 12, the fast breeder reactor 8 can be operated at a fourth target reactor power lower than the reactor power reached when the outer control rod clusters 5 are completely withdrawn from the core fuel area 12. The load-following operation at the fourth target reactor power in the fast breeder reactor 8 using both all the control rods 1 and the predetermined number of backup reactor shutdown control rods 23 will be described below.

この負荷追従運転では、前述したように、全ての制御棒1の外側制御棒クラスター5が巻き取り装置30によって操作され、全ての制御棒1の内側制御棒クラスターが制御棒駆動機構32によって操作される。このため、ここでは、後備炉停止系制御棒23の外側制御棒クラスター55及び内側制御棒クラスター36のそれぞれの操作を説明する。 In this load following operation, as described above, the outer control rod clusters 5 of all the control rods 1 are operated by the winding devices 30, and the inner control rod clusters 2 of all the control rods 1 are operated by the control rod drive mechanisms 32. Therefore, here, the operations of the outer control rod cluster 55 and the inner control rod cluster 36 of the backup reactor shutdown system control rods 23 will be described.

或る運転サイクルでの高速増殖炉8の運転が開始された後、外側制御棒クラスター5毎に設けられた三台の巻き取り装置30を操作して全ての制御棒1の外側制御棒クラスター5を炉心燃料領域12から全引き抜きする。全ての外側制御棒クラスター5の炉心燃料領域12からの全引き抜きに併せて、三台の巻き取り装置62のそれぞれの回転ドラムを正回転させてロープ63を各回転ドラムに巻き付け、所定体数の後備炉停止系制御棒23の外側制御棒クラスター55を下部内側制御棒案内管58と下部外側制御棒案内管59の間の環状領域内で徐々に上昇させる。運転員の操作により制御室内の制御盤から出力された制御指令である外側制御棒クラスター引き抜き指令に基づいて制御ユニット43Aから各巻き取り装置62に外側制御棒クラスター引き抜き信号が出力される。この引き抜き信号により、各巻き取り装置62の回転ドラムが正回転され、所定体数の後備炉停止系制御棒23の外側制御棒クラスター55が上昇する。 After the operation of the fast breeder reactor 8 in a certain operation cycle is started, the three winding devices 30 provided for each outer control rod cluster 5 are operated to completely withdraw all the outer control rod clusters 5 of all the control rods 1 from the core fuel area 12. In conjunction with the complete withdrawal of all the outer control rod clusters 5 from the core fuel area 12, the rotating drums of the three winding devices 62 are rotated in the forward direction to wind the rope 63 around each rotating drum, and the outer control rod clusters 55 of a predetermined number of backup reactor shutdown system control rods 23 are gradually raised within the annular area between the lower inner control rod guide tube 58 and the lower outer control rod guide tube 59. Based on the outer control rod cluster withdrawal command, which is a control command output from the control panel in the control room by the operator, an outer control rod cluster withdrawal signal is output from the control unit 43A to each winding device 62. This withdrawal signal causes the rotating drums of each winding device 62 to rotate in the forward direction, and the outer control rod clusters 55 of a predetermined number of backup reactor shutdown system control rods 23 are raised.

外側制御棒クラスター55の上昇に伴い、高速増殖炉8の炉心11に装荷された、操作される後備炉停止系制御棒23近傍の内側炉心燃料集合体18(または外側炉心燃料集合体19)内の核燃料物質に含まれた核分裂性プルトニウムが核分裂し、各制御棒1の外側制御棒クラスター5の上昇と相俟って、やがて、高速増殖炉8が臨界に達する。さらに、所定体数の外側制御棒クラスター55が炉心燃料領域12から引き抜かれ、その内側炉心燃料集合体18(または外側炉心燃料集合体19)内の核分裂性物質の核分裂が促進され、それらの燃料集合体内を上昇する液体ナトリウム24の温度が上昇する。その外側制御棒クラスター55及び各外側制御棒クラスター5の引き抜きに併せて、高速増殖炉8の原子炉出力も上昇する。 As the outer control rod cluster 55 rises, the fissile plutonium contained in the nuclear fuel material in the inner core fuel assembly 18 (or outer core fuel assembly 19) near the backup reactor shutdown system control rod 23 to be operated, which is loaded in the core 11 of the fast breeder reactor 8, undergoes nuclear fission, and together with the rise of the outer control rod clusters 5 of each control rod 1, the fast breeder reactor 8 eventually reaches criticality. Furthermore, a predetermined number of outer control rod clusters 55 are withdrawn from the core fuel region 12, promoting the nuclear fission of the fissile material in the inner core fuel assembly 18 (or outer core fuel assembly 19), and the temperature of the liquid sodium 24 rising within those fuel assemblies increases. As the outer control rod cluster 55 and each outer control rod cluster 5 are withdrawn, the reactor power of the fast breeder reactor 8 also increases.

外側制御棒クラスター55が炉心燃料領域12から全引き抜きされたとき、制御棒保持ユニット66の少なくとも一部が、下部内側制御棒案内管58の上端と下部外側制御棒案内管59の上端との間に位置している(図5参照)。 When the outer control rod cluster 55 is fully withdrawn from the core fuel region 12, at least a portion of the control rod holding unit 66 is positioned between the upper end of the lower inner control rod guide tube 58 and the upper end of the lower outer control rod guide tube 59 (see FIG. 5).

所定体数の後備炉停止系制御棒23の外側制御棒クラスター55が炉心燃料領域12から全引き抜きされたとき、それの巻き取り装置62の回転ドラムの正回転が停止される。全ての制御棒1の外側制御棒クラスター5及び所定体数の後備炉停止系制御棒23の外側制御棒クラスター55のそれぞれが炉心燃料領域12から全引き抜された状態で、高速増殖炉8の原子炉出力が、その負荷追従運転における、前述の第4目標原子炉出力まで上昇される。原子炉出力が第4目標原子炉出力まで上昇したときにおける、巻き取り装置62の回転ドラムの回転停止は、以下のようにして行われる。すなわち、制御盤から制御ユニット43Aに出力された外側制御棒クラスター引き抜き停止指令に基づいて制御ユニット43Aから巻き取り装置62に駆動停止信号が出力される。駆動停止信号を入力した巻き取り装置62では、回転ドラムの回転が停止される。原子炉出力がその第4目標原子炉出力に到達した後、その第4目標原子炉出力での高速増殖炉8の負荷追従運転が、前述の或る運転サイクルの末期まで継続して実施される。 When the outer control rod clusters 55 of a predetermined number of backup reactor shutdown control rods 23 are fully withdrawn from the core fuel area 12, the forward rotation of the rotating drum of the winding device 62 is stopped. With the outer control rod clusters 5 of all control rods 1 and the outer control rod clusters 55 of a predetermined number of backup reactor shutdown control rods 23 fully withdrawn from the core fuel area 12, the reactor power of the fast breeder reactor 8 is increased to the aforementioned fourth target reactor power in the load following operation. When the reactor power has increased to the fourth target reactor power, the rotation of the rotating drum of the winding device 62 is stopped as follows. That is, based on the outer control rod cluster withdrawal stop command output from the control panel to the control unit 43A, a drive stop signal is output from the control unit 43A to the winding device 62. In the winding device 62 to which the drive stop signal has been input, the rotation of the rotating drum is stopped. After the reactor power reaches the fourth target reactor power, the load-following operation of the fast breeder reactor 8 at the fourth target reactor power continues until the end of the aforementioned certain operating cycle.

その或る運転サイクルの途中で原子炉出力が第4目標原子炉出力よりも低下した場合には、制御盤から出力された内側制御棒クラスター引き抜き指令に基づいて、制御ユニット43から制御棒駆動機構32、及び制御ユニット43Aから制御棒駆動機構64のそれぞれに内側制御棒クラスター引き抜き信号が出力される。この内側制御棒クラスター引き抜き信号により、制御棒駆動機構32及び64が作動する。制御棒駆動機構32の作動により全ての内側制御棒クラスター2が、また、制御棒駆動機構64の作動により所定体数の内側制御棒クラスター36が、炉心燃料領域12から徐々に引き抜かれ、高速増殖炉8の原子炉出力を増加させる。その原子炉出力が第4目標原子炉出力になったとき、制御盤から出力された内側制御棒クラスター引き抜き停止指令に基づいて、制御ユニット43から制御棒駆動機構32に内側制御棒クラスター引き抜き停止信号が出力され、制御ユニット43Aから制御棒駆動機構64に内側制御棒クラスター引き抜き停止信号が出力される。このため、制御棒駆動機構32による内側制御棒クラスター2の引抜き、及び制御棒駆動機構64による内側制御棒クラスター36の引抜きが停止される。このような内側制御棒クラスター2及び36の引抜き、及び引抜き停止を繰り返すことにより、その或る運転サイクルを通して、原子炉出力を第4目標原子炉出力に保持した状態で、高速増殖炉8の負荷追従運転が継続される。 In the middle of a certain operation cycle, if the reactor power falls below the fourth target reactor power, an inner control rod cluster withdrawal signal is output from the control unit 43 to the control rod drive mechanism 32 and from the control unit 43A to the control rod drive mechanism 64 based on the inner control rod cluster withdrawal command output from the control panel. This inner control rod cluster withdrawal signal operates the control rod drive mechanisms 32 and 64. All the inner control rod clusters 2 are gradually withdrawn from the core fuel region 12 by the operation of the control rod drive mechanism 32, and a predetermined number of inner control rod clusters 36 are gradually withdrawn from the core fuel region 12 by the operation of the control rod drive mechanism 32, thereby increasing the reactor power of the fast breeder reactor 8. When the reactor power becomes the fourth target reactor power, an inner control rod cluster withdrawal stop signal is output from the control unit 43 to the control rod drive mechanism 32 based on the inner control rod cluster withdrawal stop command output from the control panel, and an inner control rod cluster withdrawal stop signal is output from the control unit 43A to the control rod drive mechanism 64. As a result, the withdrawal of the inner control rod cluster 2 by the control rod drive mechanism 32 and the withdrawal of the inner control rod cluster 36 by the control rod drive mechanism 64 are stopped. By repeating such withdrawal and stopping of the withdrawal of the inner control rod clusters 2 and 36, the load following operation of the fast breeder reactor 8 is continued with the reactor power being maintained at the fourth target reactor power throughout that certain operation cycle.

