(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の燃料集合体が配置された炉心の下方に位置する上部炉心支持部材と、前記上部炉心支持部材の下方に配置された下部炉心支持部材と、前記上部炉心支持部材及び前記下部炉心支持部材に取り付けられ、各前記燃料集合体の下端部に設けられて第１冷却材導入口が形成されたエントランスノズルが挿入されて第２冷却材導入口が形成された管状の複数の連結部材とを備え、
前記複数の燃料集合体が、実質的に同じ組成の核燃料物質を有する複数の第１燃料集合体及び複数の第２燃料集合体を含んでおり、前記炉心に含まれる炉心燃料領域が、前記複数の第１燃料集合体が装荷されて形成される複数の第１領域、及び前記複数の第２燃料集合体が装荷されて形成される第２領域を有し、それぞれの前記第１領域が前記第２領域によって互いに分離されており、
前記第２燃料集合体の前記エントランスノズルに形成された前記第１冷却材導入口の流路面積が、前記第１燃料集合体の前記エントランスノズルに形成された前記第１冷却材導入口の流路面積よりも大きくなっていることを特徴とする高速増殖炉の炉心構造。
【請求項２】
前記第１燃料集合体及び前記第２燃料集合体の各エントランスノズルに複数の前記第１冷却材導入口が形成され、前記第２燃料集合体の前記エントランスノズルに形成された全ての前記第１冷却材導入口の合計流路面積が、前記第１燃料集合体の前記エントランスノズルに形成された全ての前記第１冷却材導入口の合計流路面積よりも大きくなっている請求項１に高速増殖炉の炉心構造。
【請求項３】
複数の燃料集合体が配置された炉心の下方に配置された上部炉心支持部材と、前記上部炉心支持部材の下方に配置された下部炉心支持部材と、前記上部炉心支持部材及び前記下部炉心支持部材に取り付けられ、各前記燃料集合体の下端部に設けられて第１冷却材導入口が形成されたエントランスノズルが挿入されて第２冷却材導入口が形成された管状の複数の連結部材とを備え、
前記複数の燃料集合体が実質的に同じ組成の核燃料物質を有する複数の第１燃料集合体及び複数の第２燃料集合体を含んでおり、前記炉心に含まれる炉心燃料領域が、前記複数の第１燃料集合体が装荷されて形成される複数の第１領域、及び前記複数の第２燃料集合体が装荷されて形成される第２領域を有し、それぞれの前記第１領域が前記第２領域によって互いに分離されており、
前記複数の連結部材が、前記第１燃料集合体の前記エントランスノズルが挿入される複数の第１連結部材、及び前記第２燃料集合体の前記エントランスノズルが挿入される複数の第２連結部材を含んでおり、
前記第２連結部材に形成された前記第２冷却材導入口の流路面積が、前記第１連結部材に形成された前記第２冷却材導入口の流路面積よりも大きくなっていることを特徴とする高速増殖炉の炉心構造。
【請求項４】
前記第１連結部材及び前記第２連結部材のそれぞれに複数の前記第２冷却材導入口が形成され、前記第２連結部材に形成された全ての前記第２冷却材導入口の合計流路面積が、前記第１連結部材に形成された全ての前記第２冷却材導入口の合計流路面積よりも大きくなっている請求項３に高速増殖炉の炉心構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高速増殖炉の炉心構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
大型炉の高速増殖炉は、反応度体系が最大でなく、冷却材である液体ナトリウムが沸騰した場合には正の反応度が投入される特性を有する。このため、外部電源喪失時に、万が一、炉停止失敗事象が重なった場合には、出力が高い状態で急激に冷却材流量を失うため、炉心の中心部で沸騰が生じ（冷却材流量が約５０％となると沸騰する）、正の反応度が投入される。これにより、炉心内の炉心領域の一部で溶融燃料が被覆管から放出され冷却材と接触によりさらに急激な沸騰現象（ＦＣＩ）が生じることにより、急激な反応度が挿入されて炉心損傷に伴うエネルギーが放出される。このとき、沸騰領域の同時性が高いほど、炉心に投入される反応度が大きくなる。
【０００３】
