(57)【要約】【課題】燃料棒の振動に起因した振動応力及び応力集中を緩和し得る支持構造を備えた燃料集合体及び原子炉、並びに原子力プラントを提供する。【解決手段】燃料集合体は、フランジ部を外周に有し、鉛直方向に沿って延在する複数の燃料棒と、前記複数の燃料棒が挿通される複数の貫通孔を有し、且つ、前記複数の燃料棒を支持するための支持板と、を備える。前記支持板は、前記複数の燃料棒のうち少なくとも一本の燃料棒の前記フランジ部の水平方向における動きを許容しながら該フランジ部を下方から支持するように構成される。【選択図】  図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フランジ部を外周に有し、鉛直方向に沿って延在する複数の燃料棒と、
前記複数の燃料棒が挿通される複数の貫通孔を有し、且つ、前記複数の燃料棒を支持するための支持板と、を備え、
前記支持板は、前記複数の燃料棒のうち少なくとも一本の燃料棒の前記フランジ部の水平方向における動きを許容しながら該フランジ部を下方から支持するように構成されたことを特徴とする燃料集合体。
【請求項２】
前記複数の燃料棒は、前記燃料集合体の状態を検出するための熱音響センサを有する燃料棒センサを含み、
前記少なくとも一本の燃料棒は、前記燃料棒センサを含むことを特徴とする請求項１に記載の燃料集合体。
【請求項３】
前記支持板の前記貫通孔は、前記少なくとも一本の燃料棒の前記フランジ部以外の外径よりも大きく、前記貫通孔の外周縁を画定する前記支持板の孔内壁と前記少なくとも一本の燃料棒の外周面との間には水平方向に第１間隙が形成されており、
前記支持板は、前記第１間隙の少なくとも一部に相当する距離だけ前記少なくとも一本の燃料棒の水平方向における動きを許容するように構成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料集合体。
【請求項４】
前記フランジ部には、少なくとも一つの開口が設けられており、
前記支持板は、
前記貫通孔が設けられた平板部と、
前記少なくとも一本の燃料棒の前記フランジ部の前記開口の内壁面に対して半径方向において第２間隙を空けて前記開口の内側に位置するように前記平板部の上面に立設された支柱部と、
を含み、
前記支持板は、前記第２間隙の少なくとも一部に相当する距離だけ前記少なくとも一本の燃料棒の前記フランジ部の水平方向における動きを許容するように構成されたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の燃料集合体。
【請求項５】
前記支持板は、
前記支柱部の先端に設けられ、前記支柱部の外径よりも大きな直径を有する大径部
をさらに含み、
前記少なくとも一本の燃料棒の前記フランジ部は、前記平板部の前記上面と前記大径部の下面との間において、前記平板部の前記上面によって下方から支持されることを特徴とする請求項４に記載の燃料集合体。
【請求項６】
前記支柱部は、前記支持板の前記平板部の前記上面に取り付けられた支持ボルトの軸部であり、
前記大径部は、前記支持ボルトの頭部であることを特徴とする請求項４又は５に記載の燃料集合体。
【請求項７】
前記支持板は、
前記貫通孔が設けられた平板部と、
前記少なくとも一本の燃料棒の前記フランジ部と前記平板部との間に設けられ、前記フランジ部の前記平板部に対する水平方向の動きを許容するように変形可能なフレキシブル部と、
を含むことを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の燃料集合体。
【請求項８】
前記支持板は、
前記貫通孔が設けられた平板部と、
前記少なくとも一本の燃料棒の前記フランジ部と前記平板部との間に設けられる摩擦係数向上部と、
を含み、
前記摩擦係数向上部と前記少なくとも一本の燃料棒の前記フランジ部との間の摩擦係数、または、前記摩擦係数向上部と前記平板部との間の摩擦係数の少なくとも一方は、前記フランジ部と前記平板部との間の摩擦係数よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の燃料集合体。
【請求項９】
原子炉容器と、
前記原子炉容器に収容される請求項１乃至８の何れか一項に記載の燃料集合体と、
を備えることを特徴とする原子炉。
【請求項１０】
請求項９に記載の原子炉と、
前記原子炉で発生した熱によって生成された蒸気により駆動されるように構成された蒸気タービンと、
を備えることを特徴とする原子力プラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、複数の燃料棒を備えた燃料集合体及び原子炉、並びに原子力プラントに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、原子力プラント等において用いられる燃料集合体は、複数の燃料棒が支持構造に支持された構成となっている。
例えば、特許文献１には、複数の燃料棒を支持格子で束ねた燃料集合体が記載されている。また、特許文献２には、複数の燃料棒の下端がベースによって支持された燃料集合体が記載されている。この燃料集合体においては、燃料棒の下端にクランプが取り付けられており、ベースに対するクランプの鉛直方向の移動が許容されることによって、燃料棒の下端に隙間が形成されるようになっている。
【０００３】
一方、従来から、熱を音波に変換し、又は音波を熱に変換する熱音響デバイスが知られている。例えば、特許文献３には、レゾネータ（共鳴装置）として機能するチャンバを画定するハウジングと、チャンバの中に配置されるスタックとを備える熱音響センサ（熱音響デバイス）が開示されている。この熱音響センサでは、スタックがハウジング内部又は外部の熱源からの熱を受けてスタックの両端部にある程度の温度差が生じると、ハウジングの周囲の温度に応じた周波数の音波が生成されるようになっている。したがって、レゾネータで共鳴する音波の周波数を計測することで、ハウジング周囲の温度を知ることができる。また、特許文献３には、原子炉の圧力容器（原子炉容器）内の燃料棒に上述の熱音響センサを組み込んで、燃料棒の周囲を流れる冷却材の温度監視に利用することが記載されている。この熱音響センサでは、燃料棒の被覆管をハウジングとして用い、燃料棒内部の燃料ペレットを熱源としてスタックの両端に温度差を生じさせるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１３０３５号公報
【特許文献２】国際公開第２０１２／００４３０５号
