(57)【要約】【課題】液体状の反射体のみで原子炉の反応度を制御可能とするとともに、給排液管又は給排気管が破断又は損傷した場合でも炉心の損傷を抑制する。【解決手段】炉心１の周囲に配置され内部に液体の反射体２ａが収容される反射体容器２と、圧力容器５を貫通し前記反射体容器２の上部に接続される給排液管３及び給排気管４と、を有し、前記反射体２ａの液位を調整することで炉心１の反応度を制御する小型原子炉であって、前記給排液管３及び給排気管４が前記圧力容器５を貫通する貫通部と、前記給排液管３及び給排気管４と反射体容器２との接続部が前記炉心１の最上端１ａよりも高い位置にある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉心の周囲に配置され内部に液体の反射体が収容される反射体容器と、圧力容器を貫通し前記反射体容器の上部に接続される給排液管及び給排気管と、を有し、前記反射体の液位を調整することで炉心の反応度を制御する小型原子炉であって、
前記給排液管及び給排気管が前記圧力容器を貫通する貫通部と、前記給排液管及び給排気管と反射体容器との接続部が前記炉心の最上端よりも高い位置にあることを特徴とする小型原子炉。
【請求項２】
前記反射体容器は複数の領域に分割され、各領域に前記給排液管及び給排気管が接続されていることを特徴とする請求項１記載の小型原子炉。
【請求項３】
前記給排液管及び給排気管が少なくとも２つにグループ化されていることを特徴とする請求項２記載の小型原子炉。
【請求項４】
前記反射体は、軽水、重水又は液体金属であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の小型原子炉。
【請求項５】
前記液体金属は、ガリウム又はガリウム・インジウム・スズの共晶合金であることを特徴とする請求項４記載の小型原子炉。
【請求項６】
前記炉心を冷却する冷却材は、水又は液体金属であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の小型原子炉。
【請求項７】
炉心の周囲に配置され内部に液体の反射体が収容される反射体容器を圧力容器内に設置し、前記反射体容器内の前記反射体の液位を調整することで炉心の反応度を制御する小型原子炉の制御方法において、
前記圧力容器を外部から内部に貫通する貫通部と前記反射体容器に接続される接続部を有する給排液管及び給排気管を、当該貫通部と接続部とが前記炉心の最上端よりも高い位置になるように配置し、前記給排液管及び給排気管により前記反射体容器内の前記反射体の液位を調整することを特徴とする小型原子炉の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は小型原子炉に関し、特に、反射体によって原子炉の反応度を制御する小型原子炉およびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、小型原子炉（ＳＭＲ）の開発が各国で行われているが、現在開発されている小型原子炉の反応度制御手段は大型炉で確立された制御手段、すなわち、制御棒やポイズン濃度による制御を踏襲・採用している。また、小型原子炉は、炉心からの中性子漏れが大きく、この中性子漏洩量を制御することにより原子炉の反応度を制御可能である。
【０００３】
例えば、冷却材として液体金属を用いる小型の高速炉では、炉心の外周に配置された複数の固体状の反射体を上下方向に移動させることで炉心の反応度を制御する手段が採用されている（特許文献１）。
【０００４】
また、図４に示すように、圧力容器５内の炉心１の外周に液体の反射体が充填された密封容器１０を配置し、事故時には冷却材の温度上昇により密封容器１０内の上方の気体が膨張し、反射体を密封容器１０の下部から排出することで、炉心１から漏洩する中性子量を増加させ、高速炉を安全に停止させる安全防護手段を備えた小型の高速炉も知られている（特許文献２）。なお、図４中、符号１１は径方向ブラケットを、符号１２は軸方向ブラケットを示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−７４９６０号公報
【特許文献２】特開平９−７２９８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載されている小型の高速炉では、反射体を上下に駆動させるための駆動機構及び移動空間が必要となり、必然的に圧力容器が大型化するという課題がある。また、反射体として固体を用いているため、放射線による照射損傷等により反射体が劣化し、適宜交換する必要がある。
【０００７】
また、特許文献２に記載された小型の高速炉では、基本的に反応度制御を制御棒により行うため、制御棒を挿入する空間及び制御棒の駆動機構が必要となり、圧力容器が大型化するという課題がある。また、一旦、熱膨張により内部の反射体が密封容器１０から排出されると再度ガス及び反射体を密封容器１０に封入する必要があった。
【０００８】
一方、特許文献１に記載されている反射体制御方式の原子炉は、高速炉のみならず、軽水を冷却材として用いる小型原子炉にも適用できる可能性がある。その場合、液体状の反射体の液位を変化させることで反応度を制御することになるが、これまで液体状の反射体のみで小型原子炉の反応度を適切に制御する手段は具体化されていない。
【０００９】
