JPH06308268A

JPH06308268A - 高速増殖炉の炉心

Info

Publication number: JPH06308268A
Application number: JP5101506A
Authority: JP
Inventors: Kyo Imaizumi; 泉京今; Fumio Kasahara; 原文雄笠; Kazuo Arie; 江和夫有
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-04-27
Filing date: 1993-04-27
Publication date: 1994-11-04

Abstract

(57)【要約】【目的】初期に溶融燃料を分散させ、大きな反応度挿
入をもたらすことなく事故を終息させ得る高速増殖炉の
炉心を提供する。【構成】核分裂性物質２１を装荷した炉心燃料領域２
２の上下に天然ウランまたは減損ウランを装荷した上下
軸プランケット２３，２４を配設して単位モジュール２
５ａ，２５ｂを構成し、この単位モジュール２５ａ，２
５ｂを上下に複数段積層して炉心を構成し、各単位モジ
ュールの間に中性子の流通を鈍化あるいは吸収する物質
を装荷した隔壁２６を介設するとともに、前記炉心２０
を軸方向に貫通する制御棒領域３２と冷却材流路を有す
るボイド化領域３６を設け、前記制御棒領域３２とボイ
ド化領域３６の各単位モジュールの間に相当する軸方向
位置に溶融燃料温度より融点の高い物質から成るスペー
サ３５を配設した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高速増殖炉に係り、特に
炉心燃料が溶融したときに溶融燃料が集中して反応度が
増大するのを防止する構造を有する高速増殖炉の炉心に
関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、高速増殖炉の炉心は、核分裂性
物質を装荷した炉心燃料領域と、この炉心燃料領域の上
下および周囲に配設される天然ウランあるいは減損ウラ
ンを装荷したブランケットとにより構成される。また、
燃料から熱を除去する冷却材としては主に液体金属であ
るナトリウムが使用されている。

【０００３】通常、ナトリウムは蒸発してボイド化され
ることはないものの、高速増殖炉の設計においては万一
の事故を想定してナトリウムがボイド化した場合、炉心
が安全に停止することを確認するのが通例である。

【０００４】ナトリウムがボイド化したときの応答とし
ては、炉心が小型である場合は炉心からの中性子の漏れ
が多くなるため、負の反応度が入り炉心は安全に停止す
る。しかし、炉心が大型になると、中性子の漏れが少な
くなり、ナトリウムがボイド化したときの反応は正とな
り、炉心が安全に停止するか否かに関しては、他の反応
度要因をも含めた詳細な解析を行い、その安全性を確認
する必要が生じる。したがって、他の特性を極度に悪化
させることなく、ナトリウムのボイド反応度を小さくさ
せることができれば、炉心設計上、非常に価値がある。

【０００５】ところが高速増殖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。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、１００ＭＷｅ程度の小型炉にし
なければならず、この炉心出力を上回る高速増殖炉では
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。

【０００６】図８、９は炉心の単位モジュールを積層し
ない場合の通常の公知の構造の液体ナトリウムを冷却材
とする高速増殖炉の燃料集合体を示す。図８に示すよう
に、燃料集合体１００は多数の燃料ピン１１４を収容す
る垂直な六角形の筒状の集合体壁１０９を有し、この集
合体壁１０９の下端部は冷却材の入口ノズル１１０に形
成され、上端部は冷却材流出口に形成されている。図９
に示すように、燃料ピン１１４は集合体壁１０９内で互
いに等しい距離を有するように配列され、炉心横断面で
温度が均一になるように構成されている。

【０００７】各燃料ピン１１４は金属の被覆管を有し、
炉心位置に対応する被覆管の中心部分にはプルトニウム
核燃料からなる炉心１０４が装着されている。炉心１０
４の上方と下方にはそれぞれ劣化ウランからなる上部軸
ブランケット１０３と下部軸ブランケット１０５が装着
されている。下部軸ブランケット１０５の下方には核分
裂生成物を収納する不活性ガスからなるガスプレナム１
０６が設けられている。燃料ピン１１４の被覆管の上端
と下端はそれぞれ上部端栓１０２と下部端栓１０７によ
って閉塞されている。

