JPH05297173A - Pressure tube type reactor - Google Patents

Pressure tube type reactor

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Publication number
JPH05297173A
JPH05297173A JP4100872A JP10087292A JPH05297173A JP H05297173 A JPH05297173 A JP H05297173A JP 4100872 A JP4100872 A JP 4100872A JP 10087292 A JP10087292 A JP 10087292A JP H05297173 A JPH05297173 A JP H05297173A
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JP
Japan
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moderator
calandria
tube
tank
pressure
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JP4100872A
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Japanese (ja)
Inventor
Akira Susuki
晃 須々木
Shigeto Murata
重人 村田
Akihiko Minato
明彦 湊
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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Abstract

PURPOSE:To improve self-control property and operating performance in a pressure tube type reactor by properly setting the ratio of moderator volume to fuel volume in the reactor, and making an output coefficient and a coolant void coefficient to a more negative value without increasing the diameter and thickness of a pressure tube. CONSTITUTION:A pressure tube reactor has a moderator sealed tube 4 enclosing a calandria tube 2 and having a moderator 3 interposed with the calandria tube 2, and a calandria tank 9 having a calandria tank upper header 6 in the upper part and a calandria tank lower header 8 in the lower part. The moderator 3 is stored in the calandria tank upper header 6 and the calandria tank lower header 8, respectively, and the calandria tank upper header 6 is allowed to communicate with calandria tank lower header 8 through the moderator sealed tube 4.

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、圧力管型原子炉に関す
るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pressure tube type nuclear reactor.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の圧力管型原子炉では、例えば、特
開昭55−49190号公報に開示のように、圧力管
は、基本的には一定の正方形格子間隔で配列するように
構成されている。
2. Description of the Related Art In a conventional pressure tube type nuclear reactor, as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 55-49190, the pressure tubes are basically arranged to have a constant square lattice spacing. ing.

【0003】また、炉心の制御性を向上させるために、
圧力管を一定の正方形格子間隔で配列することを基本
に、制御棒案内管や中性子計装管を配置しない箇所の正
方形格子間隔を小さくする(特開昭58−34386号
公報参照)、圧力管と重水管とを交互に配置する構造に
する(特開昭61−26891号公報参照)、重水減速
材中に気体を注入する(特開昭58−132692号公
報参照)、重水減速材水位を任意に制御する方法や構造
(特開昭56−12590号公報参照)などの関連技術
が開示されている。
In order to improve the controllability of the core,
On the basis of arranging the pressure tubes at a constant square lattice spacing, the square lattice spacing is reduced in a place where the control rod guide tube and the neutron instrumentation pipe are not arranged (see Japanese Patent Laid-Open No. 58-34386). And heavy water pipes are alternately arranged (see Japanese Patent Laid-Open No. 61-26891), gas is injected into the heavy water moderator (see Japanese Patent Laid-Open No. 58-132692), and the water level of the heavy water moderator is set. Related techniques such as a method and structure for arbitrarily controlling (see Japanese Patent Laid-Open No. 56-12590) are disclosed.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】従来の圧力管型原子炉
の炉心構成寸法は、材料強度と核特性との二つの要件に
より厳しく規制されている。従来の圧力管型原子炉を図
8〜図11を用いて説明する。
The core constituent dimensions of a conventional pressure tube reactor are severely restricted by two requirements, that is, material strength and nuclear characteristics. A conventional pressure tube reactor will be described with reference to FIGS.

【0005】図8は従来例の炉心部の模式横断面図、図
9は単位格子中の減速材領域の説明図、図10は1/4
単位格子の横断面図、図11は圧力管型原子炉の性能を
示す説明図であり、1は圧力管、2はカランドリア管、
9はカランドリアタンク、10は制御棒案内管、11は
中性子計装管、13は燃料ペレットを示している。
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of a conventional core portion, FIG. 9 is an explanatory view of a moderator region in a unit cell, and FIG. 10 is a quarter.
FIG. 11 is a cross-sectional view of a unit cell, and FIG. 11 is an explanatory view showing the performance of a pressure tube reactor, 1 is a pressure tube, 2 is a calandria tube,
9 is a calandria tank, 10 is a control rod guide tube, 11 is a neutron instrumentation tube, and 13 is a fuel pellet.

【0006】カランドリアタンク9内には、カランドリ
ア管2が一定の正方形格子間隔で配置され、カランドリ
ア管2における各管の間には、制御棒案内管10又は中
性子計装管11が適宜配置されている。また、カランド
リアタンク9には、一般に、減速材である重水が大気圧
で保有されている。
In the calandria tank 9, the calandria tubes 2 are arranged at a constant square lattice interval, and between the tubes in the calandria tube 2, a control rod guide tube 10 or a neutron instrumentation tube 11 is appropriately arranged. ing. Further, the calandria tank 9 generally holds heavy water as a moderator at atmospheric pressure.

【0007】圧力管1を正方形格子間隔に配列した構成
の場合、1本の圧力管1当たりに割り当てられる減速材
の横断面積M2は、図9で斜線を施した部分の面積で表
され、次式で求めることができる。
In the case where the pressure pipes 1 are arranged in a square lattice spacing, the cross-sectional area M 2 of the moderator allocated to each pressure pipe 1 is represented by the shaded area in FIG. It can be calculated by the following formula.

