JPH04235385A - 高速増殖炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】〔発明の目的〕

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は発電を目的とした高速増
殖炉に係り、特に燃料集合体内および炉心内に中性子吸
収物質を装荷した高速増殖炉に関する。

【０００３】

【従来の技術】一般に、ナトリウムを冷却材とする高速
増殖炉においては、何らかの原因により冷却材流量の減
少が生ずると冷却材温度が上昇し、冷却材密度の減少に
よって反応度が投入される。その反応度は原子炉の出力
規模に依存し、小型炉では負であるが中型炉・大型炉で
は正の値となる。その境界の出力規模は概ね原子炉の電
気出力が約１０万ＫＷ〜２０万ＫＷである。

【０００４】したがって、中型炉・大型炉では冷却材密
度の減少により正の反応度が増大して炉心出力が上昇す
ることとなり、万一制御棒による炉停止が行われない場
合には炉心の損傷を招く事故に進展する可能性がある。 このナトリウム（冷却材）による正の反応度は中性子も
れの増大や中性子スペクトルの軟化により低減できるこ
とから、従来から炉心内に中性子吸収物質を装荷したり
、または炉心高さを低く偏平化して中性子もれを増大し
たり、ベリリウムや水素化ジルコニウム等の中性子減速
材を装荷して中性子スペクトルを軟化させる等の手段が
採られていた。

【０００５】図８は中性子吸収物質を装荷した従来の燃
料集合体１を示し、この燃料集合体１には中性子吸収物
質を主成分とする中性子吸収ピン２が中央部に配置され
、その周囲にプルトニウムとウランの混合物よりなる炉
心燃料ピン（燃料棒）３が配置されている。しかし、こ
の燃料集合体では、炉心燃料ピン３に親物質が含まれて
おらず、中性子吸収物質にて中性子が吸収されるために
、増殖特性が好ましいものではなかった。

【０００６】また、図９は中性子吸収体を集合体の単位
で配置した従来の高速増殖炉の炉心構成を示す。この炉
心５では、中心部に中性子吸収体のみを含む集合体６が
、この集合体６の外周側の炉心中央領域には炉心燃料の
みを含む炉心燃料集合体７が直接隣り合う状態で配置さ
れる。上記炉心では、炉心燃料集合体７の外周側に径方
向ブランケット集合体８が、その外側に反射体９がそれ
ぞれ配置されて構成される。符号Ｃは制御棒である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
高速増殖炉の炉心５や燃料集合体１においては、反応度
を低減させるために炉心からの中性子洩れの増大や中性
子スペクトルの炉心内に中性子吸収物質を装荷する手段
としては、図８に示すように燃料集合体１の一部に中性
子吸収ピン２を配置するか、図９に示すように中性子吸
収体のみを含む集合体６を燃料集合体５の間の中央部に
介在させているが、いずれも炉心燃料と中性子吸収物質
とが直接隣接することとなり、ナトリウムによる正の反
応度を減少させることができるものの、通常運転時にも
中性子吸収物質に中性子が無駄に吸収されるため、中性
子経済が悪化し増殖特性が低下する。そのため、増殖特
性を可及的に低下させずにナトリウムによる正の反応度
を減少することのできる方策が望まれている。

【０００８】本発明は上述した事情を考慮してなされた
もので、冷却材密度減少に伴う正の反応度の増加が小さ
く、かつ通常運転時にも中性子経済を改善して増殖特性
に優れた高速増殖炉を提供することを目的とする。

【０００９】本発明の他の目的は、炉心内に装荷される
中性子吸収物質の配置を工夫して増殖特性を向上させた
高速増殖炉を提供するにある。 〔発明の構成〕

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係る高速増殖炉
は、上述した目的を達成するために、請求項１に記載し
たように、プルトニウムとウランの混合物を主成分とす
る炉心燃料集合体を炉心部に配置してナトリウムを冷却
材とする炉心を構成し、前記炉心燃料集合体は、炭化硼
素等の中性子吸収断面積の大きい物質を主成分とした中
性子吸収物質を有し、かつ、この中性子吸収物質とその
周辺に配置される炉心燃料の間には劣化ウラン等中性子
を吸収してプルトニウムを生じる親物質を配置したもの
である。

【００１１】また、上述した目的を達成するために、請
求項２に記載したように、炉心燃料のみを含む燃料集合
体、親物質のみを含む集合体および中性子吸収物質のみ
を含む集合体から炉心を構成し、かつ、前記炉心燃料の
みを含む燃料集合体と前記中性子吸収物質のみを含む集
合体の間に前記親物質のみを含む集合体を配置したもの
である。

【００１２】

【作用】上記の構成を有する本発明の高速増殖炉におい
て、中性子吸収物質と炉心燃料との間には親物質が配置
されており、通常運転時には炉心燃料内で各核分裂によ
り発生した中性子の一部は親物質へ向かい、親物質の劣
化ウランに捕獲され、プルトニウムを生成するが、この
親物質を越えて通り過ぎた中性子は中性子吸収物質へ到
達して吸収されるので、この中性子吸収物質で無駄に吸
収される中性子の数は少なくなっている。そのため、中
性子吸収物質を配置したことによる増殖特性の悪化は、
燃料集合体内に中性子吸収ピンと炉心燃料ピンを直接隣
接させる場合や中性子吸収ピンのみを含む集合体と炉心
燃料のみを含む集合体を直接隣接させる場合に比べて少
ない。