高速増殖炉8のその或る運転サイクルでの運転が終了したとき、高速増殖炉8の運転が停止される。高速増殖炉8の運転停止指令は、制御盤から制御ユニット43及び43Aに出力される。運転停止指令を入力した制御ユニット43は、全ての制御棒1に対応する巻き取り装置30及び全ての制御棒駆動機構32に対して運転停止信号を出力する。運転停止指令を入力した制御ユニット43Aは、所定体数の後備炉停止系制御棒23に対応する巻き取り装置62及び制御棒駆動機構64に対して運転停止信号を出力する。 When the operation of the fast breeder reactor 8 in a certain operation cycle is completed, the operation of the fast breeder reactor 8 is stopped. A command to stop the operation of the fast breeder reactor 8 is output from the control panel to the control units 43 and 43A. The control unit 43 that inputs the operation stop command outputs an operation stop signal to the winding devices 30 corresponding to all the control rods 1 and to all the control rod drive mechanisms 32. The control unit 43A that inputs the operation stop command outputs an operation stop signal to the winding devices 62 and the control rod drive mechanisms 64 corresponding to a predetermined number of backup reactor shutdown system control rods 23.

運転停止信号を入力した三台の巻き取り装置30及び制御棒駆動機構32による外側制御棒クラスター5及び内側制御棒クラスター2の操作は、前述したとおりであるので、ここでの説明は省略する。 The operation of the outer control rod cluster 5 and the inner control rod cluster 2 by the three winding devices 30 and the control rod drive mechanism 32 to which the operation stop signal has been input is as described above, so a description thereof will be omitted here.

全ての制御棒1の内側制御棒クラスター2及び外側制御棒クラスター5が炉心燃料領域12内に全挿入されたとき、高速増殖炉8の運転が停止される。 When the inner control rod clusters 2 and outer control rod clusters 5 of all control rods 1 are fully inserted into the core fuel region 12, the operation of the fast breeder reactor 8 is stopped.

複数の正常な制御棒1と1体の後備炉停止系制御棒23を用いて高速増殖炉8の原子炉出力を制御しているときに、高速増殖炉8に異常事態が生じると、制御室内の制御盤からスクラム信号が制御ユニット43に出力されると共に、そのスクラム信号が制御ユニット43Aにも出力される。制御ユニット43は、そのスクラム信号を正常な制御棒1の制御棒保持ユニット44に出力する。前述したように、外側制御棒クラスター5が、制御棒保持ユニット44から切り離されて、炉心燃料領域12に急速挿入される。制御ユニット43Aは、そのスクラム信号を後備炉停止系制御棒23の制御棒保持ユニット66に出力する。この結果、外側制御棒クラスター55が、制御棒保持ユニット66から切り離されて、炉心燃料領域12に急速挿入され、高速増殖炉8が緊急停止される。 When the reactor power of the fast breeder reactor 8 is controlled using multiple normal control rods 1 and one backup reactor shutdown system control rod 23, if an abnormality occurs in the fast breeder reactor 8, a scram signal is output from the control panel in the control room to the control unit 43, and the scram signal is also output to the control unit 43A. The control unit 43 outputs the scram signal to the control rod holding unit 44 of the normal control rod 1. As described above, the outer control rod cluster 5 is detached from the control rod holding unit 44 and rapidly inserted into the core fuel area 12. The control unit 43A outputs the scram signal to the control rod holding unit 66 of the backup reactor shutdown system control rod 23. As a result, the outer control rod cluster 55 is detached from the control rod holding unit 66 and rapidly inserted into the core fuel area 12, and the fast breeder reactor 8 is brought to an emergency shutdown.

従来の主炉停止系制御棒68の構成を図12及び図13を用いて説明する。主炉停止系制御棒68は、複数の制御棒要素69を上下端が封鎖された円筒状の制御棒保護管70内に配置している。制御棒要素69は、炭化ホウ素の複数のペレットを密封された被覆管(図示せず)内に充填している。主炉停止系制御棒68は、炉心燃料領域12内で燃料集合体相互間に配置された制御棒案内管72内に配置される。その主炉停止系制御棒68は、制御棒駆動機構(図示せず)に連結された駆動延長軸71に取り付けられる。 The configuration of a conventional main reactor shutdown system control rod 68 will be described with reference to Figures 12 and 13. The main reactor shutdown system control rod 68 has multiple control rod elements 69 arranged in a cylindrical control rod protection tube 70 with the upper and lower ends sealed. The control rod elements 69 are filled with multiple pellets of boron carbide in a sealed cladding tube (not shown). The main reactor shutdown system control rod 68 is arranged in a control rod guide tube 72 arranged between fuel assemblies in the core fuel region 12. The main reactor shutdown system control rod 68 is attached to a drive extension shaft 71 connected to a control rod drive mechanism (not shown).

主炉停止系制御棒68に含まれる制御棒要素69の本数は、本実施例で用いられる制御棒1の、内側制御棒クラスター2に含まれる制御棒要素3の本数及び外側制御棒クラスター5に含まれる制御棒要素6の本数を合計した本数と同じ21本(図4参照)である。このため、内側制御棒クラスター2及び外側制御棒クラスター5のうち、制御棒1の内側制御棒クラスター2が炉心燃料領域12に全挿入されたときにおける制御棒1の反応度価値は、主炉停止系制御棒68が炉心燃料領域12に全挿入されたときにおける主炉停止系制御棒68の反応度価値よりも小さくなる。 The number of control rod elements 69 included in the main reactor shutdown system control rod 68 is 21 (see FIG. 4), which is the same as the total number of control rod elements 3 included in the inner control rod cluster 2 and the control rod elements 6 included in the outer control rod cluster 5 of the control rod 1 used in this embodiment. Therefore, of the inner control rod cluster 2 and the outer control rod cluster 5, the reactivity worth of the control rod 1 when the inner control rod cluster 2 of the control rod 1 is fully inserted into the core fuel region 12 is smaller than the reactivity worth of the main reactor shutdown system control rod 68 when the main reactor shutdown system control rod 68 is fully inserted into the core fuel region 12.

このように、本実施例では、制御棒価値が小さい内側制御棒クラスター2が炉心燃料領域12に挿入されるため、内側制御棒クラスター2が挿入された炉心燃料領域12の軸方向における出力分布のピークは、従来の主炉停止系制御棒68が挿入された炉心燃料領域12の軸方向における出力分布のピークよりも低くなる。図14は、本実施例の制御棒1において、外側制御棒クラスター5が炉心燃料領域12から全引き抜きされて内側制御棒クラスター2が炉心燃料領域12に全挿入された状態での、炉心燃料領域12の軸方向における出力分布は実線で示される。内側制御棒クラスター2が炉心燃料領域12に全挿入された状態でのその軸方向の出力分布は、実線で示すように、コサイン分布になっている。これに対して、従来の主炉停止系制御棒68の一部を炉心燃料領域12から引き抜いた場合における炉心燃料領域12の軸方向の出力分布は、図14に破線で示すように、従来の主炉停止系制御棒の下端付近に大きな出力ピークが形成される。外側制御棒クラスター5が炉心燃料領域12から全引き抜きされて内側制御棒クラスター2が炉心燃料領域12に全挿入された状態での、炉心燃料領域12の軸方向の出力分布における出力のピークは、従来の主炉停止系制御棒68の一部を炉心燃料領域12から引き抜いた場合における炉心燃料領域12の軸方向の出力分布の出力のピークよりも小さくなる。このため、本実施例の制御棒1を用いた場合には、負荷追従運転における高速増殖炉8の熱的余裕が増大する。 In this embodiment, since the inner control rod cluster 2 having a small control rod worth is inserted into the core fuel region 12, the peak of the power distribution in the axial direction of the core fuel region 12 into which the inner control rod cluster 2 is inserted is lower than the peak of the power distribution in the axial direction of the core fuel region 12 into which the conventional main reactor shutdown system control rod 68 is inserted. In FIG. 14, the power distribution in the axial direction of the core fuel region 12 in the state in which the outer control rod cluster 5 is fully withdrawn from the core fuel region 12 and the inner control rod cluster 2 is fully inserted into the core fuel region 12 in the control rod 1 of this embodiment is shown by a solid line. The power distribution in the axial direction of the inner control rod cluster 2 when fully inserted into the core fuel region 12 is a cosine distribution as shown by the solid line. In contrast, the power distribution in the axial direction of the core fuel region 12 in the case in which a part of the conventional main reactor shutdown system control rod 68 is withdrawn from the core fuel region 12 forms a large power peak near the lower end of the conventional main reactor shutdown system control rod, as shown by the dashed line in FIG. 14. When the outer control rod cluster 5 is fully withdrawn from the core fuel region 12 and the inner control rod cluster 2 is fully inserted into the core fuel region 12, the peak power in the axial power distribution of the core fuel region 12 is smaller than the peak power in the axial power distribution of the core fuel region 12 when a part of the conventional main reactor shutdown system control rod 68 is withdrawn from the core fuel region 12. Therefore, when the control rod 1 of this embodiment is used, the thermal margin of the fast breeder reactor 8 during load following operation is increased.