【0008】[0008]

【数1】 M2=l2−0.25πC2…………………………………………(1) ここに、1は圧力管格子間隔、Cはカランドリア管外径
である。
[Equation 1] M 2 = l 2 −0.25πC 2 …………………………………… (1) where 1 is the pressure tube lattice spacing and C is the calandria tube outer diameter. is there.

【0009】一方、圧力管1の1本当たりに挿入される
燃料の横断総面積F2は、圧力管1の1/4の断面図(図
10)に示した燃料ペレット13の面積から、次式で求
められる。
On the other hand, the total cross-sectional area F 2 of the fuel to be inserted per one pressure tube 1 is calculated from the area of the fuel pellet 13 shown in the sectional view (1/4) of the pressure tube 1 (FIG. 10). Calculated by the formula.

【0010】[0010]

【数2】 F2=0.25πnd2…………………………………………… (2) ここに、nは圧力管1本当たりの燃料棒本数、dは燃料
ペレット直径である。上記の減速材と燃料とも、上下方
向において同一横断面積、同一高さとみなされる。
F 2 = 0.25πnd 2 ………………………………………………………………………………………………………… (2) where n is the number of fuel rods per pressure tube, and d is the fuel pellet. Is the diameter. Both the moderator and the fuel are considered to have the same cross-sectional area and the same height in the vertical direction.

【0011】したがって、減速材体積Mと燃料体積Fと
の比(M/F)は、次式で求められる。
Therefore, the ratio (M / F) of the moderator volume M and the fuel volume F is obtained by the following equation.

【0012】[0012]

【数3】 M/F=M2/F2=4(l2−0.25πC2)/(πnd2)…(3) 式(3)から明らかなように、減速材体積と燃料体積と
の比は、圧力管格子間隔lに依存する。
Equation 3] M / F = M 2 / F 2 = 4 (l 2 -0.25πC 2) / (πnd 2) ... (3) As is clear from equation (3), moderator volume and the fuel volume The ratio of P depends on the pressure tube lattice spacing l.

【0013】一方、圧力管1内は高圧になるので、圧力
管1の内径を小さくすれば、圧力管1の厚さも小さくで
き、圧力管1を構成するに必要な材料の量、材料強度及
び中性子経済の点から有利である。
On the other hand, since the pressure inside the pressure pipe 1 becomes high, the thickness of the pressure pipe 1 can be reduced by reducing the inner diameter of the pressure pipe 1, and the amount of material necessary for forming the pressure pipe 1, the material strength and the It is advantageous in terms of neutron economy.

【0014】しかし、この場合は、圧力管1に収められ
る燃料体積が小さくなる。したがって、この状態で減速
材体積と燃料体積との比を一定に保つには、式(1)か
ら明らかなように、圧力管格子間隔lを小さくする必要
がある。
However, in this case, the volume of fuel contained in the pressure pipe 1 becomes small. Therefore, in order to keep the ratio of the moderator volume to the fuel volume constant in this state, it is necessary to reduce the pressure tube lattice spacing 1 as is clear from the equation (1).

【0015】しかし、圧力管格子間隔lが小さいほど、
圧力管型原子炉の製作が困難となる。
However, the smaller the pressure tube lattice spacing l is,
Manufacturing of pressure tube reactor becomes difficult.

【0016】したがって、圧力管型原子炉の製作性を向
上させるために、圧力管格子間隔lを広げ、更にこの状
態で減速材体積を一定に保つ場合は、式(1)の関係か
ら、カランドリア管の外径を広げなければならない。
Therefore, in order to improve the manufacturability of the pressure tube reactor, when the pressure tube lattice spacing 1 is widened and the moderator volume is kept constant in this state, the calandria is calculated from the relation of the formula (1). The outer diameter of the pipe must be widened.

【0017】しかし、図10から明らかなように、カラ
ンドリア管の外半径C/2は圧力管格子間隔lの1/2
より大きくはなり得ない。したがって、式(1)の関係
から、減速材体積は増加することになる。
However, as is apparent from FIG. 10, the outer radius C / 2 of the calandria tube is 1/2 of the pressure tube lattice spacing l.
It cannot be larger. Therefore, the moderator volume increases from the relationship of the equation (1).

【0018】すなわち、燃料体積を一定に保持した場合
は、減速材体積と燃料体積との比は増加し、減速材に重
水を用いている圧力管型原子炉では、図11に示すよう
に、冷却材ボイド反応度が正の方向に移るため、炉の自
己制御性は悪化する傾向にある。
That is, when the fuel volume is kept constant, the ratio of the moderator volume to the fuel volume increases, and in a pressure tube reactor using heavy water as the moderator, as shown in FIG. Since the coolant void reactivity shifts in the positive direction, the self-controllability of the furnace tends to deteriorate.