【特許文献３】米国特許出願公開第２０１４／００５０２９３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、燃料集合体においては、燃料棒において何らからの振動が発生した場合、燃料棒の支持構造に加わる応力によって支持構造やその周辺部材に不具合が生じる可能性がある。例えば、特許文献３に記載されるように燃料棒内部に熱音響センサを組み込んだ場合、燃料棒内で発生した気柱共鳴音により燃料棒が振動し、燃料棒の支持構造に振動応力が作用する。そのため、支持構造の疲労破壊による損傷を引き起こす可能性がある。
【０００６】
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、燃料棒の振動に起因した振動応力及び応力集中を緩和し得る支持構造を備えた燃料集合体及び原子炉、並びに原子力プラントを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る燃料集合体は、
フランジ部を外周に有し、鉛直方向に沿って延在する複数の燃料棒と、
前記複数の燃料棒が挿通される複数の貫通孔を有し、且つ、前記複数の燃料棒を支持するための支持板と、を備え、
前記支持板は、前記複数の燃料棒のうち少なくとも一本の燃料棒の前記フランジ部の水平方向における動きを許容しながら該フランジ部を下方から支持するように構成されたことを特徴とする。
【０００８】
上記（１）の燃料集合体によれば、複数の燃料棒を支持するための支持板が、複数の燃料棒のうち少なくとも一本の燃料棒のフランジ部の水平方向における動きを許容しながらフランジ部を下方から支持するように構成されている。そのため、燃料棒で振動が発生した場合であっても、燃料棒は支持板に対して水平方向に動くことができるので、燃料棒と支持板との連結部（支持構造）における応力集中や振動応力を緩和できる。よって、燃料棒の振動に起因して、燃料棒の支持構造やその周辺部材が破損することを防げる。
【０００９】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記複数の燃料棒は、前記燃料集合体の状態を検出するための熱音響センサを有する燃料棒センサを含み、
前記少なくとも一本の燃料棒は、前記燃料棒センサを含む。
上記（２）の構成によれば、熱音響センサによって発生した気注共鳴音により燃料棒センサが振動した場合であっても、燃料棒と支持板との連結部における応力集中を緩和し、また振動応力に起因した高サイクル疲労を未然に防ぐことができる。
【００１０】
（３）一実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、
前記支持板の前記貫通孔は、前記少なくとも一本の燃料棒の前記フランジ部以外の外径よりも大きく、前記貫通孔の外周縁を画定する前記支持板の孔内壁と前記少なくとも一本の燃料棒の外周面との間には水平方向に第１間隙が形成されており、
前記支持板は、前記第１間隙の少なくとも一部に相当する距離だけ前記少なくとも一本の燃料棒の水平方向における動きを許容するように構成される。
上記（３）の構成によれば、貫通孔を形成する支持板の孔内壁と燃料棒の外周面との間に、水平方向に第１間隙が形成されているので、燃料棒が振動した場合に、第１間隙の分だけ燃料棒が水平方向に動く余地があり、燃料棒の振動に起因した応力が燃料棒と支持板との連結部に集中することを回避できる。
【００１１】
（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れかの構成において、
前記フランジ部には、少なくとも一つの開口が設けられており、
前記支持板は、
前記貫通孔が設けられた平板部と、
前記少なくとも一本の燃料棒の前記フランジ部の前記開口の内壁面に対して半径方向において第２間隙を空けて前記開口の内側に位置するように前記平板部の上面に立設された支柱部と、
を含み、
前記支持板は、前記第２間隙の少なくとも一部に相当する距離だけ前記少なくとも一本の燃料棒の前記フランジ部の水平方向における動きを許容するように構成されている。
上記（４）の構成によれば、支柱部の外周面とフランジ部の開口の内壁面との間に第２間隙が設けられているので、第２間隙の分だけ燃料棒が水平方向に動く余地があり、燃料棒の振動に起因した応力が燃料棒と支持板との連結部に集中することを回避できる。
【００１２】
（５）一実施形態では、上記（４）の構成において、
前記支持板は、
前記支柱部の先端に設けられ、前記支柱部の外径よりも大きな直径を有する大径部をさらに含み、
前記少なくとも一本の燃料棒の前記フランジ部は、前記平板部の前記上面と前記大径部の下面との間において、前記平板部の前記上面によって下方から支持される。
上記（５）によれば、支柱部の先端に大径部が設けられているので、燃料棒のフランジ部は、鉛直方向において平板部の上面と大径部の下面との間に保持される。そのため、燃料棒の鉛直方向における過大な変位を阻止できる。
【００１３】
（６）一実施形態では、上記（４）又は（５）の構成において、
前記支柱部は、前記支持板の前記平板部の前記上面に取り付けられた支持ボルトの軸部であり、
前記大径部は、前記支持ボルトの頭部である。
上記（６）の構成によれば、支柱部及び大径部が支持ボルトによって構成されるので、支柱部及び大径部の支持板への取付けが容易となる。
【００１４】
（７）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（６）のいずれかの構成において、
前記支持板は、
前記貫通孔が設けられた平板部と、
前記少なくとも一本の燃料棒の前記フランジ部と前記平板部との間に設けられ、前記フランジ部の前記平板部に対する水平方向の動きを許容するように変形可能なフレキシブル部と、を含む。
上記（７）の構成によれば、燃料棒のフランジ部と支持板の平板部との間にフレキシブル部が設けられているので、燃料棒の水平方向の動きを許容して燃料棒の振動に起因した応力を緩和するとともに、フレキシブル部によって燃料棒の振動を減衰させることができる。
【００１５】
（８）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（７）の何れかの構成において、
前記支持板は、
前記貫通孔が設けられた平板部と、
前記少なくとも一本の燃料棒の前記フランジ部と前記平板部との間に設けられる摩擦係数向上部と、
を含み、
前記摩擦係数向上部と前記少なくとも一本の燃料棒の前記フランジ部との間の摩擦係数、または、前記摩擦係数向上部と前記平板部との間の摩擦係数の少なくとも一方は、前記フランジ部と前記平板部との間の摩擦係数よりも大きい。
上記（８）の構成によれば、燃料棒のフランジ部と支持板の平板部との間に摩擦係数向上部が設けられているので、燃料棒の水平方向の動きを許容して燃料棒の振動に起因した応力を緩和するとともに、摩擦係数向上部によって燃料棒の振動を減衰させることができる。
