JPH05164873A - Reactor core of fast reactor - Google Patents

Reactor core of fast reactor

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JPH05164873A
JPH05164873A JP3331056A JP33105691A JPH05164873A JP H05164873 A JPH05164873 A JP H05164873A JP 3331056 A JP3331056 A JP 3331056A JP 33105691 A JP33105691 A JP 33105691A JP H05164873 A JPH05164873 A JP H05164873A
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reactor
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    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Abstract

PURPOSE:To improve the safety and to obtain a larger output by forming the lid opening mechanism of a gas cavity container at the upper side of a void aggregate with a shape memory alloy. CONSTITUTION:When the flow of the cooling material of an atomic reactor is reduced abnormally, the flow of the cooling material 5 flowing in to the inside of a void aggregate 33 is also reduced. As a result, the temperature of the cooling material 5 heated by a heat generating substance 47 rises abnormally. The cooling material 5 heated abnormally heats an expansion metal fitting 38 which consists of a shape memory alloy abnormaly. The metal fitting 38 restores its memorized shape and is contracted. As a result, a lid 45 is pulled to the outer side of a gas cavity container 42 and opened. As a result, a sealed gas in the container 42 is released to the inside of a lower opening container 46 to depress the liquid level of the cooling material, and a void space is formed. Consequently, neutrons generated in a fuel aggregate 21 are leaked to the upper side of the reactor core through the void space formed in the cooling material passage 40 of the aggregate 33, and a negative reactivity is applied to the reactor core.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、液体金属を冷却する高
速増殖炉の炉心に係り、特にその炉心構造を改良した高
速増殖炉の炉心に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fast breeder reactor core for cooling liquid metal, and more particularly to a fast breeder reactor core having an improved core structure.

【0002】[0002]

【従来の技術】液体金属を冷却材とする高速増殖炉は、
核燃料物質を充填した多数の燃料集合体を装荷して炉心
を構成しており、主にナトリウムが燃料からの熱除去を
行う冷却材として使用される。
2. Description of the Related Art A fast breeder reactor using liquid metal as a coolant,
The core is constructed by loading a large number of fuel assemblies filled with nuclear fuel material, and sodium is mainly used as a coolant for removing heat from the fuel.

【0003】この高速増殖炉においては、何等かの原因
により冷却材流量の減少が生じると、冷却材温度が上昇
して冷却材密度が減少し、反応度が投入される。高速増
殖炉の反応度は、原子炉の出力規模に依存し、小型炉で
は負になるが、中型炉や大型炉では正の反応度となり、
冷却材密度の減少により、炉出力を上昇させるおそれが
ある。
In this fast breeder reactor, if the coolant flow rate decreases for some reason, the coolant temperature rises, the coolant density decreases, and reactivity is injected. The reactivity of the fast breeder reactor depends on the power output of the reactor, and is negative for small reactors, but positive for medium and large reactors.
Reducing the coolant density may increase the reactor power.

【0004】高速増殖炉は、通常冷却材であるナトリウ
ムが蒸発してボイド化することはないが、万一の事故を
想定し、ナトリウムがボイド化した場合でも、原子炉が
安全に停止し、炉心の安全性が保たれる設計となってい
る。
In a fast breeder reactor, sodium, which is a coolant, usually does not evaporate to form voids. However, in the unlikely event of an accident, even if sodium forms voids, the reactor can be safely shut down, It is designed to maintain core safety.

【0005】冷却材であるナトリウムがボイド化した時
の原子炉の応答としては、炉心が小型の場合は、中性子
の炉心からの漏れが大きいため、上述したように、負の
反応度となって炉心を安全に停止させることができる。
As a response of the reactor when sodium, which is a coolant, is voided, when the core is small, a large amount of neutron leaks from the core, resulting in a negative reactivity as described above. The core can be safely stopped.

【0006】これに対し、高速炉の炉心が大型になる
と、炉心からの中性子漏れが少なくなり、冷却材である
ナトリウムがボイド化したときの反応度が正となる。こ
の正の反応度状態のときに、炉心が安全に停止するか否
かは、他の反応度要因を含めて詳細な解析を行って、炉
心の安全性を確認する必要がある。
On the other hand, when the core of a fast reactor becomes large, neutron leakage from the core decreases and the reactivity when sodium as a coolant is voided becomes positive. In this positive reactivity state, it is necessary to confirm the safety of the core by performing a detailed analysis including other reactivity factors to determine whether or not the core can be safely stopped.

【0007】冷却材であるナトリウムによる正の反応度
は、炉心からの中性子漏れの増大や中性子スペクトルの
軟化により低減できる。このため、従来から反応度を抑
制して小さくするために、炉心内に中性子吸収物質を装
荷したり、炉心高さを低くして偏平化を図って中性子漏
れを増大させたり、あるいは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
軟化させる手段がとられてきた。
The positive reactivity of sodium as a coolant can be reduced by increasing neutron leakage from the core and softening the neutron spectrum. Therefore, conventionally, in order to suppress and reduce the reactivity, neutron absorbing material is loaded in the core, or the height of the core is reduced to achieve flattening to increase neutron leakage, or beryllium or hydrogen. Means have been taken to soften the neutron spectrum by loading neutron moderators such as zirconium oxide.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】冷却材であるナトリウ
ムのボイド反応度を小さくできれば、炉心の安全性・信
頼性がより一層向上し、原子炉の安全設計上非常に効果
がある。
If the void reactivity of sodium, which is a coolant, can be reduced, the safety and reliability of the core will be further improved, which is very effective in the safety design of the nuclear reactor.