特開平４−８１６９５号公報は、高速炉の炉心に配置した一部の燃料集合体である複数の先行燃料集合体の出力／流量比を他の燃料集合体よりも大きくし、これらの先行燃料集合体を、炉心の中心を取り囲むように環状に配置している。このような構成によって、高速炉の炉心が、先行燃料集合体の配置によって、半径方向で複数の領域に分割される。何らかの原因により、炉心に冷却材を供給する一次系ポンプがトリップしたにも拘らず、原子炉スクラムができない炉停止失敗事象が生じると、炉心流量の減少によって、各先行燃料集合体は他の燃料集合体に先行して内部の冷却材の温度を上昇させる。先行燃料集合体における冷却材の温度上昇が他の燃料集合体よりも大きいので、各先行燃料集合体に負の反応度が投入される。このため、原子炉出力が低下し、原子炉が炉停止状態に移行し、全炉心に及ぶ燃料損傷を未然に防ぐことができる。さらに、万が一、燃料損傷が発生する場合には、この燃料損傷が先行燃料集合体のみに限定される。
【０００４】
特開平２−１５４１９４号公報は、高速増殖炉の炉心において、複数の低富化度燃料集合体を炉心燃料領域に炉心中心を取り囲むように環状に配置している。これらの低富化度燃料集合体は、高富化度燃料集合体よりも核分裂性プルトニウムの富化度が低くなっている。このような低富化度燃料集合体は、出力が低く、出力／流量比が小さい燃料集合体である。特開平２−１５４１９４号公報に記載された高速増殖炉の炉心では、高富化度燃料集合体が装荷された複数の炉心燃料領域が、環状に配置された出力／流量比が小さい複数の低富化度燃料集合体によって、半径方向において高富化度燃料集合体を含む複数の領域に分割される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平４−８１６９５号公報
【特許文献２】特開平２−１５４１９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、解析評価手法の高度化等により大型の高速増殖炉においても、起因過程の現象が比較的緩慢であり、その過程において大きなエネルギー放出がないことが明らかになっている。しかし、起因過程で燃料集合体に損傷が生じ、冷却材の沸騰に伴うエネルギー放出が小さい場合でも、その後、集合体ダクト（集合体ラッパー管）が溶融し、炉心内に大きな燃料溶融プールが形成される。このとき、燃料溶融プールのスロッシング等により炉心に反応度が投入されてエネルギーが放出される恐れがある。
【０００７】
現在、制御棒ダクト等を通して溶融した燃料が上下に分散することから、大きな反応度が投入されないとの知見がある。しかしながら、万一、炉心内の溶融範囲が広く燃料溶融プールが大きくなると、投入反応度も大きくなるポテンシャルが残ることとなる。
【０００８】
特開平２−１５４１９４号公報に記載された高速増殖炉の炉心では、環状に配置された出力／流量比が小さい複数の低富化度燃料集合体によって、半径方向において高富化度燃料集合体を含む複数の領域に分割されているので、ある領域内に装荷されている高富化度燃料集合体内で発生した燃料の溶解が、他の領域まで広がることを環状に配置された低富化度燃料集合体の層で防ぐことができる。すなわち、特開平２−１５４１９４号公報に記載された高速増殖炉の炉心では、燃料溶融が広範囲に拡大することを防ぐことができる。
【０００９】
特開平２−１５４１９４号公報のように、燃料溶融範囲の拡大を防ぐために、炉心燃料領域に環状の低富化度燃料集合体層を形成することは、低富化度燃料集合体の燃料ピンに充填する、プルトニウム富化度の小さい燃料ペレットを製造する必要がある。特開平２−１５４１９４号公報では、高富化度燃料集合体に用いられるプルトニウム富化度が大きい燃料ペレット、及び低富化度燃料集合体に用いられるプルトニウム富化度が小さい燃料ペレット（組成の異なる燃料ペレット）を製造する必要があり、燃料ペレットの製造ラインを富化度ごとに設けるので、燃料ペレットの製造工程が複雑化する。また、製造された富化度の異なる各燃料ペレット、それぞれの燃料ペレットを充填した各燃料ピン、及び該当する燃料ピンを組み込んだ低富化度燃料集合体及び高富化度燃料集合体の管理も、プルトニウム富化度の違いがそれぞれの構造に現れないので、細心の注意を払う必要がある。
【００１０】
特開平２−１５４１９４号公報に記載された高速増殖炉の炉心を構成するためには、燃料ペレットを含め、必要な燃料集合体の製造が面倒である。
【００１１】
本発明の目的は、燃料集合体の製造が容易であり、燃料溶融の拡大を抑制できる高速増殖炉の炉心構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記した目的を達成する本発明の特徴は、複数の燃料集合体が配置された炉心の下方に位置する上部炉心支持部材と、上部炉心支持部材の下方に配置された下部炉心支持部材と、上部炉心支持部材及び下部炉心支持部材に取り付けられ、各燃料集合体の下端部に設けられて第１冷却材導入口が形成されたエントランスノズルが挿入されて第２冷却材導入口が形成された管状の複数の連結部材とを備え、
