JPH0763871A - 燃料集合体、及びそれで構成した高速増殖炉の炉心 - Google Patents
燃料集合体、及びそれで構成した高速増殖炉の炉心Info
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- JPH0763871A JPH0763871A JP5214145A JP21414593A JPH0763871A JP H0763871 A JPH0763871 A JP H0763871A JP 5214145 A JP5214145 A JP 5214145A JP 21414593 A JP21414593 A JP 21414593A JP H0763871 A JPH0763871 A JP H0763871A
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- Structure Of Emergency Protection For Nuclear Reactors (AREA)
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 高速増殖炉の過渡事象時に液体ナトリウムの
温度が上昇しても、炉心の反応度増大を緩和できる燃料
集合体、及びそれで構成した炉心を実現する。 【構成】 燃料集合体１において、燃料要素束９よりも
冷却材下流側に、冷却材流路断面積が燃料要素束９のそ
れよりも大きい中性子反射領域１０を設け、更に中性子
反射領域１０よりも冷却材下流側に、中性子減速物質領
域１１と上部軸方向ブランケット燃料領域１２とを有す
る中性子減速物質要素１３を束ねた中性子減速物質要素
束１４を設置してある。
温度が上昇しても、炉心の反応度増大を緩和できる燃料
集合体、及びそれで構成した炉心を実現する。 【構成】 燃料集合体１において、燃料要素束９よりも
冷却材下流側に、冷却材流路断面積が燃料要素束９のそ
れよりも大きい中性子反射領域１０を設け、更に中性子
反射領域１０よりも冷却材下流側に、中性子減速物質領
域１１と上部軸方向ブランケット燃料領域１２とを有す
る中性子減速物質要素１３を束ねた中性子減速物質要素
束１４を設置してある。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料集合体、及びそれ
で構成した高速増殖炉の炉心に関する。
で構成した高速増殖炉の炉心に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、高速増殖炉の燃料集合体は、例え
ば、三木良平著「高速増殖炉」（日刊工業新聞）に記載
されているように、核燃料物質を被覆管に封入した燃料
要素を多数束ねた燃料要素束、これを取り囲むラッパ
管、燃料要素束の上方に位置し、中性子散乱物質を装荷
した中性子反射領域、ラッパ管の上下端部に位置する冷
却材流出部・流入部を有する。
ば、三木良平著「高速増殖炉」（日刊工業新聞）に記載
されているように、核燃料物質を被覆管に封入した燃料
要素を多数束ねた燃料要素束、これを取り囲むラッパ
管、燃料要素束の上方に位置し、中性子散乱物質を装荷
した中性子反射領域、ラッパ管の上下端部に位置する冷
却材流出部・流入部を有する。
【０００３】燃料要素は、上下端部に栓を有する被覆
管、核分裂性物質を富化した炉心燃料ペレット、又は燃
料親物質を主成分とするブランケット燃料ペレット、及
び核分裂反応で生成された気体を収納するためのガスプ
レナムを有する。また、液体ナトリウムなどの液体金属
が、冷却材として使用される。
管、核分裂性物質を富化した炉心燃料ペレット、又は燃
料親物質を主成分とするブランケット燃料ペレット、及
び核分裂反応で生成された気体を収納するためのガスプ
レナムを有する。また、液体ナトリウムなどの液体金属
が、冷却材として使用される。
【０００４】炉心は、炉心燃料ペレットを装荷した炉心
燃料集合体を複数個束ねた炉心燃料領域、及びブランケ
ット燃料ペレットを装荷し、炉心燃料領域を取り囲む構
成になるブランケット燃料集合体を複数個束ねた径方向
ブランケット領域を有する。
燃料集合体を複数個束ねた炉心燃料領域、及びブランケ
ット燃料ペレットを装荷し、炉心燃料領域を取り囲む構
成になるブランケット燃料集合体を複数個束ねた径方向
ブランケット領域を有する。
【０００５】また、本発明に最も関連する技術は、例え
ば、次の要旨集などに開示されている。すなわち、 （１）ティー.ユモーレモーヴィック他、日本原子力学
会「１９９３春の年会」要旨集Ａ３９、第３９頁(１９
９３年)［T.Jevremovic et al.,: FIXED HYDROGENOUS M
ODERATOR (ZrH1.7) LAYER FOR REALIZING NEGATIVE VOI
D REACTIVITY INNONFLAT LARGE LMFBR CORE］ （２）ヴィ.マトベーエフ他、プロシーディングス オブ
ファスト リアクターセーフティ ミーティング、第２
巻、第２５頁〜第３４頁(１９９０年)［V.Matveev, et
al., Proceedings of International Fast Reactor Saf
ety Meeting,Vol.2,p25〜p34(1990)］ （３）林、山下、プロシーデングス オブ インターナシ
ョナル コンファレンス オン デザイン アンド セーフ
ティ オブ アドバンスト ニュークリア パワープラン
ツ、第３巻、ｐ１５.２−1〜７(１９９２年)［H.Hayash
i and Y.Yamashita, Proceedings of International Co
nference on Design and Safety of Advanced Nuclear
Power Plants,Vol III,p15.2-1〜7(1992)] 上記の公知例（１）〜（３）のうち、公知例（１）は、
炉心燃料領域と径方向ブランケット領域との境界部に、
厚さ２ｃｍ程度の水素化ジルコニウム(ＺｒＨ1 .7)層を
設けるとともに、炉心の高さＨと直径Ｄとの比（Ｈ／
Ｄ）を１程度とした場合である。
ば、次の要旨集などに開示されている。すなわち、 （１）ティー.ユモーレモーヴィック他、日本原子力学
会「１９９３春の年会」要旨集Ａ３９、第３９頁(１９
９３年)［T.Jevremovic et al.,: FIXED HYDROGENOUS M
ODERATOR (ZrH1.7) LAYER FOR REALIZING NEGATIVE VOI
D REACTIVITY INNONFLAT LARGE LMFBR CORE］ （２）ヴィ.マトベーエフ他、プロシーディングス オブ
ファスト リアクターセーフティ ミーティング、第２
巻、第２５頁〜第３４頁(１９９０年)［V.Matveev, et
al., Proceedings of International Fast Reactor Saf
ety Meeting,Vol.2,p25〜p34(1990)］ （３）林、山下、プロシーデングス オブ インターナシ
ョナル コンファレンス オン デザイン アンド セーフ
ティ オブ アドバンスト ニュークリア パワープラン
ツ、第３巻、ｐ１５.２−1〜７(１９９２年)［H.Hayash
i and Y.Yamashita, Proceedings of International Co
nference on Design and Safety of Advanced Nuclear
Power Plants,Vol III,p15.2-1〜7(1992)] 上記の公知例（１）〜（３）のうち、公知例（１）は、
炉心燃料領域と径方向ブランケット領域との境界部に、