【0009】ところが、高速炉のような原子力プラント
においては、プラントの設計上、炉心安全性の見地から
炉心出力を極度に小さく設計することは、発電コストの
点で好ましくない。
However, in a nuclear power plant such as a fast reactor, it is not preferable from the viewpoint of core safety in designing the plant that the core output is designed to be extremely small in terms of power generation cost.

【0010】また、冷却材であるナトリウムが万一ボイ
ド化した場合でも、炉心の反応度を負にするには、炉心
出力を例えば100 MWe程度の小型炉にしなければなら
ず、この炉心出力を上廻るとナトリウムのボイド化反応
度が正になるという課題が生じることになる。
Further, even if sodium, which is a coolant, should be voided, in order to make the reactivity of the core negative, it is necessary to make the core output a small reactor of, for example, about 100 MWe. If it exceeds, the problem that the voiding reactivity of sodium becomes positive arises.

【0011】本発明は上記の点を考慮してなされたもの
で、冷却材による炉心のボイド反応度を小さく抑えるこ
とにより、冷却材の流量低下時、炉心の過出力時、炉心
への気泡流入時等の異常の場合に、炉心の正の反応度投
入要因を低減することにより、安全性を向上しつつ、よ
り大きな出力の炉心を得ることができる高速炉の炉心を
提供することを目的としている。
The present invention has been made in consideration of the above points, and by suppressing the void reactivity of the core due to the coolant, when the flow rate of the coolant is reduced, when the core is overpowered, and bubbles are introduced into the core. In order to provide a fast reactor core that can improve the safety and reduce the positive reactivity input factor in the case of an abnormality such as time, while improving the safety. There is.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明においては、核分裂性物質を充填した燃料集
合体を複数本装荷して形成した炉心領域と、この炉心領
域を構成する燃料集合体の間に挿入したボイド化集合体
より形成されるボイド化領域とから成り、このボイド化
領域を構成するボイド化集合体は、本体内部に下部開放
容器を収容し、この下部開放容器内部の上部に気体を加
圧封入したガスキャビティ容器を配設し、このガスキャ
ビティ容器の開閉蓋を所定温度にて開動作させる形状記
憶合金で形成された開放機構を具備して成ることを特徴
とする高速炉の炉心を提供する。
In order to achieve the above object, in the present invention, a core region formed by loading a plurality of fuel assemblies filled with fissile material, and a fuel constituting the core region It consists of a voided region formed by a voided aggregate inserted between the aggregates, and the voided aggregate that constitutes this voided region contains a lower open container inside the main body and the inside of this lower open container. A gas cavity container in which a gas is pressurized and sealed is disposed on the upper part of the container, and an opening mechanism made of a shape memory alloy for opening and closing the opening / closing lid of the gas cavity container at a predetermined temperature is provided. To provide a core of a fast reactor.

【0013】[0013]

【作用】このように構成された高速炉の炉心において
は、核分裂性物質を充填した燃料集合体複数本間にボイ
ド集合体が挿入される。このボイド化集合体は、本体内
部に下部開放容器を収容し、この下部開放容器内部の上
部に気体を加圧封入したガスキャビティ容器が配設され
る。このガスキャビティ容器に開閉蓋が設置されてい
る。この開閉蓋は、所定温度にて開動作する形状記憶合
金で形成された開放機構により開放される。この開放と
同時に、前記の加圧封入気体が開封される。この開封さ
れた気体により、ボイド化集合体内の冷却材液面が押下
げられる。この押下げられた冷却材液面が、前記炉心領
域の上面よりも少なくとも下部に来るように調整されて
いる。
In the core of the fast reactor thus constructed, the void assembly is inserted between the fuel assemblies filled with the fissile material. In this voided assembly, a lower open container is housed inside a main body, and a gas cavity container in which a gas is pressurized and sealed is arranged in an upper part inside the lower open container. An opening / closing lid is installed in this gas cavity container. The opening / closing lid is opened by an opening mechanism formed of a shape memory alloy that opens at a predetermined temperature. Simultaneously with this opening, the pressurized enclosed gas is opened. The liquid level of the coolant in the voided assembly is pushed down by the opened gas. The liquid surface of the pressed coolant is adjusted to be at least below the upper surface of the core region.

