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JP2022091259A - Reactor core structure and nuclear reactor - Google Patents

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JP2022091259A JP2020203980A JP2020203980A JP2022091259A JP 2022091259 A JP2022091259 A JP 2022091259A JP 2020203980 A JP2020203980 A JP 2020203980A JP 2020203980 A JP2020203980 A JP 2020203980A JP 2022091259 A JP2022091259 A JP 2022091259A
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core
control member
fuel rods
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reactor vessel
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JP2020203980A
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Japanese (ja)
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晃一 家山
Koichi Ieyama
道 中里
Michi Nakazato
望 村上
Nozomi Murakami
洋 谷口
Hiroshi Taniguchi
寛和 杉浦
Hirokazu Sugiura
慎二郎 猪又
Shinjiro Inomata
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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Abstract

To increase fuel loading capacity.SOLUTION: A reactor core structure provided herein has all fuel rods 8 independently arranged in a triangular grid pattern in a reactor core 7.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本開示は、炉心構造および原子炉に関する。 The present disclosure relates to a core structure and a nuclear reactor.

例えば、特許文献1には、炉心を構成する燃料集合体として、複数の燃料棒が、三角格子状に配列され、相互の間隔をスペーサにより保持されている構成が示されている。この燃料集合体は、放射状に複数の薄板状の制御要素を持つ制御要素集合体を挿入する領域が燃料棒の配列内部の軸方向に沿って設けられている。 For example, Patent Document 1 discloses a configuration in which a plurality of fuel rods are arranged in a triangular lattice pattern as a fuel assembly constituting the core, and the distance between the fuel rods is maintained by a spacer. In this fuel assembly, a region for inserting the control element assembly having a plurality of thin plate-shaped control elements radially is provided along the axial direction inside the array of fuel rods.

特開平2-228591号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2-228591

燃料集合体は、複数の燃料棒が束ねられて構成され、その複数が林立して配置されることで炉心を構成する。燃料装荷量を増加すると、炉心寿命を延ばすことが可能となる。しかし、燃料集合体を用いた場合、炉心と炉心槽の隙間は核燃料が配置できない領域となる。このため、所定の炉心範囲において燃料装荷量を増加または最大化できない。 A fuel assembly is composed of a plurality of fuel rods bundled together, and the plurality of fuel rods are arranged in a forest to form a core. Increasing the fuel load can extend the life of the core. However, when a fuel assembly is used, the gap between the core and the core tank is an area where nuclear fuel cannot be placed. Therefore, the fuel load cannot be increased or maximized in a predetermined core range.

本開示は、上述した課題を解決するものであり、燃料装荷量を増加することのできる炉心構造および原子炉を提供することを目的とする。 The present disclosure is to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a core structure and a nuclear reactor capable of increasing the fuel load.

上述の目的を達成するために、本開示の一態様に係る炉心構造は、炉心の全ての燃料棒が独立して三角格子状に配置されている。 In order to achieve the above object, in the core structure according to one aspect of the present disclosure, all the fuel rods of the core are independently arranged in a triangular lattice pattern.

上述の目的を達成するために、本開示の一態様に係る原子炉は、原子炉容器と、上記の炉心構造を有して前記原子炉容器の内部に配置された炉心と、前記原子炉容器の内部に配置され前記原子炉容器の外部から二次冷却材が供給される一方で前記二次冷却材の蒸気が前記原子炉容器の外部に排出される蒸気発生器と、前記原子炉容器の内部に配置され前記二次冷却材と熱交換する一次冷却材を前記炉心と前記蒸気発生器とに循環させる一次冷却材ポンプと、前記原子炉容器の内部に配置され前記炉心に制御部材を抜き差しする制御部材駆動機構と、を備える。 In order to achieve the above-mentioned object, the reactor according to one aspect of the present disclosure includes a reactor vessel, a core having the above-mentioned core structure and arranged inside the reactor vessel, and the reactor vessel. A steam generator, which is arranged inside the reactor vessel and the secondary coolant is supplied from the outside of the reactor vessel while the steam of the secondary coolant is discharged to the outside of the reactor vessel, and the reactor vessel. A primary cooling material pump that is arranged inside and circulates a primary cooling material that exchanges heat with the secondary cooling material between the core and the steam generator, and a control member that is placed inside the reactor vessel and inserted and removed from the core. The control member drive mechanism is provided.

本開示は、燃料装荷量を増加できる。 The present disclosure can increase the fuel load.

図1は、実施形態に係る原子炉の模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a nuclear reactor according to an embodiment. 図2は、実施形態に係る炉内の模式図である。FIG. 2 is a schematic view of the inside of the furnace according to the embodiment. 図3は、実施形態に係る炉心の一部拡大断面模式図である。FIG. 3 is a partially enlarged sectional schematic view of the core according to the embodiment. 図4は、実施形態に係る炉心の一部拡大断面模式図である。FIG. 4 is a partially enlarged sectional schematic view of the core according to the embodiment. 図5は、実施形態に係る炉心の断面模式図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the core according to the embodiment. 図6は、実施形態に係る炉心における制御部材の一部裁断模式図である。FIG. 6 is a partially cut schematic diagram of a control member in the core according to the embodiment. 図7は、実施形態に係る炉心の拡大模式図である。FIG. 7 is an enlarged schematic view of the core according to the embodiment. 図8は、実施形態に係る炉心における燃料棒の拡大底面図である。FIG. 8 is an enlarged bottom view of the fuel rods in the core according to the embodiment. 図9は、実施形態に係る炉心における燃料棒の拡大底面図である。FIG. 9 is an enlarged bottom view of the fuel rods in the core according to the embodiment. 図10は、実施形態に係る炉心における燃料棒の拡大底面図である。FIG. 10 is an enlarged bottom view of fuel rods in the core according to the embodiment. 図11は、実施形態に係る炉心の他の例の断面模式図である。FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of another example of the core according to the embodiment.

以下に、本開示に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。 Hereinafter, embodiments according to the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to this embodiment. In addition, the components in the following embodiments include those that can be easily replaced by those skilled in the art, or those that are substantially the same.

図1は、実施形態に係る原子炉の模式図である。 FIG. 1 is a schematic diagram of a nuclear reactor according to an embodiment.

実施形態の原子炉1は、原子炉容器2と、炉心支持構造物3と、制御部材駆動機構4と、蒸気発生器5と、一次冷却材ポンプ6と、を含み構成されている。 The reactor 1 of the embodiment includes a reactor vessel 2, a core support structure 3, a control member drive mechanism 4, a steam generator 5, and a primary coolant pump 6.

原子炉容器2は、炉心支持構造物3と、制御部材駆動機構4と、蒸気発生器5と、一次冷却材ポンプ6と、を全て内包するものである。原子炉容器2は、圧力容器であり、上方が開口した容器本体2Aと、容器本体2Aの上部の開口を塞ぐ容器蓋2Bと、により構成されている。容器蓋2Bは、容器本体2Aに対して着脱可能に設けられている。容器本体2Aは、下方が閉塞された円筒形状に形成されている。この原子炉容器2は、内部に一次冷却材が満たされる。一次冷却材は、例えば、軽水からなる。 The reactor vessel 2 includes a core support structure 3, a control member drive mechanism 4, a steam generator 5, and a primary coolant pump 6. The reactor vessel 2 is a pressure vessel, and is composed of a vessel body 2A having an opening at the top and a vessel lid 2B having an opening at the top of the vessel body 2A. The container lid 2B is detachably provided with respect to the container body 2A. The container body 2A is formed in a cylindrical shape with the lower part closed. The inside of the reactor vessel 2 is filled with a primary coolant. The primary coolant consists of, for example, light water.

炉心支持構造物3は、炉心7を支持するため、炉心槽3Aと、上部炉心支持板3Bと、下部炉心支持板3Cと、を有する。炉心槽3Aは、上下方向に延びる円筒形状に形成されている。上部炉心支持板3Bは、炉心槽3Aの下部に設けられ、炉心7が構成される上方に配置されている。下部炉心支持板3Cは、炉心槽3Aの下端に設けられ、炉心7が構成される下方に配置されている。なお、上部炉心支持板3Bに替えて上部炉心板としてもよい。また、下部炉心支持板3Cに替えて下部炉心板としてもよい。この炉心支持構造物3は、原子炉容器2の中心に配置されている。 The core support structure 3 has a core tank 3A, an upper core support plate 3B, and a lower core support plate 3C in order to support the core 7. The core tank 3A is formed in a cylindrical shape extending in the vertical direction. The upper core support plate 3B is provided at the lower part of the core tank 3A and is arranged above the core 7. The lower core support plate 3C is provided at the lower end of the core tank 3A and is arranged below the core 7. The upper core plate may be used instead of the upper core support plate 3B. Further, the lower core plate may be used instead of the lower core support plate 3C. The core support structure 3 is arranged in the center of the reactor vessel 2.

