(57)【要約】【課題】原子炉において、原子炉から落下する溶融物を早期に冷却することで安全性の向上を図る。【解決手段】高速中性子による核分裂連鎖反応を用いてエネルギを発生させると共に冷却材として液体金属を使用する高速増殖炉１２にて、原子炉容器３１の下方にキャビティ５１を設け、このキャビティ５１に溶融することで溶融物を冷却可能な冷却用金属５２を所定量充填する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高速中性子による核分裂連鎖反応を用いてエネルギを発生させると共に冷却材として液体金属を使用する原子炉であって、
原子炉容器の下方に設けられるキャビティと、
前記キャビティに所定量充填されて溶融することで溶融物を冷却可能な冷却用金属と、
を有することを特徴とする原子炉。
【請求項２】
前記キャビティは、縦壁部及び底部に断熱部が配置され、前記縦壁部だけに冷却部が配置されることを特徴とする請求項１に記載の原子炉。
【請求項３】
前記キャビティの縦壁部は、コンクリート壁面に第１鋼板、前記断熱部、第２鋼板が順に積層され、前記コンクリート壁面と前記第１鋼板との間に前記冷却部としての冷却材配管が配置されることを特徴とする請求項２に記載の原子炉。
【請求項４】
前記液体金属と前記冷却用金属を同種類とすることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の原子炉。
【請求項５】
前記原子炉容器の下方に位置して前記原子炉容器から落下する溶融物を受け止める捕集部材が設けられ、前記捕集部材は、前記冷却用金属内に配置されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一つに記載の原子炉。
【請求項６】
前記捕集部材は、前記原子炉容器の直下に位置して上方突出部が設けられると共に、前記上方突出部に貫通孔が設けられることを特徴とする請求項５に記載の原子炉。
【請求項７】
前記キャビティの縦壁部から所定距離をあけて鉛直方向に沿う仕切部材が配置されることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一つに記載の原子炉。
【請求項８】
前記仕切部材は、前記キャビティの縦壁部側と中央部側を連通する連通路が複数設けられることを特徴とする請求項７に記載の原子炉。
【請求項９】
前記冷却用金属は、前記キャビティ側に突出した前記原子炉容器の下部の下方に対応する底部金属と、前記原子炉容器の下部の側方に対応する側部金属とを有することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一つに記載の原子炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナトリウムなどの冷却金属を原子炉冷却材として使用する原子炉に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、高速増殖炉（ＦＢＲ：Ｆａｓｔ  Ｂｒｅｅｄｅｒ  Ｒｅａｃｔｏｒ）を有する原子力発電プラントは、ナトリウムを原子炉冷却材として使用し、炉内にある燃料の核分裂により発生した熱を１次系ナトリウムにより取り出し、これを中間熱交換器に送って２次系ナトリウムに熱を伝え、これを蒸気発生器に送って蒸気を発生させ、この蒸気をタービン発電機へ送って発電するものである。
【０００３】
このような原子炉にて、原子炉格納容器は、岩盤等の堅固な地盤上に立設され、鉄筋コンクリートなどにより内部に複数のコンパートメントが区画されている。そして、原子炉容器は、このコンパートメントを画成する筒形状をなすコンクリート構造物の中心部に垂下して支持され、その下方にキャビティ（原子炉容器室）が画成されている。
【０００４】
このように構成された原子力発電プラントにて、事故または過渡事象（トランジェント）が発生した場合、冷却装置が作動し、原子炉容器の内部の炉心を冷却することで発生する熱を十分に除去するようにしている。ところが、この冷却装置により炉心を十分に冷却することができないと、原子炉容器の内部の炉心が溶融し、溶融した燃料などの溶融物がこの原子炉容器を破損させてしまうおそれがある。
【０００５】
冷却金属を原子炉冷却材として使用する原子炉にて、この原子炉を冷却する技術として、例えば、特許文献１、２に記載されたものがある。特許文献１に記載された液体金属冷却型原子炉は、原子炉容器の外側を取り囲む格納容器と、格納容器の外側に空気を流動させて除熱を行う空気流路と、原子炉容器及び格納容器の間隙に充填材を注入する注入部を設けたものである。また、特許文献２に記載された液体金属冷却原子炉は、格納容器を環状空間により収納するサイロと、環状空間を区画してサイロ側に空気下降流路及び格納容器側に空気上昇流路を形成する筒状のスリーブからなるコレクタと、サイロの底部に配置されて液体金属よりも比重が小さい多数の閉止部材と、スリーブ内部に配置されたヒートパイプとを設けたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−２２６９５５号公報
