JPS6283694A - 高速増殖炉 - 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〕 本発明は高速増殖炉に係シ、特に炉心構成要素の耐震性
向上ならびに炉心の径方向支持構造物への地震時衝撃荷
重の低減を図った高速増殖炉に関する。

〔発明の背景〕

第２図に、電気出力１００万ｋＷクラスの高速増殖炉の
炉心ならびに炉心支持構造の概念図を示す。

同図（、）は水平断面、同図（ｂ）は垂直断面を示す。

第２図に示す如く、炉心は核燃料物質ならびに核燃料親
物質をその内部に含む六角断面形状の炉心燃料集合体１
、中性子吸収物質をその内部に含む制御棒集合体２から
なる。

炉心燃料集合体は第３図に示す如く、複数の燃料要素１
８をラッパ管の内部に含み、上記燃料要素１８内にはベ
レット状の燃料物質がおよそ１００口の長さにわたって
装荷されておシ、さらに上記燃料物質の上部および下部
にベレット状の燃料親物質が装゛荷されている。

燃料集合体が第２図に示すように多数集合することによ
り、炉心の発熱の大部分を分担する核燃料物質領域７．
ならびに燃料親物質からな多燃料を増殖する軸方向プラ
ンケット領域８が形成される。

炉心の周囲には、その内部に燃料親物質を含む径方向ブ
ランケット燃料集合体３が２層から３層程度配置され、
径方向プランケット領域９が形成される。このブランケ
ット燃料集合体３の構造は第３図に示した炉心燃料集合
体ｌとほぼ同様の構造である。その主な相違は、燃料要
素１８の外径に関し、ブランケット燃料集合体の外径の
方が炉心燃料集合体のそれよシ大きいことである。

炉心領域内には２０〜３０体程度制御棒集合体２が配置
されておシ、制御棒が上下に移動することによシ、炉心
内の出力分布制御、原子炉の起動、停止が行なわれる。

第２図に示す如く上記ブランケット燃料集合体３から構
成される径方向ブランケット領域９の外側には、中性子
遮蔽材４が４層（４ｍ、４ｂ。

４ｅ、４ｄ）前後配置される。この中性子遮蔽材４は、
主に炉心領域で核分裂によシ生じる中性子を遮蔽し、炉
心支持構造物、である炉心槽１２、炉心支持枠１０の中
性子照射を低減する機能を持つ。

上記中性子遮蔽材４の構造の従来の具体例を第４図に示
す。炉心燃料集合体１と同様、ラッノ４管１７を持ち、
その内部にステンレス製の中性子遮蔽材２０が装填され
ている。第４図に示すように中性子遮蔽材２０は軸方向
に切断されたブロック状となっている。これは、中性子
遮蔽材変形時にエントランスノズル１６にかかる応力を
小さくするためである。

以上、高速増殖炉の炉心の構成について述べたが、次に
炉心を径方向に支持する構造について述べる。

炉心燃料集合体、ブランケット燃料集合体、中性子遮蔽
材など、前記各炉心構成要素は第３図、あるいは第４図
に示す如く、エントランスノズル１６を有し、これが、
第２図の下部炉心支持構造物１３に設けられた多数の連
結管１５内に挿入される。これによって、各炉心構成要
素の軸方向ならびに径方向の位置決めがなされる。しか
し、これだ汁では、定格運転中の炉心構成要素の変形に
よる炉心形状の変形、地震時の炉心形状の変形が防げな
いので、第３図あるいは第４因に示す如く、炉心構成要
素の頂部近傍ならびに核燃料物質領域直上部あるいは同
直下部にスペーサパッド５ならびに６を設け、さらに第
２図に示す如く、最外層の中性子遮蔽材４ｄの外側に、
上記スペーサパッド５ならびに６と同じ軸方向位置に炉
心支持枠１０ａならびに１０ｂを設ける。これによって
、定格運転中ならびに地震時の炉心構成要素変形時の炉
心構成要素間の間隔の保持、接触荷重受け、炉心形状の
大変形防止を果すことができる。