【０００８】燃料ピン１１４の上方と下方には、それぞ
れ燃料ピン１１４を保護する上部遮閉体１０１と下部遮
閉体１０８が設けられている。

【０００９】上記構造により、従来の高速増殖炉の燃料
集合体は、炉心１０４のプルトニウムの核分裂連鎖反応
によって熱を発生するとともに、核分裂過程にあずから
ない高速中性子によって軸ブランケット１０３，１０５
をプルトニウムに変換する。冷却材の液体ナトリウムは
入口ノズル１１０と冷却材流出口を通って燃料集合体の
内部を流通し、プルトニウムの核分裂による熱を吸収し
て、中間熱交換器でその熱を外部に取り出す。

【００１０】この従来の燃料集合体では、炉心１０４の
プルトニウムが一体に形成されているので、炉心１０４
が大型である場合、異常反応を生じたとき炉心中心部の
プルトニウムの中性子の漏れが少なくなり、ボイド化し
たナトリウムが負の反応として寄与せずに異常反応がよ
り進む可能性があった。

【００１１】これに対して、ナトリウムのボイド反応度
が零または負であって、大きな出力を有する炉心が提案
されている。この炉心は、炉心燃料領域と上下軸ブラン
ケットとからなる一定高さの単位モジュールを複数個積
層することによって構成されている。

【００１２】この炉心においては、炉心のナトリウムボ
イド反応度は、単位モジュールの高さで決定される。こ
れにより、単位モジュールの大きさとして、ナトリウム
ボイド反応度が零または負になる高さを選定すればよ
い。

【００１３】また、この炉心の出力は炉心を構成する単
位モジュールの個数にによって決まる。従って、必要な
炉心出力により、単位モジュールを必要な数積層するこ
とによって任意の炉心出力を得ることができる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記単位
モジュールを積層した炉心を有する高速増殖炉において
は、万一炉心上部に装荷した核分裂性物質が周囲の被覆
材、ラッパ管等の構造材を溶融し、炉心領域を軸方向に
貫通した制御棒領域やボイド化領域等の軸方向貫通部か
ら下部の単位モジュールへ落下し、下部単位モジュール
の炉心に正の反応度を付加することが考えられる。

【００１５】また、スクラム失敗を伴う流量低下型事故
（ＵＬＯＦ：Unprotected Loss ofFlow）などのいわゆ
るＡＴＷＳ（Anticipated Transient Without Scram ）
事故が万一発生した場合、液体金属ナトリウムは沸騰し
て除熱能力が低下するため、核燃料が燃料ピンの被覆管
を溶融して移動を始める。この様な場合、溶融した燃料
が炉心の中心部に移動すると反応度が挿入され、炉心の
出力が急上昇する。炉心出力の急上昇によって溶融燃料
が蒸発膨張し、炉容器等に大きな機械的衝撃を与え、破
損あるいは炉内物質の漏洩により格納系へ大きなインパ
クトを与える可能性があった。

【００１６】上記炉心損傷事故においては、損傷開始の
初期に溶融した燃料は効果的な燃料分散駆動力がないた
めに落下して炉心内に止まるため、炉心内の溶融燃料の
量が増大し、より大きな反応度挿入をもたらす。従来型
燃料ピンでは、仮に燃料分散駆動力が発生しても上部軸
ブランケット部、またガスプレナムが上部にある場合に
はガスプレナム部の流路が狭いこと、および当該部が冷
たいことにより移動した溶融燃料が固化して分散が効果
的に行われない可能性があった。

【００１７】そこで本発明の目的は、溶融した核分裂性
物質が軸方向貫通部から落下し、下部単位モジュールの
炉心に正の反応度が投入することを防止する構造を有
し、冷却材による炉心のボイド反応度を小さく押えるこ
とにより異常時等における炉心への正の反応度投入要因
を低減させ、安全性をより向上させる高速増殖炉の炉心
を提供することを目的とする。