【特許文献２】特開２０１２−０８３１３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
冷却金属を原子炉冷却材として使用する原子炉は、各特許文献１、２に記載された技術により原子炉容器を冷却することができるものの、原子炉容器の内部の炉心が溶融し、溶融した燃料などの溶融物がこの原子炉容器を破損させてしまったときの対策が不十分である。
【０００８】
本発明は上述した課題を解決するものであり、原子炉から落下する溶融物を早期に冷却することで安全性の向上を図る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】
【０００９】
上記の目的を達成するための本発明の原子炉は、高速中性子による核分裂連鎖反応を用いてエネルギを発生させると共に冷却材として液体金属を使用する原子炉であって、原子炉容器の下方に設けられるキャビティと、前記キャビティに所定量充填されて溶融することで溶融物を冷却可能な冷却用金属と、を有することを特徴とするものである。
【００１０】
従って、原子炉容器が破損して溶融物がキャビティに落下すると、この溶融物はキャビティ内の冷却用金属に接触し、この冷却用金属が溶融することで溶融物が冷却されることとなり、この溶融物を早期に冷却することで安全性の向上を図ることができる。
【００１１】
本発明の原子炉では、前記キャビティは、縦壁部及び底部に断熱部が配置され、前記縦壁部だけに冷却部が配置されることを特徴としている。
【００１２】
従って、キャビティの縦壁部と底部に断熱部を配置することで、溶融物の熱の伝達を防止してキャビティの破損を防止することができ、また、縦壁部だけに冷却部を配置することで、溶融物と冷却材との接触を防止すると共に、キャビティの周囲から溶融物を効率的に冷却することができる。
【００１３】
本発明の原子炉では、前記キャビティの縦壁部は、コンクリート壁面に第１鋼板、前記断熱部、第２鋼板が順に積層され、前記コンクリート壁面と前記第１鋼板との間に前記冷却部としての冷却材配管が配置されることを特徴としている。
【００１４】
従って、縦壁部に配置される冷却部を冷却材配管とすることで、溶融物と冷却材との接触を防止することで、有害物質の発生を防止することができる。
【００１５】
本発明の原子炉では、前記液体金属と前記冷却用金属を同種類とすることを特徴としている。
【００１６】
従って、異種の材料を使用すると、万一に事故が発生した場合、事故終息後の冷却用金属は、燃料だけでなく液体金属も混合して固化した状態となり、その処理や処分作業が必要となるが、液体金属と冷却用金属を同種類とすることで、万一に事故が発生したとしても、異種材料の場合よりも事故終息後の冷却用金属の取扱が容易になる。
【００１７】
本発明の原子炉では、前記原子炉容器の下方に位置して前記原子炉容器から落下する溶融物を受け止める捕集部材が設けられ、前記捕集部材は、前記冷却用金属内に配置されることを特徴としている。
【００１８】
従って、原子炉容器が破損して溶融物がキャビティに落下すると、この溶融物は冷却用金属に接触して溶融することで溶融物が冷却され、その後、溶融物は、捕集部材に受け止められることとなり、キャビティの底部への溶融物の落下を防止してキャビティの破損を防止することができる。
【００１９】
本発明の原子炉では、前記捕集部材は、前記原子炉容器の直下に位置して上方突出部が設けられると共に、前記上方突出部に貫通孔が設けられることを特徴としている。
【００２０】
従って、溶融物は、捕集部材に受け止められたとき、上方突出部に接触して周囲に拡散されることとなり、再臨界の発生を回避でき、溶融物を効率良く冷却することができ、また、冷却用金属が全て溶融すると、溶融物が貫通孔を通して循環しやすくなり、溶融物を均一に冷却することができる。
【００２１】
本発明の原子炉では、前記キャビティの縦壁部から所定距離をあけて鉛直方向に沿う仕切部材が配置されることを特徴としている。
【００２２】
従って、キャビティの周囲に仕切部材が配置されることで、溶融物と縦壁部との直接接触を抑制してキャビティの破損を防止することができる。
【００２３】
本発明の原子炉では、前記仕切部材は、前記キャビティの縦壁部側と中央部側を連通する連通路が複数設けられることを特徴としている。
【００２４】
従って、冷却用金属が全て溶融すると、溶融物は、温度差によって受動的にキャビティの縦壁部側で下降し、連通路を通ってキャビティの中央部側に移動して上昇することとなり、溶融物をキャビティ内で循環しやすくして均一に冷却することができる。
