(57)【要約】【課題】中性子検出器の減速材によって減速された中性子が崩壊熱除去系の空気流路に漏れ出して冷却用の空気を放射化させることがない高速炉を提供する。【解決手段】原子炉容器１を空気で冷却する崩壊熱除去系と原子炉容器１の外側に設けた中性子検出器３０とを備え、中性子検出器３０の周囲に中性子減速材３１が配設されている高速炉において、中性子減速材３１の外側に熱中性子吸収材３２を並設する。熱中性子吸収材３２は、空気流路１９に対向する部分に配設し、また炉心２に対する相対位置に応じてその厚みを変化させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉容器を空気で冷却する崩壊熱除去系と前記原子炉容器の外側に設けた中性子検出器とを備え、前記中性子検出器の周囲に中性子減速材が配設されている高速炉において、前記中性子減速材の外側に熱中性子吸収材を並設したことを特徴とする高速炉。
【請求項２】
前記中性子減速材は、前記中性子検出器を収納した案内管の周囲に配設され、
前記熱中性子吸収材は、前記案内管の周方向のうち、前記崩壊熱除去系における冷却用空気の流路と対向する部分に並設されていることを特徴とする請求項１に記載の高速炉。
【請求項３】
前記中性子減速材は、前記中性子検出器を収納した案内管の周囲に配設され、
前記熱中性子吸収材は、前記案内管の軸線方向において前記中性子減速材に並設されていることを特徴とする請求項１に記載の高速炉。
【請求項４】
前記中性子減速材は、前記中性子検出器を収納した案内管の周囲に配設され、
前記熱中性子吸収材は、前記案内管の周方向のうち前記崩壊熱除去系における冷却用空気の流路と対向する部分と、前記案内管の軸線方向において前記中性子減速材に隣接する部分と、に並設されていることを特徴とする請求項１に記載の高速炉。
【請求項５】
前記熱中性子吸収材は、前記崩壊熱除去系における冷却用空気の流路に向かう方向の厚みが炉心に対する相対位置に合わせて変化するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の高速炉。
【請求項６】
前記熱中性子吸収材は、前記崩壊熱除去系における冷却用空気の流路に向かう方向の厚みが炉心に対する相対位置に合わせて変化するように構成され、かつ前記案内管の軸線方向において前記中性子減速材と隣接する部分に並設されていることを特徴とする請求項１に記載の高速炉。
【請求項７】
前記熱中性子吸収材は、前記案内管の周方向のうち前記崩壊熱除去系における冷却用空気の流路と対向する部分に並設され、かつ前記流路に向かう方向の厚みが炉心に対する相対位置に合わせて変化するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の高速炉。
【請求項８】
前記熱中性子吸収材は、前記案内管の周方向のうち前記崩壊熱除去系における冷却用空気の流路と対向する部分と前記案内管の軸線方向において前記中性子減速材に隣接する部分とに並設され、かつ前記流路に向かう方向の厚みが炉心に対する相対位置に合わせて変化するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の高速炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子炉容器を空気で冷却する崩壊熱除去系と、炉心外に設けた中性子検出器とを備える高速炉に関し、より詳しくは、中性子検出器に並設されている中性子減速材によって減速された中性子が崩壊熱除去系の空気流路に漏れ出して冷却用の空気が放射化されることを防止する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の高速炉として、原子炉容器内の液体金属冷却材に浸された炉心の外側に中性子反射体を配置し、この中性子反射体を上下方向に移動させて炉心からの中性子の漏洩を調整することによって炉心の反応度を制御する反射体制御方式の高速炉が知られている（例えば、特許文献１参照）。この高速炉において、自然通風冷却型の崩壊除去装置を用いる技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。また、原子炉から発生する中性子を原子炉外で計測する中性子計測装置が知られている（例えば、特許文献３参照）。
このように、従来の高速炉においては、運転を停止した後にも発生する崩壊熱を除去するために崩壊熱除去系が設置されている。この崩壊熱除去系のうち、原子炉容器の外壁を空気によって直接冷却する方式はRVACS(Reactor Vessel Auxiliary Cooling  System)と呼ばれている。