厚さ２ｃｍ程度の水素化ジルコニウム(ＺｒＨ1 .7)層を
設けるとともに、炉心の高さＨと直径Ｄとの比（Ｈ／
Ｄ）を１程度とした場合である。
【０００６】公知例（２）は、炉心燃料領域の上方に液
体ナトリウム領域を設けるとともに、炉心の軸方向中央
部にブランケット燃料を設置した場合である。
体ナトリウム領域を設けるとともに、炉心の軸方向中央
部にブランケット燃料を設置した場合である。
【０００７】公知例（３）は、炉心燃料領域と径方向ブ
ランケット領域との境界部に、短尺燃料要素と流動ナト
リウムが充填されたナトリウムプレナムにより構成され
た径方向ナトリウムプレナム集合体を装荷した場合であ
る。
ランケット領域との境界部に、短尺燃料要素と流動ナト
リウムが充填されたナトリウムプレナムにより構成され
た径方向ナトリウムプレナム集合体を装荷した場合であ
る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】一般に、液体ナトリウ
ム冷却型高速増殖炉では、冷却材である液体ナトリウム
の温度上昇に伴い、炉心の反応度が変化することが、例
えば、前述の「高速増殖炉」で論じられている。
ム冷却型高速増殖炉では、冷却材である液体ナトリウム
の温度上昇に伴い、炉心の反応度が変化することが、例
えば、前述の「高速増殖炉」で論じられている。
【０００９】すなわち、原子炉の過渡事象時に液体ナト
リウムの温度が上昇した場合、液体ナトリウムは熱膨張
し密度が減少するため、中性子は液体ナトリウムの原子
に衝突しにくくなる。このため、炉心領域の中性子の平
均エネルギーが増大し、炉心の反応度は増大する傾向を
示す。
リウムの温度が上昇した場合、液体ナトリウムは熱膨張
し密度が減少するため、中性子は液体ナトリウムの原子
に衝突しにくくなる。このため、炉心領域の中性子の平
均エネルギーが増大し、炉心の反応度は増大する傾向を
示す。
【００１０】この反応度の増大傾向を緩和するために、
前述の公知例（１）では、炉心燃料領域と径方向ブラン
ケット領域との境界部に、厚さ２ｃｍ程度の水素化ジル
コニウム（ＺｒＨ1.7）層を設けることが開示されてい
る。
前述の公知例（１）では、炉心燃料領域と径方向ブラン
ケット領域との境界部に、厚さ２ｃｍ程度の水素化ジル
コニウム（ＺｒＨ1.7）層を設けることが開示されてい
る。
【００１１】しかし、十分な効果を得るためには、炉心
の高さ（Ｈ）と直径（Ｄ）との比（Ｈ／Ｄ）を１程度と
極めて大きくする必要があり、このため燃料集合体の全
長が増大するという問題があった。
の高さ（Ｈ）と直径（Ｄ）との比（Ｈ／Ｄ）を１程度と
極めて大きくする必要があり、このため燃料集合体の全
長が増大するという問題があった。
【００１２】また、水素化ジルコニウムと炉心燃料領域
とが隣接して位置することから、炉心燃料領域に出力ピ
ーキング（ｐｏｗｅｒ ｓｐｉｋｅ）が発生する。した
がって、この発生を抑制するために、水素化ジルコニウ
ム層と炉心燃料領域との間に厚さ３ｃｍ程度のブランケ
ット燃料領域を介在させる必要があった。
とが隣接して位置することから、炉心燃料領域に出力ピ
ーキング（ｐｏｗｅｒ ｓｐｉｋｅ）が発生する。した
がって、この発生を抑制するために、水素化ジルコニウ
ム層と炉心燃料領域との間に厚さ３ｃｍ程度のブランケ
ット燃料領域を介在させる必要があった。
【００１３】本発明の目的は、原子炉の過渡事象時に液
体ナトリウムの温度が上昇した場合、それに対処するた
めの燃料集合体全長の増大を最小限に抑え、減速中性子
による出力ピ−キング（ｐｏｗｅｒ ｓｐｉｋｅ）の発
生を抑止しながら、炉心の反応度増大を緩和できる燃料
集合体、及びそれで構成した炉心を提供することにあ
る。
体ナトリウムの温度が上昇した場合、それに対処するた
めの燃料集合体全長の増大を最小限に抑え、減速中性子
による出力ピ−キング（ｐｏｗｅｒ ｓｐｉｋｅ）の発
生を抑止しながら、炉心の反応度増大を緩和できる燃料
集合体、及びそれで構成した炉心を提供することにあ
る。
【００１４】
【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。
して達成することができる。
【００１５】（１）核分裂性物質を富化した炉心燃料、
燃料親物質を主成分とするブランケット燃料、炉心燃料
及びブランケット燃料を被覆管に封入した燃料要素、燃
料要素を束ね、燃料要素の間の空隙を冷却材の流路とす
る燃料要素束、中性子散乱物質と冷却材の流路とを有す
る中性子反射領域、ブランケット燃料と中性子減速物質
とを被覆管に封入した中性子減速物質要素を束ね、中性
子減速物質要素の間の空隙を冷却材の流路とする中性子
減速物質要素束、燃料要素束と中性子反射領域と中性子
減速物質要素束とを取り囲むラッパ管、及びラッパ管の
端部に設けてある冷却材流入部・流出部を有する燃料集
合体において、燃料要素が冷却材上流側に炉心燃料領
域、冷却材下流側に炉心燃料領域、及び両炉心燃料領域
に挾まれたブランケット燃料領域を有し、中性子減速物
質要素が冷却材上流側に中性子減速物質領域、及び冷却
材下流側に上部軸方向ブランケット燃料領域を有し、中
性子反射領域が燃料要素束よりも冷却材下流側に、中性
子減速物質要素束が中性子反射領域よりも冷却材下流側
にそれぞれ位置し、中性子反射領域の冷却材流路断面積
が燃料要素束の冷却材流路断面積より大きいこと。
燃料親物質を主成分とするブランケット燃料、炉心燃料
及びブランケット燃料を被覆管に封入した燃料要素、燃
料要素を束ね、燃料要素の間の空隙を冷却材の流路とす
る燃料要素束、中性子散乱物質と冷却材の流路とを有す
る中性子反射領域、ブランケット燃料と中性子減速物質
とを被覆管に封入した中性子減速物質要素を束ね、中性
子減速物質要素の間の空隙を冷却材の流路とする中性子
減速物質要素束、燃料要素束と中性子反射領域と中性子
減速物質要素束とを取り囲むラッパ管、及びラッパ管の
端部に設けてある冷却材流入部・流出部を有する燃料集
合体において、燃料要素が冷却材上流側に炉心燃料領
域、冷却材下流側に炉心燃料領域、及び両炉心燃料領域
に挾まれたブランケット燃料領域を有し、中性子減速物
質要素が冷却材上流側に中性子減速物質領域、及び冷却
材下流側に上部軸方向ブランケット燃料領域を有し、中
性子反射領域が燃料要素束よりも冷却材下流側に、中性
子減速物質要素束が中性子反射領域よりも冷却材下流側
にそれぞれ位置し、中性子反射領域の冷却材流路断面積
が燃料要素束の冷却材流路断面積より大きいこと。
【００１６】（２）（１）において、上部軸方向ブラン
ケット燃料領域のブランケット燃料が、マイナーアクチ
ナイド核種である、Ｎｐ、Ａｍ及びＣｍのうちのいずれ
か１つを主成分とするマイナーアクチナイド燃料である
こと。
ケット燃料領域のブランケット燃料が、マイナーアクチ
ナイド核種である、Ｎｐ、Ａｍ及びＣｍのうちのいずれ
か１つを主成分とするマイナーアクチナイド燃料である
こと。
【００１７】（３）（１）において、上部軸方向ブラン
ケット燃料領域のブランケット燃料が、超長寿命核分裂
生成核種である、99Ｔｃ及び129Ｉのうちのいずれか１
つを主成分とする超長寿命核分裂生成物質であること。
ケット燃料領域のブランケット燃料が、超長寿命核分裂
生成核種である、99Ｔｃ及び129Ｉのうちのいずれか１
つを主成分とする超長寿命核分裂生成物質であること。
【００１８】（４）核分裂性物質を富化した炉心燃料、
燃料親物質を主成分とするブランケット燃料、炉心燃料
及びブランケット燃料を被覆管に封入した燃料要素、燃
料要素を束ね、燃料要素の間の空隙を冷却材の流路とす
る燃料要素束、中性子散乱物質と冷却材の流路とを有す
る中性子反射領域、ブランケット燃料と中性子減速物質