【００２５】
本発明の原子炉では、前記冷却用金属は、前記キャビティ側に突出した前記原子炉容器の下部の下方に対応する底部金属と、前記原子炉容器の下部の側方に対応する側部金属とを有することを特徴としている。
【００２６】
従って、キャビティ内に冷却用金属を適正に配置することで、溶融物を早期に冷却することができると共に、キャビティの破損を防止することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の原子炉によれば、原子炉容器の下方に設けられるキャビティに溶融することで溶融物を冷却可能な冷却用金属を所定量充填するので、溶融物を早期に冷却することで安全性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は、本発明の実施例１に係る高速増殖炉におけるキャビティを表す概略図である。
【図２】図２は、高速増殖炉におけるキャビティを表す概略平面図である。
【図３】図３は、キャビティの縦壁部を表す断面図である。
【図４】図４は、炉心溶融時における原子炉冷却機能を表す概略図である。
【図５】図５は、液体金属を冷却材とする原子力発電プラントの概略構成図である。
【図６】図６は、高速増殖炉の原子炉容器廻りを表す概略図である。
【図７】図７は、本発明の実施例２に係る高速増殖炉におけるキャビティを表す概略図である。
【図８】図８は、キャビティの縦壁部を表す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る原子炉の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。
【実施例１】
【００３０】
図１は、本発明の実施例１に係る高速増殖炉におけるキャビティを表す概略図、図２は、高速増殖炉におけるキャビティを表す概略平面図、図３は、キャビティの縦壁部を表す断面図、図４は、炉心溶融時における原子炉冷却機能を表す概略図、図５は、液体金属を冷却材とする原子力発電プラントの概略構成図、図６は、高速増殖炉の原子炉容器廻りを表す概略図である。
【００３１】
実施例１の原子炉は、高速中性子による核分裂連鎖反応を用いてエネルギを発生させることで、使用した燃料よりもさらに多くの燃料を生み出す高速増殖炉（ＦＢＲ）である。この高速増殖炉は、冷却材として液体金属を使用しており、ここでは、金属ナトリウムを使用している。なお、液体金属としては、金属ナトリウム以外に、例えば、鉛、ビスマス、鉛とビスマスの合金、水銀、カリウム、ＮａＫ（ナトリウムカリウム合金）などがある。
【００３２】
実施例１の原子力発電プラントにおいて、図５に示すように、原子炉格納容器１１は、内部に高速増殖炉１２、一次主冷却系中間熱交換器１３、一次主冷却系循環ポンプ１４が格納されており、これらはガードベッセル（保護容器）により保護されている。そして、この高速増殖炉１２と一次主冷却系中間熱交換器１３と一次主冷却系循環ポンプ１４とは、一次主冷却系配管１５ａ，１５ｂ，１５ｃにより連結されている。従って、この高速増殖炉１２、一次主冷却系中間熱交換器１３、一次主冷却系循環ポンプ１４、各一次主冷却系配管１５ａ，１５ｂ，１５ｃにより一次系ナトリウムループが形成されている。そのため、高速増殖炉１２の炉心で原子燃料が核分裂を起こして熱が発生すると、一次主冷却系循環ポンプ１４によりナトリウムが循環することで、この発生した熱がナトリウムにより吸収されて冷却される。
【００３３】
原子炉格納容器１１は、外部に蒸気発生器としての過熱器１６及び蒸発器１７、二次主冷却系循環ポンプ１８が配置されている。そして、この過熱器１６と蒸発器１７と二次主冷却系循環ポンプ１８とは、二次主冷却系配管１９ａ，１９ｂ，１９ｃにより連結されており、二次主冷却系配管１９ａが原子炉格納容器１１内に侵入し、一部が一次主冷却系中間熱交換器１３内に配設されている。従って、この過熱器１６、蒸発器１７、二次主冷却系循環ポンプ１８、各二次主冷却系配管１９ａ，１９ｂ，１９ｃにより二次系ナトリウムループが形成されており、二次主冷却系循環ポンプ１８によりナトリウムが循環することで、一次主冷却系中間熱交換器１３で一次系のナトリウムの熱が二次系のナトリウムにより吸収されて冷却される。
【００３４】
なお、この二次系ナトリウムループにおける二次主冷却系配管１９ａの一部に沿って空気冷却器２０による空気冷却配管２１が付設されている。
【００３５】
三次冷却系配管２２は、過熱器１６及び蒸発器１７内を挿通するように配置されている。この三次冷却系配管２２は、一端部が蒸気タービン２３と連結されており、この蒸気タービン２３は発電機２４が接続されている。また、蒸気タービン２３は、復水器２５を有しており、この復水器２５には冷却水（例えば、海水）を給排する取水管２６及び排水管２７が連結されている。この取水管２６は、循環水ポンプ２８を有し、排水管２７と共に他端部が海中に配置されている。そして、この復水器２５は、三次冷却系配管２２の他端部に連結されており、この三次冷却系配管２２に給水ポンプ２９が設けられている。従って、この三次冷却系配管２２、蒸気タービン２３、復水器２５により三次系水ループが形成されており、給水ポンプ２９により水が循環することで、過熱器１６及び蒸発器１７で二次系のナトリウムの熱が水により吸収されて冷却される。
