JPH0511086A - 原子炉の燃料集合体及び原子炉の炉心 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】高速増殖炉の過渡事象時に冷却材の温度が上昇
しても、炉心の反応度増大を緩和できると同時に、従来
よりも物量削減が可能な燃料集合体、及びそれで構成し
た炉心を実現する。 【構成】燃料要素束１１の軸方向中央部より冷却材上流
側に偏って燃料親物質を主成分とするブランケット燃料
１７、これを挾んで核分裂性物質を富化した炉心燃料を
配置し、燃料要素束の冷却材下流側の端部に中性子反射
領域１２を設け、その冷却材流路断面積を燃料要素束の
それより大きくした燃料集合体と、その燃料集合体を装
荷した炉心。 【効果】高速増殖炉において、冷却材流量減少などの原
子炉の過渡事象に対する高い固有の安全性を実現、及び
物量を削減。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液体金属冷却型高速増殖
炉に係わり、とくに冷却材温度上昇時の炉心の反応度の
制御性向上に好適な燃料集合体、及びそれで構成した炉
心に関する。

【０００２】

【従来の技術】本発明に技術的に近い公知例としては、
（１）ディー・オクラント，リアクティヴィティ コエ
フィシャンツ イン ラージ ファスト パワーリアク
ター，第１２６頁，アカデミック プレス（１９７０）
(D. Okrent, ReactivityCoefficients in Large Fast P
ower Reactors, ｐ１２６, Academic Press（１９７
０))（２） ヴィ・マトベーエフ他，プロシーディング
ス オブ ファスト リアクター セーフティ ミーテ
ィング，第２巻，第２５頁から第３４頁（１９９０年）
(V. Matveev, et al., Proceedings of International
FastReactor Safety Meeting, Ｖol．２，ｐ２５〜ｐ３
４(１９９０)）が存在する。従来、高速増殖炉の燃料集
合体は、例えば、三木良平著，「高速増殖炉」（日刊工
業新聞）に記載のように、核燃料物質を被覆管に封入し
て多数束ねた燃料要素束とこれを取り囲むラッパ管，燃
料要素束の上方にあり、中性子を散乱する物質を有する
中性子反射領域と冷却材流出部、及び燃料要素束の下方
にある冷却材流入部からなる。また、燃料要素は、上下
端部に栓のある被覆管，核分裂性物質を富化した炉心燃
料ペレット、あるいは燃料親物質を主成分とするブラン
ケット燃料ペレット、および核分裂反応で生成された気
体を収納するためのガスプレナムからなる。冷却材に
は、ナトリウムなどの液体金属が使用される。

【０００３】炉心は、前記炉心燃料ペレットを装荷した
炉心燃料集合体を複数個束ねた炉心領域と、これを取り
囲む、前記ブランケット燃料ペレットを装荷したブラン
ケット燃料集合体を複数個束ねた径方向ブランケット領
域とからなる。

【０００４】前記公知例（１)，(２）では、炉心燃料領
域の上方に液体ナトリウム領域を設けた炉心が開示され
ている。また、前記公知例（２）では、炉心燃料領域の
上方に液体ナトリウム領域を設けるとともに、炉心の軸
方向中央部にブランケット燃料を設置する構成が開示さ
れている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】一般に、液体ナトリウ
ム冷却型高速増殖炉において、冷却材である液体ナトリ
ウムの温度上昇にともない炉心の反応度が変化すること
が、例えば、前出、「高速増殖炉」において、論じられ
ている。すなわち、原子炉の過渡事象時に液体ナトリウ
ムの温度が上昇すると、熱膨張によりナトリウムの密度
が減少するため、中性子はナトリウム原子に衝突しにく
くなり、その結果、炉心領域の中性子の平均エネルギー
が増大するため、炉心の反応度は増大する傾向を示す。

【０００６】この反応度の増大傾向を緩和するために、
公知例（１)，(２）では、炉心燃料領域の上方に、中性
子反射領域として液体ナトリウム領域を設けることが提
案されているが、十分な効果を得るためには、前記ナト
リウム領域の厚さを極めて大きくする必要があり、その
ため燃料集合体の全長が増大するという問題があった。

