JPS63298192A - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、原子力発電等利用される高速増殖炉に関する
。

（従来の技術） 一般に、高速増殖炉では、燃料要素を燃料被覆管内に封
入して燃料棒を構成し、この燃料棒を多数本束ねて燃料
集合体を構成する。そして、この燃料集合体を原子炉容
器内に多数配置して、炉心を構成する。なお、上記燃料
集合体は、断面六角形状のラッパー管内に収容されたも
のが多い。

上述の燃料要素としては、酸化物燃料要素と、金属燃料
要素とがある。

金属燃料要素は、酸化物燃料要素に比べて熱伝導が良好
であるという利点と、ナトリウムとの共存性が良いので
燃料と被覆管との間にナトリウムを充填し燃料と被覆管
との間の熱伝導性を向上させることができるという利点
と、密度を大きくすることができるという利点があるが
、燃料被覆管と反応して、融点の低い共晶合金が生成さ
れるという問題があるため、従来はほとんど使用されて
いなかった。

なお、最近では、例えばＵ−Ｐｕ−Ｚｒ今金等、ジルコ
ニウムを１０％程度加えた合金とすることにより、共晶
合金が生成される温度を８００℃程度まで上昇させるこ
とが可能となり、金属燃料要素でも上述の欠点を解消す
ることが可能となっている。

一方、酸化物燃料要素は、金属燃料要素に比べて熱伝導
が悪く、燃料要素の温度が冷却材温度よりかなり高くな
るが、上述のような問題がなく、このため、従来は、一
般に酸化物燃料要素が使用されている。

第２図は、従来の高速増殖炉を示すもので、酸化物燃料
要素により構成された多数の燃ｎ集合体からほぼ六角形
状に形成された炉心部１の周囲には、符号Ｂで示すプラ
ンクツＩ・燃料集合体により径方向ブランケット２が形
成されており、径方向ブランケット２の周囲は、符号Ｒ
で示す可動遮蔽体により囲まれている。

また、炉心部１には、符号Ｔで示す起動棒と、符号Ｐで
示ず運転棒および符号Ｓで示す安全棒が配置されている
。そして、これらの制御棒は、第３図に示すように、た
とえばＢ４Ｃ等の中性子吸収材（濃縮ボロン）からなる
複数のロッド３から構成されている。

（発明が解決しようとする問題点） 上記説明の従来の高速増殖炉では、制御棒の濃縮Ｂ４Ｃ
の体積比は、通常２０〜４０％である。高速増殖炉では
、熱中性子炉に較べて中性子吸収は表面積ではなく、体
積として反応度に影響を与えるが、従来の高速増殖炉で
は、１０〜２０％程度の自己遮蔽効果があり、制御棒価
値を減少させる要因となっていた。

本発明は、かかる従来の事情に対処してなされたもので
、従来に較べて制御棒価値を向上させ、制御棒必要本数
の削減または中性子吸収体本数の削減を図ることができ
、かつ、金属燃料を併用することにより燃焼反応度減少
を抑制することのできる高速増殖炉を提供しようとする
ものである。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） すなわち本発明は、柱状に形成された炉心と、この炉心
に挿入される中性子吸収体からなる制御棒とを備えた高
速増殖炉において、前記炉心を金属撚ｆ１要素と酸化物
燃料要素とから構成し、かつ、該炉心の前記制御棒挿入
位置に隣接する部位に、前記金属燃料要素を配置したこ
とを特徴とする。

（作　用） 本発明の高速増殖炉では、金属燃料要素と酸化物燃料要
素とから炉心が構成されており、かつ、炉心の制御棒挿
入位置に隣接する部位に、金属燃料要素が配置されてい
る。

金属燃料要素は、酸化物燃料要素のような中性子減速材
を含まないので、上記構成の本発明の高速増殖炉では、
金属燃料要素が配置された部位、すなわち制御棒近傍の
中性子スペクトルが硬くなる。したがって、制御棒の中
性子吸収体内へ透過力の大きな高速中性子が入射する確
率（割合）が高くなる。

このため、制御棒の中性子吸収体内の中性子束は、従来
の高速増殖炉に較べて高くなる。たとえば、出力分布平
均化炉心の場合、制御棒の中性子吸収体中心部における
中性子束は、従来の高速増殖炉に較べて１．２倍程度と
なる。一方、吸収実効断面積は、０．８７倍程度に減少
するが、吸収量は、５％程度上昇する。

したがって、従来に較べて制御棒価値を向上させ、制御
棒必要本数の削減または中性子吸収体本数の削減を図る
ことができる。また、金属燃料を併用することにより従
来の高速増殖炉に較べて炉心内のスペクトルが硬くなり
、また燃料密度を大きくすることができるため、増殖性
が向上し、燃焼反応度減少を抑制することができる。

