JPH05157887A - 照射試験用装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】照射試験用装置の試料収納容器に収納された試
験燃料要素の配列を、隣接燃料要素間の間隔が同一にな
るようにして、燃料要素の長手方向支持点を安定化し、
かつ照射中の周辺の温度差を減少させることを目的と
し、さらに中央に配置された試料収納容器の取り出しを
容易にして、原子炉の燃料交換時等の比較的短期間の炉
停止時に継続照射のための再装荷ができるようにするこ
とを目的とする。 【構成】複数本の試験燃料要素を収容した内管および外
管からなる試料収納容器を複数個収容することのできる
照射試験用装置２１において、装置中央にも試料収納容
器２５を配置し、少なくとも中央に配置された試料収納
容器２５は断面六角形の内管を有することを特徴とし、
さらにかかる装置において、中央に配置された試料収納
容器２５はその頂部に突起した取扱いグリッパー３０を
有することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、原子炉において照射試
験を行うための照射試験用装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＦＢＲ（高速増殖炉）の照射試験用装置
は、炉心燃料集合体と差し替えて炉心に装荷するため、
その外形形状は炉心燃料集合体とほぼ同じである。すな
わち、ラッパ管、ハンドリングヘッド、エントランスノ
ズル等で構成された容器の中に所定の試験試料（以下、
ここでは試験燃料要素に限定して記述する）を数本づつ
複数個の試料収納容器に組み込み集合体としている。

【０００３】試料収納容器は試験目的によって照射の途
中で取り出して検査し、再び集合体に組立てて炉心に装
荷し、照射試験を継続するという取扱われ方をすること
が多く、照射途中での取り出し、分解、再組み立て、継
続照射等がしやすい構造が望ましい。また、独立して照
射温度や冷却材の流量を変えて１つの集合体内で種々の
試験条件の違う試験が同時に行えることが望ましい。一
方、試験燃料要素は核反応によって発熱するので、試料
収納容器下部から上向きに冷却材（この場合は液体ナト
リウム）が流れており、冷却材温度は試料収納容器入り
口で約３７０℃、出口側では５００〜６００℃の高温に
達する。この試験燃料要素の発熱量に応じて冷却材の流
量は決定される。試料収納容器にはこの冷却材流力によ
る上向きの力が作用し、また同時に、構成材料のスエリ
ングや熱膨張によって、軸方向に伸縮が起きる。

【０００４】以上のような諸必要条件により、従来は下
記に示すように試料収納容器の下部は集合体に固定しな
い差し込み構造にし、試料収納容器の上部は圧縮バネを
介して上部支持板に挿入し、集合体中央の心棒をハンド
リングヘッドにロックナットで固定することによって、
試料収納容器の浮き上がり防止や照射途中での分解・再
組み立てを可能とする構造がとられていた。この従来の
試験用装置の構造を図５〜図７に示す。

【０００５】すなわち、図５は従来の照射試験用装置の
縦断面図であり、図６は図５におけるＡ−Ａ線断面図で
ある。図５に示されるように、従来の照射試験用装置１
は、ラッパ管２、エントランスノズル３、ハンドリング
ヘッド４で構成された燃料集合体形式の容器の中に試料
収納容器５が収容されている。ハンドリングヘッド４に
固着された上部支持板９に、試料収納容器５の上端が圧
縮バネ１０を介して挿入され、集合体中央の心棒７がロ
ックナット８で上部支持板９にネジ止めされ、これによ
り試料収納容器５が上部支持板９に保持されている。冷
却材は図中矢印で示すように、エントランスノズル３の
横孔１７から導入され、ハンドリングヘッド４から流出
する。

【０００６】図７は図５および図６に示された試料収納
容器５の縦断面図である。試料収納容器５は、内管１
３、外管１２からなる二重管の容器の中に試験燃料要素
６が収容されて構成され、内管１３と外管１２の間には
ガス１４が充填されており、下部のベローズ１５により
ガスを密封し、内・外管の伸びの差を吸収している。試
料収納容器５の下端には冷却材入り口１６があり、また
冷却材入り口１６の近傍には試料収納容器を安定に保持
しかつ冷却材を洩らすことなく接続するための球面座１
１が設けられている。

【０００７】上記したように、従来の照射試験用装置
は、集合体の中央に心棒が貫通しているため、図５およ
び図６に示すように試料収納容器の占める空間がその分
少なくなり、１集合体当り６個までしか組込むことがで
きない。したがって、一度に行える試験試料数も少なく
なる。また、発熱量の低い心棒が中央にあるため、集合
体断面の温度分布は中央が周辺より低いものとなり、試
験試料を所定の温度に設定することが難しくなる。