【０００７】本発明の第１の目的は、原子炉の過渡事象
時に液体ナトリウムの温度が上昇した際、炉心領域から
漏洩する中性子束の分布を考慮することにより、燃料集
合体全長の増大への影響を最小限に抑えつつ、炉心の反
応度増大を緩和できる燃料集合体を提供することにあ
り、第２の目的は、その燃料集合体で構成した炉心を提
供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るための本発明の第１手段は、核分裂性物質を富化した
炉心燃料，燃料親物質を主成分とするブランケット燃
料，前記燃料を被覆管に封入した燃料要素，前記燃料要
素を束ね、燃料要素間の間隙を冷却材の流路とする燃料
要素束，中性子を散乱する物質と冷却材流路を有する中
性子反射領域，前記燃料要素束と中性子反射領域を囲設
するラッパ管，前記ラッパ管の両端にある冷却材流入部
と冷却材流出部からなる燃料集合体において、燃料要素
が冷却材流れの上流側の炉心燃料領域，冷却材下流側の
炉心燃料領域，前記両炉心燃料領域に挾まれたブランケ
ット燃料領域からなり、冷却材流れの下流側炉心燃料領
域の長さが冷却材流れの上流側炉心燃料領域の長さより
大きいこと、および前記中性子反射領域が前記燃料要素
束の冷却材流れの下流側にあり、その冷却材流路断面積
が、前記燃料要素束の冷却材流路断面積より大きいこと
を特徴とする原子炉の燃料集合体である。

【０００９】上記第２の目的を達成するための本発明の
第２の手段は、第１の手段に記載の原子炉の燃料集合体
を第１の燃料集合体として備え、核分裂性物質を富化し
た炉心燃料を被覆管に封入した燃料要素，前記燃料要素
を束ね、燃料要素間の間隙を冷却材の流路とする燃料要
素束，前記燃料要素束の冷却材流れの下流側にあり、中
性子を散乱する物質と冷却材流路を有する中性子反射領
域，前記燃料要素束と前記中性子反射領域を囲設するラ
ッパ管，前記ラッパ管の両端にある冷却材流入部と冷却
材流出部からなる原子炉の燃料集合体を第２の燃料集合
体として備え、これら各燃料集合体を、複数個束ねて構
成する原子炉の炉心において、前記炉心半径方向の内側
領域に前記第１の燃料集合体が、前記炉心半径方向の外
側領域に前記第２の燃料集合体があることを特徴とする
原子炉の炉心であり、同じく第３手段は、第１の手段に
記載の原子炉の燃料集合体を第１の燃料集合体として備
え、核分裂性物質を富化した炉心燃料を被覆管に封入し
た燃料要素，前記燃料要素を束ね、燃料要素間の間隙を
冷却材の流路とする燃料要素束，前記燃料要素束の冷却
材流れの下流側にあり、中性子を散乱する物質と冷却材
流路を有する中性子反射領域，前記燃料要素束と前記中
性子反射領域を囲設するラッパ管，前記ラッパ管の両端
にある冷却材流入部と冷却材流出部からなる原子炉の燃
料集合体を第２の燃料集合体として備え、これら各燃料
集合体を、複数個束ねて構成する原子炉の炉心におい
て、前記炉心半径方向の内側領域に前記第１の燃料集合
体が、前記炉心半径方向の外側領域に前記第２の燃料集
合体があり、前記第１の燃料集合体の燃料要素束上端
が、前記第２の燃料集合体の燃料要素束上端より冷却材
流れの上流側に位置するとともに、前記第１の燃料集合
体の前記中性子反射領域の長さが、前記第２の燃料集合
体の前記中性子反射領域の長さより大きいことを特徴と
する原子炉の炉心であり、同じく第４の手段は、核分裂
性物質を富化した炉心燃料，燃料親物質を主成分とする
ブランケット燃料，前記燃料を被覆管に封入した燃料要
素，前記燃料要素を束ね、燃料要素間の間隙を冷却材の
流路とする燃料要素束，中性子を散乱する物質と冷却材
流路を有する中性子反射領域，前記燃料要素束と中性子
反射領域を囲設するラッパ管，前記ラッパ管の両端にあ
る冷却材流入部と冷却材流出部からなる燃料集合体を備
えた原子炉の炉心において、燃料要素が冷却材流れの上
流側の炉心燃料領域，冷却材下流側の炉心燃料領域，前
記両炉心燃料領域に挾まれたブランケット燃料領域から
なり、冷却材流れの下流側炉心燃料領域の長さが冷却材
流れの上流側炉心燃料領域の長さと同等であり、および
前記中性子反射領域が前記燃料要素束の冷却材流れの下
流側にあり、その冷却材流路断面積が、前記燃料要素束
の冷却材流路断面積より大きい第１の燃料集合体と、核
分裂性物質を富化した炉心燃料を被覆管に封入した燃料
要素，前記燃料要素を束ね、燃料要素間の間隙を冷却材
の流路とする燃料要素束，前記燃料要素束の冷却材流れ
の下流側にあり、中性子を散乱する物質と冷却材流路を
有する中性子反射領域，前記燃料要素束と前記中性子反
射領域を囲設するラッパ管，前記ラッパ管の両端にある
冷却材流入部と冷却材流出部からなる原子炉の燃料集合
体を第２の燃料集合体とを備え、前記炉心半径方向の内
側領域に前記第１の燃料集合体が、前記炉心半径方向の
外側領域に前記第２の燃料集合体があり、前記第１の燃
料集合体の燃料要素束上端が、前記第２の燃料集合体の
燃料要素束上端より冷却材流れの上流側に位置するとと
もに、前記第１の燃料集合体の前記中性子反射領域の長
さが、前記第２の燃料集合体の前記中性子反射領域の長
さより大きいことを特徴とする原子炉の炉心であり、同
じく第５の手段は、核分裂性物質を富化した炉心燃料を
被覆管に封入した燃料要素，前記燃料要素を束ね、燃料
要素間の間隙を冷却材の流路とする燃料要素束，前記燃
料要素束の冷却材下流側にあり、中性子を散乱する物質
と冷却材流路を有する中性子反射領域，前記燃料要素束
および中性子反射領域を囲設するラッパ管，前記ラッパ
管の下端および上端にある冷却材流入部と冷却材流出部
からなる第１の燃料集合体と、燃料集合体の燃料要素束
上端が、前記第１の燃料集合体の燃料要素束上端より冷
却材流れの下流側に位置し、燃料集合体の中性子反射領
域の長さが、前記第１の燃料集合体の中性子反射領域の
長さより小さい第２の燃料集合体を複数個束ねて構成す
る原子炉の炉心において、炉心半径方向の内側領域に第
１の燃料集合体が、炉心半径方向の外側領域に第２の燃
料集合体があることを特徴とする炉心である。

