JPS6295495A - 高速中性子の遮蔽体 - Google Patents

高速中性子の遮蔽体

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JPS6295495A
JPS6295495A JP60235248A JP23524885A JPS6295495A JP S6295495 A JPS6295495 A JP S6295495A JP 60235248 A JP60235248 A JP 60235248A JP 23524885 A JP23524885 A JP 23524885A JP S6295495 A JPS6295495 A JP S6295495A
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JP
Japan
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neutron
shield
fast
core
shielding
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Pending
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JP60235248A
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English (en)
Inventor
畦倉 和雄
栗原 国寿
坂東 勝
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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Publication of JPS6295495A publication Critical patent/JPS6295495A/ja
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • 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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  • Particle Accelerators (AREA)
  • Shielding Devices Or Components To Electric Or Magnetic Fields (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

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、高速中性子の遮蔽体に関し、特に高速増殖炉
の炉心をかこむ中性子遮蔽体に適用して有益なものに係
る。
〔発明の背景〕
液体金属(例えば、ナトリウム)を冷却材とする高速増
殖炉は、核分裂性物質であるプルトニウムを富化した燃
料物質全装荷した炉心領域と、その炉心領域を取囲みし
かも燃料親物質(例えば、ウラン−238)ifi成分
とする燃料物質(例えば、天然ウランまたは劣化ウラン
)を装荷した外部ブランケット領域とからなる炉心を有
している。
この炉心は、複数の燃料集合体およびブランケット燃料
集合体を、はぼ円柱状に束ねて構成されている。燃料集
合体は、第2図に示すように、6角形状の水平断面を持
つラッパ管1の中に、燃料棒2を複数本束ねた構造をし
ている。この燃料棒は、上記燃料物質からなる燃料ベレ
ットおよび上記燃料親物質からなるブランケット燃料ベ
レットヲSUS被覆管内に複数個充填した構造をしてい
る。
燃料集合体内の、燃料棒の上部および下部には、炉心で
生成した中性子が炉心外部へ漏洩するのを防ぐ働きをす
る中性子遮蔽体3が第2図の如く装備されている。以上
は、炉心の径方向中央部に装荷される燃料集合体の構成
について述べたものであるが、炉心径方向の外側領域に
装荷されるブランケット燃料集合体の構成もほぼ同様で
あり、燃料棒に充填されるのがブランケット燃料ベレッ
トのみであり、燃料棒外径が太くなつ−Cいること等が
主要な相違点である。上記の中性子遮蔽体は、同様に、
ブランケット燃料東金体内の上部分よび下部にも装備さ
れている。
炉心径方向の、ブランケット6料集合体の外側には、炉
心からの漏洩中性子t−遮蔽するための径方向遮蔽体が
装荷されている。その構造金、第3図に示した。6角形
状の断面金もつラッパ管6内に、複数本の中性子吸収棒
4が束ねられた構造をしている。中性子吸収84内には
、中性子吸収材5が充填されている。
高速増殖炉で)ま、怪水炉や瀘水炉などの熱中性子炉に
比べ、炉心出力密変が2倍以上大きいことと、平均中性
子エネルギーが高いために、炉心外部に漏洩する中性子
数が1桁以上多くなる。したがって、炉容器内構遺物の
中性子照射(主として。
高速エネルギー中性子に起因する)による寿命低ドを防
ぐことと、P容器外のひばく線青の低減のために、高速
増殖炉では、厚い中性子遮蔽体が採用されている。電気
出力100万kWクラスの炉心で、軸方向遮蔽体として
は、燃料集合体の上・下にそれぞれ40〜60cr11
厚さのsuB蔽体と装備している、径方向の遮蔽体とし
ては、可動、、′lJ蔽体と固定遮蔽体の2種類があり