【０００３】
上述したRVACSを備える高速炉の構造について、図１１および図１２を参照して概説すると、原子炉容器１の中央部に設置された炉心２は、炉心バレル３によって囲まれた多数の多数の燃料集合体と、その中央部に装架された中性子吸収用チャンネルとから成っている。また、炉心バレル３の外側に所定の隙間を有して配設された隔壁４の内側には、中性子反射体５と、この中性子反射体５を上下方向に駆動する中性子反射体駆動装置６が設置されている。さらに炉心２、炉心バレル３、隔壁４、中性子反射体５、中性子遮蔽体７を支持している支持構造物８は、図示されない多数の冷却材流通孔が設けられているとともに、その下方は下部プレナム９となっている。
【０００４】
隔壁４と原子炉容器１との間に配設された中性子遮蔽体７の上方には、中間熱交換器１０と電磁ポンプ１１が上下に設けられている。そして、中間熱交換器１０には二次側冷却材通流配管１２が取り付けられている。
【０００５】
原子炉容器１は、その上端開口部が遮蔽プラグ１３によって閉塞されており、かつ液体ナトリウム等の液体金属の冷却材１４で満たされている。また、冷却材１４と遮蔽プラグ１３との間は上部プレナム１５となっており、不活性ガスが封入されている。
【０００６】
冷却材１４は原子炉容器１の内部を矢印で示すように循環して炉心２に流入し、燃料集合体１６によって加熱されて上方に流出する。加熱された冷却材１４は、中間熱交換器１０において２次側冷却材通流配管１２の内部を流れる２次冷却材との熱交換によって冷却される。冷却された２次冷却材１４は電磁ポンプ１１によって昇圧され、中性子遮蔽体７および支持構造物８を通過して下部プレナム９に到達し、再び炉心２の内側に流入する。
【０００７】
さらに、原子炉容器１を囲んでいる安全容器１７とその周囲のコンクリート壁１８との間の隙間は空気流路１９となっており、この空気流路１９を流れる空気によって安全容器１７および原子炉容器１を冷却する崩壊熱除去系が構成されている。
【０００８】
また、コンクリート壁１８に挿入されて上下方向に延びる案内管２１には、原子炉容器１から漏れ出す中性子を検出して炉心２の熱出力レベルを監視するための中性子検出器２２が収納されている。炉心２の熱出力レベルは、炉心温度の計測や冷却材１４の流量計測といったプロセス計装によっても測定できるが、出力変動に対する時間遅れが大きいため、炉心２の熱出力レベルに対して時間応答性が高くて熱出力に直接比例する中性子束を監視することにより炉心２の熱出力レベルを監視することが好ましい。このとき、高速炉では、中性子の平均自由行程が長く、炉心２の内側における中性子束分布が軽水炉に比べて比較的平坦である。また、冷却材１４の温度が高いこともあり、炉心２の内部での中性子束計測は行わず、RVACSの空気流路１９の外側にあるコンクリート壁１８内に設置されるのが一般的である。なお、熱出力監視のために一般的に使用される中性子検出器２２としては、比例計数管(PC)や核分裂計数管、核分裂電離箱(FC)、γ線補償型電離箱(CIC)などがある。
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−２３５５７４号公報
【特許文献２】特開平４−２６９２号公報
【特許文献３】特開昭５９−１７０７９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、RVACSは原子炉容器１の外壁を空気によって直接冷却するものであるため、原子炉容器１から漏れ出る中性子による空気の放射化に配慮する必要がある。この空気の放射化は、主に空気中に含まれる40Arの反応が主な反応であり、その反応断面積は低エネルギーの中性子ほど大きい。そのため、原子炉容器１の内側にB4Cなどの熱中性子吸収物質を配置し、原子炉容器１から漏れ出る低エネルギーの中性子を出来る限り低減する工夫を払う必要がある。
【００１１】
また、中性子検出器２２に使用する反応物質である10Bや235Uの反応断面積は中性子のエネルギーが低いほど大きいため、低エネルギーの中性子に対して高い感度を有する。そのため、高速炉の出力を監視するために炉心外に設置する中性子検出器は、その感度を上げるために検出器の周囲を中性子減速物質で取り囲む構造とすることが一般的である。
【００１２】