複数の燃料集合体が実質的に同じ組成の核燃料物質を有する複数の第１燃料集合体及び複数の第２燃料集合体を含んでおり、炉心に含まれる炉心燃料領域が、複数の第１燃料集合体が装荷されて形成される複数の第１領域、及び複数の第２燃料集合体が装荷されて形成される第２領域を有し、それぞれの第１領域が第２領域によって互いに分離されており、
第２燃料集合体のエントランスノズルに形成された第１冷却材導入口の流路面積が、第１燃料集合体のエントランスノズルに形成された第１冷却材導入口の流路面積よりも大きくなっていることにある。
【００１３】
第２燃料集合体のエントランスノズルに形成された第１冷却材導入口の流路面積が、第１燃料集合体の前記エントランスノズルに形成された第１冷却材導入口の流路面積よりも大きいので、第２燃料集合体に供給される冷却材流量が第１燃料集合体に供給される冷却材流量よりも多くなる。また、第１燃料集合体及び第２燃料集合体が実質的に同じ組成の核燃料物質を有するので、それぞれの燃料集合体で発生する出力も実質的に同じである。このため、第２燃料集合体に供給される冷却材流量に対する第２燃料集合体の出力の割合が、第１燃料集合体に供給される冷却材流量に対する第１燃料集合体の出力の割合よりも小さくなる。第２燃料集合体に供給される冷却材流量が第１燃料集合体に供給される冷却材流量よりも多いので、何らかの原因で１つの第１領域に装荷されたある第１燃料集合体内で冷却材が沸騰した場合でも、第２領域に装荷された第２燃料集合体内では冷却材の沸騰が生じない。このように、第１燃料集合体及び第２燃料集合体での冷却材の同時沸騰が回避される。したがって、何らかの原因で１つの第１領域に装荷されたある第１燃料集合体で燃料溶融が発生しても、この燃料溶融が他の第１領域に拡大することを第２領域によって防止することができる。
【００１４】
第１燃料集合体及び第２燃料集合体が実質的に同じ組成の核燃料物質を有するので、第１燃料集合体及び第２燃料集合体の製造が容易になる。
【００１５】
上記の目的は、複数の燃料集合体が配置された炉心の下方に配置された上部炉心支持部材と、上部炉心支持部材の下方に配置された下部炉心支持部材と、上部炉心支持部材及び下部炉心支持部材に取り付けられ、各燃料集合体の下端部に設けられて第１冷却材導入口が形成されたエントランスノズルが挿入されて第２冷却材導入口が形成された管状の複数の連結部材とを備え、
複数の燃料集合体が実質的に同じ組成の核燃料物質を有する複数の第１燃料集合体及び複数の第２燃料集合体を含んでおり、炉心に含まれる炉心燃料領域が、複数の第１燃料集合体が装荷されて形成される複数の第１領域、及び複数の第２燃料集合体が装荷されて形成される第２領域を有し、それぞれの第１領域が第２領域によって互いに分離されており、
複数の連結部材が、第１燃料集合体の前記エントランスノズルが挿入される複数の第１連結部材、及び第２燃料集合体のエントランスノズルが挿入される複数の第２連結部材を含んでおり、
第２連結部材に形成された第２冷却材導入口の流路面積が、第１連結部材に形成された第２冷却材導入口の流路面積よりも大きくなっていることによっても達成することができる。
【００１６】
第２燃料集合体のエントランスノズルが挿入される第２連結部材に形成された第２冷却材導入口の流路面積が、第１燃料集合体の前記エントランスノズルが挿入される第１連結部材に形成された第２冷却材導入口の流路面積よりも大きくなっているので、第２燃料集合体に供給される冷却材流量が第１燃料集合体に供給される冷却材流量よりも多くなる。第１燃料集合体及び第２燃料集合体に含まれるそれぞれの核燃料物質の組成が実質的に同じである。このため、第２燃料集合体に供給される冷却材流量に対する第２燃料集合体の出力の割合が、第１燃料集合体に供給される冷却材流量に対する第１燃料集合体の出力の割合よりも小さくなる。
【００１７】