【0014】原子炉の冷却材が異常に減少した場合、ボ
イド化集合体の内部に流入する冷却材の流量も減少し、
冷却材の温度が通常運転時の温度に比べ異常に上昇す
る。この温度上昇により、形状記憶合金から形成される
開放機構が異常に加熱される。このような異常加熱によ
り形状記憶合金から形成される開放機構が本来の記憶形
状を回復し、この開放機構が開放動作を行う。この場
合、ボイド化集合体内の冷却材液面より上部に、封入気
体によるガスキャビティが形成される。このガスキャビ
ティを介して、燃料集合体で発生した中性子は炉心上部
に漏洩する。この中性子の漏洩により、炉心に負の反応
度が投入される。このように炉心の正の反応度投入要因
を低減することにより、安全性を向上しつつ、より大き
な出力の炉心を得ることができる高速炉の炉心を提供で
きる。
When the coolant of the nuclear reactor decreases abnormally, the flow rate of the coolant flowing into the inside of the voided assembly also decreases,
The temperature of the coolant rises abnormally compared to the temperature during normal operation. Due to this temperature rise, the opening mechanism formed of the shape memory alloy is abnormally heated. Due to such abnormal heating, the opening mechanism formed of the shape memory alloy restores the original memory shape, and the opening mechanism performs the opening operation. In this case, a gas cavity formed by the enclosed gas is formed above the liquid surface of the coolant in the voided assembly. Neutrons generated in the fuel assembly leak to the upper part of the core through this gas cavity. Due to this neutron leakage, a negative reactivity is injected into the core. As described above, by reducing the factor for injecting the positive reactivity into the core, it is possible to provide the core of the fast reactor in which safety can be improved and a core having a larger output can be obtained.

【0015】[0015]

【実施例】以下、本発明に係る高速炉の炉心の一実施例
について添付図面を参照して説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the core of a fast reactor according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

【0016】図1は、本発明に係る炉心構造を備えた高
速増殖炉の一例を示す断面図である。高速増殖炉は、原
子炉建屋1のキャビティウォール1の内に設けられた安
全容器2を有し、この安全容器2内に原子炉容器3が収
容され、二重の容器構造に構成される。
FIG. 1 is a sectional view showing an example of a fast breeder reactor having a core structure according to the present invention. The fast breeder reactor has a safety container 2 provided inside a cavity wall 1 of a reactor building 1, and a reactor container 3 is housed in this safety container 2 to have a double container structure.

【0017】原子炉容器3には、核燃料を装荷した炉心
部4が収容される。炉心部4は、原子炉容器3内に満た
された液体金属冷却材であるナトリウム5中に浸漬状態
で設置され、炉心支持構造物6により支持される。原子
炉容器3内は、この炉心支持構造物6によって、上部プ
レナム7と下部プレナム8とに区画される。炉心部4の
上方には、図示しない制御棒駆動機構等を収容した炉心
上部機構10が設置される。一方、炉心部4の周囲には、
一次冷却材と二次冷却材とを熱交換させる中間熱交換器
11や一次冷却材を原子炉容器3内で強制循環させる循環
ポンプ12が設置される。
A nuclear reactor vessel 3 accommodates a core portion 4 loaded with nuclear fuel. The core part 4 is installed in a state of being immersed in sodium 5 which is a liquid metal coolant filled in the reactor vessel 3, and is supported by a core support structure 6. The reactor core 3 is divided into an upper plenum 7 and a lower plenum 8 by the core support structure 6. Above the core portion 4, a core upper part mechanism 10 containing a control rod drive mechanism and the like (not shown) is installed. On the other hand, around the core 4,
Intermediate heat exchanger for exchanging heat between the primary coolant and the secondary coolant
A circulation pump 12 for forcibly circulating 11 and the primary coolant in the reactor vessel 3 is installed.

【0018】前記中間熱交換器11や循環ポンプ12は原子
炉容器3の上部を覆う上部蓋13およびルーフスラブ14に
吊設状態で支持される。ルーフスラブ14の中央部には回
転プラグ14が回転自在に設けられ、この回転プラグ15の
偏心位置に小回転プラグ16が回転自在に支持される。前
記上部プレナム7の上方にはカバーガス空間17が形成さ
れる。この空間17内には不活性ガスであるカバーガスが
充填される。
The intermediate heat exchanger 11 and the circulation pump 12 are supported in a suspended state by an upper lid 13 and a roof slab 14 that cover the upper portion of the reactor vessel 3. A rotary plug 14 is rotatably provided at the center of the roof slab 14, and a small rotary plug 16 is rotatably supported at an eccentric position of the rotary plug 15. A cover gas space 17 is formed above the upper plenum 7. The space 17 is filled with a cover gas which is an inert gas.

【0019】図2は、本発明に係る高速炉の炉心の第1
の実施例を示す炉心構成図である。図3は、図2に示す
高速炉の炉心を示す横断面図である。高速炉の炉心部4
は、図2に示す炉心構成の炉心20を備えている。この炉
心20は核分裂性物質を充填した多数の燃料集合体21を多
数装荷した炉心領域22を中央部に形成しており、この炉
心領域22の外側には径方向23を環状に装荷した径ブラン
ケット領域24が形成され、この径ブランケット領域24の
外側に中性子遮蔽体25を装荷した中性子遮蔽領域26が形
成される。
FIG. 2 shows the first of the core of the fast reactor according to the present invention.
FIG. 3 is a core configuration diagram showing the example of FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view showing the core of the fast reactor shown in FIG. Fast reactor core 4
Includes a core 20 having a core configuration shown in FIG. The core 20 has a core region 22 in the center thereof, in which a large number of fuel assemblies 21 filled with fissile material are loaded, and outside the core region 22, a radial blanket in which a radial direction 23 is annularly loaded is formed. A region 24 is formed, and a neutron shielding region 26 loaded with a neutron shield 25 is formed outside the diameter blanket region 24.