しかしながら、RVACSを有する原子炉の外側に中性子減速材を伴った中性子検出器を設置すると、中性子減速材によって減速された熱中性子の一部がRVACS側に漏れ出し、これによってRVACS内の空気が放射化することが問題となる。
【００１３】
そこで本発明の目的は、上述した従来技術が有する問題点を解消し、RVACSを備えた高速炉において、炉外に設置した中性子検出器の感度を高めるためにその周囲に減速材を配設した場合においても、減速材によって減速された中性子がRVACS側に漏れ出して冷却用の空気を放射化させることがない高速炉を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の課題を解決するための本発明の高速炉においては、原子炉容器を空気で冷却する崩壊熱除去系と前記原子炉容器の外側に設けた中性子検出器とを備え、前記中性子検出器の周囲に中性子減速材が配設されている高速炉において、前記中性子減速材の外側に熱中性子吸収材を並設したことを特徴とする。
すなわち、炉心から漏れ出した中性子が中性子減速材において減速されて散乱しても、中性子減速材の外側に並設された熱中性子吸収材によって熱中性子を吸収することができるから、崩壊熱除去系の空気流路の側に熱中性子が漏れ出して冷却用空気を放射化させることを防止できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、RVACSを備えた高速炉において、炉外に設置した中性子検出器の感度を高めるためにその周囲に減速材を配設した場合においても、減速材によって減速された中性子がRVACS側に漏れ出して冷却用の空気を放射化させることがない高速炉を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図１乃至図１０を参照し、本発明に係る高速炉の各実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明においては、前述した従来技術を含めて同一の部分には同一の符号を用いて重複した説明を省略する。
【００１７】
第１実施形態
まず最初に図１〜図３を参照し、第１実施形態の高速炉について説明する。
【００１８】
図１および図２に示した本第１実施形態の高速炉１００は、図１１および図１２に示した従来の高速炉に対し中性子検出器３０の部分の構造が異なっているが、それ以外の部分の構造は同一である。そこで、中性子検出器３０の部分の構造について以下に説明する。
【００１９】
図３に示したように、中性子検出器３０は、コンクリート壁１８に挿入されて上下方向に延びる案内管２１の内部に収納された検出器本体３１と、この検出器本体３１を囲むように案内管２１の周囲に配設された中性子減速材３２と、この中性子減速材３２の外側に並設された熱中性子除去フィルタ（熱中性子吸収材）３３を有している。
【００２０】
検出器本体３１は比例計数管や核分裂計数管若しくはγ線補償型電離箱といった中性子検出器であり、１０Ｂや２３５Ｕなどの材料によって構成され、熱中性子に対して高い感度を有している。
【００２１】
中性子減速材３２は、高速炉１００の炉心１から漏れ出してくる高速中性子および中速中性子を減速して熱中性子化するもので、例えばポリエチレン等の材料から構成することができる。
【００２２】
熱中性子除去フィルタ３３は、中性子減速材３２によって減速されて崩壊熱除去系の空気流路１９の方向に散乱された熱中性子を吸収、除去する機能を持ち、例えば10Ｂ、Ｈｆ、Ｃｄ等の材料から構成することができる。
また、この熱中性子除去フィルタ３３は、中性子減速材３２の外側で案内管２１の周方向に延びる部分のうち、崩壊熱除去系の空気流路１９に対向する部分に並設されている。
【００２３】
すなわち、本第１実施形態の高速炉１００においては、中性子減速材３２の外側に熱中性子除去フィルタ３３を配設したことにより、中性子減速材３２で減速・散乱された熱中性子が崩壊熱除去系の空気流路１９の側に漏れ出すことを防止できる。
したがって、空気流路１９の内部の空気が熱中性子によって放射化されることを防止できる。
特に、本第１実施形態においては、中性子減速材３２の外側で案内管２１の周方向に延びる部分のうち、崩壊熱除去系の空気流路１９に対向する部分に集中させて熱中性子除去フィルタ３３を並設したので、中性子検出器３０をコンパクトにかつ効率よく構成することができる。
【００２４】
第２実施形態
次に図４および図５を参照し、第２実施形態の高速炉について説明する。
【００２５】
図４に示した第２実施形態の高速炉２００における中性子検出器４０は、上述した第１実施形態の中性子検出器３０に対し、熱中性子除去フィルタの形状を変更したものである。
