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JP3199337B2 - Core components of fast reactor - Google Patents
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JP3199337B2 - Core components of fast reactor - Google Patents

Core components of fast reactor

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JP3199337B2
JP3199337B2 JP22293193A JP22293193A JP3199337B2 JP 3199337 B2 JP3199337 B2 JP 3199337B2 JP 22293193 A JP22293193 A JP 22293193A JP 22293193 A JP22293193 A JP 22293193A JP 3199337 B2 JP3199337 B2 JP 3199337B2
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core
fast reactor
heating element
void
sodium
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    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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  • Structure Of Emergency Protection For Nuclear Reactors (AREA)
  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は高速炉に係わり、特に過
度変化時の炉心停止を円滑に行なうためにナトリムの
ボイド反応度を利用した高速炉の炉心構成要素に関す
る。
The present invention relates relates to a fast reactor, to fast reactor core components of utilizing the void reactivity of sodium c arm to particularly smoothly the core stop when excessive variation.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に高速炉の炉心は、核分裂性物質を
装荷した多数の燃料集合体から構成され、燃料からの熱
除去のための冷却材として主にナトリウムが使用されて
いる。通常、ナトリウムは沸騰してボイド化されること
はないが、万一の事故を想定して、ナトリウムがボイド
化した場合でも炉心が安全に停止することを確認してい
る。
2. Description of the Related Art Generally, the core of a fast reactor is composed of a large number of fuel assemblies loaded with fissile material, and sodium is mainly used as a coolant for removing heat from fuel. Normally, sodium is not boiled by boiling, but in the unlikely event of an accident, it has been confirmed that the core can be safely shut down even if sodium is voided.

【0003】ナトリウムがボイド化した時の応答として
は炉心が小型の時は中性子の炉心からの漏れが大きいた
め、負の反応度が入り、炉心は安全に停止する。しか
し、炉心が大型になると、中性子の漏れが少なくなり、
ナトリウムがボイド化したときの反応度は正となり、炉
心が安全に停止するか否かに関しては、他の反応度要因
をも含めた詳細な解析を行い、その安全性を確認する必
要が生じる。従って、事故時に炉心のボイド反応度を小
さくできれば、安全設計上非常に価値がある。
As a response when sodium is voided, when the reactor core is small, neutrons leak from the reactor core greatly, so that a negative reactivity enters and the reactor core shuts down safely. However, the larger the core, the less neutron leakage,
The reactivity when sodium is voided is positive, and it is necessary to confirm the safety by performing a detailed analysis including other reactivity factors to determine whether or not the core shuts down safely. Therefore, if the void reactivity of the reactor core can be reduced at the time of an accident, it is very valuable in terms of safety design.

【0004】以下、図5を参照して上述した炉心構成要
素の従来案を説明する。図5において、高速炉の炉心を
構成する炉心構成要素11は外側部をラッパ管1にて構成
されており、下部にエントランスノズル2を有してい
る。このラッパ管1内には上方が開放された発熱体4を
支持する支持板3が配設されている。この支持板の外周
部には冷却材が流通する冷却材流路6が形成され、さら
に中心部には冷却材を発熱体4上方に導く冷却材導入孔
5が形成されている。
Hereinafter, a conventional core component described above will be described with reference to FIG. In FIG. 5, a core component 11 constituting the core of the fast reactor has an outer portion formed by a trumpet tube 1 and an entrance nozzle 2 at a lower portion. A support plate 3 that supports a heating element 4 whose upper part is open is provided in the wrapper tube 1. A coolant channel 6 through which coolant flows is formed at the outer periphery of the support plate, and a coolant introduction hole 5 for guiding the coolant above the heating element 4 is formed at the center.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】以上に示した炉心構成
要素は発熱体の上部が開放端と成っており、発生したボ
イドが上部プレナムのナトリウムによって冷却されボイ
ドの収縮、再膨張するシャギング現象を引き起こす可能
性がある。ボイドが収縮するとナトリウムが炉心位置に
流入し正の反応度が入るおそれがある。
The core components described above have an open end at the top of the heating element, and the generated voids are cooled by sodium in the upper plenum and shrinkage and re-expansion of the voids occur. Can cause. When the void shrinks, sodium may flow into the core position and have a positive reactivity.

【0006】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、ナトリウムのボイドが上部プレナムの冷却
材で収縮することを抑制する構造を提供する事を目的と
する。
The present invention has been made in view of such circumstances, and has as its object to provide a structure for suppressing sodium voids from contracting by the coolant in the upper plenum.