【００１６】
（９）本発明の少なくとも一実施形態に係る原子炉は、
原子炉容器と、
前記原子炉容器に収容される上記（１）乃至（８）の何れかに記載の燃料集合体と、
を備えることを特徴とする。
上記（９）の原子炉によれば、燃料棒と支持板との連結部における、燃料棒の振動に起因した応力集中及び振動応力を緩和できるため、耐久性の高い原子炉を提供できる。
【００１７】
（１０）本発明の少なくとも一実施形態に係る原子力プラントは、
上記（９）に記載の原子炉と、
前記原子炉で発生した熱によって生成された蒸気により駆動されるように構成された蒸気タービンと、
を備えることを特徴とする。
上記（１０）の原子力プラントによれば、耐久性の高い原子炉を備えるため、信頼性の高い原子力プラントを提供できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、燃料棒で振動が発生した場合であっても、燃料棒は支持板に対して水平方向に動くことができるので、燃料棒と支持板との連結部（支持構造）における応力集中や振動応力を緩和できる。よって、燃料棒の振動に起因して、燃料棒の支持構造やその周辺部材が破損することを防げる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】一実施形態に係る原子力プラントの概略構成図である。
【図２】一実施形態に係る原子炉の断面図である。
【図３Ａ】一実施形態に係る燃料集合体の一例を示す側面図である。
【図３Ｂ】図３ＡのＡ−Ａ’断面図である。
【図４】一実施形態に係る熱音響センサを有しない燃料棒の概略構成図である。
【図５】一実施形態に係る熱音響センサが組み込まれた燃料棒（燃料棒センサ）の概略構成図である。
【図６】一実施形態に係る、フランジ部を備えた燃料棒の部分構成を示す斜視図である。
【図７】一実施形態において燃料棒を支持した状態の支持板の平面図である。
【図８】一実施形態に係る燃料棒と支持板の連結部の構造を示す断面図である。
【図９】他の実施形態に係るフランジ部を備えた燃料棒の部分構成を示す斜視図である。
【図１０】他の実施形態において燃料棒を支持した状態の支持板の平面図である。
【図１１】他の実施形態に係る燃料棒と支持板の連結部の構造を示す断面図である。
【図１２】一実施形態の変形例に係る燃料棒と支持板の連結部の構造を示す断面図である。
【図１３】一実施形態の他の変形例に係る燃料棒と支持板の連結部の構造を示す断面図である。
【図１４】さらに他の実施形態に係る燃料棒と支持板の連結部の構造を示す断面図である。
【図１５】一実施形態の変形例に係るフランジ部を備えた燃料棒の部分構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００２１】
図１は、一実施形態に係る原子力プラント１の概略構成図である。図１に示すように、原子力プラント１は、核分裂反応で発生する熱エネルギーにより蒸気を生成するための原子炉２と、原子炉２で生成された蒸気により駆動される蒸気タービン４と、蒸気タービン４の回転軸の回転により駆動される発電機６と、を備える。なお、図１に示す原子炉２は、加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Ｐｒｅｓｓｕｒｉｚｅｄ  Ｗａｔｅｒ  Ｒｅａｃｔｏｒ）である。他の実施形態では、原子炉２は沸騰水型原子炉（ＢＷＲ：Ｂｏｉｌｉｎｇ  Ｗａｔｅｒ  Ｒｅａｃｔｏｒ）であってもよく、あるいは、加圧水型原子炉及び沸騰水型原子炉を含む軽水炉とは異なり、減速材又は冷却材として軽水以外の物質を用いるタイプの原子炉であってもよい。
【００２２】
原子炉２は、一次冷却水（一次冷却材）が流れる一次冷却ループ１０と、一次冷却ループ１０に設けられる原子炉容器（圧力容器）１１、加圧器１４、蒸気発生器１６及び一次冷却材ポンプ１８と、を含む。一次冷却材ポンプ１８は、一次冷却ループ１０において一次冷却水を循環させるように構成される。また、加圧器１４は、一次冷却ループ１０において、一次冷却水が沸騰しないように、一次冷却水を加圧するように構成される。なお、原子炉２を構成する原子炉容器１１、加圧器１４、蒸気発生器１６及び一次冷却材ポンプ１８は、原子炉格納容器１９に格納される。
原子炉容器１１にはペレット状の核燃料（例えばウラン燃料やＭＯＸ燃料等）を含む燃料棒１２が収容されており、この燃料の核分裂反応で発生する熱エネルギーにより、原子炉容器１１の中の一次冷却水が加熱される。原子炉容器１１には、原子炉出力を制御するために、核燃料を含む炉心で生成される中性子数を吸収して調整するための制御棒１３が設けられている。なお、原子炉容器１１内で加熱された一次冷却水は蒸気発生器１６に送られ、熱交換により二次冷却ループ２０を流れる二次冷却水（二次冷却材）を加熱して蒸気を発生させる。
【００２３】
蒸気発生器１６において生成された蒸気は、高圧タービン２１及び低圧タービン２２を含む蒸気タービン４に送られて、蒸気タービン４を回転駆動させる。また、蒸気タービン４は回転軸を介して発電機６と連結されており、発電機６は該回転軸の回転により駆動されて、電気エネルギーを生成する。なお、高圧タービン２１と低圧タービン２２との間には湿分分離加熱器２３が設けられており、高圧タービン２１で仕事をした後の蒸気を再度加熱してから低圧タービン２２に送るようになっている。
【００２４】
二次冷却ループ２０には、復水器２４、低圧給水加熱器２６、脱気器２７及び高圧給水加熱器２９が設けられており、低圧タービン２２で仕事をした後の蒸気がこれらの機器を通る過程で凝縮されるとともに加熱され、蒸気発生器１６に戻るようになっている。二次冷却ループ２０には、復水ポンプ２５及び給水ポンプ２８が設けられており、これらのポンプにより二次冷却ループ２０において二次冷却水が循環するようになっている。また、復水器２４には、低圧タービン２２からの蒸気を熱交換により冷却するための冷却水（例えば海水）がポンプ１５を介して供給されるようになっている。
【００２５】
次に、図２、図３Ａ及び図３Ｂを参照して、一実施形態に係る原子炉２（主として原子炉容器１１及びその周辺構造）の具体的な構成について説明する。なお、図２は、一実施形態に係る原子炉２の断面図である。図３Ａは、実施形態に係る燃料棒１２を含む燃料集合体５０の一例を示す図であり、図３Ｂは、図３ＡのＡ−Ａ’断面図である。なお、図２において、図中の矢印は冷却材の流れを示している。
【００２６】
図２に示すように、一実施形態に係る原子炉２において、原子炉容器１１は、原子炉容器本体６０と、開閉可能な原子炉容器蓋（上鏡）６１とを含む。