上記のような炉心支持構造によシ、高速増殖炉の場合、
炉心に水平方向の地震波が入力されると、炉心構成要素
は互いにスペーサパッド５，６で衝突しながら、ちるい
はスペーサパッド５，６と炉心支持枠１０　ａ　＃　１
０　ｂとで衝突しながら振動する。スペーサパッド同志
あるいはスペーサパッドと炉心支持枠との衝突荷重が過
大となると、炉心構成要素の構造健全性、あるいは炉心
支持枠が取シ付げられている炉心槽１２（第２図参照）
の構造健全性が保てなくなる。

炉心構造における衝突荷重の例を第５図に示す。

加振条件は、第２図の下部炉心支持構造１３に加速度振
幅ＩＱ、周波数５　Ｈｚの地震波を入力したものである
。また、各炉心構成要素の単体の１次固有振動数は下表
の如く制御棒集合体を除いて、３Ｈｚ弱である。この値
は、電気出力１０１００Ｏの高速増殖炉の炉心構成要素
の１次の固有振動数とほぼ等しいものである。

第５図の線５０ａは、従来普通の中性子遮蔽材を用いた
場合における第２図の核燃料物質領域７の直上位置に設
けられたスペーサパッド６の位置での炉心対角線列内の
炉心構成要素間の最大衝突荷重を示すものである。第５
図の線５０１が示すように、この場合、炉心支持枠と最
外層の中性子遮蔽材との間で衝突荷重が最大となってお
り、内層に行くほど衝突荷重は小さくなる。これは、炉
心構成要素の固有振動数がほぼ等しいことによシ各炉心
構成要素が同様に振動し、炉心支持枠に最外層の中性子
遮蔽材が衝突した除に、内層の炉心構成要素も多少の時
間遅れはあるものの、はぼ同時に衝突するためである。

このような場合、炉心支持枠に大きな衝突荷重が作用し
、ひいては炉心槽の構造健全性が保てなくなる。

上記のような問題を避けるために、特開昭５７−１８９
０９５では、中性子遮蔽材４の内部の中性子遮蔽材２０
を第４図に示すような軸方向分割型ではなく、一体型と
して、曲げ剛性を高め、その結果その固有振動数を高め
ている。その場合の衝突荷重分布を第５図の線５０ｂに
示しだ。この場合の加振条件は線５０ｍの場合と同じで
ある。またこの時の中性子遮蔽材の１次の固有振動数は
約４Ｈｚである。この場合、第５図の線５０ｂに示すよ
うに、炉心支持枠と最外層中性子遮蔽材間の衝突荷重が
低減されるが、反面、最内層中性子遮蔽材と最外層ブラ
ンケット燃料集合体間の衝突荷重が増加する。これは、
固有振動数の高くなった中性子遮蔽材の眉が、ブランケ
ット燃料集合体に対して壁のような効果を有するためで
ある。したがって、炉心層の構造健全性上、有利とはな
るが、逆にブランケット燃料集合体の構造健全性上不利
となるという問題がある。

上記ブランケット燃料集合体の健全性を保つ１方法とし
て、ブランケット燃料集合体のラッパ管肉厚を厚くする
ことによ）、衝突荷重増加に対処することが考えられる
が、これはブランケット燃料集合体の固有振動数増加（
曲げ剛性の増加とほぼ対応）を招き、ブランケット燃料
集合体と炉心燃料集合体境界近傍での衝突荷重増加とい
う結果となる。これに対処する方法として、炉心燃料集
合体のラッパ管肉厚を厚くすることが考えられるが、こ
れは高速増殖炉の増殖性の低下、炉心径の増加という好
ましくない結果を招く。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記公知技術の問題点に鑑み、高速増
殖炉の増殖性を損なうことなく炉心構成要素の耐震性向
上ならびに炉心の径方向支持構造物への地震荷重の低減
が可能な高速増殖炉を提供することである。

〔発明の概要〕

本発明は、高速増殖炉の外周に配置される中性子遮蔽材
の固有振動数を外層を構成する中性子遮蔽材ほど大きく
したものである。このことは各層の中性子遮蔽材重量が
同じならば、外層の中性子遮蔽材ほどその曲げ剛性を高
くすることによって実施できる。

