JPH0821889A - 高速増殖炉用燃料集合体 - Google Patents

高速増殖炉用燃料集合体

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JPH0821889A
JPH0821889A JP6155816A JP15581694A JPH0821889A JP H0821889 A JPH0821889 A JP H0821889A JP 6155816 A JP6155816 A JP 6155816A JP 15581694 A JP15581694 A JP 15581694A JP H0821889 A JPH0821889 A JP H0821889A
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JP
Japan
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coolant
float
neutron absorber
fuel assembly
density
Prior art date
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Pending
Application number
JP6155816A
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English (en)
Inventor
Hiroshi Hanaki
洋 花木
Masahisa Ohashi
正久 大橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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  • Structure Of Emergency Protection For Nuclear Reactors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】単純な動作で自動的に負の反応度を有する物質
が炉心内に投入され、炉心の安全性を向上させることの
できるこの種燃料集合体を提供する。 【構成】炉心領域上部にあたる部分に筒状の冷却材スタ
グナント部分を設けるとともに、このスタグナント部分
に、定格時にはスタグナント上部に位置し、冷却材温度
が定格時より上昇した時には冷却材密度減少によりスタ
グナント下部に移動するように、定格時冷却材温度にお
ける冷却材密度よりわずかに小さな密度の中性子吸収体
フロートを設置するようにした。

