JPH063478A - 燃料集合体および原子炉の炉心 - Google Patents
燃料集合体および原子炉の炉心Info
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- JPH063478A JPH063478A JP4159125A JP15912592A JPH063478A JP H063478 A JPH063478 A JP H063478A JP 4159125 A JP4159125 A JP 4159125A JP 15912592 A JP15912592 A JP 15912592A JP H063478 A JPH063478 A JP H063478A
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】原子炉の運転中に、何らかの事象により炉心内
を下方から上方へ流れる軽水の液圧が減少あるいは無く
なった場合に、炉心に負の反応度を与える燃料集合体を
設け、より安全な原子炉を提供する。 【構成】燃料集合体の水ロッド２の内側に中性子吸収物
質４を挿入し、水ロッド２の内側に上部停止装置５及び
下部停止装置６を取付ける。 【効果】原子炉の軽水の液圧が減少した場合に、炉心に
負の反応度を与えることができる。
を下方から上方へ流れる軽水の液圧が減少あるいは無く
なった場合に、炉心に負の反応度を与える燃料集合体を
設け、より安全な原子炉を提供する。 【構成】燃料集合体の水ロッド２の内側に中性子吸収物
質４を挿入し、水ロッド２の内側に上部停止装置５及び
下部停止装置６を取付ける。 【効果】原子炉の軽水の液圧が減少した場合に、炉心に
負の反応度を与えることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は原子炉に装荷される燃料
集合体の安全性を高める構造に関する。
集合体の安全性を高める構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】全発電量の中で、原子力発電の割合が増
えている今日、原子力発電の安全性を高めることは重要
な課題となっている。このため、原子炉は２重，３重の
安全装置を備え、安全性を高める設計がなされている。
その一つに、特開平2−259495号公報に述べられている
装置がある。これは、図２に示すように、中性子吸収材
を含有し、かつ外被の内部で上部停止部材と下部停止部
材との間に保持された自由浮動性の密閉キャニスタを備
えることにより、核分裂反応の自動的かつ効果的制御を
可能とする。この装置は、次に述べる構成を持つ。すな
わち、外被３６の内部には、その閉鎖上端から下向きに
伸びる上部停止部材３８が設置され、それの開放下端に
隣接した位置から上向きに伸びるスパイダ構造上に下部
停止部材４０が取付けられる。部材３８と部材４０との
間には炭化ホウ素のような中性子吸収材を含有した自由
浮動性の密閉キャニスタ４２が配置され、キャニスタ４
２は部材３８と部材４０との間で上方及び下方に自由に
移動可能とする。もし循環ポンプが停止すると、上向き
に加わる液圧が失われるため、キャニスタ４２は降下し
て部材４０に接触する。部材４０の位置及び長さ、キャ
ニスタ４２の寸法は上向きの液圧が失われた場合、キャ
ニスタ４２が燃料集合体の内部に位置するように決めら
れる。
えている今日、原子力発電の安全性を高めることは重要
な課題となっている。このため、原子炉は２重，３重の
安全装置を備え、安全性を高める設計がなされている。
その一つに、特開平2−259495号公報に述べられている
装置がある。これは、図２に示すように、中性子吸収材
を含有し、かつ外被の内部で上部停止部材と下部停止部
材との間に保持された自由浮動性の密閉キャニスタを備
えることにより、核分裂反応の自動的かつ効果的制御を
可能とする。この装置は、次に述べる構成を持つ。すな
わち、外被３６の内部には、その閉鎖上端から下向きに
伸びる上部停止部材３８が設置され、それの開放下端に
隣接した位置から上向きに伸びるスパイダ構造上に下部
停止部材４０が取付けられる。部材３８と部材４０との
間には炭化ホウ素のような中性子吸収材を含有した自由
浮動性の密閉キャニスタ４２が配置され、キャニスタ４
２は部材３８と部材４０との間で上方及び下方に自由に
移動可能とする。もし循環ポンプが停止すると、上向き
に加わる液圧が失われるため、キャニスタ４２は降下し
て部材４０に接触する。部材４０の位置及び長さ、キャ
