(57)【要約】【課題】  冷却材流量喪失等の過渡事象時に発生するボイドによる冷却材流のブロックを防止し、通常運転時における燃料ピンの熱的余裕の低下を防止し得る高速炉用燃料集合体を提供する。【解決手段】  核分裂性物質を燃料として封入する燃料ピン１７を複数本束ねてラッパ管１２内に収納する。燃料ピン１７は、複数の燃料ペレットをステンレス鋼製の被覆管内に封入すると共に、燃料領域１８の上端部に空間を形成しガスプレナム領域１６を成す。ガスプレナム領域１６の下端を含みその上方へ延在する開口１３をラッパ管１２の側壁に設け、燃料集合体１を構成する。開口１３を燃料領域１８にかからぬよう形成することにより、燃料ピン１７の被覆管温度が最も高い燃料領域１８の上端部を冷却材により冷却可能となる。【選択図】  図１
2015166700.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも核分裂性物質を燃料として封入する燃料ピンを複数本束ねてラッパ管内に収納し、高速炉の炉心に装荷される高速炉用燃料集合体であって、
前記燃料ピンは燃料領域の上部にガスプレナム領域を有し、
前記ガスプレナム領域の下端を含みその上方へ延在する開口を前記ラッパ管の側壁に備えたことを特徴とする高速炉用燃料集合体。
【請求項２】
請求項１に記載の高速炉用燃料集合体において、
前記ガスプレナム領域の上部にナトリウムプレナム領域を備え、
前記開口の上端部は、前記ナトリウムプレナム領域又は前記ガスプレナム領域に位置することを特徴とする高速炉用燃料集合体。
【請求項３】
請求項１に記載の高速炉用燃料集合体において、
前記ラッパ管の横断面は六角形状を有し、前記開口は前記ラッパ管の６面の側壁のうち１面おきに形成されることを特徴とする高速炉用燃料集合体。
【請求項４】
請求項３に記載の高速炉用燃料集合体において、
前記燃料集合体の長軸に直交する方向の前記開口幅は、当該開口が形成された側壁の両端部に最も近接して配置される最外周燃料ピンの中心間の距離以下であることを特徴とする高速炉用燃料集合体。
【請求項５】
請求項３に記載の高速炉用燃料集合体において、
前記燃料集合体の最上部に位置する横断面が六角形状の中空体であるハンドリングヘッドを備え、
前記ハンドリングヘッドの上面であって、前記開口を有する側壁に対応する位置に縦断面が凹形状又は凸形状のマーカーを備えたことを特徴とする高速炉用燃料集合体。
【請求項６】
請求項１に記載の高速炉用燃料集合体において、
前記ラッパ管の横断面は六角形状を有し、前記ラッパ管の６面の側壁全てに前記開口を備え、
前記各開口は、前記ラッパ管の横断面周方向に前記各側壁の中央部より同一方向へ片寄せられて形成されることを特徴とする高速炉用燃料集合体。
【請求項７】
内側炉心領域、外側炉心領域及び前記外側炉心領域を囲む径方向中性子反射体領域並びに径方向中性子遮蔽体領域からなる高速炉の炉心であって、
前記内側炉心領域及び外側炉心領域に、少なくとも核分裂性物質を燃料として封入する燃料ピンを複数本束ねてラッパ管内に収納する燃料集合体を複数装荷し、
前記燃料ピンは燃料領域の上部にガスプレナム領域を有すると共に、
前記燃料集合体は、前記ガスプレナム領域の下端を含みその上方へ延在する開口を前記ラッパ管の側壁に有することを特徴とする高速炉の炉心。
【請求項８】
請求項７に記載の高速炉の炉心において、
前記ラッパ管の横断面は六角形状を有し、前記開口は前記ラッパ管の６面の側壁のうち１面おきに形成され、
前記側壁に形成された開口同士が相互に対向しないよう前記複数の燃料集合体を隣接配置することを特徴とする高速炉の炉心。
【請求項９】
請求項７に記載の高速炉の炉心において、
前記ラッパ管の横断面は六角形状を有し、前記ラッパ管の６面の側壁全てに前記開口を備え、前記各開口は、前記ラッパ管の横断面周方向に前記各側壁の中央部より同一方向へ片寄せられて形成され、
