JPS6352352B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、原子炉の冷却材に含まれる放射性腐
食生成物を炉心部に捕獲滞留させておくことがで
きるようにした燃料集合体に関する。 〔発明の技術的背景とその問題点〕 高速増殖炉においては、冷却材として、一般に
液体ナトリウムで代表されるアルカリ液体金属が
用いられている。そして、このような液体金属冷
却材は、原子炉容器内の炉心で加熱された後、容
器外に設けられた１次冷却系へと導びかれ、再び
原子炉容器内へと戻され、循環する。 ところで、高速増殖炉の場合、核燃料要素の被
覆管や炉心構造物は、通常、ステンレス鋼で構成
されるが、これ等の構成材料が中性子の照射をう
けると、上記構成材料に含まれている鉄、コバル
ト等が核反応を起し、マンガン−54、コバルト−
60、コバルト−58等の放射性核種が多量に生成さ
れる。この構成材料は冷却材として用いられてい
る前述のアルカリ液体金属により腐食され冷却材
中へ放出される。このとき前述の放射性核種も冷
却材中へ放出され、いわゆる放射性腐食生成物が
冷却材へ混入することになる。 冷却材へ混入した放射性腐食生成物は冷却材の
流れに従つて、１次冷却系へと運ばれ、中間熱交
換器等の１次冷却系機器配管の壁面等に沈着す
る。このように、１次冷却系の壁面等に沈着した
放射性腐食生成物の放射能はポンプ、熱交換器、
バルブ、流量計等の機器やこれ等の機器に接続さ
れた配管の保守、補修等の作業に障害を与える。
特に、マンガン−54、コバルト−60、コバルト−
58等は生成量も多く、半減期も長いためにその影
響が大きい。 そこで、このような不具合を解消するために、
最近では、ニツケルが高温の液体金属ナトリウム
中でマンガン−54、コバルト−60等の放射性核種
を効率よく捕獲する性質を有していることを利用
した放射性腐食生成物捕獲装置を原子炉容器内に
設置することが考えられている。この放射性腐食
生成物捕獲装置は、炉心の冷却材出口に対向させ
て、つまり炉心上方に前記ニツケル等の捕獲材を
収容した要素を複数配置し、炉心から流出した冷
却材を上記捕獲材に直接接触させることによつ
て、放射性核種を捕獲するようにしている。 しかしながら、このように炉心上方に捕獲装置
を設ける構成の従来の原子炉にあつては、炉心上
方に捕獲装置の設置空間を確保しておく必要があ
る。通常、放射性腐食生成物を効率よく捕獲する
ためには、上記設置空間の高さを約30cm以上確保
することが必要とされている。このため、このよ
うな原子炉にあつては、原子炉主容器の大型化を
招き、プラントの建設費を増大させてしまうとい
う問題があつた。 そこで、かかる問題を解決するため、炉心を構
成する燃料集合体の内部に上記の捕獲装置を設置
するようにしたものが提案されている。 すなわち、燃料集合体は、一般に横断面形状が
正六角形の外套体の内部に複数の燃料棒を収容し
て構成される。したがつて、外套体内部の上記燃
料棒の上部空間に捕獲装置を設置すれば余剰スペ
ースの有効利用を図れ、結局、原子炉主容器の大
型化を回避することができる。 ところが、このような燃料集合体を用いた原子
炉では、外套体内部から冷却材中へ放出された放
射性腐食生成物を捕獲することは可能であるもの
の、外套体外部が腐食して冷却材中へ放出された
放射性腐食生成物を捕獲することができず、全体
での捕獲効率が低下してしまうという問題があつ
た。 〔発明の目的〕 本発明は、このような事情に基づきなされたも
のであり、その目的とするところは、原子炉主容
器の大型化を招くことなしに、放射性腐食生成物
の捕獲効率の向上を図ることができ、もつて原子
炉プラントの建設費の低減化に寄与できる燃料集
合体を提供することにある。 〔発明の概要〕 本発明は、原子炉の炉心に植設されて内外面に
沿う冷却材の流路を形成する外套体と、この外套
体の内部に収容された複数の燃料要素とを備えた
燃料集合体において、前記外套体の内部および外
周面にそれぞれ第１および第２の放射性核種捕獲
体（以下、単に「捕獲体」と呼ぶ）を設けたもの
となつている。 第１の捕獲体は、前記外套体内部で前記燃料要
素より下流域に設置されている。第２の捕獲体
は、前記外套体の外周面で下流域部分に周方向に
亘つて突設された軸方向に延びる複数の突条から
なり、少なくともその表面がニツケルで形成され
たものとなつている。 〔発明の効果〕 原子炉炉心には、通常、複数本の燃料集合体が
互いに近接された状態で植設される。冷却材は、
これら燃料集合体の内部を軸方向に通流する他、
燃料集合体と燃料集合体との間の間隙部をやはり
軸方向に通流する。 本発明によれば、燃料集合体の内部を通流する
冷却材中に混入した放射性腐食生成物は第１の捕
獲体によつて捕獲される。一方、燃料集合体の外
部を通流する冷却材中に混入した放射性腐食生成
物は、次のようにして第２の捕獲体に捕獲され
る。 すなわち、燃料集合体同士で形成される冷却材
の流路は、燃料集合体の下流部に設けられた複数
の突条の存在によつてその断面積が狭小化され