とを被覆管に封入した中性子減速物質要素を束ね、中性
子減速物質要素の間の空隙を冷却材の流路とする中性子
減速物質要素束、燃料要素束と中性子反射領域と中性子
減速物質要素束とを取り囲むラッパ管、及びラッパ管の
端部に設けてある冷却材流入部・流出部を有する燃料集
合体において、中性子減速物質要素が冷却材上流側に中
性子減速物質領域、及び冷却材下流側に上部軸方向ブラ
ンケット燃料領域を有し、中性子反射領域が前記燃料要
素束よりも冷却材下流側に、中性子減速物質要素束が前
記中性子反射領域よりも冷却材下流側にそれぞれ位置し
てあること。
燃料親物質を主成分とするブランケット燃料、炉心燃料
及びブランケット燃料を被覆管に封入した燃料要素、燃
料要素を束ね、燃料要素の間の空隙を冷却材の流路とす
る燃料要素束、中性子散乱物質と冷却材の流路とを有す
る中性子反射領域、ブランケット燃料と中性子減速物質
とを被覆管に封入した中性子減速物質要素を束ね、中性
子減速物質要素の間の空隙を冷却材の流路とする中性子
減速物質要素束、燃料要素束と中性子反射領域と中性子
減速物質要素束とを取り囲むラッパ管、及びラッパ管の
端部に設けてある冷却材流入部・流出部を有する燃料集
合体において、中性子減速物質要素が冷却材上流側に中
性子減速物質領域、及び冷却材下流側に上部軸方向ブラ
ンケット燃料領域を有し、中性子反射領域が前記燃料要
素束よりも冷却材下流側に、中性子減速物質要素束が前
記中性子反射領域よりも冷却材下流側にそれぞれ位置し
てあること。
【００１９】（５）高速増殖炉の炉心において、
（１）、（２）又は（３）記載の燃料集合体が炉心の内
部における炉心の半径方向内側領域に、（４）記載の燃
料集合体が炉心の内部における炉心の半径方向外側領域
に位置していること。
（１）、（２）又は（３）記載の燃料集合体が炉心の内
部における炉心の半径方向内側領域に、（４）記載の燃
料集合体が炉心の内部における炉心の半径方向外側領域
に位置していること。
【００２０】（６）炉心燃料ペレットを装荷した炉心燃
料集合体を複数個束ねた炉心領域、中性子減速物質を装
荷し炉心領域を取り囲む中性子減速物質領域、及びブラ
ンケット燃料ペレットを装荷し中性子減速物質領域を取
り囲むブランケット燃料集合体を複数個束ねた径方向ブ
ランケット領域を有する高速増殖炉の炉心において、炉
心領域と中性子減速物質領域との間に、中性子捕獲反応
によって発熱する発熱体要素を束ねた発熱体要素束、冷
却材流路、及び発熱体要素束と冷却材流路とを取り囲む
ラッパ管を有する冷却材充填集合体を配置してあるこ
と。
料集合体を複数個束ねた炉心領域、中性子減速物質を装
荷し炉心領域を取り囲む中性子減速物質領域、及びブラ
ンケット燃料ペレットを装荷し中性子減速物質領域を取
り囲むブランケット燃料集合体を複数個束ねた径方向ブ
ランケット領域を有する高速増殖炉の炉心において、炉
心領域と中性子減速物質領域との間に、中性子捕獲反応
によって発熱する発熱体要素を束ねた発熱体要素束、冷
却材流路、及び発熱体要素束と冷却材流路とを取り囲む
ラッパ管を有する冷却材充填集合体を配置してあるこ
と。
【００２１】
【作用】本発明に基づく燃料集合体を使用した炉心で
は、上部軸方向ブランケット領域と、冷却材下流側に設
けた、液体ナトリウム体積割合の大きい中性子反射領域
との間に、中性子減速物質要素を配置してある。また、
中性子減速物質要素は、冷却材上流側に中性子減速物質
領域、及び冷却材下流側に上部軸方向ブランケット燃料
領域を有する。
は、上部軸方向ブランケット領域と、冷却材下流側に設
けた、液体ナトリウム体積割合の大きい中性子反射領域
との間に、中性子減速物質要素を配置してある。また、
中性子減速物質要素は、冷却材上流側に中性子減速物質
領域、及び冷却材下流側に上部軸方向ブランケット燃料
領域を有する。
【００２２】したがって、原子炉の過渡事象時に冷却材
である液体ナトリウムの温度が上昇し、熱膨張により液
体ナトリウムの密度が減少した場合、炉心から中性子反
射領域に中性子が漏洩するので、中性子は中性子減速物
質領域で減速される。そのため、上部軸方向ブランケッ
ト燃料領域による中性子の炉心燃料領域への反射が、中
性子反射領域のラッパ管の構造材核種の中性子吸収反応
によって抑止される。更に、上部軸方向ブランケット領
域における高速核分裂反応が減少し、中性子吸収反応が
増大するので、反応度の増大が緩和される。
である液体ナトリウムの温度が上昇し、熱膨張により液
体ナトリウムの密度が減少した場合、炉心から中性子反
射領域に中性子が漏洩するので、中性子は中性子減速物
質領域で減速される。そのため、上部軸方向ブランケッ
ト燃料領域による中性子の炉心燃料領域への反射が、中
性子反射領域のラッパ管の構造材核種の中性子吸収反応
によって抑止される。更に、上部軸方向ブランケット領
域における高速核分裂反応が減少し、中性子吸収反応が
増大するので、反応度の増大が緩和される。
【００２３】また、マイナーアクチナイド燃料領域と、
冷却材下流側に設けた、液体ナトリウム体積割合の大き
い中性子反射領域の間に、中性子減速物質領域を置く構
成にしてある。
冷却材下流側に設けた、液体ナトリウム体積割合の大き
い中性子反射領域の間に、中性子減速物質領域を置く構
成にしてある。
【００２４】したがって、原子炉の過渡事象時に冷却材
である液体ナトリウムの温度が上昇し、熱膨張により液
体ナトリウムの密度が減少した場合、炉心から中性子反
射領域に中性子が漏洩するので、中性子減速物質領域で
減速される。そのため、マイナーアクチナイド燃料領域
による中性子の炉心燃料領域への反射が、中性子反射領
域のラッパ管の構造材核種の中性子吸収反応によって抑
止される。更に、マイナーアクチナイド燃料領域におけ
る高速核分裂反応が減少し、中性子吸収反応が増大する
ので、マイナーアクチナイドが消滅しながら、反応度の
増大が緩和される。
である液体ナトリウムの温度が上昇し、熱膨張により液
体ナトリウムの密度が減少した場合、炉心から中性子反
射領域に中性子が漏洩するので、中性子減速物質領域で
減速される。そのため、マイナーアクチナイド燃料領域
による中性子の炉心燃料領域への反射が、中性子反射領
域のラッパ管の構造材核種の中性子吸収反応によって抑
止される。更に、マイナーアクチナイド燃料領域におけ
る高速核分裂反応が減少し、中性子吸収反応が増大する
ので、マイナーアクチナイドが消滅しながら、反応度の
増大が緩和される。
【００２５】また、超長寿命核分裂生成核種領域と、冷
却材下流側に設けた、液体ナトリウム体積割合の大きい
中性子反射領域の間に、中性子減速物質領域を置く構成
にしてある。
却材下流側に設けた、液体ナトリウム体積割合の大きい
中性子反射領域の間に、中性子減速物質領域を置く構成
にしてある。
【００２６】したがって、原子炉の過渡事象時に冷却材
である液体ナトリウムの温度が上昇し、熱膨張により液
体ナトリウムの密度が減少した場合、炉心から中性子反
射領域に中性子が漏洩するので、中性子減速物質領域で
減速される。そのため、超長寿命核分裂生成核種領域に
よる中性子の炉心燃料領域への反射が、中性子反射領域
のラッパ管の構造材核種の中性子吸収反応によって抑止
される。更に、超長寿命核分裂生成核種領域における中
性子吸収反応が増大するので、超長寿命核分裂生成核種
が消滅しながら、炉心反応度の増大が緩和される。
である液体ナトリウムの温度が上昇し、熱膨張により液
体ナトリウムの密度が減少した場合、炉心から中性子反
射領域に中性子が漏洩するので、中性子減速物質領域で
減速される。そのため、超長寿命核分裂生成核種領域に
よる中性子の炉心燃料領域への反射が、中性子反射領域
のラッパ管の構造材核種の中性子吸収反応によって抑止
される。更に、超長寿命核分裂生成核種領域における中