【0007】上記目的を達成するために、本発明におい
ては、内部を液体金属が流通しかつ核分裂性物質以外の
発熱性物質を有する高速炉の炉心構成要素において、
方が開放されてなり前記発熱性物質から構成される第1
の筒状体と、下方が開放されてなり前記第1の筒状体と
離間し第1の筒状体の上部を囲繞して設けられ前記発熱
物質から発生する気泡を捕集する第2の筒状体とを具
備することを特徴とする高速炉の炉心構成要素を提供す
る。
[0007] To achieve the above object, the present invention, the internal in core components of a fast reactor with pyrogenic substances other than the liquid metal is circulated and fissile material, the upper
The first is composed of the exothermic substance,
And the first cylindrical body which is open at the bottom and
The heat generating member is provided so as to surround the upper portion of the first cylindrical body which is spaced apart from the first cylindrical body.
A second cylindrical body for collecting air bubbles generated from the volatile substance.
Providing core elements of a fast reactor, characterized by Bei.

【0008】[0008]

【作用】この様に構成された高速炉の炉心構成要素にお
いては、発熱物質が液体金属を蒸発させボイドを形成す
ると、このボイドは上方に配設されたボイド捕獲構造体
に捕集される。このボイド部によって炉心内で発生した
中性子は炉心上下方向に漏洩し、負の反応度効果を炉心
に与え、安全性をより大きくさせることができる。
In the core component of the fast reactor constructed as described above, when the exothermic substance evaporates the liquid metal to form a void, the void is captured by the void capturing structure disposed above. The neutrons generated in the core by the void leak in the vertical direction of the core, giving a negative reactivity effect to the core and increasing the safety.

【0009】[0009]

【実施例】以下本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。図1は本発明の第1の実施例を示す縦断面図であ
る。炉心構成要素20を構成するラッパ管1の内部には発
熱体4を保持する支持板3が配設されている。この支持
板3及び発熱体4には支持体3及び発熱体4を貫通して
発熱体4の内部にナトリウムを引き込む冷却材導入孔5
が形成されている。ラッパ管1の下方に形成されたエン
トランスノズル2は炉心構成要素20内に冷却材を導入す
るもので、支持板3にはラッパ管1を冷却するために必
要なナトリウムを引き込む冷却材流路6が形成されてい
る。発熱体4の上部には発熱体4を包み込むようにボイ
ド捕獲構造体7が設けられている。すなわち、図1に示
すように、発熱体4は、上方が開放されてなり発熱性物
質から構成される第1の筒状体として、ボイド捕獲構造
体7は、下方が開放されてなり前記第1の筒状体と離間
し第1の筒状体の上部を囲繞して設けられ前記発熱性物
質から発生する気泡を捕集する第2の筒状体として、そ
れぞれ設置され、全体として2重筒構造をなしている。
また、発熱体4の内部のナトリウムは通常運転時にナト
リウムの沸騰温度より若干低めに成るように発熱体の総
量及び冷却材導入孔5の径を設定している。なお、上述
した発熱体4の材質はγ線が照射されて発熱する発熱性
物質であり、核分裂性物質以外のものであり、例えば
フニウムまたはハフニウム合金、タンタル、ステンレス
げられる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a first embodiment of the present invention. A support plate 3 for holding a heating element 4 is disposed inside the wrapper tube 1 constituting the core component 20. The support plate 3 and the heating element 4 have a coolant introduction hole 5 that penetrates the support 3 and the heating element 4 and draws sodium into the heating element 4.
Are formed. An entrance nozzle 2 formed below the wrapper tube 1 introduces a coolant into the core component 20, and a coolant channel 6 that draws in sodium necessary for cooling the wrapper tube 1 is provided in the support plate 3. Are formed. A void capturing structure 7 is provided above the heating element 4 so as to surround the heating element 4. That is, as shown in FIG.
As shown, the heating element 4 is open at the
As a first cylindrical body made of a material, a void capturing structure
The body 7 is open at the bottom and separated from the first cylindrical body.
The exothermic substance provided surrounding the upper portion of the first cylindrical body;
As a second cylindrical body that collects air bubbles generated from the material.
Each is installed and has a double cylinder structure as a whole.
Further, the total amount of the heating element and the diameter of the coolant introduction hole 5 are set so that the sodium inside the heating element 4 is slightly lower than the boiling temperature of sodium during normal operation. The material of the heating element 4 is a heat- generating substance that generates heat when irradiated with γ-rays, and is other than a fissile substance. For example , hafnium or a hafnium alloy, tantalum, stainless steel can be mentioned up.