ニスタ４２の寸法は上向きの液圧が失われた場合、キャ
ニスタ４２が燃料集合体の内部に位置するように決めら
れる。
【０００３】従来の原子炉では、循環ポンプが停止時に
上向きに加わる液圧がなくなることを利用して、炭化ホ
ウ素のような中性子吸収材を含有した自由浮動性の密閉
キャニスタを燃料集合体の内部に位置するようにするこ
とができ、炉心に負の反応度を与えることができる。
上向きに加わる液圧がなくなることを利用して、炭化ホ
ウ素のような中性子吸収材を含有した自由浮動性の密閉
キャニスタを燃料集合体の内部に位置するようにするこ
とができ、炉心に負の反応度を与えることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、燃
料集合体の側面に炭化ホウ素のような中性子吸収材を含
有した自由浮動性の密閉キャニスタを配置する構造にな
っており、燃料集合体内にある水ロッドの空間が有効に
利用されていないという問題があった。
料集合体の側面に炭化ホウ素のような中性子吸収材を含
有した自由浮動性の密閉キャニスタを配置する構造にな
っており、燃料集合体内にある水ロッドの空間が有効に
利用されていないという問題があった。
【０００５】本発明の目的は、水ロッド内の空間を有効
に利用し、原子炉に負の反応度を与えることができるよ
うにすることにある。
に利用し、原子炉に負の反応度を与えることができるよ
うにすることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的は、上記水ロッ
ド内の空間に中性子を吸収しやすい物質を配置すること
により達成される。
ド内の空間に中性子を吸収しやすい物質を配置すること
により達成される。
【０００７】
【作用】中性子を吸収しやすい物質は、燃料集合体の内
部にある水ロッド内に配置される。原子炉運転時、水ロ
ッド内には軽水が下方から上方へ流れており、軽水によ
る液圧により中性子を吸収しやすい物質は、上方へ移動
する。この状態では、中性子を吸収しやすい物質は燃料
集合体の上部にあり、炉心に与える負の反応度は小さ
い。一方、原子炉の低温停止時及び循環ポンプ等の故障
により軽水が下方から上方へ流れなくなると、あるいは
原子炉の炉心水位を低下させる事象が発生すると、中性
子を吸収しやすい物質に上向きに加わる液圧が失われ、
中性子を吸収しやすい物質は水ロッド内を上方から下方
へ移動し、下部停止装置の場所で停止する。それによっ
て炉心に大きな負の反応度を与えることができるように
なり、原子炉事故等における軽水が下方から上方へ流れ
なくなる事象等の発生時に核分裂反応の自動的かつ効果
的制御ができるようになる。
部にある水ロッド内に配置される。原子炉運転時、水ロ
ッド内には軽水が下方から上方へ流れており、軽水によ
る液圧により中性子を吸収しやすい物質は、上方へ移動
する。この状態では、中性子を吸収しやすい物質は燃料
集合体の上部にあり、炉心に与える負の反応度は小さ
い。一方、原子炉の低温停止時及び循環ポンプ等の故障
により軽水が下方から上方へ流れなくなると、あるいは
原子炉の炉心水位を低下させる事象が発生すると、中性
子を吸収しやすい物質に上向きに加わる液圧が失われ、
中性子を吸収しやすい物質は水ロッド内を上方から下方
へ移動し、下部停止装置の場所で停止する。それによっ
て炉心に大きな負の反応度を与えることができるように
なり、原子炉事故等における軽水が下方から上方へ流れ
なくなる事象等の発生時に核分裂反応の自動的かつ効果
的制御ができるようになる。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面により説明す
る。図１において、１は核燃料棒、２は水ロッド、３は
チャンネルボックス、４は中性子を吸収しやすい物質
（以下、中性子吸収物質と略記する）、５は上部停止装
置、６は下部停止装置である。このような構造にするこ
との利点を述べる。原子炉の事故については、例えば、
秋山 守著，‘軽水炉’，同文書院(１９８８)に述べら
れているように幾つかある。この中で、大口径１次冷却
系主配管の瞬時破断のように、急速な冷却材放出と原子
炉圧力の低下の生じる冷却材喪失事故（以下、大ＬＯＣ
Ａと略記する）について、詳細な記述がある。大ＬＯＣ
Ａが発生した場合、炉心内に制御棒を挿入し炉心を未臨
界にする必要がある。もし、極めて小さい発生確率しか
ないが、炉心内に制御棒を挿入できない等の事象が発生
した場合、事故に発展する可能性がある。そのため、こ