【００１８】また、本発明の他の目的は、万一ＡＴＷＳ
が発生して炉心が損傷するような状況に至っても、損傷
開始の初期に溶融燃料を分散させ、大きな反応度挿入を
防止して事故を終息させ得る炉心を提供することにあ
る。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の高速増殖炉の炉心は、核分裂性物質を装荷し
た炉心燃料領域の上下に天然ウランまたは減損ウランを
装荷した上下軸ブランケットを配設して単位モジュール
を構成し、この単位モジュールを上下に複数段積層して
炉心を構成し、各単位モジュールの間に中性子の流通を
鈍化あるいは吸収する物質を装荷した隔壁を介設すると
ともに、前記炉心を軸方向に貫通する制御棒領域を設
け、前記制御棒領域の各単位モジュールの間に相当する
軸方向位置に溶融燃料温度より融点の高い物質からなる
スペーサを配設したことを特徴とするものである。

【００２０】また、本発明による他の高速増殖炉の炉心
は、上記炉心に炉心を軸方向に貫通する制御棒領域と冷
却材流路を有するボイド化領域を設け、前記制御棒領域
とボイド化領域の各単位モジュールの間に相当する軸方
向位置に溶融燃料温度より融点の高い物質から成るスペ
ーサを配設したことを特徴とするものである。

【００２１】また、上記ボイド化領域は燃料集合体の間
に配置されたボイド化集合体からなり、前記ボイド化集
合体は被覆管を有し、前記ボイド化集合体の被覆管は冷
却材流路と前記スペーサと温度上昇による気体の圧力で
ボイド化した冷却材を排出するキャビティ空間を収容
し、前記キャビティ空間は異常反応時に燃料集合体の中
性子を漏洩させる位置に設けられていることを特徴とす
るものである。

【００２２】また、本発明の高速増殖炉の炉心は、炉心
燃料と下部軸ブランケットを有する燃料ピンの間に、ボ
イド空間と液体金属ナトリウムを封入した液体金属封入
ピンを配置したことを特徴とするものである。

【００２３】

【作用】このように構成された高速増殖炉の炉心におい
ては、制御帽領域とボイド化領域に溶融燃料温度より融
点の高いスペーサを配設したことにより、軸方向貫通領
域を通って上部炉心の溶融した核分裂性物質が下部炉心
へ落下することを防止することができる。

【００２４】また、冷却材喪失時に冷却材が減少するボ
イド化集合体により、異常時に炉心で発生した中性子が
炉心の上下方向に漏洩して負の反応度を付加することが
できる。

【００２５】さらに、ＵＬＯＦ等のＡＴＷＳ事故が発生
し、炉心が損傷するに至っても、ボイド化集合体は溶融
した燃料を固化させることなく効果的に分散させるた
め、事故を早期に終息させることができる。

【００２６】また、液体金属封入ピンを有する高速増殖
炉では、液体金属封入ピンの内部には発熱源がないの
で、異常反応時に燃料ピンより低温を維持して液体金属
を保持する。しかし、溶融した核燃料が液体金属封入ピ
ンに接触することにより、液体金属封入ピンの被覆管が
溶融して液体金属が噴出する。この液体金属の噴出によ
って溶融核燃料は分散し、溶融核燃料の集合による炉心
の正反応が防止される。

【００２７】上記より、大きな反応度の挿入による炉心
出力の増大が防止され、炉容器や格納容器への機械的な
インパクトが低減される。

【００２８】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例につ
いて説明する。図１は、本発明に係る炉心を備えた高速
増殖炉の一実施例を示す縦断面図である。高速増殖炉
は、原子炉建屋１のキャビティウォール１ａに設けられ
た原子炉安全容器２を有し、この安全容器２内には原子
炉容器３が設けられ、二重の容器構造に構成されてい
る。

【００２９】原子炉容器３内には核燃料を装荷した炉心
２０を有する炉心部４が収容されている。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、支持構造物６により支
持されている。原子炉容器３内は、支持構造物６を境に
して上部プレナム７と下部プレナム８とに区画されてい
る。

【００３０】炉心部４の上方には、制御棒駆動機構（図
示せず）等を収容した炉心上部機構１０が設置されてい
る。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と、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が設置されて
いる。中間熱交換器１１と循環ポンプ１２は、原子炉容
器３の上部を覆う上部蓋１３及びルーフスラブ１４によ
って吊設状態で支持されている。ルーフスラブ１４の中
央部には回転プラグ１５が回転自在に設けられている。
回転プラグ１５の偏心位置には、小回転プラグ１６が回
転自在に支持されている。