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用燃料集合体
の改良に係わり、特に高速増殖炉の炉特性改善に好適な
燃料集合体に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来一般に採用されているこの種燃料集
合体は、細径棒状の燃料棒をワイヤスペーサあるいはグ
リッドスペーサで三角配列状に多数配列し、そしてその
外周をラッパ管で包む型式のものが一般的である。
【0003】この従来の高速増殖炉用燃料集合体を用い
た炉心においては、出力が定格出力以上に上昇する場
合、スクラム信号により機械的な操作で制御棒が挿入さ
れるように形成されている。そこで出力が上昇した時
に、制御棒とは別に自動的に負の反応度を投入すること
ができれば炉心の安全性向上に大きく寄与できる。例え
ば特公昭63ー46387号公報には中性子吸収物質を
隔壁により炉心の上部に設置し、冷却材の温度上昇時に
は金属の熱膨張を利用して、針状体のものを隔壁に突き
当て隔壁を破壊し、中性子吸収物質を炉心内に流入させ
るようにしたものが開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】先の特許公報では、機
械的な動作を利用し、数段階の動作によって中性子吸収
物質の流入がなされる。
【0005】本発明の目的は、数段階の動作による中性
子吸収物質の流入ではなく、単純な動作で自動的に負の
反応度を有する物質が炉心内に投入され、炉心の安全性
をさらに向上させることのできる燃料集合体を提供する
にある。
【0006】
【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、炉心
領域上部にあたる部分に筒状の冷却材スタグナント部分
を設けるとともに、このスタグナント部分に、定格時に
はスタグナント上部に位置し、冷却材温度が定格時より
上昇した時には冷却材密度減少によりスタグナント下部
に移動するように、定格時冷却材温度における冷却材密
度よりわずかに小さな密度の中性子吸収体フロートを設
置するようになし所期の目的を達成するようにしたもの
である。
【0007】
【作用】すなわちこのように形成された高速炉燃料集合
体であると、冷却材温度が上昇した場合、冷却材の密度
が減少することによって相対的に吸収体フロートの密度
が増大することにより、すなわち冷却材温度が定格時よ
り上昇したときの冷却材と吸収体フロートの密度の差を
利用して、中性子吸収体を炉心領域に挿入することがで
き、したがって単純な動作で自動的に負の反応度を有す
る物質が炉心内に投入され、炉心の安全性を向上させる
ことができる。
【0008】
【実施例】以下図示した実施例に基づいて本発明を詳細
に説明する。図1にはその燃料集合体が断面で示されて
いる。高速炉の炉心は一般的に内側炉心燃料集合体、外
側炉心燃料集合体、径ブランケット燃料集合体、中性子
遮蔽体および制御棒により構成されている。本発明は内
側炉心燃料集合体と外側炉心燃料集合体に適用可能であ
る。内側と外側は燃料プルトニウムの富化度が異なるだ
けで構成は同じである。
【0009】燃料集合体は、271本の燃料棒1が六角
形状に束ねられて構成され、かつその周囲がラッパ管2
で保持され形成されている。すなわち燃料ペレット3と
燃料ペレット3が挿入される被覆管4とによりなる細径
棒状の271本の燃料棒1、この燃料棒1の束全体を保
持するための六角形のラッパ管2、ラッパ管2に溶接さ
れているハンドリングヘッド5およびエントランスノズ
ル6、ハンドリングヘッド5およびエントランスノズル
6の一部であり中性子を遮蔽するための上部遮蔽体7お
よび下部遮蔽体8等により構成されている。
【0010】なお、燃料ペレット3は炉心燃料と上下部
ブランケット燃料があり、炉心燃料の代表例としてはプ
ルトニウム・ウラン混合酸化物燃料ペレットが用いら
れ、ブランケット燃料としては劣化ウラン酸化物燃料ペ
レットが用いられる。また前述したラッパ管2と被覆管
4には通常ステンレス材が用いられている。さらにハン
ドリングヘッド5、エントランスノズル6もステンレス
材が用いられている。
【0011】燃料集合体の全長は4〜5m程度、燃料棒
1の直径は1cmに満たず、全長は約3m程度、ラッパ
管2の対面距離は10〜15cm程度のものである。エ
ントランスノズル6の上部には、ノックバー9が平行に
取付けられており、このノックバー9の上部にあるフッ
ク10により、燃料棒1が支持される。
【0012】冷却材はエントランスノズル6の下部より
流入し、ノックバー9および燃料棒1の間を流れてハン
ドリングヘッド5の上部より流出するが、フック10に
より冷却材の流れによって燃料棒1が上昇するのを防い
でいる。また、図には示されていないが、燃料棒1の間
隔は、被覆管4の周りにら旋状に巻きつけてあるワイヤ
スペーサで保持される。燃料棒1内の上部には燃料ペレ
ット3が配置され、下部には燃焼により発生するガスを
収納するガスプレナム部11が配置されている。
【0013】燃料ペレット3は、上から軸ブランケット
燃料12、炉心燃料13、軸ブランケット燃料12の順
に配置されている。炉心燃料13は約1m、軸ブランケ