具体的に説明すると、中性子減速材３２に並設された熱中性子除去フィルタ４１は、案内管２１の周囲に配設された水平断面で矩形状の中性子減速材３２の外側の部分のうち、崩壊熱除去系の空気流路１９に対向する側面に並設された部分４１ａと、原子炉容器１の周方向における両側面にそれぞれ並設された部分４１ｂ，４１ｃとを有しており、その水平断面形状が略コ字形に構成されている。
【００２６】
すなわち、本第２実施形態の高速炉２００においては、中性子減速材３２の外側の部分のうち、崩壊熱除去系の空気流路１９に対向する部分ばかりでなく、この部分に対して原子炉容器１の周方向に隣接する部分にも熱中性子除去フィルタ４１を並設したので、中性子減速材３２で減速・散乱された熱中性子が崩壊熱除去系の空気流路１９の側に漏れ出すことをより効果的に防止することができる。
【００２７】
なお、図５に示した変形例の高速炉２１０における中性子検出器５０のように、案内管２１の周囲に配設された水平断面で円筒状の中性子減速材５１の外側の部分のうち、崩壊熱除去系の空気流路１９に対向する側の半周にわたって、水平断面形状がＣ字形の熱中性子除去フィルタ５２を並設することによっても、同様の効果を得ることができる。
特に、このような構造の中性子検出器５０においては、熱中性子除去フィルタ５１を中性子減速材５１に近づけることができるから、中性子検出器５０の周囲の構造をより単純化することができる。
【００２８】
第３実施形態
次に図６を参照し、第３実施形態の高速炉について説明する。
【００２９】
図６に示した第３実施形態の高速炉３００における中性子検出器６０は、上述した第２実施形態の中性子検出器４０に対し、熱中性子除去フィルタの形状をさらに変更したものである。
具体的に説明すると、中性子減速材３２に並設された熱中性子除去フィルタ６１は、案内管２１の周囲に配設された水平断面で矩形状の中性子減速材３２の外側の部分のうち、崩壊熱除去系の空気流路１９に対向する側面に並設された部分６１ａと、原子炉容器１の周方向（左右方向）の両側面にそれぞれ並設された部分６１ｂ，６１ｃに加えて、案内管２１の軸線方向（上下方向）において中性子減速材３２に隣接する部分６１ｄ，６１ｅをさらに備えている。
【００３０】
すなわち、本第３実施形態の高速炉３００においては、中性子減速材３２の外側の部分のうち崩壊熱除去系の空気流路１９に対向する部分ばかりでなく、この部分に対して左右方向に隣接する部分および上下方向に隣接する部分にも熱中性子除去フィルタ６１を並設したので、中性子減速材３２で減速・散乱された熱中性子が崩壊熱除去系の空気流路１９の側に漏れ出すことをより一層効果的に防止することができる。
【００３１】
第４実施形態
次に図７〜図９を参照し、第４実施形態の高速炉について説明する。
【００３２】
図７に示したように、本第４実施形態の高速炉４００における中性子検出器７０は、コンクリート壁１８に挿入されて上下方向に延びる案内管２１の内部に収納された検出器本体７１と、この検出器本体７１を囲むように案内管２１の周囲に配設された中性子減速材７２と、この中性子減速材７２の外側のうち崩壊熱除去系の空気流路１９に対向する部分に並設された熱中性子除去フィルタ７３とを有している。
【００３３】
この熱中性子除去フィルタ７３は、図８に拡大して示したように、崩壊熱除去系の空気流路１９に向かう方向の厚みが炉心２に対する上下方向の相対位置に合わせて変化するように構成され、炉心２から漏れ出してくる中性子束のフラックスレベルが高い中心部分ほど厚く、フラックスレベルが相対的に低い両端部にいくほど薄い構造となっている。
具体的には、熱中性子除去フィルタ７３のうち上下方向の中央部分７３ａが最も厚く、この中央部分７３ａに対して上下方向に隣接する部分７３ｂが厚く、上下方向の両端部分７３ｃが最も薄くなっている。
【００３４】
すなわち、本第４実施形態の高速炉４００では、中性子検出器７０のうち、炉心２から漏れ出してくる中性子量が少ない上下方向の両端部においては、漏れ出してきた中性子の吸収量を抑制して中性子検出器７０の感度を確保することができる。
同時に、炉心２から漏れ出してくる中性子量が多い上下方向の中央部においては、中性子減速材７２によって減速・散乱された熱中性子を効果的に除去し、崩壊熱除去系の空気流路１９の側に漏れ出すことを確実に防止することができる。
【００３５】
なお、図９に示した変形例の高速炉４１０における中性子検出器７５のように、図８に示した熱中性子除去フィルタ７３に対し、中性子減速材７２をそれぞれ上下方向に覆う部分７３ｄ，７３ｅをさらに追加することもできる。