【００３１】原子炉容器３のナトリウム５の液面上方に
はカバーガス空間１７が形成されており、このカバーガ
ス空間１７には不活性のカバーガスが充填されている。

【００３２】炉心部４および炉心２０は支持板５５によ
って支持されている。炉心部４の下部は下部支持板５７
を介して原子炉容器３に連結されている。炉心２０は上
部支持板５６上に設置され、この上部支持板５６と下部
支持板５７の間には循環ポンプ１２の吐出口に連通する
高圧プレナム５８に形成されている。

【００３３】図２及び図３は、本発明による高速増殖炉
の炉心の第１実施例を示している。図２はこの炉心を垂
直面で切断して示し、図３は炉心を水平面で切断して示
している。

【００３４】本実施例の炉心２０は、二つの単位モジュ
ール２５ａ，２５ｂを積層して形成されている。各単位
モジュール２５ａ，２５ｂは、核分裂性物質を充填した
六角柱状の燃料集合体２１を間隔が等しくなるように全
体として六角柱状に配設している。

【００３５】各単位モジュール２５の水平方向の構成
は、図３に示すように、中心部にプルトニウム等を装荷
した燃料集合体２１からなる炉心燃料領域２２を有し、
周縁部に天然ウランあるいは減損ウランを装荷した径ブ
ランケット集合体２８からなる径ブランケット領域２９
を有している。径ブランケット領域のさらに外側には中
性子遮閉体３０を装荷した中性子遮蔽領域３１が設けら
れている。

【００３６】また単位モジュールの垂直方向垂直方向の
構成では、図２に示すように、単位モジュール２５ａ，
２５ｂはそれぞれプルトニウム等からなる一定高さの炉
心燃料領域２２ａ、２２ｂと、炉心燃料領域２２ａ，２
２ｂの上部に配設された天然ウランあるいは減損ウラン
からなる上部軸ブランケット２３ａ，２３ｂと、炉心燃
料領域２２ａ，２２ｂの下部に配設された下部軸ブラン
ケット２４ａ，２４ｂとを有している。単位モジュール
２５ａ，２５ｂはそれぞれ全体として一定高さに構成さ
れている。

【００３７】各単位モジュール２５ａ，２５ｂの間に
は、中性子の通過を鈍化させ、あるいは中性子を吸収す
る物質、例えばＴａあるいはＢ₄Ｃ等からなる隔壁２６
が配設されている。２段積層された単位モジュール２５
ａ，２５ｂの上下には不活性ガスを封入したガスプレナ
ム２７が設けられている。

【００３８】炉心２０を軸方向に貫通した制御棒領域３
２（図３で符号Ｐを付して示した位置に配設されてい
る）内部には、中性子吸収体３３を有する制御棒３４が
配置されている。この制御棒３４の上下単位モジュール
間の軸方向位置には、図２に示すように、スペーサ３５
が設置されている。

【００３９】また、炉心燃料領域２２には、炉心２０を
軸方向に貫通するボイド化領域３６（図３で符号Ｃを付
して示している）には、ボイド化集合体３７が配置され
ている。このボイド化集合体３７の上下単位モジュール
２５ａ，２５ｂの間の軸方向位置には、溶融燃料温度よ
り高い融点を有する物質からなるスペーサ３５が配設さ
れている。

【００４０】図４は、図２に示す炉心の燃料集合体２１
とボイド化集合体３７の関係を立体的に示している。図
４において、ＵＰは上部炉心燃料領域２２ａの上端位
置、ＣＰは下部炉心燃料領域２２ｂの中心位置、ＬＰは
下部炉心燃料領域２２ｂの下端位置をそれぞれ示してい
る。燃料集合体２１およびボイド化集合体３７は上部支
持板５６上に支持され、この上部支持板５６と下部支持
板５７との間に高圧プレナム５８が形成されている。高
圧プレナム５８には循環ポンプ１２から吐出される一次
冷却材のナトリウム５が供給されるように構成されてい
る。これらの全体的な位置は図１に明らかに示されてい
る。