【００３６】
即ち、過熱器１６及び蒸発器１７にて、二次系の高温ナトリウムと熱交換を行って生成された蒸気は、三次冷却系配管２２を通して蒸気タービン２３に送られ、この蒸気により蒸気タービン２３を駆動して発電機２４により発電を行う。そして、蒸気タービン２３を駆動した蒸気は、復水器２５で海水を用いて冷却されて復水となり、給水ポンプ２９により過熱器１６及び蒸発器１７に戻される。
【００３７】
このように構成された原子力発電プラントに適用される高速増殖炉１２において、図６に示すように、原子炉容器３１は、有底で上部が開口した円筒形状をなし、その内部に炉内構造物３２が配置可能であり、外周部にガードベッセル（保護容器）３３が設けられている。この原子炉容器３１は、上部が原子炉格納容器１１の上部構造物（ペデスタル）１１ａに吊り下げ支持される一方、下部が下部構造物１１ｂに振れ止め支持されている。また、原子炉容器３１は、下部に一次主冷却系（入口）配管１５ａの端部が連結される一方、上部に一次主冷却系（出口）配管１５ｂが連結されている。
【００３８】
原子炉容器３１は、上部開口に円盤形状をなす固定プラグ３４が図示しない締結ボルトにより着脱自在に固定されている。また、原子炉容器３１は、内部にて、上下方向にずれて連結される一次主冷却系配管１５ａ，１５ｂの間に位置し、上部炉心支持板３５と下部炉心支持板３６が所定の間隔をもって固定されている。この上部炉心支持板３５及び下部炉心支持板３６は、円板形状をなして図示しない多数の連通孔が形成されている。
【００３９】
原子炉容器３１は、上部炉心支持板３５と下部炉心支持板３６の間に位置して炉心３７が形成されている。この炉心３７は、多数の燃料集合体により構成されている。この燃料集合体は、中央部に配置される多数の燃料集合体（ＭＯＸ燃料）と、周辺部に配置される複数のブランケットにより構成される。この燃料集合体は、図示しないが、多数の燃料棒が支持格子により格子状に束ねられて構成されると共に、内部に多数の制御棒が配置されている。この上部炉心支持板３５、下部炉心支持板３６、炉心３７などにより炉内構造物３２が構成されている。
【００４０】
回転プラグ３８は、固定プラグ３４に回転自在に支持されており、駆動装置３９により駆動回転可能となっている。この場合、回転プラグ３８は、原子炉容器３１の中心からずれた軸心を支点として回転する。炉心上部機構４０は、原子炉容器３１の中心に位置し、回転プラグ３８の中心部を貫通するように設けられており、下部が炉内構造物３２まで延設されている。この炉心上部機構４０は、上部に制御棒駆動機構４１が設けられ、炉心３７まで図示しない多数の制御棒案内管が設けられ、制御棒駆動機構４１から延出された制御棒駆動軸が制御棒案内管を通って炉心３７まで延出され、制御棒を上下動させることで、原子炉の出力を制御している。
【００４１】
また、回転プラグ３８は、炉心上部機構４０とは別に、燃料交換装置４２が設けられている。固定プラグ３４は、炉内中継装置４３が設けられる一方、原子炉容器３１は、炉心３７に隣接して移送ポットを有する中継ラック４４が設けられている。燃料交換装置４２は、炉心３７から燃料集合体を引き抜き、中継ラック４４まで移送したり、この中継ラック４４にある新しい燃料集合体を移送して炉心３７に挿入したりするものである。炉内中継装置４３は、中継ラック４４にある燃料集合体を外部に搬出したり、外部から新しい燃料集合体を搬入して中継ラック４４に仮置きしたりするものである。
【００４２】
従って、制御棒駆動機構４１により制御棒駆動軸を移動して炉心３７（燃料集合体）に制御棒を挿入することで、炉心３７内での核分裂を制御し、発生した熱エネルギにより原子炉容器３１内に充填されたナトリウムが加熱され、高温のナトリウムが一次主冷却系配管１５ｂにより排出される。即ち、燃料集合体を構成する原子燃料（例えば、プルトニウム−ウラン混合酸化物燃料ペレット）が核分裂することで中性子を放出し、放出された高速中性子が原子燃料に衝突して新たな核分裂が起こることで熱が発生し、ナトリウムがこの発生した熱を奪って冷却する。一方、核分裂した別の高速中性子がウラン２３９に吸収されることでプルトニウムが発生する。制御棒は、炉心３７内で生成される中性子数を調整し、また、原子炉を緊急に停止するときに炉心３７に急速に挿入される。
【００４３】