【００１３】一方、冷却材流量低下時においては冷却材
密度の減少により中性子の飛程が増大し、通常運転時に
比べて親物質に吸収されずに中性子吸収物質に吸収され
る中性子が増大する。中性子吸収物質での中性子の吸収
により、増殖特性を低下させず冷却材による正の反応度
を小さくすることが可能となる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明に係る高速増殖炉の一実施例を
図面について添付参照して説明する。

【００１５】図１は本発明に係る高速増殖炉の炉心部に
装荷される燃料集合体を示し、この燃料集合体１０の内
部に炉心燃料の他に中性子吸収物質と親物質を配置して
いる。この燃料集合体１０の中央部には炭化硼素等の中
性子吸収物質を主成分とした中性子吸収ピン１１が配置
され、その周囲には劣化ウラン等の親物質を主成分とす
る親物質ピン１２が配置され、さらにその周囲にはプル
トニウムとウランとの混合物（炉心燃料）を主成分とす
る炉心燃料ピン１３が配置されている。これらのピン全
体がラッパ管１４と言われるさやの中に収納されている
。各ピン１１，１２，１３の直径は例えば約１ｃｍであ
り、ラッパ管１４の内面間距離は例えば、約３０ｃｍ、
ラッパ管４の等肉厚は例えば約０．５ｃｍである。なお
、炉心の冷却材としては液体ナトリウムが使用されてい
る。

【００１６】この燃料集合体１０において、通常運転時
には炉心燃料である炉心燃料ピン１３内で核分裂により
発生した中性子の一部は親物質ピン１２へ向かい、親物
質の主成分である劣化ウラン２３８　で捕獲される。劣
化ウランは中性子を捕獲してプルトニウム２３９　を生
成している。この親物質ピン１２越えて通過する中性子
は中性子吸収ピン１１へ到達し、この中性子吸収ピン１
１にて吸収される。このため中性子吸収ピン１１に吸収
される中性子の数は少なくなっている。この中性子吸収
ピン１１と炉心燃料ピン１３との間に親物質ピン１２を
配置することにより、増殖特性の悪化は中性子吸収ピン
と炉心燃料ピンを直接隣り合せ、親物質ピンを含まない
従来の燃料集合体に比べて少ない。

【００１７】一方、冷却材流量低下時においては、冷却
材密度の減少により中性子の飛程が増大し、通常運転時
に比べて親物質ピン１２に吸収されずに中性子吸収ピン
１１に吸収される中性子が増大する。これによって、冷
却材密度の減少による正の反応度は、増殖特性を低下さ
せず、小さくすることができる。

【００１８】図２および図３は本発明に係る高速増殖炉
の第２実施例を示すものである。

【００１９】この実施例に示された高速増殖炉は、図２
に示す炉心構造を有し、この炉心２０は炉心中央領域に
炉心燃料のみを含む燃料集合体２１が主に配置され、こ
の燃料集合体２１の外周側に径方向ブランケット集合体
２２が、その外側に反射体２３がそれぞれ配置される。

【００２０】また、炉心中央領域には、制御棒２４が複
数体分散配置される一方、その中心部に中性子吸収体と
劣化ウラン等の親物質を含む集合体２５が例えば複数体
配置されて中央集合体群が形成される。この中央集合体
群の外側に一列あるいは複数列置きに、集合体２５が周
方向に列状に１個あるいは複数個ずつ所定の間隔をおい
て交互に配置される。このようにして、中性子吸収体と
親物質を含む集合体２５は、炉心中央領域で燃料集合体
２１に隣接して配置され、非均質炉心を構成している。

【００２１】この非均質炉心２０に配置される集合体２
５は、図３に示すように構成され、ラッパ管２６内の中
央部に複数本の中性子吸収ピン２７が配置され、この中
性子吸収ピン群の周囲に劣化ウラン等の親物質ピン２８
が配置される。中性子吸収ピン２７には、炭化等の中性
子吸収物質を主成分とした中性子吸収材が収容される。 その寸法は、親物質ピン２８等の直径が約１．５ｃｍで
あり、ラッパ管２６厚さは約０．５ｃｍである。

【００２２】また、非均質炉心２０に配置される燃料集
合体２１は図４に示すように炉心燃料ピン３１のみを含
む。図２に示すように、炉心燃料のみを含む燃料集合体
２１とは別に中性子吸収体を備えた集合体を配置して冷
却材による正の反応度を低減させる場合、本実施例にお
いては、中性子吸収体と親物質を含む集合体２５と炉心
燃料のみを含む集合体２１とが隣接するように配置する
ことにより、この非均質炉心２０は図１に示す燃料集合
体と同様な作用効果が得られる。