また、反射体の液位を制御するためには、外部から圧力容器を通して反射体容器に給排液管及び給排気管を接続する必要があるが、この給排液管又は給排気管が破断又は損傷した場合は、図４に示した圧力容器５内の冷却材が破断箇所から漏洩し、炉心１の冷却機能が失われたり、炉心１が露出する等により炉心が損傷する恐れがあった。
【００１０】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、液体状の反射体のみで原子炉の反応度を制御可能とするとともに、給排液管又は給排気管が破断又は損傷した場合でも炉心の損傷を抑制することができる信頼性及び安全性の高い小型原子炉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】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明に係る小型原子炉は、炉心の周囲に配置され内部に液体の反射体が収容される反射体容器と、圧力容器を貫通し前記反射体容器の上部に接続される給排液管及び給排気管と、を有し、前記反射体の液位を調整することで炉心の反応度を制御する小型原子炉であって、前記給排液管及び給排気管が前記圧力容器を貫通する貫通部と、前記給排液管及び給排気管と反射体容器との接続部が前記炉心の最上端よりも高い位置にあることを特徴とする。
【００１２】
さらに、本発明に係る小型原子炉の制御方法は、炉心の周囲に配置され内部に液体の反射体が収容される反射体容器を圧力容器内に設置し、前記反射体容器内の前記反射体の液位を調整することで炉心の反応度を制御する小型原子炉の制御方法において、前記圧力容器を外部から内部に貫通する貫通部と前記反射体容器に接続される接続部を有する給排液管及び給排気管を、当該貫通部と接続部とが前記炉心の最上端よりも高い位置になるように配置し、前記給排液管及び給排気管により前記反射体容器内の前記反射体の液位を調整することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、液体状の反射体のみで原子炉の反応度を制御可能とすることで、原子炉を小型化することが可能となるとともに、反射体容器に液体及び気体を供給又は排出する給排液管及び給排気管が破断又は損傷した場合でも炉心の損傷を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（ａ）は第１の実施形態に係る小型原子炉の縦断面図、（ｂ）はそのＡ−Ａ線横断面図。
【図２】（ａ）は第２の実施形態に係る小型原子炉の縦断面図、（ｂ）はそのＢ−Ｂ線横断面図。
【図３】第３の実施形態に係る小型原子炉のＢ−Ｂ線断面図。
【図４】従来の小型原子炉の断面構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る小型原子炉およびその制御方法の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１６】
［第１の実施形態］
第１の実施形態に係る小型原子炉およびその制御方法を、図１（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。
【００１７】
（構成）
本実施形態に係る小型原子炉は、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、圧力容器５内に設置された炉心１と、炉心１を取り囲むように設置され内部に反射体２ａが収容される反射体容器２と、反射体２ａの液位を制御するために反射体容器２の上部に接続された給排液管３及び給排気管４と、炉心１に冷却材を供給するための入口ノズル６と、炉心１で加熱された冷却材を圧力容器５の外部に取出すための出口ノズル７と、から構成される。
【００１８】
本実施形態の反射体容器２は円筒状であり、その高さは炉心１の高さと同等又は高く設計されている。給排液管３と給排気管４は炉心１の最上端１ａよりも高い位置で圧力容器５の外部から内部に貫通し、それぞれ反射体容器２の上部に接続される。そして、給排液管３は、その下端部が軽水からなる反射体２ａを給排液可能なように反射体容器２の下方まで延びるように設置され、給排気管４は、その下端部が反射体容器２の上方に形成される気相部に存在する空気などの気体を給排気できるように反射体容器２の上方に位置するように設置される。すなわち、反射体２ａの液位は、給排液管３の下端部を最低位、給排気管４の下端部を最高位としてこれらの間で制御される。
【００１９】
反射体容器２に充填される反射体２ａは、液位の制御を簡便に行うことができるように、常温付近から運転温度まで液体の材料であることが望ましく、本実施形態では軽水が用いられるが、これに限定されず、重水又はガリウム等の液体金属を用いることができる。
重水は原子炉の反射体として従来から使用されているものであり、軽水に比べ中性子吸収断面積が小さく反射体の材料として有利な特性を有している。
【００２０】
ガリウムは融点が３０℃、沸点が２４００℃であり、従来から液体金属冷却材として用いられているナトリウム（融点９８℃、沸点２９１℃）よりも広い温度範囲で液体であり、液体状態を保つための加温装置や沸騰抑制のための加圧装置が不要となるため、反射体２ａとして好適である。また、ガリウムは、その散乱断面積が反射体として広く用いられるベリリウムと同様に大きい（数バーン）ことからも好適である。  
なお、反射材としてガリウム・インジウム・スズの共晶合金を用いることができる。これにより融点を０℃以下までさらに下げることができる。