上述した原子炉格納容器１１は、岩盤等の堅固な地盤上に外部と圧力境界を形成する鋼板ライナを介して立設され、鉄筋コンクリートなどにより内部に複数のコンパートメントが区画されている。そして、原子炉格納容器１１は、図１及び図２に示すように、内部に高速増殖炉１２の原子炉容器３１がコンクリート構造物からなる上部構造物１１ａに吊り下げ支持されている。また、原子炉格納容器１１は、原子炉容器３１の下方に位置してキャビティ（原子炉容器室）５１が形成されている。このキャビティ５１は、原子炉容器３１の外径より大きく、原子炉容器３１に対して所定の高さ空間が確保されている。本実施例にて、キャビティ５１は、矩形状をなす空間であるが、円形状をなす空間としてもよい。なお、原子炉容器３１は、下部が下部構造物１１ｂ（図６参照）に振れ止め支持されているが、図１及び図２では、下部構造物１１ｂを省略している。
【００４４】
このように構成された原子炉格納容器１１にて、本実施例では、高速増殖炉１２における原子炉容器３１の下方にキャビティ５１が設けられ、このキャビティ５１に、非常時に溶融することで溶融物を冷却可能な冷却用金属５２が所定量充填されている。また、原子炉格納容器１１にて、キャビティ５１に、非常時に、溶融物を受け止めて冷却可能な捕集部材５３が設けられている。
【００４５】
原子力発電プラントにて、事故などが発生した場合、冷却装置が作動し、高速増殖炉１２の炉心を冷却することで、発生する熱を除去する。ところが、この冷却装置の起動に失敗すると、炉心を冷却することができず、原子炉容器の内部で炉心が溶融し、溶融した燃料などの溶融物がこの原子炉容器を破損させ、下部を貫通してキャビティ５１へ落下する。この溶融物は、キャビティ５１で拡散されて供給されるが、冷却に長時間を要してしまう。
【００４６】
本実施例は、キャビティ５１に冷却用金属５２を配置することで、溶融物によりこの冷却用金属５２が溶融し、この溶融物を冷却可能としている。また、本実施例は、キャビティ５１に捕集部材５３を配置することで、この捕集部材５３により溶融物を受け止めて拡散し、この溶融物を冷却可能としている。
【００４７】
キャビティ５１は、原子炉容器３１が配置される配置空間部５４の下方に連通して設けられており、この原子炉容器３１の下部が突出するように配置されている。この配置空間部５４は、縦壁部６１を有し、キャビティ５１は、天井部６２、縦壁部６３、底部６４を有している。即ち、配置空間部５４の縦壁部６１、キャビティ５１の天井部６２と縦壁部６３と底部６４は、ほぼ同様の構成をなし、コンクリート構造物の壁面７１に隔壁７２が設けられて構成されている。
【００４８】
図３に示すように、コンクリート構造物の壁面７１は、第１鋼板（ＣＶ鋼板）７３が密着して配置され、この第１鋼板７３に断熱材（断熱部）７４が密着して配置され、断熱材７４に第２鋼板（ライナ）７５が密着して配置されている。つまり、コンクリート構造物の壁面７１に対して、第１鋼板７３、断熱材７４、第２鋼板７５が順に積層されて隔壁７２が形成されている。
【００４９】
そして、配置空間部５４の縦壁部６１、キャビティ５１の天井部６２と縦壁部６３は、断熱材７４に加えて、冷却部としての冷却材配管７６が配置されている。この冷却材配管７６は、コンクリート構造物の壁面７１と第１鋼板７３との間に配置されている。そして、この冷却材配管７６は、図示しない開閉弁を開放してポンプを作動することで、冷却水（冷却材）を循環可能となっている。なお、キャビティ５１は、底部６４には冷却部としての冷却材配管７６が配置されてはいない。
【００５０】
捕集部材５３において、図１及び図２に示すように、水平方向に交差する複数の梁部材８１の上部に第１捕集板８２が固定され、同様に、水平方向に交差する複数の梁部材８３の上部に第２捕集板８４が固定され、複数の支持板８５により第２捕集板８４の上方に第１捕集板８２が配置されている。即ち、キャビティ５１の底部６４から所定隙間をあけて第２捕集板８４が設置され、この第２捕集板８４の上方に所定隙間をあけて第１捕集板８２が配置されている。なお、捕集板８２，８４の形状や個数は、この実施例１に限定されるものではない。
【００５１】
この第１捕集板８２及び第２捕集板８４は、ほぼ同様の矩形状をなし、例えば、劣化ウランにより製造され、水平方向の長さがキャビティ５１より所定長さだけ短く設定されている。この第１捕集板８２及び第２捕集板８４は、外周部に鉛直方向の上方に延出するフランジ部８６，８７が設けられている。また、第１捕集板８２及び第２捕集板８４は、中央部に鉛直方向の上方に延出する上方突出部８８，８９が設けられ、この上方突出部８８，８９の周囲に複数の貫通孔９０，９１が形成されている。そのため、第１捕集板８２の上方空間部と第１捕集板８２の下方空間部（第１捕集板８２と第２捕集板８４との間の空間部）が貫通孔９０により連通し、第２捕集板８４の上方空間部（第１捕集板８２と第２捕集板８４との間の空間部）と第２捕集板８４の下方空間部が貫通孔９１により連通される。
【００５２】