【0020】炉心領域22に装荷された燃料集合体21の上
部に親物質が装荷された上部軸ブランケット領域28が、
その下部には下部軸ブランケット領域29がそれぞれ形成
され、上部軸ブランケット領域28の上方にガスプレナム
領域30が設けられる。下部軸ブランケット領域29の下方
はガスプレナム領域あるいは中性子遮蔽領域31として構
成される。また、炉心領域22の各燃料集合体21の間に
は、ボイド化集合体33が複数本装荷されている。さらに
炉心領域22には制御棒52が水平方向に分散して配置され
ている。
An upper shaft blanket region 28 having a parent substance loaded thereon is provided above the fuel assembly 21 loaded in the core region 22.
Lower shaft blanket regions 29 are formed in the lower portions thereof, and a gas plenum region 30 is provided above the upper shaft blanket regions 28. Below the lower shaft blanket region 29 is a gas plenum region or a neutron shielding region 31. Further, a plurality of voided assemblies 33 are loaded between the fuel assemblies 21 in the core region 22. Further, control rods 52 are arranged in the core region 22 in a horizontally dispersed manner.

【0021】図4は、図2に示す高速炉の炉心の燃料集
合体21とボイド化集合体33の関係を示す構造図である。
なお、図中UPは炉心上端位置(炉心領域の上面位
置)、LPは炉心下端位置をそれぞれ示す。燃料集合体
21及びボイド化集合体33は、炉心支持板34の上部支持板
35上に支持され、この上部支持板35と下部支持板36との
間に高圧プレナム37が形成される。高圧プレナム37に
は、循環ポンプから吐出される一次冷却材であるナトリ
ウム5が供給されるようになっている。
FIG. 4 is a structural diagram showing the relationship between the fuel assembly 21 and the voided assembly 33 in the core of the fast reactor shown in FIG.
In the figure, UP represents the core upper end position (upper surface position of the core region), and LP represents the core lower end position. Fuel assembly
21 and the voided assembly 33 are upper support plates of the core support plate 34.
A high pressure plenum 37 is formed on the upper support plate 35 and the lower support plate 36. The high pressure plenum 37 is supplied with sodium 5 which is the primary coolant discharged from the circulation pump.

【0022】前記ボイド化集合体33の容器本体56の内部
には、下端に開口部を有する筒状の下部開放容器46が内
蔵されている。この容器本体56及び下部開放容器46の内
部には、冷却材流路40が形成される。この下部開放容器
46の上部には、ガスキャビティ41が構成される。このガ
スキャビティ41は、ガスキャビティ容器42に収容される
ことにより形成される。このガスキャビティ容器42の内
部には、加圧された封入気体が封入される。この封入気
体は、アルゴン等の不活性ガスが適当であるが、特に制
限はない。また、ガスキャビティ容器42には、フック3
9、39が設置される。このフック39は、その一方がガス
キャビティ容器42に、もう一方が開閉蓋45に設置され
る。この開閉蓋45の周囲は、その肉厚がガスキャビティ
容器42の肉盛より薄くなる様にV字形溝57を有してい
る。前記フック39、39の間には、形状記憶合金から成る
伸縮金具38が設置され、結合される。この形状記憶合金
から成る伸縮金具38は、通常運転時の温度では記憶形状
に回復しない合金から形成される。このため伸縮金具38
は、本来の記憶形状に比べ伸長された状態でフック39、
39の間を結合するように形成される。
Inside the container body 56 of the voided assembly 33, a cylindrical lower open container 46 having an opening at the lower end is incorporated. A coolant passage 40 is formed inside the container body 56 and the lower open container 46. This lower open container
A gas cavity 41 is formed above the 46. The gas cavity 41 is formed by being housed in the gas cavity container 42. A pressurized enclosed gas is enclosed in the gas cavity container 42. An inert gas such as argon is suitable as the enclosed gas, but is not particularly limited. In addition, the gas cavity container 42 has a hook 3
9 and 39 are installed. One of the hooks 39 is installed in the gas cavity container 42 and the other is installed in the opening / closing lid 45. Around the opening / closing lid 45, there is a V-shaped groove 57 so that the thickness of the opening / closing lid 45 is thinner than that of the gas cavity container 42. An expandable metal fitting 38 made of a shape memory alloy is installed and connected between the hooks 39, 39. The expandable metal fitting 38 made of this shape memory alloy is formed of an alloy that does not recover to the memory shape at the temperature during normal operation. Because of this
Is a hook 39 in an extended state compared to the original memory shape,
It is formed so as to connect between 39.

【0023】前記下部開放容器46の下部には、発熱物質
47が設置される。発熱物質47は、中性子吸収あるいはガ
ンマ線吸収により発熱する物質、例えば炭化硼素やタン
グステン、タンタル等の物質で形成される。発熱物質47
は、冷却材と化学反応を起こさないように、必要に応じ
てステンレス鋼等の冷却材5と化学反応の小さい物質に
より被覆される。
At the bottom of the lower open container 46, there is a heat generating material.
47 are installed. The exothermic substance 47 is formed of a substance that generates heat by neutron absorption or gamma ray absorption, for example, a substance such as boron carbide, tungsten, or tantalum. Pyrogen 47
Is coated with a substance having a small chemical reaction with the coolant 5 such as stainless steel, if necessary, so as not to cause a chemical reaction with the coolant.

