(57)【要約】本発明は、断層撮影スキャナを用いて燃料球を走査して燃料球の識別を可能にすることを含む原子炉１０における燃料球の操作方法を提供する。すなわち、ペブルベッド炉内での使用に適した燃料球を操作する方法は、各燃料球を少なくとも１回走査して、その描画を提供するステップを含む。別々の場所にスキャナを有する原子炉プラント１１に本発明を展開して、燃料球の移動量を識別し制御する。本発明は更に、燃料要素識別の容易化という特定目的を担う粒子を組込む燃料要素へ拡張される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペブルベッド炉内での使用に適した燃料球を操作する方法であって、各燃料球を少なくとも１回走査して、その描画を提供するステップを含む方法。
【請求項２】
前記燃料球の前記描画を記録するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記描画が二次元イメージである、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記二次元イメージが前記燃料球を貫通する断面スライスである、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記描画が三次元イメージである、請求項２の方法。
【請求項６】
コンピュータ断層撮影スキャナによりＸ線で前記燃料球を走査し、前記燃料球のデジタルイメージを生成するステップを含む、前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
更に、前記描画の特徴を所定の仕様と比較して、前記燃料球が前記仕様に適合しているか否かを確認するステップを含む、前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記燃料球の前記描画の前記特徴が前記所定の仕様に適合しない場合、前記燃料球を格納設備へ迂回させるステップを含む、請求項７の方法。
【請求項９】
炉心容器へ前記球を装填する前に、各燃料球の初期識別を実行するステップ；および、
各燃料球に少なくとももう一回の識別を実行するステップ；を含む、前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記初期識別の実行は、
各燃料球を走査して、走査した各燃料球の第１の描画を提供するステップ；および、
各燃料球の前記第１の描画を記録するステップ；を含む請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記少なくとももう一回の識別の実行は、
前記炉心容器から出る各燃料球を走査して、走査した各燃料球の第２の描画を提供するステップ；および
前記第２の描画を前記初期識別で記録された前記第１の描画と比較して前記炉心から出る各燃料球を識別するステップ；を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記燃料球をＸ線で走査して、走査した各燃料球の第１と第２のデジタル三次元イメージを提供し、前記デジタルイメージの内の少なくとも前記第１のイメージを記録する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記描画の比較は、パターン認識アルゴリズムを有するコンピュータ、またはコンピュータ上に読み込んだ一つ以上のかかるパターン認識アルゴリズムを含むコンピューターソフトウエアによって成される、請求項１２の方法。
【請求項１４】
前記炉心容器の出口と前記炉心容器の入口との間で燃料球を送るとともに、各燃料球の更なる識別を前記炉心容器の前記出口と前記炉心容器の前記入口との間の回路にある間に実行するステップを含む、請求項１１から１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記更なる識別は、
各燃料球を走査して、走査した各燃料球の第３の描画を提供するステップ；および、