第１捕集板８２及び第２捕集板８４は、原子炉容器３１の下方に位置してこの原子炉容器３１から落下する溶融物を受け止めることができる。このとき、第１捕集板８２及び第２捕集板８４は、外周部にフランジ部８６，８７が設けられており、フランジ部８６，８７により外周部から溶融物の落下が防止される。また、第１捕集板８２及び第２捕集板８４は、中央部であって、原子炉容器３１の直下に位置して上方突出部８８，８９が設けられており、上方突出部８８，８９により落下した溶融物の周囲への拡散が促進される。
【００５３】
また、キャビティ５１は、縦壁部６３から所定距離をあけて鉛直方向に沿う仕切部材１０１が配置されている。この仕切部材１０１は、捕集部材５３の外側に配置されている。即ち、仕切部材１０１は、下端部が第１捕集板８２のフランジ部８６及び第２捕集板８４のフランジ部８７に連結されている。仕切部材１０１は、上端部が天井部６２の近傍、つまり、原子炉容器３１の下部より上方まで延出され、天井部６２との間に所定隙間が確保されている。そして、仕切部材１０１は、複数の高さ位置に連通孔（連通路）１０２が形成されており、この連通孔１０２は、水平方向に複数所定間隔で形成されている。キャビティ５１は、仕切部材１０１により縦壁部６３側と中央部側に区画されると共に、複数の連通孔１０２により縦壁部６３側と中央部側が連通されることとなる。
【００５４】
冷却用金属５２は、冷却材として使用する液体金属と同種類となっており、本実施例では、凍結された金属ナトリウムである。なお、前述したように、液体金属としては、金属ナトリウム以外のものも適用可能であることから、冷却用金属５２として、他のものも適用可能である。この冷却用金属５２は、キャビティ５１内にほぼ１／２の高さまで充填されている。そのため、捕集部材５３は、この冷却用金属５２内に配置されることとなる。
【００５５】
冷却用金属５２は、金属ナトリウムであることから、キャビティ５１に捕集部材５３や仕切部材１０１などを設置した後、溶融状態にあるナトリウム（融点９７．７２℃）をキャビティ５１に流入させることで冷却用金属５２を充填すればよい。なお、この手法に限定されるものではなく、凍結した金属ナトリウムを所定の大きさ、形状とし、捕集部材５３や仕切部材１０１などと共に、または先立って、または後からキャビティ５１に設置するようにしてもよい。また、キャビティ５１は、内部に不活性ガス（例えば、窒素ガスなど）が充填されている。
【００５６】
なお、高速増殖炉１２にて、原子炉容器３１内の下部に溶融物の捕集装置１１１が設けられている。この捕集装置１１１は、捕集部材５３と同様に、上下に配置される第１捕集板１１２及び第２捕集板１１３とが支持部材１１４により原子炉容器３１に支持されて構成されている。
【００５７】
このように構成された高速増殖炉１２にて、原子炉容器３１が破損して溶融物がキャビティ５１に落下すると、この溶融物は、キャビティ５１内の冷却用金属５２の上面に接触する。すると、この溶融物は、冷却用金属５２から熱が奪われて冷却される一方、冷却用金属５２は、溶融物の熱により溶融する。
【００５８】
このとき、溶融物の落下量が多い場合、冷却用金属５２は上部から順次溶融し、落下した溶融物と冷却用金属５２が溶融した溶融物は、一体となって捕集部材５３上に捕集される。そのため、溶融物がキャビティ５１の底部６４に到達するのを抑制することができる。そして、冷却用金属５２の溶融が継続されると、キャビティ５１内で全ての冷却用金属５２が溶融されることで、全体の溶融物（金属ナトリウム）が冷却される。
【００５９】
キャビティ５１は、天井部６２及び縦壁部６３に冷却材配管７６が配置されていることから、開閉弁を開放してポンプを作動することで、この冷却材配管７６に冷却水が循環される。すると、キャビティ５１は、天井部６２及び縦壁部６３の隔壁７２が冷却されることで、隔壁７２を介して溶融物が冷却される。
【００６０】
この場合、図４に示すように、キャビティ５１は、縦壁部６３から所定距離をあけて複数の連通孔１０２を有する仕切部材１０１が配置されている。そのため、縦壁部６３と仕切部材１０１との間にある溶融物は、隔壁７２により冷却されて温度が下がることで下降する一方、仕切部材１０１の内側にある溶融物は、温度が上がることで上昇する。このとき、縦壁部６３と仕切部材１０１との間にある溶融物は、一部が各連通孔１０２を通って仕切部材１０１の内側に移動する。すると、キャビティ５１内の溶融物は、仕切部材１０１の外側と内側で自然循環することとなり、効果的に溶融物を冷却することができる。
【００６１】
また、捕集部材５３は、キャビティ５１の底部６４から所定隙間をあけて第２捕集板８４が設置され、この第２捕集板８４の上方に所定隙間をあけて第１捕集板８２が配置されている。そのため、溶融物は、第２捕集板８４の下方や第２捕集板８４と第１捕集板８２の間を流動すると共に、貫通孔９０，９１を通って上昇することとなり、キャビティ５１内の溶融物は、捕集部材５３の周囲を自然循環することとなり、効果的に溶融物を冷却することができる。