次に、外側制御棒クラスター5が炉心燃料領域12から全引き抜きされて内側制御棒クラスター2の一部が炉心燃料領域12に挿入されている状態での、炉心燃料領域12の軸方向の出力分布について説明する。内側制御棒クラスター2の一部が炉心燃料領域12に挿入されている状態における炉心燃料領域12の軸方向の出力分布は、図14の実線のようなコサイン分布ではなく、内側制御棒クラスター2の下端付近に出力ピークが形成される。このため、外側制御棒クラスター5が炉心燃料領域12から全引き抜きされて内側制御棒クラスター2の一部が炉心燃料領域12に挿入されている場合において内側制御棒クラスター2の下端付近に形成される出力ピークは、外側制御棒クラスター5が炉心燃料領域12から全引き抜きされて内側制御棒クラスター2が炉心燃料領域12に全挿入された状態での、炉心燃料領域12の軸方向におけるコサイン分布の出力分布の出力ピークよりも大きくなる。しかしながら、内側制御棒クラスター2の制御棒価値が従来の主炉停止系制御棒68のそれよりも小さいため、内側制御棒クラスター2の下端付近に形成される出力ピークは、従来の主炉停止系制御棒68の下端付近に形成される出力ピークよりも小さくなる。このように、内側制御棒クラスター2の一部が炉心燃料領域12に挿入されている場合でも、負荷追従運転中における高速増殖炉8の熱的余裕が増大する。 Next, the axial power distribution of the core fuel region 12 in a state where the outer control rod cluster 5 is fully withdrawn from the core fuel region 12 and a part of the inner control rod cluster 2 is inserted into the core fuel region 12 will be described. The axial power distribution of the core fuel region 12 in a state where a part of the inner control rod cluster 2 is inserted into the core fuel region 12 is not a cosine distribution as shown by the solid line in FIG. 14, but has a power peak near the lower end of the inner control rod cluster 2. For this reason, when the outer control rod cluster 5 is fully withdrawn from the core fuel region 12 and a part of the inner control rod cluster 2 is inserted into the core fuel region 12, the power peak formed near the lower end of the inner control rod cluster 2 is larger than the power peak of the cosine distribution in the axial direction of the core fuel region 12 in a state where the outer control rod cluster 5 is fully withdrawn from the core fuel region 12 and the inner control rod cluster 2 is fully inserted into the core fuel region 12. However, since the control rod worth of the inner control rod cluster 2 is smaller than that of the conventional main reactor shutdown system control rod 68, the power peak formed near the lower end of the inner control rod cluster 2 is smaller than the power peak formed near the lower end of the conventional main reactor shutdown system control rod 68. In this way, even if a portion of the inner control rod cluster 2 is inserted into the core fuel region 12, the thermal margin of the fast breeder reactor 8 during load following operation is increased.

本実施例において、後備炉停止系制御棒23も、制御棒1と同様に、内側制御棒クラスター及び外側制御棒クラスターを有する。このため、故障した制御棒1の替りに後備炉停止系制御棒23を用いることにより、制御棒1のみを用いた場合と同様に、高速増殖炉8の負荷追従運転を行うことができる。 In this embodiment, the backup reactor shutdown system control rod 23 also has an inner control rod cluster and an outer control rod cluster, just like the control rod 1. Therefore, by using the backup reactor shutdown system control rod 23 in place of the failed control rod 1, the fast breeder reactor 8 can be operated in a load following manner, just like when only the control rod 1 is used.

後備炉停止系制御棒23を用いた高速増殖炉8の負荷追従運転において、後備炉停止系制御棒23の外側制御棒クラスター55が炉心燃料領域12から全引き抜きされて内側制御棒クラスター36が炉心燃料領域12に全挿入された状態での、炉心燃料領域12の軸方向における出力分布は、制御棒1のみを用いた場合と同様に、コサイン分布になり、その出力分布の出力ピークは、従来の主炉停止系制御棒68の一部を炉心燃料領域12から引き抜いた場合における炉心燃料領域12の軸方向の出力分布の出力ピークよりも小さくなる。このため、後備炉停止系制御棒23を用いた場合には、負荷追従運転中における高速増殖炉8の熱的余裕が増大する。 In load-following operation of the fast breeder reactor 8 using the backup reactor shutdown system control rods 23, when the outer control rod cluster 55 of the backup reactor shutdown system control rods 23 is fully withdrawn from the core fuel region 12 and the inner control rod cluster 36 is fully inserted into the core fuel region 12, the power distribution in the axial direction of the core fuel region 12 becomes a cosine distribution, as in the case where only the control rod 1 is used, and the power peak of the power distribution becomes smaller than the power peak of the axial power distribution of the core fuel region 12 when a part of the conventional main reactor shutdown system control rod 68 is withdrawn from the core fuel region 12. Therefore, when the backup reactor shutdown system control rods 23 are used, the thermal margin of the fast breeder reactor 8 during load-following operation increases.

さらに、後備炉停止系制御棒23の外側制御棒クラスター55が炉心燃料領域12から全引き抜きされて内側制御棒クラスター36の一部が炉心燃料領域12に全挿入されている状態での、炉心燃料領域12の軸方向の出力分布は、内側制御棒クラスター36の下端付近に大きな出力ピークが形成される。しかしながら、内側制御棒クラスター36の制御棒価値が従来の主炉停止系制御棒68のそれよりも小さいため、内側制御棒クラスター36の下端付近に形成される出力ピークは、従来の主炉停止系制御棒68の下端付近に形成される出力ピークよりも小さくなる。このように、内側制御棒クラスター36の一部が炉心燃料領域12に挿入されている場合でも、負荷追従運転中における高速増殖炉8の熱的余裕が増大する。 Furthermore, in a state where the outer control rod cluster 55 of the backup reactor shutdown system control rod 23 is fully withdrawn from the core fuel region 12 and a portion of the inner control rod cluster 36 is fully inserted into the core fuel region 12, the axial power distribution of the core fuel region 12 has a large power peak near the lower end of the inner control rod cluster 36. However, since the control rod worth of the inner control rod cluster 36 is smaller than that of the conventional main reactor shutdown system control rod 68, the power peak formed near the lower end of the inner control rod cluster 36 is smaller than the power peak formed near the lower end of the conventional main reactor shutdown system control rod 68. In this way, even when a portion of the inner control rod cluster 36 is inserted into the core fuel region 12, the thermal margin of the fast breeder reactor 8 during load following operation is increased.

高速増殖炉8では、制御棒1の外側制御棒クラスター5が巻き取り装置30によって炉心11の軸方向に移動され、後備炉停止系制御棒23の外側制御棒クラスター55が巻き取り装置62によって炉心11の軸方向に移動される。このため、外側制御棒クラスター5及び55は、制御棒駆動機構よりも構造が単純な巻き取り装置によって炉心11の軸方向において移動させることができる。 In the fast breeder reactor 8, the outer control rod cluster 5 of the control rod 1 is moved in the axial direction of the core 11 by the winding device 30, and the outer control rod cluster 55 of the backup reactor shutdown system control rod 23 is moved in the axial direction of the core 11 by the winding device 62. Therefore, the outer control rod clusters 5 and 55 can be moved in the axial direction of the core 11 by the winding device, which has a simpler structure than the control rod drive mechanism.

高速増殖炉8は、炉心11内に、下部内側制御棒案内管26、及び下部内側制御棒案内管26を取り囲む下部外側制御棒案内管27を配置しており、制御棒1の内側制御棒クラスター2を下部内側制御棒案内管26内において炉心11の軸方向に移動させ、外側制御棒クラスター5を下部内側制御棒案内管26と下部外側制御棒案内管27の間において炉心11の軸方向に移動させている。このため、炉心11の軸方向に移動する内側制御棒クラスター2と外側制御棒クラスター5が互いに干渉することを避けることができ、内側制御棒クラスター2及び外側制御棒クラスター5のそれぞれの、炉心11の軸方向における移動を円滑に行うことができる。 In the fast breeder reactor 8, a lower inner control rod guide tube 26 and a lower outer control rod guide tube 27 surrounding the lower inner control rod guide tube 26 are arranged in the core 11, and the inner control rod cluster 2 of the control rod 1 is moved in the axial direction of the core 11 within the lower inner control rod guide tube 26, and the outer control rod cluster 5 is moved in the axial direction of the core 11 between the lower inner control rod guide tube 26 and the lower outer control rod guide tube 27. This makes it possible to avoid interference between the inner control rod cluster 2 and the outer control rod cluster 5, which move in the axial direction of the core 11, and allows the inner control rod cluster 2 and the outer control rod cluster 5 to move smoothly in the axial direction of the core 11.

さらに、高速増殖炉8は、炉心11内に、下部内側制御棒案内管58、及び下部内側制御棒案内管58を取り囲む下部外側制御棒案内管59を配置している。このため、後備炉停止系制御棒23の内側制御棒クラスター36を下部内側制御棒案内管58内において炉心11の軸方向に移動させ、外側制御棒クラスター55を下部内側制御棒案内管58と下部外側制御棒案内管59の間において炉心11の軸方向に移動させている。このため、炉心11の軸方向に移動する内側制御棒クラスター36と外側制御棒クラスター55が互いに干渉することを避けることができ、内側制御棒クラスター36及び外側制御棒クラスター55のそれぞれの、炉心11の軸方向における移動を円滑に行うことができる。 Furthermore, in the fast breeder reactor 8, a lower inner control rod guide tube 58 and a lower outer control rod guide tube 59 surrounding the lower inner control rod guide tube 58 are arranged in the core 11. Therefore, the inner control rod cluster 36 of the backup reactor shutdown system control rod 23 is moved in the axial direction of the core 11 within the lower inner control rod guide tube 58, and the outer control rod cluster 55 is moved in the axial direction of the core 11 between the lower inner control rod guide tube 58 and the lower outer control rod guide tube 59. Therefore, it is possible to prevent the inner control rod cluster 36 and the outer control rod cluster 55, which move in the axial direction of the core 11, from interfering with each other, and the inner control rod cluster 36 and the outer control rod cluster 55 can each move smoothly in the axial direction of the core 11.

