JPS6182192A - Fast breeding type reactor - Google Patents

Fast breeding type reactor

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JPS6182192A
JPS6182192A JP59205240A JP20524084A JPS6182192A JP S6182192 A JPS6182192 A JP S6182192A JP 59205240 A JP59205240 A JP 59205240A JP 20524084 A JP20524084 A JP 20524084A JP S6182192 A JPS6182192 A JP S6182192A
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JP
Japan
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region
regions
core
reactor
fast breeder
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Application number
JP59205240A
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Japanese (ja)
Inventor
孝太郎 井上
克之 川島
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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

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、高速増殖型原子炉(以下、高速増殖炉と称す
る)に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a fast breeder nuclear reactor (hereinafter referred to as a fast breeder reactor).

し発明の背景〕 一般に原子炉は、原子炉起動時の出力上昇および短絡出
力達成後の燃料の燃焼によシ、その反応度が失われる。
BACKGROUND OF THE INVENTION Generally, a nuclear reactor loses its reactivity due to the increase in output at reactor startup and the combustion of fuel after short-circuit output is achieved.

したがって、それらの反応度損失を補償するため、通常
は燃焼初期に原子炉に燃料を余分に装荷することにより
反応期を大きくとり、所蔵の燃焼期間経過後に行なわれ
る燃料交換によって新燃料が炉心に装荷されるまでの間
、反応度が下がり過ぎて原子炉が停止することのないよ
うにしている。
Therefore, in order to compensate for these reactivity losses, the reaction period is usually extended by loading extra fuel into the reactor at the early stage of combustion, and new fuel is added to the reactor core through fuel exchange after the stored combustion period has elapsed. This is to ensure that the reactor does not shut down due to a drop in reactivity until it is loaded.

一方、原子炉運転中は核暴走の起らないように、原子炉
をちょうど臨界に保つことが必要である。
On the other hand, during reactor operation, it is necessary to maintain the reactor at just the critical level to prevent nuclear runaway.

そのため原子炉には中性子をよく吸収する物質を含んだ
制御棒が備えてあり、これを炉心に挿入して余分な反応
度を減じ、原子炉がちょうど臨界になるようにしている
For this reason, nuclear reactors are equipped with control rods containing substances that absorb neutrons well, which are inserted into the reactor core to reduce excess reactivity and bring the reactor just over to criticality.

高速増殖炉の炉心には、燃料として核分裂性物質および
燃料親物質が装荷され、その形状は通常、円柱形状をし
ている。第4図及び第5図は、その−例の炉心の構成を
示す水平断面図及び垂直断面図、第6図及び第7図は他
の一例の炉心の構成を示す水平断面図及び垂直断面図で
、1は内側炉心、2は外側炉心、3は径方向ブランケッ
ト領域、4は軸方向ブランケット領域、5は調整棒、6
は起動棒、7は後備系杭棒、8は主系統棒を示している
The core of a fast breeder reactor is loaded with fissile material and fuel parent material as fuel, and the core is usually cylindrical in shape. 4 and 5 are horizontal sectional views and vertical sectional views showing the configuration of the core of this example, and FIGS. 6 and 7 are horizontal sectional views and vertical sectional views showing the configuration of the core of another example. 1 is the inner core, 2 is the outer core, 3 is the radial blanket area, 4 is the axial blanket area, 5 is the adjustment rod, 6
indicates the starting rod, 7 indicates the backup system pile rod, and 8 indicates the main system rod.

これらの炉心は内側炉心lと外側炉心2で示す濃縮度の
異なる炉心燃料領域と、これを取シ囲む軸方向ブランケ
ット領域4と径方向ブランケット領域3とで構成され、
上部の軸方向ブランケット側から制r111禅が挿脱さ
れるようになっている。
These cores are composed of core fuel regions with different enrichments, indicated by an inner core 1 and an outer core 2, and an axial blanket region 4 and a radial blanket region 3 surrounding this,
The control R111 is inserted and removed from the upper axial blanket side.

これらの調整棒5、起動棒6、後備系杭棒7、主系統、
1華8等の高速増殖炉の制御棒は、この例のように炉心
の上側から挿入される(制御棒駆動機構も炉心の上側に
ある)場合が多いが、その挿入深さは原子炉起動時が最
も犬きく、定格出力達成後、燃焼が進むと共に減少し、
燃焼末期で最小となる。
These adjustment rods 5, starting rods 6, backup system pile rods 7, main system,
The control rods of fast breeder reactors such as No. 1 Ka 8 are often inserted from the top of the reactor core (the control rod drive mechanism is also located above the core), as in this example, but the insertion depth varies depending on the reactor startup. After the rated output is achieved, it decreases as combustion progresses.
It reaches its minimum at the end of combustion.

元来の原子炉炉心では定格出力達成後の燃焼初期に、は
ぼ燃焼による反応度損失を補償するに足る反応度価値を
持つ燃料が装荷されると同時にその反応度の余剰分を減
殺するだめの制御棒が挿入されている。この場合、制御
棒による強い中性子の吸収があるため、制御棒に隣接す
る燃料領域の出力密度は、炉心の平均出力密度(定格出
力運転中は、はぼ一定)よシ大幅に小さいが、制御棒か
ら離れた燃料領域では、逆に出力密度が大きくなる。こ
の制御棒挿入による出力分布の歪の置台は、制御棒吸収
物質の量に犬きく依存し、中性子吸収物ノF↓の、畢が
多いほど、出力分布の歪は大きくなる。
In the original nuclear reactor core, in the early stage of combustion after the rated power is achieved, fuel with a reactivity value sufficient to compensate for the reactivity loss due to combustion is loaded, and at the same time the excess reactivity is reduced. control rod is inserted. In this case, due to the strong absorption of neutrons by the control rods, the power density in the fuel region adjacent to the control rods is much smaller than the average power density of the core (which is approximately constant during rated power operation); Conversely, the power density increases in the fuel region away from the rod. The amount of distortion in the power distribution due to control rod insertion is highly dependent on the amount of control rod absorbing material, and the more ridges there are in the neutron absorbing material F↓, the greater the distortion in the power distribution becomes.