【００２１】
また、本実施形態では、冷却材として軽水等の水が用いられるが、液体金属も用いることができる。  
さらに、反射体容器２の形状は円筒状に限定されず、炉心１の形状に応じて多角形状、矩形状、楕円形状等、種々の形状のものを採用することができる。
【００２２】
（作用）
このように構成された小型原子炉において、給排液管３を通して反射体容器２へ供給又は排出される反射体２ａの供給量又は排出量を制御することで、反射体２ａの液位を調整する。これにより炉心１から放出される中性子の漏洩量を調整し、炉心１の反応度を制御する。その際、給排気管４は液位の上昇下降に応じて、反射体容器２の上方に形成される気相部の空気を給排気する。  
なお、軽水からなる反射体２ａは、炉心１から放出された中性子を炉心１側に戻す反射機能を有するとともに、中性子の減速材としても機能する。
【００２３】
また、給排液管３及び給排気管４と反射体容器２との接続部を炉心１の最上端１ａより上部に位置させ、さらに、給排液管３及び給排気管４が圧力容器５を貫通する貫通部も炉心１の最上端１ａより上部に位置させたことで、仮に、給排液管３及び／又は給排気管４が破断又は損傷し、圧力容器５内の冷却材の一部が破断箇所から漏洩したとしても、圧力容器５内の冷却材が全て失われることはなく、冷却材のレベルは少なくとも炉心１の高さに保持される。したがって、炉心１の冷却機能が失われたり、炉心１が露出するような事態は生じない。
【００２４】
また、緊急時には反射体容器２内の反射体２ａを給排液管３を介して外部に排出することで、炉心１に負の反応度を投入するようにしてもよい。すなわち、反射体容器２内に反射体２ａが存在しないと、炉心１から漏れてきた中性子は反射体容器２をそのまま通過することになり、炉心１における核反応に寄与しないので、炉心１の反応度が最小となる。
【００２５】
（効果）
本実施形態によれば、制御棒や制御棒駆動装置を用いずに、反射体のみで原子炉の反応度を制御可能とすることで、原子炉を小型化することができる。
【００２６】
また、給排液管及び給排気管が圧力容器を貫通する貫通部と、給排液管及び給排気管と反射体容器との接続部とを炉心の最上端よりも高く位置させたことで、仮に給排液管又は給排気管が破断又は損傷した場合でも、圧力容器内５内の冷却材が全て流出することがなく、冷却材のレベルを炉心１の高さに保持することができるため、炉心１の冷却機能が失われたり、炉心１が露出するような事態は生じない。これにより、安全性及び信頼性の高い小型原子炉を提供することができる。  
また、緊急時に反射体容器２中の反射体２ａを外部に排出することにより、炉心１に負の反応度を投入することで、さらに小型原子炉の安全性を高めることができる。
【００２７】
［第２の実施形態］
第２の実施形態に係る小型原子炉およびその制御方法を、図２（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。なお、上記実施形態と同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２８】
本実施形態では、反射体容器２を複数の領域２-1〜２-nに分割し、各領域２-1〜２-nに給排液管３及び給排気管４を接続する構成としている。  
このように、反射体容器２を複数の領域２-1〜２-nに分割することで、各領域毎に液位を制御することが可能となり、これにより小型原子炉の炉心出力分布の平坦化や微調整等、小型原子炉の制御特性を向上させることができる。
【００２９】
本実施形態によれば、上記第１の実施形態の作用効果に加え、反射体容器２を複数の領域２-1〜２-nに分割することで、小型原子炉の制御特性を向上させることができる。
なお、本実施形態では反射体容器２を４つの領域２-1〜２-4に分割しているが、これに限定されず、分割領域数は適宜増減可能である。
【００３０】
［第３の実施形態］
第３の実施形態に係る小型原子炉およびその制御方法を、図３を用いて説明する。なお、上記実施形態と同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００３１】
本実施形態では、上記第２の実施形態において、各領域２-1〜２-nに設置された給排液管３及び給排気管４を幾つかの群にグループ化し、給排液管と給排気管を各群毎に共通化することで配管構成を簡素化し、原子炉の小型化を図っている。  
なお、各領域２-1〜２-nに接続される給排液管３及び給排気管４に流量調整弁を設けてもよい。
【００３２】
本実施形態によれば、上記第１及び第２の実施形態の作用効果に加え、給排液管３及び給排気管４を幾つかの群にグループ化したことで、小型原子炉の配管構成を簡素化することができるため、原子炉をさらに小型化することができる。
【００３３】
以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、組み合わせ、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３４】
１…炉心、２…反射体容器、２ａ…反射体、３…給排液管、４…給排気管、５…圧力容器、６…入口ノズル、７…出口ノズル、１０…密封容器、１１，１２…ブラケット。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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