【００４１】ボイド化集合体３７は、被覆管５３の内部
に筒状の冷却材流路４０を有しているとともに、冷却材
流路４０の上方に封入気体が封入されたガスキャビティ
４１を有している。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。ボイド化集合体３７
の冷却材流路４０はその脚部がエントランスノズル部４
３に形成されている。冷却材流路４０はエントランスノ
ズル部４３の冷却材流入孔４４を介して高圧プレナム５
８に連通している。冷却材流入孔４４は、燃料集合体２
１のエントランスノズル部４５に形成された冷却材流入
孔４６より上方に形成されている。

【００４２】また、ボイド化集合体３７の冷却材流出孔
４８は下部炉心燃料領域２２の軸方向中心位置ＣＰより
下方に形成されている。

【００４３】ボイド化集合体３７の冷却材流路４０に流
入した冷却材の液面（自由液面）は、高圧プレナム５８
内の冷却材の圧力により炉心軸方向上方に移動する。冷
却材液面の高さは、高速増殖炉の通常運転時には、上部
炉心の頂部レベル（炉心燃料領域２２ａの上端）ＵＰよ
り高く設定する。そして冷却材の流量低下事故時には、
前記冷却材液面が前記上部炉心頂部レベルＵＰより低く
なるように冷却材流路４０の内部形状や封入気体の量を
設定する。具体的には冷却材流路４０の冷却材液面は、
定常運転時には上部単位モジュール２５ａの上部軸ブラ
ンケット２３ａ上端より上方とし、冷却材流量低下時に
は、下部炉心燃料領域２２ｂの軸方向中心部ＣＰ付近に
位置するように設定する。この構成と設定により、冷却
材流量が低下するとき、燃料集合体２１からボイド化集
合体３７への中性子洩れを増大させ、負の反応度効果を
大きくすることができる。

【００４４】次に上記構成に基づいて第１の実施例の作
用について説明する。なんらかの要因により上部炉心燃
料領域２２ａに装荷された燃料集合体２１が溶融し、さ
らに周囲の構造材等が溶融し、制御棒領域３２及びボイ
ド化集合体３７へ核分裂性物質が到達した場合でも、溶
融燃料温度より融点の高いスペーサ３５により下部の炉
心燃料領域２２ｂへの核分裂性物質の落下を防止するこ
とができる。

【００４５】なお、ボイド化集合体３７を配設しない場
合でも、制御棒領域３２内に溶融燃料温度より融点の高
いスペーサ３５を配設することにより、下部の炉心燃料
領域２２ｂへの核分裂性物質の落下を防止できる。

【００４６】また、高速増殖炉においては、冷却材であ
る液体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、及び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に流れ込む場合がある。

【００４７】冷却材流量が減少した場合、高圧プレナム
５８内の冷却材圧力が減少し、この圧力減少に伴ってボ
イド化集合体３７内の冷却材圧力も減少し、封入気体が
膨張する。この封入気体の膨張により冷却材流路４０の
液面が上部炉心頂部レベルＵＰより下方に移動しガスキ
ャビティ４１が増大する。この場合、ボイド化集合体３
７内部の冷却材圧力に伴ってボイド化集合体３７内部の
冷却材が最初にボイド化する。このボイド化と同時ある
いは続いて燃料集合体２１内の冷却材も冷却材温度の上
昇によりボイド化する。このとき、ボイド化集合体３７
内の冷却材流路４０の冷却材がボイド化しているため、
燃料集合体２１で発生した中性子は、ボイド化集合体３
７からガスキャビティ４１を介して炉心上部方向に漏洩
し、負の反応度が得られる。

【００４８】次に炉心外から流入した気体が冷却材に混
入して炉心に流れ込む場合を考える。この場合、図４に
示すように、ボイド化集合体３７の冷却材流入孔４４が
燃料集合体２１の冷却材流入孔４６よりも沿直方向上方
に設けられており、一方循環ポンプ１２から高圧プレナ
ム５８に吐出された冷却材に混入する気体は、冷却材よ
り軽いため、上部支持板５６の下部に蓄積される。この
ため、上部支持板５６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３７内に流入
し、この冷却材流路４０をボイド化させる。続いて燃料
集合体２１にも冷却材に混入して気体が流入するが、冷
却材流量減少の場合と同様の作用効果を奏することがで
きる。