（実施例） 以下本発明の高速増殖炉を図面を参照して一実施例につ
いて説明する。

第１図は、本発明の一実施例の高速増殖炉を示すもので
、多数の燃料集合体からほぼ六角形状に形成された炉心
部１１の周囲には、符号Ｂで示すプランクツＩ・燃料集
合体により径方向プランクツＩ・１２が形成されており
、径方向ブランケット１２の周囲は、符号Ｒで示す可動
遮蔽体により囲まれている。

また、炉心部１１には、符号Ｔで示す起動棒と、符号Ｐ
で示す運転棒および符号Ｓで示す安全棒が配置されてい
る。なお、これらの制ｔＩｌ棒は、第３図に示した従来
の高速増殖炉と同様に、たとえばＢ４Ｃ等の中性子吸収
材からなる複数のロッド３から構成されている。

そして、上記運転ｉｐおよび安全棒Ｓに隣接する部位に
は、たとえばＵ−Ｐｕ−Ｚｒ合金等、ジルコニウムを１
０″Ｘ程度加えた合金等からなる金属燃料要素からなる
燃料集合体Ｍが配置されている。

なお、炉心部１１のその他の燃料集合体は、たとえば（
Ｕ＋Ｐｕ）０２等の酸化物燃料要素からなる燃料集合体
とされている。

なお、燃料集合体Ｍは、全ての燃ｆＩｓを金属燃料要素
が封入されたものとしても、一部の燃料棒を金属燃料要
素が封入されたものとして他の燃料棒は酸化物燃料要素
が封入されたものとしてもよい。燃料集合体Ｍの金属燃
料要素、酸化物燃料要素の富化度、濃縮度は、それぞれ
の炉内装荷位置等により調整することになる。また、炉
心の設計によっては、制ｆｎ棒に隣接する全ての部位に
、この燃料集合体Ｍを配置する必要はなく、一部の部位
とすること、制ｔｎ捧位置によっては燃ｆ（集合体Ｍに
接しないものがあってもよい。

上記構成のこの実施例の高速増殖炉は、下方から上方へ
向けて液体すＩ〜ゾリウムの冷却材が流通され、炉心で
核分裂により発生する熱エネルギーが、冷却材の流れに
よって炉心外へ導出される。

すなわち、この実施例の高速増殖炉では、酸化物燃料要
素のように中性子減速材を含まない金属燃料要素からな
る燃ｆＩ集合体Ｍが配置された部位、すなわち運転＃Ｐ
および安全棒Ｓ近傍の中性子スペクトルが硬くなる。

したがって、運転棒Ｐおよび安全棒Ｓの中性子吸収体内
へ透過力の大きな高速中性子が入射する確率（割合）が
高くなる。

このため、中性子吸収体内の中性子束は、従来の高速増
殖炉に較べて高くなり、吸収実効断面積は減少するが、
吸収量は、５％程度上昇する。

したがって、従来に較べて制御棒価値を向上させ、制御
棒必要本数の削減または中性子吸収体本数の削減を図る
ことができる。また、従来の高速増殖炉に較べて炉心内
のスペク１ヘルが硬くなり、また金属燃料（７５％スミ
ア密度程度）を使用することにより燃料密度を大きくす
ることができるため、増殖性が向上し、燃焼反応度減少
を抑制することができる。ここで金属燃料のスミア密度
とは被覆管断面内の面積と燃料棒断面の比として定義さ
れる形状で決まる割合を言う。７５χスミア密度程度と
するのは金属燃料の特徴である照射による大きなスウェ
リングを吸収するためである。このスミア密度でも被覆
管内の燃料密度は酸化物燃料より高くすることができる
。

［発明の効果］ 上述のように、本発明の高速増殖炉では、従来に較べて
制御棒価値を向上させ、制御棒必要本数の削減または中
性子吸収体本数の削減を図ることができ、かつ、燃焼反
応度減少を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の高速増殖炉を示す横断面図
、第２図は従来の高速増殖炉を示す横断面図、第３図は
制御棒の構成を示す横断面図である。 １１・・・・・・・・・炉心部 Ｍ・・・・・・・・・・・・金属燃料要素からなる燃料
集合体Ｎ・・・・・・・・・・・・起動棒 Ｐ・・・・・・・・・・・・運転棒 出願人　　　　　　日本原子力事業株式会社出願人　　
　　　　株式会社　東　芝 代理人　弁理士　　須　山　佐　− 一　　１０　− 第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）柱状に形成された炉心と、この炉心に挿入される
   中性子吸収体からなる制御棒とを備えた高速増殖炉にお
   いて、前記炉心を金属燃料要素と酸化物燃料要素とから
   構成し、かつ、該炉心の前記制御棒挿入位置に隣接する
   部位に、前記金属燃料要素を配置したことを特徴とする
   高速増殖炉。