性子吸収反応が増大するので、超長寿命核分裂生成核種
が消滅しながら、炉心反応度の増大が緩和される。
【００２７】また、炉心領域、炉心領域を取り囲む中性
子減速物質領域、及び中性子減速物質領域を取り囲む径
方向ブランケット領域により構成される炉心において、
炉心領域と中性子減速物質領域との間に、通常運転時に
は冷却材が充填され、過渡時には冷却材の密度を減少さ
せる冷却材充填集合体を配置してある。
子減速物質領域、及び中性子減速物質領域を取り囲む径
方向ブランケット領域により構成される炉心において、
炉心領域と中性子減速物質領域との間に、通常運転時に
は冷却材が充填され、過渡時には冷却材の密度を減少さ
せる冷却材充填集合体を配置してある。
【００２８】したがって、原子炉の過渡事象時に冷却材
である液体ナトリウムの温度が上昇し、熱膨張により液
体ナトリウムの密度が減少した場合、炉心の側方から冷
却材充填集合体に漏洩した中性子が、中性子減速物質領
域で減速される。そのため、径方向ブランケット領域に
よる中性子の炉心燃料領域への反射が、冷却材充填集合
体のラッパ管等の構造材核種の中性子吸収反応によって
抑止される。更に、径方向ブランケット領域における高
速核分裂反応が減少し、中性子吸収反応が増大するの
で、反応度の増大が緩和される。
である液体ナトリウムの温度が上昇し、熱膨張により液
体ナトリウムの密度が減少した場合、炉心の側方から冷
却材充填集合体に漏洩した中性子が、中性子減速物質領
域で減速される。そのため、径方向ブランケット領域に
よる中性子の炉心燃料領域への反射が、冷却材充填集合
体のラッパ管等の構造材核種の中性子吸収反応によって
抑止される。更に、径方向ブランケット領域における高
速核分裂反応が減少し、中性子吸収反応が増大するの
で、反応度の増大が緩和される。
【００２９】すなわち、本発明では、燃料集合体全長の
増大を最小限に抑え、減速中性子による出力ピ−キング
を発生させることなく、炉心の反応度の増大を緩和する
ことができる。
増大を最小限に抑え、減速中性子による出力ピ−キング
を発生させることなく、炉心の反応度の増大を緩和する
ことができる。
【００３０】
【実施例】本発明の実施例を図を用いて説明する。な
お、以下に述べるいずれの実施例も、冷却材には液体ナ
トリウムを使用している。
お、以下に述べるいずれの実施例も、冷却材には液体ナ
トリウムを使用している。
【００３１】本発明の第１実施例を、図１及び図２を用
いて説明する。図１は本実施例の燃料集合体の構成図、
図２は本実施例の炉心の構成図である。
いて説明する。図１は本実施例の燃料集合体の構成図、
図２は本実施例の炉心の構成図である。
【００３２】まず、本実施例の燃料集合体について説明
する。図１に示すように、燃料集合体１は、核燃料物質
を装荷した燃料要素８を束ねた燃料要素束９、ガスプレ
ナム７、燃料要素束９よりも冷却材下流側に位置する中
性子反射領域１０、中性子反射領域１０よりも冷却材下
流側に位置する中性子減速物質要素１３を束ねた中性子
減速物質要素束１４、冷却材流路１５、これらを取り囲
むラッパ管１６、ラッパ管１６の上端部に位置する冷却
材流出部１８、及びラッパ管１６の下端部に位置する冷
却材流入部１７を有している。
する。図１に示すように、燃料集合体１は、核燃料物質
を装荷した燃料要素８を束ねた燃料要素束９、ガスプレ
ナム７、燃料要素束９よりも冷却材下流側に位置する中
性子反射領域１０、中性子反射領域１０よりも冷却材下
流側に位置する中性子減速物質要素１３を束ねた中性子
減速物質要素束１４、冷却材流路１５、これらを取り囲
むラッパ管１６、ラッパ管１６の上端部に位置する冷却
材流出部１８、及びラッパ管１６の下端部に位置する冷
却材流入部１７を有している。
【００３３】燃料要素８は、被覆管（図示せず）、それ
に封入された、冷却材上流側に位置する炉心燃料物質領
域２、冷却材下流側に位置する炉心燃料物質領域３、燃
料親物質（劣化ウラン）を主成分とする内部ブランケッ
ト燃料領域４、及び下部軸方向ブランケット燃料領域５
及びガスプレナム７を有している。また、縦線は、軸方
向における炉心燃料領域６を示している。
に封入された、冷却材上流側に位置する炉心燃料物質領
域２、冷却材下流側に位置する炉心燃料物質領域３、燃
料親物質（劣化ウラン）を主成分とする内部ブランケッ
ト燃料領域４、及び下部軸方向ブランケット燃料領域５
及びガスプレナム７を有している。また、縦線は、軸方
向における炉心燃料領域６を示している。
【００３４】中性子反射領域１０は、冷却材である液体
ナトリウムで充満されている領域で、中性子反射領域１
０の冷却材流路断面積は燃料要素束９のそれよりも大き
くしてあり、また、中性子減速物質要素１３は、冷却材
上流側に中性子減速物質領域１１、冷却材下流側に上部
軸方向ブランケット燃料領域１２を有している。
ナトリウムで充満されている領域で、中性子反射領域１
０の冷却材流路断面積は燃料要素束９のそれよりも大き
くしてあり、また、中性子減速物質要素１３は、冷却材
上流側に中性子減速物質領域１１、冷却材下流側に上部
軸方向ブランケット燃料領域１２を有している。
【００３５】燃料物質は直径６.５ｍｍ、長さ１０.０ｍ
ｍのペレット状に焼結されている。被覆管の内径は６.
７ｍｍ、冷却材上流側の炉心燃料物質領域２、及び冷却
材下流側の炉心燃料物質領域３における各炉心燃料ペレ
ット長さの合計は、それぞれ４０ｃｍ、内部ブランケッ
ト燃料領域４のペレット長さの合計は２０ｃｍ、下部軸
方向ブランケット燃料領域５のペレット長さの合計は３
５ｃｍ、及び中性子反射領域１０の冷却材流路断面積
は、燃料要素束９の流路断面積の２．５倍である。
ｍのペレット状に焼結されている。被覆管の内径は６.
７ｍｍ、冷却材上流側の炉心燃料物質領域２、及び冷却
材下流側の炉心燃料物質領域３における各炉心燃料ペレ
ット長さの合計は、それぞれ４０ｃｍ、内部ブランケッ
ト燃料領域４のペレット長さの合計は２０ｃｍ、下部軸
方向ブランケット燃料領域５のペレット長さの合計は３
５ｃｍ、及び中性子反射領域１０の冷却材流路断面積
は、燃料要素束９の流路断面積の２．５倍である。
【００３６】中性子減速物質要素１３において、中性子
減速物質領域１１の長さは２ｃｍ、上部軸方向ブランケ
ット燃料領域１２のペレット長さの合計は３５ｃｍであ
る。
減速物質領域１１の長さは２ｃｍ、上部軸方向ブランケ
ット燃料領域１２のペレット長さの合計は３５ｃｍであ
る。
【００３７】中性子減速物質領域１１には、水素化カル
シウム（ＣａＨ2）を充填してある。水素化カルシウム
は、高温状態でも化学的に安定な物質である。水素
（Ｈ）の解離温度は１気圧〔ｋｇｆ／ｃｍ2）で９９０
℃であり、圧力の上昇に伴って上昇する。
シウム（ＣａＨ2）を充填してある。水素化カルシウム
は、高温状態でも化学的に安定な物質である。水素
（Ｈ）の解離温度は１気圧〔ｋｇｆ／ｃｍ2）で９９０
℃であり、圧力の上昇に伴って上昇する。
【００３８】本実施例では、中性子減速物質要素１３を
封入する被覆管内を１０気圧〔ｋｇｆ／ｃｍ2）に予圧
しており、このときの水素解離温度は１１５０℃、水素
化カルシウムの巨視的吸収断面積は０.０２６８(ｌ／ｃ
ｍ)、減速能は０.９７４(ｌ/ｃｍ)である。したがっ
て、中性子減速能力に対する核特性上の指標となる減速
比は、３６.３となる。
封入する被覆管内を１０気圧〔ｋｇｆ／ｃｍ2）に予圧
しており、このときの水素解離温度は１１５０℃、水素
化カルシウムの巨視的吸収断面積は０.０２６８(ｌ／ｃ
ｍ)、減速能は０.９７４(ｌ/ｃｍ)である。したがっ
て、中性子減速能力に対する核特性上の指標となる減速
比は、３６.３となる。
【００３９】また、水素化カルシウムの理論密度は１.