、可動遮蔽体としては、第3図に示す構造で、吸収材と
してSUSを充填したSO8遮蔽体を炉心径方向外側に
4層とりまいている。径方向遮蔽体間ピッチは、約16
(7)であるから可動遮蔽体の実効的な厚さは約60C
rnとなる。その外側に、約1m厚さの固定遮蔽体がと
りまいているが、同様にSO8遮蔽体を装荷したもので
ろ乙。
以上述べたように、高速増4炉の炉心囲りには、非常に
多音のSUS埋蔽体が装置清されて訃り、これが炉構造
のコンパクト化、J径1化を防げる大きな要因になって
いる。したがって、高速増4戸における高性能遮蔽体の
開発は、プラントコストの低減、放射性廃棄物量の低減
、あ乙いは2次系Sつ非・U哩区域化の達成のために非
常((重要なことである。
近年になって、中性子吸収材としてSO8よりは中性子
吸収84内の大きいB4C,Tiなどが、また中性子反
射材であるBeQO吏用が検討されるようになってき、
toしかし、tがら、これらの′物質の中性子吸収断面
1λは、高速中性子に対しては小さく、低速中性子に対
してのみ大きくなる特性金持つため、高速増殖炉のよう
に、炉心から漏洩してくる中性子のモ均エネルギーが高
い場合には、中性子吸収84内は小さく、中性子遮蔽幼
果も小さい、、例えば、SUS嬬蔽体の代りに84C遮
蔽体7i−使用した場合には、遮蔽体厚さ?約17′2
に低減できるだけである。このように、従来の遮蔽体は
、高速増殖炉の平均エネルギーの高い中性子エネルギー
スペクトルの中で、中性子吸収材ヲ更用するものである
ため、中性子遮蔽効果が十分得られない。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、高速中性子を確実に遮蔽する構成を堤
供することにある。
〔発明の概要〕
本発明け、高速中性子発生部の外側に配置された中訃子
遮1・表体において、@記中性子a蔽体は中性子減速材
と中性子吸収材とを複合して成ることを特徴とする高速
中性子の遮蔽体であって、中性子遮蔽体内に中性子減速
材と中性子吸収材とを混存させることにより、炉心:り
漏洩してきた高エネルギー中性子全中性子減速材で減速
させて低エネルギーに下げ、低エネルギー中性子に対し
て大きな中性子吸収断面積含有する中性子吸収材に吸収
させることにより、中性子遮蔽効果を高めたことである
本発明の原理全、第4図に基づいて説明する。
この図は、中性子吸収材であるボロン(B)の吸収断面
積と遮蔽体内の中性子エネルギースペクトル金示したも
のである。ボロンの中性子吸収断面積は、高エネルギー
中性子に対しては小さいが、中性子エネルギーが低くな
るにつれ、1/V’T(ここで、Eけ中性子エネルギー
)に比例して大きくなってゆく。ところが、高速増殖炉
の炉心から漏洩してくる中性子のエネルギースペクトル
は、図の従来例(破線)として示したように、高エネル
ギー領域に片二っている(これて、スペクトルがハード
という)ために、ボロンに吸収される中性子の割合は小
さい。そこで、本発明では南の実線で示したように、中
性子エネルギースペクトルを低エネルギー側に移動させ
て(これ金、スペクトルがソフトという)、ボロンに吸
収される中性子の割合を大きくしている。中性子エネル
ギースペクトル金ソフトにする方法として、本発明では
、遮蔽体内に中性子減速材を混存させている。本発明の
効果全強調するためには、中性子減速能の大きい物質を
多量に遮蔽体内に入れることが望ましい。一般に、原子
数の小さい元素はど中性子減速能が大きいことが知られ
ているので、水素?含有する固体減速材を使用すれば、
本発明の効果を最大1項発揮できる。
好適な中性子減速材としては、Zr)(z、TiH21
Na)(、L iHなどがsす、好適な中性子吸収材と
しては、B4 C,Fu203.Ta、Re、Irなど
がある。
〔発明の実施例〕
臥F、本発明の各実施例を詳細に説明する。
g1図に、本発明の軸方向遮蔽体の第1実施例金示す。
第1図は、高速増殖炉の燃料集合体上部の・軸方向遮蔽
体を示すもので、ラッパ管1の中に燃料棒2が複数本束
ねられており、その北部に中性子遮蔽棒7を複数本束ね
て遮蔽を構成している。
遮蔽$17の内部には、中性子吸収材5が上部に、中性
子減速材8が下部に充填されている。下方の炉心から漏
洩してきた高速中性子を、下部の減速材領域で低速中性
子に減速し、その減速中性子を上部の吸収材領域で吸収
させる構造となっている。
・燃料集合体下部の軸方向遮蔽体も、同様な構成であつ
゛〔、上部遮蔽体の上下を逆転させた形で装備されてい
る。
次に、本発明の効果について定量的に述べる。
本発明の効果け、中性子吸収材と減速材の体積比によっ
て異なるので、その影響を調べた。炭化ボロン(B4C
)’t−中性子吸収材5とし、水素化ジルコニウム(Z
rHz)全中性子減速材8として中性子遮蔽効果金偏べ
た結果を第5図に示す。縦軸は、遮蔽体全漏洩する中性
子の個数であり、横軸は、吸収材が全体に占める体積比
である。この第5図から分るように、減速材の割合が全
体積の約1/4であれば遮蔽効果が最大となり、漏洩中
性子数全B<C遮蔽体の約1/10に低減できる。
そこで、吸収材と減速材との比を1対3とした場合につ
いて、遮蔽体厚さを変えて漏洩中性子の個数を調べた。
その結果?、第6図に示す。本発明では、従来例である
B4C遮蔽体と同じ遮蔽能力を約1/3の厚さで実現で
きることが分る。また、従来のSO8遮蔽体と比べれば