負荷追従運転時において操作する制御棒1としては、炉心11の中心近くに配置されている制御棒1、例えば、外側炉心燃料領域15に配置される制御棒1よりも内側炉心燃料領域14に配置される制御棒1、さらに、内側炉心燃料領域14ではできるだけ内側炉心燃料領域14の中心近くに配置されている制御棒1を使用することが望ましい。制御棒1の制御棒価値は、炉心11の中心近くに配置される制御棒1ほど、高くなる。このため、負荷追従運転時において炉心11の中心近くに配置される制御棒1を用いることにより、負荷追従運転時における原子炉出力の変動幅を大きくすることができる。 As the control rods 1 to be operated during load following operation, it is desirable to use control rods 1 located closer to the center of the core 11, for example, control rods 1 located in the inner core fuel region 14 rather than in the outer core fuel region 15, and further, in the inner core fuel region 14, control rods 1 located as close to the center of the inner core fuel region 14 as possible. The control rod worth of the control rods 1 is higher the closer the control rods 1 are located to the center of the core 11. Therefore, by using control rods 1 located closer to the center of the core 11 during load following operation, the fluctuation range of the reactor power during load following operation can be increased.

負荷追従運転時に後備炉停止系制御棒23を使用する必要が生じた場合にも、炉心11の中心近くに配置される後備炉停止系制御棒23を用いることにより、負荷追従運転時における原子炉出力の変動幅を大きくすることができる。 Even if it becomes necessary to use the backup reactor shutdown control rods 23 during load following operation, the range of fluctuation in reactor power during load following operation can be increased by using the backup reactor shutdown control rods 23 located near the center of the core 11.

制御棒1の外側制御棒クラスター5が、回転フック45を介して、巻き取り装置30の回転ドラムに巻き付けられたロープ31に取り付けられた制御棒保持ユニット44に切り離し可能に連結されているため、高速増殖炉8に異常事態が生じたとき、スクラム信号を入力した制御棒保持ユニット44によって、回転フック45が作動され、外側制御棒クラスター5を制御棒保持ユニット44から切り離すことができる。このため、巻き取り装置30によって炉心11の軸方向に移動される外側制御棒クラスター5であっても、高速増殖炉8の異常事態において、炉心燃料領域12に容易に急速挿入することができる。 The outer control rod cluster 5 of the control rod 1 is detachably connected via a rotating hook 45 to a control rod holding unit 44 attached to a rope 31 wound around a rotating drum of the winding device 30. When an abnormality occurs in the fast breeder reactor 8, the rotating hook 45 is activated by the control rod holding unit 44 that has input a scram signal, and the outer control rod cluster 5 can be detached from the control rod holding unit 44. Therefore, even the outer control rod cluster 5 that is moved in the axial direction of the core 11 by the winding device 30 can be easily and quickly inserted into the core fuel region 12 in the event of an abnormality in the fast breeder reactor 8.

また、後備炉停止系制御棒23の外側制御棒クラスター55が、回転フック45を介して、巻き取り装置62の回転ドラムに巻き付けられたロープ63に取り付けられた制御棒保持ユニット66に切り離し可能に連結されているため、高速増殖炉8に異常事態が生じたとき、スクラム信号を入力した制御棒保持ユニット66によって、回転フック45が作動され、故障した制御棒1の替りに原子炉出力の制御に用いられている後備炉停止系制御棒23の外側制御棒クラスター55を制御棒保持ユニット66から切り離すことができる。このため、巻き取り装置62によって炉心11の軸方向に移動される外側制御棒クラスター55であっても、高速増殖炉8の異常事態において、炉心燃料領域12に容易に急速挿入することができる。 In addition, the outer control rod cluster 55 of the backup reactor shutdown system control rod 23 is detachably connected to the control rod holding unit 66 attached to the rope 63 wound around the rotating drum of the winding device 62 via the rotating hook 45. Therefore, when an abnormality occurs in the fast breeder reactor 8, the rotating hook 45 is activated by the control rod holding unit 66 that inputs a scram signal, and the outer control rod cluster 55 of the backup reactor shutdown system control rod 23 used to control the reactor output in place of the failed control rod 1 can be detached from the control rod holding unit 66. Therefore, even the outer control rod cluster 55 that is moved in the axial direction of the core 11 by the winding device 62 can be easily and quickly inserted into the core fuel region 12 in the event of an abnormality in the fast breeder reactor 8.

高速増殖炉8が内側制御棒クラスター36及び外側制御棒クラスター55を含む後備炉停止系制御棒23を有し、全ての制御棒1の外側制御棒クラスター5及び所定体数の後備炉停止系制御棒23の外側制御棒クラスター55が炉心燃料領域12から全引抜きされた状態で、全ての制御棒1の内側制御棒クラスター2及び所定体数の後備炉停止系制御棒23の内側制御棒クラスター36を炉心燃料領域12に全挿入された状態から引き抜き、その或る運転サイクルにおいて第4目標原子炉出力を保持した負荷追従運転を行うことができる。本実施例の高速増殖炉8では、全ての制御棒1及び所定体数の後備炉停止系制御棒23を併用することにより、負荷追従運転の幅を広げることができる。 When the fast breeder reactor 8 has backup reactor shutdown system control rods 23 including the inner control rod clusters 36 and the outer control rod clusters 55, and the outer control rod clusters 5 of all control rods 1 and the outer control rod clusters 55 of a predetermined number of backup reactor shutdown system control rods 23 are fully withdrawn from the core fuel area 12, the inner control rod clusters 2 of all control rods 1 and the inner control rod clusters 36 of a predetermined number of backup reactor shutdown system control rods 23 are withdrawn from a fully inserted state into the core fuel area 12, and load-following operation can be performed in a certain operating cycle while maintaining the fourth target reactor power. In the fast breeder reactor 8 of this embodiment, the range of load-following operation can be expanded by using all control rods 1 and a predetermined number of backup reactor shutdown system control rods 23 in combination.

全ての制御棒1の内側制御棒クラスター2(もしくは、全ての制御棒1の外側制御棒クラスター5)を使用するので、一部の制御棒1を挿入する場合よりも、炉心燃料領域12の半径方向の出力分布が平坦化され、熱的余裕が向上する。 Since the inner control rod clusters 2 of all control rods 1 (or the outer control rod clusters 5 of all control rods 1) are used, the radial power distribution in the core fuel region 12 is flatter than when only a portion of the control rods 1 are inserted, improving the thermal margin.

本発明の好適な他の実施例である実施例2における高速増殖炉の構成を、図15~図19を用いて説明する。本実施例の高速増殖炉8Aは、実施例1で述べた高速増殖炉8において、制御棒1の外側制御棒クラスター5を炉心11の軸方向において移動させる、第1制御棒移動装置である巻き取り装置30を制御棒駆動機構32Aに替え、後備炉停止系制御棒23の外側制御棒クラスター55を炉心11の軸方向において移動させる、第制御棒移動装置である巻き取り装置62を制御棒駆動機構64Aに替えた構成を有する。制御棒駆動機構32A及び64Aは第1及び第3制御棒移動装置である。三台の制御棒駆動機構32Aが、回転プラグ10の上面に設けられた支持板54の上面に設置され、第2制御棒移動装置である制御棒駆動機構32の周囲に配置される。下部内側制御棒案内管26と下部外側制御棒案内管27の間の環状領域に存在する外側制御棒クラスター5の上端が、三台の制御棒駆動機構32Aのそれぞれの駆動延長軸33Aの下端部に連結される。三台の制御棒駆動機構64Aが、回転プラグ10の上面に設けられた支持板54Aの上面に設置され、制御棒駆動機構64の周囲に配置される。下部内側制御棒案内管58と下部外側制御棒案内管59の間の環状領域に存在する外側制御棒クラスター55の上端が、三台の制御棒駆動機構64Aのそれぞれの駆動延長軸65Aの下端部に連結される。 The configuration of a fast breeder reactor in embodiment 2, which is another preferred embodiment of the present invention, will be described with reference to Figures 15 to 19. The fast breeder reactor 8A of this embodiment has a configuration in which the winding device 30, which is the first control rod moving device that moves the outer control rod cluster 5 of the control rod 1 in the axial direction of the core 11, in the fast breeder reactor 8 described in embodiment 1, is replaced with a control rod drive mechanism 32A, and the winding device 62, which is the third control rod moving device that moves the outer control rod cluster 55 of the backup reactor shutdown system control rod 23 in the axial direction of the core 11, is replaced with a control rod drive mechanism 64A. The control rod drive mechanisms 32A and 64A are the first and third control rod moving devices. Three control rod drive mechanisms 32A are installed on the upper surface of a support plate 54 provided on the upper surface of the rotating plug 10, and are arranged around the control rod drive mechanism 32, which is the second control rod moving device . The upper end of the outer control rod cluster 5 existing in the annular region between the lower inner control rod guide tube 26 and the lower outer control rod guide tube 27 is connected to the lower end of each of the drive extension shafts 33A of the three control rod drive mechanisms 32A. The three control rod drive mechanisms 64A are installed on the upper surface of a support plate 54A provided on the upper surface of the rotating plug 10, and are arranged around the control rod drive mechanism 64. The upper end of the outer control rod cluster 55 existing in the annular region between the lower inner control rod guide tube 58 and the lower outer control rod guide tube 59 is connected to the lower end of each of the drive extension shafts 65A of the three control rod drive mechanisms 64A.