前記側壁に形成された開口同士が相互に対向しないよう前記複数の燃料集合体を隣接配置することを特徴とする高速炉の炉心。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高速炉の炉心及び炉心に装荷される燃料集合体に関する。
【背景技術】
【０００２】
高速炉は、原子炉容器内に炉心を配置しており、冷却材である液体ナトリウム（Ｎａ）を原子炉容器内に充填している。その炉心に装荷される燃料集合体は、プルトニウムを富化した劣化ウラン（Ｕ−２３８）を封入した複数の燃料ピン、この複数の燃料ピンを束ねて収容するラッパ管、これらの燃料ピンの下端部、及び燃料ピンの下方に位置する中性子遮蔽体を支持するエントランスノズル、及び燃料棒の上方に位置する冷却材流出部を有する。
【０００３】
さて、原子炉の使用済燃料の再処理で発生する高レベル放射性廃棄物（ＨＬＷ：Ｈｉｇｈ  Ｌｅｖｅｌ  Ｒａｄｉｏａｃｔｉｖｅ  Ｗａｓｔｅ）のうち、マイナーアクチニド（ＭＡ：Ｍｉｎｏｒ Ａｃｔｉｎｉｄｅ）は長期間放射能を有しており、このＭＡをリサイクルして高速炉で核変換することによってＨＬＷの有害度を減らし、かつ減衰速度を増大することにより、地層処分場の負荷を減らし、環境負荷低減をはかる研究が行われている。ところが、ＭＡを高速炉の炉心に装荷すると、炉の安全性に係るボイド反応度（冷却材である液体Ｎａの沸騰により印加される反応度）が増大する傾向にある。このボイド反応度を抑制する方策として、非特許文献１が提案されている。
【０００４】
非特許文献１では、Ｎａプレナム領域を、燃料ピン束の軸方向上部に設けている。大型の炉心の燃料領域が正のボイド反応度を有するのに対し、Ｎａプレナム領域は負のボイド反応度を有することから、冷却材流量喪失等の過渡事象時に、Ｎａプレナム領域のボイドにより炉心全体の実効的なボイド反応度を負にできる可能性がある。しかしながら、Ｎａプレナム領域が１００％ボイド状態に至った場合、その燃料集合体の冷却材（液体ナトリウム（Ｎａ））流がブロックされて流動抵抗が増大し流量が急減するため、ボイドが燃料領域にまで拡がる（すなわち、正のボイド反応度が増大する）可能性がある。これを防止する一方策として、非特許文献２が提案されている。
【０００５】
非特許文献２には、燃料領域の範囲内でラッパ管の側壁に開口を設け、隣接する燃料集合体の開口同士を向い合わせて、開口を介して冷却材流を隣接する燃料集合体に連通させ、バイパス流を形成することにより、その燃料集合体の冷却材流がボイドによりブロックされることを防ぐことが記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｋ. Ｋａｗａｓｈｉｍａ, Ｋ. Ｆｕｊｉｍｕｒａ., “Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ ＯＦ ｔｈe  Ａｘｉａｌｌｙ  Ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ  Ｃｏｒｅ”，  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｆａｓｔ  Ｒｅａｃｔｏｒｓ  ａｎｄ  Ｒｅｌａｔｅｄ  Ｆｕｅｌ  Ｃｙｃｌｅｓ  （ＦＲ９１）,  ｐｐ３．３−１−ｐｐ３．３−９，  Ｋｙｏｔｏ，  Ｊａｐａｎ，  Ｏｃｔ．，  （１９９１）