９０（ｇ／ｃｍ3）、対応する水素密度は５.４×１０22
（個／ｃｍ3）である。本実施例では、中性子減速物質
領域１１の燃料集合体横断面に占める水素化カルシウム
の面積割合は約４２％であるので、水素密度は２.３×
１０22（個／ｃｍ3）となる。
９０（ｇ／ｃｍ3）、対応する水素密度は５.４×１０22
（個／ｃｍ3）である。本実施例では、中性子減速物質
領域１１の燃料集合体横断面に占める水素化カルシウム
の面積割合は約４２％であるので、水素密度は２.３×
１０22（個／ｃｍ3）となる。
【００４０】次に、本実施例の燃料集合体について説明
する。図２の（ａ）は炉心内の各燃料領域の分布図、図
２の（ｂ）は炉心内の各燃料集合体の配置図である。
する。図２の（ａ）は炉心内の各燃料領域の分布図、図
２の（ｂ）は炉心内の各燃料集合体の配置図である。
【００４１】図２の（ａ）に示すように、炉心１９は、
炉心燃料領域２３と径方向ブランケット領域２２とに分
けられ、また、炉心燃料領域２３は、内側炉心領域２０
と外側炉心領域２１とに分けられる。
炉心燃料領域２３と径方向ブランケット領域２２とに分
けられ、また、炉心燃料領域２３は、内側炉心領域２０
と外側炉心領域２１とに分けられる。
【００４２】内側炉心領域２０及び外側炉心領域２１
は、上部から下部に向かって、上部軸方向ブランケット
領域２４、中性子減速物質領域２８、中性子反射領域２
７、炉心燃料領域２３及び下部軸方向ブランケット領域
２６を形成している。更に、内側炉心領域２０では、炉
心燃料領域２３を上下に２分する、内部ブランケット燃
料領域２５を有している。
は、上部から下部に向かって、上部軸方向ブランケット
領域２４、中性子減速物質領域２８、中性子反射領域２
７、炉心燃料領域２３及び下部軸方向ブランケット領域
２６を形成している。更に、内側炉心領域２０では、炉
心燃料領域２３を上下に２分する、内部ブランケット燃
料領域２５を有している。
【００４３】図２の（ｂ）は、図２の（ａ）の各燃料領
域内における燃料集合体の配置を示しており、内側炉心
領域２０には、内部ブランケット燃料領域をもつ炉心燃
料集合体２９、外側炉心領域２１には、内部ブランケッ
ト燃料領域をもたない炉心燃料集合体３０、及び径方向
ブランケット燃料領域２２には径方向ブランケット燃料
集合体３１を有している。なお、内部ブランケット燃料
領域をもつ燃料集合体２９は、図１の燃料集合体１に対
応している。
域内における燃料集合体の配置を示しており、内側炉心
領域２０には、内部ブランケット燃料領域をもつ炉心燃
料集合体２９、外側炉心領域２１には、内部ブランケッ
ト燃料領域をもたない炉心燃料集合体３０、及び径方向
ブランケット燃料領域２２には径方向ブランケット燃料
集合体３１を有している。なお、内部ブランケット燃料
領域をもつ燃料集合体２９は、図１の燃料集合体１に対
応している。
【００４４】すなわち、炉心１９は、内部ブランケット
燃料領域をもつ炉心燃料集合体２９の複数個を円柱形状
に束ねて形成される内側炉心領域２０、その周りを複数
個の、内部ブランケット燃料領域をもたない炉心燃料集
合体３０で囲んで形成される外側炉心領域２１、及び更
にその周りを複数個の、径方向ブランケット燃料集合体
３１で囲んで形成される径方向ブランケット燃料領域２
２を有している。
燃料領域をもつ炉心燃料集合体２９の複数個を円柱形状
に束ねて形成される内側炉心領域２０、その周りを複数
個の、内部ブランケット燃料領域をもたない炉心燃料集
合体３０で囲んで形成される外側炉心領域２１、及び更
にその周りを複数個の、径方向ブランケット燃料集合体
３１で囲んで形成される径方向ブランケット燃料領域２
２を有している。
【００４５】内部ブランケット燃料領域をもつ炉心燃料
集合体２９、及び内部ブランケット燃料領域を持たない
炉心燃料集合体３０における炉心燃料のプルトニウム富
化度は同一であり、また、径方向ブランケット燃料集合
体３１の燃料要素には、ブランケット燃料ペレットを充
填してある。
集合体２９、及び内部ブランケット燃料領域を持たない
炉心燃料集合体３０における炉心燃料のプルトニウム富
化度は同一であり、また、径方向ブランケット燃料集合
体３１の燃料要素には、ブランケット燃料ペレットを充
填してある。
【００４６】炉心１９の電気出力は１００万ｋＷ、炉心
燃料領域２３の等価直径は３.３ｍ、炉心燃料領域２３
の高さは１ｍであり、また、連続運転期間は１２ケ月、
装荷燃料取出し時の燃料集合体平均の燃焼度は９０ＧＷ
ｄ/ｔである。
燃料領域２３の等価直径は３.３ｍ、炉心燃料領域２３
の高さは１ｍであり、また、連続運転期間は１２ケ月、
装荷燃料取出し時の燃料集合体平均の燃焼度は９０ＧＷ
ｄ/ｔである。
【００４７】冷却材流量が減少するような原子炉過渡事
象が発生した場合、冷却材である液体ナトリウムの温度
が上昇し、炉心領域全体で中性子の平均エネルギーが増
大し、反応度が高くなることが想定される。
象が発生した場合、冷却材である液体ナトリウムの温度
が上昇し、炉心領域全体で中性子の平均エネルギーが増
大し、反応度が高くなることが想定される。
【００４８】しかし、本実施例の場合、炉心１９は、炉
心燃料領域２３よりも冷却材下流側に、液体ナトリウム
体積割合の大きい中性子反射領域２７を設け、更に、中
性子反射領域２７と上部軸方向ブランケット燃料領域２
４との間に、中性子減速物質領域２８を置く構成にして
ある。
心燃料領域２３よりも冷却材下流側に、液体ナトリウム
体積割合の大きい中性子反射領域２７を設け、更に、中
性子反射領域２７と上部軸方向ブランケット燃料領域２
４との間に、中性子減速物質領域２８を置く構成にして
ある。
【００４９】したがって、原子炉の過渡事象時に冷却材
である液体ナトリウムの温度が上昇し、熱膨張により液
体ナトリウムの密度が減少した場合、炉心燃料領域２３
から中性子反射領域２７に漏洩した中性子は、中性子減
速物質領域２８で減速される。この結果、上部軸方向ブ
ランケット領域２４による炉心領域２３への中性子の反
射が、中性子反射領域２７のラッパ管の構造材核種の中
性子吸収反応によって抑止される。更に、上部軸方向ブ
ランケット領域２４における高速核分裂反応の減少と中
性子吸収反応の増大とによって、反応度の増大が緩和さ
れる。
である液体ナトリウムの温度が上昇し、熱膨張により液
体ナトリウムの密度が減少した場合、炉心燃料領域２３
から中性子反射領域２７に漏洩した中性子は、中性子減
速物質領域２８で減速される。この結果、上部軸方向ブ
ランケット領域２４による炉心領域２３への中性子の反
射が、中性子反射領域２７のラッパ管の構造材核種の中
性子吸収反応によって抑止される。更に、上部軸方向ブ
ランケット領域２４における高速核分裂反応の減少と中
性子吸収反応の増大とによって、反応度の増大が緩和さ
れる。
【００５０】なお、ナトリウム密度係数が運転期間を通
じて最も大きくなる、運転サイクル末期の状態における
温度反応度係数は、従来の同出力規模の液体ナトリウム
冷却型高速増殖炉と比べて、負側に約１２０％大幅に小
さくなる。
じて最も大きくなる、運転サイクル末期の状態における
温度反応度係数は、従来の同出力規模の液体ナトリウム
冷却型高速増殖炉と比べて、負側に約１２０％大幅に小
さくなる。
【００５１】これに対して、前述の公知例（１）では、
中性子減速物質である水素化ジルコニウム（Ｚｒ
Ｈ1.7）層に隣接して位置する炉心燃料領域における出
力ピ−キング（ｐｏｗｅｒ ｓｐｉｋｅ）の発生を抑止
するために、炉心燃料領域と水素化ジルコニウム層との
間に厚さ数ｃｍ程度のブランケット燃料領域を設けてい
る。このため、反応度の増大の抑制について、本実施例
のような効果は得られない。
中性子減速物質である水素化ジルコニウム（Ｚｒ
Ｈ1.7）層に隣接して位置する炉心燃料領域における出
力ピ−キング（ｐｏｗｅｒ ｓｐｉｋｅ）の発生を抑止
するために、炉心燃料領域と水素化ジルコニウム層との
間に厚さ数ｃｍ程度のブランケット燃料領域を設けてい
る。このため、反応度の増大の抑制について、本実施例
のような効果は得られない。
【００５２】また、前述の公知例（１）の場合、炉心か
らの径方向の中性子漏洩量を増やすために、炉心の高さ