原子炉から取り出し得る出力は、燃料の最大出力Wi 
+星に依存するので、出力分布を可能な限り平坦化する
ことが重要である。制j+Lll棒の構成あるいは挿入
パターンを決定する際は、制御棒挿入状態における最大
出力密度が、炉心1.゛1成要素の熱的制限に基く許容
値を越えないようにすることか必要である。
The power that can be extracted from the reactor is the maximum fuel power Wi
It is important to flatten the power distribution as much as possible since it depends on the +star. When determining the configuration or insertion pattern of the control rods J+Lll, the maximum power density in the control rod insertion state should be determined based on the core 1. It is necessary to ensure that the tolerance based on the thermal limitations of the first component is not exceeded.

第4図及び第5図に示す従来の高速増殖炉には、ζJ1
′4整棒5、起動a6、後備系統に!703種類の制御
棒7が備わっている。調整棒5は出力および反応度iH
御用の制御棒、起動棒6は原子炉起動用の制御棒、後備
系統俸7は後備系統の炉停止用制御棒である。
The conventional fast breeder reactor shown in Figs. 4 and 5 has ζJ1
'4 Adjustment rod 5, startup A6, back-up system! It is equipped with 703 types of control rods 7. Adjustment rod 5 adjusts output and reactivity iH
The main control rod, the starting rod 6, is a control rod for starting the nuclear reactor, and the backup system payload 7 is a control rod for shutting down the reactor in the backup system.

このように、この高速増殖炉では、原子炉の起動と運転
に心安な制御棒を別々に設けることにより、運転中に炉
心に挿入される制御棒(調整棒だけ)の反応度価値を小
さくシ、制御棒挿入による出力分布の歪を軽減している
。しかるに、起動棒を別に用意する必要がある(この例
では6本)ため制御棒の本数と、それを駆動するだめの
機構が多くなるという欠点がある。
In this way, in this fast breeder reactor, by providing separate control rods that are safe for reactor startup and operation, the reactivity value of the control rods (only the adjustment rods) inserted into the reactor core during operation can be reduced to a small value. , which reduces the distortion in power distribution caused by control rod insertion. However, since it is necessary to separately prepare starting rods (six in this example), there is a drawback that the number of control rods and the mechanisms for driving them increase.

一方、第6図及び笥7図に示すような従来の高速増殖炉
では、制御棒は主系統棒8と後備系統棒7の2.埋却で
ある。主系統棒8は、原子炉起動と出力および反応度制
置1に必要な反応度価値を有している。従って、この例
では、起動棒を別に用意する必要がないので、Mrl’
ll棒の本数は第4図及び第5図に示す高速増殖炉より
少なくてよい。しかし、運転中に炉心に挿入される制御
棒の中性子吸収物質caが高いため、制御棒挿入時の出
力分布の歪が大きいという問題がある。
On the other hand, in a conventional fast breeder reactor as shown in FIG. 6 and FIG. It is burial. The main system rod 8 has the reactivity value necessary for reactor start-up and power and reactivity control 1. Therefore, in this example, there is no need to prepare a separate starting stick, so Mrl'
The number of 11 rods may be smaller than in the fast breeder reactor shown in FIGS. 4 and 5. However, since the neutron absorbing substance ca in the control rods inserted into the reactor core during operation is high, there is a problem in that the power distribution is highly distorted when the control rods are inserted.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明は、従来の高速増殖炉と比べて、必要制御棒本数
が少なく、シかも制御棒挿入時の出力分布の歪が小さい
高速増殖炉を提供することを目的とするものである。
An object of the present invention is to provide a fast breeder reactor that requires fewer control rods than conventional fast breeder reactors, and that also has less distortion in the power distribution when the control rods are inserted.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明は、核分裂性物質の富化された燃料よりなる炉心
領域、燃料親物質を主成分とするブランケット領域、お
よび中性子吸収物質を含み前記炉心領域に随時挿入され
る開側1徨を有する高速増殖型原子・1戸において、前
記制御枠の中性子吸収物質う・1域の長さが前記炉心の
高さの約2倍で、前記中性子吸収物質領域が反応度価値
の墨なる複数の領域に分割され、その前記制省1j絆の
先グ■に近い領域はど該反応度価値が小さくなっている
ことを特徴とするものである。
The present invention provides a high-speed reactor having a core region made of fuel enriched with fissile material, a blanket region mainly composed of fuel parent material, and an open end containing a neutron absorbing material and inserted into the core region from time to time. In a breeder atom, the length of the neutron absorbing material region 1 of the control frame is approximately twice the height of the reactor core, and the neutron absorbing material region is divided into multiple regions with black reactivity values. The region which is divided into regions and which is close to the first point (G) of the above-mentioned control system 1j bond is characterized by having a smaller reactivity value.

すなわち、本発明のん速増旭炉は、従来と同様、炉心、
ブランケットおよび制fffl Y−,4を有するが、
制御棒のボロンまたはタンタル等を含む中性子吸収物質
領域の長さを炉心高さの約2倍とし、中性子吸収物質領
域を複数の領域に分割し、制御棒の先端まで中性子吸収
能力を小さくしたものである。
That is, the Asahi reactor according to the present invention has a reactor core,
having a blanket and a control fffl Y-,4,
The length of the neutron absorbing material region containing boron or tantalum, etc. in the control rod is approximately twice the height of the reactor core, and the neutron absorbing material region is divided into multiple regions, reducing the neutron absorption capacity up to the tip of the control rod. It is.