今、第２図に示す４層の中性子遮蔽材（４＆。

４　ｂ　ｔ　４　ｃ　ｅ　４　ｄ　）の曲げ剛性を内層
よシ、１：１、３　：　２　：　４の比で犬きくしてい
く場合を例にとって説明する。この時のスペーサパッド
６の位置での最大衝突荷重分布は第５図の線５０ｃに示
すようになる。この例が示すように線５０ｃの場合では
、第５図の線５０ａ（従来の中性子遮蔽材の如く、曲げ
剛性を低く、かつ一様としだ例）の場合より、炉心支持
枠と最外層中性子遮蔽材との衝突荷重が低減され、さら
に、線５０ｂ（全層の中性子遮蔽材の剛性を高め〔固有
振動数を高め〕た例）よシも、中性子遮蔽材とブランケ
ット燃料集合体との境界での衝突荷重が低減されている
。

上記のような傾向を示すのは、（１）外層の中性子遮蔽
材ほど曲げ剛性が高くなるため、外層の中性子遮蔽材ほ
ど衝突荷重を自分自身で受持ち、それよシ外層の中性子
遮蔽材へ伝達する荷重の割合を減らして行き、最終的に
炉心支持枠に伝達する荷重が低減されること、（２）外
層の中性子遮蔽材ほど曲げ剛性が高いため、中性子遮蔽
材よシ内側の炉心構成要素（例えば、ブランケット燃料
集合体）が中性子遮蔽材に衝突した際に、その衝突荷重
を徐々に外層の中性子遮蔽材で受止めて行くため、中性
子遮蔽材とその内層にある炉心構成要素（例えばブラン
ケット燃料集合体）との衝突荷重が低減されること、に
よる。

〔発明の実施例〕

以下に説明する本発明の各実施例において、中性子遮蔽
材以外の構成は第２図、第３図で説明したのと同様であ
る。

第１図（ａ）　ｊ　（ｂ）　、　（ｃ）　＃　（ｄ）は
本発明の１実施例における夫々第１層（即ち最内層）、
第２層、第３層および第４層の中性子遮蔽材４ｍ、４ｂ
、４ｃ。

４ｄの断面を示したものである。本実施例においては、
中性子遮蔽材の外観は第４図（、）と同じであるが、外
層の中性子遮蔽材ほどその曲げ剛性を高めるように、中
性子遮蔽材のラッパ管１７を図示の如く外層のものほど
厚くしである（例えば第１層では４朋、第４層では１０
關）。ラッノＪ？管１７の外径は同じであシ、従って中
性子遮蔽材２０の直径は外層のものほど小さい。本実施
例によシ、第５図の線５０ｃに示すような衝突力分布が
得られる。本実施例で、中性子遮蔽材２０にステンレス
鋼を使用する場合、各層の中性子遮蔽材の重量はほぼ等
しいから、中性子遮蔽材の固有振動数は外層の中性子遮
蔽材ほど高くなる。

本実施例のようにラッパ管肉厚を厚くした場合、う、Ａ
管の熱応力が問題になることがあるので、これを避ける
ため、第６図に示すように、ラッＡ？管１７を多Ｎ構造
（１７ａ、１７ｂ）とすることも可能である。

本発明の第２の実施例を第７図に示す。前記第１の実施
例ではラッパ管１７の肉厚によシ中性子遮蔽材の剛性を
変化させたが、本第２の実施例は、中性子遮蔽材２０の
構造を変化させて剛性を変化させたものである。すなわ
ち第７図（ａ）　ｊ　（ｂ）　１　（ｅ）　ｔ（ｄ）に
示すように中性子遮蔽材は、内層のものから外層のもの
に行くにしたがい（第７図では第１層から第４層に向か
うにしたがい）、棒状の中性子遮蔽要素２１の集合であ
る中性子遮蔽材２０の該中性子遮蔽要素２１の径を２１
　ｍ　、　２　ｌ　ｂ　、　２１ｃ。