【非特許文献２】Ｋ．Ｓｕｎ，ローザンヌ工科大学博士論文Ｎｏ．５４８０，“Ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｓｏｄｉｕｍ−ｃｏｏｌｅｄ  Ｆａｓｔ  Ｒeactor  Ｄｅｓｉｇｎｓ  ｗｉｔｈ  ｉｍｐｒｏｖｅｄ  Ｓａｆｅｔｙ  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｒｉｓｕｔｉｃｓ ”，ｐｐ１１６−ｐｐ１１７（２０１２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、非特許文献２では、横断面六角形状のラッパ管の側面六面すべてに開口を有し、当該開口が燃料領域に配置されるものである。また、燃料集合体当たりの冷却材の流量はその燃料集合体の出力に比例して配分されるため、高出力の燃料集合体ほど冷却材の流量は大きく、流動圧力は高い。よって、低出力の燃料集合体においては、バイパス流を形成できず、燃料集合体の冷却材流がブロックされ流量が急減し、ボイドが正のボイド反応度を有する燃料領域内の下方へ伸展する可能性がある。換言すれば、燃料領域内の上端部付近に発生したボイドにより冷却材流がブロックされ、当該燃料集合体内の冷却材流が阻害され、正のボイド反応度の増大を解消できない。
【０００８】
また、高速炉の通常運転時においても、相互に隣接する燃料集合体の出力の違いにより燃料集合体内を流れる冷却材の流量が異なることから、燃料領域に設けられた高出力の燃料集合体から低出力の燃料集合体の開口へと冷却材がバイパスされることになる。すなわち、高出力の燃料集合体内を流れる冷却材の流量が減少し、当該燃料集合体内の燃料領域の上端部付近の最も高温となる領域を冷却できず、燃料ピンの熱的余裕を大きく低下する可能性がある。
【０００９】
本発明は、冷却材流量喪失等の過渡事象時に発生するボイドによる冷却材流のブロックを防止し、通常運転時における燃料ピンの熱的余裕の低下を防止し得る高速炉用燃料集合体及びそれを装荷する炉心を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明の高速炉用燃料集合体は、少なくとも核分裂性物質を燃料として封入する燃料ピンを複数本束ねてラッパ管内に収納し、高速炉の炉心に装荷される高速炉用燃料集合体であって、前記燃料ピンは燃料領域の上部にガスプレナム領域を有し、前記ガスプレナム領域の下端を含みその上方へ延在する開口を前記ラッパ管の側壁に備えたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の高速炉の炉心は、内側炉心領域、外側炉心領域及び前記外側炉心領域を囲む径方向中性子反射体領域並びに径方向中性子遮蔽体領域からなる高速炉の炉心であって、前記内側炉心領域及び外側炉心領域に、少なくとも核分裂性物質を燃料として封入する燃料ピンを複数本束ねてラッパ管内に収納する燃料集合体を複数装荷し、前記燃料ピンは燃料領域の上部にガスプレナム領域を有すると共に、前記燃料集合体は、前記ガスプレナム領域の下端を含みその上方へ延在する開口を前記ラッパ管の側壁に有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、冷却材流量喪失等の過渡事象時に発生するボイドによる冷却材流のブロックを防止し、通常運転時における燃料ピンの熱的余裕の低下を防止し得る高速炉用燃料集合体及びそれを装荷する炉心を実現できる。
【００１３】
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施例に係る燃料集合体の縦断面図であり、長軸方向の上側半分を示す部分断面図である。
【図２】図１に示す燃料集合体のＡ−Ａ断面矢視図である。
【図３】図１に示す燃料集合体の上面図である。
【図４】図３に示す燃料集合体のＢ−Ｂ断面矢視図であり、ハンドリングヘッドの上部構造を示す図である。
【図５】図１に示す燃料集合体が装荷された高速炉の炉心の平面図及び図２に示す燃料集合体が３体隣接配置された状態を示す横断面図である。
【図６】図５に示す２体の燃料集合体のＣ−Ｃ断面矢視図であり、集合体周辺流及びインターラッパー流を示す図である。
【図７】本発明の他の実施例に係る燃料集合体の縦断面であり、長軸方向の上側半分の構造を示す部分断面図である。
【図８】図７に示す燃料集合体のＡ−Ａ断面矢視図である。
【図９】図７に示す燃料集合体の上面図である。