【００３６】
第５実施形態
次に図１０を参照し、第５実施形態の高速炉について説明する。
【００３７】
図１０に示した第５実施形態の高速炉５００における中性子検出器８０は、コンクリート壁１８に挿入されて上下方向に延びる案内管２１の内部に収納された検出器本体８１と、この検出器本体８１を囲むように案内管２１の周囲に配設された中性子減速材８２と、この中性子減速材８２の外側の部分のうち崩壊熱除去系の空気流路１９に対向する部分に並設された熱中性子除去フィルタ８３を有している。
【００３８】
そして、この熱中性子除去フィルタ８３の上下方向の範囲は、炉心２に設けられている燃料集合体１６の上下方向の全体をカバーできるように設定されており、かつ崩壊熱除去系の空気流路１９に向かう方向の厚みが連続的に変化して、炉心２から漏れ出してくる中性子束のフラックスレベルが高い中心部分ほど厚く、フラックスレベルが相対的に低い両端部にいくほど薄くなるように構成されている。
【００３９】
すなわち、本第５実施形態の高速炉５００においても、中性子検出器８０のうち、炉心２から漏れ出してくる中性子量が少ない上下方向の両端部においては、漏れ出してきた中性子の吸収量を抑制して中性子検出器８０の感度を確保することができる。
同時に、炉心２から漏れ出してくる中性子量が多い上下方向の中央部においては、中性子減速材７２によって減速・散乱された熱中性子を効果的に除去し、崩壊熱除去系の空気流路１９の側に漏れ出すことを確実に防止することができる。
さらに、熱中性子除去フィルタ８３は、炉心２の燃料集合体１６の上下方向の全体をカバーするような範囲で連続的に変化する構成となっているので、中性子検出器８０によって上下方向の広い範囲をスキャンすることが可能になる。
【００４０】
以上、本発明に係る高速炉の各実施形態について詳しく説明したが、本発明は上述した実施形態によって限定されるものではなく、種々の変更が可能であることは言うまでもない。
例えば、上述した各実施形態においては、いずれも案内管２１が上下方向（鉛直方向）に延びるように配設されているが、炉心２に対して傾斜して延びる場合や水平に延びる場合においても本発明を適用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】第１実施形態の高速炉を示す全体断面図。
【図２】図１に示した高速炉の水平断面図。
【図３】図１に示した中性子検出器を拡大して示す（ａ）縦断面図および（ｂ）水平断面図。
【図４】第２実施形態の高速炉における中性子検出器を示す水平断面図。
【図５】図４に示した中性子検出器の変形例を示す水平断面図。
【図６】第３実施形態の高速炉における中性子検出器を示す（ａ）縦断面図および（ｂ）水平断面図。
【図７】第４実施形態の高速炉を示す要部縦断面図。
【図８】図７に示した中性子検出器を拡大して示す縦断面図。
【図９】図８に示した中性子検出器の変形例を示す縦断面図。
【図１０】第５実施形態の高速炉を示す要部縦断面図。
【図１１】従来の高速炉を示す全体断面図。
【図１２】図１１に示した高速炉の水平断面図。
【符号の説明】
【００４２】
１  原子炉容器、２  炉心、３  炉心バレル、４  隔壁、５  中性子反射体、６  中性子反射体駆動装置、７  中性子遮蔽体、８  支持構造物、９  下部プレナム、１０  中間熱交換器、１１  電磁ポンプ、１２  ２次側冷却材通流配管、１３  遮蔽プラグ、１４  冷却材、１５  上部プレナム、１６  燃料集合体、１７  安全容器、１８  コンクリート壁、１９  空気流路、２１  案内管、２２  中性子検出器、３０，４０，５０，６０，７０，８０  中性子検出器、３１，４１，５１，６１，７１，８１  検出器本体、３２，４２，５２，６２，７２，８２  中性子減速材、３３，４３，５３，６３，７３，８３  熱中性子除去フィルタ（熱中性子吸収材）、１００  第１実施形態の高速炉、２００  第２実施形態の高速炉、３００  第３実施形態の高速炉、４００  第４実施形態の高速炉
５００  第５実施形態の高速炉
【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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【図１２】
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