制御部材駆動機構4は、後述する制御部材10を炉心7に対して挿入したり抜き出したりするものである。本実施形態の制御部材10は、炉心7の複数位置に上から挿入される。このため制御部材駆動機構4は、各制御部材10に対応し、炉心7の上方であって原子炉容器2の内部における最上部に至り配置されている。なお、制御部材駆動機構4は、炉心7への挿入方向に制御部材10を付勢する付勢装置が設けられており、クラッチ機構などにより制御部材10との駆動が絶たれた場合に自動的に炉心7に挿入される。このため、例えば、炉心7の炉心温度が設定する温度以上となった緊急時に、自動的に制御部材10が炉心7に挿入されて炉心7の燃料棒8の反応度を下げることができる。 The control member drive mechanism 4 inserts and removes the control member 10 described later with respect to the core 7. The control member 10 of the present embodiment is inserted into a plurality of positions of the core 7 from above. Therefore, the control member drive mechanism 4 corresponds to each control member 10 and is arranged above the core 7 and reaches the uppermost portion inside the reactor vessel 2. The control member drive mechanism 4 is provided with an urging device that urges the control member 10 in the direction of insertion into the core 7, and is automatically driven when the drive with the control member 10 is cut off by a clutch mechanism or the like. Is inserted into the core 7. Therefore, for example, in an emergency when the core temperature of the core 7 becomes equal to or higher than the set temperature, the control member 10 can be automatically inserted into the core 7 to reduce the reactivity of the fuel rods 8 of the core 7.

蒸気発生器5は、原子炉容器2の内部に配置され、炉心槽3Aの周りを囲むように、例えば、伝熱管がヘリカル型に構成されている。蒸気発生器5は、伝熱管の内部に、原子炉容器2の外部から二次冷却材が供給される。蒸気発生器5は、一次冷却材と熱交換して二次冷却水を蒸発させて蒸気を発生させる。二次冷却材は、例えば、純水からなる。図には明示しないが、この蒸気発生器5は、管台を介して原子炉容器2の外部に通じている。管台は、蒸気発生器5で発生した蒸気を原子炉容器2の外部に送るものと、原子炉容器2の外部から蒸気発生器5に二次冷却材を供給するものと、がある。原子炉容器2の外部に蒸気を送る管台は、蒸気タービンに連結されている。蒸気タービンは、蒸気発生器5で発生した蒸気により駆動し、発電機で発電を行う。また、蒸気タービンは、復水器を有し、駆動に供した二次冷却水を冷却して凝縮させ、低圧の飽和液に戻す。この復水器は、蒸気発生器5に二次冷却材を供給する管台に連結されている。 The steam generator 5 is arranged inside the reactor vessel 2, and the heat transfer tube is configured in a helical shape so as to surround the core tank 3A, for example. In the steam generator 5, the secondary coolant is supplied to the inside of the heat transfer tube from the outside of the reactor vessel 2. The steam generator 5 exchanges heat with the primary coolant to evaporate the secondary cooling water to generate steam. The secondary coolant is, for example, pure water. Although not explicitly shown in the figure, the steam generator 5 is connected to the outside of the reactor vessel 2 via a pedestal. The pedestal includes one that sends the steam generated by the steam generator 5 to the outside of the reactor vessel 2 and one that supplies the secondary coolant to the steam generator 5 from the outside of the reactor vessel 2. The pedestal that sends steam to the outside of the reactor vessel 2 is connected to the steam turbine. The steam turbine is driven by the steam generated by the steam generator 5, and the generator generates electricity. In addition, the steam turbine has a condenser, and cools and condenses the secondary cooling water used for driving, and returns it to a low-pressure saturated liquid. This condenser is connected to a conduit that supplies a secondary coolant to the steam generator 5.

一次冷却材ポンプ6は、炉心槽3Aから蒸気発生器5へ一次冷却材を導く。一次冷却材ポンプ6は、図1に示すように、一次冷却材を、炉心槽3Aの上方において炉心槽3Aの内部から外部に送り、炉心槽3Aの外部において下方に送り、炉心槽3Aを下部炉心支持板3Cおよび上部炉心支持板3Bを経て下方から上方に通過するように循環させる。一次冷却材は、炉心槽3Aを下方から上方に通過する過程で加熱され、炉心槽3Aの外部において蒸気発生器5の二次冷却材と熱交換をし、再び炉心槽3Aを下方から上方に通過する。炉心槽3Aは、上方において一次冷却材を外部に送るため、貫通孔3Aaが形成されている(図2参照)。 The primary coolant pump 6 guides the primary coolant from the core tank 3A to the steam generator 5. As shown in FIG. 1, the primary coolant pump 6 sends the primary coolant from the inside of the core tank 3A to the outside above the core tank 3A, and sends it downward outside the core tank 3A, and lowers the core tank 3A. It is circulated so as to pass from the lower side to the upper side through the core support plate 3C and the upper core support plate 3B. The primary coolant is heated in the process of passing through the core tank 3A from the bottom to the top, exchanges heat with the secondary coolant of the steam generator 5 outside the core tank 3A, and moves the core tank 3A from the bottom to the top again. pass. In the core tank 3A, a through hole 3Aa is formed in order to send the primary coolant to the outside above (see FIG. 2).

図2は、実施形態に係る炉内を示す模式図である。図3は、実施形態に係る炉心の一部拡大断面模式図である。図4は、実施形態に係る炉心の一部拡大断面模式図である。図5は、実施形態に係る炉心の断面模式図である。図6は、実施形態に係る炉心における制御部材の一部裁断模式図である。 FIG. 2 is a schematic view showing the inside of the furnace according to the embodiment. FIG. 3 is a partially enlarged sectional schematic view of the core according to the embodiment. FIG. 4 is a partially enlarged sectional schematic view of the core according to the embodiment. FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the core according to the embodiment. FIG. 6 is a partially cut schematic diagram of a control member in the core according to the embodiment.

上述した原子炉1に適用される炉心7は、図2に示すように、燃料棒8と、グリッド9と、制御部材10と、制御部材案内管11と、中性子反射体12と、を含む。 As shown in FIG. 2, the core 7 applied to the above-mentioned reactor 1 includes a fuel rod 8, a grid 9, a control member 10, a control member guide tube 11, and a neutron reflector 12.

燃料棒8は、詳細を後述するが、上下方向に延びる棒状に構成されている。燃料棒8は、図2に示すように、炉心槽3Aの内部において、上部炉心支持板3Bと、下部炉心支持板3Cとの間で上下方向に延びる形態で複数設けられて炉心7を構成する。また、燃料棒8は、図3に示すように、個々が独立しており、上から視た平面視において、三角格子状に配置されている。三角格子状は、平面視で60度の格子であり、燃料棒8は、当該三角格子状の交点に位置する。燃料棒8は、炉心槽3Aの内部に設けられて炉心7を構成する全てが個々に独立して三角格子状に配置されている。なお、実施形態の燃料棒8は、炉心槽3Aの内部に設けられて炉心7を構成する全てが個々に独立して三角格子状に配置されているが、炉心槽3Aの内部に設けられて炉心7を構成する全てが個々に独立して格子状に配置されていることを排除しない。 The fuel rod 8 is configured in the shape of a rod extending in the vertical direction, which will be described in detail later. As shown in FIG. 2, a plurality of fuel rods 8 are provided inside the core tank 3A in a form extending in the vertical direction between the upper core support plate 3B and the lower core support plate 3C to form the core 7. .. Further, as shown in FIG. 3, the fuel rods 8 are independent of each other and are arranged in a triangular lattice pattern in a plan view viewed from above. The triangular grid is a grid of 60 degrees in a plan view, and the fuel rods 8 are located at the intersections of the triangular grid. The fuel rods 8 are provided inside the core tank 3A, and all of the fuel rods 7 constituting the core 7 are individually and independently arranged in a triangular lattice pattern. The fuel rods 8 of the embodiment are provided inside the core tank 3A, and all of the fuel rods 8 constituting the core 7 are individually arranged independently in a triangular lattice pattern, but are provided inside the core tank 3A. It does not exclude that all the constituents of the core 7 are individually arranged independently in a grid pattern.

グリッド9は、図2に示すように、上下方向の複数個所(実施形態では上下方向の2個所)に設けられている。グリッド9は、図4に示すように、個々の燃料棒8を上から挿入可能なセル9Aを有している。セル9Aは、挿入された各燃料棒8の間に隙間9Aaを設け、当該隙間9Aaに炉心槽3Aを下方から上方に通過する一次冷却材が通過できるようにする。グリッド9は、セル9Aに燃料棒8を保持する構成は有しておらず、セル9Aに燃料棒8を自由な形態で挿入するのみである。セル9Aは、上から視た平面視において、6角形状に形成されており、当該6角形状のセル9Aが複数隣接して組み合わされることで、グリッド9全体がハニカム構造に構成されている。従って、グリッド9は、三角格子状に配置された個々の燃料棒8の間に隙間9Aaを設けることができる。 As shown in FIG. 2, the grid 9 is provided at a plurality of locations in the vertical direction (two locations in the vertical direction in the embodiment). As shown in FIG. 4, the grid 9 has a cell 9A into which individual fuel rods 8 can be inserted from above. The cell 9A is provided with a gap 9Aa between the inserted fuel rods 8 so that the primary coolant passing through the core tank 3A from the lower side to the upper side can pass through the gap 9Aa. The grid 9 does not have a configuration for holding the fuel rods 8 in the cell 9A, but merely inserts the fuel rods 8 into the cell 9A in a free form. The cells 9A are formed in a hexagonal shape in a plan view viewed from above, and a plurality of the hexagonal cells 9A are adjacently combined to form the entire grid 9 in a honeycomb structure. Therefore, the grid 9 can be provided with a gap 9Aa between the individual fuel rods 8 arranged in a triangular grid pattern.