したがって、第２燃料集合体のエントランスノズルに形成された第１冷却材導入口の流路面積を、第１燃料集合体の前記エントランスノズルに形成された第１冷却材導入口の流路面積よりも大きくした場合と同様に、何らかの原因で１つの第１領域に装荷されたある第１燃料集合体で燃料溶融が発生しても、この燃料溶融が他の第１領域に拡大することを第２領域によって防止することができる。さらに、第１燃料集合体及び第２燃料集合体が実質的に同じ組成の核燃料物質を有するので、第１燃料集合体及び第２燃料集合体の製造が容易になる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、燃料集合体の製造が容易であり、核燃料溶融の拡大を抑制できる高速増殖炉の炉心構造を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の好適な一実施例である実施例１の高速増殖炉の炉心構造における炉心の横断面図であり、図２のＩ−Ｉ断面図である。
【図２】実施例１の高速増殖炉の炉心構造が適用された高速増殖炉の縦断面図である。
【図３】図１に示す炉心燃料領域に装荷される燃料集合体の構成図であり、（Ａ）は炉心燃料領域の低流量領域に装荷される燃料集合体の側面図、及び（Ｂ）は炉心燃料領域の高流量領域に装荷される燃料集合体の側面図である。
【図４】図２に示す高速増殖炉の炉心支持構造物付近での連結管による燃料集合体の支持を示す説明図で、（Ａ）は低流量領域に装荷された燃料集合体の支持構造の縦断面図、及び（Ｂ）は高流量領域に装荷された燃料集合体の支持構造の縦断面図である。
【図５】本発明の他の実施例である実施例２の高速増殖炉の炉心構造における燃料集合体の支持構造を示す説明図であり、炉心支持構造物での横断面図であり、（Ａ）は低流量領域に装荷された燃料集合体の支持構造の縦断面図、及び（Ｂ）は高流量領域に装荷された燃料集合体の支持構造の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の実施例を以下に説明する。
【実施例１】
【００２１】
本発明の好適な一実施例である実施例１の高速増殖炉の炉心構造を、図１、図２、図３及び図４を用いて説明する。
【００２２】
まず、本実施例の高速増殖炉の炉心構造炉が適用される高速増殖炉を説明する。高速増殖炉は、図２に示すように、原子炉容器１５及び原子炉容器１５内に配置された炉心１を有する。内筒１６が原子炉容器１５内に設置され、上部炉心支持板１８及び下部炉心支持板１９が内筒１６内に配置されて内筒１６に設置される。上部炉心支持板（上部炉心支持部材）１８が炉心１の下方に配置され、下部炉心支持板（下部炉心支持部材）１９が上部炉心支持板１８の下方に配置される。連結管支持板２０が、下部炉心支持板１９の下方に配置され、内筒１６に取り付けられる。複数の連結管（連結部材）２１の各上端部が上部炉心支持板１８に取り付けられ、複数の連結管２１の各下端部が連結管支持板２０に取り付けられる。各連結管２１が、下部炉心支持板２０を貫通しており、下部炉心支持板２０にも取り付けられる。上部炉心支持板１８、下部炉心支持板１９、連結管支持板２０及び複数の連結管２１が炉心支持構造物１７を構成する。入口ノズル２８及び出口ノズル２７が、原子炉容器１５に設けられる。
【００２３】
遮へいプラグ２３が、原子炉容器１５の上端部に取り付けられ、原子炉容器１５の上端部を封鎖している。遮蔽プラグ２３の一部が回転プラグ（図示せず）になっており、炉心上部機構２４が回転プラグに取り付けられて回転プラグを貫通している。
【００２４】
炉心１は、図１に示されるように、炉心燃料領域２及び半径方向ブランケット領域３を有する。さらに、複数の中性子遮へい体１４（図２参照）を配置した遮へい体領域（図示せず）が形成されている。炉心燃料領域２が炉心１の中央に配置され、半径方向ブランケット領域３が炉心燃料領域２を取り囲んでいる。多数のブランケット燃料集合体１２が半径方向ブランケット領域３に装荷される。遮へい体領域が半径方向ブランケット領域３を取り囲んでいる。各中性子遮へい体１４の下端部が、上部炉心支持板１８及び下部炉心支持板１９に取り付けられたそれぞれの連結管２９内に挿入されている。連結管２９が中性子遮へい体１４を支持する。
【００２５】
複数の燃料集合体４（第１燃料集合体）及び複数の燃料集合体１１（第２燃料集合体）が炉心燃料領域２に装荷されている。燃料集合体１１は、燃料集合体４よりも、燃料集合体に供給される冷却材流量に対する燃料集合体で発生する出力の割合（以下、出力／流量比という）が小さくなっている。複数の制御棒１３が炉心燃料領域２に配置される。これらの制御棒１３は、炉心燃料領域２内に配置されて上部炉心支持板１８等の炉心支持構造物１７で支持される制御棒案内管（図示せず）内に挿入される。制御棒案内管は炉心燃料領域２に装荷された燃料集合体間に配置される。
【００２６】