のような可能性を低減することは重要である。本発明の
燃料集合体を原子炉に装荷した場合、原子炉の通常運転
時、軽水は燃料集合体の下方から上方へ流れ、中性子吸
収物質４は軽水の液圧により上方へ移動し、上部停止装
置５の位置にある。この時、大ＬＯＣＡのような事象に
対しては、中性子吸収物質４に加わる軽水の液圧が低下
する。これにより、中性子吸収物質は、上部停止装置６
の位置まで移動し、原子炉に負の反応度を与える。
る。図１において、１は核燃料棒、２は水ロッド、３は
チャンネルボックス、４は中性子を吸収しやすい物質
（以下、中性子吸収物質と略記する）、５は上部停止装
置、６は下部停止装置である。このような構造にするこ
との利点を述べる。原子炉の事故については、例えば、
秋山 守著，‘軽水炉’，同文書院(１９８８)に述べら
れているように幾つかある。この中で、大口径１次冷却
系主配管の瞬時破断のように、急速な冷却材放出と原子
炉圧力の低下の生じる冷却材喪失事故（以下、大ＬＯＣ
Ａと略記する）について、詳細な記述がある。大ＬＯＣ
Ａが発生した場合、炉心内に制御棒を挿入し炉心を未臨
界にする必要がある。もし、極めて小さい発生確率しか
ないが、炉心内に制御棒を挿入できない等の事象が発生
した場合、事故に発展する可能性がある。そのため、こ
のような可能性を低減することは重要である。本発明の
燃料集合体を原子炉に装荷した場合、原子炉の通常運転
時、軽水は燃料集合体の下方から上方へ流れ、中性子吸
収物質４は軽水の液圧により上方へ移動し、上部停止装
置５の位置にある。この時、大ＬＯＣＡのような事象に
対しては、中性子吸収物質４に加わる軽水の液圧が低下
する。これにより、中性子吸収物質は、上部停止装置６
の位置まで移動し、原子炉に負の反応度を与える。
【０００９】負の反応度を与える原理を図３を用いて説
明する。図３において、７は中性子吸収物質４が上部停
止装置５の位置にあるときの出力分布（以下、出力分布
Ａと略記する）、８は中性子吸収物質４が下部停止装置
６の位置にあるときの出力分布（以下、出力分布Ｂと略
記する）である。図３に示したように、中性子は中性子
吸収物質４より吸収され、出力分布Ａから出力分布Ｂの
ようにひずむ。ひずみは、炉心に負の反応度を与えるこ
とになり、もし何らかの原因で制御棒が未挿入になった
としても、炉心の核分裂反応を停止させることが可能と
なる。
明する。図３において、７は中性子吸収物質４が上部停
止装置５の位置にあるときの出力分布（以下、出力分布
Ａと略記する）、８は中性子吸収物質４が下部停止装置
６の位置にあるときの出力分布（以下、出力分布Ｂと略
記する）である。図３に示したように、中性子は中性子
吸収物質４より吸収され、出力分布Ａから出力分布Ｂの
ようにひずむ。ひずみは、炉心に負の反応度を与えるこ
とになり、もし何らかの原因で制御棒が未挿入になった
としても、炉心の核分裂反応を停止させることが可能と
なる。
【００１０】図４は水ロッドの構造を示したものであ
る。図４において、９は開口部である。本発明では、水
ロッド２内に中性子吸収物質４を設置するため、水ロッ
ド２内を流れる軽水の流動抵抗が大きくなる可能性があ
る。そのため、水ロッド２では、原子炉の通常運転時、
すなわち中性子吸収物質４が上部停止装置５の位置にあ
るときは、軽水は開口部９から炉心上部へと流れる構造
にし、流動抵抗を小さくしている。
る。図４において、９は開口部である。本発明では、水
ロッド２内に中性子吸収物質４を設置するため、水ロッ
ド２内を流れる軽水の流動抵抗が大きくなる可能性があ
る。そのため、水ロッド２では、原子炉の通常運転時、
すなわち中性子吸収物質４が上部停止装置５の位置にあ
るときは、軽水は開口部９から炉心上部へと流れる構造
にし、流動抵抗を小さくしている。
【００１１】図５は、水ロッド２の構造の他の実施例を
示したものである。図５に示した水ロッドは、上部及び
下部にくぼみをつけ、水ロッドの横方向断面積が縦方向
の少なくとも１ヶ所以上の領域で小さいことを特徴とし
ている。この構造にすることにより、図４に示した水ロ
ッドと同様の効果が得られるとともに、上部停止装置５
及び上記下部停止装置６が不要となる利点がある。
示したものである。図５に示した水ロッドは、上部及び
下部にくぼみをつけ、水ロッドの横方向断面積が縦方向
の少なくとも１ヶ所以上の領域で小さいことを特徴とし
ている。この構造にすることにより、図４に示した水ロ
ッドと同様の効果が得られるとともに、上部停止装置５