ット燃料12は上下ともに30〜40cm程度の長さで
ある。
【0014】なお、ここまでは従来の燃料集合体と何等
変わることはないが本発明は次の点で大きく異なる。す
なわち、燃料集合体の中心部(7本ピン部分)の燃料棒
1を短尺にし、その上部にはハンドリングヘッド5の下
部に取り付けてある六角柱状のステンレス材製の隔壁1
4を挿入し、炉心上部から軸ブランケットにかけて冷却
材スタグナント領域15が設けられているのである。
【0015】またさらに、冷却材スタグナント領域15
の下部の短尺化した燃料棒にはブランケット燃料12が
配置されている。この冷却材スタグナント領域15は、
上部の他に側壁に設けたドレン孔16で冷却材の流路と
つながっているため、熱は伝わるがスタグナント領域1
5内の冷却材の流れは僅かである。
【0016】そしてその中に中性子吸収体17、ガスを
封入した浮力調整部18、700℃程度で溶融する金属
栓19からなる吸収体フロート20が入っている。この
吸収体フロート20は外周部をステンレス製とする中空
の筒であり、その下部に中性子吸収体17が入れられ、
上部には不活性ガスを充たされ、そして金属栓19で封
入状態に形成されている。
【0017】なお、中性子吸収体17としては炭化ほう
素、封入ガスとしてはヘリウム、金属栓19としてはア
ルミニウムが用いられる。またこの吸収体17としては
ユーロピウム化合物、タンタルあるいはその化合物を用
いることも可能であり、封入ガスとしてアルゴンを用い
ることも可能である。
【0018】吸収体フロート20は、その密度が定格時
冷却材温度における冷却材密度より僅かに小さいので冷
却材に対して浮くが、隔壁14の上部に爪21があるた
めここで上昇が抑えられ、吸収体フロート20が冷却材
スタグナント領域15の外部に出ることはない。従って
図2aに示すように、定格時には吸収体フロート20は
冷却材スタグナント領域15の上部に位置し、中性子吸
収体17は炉心上部の軸ブランケットの位置にある。
【0019】そして運転中冷却材の温度が定格出力より
も上昇したときには、金属栓19が溶融して浮力調整部
18内のガスが外部に流出し、逆に冷却材が吸収体フロ
ート20の中に流れ込むために、吸収体フロート20の
体積は減少する。また、先に記述したようにスタグナン
ト領域15内の冷却材の流れは僅かであるため、流れに
よる吸収体フロート20を押し上げる力は小さい。
【0020】従って、このようなことから吸収体フロー
ト20にかかる浮力が減少するため、吸収体フロート2
0は図2bに示すようにスタグナント領域15の下部に
移動し、中性子吸収体17が炉心内に挿入される。この
場合仮に、冷却材の温度が定格出力より上昇するが金属
栓19の融点よりは低い温度の場合でも、吸収体フロー
ト20の密度を調整しておくことにより、中性子吸収体
17を炉心内に挿入することができる。
【0021】すなわち、吸収体フロート20の密度は、
定格時の冷却材温度における冷却材密度より小さいが、
金属栓19の融点より低い温度、例えば700℃程度に
おける冷却材密度よりもフロート20の密度を大きくし
ておくことにより、冷却材温度が700℃程度以上にな
った場合には、冷却材の密度が吸収体フロート20の密
度より小さくなることから吸収体フロート20の降下、
つまり中性子吸収体17を炉心内に挿入することができ
るのである。なお、この実施例のように271本の集合
体で7本ピン(3%分)部分に設置すると、〜2.5%
△k(〜7$)の負の反応度を挿入できる。
【0022】以上説明してきたように本発明では、冷却
材スタグナント部分を設けることにより、冷却材の流れ
による中性子吸収体フロートの上昇を防ぎ、冷却材温度
が定格時より上昇したときの冷却材と吸収体フロートの
密度の差を利用して、中性子吸収体を炉心領域に挿入す
ることができる。特に一つの発明では冷却材温度が上昇
すると冷却材の密度が減少することによって相対的に吸
収体フロートの密度が増大することにより、またもう一
つの発明では、冷却材温度が上昇すると吸収体フロート
の中空部の栓が開き、中に冷却材が流れ込むことによっ
て吸収体フロートの密度が増大することにより、中性子
吸収体を炉心領域に挿入することができる。またこの両
者を採用することにより、より一層安全性向上に寄与す
ることができる。
【0023】なお、以上の説明では金属栓19を形成す
るにあたりアルミニウム材などの所定の温度で溶融する
ものとしたが、この栓としては常にこのようなものでな
ければならないわけではなく、例えば所定の温度で変形
し、吸収体フロートが開口するように形成した形状記憶
合金などでも良いであろう。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
冷却材であるナトリウムの温度が上昇したときに、制御
棒とは別に単純な動作により炉心内に自動的に負の反応
度を投入することができ、したがって、炉心の安全性を
向上させることのできるこの種燃料集合体を得ることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の高速増殖炉用燃料集合体の一実施例を
示す縦断側面図である。
【図2】本発明フロートの冷却材の温度変化に対する挙
動を示す断面図である。