出力／流量比が小さい複数の燃料集合体１１が、半径方向において、炉心燃料領域２の中心に配置された１本の制御棒案内管から炉心燃料領域２の外周に向って一列に配置され、高流量領域２５を形成する。炉心燃料領域４は、炉心燃料領域２の中心に配置された１本の制御棒案内管から炉心燃料領域２の外周に向って形成された高流量領域（第２領域）２５によって、２つの領域（以下、低流量領域という）２６Ａ，２６Ｂに分割される。低流量領域（第１領域）２６Ａ，２６Ｂには、燃料集合体として燃料集合体４が装荷されている。
【００２７】
燃料集合体４及び１１を、図３を用いて説明する。燃料集合体４は、図３（Ａ）に示すように、横断面が正六角形をした筒であるラッパー管５、管状体で下端部が封鎖されたエントランスノズル９Ａ、及び複数の燃料ピン（燃料要素）（図示せず）を有する。各燃料ピンは、内部に核分裂性プルトニウムを含む核燃料物質で構成された複数の燃料ペレットを充填している。これらの燃料ピンがラッパー管５内に配置され、エントランスノズル９Ａがラッパー管５の下端部に取り付けられる。エントランスノズル９Ａには、冷却材の入口である複数のオリフィス（第１冷却材導入口）１０Ａが形成されている。隣接する他の燃料集合体との間の間隔を保持する複数の上部パッド７及び中間パッド８が、ラッパー管５の外面に設けられる。ハンドリングヘッド６がラッパー管５の上端部に設けられる。
【００２８】
燃料集合体１１も、図３（Ｂ）に示すように、燃料集合体４と同様に構成される。燃料集合体１１のエントランスノズル９Ｂにも、冷却材の入口である複数のオリフィス（第１冷却材導入口）１０Ｂが形成されている。燃料集合体４及び１１では、それぞれの燃料ピンに充填される核燃料物質の核分裂性プルトニウム（例えば、プルトニウム２３９）の富化度が同じであり、それらの燃料集合体に用いられる核燃料物質の組成が実質的に同じである。燃料集合体４と燃料集合体１１の違いは、１体の燃料集合体１１のエントランスノズル９Ｂに形成された１つのオリフィス１０Ｂの流路面積が、１体の燃料集合体４のエントランスノズル９Ａに形成された１つのオリフィス１０Ａの流路面積よりも大きくなっていることである。燃料集合体１１の他の構成は燃料集合体４と同じである。エントランスノズル９Ｂに形成された全オリフィス１０Ｂの合計流路面積が、エントランスノズル９Ａに形成された全オリフィス１０Ａの合計流路面積よりも大きくなっている。本実施例では、エントランスノズル９Ａに形成されたオリフィス１０Ａの個数はエントランスノズル９Ｂに形成されたオリフィス１０Ｂの個数と同じである。なお、１体の各燃料集合体において、１つのオリフィス１０Ｂの流路面積が１つのオリフィス１０Ａの流路面積よりも小さくても、オリフィス１０Ｂの個数をオリフィス１０Ａの個数よりも多くして、全オリフィス１０Ｂの合計流路面積が全オリフィス１０Ａの合計流路面積よりも大きくなるようにしてもよい。
【００２９】
燃料集合体４及び１１が、図４に示すように、炉心支持構造物１７によって支持される。具体的には、燃料集合体４のエントランスノズル９Ａが、図４（Ａ）に示すように、連結管２１内に挿入されて支持される。連結管２１には複数の開口部（第２冷却材導入口）２２が形成されている。燃料集合体１１のエントランスノズル９Ｂが、図４（Ｂ）に示すように、連結管２１内に挿入されて支持される。この連結管２１にも複数の開口部２２が形成されている。燃料集合体４及び１１がそれぞれ挿入された各連結管２１に形成された全開口部２２の合計流路面積は同じであり、この合計流路面積は１体の燃料集合体１１に形成された全オリフィス１０Ｂの合計流路面積よりも大きい。
【００３０】
高速増殖炉の運転中、中間熱交換器（図示せず）から排出された、冷却材である液体金属（例えば、液体ナトリウム）が、入口ノズル２８から原子炉容器１５内の下部プレナム２６内に流入する。この液体ナトリウムは、上部炉心支持板１８と下部炉心支持板１９の間に形成されたプレナムに供給され、連結管２２に形成された開口部２２及びエントランスノズル９Ａに形成されたオリフィス１０Ａを通って燃料集合体４のラッパー管５内に導かれる。ラッパー管５内を上昇する液体ナトリウムは、燃料集合体４の燃料ピンに含まれる核分裂性プルトニウムの核分裂で発生する熱によって加熱されて高温になり、燃料集合体４から上部プレナム２５に排出される。
【００３１】