本発明は、原子炉運転中に炉心に挿入される制御棒(シ
1整棒)の反応度価値を極小化すること、すなわち中性
子吸収物質の量を極小化することが制御棒挿入による出
力分布の歪を改善するのに有効であること、および原子
炉起動用だけに使う制御棒(起動棒)を調整棒の上部に
設けることによシ起動搾が削除できることに注目したも
のである。
The present invention aims to minimize the reactivity value of the control rods (S1 rods) inserted into the reactor core during reactor operation, that is, to minimize the amount of neutron-absorbing material, and to minimize the power distribution due to control rod insertion. This study focuses on the fact that it is effective in improving the distortion of the nuclear reactor, and that the need for engine squeezing can be eliminated by installing a control rod (starting rod) above the adjustment rod that is used only for starting the reactor.

本発明の原子炉の起動は、制御棒の上約半分の領域を炉
心から引き抜き、また原子炉の運転は制御棒の残りの下
約半分の領域を炉心から徐々に引き抜くことにより行な
われる。
The nuclear reactor of the present invention is started by withdrawing the upper half of the control rod from the core, and the reactor is operated by gradually withdrawing the remaining lower half of the control rod from the core.

なお、以後の説明では、本発明に基〈制御棒を「、長尺
調整・起動棒一体型の制御棒」と称し、これに対し、第
4図及び第5図に示されている従来例の制御棒を「調整
・起動棒分離型の制御棒」、第6図及び第7図に示され
ている従来例の制御棒をr:iM整・起動棒併用型の制
御棒」と称する。
In the following explanation, based on the present invention, the control rod will be referred to as a "long adjustment/starting rod integrated control rod", whereas the conventional example shown in FIGS. The control rod is referred to as the "adjustment/starting rod separation type control rod", and the conventional control rod shown in FIGS. 6 and 7 is referred to as the "r:iM adjustment/starting rod combination type control rod".

〔尤明の実施例〕[Examples of Yumei]

以下、本発明を実施例によって詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to Examples.

な外、対象とする高速増殖炉の炉心は、プルトニウムと
ウランの混合cd夕化物を炉心燃料、劣化ウランをブラ
ンケット(M′、÷料、B4Cを中性子吸収材とし、液
体ナトリウムを冷却t4としたものであるが、こflら
は外の燃料、冷却打撃よび中性子吸収材をLJ4用した
場合にも本発明を適用することは可能である。
In addition, the target fast breeder reactor core uses a mixed CD of plutonium and uranium as the core fuel, depleted uranium as the blanket (M', dilution material, B4C as the neutron absorbing material, and liquid sodium as the cooling T4). However, it is possible to apply the present invention to the case where LJ4 is used with external fuel, cooling blow, and neutron absorbing material.

2+rJ1 )実物例を第11’2+ 、第2図、第3
図及び第8図によってm11明する。第1図は制御棒の
楢゛成図、自′S2図は炉心の水平lす[面図、第3図
は同じく垂直断面図、第81ス1は!:li ’7’、
11:gXの運用状態を表わす図である。第4〜第7図
と同一部分には同一符号が付しである。
2+rJ1) Actual examples are shown in 11'2+, Fig. 2, Fig. 3
m11 will be explained by the figure and FIG. Figure 1 is a structural diagram of the control rods, Figure 2 is a horizontal view of the reactor core, Figure 3 is a vertical cross-sectional view, and Figure 81 is a horizontal cross-sectional view of the reactor core. :li '7',
11: It is a diagram showing the operational status of gX. The same parts as in FIGS. 4 to 7 are given the same reference numerals.

第2図の、内側炉心1、外側炉心2には、プルトニウム
を富化した劣化ウランが装荷され、径方向ブランケット
3及び軸方向ブランケット4には劣化ウランが装荷され
る。9が本発明に基づく高速増殖炉で用いる長尺調整・
起動棒一体型の制御棒であり、7が後備系杭棒である。
In FIG. 2, the inner core 1 and the outer core 2 are loaded with depleted uranium enriched with plutonium, and the radial blanket 3 and the axial blanket 4 are loaded with depleted uranium. 9 is a long length adjustment method used in a fast breeder reactor based on the present invention.
It is a control rod with an integrated starting rod, and 7 is a back-up pile rod.

原子炉の主要な炉心設計パラメータを第1表に示す。原
子炉熱出力は約2 ′500 MWX電気出力は約10
100O,等価炉心径及び炉心高は、それぞれ325c
rn、及び100crriである。Φ+i+方同ブラン
ケット厚及び径方向ブランケット厚は、それぞれ35c
nt及び40anである。燃料スミア密度は炉心で87
%TD、ブランケットで91%TDである。燃料交換間
隔は1年、設備利用率は80%、燃料交換バッチ数は、
炉心、径方向ブランケット共に3としている。核分裂E
f:プルトニウム冨化度は、内<tar+炉心で12%
、外側炉心で15%である。
Table 1 shows the main core design parameters of the nuclear reactor. Reactor thermal output is approximately 2'500 MWX electrical output is approximately 10
100O, equivalent core diameter and core height are each 325c
rn, and 100 crri. Φ+i+ direction blanket thickness and radial direction blanket thickness are each 35c
nt and 40 an. Fuel smear density is 87 in the core
%TD, 91% TD with blanket. The refueling interval is one year, the capacity utilization rate is 80%, and the number of refueling batches is:
Both the core and the radial blanket are set to 3. nuclear fission E
f: Plutonium enrichment degree is 12% in <tar+ core
, 15% in the outer core.