【0024】ボイド化集合体33の冷却材流路40は、容器
本体56の脚部であるエントランスノズル部43に形成され
た冷却材連通孔44を介して高圧プレナム37に連通してい
る。また、冷却材流路40は、ボイド化集合体33に形成さ
れた冷却材流出孔48により上部プレナム7に連通してい
る。
The coolant passage 40 of the voided assembly 33 communicates with the high pressure plenum 37 through the coolant communication holes 44 formed in the entrance nozzle portion 43 which is the leg portion of the container body 56. Further, the coolant passage 40 communicates with the upper plenum 7 through the coolant outlet holes 48 formed in the voided assembly 33.

【0025】図5に示すように、ガスキャビティ容器42
内の封入気体の圧力は、ガスキャビティ容器42内の封入
気体が下部開放容器46の内部に開放された場合、下部開
放容器46内の冷却材液面が、炉心領域22の上面(UP)
よりも少なくとも下部に来るように設定される。またボ
イド化集合体33の冷却材連通孔44は、燃料集合体21の冷
却材連通孔53に比べ、鉛直方向上部に形成される。次に
このような構成から成る本実施例の作用について説明す
る。
As shown in FIG. 5, the gas cavity container 42
When the enclosed gas in the gas cavity container 42 is released to the inside of the lower open container 46, the coolant liquid level in the lower open container 46 is the upper surface (UP) of the core region 22.
Is set to come at least at the bottom. Further, the coolant communication hole 44 of the voided assembly 33 is formed vertically above the coolant communication hole 53 of the fuel assembly 21. Next, the operation of this embodiment having such a configuration will be described.

【0026】高速増殖炉においては、冷却材であるナト
リウムがボイド化する要因として、冷却材流量の減少に
よりナトリウム温度が上昇して沸騰する場合、炉心出力
の異常な上昇即ち過出力が生じナトリウム温度が上昇し
て沸騰する場合又は炉心外で大量のカバーガス等の気体
が冷却材に流入して炉心20に流れ込む場合が考えられ
る。
In the fast breeder reactor, when sodium as a coolant is voided as a factor causing the sodium temperature to rise due to a decrease in the coolant flow rate and boils, an abnormal increase in core power, that is, overpower, occurs and the sodium temperature increases. May rise and boil, or a large amount of gas such as cover gas may flow into the coolant outside the core and flow into the core 20.

【0027】通常運転時においては、冷却材5は高圧プ
レナム37からエントランスノズル部43に形成された冷却
材連通孔44を介してボイド化集合体33の内部に流入す
る。ボイド化集合体33の内部に流入した冷却材5は、発
熱物質47にて加熱された後、冷却材流路40の内部を上昇
して伸縮金具38を加熱し、冷却材流出孔48から上部プレ
ナム7へ流出する。
During normal operation, the coolant 5 flows from the high pressure plenum 37 into the voided aggregate 33 through the coolant communication holes 44 formed in the entrance nozzle portion 43. The coolant 5 that has flowed into the voided aggregate 33 is heated by the exothermic substance 47, and then rises inside the coolant passage 40 to heat the expandable metal fitting 38, and the coolant outflow port 48 is placed above. Outflow to plenum 7.

【0028】これに対し、原子炉の冷却材流量が異常に
減少した場合には、ボイド化集合体33の内部に流入する
冷却材5の流量も同様に減少する。この結果、発熱物質
47にて加熱される冷却材5の温度が、通常の運転温度に
比べ異常に上昇する。異常に加熱された冷却材5は、冷
却材流路40の内部を上昇して伸縮金具38を異常に加熱す
る。この伸縮金具38は、本来の記憶形状を回復し、通常
運転時の長さに比べ短縮化される。この伸縮金具38が短
縮化されると、その両端に結合されるフック39、39が相
互に引き寄せられる。フック39の一方は、開閉蓋45に設
置されているため、この開閉蓋45はガスキャビティ容器
42の外側へと引張られる。この開閉蓋45の周囲はV字形
溝57により形成され、ガスキャビティ容器42の他の部分
に比べ構造強度が低下しているので、開閉蓋45の周囲の
V字形溝57が切断され、開閉蓋45が開放される。この開
放により、ガスキャビティ容器42内の封入気体が下部開
放容器46の内部に開放される。このガスキャビティ容器
42の封入気体は、図5に示すように、ガスキャビティ容
器42内の封入気体が下部開放容器46の内部に開放された
場合に、下部開放容器46内の冷却材液面が、炉心領域22
の上面UPよりも少なくとも下部に来るように設定され
ている。したがって、この場合、ボイド化集合体33の内
部の下部開放容器46内の冷却材液面は、炉心領域22の上
面UPよりも少なくとも下部にくる。このようにして、
冷却材流路40内の冷却材液面より上部には、封入気体に
よるボイド空間54が形成される。この結果、燃料集合体
21で発生した中性子は、ボイド化集合体33の冷却材流路
40内に形成されたボイド空間を介して炉心上部へ漏洩
し、高速炉の炉心に負の反応度が投入される。
On the other hand, when the coolant flow rate of the nuclear reactor is abnormally reduced, the flow rate of the coolant 5 flowing into the voided aggregate 33 is also reduced. As a result, pyrogens
The temperature of the coolant 5 heated at 47 rises abnormally compared to the normal operating temperature. The abnormally heated coolant 5 rises inside the coolant passage 40 and abnormally heats the expandable metal fitting 38. The elastic metal fitting 38 restores its original memory shape and is shortened in comparison with the length during normal operation. When the stretchable metal fitting 38 is shortened, the hooks 39, 39 connected to both ends thereof are attracted to each other. Since one of the hooks 39 is installed on the opening / closing lid 45, this opening / closing lid 45 is a gas cavity container.
Pulled to the outside of 42. The periphery of the opening / closing lid 45 is formed by a V-shaped groove 57, and the structural strength is lower than that of the other parts of the gas cavity container 42. Therefore, the V-shaped groove 57 around the opening / closing lid 45 is cut, and the opening / closing lid 45 is cut. 45 is open. Due to this opening, the enclosed gas in the gas cavity container 42 is released into the lower open container 46. This gas cavity container
As shown in FIG. 5, when the enclosed gas in the gas cavity container 42 is opened to the inside of the lower open container 46, the liquid level of the coolant in the lower open container 46 is the core region 22 as shown in FIG.
Is set to be at least lower than the upper surface UP. Therefore, in this case, the coolant liquid level in the lower open container 46 inside the voided assembly 33 is at least lower than the upper surface UP of the core region 22. In this way
A void space 54 is formed by the enclosed gas above the liquid surface of the coolant in the coolant channel 40. As a result, the fuel assembly
The neutrons generated at 21 are the coolant channels of the voided aggregate 33.
Leakage to the upper part of the core through the void space formed in 40, and negative reactivity is injected into the core of the fast reactor.

【0029】また、原子炉の出力が異常に上昇した場合
には、発熱物質47の発熱量が同様に上昇する。この結
果、発熱物質47にて加熱される冷却材5の温度が、通常
運転時の温度に比べ異常に上昇する。従って、この場合
にも、前記の原子炉の冷却材流量が異常に減少した場合
と全く同様の作用が得られる。
Further, when the output of the nuclear reactor rises abnormally, the calorific value of the exothermic substance 47 also rises. As a result, the temperature of the coolant 5 heated by the exothermic substance 47 rises abnormally as compared with the temperature during normal operation. Therefore, also in this case, the same effect as that in the case where the coolant flow rate of the reactor is abnormally reduced can be obtained.

【0030】更に、炉心外から流入した気体が冷却材5
が混入して炉心に流入する場合には、冷却材5に混入し
て炉心に流入する気体は、冷却材に比べ比重が軽いた
め、上部支持板35の下部に蓄積される。一方、ボイド化
集合体33の冷却材連通孔44は、燃料集合体21の冷却材連
通孔53に比べ、鉛直方向上部に形成される。この結果、
上部支持板35の下部に蓄積された気体は、燃料集合体21
に流入する前にボイド化集合体33に流入する。このボイ
ド化集合体33内に流入した気体は、冷却材に比べ比重が
軽いため、下部開放容器46内の冷却材流路40の上部に蓄
積される。即ち、この場合にも、冷却材流路40の上部に
図5に示すようなボイド空間54が形成される。従って、
前記の原子炉の冷却材流量が異常に減少した場合と全く
同様の作用が得られる。
Further, the gas flowing from outside the core is cooled by the coolant 5.
In the case where the gas is mixed and flows into the core, the gas mixed into the coolant 5 and flowing into the core has a lower specific gravity than the coolant, and therefore is accumulated in the lower portion of the upper support plate 35. On the other hand, the coolant communicating hole 44 of the voided assembly 33 is formed vertically above the coolant communicating hole 53 of the fuel assembly 21. As a result,
The gas accumulated in the lower part of the upper support plate 35 is
Before flowing into the voided aggregate 33. The gas flowing into the voided aggregate 33 has a lower specific gravity than that of the coolant, and therefore is accumulated in the upper portion of the coolant passage 40 in the lower open container 46. That is, also in this case, the void space 54 as shown in FIG. 5 is formed in the upper part of the coolant channel 40. Therefore,
The same effect as when the coolant flow rate of the reactor is abnormally reduced can be obtained.

【0031】なお、炉心領域22の各燃料集合体21間にボ
イド化集合体33を装荷することにより、燃料集合体21で
生じた中性子がボイド化集合体33の軸方向上部のガスキ
ャビティ41への漏洩を助長するため、このガスキャビテ
ィ41の上部に、中性子吸収体49を図4に示すように配置
してもよい。また、発熱物質を、符号47に示す様に下部
開放容器46内に設置する代りに、符号55のように、容器
本体56の下部に設置することも可能である。このように
本実施例によれば、高速炉の炉心のナトリウムボイド反
応度は、ボイド化集合体のない炉心に比べて低減でき零
または負にすることができる。
By loading the voided assemblies 33 between the fuel assemblies 21 in the core region 22, the neutrons generated in the fuel assemblies 21 enter the gas cavities 41 in the axially upper part of the voided assemblies 33. A neutron absorber 49 may be arranged above the gas cavity 41 as shown in FIG. Further, instead of being placed in the lower open container 46 as indicated by the reference numeral 47, it is also possible to place the heat generating substance in the lower portion of the container main body 56 as indicated by the reference numeral 55. As described above, according to this embodiment, the sodium void reactivity of the core of the fast reactor can be reduced to zero or negative as compared with the core having no voided aggregate.