上部炉心支持板１８と下部炉心支持板１９の間に形成されたプレナムに導かれた液体ナトリウムは、連結管２２に形成された開口部２２及びエントランスノズル９Ｂに形成されたオリフィス１０Ｂを通って燃料集合体１１のラッパー管５内に導かれる。燃料集合体１１においても、液体ナトリウムは、燃料集合体４と同様に、加熱されて高温になり、燃料集合体１１から上部プレナム２５に排出される。上部プレナム２５内の高温の液体ナトリウムは、原子炉容器１５と内筒１６の間に形成された環状領域を下降し、出口ノズル２７から排出されて中間熱交換器に供給される。
【００３２】
エントランスノズル９Ｂに形成された全オリフィス１０Ｂの合計流路面積がエントランスノズル９Ａに形成された全オリフィス１０Ａの合計流路面積よりも大きいので、高流量領域２５を形成する各燃料集合体１１に供給される液体ナトリウムの流量が、低流量領域２６Ａ，２６Ｂを形成する燃料集合体４に供給される液体ナトリウムの流量よりも多くなる。したがって、燃料集合体１１の出力／流量比が燃料集合体４の出力／流量比よりも小さくなる。燃料集合体４及び１１のそれぞれの出力は、お互いの核分裂性プルトニウムの富化度が同じであるので、実質的に同じになる。
【００３３】
このような本実施例において、何らかの原因で異常状態が発生し、燃料集合体４内で液体ナトリウムの沸騰が生じたと仮定する。燃料集合体１１に供給される液体ナトリウムの流量が燃料集合体４に供給される液体ナトリウムの流量よりも多いので、燃料集合体４内で液体ナトリウムの沸騰が生じたときには、燃料集合体１１内で液体ナトリウムの沸騰はまだ生じない。本実施例では、エントランスノズル９Ｂでの全オリフィス１０Ｂの合計流路面積がエントランスノズル９Ａでの全オリフィス１０Ａの合計流路面積よりも大きいので、上記したように、燃料集合体４及び１１で液体ナトリウムが同時に沸騰することを回避することができる。
【００３４】
燃料集合体４内で液体ナトリウムの沸騰が生じて燃料集合体４内の燃料ピンの温度が過度に上昇したとき、燃料集合体４内の核燃料物質が溶融する燃料溶融に至る可能性がある。例えば、低流量領域２６Ａ内のある燃料集合体４で燃料溶融が発生したとする。この燃料集合体４のラッパー管５も溶融し、燃料溶融が隣接する他の燃料集合体４に伝播する。
【００３５】
上記したように、低流量領域２６Ａ内で各燃料集合体４に燃料溶融が伝播して低流量領域２６Ａ内での燃料溶融が拡大し、高流量領域２５に隣接した、低流量領域２６Ａ内の燃料集合体４にも燃料溶融が発生した場合を想定する。高流量領域２５内に存在する、出力／流量比が小さい燃料集合体１１には、多量の液体ナトリウムが流れているので、この燃料集合体１１に隣接した、低流量領域２６Ａ内の燃料集合体４が溶融しても、燃料集合体１１の溶融が避けられる。したがって、低流量領域２６Ａ内で発生した燃料集合体４の燃料溶融が、高流量領域２５によって遮られて低流量領域２６Ｂに伝播することを防止することができる。低流量領域２６Ａ内の燃料集合体４に燃料溶融が発生した場合には、高流量領域２５内の燃料集合体１１には液体ナトリウムが沸騰しない状態で流れている。
【００３６】
本実施例では、炉心燃料領域２の中心に１本の制御棒案内管１３が配置され、半径方向に伸びる高流量領域２５がこの制御棒案内管１３によって分断されている。低流量領域２６Ａ内で発生した燃料集合体４の燃料溶融が伝播し、炉心燃料領域２の中心に配置された制御棒案内管１３が溶融した場合を想定する。この制御棒案内管１３が溶融燃料によって溶融された場合には、溶融した核燃料が、制御棒案内管１３内に流入してその制御棒案内管１３内を落下する。やがて、落下した溶融燃料は、上部炉心支持板１８より下方の液体ナトリウムが存在する領域（例えば、下部プレナム２６）に到達する。低流量領域２６Ａ内にも複数の制御棒案内管１３が配置されているので、もし、幾つかの制御棒案内管１３が溶融燃料によって溶融した場合には、低流量領域２６Ａ内の溶融燃料は溶けた制御棒案内管１３を通して下部プレナム２６等へ落下する。この溶融燃料は、下部プレナム２６内の液体ナトリウムによって冷却される。
【００３７】
本実施例では、低流量領域２６Ａ内で発生した燃料溶融によって低流量領域２６Ａ内に生じた燃料溶融プールが、高流量領域２５の形成によって低流量領域２６Ａ内に閉じ込められ、低流量領域２６Ｂに拡大することを防止できる。低流量領域２６Ａ内の全ての燃料集合体４で燃料溶融が発生した場合における放出エネルギーは、高流量領域２５が形成されていない場合において炉心燃料領域全体に燃料溶融が拡大したときに発生する放出エネルギーの１／２以下に低減することが想定される。実際には、低流量領域２６Ａ内に形成された燃料溶融プール内の溶融燃料が、溶融した制御棒案内管１３を通して上部炉心支持板１８より下方に落下することが想定され、低流量領域２６Ａ内における燃料溶融プールが小さくなり、放出エネルギーがさらに低減される。