制御部材10は、炉心槽3Aの内部において、燃料棒8に沿って上下方向に挿入または引き抜き可能に設けられている。制御部材10は、燃料棒8に沿って挿入された形態で、燃料棒8の長さに合わせて上部炉心支持板3Bと下部炉心支持板3Cとの間に配置される。図2から図5に示すように、炉心7において制御部材10を配置する個所には、燃料棒8は配置されない。制御部材10は、上述した制御部材駆動機構4によって、炉心7に対して挿入したり抜き出したりされる。制御部材10は、中性子吸収体により形成されている。中性子吸収体は、例えば、ボロンカーバイト(炭化ホウ素:BC)を用いることができる。中性子吸収体からなる制御部材10は、挿入により燃料棒8に対して接近し、引き抜きにより燃料棒8に対して離隔することで炉心7を構成する燃料棒8の反応度を制御でき、炉心7の炉心温度を制御できる。 The control member 10 is provided inside the core tank 3A so as to be vertically insertable or retractable along the fuel rod 8. The control member 10 is inserted along the fuel rods 8 and is arranged between the upper core support plate 3B and the lower core support plate 3C according to the length of the fuel rods 8. As shown in FIGS. 2 to 5, the fuel rod 8 is not arranged at the place where the control member 10 is arranged in the core 7. The control member 10 is inserted into and removed from the core 7 by the control member drive mechanism 4 described above. The control member 10 is formed by a neutron absorber. As the neutron absorber, for example, boron carbide (boron carbide: B 4C ) can be used. The control member 10 made of a neutron absorber can control the reactivity of the fuel rods 8 constituting the core 7 by approaching the fuel rods 8 by inserting and separating from the fuel rods 8 by pulling out, and the core 7 can be controlled. The core temperature of the can be controlled.

制御部材10は、図3および図5に示すように、燃料棒8の三角格子状に沿う板体10Aとして形成されている。制御部材10は、挿入方向から視た平面視で、板体10Aを組み合わせた三等方配置板形状に形成されている。即ち、制御部材10は、平面視で120°間隔で3つの板体10Aが組み合わせされた三等方配置板形状に形成され、各板体10Aが燃料棒8の三角格子状に沿って配置される。三等方配置板形状に形成された制御部材10は、所定の燃料棒8の間に配置される。制御部材10は、燃料棒8で構成される炉心7において、図5に示すように複数が等間隔で均等に配置されることで、各燃料棒8の反応度を一定に制御できる。なお、図には明示しないが、例えば、燃料棒8が格子状に配置される場合、制御部材10は、燃料棒8の格子状に沿う板体10Aとして形成され、挿入方向から視た平面視で、当該板体10Aを組み合わせた十字形状に形成される。また、制御部材10は、三等方配置板形状や十字形状に限らず、板体10Aの構成のみで一文字状に形成されて燃料棒8に沿って上下方向に挿入または引き抜き可能に設けられていてもよい。 As shown in FIGS. 3 and 5, the control member 10 is formed as a plate body 10A along the triangular lattice pattern of the fuel rods 8. The control member 10 is formed in the shape of an isotropically arranged plate in which the plate bodies 10A are combined in a plan view viewed from the insertion direction. That is, the control member 10 is formed in an isotropic arrangement plate shape in which three plate bodies 10A are combined at 120 ° intervals in a plan view, and each plate body 10A is arranged along the triangular lattice pattern of the fuel rods 8. To. The control member 10 formed in the shape of an isotropic arrangement plate is arranged between the predetermined fuel rods 8. As shown in FIG. 5, a plurality of control members 10 are evenly arranged at equal intervals in a core 7 composed of fuel rods 8, so that the reactivity of each fuel rod 8 can be controlled to be constant. Although not explicitly shown in the figure, for example, when the fuel rods 8 are arranged in a grid pattern, the control member 10 is formed as a plate body 10A along the grid pattern of the fuel rods 8 and is viewed in a plan view from the insertion direction. The plate bodies 10A are combined to form a cross shape. Further, the control member 10 is not limited to the shape of the isotropically arranged plate or the cross shape, but is formed in a single character shape only by the configuration of the plate body 10A and is provided so as to be able to be inserted or removed in the vertical direction along the fuel rod 8. You may.

制御部材10は、図3および図6に示すように、板体10Aが制御材10Aaと、制御材10Aaを被覆する被覆材10Abとを有する。制御材10Aaは、中性子吸収体により形成されている。制御材10Aaは、矩形状のブロックとして複数に分割して形成され、各ブロックが格子10Acにより板体10Aの形状をなすように並べて配置されている、制御材10Aaを複数のブロックで構成することで、製造を容易にできる。被覆材10Abは、格子10Acと共に各制御材10Aaを纏めて被覆している。即ち、被覆材10Abは、板体10A(制御部材10)の外郭をなす。被覆材10Abは、例えば、純鉄やステンレス鋼からなる。 As shown in FIGS. 3 and 6, the control member 10 has a plate body 10A having a control material 10Aa and a covering material 10Ab that covers the control material 10Aa. The control material 10Aa is formed by a neutron absorber. The control material 10Aa is formed by dividing it into a plurality of blocks as rectangular blocks, and the control materials 10Aa are arranged side by side so as to form a plate body 10A by a grid 10Ac. The control material 10Aa is composed of a plurality of blocks. Therefore, it can be easily manufactured. The covering material 10Ab covers each control material 10Aa together with the grid 10Ac. That is, the covering material 10Ab forms the outer shell of the plate body 10A (control member 10). The covering material 10Ab is made of, for example, pure iron or stainless steel.

制御部材案内管11は、制御部材10の炉心7への挿入や抜き出しの移動を案内する。制御部材案内管11は、図2および図3に示すように、制御部材10の平面視の形状の外形に合わせて筒状に形成されている。制御部材案内管11は、上部炉心支持板3Bと下部炉心支持板3Cとの間に亘って配置される。制御部材案内管11は、図4に示すように、グリッド9と溶接などで接合されている。この制御部材案内管11は、可燃性毒物である例えば、酸化エルビウム(Er)、酸化ガドリニウム(Gd)、炭化ホウ素(BC)が添加されている。 The control member guide pipe 11 guides the movement of the control member 10 into and out of the core 7. As shown in FIGS. 2 and 3, the control member guide tube 11 is formed in a cylindrical shape according to the outer shape of the control member 10 in a plan view. The control member guide pipe 11 is arranged between the upper core support plate 3B and the lower core support plate 3C. As shown in FIG. 4, the control member guide pipe 11 is joined to the grid 9 by welding or the like. The control member guide tube 11 is added with flammable toxic substances such as erbium oxide (Er 2 O 3 ), gadolinium oxide (Gd 2 O 3 ), and boron carbide (B 4 C).

中性子反射体12は、炉心7の外周に配置されて各燃料棒8の周りを囲むように筒状に設けられている。中性子反射体12は、反射材12Aと、補強材12Bと、を含む。反射材12Aは、中性子反射体12の筒状の内側に配置された内筒として構成されている。反射材12Aは、ベリリウム(Be)を含んだ化合物である酸化ベリリウム(BeO)や、アルミニウムを含んだ化合物である酸化アルミニウム(Al)や、マグネシウム(Mg)を含んだ化合物である酸化マグネシウム(MgO)を含む。補強材12Bは、反射材12Aの外周に設けられて、中性子反射体12の筒状の外側に配置された外筒として構成されている。なお、中性子反射体12は、反射材12Aのみの構成であってもよい。 The neutron reflector 12 is arranged on the outer periphery of the core 7 and is provided in a cylindrical shape so as to surround each fuel rod 8. The neutron reflector 12 includes a reflector 12A and a reinforcing material 12B. The reflector 12A is configured as an inner cylinder arranged inside the cylinder of the neutron reflector 12. The reflective material 12A is beryllium oxide (BeO), which is a compound containing beryllium (Be), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), which is a compound containing aluminum, and oxidation, which is a compound containing magnesium (Mg). Contains magnesium (MgO). The reinforcing material 12B is provided on the outer periphery of the reflective material 12A and is configured as an outer cylinder arranged on the outer side of the tubular shape of the neutron reflector 12. The neutron reflector 12 may be composed of only the reflector 12A.

図7は、実施形態に係る炉心の拡大模式図である。図8は、実施形態に係る炉心における燃料棒の拡大底面図である。図9は、実施形態に係る炉心における燃料棒の拡大底面図である。図10は、実施形態に係る炉心における燃料棒の拡大底面図である。 FIG. 7 is an enlarged schematic view of the core according to the embodiment. FIG. 8 is an enlarged bottom view of the fuel rods in the core according to the embodiment. FIG. 9 is an enlarged bottom view of the fuel rods in the core according to the embodiment. FIG. 10 is an enlarged bottom view of fuel rods in the core according to the embodiment.

