JPS62116294A - 原子炉の炉心構成 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、原子炉の炉心に設置する遮蔽体に関するもの
である。

〔従来の技術〕

液体金属を冷却材とした高速増殖炉は、第２図に示すよ
うに核分裂性物質を装荷した炉心部１と核分裂性物質の
親物質を装荷したブランケット部２と、これらをとりか
こむ径方向遮蔽体３および軸方向遮蔽体５とからなる炉
心構成と、炉心構成物を格納する原子炉容器１０から構
成されている。

原子炉容器内は、１次冷却材６で満されておシ。

炉心構成の上部には、燃料交換装置と制御棒駆動装置を
内蔵する炉心上部機構７が設置され、炉心構成の斜め上
部には、１次冷却材から２次冷却材８への熱交換を行う
中間熱交換器（ＩＨＸ）９が設置されている。

ＩＨＸ内の２次冷却材は、原子炉容器外の低放射線区域
へ導かれるため、原子炉容器内のＩＨＸ位置での炉心か
らの中性子照射による２次冷却材の放射化量を低く抑え
る必要があり、炉心上部に軸方向遮蔽体が設置されてい
る。

従来、この軸方向遮蔽体は、第３図に示すように燃料要
素１１の上部に設置される８ＵＳ等の均質遮蔽体１２の
集合体によって構成されていた。

〔発明が解決しようとした問題点〕

炉心からＩＨＸ位置へ漏洩する中性子は、下記の理由に
より、炉心上部に位置する軸方向遮蔽体の外周部付近を
透過する成分による影響が最も大きくなる。

α）ＩＨＸが炉心構成の斜め上部方向に設置されている
こと。

（２）炉心構成の上部方向は、炉心上部機構の構造材が
配置されることにより、遮蔽効果が大きいこと。

（３）炉心の側部方向は、径方向遮蔽体が設置されてい
ること。

このためＩＩ（Ｘ位置へ漏洩する中性子を低減し。

ＩＨＸ内の２次冷却材の放射化量を効率的に抑えるため
には、軸方向遮蔽体の外周部の遮蔽体のみを遮蔽強化す
ることが考えられる。しかし本案は。

炉心構成の外周位置と中心位置とで燃料集合体の全長が
異なることになるため、燃料交換装置からの制約上、そ
の実施は困難である。従って従来の燃料集合体の燃料要
素上部に均質遮蔽体を設置することからなる炉心構成に
おいては、軸方向遮蔽体の厚さは軸方向遮蔽体の外周部
付近の必要厚さによって決定され、軸方向遮蔽体の大部
分は必要以上の遮蔽厚さとなシ、炉心構成を大型化し、
その重量も重くなるため、炉心構成の耐震性が低化する
とともに、原子炉容器軸長の増加を招くことになる。高
速増殖炉の大型化に際して、炉心構成に対するコンパク
ト且つ軽量化の要求は強い。

本発明の目的は、所定の遮蔽性能を損なうことなく、コ
ンパクト且つ装置な高速増殖炉の炉心構成を提供するこ
とにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、燃料要素の上部位置に高速中性子散乱効果
の高い物質と低速中性子吸収効果の高匹物質とからなる
非均質な遮蔽体を具備する炉心構成要素を、第１図（ａ
）、　（ｂ）に示すように炉心外周部に配置し、炉心軸
方向全体の遮蔽性能を向上させることによシ達成される
。

〔作用〕

高速中性子散乱効果が大きい遮蔽材により、高速中性子
を減速させ、減速された中性子を低速中性子吸収効果の
大きい遮蔽材により吸収する。それによって、炉心上部
方向の遮蔽効果が向上し。

所定の遮蔽性能を確保しつつ、炉心構成を軽量且つコン
パクト化できる。

〔発塊寧実施例〕

以下１本発明を各実施例によって詳細に説明する。

実施例１ 第１図（ａ）、Φ）中の非均質遮蔽体４が設けられる燃
料集合体は第５図（ａ）の如く断面が六角形のラッなど
で構成されるＦ部遮蔽体１４．さらにその下部には冷却
材を集合体に導入するためのエントランスノズル１５が
配置されている。また、燃料集合体の頂部には燃料交換
時の取り扱いのだめの機能を有するハンドリングヘッド
１６があシ、このハンドリングヘッドと燃料要素の間に
上部遮蔽体がある。この上部遮蔽体は非均質遮蔽体４で
あって第５図（ｂ）に示すように、上下端を端栓１７で
封鎖した被覆管１８の中に高速中性子散乱物質である８
０８１９と低速中性子吸収物質であるＢ、Ｃ２０を入れ
た非均質遮蔽体要素を束ねた構成となっている。第５図
Φ）では、遮蔽体要素を上部の固定機構２１で固定して
束ねているが下部で固定することも可能である。