原子炉容器本体６０は、下部が半球形状をなす下鏡６５により閉塞された円筒形状となっている。そして、原子炉容器本体６０は、上部に一次冷却水としての軽水（冷却材）を供給する入口ノズル（入口管台）６６と、軽水を排出する出口ノズル（出口管台）６７とが形成されている。また、原子炉容器本体６０は、入口ノズル６６及び出口ノズル６７とは別に、図示しない注水ノズル（注水管台）が形成されている。
【００２７】
原子炉容器本体６０の内部には、入口ノズル６６及び出口ノズル６７より上方に上部炉心支持板６８が固定されており、下方の下鏡６５の近傍に位置するように下部炉心支持板６９が固定されている。下鏡６５には、複数の計測管台８３が取り付けられている。上部炉心支持板６８及び下部炉心支持板６９は、円板形状をなしており、図示しない多数の連通孔が形成されている。そして、上部炉心支持板６８の下方には、複数の炉心支持ロッド７０を介して、図示しない多数の連通孔が形成された上部炉心板７１が連結されている。
原子炉容器本体６０の内部には、該原子炉容器本体６０の内壁面と所定間隔をもって、円筒形状をなす炉心槽７２が配置されている。炉心槽７２は、上部が上部炉心板７１に連結され、下部に下部炉心板７３が連結されている。下部炉心板７３は、円板形状をなし、図示しない多数の連通孔が形成されており、下部炉心支持板６９に支持されている。
【００２８】
炉心７４は、上部炉心板７１と炉心槽７２と下部炉心板７３により形成されている。
炉心７４の内部には、多数の燃料集合体５０及び多数の制御棒１３が配置されている。多数の制御棒１３は、上端部がまとめられて制御棒クラスタ５１となり、燃料集合体５０内に挿入可能となっている。上部炉心支持板６８には、該上部炉心支持板６８を貫通するように、多数の制御棒クラスタ案内管７５が固定されている。各制御棒クラスタ案内管７５は、下端部が燃料集合体５０内の制御棒クラスタ５１まで延出されている。
【００２９】
具体的には、図３Ａ及び図３Ｂに示す燃料集合体５０は、燃料集合体５０の両端部に配置されて冷却材の流路を確保するための上部ノズル５６及び下部ノズル５８と、上部ノズル５６と下部ノズル５８との間に設けられる燃料棒１２、炉内計装用案内シンブル５３及び制御棒案内シンブル５５と、燃料棒１２を格子配列に維持するための支持板（支持格子）５４と、を含む。燃料棒１２は、後述する熱音響センサ４０を有する燃料棒センサ１２Ａ（図５、図７及び図１０参照）と、熱音響センサ４０を有しない燃料棒１２Ｂ（図４、図７及び図１０参照）と、を含む。なお、一実施形態において、支持板５４は、燃料棒１２の配列を維持する機能の他に燃料棒１２を支持する機能を有している。燃料棒１２を支持するための支持板５４の具体的な構成については後述する。
上部ノズル５６及び下部ノズル５８の各々と、炉内計装用案内シンブル５３及び制御棒案内シンブル５５の各々とは、溶接により互いに接合されており、燃料集合体５０の支持骨格を形成している。
なお、燃料集合体５０に含まれる複数の燃料棒１２における核分裂反応は、複数の制御棒１３を備える制御棒クラスタ５１により制御されるようになっている。制御棒クラスタ５１は制御棒駆動装置７６（図２参照）により駆動されて、制御棒クラスタ５１の備える複数の制御棒１３が制御棒案内シンブル５５の中を上下に移動するようになっている。
【００３０】
図２に戻り、原子炉容器１１を構成する原子炉容器蓋６１は、上部が半球形状をなし、磁気式ジャッキの制御棒駆動装置７６が設けられており、原子炉容器蓋６１と一体をなすハウジング７７内に収容されている。多数の制御棒クラスタ案内管７５は、上端部が制御棒駆動装置７６まで延出され、該制御棒駆動装置７６から延出された制御棒クラスタ駆動軸７８が、制御棒クラスタ案内管７５内を通って燃料集合体５０まで延出され、制御棒クラスタ５１を把持可能に構成されている。制御棒駆動装置７６は、上下方向に延設されて制御棒クラスタ５１に連結され、制御棒クラスタ駆動軸７８を上下動させることで、原子炉２の出力を制御している。
【００３１】
上記構成を有する原子炉２においては、制御棒駆動装置７６により制御棒クラスタ駆動軸７８を移動して燃料集合体５０から制御棒１３を所定量引き抜くことで、炉心７４内での核分裂を制御し、発生した熱エネルギーにより原子炉容器１１内に充填された軽水が加熱され、高温の軽水が出口ノズル６７から排出され、上述したように、蒸気発生器１６に送られる。すなわち、燃料集合体５０を構成する原子燃料が核分裂することで中性子を放出し、減速材及び一次冷却水としての軽水が、放出された高速中性子の運動エネルギーを低下させて熱中性子とし、新たな核分裂を起こしやすくするとともに、発生した熱を奪って冷却する。一方、制御棒１３を燃料集合体５０に挿入することで、炉心７４内で生成される中性子数を調整し、また、制御棒１３を燃料集合体５０に全て挿入することで、原子炉を緊急に停止することができる。
【００３２】
ここで、図４及び図５を参照して、上述した燃料棒１２について具体的に説明する。なお、図４及び図５では、燃料棒１２が備えるフランジ部９０（図６乃至図１５参照）は省略している。
【００３３】
図４は、一実施形態に係る熱音響センサ４０を有しない燃料棒１２Ｂの概略構成図である。図４に示すように、燃料棒１２Ｂは、被覆管３０と、被覆管３０の内部に収容された燃料ペレット３２と、被覆管３０の両端を封止するための端栓（３４，３６）と、を含む。なお、端栓３４は、燃料棒１２Ｂが原子炉容器１１に装着された際に鉛直方向上側に位置する端栓であり、端栓３６は、燃料棒１２Ｂが原子炉容器１１に装着された際に鉛直方向下側に位置する端栓である。また、被覆管３０の内部には、例えばヘリウムが加圧封入されていてもよい。
被覆管３０の内部において、燃料ペレット３２は、端栓３４により一端の位置が定まる付勢部材３７（図４においてはコイルばね）によって付勢されて、付勢部材３７と端栓３６との間に固定される。また、付勢部材３７で燃料ペレット３２を付勢することにより、被覆管３０の内部において、燃料ペレット３２の上端面３３と上側端栓３４の下端面３５との間にはプレナム３１が形成されており、燃料ペレット３２の核分裂により生成されるガスがプレナム３１の中に閉じ込められるようになっている。
【００３４】
被覆管３０及び端栓（３４，３６）は、例えばジルカロイ−４を材料として作製され、被覆管３０と端栓３４及び被覆管３０と端栓３６は、それぞれ溶接により接合されて密封構造とされる。
燃料ペレット３２は、ウラン燃料やＭＯＸ燃料の材料を成形して焼結したものであり、通常は円柱状の形状を有する。
【００３５】
図５は、一実施形態に係る熱音響センサ４０が組み込まれた燃料棒センサ１２Ａの概略構成図である。図２に示した複数の燃料棒１２のうちいくつかは、以下に説明するように熱音響センサ４０が組み込まれた燃料棒センサ１２Ａである。なお、図５に示す燃料棒センサ１２Ａは、端栓３６と燃料ペレット３２との間に固定リング３８が設けられており、燃料ペレット３２を付勢する付勢部材３７の一端の位置は固定リング３８により定まるようになっている点を除いて、図４に示す燃料棒１２Ｂと同様の構成を有する。