各々の集合体の本数は、内イfill炉心で258本、
外第 1 表  主要設計パラメータ 側炉心で162本、制御棒が25本(後備系杭棒7本を
含む)、および径方向ブランケットが250本である。
The number of each assembly is 258 in the inner core,
Table 1 Main design parameters There are 162 cores on the side, 25 control rods (including 7 backup pile rods), and 250 radial blankets.

設計条件は第4図、第5図、第6図及び第7図に示した
従来例と同じになっている。
The design conditions are the same as the conventional examples shown in FIGS. 4, 5, 6, and 7.

第1図には、長尺の調整・起動棒一体型制御棒9の構造
と組成が示しである。この制御棒9は、複数の中性子吸
収ロッド10、上部タイロッド11および下部タイロッ
ド12から構成される。
FIG. 1 shows the structure and composition of an elongated control rod 9 integrated with an adjustment/starting rod. This control rod 9 is composed of a plurality of neutron absorption rods 10, an upper tie rod 11, and a lower tie rod 12.

中性子吸収ロッド10は、被ふぐ管13の両端を端栓1
4及び15にて密封し、被ふ〈管8内に2種類のBa 
Cペレットエ6A及び16Bを充てんしたものである。
The neutron absorption rod 10 connects both ends of the blowfish pipe 13 with end plugs 1.
4 and 15, and cover it with two types of Ba in the tube 8.
It is filled with C pellets 6A and 16B.

B4Cペレットのスタック全長は、炉心高さの2倍であ
り、この内、84 Cペレット16Aと16Bのスタッ
ク長は、どちらも炉心高さ■(と等しい(これらをそれ
ぞれ中性子吸収ゾーンA、Bとする)。
The total stack length of B4C pellets is twice the reactor core height, and among these, the stack lengths of 84C pellets 16A and 16B are both equal to the reactor core height (these are referred to as neutron absorption zones A and B, respectively). do).

Ba Cペレット16Aに含まれる中性子をよく吸収す
るBtoの素は、B4Cペレット16Bに含まれるBI
Gの心より大きい。すなわち、前者のBIGの濃縮度は
90%であり、後者では30%である。ここで BIO
の濃縮度は(B10の量)/(131°+B11の量)
で表わされる。Bttは中性子を吸収しにくい物質であ
る。従って、反厄度価値はゾーンへの方がBより大きい
The Bto element that absorbs neutrons well contained in Ba C pellet 16A is BI contained in B4C pellet 16B.
Bigger than G's heart. That is, the concentration of BIG in the former is 90%, and in the latter is 30%. Here BIO
The concentration of is (amount of B10)/(131°+amount of B11)
It is expressed as Btt is a substance that hardly absorbs neutrons. Therefore, the anti-calamity value is greater for the zone than for B.

r11性子吸収ロッドの両端部は、上部タイプレート1
1卦よび下部タイプレート12に取付けられる。上部タ
イブレート11と下部タイプレート12i、、j、円筒
カバー17にて、嘔給される。中性子吸収ロンド10は
、円筒カバー17内に配置される。上部タイプレート1
1はその上端部に連結部18足有し、これは制御棒、…
M装置(図示していない)と連結される。制御棒駆動装
置は、モータの回周力を用いて、制御棒を炉心に挿入し
たり、ちるいは炉心から引抜いたりする。なお、第1図
の19は上部プレナム、20は下部プレナム、21は保
J’l、22は冷却側オリフィスを示している。
Both ends of the r11 tron absorption rod are attached to the upper tie plate 1.
1 and the lower tie plate 12. It is fed through the upper tie plate 11, lower tie plate 12i, j, and cylindrical cover 17. The neutron absorption iron 10 is placed inside a cylindrical cover 17. Upper tie plate 1
1 has 18 joints at its upper end, which are connected to control rods,...
It is connected to an M device (not shown). The control rod drive device inserts the control rod into the reactor core or pulls it out from the reactor core using the rotating force of the motor. In FIG. 1, numeral 19 indicates an upper plenum, 20 a lower plenum, 21 a retainer, and 22 an orifice on the cooling side.

本発明に基づく制御棒ではB4 Cペレットのスタック
全長は、従来型制御棒の約2倍の200crnとなる。
In the control rod according to the present invention, the total stack length of B4 C pellets is 200 crn, which is about twice that of the conventional control rod.

サイクル末期では、中性子吸収材部の下端が、炉心部上
端よシも上方に位置すること、また、サイクル初期では
、中性子吸収材部の上端が、炉心部上端に位置すること
から、■1搬」j棒案内管内部で中性子吸収材部を収納
スペースは、炉心部上端から上下に200(7)、計4
00mm挟装なる。
At the end of the cycle, the lower end of the neutron absorbing material is located above the upper end of the core, and at the beginning of the cycle, the upper end of the neutron absorbing material is located at the upper end of the core. The storage space for the neutron absorbing material inside the J-rod guide tube is 200 (7) vertically from the top of the core, a total of 4 spaces.
00mm sandwiched.