【0010】以上の構成により、発熱体内4で発生した
ボイドは自身の浮力により上昇を始めるが、発熱体4上
部に設けられたボイド捕獲構造体7によって上昇が妨げ
られ、このボイドによって形成された空間はボイド捕獲
構造体7と発熱体4にて形成された間隙内において冷却
材を押し出しながら膨張する。
With the above configuration, the void generated in the heating element 4 starts to rise due to its own buoyancy, but is prevented from rising by the void capturing structure 7 provided on the heating element 4 and formed by the void. The space expands while extruding the coolant in the gap formed by the void capturing structure 7 and the heating element 4.

【0011】この結果、本実施例の炉心構成要素20は従
来の発熱体上部が開放型の構造に比べ、発生したボイド
を集合体内に長く存続させることが可能となり、ボイド
捕獲構造体の無い集合体より炉心のボイド反応度を低減
または負にする時間を長くすることができる。
As a result, the core component 20 of the present embodiment allows the generated voids to remain in the assembly for a longer time than the conventional structure in which the upper portion of the heating element is open. The time period during which the void reactivity of the core is reduced or negative than that of the body can be increased.

【0012】またボイド捕獲構造体7を発熱体4と同等
の物質として構成させるかまたはボイド捕獲構造体7の
内側に発熱体4と同等の物質を張り付けることでボイド
捕獲構造体7の温度をナトリウム飽和温度以上にするこ
とが可能となり、捕獲したボイドを長時間存続させるこ
とが可能となる。
The temperature of the void capturing structure 7 can be reduced by forming the void capturing structure 7 as a material equivalent to the heating element 4 or attaching a material equivalent to the heating element 4 inside the void capturing structure 7. The temperature can be higher than the sodium saturation temperature, and the captured voids can be maintained for a long time.

【0013】図2は本発明の第1の実施例の変形例を示
す縦断面図である。なお、図1と同一部分には同一符号
を付し同一構成となるラッパ管1、ボイド捕獲構造体7
は省略してある。
FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a modification of the first embodiment of the present invention. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and
Is omitted.

【0014】図2において、発熱体4の内側にはナトリ
ウムの沸騰を促進するために沸騰促進穴8を形成してい
る。沸騰促進穴8内のナトリウムは発熱体内部を流れる
ナトリウムの影響を受けにくく常に飽和蒸気温度を保つ
ことが可能である。よって、冷却材の流量低下又は反応
度挿入時に迅速にナトリウムを沸騰させボイドを発生さ
せることが可能となる。
In FIG. 2, a boiling promoting hole 8 is formed inside the heating element 4 to promote the boiling of sodium. The sodium in the boiling accelerating hole 8 is hardly affected by the sodium flowing inside the heating element, and can always maintain the saturated steam temperature. Therefore, when the flow rate of the coolant is reduced or the reactivity is inserted, sodium can be quickly boiled to generate voids.

【0015】図3は本発明の第2の実施例を示す縦断面
図である。なお、図3において図1と同一部分には同一
符号を付し、その部分の構成の説明を省略する。図3に
おいて、発熱体4内の軸方向の炉心領域の位置には冷却
材流入孔21が中心部に形成された構造材9が設置されて
いる。よって炉心中心面レベル付近でのボイド割合を減
じ正の炉心のボイド反応度を抑制し、軸ブランケットよ
り上での負のナトリウムのボイド反応度を効率良く活用
することが可能となる。
FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a second embodiment of the present invention. In FIG. 3, the same portions as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description of the configuration of the portions will be omitted. In FIG. 3, a structural material 9 having a coolant inflow hole 21 formed at the center thereof is installed at a position of a core region in the axial direction in the heating element 4. Therefore, the void ratio near the core center plane level is reduced, the void reactivity of the positive core is suppressed, and the void reactivity of negative sodium above the axial blanket can be efficiently used.