前記第３の描画を前記初期走査で記録した前記第１の描画と比較して、走査した各燃料球を識別するステップ；を含む請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記更なる識別の実行は、
Ｘ線で各燃料球を走査して、走査した各燃料球の三次元デジタルイメージを提供するステップ；および、
前記デジタルイメージを前記初期走査で記録した前記イメージと比較して、走査した前記燃料球を識別するステップ；を有する請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記デジタルイメージの比較はコンピュータ化されている、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
ペブルベッド型の炉を有する原子炉プラントであって、炉心容器を含む前記原子炉プラントは：
燃料要素を前記炉心へ装填するための前記炉の前記炉心容器へ接続される少なくとも一つの燃料装填入口；および、
前記または各燃料装填入口の上流に編成されて、前記入口に進入する各燃料球を走査し、前記炉心へ前記球を装填する前に、所定の仕様に適合していることを確認する第１の走査手段を備える原子炉プラント。
【請求項１９】
前記第１の走査手段は、走査した各燃料球の描画を提供するよう動作可能である、請求項１８に記載の原子炉プラント。
【請求項２０】
前記描画はデジタル描画である、請求項１９に記載の原子炉プラント。
【請求項２１】
前記描画は二次元イメージである、請求項１９または２０に記載の原子炉プラント。
【請求項２２】
前記描画は三次元イメージである、請求項１９または２０に記載の原子炉プラント。
【請求項２３】
前記第１の走査手段は、走査した前記燃料要素のデジタル三次元イメージを提供するためのコンピュータ断層撮影スキャナである、請求項２２に記載の原子炉プラント。
【請求項２４】
前記コンピュータ断層撮影スキャナは、走査した各燃料球の第１の基準デジタルイメージを提供し、それにより各燃料球を識別し、前記第１の走査手段は、前記燃料球の前記基準デジタルイメージを記録するための記録手段を含む、請求項２３に記載の原子炉プラント。
【請求項２５】
前記炉心から燃料要素を取り出すための、前記炉の前記炉の炉心容器から導かれる少なくとも一つの出口；および
前記出口から出る燃料球を走査するよう編成される第２の走査手段；を含む、請求項２４に記載の原子炉プラント。
【請求項２６】
前記第２の走査手段は、走査した各燃料球の第２のデジタル三次元イメージを提供するよう構成された第２のコンピュータ断層撮影スキャナを含むとともに、前記燃料球の前記第２のデジタルイメージを記録するための記録手段を含む、請求項２５に記載の原子炉プラント。
【請求項２７】
各燃料球の前記第２のデジタルイメージを、前記または各第１のコンピュータ断層撮影スキャナの前記基準イメージと比較して、前記出口から出る各燃料球を識別する比較手段を含む、請求項２６に記載の原子炉プラント。
【請求項２８】
前記比較手段は、一つ以上のパターン認識アルゴリズムを含むコンピューターソフトウエアを有するコンピュータを含み、前記ソフトウエアは、前記第２のデジタルイメージを各基準デジタルイメージと比較して、パターン一致を確証するよう構成される、請求項２７に記載の原子炉プラント。
【請求項２９】
所定の速度で前記炉心を通って前記燃料球を循環させるための前記または各出口と前記または各入口との中間にある燃料操作システム；および、
前記出口と前記または各第２の入口との間を通過中の燃料球を走査するための前記出口と前記各入口との中間に編成される少なくとも一つの第３の走査手段；を含む、請求項２３から２８のいずれか１項に記載の原子炉プラント。
【請求項３０】
前記第３の走査手段は、走査した各燃料球の第３のデジタル三次元イメージを提供するよう構成されたコンピュータ断層撮影スキャナであるとともに、走査した前記燃料球の前記第３のデジタルイメージを記録するための記録手段を含む、請求項２９に記載の原子炉プラント。
【請求項３１】