及び上記下部停止装置６が不要となる利点がある。
【００１２】図６は、中性子吸収物質４の構造を示した
ものである。図６において、１０はＢ4Ｃペレット、１
１は被覆材、１２はばねである。Ｂ4Ｃペレット１０の
密度は、２.０〜２.５程度であり、軽水の比重より大き
い。そこで、Ｂ4Ｃ ペレット１０の上部にばね１２を設
置してＢ4Ｃ ペレット１０を固定する構造にし、被覆材
１１の上部に空間を設け、中性子吸収物質４の密度をＢ
4Ｃ ペレット１０の密度より小さくしている。この構造
にすることの利点としては、原子炉の通常運転時、中性
子吸収物質４は中性子吸収物質４に加わる液圧により容
易に上部停止装置６の位置にすることが可能となる。
ものである。図６において、１０はＢ4Ｃペレット、１
１は被覆材、１２はばねである。Ｂ4Ｃペレット１０の
密度は、２.０〜２.５程度であり、軽水の比重より大き
い。そこで、Ｂ4Ｃ ペレット１０の上部にばね１２を設
置してＢ4Ｃ ペレット１０を固定する構造にし、被覆材
１１の上部に空間を設け、中性子吸収物質４の密度をＢ
4Ｃ ペレット１０の密度より小さくしている。この構造
にすることの利点としては、原子炉の通常運転時、中性
子吸収物質４は中性子吸収物質４に加わる液圧により容
易に上部停止装置６の位置にすることが可能となる。
【００１３】図７は、中性子吸収物質４の構造の他の実
施例を示したものである。図７において、１１は被覆
材、１３は中空Ｂ4Ｃ ペレットである。この構造にする
ことの利点としては、中空Ｂ4Ｃ ペレット１３の中央部
を中空にすることにより、金属の内部に空洞を持つ物質
１２と同様の効果を持たせるとともに、中空Ｂ4Ｃ ペレ
ット１３の表面積をＢ4Ｃ ペレット１０より大きくする
ことで、効果的に中空Ｂ4Ｃペレット１３に中性子が吸
収され、より大きな負の反応度を炉心に与えることを可
能とした点にある。
施例を示したものである。図７において、１１は被覆
材、１３は中空Ｂ4Ｃ ペレットである。この構造にする
ことの利点としては、中空Ｂ4Ｃ ペレット１３の中央部
を中空にすることにより、金属の内部に空洞を持つ物質
１２と同様の効果を持たせるとともに、中空Ｂ4Ｃ ペレ
ット１３の表面積をＢ4Ｃ ペレット１０より大きくする
ことで、効果的に中空Ｂ4Ｃペレット１３に中性子が吸
収され、より大きな負の反応度を炉心に与えることを可
能とした点にある。
【００１４】図６，図７には、中性子吸収物質４とし
て、Ｂ4Ｃ ペレット１０あるいは中空Ｂ4Ｃ ペレット１
３を用いたが、Ｂ4Ｃ はヘリウムガスを放出する。その
ため、万一、被覆材が破損した場合、ヘリウムガスが燃
料集合体内に放出される。ヘリウムガス放出が問題とな
る環境では、Ｂ4Ｃ１０ の代わりに、ヘリウムガスを放
出しない物質であるハフニウム，ユーロピウム，銀，イ
ンジウム，カドミウム，サマリウムのうち、少なくとも
一種類以上を含む物質で構成すれば、Ｂ4Ｃ と同様の効
果がある。
て、Ｂ4Ｃ ペレット１０あるいは中空Ｂ4Ｃ ペレット１
３を用いたが、Ｂ4Ｃ はヘリウムガスを放出する。その
ため、万一、被覆材が破損した場合、ヘリウムガスが燃
料集合体内に放出される。ヘリウムガス放出が問題とな
る環境では、Ｂ4Ｃ１０ の代わりに、ヘリウムガスを放
出しない物質であるハフニウム，ユーロピウム，銀，イ
ンジウム，カドミウム，サマリウムのうち、少なくとも
一種類以上を含む物質で構成すれば、Ｂ4Ｃ と同様の効
果がある。
【００１５】本実施例の他の効果として、原子炉停止
時、中性子吸収物質４は、下部停止装置６の位置にあ
り、炉心の未臨界度をより大きくすることができる。
時、中性子吸収物質４は、下部停止装置６の位置にあ
り、炉心の未臨界度をより大きくすることができる。
【００１６】発電用原子炉の炉心は、一般に複数の燃料
集合体で構成される。本発明の燃料集合体を一体以上装
荷した炉心に対しても、本発明と同様の効果がある。
集合体で構成される。本発明の燃料集合体を一体以上装
荷した炉心に対しても、本発明と同様の効果がある。
【００１７】
【発明の効果】本発明によれば、大ＬＯＣＡのような事
象が発生した場合に、炉心に負の反応度を自動的に与え
ることができるので、原子炉の安全性をよりいっそう高
めることが出来る。
象が発生した場合に、炉心に負の反応度を自動的に与え
ることができるので、原子炉の安全性をよりいっそう高
めることが出来る。
【図１】本発明の一実施例の燃料集合体の断面図。
【図２】従来の技術を示す断面図。