【0016】図4は本発明の第3の実施例を示す縦断面
図である。なお、図4において図3と同一部分には同一
符号を付し、その部分の構成の説明を省略する。図4に
おいて、発熱体4内の軸方向の炉心領域の位置には冷却
材10を内包する構造材9が設置されている。冷却材とし
ては液体金属を用いるのが好適である。この構成によっ
て、炉心中心面レベル付近位置での正の炉心のボイド反
応度を抑制し、軸ブランケットより上での負のナトリウ
ムのボイド反応度を効率良く活用することが可能とな
る。
FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing a third embodiment of the present invention. In FIG. 4, the same portions as those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and description of the configuration of the portions will be omitted. In FIG. 4, a structural material 9 containing a coolant 10 is provided at a position in the core region in the axial direction in the heating element 4. As coolant
Preferably, liquid metal is used. With this configuration, it is possible to suppress the void reactivity of the positive core near the core center plane level and efficiently utilize the void reactivity of negative sodium above the axial blanket. Becomes

【0017】なお、本発明による高速炉の集合体構造は
上記例に制限されるものではなく、事故時に集合体内の
ナトリウムのボイドを生じる構造であれば良い。例え
ば、集合体に内包されたガス領域を有し、内部圧力の減
少等によりナトリウムがボイド化する構成としても良
い。
The structure of the assembly of the fast reactor according to the present invention is not limited to the above example, but may be any structure that causes sodium voids in the assembly during an accident. For example, a configuration is possible in which a gas region is included in the aggregate and sodium is voided due to a decrease in internal pressure or the like.

【0018】[0018]

【発明の効果】本発明により先行ボイドチャンネルのボ
イド発生促進及び保持時間の増大が可能となり、安全性
を大きく向上させることができる。
According to the present invention, the generation of voids in the preceding void channel can be promoted and the retention time can be increased, and the safety can be greatly improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1実施例を示す高速炉の炉心構成要
素の縦断面図。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of core components of a fast reactor showing a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1実施例の変形例を示す要部縦断面
図。
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a main part showing a modification of the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第2実施例を示す高速炉の炉心構成要
素の縦断面図。
FIG. 3 is a longitudinal sectional view of core components of a fast reactor showing a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第3実施例を示す高速炉の炉心構成要
素の縦断面図。
FIG. 4 is a longitudinal sectional view of core components of a fast reactor showing a third embodiment of the present invention.

【図5】高速炉の炉心構成要素の従来例を示す縦断面
図。
FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing a conventional example of core components of a fast reactor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…ラッパ管、2…エントランスノズル、3…支持板、
4…発熱体、5…冷却材導入孔、6…冷却材流路、7…
ボイド捕獲構造体、8…沸騰促進穴、9…構造材、10…
冷却材。
1 ... horn tube, 2 ... entrance nozzle, 3 ... support plate,
4 ... heating element, 5 ... coolant introduction hole, 6 ... coolant passage, 7 ...
Void trapping structure, 8 ... Boiling promotion hole, 9 ... Structural material, 10 ...
Coolant.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G21C 7/22 G21C 7/26 G21C 7/28 G21C 7/30 G21C 7/32 G21C 5/00 G21C 3/28 G21C 9/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G21C 7/22 G21C 7/26 G21C 7/28 G21C 7/30 G21C 7/32 G21C 5/00 G21C 3 / 28 G21C 9/00

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 内部を液体金属が流通しかつ核分裂性物
質以外の発熱性物質を有する高速炉の炉心構成要素にお
いて、上方が開放されてなり前記発熱性物質から構成さ
れる第1の筒状体と、下方が開放されてなり前記第1の
筒状体と離間し第1の筒状体の上部を囲繞して設けられ
前記発熱物質から発生する気泡を捕集する第2の筒状
体とを具備することを特徴とする高速炉の炉心構成要
素。
1. A core component of a fast reactor having a heat generating substance other than a fissile substance through which a liquid metal flows therein, wherein an upper part of the core element is opened and formed of the heat generating substance.
A first cylindrical body to be opened, and the first
Second cylindrical collecting the bubbles spaced from the cylindrical body is provided so as to surround the upper portion of the first tubular member generated from <br/> the pyrogen
And a core component of the fast reactor.
【請求項2】 前記第1の筒状体の内面には沸騰を促進
する穴が形成されて成ることを特徴とする請求項1記載
の高速炉の炉心構成要素。
2. The core component of a fast reactor according to claim 1, wherein a hole for promoting boiling is formed on an inner surface of said first cylindrical body .
【請求項3】 前記第1の筒状体の軸方向の炉心領域の
位置には正の炉心のボイド反応度を抑制する構造材が配
設されて成ることを特徴とする請求項1または2記載の
高速炉の炉心構成要素。
3. A structure in which a structural material for suppressing void reactivity of a positive core is disposed at a position of an axial core region of the first tubular body. A core component of the described fast reactor.
【請求項4】 前記構造材の内部には冷却材として使用
される液体金属が収容されていることを特徴とする請求
項3記載の高速炉の炉心構成要素。
4. The core component of a fast reactor according to claim 3, wherein a liquid metal used as a coolant is accommodated inside the structural material.
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