【００１０】

【作用】第１の手段によれば、第１の手段に記載の燃料
集合体を使用した炉心では、炉心の軸方向中央よりも冷
却材上流側に偏ってブランケット燃料領域を置く構成と
なるから、冷却材温度が最大となる炉心の冷却材流れの
下流側端部（炉心上端）付近の中性子束レベルを高い状
態に保っている。したがって、原子炉の過渡事象時に冷
却材の温度が上昇し、熱膨張により冷却材の密度が減少
した場合、炉心の冷却材流れの下流側に設けた、冷却材
体積割合の大きい前記中性子反射領域を通じた中性子の
漏洩が促進されるので、反応度の増大が緩和される作用
が得られる。

【００１１】第２の手段によれば、反応度の増大が大き
く現われやすい炉心中央部に第１手段に記載の燃料集合
体をおいて第１の手段による上述作用を炉心内側領域に
おいてもたらし、炉心外側領域では、炉心領域途中にブ
ランケツト燃料の無い単純構成の燃料集合体で燃焼作用
をなし、炉心全体として反応度の増大が緩和される作用
が得られる。

【００１２】第３の手段によれば、第２の手段による上
述の作用に加えて、反応度の増大が大きく現われやすい
炉心内側領域の中性子反射領域が炉心外側領域のそれよ
りも厚くなり、反応度の増大が大きく現われやすい炉心
内側領域の反応度の増大が緩和される作用がより良くな
される。

【００１３】第４の手段によれば、炉心内部のブランケ
ツト燃料領域が同等厚みの上下の炉心燃料領域に挾まれ
ている炉心燃料配置であっても、中性子反射領域が逆凸
縦断面形状と成って、炉心燃料領域と隣接する中性子反
射領域の面積を広げることが出来て冷却材の加熱状態に
おいて炉心半径方向の内側領域ほど、中性子が炉心から
漏洩し易い状態を作り出して、反応度の増大が大きく現
われやすい炉心内側領域の反応度を良く抑制して、炉心
全体の反応度を抑制できる作用が得られる。

【００１４】第５の手段によれば、炉心内部にブランケ
ツト燃料領域を備えない炉心燃料配置であっても、中性
子反射領域が逆凸縦断面形状と成って、炉心燃料領域と
隣接する中性子反射領域の面積を広げることが出来て冷
却材の加熱状態において炉心半径方向の内側領域ほど、
中性子が炉心から漏洩し易い状態を作り出して、反応度
の増大が大きく現われやすい炉心内側領域の反応度を良
く抑制して、炉心全体の反応度を良く抑制できる作用が
得られる。