【符号の説明】
1…燃料棒、2…ラッパ管、15…冷却材スタグナント
領域、17…中性子吸収体、18…浮力調整部、19…
金属栓、20…吸収体フロート。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数個の燃料棒が束ねられ、その周囲が
    ラッパ管で保持されるように形成されている高速増殖炉
    用燃料集合体において、 前記燃料集合体の炉心領域上部にあたる部分に、筒状の
    冷却材スタグナント部分を設けるとともに、このスタグ
    ナント部分に、定格時の冷却材温度における冷却材密度
    よりわずかに小さな密度の中性子吸収体フロートを設置
    するようにしたことを特徴とする高速炉燃料集合体。
  2. 【請求項2】 複数個の燃料棒が束ねられ、その周囲が
    ラッパ管で保持されるように形成されている高速増殖炉
    用燃料集合体において、 前記一部の燃料棒に代えて、炉心領域上部にあたる部分
    に、筒状の冷却材スタグナント部分を設けるとともに、
    このスタグナント部分に、定格時にはスタグナント上部
    に位置し、冷却材温度が定格時より上昇した時には冷却
    材密度減少によりスタグナント下部に移動するように、
    定格時冷却材温度における冷却材密度よりわずかに小さ
    な密度の中性子吸収体フロートを設置するようにしたこ
    とを特徴とする高速炉燃料集合体。
  3. 【請求項3】 複数個の燃料棒が束ねられ、その周囲が
    ラッパ管で保持されるように形成されている高速増殖炉
    用燃料集合体において、 前記一部の燃料棒に代え炉心領域上部にあたる部分に、
    筒状の冷却材スタグナント部分を設け、該冷却材スタグ
    ナント部分に、中性子吸収体と不活性ガスとを封入した
    中空状の密封中性子吸収体フロートを配設するととも
    に、該中性子吸収体フロート内部の実効的密度を、定格
    時冷却材温度における冷却材密度より小さくしたことを
    特徴とする高速炉燃料集合体。
  4. 【請求項4】 複数個の燃料棒が束ねられ、その周囲が
    ラッパ管で保持されるように形成されている高速増殖炉
    用燃料集合体において、 前記一部の燃料棒に代え炉心領域上部にあたる部分に、
    筒状の冷却材スタグナント部分を設け、該冷却材スタグ
    ナント部分に、中性子吸収体と不活性ガスとを封入した
    中空状の中性子吸収体フロートを配設するとともに、該
    中性子吸収体フロートを低融点金属若しくは形状記憶合
    金の栓を用いて密封し、かつ中性子吸収体フロート内部
    の実効的密度を、定格時冷却材温度における冷却材密度
    より小さくして設置し、かつ前記栓は、前記冷却材温度
    が定格時より所定値上昇した時に開口するように形成し
    たことを特徴とする高速炉燃料集合体。
  5. 【請求項5】 前記冷却材スタグナント部分に、前記中
    性子吸収体フロートが所定以上浮上しないように係止す
    る爪部を設けてなる請求項4記載の高速炉燃料集合体。
  6. 【請求項6】 前記中性子吸収体フロートの上方部に、
    中性子吸収体フロートの径より小さな開口部を設け、こ
    の開口部に前記栓を圧入してなる請求項4若しくは5記
    載の高速炉燃料集合体。
  7. 【請求項7】 前記中性子吸収体フロートはステンレス
    材にて形成され、かつ前記栓がアルミニウム材にて形成
    されてなる請求項4、5若しくは6記載の高速炉燃料集
    合体。
JP6155816A 1994-07-07 1994-07-07 高速増殖炉用燃料集合体 Pending JPH0821889A (ja)

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JPH0821889A true JPH0821889A (ja) 1996-01-23

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ID=15614110

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002055188A (ja) * 2000-08-09 2002-02-20 Toshiba Corp 燃料集合体
KR100836076B1 (ko) * 2006-09-22 2008-06-09 재단법인서울대학교산학협력재단 부유형 원자로 비상 정지 시스템
CN108269623A (zh) * 2016-12-30 2018-07-10 韩国科学技术院 热中子反应堆用核燃料组件

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002055188A (ja) * 2000-08-09 2002-02-20 Toshiba Corp 燃料集合体
KR100836076B1 (ko) * 2006-09-22 2008-06-09 재단법인서울대학교산학협력재단 부유형 원자로 비상 정지 시스템
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