図５に示すように、熱音響センサ４０は、レゾネータとして機能するチャンバ４２を画定するハウジング４１と、チャンバ４２の中に配置されるスタック４４とを備える。ここでは、燃料棒センサ１２Ａの被覆管３０がハウジング４１の機能を有する。図５に示す例では、ハウジング４１の内壁面と、端栓３４の下端面３５と、燃料ペレット３２の上端面３３とにより、長さがＬのチャンバ４２が画定される。
スタック４４は、その両端、すなわち熱源に近い側の高温側端４５と、熱源からより遠い側の低温側端４６との間にある程度の温度差が生じると、チャンバ４２の中で音波を生成する熱音響素子である。燃料ペレット３２は、スタック４４に熱を与える熱源としての役割を有し、燃料ペレット３２からの熱により、スタック４４において高温側端４５と低温側端４６との間に温度差が生じる。また、燃料ペレット３２からの熱に加えて、燃料ペレット３２の核分裂反応によって発生する電磁波により、スタック４４の高温側端４５がさらに加熱されると、スタック４４において高温側端４５と低温側端４６との間でさらに温度差が生じる。この温度差が所定値以上になると、スタック４４を流れる熱流束の一部が、チャンバ４２内部の温度に応じた周波数をもつ音波に変換される。
スタック４４と燃料ペレット３２とは、チャンバ（レゾネータ）４２の中で音の定在波が生成するような位置関係になっている。
【００３６】
スタック４４は、チャンバ４２の長さ方向に沿って平行に配列された複数の微細な孔（チャネル）を有するセラミック素子である。
他の実施形態では、スタック４４は、例えば、金属スパイラル、金属フォーム、金属フェルト、セラミックフォーム又はカーボンフォームから構成されていてもよく、ハニカム構造を有していてもよい。
また、図５に示すスタック４４の断面形状は、円筒状のハウジング４１の断面形状に合わせた円形状であるが、四角形等別の形状を有していてもよい。
【００３７】
上述のように、熱音響センサ４０にて生成される音の定在波の周波数は、チャンバ４２内部の温度に依存し、該周波数はチャンバ４２内の有効温度とともに増加する。なお、チャンバ４２内の有効温度とは、チャンバ４２内部の温度が一様であると仮定される場合に、同一の周波数の定在波を生成する時の温度である。このような有効温度として、例えば、チャンバ４２内の温度の積分平均又は重みづけ平均を用いることができる。
また、チャンバ４２内の温度は、スタック４４からの放射熱や、ハウジング４１（被覆管３０）の周囲に存在する一次冷却材（以降において単に「冷却材」とも称する）の温度に依存して決まる。
したがって、熱音響センサ４０にて生成される音の定在波の周波数を計測すれば、ハウジング４１の周囲の冷却材の温度を知ることができる。
【００３８】
ここで、熱音響センサ４０で発せられる音（共鳴音）の周波数と、熱音響センサ４０のレゾネータ（チャンバ４２）内部の温度との相関関係は、以下のように説明できる。
レゾネータ（チャンバ４２）の長さがＬであるとき、レゾネータの両端が固定端である場合の音の定在波の基本振動における波長は２Ｌであるので、熱音響センサ４０で発せられる音（共鳴音）の周波数ｆとレゾネータ内部の気体の温度Ｔとの関係は、下記式（１）で表すことができる。
【数１】
2016161520.tif 000003
ただし、式（１）において、ｃは音速であり、κはレゾネータ内部の気体の比熱比であり、Ｔはレゾネータ内部の気体の温度であり、Ｒは気体定数である。式（１）により示されるように、共鳴音の周波数ｆは、熱音響センサ４０のレゾネータ（チャンバ４２）内部の温度Ｔに依存する。
【００３９】
また、上述の式（１）を変形して得られる下記式（２）により、熱音響センサ４０で発せられた音（共鳴音）の周波数ｆに対応するレゾネータ内部の気体の温度Ｔを算出することができる。
【数２】
2016161520.tif 000004
また、熱音響センサ４０の周囲の冷却材の温度と、レゾネータ（チャンバ４２）内部の温度Ｔとは、相関性を有する。よって、熱音響センサ４０共鳴音の周波数は、熱音響センサ４０の周囲の冷却材の温度に依存する。したがって、熱音響センサ４０により発せられる共鳴音の周波数と、熱音響センサ４０の周囲の冷却材の温度とは互いに相関関係を有する。
このことから、原子炉容器１１内の冷却材の正常な温度範囲の上限値及び下限値をそれぞれ示す冷却材温度の閾値ＴｃＴｈ＿Ｈ及びＴｃＴｈ＿Ｌを予め定めておき、上記式（２）により得られる冷却材温度が閾値の範囲外であれば、原子炉２の状態が異常であると判断することができる。
なお、原子炉容器１１内の冷却材の正常な温度範囲の上限値及び下限値をそれぞれ示す冷却材温度の閾値ＴｃＴｈ＿Ｈ及びＴｃＴｈ＿Ｌは、データ蓄積装置より採取された健全時の運転データに基づいて決定されもよい。
【００４０】
また、熱音響センサ４０にて生成される音の定在波の周波数は、チャンバ４２内に存在する混合ガスの平均分子量にも依存し、該周波数は、混合ガスの比熱比γと平均分子量Ｍとの比（γ／Ｍ）と相関性を有する。よって、熱音響センサ４０にて生成される音の定在波の周波数によって、混合ガスに関する情報が提供される。
【００４１】
なお、燃料棒センサ１２Ａに組み込まれた熱音響センサ４０では、燃料ペレット３２において経年変化によるクラックが発生した場合に、以下のような現象が発生する。まず、クラックはハウジング４１の内部においてガスの体積を増やすので、レゾネータ（チャンバ４２）の有効長さが長くなり、共鳴周波数が減少する。また、クラックにより燃料ペレット３２の表面積が増えるので、音波の振幅が減少する。
よって、燃料棒センサ１２Ａに組み込まれたレゾネータにより発せられる音について共鳴振動数や振幅の変化を観測することで、燃料ペレット３２の経年劣化を監視することができる。
【００４２】
このように、熱音響センサ４０にて生成される音の定在波の周波数や振幅を計測することにより、燃料棒センサ１２Ａの周囲の冷却材の温度に関する情報を得ることができる。
【００４３】
熱音響センサ４０にて生成される音波は、ハウジング４１（燃料棒センサ１２Ａの被覆管３０）及びハウジング４１の周囲に存在する冷却材を介して伝達される。このように伝達される音波は、遠隔地においてマイクロフォンやハイドロフォン等の音検出器で受け取ることができる。図１に示す例では、音検出器４９は、原子炉容器１１の外壁に取り付けられている。但し、音検出器４９の取付け位置はこれに限定されるものではない。
【００４４】