【0019】したがって、減速材体積と燃料体積との比
を一定に保持する必要があるが、これには、燃料体積を
増加せねばならない。このため、燃料を収める圧力管の
内径、すなわち高圧力部分の体積が増加し、圧力管の厚
さも増し、圧力管の強度、中性子経済及び必要材料の量
の観点からは不利となる。
Therefore, it is necessary to keep the ratio of the moderator volume to the fuel volume constant, but this requires increasing the fuel volume. Therefore, the inner diameter of the pressure tube for containing the fuel, that is, the volume of the high pressure portion increases, and the thickness of the pressure tube also increases, which is disadvantageous from the viewpoint of the strength of the pressure tube, the neutron economy, and the amount of required material.

【0020】また、従来では、圧力管型原子炉における
炉心の制御性についての性能評価が複雑であったり、炉
のシステムが大型化したりするなどの問題があった。
Further, conventionally, there have been problems that the performance evaluation of the controllability of the core in the pressure tube reactor is complicated, and the reactor system is enlarged.

【0021】本発明の目的は、圧力管型原子炉におい
て、減速材体積と燃料体積との比を適切に設定して、圧
力管における直径及び厚さを増加させずに、出力係数や
冷却材ボイド係数などをより負側の値にし、炉における
自己制御性及び運転性能を向上させることである。
An object of the present invention is, in a pressure tube reactor, appropriately setting the ratio of moderator volume to fuel volume to increase the output coefficient and the coolant without increasing the diameter and thickness of the pressure tube. It is to improve the self-controllability and operating performance of the furnace by making the void coefficient and the like more negative values.

【0022】[0022]

【課題を解決するための手段】上記目的は、次のように
して達成することができる。
The above object can be achieved as follows.

【0023】(1)核燃料及び冷却材を収納する圧力
管、圧力管を内包するカランドリア管、及びカランドリ
ア管を内蔵するカランドリアタンクを具備して炉心を構
成する圧力管型原子炉において、カランドリア管を内包
し、カランドリア管との間に減速材が介在する減速材封
入管を有し、カランドリア管、減速材及び減速材封入管
の最小単位の組合わせを、2単位以上配列して炉心を構
成すること。
(1) In a pressure tube type nuclear reactor having a core comprising a pressure pipe for containing nuclear fuel and a coolant, a calandria pipe containing the pressure pipe, and a calandria tank containing the calandria pipe, a calandria pipe is provided. And a moderator material enclosing tube in which the moderator material is interposed between the calandria tube and the calandria tube, and the core is formed by arranging two or more units of the minimum unit of the calandria tube, the moderator and the moderator material enclosing tube. To do.

【0024】(2)(1)において、カランドリアタン
クには、上部にカランドリアタンク上部ヘッダ、下部に
カランドリアタンク下部ヘッダをそれぞれ有し、カラン
ドリアタンク上部ヘッダとカランドリアタンク下部ヘッ
ダとには、それぞれ減速材を蓄え、カランドリアタンク
上部ヘッダとカランドリアタンク下部ヘッダとは減速材
封入管を介して連通してあること。
(2) In (1), the calandria tank has a calandria tank upper header on the upper side and a calandria tank lower header on the lower side, and the calandria tank upper header and the calandria tank lower header are provided. Stores a moderator, and the calandria tank upper header and the calandria tank lower header communicate with each other through a moderator sealing tube.

【0025】(3)(1)において、カランドリアタン
クの内部にあって、減速材封入管の外部に保有される空
隙をカランドリアタンク気体封入部で形成し、中性子を
吸収する性質をもつ液体を、前記カランドリアタンク気
体封入部に注入する重力落下機構を有すること。
(3) In (1), a liquid having a property of absorbing neutrons is formed by a gas filling portion of the calandria tank inside the calandria tank and outside the moderator sealing tube. A gravity drop mechanism for injecting into the gas filling portion of the calandria tank.

【0026】(4)(1)において、炉心に挿入する制
御棒の制御棒案内管に減速材を流通する機構を具備する
こと。
(4) In (1), the control rod guide tube of the control rod to be inserted into the core is provided with a mechanism for circulating the moderator.

【0027】(5)(1)において、炉心に挿入する制
御棒のうちの少なくとも一部に、ポイズン管を用いてあ
ること。
(5) In (1), a poison tube is used for at least a part of the control rods inserted into the core.

【0028】(6)(1)〜(3)において、減速材封
入管が、ジルカロイ又はジルコニウム・ニオブ合金から
なること。
(6) In (1) to (3), the moderator enclosure tube is made of zircaloy or zirconium-niobium alloy.

【0029】[0029]

【作用】本発明によれば、圧力管型原子炉において、カ
ランドリア管を内包し、カランドリア管との間に減速材
が介在する減速材封入管を、2つ以上配列して炉心を構
成してあり、また、カランドリアタンクの上部にカラン
ドリアタンク上部ヘッダを、下部にカランドリアタンク
下部ヘッダを、それぞれ有し、カランドリアタンク上部
ヘッダとカランドリアタンク下部ヘッダとには、それぞ
れ減速材を蓄え、カランドリアタンク上部ヘッダと前記
カランドリアタンク下部ヘッダとは減速材封入管を介し
て連通してある。
According to the present invention, in a pressure tube type reactor, two or more moderator embedding tubes, which include a calandria tube and a moderator is interposed between the calandria tube, are arranged to form a reactor core. There is a calandria tank upper header at the upper part of the calandria tank, and a calandria tank lower header at the lower part, and a moderator is stored in each of the calandria tank upper header and the calandria tank lower header. The upper header of the calandria tank and the lower header of the calandria tank communicate with each other through a moderator sealing pipe.