【０００８】さらに、集合体上部には圧縮バネを押さえ
るための支持板やロックナットが設けられているため構
造が複雑になり、かつこれらの部材は高温ナトリウムに
さらされるので、その強度やネジ部の癒着等に問題が多
い。特に圧縮バネは、炉内使用中冷却材流れに抗して試
料収容容器を下部の球面座１１から冷却材が漏れないよ
うに確実に下向きに所定荷重で押さえ続ける必要があ
り、このため圧縮バネ１０は高温特性の優れた超合金材
料が使用されているが、高温領域にあるためや取付けス
ペースの面での制約があって、バネ設計の制限条件が多
く設計余裕がとりにくい。また、圧縮バネの存在により
スペースが少ないので、比較的長いサイズの試験燃料要
素の収納や試験燃料要素の破損時の破損粒子捕獲フィル
ターの設置が不可能となるという問題もある。

【０００９】以上の問題に対して本発明者らは、試料収
納容器の取り付けシステムを改良し、それによって集合
体上部のスペースを増すと同時に中央部分にも試料収納
容器を設置できるようにした照射試験用装置を提案した
（特願平３−２００２８５号）。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の試料
収納容器は、内外とも円管による二重管のガス断熱構造
であるが、中央の心棒を除く周囲の６個の容器は同一形
状、同一断面サイズになっている。このため試験燃料要
素の太さに関係なく、収納できる試験燃料要素本数が内
管寸法から幾何学的に決定されてしまう。このため、試
料収納容器内の試験燃料要素の配置間隔やスペーサ方式
（ワイヤラッピング方式またはグリッド方式）を試験目
的に合わせて任意に決定し、試験燃料要素を炉心燃料集
合体のように隣接要素間の間隔を同一にする正三角形配
列とすることは困難であった。

【００１１】また、照射試験装置は原子炉の燃料交換や
定期検査等の運転停止時に取り出し、あるいは再装荷さ
れるが、従来技術では集合体上部構造部材を分解しなけ
れば試料収納容器を集合体より取り出せることができ
ず、したがって比較的短期間の燃料交換時に再装荷がで
きないということもあり、目標照射量に達するまでの時
間が長くかかるなどの欠点があった。

【００１２】本発明は上記情況に対処してなされたもの
で、本発明の目的は、照射試験用装置において、中央に
も試料収納容器を設置するようにするとともに、少なく
とも中央の試料収納容器は燃料要素の配列が燃料要素の
太さに対応する合理的な正三角形配置となって照射中の
核燃料要素周辺の温度差が小さくなるようにすることに
あり、さらにかかる照射試験用装置において中央の試料
収納容器の取り出しを容易にして例えば原子炉の燃料交
換時等の比較的短期間の炉停止時にも容易に取り出しお
よび再装荷ができるようにすることにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するためになされたもので、複数本の試験燃料要素を収
容した内管および外管からなる試料収納容器を複数個収
容することのできる照射試験用装置において、装置中央
にも試料収納容器を装荷し、少なくとも中央に配置され
た試料収納容器は断面六角形の内管を有することを特徴
とする照射試験用装置に関する。また、上記照射試験用
装置において、中央に配置された試料収納容器にはその
頂部に突起した取扱いグリッパーが設置されていること
を特徴とする照射試験用装置に関する。

【００１４】

【作用】本発明の照射試験用装置では、少なくとも中央
に装荷された試料収納容器は内管が正六角形になってい
るので、その中に配置される試験燃料要素は７本の規則
的な正三角配列ができ、内管内径は燃料要素の外径寸法
から幾何学的に成立する範囲で決定される。従来技術の
場合には、決められた一定寸法の円形内管に燃料要素の
外径寸法から必然的に決まってくる本数の燃料要素を収
納するので、燃料要素間間隔や中央部と周辺部の流路セ
ルの違いなどから正三角形配列よりも熱流力的な点で設
計が面倒であったが、本発明では上記した規則的な正三
角配列によってかかる問題が解消される。

【００１５】すなわち、正三角形の場合は、隣り合うど
の燃料要素との間隔も等しくなるので、例えば３本の燃
料要素で囲まれる流路断面積に着目してみると、内・周
辺流路ともほぼ等しくすることができ、したがって照射
中の燃料要素周辺の温度差を小さくすることができるの
で、燃料要素の湾曲やそれに伴う設計上の問題が解決で
きる。

【００１６】また、従来技術では、内管は円管であるた
めに、径方向と周方向の燃料要素間隔が異なるため、隣
り合う燃料要素がスペースワイヤを介して接しない方向
が生じて燃料要素の長手方向の支持が不安定になり、照
射中の流力振動によるフレッテング腐食の発生に配慮す
る必要があったが、本発明では予めこれらの諸現象を考
慮して要素間隔、スペーサワイヤ径等を設定してから六
角形内管寸法を決定することができる。

【００１７】さらに、本発明の照射試験用装置において
中央の試料収納容器にグリッパーを取り付けた場合は、
このグリッパーにはめ合うことのできる治具を用いれば
照射装置本体を分解することなく冷却材流出口からこの
試料収納容器を取り出しおよび再装荷することができる
ので、試料収納容器の交換を短時間のうちに行うことが
できる。

【００１８】

【実施例】本発明の実施例を図１〜図４を参照して説明
する。図１は本発明の一実施例である照射試験用装置の
縦断面図である。図２は図１のＢ−Ｂ線に沿う横断面
図、図３は図１における中央試料収納容器の縦断面図、
図４は図３のＣ−Ｃ線に沿う横断面図である。

【００１９】図１に示すように、本発明の照射試験用装
置は中央の従来心棒があった場所にもに試料収納容器が
装荷されている。この中央試料収納容器２５は図２に示
されるように断面六角形の内管３２を有しており、図３
に示すように外管３１とともに上部継手４６に気密溶接
されている。その下部は、六角内管３２に溶接された係
止ねじ３７および球面座４２によってナトリウム流入口
を形成している。上部にはキャップ４５が固定ピン４３
で取り付けられ、六角内管３２の中には７本の試験燃料
要素２５ｆが規則的に等間隔で収納されている。原子炉
内では冷却材ナトリウムが下部から取り入れられ、加熱
されてキャップ４５の出口から流出する。冷却材ナトリ
ウムは試料収納容器の外側にも流れているので、径方向
への熱移動が起こる。そこで、各容器を熱的に独立して
照射温度や試験条件を設定するために、六角内管３２と
外管３１との間隙３６に不活性ガスが封入されている。
不活性ガスを封入する方法としては、外管３１の下部と
六角内管３２の延長部材の間に両者の熱膨張による伸び
の差を吸収するべローズ４４を介在させている。

【００２０】次に、六角内管３２に収容する試験燃料要
素２５ｆの配置について説明する。試験燃料要素２５ｆ
は、試験目的からその燃料ペレットや被覆管の外径が選
定される。通常、燃料要素の外周には冷却材流路を確保
するためラセン状にスペーサワイヤが巻かれているの
で、六角内管３２においては被覆管外径とスペーサワイ
ヤ３５の外径とを合わせて図４に示すように６本で周囲
の配置を形成し、これらが中央の１本を取り囲む。この
ように配置することによって、それぞれの試験燃料要素
はスペーサワイヤを介して接し、等間隔に規則的に配置
される。

【００２１】この場合、試験燃料要素２５ｆの中心点を
結ぶ距離が図示の正三角（点線で表示）になるように、
各試験燃料要素２５ｆの下部端栓を固定する。そして、
六角内管３２の内対面寸法はこの幾何学的な配置が成立
する大きさとする。一般的には、これに組立て上必要な
各試験燃料要素の製作公差を加えたものを内対面寸法と
する。この六角内管に対して僅かにガス間隙をもって挿
入できるように外管寸法を決定する。通常、試験燃料要
素の直径は不特定であり、照射試験目的によって約５．
５ｍｍ〜８ｍｍ程度の範囲で任意に選択される。したが
って、本発明の中央試料収納容器２５の外径は収納する
燃料要素２５ｆの太さに対応して変化する。

【００２２】一方、周辺試料収納容器２６は中央試料収
納容器２５の大きさに制約を受ける。図２には、周辺試
料収納容器２６にそれぞれ太さの異なる試験燃料要素２
６ｆを、収納本数を３〜５本に変化させて配置した場合
を示してある。なお、この図には示されていないが、中
央試料収納容器２５の試験燃料要素２５ｆが十分太い場
合には、周辺試料収納容器２６の収納断面は小さくな
り、細径の燃料要素のみを収納するということもある。