【図１０】図９に示す燃料集合体のＢ−Ｂ断面矢視図であり、ハンドリングヘッドの上部構造を示す図である。
【図１１】図７に示す燃料集合体が装荷された高速炉の炉心の平面図及び図８に示す燃料集合体が３体隣接配置された状態を示す横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の燃料集合体は、核分裂性物質である燃料ペレットを長軸方向に複数収容し燃料領域を形成し、この燃料領域の上端部に配置されるガスプレナム領域を有する燃料ピン、この燃料ピンを複数本束ね、その燃料ピン束の上端部の上方に設けられたナトリウムプレナム領域、複数の燃料ピンを束ね上記ガスプレナム領域及びナトリウムプレナム領域を収容する横断面六角形状でステンレス鋼製のラッパ管、燃料交換機により高速炉の炉心への挿入または炉心からの抜き取りを可能とするハンドリングヘッドより構成される。燃料ピンは、上記複数の燃料ペレットをステンレス鋼製の被覆管内に封入すると共に、燃料領域の上端部に空間を形成しガスプレナム領域を成している。そして、ラッパ管には開口が設けられており、この開口の下端部はガスプレム領域の下端部に対応する位置にあり、そこから上方へと開口部が形成されている。すなわち、開口は、ガスプレナム領域の下端部を含み、その上方へと延在し形成される。
【００１６】
このように、開口の下端部はガスプレナム領域の下端部に対応する位置にあり燃料領域にかからぬよう形成されるため、高速炉の通常運転状態においても、燃料集合体内をその下方より上方へと流れる冷却材は、燃料領域の上端部まで確実に通流でき、燃料ピンの被覆管温度が最も高い燃料領域の上端部を冷却することが可能となる。これにより、通常運転状態においても燃料ピンの熱的余裕の低下を防止することができる。
【００１７】
なお、冷却材は、ＮａまたはＰｂ等の液体金属が用いられるが、以下では液体ナトリウムを冷却材として用いる場合を例に説明する。
【００１８】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１に、本発明の燃料集合体の縦断面、特に、高速炉の炉心に装荷される際の長軸方向の上側半分を示す部分断面図を示す。図１に示すように、燃料集合体１は、核分裂性物質である燃料ペレットを長軸方向に複数収容し燃料領域１８を成し、燃料領域１８の上端部に配置されるガスプレナム領域１６を有する燃料ピン１７、燃料ピン１７を複数本束ね、その燃料ピン束の上端部の上方に設けられたナトリウムプレナム領域１５、ナトリウムプレナム領域１５の上方に配置される中性子遮蔽体１４、複数の燃料ピン１７を束ね中性子遮蔽体１４を収容する横断面六角形状でステンレス鋼製のラッパ管１２、中性子遮蔽体１４の上方に設けられ燃料交換機により高速炉の炉心１０１（図５）への挿入または炉心からの抜き取りを可能とするハンドリングヘッド１１より構成される。燃料ピン１７は、上記複数の燃料ペレットをステンレス鋼製の被覆管内に封入すると共に、燃料領域１８の上端部に空間を形成しガスプレナム領域１６を成している。ガスプレナム領域１６は核分裂により発生するガスを収める空間、すなわちガス溜として機能する。
【００２０】
図１では省略しているが、燃料集合体１は上記の他、燃料領域１８の下方に、燃料ピン１７の下端部に配置される中性子遮蔽体、この中性子遮蔽体を支持し、冷却材である液体ナトリウム（Ｎａ）を導入するエントランスノズルを有する。エントランスノズルより導入される冷却材は、燃料集合体１内部、すなわち、複数本の燃料ピン１７間、最外周燃料ピン１７とラッパ管１２の内壁間を、長軸方向上方へ流れることにより、核分裂により生じる発熱を冷却する。
【００２１】