熱音響センサ４０は、原子炉容器１１内において互いに異なる位置に複数設置してもよい。これにより、異なる複数の位置における燃料棒センサ１２Ａの内部及び燃料棒センサ１２Ａの周囲の冷却水に関する情報を得ることができる。
この場合、各熱音響センサ４０からの音を区別できるようにするために、複数の熱音響センサが生成する定在波の波長を、互いに異ならせてもよい。各音響センサ４０のレゾネータ（チャンバ４２）の長さＬは、例えば、各音響センサ４０において生成させる定在波の波長の１／２程度としてもよい。
【００４５】
また、原子炉容器１１内に複数の熱音響センサ４０を設ける場合、熱音響センサ４０の各々が異なる方向に指向性を持つようにして（即ち、生成される音波がそれぞれ異なる特定の方向に伝播するようにして）、複数の熱音響センサ４０によって生成される音波が混在しないようにしてもよい。
【００４６】
以上においては、スタック４４の両端に温度差を生じさせるための熱源として燃料棒センサ１２Ａ内部の燃料ペレット３２を用いる実施形態について説明したが、他の実施形態では、このような熱源として、ガンマ線吸収材等の高エネルギー放射線吸収体を用いてもよい。
例えば、燃料棒センサ１２Ａの内部の一端側において、熱源である燃料ペレット３２から封止された領域を形成し、熱音響センサ４０は、熱源としての高エネルギー放射線吸収体とともにこの領域に設けられてもよい。
【００４７】
このように熱源として高エネルギー放射線吸収体を用いる場合、熱音響センサ４０は、原子炉容器１１の内部において、高エネルギー放射線に曝されるように核燃料に十分近いところに配置される。
また、この場合、熱音響センサ４０の内部には核燃料が存在せず、核分裂によるガスの生成は起こらないため、チャンバ４２内の混合ガスの平均分子量は変化しない。このため、熱音響センサ４０で生じる音の定在波の周波数は、温度に依存して変化するが、混合ガスの分子量や核燃料の状態（クラックの生成等）に依っては変化しない。
【００４８】
上述したように、原子炉容器１１内に熱音響センサ４０が設けられている場合、熱音響センサ４０内で発生した気柱共鳴音により燃料棒１２（特に燃料棒センサ１２Ａ）が振動し、燃料棒１２の支持構造に振動応力が作用する。そのため、支持構造の疲労破壊による損傷を引き起こす可能性がある。
そこで、本実施形態に係る燃料集合体５０（図２、図３Ａ及び図３Ｂ参照）は、以下に説明する図６乃至図１５に示されるように、燃料棒１２の振動に起因した振動応力及び応力集中を緩和可能な支持構造を備えている。
【００４９】
まず、図６乃至図１５に示す実施形態における共通の構成について説明する。
【００５０】
図６、図９及び図１５は、各実施形態における、フランジ部９０を備えた燃料棒１２の部分構成を示す斜視図である。なお、図６、図９及び図１５に示す燃料棒１２は、熱音響センサ４０（図５参照）を有する燃料棒センサ１２Ａ、又は熱音響センサ４０を有しない燃料棒１２Ｂである。
これらの図に示されるように、燃料棒１２は、鉛直方向に沿って延在しており、外周面にフランジ部９０が設けられている。フランジ部９０は、燃料棒１２の外周を取り囲むように環状に形成されていてもよい。また、フランジ部９０は、水平方向に延在していてもよい。このフランジ部９０は、支持板５４（図３Ａ、図３Ｂ、図７及び図１０参照）に対応して、鉛直方向において少なくとも一つ以上設けられていればよい。例えば、全ての支持板５４に対応して複数のフランジ部９０が設けられていてもよいし、いずれか２以上の支持板５４に対応して複数のフランジ部９０が設けられていてもよい。あるいは、一つの支持板５４に対応した位置に一つのフランジ部９０のみが設けられていてもよい。その場合、フランジ部９０は燃料棒センサ１２Ａの上部に位置してもよい。また、フランジ部９０は、燃料棒１２の被覆管３０（図４及び図５参照）と一体的に設けられていてもよいし、被覆管３０に対して着脱自在に取り付けられてもよい。
【００５１】
図７及び図１０は、各実施形態において燃料棒１２を支持した状態の支持板５４の平面図である。なお、図７及び図１０は、支持板５４の一つのグリッドを切り出して示したものである。
これらの図に示されるように、支持板５４は、複数の燃料棒１２（１２Ａ，１２Ｂ）が挿通される複数の貫通孔１０１Ａ，１０１Ｂを有している。フランジ部９０に対応した高さに位置する支持板５４は、複数の燃料棒１２を支持するように構成されている。
【００５２】
一実施形態では、熱音響センサ４０（図５参照）によって振動が生じやすい燃料棒１２（例えば燃料棒センサ１２Ａ）が挿通される貫通孔１０１Ａの方が、熱音響センサ４０によって振動が生じにくい燃料棒１２（例えば熱音響センサ４０を有しない燃料棒１２Ｂ）が挿通される貫通孔１０１Ｂよりも孔径が大きい。これは、熱音響センサ４０による振動に起因した燃料棒１２の水平方向の変位を許容するために、燃料棒センサ１２Ａやその近傍の燃料棒１２Ｂと貫通孔１０１Ａとの間に第１間隙Ｃ１を設けているためである。なお、第１間隙Ｃ１については後述する。
【００５３】
図８及び図１１乃至図１４は、各実施形態における、燃料棒１２と支持板５４の連結部の構造（支持構造）を示す断面図である。
これらの図に示すように、支持板５４は、複数の燃料棒１２のうち少なくとも一本の燃料棒１２のフランジ部９０の水平方向における動きを許容しながら該フランジ部９０を下方から支持するように構成されている。具体的には、支持板５４は、フランジ部９０の下面に対して直接又は間接的に当接し、フランジ部９０を介して燃料棒１２の荷重を受けるようになっている。
【００５４】
この構成によれば、燃料棒１２で振動が発生した場合であっても、燃料棒１２は支持板５４に対して水平方向に動くことができるので、燃料棒１２と支持板５４との連結部（支持構造）における応力集中や振動応力を緩和できる。よって、燃料棒１２の振動に起因して、燃料棒１２の支持構造やその周辺部材が破損することを防げる。すなわち、熱音響センサ４０（図５参照）によって発生した気注共鳴音により燃料棒センサ１２Ａが振動した場合であっても、燃料棒１２と支持板５４との連結部における応力集中を緩和し、また振動応力に起因した高サイクル疲労を未然に防ぐことができる。
【００５５】
一実施形態では、支持板５４は、貫通孔１０１が設けられた平板部１００を有する。貫通孔１０１は、少なくとも一本の燃料棒１２のフランジ部９０以外の外径（図４又は図５に示す被覆管３０の外径）よりも大きい。貫通孔１０１の径は、貫通孔１０１の外周縁を画定する平板部１００の孔内壁１００ａと燃料棒１２の外周面との間に水平方向に第１間隙Ｃ１が形成されるように設定される。
また、支持板５４は、第１間隙Ｃ１の少なくとも一部に相当する距離だけ燃料棒１２のフランジ部９０の水平方向における動きを許容するように構成されている。
【００５６】