Ｈと直径Ｄとの比（Ｈ／Ｄ）を１程度とする構成として
あり、炉心の反応度増大を抑制するには、炉心燃料領域
を十分長くとる必要がある。しかし、これは燃料集合体
の全長を増大させるので経済的に不利である。
らの径方向の中性子漏洩量を増やすために、炉心の高さ
Ｈと直径Ｄとの比（Ｈ／Ｄ）を１程度とする構成として
あり、炉心の反応度増大を抑制するには、炉心燃料領域
を十分長くとる必要がある。しかし、これは燃料集合体
の全長を増大させるので経済的に不利である。
【００５３】また、前述の公知例（２）の場合、過渡時
の液体ナトリウムの密度減少に伴って炉心から漏れ出た
高速中性子の一部の炉心燃料領域への反射を、上部軸方
向ブランケット領域により防止し、反応度増大に対して
十分な抑制効果を得るには、中性子反射領域を十分長く
とる必要があり、この場合も燃料集合体の全長を増大さ
せるので経済的に不利である。
の液体ナトリウムの密度減少に伴って炉心から漏れ出た
高速中性子の一部の炉心燃料領域への反射を、上部軸方
向ブランケット領域により防止し、反応度増大に対して
十分な抑制効果を得るには、中性子反射領域を十分長く
とる必要があり、この場合も燃料集合体の全長を増大さ
せるので経済的に不利である。
【００５４】これらに対して、本実施例の炉心は、燃料
集合体の全長の増大を最小限に抑えながら、冷却材流量
減少などのプラント過渡事象時の反応度増大を緩和でき
るようにしてある。
集合体の全長の増大を最小限に抑えながら、冷却材流量
減少などのプラント過渡事象時の反応度増大を緩和でき
るようにしてある。
【００５５】本発明の第２実施例を図３を用いて説明す
る。図３は本実施例の燃料集合体の構成図である。
る。図３は本実施例の燃料集合体の構成図である。
【００５６】本実施例が、前述の第１実施例と比較して
異なる点は、燃料集合体における、中性子減速物質要素
の上部軸方向ブランケット燃料を、超長寿命のマイナー
アクチナイド核種を含むマイナーアクチナイド燃料に置
き換えたことである。したがって、図３が第１実施例の
図１と比較して異なる箇所は、中性子減速物資要素の部
分である。
異なる点は、燃料集合体における、中性子減速物質要素
の上部軸方向ブランケット燃料を、超長寿命のマイナー
アクチナイド核種を含むマイナーアクチナイド燃料に置
き換えたことである。したがって、図３が第１実施例の
図１と比較して異なる箇所は、中性子減速物資要素の部
分である。
【００５７】すなわち、図３において、燃料集合体３２
の中性子減速物資要素３４は、冷却材上流側に中性子減
速物質領域１１を、冷却材下流側にマイナーアクチナイ
ド燃料領域３３を有する構成にしてある。また、中性子
減速物質要素束３５は中性子減速物資要素３４を束ねた
ものであり、マイナーアクチナイド燃料領域３３のペレ
ット長さの合計は３５ｃｍ、中性子減速物質領域１１の
長さは２ｃｍである。
の中性子減速物資要素３４は、冷却材上流側に中性子減
速物質領域１１を、冷却材下流側にマイナーアクチナイ
ド燃料領域３３を有する構成にしてある。また、中性子
減速物質要素束３５は中性子減速物資要素３４を束ねた
ものであり、マイナーアクチナイド燃料領域３３のペレ
ット長さの合計は３５ｃｍ、中性子減速物質領域１１の
長さは２ｃｍである。
【００５８】ここで、マイナーアクチナイドとは、原子
炉燃料の使用済み燃料の再処理によって生ずる高レベル
放射性廃棄物中に含まれる超ウラン元素(ＴＲＵ：Trans
uranium)のうちの廃棄対象元素のことであり、本実施例
で使用したのは、Ｎｐ、Ａｍ及びＣｍである。
炉燃料の使用済み燃料の再処理によって生ずる高レベル
放射性廃棄物中に含まれる超ウラン元素(ＴＲＵ：Trans
uranium)のうちの廃棄対象元素のことであり、本実施例
で使用したのは、Ｎｐ、Ａｍ及びＣｍである。
【００５９】マイナーアクチナイド核種の中には、半減
期が１００万年を超える超長半減期の核種（例えば、
237Ｎｐの半減期は２１４万年）が含まれている。マイ
ナーアクチナイド核種の熱中性子捕獲断面積は、238Ｕ
の数倍大きいので、冷却材温度上昇時に炉心領域の上方
から漏洩し、中性子減速物質領域１１で減速された熱中
性子が、マイナーアクチナイド燃料領域３３で吸収され
る割合は、前述の実施例の上部軸方向ブランケット燃料
（主に238Ｕ）の場合と比べて大きくなる。
期が１００万年を超える超長半減期の核種（例えば、
237Ｎｐの半減期は２１４万年）が含まれている。マイ
ナーアクチナイド核種の熱中性子捕獲断面積は、238Ｕ
の数倍大きいので、冷却材温度上昇時に炉心領域の上方
から漏洩し、中性子減速物質領域１１で減速された熱中
性子が、マイナーアクチナイド燃料領域３３で吸収され
る割合は、前述の実施例の上部軸方向ブランケット燃料
（主に238Ｕ）の場合と比べて大きくなる。
【００６０】したがって、本実施例の場合、炉心の反応
度増大の抑制効果も大きくなり、更に、中性子捕獲反応
によって、マイナーアクチナイド核種を、短半減期核種
へ効率良く消滅させることができる。
度増大の抑制効果も大きくなり、更に、中性子捕獲反応
によって、マイナーアクチナイド核種を、短半減期核種
へ効率良く消滅させることができる。
【００６１】本発明の第３実施例を図４を用いて説明す
る。図４は本実施例の燃料集合体の構成図である。
る。図４は本実施例の燃料集合体の構成図である。
【００６２】本実施例が、前述の第１実施例と比較して
異なる点は、燃料集合体における、中性子減速物質要素
の上部軸方向ブランケット燃料を、長寿命核分裂生成物
に置き換えたことである。したがって、図４が第１実施
例の図１と比較して異なる箇所は、中性子減速物資要素
の部分である。
異なる点は、燃料集合体における、中性子減速物質要素
の上部軸方向ブランケット燃料を、長寿命核分裂生成物
に置き換えたことである。したがって、図４が第１実施
例の図１と比較して異なる箇所は、中性子減速物資要素
の部分である。
【００６３】すなわち、図４において、燃料集合体３６
の中性子減速物資要素３８は、冷却材上流側に中性子減
速物質領域１１を、冷却材下流側に長寿命核分裂生成物
質領域３７を有する構成にしてある。また、中性子減速
物質要素束３９は中性子減速物資要素３８を束ねたもの
であり、長寿命核分裂生成物質領域３７のペレット長さ
の合計は３５ｃｍ、中性子減速物質領域１１の長さは２
ｃｍである。
の中性子減速物資要素３８は、冷却材上流側に中性子減
速物質領域１１を、冷却材下流側に長寿命核分裂生成物
質領域３７を有する構成にしてある。また、中性子減速
物質要素束３９は中性子減速物資要素３８を束ねたもの
であり、長寿命核分裂生成物質領域３７のペレット長さ
の合計は３５ｃｍ、中性子減速物質領域１１の長さは２
ｃｍである。
【００６４】長寿命核分裂生成物質領域３７における長
寿命核分裂生成物としては、99Ｔｃ（半減期２１万年）
又は129Ｉ（同１７００万年）を使用している。これら
の核種は、高速炉の中性子エネルギースペクトル領域で
は、中性子捕獲断面積は小さいが、炉心燃料領域から漏
洩した中性子は、中性子減速物質領域１１で減速される
ので、共鳴領域における共鳴吸収反応によって吸収され
る。したがって、冷却材上温時の炉心反応度の増大を緩
和しながら、長寿命核分裂生成物も効果的に消滅するこ
とができる。
寿命核分裂生成物としては、99Ｔｃ（半減期２１万年）
又は129Ｉ（同１７００万年）を使用している。これら
の核種は、高速炉の中性子エネルギースペクトル領域で
は、中性子捕獲断面積は小さいが、炉心燃料領域から漏
洩した中性子は、中性子減速物質領域１１で減速される
ので、共鳴領域における共鳴吸収反応によって吸収され
る。したがって、冷却材上温時の炉心反応度の増大を緩
和しながら、長寿命核分裂生成物も効果的に消滅するこ
とができる。
【００６５】本発明の第４実施例を、図５及び図６を用
いて説明する。図５の（ａ）は本実施例の炉心内各領域
の分布図、図５の（ｂ）は図５の（ａ）の各領域内にお
ける燃料集合体の配置図、図６は図５の冷却材充填集合
体の構成図である。
いて説明する。図５の（ａ）は本実施例の炉心内各領域
の分布図、図５の（ｂ）は図５の（ａ）の各領域内にお