高速増殖炉8Aは、外側制御棒クラスター、外側制御棒クラスターを炉心11の軸方向に移動させる第制御棒移動装置、内側制御棒クラスター、内側制御棒クラスターを炉心11の軸方向に移動させる第2制御棒移動装置を含む制御棒システムを有する。高速増殖炉8Aにおけるその制御棒システムは、具体的には、制御棒1(主炉停止系制御棒)の内側制御棒クラスター2、内側制御棒クラスター2を炉心11の軸方向に移動させる第2制御棒移動装置、制御棒1の外側制御棒クラスター5、外側制御棒クラスター5を炉心11の軸方向に移動させる第制御棒移動装置、後備炉停止系制御棒23の内側制御棒クラスター36、内側制御棒クラスター36を炉心11の軸方向に移動させる第制御棒移動装置、後備炉停止系制御棒23の外側制御棒クラスター55、外側制御棒クラスター55を炉心11の軸方向に移動させる第制御棒移動装置を含んでいる。制御棒1の内側制御棒クラスター2及び外側制御棒クラスター5、及び後備炉停止系制御棒23の内側制御棒クラスター36及び外側制御棒クラスター55のそれぞれをその軸方向に移動させる第1~第4制御棒移動装置は、制御棒駆動機構である。 The fast breeder reactor 8A has a control rod system including an outer control rod cluster, a first control rod moving device for moving the outer control rod cluster in the axial direction of the core 11, an inner control rod cluster, and a second control rod moving device for moving the inner control rod cluster in the axial direction of the core 11. The control rod system in the fast breeder reactor 8A specifically includes an inner control rod cluster 2 of the control rod 1 (main reactor shutdown system control rod), a second control rod moving device for moving the inner control rod cluster 2 in the axial direction of the core 11, an outer control rod cluster 5 of the control rod 1, a first control rod moving device for moving the outer control rod cluster 5 in the axial direction of the core 11, an inner control rod cluster 36 of the backup reactor shutdown system control rod 23, a fourth control rod moving device for moving the inner control rod cluster 36 in the axial direction of the core 11, an outer control rod cluster 55 of the backup reactor shutdown system control rod 23, and a third control rod moving device for moving the outer control rod cluster 55 in the axial direction of the core 11. The first to fourth control rod moving devices, which move the inner control rod cluster 2 and outer control rod cluster 5 of the control rod 1 and the inner control rod cluster 36 and outer control rod cluster 55 of the backup reactor shutdown system control rod 23 in the axial direction, respectively, are control rod drive mechanisms.

高速増殖炉8Aは、外側制御棒クラスター、外側制御棒クラスターを炉心11の軸方向に移動させる第制御棒移動装置、内側制御棒クラスター、内側制御棒クラスターを炉心11の軸方向に移動させる第2制御棒移動装置を含む制御棒システムを有する。その高速増殖炉8Aにおけるその制御棒システムは、具体的には、制御棒1(主炉停止系制御棒)の外側制御棒クラスター5、外側制御棒クラスター5を炉心11の軸方向に移動させる第制御棒移動装置、制御棒1の内側制御棒クラスター2、内側制御棒クラスター2を炉心11の軸方向に移動させる第2制御棒移動装置、後備炉停止系制御棒23の外側制御棒クラスター55、外側制御棒クラスター55を炉心11の軸方向に移動させる第制御棒移動装置、後備炉停止系制御棒23の内側制御棒クラスター36、内側制御棒クラスター36を炉心11の軸方向に移動させる第制御棒移動装置を含んでいる。制御棒システムに含まれる第1~第4制御棒移動装置は、制御棒駆動機構である。 The fast breeder reactor 8A has a control rod system including an outer control rod cluster, a first control rod moving device for moving the outer control rod cluster in the axial direction of the core 11, an inner control rod cluster, and a second control rod moving device for moving the inner control rod cluster in the axial direction of the core 11. The control rod system in the fast breeder reactor 8A specifically includes an outer control rod cluster 5 of a control rod 1 (main reactor shutdown system control rod), a first control rod moving device for moving the outer control rod cluster 5 in the axial direction of the core 11, an inner control rod cluster 2 of the control rod 1, a second control rod moving device for moving the inner control rod cluster 2 in the axial direction of the core 11, an outer control rod cluster 55 of a backup reactor shutdown system control rod 23, a third control rod moving device for moving the outer control rod cluster 55 in the axial direction of the core 11, an inner control rod cluster 36 of a backup reactor shutdown system control rod 23, and a fourth control rod moving device for moving the inner control rod cluster 36 in the axial direction of the core 11. The first to fourth control rod moving devices included in the control rod system are control rod drive mechanisms.

本実施例では、内側制御棒クラスター2及び内側制御棒クラスター36以外においても、外側制御棒クラスター5が制御棒駆動機構32Aによって炉心11の軸方向に移動され、外側制御棒クラスター55が制御棒駆動機構64Aによって炉心11の軸方向に移動される。 In this embodiment, in addition to the inner control rod cluster 2 and the inner control rod cluster 36, the outer control rod cluster 5 is moved in the axial direction of the core 11 by the control rod drive mechanism 32A, and the outer control rod cluster 55 is moved in the axial direction of the core 11 by the control rod drive mechanism 64A.

高速増殖炉8Aの或る運転サイクルでは、前述の第1目標原子炉出力で負荷追従運転が実施される。その或る運転サイクルにおいて高速増殖炉8Aが起動されたとき、制御室内の制御盤から出力された外側制御棒クラスター引き抜き指令が制御ユニット43に入力され、制御ユニット43から、所定体数の制御棒1の外側制御棒クラスター5毎に設けられた三台の制御棒駆動機構32Aに外側制御棒クラスター引き抜き信号が出力される。このため、所定体数の制御棒1の外側制御棒クラスター5のそれぞれが三台の制御棒駆動機構32Aによって炉心燃料領域12から引き抜かれ、高速増殖炉8の原子炉出力が第1目標原子炉出力まで上昇される。原子炉出力がその第1目標原子炉出力に到達したとき、制御ユニット43に出力された外側制御棒クラスター引き抜き停止指令に基づいて制御ユニット43から、各三台の制御棒駆動機構32Aに駆動停止信号が出力される。この結果、所定体数の制御棒1の外側制御棒クラスター5の軸方向における移動が停止される。その第1目標原子炉出力での高速増殖炉8Aの負荷追従運転が、実施例1と同様に、必要に応じて内側制御棒クラスター2を引き抜きながら、前述の或る運転サイクルの末期まで継続して実施される。 In a certain operation cycle of the fast breeder reactor 8A, load following operation is performed at the first target reactor power described above. When the fast breeder reactor 8A is started in that certain operation cycle, an outer control rod cluster withdrawal command output from a control panel in the control room is input to the control unit 43, and an outer control rod cluster withdrawal signal is output from the control unit 43 to three control rod drive mechanisms 32A provided for each outer control rod cluster 5 of a predetermined number of control rods 1. As a result, each of the outer control rod clusters 5 of the predetermined number of control rods 1 is withdrawn from the core fuel region 12 by the three control rod drive mechanisms 32A, and the reactor power of the fast breeder reactor 8 is increased to the first target reactor power. When the reactor power reaches the first target reactor power, a drive stop signal is output from the control unit 43 to each of the three control rod drive mechanisms 32A based on the outer control rod cluster withdrawal stop command output to the control unit 43. As a result, the axial movement of the outer control rod clusters 5 of the predetermined number of control rods 1 is stopped. Load-following operation of the fast breeder reactor 8A at the first target reactor power continues until the end of the aforementioned certain operating cycle, with the inner control rod cluster 2 being withdrawn as necessary, as in Example 1.

或る運転サイクルにおける負荷追従運転が終了したとき、内側制御棒クラスター2及び外側制御棒クラスター5が炉心燃料領域12に全挿入され(図17参照)、高速増殖炉8Aの運転が停止される。 When the load following operation in a certain operation cycle is completed, the inner control rod cluster 2 and the outer control rod cluster 5 are fully inserted into the core fuel region 12 (see Figure 17), and the operation of the fast breeder reactor 8A is stopped.

なお、本実施例でも、実施例1と同様に、全ての制御棒1及び所定体数の後備炉停止系制御棒23を併用することにより、高速増殖炉8Aの負荷追従運転を実施することができる。この負荷追従運転では、後備炉停止系制御棒23の外側制御棒クラスター55が炉心燃料領域12から全引き抜きされている状態で、後備炉停止系制御棒23の内側制御棒クラスター36が炉心燃料領域12に全挿入されている状態(図18参照)が存在する。 In this embodiment, as in the first embodiment, the fast breeder reactor 8A can be operated under load by using all the control rods 1 and a predetermined number of backup reactor shutdown control rods 23 in combination. In this load following operation, there exists a state in which the outer control rod cluster 55 of the backup reactor shutdown control rods 23 is fully withdrawn from the core fuel region 12, and the inner control rod cluster 36 of the backup reactor shutdown control rods 23 is fully inserted into the core fuel region 12 (see FIG. 18).

高速増殖炉8Aに異常事象が生じて高速増殖炉8Aをスクラムさせるときに、後備炉停止系制御棒23の内側制御棒クラスター36及び外側制御棒クラスター55のそれぞれが炉心燃料領域12に全挿入される(図19)。 When an abnormal event occurs in the fast breeder reactor 8A and the fast breeder reactor 8A is scrammed, the inner control rod cluster 36 and the outer control rod cluster 55 of the backup reactor shutdown system control rods 23 are fully inserted into the core fuel region 12 (Figure 19).