図7から図10を参照して燃料棒8の詳細について説明する。 The details of the fuel rod 8 will be described with reference to FIGS. 7 to 10.

燃料棒8は、上述したように、上下方向に延びる棒状に構成されている。燃料棒8は、図7に示すように、核燃料8Aと、筒部材8Bと、上部端栓8Cと、下部端栓8Dと、弾性部材8Eと、を有する。 As described above, the fuel rod 8 is configured in the shape of a rod extending in the vertical direction. As shown in FIG. 7, the fuel rod 8 has a nuclear fuel 8A, a tubular member 8B, an upper end plug 8C, a lower end plug 8D, and an elastic member 8E.

核燃料8Aは、核燃料物質であるウランを含む。核燃料8Aは、円柱形状をなすペレットをなし、1本の燃料棒8において複数設けられている。 The nuclear fuel 8A contains uranium, which is a nuclear fuel material. The nuclear fuel 8A has pellets having a cylindrical shape, and a plurality of nuclear fuels 8A are provided in one fuel rod 8.

筒部材8Bは、複数のペレットをなす核燃料8Aを上下方向に沿って複数収納するように筒形状に形成されている。 The tubular member 8B is formed in a tubular shape so as to store a plurality of nuclear fuels 8A forming a plurality of pellets along the vertical direction.

上部端栓8Cは、略円柱形状に形成され筒部材8Bの上端に固定されて、筒部材8Bの筒形状の上端の開口を閉塞する。従って、上部端栓8Cは、燃料棒8の上端を構成する。 The upper end plug 8C is formed in a substantially cylindrical shape and is fixed to the upper end of the tubular member 8B to close the opening at the upper end of the tubular shape of the tubular member 8B. Therefore, the upper end plug 8C constitutes the upper end of the fuel rod 8.

下部端栓8Dは、略円柱形状に形成され筒部材8Bの下端に固定されて、筒部材8Bの筒形状の下端の開口を閉塞する。従って、下部端栓8Dは、燃料棒8の下端を構成する。 The lower end plug 8D is formed in a substantially cylindrical shape and is fixed to the lower end of the tubular member 8B to close the opening at the lower end of the tubular shape of the tubular member 8B. Therefore, the lower end plug 8D constitutes the lower end of the fuel rod 8.

弾性部材8Eは、筒部材8Bの内部において、最上位置の核燃料8Aと上部端栓8Cとの間に設けられ、核燃料8Aを筒部材8Bの下端側である下部端栓8Dに向けて弾性力により付勢する。従って、筒部材8Bの内部に収納された複数の核燃料8Aは、弾性部材8Eによって下部端栓8Dに向けて押し付けられ上下方向への移動を規制されて支持される。 The elastic member 8E is provided inside the tubular member 8B between the nuclear fuel 8A at the uppermost position and the upper end plug 8C, and the nuclear fuel 8A is directed toward the lower end plug 8D on the lower end side of the tubular member 8B by an elastic force. Encourage. Therefore, the plurality of nuclear fuels 8A housed inside the tubular member 8B are pressed toward the lower end plug 8D by the elastic member 8E, and their movement in the vertical direction is restricted and supported.

この燃料棒8は、炉心槽3Aの下端に下部炉心支持板3Cが取り付けられ、炉心槽3Aの内部にグリッド9、制御部材案内管11および中性子反射体12が配置された状態で、グリッド9のセル9Aに上方から挿入される。燃料棒8は、下端を構成する下部端栓8Dが下部炉心支持板3Cの上面3Cbの平坦部に直接置かれる形態で支持される。下部炉心支持板3Cには、上下方向に貫通する貫通孔3Caが形成されているが、燃料棒8は、貫通孔3Caを通過することなく、下部炉心支持板3Cの上面3Cbの平坦部に直接置かれる。燃料棒8は、少なくとも下部端栓8Dの外径が貫通孔3Caの内径よりも大きく形成されていることで貫通孔3Caを通過しない。または、燃料棒8は、グリッド9のセル9Aに挿入されて水平方向に移動が抑制されることで貫通孔3Caの位置を避けて貫通孔3Caを通過しない。燃料棒8の上方には上部炉心支持板3Bを配置する。上部炉心支持板3Bには、上下方向に貫通する貫通孔3Baが形成されているが、燃料棒8は、貫通孔3Baを通過することなく、上部炉心支持板3Bと下部炉心支持板3Cとの間に配置される。燃料棒8は、その上端を構成する上部端栓8Cと上部炉心支持板3Bとの間に間隔が形成される。燃料棒8は、少なくとも上部端栓8Cの外径が貫通孔3Baの内径よりも大きく形成されていることで貫通孔3Baを通過しない。または、燃料棒8は、グリッド9のセル9Aに挿入されて水平方向に移動が抑制されることで貫通孔3Baの位置を避けて貫通孔3Baを通過しない。上部炉心支持板3Bの貫通孔3Baおよび下部炉心支持板3Cの貫通孔3Caは、図7に矢印で示すように、燃料棒8を配置した炉心7の内部に一次冷却材を通過させる。このようにして炉心7が構成される。また、図2に示すように制御部材駆動機構4が設置される。制御部材駆動機構4は、支持部材20により炉心槽3Aの上方位置にて支持される。 The fuel rod 8 has a lower core support plate 3C attached to the lower end of the core tank 3A, and the grid 9 and the control member guide tube 11 and the neutron reflector 12 are arranged inside the core tank 3A. It is inserted into cell 9A from above. The fuel rod 8 is supported in such a manner that the lower end plug 8D constituting the lower end is directly placed on the flat portion of the upper surface 3Cb of the lower core support plate 3C. The lower core support plate 3C is formed with a through hole 3Ca penetrating in the vertical direction, but the fuel rod 8 does not pass through the through hole 3Ca and is directly connected to the flat portion of the upper surface 3Cb of the lower core support plate 3C. Be placed. The fuel rod 8 does not pass through the through hole 3Ca because at least the outer diameter of the lower end plug 8D is formed to be larger than the inner diameter of the through hole 3Ca. Alternatively, the fuel rod 8 is inserted into the cell 9A of the grid 9 and is restrained from moving in the horizontal direction, so that the fuel rod 8 avoids the position of the through hole 3Ca and does not pass through the through hole 3Ca. The upper core support plate 3B is arranged above the fuel rods 8. The upper core support plate 3B is formed with a through hole 3Ba penetrating in the vertical direction, but the fuel rod 8 does not pass through the through hole 3Ba, and the upper core support plate 3B and the lower core support plate 3C are formed. Placed in between. A space is formed between the upper end plug 8C constituting the upper end of the fuel rod 8 and the upper core support plate 3B. The fuel rod 8 does not pass through the through hole 3Ba because at least the outer diameter of the upper end plug 8C is formed to be larger than the inner diameter of the through hole 3Ba. Alternatively, the fuel rod 8 is inserted into the cell 9A of the grid 9 and is restrained from moving in the horizontal direction, so that the fuel rod 8 avoids the position of the through hole 3Ba and does not pass through the through hole 3Ba. As shown by the arrows in FIG. 7, the through hole 3Ba of the upper core support plate 3B and the through hole 3Ca of the lower core support plate 3C allow the primary coolant to pass through the inside of the core 7 in which the fuel rods 8 are arranged. In this way, the core 7 is configured. Further, as shown in FIG. 2, a control member drive mechanism 4 is installed. The control member drive mechanism 4 is supported by the support member 20 at a position above the core tank 3A.

ここで、燃料棒8の下端を構成する下部端栓8Dは、円柱形状に形成されていることから、底面8Daが平坦であり、側面8Dbが環状に形成されている。図7から図10に示すように、連通部としての切欠8Dcが形成されている。切欠8Dcは、下部端栓8Dの底面8Daから側面8Dbに通じて形成されている。切欠8Dcは、筒部材8Bの内部には通じない。切欠8Dcは、下部端栓8Dの底面8Daから側面8Dbに向かって外側に広がるようにテーパ状に形成されている。切欠8Dcは、燃料棒8が下部炉心支持板3Cの上に直接置かれる構成において、下部端栓8Dの底面8Daから側面8Dbを下部炉心支持板3Cの貫通孔3Caに通じさせる。従って、図7に矢印で示すように、一次冷却材は、下部炉心支持板3Cの下側から貫通孔3Caを介して下部炉心支持板3Cを通過し、かつ切欠8Dcを介して隣接する燃料棒8の隙間9Aaに導かれる。そして、燃料棒8の隙間9Aaに導かれた一次冷却材は、上部炉心支持板3Bの貫通孔3Baを介して上部炉心支持板3Bを通過し炉心7の上方に送られる。 Here, since the lower end plug 8D constituting the lower end of the fuel rod 8 is formed in a cylindrical shape, the bottom surface 8Da is flat and the side surface 8Db is formed in an annular shape. As shown in FIGS. 7 to 10, a notch 8Dc is formed as a communication portion. The notch 8Dc is formed from the bottom surface 8Da of the lower end plug 8D to the side surface 8Db. The notch 8Dc does not lead to the inside of the tubular member 8B. The notch 8Dc is formed in a tapered shape so as to extend outward from the bottom surface 8Da of the lower end plug 8D toward the side surface 8Db. The notch 8Dc allows the side surface 8Db to pass from the bottom surface 8Da of the lower end plug 8D to the through hole 3Ca of the lower core support plate 3C in a configuration in which the fuel rods 8 are placed directly on the lower core support plate 3C. Therefore, as shown by the arrows in FIG. 7, the primary coolant passes through the lower core support plate 3C from the lower side of the lower core support plate 3C through the through hole 3Ca, and is adjacent to the fuel rods via the notch 8Dc. It is guided to the gap 9Aa of 8. Then, the primary coolant guided to the gap 9Aa of the fuel rods passes through the upper core support plate 3B through the through hole 3Ba of the upper core support plate 3B and is sent above the core 7.