【００３８】
本実施例では、燃料集合体１１に設けられた各燃料ピンに充填される燃料ペレットの組成は、燃料集合体４における燃料ペレットの組成と同じである。このため、燃料集合体４及び１１に用いられる燃料ペレットの製造に際しては、これらの燃料集合体に使用される各燃料ペレットの製造ラインを分ける必要がない。したがって、出力／流量比が大きい燃料集合体４用の燃料ペレット、及び出力／流量比が小さい燃料集合体１１用の燃料ペレットの製造が容易になる。また、燃料集合体４及び１１の各燃料ペレットの核分裂性プルトニウムの富化度、及び組成が同じであるため、両燃料集合体の燃料ペレット及び燃料ピンを区別して管理する必要がなく、それらの管理が容易になる。燃料集合体４と燃料集合体１１はエントランスノズルに形成されたオリフィスの流路面積が異なるので、燃料集合体４と燃料集合体１１はそれぞれの燃料集合体の概観を見て区別することができる。
【００３９】
本実施例によれば、燃料集合体の製造が容易になり、且つ燃料溶融の拡大を抑制することができる。
【実施例２】
【００４０】
本発明の他の実施例である実施例２の高速増殖炉の炉心構造を、図５を用いて説明する。
【００４１】
本実施例の高速増殖炉の炉心構造は、実施例１の高速増殖炉の炉心構造において、高流量領域２５に装荷された各燃料集合体に供給する冷却材流量の調節、及び低流量領域２６Ａ，２６Ｂに装荷された各燃料集合体に供給する冷却材流量の調節を、エントランスノズルに形成されたオリフィスの流路面積ではなく、それぞれの領域に装荷された燃料集合体のエントランスノズルが挿入された各連結管に形成された開口部の流路面積を変えることによって行うように構成されている。本実施例の高速増殖炉の炉心構造の他の構成は、実施例１の高速増殖炉の炉心構造と同じである。
【００４２】
本実施例における高速増殖炉の炉心構造を、実施例１における高速増殖炉の炉心構造と異なっている部分を中心に説明する。本実施例では、実施例１における燃料集合体４及び１１に替えて、燃料集合体４Ａ及び１１Ａを炉心燃料領域２に装荷している。本実施例においても、実施例１と同様に、炉心燃料領域２に、低流量領域２６Ａ，２６Ｂ及び高流量領域２５を形成している。複数の燃料集合体４Ａ（第１燃料集合体）が低流量領域２６Ａ，２６Ｂに装荷され、複数の燃料集合体１１Ａ（第２燃料集合体）が高流量領域２５に装荷される。本実施例で用いられる燃料集合体４Ａ及び１１Ａは全く同じ構成を有する。燃料集合体４Ａ及び１１Ａのそれぞれに用いられる各燃料ピンの核分裂性プルトニウムの富化度等の組成が同じである。また、燃料集合体４Ａ及び１１Ａの各エントランスノズル９も同じ形状を有し（図５（Ａ）及び図５（Ｂ）参照）、これらのエントランスノズル９に形成される複数のオリフィス１０Ｃの流路面積及び個数が同じである。燃料集合体４Ａ及び１１Ａは全く同じ構成を有しているが、低流量領域２６Ａ，２６Ｂに装荷された燃料集合体と高流量領域２５に装荷された燃料集合体を区別するため、便宜的に、前者を燃料集合体４Ａ、及び後者を燃料集合体１１Ａと称している。
【００４３】
実施例１では一種類の連結管２１が用いられているのに対して、本実施例では二種類の連結管２１Ａ，２１Ｂが用いられる（図５（Ａ）及び図５（Ｂ）参照）。連結管２１Ａ，２１Ｂは、それぞれ、複数個存在し、実施例１に用いられる連結管２１と同様に、各上端部が上部炉心支持板１８に取り付けられ、各下端部が連結管支持板２０に取り付けられる。それぞれの連結管２１Ａ，２１Ｂが、下部炉心支持板２０に取り付けられて下部炉心支持板２０を貫通している。本実施例における炉心支持構造物１７Ａは、上部炉心支持板１８、下部炉心支持板１９、連結管支持板２０及び複数の連結管２１Ａ，２１Ｂによって構成される。
【００４４】
連結管２１Ａ（第１連結部材）には複数の開口部（第２冷却材導入口）２２Ａが形成され、連結管２１Ｂ（第２連結部材）には複数の開口部（第２冷却材導入口）２２Ｂが形成される。１つの開口部２２Ｂの流路面積は１つの開口部２２Ａの流路面積よりも小さくなっている。連結管２１Ｂに形成された全開口部２２Ｂの合計流路面積が連結管２１Ａに形成された全開口部２２Ａの合計流路面積よりも大きくなっている。燃料集合体４Ａ及び１１Ａのそれぞれのエントランスノズル９に形成された全オリフィス１０Ｃの合計流路面積が連結管２１Ｂに形成された全開口部２２Ｂの合計流路面積よりも大きくなっている。