本発明の実施例において、上部遮蔽体部を５ＵＢ１９と
Ｂ４　Ｃ２０の非均質の遮蔽体で構成することにより、
５ＵＳ１９による高エネルギ中性子の散乱効果とＢ　４
　Ｃ２０による低エネルギ中性子吸収効果との相乗効果
により、中性子の遮蔽性能が向上する。この効果の具体
例として、第４図に高速増殖炉の上部遮蔽体厚さが７０
ｃｒｎの場合の遮蔽材別の中性子の遮蔽効果の比較を示
す。遮蔽体７０ｃｒｎのうち、前半の３５ｃｍｆ：、Ｂ
　４　Ｃ，後半の３５ｃｒｎをＳＵＳとした組み合わせ
は、８ＵＳのみに比べて約１０００倍、Ｂ４Ｃのみに比
べて、約１０倍、中性子に対する遮蔽効果が高くなる。

このため、遮蔽体長さの短縮が可能となり、炉心構成要
素の短尺化、炉心構成のコンパクト化につながる。また
、このコンパクト化とＢ４Ｃの低密度（約２．５ｇ／ｒ
ｍ３）とにより炉心構成要素の軽量化も実現可能である
。なお、Ｔ）ａＣ遮蔽体は長期間の中性子照射に伴なう
劣化による遮蔽効果の低下やＢ−１０（ｎ、α）反応に
よってヘリウムガスが発生し、内圧が上昇する問題があ
るが、実施例の如く燃料集合体と連結した構成であれば
燃料交換時に、遮蔽体の交換も可能であり、上記問題は
解消する。

実施例２ 第６図に１本実施例の燃料集合体の上部遮蔽体を示す。

第５図（ａ）、　（ｂ）に示した実施例１との違いは、
被覆管１８の中にＢ４Ｃ２０と５Ｕ８１９の遮蔽体を充
填し、それを端栓１７によって上下端を封塞したことに
よって構成される管状の遮蔽体要素を燃料要素１１に直
接連結し、一体型の構成としたことである。本実施例の
特徴は、上記構造としたことにより、遮蔽体要素の固定
機構が不要となり、構造が単純になることである。遮蔽
体要素部の基本的な構造は実施例１と同一であるため。

中性子の遮蔽性能の向上に伴う炉心構成のコンパクト化
、軽量化の効果は同様に実現できる。したがって１本実
施例はこれらの効果に加え、遮蔽体要素の固定機構が不
要となり、構造が単純となる利点を追加したことになる
。そして、この固定機構が不要となることによシ、さら
に炉心構成要素のコンパクト化、軽量化の効果が一層高
くなる。

実施例３ 第７図に１本実施例の燃料集合体の上部遮蔽体を示す。

第５図（ａ）、　（ｂ）に示した実施例１及び第６図に
示した実施例２との違いは、Ｂ、Ｃ２０とＳＵＳ　１９
の遮蔽体とを分離した点にある。Ｂ４Ｃ２０は中性子の
照射に伴なう劣化によって遮蔽効果の低下及びＢ−１０
（ｎ、α）反応によって発生するヘリウムガスに起因す
る遮蔽体要素内の内圧の増加の問題があり、Ｂ４Ｃ２０
を交換する必要がある。本実施例の場合、交換用Ｂ４Ｃ
遮蔽体要素をユニット化することにより、Ｂ４Ｃ遮蔽体
のみの交換ですみ、交換時の経済性が向上する効果があ
る。また１本実施例の構造は、実施例１及び２のＢ４Ｃ
−８ＵＳ遮蔽体一体型構成に比べ遮蔽体要素外側を流れ
る冷却材の圧力損失が小さくなる。

第７図では、ＳＵＳ遮蔽体に砲弾型の遮蔽体を用いてい
るが、砲弾型ではなく周辺部のみに５ＵＳ１９を配置し
ても良い。

実施例４ 第８図に１本実施例の燃料集合体の上部遮蔽体を示す。

ハンドリングヘッド１６とラッパ管１３の間ＫＳＵＳ１
９による遮蔽体を設置し、そのＳＯ８遮蔽体上部の切り
欠き部にＢ４Ｃ収納罐２１を埋め込み、その中にＢ４Ｃ
２０を充填した構造となっている。前記実施例１〜３と
の違いは。