２１（１と示すように太＜シく行くというものでちる。

本実施例においても中性子遮蔽材の外層ものほど、中性
子遮蔽材の曲げ剛性が大きくなシ、第１の実施例と同様
の効果が得られる。

本発明の第３の実施例を第８図に示す。本実施例は、中
性子遮蔽材の外層のものほど、４ａ、４ｓｉ。

４ｆ　、４ｇと示すように中性子遮蔽材の長さを短くし
たものである。このようにすることによシ、各中性子遮
蔽材の断面構造が同じでも、曲げ剛性を変化させること
ができ、上記二実雄側と同等の効果が得られる。第８図
に示した実施例における衝突荷重分布例を第９図に示す
。本例は、中性子遮蔽材４　ａ　、４　ｅ　ｚ　４　ｆ
　ｐ　４　ｇの長さくエントランスノズル長さを除く）
を内層側より順に夫々４２００１ｍ　、３７５０ｍｍ　
、３３００ｍｍ　、２８５０ｍｍとした場合であり、内
部の中性子遮蔽材の構造は第４図に示しだものと同じで
ある。また、加振栄件は第５図に示したものと同一であ
る。なお、本実施例においては、中性子の漏洩を考慮し
て、中性子遮蔽材の長さを決める必要がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、中性子遮蔽材の固有振動数を外層の中
性子遮蔽材ほど大きくすること、すなわち中性子遮蔽材
の正位が同じであればその曲げ剛性を高めることによシ
、地震時の炉心構成要素の耐衰性の向上ならびに、炉心
支持枠、炉心槽への衝突荷重の低減を図ることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）　ｔ　（ｂ）　ｔ　（ｅ）　ｅ　（ｄ）は
本発明の１実施例における各層中性子遮蔽材の断面図、
第２図（ａ）　２　（ｂ）は高速増殖炉の炉心支持構造
の水平断面図および垂直断面図、第３図は従来の炉心燃
料集合体の斜視図、第４図（ａ）　ｌ　（ｂ）は従来の
中性子遮蔽材の斜視図およびＡ−Ａ断面図、第５図はス
ペーサパッド位置における最大衝突荷重分布図、第６図
は第１図の中性子遮蔽材の変形実施例を示す断面図、第
７図（ａ）　＃　（ｂ）　ｔ　（ｃ）　ｔ　（ｄ）は本
発明の他の実施例における各層中性子遮蔽材を一部破断
して示した斜視図、第８図は本発明の更に他の実施例に
おける炉心支持構造および中性子遮蔽材を示す垂直断面
図、第９図は第８図に示す実施例における衝突荷重分布
図である。 〔符号の説明〕 １・・・炉心燃料集合体　　２・・・制御棒集合体３・
・・ブランケット燃料集合体 ４・・・中性子遮蔽材　　　５・・・上部スペーサパッ
ド６・・・下部スペーサパッド　７・・・核燃料物質領
域８・・・軸方向ブランケット領域 ９・・・径方向ブランケット領域 １０・−炉心支持枠　　　　　１１・・・流体制振板１
２・・・炉心槽　　　　　　１３・・・下部炉心支持構
造物１４・・・冷却材プレナム　　　１５・・・連結管
１６・・・エントランスノズル　　１７・・・ラッパ管
１８・・・燃料要素　　　　　　１９・・・ハンドリン
グヘッド２０・・・中性子遮蔽材　　　２１・・・中性
子遮蔽要素ロー： 合　　治太部〔」 第１図 第２図 ・（α） 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数の層を形成して炉心の周囲を包囲する多数の中
   性子遮蔽体を備えた高速増殖炉において、上記中性子遮
   蔽体の固有振動数が外側の層を構成する中性子遮蔽体ほ
   ど大きいことを特徴とする高速増殖炉。 ２、中性子遮蔽体のラッパ管肉厚が、外側の層を構成す
   る中性子遮蔽体ほど厚い特許請求の範囲第１項記載の高
   速増殖炉。 ３、中性子遮蔽体の内部の中性子遮蔽材の曲げ剛性が、
   外側の層を構成する中性子遮蔽体ほど大きい特許請求の
   範囲第１項記載の高速増殖炉。 ４、中性子遮蔽体長さが外側の層を構成する中性子遮蔽
   体ほど短い特許請求の範囲第１項記載の高速増殖炉。