【００６２】
このように実施例１の原子炉にあっては、高速中性子による核分裂連鎖反応を用いてエネルギを発生させると共に冷却材として液体金属を使用する高速増殖炉１２にて、原子炉容器３１の下方にキャビティ５１を設け、このキャビティ５１に溶融して溶融物を冷却可能な冷却用金属５２を所定量充填している。
【００６３】
従って、原子炉容器３１が破損して溶融物がキャビティ５１に落下すると、この溶融物はキャビティ５１内の冷却用金属５２に接触し、この冷却用金属５２が溶融することで溶融物が冷却されることとなり、この溶融物を早期に冷却することで安全性の向上を図ることができる。
【００６４】
実施例１の原子炉では、キャビティ５１の天井部６２と縦壁部６３と底部６４のコンクリート壁面７１に第１鋼板７３と断熱材７４と第２鋼板７５とからなる隔壁７２を配置し、天井部６２と縦壁部６３のコンクリート壁面７１と第１鋼板７３との間だけに冷却材配管７６を配置している。従って、キャビティ５１の天井部６２と縦壁部６３と底部６４に断熱材７４を配置することで、溶融物の熱の伝達を防止してキャビティ５１の破損を防止することができる。また、天井部６２と縦壁部６３だけに冷却材配管７６を配置することで、キャビティ５１の溶融物を周囲から効果的に冷却することができ、底部６４に冷却材配管７６がないため、溶融物と冷却材との接触を防止することができる。
【００６５】
この場合、冷却材を冷却水としたとき、溶融物としてのナトリウムと水が接触すると、反応熱及び有害物質としての水素が発生する。そのため、溶融物により底部６４が破損しても、ここに冷却材配管７６がないことからナトリウムと水の接触を阻止して反応熱及び水素の発生を防止し、安全性を向上することができる。
【００６６】
実施例１の原子炉では、原子炉冷却材としての液体金属と、キャビティ５１内の冷却用金属５２を同種類としている。従って、液体金属と冷却用金属に異種の材料を使用すると、万一に事故が発生した場合、事故終息後の冷却用金属は、燃料だけでなく液体金属も混合して固化した状態となり、その処理や処分作業が必要となる。ところが、液体金属と冷却用金属を同種類とすることで、万一に事故が発生したとしても、異種材料の場合よりも事故終息後の冷却用金属の取扱が容易になる。
【００６７】
実施例１の原子炉では、原子炉容器３１の下方に位置して原子炉容器３１から落下する溶融物を受け止める捕集部材５３を設け、捕集部材５３を冷却用金属５２内に配置している。従って、原子炉容器３１が破損して溶融物がキャビティ５１に落下すると、この溶融物は冷却用金属５２に接触して溶融することで溶融物が冷却される。その後、溶融物は、捕集部材５３に受け止められることとなり、キャビティ５１の底部６４への溶融物の落下を防止してキャビティ５１の破損を防止することができる。
【００６８】
実施例１の原子炉では、捕集部材５３における原子炉容器３１の直下に位置して上方突出部８８，８９を設けると共に、上方突出部８８，８９に貫通孔９０，９１を設けている。従って、溶融物は、捕集部材５３に受け止められたとき、上方突出部８８，８９に接触して周囲に拡散されることとなり、再臨界の発生を回避でき、溶融物を効率良く冷却することができる。また、冷却用金属５２が全て溶融すると、溶融物が貫通孔９０，９１を通して循環しやすくなり、溶融物を均一に冷却することができる。
【００６９】
実施例１の原子炉では、キャビティ５１の縦壁部６３から所定距離をあけて鉛直方向に沿う仕切部材１０１を配置している。従って、キャビティ５１は、仕切部材１０１により外側と内側に区画されることとなり、溶融物と縦壁部６３との直接接触を抑制し、キャビティ５１の破損を防止することができる。
【００７０】
実施例１の原子炉では、仕切部材１０１にキャビティ５１の縦壁部６３側と中央部側を連通する連通路１０２を複数設けている。従って、冷却用金属５２が全て溶融すると、溶融物は、温度差によって受動的にキャビティ５１の縦壁部６３側で下降し、連通路１０２を通ってキャビティ５１の中央部側に移動して上昇することとなり、溶融物をキャビティ５１内で循環しやすくして均一に冷却することができる。
【実施例２】
【００７１】
図７は、本発明の実施例２に係る高速増殖炉におけるキャビティを表す概略図、図８は、キャビティの縦壁部を表す断面図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００７２】
実施例２にて、図７及び図８に示すように、原子炉格納容器１１にて、高速増殖炉１２における原子炉容器３１の下方にキャビティ５１が設けられ、このキャビティ５１に、非常時に溶融することで溶融物を冷却可能な冷却用金属２０１が所定量充填されている。
【００７３】