ける燃料集合体の配置図、図６は図５の冷却材充填集合
体の構成図である。
【００６６】本実施例は、図５の（ａ）に示すように、
炉心４０の炉心燃料領域４１の外側に位置し、炉心燃料
領域４１を取り囲む径方向ブランケット領域４４に隣接
して、中性子減速物質混入領域４２、更に中性子減速物
質混入領域４２に隣接して炉心４０の中心側に冷却材充
填領域４３を、それぞれ設けた場合である。
炉心４０の炉心燃料領域４１の外側に位置し、炉心燃料
領域４１を取り囲む径方向ブランケット領域４４に隣接
して、中性子減速物質混入領域４２、更に中性子減速物
質混入領域４２に隣接して炉心４０の中心側に冷却材充
填領域４３を、それぞれ設けた場合である。
【００６７】なお、中性子減速物質混入領域４２は、中
性子減速物質を主成分とする領域であり、また、炉心４
０は、上部軸方向ブランケット燃料領域４５、下部軸方
向ブランケット燃料領域４６及び内部ブランケット燃料
領域４７を有している。
性子減速物質を主成分とする領域であり、また、炉心４
０は、上部軸方向ブランケット燃料領域４５、下部軸方
向ブランケット燃料領域４６及び内部ブランケット燃料
領域４７を有している。
【００６８】図５の（ｂ）には、内部ブランケット燃料
領域をもつ炉心燃料集合体４８、内部ブランケット燃料
領域をもたない炉心燃料集合体４９、径方向ブランケッ
ト燃料集合体５０、中性子減速物質混入集合体５１及び
冷却材充填集合体５２の各配置例を示してある。中性子
減速物質混入集合体５１に用いる中性子減速物質として
は、水素化カルシウム（ＣａＨ2）を用いている。
領域をもつ炉心燃料集合体４８、内部ブランケット燃料
領域をもたない炉心燃料集合体４９、径方向ブランケッ
ト燃料集合体５０、中性子減速物質混入集合体５１及び
冷却材充填集合体５２の各配置例を示してある。中性子
減速物質混入集合体５１に用いる中性子減速物質として
は、水素化カルシウム（ＣａＨ2）を用いている。
【００６９】図６には、図５の冷却材充填集合体５２の
構成内容を示してある。冷却材充填領域４３は冷却材流
路になっており、冷却材充填領域４３における冷却材上
流側には、中性子捕獲反応によって発熱する発熱体要素
５３を束ねた発熱体要素束５４を設けてある。発熱体要
素５３に用いる発熱体としては、ハフニウム（Ｈｆ）を
用いている。
構成内容を示してある。冷却材充填領域４３は冷却材流
路になっており、冷却材充填領域４３における冷却材上
流側には、中性子捕獲反応によって発熱する発熱体要素
５３を束ねた発熱体要素束５４を設けてある。発熱体要
素５３に用いる発熱体としては、ハフニウム（Ｈｆ）を
用いている。
【００７０】更に、冷却材流入部１７の流動抵抗を、内
部ブランケット燃料領域をもつ炉心燃料集合体４８、及
び内部ブランケット燃料領域をもたない炉心燃料集合体
４９のそれよりも大きく設定してある。
部ブランケット燃料領域をもつ炉心燃料集合体４８、及
び内部ブランケット燃料領域をもたない炉心燃料集合体
４９のそれよりも大きく設定してある。
【００７１】したがって、冷却材流量が減少するような
原子炉過渡事象が発生した場合、冷却材流入部１７の流
動抵抗が大きな冷却材充填集合体５２の冷却材流量の減
少割合は、内部ブランケット燃料領域をもつ炉心燃料集
合体４８、及び内部ブランケット燃料領域をもたない炉
心燃料集合体４９のそれを上回ることになる。
原子炉過渡事象が発生した場合、冷却材流入部１７の流
動抵抗が大きな冷却材充填集合体５２の冷却材流量の減
少割合は、内部ブランケット燃料領域をもつ炉心燃料集
合体４８、及び内部ブランケット燃料領域をもたない炉
心燃料集合体４９のそれを上回ることになる。
【００７２】その結果、発熱体要素５３の発熱によっ
て、冷却材充填集合体５２内の冷却材充填領域４３を流
れる冷却材の密度は、内部ブランケット燃料領域をもつ
炉心燃料集合体４８、及び内部ブランケット燃料領域を
もたない炉心燃料集合体４９のそれよりも小さくなる。
したがって、炉心燃料領域４１から冷却材充填集合体５
２に漏洩する径方向の中性子量が増大する。
て、冷却材充填集合体５２内の冷却材充填領域４３を流
れる冷却材の密度は、内部ブランケット燃料領域をもつ
炉心燃料集合体４８、及び内部ブランケット燃料領域を
もたない炉心燃料集合体４９のそれよりも小さくなる。
したがって、炉心燃料領域４１から冷却材充填集合体５
２に漏洩する径方向の中性子量が増大する。
【００７３】この径方向の漏洩中性子は、中性子減速物
質混入集合体５１によって減速される。したがって、径
方向ブランケット燃料領域４４による炉心燃料領域４１
への中性子の反射が、冷却材充填集合体５２のラッパ管
等の構造材核種の中性子吸収反応によって抑止される。
更に、径方向ブランケット燃料領域４４における高速核
分裂反応の減少と中性子吸収反応の増大とによって、反
応度の増大が緩和される。
質混入集合体５１によって減速される。したがって、径
方向ブランケット燃料領域４４による炉心燃料領域４１
への中性子の反射が、冷却材充填集合体５２のラッパ管
等の構造材核種の中性子吸収反応によって抑止される。
更に、径方向ブランケット燃料領域４４における高速核
分裂反応の減少と中性子吸収反応の増大とによって、反
応度の増大が緩和される。
【００７４】また、本実施例では、冷却材流量の減少に
伴い、内部ブランケット燃料領域をもつ炉心燃料集合体
４８、及び内部ブランケット燃料領域をもたない炉心燃
料集合体４９の各内部の冷却材の昇温が十分でない場合
でも、炉心反応度の増大を緩和することができる。
伴い、内部ブランケット燃料領域をもつ炉心燃料集合体
４８、及び内部ブランケット燃料領域をもたない炉心燃
料集合体４９の各内部の冷却材の昇温が十分でない場合
でも、炉心反応度の増大を緩和することができる。
【００７５】なお、本発明の各実施例では、中性子減速
物質として、水素化カルシウムを使用したが、これを他
の中性子減速物質、例えば、水素化ジルコニウム（Ｚｒ
Ｈ1. 7）や酸化ベリリウム（ＢｅＯ）と置き換えても、
同様の効果を得ることができる。
物質として、水素化カルシウムを使用したが、これを他
の中性子減速物質、例えば、水素化ジルコニウム（Ｚｒ
Ｈ1. 7）や酸化ベリリウム（ＢｅＯ）と置き換えても、
同様の効果を得ることができる。
【００７６】
【発明の効果】本発明によれば、高速増殖炉において、
冷却材である液体ナトリウムの温度上昇に伴う炉心の反
応度増大を緩和し、冷却材流量減少などの原子炉の過渡
事象時に高い安全性を確保することができる。
冷却材である液体ナトリウムの温度上昇に伴う炉心の反
応度増大を緩和し、冷却材流量減少などの原子炉の過渡
事象時に高い安全性を確保することができる。
【００７７】また、燃料集合体全長の増大を最小限に抑
え、物量削減による大きな経済効果を得ることができ
る。
え、物量削減による大きな経済効果を得ることができ
る。
【図１】本発明の第１実施例の燃料集合体の構成図であ
る。
る。
【図２】本発明の第１実施例の炉心の構成図である。
【図３】本発明の第２実施例の燃料集合体の構成図であ
る。
る。
【図４】本発明の第３実施例の燃料集合体の構成図であ
る。
る。
【図５】本発明の第４実施例の炉心の構成図である。
【図６】本発明の第４実施例の冷却材充填集合体の構成
図である。
図である。
１、３２、３６…燃料集合体、２…冷却材上流側の炉心
燃料物質領域、３…冷却材下流側の炉心燃料物質領域、
４、２５、４７…内部ブランケット燃料領域、５、２
６、４６…下部軸方向ブランケット燃料領域、６、２
３、４１…炉心燃料領域、７…ガスプレナム、８…燃料
要素、９…燃料要素束、１０、２７…中性子反射領域、
１１、２８…中性子減速物質領域、１２、２４、４５…
上部軸方向ブランケット燃料領域、１３、３４、３８…
中性子減速物質要素、１４、３５、３９…中性子減速物
質要素束、１５…冷却材流路、１６…ラッパ管、１７…
冷却材流入部、１８…冷却材流出部、１９、４０…炉
心、２０…内側炉心領域、２１…外側炉心領域、２２、
４４…径方向ブランケット燃料領域、２９、４８…内部
ブランケット燃料領域をもつ炉心燃料集合体、３０、４
９…内部ブランケット燃料領域をもたない炉心燃料集合
体、３１、５０…径方向ブランケット燃料集合体、３３