【００４９】炉心外で冷却材への気体混入を考慮しない
場合には、ボイド化集合体３７の冷却材流入孔４４と燃
料集合体２１の冷却材流入孔４６は位置関係に拘らず、
上記と同様の作用効果を得ることができる。

【００５０】また、炉心燃料領域２２ａ，２２ｂの各燃
料集合体２１の間にボイド化集合体３７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３７の軸方向上部のキャビティチャンネル４１への漏
洩を促進するためガスキャビティ４１の上部に中性子吸
収体４９を図４のように配置するようにしてもよい。

【００５１】この結果、本実施例の炉心のナトリウムボ
イド反応度はボイド化集合体の無い炉心に比べて低減さ
れ、零又は負にすることができる。

【００５２】また、本発明のボイド化集合体３７では、
前記スペーサ３５の領域以外では構造物が少ないため、
ボイド化集合体３７は、上部炉心燃料溶融時には溶融燃
料を炉心上方へ、また、下部炉心燃料溶融時には溶融燃
料を炉心下方へ、それぞれ分散、放出する経路となり、
溶融燃料の集中を防止し、炉心の異常事象を早期に終息
させることができる。

【００５３】上記第１の実施例におけるボイド化集合体
内の冷却材のボイド化（喪失）は、ガスキャビティ４１
による上方からのガス圧力に基づく方式のものである
が、必ずしもこの方式に基づく必要はない。その他の方
式として、ボイド化集合体内に発熱物質を配置し、炉心
異常時に発熱物質の発熱量増大によってボイド化集合体
内の冷却材を沸騰させてボイド化させる方式や、炉心異
常時に温度上昇に伴いボイド化集合体への冷却材の流量
が低下するような構造上の工夫（例えば、形状記憶合金
を用いてボイド化集合体からの冷却材の出口寸法を小さ
くすることにより流量を低下させる方式等）によりボイ
ド化集合体の冷却材を沸騰させてボイド化させる方式等
が考えられる。このような場合においても、上記第１の
実施例と同様の作用効果が得られる。

【００５４】図５は本発明の第２の実施例を示してい
る。本実施例ではボイド化集合体３７内に下部炉心燃料
２２ｂに相当する軸方向位置に通常の炉心燃料５９を配
置し、下部炉心燃料２２ｂの上下に軸ブランケット２３
ｂ，２４ｂと同じ燃料からなるブランケット燃料６０を
配置したものである。この場合、スペーサ３５による作
用効果は、第１の実施例と同様に得られる。更に、それ
に加えて、前記炉心燃料５９及びブランケット燃料６０
により、下部炉心の出力が異常に上昇する際にはボイド
化集合体３７内の冷却材を沸騰させるため、上部炉心か
らの中性子の漏洩を促進し、上部炉心に負の反応度を挿
入することができる。すなわち、通常、炉心は冷却材が
下部から流入し、上部方向へ流れており、温度は上部の
ほうが高いため、炉心の異常時に対する余裕度は上部単
位モジュールのほうが一般に小さい。したがって、下部
炉心に異常が生じた際に上記の如く、まず先に上部炉心
に負の反応度を挿入することができるため、安全性が向
上する。

【００５５】本発明の第３の実施例を図６、７を参照し
て説明する。図６は本発明の第３実施例を示している。
本実施例において、燃料集合体は従来型燃料ピン１１４
と液体金属封入ピン１１５の２種類からなる。

【００５６】液体金属封入ピン１１５は、燃料被覆管の
内部に温度上昇による膨脹に備えたボイド空間１１２と
液体金属ナトリウム１１１のみを有し、下端に下部端栓
１０７が配設されている。

【００５７】従来型燃料ピン１１４は炉心１０４と、炉
心１０４に設けられた下部軸ブランケット１０５と、下
部軸ブランケット１０５の下方設けられたガスプレナム
１０６と、下部端栓１０７を有している。ただし、この
従来型燃料ピン１１４は、分散燃料の固化による閉塞を
防止するために炉心１０４の上部に上部軸ブランケット
を設けていない。

【００５８】従来型燃料ピン１１４と液体金属封入ピン
１１５は、集合体壁１０９の内部に収納され、この集合
体壁１０９は下部に入口ノズル１１０を有し、燃料集合
体の上方には上部遮閉体１０１、下方に下部遮閉体１０
８が設けられている。