各球の前記第３のデジタルイメージを前記または各第１のコンピュータ断層撮影スキャナの前記基準イメージと比較して、前記燃料操作システム内を運ばれ、前記出口と前記または第２の各入口との間を通過中の各燃料球を識別する第２の比較手段を含む、請求項３０の原子炉プラント。
【請求項３２】
前記第２の比較手段は、一つ以上のパターン認識アルゴリズムを含むコンピューターソフトウエアを有するコンピュータを含み、前記ソフトウエアは、前記第３のデジタルイメージを各基準デジタルイメージと比較して、パターン一致を確証する、請求項３１に記載の原子炉プラント。
【請求項３３】
前記燃料球の第１、第２および第３の各デジタルイメージを格納するためのデータ格納手段を含む、請求項３０から３２のいずれか１項に記載の原子炉プラント。
【請求項３４】
ペブルベッド炉内で用いるための略球形の燃料要素であって、
複数の燃料粒子；および、
少なくとも一つの識別要素；
を含む燃料要素。
【請求項３５】
識別要素として機能する複数のダミー被覆粒子を含む、請求項３４に記載の燃料要素。
【請求項３６】
実質的に本明細書に記載され図示された請求項１に記載の燃料球を操作する方法。
【請求項３７】
実質的に本明細書に記載され図示された請求項１８に記載の原子炉プラント。
【請求項３８】
実質的に本明細書に記載され図示された請求項３４に記載の燃料要素。
【請求項３９】
実質的に本明細書に記載された新規な方法、原子炉プラントまたは燃料要素。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は原子炉に関する。より詳細には、本発明は、炉の燃料要素を操作するための手段を組み込むペブルベッド型原子炉を有する原子炉プラントに関する。本発明は更に、かかる燃料要素を操作する方法、および燃料要素に拡張される。
【０００２】
【発明の背景】
高温ガス冷却型原子炉では、複数の球状燃料要素を含む燃料を使用する。燃料要素は、セラミックマトリックス内の、またはセラミック材料にカプセル封入された、核分裂性物質の球を備える。炉はヘリウム冷却型であってもよい。燃料球はペブルとして周知であり、この型の炉はペブルベッド（ＰＢ）炉として一般的に知られている。ＰＢ炉では、燃料を効率よく燃焼させるために、燃料球を２回以上炉心に通過させるマルチパス燃料供給法で運転することが知られている。他の燃料供給法と比較すると、マルチパス燃料供給法は、より均一な炉心内燃焼分布を提供し、それによって軸方向の中性子流束分布が平坦化されるとともに、炉心の熱出力が最大化されると考えられている。本明細書では、上記のような炉はペブルベッド（ＰＢ）炉、またはペブルベッド型原子炉と区別なく引用する。
【０００３】
ペブルベッド型原子炉の一形態では、各燃料球は直径が約６０ｍｍで、およそ１５，０００個の被覆燃料粒子を含む。燃料粒子は、直径が約５０ｍｍの球体内部全体に略均一に分布していて、５ｍｍ厚の黒鉛層に覆われている。代表的な炉では、かかる各燃料球は約９ｇのウランを含み、つまり各燃料粒子は約０．６μｇのウランを含んでいる。被覆粒子はＴＲＩＳＯ粒子、つまり三重被覆ＵＯ２粒子であり、直径０．５ｍｍのＵＯ２核、約１０．５ｇ／ｃｍ３の密度、および約８％の燃料濃縮度を有する。言うまでもなく、燃料球内部の燃料粒子の個数、燃料濃縮度および重金属量は変化してもよく、調整して所望の出力と燃料最高温度を達成してもよい。各燃料核は４層に被覆され、内側から外側の層にかけて、緩衝炭素層、熱分解炭素層、炭化ケイ素層、および第２の熱分解炭素層となっている。これらの層の厚さと密度の代表的な例を以下に挙げておく：
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被覆粒子を囲む天然および合成黒鉛の混合物である黒鉛マトリックスの密度は約１．７５ｇ／ｃｍ３である。従って、燃料球の全質量は約２１０ｇｍとなる。
【０００４】
小型のモジュール式ペブルベッド炉では、炉の運転中、少なくとも約３００，０００個の燃料球が原子炉システム内にある。
【０００５】