、厚さを約1/6に低減できる。
以上述べたように、本発明によれば、軸方向遮蔽体厚さ
を従来のB40遮蔽体の約1/3にでき、燃料集合体長
を短尺化できる。100 ’)5 kWeクラスの高速
増殖炉の例では、燃料集合体長を約80cWI短くでき
、これは全長の約20チの短縮に相当する。このように
、燃料集合体を短尺化すれば、炉心の小型化、軽量化が
できると共に、炉構造の小型・軽量化に結びつき、プラ
ントコストの低減に大きく寄与する。また、中性子遮蔽
体の物量が約1/3に低減できるため、放射性廃棄物の
量が減り、ひばく全の低減と共に2発電コストの低減も
できる。
本発明の他の適用法としては、遮蔽体厚さを減らすので
はなく、遮蔽能力の強化に使うことが考えられる。この
場合には、炉構造の長寿命化が実現できると共に、ひば
く量の低減により2次系の非管理区域化などが実現でき
る。
次に、軸方向遮蔽体に対する本発明の他の実施例につい
て説明する。第7図に示した第2実施例では、ラッパ管
1の内部に装備された燃料−2の上部に直接中性子遮蔽
棒7全結合している。中性子1席@棒7の下部に′d、
中性子減速材8が、そして、上部には中(4子吸収材5
が充填されている。
本実施例の特徴ば、蛤料俸及び鷹蔽咋が1体となってい
るので製造2組立てが容易でコスト金沢、城できること
である。
第8契に示した第3実殉例では、中性子・1層本の構造
が棒形状からがん形状j/(変ったものでこみる。
第8図の遮蔽かん9はラッパ管l内に取り付(・すられ
、その中には、下部に中性子減速材8が、上部に中性子
吸収材5が充填されている。本実施例の特徴は、構造が
簡単で製造が楽なため、製造コストが低減できることで
ある。
次に、本発明を径方向遮蔽体に適用した実施例について
述べる。第9図に示す第4実施例で昼よ、ラッパ管6の
内部に、中性子吸収材5を充填した吸収棒4と中性子減
速材8を充填した減連棒lOとを複数本束ねた構造?し
ている。本実施例では。
吸収faを内側にし、その外側に減速俸を配置した構造
となっている。これは、ラッパ管外部から流入してきた
高速中性子を、まず外側の減連棒で減速し、低速中性子
となったものを内部の吸収棒で吸収させるためである。
径方向遮蔽体の場合でも、吸収棒と減連棒との本数の比
は、1対3@後がもつとも遮蔽能力が高く、従来のSU
S遮蔽体の実効的な厚さを約1/6.または、B4C遮
蔽体厚さを約1/3に低減できる。100万k W e
  クラスの高速増殖炉では、径方向可動遮蔽体は、炉
心の周辺にSO8O8遮蔽体層4層ング状に取巻いて燐
酸されている。したがって1本発明によれば。
径方向遮蔽体と4.;―から1層に減らすことができる
以上のように、本発明全径方向遮蔽体に適用すれば、上
で軸方向遮蔽体について述べたのと同様に、炉構造の小
型・@量化が実現できプラントコストの低減に大きく寄
与すると共に、放射性廃棄物量が減り、ひばく量の低減
及び発成コストの低減ができる。また、遮蔽能力の強化
に使用した場合には、炉構造の長寿命化、2次系の非管
理区域化などが実現できる、 第5実施例として、第10図に示すのは、吸収棒4及び
減、連棒10をラッパ管6の中でほぼ均一に配置したも
のである。こ・つ実施例も、’I、 9 、A 、(示
した実施例とはン了同等な効果がイ:Iられる。
以上述べてきたのけ、減速材と吸収材を別ケの棒あるい
はかんに充填する実施例で5つ九が、これら2つの物質
全混合して使用することもできる。
この場合も、上記の実施例と同程度の効果が得られる。
第11図に示す第6実施例は、径方向便、蔽体内の中央
に中性子吸収棒4を複数本束ねて配置5シ、その外側に
中性子減速材8を充填した領域を設けたものである1本
実施例は、第91gに示した実施例に比べ、中性子減速
材領域の面テ(が増、えておゆ。
中性子減速効果が大きく中性子遮蔽能力が向上している
。さらに、中性子減速材領域・、7)高密度化・と行え
ば、中性子減速能力が、高まり、より一層遮蔽能力を強
化することができる。
本発明の各実施例によれば、中性子遮蔽体の量を低減で
きるので、炉構造全署しく小型・軽量化できると共に、
放射性廃棄物の@を低減できる。
〔発明の効果〕
以上のa口く、本発明によれば、高速中性子を減速させ
て吸収するので、高速中性子の遮蔽能力が高い高速中性
子の4蔽体が提供できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1実施例を示す高速炉の燃料集合体
の垂直断面図、第2因は従来例金示す熱料集合体の垂直
断面図、第3図は従来例金示す径方向遮蔽体の水平断面
図、第4図は本発明の原理を示す中性子エネルギーと中
性子束及びBの中性子吸収断面積との関係図、第5図、
$J6図はそれぞれ本発明の効果を示す漏洩中性子数の
、吸収材体積割合及び遮蔽体厚さとの関係図、第7図、
第8図は本発明の第2.第3実施例を示す高速炉の燃料
集合体の垂直断面図、第9図、第10図、第11図は本
発明の第4.第5.第6の実施例を示す径方向、遮蔽体
の水平断面図である。 1・・・ラッパ管、2・−・燃料棒、3・・・中性子遮
蔽体。 4・・・中性子吸収棒、5・・・SUS材、6・・・径
方向遮蔽体ラッパ管、7・・・中性子遮蔽棒、8・・・
中性子減速材、9・・・遮蔽かん、10・・・減連棒。       7.と代理人 弁理士 小川得男・、□ 帛4図 〒ヤE−5−工不ルキー 中・1キ1四(此こ(左目す1イ11〕荊8区