【００５９】液体金属封入ピン１１５は、図７に斜線を
付して示す様に、燃料集合体内に平均的に分散配置させ
る。全燃料ピン１１４に対する液体金属封入ピン１１５
の割合は、分散による核的炉停止に必要な燃料の分散割
合が初期インベントリの約３０％であること、また燃料
とナトリウムが接触したことによる圧力は集合体内にほ
ぼ均一に広がることから、３０％より少なくてもよく、
数パーセントで十分と考えられる。

【００６０】冷却材流量が低下し、スクラムできないＵ
ＬＯＦが万一発生してナトリウムが沸騰すると、燃料を
含んだ従来型のピン１１４では冷却材ナトリウムによる
除熱悪化により、被覆管および燃料が溶融する。一方、
ナトリウム封入ピン１１５は内部に発熱源がなく、核分
裂生成ガスなどもないため圧力は低く、周囲燃料ピンの
溶融によるアタックなどで被覆管が破損するまでは内部
にナトリウムを保持する。

【００６１】これにより、従来型の燃料ピン１１４にお
いて燃料が溶融した場合に、溶融燃料はナトリウム封入
ピン１１５の被覆管を溶かし内部の液体ナトリウムを噴
出させて溶融燃料を分散させる駆動力を得ることができ
る。このように、ナトリウム封入ピン１１５は溶融燃料
発生時に効果的にナトリウムと燃料を接触させ、溶融燃
料を分散させることができる。また、分散量については
上部軸ブランケットを削除しているため、分散燃料は上
部で固化することなく流出でき、事故を有効に終息させ
ることができる。

【００６２】尚、第３の実施例は、単位モジュールを積
層しない通常の高速増殖炉の炉心をベースに本発明の一
部の実施例を示したものであるが、単位モジュールを積
層してなる高速増殖炉の炉心に適用した場合についても
同様の作用、効果が得られる。

【００６３】

【発明の効果】上記説明から明らかなように、本発明の
高速増殖炉の炉心は、燃料集合体からなる単位モジュー
ルを積層し、単位モジュールの間に燃料の溶融温度より
高い溶融点を有する隔壁を介設し、炉心を軸方向に貫通
する制御棒領域とボイド化領域の単位モジュール間の軸
方向位置にもスペーサを挿入しているので、炉心の上部
の燃料集合体が溶融したときにスペーサと隔壁が溶融燃
料の落下を防止し、下部炉心への正反応度挿入を防止す
ることができる。

【００６４】また、冷却材喪失時に冷却材の液面が低下
するボイド化集合体を有する本発明の高速増殖炉の炉心
では、冷却材喪失時にボイド化集合体上部のガスキャビ
ティが増大し、炉心からの中性子漏洩を増大させ、炉心
に負の反応度を挿入することができる。このことによ
り、特別な操作を要することなく炉心の事故事象の進展
を防止することができる。

【００６５】また、下部に下部単位モジュールとほぼ同
一の核燃料を装荷したボイド化集合体を有する本発明の
高速増殖炉の炉心では、下部単位モジュールが異常反応
をするとき、ボイド化集合体の下部も高温化してボイド
化集合体の上部の冷却材をボイド化する。このことによ
り、炉心からの中性子漏洩が増大し、炉心に負の反応度
を挿入することができる。

【００６６】また、液体金属封入ピンを有する本発明の
高速増殖炉では、液体金属封入ピンが溶融燃料と接触す
ることによって液体金属が噴出し、噴出した液体金属が
駆動力になって溶融燃料を分散させることができる。

【００６７】このように本発明によれば、冷却材の流量
低下や炉心の過出力による炉心への気泡流入時等の異常
の場合の炉心の正反応度増加の要因を低減し、安全性を
向上させるのと同時に、より大きな出力を有する高速増
殖炉の炉心を提供することができる。