また、図１に示すように、ハンドリングヘッド１１の上部は、ラッパ管１２と同様に横断面六角形状の中空体形状を有し、ハンドリングヘッド上面２１より所定の距離下方に楔状の凹部を形成するハンドリングヘッド楔状窪み部２２を有する。ハンドリングヘッド１１がこのような形状を有することで、燃料交換機の先端部を上方よりハンドリングヘッド１１に挿入しその先端部が開くことで、燃料交換機の先端部とハンドリングヘッド楔状窪み部２２とが嵌合し高速炉の炉心１０１より燃料集合体１を抜き取ることが可能となる。また、燃料ペレットとして、例えば、プルトニウムを富化した劣化ウラン（Ｕ−２３８）、プルトニウム酸化物（ＰｕＯ２）及び劣化ウランの酸化物（ＵＯ２）を混合した混合酸化物（ＭＯＸ（Ｍｉｘｅｄ  Ｏｘｉｄｅ）燃料）が用いられる。
【００２２】
図１に示すように、ラッパ管１２には開口１３が設けられている。この開口１３の下端部はガスプレム領域１６の下端部に対応する位置にあり、そこから上方へと開口部が形成されている。すなわち、開口１３は、ガスプレナム領域１６の下端部を含み、その上方へと延在し形成される。図１では、開口１３はガスプレナム領域１６の範囲内に形成された例を示しているが、これに限らず、開口１３の上端部はナトリウムプレナム領域１５の範囲内へと延在するよう形成しても良い。このように、開口１３の下端部はガスプレナム領域１６の下端部に対応する位置にあり燃料領域１８にかからぬよう形成されるため、高速炉の通常運転状態においても、燃料集合体１内をその下方より上方へと流れる冷却材は、燃料領域１８の上端部まで確実に通流でき、燃料ピン１７の被覆管温度が最も高い燃料領域１８の上端部を冷却することが可能となる。これにより、通常運転状態においても燃料ピンの熱的余裕の低下を防止することができる。
【００２３】
図２に、図１に示す本発明の燃料集合体のＡ−Ａ断面矢視図を示す。この断面図はガスプレナム領域１６での横断面であるが、横断面六角形状のラッパ管１２内に複数本の燃料ピン１７が稠密配置され、その配列は三角格子状となる。燃料集合体１の６面の側壁を形成するラッパ管１２には、図２に示すように、１面おきに開口１３を設けている。すなわち開口１３を有する側壁が相互に隣接しないよう配置されている。開口１３の幅Ｗ１（燃料集合体１の長軸に直交する方向の幅）は、最大でＷ２、すなわち、最外周燃料ピン１７のうちコーナーに配置される２本の最外周燃料ピン１７の中心間の距離まで広げることができる。なお、開口１３の最小幅については特に制限はなく、開口１３を介して燃料集合体１の外部へと冷却材が流れるバイパス流を確保できるものであれば良い。なお、上述のとおり、燃料集合体１が炉心１０１に装荷された状態では、冷却材は、燃料集合体１内の複数本の燃料ピン１７間、最外周燃料ピン１７とラッパ管１２の内壁間を、長軸方向上方へ流れる冷却材の流路が形成される。これらの流路のうち、最外周燃料ピン１７とラッパ管１２の内壁との間に形成される流路を通流する冷却材の流れを、本明細書では集合体周辺流（詳細は後述）と称する。
【００２４】
図３に図１に示す燃料集合体１の上面図を示し、図４に図３に示す燃料集合体のＢ−Ｂ断面矢視図であり、ハンドリングヘッド１１の上部構造を示す。図３においては、ハンドリングヘッド上面２１とハンドリングヘッド楔状窪み部２２及び燃料ピン１７との配置関係を分かり易くするため便宜上、燃料ピン１７の配置位置を点線で示している。図３に示すように、ハンドリングヘッド上面２１の３箇所に略十字状のマーカー２３を設けている。このマーカー２３の位置は、図２に示す開口１３を有するラッパ管１２の側壁と対応している。そしてこのマーカー２３は、図４の上図に示すように縦断面が凸状の突起又は図４の下図に示すように縦断面が凹状の溝として形成される。このマーカー２３は、後述する炉心１０１への燃料交換機による燃料集合体１の挿入時において、開口１３を有するラッパ管１２の側壁の位置を把握することを可能とし、作業性を向上することができる。高速炉の炉心１０１は、冷却材である液体ナトリウムで満たされており、作業員の目視によるマーカー２３の確認はできないものの、超音波によりマーカー２３を画像化することで、容易に確認可能であり、これにより、燃料交換時における作業性を向上できる。
【００２５】