本実施例は、実施例1で生じる効果のうち、巻き取り装置30及び制御棒保持ユニット44の設置により得られる効果、及び巻き取り装置62及び制御棒保持ユニット66の設置により得られる効果を除いた他の効果を得ることができる。さらに、本実施例では、外側制御棒クラスター5が制御棒駆動機構32Aによって炉心11の軸方向に移動されるため、実施例1のように、炉心11内の燃料集合体における核燃料物質の燃焼状態の違い、及び冷却材(液体ナトリウム24)の温度の違いによって、負荷追従運転時における制御棒1の挿入本数を変える必要がなく、制御棒1の外側制御棒クラスター5の操作が簡略化される。また、炉心燃料領域12の半径方向における出力ピーキングも、抑制することができる。 This embodiment can obtain the effects obtained in the first embodiment, excluding the effects obtained by installing the winding device 30 and the control rod holding unit 44, and the effects obtained by installing the winding device 62 and the control rod holding unit 66. Furthermore, in this embodiment, since the outer control rod cluster 5 is moved in the axial direction of the core 11 by the control rod drive mechanism 32A, it is not necessary to change the number of inserted control rods 1 during load following operation due to differences in the combustion state of the nuclear fuel material in the fuel assemblies in the core 11 and differences in the temperature of the coolant (liquid sodium 24), as in the first embodiment, and the operation of the outer control rod cluster 5 of the control rods 1 is simplified. In addition, power peaking in the radial direction of the core fuel region 12 can also be suppressed.

本発明の好適な他の実施例である実施例3における高速増殖炉の制御棒操作方法を、図15及び図20~図23を用いて説明する。本実施例の制御棒操作方法が適用される高速増殖炉は、実施例2で述べた高速増殖炉8Aであり、内側制御棒クラスター2及び外側制御棒クラスター5を含む制御棒1、及び内側制御棒クラスター36及び外側制御棒クラスター55を含む後備炉停止系制御棒23を有する。 A method for operating a control rod in a fast breeder reactor in embodiment 3, which is another preferred embodiment of the present invention, will be described with reference to Figures 15 and 20 to 23. The fast breeder reactor to which the control rod operating method in this embodiment is applied is the fast breeder reactor 8A described in embodiment 2, and has a control rod 1 including an inner control rod cluster 2 and an outer control rod cluster 5, and a backup reactor shutdown system control rod 23 including an inner control rod cluster 36 and an outer control rod cluster 55.

本実施例の高速増殖炉の制御棒操作方法では、高速増殖炉8Aの負荷追従運転を行うときに、制御棒1の内側制御棒クラスター2が炉心燃料領域12から全引き抜きされ、制御棒1の外側制御棒クラスター5が炉心燃料領域12に全挿入されている状態が存在する。このような状態が存在する、本実施例の高速増殖炉の制御棒操作方法は、負荷追従運転において、制御棒1の外側制御棒クラスター5が炉心燃料領域12から全引き抜きされ、制御棒1の内側制御棒クラスター2が炉心燃料領域12に全挿入される状態が存在する実施例1及び2のそれぞれの高速増殖炉の制御棒操作方法と異なっている。 In the control rod operation method of the fast breeder reactor of this embodiment, when the fast breeder reactor 8A is in load following operation, there exists a state in which the inner control rod cluster 2 of the control rod 1 is fully withdrawn from the core fuel region 12 and the outer control rod cluster 5 of the control rod 1 is fully inserted into the core fuel region 12. The control rod operation method of the fast breeder reactor of this embodiment, in which such a state exists, differs from the control rod operation methods of the fast breeder reactors of each of the embodiments 1 and 2, in which there exists a state in which the outer control rod cluster 5 of the control rod 1 is fully withdrawn from the core fuel region 12 and the inner control rod cluster 2 of the control rod 1 is fully inserted into the core fuel region 12 during load following operation.

或る運転サイクルにおける負荷追従運転を開始するとき、全ての制御棒1の外側制御棒クラスターを炉心燃料領域12に全挿入にしたまま、所定体数の制御棒1の内側制御棒クラスター2を、対応する制御棒駆動機構32によって操作し、炉心燃料領域12から全引き抜き状態にする(図20参照)。この結果、高速増殖炉8Aの原子炉出力が、負荷追従運転時の目標原子炉出力まで上昇する。その後、必要に応じて、所定体数の制御棒1の外側制御棒クラスター5を制御棒駆動機構32Aによって炉心燃料領域12から引き抜きながら、その原子炉出力をその目標原子炉出力に保持した負荷追従運転が、前述の或る運転サイクルの末期まで継続して実施される。 When load-following operation in a certain operating cycle is started, the outer control rod clusters of all control rods 1 are left fully inserted into the core fuel region 12, while the inner control rod clusters 2 of a predetermined number of control rods 1 are operated by the corresponding control rod drive mechanisms 32 to be fully withdrawn from the core fuel region 12 (see FIG. 20). As a result, the reactor power of the fast breeder reactor 8A increases to the target reactor power during load-following operation. Thereafter, the outer control rod clusters 5 of the predetermined number of control rods 1 are withdrawn from the core fuel region 12 by the control rod drive mechanisms 32A as necessary, while the load-following operation in which the reactor power is maintained at the target reactor power is continued until the end of the aforementioned certain operating cycle.

なお、本実施例でも、実施例1と同様に、全ての制御棒1及び所定体数の後備炉停止系制御棒23を併用することにより、或る運転サイクルにおいて、高速増殖炉8Aの負荷追従運転を実施することができる。併用される所定体数の後備炉停止系制御棒23においても、制御棒1と同様に、内側制御棒クラスター36が制御棒駆動機構64によって炉心燃料領域12から全引き抜きされ(図22参照)、その後、高速増殖炉8Aの原子炉出力が負荷追従運転時における目標原子炉出力よりも低下したとき、所定体数の後備炉停止系制御棒23の外側制御棒クラスター55を制御棒駆動機構64Aによって炉心燃料領域12から引き抜き、原子炉出力を目標原子炉出力まで上昇させる。上記の或る運転サイクルにおいては、必要に応じて、外側制御棒クラスター55を炉心燃料領域12から引き抜きながら、目標原子炉出力での高速増殖炉8Aの負荷追従運転をその或る運転サイクルの末期まで継続して実施することができる。 In this embodiment, as in the first embodiment, all the control rods 1 and a predetermined number of backup reactor shutdown control rods 23 are used in combination to perform load following operation of the fast breeder reactor 8A in a certain operation cycle. In the predetermined number of backup reactor shutdown control rods 23 used in combination, the inner control rod clusters 36 are fully withdrawn from the core fuel area 12 by the control rod drive mechanism 64 as in the control rods 1 (see FIG. 22), and then, when the reactor power of the fast breeder reactor 8A falls below the target reactor power during load following operation, the outer control rod clusters 55 of the predetermined number of backup reactor shutdown control rods 23 are withdrawn from the core fuel area 12 by the control rod drive mechanism 64A, and the reactor power is increased to the target reactor power. In the above certain operation cycle, the outer control rod clusters 55 are withdrawn from the core fuel area 12 as necessary, while the load following operation of the fast breeder reactor 8A at the target reactor power can be continued until the end of the certain operation cycle.

なお、本実施例でも、実施例1と同様に、全ての制御棒1及び所定体数の後備炉停止系制御棒23を併用することにより、高速増殖炉8Aの負荷追従運転を実施することができる。この負荷追従運転では、後備炉停止系制御棒23の後備炉停止系制御棒23の内側制御棒クラスター36が炉心燃料領域12から全引き抜きされている状態で、後備炉停止系制御棒23の外側制御棒クラスター55が炉心燃料領域12に全挿入されている状態(図22参照)が存在する。 In this embodiment, as in the first embodiment, the load-following operation of the fast breeder reactor 8A can be performed by using all the control rods 1 and a predetermined number of backup reactor shutdown system control rods 23 in combination. In this load-following operation, there exists a state in which the inner control rod cluster 36 of the backup reactor shutdown system control rods 23 is fully withdrawn from the core fuel region 12, and the outer control rod cluster 55 of the backup reactor shutdown system control rods 23 is fully inserted into the core fuel region 12 (see FIG. 22).

高速増殖炉8Aに異常事象が生じて高速増殖炉8Aをスクラムさせるときに、後備炉停止系制御棒23の内側制御棒クラスター36及び外側制御棒クラスター55のそれぞれが炉心燃料領域12に全挿入される(図23)。 When an abnormal event occurs in the fast breeder reactor 8A and the fast breeder reactor 8A is scrammed, the inner control rod cluster 36 and the outer control rod cluster 55 of the backup reactor shutdown system control rods 23 are fully inserted into the core fuel region 12 (Figure 23).

内側制御棒クラスター2が炉心燃料領域12から全引き抜きされている状態で、炉心燃料領域12から引き抜かれる外側制御棒クラスター5の制御棒価値は、図16において、炉心燃料領域12から引き抜かれる内側制御棒クラスター2の制御棒価値よりも大きい。 When the inner control rod cluster 2 is fully withdrawn from the core fuel region 12, the control rod worth of the outer control rod cluster 5 withdrawn from the core fuel region 12 is greater than the control rod worth of the inner control rod cluster 2 withdrawn from the core fuel region 12 in FIG. 16.