言うまでもないが、どの原子炉でも炉の安全性と性能が主な関心事であり、連続的な監視を必要とする。ＰＢ炉では、所定の仕様に適合させるために、炉心に各燃料球の装填を許可する前に、各球を監視することが重要である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の一態様では、ペブルベッド炉内での使用に適した燃料球を操作する方法を提供し、各燃料球を少なくとも１回走査して、その描画を提供するステップを含む。
【０００７】
本方法は、燃料球の描画の記録を含んでもよい。
【０００８】
描画は二次元イメージであってもよい。二次元イメージは燃料球を貫通する断面スライスであってもよい。本発明の好ましい実施の形態では、描画は三次元イメージである。
【０００９】
本方法は、ＣＴ（コンピュータ断層撮影）スキャナによるＸ線での燃料球の走査、および燃料球のデジタルイメージの生成を含んでもよい。
【００１０】
本発明の好ましい実施の形態では、イメージは燃料球のデジタル三次元コンピュータ再構成である。
【００１１】
本方法は、球が所定の仕様に適合しているか否かを特別に判定するようになっていてもよい。そのために、方法は、描画の特徴を所定の仕様と比較して、燃料球が仕様に適合しているか否かを確認するステップを更に含んでもよい。
【００１２】
本方法は、燃料球の描画の特徴が所定の仕様に適合しない場合、燃料球を格納設備へ迂回させることを含んでもよい。
【００１３】
更に、原子炉に関する安全要件に準拠するという点で最も重要なことは、炉に対する全ての燃料球、すなわち、炉に装填前の格納庫内の新規燃料、炉心および付帯の燃料循環システムで使用中の燃料、または廃棄前の格納庫内の使用済み燃料の何れであろうと把握すべきである。言うまでもないが、ＰＢ炉内の全てのかかる燃料に関する詳細な管理は、炉内で用いるよう意図された各燃料球の唯一性の識別を必要とする。
【００１４】
従って、本方法は、
炉心容器へ球を装填する前に、各燃料球の初期識別を実行するステップ；および、
各燃料球に少なくとももう一回の識別を実行するステップ；を含んでもよい。
【００１５】
初期識別の実行は、
各燃料球を走査して、走査した各燃料球の第１の描画を提供するステップ；および、
各燃料球の第１の描画を記録するステップ；を含んでもよい。
【００１６】
少なくとももう一回の識別を実行することは、
炉心容器から出る各燃料球を走査して、走査した各燃料球の第２の描画を提供するステップと；および、
第２の描画を初期識別で記録された第１の描画と比較して炉心容器から出る各燃料球を識別するステップ；を含んでもよい。
【００１７】
燃料球をＸ線で走査して、走査した各燃料球の第１と第２のデジタル三次元イメージを提供してもよく、前記デジタルイメージの内の少なくとも第１のイメージを記録する。
【００１８】
本方法は、ＣＴ（コンピュータ断層撮影）スキャナを用いたＸ線による燃料球の走査を含んでもよい。描画はＣＴスキャナにより生成されるデジタルイメージであってもよい。本発明の好ましい実施の形態では、イメージは燃料球のデジタル三次元コンピュータ再構成である。
【００１９】
ＣＴスキャナは、コンピュータ断層撮影システムへ接続されるデジタルラジオグラフィーのＸ線機械を備えて、断層撮影イメージを提供することが好ましい。
【００２０】
描画の比較は、パターン認識アルゴリズムを有するコンピュータ、またはコンピュータ上に読み込んだ一つ以上のかかるパターン認識アルゴリズムを含むコンピューターソフトウエアによって成されてもよい。
【００２１】
更に、言うまでもないが、ＰＢ炉では、燃料球は炉心容器の上部で炉心に装填され、炉心を通って重力で移動し、炉の容器の底部で炉心から出てもよい。ＰＢ炉の一実施の形態では、各燃料球は使用済みになる前に１０回以上炉を通してもよいと考えられる。有利な点は、かかる燃料球が一様に、または予期された速度で炉心を通って移動するかどうか、または燃料球によっては炉心を通ってより早くまたは遅く移動するかどうか、もしそうであれば、どの因子が、炉心に装填される各燃料球に伴うパターンに影響するかを経験的に明確にできることである。
【００２２】