なお、マーカー２３の形状は、略十字状に限らず、横断面が略円形又は矩形いずれの形状でも良い。
【００２６】
次に、燃料集合体１が装荷される高速炉の炉心について説明する。図５は、図１に示す燃料集合体１が装荷された高速炉の炉心１０１の平面図及び図２に示す燃料集合体１が３体隣接配置された状態を示す横断面図である。高速炉の炉心１０１は、原子炉容器（図示せず）内に配置され、内側炉心領域１０１、この内側炉心領域１０１を取り囲む外側炉心領域１０３を有する炉心領域、径方向中性子反射体領域１０４、径方向中性子遮蔽体領域１０５及び制御棒１０６を有する。炉心１０１の半径方向において、径方向中性子反射体領域１０４が炉心領域を取り囲んで炉心燃料領域と隣り合っており、径方向中性子遮蔽体領域１０５が径方向中性子反射体領域１０４を取り囲んでいる。
【００２７】
炉心１０１の炉心領域（内側炉心領域１０２及び外側炉心領域１０３を含む）には、ＭＯＸ燃料を含む複数の燃料集合体１が装荷されており、また、高速炉の起動時、停止時及び出力の調節時に用いられる制御棒１０６が装荷されている。制御棒１０６は、炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）ペレットをステンレス鋼製の被覆管に封入した複数の中性子吸収棒を有する。図５の下図に示されるように、隣接配置される３体の燃料集合体１ａ、１ｂ、１ｃは、それぞれラッパ管１２の側壁に設けられた開口１３同士が対向しないように配置されている。また、燃料集合体１ａ及び燃料集合体１ｂのラッパ管１２の側壁のうち、相互に対向する側壁の外壁間の間隙であるインターラッパーギャップ１９が形成されている。同様に、燃料集合体１ａ及び燃料集合体１ｃとの間、燃料集合体１ｂ及び燃料集合体１ｃとの間にもインターラッパーギャップ１９が形成されている。このインターラッパーギャップ１９は炉心１０１内で炉心の軸方向上方へ流れる冷却材の流路となり、本明細書では、このインターラッパーギャップ１９内を通流する冷却材の流れをインターラッパー流と称する。
【００２８】
図６に、図５に示す２体の燃料集合体のＣ−Ｃ断面矢視図であり、集合体周辺流３１及びインターラッパー流３２を示す図である。図６に示されるように、燃料集合体１ａ内の集合体周辺流３１は、最外周燃料ピン１７とラッパ管１２の内壁との間に形成される流路を長軸方向上方へ流れ、燃料領域１８を通過後、開口１３よりインターラッパーギャップ１９に流れ込む。このとき、燃料集合体１ａの開口１３と対向する燃料集合体１ｂのラッパ管１２の側壁には開口１３が形成されていないため、インターラッパーギャップ１９に流れ出た集合体周辺流３１はインターラッパー流３２となり、集合体出口方向（燃料集合体１の長軸方向上方）へ流れる。
【００２９】
以上のとおり、本実施例では、冷却材流量喪失等の過渡事象時に発生したボイドによる冷却材流のブロックを防止するためのバイパス流を、炉心１０１に装荷された全ての燃料集合体１について実現するため、集合体周辺流３１及びインターラッパー流３２によりバイパス流を形成する構成としている。上述のとおり集合体周辺流３１は、最外周燃料ピン１７とラッパ管１２の内壁との間に形成される流路に沿った流れであり、図２又は図５に示されるように燃料集合体１の中央部に配置された複数の燃料ピン１７間に形成される流路より流路面積が大きく（流路抵抗が小さい）、さらに一方が非発熱体であるラッパ管１２に接するため冷却材の温度が低い。そのため、集合体周辺流３１が通流する流路では、中央部の流路に比べてボイド化が遅れ、液相ないし二相流の流れとして集合体周辺流３１は維持される。更に、インターラッパー流３２により高熱伝導率のラッパ管１２の内壁に最も近接する最外周燃料ピン１７は冷却されるため、仮に、ボイドが発生した場合であっても、集合体周辺流３１及びインターラッパー流３２により、最外周燃料ピン１７が配置される領域までボイドが伸展することはない。
【００３０】
