JPH0777593A - 高速炉炉心 - Google Patents

高速炉炉心

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JPH0777593A
JPH0777593A JP5222932A JP22293293A JPH0777593A JP H0777593 A JPH0777593 A JP H0777593A JP 5222932 A JP5222932 A JP 5222932A JP 22293293 A JP22293293 A JP 22293293A JP H0777593 A JPH0777593 A JP H0777593A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は、冷却材温度係数が負で、ま
た特に流量喪失型事象に対して大きな負の反応度を生じ
る高速炉炉心を提供する事にある。 【構成】 本発明に係る高速炉炉心は、核分裂性物質を
装荷した多数の燃料集合体22と、この燃料集合体22間に
配設され内部に気体8が封入され炉心事故時、炉心冷却
材流量低下時に内部に流入する冷却材の液面11が炉心頂
部レベル43を含む軸方向上部42から下部45へ変化するガ
ス封入集合体1とを有することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は液体金属冷却高速炉に係
わり、特に炉心構成要素の構成、配置を改良した高速炉
の炉心に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に高速炉の炉心は、核分裂性物質を
装荷した多数の燃料集合体から構成され、燃料からの熱
除去のための冷却材として主にナトリウムが使用されて
いる。通常、炉心の各部の温度は異常な温度上昇を生じ
ることはないが、万一の事故を想定して、定められた温
度以上に上昇した場合でも炉心が安全に停止することを
確認している。
【0003】燃料集合体内のナトリウムが高温になり、
密度が低下した時の応答としては炉心が小型の時は中性
子の炉心からの漏れが大きいため、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、燃料集合体内のナトリウム
が高温になったときの反応度は正となり、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。
従って、ナトリウムの温度上昇による反応度効果、即ち
冷却材温度係数を負にできれば、安全設計上非常に価値
がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、プラント設
計上、炉心出力を極度に小さくすることは発電コストの
点で好ましくない。一方、ナトリウムが温度上昇したと
きの炉心の反応度を負にするには従来設計では炉心出力
を100MWe程度以下にしなければならなかった。しかし、
大出力にすると冷却材温度係数は正になるという問題が
生じることとなる。炉心内の冷却材温度が異常に上昇す
る主な原因としては、何等かの正の反応度挿入による出
力の上昇(出力上昇型事象)及びポンプ停止等による冷
却材流量の減少(流量喪失型事象)がある。従って、流
量喪失型事象に対しては流量減少時の冷却材圧力の減少
も同時に生じているが、従来これらの事象に対し、受動
的かつ確実な事故防止対策は具体化されていなかった。
【0005】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、冷却材温度係数が負で、また特に流量喪失
型事象に対して大きな負の反応度を生じる高速炉の炉心
を提供する事を目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明による高速炉炉心
は核分裂物質を装荷した多数の燃料集合体と、その間に
配置され、内部に気体が封入され炉心事故時、炉心冷却
材流量低下時に内部に流入する冷却材の液面が炉心頂部
レベルを含む軸方向上部から下部へ変化するガス封入集
合体とを有することを特徴とする。
【0007】
【作用】出力上昇型事象では、ガス封入集合体内温度上
昇により封入気体が熱膨張し、内部の冷却材液面が炉心
頂部レベルより上部から下部に低下し空洞を形成する。
この結果、燃料集合体で発生した中性子はガス封入集合
体から主に炉心上方向に漏洩し、負の反応度となる。流
量喪失型事象ではガス封入集合体内の冷却材の圧力がポ
ンプ停止等の冷却材流量減少要因のために低下し、封入
ガス圧より小さくなるため、ガス封入集合体内の冷却材
液面が大きく低下する。この結果、上記事象と同様の理
由で負の反応度が挿入される。
【0008】
【実施例】以下本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。図1は本発明に適用するガス封入集合体の一実施例
を示す縦断面図である。また、図2はこの集合体を配置
した高速炉炉心の一実施例を示す縦断面図、図3は本集
合体を配置した高速炉炉心の一実施例を示す炉心配置図
である。図1に示すガス封入集合体(図中Cで示す)1
は、図2及び図3に示すように、炉心部27に核分裂性物
質を含み、上下に親物質からなる軸ブランケット部26,
26及び核分裂ガスを蓄積するガスプレナム部25,25を配
置した多数の燃料集合体22の間に配置されており、更に
これらの集合体1,22は親物質を含むブランケット集合
体(図中Bで示す)23及び中性子しゃへい体(図中・を
付して示す)24により取り囲まれて、本発明による高速
炉の炉心20を構成する。なお、炉心20内には間隔を配し
て制御棒(図中Pで示す)35が配設されている。
【0009】図1に示すようにガス封入集合体1は封入
気体8、発熱体4及び内部冷却材10を外套部12により包
含した構成を有している。封入気体8は、通常高速炉炉
容器内のカバーガスに用いられる不活性ガス、例えばア
ルゴンガス等が冷却材との反応を考えて適当である。そ
して、外套部12の下部に形成された冷却材流入孔9から
流入した冷却材の圧力によりその液面11の高さが炉心頂
部レベルより通常状態では高く、出力上昇型事象時また