…マイナーアクチナイド燃料領域、３７…長寿命核分裂
生成物質領域、４２…中性子減速物質混入領域、４３…
冷却材充填領域、５１…中性子減速物質混入集合体、５
２…冷却材充填集合体、５３…発熱体要素、５４…発熱
体要素束。
燃料物質領域、３…冷却材下流側の炉心燃料物質領域、
４、２５、４７…内部ブランケット燃料領域、５、２
６、４６…下部軸方向ブランケット燃料領域、６、２
３、４１…炉心燃料領域、７…ガスプレナム、８…燃料
要素、９…燃料要素束、１０、２７…中性子反射領域、
１１、２８…中性子減速物質領域、１２、２４、４５…
上部軸方向ブランケット燃料領域、１３、３４、３８…
中性子減速物質要素、１４、３５、３９…中性子減速物
質要素束、１５…冷却材流路、１６…ラッパ管、１７…
冷却材流入部、１８…冷却材流出部、１９、４０…炉
心、２０…内側炉心領域、２１…外側炉心領域、２２、
４４…径方向ブランケット燃料領域、２９、４８…内部
ブランケット燃料領域をもつ炉心燃料集合体、３０、４
９…内部ブランケット燃料領域をもたない炉心燃料集合
体、３１、５０…径方向ブランケット燃料集合体、３３
…マイナーアクチナイド燃料領域、３７…長寿命核分裂
生成物質領域、４２…中性子減速物質混入領域、４３…
冷却材充填領域、５１…中性子減速物質混入集合体、５
２…冷却材充填集合体、５３…発熱体要素、５４…発熱
体要素束。
Claims (6)
- 【請求項１】 核分裂性物質を富化した炉心燃料、燃料
親物質を主成分とするブランケット燃料、前記炉心燃料
及び前記ブランケット燃料を被覆管に封入した燃料要
素、前記燃料要素を束ね、前記燃料要素の間の空隙を冷
却材の流路とする燃料要素束、中性子散乱物質と冷却材
の流路とを有する中性子反射領域、前記ブランケット燃
料と中性子減速物質とを被覆管に封入した中性子減速物
質要素を束ね、前記中性子減速物質要素の間の空隙を冷
却材の流路とする中性子減速物質要素束、前記燃料要素
束と前記中性子反射領域と前記中性子減速物質要素束と
を取り囲むラッパ管、及び前記ラッパ管の端部に設けて
ある冷却材流入部・流出部を有する燃料集合体におい
て、前記燃料要素が冷却材上流側に炉心燃料領域、冷却
材下流側に炉心燃料領域、及び前記両炉心燃料領域に挾
まれたブランケット燃料領域を有し、前記中性子減速物
質要素が冷却材上流側に中性子減速物質領域、及び冷却
材下流側に上部軸方向ブランケット燃料領域を有し、前
記中性子反射領域が前記燃料要素束よりも冷却材下流側
に、前記中性子減速物質要素束が前記中性子反射領域よ
りも冷却材下流側にそれぞれ位置し、前記中性子反射領
域の冷却材流路断面積が前記燃料要素束の冷却材流路断
面積より大きいことを特徴とする燃料集合体。 - 【請求項２】 前記上部軸方向ブランケット燃料領域の
ブランケット燃料が、マイナーアクチナイド核種であ
る、Ｎｐ、Ａｍ及びＣｍのうちのいずれか１つを主成分
とするマイナーアクチナイド燃料である請求項１記載の
燃料集合体。 - 【請求項３】 前記上部軸方向ブランケット燃料領域の
ブランケット燃料が、超長寿命核分裂生成核種である、
99Ｔｃ及び129Ｉのうちのいずれか１つを主成分とする
超長寿命核分裂生成物質である請求項１記載の燃料集合
体。 - 【請求項４】 核分裂性物質を富化した炉心燃料、燃料
親物質を主成分とするブランケット燃料、前記炉心燃料
及び前記ブランケット燃料を被覆管に封入した燃料要
素、前記燃料要素を束ね、前記燃料要素の間の空隙を冷
却材の流路とする燃料要素束、中性子散乱物質と冷却材
の流路とを有する中性子反射領域、前記ブランケット燃
料と中性子減速物質とを被覆管に封入した中性子減速物
質要素を束ね、前記中性子減速物質要素の間の空隙を冷
却材の流路とする中性子減速物質要素束、前記燃料要素
束と前記中性子反射領域と前記中性子減速物質要素束と
を取り囲むラッパ管、及び前記ラッパ管の端部に設けて
ある冷却材流入部・流出部を有する燃料集合体におい
て、前記中性子減速物質要素が冷却材上流側に中性子減
速物質領域、及び冷却材下流側に上部軸方向ブランケッ
ト燃料領域を有し、前記中性子反射領域が前記燃料要素
束よりも冷却材下流側に、前記中性子減速物質要素束が
前記中性子反射領域よりも冷却材下流側にそれぞれ位置
していることを特徴とする燃料集合体。 - 【請求項５】 請求項１、２又は３記載の燃料集合体が
炉心の内部における前記炉心の半径方向内側領域に、請
求項４記載の燃料集合体が前記炉心の内部における前記
炉心の半径方向外側領域に位置していることを特徴とす
る高速増殖炉の炉心。 - 【請求項６】 炉心燃料ペレットを装荷した炉心燃料集
合体を複数個束ねた炉心領域、中性子減速物質を装荷し
前記炉心領域を取り囲む中性子減速物質領域、及びブラ
ンケット燃料ペレットを装荷し前記中性子減速物質領域
を取り囲むブランケット燃料集合体を複数個束ねた径方
向ブランケット領域を有する高速増殖炉の炉心におい
て、前記炉心領域と前記中性子減速物質領域との間に、
中性子捕獲反応によって発熱する発熱体要素を束ねた発
熱体要素束、冷却材流路、及び前記発熱体要素束と前記
冷却材流路とを取り囲むラッパ管を有する冷却材充填集
合体を配置したことを特徴とする高速増殖炉の炉心。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21414593A JP3155127B2 (ja) | 1993-08-30 | 1993-08-30 | 燃料集合体、及びそれで構成した高速増殖炉の炉心 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21414593A JP3155127B2 (ja) | 1993-08-30 | 1993-08-30 | 燃料集合体、及びそれで構成した高速増殖炉の炉心 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0763871A true JPH0763871A (ja) | 1995-03-10 |
| JP3155127B2 JP3155127B2 (ja) | 2001-04-09 |
Family
ID=16650977
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21414593A Expired - Fee Related JP3155127B2 (ja) | 1993-08-30 | 1993-08-30 | 燃料集合体、及びそれで構成した高速増殖炉の炉心 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3155127B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104183278A (zh) * | 2013-05-28 | 2014-12-03 | 中国核动力研究设计院 | 一种铍水慢化高通量工程试验堆堆芯 |
| JP2017026372A (ja) * | 2015-07-17 | 2017-02-02 | 日立Ｇｅニュークリア・エナジー株式会社 | 高速炉用燃料要素及び燃料集合体並びにそれを装荷される炉心 |
-
1993
- 1993-08-30 JP JP21414593A patent/JP3155127B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104183278A (zh) * | 2013-05-28 | 2014-12-03 | 中国核动力研究设计院 | 一种铍水慢化高通量工程试验堆堆芯 |
| JP2017026372A (ja) * | 2015-07-17 | 2017-02-02 | 日立Ｇｅニュークリア・エナジー株式会社 | 高速炉用燃料要素及び燃料集合体並びにそれを装荷される炉心 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3155127B2 (ja) | 2001-04-09 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |