JPS6247585A - 燃料集合体 - 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】 〔発明の利用分野〕 不発明は、一般的には原子炉に係わシ、特に事故時、自
動的に原子炉を停止させる機構を内包した燃料集合体に
関するものである。

〔発明の背景〕

第３図は公知の構造の液体金属冷却型高速増殖炉を示す
。この炉において、１は炉心を示し、炉心ｌには複数本
の燃料集合体２が収容されている。

炉心１で発生する熱は制御棒３によって調整され、制御
棒３は炉心上部機構４内に位置する制御棒駆動機構によ
って炉心１内を上下動する。炉心１は、炉容器５に収容
され、原子炉全体は安全容器６に収容される。炉は燃料
として部分濃縮ウラン（Ｕ２３Ｓ）あるいはプルトニウ
ム（Ｐｕ”９）を用い、−次冷却材（液体金属ナトリウ
ム）７は典型的には大気圧のナトリウムが用いられる。

また、炉は主循項ポンプを介して循環される一次冷却材
７によって冷却される。−次冷却材７は燃料集合体２の
下部より流入し、炉心１に至る。炉心ｌでは、核分袈反
応によって発生した熱が一次冷却材７に伝えられる。炉
心１を通って上方に至った一次冷却材７は、次に主中間
熱交換器に流入し、主中間熱交換器内で二次冷却材（液
体金属ナトリウム）との熱交換をおこなう。

以上の溝成において、従来の原子炉停止システムは、検
出器により事故を検出し、ロジック回路によって原子炉
停止信号を発生させ、制御棒をスクラム作動させるとい
う一連の流れによって原子炉を停止させるものである。

上記で述べた停止システムとして現状では、完全に独立
した２系統の原子炉停止系（主炉停正系／後備炉停止系
）を設ける方向にあり、かつ両系統は、スクラム信号、
電気回路、リレーロジック、遮断器の構成、制御棒の構
造などに可能な限り多重性と多様性を備えるよう配慮さ
れ、相当高いレベルの信頼性が達成されると評価される
。

しかし、現状のシステムにおいても下記に述べるような
不安要因のため、不作動となる確率は零とはならない。

（１）計測器からリレー、遮断器に至るまでの電気系設
備の共通原因故障の恐れ。

（２）制（財）棒１駆動機構等の機械設備の共通原因故
障のプ詠れ。

（３）高速炉特有の変形した炉心への制御棒の挿入性並
びに地震時の制御棒挿入性に関する不安。

これらの不安要因による不作動となる確立をさらに激減
するためには、次のような概念にもとづく制御システム
である必要がある。

上記の（１）に対しては、電気系のシステム構成に徹底
した多様化をはかるとともに設計、製作、検査、保守に
至るまでの共通原因故障の要因を排除してゆくことも１
つの方策ではあるが、根本的な解決策の１つは、電気系
設備の故障が介在する余地がない、スクラムが必要な異
常状態を直接的にとらえて作動する炉停止機構（自発ス
クラム機構）の採用である。

上記の（２）に対しては、機械設備の多様化を追求する
とともに、駆動部分を極力少なくした単純な構造の採用
が効果的である。

上記の（８）に対しては、相対変位を起こした炉心に対
しても確実に挿入できるという面を重視するならば、系
構造の制御棒構造が有利である。

先行技術の一例として（特開昭５２−８７５９８号）を
第４図に示す。

第４図は、原子炉において事故が発生し進展する過程で
必ず存在する出力増大という特徴的な現象を利用し、事
故を終息させるようにしたものである。この構造は、事
故発生によジ炉出力が増大すると、核分裂性物質又は炉
心部限度温度を溶融点とするストッパー８が破壊され、
中性子吸収体９がスプリング１０によりクソシミン材１
１に当接する１でラッパー管工２内を下降し、スクラム
動作が行なわれることを特長としている。

この構造では、上記のように構成されている制御棒であ
るので、電気系設備の故障が介在する余地がなく、また
、従来の制御棒の駆動において必須であった上部駆動機
構を不要にできるため、駆動部分を極力少なくした単純
なものであるが、事故発生時、燃料の温度異常上昇が制
御棒内部まで伝達されるのにはかなりの時間がかかシ、
即応容性が悪く、原子炉防護上または公衆防護上、致命
的な欠陥がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、原子炉事故発生によって炉内の温度が
異常に上昇した場合、万が一通常のスクラム機能が伺ら
かの原因で損なわれた場合でも、それを直接的に感知し
、自発的に、かつ、緊急に原子炉を炉上さするような、
従来とは異なった画期的な原理を用い、しかも迅速な応
答が可能でちる構造を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、従来の原子炉の信頼性をさらに高いものとす
るため通常運転時は中性子吸収体を例えば上部に固定さ
せておき、炉出力増大時に溶断するストッパーを設け、
自発的に炉を停止させる機能をもった制御要素ピンなる
ものを、燃料の異常温度をすばやく検知できるように燃
料集合体内に内包することにより達成するものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図、第２図、第５図によ
シ説明する。

実施例１ 第１図において、冷却材（液体金属ナトリウム）は工／
トランスノズル１３より流入し、ランバー管１２を上昇
し、通常はステンレス等で下部中性子連へいの役割を果
たしているブロック１４のまわりを通って燃料ピン１５
の並ぶ燃料部１６に入る。燃料部１６で非常に高温な熱
を受けた冷却材は、通常は上部中性子連へいの役割を果
たしているブロック１４のまわりを通って炉心より流出
している。

第２図は、本発明である事故発生時、炉心の温度が異常
に上昇した場合、自発的に炉を停止できる機構を備えた
制御要素ピン１７なるものを、炉心の温度の異常に上昇
した場合、すげやく検知できるように燃料集合体内に内
包したことを示す第１図のＡ−Ａ断面図である。

第５図は第１図に示す燃料集合体内に内包されている燃
料ピン１５と制御要素ピン１７の縦断面図である。燃料
ピン１５の構造は中心にＵＯ□とＰ　ｕ　０２の混合で
できた燃料ペレット１８、その上下にブランケット１９
、さらにその上下に核分裂生成ガスを貯めるだめのガス
プレナム２０がある。また上下方向の位置すれを防止す
るため、上部のスプリング１０によシ上記の構成物を押
え付けである。

制御要素ピン１７は通常な燃心上部、詳しくは燃料部１
６の上端位置にストッパー８が取付けられておυ、スト
ッパー８上に例えばＢ４　Ｃ等からなる中性子吸収体９
が載置されている。また、制御要素ピン１７内上部に設
けられているスズリングストッパー２１と、前記吸収体
９との間にスプリング１０が介装され、更に制御要素ピ
ン１７内下部にはクッション材１１が取付けられている
。

ここで、ストッパー８は、例えばＵＯ２、Ｐ　ｕＱ２等
の炉心の燃料と同様の核分裂性物質の粉末を含有した炉
心部温度の限界温度を溶融点とする合金により構成され
ている。

このような制御要素ピン１７が燃料集合体内の適宜箇所
に配置される。このストッパー８には、常時吸収体９を
炉心挿入する加速力が加わっているが、正常の出力運転
時には、このストッパー８は前記加速力に耐え、吸収体
９の炉心挿入を防止する。ところで事故が発生進展し、
炉心の出力が増大すると、核分裂性物質を含有する低融
点合金材料でできたストッパの場合には中性子高によυ
、内部の核分裂性物質がただちに反応し、発熱が増大し
てストッパー８が溶断され、吸収体９に作用している加
速力が解放されてスクラム動作し、制御反応度が炉心に
確実に加えられ事故はその進展が抑えられるのである。

スプリング１ｏけ加速として機能するもので、たとえス
プリング１０が無くとも吸収体９の自重によシ吸収体９
は制御要素ピン１７内を落下するが、前記スプリング１
０があれば、スクラム動作はより確実性を増すことにな
る。クッション材１１は吸収体９の落下衝撃を緩和し、
吸収体９の破損を防止する作用をなす。

核物質含有タイプのストッパーの場合には、正常運転時
における中性子束がストッパー８の強度上問題とならな
いような所に置けばよく、核分裂性物質の含有量も相応
のものとすればよい。また、低融点材料の候補となるよ
うなものの一例としては下記のようなものが上げられ、
実現性の点でも問題はない。

実施例２ 第６図に示す。ストッパー８に支えられた中性子吸収体
９は、中性子を吸収するとガスが発生する。このため、
本実施例ではストッパー８に通風孔を設けることにより
、常にストッパー８の上下の圧力を等しくシ、寿命を大
幅に延ばしたことを特徴とするものである。