本実施例は、実施例1で生じる効果のうち、巻き取り装置30及び制御棒保持ユニット44の設置により得られる効果、及び巻き取り装置62及び制御棒保持ユニット66の設置により得られる効果を除いた他の効果を得ることができる。さらに、内側制御棒クラスター2と外側制御棒クラスター5は前述したように反応度価値が異なるので、原子炉出力変動の幅(種類)を2倍にすることができる。このため、制御棒価値が異なる内側制御棒クラスター2及び外側制御棒クラスター5をそれぞれ単独で炉心11の軸方向に移動させることによって、こまめに負荷追従運転を行うことができる。 This embodiment can obtain the effects obtained in embodiment 1, excluding the effects obtained by installing the winding device 30 and the control rod holding unit 44, and the effects obtained by installing the winding device 62 and the control rod holding unit 66. Furthermore, since the inner control rod cluster 2 and the outer control rod cluster 5 have different reactivity worths as described above, the range (type) of reactor power fluctuations can be doubled. Therefore, by moving the inner control rod cluster 2 and the outer control rod cluster 5, which have different control rod worths, independently in the axial direction of the core 11, frequent load following operation can be performed.

本実施例では、負荷追従運転を行うとき、実施例1及び2のように、炉心11から内側制御棒クラスター2を引き抜くのではなく、外側制御棒クラスター5を引き抜いている。外側制御棒クラスター5を引き抜くことにより、負荷追従運転時の原子炉出力をより低くすることができる。 In this embodiment, when load-following operation is performed, the outer control rod cluster 5 is withdrawn instead of the inner control rod cluster 2 being withdrawn from the core 11 as in embodiments 1 and 2. By withdrawing the outer control rod cluster 5, the reactor power during load-following operation can be lowered.

実施例1ないし3のそれぞれは、負荷追従運転時において、制御棒1の外側制御棒クラスター5が全引き抜きされている状態で、内側制御棒クラスター2を引き抜く、制御棒1の内側制御棒クラスター2が全引き抜きされている状態で、外側制御棒クラスター5を引き抜くそれぞれのケースについて述べている。しかしながら、高速増殖炉8(または高速増殖炉8A)の負荷追従運転時ではなく、通常の運転時(例えば、定格運転時)の反応度の燃焼補償を行うときにおいても、制御棒1の外側制御棒クラスター5が全引き抜きされている状態で、内側制御棒クラスター2を引き抜く、または、制御棒1の内側制御棒クラスター2が全引き抜きされている状態で、外側制御棒クラスター5を引き抜くことも可能である。特に、その反応度の燃焼補償を行うときに、炉心燃料領域12内の制御棒1をより多く使用すれば、炉心燃料領域12の半径方向における出力分布を平坦化することができ、熱的余裕を増大させることができる。 Each of the first to third embodiments describes the case where, during load-following operation, the inner control rod cluster 2 is withdrawn when the outer control rod cluster 5 of the control rod 1 is fully withdrawn, and the outer control rod cluster 5 is withdrawn when the inner control rod cluster 2 of the control rod 1 is fully withdrawn. However, even when performing burnup compensation of reactivity during normal operation (e.g., rated operation) rather than during load-following operation of the fast breeder reactor 8 (or fast breeder reactor 8A), it is also possible to withdraw the inner control rod cluster 2 when the outer control rod cluster 5 of the control rod 1 is fully withdrawn, or to withdraw the outer control rod cluster 5 when the inner control rod cluster 2 of the control rod 1 is fully withdrawn. In particular, if more control rods 1 are used in the core fuel region 12 when performing burnup compensation of reactivity, the power distribution in the radial direction of the core fuel region 12 can be flattened, and the thermal margin can be increased.

実施例1ないし3では、炉心11に装荷される内側炉心燃料集合体18及び外側炉心燃料集合体19のそれぞれは、核燃料物質として3元系の合金のU-Pu-10Zrが用いられている。U-Pu-10Zrの替りにMOX燃料を、核燃料物質として、内側炉心燃料集合体18及び外側炉心燃料集合体19のそれぞれに用いてもよい。 In Examples 1 to 3, the inner core fuel assembly 18 and the outer core fuel assembly 19 loaded into the core 11 each use a ternary alloy U-Pu-10Zr as the nuclear fuel material. Instead of U-Pu-10Zr, MOX fuel may be used as the nuclear fuel material for each of the inner core fuel assembly 18 and the outer core fuel assembly 19.

また、実施例1ないし3では、高速増殖炉の冷却材として、液体ナトリウムを使用しているが、液体ナトリウムの替りに、鉛及び鉛ビスマスなどの、ナトリウム以外の液体金属を用いてもよい。 In addition, in Examples 1 to 3, liquid sodium is used as the coolant for the fast breeder reactor, but liquid metals other than sodium, such as lead and lead bismuth, may be used instead of liquid sodium.

1…制御棒(主炉停止系制御棒)、2,36…内側制御棒クラスター、5,55…外側制御棒クラスター、8,8A…高速増殖炉、9…原子炉容器、10…回転プラグ、11…炉心、12…炉心燃料領域、14…内側炉心燃料領域、15…外側炉心燃料領域、18…内側炉心燃料集合体、19…外側炉心燃料集合体、23…後備炉停止系制御棒、24…液体ナトリウム、26,58…下部内側制御棒案内管、27,59…下部外側制御棒案内管、30,62…巻き取り装置、31,63…ロープ、32,32A,64,64A…制御棒駆動機構、33,33A,65,65A…駆動延長軸、44,66…制御棒保持ユニット、45…回転フック、50…上部炉心支持板。 1...control rod (main reactor shutdown system control rod), 2, 36...inner control rod cluster, 5, 55...outer control rod cluster, 8, 8A...fast breeder reactor, 9...reactor vessel, 10...rotating plug, 11...core, 12...core fuel area, 14...inner core fuel area, 15...outer core fuel area, 18...inner core fuel assembly, 19...outer core fuel assembly, 23...backup reactor shutdown system control rod, 24...liquid sodium, 26, 58...lower inner control rod guide tube, 27, 59...lower outer control rod guide tube, 30, 62...winding device, 31, 63...rope, 32, 32A, 64, 64A...control rod drive mechanism, 33, 33A, 65, 65A...drive extension shaft, 44, 66...control rod holding unit, 45...rotating hook, 50...upper core support plate.

Claims (12)