【0030】したがって、上記の構成から、減速材体積
と対燃料体積との比は、減速材封入管の内径、カランド
リア管の外径及び燃料ペレット直径の関数となり、減速
材体積と燃料体積との比は、圧力管格子間隔に影響しな
くなる。
Therefore, from the above configuration, the ratio of the moderator volume to the fuel volume is a function of the inner diameter of the moderator encapsulation tube, the outer diameter of the calandria tube, and the fuel pellet diameter. The ratio does not affect the pressure tube grid spacing.

【0031】このため、圧力管寸法を大型化せずに、圧
力管格子間隔を拡大して、炉の製作性を向上でき、冷却
材ボイド係数のより負側の設定が可能となり、炉におけ
る自己制御性及び安全性が向上する。
Therefore, the pressure tube lattice spacing can be increased without increasing the size of the pressure tube, the manufacturability of the furnace can be improved, and the coolant void coefficient can be set on the more negative side. Controllability and safety are improved.

【0032】また、カランドリアタンクの内部にあっ
て、減速材封入管の外部に保有される空隙をカランドリ
アタンク気体封入部で形成し、カランドリアタンク気体
封入部に注入する、中性子を吸収する性質をもつ液体の
重力落下機構を有している。
Further, inside the calandria tank, a void held outside the moderator sealing tube is formed by the calandria tank gas sealing portion, and is injected into the calandria tank gas sealing portion to absorb neutrons. It has a gravity drop mechanism for liquids with properties.

【0033】したがって、炉を緊急停止する必要がある
場合、カランドリアタンク気体封入部に中性子を吸収す
る性質をもつ液体を注入し、原子炉を停止することがで
きる。
Therefore, when it is necessary to stop the reactor urgently, it is possible to stop the reactor by injecting a liquid having a property of absorbing neutrons into the gas filling portion of the calandria tank.

【0034】また、炉心に挿入する制御棒の制御棒案内
管に減速材を流通する機構を具備してあるので、制御棒
は、減速材により冷却され、中性子吸収によって温度上
昇を起こすことがなく、制御棒反応度を維持することが
できる。
Further, since the control rod guide tube of the control rod to be inserted into the core is provided with a mechanism for circulating the moderator, the control rod is cooled by the moderator and does not cause a temperature rise due to neutron absorption. , Control rod reactivity can be maintained.

【0035】更に、炉心に挿入する制御棒のうちの少な
くとも一部に、ポイズン管を用いてあるので、炉におけ
る制御棒駆動機構と機械的駆動部分の数を共に減らすこ
とができる。
Further, since the poison tube is used for at least a part of the control rods to be inserted into the core, both the control rod drive mechanism and the mechanical drive parts in the reactor can be reduced in number.

【0036】そして、減速材封入管が、ジルカロイ又は
ジルコニウム・ニオブ合金からなっているので、炉内で
の減速材封入管による中性子吸収が少なくなり、炉心の
中性子経済を良くすることができる。
Further, since the moderator-filled tube is made of zircaloy or zirconium-niobium alloy, neutron absorption by the moderator-filled tube in the reactor is reduced, and the neutron economy of the core can be improved.

【0037】[0037]

【実施例】以下に本発明の実施例を図1〜図8を用いて
説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS.

【0038】図1は第1実施例の炉心部の模式縦断面
図、図2は第1実施例の炉心部の模式横断面図、図3は
第1実施例の単位格子内の減速材領域の説明図、図4は
第1実施例の1/4単位格子の横断面図、図5は第2実
施例の減速材循環系の説明図、図6は第3実施例の緊急
原子炉停止系の説明図、図7は第4実施例の制御棒に関
する説明図であり、3は減速材、4は減速材封入管、5
は減速材供給管、6はカランドリアタンク上部ヘッダ、
7は減速材排出管、8はカランドリアタンク下部ヘッ
ダ、12はカランドリアタンク気体封入部、14は重水
ダンプタンク、15は重水循環ポンプ、16は重水冷却
器、17はポイズン溶解槽、18はポイズン除去塔、1
9は重水浄化塔、20はタンク、21は弁、22は逆止
弁、23はポンプ、24は減速材供給口、25は制御棒
であり、そのほかは前出の符号である。
FIG. 1 is a schematic vertical sectional view of the core portion of the first embodiment, FIG. 2 is a schematic horizontal sectional view of the core portion of the first embodiment, and FIG. 3 is a moderator region in the unit lattice of the first embodiment. FIG. 4, FIG. 4 is a cross-sectional view of the 1/4 unit lattice of the first embodiment, FIG. 5 is an illustration of the moderator circulation system of the second embodiment, and FIG. 6 is an emergency reactor shutdown of the third embodiment. FIG. 7 is an explanatory view of the system, FIG. 7 is an explanatory view of the control rod of the fourth embodiment, 3 is a moderator, 4 is a moderator enclosing pipe, 5
Is a moderator supply pipe, 6 is a header of a calandria tank,
Reference numeral 7 is a moderator discharge pipe, 8 is a calandria tank lower header, 12 is a calandria tank gas sealing portion, 14 is a heavy water dump tank, 15 is a heavy water circulation pump, 16 is a heavy water cooler, 17 is a poison melting tank, and 18 is Poison removal tower, 1
Reference numeral 9 is a heavy water purification tower, 20 is a tank, 21 is a valve, 22 is a check valve, 23 is a pump, 24 is a moderator supply port, 25 is a control rod, and others are the same as the above-mentioned symbols.