実施形態において、切欠8Dcは、下部端栓8Dの周方向の複数個所に配置されている。図7および図8に示す下部端栓8Dの切欠8Dcは、下部端栓8Dの周方向の4個所に形成され、下部端栓8Dの底面8Daの平坦部が底面視で十字形状に形成されている。従って、図7および図8に示す下部端栓8Dは、下部炉心支持板3Cの貫通孔3Caが平面視で格子状に配置され、かつ燃料棒8を平面視で格子状に配置した場合に、底面8Daが下部炉心支持板3Cの上面3Cbの平坦部に当接して置かれ、切欠8Dcが4個所の貫通孔3Caに対して上下方向に連通するように構成できる。また、図9に示す下部端栓8Dの切欠8Dcは、下部端栓8Dの周方向の2個所に形成され、下部端栓8Dの底面8Daの平坦部が底面視で一文字形状に形成されている。従って、図9に示す下部端栓8Dは、下部炉心支持板3Cの貫通孔3Caが平面視で格子状に配置され、かつ燃料棒8を平面視で格子状に配置した場合に、底面8Daが下部炉心支持板3Cの上面3Cbの平坦部に当接して置かれ、切欠8Dcが4個所の貫通孔3Caに対して上下方向に連通するように構成できる。また、図10に示す下部端栓8Dの切欠8Dcは、下部端栓8Dの周方向の3個所に形成され、下部端栓8Dの底面8Daの平坦部が底面視で三等方配置板形状に形成されている。従って、図10に示す下部端栓8Dは、下部炉心支持板3Cの貫通孔3Caが平面視で三角格子状に配置し、かつ燃料棒8を平面視で三角格子状に配置した場合に、底面8Daが下部炉心支持板3Cの上面3Cbの平坦部に当接して置かれ、切欠8Dcが3個所の貫通孔3Caに対して上下方向に連通するように構成できる。なお、連通部として、上記切欠8Dcの他、図には明示しないが、下部端栓8Dの底面8Daから側面8Dbに通じて形成される貫通孔であってもよい。 In the embodiment, the notches 8Dc are arranged at a plurality of locations in the circumferential direction of the lower end plug 8D. The notches 8Dc of the lower end plug 8D shown in FIGS. 7 and 8 are formed at four locations in the circumferential direction of the lower end plug 8D, and the flat portion of the bottom surface 8Da of the lower end plug 8D is formed in a cross shape in a bottom view. There is. Therefore, in the lower end plug 8D shown in FIGS. 7 and 8, when the through holes 3Ca of the lower core support plate 3C are arranged in a grid pattern in a plan view and the fuel rods 8 are arranged in a grid pattern in a plan view. The bottom surface 8Da is placed in contact with the flat portion of the top surface 3Cb of the lower core support plate 3C, and the notch 8Dc can be configured to communicate with the four through holes 3Ca in the vertical direction. Further, the notches 8Dc of the lower end plug 8D shown in FIG. 9 are formed at two locations in the circumferential direction of the lower end plug 8D, and the flat portion of the bottom surface 8Da of the lower end plug 8D is formed in a single character shape in the bottom view. .. Therefore, the lower end plug 8D shown in FIG. 9 has a bottom surface 8Da when the through holes 3Ca of the lower core support plate 3C are arranged in a grid pattern in a plan view and the fuel rods 8 are arranged in a grid pattern in a plan view. It is placed in contact with the flat portion of the upper surface 3Cb of the lower core support plate 3C, and the notch 8Dc can be configured to communicate with the four through holes 3Ca in the vertical direction. Further, the notches 8Dc of the lower end plug 8D shown in FIG. 10 are formed at three locations in the circumferential direction of the lower end plug 8D, and the flat portion of the bottom surface 8Da of the lower end plug 8D has a three-way arrangement plate shape in the bottom view. It is formed. Therefore, the lower end plug 8D shown in FIG. 10 has a bottom surface when the through holes 3Ca of the lower core support plate 3C are arranged in a triangular lattice pattern in a plan view and the fuel rods 8 are arranged in a triangular lattice pattern in a plan view. 8Da is placed in contact with the flat portion of the upper surface 3Cb of the lower core support plate 3C, and the notch 8Dc can be configured to communicate with the three through holes 3Ca in the vertical direction. In addition to the notch 8Dc, the communication portion may be a through hole formed from the bottom surface 8Da of the lower end plug 8D to the side surface 8Db, although not explicitly shown in the drawing.

図11は、実施形態に係る炉心の他の例の断面模式図である。 FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of another example of the core according to the embodiment.

図5に示す炉心7は、制御部材10が平面視で三等方配置板形状に形成されているが、図11示す炉心7は、制御部材10’が平面視で円形状に形成されている。制御部材10’は、上下方向に延びる円柱形状に形成され、図には明示しないが、円柱形状に分割された制御材が被覆材で纏めて被覆されている。制御部材10’は、所定の燃料棒8の間に配置される。制御部材10’は、燃料棒8で構成される炉心7において、図11に示すように複数が等間隔で均等に配置されることで、各燃料棒8の反応度を一定に制御できる。また、制御部材10’は、図には明示しないが、上下方向に延びる円筒形状の制御部材案内管に挿入または抜き出しできるように構成されている。この制御部材案内管は、平面視で三角格子状や格子状に配置された燃料棒8を配置しない部分に設けられてグリッド9に溶接などで接合される。なお、図11に示す制御部材10’は、1本の燃料棒8よりも太い構成としているが、1本の燃料棒8と同等の太さとしてよい。 In the core 7 shown in FIG. 5, the control member 10 is formed in the shape of an isotropic arrangement plate in a plan view, whereas in the core 7 shown in FIG. 11, the control member 10'is formed in a circular shape in a plan view. .. The control member 10'is formed in a cylindrical shape extending in the vertical direction, and although not specified in the figure, the control material divided into the cylindrical shape is collectively covered with a covering material. The control member 10'is arranged between the predetermined fuel rods 8. As shown in FIG. 11, a plurality of control members 10'are evenly arranged at equal intervals in the core 7 composed of the fuel rods 8, so that the reactivity of each fuel rod 8 can be controlled to be constant. Further, although not explicitly shown in the figure, the control member 10'is configured so that it can be inserted or removed from the cylindrical control member guide tube extending in the vertical direction. This control member guide pipe is provided in a portion where the fuel rods 8 arranged in a triangular lattice shape or a grid pattern are not arranged in a plan view, and is joined to the grid 9 by welding or the like. Although the control member 10'shown in FIG. 11 has a structure thicker than that of one fuel rod 8, it may have a thickness equivalent to that of one fuel rod 8.

上述したように、実施形態の炉心構造は、炉心7の全ての燃料棒8が独立して三角格子状に配置されている。 As described above, in the core structure of the embodiment, all the fuel rods 8 of the core 7 are independently arranged in a triangular lattice pattern.

従って、実施形態の炉心構造によれば、燃料棒8を三角格子状の配置としたことにより、燃料集合体を用いた場合と比較して燃料棒8が稠密に構成される。このため、燃料集合体を用いた炉心と比較して、円柱炉心と炉心槽3Aの余分な隙間を減らし、燃料装荷量を増加でき、かつ炉心からの中性子の漏えい量を低減できる。この結果、実施形態の炉心構造によれば、核燃料の充填率を向上させ、燃料装荷量の最大化を図ることができ、ひいては炉心7の小型化および炉心7の長寿命化を図ることができる。 Therefore, according to the core structure of the embodiment, the fuel rods 8 are arranged in a triangular lattice pattern, so that the fuel rods 8 are densely configured as compared with the case where the fuel assembly is used. Therefore, as compared with the core using the fuel assembly, the extra gap between the columnar core and the core tank 3A can be reduced, the fuel load can be increased, and the amount of neutron leakage from the core can be reduced. As a result, according to the core structure of the embodiment, the filling rate of nuclear fuel can be improved, the fuel load can be maximized, and the core 7 can be downsized and the life of the core 7 can be extended. ..