本実施例における燃料集合体の4711方向のディメン
ションを第8図に模式的に示した。集合体の全長は50
0Crn、炉心部上婬から下部ガスプレナム下端までの
長さは215cm、炉心部上端から集合体頂部までの長
さは165Qnである。これより、炉心部上端から下方
に200crnのスペースは容易に確保できる。ただし
、炉心部上端より上方のスペースfi 200 crn
K満たないので、サイクル末期では、中性子吸収材部の
上端が炉心の上部プレナムにかかることになる。従来の
制御棒を用いた場合でも、制御棒駆動機構に継がる連結
棒が、炉心上部プレナムに存在しているから、本発明の
ように、連結棒及び、中性子吸収材部の一部が上部プレ
ナムに存在しても、これにより制御棒の機能、操作性が
損なわれることはない。また炉心上部グレナム目1、通
常、これらの制御1’、i! (−7,N1“ζを十分
収納できる大きさでめるので、炉容器病さけ従来通りで
よい。
The dimensions of the fuel assembly in the 4711 direction in this example are schematically shown in FIG. The total length of the aggregate is 50
0Crn, the length from the top of the core to the bottom of the lower gas plenum is 215cm, and the length from the top of the core to the top of the assembly is 165Qn. From this, a space of 200 crn below the upper end of the reactor core can be easily secured. However, the space above the top of the core is fi 200 crn.
Since the neutron absorption material is less than K, the upper end of the neutron absorbing material section will be on the upper plenum of the core at the end of the cycle. Even when conventional control rods are used, the connecting rods connected to the control rod drive mechanism are located in the upper core plenum. Even if they are present in the plenum, the functionality and operability of the control rods will not be compromised. Also, the upper core glenum 1, usually these controls 1', i! (-7,N1"ζ can be sufficiently accommodated, so the conventional method for preventing disease in the reactor vessel is sufficient.

次に、このような’t=4成に基づく効果を説明する。Next, effects based on such a 't=4 formation will be explained.

第9図の(a)、 (b)、 (C)、 (d)は、そ
れぞれ、原子炉停止時、運転サイクル初期、運転サイク
ル中期、および運転サイクル末期における制御棒の炉心
への挿入状態を模式的に表わしたものである。
Figures (a), (b), (C), and (d) show the insertion states of the control rods into the core at the time of reactor shutdown, the beginning of the operating cycle, the middle of the operating cycle, and the end of the operating cycle, respectively. This is a schematic representation.

原子炉の停止時には、全ての制御棒は炉心に100%挿
入される。原子炉を起動する際には、起動により反応度
が失われるので、これを補償するため制御棒をいくらか
引き抜く必要がある。本発明では、第9図(b)に示す
ように、反応度価値の高いゾーンAを炉心の上方に完全
に引抜くと同時に、反応度価値の低いゾーンBを炉心に
挿入することによる反応度の差分を起動反応度の補償に
当てることがひとつの特徴である。この例のように、制
御棒を長尺にしかつ軸方向に複数領域(この実施例では
上下2佃埃)に分割し、起動棒と調整棒を一体化する仁
とにより、第4図及び第5図で示した従来例のように、
J17J M’9 棒と分離して6本の起動棒を設ける
必要がなくなり、制御棒本数ならびに制御棒小動機構の
台数が削減される。
When the reactor is shut down, all control rods are 100% inserted into the reactor core. When starting a nuclear reactor, some control rods must be withdrawn to compensate for the loss of reactivity due to startup. In the present invention, as shown in FIG. 9(b), the reactivity is increased by completely pulling out zone A with high reactivity value above the core and simultaneously inserting zone B with low reactivity value into the core. One of the features is that the difference between the two is used to compensate for the starting reactivity. As in this example, the control rod is made long and divided into multiple regions in the axial direction (in this example, two upper and lower regions), and the starting rod and adjustment rod are integrated into one. As in the conventional example shown in Figure 5,
J17J M'9 There is no need to provide six starting rods separately from the rods, and the number of control rods and the number of control rod small movement mechanisms are reduced.

運転サイクルとは、燃料の交換時から次の変換時までの
間をいうが、原子炉の運転により燃料が燃焼すると、反
応度が失われてくるため、これを補償するため、運転サ
イクルの間、制御棒は炉心から徐々に引抜かれる。運転
サイクル初期で炉心に全挿入されていた制御棒ゾーンB
は、運転サイクル末期には、第6図(d)に示すように
、炉心の上方に完全に引き抜かれる。制御棒ゾーンBは
、燃料の燃焼によシ失われる反応度を補償するに足る反
応度価値を持てば十分なので1.その反応度価値は第6
図及び第7図で示した従来例の調整・起動棒併用型制御
棒よりずっと小さくてよい。制御棒の反応度内訳を次に
示す。
The operating cycle refers to the period from the time of fuel replacement to the time of the next conversion, but as the fuel burns during reactor operation, reactivity is lost, so to compensate for this, the period between the time of fuel exchange and the next conversion is , the control rods are gradually withdrawn from the reactor core. Control rod zone B, which was fully inserted into the core at the beginning of the operation cycle
At the end of the operating cycle, the reactor is completely pulled out above the core, as shown in FIG. 6(d). Control rod zone B needs only to have a reactivity value sufficient to compensate for the reactivity lost due to fuel combustion, so 1. Its reactivity value is the 6th
The control rod may be much smaller than the conventional adjustment/starting rod combination type control rod shown in FIGS. The breakdown of control rod reactivity is shown below.

(1)燃焼反応度     3.0%Δk(2)固有反
応度誤差   0,5%Δk(3)運転マージン   
 0.2%Δk(4)  安全マージン    1.7
%Δk(5)出力温度補償    1.5%Δに合  
 計        6.9%Δに第6図及び41≦7
図に示した従来例の制御棒の必要反応度価値が6.9%
Δにでちるのに対し、本発明に基づく実’、%ji例で
は、制御棒ゾーンAが、上記反応度の内(4)、(5)
の反応度の合計3.2%Δkを補償するので、制御棒ゾ
ーンBは、(1) 、 (2) 、 (8)の反応度合
計3.7%Δkを補償すればよい。
(1) Combustion reactivity 3.0%Δk (2) Specific reactivity error 0.5%Δk (3) Operating margin
0.2%Δk(4) Safety margin 1.7
%Δk (5) Output temperature compensation 1.5%Δ
Total 6.9%Δ in Figure 6 and 41≦7
The required reactivity value of the conventional control rod shown in the figure is 6.9%.
In contrast, in the actual example according to the present invention, control rod zone A has a reactivity of (4), (5) of the above reactivity.
Since the total reactivity of 3.2% Δk is compensated for, the control rod zone B only needs to compensate for the total reactivity of 3.7% Δk of (1), (2), and (8).