【0039】本発明の第1実施例を、図1〜図4を用い
て説明する。
The first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0040】図1において、圧力管1はカランドリア管
2内に収納されてあり、圧力管1内には燃料集合体と冷
却材とを収納してある。カランドリア管2は、低温大気
圧の条件下にある減速材を、高温となる圧力管1から断
熱する役目を有している。
In FIG. 1, the pressure tube 1 is housed in a calandria tube 2, and the pressure tube 1 contains a fuel assembly and a coolant. The calandria tube 2 has a function of insulating the moderator under low temperature and atmospheric pressure conditions from the high temperature pressure tube 1.

【0041】本実施例では、カランドリア管2を内包す
る減速材封入管4を有しており、カランドリア管2と減
速材封入管4との間に減速材3が介在している。
In this embodiment, there is a moderator material enclosing tube 4 containing the calandria tube 2, and the moderator material 3 is interposed between the calandria tube 2 and the moderator material enclosing tube 4.

【0042】減速材3は、減速材供給管5を通じてカラ
ンドリアタンク上部ヘッダ6に、減速材排出管7を通じ
てカランドリアタンク下部ヘッダ8に、それぞれ接続し
ている。
The moderator 3 is connected to the calandria tank upper header 6 through a moderator supply pipe 5 and to the calandria tank lower header 8 through a moderator discharge pipe 7, respectively.

【0043】また、減速材封入管4は、カランドリアタ
ンク上部ヘッダ6又はカランドリアタンク下部ヘッダ8
を通じて、他の減速材封入管とつながっている。
Further, the moderator sealing pipe 4 is provided with the calandria tank upper header 6 or the calandria tank lower header 8.
Through, it is connected to another moderator material enclosing pipe.

【0044】カランドリアタンク9内であって、減速材
封入管4の外部に保有してあるカランドリアタンク気体
封入部12には、核的に不活性な気体を大気圧で充填し
てある。本実施例では、この気体に二酸化炭素を用いて
いる。
In the calandria tank 9, the calandria tank gas sealing portion 12 which is held outside the moderator sealing tube 4 is filled with a nuclear inert gas at atmospheric pressure. In this embodiment, carbon dioxide is used as this gas.

【0045】カランドリアタンク9内には、図2に示す
ように、減速材封入管4を一定の正方形格子間隔で配置
し、減速材封入管4の各管の間には、制御棒案内管10
及び中性子計装管11を配置している。
As shown in FIG. 2, in the calandria tank 9, the moderator material enclosing tubes 4 are arranged at a constant square lattice interval, and the control rod guide tubes are arranged between the moderator material enclosing tubes 4. 10
And a neutron instrumentation tube 11 are arranged.

【0046】次に、本実施例における減速材体積と燃料
体積との比を、適切に設定する方法について、図3及び
図4を用いて説明する。
Next, a method of properly setting the ratio of the moderator volume to the fuel volume in this embodiment will be described with reference to FIGS. 3 and 4.

【0047】減速材封入管4を正方形格子上に配列した
構成の圧力管の1本に割り当てられる減速材の横断面積
は、図3の斜線を施した面積M1で表され、面積M1は次
式で求められる。
The cross-sectional area of the moderator, which is assigned to one of the pressure tubes having a structure in which the moderator embedding tubes 4 are arranged on a square lattice, is represented by the shaded area M 1 in FIG. 3, and the area M 1 is It is calculated by the following formula.

【0048】[0048]

【数4】 M1=0.25π(m2−C2)…………………………………… (4) ここに、mは減速材封入管内径、Cはカランドリア管外
径(共に前出)である。
[Formula 4] M 1 = 0.25π (m 2 −C 2 ) ……………………………… (4) Where, m is the inner diameter of the moderator enclosure tube and C is the outside of the calandria tube. Diameter (both mentioned above).

【0049】一方、圧力管1の1本当たりに挿入される
燃料の横断面積は、図4に示す圧力管1内の燃料ペレッ
ト13の総面積F1で表され、総面積F1は次式で求めら
れる。
Meanwhile, cross-sectional area of the fuel to be inserted into one per pressure tube 1 is represented by the total area F 1 of the fuel pellets 13 in the pressure tube 1 shown in FIG. 4, the total area F 1 by the following equation Required by.

【0050】[0050]

【数5】 F1=0.25πnd2………………………………………………(5) ここに、nは圧力管1本当たりの燃料棒本数、dは燃料
ペレットの直径(共に前出)である。
[Formula 5] F 1 = 0.25πnd 2 ………………………………………… (5) where n is the number of fuel rods per pressure tube, and d is fuel. The diameter of the pellet (both mentioned above).