【0032】例えば、炉心高さが60cm、炉心直径が約30
0cm の偏平炉心の場合、キャビティ集合体が無い場合の
365日燃焼後の炉心高さ部におけるナトリウムボイド反
応度は約3ドルである。ボイド化集合体33を図3のよう
に配置した場合の同一サイズの炉心でのナトリウムボイ
ド反応度は、ボイド化集合体が上部軸ブランケット領域
(厚35cm)30の高さから炉心中心高さまでボイド化し、
燃料集合体21が炉心高さまでボイド化した場合には約−
0.5 ドルとなる。ボイド化集合体33が上部軸ブランケッ
ト領域28の高さよりさらに30cm上部までボイド化し、燃
料集合体21が炉心高さまでボイド化した場合には、−2
ドルとなる。従って、冷却材の流量低下時、過出力時、
炉心への気泡流入時等の異常時において、炉心の負の反
応度が得られ、安全性が向上する。
For example, the core height is 60 cm and the core diameter is about 30.
In the case of 0 cm flat core, when there is no cavity assembly
The sodium void reactivity at the core height after 365 days of combustion is about $ 3. The sodium void reactivity in the core of the same size when the voided aggregates 33 are arranged as shown in FIG. 3 shows that the voided aggregates are voided from the height of the upper axial blanket region (thickness 35 cm) 30 to the core center height. Turned into
When the fuel assembly 21 is voided to the core height,
That's $ 0.5. When the voided assembly 33 is voided to a height of 30 cm above the height of the upper shaft blanket region 28 and the fuel assembly 21 is voided to the core height, −2
It becomes a dollar. Therefore, when the flow rate of the coolant drops, when the output is high,
In the event of an abnormality such as when air bubbles flow into the core, a negative reactivity of the core is obtained, and safety is improved.

【0033】なお、万が一、燃料の溶融が生じ、炉心部
の燃料が下方に落下するような事故が発生した場合で
も、ボイド化集合体内の下部に配置した発熱物質が多く
の中性子を吸収するため、燃料溶融後の体系を未臨界に
維持することができ、事故の拡大防止に役立つ。
Even in the unlikely event that fuel melts and the fuel in the core falls downward, the exothermic substance arranged in the lower part of the voided assembly absorbs many neutrons. , The system after fuel melting can be kept subcritical, which helps prevent the spread of accidents.

【0034】次に、本発明の他の実施例を図6および図
7を参照して説明する。図6は、本発明に係る高速炉の
炉心の第2の実施例を示す炉心構成図である。図7は、
図6に示す高速炉の炉心を示す横断面図である。この実
施例に示す高速炉の炉心は、図2及び図3に示した炉心
構造に加えて多数の燃料集合体21を装荷して構成される
炉心領域22の中央部にボイド化集合体33を複数本まとめ
て集中的に配置したものである。他の炉心構成は、図2
及び図3に示すものと基本的には異ならないので、同一
符号を付して説明を省略する。
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 and 7. FIG. 6 is a core configuration diagram showing a second embodiment of the core of the fast reactor according to the present invention. Figure 7
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a core of the fast reactor shown in FIG. 6. In the core of the fast reactor shown in this embodiment, in addition to the core structure shown in FIGS. 2 and 3, a voided assembly 33 is provided at the center of a core region 22 configured by loading a large number of fuel assemblies 21. It is a collection of multiple pieces that are collectively arranged. Another core configuration is shown in FIG.
Also, since it is basically the same as that shown in FIG. 3, the same reference numerals are given and description thereof is omitted.

【0035】図7に示す高速炉の炉心においては、炉心
中心部に炉心軸方向にまとめて配置されるボイド化集合
体33により、冷却材であるナトリウムのボイド時に、炉
心中心方向への中性子漏洩効果が助長される構成となっ
ている。
In the fast reactor core shown in FIG. 7, neutron leakage toward the center of the core is caused by voiding aggregates 33 collectively arranged in the center of the core in the axial direction of the core when sodium as a coolant is voided. It is structured to promote the effect.

【0036】さらに、ボイド化集合体33を偏平炉心の炉
心領域22に配置される制御棒52に隣接して装荷したり、
周方向に沿って環状に装荷することにより、制御棒52方
向への中性子漏洩を積極的に利用することも考えられ
る。この際、図6に示すように燃料集合体21の上部ブラ
ンケット領域50と炉心領域22の中間にプレナム領域51を
配置するか、または軸方向ブランケット領域50を削除す
ると、上部方向への漏洩した中性子がプレナム領域を通
してより漏洩しやすくなる。
Further, the voided aggregate 33 is loaded adjacent to the control rod 52 arranged in the core region 22 of the flat core,
It is also possible to positively utilize the neutron leakage in the direction of the control rod 52 by loading annularly along the circumferential direction. At this time, as shown in FIG. 6, if a plenum region 51 is arranged between the upper blanket region 50 of the fuel assembly 21 and the core region 22, or if the axial blanket region 50 is deleted, leaked neutrons in the upper direction Are more likely to leak through the plenum area.