キャビティ５１は、原子炉容器３１が配置される配置空間部５４の下方に連通して設けられており、この原子炉容器３１の下部が突出するように配置されている。この配置空間部５４は、縦壁部６１を有し、キャビティ５１は、天井部６２、縦壁部６３、底部６４を有している。コンクリート構造物の壁面７１は、第１鋼板７３、断熱材７４、第２鋼板７５が順に密着して積層するように配置されることで、隔壁７２が構成されている。
【００７４】
そして、配置空間部５４の縦壁部６１、キャビティ５１の天井部６２と縦壁部６３は、断熱材７４に加えて、冷却部としての冷却材配管７６が配置されている。この冷却材配管７６は、コンクリート構造物の壁面７１と第１鋼板７３との間に配置されている。
【００７５】
冷却用金属２０１は、冷却材として使用する液体金属と異なる種類の金属となっており、本実施例では、鉄鋼が使用される。この冷却用金属２０１は、キャビティ５１側に突出した原子炉容器３１の下部の下方に対応する底部金属２０２と、原子炉容器３１の下部の側方に対応する側部金属２０３とから構成されている。冷却用金属２０１として使用する鉄鋼は、取り扱いが容易であることから、加工しやすく、適正にキャビティ５１に設置することができる。
【００７６】
このように構成された高速増殖炉１２にて、原子炉容器３１が破損して溶融物がキャビティ５１に落下すると、この溶融物は、キャビティ５１内の冷却用金属２０１における底部金属２０２の上面に接触する。すると、この溶融物は、冷却用金属２０１から熱が奪われて冷却される一方、冷却用金属２０１は、溶融物の熱により溶融する。このとき、溶融物である金属ナトリウム（冷却材）と冷却用金属（鉄鋼）２０１が接触しても、反応熱や水素が発生することはない。
【００７７】
キャビティ５１は、天井部６２及び縦壁部６３に冷却材配管７６が配置されていることから、開閉弁を開放してポンプを作動することで、この冷却材配管７６に冷却水が循環される。すると、キャビティ５１は、天井部６２及び縦壁部６３の隔壁７２が冷却されることで、この隔壁７２に接触している側部金属２０３が冷却される。冷却用金属２０１は、底部金属２０２と筒形状をなす側部金属２０３とから構成されることで、捕集部材としての機能を有している。即ち、冷却用金属２０１は、側部金属２０３により外側から冷却されることで、溶融物を効果的に冷却することができ、また、底部金属２０２によりキャビティ５１の底部６４への到達を遅行させることができる。
【００７８】
このように実施例２の原子炉にあっては、高速中性子による核分裂連鎖反応を用いてエネルギを発生させると共に冷却材として液体金属を使用する高速増殖炉１２にて、原子炉容器３１の下方にキャビティ５１を設け、このキャビティ５１に溶融して溶融物を冷却可能な冷却用金属２０１を所定量設置している。
【００７９】
従って、原子炉容器３１が破損して溶融物がキャビティ５１に落下すると、この溶融物はキャビティ５１内の冷却用金属２０１に接触し、この冷却用金属２０１が溶融することで溶融物が冷却されることとなり、この溶融物を早期に冷却することで安全性の向上を図ることができる。
【００８０】
実施例２の原子炉では、冷却用金属２０１として、キャビティ５１側に突出した原子炉容器３１の下部の下方に対応する底部金属２０２と、原子炉容器３１の下部の側方に対応する側部金属２０３を設けている。従って、キャビティ５１内に冷却用金属２０１を適正に配置することで、溶融物を早期に冷却することができると共に、キャビティ５１の破損を防止することができる。
【００８１】
即ち、キャビティ５１は、底部金属２０２により底部６４が保護され、筒形状をなす側部金属２０３により縦壁部６３が保護されており、冷却用金属２０１は、落下した溶融物を受け止めることができると共に、周囲から冷却することができる。
【００８２】
なお、上述した実施例２では、冷却用金属２０１を鉄鋼としたが、この材料に限定されるものではなく、実施例１で記載したものを使用してもよい。
【００８３】
また、上述した実施例２では、キャビティ５１に冷却用金属２０１だけを設けたが、実施例１のように、周囲に仕切部材を配置してもよい。
【符号の説明】
【００８４】
１１  原子炉格納容器
１２  高速増殖炉（原子炉）
３１  原子炉容器
３２  炉内構造物
３７  炉心
５１  キャビティ
５２  冷却用金属
５３  捕集部材
６１  縦壁部
６２  天井部
６３  縦壁部
６４  底部
７１  コンクリート壁面
７２  隔壁
７３  第１鋼板
７４  断熱材（断熱部）
７５  第２鋼板
７６  冷却材配管
８２  第１捕集板
８４  第２捕集板
１０１  仕切部材
１０２  連通孔（連通路）
２０１  冷却用金属
２０２  底部金属
２０３  側部金属
【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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