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、高速中性子発生部の外側に配置された中性子遮蔽体
    において、前記中性子遮蔽体は中性子減速材と中性子吸
    収材とを複合して成ることを特徴とする高速中性子の遮
    蔽体。 2、特許請求の範囲の第1項において、前記高速中性子
    発生部は、核分裂性物質が充填された炉心領域及び前記
    炉心領域の外部を取り囲み燃料親物質を有するブランケ
    ット領域から成る高速増殖炉の炉心であることを特徴と
    する高速中性子の遮蔽体。 3、特許請求の範囲の第1項において、前記中性子発生
    部に近い位置に中性子減速材を、遠い位置に中性子吸収
    材を配置して成る高速中性子の遮蔽体。 4、特許請求の範囲の第2項において、前記炉心に近い
    位置に中性子減速材を、遠い位置に中性子吸収材を配置
    して成る高速中性子の遮蔽体。 5、特許請求の範囲の第2項において、中性子遮蔽体は
    、炉心に近い位置に中性子減速材を、遠い位置に中性子
    吸収材を入れた遮蔽率の集合体を前記炉心の軸方向外側
    部位に配置して成ることを特徴とした高速中性子の遮蔽
    体。 6、特許請求の範囲の第5項において、前記遮蔽棒は炉
    心の燃料棒と一連の棒であることを特徴とした高速中性
    子の遮蔽体。 7、特許請求の範囲の第2項において、中性子遮蔽体は
    、炉心に近い位置に中性子減速材を、遠い位置に中性子
    吸収材を入れたかん状体であることを特徴とした高速中
    性子の遮蔽体。 8、特許請求の範囲の第2項において、中性子遮蔽体は
    炉心の径方向部位に配置され、前記中性子遮蔽体が、中
    性子吸収材を入れた遮蔽棒と、中性子減速材を入れた他
    の遮蔽棒とによる遮蔽棒集合体であることを特徴とした
    高速中性子の遮蔽体。 9、特許請求の範囲の第8項において、前記中性子吸収
    材を入れた遮蔽棒の集合群の外側を囲う配置にて中性子
    減速材を入れた遮蔽棒を配設して遮蔽棒集合体を構成し
    たことを特徴とした高速中性子の遮蔽体。
JP60235248A 1985-10-23 1985-10-23 高速中性子の遮蔽体 Pending JPS6295495A (ja)

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS51130786A (en) * 1975-05-09 1976-11-13 Hitachi Ltd Fuel assembly
JPS571993A (en) * 1980-06-06 1982-01-07 Tokyo Shibaura Electric Co Shielding device of fast reactor core

Patent Citations (2)

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