従って、原子炉運転中に炉心に押入されるB t 。Therefore, Bt is forced into the core during reactor operation.

の量が第6図及び第7図に示した従来例よシも減少する
ため、制御棒挿入による出力分布の歪は軽減される。ま
た、運転中の制御枠の微分ワース(単位挿入長さ当りの
制御棒ワース)も減少するため、地震時等の制(ill
棒と炉心の軸方向の相対変り・bによる反応度変化が小
さくなるという利点もある。
Since the amount of the control rod is reduced compared to the conventional example shown in FIGS. 6 and 7, the distortion in the power distribution due to control rod insertion is reduced. In addition, the differential worth (control rod worth per unit insertion length) of the control frame during operation is reduced, so it can be used for control during earthquakes, etc.
There is also the advantage that the change in reactivity due to the relative change in the axial direction of the rod and the core is small.

なお、[刈えば特願昭57−78380号公報のように
、中性子吸収物質の濃度を軸方向に変えた制御棒も提案
されているが、この制御棒は、特に制御棒を部分的に炉
心に挿入したときの軸方向出力分布の平坦化、あるいは
制御棒先端近傍の出力分布の歪を軽減するのには有効で
ある。しかし、この制御棒は本発明の主目的のひとつで
ある制御棒本数の削減に対しては効果的でない、という
のは、起動棒を削減して、原子炉起動反応度を調整棒に
負わせた場合、制御棒1本当りの反応度価値が増大する
ため、原子炉運転中に炉心に挿入される制御棒に含まれ
ているBloの量が増大するので、制御棒挿入による出
力分布の歪が大きくなるからである。
In addition, a control rod in which the concentration of the neutron absorbing substance is changed in the axial direction has also been proposed, as in Japanese Patent Application No. 57-78380, but this control rod does not allow the control rod to be partially connected to the reactor core. It is effective in flattening the axial power distribution when inserted into a control rod or reducing distortion in the power distribution near the tip of the control rod. However, this control rod is not effective in reducing the number of control rods, which is one of the main objectives of the present invention, because the starting rods are reduced and the reactor starting reactivity is imposed on the adjusting rods. In this case, the reactivity value per control rod increases, and the amount of Blo contained in the control rods inserted into the reactor core during reactor operation increases, resulting in distortion of the power distribution due to control rod insertion. This is because it becomes larger.

本発明による新しい効果は、原子炉運転中に炉心に挿入
される制御棒が含むBloの量を増大することなく、起
動棒を削減できる点にある。
A new effect of the present invention is that the number of starting rods can be reduced without increasing the amount of Blo contained in the control rods inserted into the reactor core during reactor operation.

第2の実施例の制御棒を第10図により説明する。第1
0図は第1図と同様の長尺の調整・起動棒一体型の制御
棒の檜成図で第1図と同一部分には同一符号が符しであ
る。この実施例ではB4 Cベレツ)16Aと16Cの
B”濃縮度は、ゾーンAとゾーンBで同じであるが、B
4 Cペレット16Cを中空にすることにより、ゾーン
Bに装荷されるB′4Cの″十ケゾーンAより少なくし
ている。
The control rod of the second embodiment will be explained with reference to FIG. 1st
Figure 0 is a schematic diagram of a control rod integrated with an elongated adjustment/starting rod similar to that shown in Figure 1, and the same parts as in Figure 1 are given the same reference numerals. In this example, the B'' enrichments of 16A and 16C are the same in zone A and zone B;
By making the 4C pellets 16C hollow, the amount of B'4C loaded in zone B is less than 10 in zone A.

これによっても、Q゛シ1実フini例と同様の効果が
期待できる。
With this as well, the same effect as in the Q1 example can be expected.

第3の実施伸1を第11図により説明する。第11図は
第1図、第10図と同様の長尺の調整・起動棒一体型の
制御棒の構成図で、第1図、第10図と同一部分には同
一符号が付しである。ここでは、ゾーンBのB4 Cペ
レツ)16Dに炭素あるいはベリリウムのような中性子
を減速する物質を添加したものである。減速材の作用に
よシ、ゾーンBへのB4Cの装荷量は一層減少する。こ
の実施例においても他の実施例と同様の効果が期待でき
る。
The third embodiment 1 will be explained with reference to FIG. Figure 11 is a configuration diagram of a long adjustment/starting rod integrated control rod similar to Figures 1 and 10, and the same parts as in Figures 1 and 10 are given the same reference numerals. . Here, the B4C pellets) 16D in zone B are doped with a substance that slows down neutrons, such as carbon or beryllium. Due to the action of the moderator, the amount of B4C loaded into zone B is further reduced. This embodiment can also be expected to have the same effects as the other embodiments.

また、減速材をペレット化して、B4Cペレットと混在
させるようにしてもよい。
Alternatively, the moderator may be pelletized and mixed with B4C pellets.

第4の実施例を第12図及び第13図により説明する。The fourth embodiment will be explained with reference to FIGS. 12 and 13.