【００１５】

【実施例】以下、冷却材として液体ナトリウムを使用す
る場合について、本発明の一実施例を図面を参照しなが
ら説明する。

【００１６】図１，図２は、ナトリウムを冷却材として
利用する液体金属冷却型高速増殖炉の炉心に装荷される
各種の燃料集合体の構成図であり、図１に示された燃料
集合体内に内蔵される燃料要素は図３に、同じく図２に
示された燃料集合体に内蔵される燃料要素は図４にそれ
ぞれ示されている。図５は、図１，図２に示した各燃料
集合体を使用した炉心の構成図である。

【００１７】本実施例の燃料集合体では、冷却材下流側
の炉心燃料領域長さを冷却材上流側の炉心燃料領域長さ
より大きくとることにより、両炉心燃料領域に挾まれた
ブランケット燃料領域を炉心の軸方向中央よりも冷却材
上流側に偏って置いたこと、および中性子反射領域体と
してのナトリウム領域を燃料要素束の冷却材下流側に設
け、その冷却材流路断面積を、燃料要素束の流路断面積
より大きくしたことが特徴である。

【００１８】図１において、燃料集合体１は、核燃料物
質を充填した燃料要素１０とこれを束ねた燃料要素束１
１，燃料要素束の冷却材下流側のナトリウム領域１２、
これらを取り囲むラッパ管３０と、ラッパ管上端の冷却
材流出部３１，ラッパ管下端の冷却材流入部３２などか
らなる。なお、図示していないが、冷却材の液体ナトリ
ウムは、燃料要素束１１の間隙を、下から上へ向かって
流れる。また、図２の燃料集合体２は、核燃料物質を充
填した燃料要素２０とこれを束ねた燃料要素束２１，燃
料要素束の冷却材下流側のナトリウム領域２２，これら
を取り囲むラッパ管３０と、ラッパ管上端の冷却材流出
部３１，ラッパ管下端の冷却材流入部３２などからな
る。

【００１９】図３において、燃料要素１０は、被覆管１
３，上部端栓１４，下部端栓１５，冷却材上流側の炉心
燃料ペレット１６ａ，冷却材下流側の炉心燃料ペレット
16ｂ，ブランケット燃料ペレット１７、およびガスプレ
ナム１８からなる。

【００２０】各部の寸法は、被覆管の内径６.７mm に対
して、ペレット直径が６.５mm 、ペレット長さが１０.
０mm である。冷却材上流側の炉心燃料ペレット長さの
合計は３５cm、冷却材下流側の炉心燃料ペレット長さの
合計は４５cm、ブランケット燃料ペレット長さの合計は
２０cmである。ナトリウム領域１２の冷却材流路断面積
は、燃料要素束の流路断面積の２.５ 倍である。

【００２１】また、図４の燃料要素２０は、被覆管１
３，上部端栓１４，下部端栓１５，炉心燃料ペレット１
６ｃ、およびガスプレナム１８からなる。各部の寸法
は、被覆管の内径６.７mm に対して、ペレット直径が
６.５mm 、ペレット長さが１０.０mmである。炉心燃料
ペレット長さの合計は１００cmである。ナトリウム領域
２２の冷却材流路断面積は、燃料要素束の流路断面積の
２.５ 倍である。

【００２２】いずれの燃料要素も、炉心燃料はプルトニ
ウムとウランの酸化物の混合物、ブランケット燃料は劣
化ウランの酸化物、被覆管はステンレススチールであ
る。

【００２３】図５において、炉心は、本発明に基づく前
記炉心燃料集合体１を複数個円柱形状に束ねた内側炉
心、その周りを複数個の燃料集合体２で囲む外側炉心、
およびその周りを複数個のブランケット燃料集合体３で
囲む径ブランケットからなる。燃料集合体１と燃料集合
体２の炉心燃料のプルトニウム富化度は同一である。燃
料集合体２の燃料要素には、炉心燃料ペレットだけを充
填する。径方向ブランケット燃料集合体３の燃料要素に
は、ブランケット燃料ペレットだけを充填する。冷却材
流量が減少するような原子炉過渡事象を仮想した場合、
冷却材であるナトリウムの温度が上昇すると、炉心領域
全体で中性子の平均エネルギーが増大するので反応度が
高くなる。しかしながら、本発明に基づく炉心では、炉
心燃料集合体１においてブランケット燃料１７を炉心領
域の軸方向中央より冷却材上流側に５cm偏って設けたこ
とにより、炉心の反応度に最も寄与する炉心の半径方向
中央領域上端部の中性子束レベルが高くなり、ナトリウ
ム温度が上昇すると、ナトリウム領域１２，２２を通じ
た中性子の漏洩が促進されるため、炉心の反応度増大を
抑制できる。