【００２３】この非均質炉心２０において、通常運転時
には炉心燃料の核分裂により生じた中性子の一部は集合
体２５の親物質ピン２８へ吸収されるので、中央部の中
性子吸収ピン２７へ到達する中性子量が少なく、無駄に
吸収される中性子が少なくなる。このわうに、集合体２
５は外周側に親物質ピン２８を介装したので、通常運転
時に中性子吸収体を炉心燃料に直接隣合せる従来の炉心
に比べ増殖特性の悪化は少ない。

【００２４】一方、冷却材流量減少時においては、中性
子飛程の増大により通常運転時に比べ中性子吸収ピン２
７に吸収される中性子が増大し冷却材密度減少時の正の
反応度を低減させることができる。本実施例では図１に
示す実施例と比べて燃料集合体２１の大きさは小さい。 これは図１の実施例と同じような大きさの燃料集合体の
場合、親物質の広がりが大きくなり過ぎて、冷却材密度
減少時に炉心燃料から中性子吸収体へ到達する中性子が
少なく正の反応度を低減する効果が小さくなるので、本
実施例では燃料集合体の大きさを小さくし、図１に示す
実施例より小型化することができる。

【００２５】図５は本発明の高速増殖炉の第３実施例を
示すものである。この実施例に示された高速増殖炉は、
炉心３３の構成を、第１，第２実施例とは異なり、炉心
燃料、親物質、中性子吸収物質をそれぞれ独立した集合
体３５，３６，３７単位で配置したものである。集合体
３５，３６，３７の各寸法は前記第１，第２実施例より
もさらに小さくラッパ管の内面間距離は約１５ｃｍとな
っている。本実施例においては図６に示す中性子吸収体
（中性子吸収ピン３８）のみをラッパ管３７内に含む集
合体３７と、図４に示す炉心燃料のみを含む燃料集合体
２１と同様の構成の燃料集合体３５とが図７に示す親物
質（親物質ピン４０）のみをラッパ管４１内に含む集合
体３６を介して配置されている。この実施例によれば、
前記第１，第２実施例と全く同様な作用により、増殖特
性を低下させずに冷却材密度減少時の正の反応度を低減
することができる。

【００２６】なお、本発明の各実施例では、径方向ブラ
ンケット集合体の詳細な構成を説明しているが、このブ
ランケット集合体は、ラッパ管内中央部に中性子吸収物
質が、その周囲に劣化ウラン等の親物質をそれぞれ配置
して構成してもよい。

【００２７】

【発明の効果】以上述べたように本発明に係る高速増殖
炉においては、炉心燃料と中性子吸収物資との間に親物
質を配置したので、炉心燃料と中性子吸収物質とが直接
隣り合うことがなく、中性子経済を改善し、従来例と比
較して増殖特性を悪化させることなく、冷却材による正
の反応度を低下させることができ、炉心出力の上昇によ
る炉心損傷を抑制でき、安全な高速炉を提供することが
できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る高速増殖炉の第１実施例を示すも
ので、炉心に装荷される燃料集合体を示す横断面図。

【図２】本発明に係る高速増殖炉の第２実施例を示す炉
心構成図。

【図３】図２の炉心に装荷される中性子吸収体と親物質
を含む集合体を示す横断面図。

【図４】図２の炉心に装荷される炉心燃料のみを含む燃
料集合体を示す横断面図。

【図５】本発明に係る高速増殖炉の第３実施例における
炉心の構成を示す横断面図。

【図６】図５の炉心に装荷される中性子吸収体のみを含
む集合体を示す横断面図。

【図７】図５の炉心に装荷される親物質のみを含む集合
体を示す横断面図。

【図８】従来の高速増殖炉において中性子吸収体を装荷
した燃料集合体を示す横断面図。

【図９】中性子吸収体を集合体単位で配置した従来の高
速増殖炉の炉心構成を示す横断面図。

【符号の説明】

１０　　燃料集合体 １１，２７　　中性子吸収ピン １２，２８　　親物質ピン １３，３１　　炉心燃料ピン １４，２６，３０，３９，４１　　ラッパ管２０，３３
　　炉心 ２１，３５　　炉心燃料のみを含む燃料集合体２２　　
径方向ブランケット集合体 ２３　　反射体 ２４　　制御棒 ２５　　中性子吸収体と親物質を含む集合体２７　　中
性子吸収ピン ３６　　親物質のみを含む集合体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　プルトニウムとウランの混合物を主成
   分とする炉心燃料集合体を炉心部に配置してナトリウム
   を冷却材とする炉心を構成し、前記炉心燃料集合体は、
   炭化硼素等の中性子吸収断面積の大きい物質を主成分と
   した中性子吸収物質を有し、かつ、この中性子吸収物質
   とその周辺に配置される炉心燃料の間には劣化ウラン等
   中性子を吸収してプルトニウムを生じる親物質を配置し
   たことを特徴とする高速増殖炉。
2. 【請求項２】　　炉心燃料のみを含む燃料集合体、親物
   質のみを含む集合体および中性子吸収物質のみを含む集
   合体から炉心を構成し、かつ、前記炉心燃料のみを含む
   燃料集合体と前記中性子吸収物質のみを含む集合体の間
   に前記親物質のみを含む集合体を配置したことを特徴と
   する高速増殖炉。