【図３】燃料集合体の縦方向の出力分布を示す断面図。
【図４】水ロッドの構造の一実施例を示す説明図。
【図５】水ロッドの構造の一実施例を示す説明図。
【図６】中性子吸収物質の構造の一実施例を示す断面
図。
図。
【図７】中性子吸収物質の構造の一実施例を示す説明
図。
図。
１…核燃料棒、２…水ロッド、３…チャンネルボック
ス、４…中性子吸収物質、５…上部停止装置、６…下部
停止装置。
ス、４…中性子吸収物質、５…上部停止装置、６…下部
停止装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 7156−2Ｇ Ｇ２１Ｃ 3/32 ＧＤＢ Ｅ
Claims (8)
- 【請求項１】核燃料棒と水ロッドからなる燃料集合体に
おいて、前記水ロッド内に中性子を吸収しやすい物質を
備えたことを特徴とする燃料集合体。 - 【請求項２】請求項１において、上記中性子を吸収しや
すい物質が、中空構造を持つ燃料集合体。 - 【請求項３】請求項１において、上記中性子を吸収しや
すい物質を被覆材で密閉し、上記被覆材内部に空間を設
け、上記被覆材で密閉された物質の平均密度が、上記中
性子を吸収しやすい物質の密度より小さい燃料集合体。 - 【請求項４】請求項１において、上記中性子を吸収しや
すい物質は、炭化ホウ素，ハフニウム，ユーロピウム，
銀，インジウム，カドミウム，サマリウムのうち少なく
とも一種類の物質で構成される燃料集合体。 - 【請求項５】請求項１において、上記水ロッドに上部停
止装置及び下部停止装置を備えた燃料集合体。 - 【請求項６】請求項１において、上記水ロッドの横方向
の断面積が縦方向の一部の領域で小さい燃料集合体。 - 【請求項７】請求項２，３，４，５または６の複数項を
含む燃料集合体。 - 【請求項８】請求項７の燃料集合体を装荷した原子炉の
炉心。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4159125A JPH063478A (ja) | 1992-06-18 | 1992-06-18 | 燃料集合体および原子炉の炉心 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4159125A JPH063478A (ja) | 1992-06-18 | 1992-06-18 | 燃料集合体および原子炉の炉心 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH063478A true JPH063478A (ja) | 1994-01-11 |
Family
ID=15686787
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4159125A Pending JPH063478A (ja) | 1992-06-18 | 1992-06-18 | 燃料集合体および原子炉の炉心 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH063478A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104658619A (zh) * | 2015-02-11 | 2015-05-27 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种快中子零功率装置水淹严重事故下固有安全保护方法 |
| JP2015114129A (ja) * | 2013-12-09 | 2015-06-22 | 日立化成株式会社 | 中性子吸収材およびその使用方法 |
-
1992
- 1992-06-18 JP JP4159125A patent/JPH063478A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015114129A (ja) * | 2013-12-09 | 2015-06-22 | 日立化成株式会社 | 中性子吸収材およびその使用方法 |
| CN104658619A (zh) * | 2015-02-11 | 2015-05-27 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种快中子零功率装置水淹严重事故下固有安全保护方法 |
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