この構成によれば、貫通孔１０１を形成する平板部１００の孔内壁１００ａと燃料棒１２の外周面との間に、水平方向に第１間隙Ｃ１が形成されているので、燃料棒１２が振動した場合に、第１間隙Ｃ１の分だけ燃料棒１２が水平方向に動く余地があり、燃料棒１２の振動に起因した応力が燃料棒１２と支持板５４との連結部に集中することを回避できる。
【００５７】
次に、各実施形態について詳細に説明する。
【００５８】
図６は、一実施形態に係るフランジ部９０を備えた燃料棒１２の部分構成を示す斜視図である。図７は、一実施形態において燃料棒１２を支持した状態の支持板５４の平面図である。図８は、一実施形態に係る燃料棒１２と支持板５４の連結部の構造を示す断面図である。
【００５９】
図６乃至図８に示されるように、一実施形態において、燃料棒１２のフランジ部９０には少なくとも一つの開口９０ａが設けられている。図示される例では、環状のフランジ部９０に４つの円形の開口９０ａが設けられており、これらの開口９０ａが周方向に等間隔に配列されている。
一方、支持板５４は、貫通孔１０１（１０１Ａ，１０１Ｂ）が設けられた平板部１００と、該平板部１００の上面に立設された支柱部１１１と、を含んでいる。支柱部１１１は、フランジ部９０の開口９０ａの内壁面９０ｂに対して半径方向において第２間隙Ｃ２を空けて開口９０ａの内側に位置する。そして、支持板５４は、第２間隙Ｃ２の少なくとも一部に相当する距離だけ燃料棒１２のフランジ部９０の水平方向における動きを許容するように構成されている。
【００６０】
この構成によれば、支柱部１１１の外周面とフランジ部９０の開口９０ａの内壁面９０ｂとの間に第２間隙Ｃ２が設けられているので、第２間隙Ｃ２の分だけ燃料棒１２が水平方向に動く余地があり、燃料棒１２の振動に起因した応力が燃料棒１２と支持板５４との連結部に集中することを回避できる。
なお、第２間隙Ｃ２は、上記第１間隙Ｃ１よりも水平方向の距離が小さくてもよい。この場合、水平方向において許容される燃料棒１２の変位は、第２間隙Ｃ２によって決定される。
【００６１】
一実施形態において、支持板５４は、支柱部１１１の先端に設けられ、該支柱部１１１の外径よりも大きな直径を有する大径部１１２をさらに含んでいる。そして、フランジ部９０は、平板部１００の上面と大径部１１２の下面との間において、平板部１００の上面によって下方から支持される。
この構成によれば、支柱部１１１の先端に大径部１１２が設けられているので、燃料棒１２のフランジ部９０は、鉛直方向において平板部１００の上面と大径部１１２の下面との間に保持される。そのため、燃料棒１２の鉛直方向における過大な変位を阻止できる。
また、この構成において、大径部１１２の下面とフランジ部９０の上面との間には、第３間隙Ｃ３が形成されていてもよい。これにより、燃料棒１２が振動した際に、鉛直方向における微小な動きを許容でき、支持構造における振動応力及び応力集中をより一層緩和することができる。
【００６２】
図８に示す例では、支柱部１１１及び大径部１１２は、支持ボルト１１０によって構成される。すなわち、支柱部１１１は、支持板５４の平板部１００の上面に取り付けられた支持ボルト１１０の軸部であり、大径部１１２は、支持ボルト１１０の頭部である。一構成例では、軸部１１１の先端に雄ねじ部１１３が設けられており、平板部１００に形成されたねじ穴に螺合するようになっている。また、雄ねじ部１１３が軸部１１１よりも小径に形成され、軸部１１１と雄ねじ部１１３との間に段差１１３ａが設けられていてもよい。支持ボルト１１０を平板部１００に取り付ける際、段差１１３ａが平板部１００の上面に当接することによって支持ボルト１１０が鉛直方向において位置決めされる。これにより、支持ボルト１１０を平板部１００に取り付けた状態において、フランジ部９０の上面と支持ボルト１１０の頭部１１２の下面との間の第３間隙Ｃ３を適正に確保することができる。
この構成によれば、支柱部１１１及び大径部１１２が支持ボルト１１０によって構成されるので、支柱部１１１及び大径部１１２の支持板５４への取付けが容易となる。
【００６３】
図９は、他の実施形態に係るフランジ部９０を備えた燃料棒１２の部分構成を示す斜視図である。図１０は、他の実施形態において燃料棒１２を支持した状態の支持板５４の平面図である。図１１は、他の実施形態に係る燃料棒１２と支持板５４の連結部の構造を示す断面図である。なお、図９では、説明を容易にするために、燃料棒１２と共に支持板５４のフレキシブル部１２０を図示している。
【００６４】
図９乃至図１１に示されるように、他の実施形態において、支持板５４は、貫通孔１０１（１０１Ａ，１０１Ｂ）が設けられた平板部１００と、燃料棒１２のフランジ部９０と平板部１００との間に設けられたフレキシブル部１２０と、を含む。燃料棒１２の荷重は、フレキシブル部１２０を介して平板部１００の上面で受けるようになっている。
フレキシブル部１２０は、燃料棒１２のフランジ部９０と平板部１００との間に設けられ、フランジ部９０の平板部１００に対する水平方向の動きを許容するように変形可能に構成される。フレキシブル部１２０は弾性部材で構成されてもよい。例えば、図１１に示される例では、フレキシブル部１２０は、一端がフランジ部９０の下面に取り付けられ、他端が平板部１００の上面に取り付けられたコイルばねである。
【００６５】
この構成によれば、燃料棒１２のフランジ部９０と支持板５４の平板部１００との間にフレキシブル部１２０が設けられているので、燃料棒１２の水平方向の動きを許容して燃料棒１２の振動に起因した支持構造への応力を緩和するとともに、フレキシブル部１２０によって燃料棒１２の振動を減衰させることができる。
また、フレキシブル部１２０を弾性部材（例えばコイルばね）で構成することによって、鉛直方向における燃料棒１２の動きも許容することができ、燃料棒１２の振動に起因した支持構造への応力をより一層緩和することができる。
【００６６】
図１２及び図１３に示すように、図８に示した一実施形態と、図１１に示した他の実施形態とを組み合わせた支持構造を採用することもできる。ここで、図１２は、一実施形態の変形例に係る燃料棒１２と支持板５４の連結部の構造を示す断面図である。図１３は、一実施形態の他の変形例に係る燃料棒１２と支持板５４の連結部の構造を示す断面図である。
【００６７】
図１２に示す変形例においては、燃料棒１２のフランジ部９０には少なくとも一つの開口９０ａが設けられている。一方、支持板５４は、平板部１００と、該平板部１００の上面に立設され、開口９０ａの内側に配置された支柱部１１１と、支柱部１１１の先端に設けられた大径部１１２と、を含んでいる。また、支持板５４は、燃料棒１２のフランジ部９０と平板部１００との間に設けられたフレキシブル部１２０をさらに含んでいる。