ここで、燃料棒8を稠密に配置することで、炉心小型化と炉心長寿命化を図ることができるが、燃料棒8を近づけ過ぎるとボイド反応度(void reactivity)が正になるため、ボイド反応度を負にできる距離で燃料棒8を配置する。ボイド反応度は、炉心の内部において、一次冷却材の沸騰その他の原因によるボイド(気泡)の発生あるいはボイド量の変化を通じて生じる反応度をいう。 Here, by densely arranging the fuel rods 8, it is possible to reduce the size of the core and extend the life of the core. However, if the fuel rods 8 are brought too close to each other, the void reactivity becomes positive, so that the void reactivity becomes positive. The fuel rods 8 are arranged at a distance that allows the reactivity to be negative. The void reactivity refers to the reactivity that occurs inside the core through the generation of voids (air bubbles) or changes in the amount of voids due to boiling of the primary coolant or other causes.

また、実施形態の炉心構造では、所定の燃料棒8の間に配置された制御部材案内管11と、制御部材案内管11に挿入される制御部材10と、を備え、制御部材10は、燃料棒8の三角格子状の配置に沿う板体10Aとして形成され、制御部材案内管11は、板体10Aとした制御部材10を挿入可能に燃料棒8の三角格子状の配置に沿って設けられている。 Further, in the core structure of the embodiment, a control member guide pipe 11 arranged between predetermined fuel rods 8 and a control member 10 inserted into the control member guide pipe 11 are provided, and the control member 10 is a fuel. The control member guide pipe 11 is formed as a plate body 10A along the triangular grid-like arrangement of the rods 8, and the control member guide pipe 11 is provided along the triangular grid-like arrangement of the fuel rods 8 so that the control member 10 as the plate body 10A can be inserted. ing.

従って、実施形態の炉心構造によれば、制御部材10および制御部材案内管11を三角格子状配置の燃料棒8と共存性を図ることができる。具体的には、三角格子状配置の燃料棒8に対して燃料棒8の排除領域の最小化を図り、燃料装荷量の増加に寄与できる。この結果、実施形態の炉心構造によれば、燃料棒8の三角格子状配置との親和性を向上でき、燃料構造強度の増加を図れる。例えば、図11に示すように円柱形状の制御部材10’は、三角格子状配置の燃料棒8に対して燃料棒8の排除領域の最小化が図れず、燃料棒8の三角格子状配置との親和性が低い。また、制御部材10を板体10Aとして形成することで、制御部材10の表面積を大きく確保でき、中性子吸収能力が高くなり制御部材10の価値が高まる。例えば、表面積を大きく確保する構成として、図11に示すように円柱形状の制御部材10’が考えられるが、自己遮へい効果により円柱形状の内部は中性子の吸収が効き難くなる。これに対し、板体10Aとした制御部材10であれば、表面から内部への厚さを薄くしつつ、表面積を大きくでき中性子吸収能力を確保できる。この結果、実施形態の炉心構造によれば、炉停止能力を確保し、制御部材10の数を増加させず制御部材駆動機構4の数を低減できる構造成立性を両立できる。実施形態の炉心構造において、炉停止能力は、低温零出力時において全制御部材10の挿入により所定の未臨界度を達成する。炉停止能力を確保するには、制御部材10の数を増加させる必要があり、炉心7の大型化に繋がるが、実施形態の炉心構造によれば、炉停止能力を確保し、制御部材10の数を増加させず制御部材駆動機構4の数を低減でき、炉心7の小型化に寄与できる。 Therefore, according to the core structure of the embodiment, the control member 10 and the control member guide pipe 11 can coexist with the fuel rods 8 arranged in a triangular lattice pattern. Specifically, the exclusion region of the fuel rods 8 can be minimized with respect to the fuel rods 8 arranged in a triangular lattice pattern, which can contribute to an increase in the fuel load amount. As a result, according to the core structure of the embodiment, the affinity with the triangular lattice arrangement of the fuel rods 8 can be improved, and the strength of the fuel structure can be increased. For example, as shown in FIG. 11, in the cylindrical control member 10', the exclusion region of the fuel rods 8 cannot be minimized with respect to the fuel rods 8 arranged in a triangular lattice pattern, and the fuel rods 8 are arranged in a triangular lattice pattern. Affinity is low. Further, by forming the control member 10 as the plate body 10A, a large surface area of the control member 10 can be secured, the neutron absorption capacity is increased, and the value of the control member 10 is increased. For example, as a configuration for securing a large surface area, a cylindrical control member 10'can be considered as shown in FIG. 11, but the self-shielding effect makes it difficult for neutrons to be absorbed inside the cylinder. On the other hand, in the case of the control member 10 having the plate body 10A, the surface area can be increased and the neutron absorption capacity can be secured while reducing the thickness from the surface to the inside. As a result, according to the core structure of the embodiment, it is possible to secure the reactor shutdown capacity and achieve both structural feasibility in which the number of control member drive mechanisms 4 can be reduced without increasing the number of control members 10. In the core structure of the embodiment, the reactor shutdown capacity achieves a predetermined subcriticality by inserting all control members 10 at low temperature zero output. In order to secure the reactor shutdown capacity, it is necessary to increase the number of control members 10, which leads to an increase in the size of the core 7. However, according to the core structure of the embodiment, the reactor shutdown capacity is secured and the control member 10 is used. The number of control member drive mechanisms 4 can be reduced without increasing the number, which can contribute to the miniaturization of the core 7.

また、実施形態の炉心構造では、制御部材10は、挿入方向から視て板体10Aを組み合わせた三等方配置板形状に形成されている。 Further, in the core structure of the embodiment, the control member 10 is formed in the shape of an isotropically arranged plate in which the plate bodies 10A are combined when viewed from the insertion direction.

実施形態の炉心構造によれば、三等方配置板形状の制御部材10により燃料棒8の三角格子状配置との親和性をより向上でき、燃料構造強度の増加をより図れる。 According to the core structure of the embodiment, the affinity with the triangular lattice arrangement of the fuel rods 8 can be further improved by the control member 10 having the shape of the isotropic arrangement plate, and the strength of the fuel structure can be further increased.

また、実施形態の炉心構造では、制御部材10は、複数に分割された制御材10Aaと、各制御材10Aaを纏めて被覆する被覆材10Abと、を有する。 Further, in the core structure of the embodiment, the control member 10 has a control material 10Aa divided into a plurality of parts, and a covering material 10Ab that collectively covers each control material 10Aa.

実施形態の炉心構造によれば、制御材10Aaを被覆材10Abにより覆うことで制御材10Aaへの中性子の照射による制御部材10の寸法の変化を抑えることや、制御材10Aaから発生するガスの漏えいを抑えることができる。 According to the core structure of the embodiment, by covering the control material 10Aa with the coating material 10Ab, the change in the dimensions of the control member 10 due to the irradiation of the control material 10Aa with neutrons can be suppressed, and the leakage of gas generated from the control material 10Aa can be suppressed. Can be suppressed.

また、実施形態の炉心構造では、制御部材案内管11は、可燃性毒物が添加されている。 Further, in the core structure of the embodiment, a flammable poison is added to the control member guide pipe 11.

実施形態の炉心構造によれば、核燃料の燃焼の初期は反応度が余剰にあり、可燃性毒物で中性子を吸収するため、運転初期の余剰反応度を低減できる。一般的に運転初期の余剰反応度を低減するため、制御部材10を増加させるが、実施形態の炉心構造によれば、必要とする制御部材10の数を低減できる。また、可燃性毒物は、中性子吸収後は中性子を吸収しない核種に変換するため、運転初期後は反応度の低下を生じない。 According to the core structure of the embodiment, the reactivity is excessive at the initial stage of combustion of the nuclear fuel, and neutrons are absorbed by the combustible poison, so that the excess reactivity at the initial stage of operation can be reduced. Generally, the number of control members 10 is increased in order to reduce the excess reactivity at the initial stage of operation, but according to the core structure of the embodiment, the number of required control members 10 can be reduced. Further, since the flammable poison is converted into a nuclide that does not absorb neutrons after absorbing neutrons, the reactivity does not decrease after the initial operation.

また、実施形態の炉心構造では、炉心7の外周に配置されて各燃料棒8の周りを囲む中性子反射体12を備え、中性子反射体12は、酸化ベリリウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウムのいずれか1つを含む反射材12Aからなる。 Further, in the core structure of the embodiment, a neutron reflector 12 arranged on the outer periphery of the core 7 and surrounding each fuel rod 8 is provided, and the neutron reflector 12 is any one of beryllium oxide, aluminum oxide, and magnesium oxide. It is made of a reflective material 12A containing one.