る。このため、これら突条の存在する部分では、
冷却材の流速が増し、冷却材と接触する面に形成
されるいわゆる境界層が薄くなり、冷却材中に混
入した放射性核種の上記境界層内での拡散が容易
となる。また、この部分では、上記突条の存在に
よつて、冷却材と接触する面の表面積を大きくす
ることができるので、境界層内を拡散した放射性
核種がこの部分の表面と接触する量も多くなる。
そして、この部分は、少なくともその表面が活性
の強いニツケルで形成されているので、放射性核
種は、このニツケルによつて効率よく捕獲される
ことになる。 このように、本発明に係る燃料集合体によれ
ば、燃料集合体、原子炉主容器等を格別に大型化
することなしに放射性核種の捕獲を高効率で行う
ことができる。したがつて、原子炉プラントの建
設費の低減化に寄与することができる。 〔発明の実施例〕 以下、図面を参照し、本発明の一実施例につき
説明する。 第１図は本実施例に係る燃料集合体Ａを示す図
で、図中１は外套体である。この外套体１は、ラ
ツパ管２とエントランスノズル３とで構成されて
いる。ラツパ管２は、横断面形状が正六角形の管
からなり、その図中上部にハンドリングヘツド４
を形成したものとなつている。このラツパ管の外
周面の所定位置には、燃料集合体Ａ同士間の間隙
を確保するためのたとえば半球状の複数のスペー
サ５が設けられている。エントランスノズル３
は、図中下方に向つて段階的にその径が小さくな
る有底筒状の管からなり、その側壁部に冷却導入
用のオリフイス孔６が複数穿設されている。 外套体１の内部には、図示しない燃料要素支持
機構に支持されて、複数本の燃料要素７が吸収さ
れている。また、外套体１の内部で上記燃料要素
７の上部には、例えばニツケルのメツシユ等で構
成された第１の捕獲体８が配置されている。 一方、ラツパ管２の図中上部外周面には、第２
の捕獲体９が構成されている。この第２の捕獲体
９は、ラツパ管２の外周面に周方向に亘つて複数
突設された軸方向の延びる突条１０と、この突条
１０の表面および突条間に露出したラツパ管２の
外面に形成された図示しないニツケルメツキ層と
で構成されている。突条１０は、その高さが前記
スペーサ５の高さより数mm程度低くなるように、
また、その横断面形状が矩形となるように形成さ
れている。 しかして、このように構成された燃料集合体Ａ
を用いた原子炉においては、次のようにして放射
性核種の捕獲機能を発揮する。 すなわち、第２図に示すように、燃料集合体Ａ
内部の流路Ｐを通流する冷却材は、第１図に示す
オリフイス孔６から外套体１の内部に導入され、
図中矢印の向きに移動して燃料要素７を冷却す
る。このとき、冷却材中に放出された放射性核種
は、流路の下流域に設けられた第１の捕獲体８に
よつて捕獲される。 一方、燃料集合体Ａ内に流入しなかつた冷却材
は、核集合体Ａが炉心内に多数植設された際に形
成される間隙Ｑ内に流入する。間隙Ｑを通流する
冷却材中には、ラツパ管２の外表面の腐食により
マンガン−54、コバルト−60、コバルト−58等の
放射性腐食生成物が混入する。さらに、冷却材
は、第１図中矢印の向きに移動し、第２の捕獲体
９と接触する。そして、この場合には、捕獲体９
の表面がニツケルメツキ層で覆われ、しかも、こ
の部分での流路断面積が小さく、かつ冷却材との
接触面積が大きいので、前述した如く、効率のよ
い捕獲機能を発揮することになる。 このように、本実施例によれば、燃料集合体Ａ
を格別に大型化することなく効率のよい捕獲機能
を発揮させることができるので、前述した効果を
十分に奏することができる。 なお、本発明は上記実施例に限定されるもので
はない。たとえば、上記実施例では第２の捕獲体
２の全体にニツケルメツキを施こすようにした
が、突条１０をニツケルで形成するようにしても
よい。また、突条１０の横断面形状を台形、半円
形となるように形成してもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る燃料集合体の
構造を示す斜視図、第２図は同燃料集合体を炉心
に複数植設した状態を説明するための平面図であ
る。 １……外套体、２……ラツパ管、３……エント
ランスノズル、４……ハンドリングヘツド、５…
…スペーサ、６……オリフイス孔、７……燃料要
素、８……第１の捕獲体、９……第２の捕獲体、
１０……突条、Ａ……燃料集合体、Ｐ……冷却材
の流路、Ｑ……間隙。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 原子炉の炉心に植設されて内外面に沿う冷却
   材の流路を形成する外套体と、この外套体の内部
   に収容された複数の燃料要素とを備えた燃料集合
   体において、前記外套体の内部で前記燃料要素よ
   り下流域に設置された第１の放射性核種捕獲体
   と、前記外套体の外周面で下流域部分に周方向に
   亘つて突設された軸方向に延びる複数の突条から
   なり少なくともその表面がニツケルで形成された
   第２の放射性核種捕獲体とを具備してなることを
   特徴とする燃料集合体。