第12図は第1図、第10図、第11図と同様の長尺の
調整・起動棒一体型の制御棒の構成図で、第1図、第1
0図、@11図と同一部分には同一符号が付してあり、
23は内部ブランケットを示している。この例はゾーン
BのB4Cペレツ)16E及び16FのBto分布に特
願昭57−78380号の提案を適用したものである。
Figure 12 is a configuration diagram of a long adjustment/starting rod integrated type control rod similar to Figures 1, 10, and 11;
The same parts as Figure 0 and Figure @11 are given the same symbols,
23 indicates an internal blanket. In this example, the proposal of Japanese Patent Application No. 78380/1980 is applied to the Bto distribution of B4C Peretz) 16E and 16F in zone B.

すなわち、第12図においてゾーンBは、ゾーンB1、
ゾーンB2にほぼ等分割され、しかもB1のB 10濃
縮度をB2のそれよシ約10%高くしている。
That is, in FIG. 12, zone B is zone B1,
It is divided almost equally into zones B2, and the B10 concentration in B1 is about 10% higher than that in B2.

なおゾーンAの7310濃縮度は軸方向に一定である。Note that the 7310 concentration in zone A is constant in the axial direction.

またゾーンBの全反応度価値は、B10濃縮度一定の場
合と同じである。この提案の高速増殖炉の炉心は、軸方
向及び径方向ブランケットと、円柱状の炉心と、炉心の
中心付近に設けられた内部ブランケット等によって軸方
向非均質炉心として構成されており、出力分布平坦化に
有効である。
Also, the total reactivity value of zone B is the same as in the case of constant B10 enrichment. The core of this proposed fast breeder reactor is configured as an axially non-homogeneous core with axial and radial blankets, a cylindrical core, an internal blanket provided near the center of the core, etc., and the power distribution is flat. It is effective for

第13図はこの実施例の制御棒を用いた場合の効果を示
すもので、(aL (bL (C)および(d)は、そ
れぞれ、原子炉停止時、運転サイクル初期。
FIG. 13 shows the effect of using the control rod of this example, where (aL (bL) (C) and (d) are at the time of reactor shutdown and at the beginning of the operation cycle, respectively.

運転サイクル中期、および運転サイクル末期における制
御棒の炉心の挿入状態を模式的に表わしたものである。
This figure schematically represents the insertion state of the control rods into the reactor core at the middle stage of the operation cycle and at the end stage of the operation cycle.

ゾーンBのBIG濃縮度を下側(制御棒の先端側)はど
低くすることにより、特に制御棒が中途挿入時の軸方向
出力分布が、一層改善されるというメリットス);出て
くる。起動棒本数を削減できるという点は、第1〜3の
実施例と同様である。
By lowering the BIG concentration in zone B on the lower side (the tip side of the control rod), there is an advantage that the axial power distribution, especially when the control rod is inserted halfway, is further improved. This embodiment is similar to the first to third embodiments in that the number of activation rods can be reduced.

以上の実施例の高速i′?!−殖炉においては、原子炉
起動用の制御棒を調整用の制御棒と分離して設ける必要
がなくなるので、制御棒本数を削減できる。
The high speed i′? of the above embodiment? ! - In a breeding reactor, there is no need to separate the control rods for starting the reactor from the control rods for adjustment, so the number of control rods can be reduced.

また、原子炉運転中に炉心に挿入される制御棒が含む8
1°の量を小さくすることができるので、制御棒挿入時
の出力分布の平坦性を改善することが可能となる。
In addition, control rods inserted into the reactor core during reactor operation include 8
Since the amount of 1° can be reduced, it is possible to improve the flatness of the output distribution when inserting the control rod.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明は、従来の高速増殖炉と比べて、必要制御棒本数
が少なく、シかも制御棒挿入時の出力分布の歪が小さい
高速増殖炉を提供可能とするもので、産業上の効果の犬
なるものである。
The present invention makes it possible to provide a fast breeder reactor that requires fewer control rods and has less distortion in the power distribution when the control rods are inserted, compared to conventional fast breeder reactors. It is what it is.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1同社本発明の高速増殖炉の一実施例の制御棒の断面
図、第2図は同じく炉心の++r;成を示す水平断面図
、第3図は同じく垂直断面図、第4図は従来の高速増殖
炉の一例の炉心の構成を示す水平断面図、第5図は同じ
く垂直断面図、第6図は同じく他の例の炉心の構成を示
す水平断面図、第7図は同じく垂直1所面図、第8図は
第2図の高速増殖炉の燃料集合体の軸方向のディメンシ
ョンの説明図、第9図はv12図の高速増殖炉の炉心と
制御棒との関係を示す説明図、第10図、第11図及び
第12図は本発明の高速増殖炉のそれぞれ異なる他の実
施例の制御棒の断面図、第13図は第12図の制御棒を
用いた高速増殖炉の炉心と制御棒との関係を示す説明図
である。 1・・・内側炉心、2・・・外側炉心、3・・・径方向
ブランケット、4・・・軸方向ブランケット、7・・・
後備系杭棒、9・・・長尺調整・起動棒一体型の制御棒
、10・・・中性子吸収ロッド、11・・・上部タイロ
ッド、12・・・下部タイロッド、13・・・被ふく管
、14゜15・・・端栓、16A、16B・・・B4C
ペレット、17・・・円筒カバー、18・・・連結部、
19・・・上部プレナム、20・・・下部プレナム、2
1・・・保護管、22・・・冷却材オリフィス。 奈7−囚 寥40 盛S閃 寮6区 口 (リ     cd−) 第11 口 (c)        Ct)
1. A cross-sectional view of a control rod of an embodiment of the fast breeder reactor of the present invention, Figure 2 is a horizontal cross-sectional view showing the ++r configuration of the reactor core, Figure 3 is a vertical cross-sectional view, and Figure 4 is a conventional 5 is a horizontal sectional view showing the core configuration of an example of a fast breeder reactor, FIG. 5 is a vertical sectional view, FIG. 6 is a horizontal sectional view showing the core configuration of another example, and FIG. A floor plan, Figure 8 is an explanatory diagram of the axial dimension of the fuel assembly of the fast breeder reactor in Figure 2, and Figure 9 is an explanatory diagram showing the relationship between the core and control rods of the fast breeder reactor in Figure V12. , FIG. 10, FIG. 11, and FIG. 12 are cross-sectional views of control rods of other different embodiments of the fast breeder reactor of the present invention, and FIG. 13 is a cross-sectional view of a fast breeder reactor using the control rod of FIG. FIG. 2 is an explanatory diagram showing the relationship between a reactor core and control rods. 1... Inner core, 2... Outer core, 3... Radial blanket, 4... Axial blanket, 7...
Backup system pile rod, 9... Control rod integrated with long length adjustment/starting rod, 10... Neutron absorption rod, 11... Upper tie rod, 12... Lower tie rod, 13... Covered pipe , 14゜15...end plug, 16A, 16B...B4C
Pellet, 17...Cylindrical cover, 18...Connection part,
19... Upper plenum, 20... Lower plenum, 2
1... Protection tube, 22... Coolant orifice. Na 7-Prisoner 40 Mori S Senryo 6th Ward Exit (Li CD-) 11th Exit (C) Ct)