ベリリウムやアルミニウムやマグネシウムは、ステンレス鋼と比較して中性子吸収断面積が小さく、また、中性子吸収断面積に対する中性子散乱断面積が大きいため、中性子反射能力が高い。更に、この結果、実施形態の炉心構造によれば、中性子反射体12の厚さをステンレス鋼よりも薄く形成できる。また、ベリリウムは、中性子反射機能の他に、中性子反応によって1つの中性子を消費して2つの中性子を放出し、2つのアルファ粒子に分裂する。このベリリウムの中性子反応は、消費する中性子よりも多くの中性子を放出して系内の中性子を増加させる。この結果、実施形態の炉心構造によれば、中性子反射効率が高く、臨界量に満たない核分裂性物質を臨界状態にしたり、臨界量での核分裂反応を増加させるため、核的特性(臨界性)が改善され、炉心長寿命化を図れる。 Beryllium, aluminum, and magnesium have a smaller neutron absorption cross section than stainless steel, and have a larger neutron scattering cross section with respect to the neutron absorption cross section, so that they have high neutron reflection capability. Further, as a result, according to the core structure of the embodiment, the thickness of the neutron reflector 12 can be formed to be thinner than that of stainless steel. In addition to its neutron reflection function, beryllium consumes one neutron and emits two neutrons by a neutron reaction, and splits into two alpha particles. This beryllium neutron reaction emits more neutrons than it consumes, increasing the number of neutrons in the system. As a result, according to the core structure of the embodiment, nuclear characteristics (criticality) are obtained because the fissionable material having a high neutron reflection efficiency and less than the critical mass is brought into a critical state or the fission reaction at the critical mass is increased. Is improved, and the life of the core can be extended.

また、実施形態の炉心構造では、中性子反射体12は、反射材12Aの外周にステンレス鋼の補強材12Bをさらに含む。 Further, in the core structure of the embodiment, the neutron reflector 12 further includes a stainless steel reinforcing material 12B on the outer periphery of the reflector 12A.

反射材12Aのみの中性子反射体12の場合、構造強度や遮蔽性能が不足し、強度や遮へい特性が低下する傾向にある。このため、実施形態の炉心構造によれば、ステンレス鋼の補強材12Bで補強および遮へいをすることで、反射体12Aによる不足を補うことができる。 In the case of the neutron reflector 12 having only the reflector 12A, the structural strength and the shielding performance are insufficient, and the strength and the shielding characteristics tend to be deteriorated. Therefore, according to the core structure of the embodiment, the shortage due to the reflector 12A can be compensated for by reinforcing and shielding with the stainless steel reinforcing material 12B.

また、実施形態の炉心構造では、各燃料棒8が挿通されるセル9Aを有するグリッド9を備え、グリッド9は、セル9Aが6角形状に形成されたハニカム構造に構成されている。 Further, in the core structure of the embodiment, a grid 9 having a cell 9A through which each fuel rod 8 is inserted is provided, and the grid 9 is configured in a honeycomb structure in which the cell 9A is formed in a hexagonal shape.

セル9Aに各燃料棒8が挿通されることで、複数の燃料棒8をそれぞれ独立して三角格子状に配置できる。セル9Aは、挿通により各燃料棒8を固定せず、かつ個々に支持しない。また、セル9Aは、各燃料棒8の間に一次冷却材が通過する隙間9Aaを設ける。一般に、燃料棒8を支持する場合、グリッド9に燃料棒8を支える弾性部材を設けるが、これでは弾性部材を設ける分、燃料棒8の稠密化を図ることが難しい。従って、実施形態の炉心構造によれば、セル9Aに燃料棒8を挿通するのみで、特別に支持する構成を持たない構成として、三角格子状の配置と共に稠密構造を実現している。また、実施形態の炉心構造によれば、セル9Aに燃料棒8を挿通するのみで、特別に支持する構成を持たない構成として、稠密構造を実現しつつ、各燃料棒8の間に一次冷却材が通過する隙間9Aaを生じさせることができる。 By inserting each fuel rod 8 into the cell 9A, a plurality of fuel rods 8 can be independently arranged in a triangular lattice pattern. Cell 9A does not fix each fuel rod 8 by insertion and does not support them individually. Further, the cell 9A is provided with a gap 9Aa between the fuel rods 8 through which the primary coolant passes. Generally, when the fuel rods 8 are supported, an elastic member for supporting the fuel rods 8 is provided on the grid 9, but it is difficult to make the fuel rods 8 denser because the elastic members are provided. Therefore, according to the core structure of the embodiment, only the fuel rods 8 are inserted into the cell 9A, and a dense structure is realized together with a triangular lattice-like arrangement as a structure having no special support structure. Further, according to the core structure of the embodiment, the fuel rods 8 are only inserted into the cell 9A, and the structure does not have a special support structure. While realizing a dense structure, primary cooling is performed between the fuel rods 8. A gap 9Aa through which the material passes can be created.

また、実施形態の炉心構造は、複数の燃料棒8が上部炉心支持板3Bと下部炉心支持板3Cとの間に配置され、下端が下部炉心支持板3Cの上に直接置かれて支持されている。 Further, in the core structure of the embodiment, a plurality of fuel rods 8 are arranged between the upper core support plate 3B and the lower core support plate 3C, and the lower end is directly placed and supported on the lower core support plate 3C. There is.

燃料集合体を用いる炉心構造では、燃料集合体の上端に上部ノズルが配置され下端に下部ノズルが配置され、さらに、燃料集合体を上部炉心支持板と下部炉心支持板との間に支持するバネ機構などの部品が設けられている。これに対し、実施形態の炉心構造は、燃料棒8を上部炉心支持板3Bと下部炉心支持板3Cとの間に配置し、燃料棒8の下端を下部炉心支持板3Cの上に直接置いて支持している。この結果、実施形態の炉心構造によれば、上部ノズルおよび下部ノズルやバネ機構などの部品を用いないことで、炉心7の高さを低減し小型化を図ることができる。 In a core structure using a fuel assembly, an upper nozzle is arranged at the upper end of the fuel assembly, a lower nozzle is arranged at the lower end, and a spring that supports the fuel assembly between the upper core support plate and the lower core support plate. Parts such as a mechanism are provided. On the other hand, in the core structure of the embodiment, the fuel rods 8 are arranged between the upper core support plate 3B and the lower core support plate 3C, and the lower end of the fuel rods 8 is placed directly on the lower core support plate 3C. I support it. As a result, according to the core structure of the embodiment, the height of the core 7 can be reduced and the size can be reduced by not using parts such as the upper nozzle, the lower nozzle, and the spring mechanism.

実施形態の下部端栓8Dは、燃料棒8の下端に固定され、底面8Daから側面8Dbに通じる連通部(切欠8Dc)が形成されている。 The lower end plug 8D of the embodiment is fixed to the lower end of the fuel rod 8 and has a communication portion (notch 8Dc) leading from the bottom surface 8Da to the side surface 8Db.

実施形態において、燃料棒8は、貫通孔3Caが形成された下部炉心支持板3Cの上面3Cbに直接置かれて支持される。この構造に対し、燃料棒8の下部端栓8Dは、切欠8Dcにより、底面8Daから側面8Dbを下部炉心支持板3Cの貫通孔3Caに通じさせる。このため、一次冷却材は、下部炉心支持板3Cの下側から貫通孔3Caを介して下部炉心支持板3Cを通過し、かつ切欠8Dcを介して隣接する燃料棒8の周囲に送られる。この結果、実施形態の下部端栓8Dによれば、燃料棒8の下端において底面8Daから側面8Dbに一次冷却材を通過させることができ、燃料棒8への一次冷却材の流路を確保することができる。 In the embodiment, the fuel rod 8 is directly placed and supported on the upper surface 3Cb of the lower core support plate 3C in which the through hole 3Ca is formed. For this structure, the lower end plug 8D of the fuel rod 8 is made to pass the side surface 8Db from the bottom surface 8Da to the through hole 3Ca of the lower core support plate 3C by the notch 8Dc. Therefore, the primary coolant passes from the lower side of the lower core support plate 3C through the lower core support plate 3C through the through hole 3Ca, and is sent around the adjacent fuel rods 8 via the notch 8Dc. As a result, according to the lower end plug 8D of the embodiment, the primary coolant can be passed from the bottom surface 8Da to the side surface 8Db at the lower end of the fuel rod 8, and the flow path of the primary coolant to the fuel rod 8 is secured. be able to.

また、実施形態の下部端栓8Dでは、連通部(切欠8Dc)は、底面8Daから側面8Dbに向かって外側に広がって形成されている。 Further, in the lower end plug 8D of the embodiment, the communication portion (notch 8Dc) is formed so as to extend outward from the bottom surface 8Da to the side surface 8Db.

実施形態の下部端栓8Dによれば、一次冷却材を燃料棒8の周囲に沿って導くことができる。 According to the lower end plug 8D of the embodiment, the primary coolant can be guided along the periphery of the fuel rod 8.

また、実施形態の下部端栓8Dでは、連通部(切欠8Dc)は、周方向に複数配置されている。 Further, in the lower end plug 8D of the embodiment, a plurality of communication portions (notches 8Dc) are arranged in the circumferential direction.

実施形態の下部端栓8Dによれば、一次冷却材を複数個所で燃料棒8の周囲に送ることができる。 According to the lower end plug 8D of the embodiment, the primary coolant can be sent around the fuel rod 8 at a plurality of places.

また、実施形態の下部端栓8Dでは、底面8Daが平坦に形成されている。 Further, in the lower end plug 8D of the embodiment, the bottom surface 8Da is formed flat.