実施例１〜３が遮蔽体要素を束ねて遮蔽体を構成するい
わゆるバンドル型であるのに対し、実施例４け、５Ｕ８
１９によるブロック状遮蔽体に４！シ付けられた円環状
の収納罐２２にＢ　４　Ｃ２０を充填するいわゆる端型
になっている点である。本実施例の特徴は、ハンドル型
に比べ構造が単純であり、信頼性が向上したこと、バン
ドル型が所定の冷却材の流路を確保するために、遮蔽体
要素の占有体積がかなシ制約を受けるのに対し１本実施
例では、冷却材の流路が中心孔にあるため冷却材の圧力
損失が小さく遮蔽体の体積率を大きく取ることができる
点である。

本発明の各実施例によれば、炉心上部に５Ｏ８−Ｂ４Ｃ
からなる非均質な軸方向遮蔽体を設置するという簡単な
構造により、軸方向遮蔽体の遮蔽性能を従来に比べて約
１０３倍向上でき、軸方向遮蔽体の厚さを３０％〜４０
％削減でき、軸方向遮蔽体の重量を約４０％削減できる
ため炉心構成をコンパクト且つ軽量化することができる
ので。

原子炉容器の大型化を防ぐことができる。

〔発明の効果〕

以上の如く１本発明によれば、ＩＨＸ方向への中性子漏
れを炉心の大型化をともなうことなく良好に防止できる
ので、大型化をともなうことなくＩＨＸを通しての放射
能の炉外への流出を防止できる効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の一実施例による高速増殖炉の概
略断面図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）のＡ−Ａ矢視断
面図、第２図は従来の高速増殖炉の概略断面図。 第３図は従来の燃料要素の半醍１面図、第４図は中性子
の遮蔽体中での減衰分布を示す特性図、第５図（ａ）は
本発明の第１実施例による燃料要素の部分断面図、！５
図（ｂ）は第５図（ａ）　ノＡ部断面図、第６図は本発
明の第２実施例による非均質遮蔽体の縦断面図、第７図
は本発明の第３実施例による非均質遮蔽体の縦断面図、
第８図は本発明の第４実施例による非均質遮蔽体の縦断
面図である。 １・・・炉心、２・・・ブランケット、３・・・径方向
遮蔽体。 ４・・・非均質遮蔽体、５・・・軸方向遮蔽体、６・・
・１次冷却材、７・・・炉心上部機構、８・・・２次冷
却材、９・・・中間熱交換器、１０・・・原子炉容器、
１１・・・燃料要素、１３・・・ラッパ管、１４・・・
下部遮蔽体、１５・・・エントランスノズル、１６・・
・ハンドリングヘッド、１７・・・端栓、１８・・・被
覆管、１９・・・８ＵＳ。 ２０・・・Ｂ４Ｃ，２１・・・固定機構、２２・・・Ｂ
４Ｃ収納罐。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、遮蔽体で囲われた炉心と、前記炉心を冷却材中に浸
   した状態で含む原子炉容器と、前記炉心の斜め上方に配
   置されて前記原子炉容器内に入れられた中間熱交換器と
   、前記原子炉容器内で前記炉心の真上に配置された炉心
   上部機構とから成る原子炉において、斜め上方に位置す
   る前記遮蔽体を中性子散乱物質と中性子吸収物質とによ
   る非均質構成としたことを特徴とした原子炉の炉心構成
   。 ２、前記非均質構成の遮蔽体は、上下端を端栓で封鎖し
   た被覆管の中に中性子散乱物質と中性子吸収物質とを入
   れた管状要素の集合体であることを特徴とした特許請求
   の範囲の第１項に記載の原子炉の炉心構成。 ３、前記管状要素は、炉心を構成する燃料要素と一体に
   連接して成ることを特徴とした特許請求の範囲の第２項
   に記載の原子炉の炉心構成。 ４、前記中性子散乱物質は炉心中心に近い位置に配置さ
   れ、中性子吸収物質は前記中性子散乱物質よりも前記炉
   心から遠い位置に配置されることを特徴とした特許請求
   の範囲の第１項に記載の原子炉の炉心構成。 ５、前記非均質構成の遮蔽体は、中性子散乱物質のブロ
   ックに取り付けた収納罐に中性子吸収物質を充填して構
   成したことを特徴とした特許請求の範囲の第１項に記載
   の原子炉の炉心構成。