【００２４】一方、前記従来技術（１）あるいは（２）
では、炉心領域の内側にブランケット燃料がない（従来
技術（１））か、あっても炉心領域の軸方向中央に設け
てあり（従来技術（２））、反応度への寄与が大きい炉
心の半径方向中央領域上端部の中性子束レベルが低いた
め、反応度の増大抑制に関して本発明にみられるような
効果は得られない。前記従来技術において、炉心の反応
度増大を抑制するには、ナトリウム領域を十分長くとる
必要があるが、これは燃料集合体全長を増大させるので
経済的に不利となる。

【００２５】したがって、本実施例によれば、燃料集合
体全長の増大への影響を最小限に抑えつつ、冷却材流量
減少などのプラント過渡事象時の反応度増大を緩和でき
る炉心を提供できる。

【００２６】本発明の第２の実施例を図６（炉心の構成
図）に示す。図６において、炉心は、第１の実施例と同
様に、本発明に基づく前記炉心燃料集合体１を複数個円
柱形状に束ねた内側炉心、その周りを複数個の燃料集合
体２で囲む外側炉心、およびその周りを複数個のブラン
ケット燃料集合体３で囲む径ブランケットからなる。こ
の炉心では、炉心燃料集合体１のナトリウム領域の長さ
を、炉心燃料集合体２のそれより１０cm大きくした（し
たがって、炉心燃料集合体１の燃料要素束上端は、炉心
燃料集合体２のそれより１０cm上流側にある。）こと、
および炉心燃料集合体１のブランケット燃料１７を、炉
心領域の軸方向中央に設けたことが特徴である。この実
施例では、炉心全体の縦断面形状は凹型、ナトリウム領
域全体の縦断面形状は逆凸型であり、反応度に最も寄与
する内側炉心で中性子が漏洩しやすい構成になっている
ので、第１の実施例と同様の効果を得ることができる。
本発明の第３の実施例を図７（炉心の構成図）に示す。
図７において、炉心は、第１の実施例と同様に、本発明
に基づく前記炉心燃料集合体１を複数個円柱形状に束ね
た内側炉心、その周りを複数個の燃料集合体２で囲む外
側炉心、およびその周りを複数個のブランケット燃料集
合体３で囲む径ブランケットからなる。この炉心では、
炉心燃料集合体１において、炉心燃料集合体１のナトリ
ウム領域の長さを、炉心燃料集合体２のそれより１０cm
大きくした（したがって、炉心燃料集合体１の燃料要素
束上端は、炉心燃料集合体２のそれより１０cm上流側に
ある。）こと、およびブランケット燃料１７を、炉心領
域の軸方向中央より冷却材上流側に５cm偏って設けたこ
とが特徴である。第２の実施例と同様に、炉心全体の縦
断面形状は凹型、ナトリウム領域全体の縦断面形状は逆
凸型である。

【００２７】この例では、炉心の反応度に最も寄与する
炉心の半径方向中央領域ほど炉心上端部の中性子束レベ
ルが高く、しかも中性子が漏洩しやすくなっているた
め、第１および第２の実施例以上の効果を得ることがで
きる。

【００２８】本発明の第４の実施例を図８，図９および
図１０に示す。図８は炉心の構成図、図９は燃料集合体
の構成図、図１０は燃料要素の構成図である。

【００２９】図８において、炉心は、燃料集合体４を複
数個円柱形状に束ねた内側炉心、その周りを複数個の前
記燃料集合体２で囲む外側炉心、およびその周りを複数
個の前記ブランケット燃料集合体３で囲む径ブランケッ
トからなる。燃料集合体４と燃料集合体２の燃料要素に
は、炉心燃料ペレットだけを充填し、燃料集合体４の炉
心燃料のプルトニウム富化度を燃料集合体２のプルトニ
ウム富化度より低くする。径方向ブランケット燃料集合
体３の燃料要素には、ブランケット燃料ペレットだけを
充填する。

【００３０】図９において、燃料集合体４は、核燃料物
質を充填した燃料要素４０とこれを束ねた燃料要素束４
１，燃料要素束の冷却材下流側のナトリウム領域４２、
これらを取り囲むラッパ管３０と、ラッパ管上端の冷却
材流出部３１，ラッパ管下端の冷却材流入部３２などか
らなる。図１０において、燃料要素４０は、被覆管１
３，上部端栓１４，下部端栓１５，炉心燃料ペレット１
６ｄ、およびガスプレナム１８からなる。各部の寸法
は、被覆管の内径６.７mm に対して、ペレット直径が
６.５mm 、ペレット長さが１０.０mm である。炉心燃料
ペレット長さの合計は８０cmである。ナトリウム領域４
２の冷却材流路断面積は、燃料要素束の流路断面積の
２.５ 倍である。