【００４５】
複数の連結管２１Ｂは、実施例１における燃料集合体１１と同様に、炉心燃料領域２の中心に位置する１本の制御棒案内管１３から炉心燃料領域２の外周に向って一列に配置されている。各連結管２１Ｂにエントランスノズル９がそれぞれ挿入される燃料集合体１１Ａも、炉心燃料領域２の中心に位置する１本の制御棒案内管１３から炉心燃料領域２の外周に向って一列に配置されている。これらの燃料集合体１１Ａによって図１に示された高流量領域２５が炉心燃料領域２に形成される。図１に示された低流量領域２６Ａ，２６Ｂが、各連結管２１Ａにエントランスノズル９がそれぞれ挿入される燃料集合体４Ａによって、炉心燃料領域２に形成される。本実施例でも、炉心燃料領域２が高流量領域２５によって低流量領域２６Ａ，２６Ｂの２つの領域に分割される。
【００４６】
上部炉心支持板１８と下部炉心支持板１９の間に存在する液体ナトリウムは、連結管２１Ａの開口部２２Ａ及びエントランスノズル９のオリフィス１０Ｃを通って燃料集合体４Ａに供給され、連結管２１Ｂの開口部２２Ｂ及びエントランスノズル９のオリフィス１０Ｃを通って燃料集合体１１Ａに供給される。燃料集合体４Ａに供給される液体ナトリウムの流量が連結管２１Ａに形成された複数の開口部２２Ａによって制限され、燃料集合体１１Ａに供給される液体ナトリウムの流量が連結管２１Ｂに形成された複数の開口部２２Ｂによって制限される。連結管２１Ｂに形成された全開口部２２Ｂの合計流路面積が連結管２１Ａに形成された全開口部２２Ａの合計流路面積よりも大きいので、燃料集合体１１Ａに供給される液体ナトリウムの流量は、燃料集合体４Ａに供給される液体ナトリウムの流量よりも多くなる。すなわち、燃料集合体１１Ａの出力／流量比が燃料集合体４Ａの出力／流量比よりも小さくなる。
【００４７】
このため、本実施例においても、低流量領域２６Ａである燃料集合体４Ａで燃料溶融が生じた場合には、この燃料溶融は低流量領域２６Ａだけにおいて拡大する。低流量領域２６Ａで発生した燃料溶融が、実施例１と同様に、高流量領域２５によって遮られて低流量領域２６Ｂに拡大することを防止できる。
【００４８】
このような本実施例は、実施例１で生じる各効果を得ることができる。本実施例では、連結管２１Ａ，２１Ｂによって燃料集合体４Ａ，１１Ａに供給するそれぞれの液体ナトリウムの流量を調節しているので、燃料集合体４Ａ，１１Ａの構造を同じくすることができる。このため、燃料集合体４Ａ，１１Ａのそれぞれにおけるエントランスノズル９の構造を同じにすることができる。また、燃料集合体４Ａ，１１Ａのそれぞれに用いられる核燃料物質の組成が実質的に同じである。したがって、燃料集合体４Ａを高流量領域２５に装荷し、燃料集合体１１Ａを低流量領域２６Ａ，２６Ｂに装荷することができ、高流量領域２５及び低流量領域２６Ａ，２６Ｂに装荷する燃料集合体を区別する必要がなく、炉心燃料領域２への燃料集合体の装荷が容易になる。これは、高流量領域２５が炉心支持構造物１７Ａに設けた連結管２１Ｂによって形成され、低流量領域２６Ａ，２６Ｂが炉心支持構造物１７Ａに設けた連結管２１Ａによって形成されるからである。
【００４９】
実施例１及び２では、低流量領域２６Ａ，２６Ｂを炉心燃料領域２の中心を通る一列の高流量領域２５によって分けているが、炉心燃料領域２の中心を通る複数列、たとえば、三列の高流量領域２５を形成することにより、炉心燃料領域２に６領域の低流量領域を形成することができる。また、高流量領域２５を直線ではなく、炉心燃料領域２の中心を取り囲む環状の１つの高流量領域を形成することによって、炉心燃料領域２を半径方向に分割し、２つの環状の低流量領域を形成することができる。環状の高流量領域を同心円状に複数形成しても良い。
【符号の説明】
【００５０】
１…炉心、２…炉心燃料領域、４，４Ａ，１１，１１Ａ…燃料集合体、５…ラッパー管、９，９Ａ，９Ｂ…エントランスノズル、１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ…オリフィス、１３…制御棒、１５…原子炉容器、１６…内筒、１７…炉心支持構造物、１８…上部炉心支持板、１９…下部炉心支持板、２１，２１Ａ，２１Ｂ…連結管、２２，２２Ａ，２２Ｂ…開口部、２５…高流量領域、２６Ａ，２６Ｂ…低流量領域。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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