実施形態の下部端栓8Dによれば、燃料棒8を安定して載置することができる。 According to the lower end plug 8D of the embodiment, the fuel rod 8 can be stably placed.

また、実施形態の下部端栓8Dでは、切欠8Dcは、周方向の4個所に形成され、底面8Daが底面視で十字形状に形成されている。 Further, in the lower end plug 8D of the embodiment, the notches 8Dc are formed at four points in the circumferential direction, and the bottom surface 8Da is formed in a cross shape in the bottom view.

実施形態の下部端栓8Dによれば、一次冷却材を複数個所で燃料棒8の周囲に送ることができ、かつ燃料棒8を安定して載置することができる。 According to the lower end plug 8D of the embodiment, the primary coolant can be sent around the fuel rods 8 at a plurality of places, and the fuel rods 8 can be stably placed.

また、実施形態の燃料棒8は、上述した下部端栓8Dが下端に固定され、貫通孔3Caが形成された下部炉心支持板3Cの上面3Cbに直接置かれて支持される。 Further, the fuel rod 8 of the embodiment is supported by being directly placed on the upper surface 3Cb of the lower core support plate 3C in which the above-mentioned lower end plug 8D is fixed to the lower end and the through hole 3Ca is formed.

実施形態の燃料棒8によれば、燃料集合体を用いた場合比較して上部ノズルおよび下部ノズルやバネ機構などの部品を用いないことで、炉心7の高さを低減し小型化を図ることができる。 According to the fuel rod 8 of the embodiment, the height of the core 7 is reduced and the size is reduced by not using parts such as the upper nozzle, the lower nozzle, and the spring mechanism as compared with the case where the fuel assembly is used. Can be done.

また、実施形態の原子炉1は、原子炉容器2と、上述した炉心構造を有して原子炉容器2の内部に配置された炉心7と、原子炉容器2の内部に配置され原子炉容器2の外部から二次冷却材が供給される一方で二次冷却材の蒸気が原子炉容器2の外部に排出される蒸気発生器5と、原子炉容器2の内部に配置され二次冷却材と熱交換する一次冷却材を炉心7と蒸気発生器5とに循環させる一次冷却材ポンプ6と、原子炉容器2の内部に配置され炉心7に制御部材10を抜き差しする制御部材駆動機構4と、を備える。 Further, the reactor 1 of the embodiment includes a reactor vessel 2, a core 7 having the above-mentioned core structure and arranged inside the reactor vessel 2, and a reactor vessel arranged inside the reactor vessel 2. While the secondary coolant is supplied from the outside of 2, the steam generator 5 in which the steam of the secondary coolant is discharged to the outside of the reactor vessel 2 and the secondary coolant arranged inside the reactor vessel 2 A primary coolant pump 6 that circulates the primary coolant that exchanges heat with the core 7 and the steam generator 5, and a control member drive mechanism 4 that is arranged inside the reactor vessel 2 and inserts and removes the control member 10 from the core 7. , Equipped with.

実施形態の原子炉1によれば、炉心7の小型化を図り、かつ小型の炉心7を備えつつ、蒸気発生器5、一次冷却材ポンプ6、制御部材駆動機構4と、原子炉容器2の内部に配置した一体型に構成できる。 According to the reactor 1 of the embodiment, the steam generator 5, the primary coolant pump 6, the control member drive mechanism 4, and the reactor vessel 2 are provided with a compact core 7 while reducing the size of the core 7. It can be configured as an integrated type placed inside.

1 原子炉
2 原子炉容器
2A 容器本体
2B 容器蓋
3 炉心支持構造物
3A 炉心槽
3Aa 貫通孔
3B 上部炉心支持板
3Ba 貫通孔
3C 下部炉心支持板
3Ca 貫通孔
3Cb 上面
4 制御部材駆動機構
5 蒸気発生器
6 一次冷却材ポンプ
7 炉心
8 燃料棒
8A 核燃料
8B 筒部材
8C 上部端栓
8D 下部端栓
8Da 底面
8Db 側面
8Dc 切欠(連通部)
8E 弾性部材
9 グリッド
9A セル
9Aa 隙間
10 制御部材
10A 板体
10Aa 制御材
10Ab 被覆材
10Ac 格子
11 制御部材案内管
12 中性子反射体
12A 反射材
12B 補強材
20 支持部材
1 Reactor 2 Reactor vessel 2A Container body 2B Container lid 3 Core support structure 3A Core tank 3Aa Through hole 3B Upper core support plate 3Ba Through hole 3C Lower core support plate 3Ca Through hole 3Cb Top surface 4 Control member drive mechanism 5 Steam generation Instrument 6 Primary coolant pump 7 Core 8 Fuel rod 8A Nuclear fuel 8B Cylindrical member 8C Upper end plug 8D Lower end plug 8Da Bottom 8Db Side surface 8Dc Notch (communication part)
8E Elastic member 9 Grid 9A Cell 9Aa Gap 10 Control member 10A Plate body 10Aa Control material 10Ab Covering material 10Ac Lattice 11 Control member Guide tube 12 Neutron reflector 12A Reflector 12B Reinforcing material 20 Support member

Claims (9)

炉心の全ての燃料棒が独立して三角格子状に配置されている、炉心構造。 A core structure in which all fuel rods in the core are independently arranged in a triangular grid pattern. 所定の前記燃料棒の間に配置された制御部材案内管と、前記制御部材案内管に挿入される制御部材と、を備え、
前記制御部材は、前記燃料棒の三角格子状の配置に沿う板体として形成され、前記制御部材案内管は、板体である前記制御部材を挿入可能に前記燃料棒の三角格子状の配置に沿って設けられている、請求項1に記載の炉心構造。
A control member guide pipe arranged between the predetermined fuel rods and a control member inserted into the control member guide pipe are provided.
The control member is formed as a plate body along the triangular grid-like arrangement of the fuel rods, and the control member guide pipe has the triangular grid-like arrangement of the fuel rods so that the control member, which is a plate body, can be inserted. The core structure according to claim 1, which is provided along the same line.
前記制御部材は、挿入方向から視て前記板体を組み合わせた三等方配置板形状に形成されている、請求項2に記載の炉心構造。 The core structure according to claim 2, wherein the control member is formed in the shape of an isotropically arranged plate in which the plates are combined when viewed from the insertion direction. 前記制御部材は、複数に分割された制御材と、各前記制御材を纏めて被覆する被覆材と、を有する、請求項2または3に記載の炉心構造。 The core structure according to claim 2 or 3, wherein the control member includes a control material divided into a plurality of parts and a covering material that collectively covers each of the control materials. 前記制御部材案内管は、可燃性毒物が添加されている、請求項2から4のいずれか1項に記載の炉心構造。 The core structure according to any one of claims 2 to 4, wherein the control member guide tube is added with a flammable poison. 前記炉心の外周に配置されて各前記燃料棒の周りを囲む中性子反射体を備え、
前記中性子反射体は、酸化ベリリウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウムのいずれか1つを含む反射材からなる、請求項1から5のいずれか1項に記載の炉心構造。
A neutron reflector located on the outer periphery of the core and surrounding each of the fuel rods is provided.
The core structure according to any one of claims 1 to 5, wherein the neutron reflector is made of a reflective material containing any one of beryllium oxide, aluminum oxide, and magnesium oxide.
前記中性子反射体は、前記反射材の外周にステンレス鋼の補強材をさらに含む、請求項6に記載の炉心構造。 The core structure according to claim 6, wherein the neutron reflector further includes a reinforcing material of stainless steel on the outer periphery of the reflector. 各前記燃料棒が挿通されるセルを有するグリッドを備え、
前記グリッドは、前記セルが6角形状に形成されたハニカム構造に構成されている、請求項1から7のいずれか1項に記載の炉心構造。
A grid with cells through which each of the fuel rods is inserted
The core structure according to any one of claims 1 to 7, wherein the grid has a honeycomb structure in which the cells are formed in a hexagonal shape.
原子炉容器と、
請求項1から8のいずれか1項に記載の炉心構造を有して前記原子炉容器の内部に配置された炉心と、
前記原子炉容器の内部に配置され前記原子炉容器の外部から二次冷却材が供給される一方で前記二次冷却材の蒸気が前記原子炉容器の外部に排出される蒸気発生器と、
前記原子炉容器の内部に配置され前記二次冷却材と熱交換する一次冷却材を前記炉心と前記蒸気発生器とに循環させる一次冷却材ポンプと、
前記原子炉容器の内部に配置され前記炉心に制御部材を抜き差しする制御部材駆動機構と、
を備える、原子炉。
Reactor vessel and
A core having the core structure according to any one of claims 1 to 8 and arranged inside the reactor vessel, and a core.
A steam generator arranged inside the reactor vessel and supplying the secondary coolant from the outside of the reactor vessel while discharging the steam of the secondary coolant to the outside of the reactor vessel.
A primary coolant pump that circulates a primary coolant that is arranged inside the reactor vessel and exchanges heat with the secondary coolant between the core and the steam generator.
A control member drive mechanism that is placed inside the reactor vessel and inserts and removes the control member from the core.
Equipped with a nuclear reactor.
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