【００３１】この炉心では、炉心燃料集合体４のナトリ
ウム領域４２の長さを、炉心燃料集合体２のそれより２
０cm大きくした（したがって、炉心燃料集合体４の燃料
要素束上端は、炉心燃料集合体２のそれより２０cm上流
側にある。）ことが特徴であり、炉心全体の縦断面形状
は凹型、ナトリウム領域全体の縦断面形状は逆凸型であ
る。この実施例においても、反応度に最も寄与する内側
炉心で中性子が漏洩しやすい構成になっているので、第
１の実施例と同様の効果を得ることができる。本発明の
第５の実施例を図１１（炉心の構成図）に示す。この炉
心は、第１の実施例において、ブランケット燃料領域の
厚さを、炉心の半径方向の内側ほど大きくした（内側炉
心で２０cm，外側炉心で１０cm）ことが特徴である。こ
の実施例では、第１〜第３の実施例と同様の効果を得る
ことができるだけでなく、炉心燃料のプルトニウム富化
度は一種類のままで、炉心径方向の出力分布を一層平坦
化でき、熱的余裕を増大することが可能となる。

【００３２】同様に第６，第７の実施例として、第２，
第３の実施例において、ブランケット燃料領域の厚さを
炉心の半径方向の内側ほど大きくした（内側炉心で２０
cm，外側炉心で１０cm）炉心の構成を、夫々図１２，図
１３に示す。

【００３３】以上の実施例は、炉心の軸方向外側にブラ
ンケット燃料領域（軸方向ブランケット）を置かない構
成であったが、軸方向ブランケットを設けることによ
り、燃料の増殖性を高められる。そこで、図１４〜図２
０に前記第１〜第７の実施例において、軸方向ブランケ
ットを設けた炉心構成を第８実施例〜第１４実施例とし
て示した。

【００３４】第８実施例である図１４において、炉心領
域の下部に下部方向軸ブランケット燃料１９ａを、ナト
リウム領域１２，２２の上部に上部軸方向ブランケット
19ｂを設けた構成としている。上部，下部軸方向ブラン
ケットの長さはいずれも３５cmであり、炉心領域内部の
ブランケット燃料１７と同じ燃料ペレットを使用する。
この炉心では、冷却材の温度上昇にともなう炉心の反応
度増大を緩和できると同時に、燃料増殖性も高くできる
という効果がある。

【００３５】図１５に示す第９実施例，図１６に示す第
１０実施例，図１７に示す第１１実施例，図１８に示す
第１２実施例，図１９に示す第１３実施例，図２０に示
す第１４実施例の各領域の配置でも、図１４の実施例と
同様の効果が得られる。

【００３６】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、原子炉の燃料
集合体において、冷却材の温度上昇にともなう炉心の反
応度増大を緩和して、原子炉の過渡事象に対する高い固
有の安全性を実現できる燃料集合体が提供出来、また、
従来よりも燃料集合体全長の増大への影響を最小限に抑
えられるので、燃料集合体の物量削減による経済上のメ
リットも大きい。

【００３７】請求項２の発明によれば、原子炉の炉心に
おいて、冷却材の温度上昇にともなう炉心の反応度増大
を緩和して、原子炉の過渡事象に対する高い固有の安全
性を実現できる炉心が提供出来、また、従来よりも炉心
全長の増大への影響を最小限に抑えられるので、炉心の
物量削減による経済上のメリットも大きい。

【００３８】請求項３の発明によれば、原子炉の炉心に
おいて、冷却材の温度上昇にともなう炉心の反応度増大
を請求項２の発明より一層良く緩和して、原子炉の過渡
事象に対するより高い固有の安全性を実現できる炉心が
提供出来、また、従来よりも炉心全長の増大への影響を
最小限に抑えられるので、炉心の物量削減による経済上
のメリットも大きい。

【００３９】請求項４の発明によれば、ブランケツト燃
料領域が炉心の内側領域の中央に存在した炉心であって
も、中性子反射領域の形状を工夫して、冷却材の温度上
昇にともなう炉心の反応度増大を従来になく良く緩和し
て、原子炉の過渡事象に対する高い固有の安全性を実現
できる炉心が提供出来、また、従来よりも炉心全長の増
大への影響を最小限に抑えられるので、炉心の物量削減
による経済上のメリットも大きい。

【００４０】請求項５の発明によれば、ブランケツト燃
料領域が炉心内に存在しない炉心であっても、中性子反
射領域の形状を工夫して、冷却材の温度上昇にともなう
炉心の反応度増大を従来になく良く緩和して、原子炉の
過渡事象に対する高い固有の安全性を実現できる炉心が
提供出来、また、従来よりも炉心全長の増大への影響を
最小限に抑えられるので、炉心の物量削減による経済上
のメリットも大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による燃料集合体の一部断
面図である。

【図２】本発明の第１実施例による他の燃料集合体の一
部断面図である。

【図３】図１に示した燃料集合体に内蔵される燃料要素
の一部断面図である。

【図４】図２に示した燃料集合体に内蔵される燃料要素
の一部断面図である。

【図５】本発明の第１実施例による高速増殖炉の炉心の
縦断面における各領域の区分図である。

【図６】本発明の第２実施例による高速増殖炉の炉心の
縦断面における各領域の区分図である。

【図７】本発明の第３実施例による高速増殖炉の炉心の
縦断面における各領域の区分図である。

【図８】本発明の第４実施例による高速増殖炉の炉心の
縦断面における各領域の区分図である。

【図９】本発明の第４実施例における燃料集合体の一部
断面図である。

【図１０】本発明の第４実施例における燃料集合体に内
蔵される燃料要素の一部断面図である。

【図１１】本発明の第５実施例による高速増殖炉の炉心
の縦断面における各領域の区分図である。

【図１２】本発明の第６実施例による高速増殖炉の炉心
の縦断面における各領域の区分図である。

【図１３】本発明の第７実施例による高速増殖炉の炉心
の縦断面における各領域の区分図である。

【図１４】本発明の第８実施例による高速増殖炉の炉心
の縦断面における各領域の区分図である。

【図１５】本発明の第９実施例による高速増殖炉の炉心
の縦断面における各領域の区分図である。

【図１６】本発明の第１０実施例による高速増殖炉の炉
心の縦断面における各領域の区分図である。

【図１７】本発明の第１１実施例による高速増殖炉の炉
心の縦断面における各領域の区分図である。

【図１８】本発明の第１２実施例による高速増殖炉の炉
心の縦断面における各領域の区分図である。

【図１９】本発明の第１３実施例による高速増殖炉の炉
心の縦断面における各領域の区分図である。

【図２０】本発明の第１４実施例による高速増殖炉の炉
心の縦断面における各領域の区分図である。

【符号の説明】

１…燃料集合体、２…燃料集合体、３…ブランケット燃
料集合体、４…燃料集合体、１０…燃料要素、１１…燃
料要素束、１２…ナトリウム領域、１３…被覆管、１６
…炉心燃料ペレット、１７…ブランケット燃料ペレッ
ト、１９…軸方向ブランケット燃料ペレット、３０…ラ
ッパ管。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 孝太郎 茨城県日立市森山町1168番地 株式会社日 立製作所エネルギー研究所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】核分裂性物質を富化した炉心燃料，燃料親
   物質を主成分とするブランケット燃料，前記燃料を被覆
   管に封入した燃料要素，前記燃料要素を束ね、燃料要素
   間の間隙を冷却材の流路とする燃料要素束，中性子を散
   乱する物質と冷却材流路を有する中性子反射領域，前記
   燃料要素束と中性子反射領域を囲設するラッパ管，前記
   ラッパ管の両端にある冷却材流入部と冷却材流出部から
   なる燃料集合体において、燃料要素が冷却材流れの上流
   側の炉心燃料領域，冷却材下流側の炉心燃料領域，前記
   両炉心燃料領域に挾まれたブランケット燃料領域からな
   り、冷却材流れの下流側炉心燃料領域の長さが冷却材流
   れの上流側炉心燃料領域の長さより大きいこと、および
   前記中性子反射領域が前記燃料要素束の冷却材流れの下
   流側にあり、その冷却材流路断面積が、前記燃料要素束
   の冷却材流路断面積より大きいことを特徴とする原子炉
   の燃料集合体。
2. 【請求項２】請求項１に記載の原子炉の燃料集合体を第
   １の燃料集合体として備え、核分裂性物質を富化した炉
   心燃料を被覆管に封入した燃料要素，前記燃料要素を束
   ね、燃料要素間の間隙を冷却材の流路とする燃料要素
   束，前記燃料要素束の冷却材流れの下流側にあり、中性
   子を散乱する物質と冷却材流路を有する中性子反射領
   域，前記燃料要素束と前記中性子反射領域を囲設するラ
   ッパ管，前記ラッパ管の両端にある冷却材流入部と冷却
   材流出部からなる原子炉の燃料集合体を第２の燃料集合
   体として備え、これら各燃料集合体を、複数個束ねて構
   成する原子炉の炉心において、前記炉心半径方向の内側