【0051】また、減速材と燃料とも、上下方向におい
て同一横断面積、同一高さとみなされる。
Both the moderator and the fuel are considered to have the same cross-sectional area and the same height in the vertical direction.

【0052】したがって、減速材体積と燃料体積との比
(M/F)は、次式で求められる。
Therefore, the ratio (M / F) of the moderator volume to the fuel volume can be obtained by the following equation.

【0053】[0053]

【数6】 M/F=M1/F1=(m2−C2)/(nd2)……………………(6) 式(6)から明らかなように、減速材体積と燃料体積と
の比は、圧力管格子間隔lに依存せずに決定することが
できる。
[Equation 6] M / F = M 1 / F 1 = (m 2 −C 2 ) / (nd 2 ) ……………… (6) As is clear from the equation (6), the moderator volume is And the fuel volume can be determined independently of the pressure tube lattice spacing l.

【0054】したがって、減速材体積と燃料体積との比
を適切に設定し、自己制御性が良いように、冷却材ボイ
ド反応度をより負側の値に維持し、圧力管格子間隔lを
炉心製作性の面からの都合のみで任意に決定することが
できる。
Therefore, the ratio of the moderator volume to the fuel volume is appropriately set, and the coolant void reactivity is maintained at a value on the more negative side so that the self-controllability is good, and the pressure tube lattice spacing 1 is set to the core. It can be arbitrarily determined only from the viewpoint of manufacturability.

【0055】また、式(6)からわかるように、圧力管
の内径及び厚さ、並びにカランドリア管の内径及び厚さ
も、減速材体積と燃料体積との比に関係なく決定するこ
とができる。
Further, as can be seen from the equation (6), the inner diameter and the thickness of the pressure tube and the inner diameter and the thickness of the calandria tube can be determined regardless of the ratio of the moderator volume to the fuel volume.

【0056】したがって、炉心製作性向上のため、圧力
管格子間隔lを広げた場合でも、圧力管1及びカランド
リア管2の寸法を大型化しなくて済む。
Therefore, in order to improve the manufacturability of the core, it is not necessary to increase the size of the pressure tube 1 and the calandria tube 2 even if the pressure tube lattice spacing 1 is widened.

【0057】また、炉心は高圧力部を増加せずに構成で
き、炉心の関連機器の設計自由度が大きくなる。
Further, the core can be constructed without increasing the high pressure part, and the degree of freedom in designing the related equipment of the core is increased.

【0058】図5は第2実施例の減速材循環系の説明図
である。
FIG. 5 is an explanatory diagram of the moderator circulation system of the second embodiment.

【0059】減速材には重水を用いてあり、カランドリ
アタンク下部ヘッダ8から排出した重水を、重水ダンプ
タンク14に一度蓄えている。
Heavy water is used as the moderator, and the heavy water discharged from the calandria tank lower header 8 is once stored in the heavy water dump tank 14.

【0060】この後、重水を重水循環ポンプ15によっ
て重水冷却器16に送り、重水が減速材封入管4内にあ
ったときに、中性子照射及びガンマ線吸収によって生じ
た発熱を重水冷却器16において除去し、重水をカラン
ドリアタンク上部ヘッダ6に送っている。
Thereafter, the heavy water is sent to the heavy water cooler 16 by the heavy water circulation pump 15, and when the heavy water is in the moderator enclosure tube 4, the heavy water cooler 16 removes the heat generated by neutron irradiation and gamma ray absorption. Then, the heavy water is sent to the header 6 of the calandria tank.

【0061】また、重水には、燃料の燃焼に伴う緩やか
な反応度を制御するため、ポイズンを混入させ、ポイズ
ンはポイズン溶解槽17から供給している。
Further, in order to control the gradual reactivity associated with the combustion of fuel, heavy water is mixed with poison, and the poison is supplied from the poison dissolving tank 17.

【0062】重水中におけるポイズン及びその他の不純
物は、ポイズン除去塔18及び重水浄化塔19によって
除去している。
Poisons and other impurities in the heavy water are removed by the poison removing tower 18 and the heavy water purifying tower 19.

【0063】上記のように、カランドリアタンク上部ヘ
ッダ6及びカランドリアタンク下部ヘッダ8をカランド
リアタンク9に備えることにより、各減速材封入管4内
に減速材を供給でき、圧力管1の本数分の減速材封入管
4に供給する減速材の配管を炉心外に備える必要がな
い。
As described above, by providing the calandria tank upper header 6 and the calandria tank lower header 8 in the calandria tank 9, the moderator can be supplied into each moderator enclosure pipe 4, and the number of pressure pipes 1 can be increased. It is not necessary to provide the moderator piping for supplying the moderator mode enclosing tube 4 to the outside of the core.

【0064】また、減速材の系統は、従来のものをその
まま使用でき、減速材封入管4を用いた場合は、減速材
循環系を複雑化しないで済ますことができる。
As the moderator system, the conventional mode can be used as it is. When the moderator enclosing pipe 4 is used, the moderator circulation system can be made complicated.

【0065】図6は第3実施例の場合である。この実施
例では、カランドリアタンク9に核的に不活性な気体を
封入した部分、すなわちカランドリアタンク気体封入部
12が存在する。
FIG. 6 shows the case of the third embodiment. In this embodiment, a portion of the calandria tank 9 in which a nuclearly inert gas is sealed, that is, a calandria tank gas sealing portion 12 is present.