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、核分裂性物質の富化された燃料よりなる炉心領域、
燃料親物質を主成分とするブランケット領域、および中
性子吸収物質を含み前記炉心領域に随時挿入される制御
棒を有する高速増殖型原子炉において、前記制御棒の中
性子吸収物質領域の長さが前記炉心の高さの約2倍で、
前記中性子吸収物質領域が反応度価値の異なる複数の領
域に分割され、その前記制御棒の先端に近い領域ほど該
反応度価値が小さくなつていることを特徴とする高速増
殖型原子炉。 2、前記中性子吸収物質領域が、反応度価値の異なる2
領域に分割されている特許請求の範囲第1項記載の高速
増殖型原子炉。 3、前記2領域が、その反応度価値が原子炉の出力運転
に必要な反応度と等しい先端側領域と、その反応度価値
が該先端側領域の反応度価値よりも原子炉の起動に必要
な反応度だけ大きい他の領域とよりなる特許請求の範囲
第2項記載の高速増殖型原子炉。 4、前記2領域の中性子吸収物質の濃縮度が、先端側領
域で高く、他の領域で低くなつている特許請求の範囲第
2項記載の高速増殖型原子炉。 5、前記2領域の中性子吸収物質の体積比率が、先端側
領域の方が他の領域よりも小さくなつている特許請求の
範囲第2項記載の高速増殖型原子炉。 6、前記2領域が、中性子吸収物質のペレット濃縮度の
等しい中空ペレットよりなる先端側領域と、中央ペレッ
トよりなる他端側領域よりなつている特許請求の範囲第
2項記載の高速増殖型原子炉。 7、前記2領域が、中央ペレットと中性子を減速させる
物質とが混在装荷されている先端側領域と、該先端側領
域を構成する中央ペレットと同種の中央ペレットよりな
る他端側領域よりなつている特許請求の範囲第2項記載
の高速増殖型原子炉。 8、前記2領域の先端側領域が、先端に近いほど単位長
さ当りの中性子吸収能が小さくなつている特許請求の範
囲第2項記載の高速増殖型原子炉。 9、前記制御棒が、主系統棒の一部ないし全部である特
許請求の範囲第1項から第8項までの何れか1項記載の
高速増殖型原子炉。
[Claims] 1. A core region consisting of fuel enriched with fissile material;
In a fast breeder nuclear reactor having a blanket region mainly composed of a fuel parent material, and a control rod containing a neutron absorbing material and inserted into the core region from time to time, the length of the neutron absorbing material region of the control rod is approximately twice the height of
A fast breeder nuclear reactor characterized in that the neutron absorbing material region is divided into a plurality of regions having different reactivity values, and the region closer to the tip of the control rod has a smaller reactivity value. 2. The neutron absorbing material regions have different reactivity values 2.
A fast breeder nuclear reactor according to claim 1, which is divided into regions. 3. The above two regions include a tip side region whose reactivity value is equal to the reactivity required for reactor power operation, and a tip side region whose reactivity value is more necessary for reactor startup than the reactivity value of the tip side region. 3. The fast breeder nuclear reactor according to claim 2, further comprising another region having a higher reactivity. 4. The fast breeder nuclear reactor according to claim 2, wherein the concentration of the neutron absorbing material in the two regions is high in the tip side region and low in the other regions. 5. The fast breeder nuclear reactor according to claim 2, wherein the volume ratio of the neutron absorbing material in the two regions is smaller in the tip side region than in the other regions. 6. The fast multiplication type atom according to claim 2, wherein the two regions consist of a front end region made of hollow pellets with equal pellet concentration of the neutron absorbing substance, and an other end region made of a central pellet. Furnace. 7. The two regions are composed of a distal region where a central pellet and a substance that decelerates neutrons are mixedly loaded, and the other end region consisting of a central pellet of the same type as the central pellet constituting the distal region. A fast breeder nuclear reactor according to claim 2. 8. The fast breeder nuclear reactor according to claim 2, wherein the tip-side region of the two regions has a neutron absorption capacity per unit length that decreases as it approaches the tip. 9. The fast breeder nuclear reactor according to any one of claims 1 to 8, wherein the control rod is part or all of the main system rod.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02266190A (en) * 1988-11-21 1990-10-30 Usui Internatl Ind Co Ltd Connector device for fine diametral piping connection
JP2008032467A (en) * 2006-07-27 2008-02-14 Hitachi Ltd Core and control rod for light-water reactor

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