実施例３ 第７図に示す。中性子吸収体９を支えているストッパー
８の部材を銀ろう等の物質によυ溶着し、温度異常上昇
時、ストッパー８を溶着していた銀ろうが溶融し、スト
ッパー８が解除され中性子吸収体９を炉心１に挿入させ
るものである。この構造では、溶融する部分が少なく、
他の実施例と比べて、熱容量がかなり小さいため、炉心
１の温度上昇に充分追従するので、異常検知により信頼
性がある。

実施例４ 第８図に示す。〔実施例４〕第７図と同様に熱容量を小
さくし、より負即応箕袢をＪ（す入とふ仝目的としたも
のである。この構造では高強度のある低融点材料を用い
て上部に支えた中性子吸収体９を、わずかな材料によっ
て支えられていることを特徴とする。

実施例５ 第９図に示す。中性子吸収体の重量によシ保持するのに
必要なストッパの材料の量は決められる。

このような条件の下で更に熱容量を小さくシ、即応容性
をよくするため、ストッパの材料をいくつかの部分にわ
け、中性子吸収体を保持するようにしたものである。又
、この構造では数個所で中性子吸収体を固定しているの
でストッパの不完全溶接による誤スクラムを防止でき、
又強度もあシ、寿命の延長にもなるので信頼性が向上す
る。

実施例６ 第１０図に示す。他の実施例では燃料集合体内に数本の
制御要素ピン１７を内包したものであったが、本実施例
では、それらの制御要素ピンと同等の出力を抑制するだ
けの１本の制御要素ピンとしたものである。本実施例で
は制御要素ピンの径を他の実施例より大きくすることが
でき、挿入性、強度上の点でよシ向上させたものである
。

実施例７ 第１１図に示す。本実施例では、地震時等の炉心変形に
対しても十分な挿入性を確保するため、タンタル、ボロ
ン、酸化ユーロピウム等の中性子吸収物質からなる剛球
構造としたもの。

実施例８ 第１２図に示す。本実施例では、中性子吸収体９の上端
で銀ろう等の物質によシ溶着して、中性子吸収体を保持
しているものである。

実施例９ 第１３図に示す。本実施例では、溶融材のストッパー８
の周囲をＵＣｈ　、ＰｕＯ２等の核分裂性物質で囲むこ
とによシ、炉の異常時にこの核分裂性物質がただちに反
応して発熱し、ストッパーを溶断させるようにしたもの
である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、万が一通常のスクラム機能が何らかの
原因で損なわれた場合でも、それを直接的に感知し、自
発的に、かつ、緊急に原子炉を炉上させるような、従来
とは異なった画期的な原理を用い、しかも迅速な応答が
可能である構造なので、設計上想定されていなかった要
因 （１）　　計測器からリレー、遮断器に至るまでの電気
系設備の共通原因故障の恐れ。

（２）制御棒、実動機構等の機械設備の共通原因故障の
恐れ。

（３）高速炉特有の変形した炉心への制御棒の挿入性並
びに地震時の制御棒挿入性に関する不安のためにスクラ
ム失敗し制御棒が炉心に挿入されず炉が暴走してしまう
ような事態が発生する前に確実に、しかも緊急に炉を停
止できる効果がある。

本発明によれば、電気系設備の故障が介在する余地がな
い構造であるため、上記の不安要因を設計上想定しなく
てもよい。

本発明によれば、１駆動部分を極力少なくした単純な構
造であるので、上記の不要要因を設計上想定しなくても
よい。

本発明によれば、原子炉停止機能を備えた制御要素ピン
を、燃料集合体内に内包することによシ、直接的、間接
的、しかも上記の原理を図２の従来例に示すような制御
棒集合体に設けるよりも極めて応答が速く、実現性があ
る。

本発明によれば低融点材のストッパの中に核分裂性物質
を含有しているので、炉心の異常をすばやく反応できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成図、第２図はその横断
面図、第３図は従来構造の縦断面図、第４図は従来例を
示す構成図、第５図は本発明の一実施例の構成を示す説
明図、第６図〜第１３図は本発明の他の実施例を示す構
成図である。 １・・・炉心、２・・・燃料集合体、３・・・制御棒、
４・・・炉心上部機構、５・・・炉容器、６・・・安全
容器、７・・・−次冷却材、９・・・中性子吸収体、１
３・・・エントランスノズル、２０・・・ガスブレナム
、２２・・・中性子吸収材、２３・・・核分裂性物質。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、通常運転時は中性子吸収体を炉心上部に固定させて
   おき、炉出力増大時に溶断するストッパーを設け、自発
   的に炉を停止させる機能をもった制御要素ピンなるもの
   を内包したことを特徴とする燃料集合体。