フレキシブル部１２０は、一端がフランジ部９０の下面に当接し、他端が支持板５４の上面に当接した状態で配置されている。燃料棒１２の荷重は、フランジ部９０からフレキシブル部１２０を介して平板部１００の上面で受けるようになっている。
【００６８】
この構成によれば、燃料棒１２の水平方向の許容変位を、主として、支柱部１１１の外周面とフランジ部９０の開口９０ａの内壁面９０ｂとの間の第２間隙Ｃ２によって調整することができるとともに、フレキシブル部１２０によって燃料棒１２の振動を減衰させることができる。また、大径部１１２によって、燃料棒１２の鉛直方向における過大な変位を阻止できる。
【００６９】
図１３に示す他の変形例においては、燃料棒１２のフランジ部９０には少なくとも一つの開口９０ａが設けられている。一方、支持板５４は、平板部１００と、該平板部１００の上面に立設され、開口９０ａの内側に配置された支柱部１１１と、支柱部１１１の先端に設けられた大径部１１２と、を含んでいる。また、支持板５４は、支柱部１１１及び大径部１１２を介して燃料棒１２のフランジ部９０と平板部１００との間に設けられたフレキシブル部１２０をさらに含んでいる。
フレキシブル部１２０は、一端が大径部１１２の下面に当接し、他端がフランジ部９０の上面に当接した状態で配置されている。燃料棒１２の荷重は、フランジ部９０を介して平板部１００の上面で受けるようになっている。
【００７０】
この構成によれば、燃料棒１２の水平方向の許容変位を、主として、支柱部１１１の外周面とフランジ部の開口９０ａの内壁面９０ｂとの間の第２間隙Ｃ２によって調整することができるとともに、フレキシブル部１２０によって燃料棒１２の振動を減衰させることができる。また、大径部１１２によって、燃料棒１２の鉛直方向における過大な変位を阻止できる。
【００７１】
図１４は、さらに他の実施形態に係る燃料棒１２と支持板５４の連結部の構造を示す断面図である。
図１４に示されるように、支持板５４は、貫通孔１０１が設けられた平板部１００と、燃料棒１２のフランジ部９０と平板部１００との間に設けられる摩擦係数向上部１３０と、を含む。この構成においては、貫通孔１０１の縁に沿って環状の摩擦係数向上部１３０が設けられていてもよいし、複数の摩擦係数向上部１３０が貫通孔１０１の縁に沿って周方向に配列されていてもよい。
摩擦係数向上部１３０と燃料棒１２のフランジ部９０との間の摩擦係数、または、摩擦係数向上部１３０と平板部１００との間の摩擦係数の少なくとも一方は、フランジ部９０と平板部１００との間の摩擦係数よりも大きい。
【００７２】
この構成によれば、燃料棒１２のフランジ部９０と支持板５４の平板部１００との間に摩擦係数向上部１３０が設けられているので、燃料棒１２の水平方向の動きを許容して燃料棒１２の振動に起因した応力を緩和するとともに、摩擦係数向上部１３０によって燃料棒１２の振動を減衰させることができる。
【００７３】
以上説明したように、上述の実施形態によれば、燃料棒１２で振動が発生した場合であっても、燃料棒１２は支持板５４に対して水平方向に動くことができるので、燃料棒１２と支持板５４との連結部（支持構造）における応力集中や振動応力を緩和できる。よって、燃料棒１２の振動に起因して、燃料棒１２の支持構造やその周辺部材が破損することを防げる。
【００７４】
また、上述した支持構造を図２に示した原子炉２に適用することによって、燃料棒１２と支持板５４との連結部における、燃料棒１２の振動に起因した応力集中及び振動応力を緩和できるため、耐久性の高い原子炉２を提供できる。
さらに、この原子炉２を図１に示した原子力プラント１に適用することによって、耐久性の高い原子炉２を備えることとなり、信頼性の高い原子力プラント１を提供できる。
【００７５】
本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
【００７６】
例えば、上述の実施形態では、燃料棒１２が燃料棒センサ１２Ａを含む場合に、熱音響センサ４０によって発生する燃料棒１２の振動に起因した支持構造への振動応力及び応力集中を低減する構成について説明したが、振動の発生源は熱音響センサ４０に限定されるものではない。具体的には、燃料棒１２が燃料棒センサ１２Ａを含まない場合に、熱音響センサ４０とは別の振動源によって発生する燃料棒１２の振動に対しても上述の支持構造を適用可能である。あるいは、燃料棒１２が燃料棒センサ１２Ａを含む場合であっても、他の振動源によって発生する燃料棒１２の振動に対して上述の支持構造を適用することができる。
【００７７】
また、上述の実施形態では、一本の燃料棒１２における少なくとも一つのフランジ部９０に対して全て同一の支持構造を採用した場合について説明したが、一本の燃料棒１２における複数のフランジ部９０に対してそれぞれ異なる支持構造を採用してもよい。例えば、図１５に示す変形例では、燃料棒１２の鉛直方向に異なる位置に複数設けられたフランジ部９０に対して、図８に示した支持構造と、図１１に示した支持構造とをそれぞれ適用している。図示される例では、上方のフランジ部９０には、支柱部１１１（図８参照）が挿通する開口９０ａが設けられており、その下方のフランジ部９０は、支持板５４との間にフレキシブル部１２０が介装されるようになっている。なお、図１５は、一実施形態の変形例に係るフランジ部９０を備えた燃料棒１２の部分構成を示す斜視図である。
【００７８】
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【符号の説明】
【００７９】
１        原子力プラント
２        原子炉
４        蒸気タービン
６        発電機
１０      一次冷却ループ
１１      原子炉容器
１２      燃料棒
１３      制御棒
１６      蒸気発生器
２０      二次冷却ループ
２１      高圧タービン
２２      低圧タービン
３２      燃料ペレット
４０      熱音響センサ
４９      音検出器
５０      燃料集合体
５１      制御棒クラスタ
７４      炉心
７５      制御棒クラスタ案内管
９０      フランジ部
９０ａ    開口
９０ｂ    内壁面
１００    平板部
１００ａ  孔内壁
１００ｂ  ねじ穴
１０１    貫通孔
１０１Ａ  貫通孔
１０１Ｂ  貫通孔
１１０    支持ボルト
１１１    支柱部（軸部）
１１２    大径部（頭部）
１２０    フレキシブル部
１３０    摩擦係数向上部
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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