は流量喪失型事象時には封入気体の温度上昇による体積
増加または流入冷却材圧力の低下により、炉心頂部レベ
ルより低くなるようにその量及びガス封入集合体1の内
部形状を設定する。発熱体4は炉心部の出力増加時に発
熱量が増加するよう軸方向において炉心位置が発熱中心
となるように配置する。この発熱体4の材料はハフニウ
ム等の中性子吸収により発熱する材料が有効だがガンマ
発熱体、例えばタンタル、ステンレスでもよい。発熱体
4と内部冷却材10の内部境界5は炉心中心レベル付近で
ガス封入集合体中心軸に近づく構成とする。外套部12の
炉心高さレベル付近の内側に、発熱体4と囲まれた炉心
高さ部ガスプレナム2を配置し、通常時液面レベル11と
接する頂部ガスプレナム3とガス連通部6を介して連通
させる。なお、ガス連通部6はガス封入集合体下部の炉
心下端レベル以下の高さにはハフニウムまたは他の金属
等を用いた中性子吸収体7を配置する。
【0010】以上の構成で、出力上昇型事象が生じた場
合、まず炉心部の中性子束及びガンマ線束が増大する。
これに伴い発熱体4の発熱量が増大し、熱伝達により炉
心高さ部ガスプレナム2及び頂部ガスプレナム3の封入
ガス8の温度が上昇しガス体積が増大する。この結果液
面レベルは図4に示すように通常時液面レベル41から炉
心高さ上端レベル43以下の事故時液面レベル42に低下す
る。従って炉心燃料からの中性子は封入ガス領域を通じ
て軸方向上方に漏洩し負の反応度を生じる。この結果炉
心の出力は低下し事象は収束する。
【0011】また、流量喪失型事象が生じた場合には、
冷却材流入孔9につながる内部冷却材10の冷却材圧力が
低下するため液面レベルは図4の炉心高さ下端レベル44
以下の流量喪失型事故時液面レベル45まで低下する。従
って炉心燃料からの中性子は封入気体8領域を通じて軸
方向に漏洩し負の反応度を生じる。この結果炉の出力は
低下し事象は収束する。
【0012】このとき、内部境界5を炉心中心レベルの
冷却材ボイド化により正の反応度を生じる領域の部分の
内部冷却材割合を小さくするように設定してあるので反
応度効果を負側に大きくできる。
【0013】また、ガス封入集合体1下部に中性子吸収
体7を配置することで軸方向に中性子束を歪め、軸方向
上方に多く中性子を漏洩しやすくすることで負の反応度
を大きくすることができる。
【0014】中部冷却材10の液面の高さは、定常時に上
部の軸ブランケット部26より上部とし、事故時には、で
きるだけ低下させるよう、また、境界形状5及び下部中
性子吸収体7の配置は正の反応度効果を抑制し中性子漏
洩効果を増大するように、封入気体の量及びガス封入集
合体の内部構成を設定することで負の反応度効果を大き
くできるが特に制限はない。
【0015】本発明のガス封入集合体の配置は上記例に
限られるものでなく、また、ガス封入集合体内の構成は
上記の例に限られるものではない。即ち、ガス封入集合
体の配置は事故時に負の反応度になるように配置されれ
ば良く、その形状、構成は上記作用を満足するように、
また、冷却材流入孔からの封入ガスの漏洩が生じないよ
う設定されていれば良い。例えば、図5に示すようにガ
ス封入集合体(図中Cで示す)1を制御棒(図中Pで示
す)35の周囲に配置した、さらに正の反応度領域の無い
炉心周辺部では図1で内部境界5を上下に直線的に設定
した内部境界を直線化したガス封入集合体(図中黒ぬり
で示す)36を配置してもよい。また、ガス封入集合体1
の内部冷却材10が通常運転時に異常に高温にならないよ
うガス連通部6がガス封入集合体1外からの内部冷却材
除熱を効率的に行なえるようガス連通部6を管状構造と
してもよい。また、発熱体5の表面に封入ガス温度の上
昇が促進されるよう金属部に連結されたフィンを配置し
てもよく、炉心高さ部ガスプレナムはすべて発熱体に置
換し、又は、ガス封入集合体1の冷却材圧力による浮き
上がりを防ぐための重りを配置してもよい。さらに、封
入ガスの集合体破損による漏洩を検知するために従来燃
料ピン破損検知に用いられているタグガスを封入する等
のガス封入集合体としてもよい。
【0016】
【発明の効果】本発明により高速炉炉心の事故時の負の
反応度挿入量はガス封入集合体の無い炉心に比べ増大で
き、安全性、許認可性が大きく向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に使用するガス封入集合体の
縦断面図。
【図2】本発明の一実施例に係る高速炉炉心の縦断面
図。
【図3】図2に示した高速炉炉心の平面図。
【図4】図1に示したガス封入集合体の動作を説明する
縦断面図。
【図5】本発明の他の実施例を示す高速炉炉心の平面
図。
【符号の説明】
1…ガス封入集合体 4…発熱体 5…内部境界 7…中性子吸収体 8…封入気体 9…冷却材流入孔 10…内部冷却材 20…炉心 22…燃料集合体 23…ブランケット集合体 24…中性子しゃへい体 25…ガスプレナム 26…軸ブランケット部 27…炉心部 35…制御棒

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 核分裂性物質を装荷した多数の燃料集合
    体と、この燃料集合体間に配設され内部に気体が封入さ
    れ炉心事故時、炉心冷却材流量低下時に内部に流入する
    冷却材の液面が炉心頂部レベルを含む軸方向上部から下
    部へ変化するガス封入集合体とを有することを特徴とす
    る高速炉炉心。
  2. 【請求項2】 前記ガス封入集合体は、その内部に炉心
    中心高さ付近で内部に流入する冷却材の水平断面積を減
    少させる筒状体が配設され、この筒状体は放射線によっ
    て発熱する部材から成ることを特徴とする請求項1記載
    の高速炉炉心。
  3. 【請求項3】 前記ガス封入集合体は、炉心内において
    周方向に連続して配設されて成ることを特徴とする高速
    炉炉心。
  4. 【請求項4】 前記ガス封入集合体は、炉心内において
    制御棒に隣接して配設されて成ることを特徴とする高速
    炉炉心。
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