【００２３】従来の配置例を参考に検討すると、かりに
周辺試料収納容器が互いに接しているような断面である
場合には、各試験燃料要素の太さが同じとした場合、試
験燃料要素の太さが約６．５ｍｍまでは５本、約７．５
ｍｍでは４本、約８．５ｍｍまでは３本となる。したが
って、照射試験用装置１体に収納可能な燃料要素の本数
は、６．５ｍｍまでは計３７本、７．４ｍｍまでは３１
本、８．５ｍｍまでは２５本程度となる。一般的には、
グリッドスペーサ方式の場合にはワイヤスペーサ方式よ
りもスペーシング構造の違いによって燃料要素本数を減
らす必要があるので、前記本数はワイヤスペーサ方式で
の最大数である。

【００２４】次に、本実施例における試料収納容器２
５，２６の照射試験装置への組立て手順について説明す
る。照射試験用装置の下部支持板２９に一体的に固定さ
れている密着コイルバネ２８の巻きリードをねじ山とし
て、試料収納容器の下部のねじ部３７をこれに挿入する
と、密着コイルバネ２８は引き伸ばされるために試料収
納容器２５，２６に下向きの引張力が発生する。下部支
持板２９から密着コイルバネ２８の内側に延長した球面
座受けに前記試料収納容器２５，２６の球面座４２が接
して、試料収納容器内への冷却材流路が形成される。し
たがって、下部支持板２９から流入する冷却材は接合し
た流路を通って外側に漏れることなく、確実に試料収納
容器２５，２６の発熱部を通過してハンドリングヘッド
の冷却材流出口２７から装置外へ流れる。この下部組立
て機構のネジ部は、炉内使用中の熱湾曲あるいは振動等
の変位や浮上り力に対して、常時球面座面で前記バネ２
８によって強く接しているため、緩むことはない。

【００２５】試験燃料要素は下部端栓部で所定の配置間
隔に７本（中央試料収納容器の場合）が一体的に固定さ
れて（櫛形状のノックバー）、容器内に挿入される。中
央試料収納容器のグリッパー３０のついたキャップ４５
は固定ピン４３で固定される。また、各試料収納容器は
収納燃料の本数と発熱量に基づき熱設計を行って、個々
に設定照射温度に必要な冷却材流量を試料収納容器の下
部にあるオリフィス（図示せず）で調節している。

【００２６】なお、上記実施例では六角断面の内管を有
する試料収納容器は中央に設置されたもののみである
が、周辺の試料収納容器をこのような六角断面の内管を
有するものにすることも可能である。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の照射試験
用装置では少なくとも中央に配置された試料収納容器に
六角断面の内管を有するものを用いたので、かかる試料
収納容器では試験燃料要素が規則的な正三角配列とな
り、周囲の流路面積が同じくできるので照射中の燃料要
素周辺の温度差を小さくすることができる。また、中央
試料収納容器に取扱いグリッパーを取り付けたので、装
置本体を分解することなくこの試料収納容器を容易に冷
却材流出口から出し入れすることができ、原子炉の燃料
交換時等の比較的短期間の炉停止時に継続照射のための
再装荷ができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である照射試験用装置の縦断
面図。

【図２】図１のＢ−Ｂ線に沿う横断面図。

【図３】図１における試料収納容器の縦断面図。

【図４】図３のＣ−Ｃ線に沿う横断面図

【図５】従来の照射試験用装置の縦断面図。

【図６】図５のＡ−Ａ線の断面図。

【図７】従来の試料収納容器の縦断面図。

【符号の説明】

２１…照射試験用装置、２２…ラッパ管、２３…エント
ランスノズル、２４…ハンドリングヘッド、２５…中央
試料収納容器、２５ｆ，２６ｆ…試験燃料要素、２６…
周辺試料収納容器、２８…密着コイルバネ、３０…グリ
ッパ、３１…外管、３２…六角内管、３６…間隙ガス、
３７…係止ねじ、４２…球面座、４４…ベローズ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数本の試験燃料要素を収容した内管お
   よび外管からなる試料収納容器を複数個収容することの
   できる照射試験用装置において、装置中央にも試料収納
   容器を配置し、少なくとも中央に配置された試料収納容
   器は断面六角形の内管を有することを特徴とする照射試
   験用装置。
2. 【請求項２】 中央に配置された試料収納容器はその頂
   部に突起した取扱いグリッパーを有することを特徴とす
   る請求項１記載の照射試験用装置。