原子炉容器と、前記原子炉容器の上端部に回転可能に設置され、前記原子炉容器を覆う回転プラグとを備え、
内側制御棒クラスター、及び前記内側制御棒クラスターを取り囲む環状の外側制御棒クラスターを有する制御棒である主炉停止系制御棒の前記内側制御棒クラスター及び前記外側制御棒クラスターのそれぞれを、前記原子炉容器内に配置された炉心内に配置し、
前記主炉停止系制御棒の前記内側制御棒クラスターを前記炉心の軸方向に移動させる制御棒移動装置を前記回転プラグに設置し、
前記主炉停止系制御棒の前記外側制御棒クラスターを前記炉心の軸方向に移動させる他の制御棒移動装置を前記回転プラグに設置し、
前記原子炉容器内で前記炉心の下方に配置された炉心支持板が前記原子炉容器に設置され、前記炉心内に配置された第1内側制御棒案内管の下端部が、前記炉心支持板に取り付けられ、前記炉心内に配置されて前記第1内側制御棒案内管を取り囲む第2外側制御棒案内管の下端部が、前記炉心支持板に取り付けられ、前記主炉停止系制御棒の前記内側制御棒クラスターが前記第1内側制御棒案内管内に配置され、前記主炉停止系制御棒の前記外側制御棒クラスターが前記第1内側制御棒案内管と前記第2外側制御棒案内管の間に形成される環状領域内に配置されたことを特徴とする高速炉。
a reactor vessel; and a rotary plug rotatably installed at an upper end of the reactor vessel and covering the reactor vessel,
a reactor core disposed in the reactor vessel, the reactor core being a main reactor shutdown system control rod having an inner control rod cluster and an annular outer control rod cluster surrounding the inner control rod cluster, the main reactor shutdown system control rod having an inner control rod cluster and an outer control rod cluster, the ...
a control rod moving device for moving the inner control rod cluster of the main reactor shutdown system control rods in the axial direction of the core is provided on the rotating plug;
another control rod movement device for moving the outer control rod cluster of the main reactor shutdown system control rods in the axial direction of the core is provided on the rotating plug;
a core support plate disposed below the core within the reactor vessel is installed on the reactor vessel, a lower end of a first inner control rod guide tube disposed in the core is attached to the core support plate, a lower end of a second outer control rod guide tube disposed in the core and surrounding the first inner control rod guide tube is attached to the core support plate, the inner control rod cluster of the main reactor shutdown system control rod is disposed in the first inner control rod guide tube, and the outer control rod cluster of the main reactor shutdown system control rod is disposed in an annular region formed between the first inner control rod guide tube and the second outer control rod guide tube.
前記主炉停止系制御棒以外に、後備炉停止系制御棒が用いられており、
前記後備炉停止系制御棒は、前記主炉停止系制御棒と同じく、内側制御棒クラスター、及び前記内側制御棒クラスターを取り囲む環状の第2外側制御棒クラスターを有し、
前記後備炉停止系制御棒の前記内側制御棒クラスター及び前記第2外側制御棒クラスターのそれぞれを、前記原子炉容器内に配置された炉心内に配置し、
前記後備炉停止系制御棒の前記内側制御棒クラスターを前記炉心の軸方向に移動させる制御棒移動装置を前記回転プラグに設置し、
前記後備炉停止系制御棒の前記第2外側制御棒クラスターを前記炉心の軸方向に移動させる他の制御棒移動装置を前記回転プラグに設置した請求項1に記載の高速炉。
In addition to the main reactor shutdown control rods, backup reactor shutdown control rods are used.
The backup reactor shutdown system control rod, like the main reactor shutdown system control rod, has an inner control rod cluster and an annular second outer control rod cluster surrounding the inner control rod cluster,
each of the inner control rod cluster and the second outer control rod cluster of the backup reactor shutdown system control rods is disposed in a reactor core disposed in the reactor vessel;
a control rod moving device for moving the inner control rod cluster of the backup reactor shutdown system control rod in the axial direction of the core is provided on the rotating plug;
2. The fast reactor according to claim 1, further comprising another control rod moving device disposed in the rotating plug for moving the second outer control rod cluster of the backup reactor shutdown system control rods in the axial direction of the core.
前記炉心内に配置された第2内側制御棒案内管の下端部が、前記炉心支持板に取り付けられ、前記炉心内に配置されて前記第2内側制御棒案内管を取り囲む第2外側制御棒案内管の下端部が、前記炉心支持板に取り付けられ、前記後備炉停止系制御棒の前記内側制御棒クラスターが前記第2内側制御棒案内管内に配置され、前記後備炉停止系制御棒の前記第2外側制御棒クラスターが前記第2内側制御棒案内管と前記第2外側制御棒案内管の間に形成される環状領域内に配置された請求項2に記載の高速炉。 The fast reactor according to claim 2, wherein the lower end of the second inner control rod guide tube arranged in the core is attached to the core support plate, the lower end of the second outer control rod guide tube arranged in the core and surrounding the second inner control rod guide tube is attached to the core support plate, the inner control rod cluster of the backup reactor shutdown system control rod is arranged in the second inner control rod guide tube, and the second outer control rod cluster of the backup reactor shutdown system control rod is arranged in an annular region formed between the second inner control rod guide tube and the second outer control rod guide tube. 前記外側制御棒クラスターを移動させる前記他の制御棒移動装置は、前記内側制御棒クラスターを移動させる前記制御棒移動装置と移動機構が異なっている請求項1ないし3のいずれか1項に記載の高速炉。 The fast reactor according to any one of claims 1 to 3, wherein the other control rod moving device that moves the outer control rod cluster has a different moving mechanism from the control rod moving device that moves the inner control rod cluster. 前記外側制御棒クラスターを移動させる前記他の制御棒移動装置は巻き取り装置であり、前記外側制御棒クラスターは前記巻き取り装置に巻き取られるロープに吊るされており、
前記内側制御棒クラスターを移動させる前記制御棒移動装置は制御棒駆動機構である請求項4に記載の高速炉。
the other control rod moving device for moving the outer control rod cluster is a winding device, the outer control rod cluster is suspended by a rope that is wound around the winding device,
5. The fast reactor of claim 4, wherein the control rod movement device for moving the inner control rod cluster is a control rod drive mechanism.
前記外側制御棒クラスターは、前記ロープに取り付けられた制御棒保持ユニットに切り離し可能に連結され、前記制御棒保持ユニットを介して前記ロープに吊されている請求項5に記載の高速炉。 The fast reactor of claim 5, wherein the outer control rod cluster is detachably connected to a control rod holding unit attached to the rope and is suspended from the rope via the control rod holding unit. 前記内側制御棒クラスターを移動させる前記制御棒移動装置、及び前記外側制御棒クラスターを移動させる前記他の制御棒移動装置のそれぞれは制御棒駆動機構である請求項1ないし3のいずれか1項に記載の高速炉。 The fast reactor according to any one of claims 1 to 3, wherein the control rod moving device that moves the inner control rod cluster and the other control rod moving device that moves the outer control rod cluster are each a control rod drive mechanism. 原子炉容器内の炉心の炉心燃料領域に配置された、内側制御棒クラスター、及び前記内側制御棒クラスターを取り囲む環状の外側制御棒クラスターを有する制御棒である主炉停止系制御棒の前記内側制御棒クラスター及び前記外側制御棒クラスターを有する高速炉の制御棒操作方法であって、
前記内側制御棒クラスター及び前記外側制御棒クラスターのいずれかを前記炉心燃料領域から引き抜きし、前記内側制御棒クラスター及び前記外側制御棒クラスターのうち、前記炉心燃料領域から引き抜かれた制御棒クラスター以外の制御棒クラスターは前記炉心燃料領域に全挿入されたままになっており、
前記内側制御棒クラスター及び前記外側制御棒クラスターのいずれかを前記炉心燃料領域から引き抜くことによって、前記高速炉の原子炉出力を目標原子炉出力まで増加させることを特徴とする高速炉の制御棒操作方法。
A method for operating a control rod of a fast reactor having an inner control rod cluster and an outer control rod cluster of a main reactor shutdown system control rod, the control rod having an inner control rod cluster and an annular outer control rod cluster surrounding the inner control rod cluster, the control rod being disposed in a core fuel region of a reactor core in a reactor vessel, the method comprising:
either the inner control rod cluster or the outer control rod cluster is withdrawn from the fuel core region, and among the inner control rod cluster and the outer control rod cluster, the control rod clusters other than the control rod cluster withdrawn from the fuel core region remain fully inserted in the fuel core region;
A method for operating a control rod of a fast reactor, comprising the steps of: withdrawing either the inner control rod cluster or the outer control rod cluster from the fuel core region, thereby increasing a reactor power of the fast reactor to a target reactor power .
前記内側制御棒クラスター及び前記外側制御棒クラスターのいずれかが前記炉心燃料領域から全引き抜きされた後、前記高速炉の原子炉出力が前記目標原子炉出力から低下するときには、前記内側制御棒クラスター及び前記外側制御棒クラスターのうち、前記炉心燃料領域から全引き抜きされた制御棒クラスター以外の制御棒クラスターを前記炉心燃料領域から引き抜いて、前記高速炉の原子炉出力を前記目標原子炉出力に維持する請求項に記載の高速炉の制御棒操作方法。 9. The method for operating a control rod of a fast reactor according to claim 8, wherein when a reactor power of the fast reactor falls below the target reactor power after either the inner control rod cluster or the outer control rod cluster has been completely withdrawn from the fuel core region, one of the inner control rod cluster and the outer control rod cluster other than the control rod cluster completely withdrawn from the fuel core region is withdrawn from the fuel core region from the fuel core region, thereby maintaining the reactor power of the fast reactor at the target reactor power . 前記高速炉は、前記主炉停止系制御棒と同じく、内側制御棒クラスター、及び前記内側制御棒クラスターを取り囲む環状の第2外側制御棒クラスターを含む後備炉停止系制御棒を有しており、
前記後備炉停止系制御棒の前記内側制御棒クラスター及び前記第2外側制御棒クラスターのいずれも前記炉心燃料領域から引き抜かれ、前記内側制御棒クラスター及び前記第2外側制御棒クラスターのうち、前記炉心燃料領域から引き抜かれた制御棒クラスター以外の制御棒クラスターも前記炉心燃料領域に全挿入されたままになっている請求項8に記載の高速炉の制御棒操作方法。
The fast reactor has a backup reactor shutdown system control rod including an inner control rod cluster and an annular second outer control rod cluster surrounding the inner control rod cluster, similar to the main reactor shutdown system control rod;
9. The control rod operation method for a fast reactor according to claim 8, wherein both the inner control rod cluster and the second outer control rod cluster of the backup reactor shutdown system control rods are withdrawn from the core fuel region, and among the inner control rod cluster and the second outer control rod cluster, control rod clusters other than the control rod cluster withdrawn from the core fuel region remain fully inserted in the core fuel region.
前記高速炉は、前記原子炉容器の上端部に回転可能に設置され、前記原子炉容器を覆う回転プラグと、前記回転プラグに設置された巻き取り装置とを備え、
前記炉心燃料領域から引き抜かれる前記内側制御棒クラスター及び前記外側制御棒クラスターのいずれかは、巻き取り装置によって、前記炉心燃料領域の軸方向に移動され、
前記巻き取り装置に巻き取られるロープに取り付けられた制御棒保持ユニットに切り離し可能に連結される、前記炉心燃料領域から引き抜かれる前記内側制御棒クラスター及び前記外側制御棒クラスターのいずれかは、スクラム信号によって制御棒保持ユニットから切り離されたときに、前記炉心燃料領域において落下する請求項8又は9に記載の高速炉の制御棒操作方法。
The fast reactor includes a rotary plug that is rotatably installed at an upper end of the reactor vessel and covers the reactor vessel, and a winding device that is installed on the rotary plug,
Either the inner control rod cluster or the outer control rod cluster to be withdrawn from the core fuel region is moved in the axial direction of the core fuel region by a winding device;
10. The method for operating a control rod of a fast reactor according to claim 8 or 9, wherein either the inner control rod cluster or the outer control rod cluster to be withdrawn from the fuel core region and detachably connected to a control rod holding unit attached to a rope wound around the winding device falls in the fuel core region when detached from the control rod holding unit by a scram signal.
前記高速炉は、前記原子炉容器の上端部に回転可能に設置され、前記原子炉容器を覆う回転プラグと、前記回転プラグに設置された制御棒駆動機構とを備え、
前記炉心燃料領域から引き抜かれる前記内側制御棒クラスター及び前記外側制御棒クラスターのいずれかは、前記制御棒駆動機構によって、前記炉心燃料領域の軸方向に移動される請求項8又は9に記載の高速炉の制御棒操作方法。
The fast reactor includes a rotating plug that is rotatably installed at an upper end of the reactor vessel and covers the reactor vessel, and a control rod drive mechanism that is installed on the rotating plug,
10. The method for operating a control rod in a fast reactor according to claim 8 or 9 , wherein either the inner control rod cluster or the outer control rod cluster to be withdrawn from the fuel core region is moved in the axial direction of the fuel core region by the control rod drive mechanism.
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