本実施例によれば、冷却材流量喪失等の過渡事象時に発生するボイドによる冷却材流のブロックを防止し、通常運転時における燃料ピンの熱的余裕の低下を防止し得る高速炉用燃料集合体及びそれを装荷する炉心を実現できる。
【００３１】
また、本実施例によれば、仮に、ナトリウムプレナム領域１５が１００％ボイド状態に至った場合であっても、集合体周辺流３１及びインターラッパー流３２により形成されるバイパス流により、燃料集合体１中の燃料領域１８は冷却されるため、ボイドが燃料領域１８へ伸展することを防止できる。これにより実効的なボイド反応度が負となり、高速炉の安全性を向上することが可能となる。
【００３２】
また、本実施例によれば、ハンドリングヘッド上面２１に設けられたマーカー２３を超音波により画像化し参照することで、燃料集合体１の交換時の作業性を向上できる。
【実施例２】
【００３３】
図７に実施例２に係る燃料集合体の縦断面、特に、高速炉の炉心に装荷される際の長軸方向の上側半分を示す部分断面図を示す。実施例１と同様の構成要素に同一の符号を付している。実施例１では、燃料集合体１の６面の側壁のうち、１面おきに開口１３を設けたことに対し、本実施例では６面の側壁すべてに開口１３を設ける点が異なる。
【００３４】
図７に示されるように、燃料集合体１は、実施例１と同様、核分裂性物質である燃料ペレットを長軸方向に複数収容し燃料領域１８を成し、燃料領域１８の上端部に配置されるガスプレナム領域１６を有する燃料ピン１７、燃料ピン１７を複数本束ね、その燃料ピン束の上端部の上方に設けたれたナトリウムプレナム領域１５、ナトリウムプレナム領域１５の上方に配置される中性子遮蔽体１４、複数の燃料ピン１７を束ね中性子遮蔽体１４を収容する横断面六角形状でステンレス鋼製のラッパ管１２、中性子遮蔽体１４の上方に設けられ燃料交換機により高速炉の炉心１０１（図１１）への挿入または炉心からの抜き取りを可能とするハンドリングヘッド１１より構成される。そして、ラッパ管１２には開口部３が設けられ、この開口１３の下端部はガスプレナム領域１６に下端部に対応する位置にあり、そこから上方へナトリウムプレナム領域１５の一部に達するまで延在し形成されている。このように、開口１３の下端部はガスプレナム領域１６の下端部に対応する位置にあり燃料領域１８にかからぬよう形成されるため、高速炉の通常運転状態においても、燃料集合体１内をその下方より上方へと流れる冷却材は、燃料領域１８の上端部まで確実に通流でき、燃料ピン１７の被覆管温度が最も高い燃料領域１８の上端部を冷却することが可能となる。これにより、通常運転状態においても燃料ピンの熱的余裕の低下を防止することができる。
【００３５】
図８に、図７に示す本発明の燃料集合体のＡ−Ａ断面矢視図を示す。図８に示されるように、開口１３は、燃料集合体１の６面の側壁を形成するラッパ管１２の全ての側壁に設けられている。これら開口１３は、それぞれ側壁の中央部より片側に寄せて設けられている。そして片側に寄せる方向は、図８に示すように横断面六角形状の周方向反時計回りに６面全てが片側に寄せられている。開口１３の燃料集合体１の長軸に直交する方向の幅は、一端が側壁の中央部から所定の距離だけオフセットされ、他端は最外周燃料ピン１７のうち、コーナーに配置される１本の最外周燃料ピン１７の中心に対応する位置までの間となるよう開口１３が形成される。なお、開口１３をそれぞれの側壁の中央部より片側に寄せる方向は、周方向に６面全て同一方向であれば良く、図８に示す方向と逆方向、すなわち、周方向時計回りとしても良い。
【００３６】
図９は図７に示す燃料集合体の上面図であり、図１０は図９に示す燃料集合体のＢ−Ｂ断面矢視図であり、ハンドリングヘッドの上部構造を示す。図９及び図１０に示されるように、ハンドリングヘッド上面２１の６箇所に略円形状のマーカー２３を設けている。これらマーカー２３の位置は開口１３に対応している。実施例１と同様に超音波によりマーカー２３を画像化することで、ラッパ管１２の６面の側壁に設けられた開口１３の位置を把握することが可能となる。但し、本実施例においては、後述するように必ずしもマーカー２３を設ける必要はない。