【００６８】さらに、本発明の高速増殖炉の炉心によれ
ば、ＵＬＯＦ等のＡＴＷＳ事故が万一発生し、炉心が損
傷するに至っても、溶融燃料を早期に分散させることに
より、炉心損傷の程度を緩和するとともに、燃料の集中
による反応度の増加に伴う出力上昇を防止し、原子炉容
器および格納容器に大きな衝撃を与えること無く、事故
を終息させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】高速増殖炉の一実施例を示す縦断面図。

【図２】本発明の第１実施例の高速増殖炉の炉心を示す
縦断面図。

【図３】本発明の第１実施例の高速増殖炉の炉心を示す
横断面図。

【図４】炉心の燃料集合体とボイド化集合体の位置関係
を示す斜視図。

【図５】本発明の第２実施例の高速増殖炉の炉心を示す
縦断面図。

【図６】本発明の第３実施例３による燃料集合体の構成
を示す縦断面図。

【図７】本発明の第３実施例３による燃料集合体の構成
を示す横断面図。

【図８】従来型の燃料集合体の構成を示す縦断面図。

【図９】従来型の燃料集合体の構成を示す横断面図。

【符号の説明】

４炉心部５ナトリウム７上部プレナム８下部プレナム１０炉心上部機構１１中間熱交換器１２循環ポンプ１７カバーガス空間２０炉心２２炉心燃料領域２３上部軸ブランケット２４下部軸ブランケット２５単位モジュール２６隔壁２７ガスプレナム２８径方向ブランケット集合体２９径ブランケット領域３２制御棒領域３４制御棒３５スペーサ３６ボイド化領域３７ボイド化集合体４０冷却材流路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】核分裂性物質を装荷した炉心燃料領域の上
下に天然ウランまたは減損ウランを装荷した上下軸ブラ
ンケットを配設して単位モジュールを構成し、この単位
モジュールを上下に複数段積層して炉心を構成し、各単
位モジュールの間に中性子の流通を鈍化あるいは吸収す
る物質を装荷した隔壁を介設するとともに、前記炉心を
軸方向に貫通する制御棒領域を設け、前記制御棒領域の
各単位モジュールの間に相当する軸方向位置に溶融燃料
温度より融点の高い物質からなるスペーサを配設したこ
とを特徴とする高速増殖炉の炉心。
【請求項２】核分裂性物質を装荷した炉心燃料領域の上
下に天然ウランまたは減損ウランを装荷した上下軸プラ
ンケットを配設して単位モジュールを構成し、この単位
モジュールを上下に複数段積層して炉心を構成し、各単
位モジュールの間に中性子の流通を鈍化あるいは吸収す
る物質を装荷した隔壁を介設するとともに、前記炉心を
軸方向に貫通する制御棒領域と冷却材流路を有するボイ
ド化領域を設け、前記制御棒領域とボイド化領域の各単
位モジュールの間に相当する軸方向位置に溶融燃料温度
より融点の高い物質から成るスペーサを配設したことを
特徴とする高速増殖炉の炉心。
【請求項３】前記ボイド化領域は燃料集合体の間に配置
されたボイド化集合体からなり、前記ボイド化集合体は
被覆管を有し、前記ボイド化集合体の被覆管は冷却材流
路と前記スペーサと温度上昇による気体の圧力でボイド
化した冷却材を排出するキャビティ空間を有し、前記ボ
イド化集合体はキャビティ空間が異常反応時に膨張して
燃料集合体の中性子を漏洩させるように構成されている
ことを特徴とする請求項２記載の高速増殖炉の炉心。
【請求項４】前記ボイド化集合体は発熱物質を有し、前
記キャビティ空間は前記発熱物質の作用によって炉心異
常反応時に膨張することを特徴とする請求項３に記載の
高速増殖炉の炉心。
【請求項５】前記ボイド化集合体は、炉心の異常反応時
に溶融した核燃料の上方への拡散の通路を形成すること
を特徴とする請求項３記載の高速増殖炉の炉心。
【請求項６】前記ボイド化領域は前記スペーサの下部に
下部単位モジュールとほぼ同一の構成の炉心燃料を有し
ていることを特徴とする請求項２記載の高速増殖炉の炉
心。
【請求項７】炉心燃料と下部軸ブランケットを有する燃
料ピンの間に、ボイド空間と液体金属ナトリウムを封入
した液体金属封入ピンを配置したことを特徴とする高速
増殖炉の炉心。