   領域に前記第１の燃料集合体が、前記炉心半径方向の外
   側領域に前記第２の燃料集合体があることを特徴とする
   原子炉の炉心。
3. 【請求項３】請求項１に記載の原子炉の燃料集合体を第
   １の燃料集合体として備え、核分裂性物質を富化した炉
   心燃料を被覆管に封入した燃料要素，前記燃料要素を束
   ね、燃料要素間の間隙を冷却材の流路とする燃料要素
   束，前記燃料要素束の冷却材流れの下流側にあり、中性
   子を散乱する物質と冷却材流路を有する中性子反射領
   域，前記燃料要素束と前記中性子反射領域を囲設するラ
   ッパ管，前記ラッパ管の両端にある冷却材流入部と冷却
   材流出部からなる原子炉の燃料集合体を第２の燃料集合
   体として備え、これら各燃料集合体を、複数個束ねて構
   成する原子炉の炉心において、前記炉心半径方向の内側
   領域に前記第１の燃料集合体が、前記炉心半径方向の外
   側領域に前記第２の燃料集合体があり、前記第１の燃料
   集合体の燃料要素束上端が、前記第２の燃料集合体の燃
   料要素束上端より冷却材流れの上流側に位置するととも
   に、前記第１の燃料集合体の前記中性子反射領域の長さ
   が、前記第２の燃料集合体の前記中性子反射領域の長さ
   より大きいことを特徴とする原子炉の炉心。
4. 【請求項４】核分裂性物質を富化した炉心燃料，燃料親
   物質を主成分とするブランケット燃料，前記燃料を被覆
   管に封入した燃料要素，前記燃料要素を束ね、燃料要素
   間の間隙を冷却材の流路とする燃料要素束，中性子を散
   乱する物質と冷却材流路を有する中性子反射領域，前記
   燃料要素束と中性子反射領域を囲設するラッパ管，前記
   ラッパ管の両端にある冷却材流入部と冷却材流出部から
   なる燃料集合体を備えた原子炉の炉心において、燃料要
   素が冷却材流れの上流側の炉心燃料領域，冷却材下流側
   の炉心燃料領域，前記両炉心燃料領域に挾まれたブラン
   ケット燃料領域からなり、冷却材流れの下流側炉心燃料
   領域の長さが冷却材流れの上流側炉心燃料領域の長さと
   同等であり、および前記中性子反射領域が前記燃料要素
   束の冷却材流れの下流側にあり、その冷却材流路断面積
   が、前記燃料要素束の冷却材流路断面積より大きい第１
   の燃料集合体と、核分裂性物質を富化した炉心燃料を被
   覆管に封入した燃料要素，前記燃料要素を束ね、燃料要
   素間の間隙を冷却材の流路とする燃料要素束，前記燃料
   要素束の冷却材流れの下流側にあり、中性子を散乱する
   物質と冷却材流路を有する中性子反射領域，前記燃料要
   素束と前記中性子反射領域を囲設するラッパ管，前記ラ
   ッパ管の両端にある冷却材流入部と冷却材流出部からな
   る原子炉の燃料集合体を第２の燃料集合体とを備え、前
   記炉心半径方向の内側領域に前記第１の燃料集合体が、
   前記炉心半径方向の外側領域に前記第２の燃料集合体が
   あり、前記第１の燃料集合体の燃料要素束上端が、前記
   第２の燃料集合体の燃料要素束上端より冷却材流れの上
   流側に位置するとともに、前記第１の燃料集合体の前記
   中性子反射領域の長さが、前記第２の燃料集合体の前記
   中性子反射領域の長さより大きいことを特徴とする原子
   炉の炉心。
5. 【請求項５】核分裂性物質を富化した炉心燃料を被覆管
   に封入した燃料要素，前記燃料要素を束ね、燃料要素間
   の間隙を冷却材の流路とする燃料要素束，前記燃料要素
   束の冷却材下流側にあり、中性子を散乱する物質と冷却
   材流路を有する中性子反射領域，前記燃料要素束および
   中性子反射領域を囲設するラッパ管，前記ラッパ管の下
   端および上端にある冷却材流入部と冷却材流出部からな
   る第１の燃料集合体と、燃料集合体の燃料要素束上端
   が、前記第１の燃料集合体の燃料要素束上端より冷却材
   流れの下流側に位置し、燃料集合体の中性子反射領域の
   長さが、前記第１の燃料集合体の中性子反射領域の長さ
   より小さい第２の燃料集合体を複数個束ねて構成する原
   子炉の炉心において、炉心半径方向の内側領域に第１の
   燃料集合体が、炉心半径方向の外側領域に第２の燃料集
   合体があることを特徴とする炉心。