【００３７】
次に、本実施例の燃料集合体１が装荷される高速炉の炉心について説明する。図１１は、図７に示す燃料集合体が装荷された高速炉の炉心の平面図及び図８に示す燃料集合体が３体隣接配置された状態を示す横断面図である。図１１の上図に示す高速炉の炉心１０１の構造は、実施例１と同様であるため説明を省略する。
【００３８】
図１１の下図に示されるように、隣接配置される３体の燃料集合体１ａ、１ｂ、１ｃは、それぞれラッパ管１２の６面の側壁に設けられた開口１３が、燃料集合体１ａ、１ｂ、１ｃの横断面周方向に反時計回りの方向へ各側壁中央部より片側に寄せて形成されている。従って、燃料集合体１ａと燃料集合体１ｂの側壁のうち、相互に対向する側壁に形成された開口１３同士は、側壁中央部より反対方向へ片寄せされているため対向することはない。炉心１０１に装荷される全ての燃料集合体１の６面の側壁に形成される開口１３がすべて横断面周方向に側壁中央部より同一方向へ片寄せされている場合は、開口１３の位置を考慮することなく炉心１０１に燃料集合体１を装荷することが可能となる。よって実施例１と比較し、燃料集合体１を炉心１０１へ装荷する際の作業性が更に向上する。
【００３９】
ここで、本実施例における集合体周辺流３１及びインターラッパー流３２によりバイパス流の形成について説明する。図１１の下図においては集合体周辺流３１及びインターラッパー流３２を図示していないが、例えは、燃料集合体１ｂに対向する燃料集合体１ａの側壁に形成された開口１３を介して、集合体周辺流３１はインターラッパーギャップ１９へ流れ込む。このとき、燃料集合体１ｂの側壁に形成された開口１３はその側壁中央部より反対側に片寄されているため、インターラッパーギャップ１９に流れ出た集合体周辺流３１のほぼ全てあるいはその大半は、燃料集合体１ｂの開口１３に流入することなく、インターラッパー流３２となり、集合体出口方向（燃料集合体１の長軸方向へ）流れる。
【００４０】
本実施例によれば、冷却材流量喪失等の過渡事象時に発生するボイドによる冷却材流のブロックを防止し、通常運転時における燃料ピンの熱的余裕の低下を防止し得る高速炉用燃料集合体及びそれを装荷する炉心を実現できる。
【００４１】
また、本実施例によれば、実施例１による効果に加え、燃料集合体の側壁に形成された開口の位置を考慮することなく炉心への装荷が可能となるため、実施例１と比較し更に作業性の向上が図られる。
【００４２】
なお、実施例１及び実施例２では、燃料集合体当りの燃料ピン本数が３７本の燃料集合体を用いたが、これに限らず、更に収容する燃料ピン数を増加した大型の燃料集合体にも同様に適用できる。
【００４３】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の実施例の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ・・・燃料集合体、１１・・・ハンドリングヘッド、１２・・・ラッパ管、１３・・・開口、１４・・・中性子遮蔽体、１５・・・ナトリウムプレナム領域、１６・・・ガスプレナム領域、１７・・・燃料ピン、１８・・・燃料領域、１９・・・インターラッパーギャップ、２１・・・ハンドリングヘッド上面、２２・・・ハンドリングヘッド楔状窪み部、２３・・・マーカー、３１・・・集合体周辺流、３２・・・インターラッパー流、１０１・・・炉心、１０２・・・内側炉心領域、１０３・・・外側炉心領域、１０４・・・径方向中性子反射体領域、１０５・・・径方向中性子遮蔽体領域、１０６・・・制御棒
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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