【0037】なお、本発明の実施例では、炉心領域の各
燃料集合体間にボイド化集合体を配置した例を示した
が、ボイド化集合体の配置や、ボイド化集合体内の構成
は上記の例に限られるものではない。ボイド化集合体の
配置は冷却材であるナトリウムのボイド時にナトリウム
ボイド反応度が小さくなるように配置されればよく、そ
の形状、構成は、上記作用を満足するように設定されて
いれば良い。また、本発明は大型炉のみならず、元来ボ
イド反応度が小さい小型炉においても、安全性向上効果
が上記同様に得られる。
In the embodiment of the present invention, an example in which the voided assemblies are arranged between the fuel assemblies in the core region is shown. However, the arrangement of the voided assemblies and the structure of the voided assemblies are as described above. It is not limited to the example of. The voided aggregate may be arranged so that the sodium void reactivity becomes small when the sodium as the coolant is voided, and the shape and configuration thereof may be set so as to satisfy the above-mentioned action. Further, the present invention can obtain the safety improving effect in the same manner as described above not only in a large-sized furnace but also in a small-sized furnace which originally has a small void reactivity.

【0038】[0038]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
冷却材による炉心の反応度を小さく抑えることにより、
冷却材の流量低下時、炉心の過出力時、炉心への気泡流
入時等の異常の場合に、炉心の正の反応度投入要因を低
減することにより、安全性を向上しつつ、より大きな出
力の炉心を得ることができる高速炉の炉心を提供するこ
とができる。
As described above, according to the present invention,
By reducing the reactivity of the core by the coolant,
In the event of abnormalities such as when the flow rate of the coolant drops, when the core is overpowering, or when bubbles are flowing into the core, reducing the factor that causes the positive reactivity of the core to improve safety while increasing power output It is possible to provide a core of a fast reactor capable of obtaining the core.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る炉心を備えた高速炉の一実施例を
示す縦断面図。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an embodiment of a fast reactor equipped with a core according to the present invention.

【図2】本発明に係る高速炉の炉心の第1実施例を示す
炉心構成図。
FIG. 2 is a core configuration diagram showing a first embodiment of a fast reactor core according to the present invention.

【図3】図2に示す高速炉の炉心を示す横断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a core of the fast reactor shown in FIG.

【図4】図2に示す炉心の燃料集合体とボイド化集合体
の関係を示す構成図。
FIG. 4 is a configuration diagram showing a relationship between a fuel assembly and a voided assembly of the core shown in FIG.

【図5】図4に示すボイド化集合体のガスキャビティ容
器の開放状態を示す構成図。
5 is a configuration diagram showing an open state of a gas cavity container of the voided assembly shown in FIG. 4. FIG.

【図6】本発明に係る高速炉の炉心の第2実施例を示す
炉心構成図。
FIG. 6 is a core configuration diagram showing a second embodiment of the core of a fast reactor according to the present invention.

【図7】図6に示す高速炉の炉心を示す横断面図。7 is a cross-sectional view showing the core of the fast reactor shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

5…ナトリウム 20…炉心 21…燃料集合体 22…炉心領域 24…径ブランケット領域 26…中性子遮蔽領域 28、50…上部軸ブランケット領域 29…下部軸ブランケット領域 30、51…ガスプレナム領域 31…ガスプレナム領域又は中性子遮蔽領域 33…ボイド化集合体 38…伸縮金具 40…冷却材流路 41…ガスキャビティ 42…ガスキャビティ容器 45…開閉蓋 46…下部開放容器 56…容器本体 5 ... Sodium 20 ... Core 21 ... Fuel assembly 22 ... Core region 24 ... Diameter blanket region 26 ... Neutron shielding region 28, 50 ... Upper shaft blanket region 29 ... Lower shaft blanket region 30, 51 ... Gas plenum region 31 ... Gas plenum region or Neutron shielding area 33 ... Voided assembly 38 ... Expandable metal fitting 40 ... Coolant flow path 41 ... Gas cavity 42 ... Gas cavity container 45 ... Open / close lid 46 ... Lower open container 56 ... Vessel body

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 核分裂性物質を充填した燃料集合体を複
数本装荷して形成した炉心領域と、この炉心領域を構成
する燃料集合体の間に挿入したボイド化集合体より形成
されるボイド化領域とから成り、このボイド化領域を構
成するボイド化集合体は、本体内部に下部開放容器を収
容し、この下部開放容器内部の上部に気体を加圧封入し
たガスキャビティ容器を配設し、このガスキャビティ容
器の開閉蓋を所定温度にて開動作させる形状記憶合金で
形成された開放機構を具備して成ることを特徴とする高
速炉の炉心。
1. A void region formed by a core region formed by loading a plurality of fuel assemblies filled with fissile material, and a voided assembly inserted between fuel assemblies forming the core region. The voided assembly, which is composed of a region and constitutes the voided region, accommodates a lower open container inside the main body, and arranges a gas cavity container in which a gas is pressurized and sealed in an upper part inside the lower open container, A core of a fast reactor comprising an opening mechanism made of a shape memory alloy for opening and closing the opening / closing lid of the gas cavity container at a predetermined temperature.
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