【0066】すなわち、カランドリアタンク9より上方
の位置に中性子を吸収する性質をもつ液体を貯蔵したタ
ンク20を備えている。この実施例では、ほう酸水を使
用した。
That is, the tank 20 for storing a liquid having a property of absorbing neutrons is provided above the calandria tank 9. In this example, boric acid water was used.

【0067】そして、炉を緊急停止する必要がある場
合、弁21を開いてカランドリアタンク気体封入部12
の封入気体を逃し、逆止弁22を開いてカランドリアタ
ンクの気体封入部12に、ほう酸水を重力落下方式で注
入し、原子炉を停止するようにしてある。
When it is necessary to stop the furnace urgently, the valve 21 is opened and the calandria tank gas sealing portion 12 is opened.
The sealed gas is released, the check valve 22 is opened, and boric acid water is injected into the gas sealed portion 12 of the calandria tank by the gravity drop method to stop the reactor.

【0068】すなわち、制御棒及びポイズン高速注入ポ
ンプなどの駆動部を用いずに原子炉が停止でき、緊急原
子炉停止系のシステムを簡素化している。原子炉再起動
の際はポンプ23を用いて、ほう酸水をタンク20に回
収している。
That is, the reactor can be stopped without using a control rod and a drive unit such as a poison high-speed injection pump, and the system of the emergency reactor shutdown system is simplified. When the nuclear reactor is restarted, the boric acid water is collected in the tank 20 using the pump 23.

【0069】図7は第4実施例の場合である。この実施
例では、制御棒案内管10がカランドリアタンク上部ヘ
ッダ6とカランドリアタンク下部ヘッダ8とを接続して
おり、減速材が減速材供給口24を通って制御棒案内管
10内を通過する。
FIG. 7 shows the case of the fourth embodiment. In this embodiment, the control rod guide pipe 10 connects the calandria tank upper header 6 and the calandria tank lower header 8 so that the moderator passes through the moderator supply port 24 and inside the control rod guide pipe 10. To do.

【0070】制御棒25は、減速材により冷却されるた
め、中性子吸収によって温度上昇を起こすことがなく、
制御棒反応度を維持することができる。
Since the control rod 25 is cooled by the moderator, the temperature does not rise due to neutron absorption,
Control rod reactivity can be maintained.

【0071】また、第5の実施例として、炉心に挿入す
る多数の制御棒のうちの一部の制御棒を、ポイズン管に
取り替えている。ポイズン管内に中性子吸収物質の溶液
であるほう酸を収め、ほう酸の濃度を変えて、中性子束
密度を制御している。
As a fifth embodiment, some of the many control rods to be inserted into the core are replaced with poison tubes. The neutron flux density is controlled by containing boric acid, which is a solution of neutron absorbing material, in the poison tube and changing the concentration of boric acid.

【0072】すなわち、ポイズン管を使用して、炉にお
ける制御棒駆動機構と機械的駆動部分の数を共に減らし
ている。
That is, a poison tube is used to reduce both the number of control rod drive mechanisms and mechanical drive parts in the furnace.

【0073】更に、第6の実施例として、減速材封入管
の材料に、ジルカロイ又はジルコニウム・ニオブ合金を
使用している。これによって、減速材封入管の材料にス
テンレスなどの炭素鋼を使用した場合よりも、炉内での
減速材封入管による中性子吸収が少なくなり、炉心の中
性子経済が良くなっている。
Further, as a sixth embodiment, zircaloy or zirconium-niobium alloy is used as the material of the moderator enclosing tube. As a result, neutron absorption by the moderator encapsulation tube in the reactor is reduced and the neutron economy of the core is improved, as compared with the case where carbon steel such as stainless steel is used as the moderator encapsulation tube material.

【0074】[0074]

【発明の効果】本発明によれば、圧力管型原子炉におい
て、圧力管寸法を大型化せずに、圧力管格子間隔を拡大
でき、炉の製作性が向上する。
According to the present invention, in the pressure tube type nuclear reactor, the pressure tube lattice spacing can be expanded without increasing the size of the pressure tube and the manufacturability of the furnace is improved.

【0075】また、冷却材ボイド係数のより負側の設定
が可能となり、炉における自己制御性と安全性とが向上
する。
Further, it is possible to set the coolant void coefficient on the more negative side, and the self-controllability and safety in the furnace are improved.

【0076】また、減速材循環系が単純化し、炉におけ
る安全系の簡素化と信頼性とが向上する。
Further, the moderator circulation system is simplified, and the safety system in the furnace is simplified and reliability is improved.

【0077】また、炉における制御系の信頼性と燃料の
経済性とが向上する。
Further, the reliability of the control system and the economical efficiency of fuel in the furnace are improved.

【0078】更に、炉システムが簡素化し、炉の機械的
故障が低減する。
Furthermore, the furnace system is simplified and the mechanical failure of the furnace is reduced.

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

【図1】本発明の第1実施例の模式縦断面図である。FIG. 1 is a schematic vertical sectional view of a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1実施例の炉心部の模式横断面図で
ある。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the core portion of the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1実施例の単位格子内減速材領域の
説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram of a moderator area within a unit lattice according to the first embodiment of this invention.

【図4】本発明の第1実施例の1/4単位格子の横断面
図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view of the 1/4 unit cell of the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第2実施例の減速材循環系の説明図で
ある。
FIG. 5 is an explanatory diagram of a moderator circulation system according to a second embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第3実施例の緊急原子炉停止系の説明
図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram of an emergency reactor shutdown system according to a third embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第4実施例の制御棒に関する説明図で
ある。
FIG. 7 is an explanatory diagram of a control rod according to a fourth embodiment of the present invention.

【図8】従来例の炉心部の模式横断面図である。FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of a core portion of a conventional example.

【図9】従来例の単位格子中の減速材領域の説明図であ
る。
FIG. 9 is an explanatory diagram of a moderator region in a unit cell of a conventional example.

【図10】従来例の1/4単位格子の横断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view of a 1/4 unit cell of a conventional example.

【図11】圧力管型原子炉の性能を示す説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram showing the performance of a pressure tube reactor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…圧力管、2…カランドリア管、3…減速材、4…減
速材封入管、6…カランドリアタンク上部ヘッダ、8…
カランドリアタンク下部ヘッダ、9…カランドリアタン
ク、10…制御棒案内管、17…ポイズン溶解槽、18
…ポイズン除去塔、25…制御棒。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Pressure pipe, 2 ... Calandria pipe, 3 ... Moderator, 4 ... Moderator encapsulation pipe, 6 ... Calandria tank upper header, 8 ...
Calandria tank lower header, 9 ... Calandria tank, 10 ... Control rod guide tube, 17 ... Poison melting tank, 18
... poison removal tower, 25 ... control rod.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 核燃料及び冷却材を収納する圧力管、前
記圧力管を内包するカランドリア管、及び前記カランド
リア管を内蔵するカランドリアタンクを具備して炉心を
構成する圧力管型原子炉において、前記カランドリア管
を内包し、前記カランドリア管との間に減速材が介在す
る減速材封入管を有し、前記カランドリア管、前記減速
材及び前記減速材封入管の最小単位の組合わせを、2単
位以上配列して前記炉心を構成することを特徴とする圧
力管型原子炉。
1. A pressure tube-type nuclear reactor comprising a pressure pipe for containing nuclear fuel and a coolant, a calandria pipe containing the pressure pipe, and a calandria tank containing the calandria pipe, and forming a core, wherein: There is a moderator material enclosing tube that includes a calandria tube and a moderator material is interposed between the calandria tube and the calandria tube, the moderator, and a combination of the minimum units of the moderator material enclosing tube is 2 units or more. A pressure tube type nuclear reactor characterized in that the cores are arranged in an array.
【請求項2】 前記カランドリアタンクには、上部にカ
ランドリアタンク上部ヘッダ、下部にカランドリアタン
ク下部ヘッダをそれぞれ有し、前記カランドリアタンク
上部ヘッダと前記カランドリアタンク下部ヘッダとに
は、それぞれ減速材を蓄え、前記カランドリアタンク上
部ヘッダと前記カランドリアタンク下部ヘッダとは前記
減速材封入管を介して連通してある請求項1記載の圧力
管型原子炉。
2. The calandria tank has a calandria tank upper header at an upper portion and a calandria tank lower header at a lower portion, and the calandria tank upper header and the calandria tank lower header are respectively provided. The pressure tube reactor according to claim 1, wherein a moderator is stored, and the calandria tank upper header and the calandria tank lower header are communicated with each other through the moderator sealing tube.
【請求項3】 前記カランドリアタンクの内部にあっ
て、前記減速材封入管の外部に保有される空隙をカラン
ドリアタンク気体封入部で形成し、中性子を吸収する性
質をもつ液体を、前記カランドリアタンク気体封入部に
注入する重力落下機構を有する請求項1又は2記載の圧
力管型原子炉。
3. A liquid having a property of absorbing neutrons, which is formed in the calandria tank gas sealing portion inside the calandria tank and is formed outside the moderator sealing pipe, The pressure tube reactor according to claim 1 or 2, further comprising a gravity dropping mechanism for injecting the gas into the doria tank.
【請求項4】 前記炉心に挿入する制御棒の制御棒案内
管に減速材を流通する機構を具備する請求項1記載の圧
力管型原子炉。
4. The pressure tube reactor according to claim 1, further comprising a mechanism for circulating a moderator through a control rod guide tube of a control rod inserted into the core.
【請求項5】 前記炉心に挿入する制御棒のうちの少な
くとも一部に、ポイズン管を用いてある請求項1記載の
圧力管型原子炉。
5. The pressure tube reactor according to claim 1, wherein a poison tube is used for at least a part of the control rods inserted into the core.
【請求項6】 前記減速材封入管が、ジルカロイ又はジ
ルコニウム・ニオブ合金からなる請求項1、2又は3記
載の圧力管型原子炉。
6. The pressure tube reactor according to claim 1, 2 or 3, wherein the moderator-encapsulating tube is made of zircaloy or zirconium-niobium alloy.
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