ＰＢ原子炉内の回路での燃料球の通過を監視するために、本方法は、炉心容器出口と炉心容器入口との間で燃料球を送るとともに、各燃料球の更なる識別を炉心容器出口と炉心容器入口との間の回路にある間に実行するステップを含んでもよい。
【００２３】
更なる識別は、
各燃料球を走査して、走査した各燃料球の第３の描画を提供するステップ；および、
第３の描画を初期走査で記録した第１の描画と比較して、走査した各燃料球を識別するステップ；を含んでもよい。
【００２４】
更なる識別の実行は、Ｘ線で各燃料球を走査して、走査した各燃料球の三次元デジタルイメージを提供するステップ；および、
デジタルイメージを初期走査で記録したイメージと比較して、走査した燃料球を識別するステップ；を含んでもよい。
【００２５】
デジタルイメージの比較はコンピュータ化されてもよい。
【００２６】
更なるイメージの比較は、パターン認識アルゴリズムを有するコンピュータ、またはコンピュータ上に読み込んだ一つ以上のかかるパターン認識アルゴリズムを含むコンピューターソフトウエアによって成されてもよい。
【００２７】
本発明の別の態様では、ペブルベッド型の炉を有する原子炉プラントを提供し、炉心容器を含むその原子炉プラントは以下を有する：
燃料要素を炉心へ装填するために炉心容器へ接続される少なくとも一つの燃料装填入口；および、
前記または各燃料装填入口の上流に編成されて、入口に進入する各燃料球を走査し、炉心へ球を装填する前に、所定の仕様に適合していることを確認する第１の走査手段である。
【００２８】
第１の走査手段は、走査した各燃料球の描画を提供するよう動作可能であってもよい。
【００２９】
描画はデジタル描画であってもよい。描画は二次元イメージでもよい。代替として、描画は三次元イメージでもよい。
【００３０】
第１の走査手段は、走査した燃料要素のデジタル三次元イメージを提供するためのＣＴスキャナであることが好ましい。
【００３１】
前記または各第１のＣＴスキャナは、走査した各燃料球の第１の基準デジタルイメージを提供し、それにより各燃料球を識別してもよく、第１の走査手段は、燃料球の基準デジタルイメージを記録するための記録手段を含んでもよい。
【００３２】
原子炉プラントは、
炉心から燃料要素を取り出すための炉の炉心容器から導かれる少なくとも一つの出口；および、
出口から出る燃料球を走査するよう編成される第２の走査手段；を含んでもよい。
【００３３】
第２の走査手段は第２のＣＴスキャナであってもよい。前記または各第２のＣＴスキャナは、走査した各燃料球の第２のデジタル三次元イメージを提供してもよく、燃料球の第２のデジタルイメージを記録するための記録手段を含んでもよい。
【００３４】
原子炉プラントは、各燃料球の第２のデジタルイメージを、前記または各第１のコンピュータ断層撮影スキャナの基準イメージと比較して、出口から出る各燃料球を識別する比較手段を含んでもよい。
【００３５】
比較手段は、一つ以上のパターン認識アルゴリズムを含むコンピューターソフトウエアを有するコンピュータを含んでもよく、ソフトウエアは、第２のデジタルイメージを各基準デジタルイメージと比較して、パターン一致を確証するよう構成される。
【００３６】
原子炉プラントは、
所定の速度で炉心を通って燃料球を循環させるための前記または各出口と前記または各入口との中間にある燃料操作システム；および、
出口と前記または各第２の入口との間を通過中の燃料球を走査するための出口と前記または各入口との中間に編成された少なくとも一つの第３の走査手段；を含んでもよい。
【００３７】
第３の走査手段はＣＴスキャナであってもよい。前記または各第３のＣＴスキャナは、走査した各燃料球の第３のデジタル三次元イメージを提供してもよく、走査した燃料球の第３のデジタルイメージを記録するための記録手段を含んでもよい。
【００３８】
原子炉は、各球の第３のデジタルイメージを前記または各第１のコンピュータ断層撮影スキャナの基準イメージと比較して、燃料操作システム内を運ばれ、出口と前記または各入力との間を通過中の各燃料球を識別するための第２の比較手段を含んでもよい。
【００３９】
第２の比較手段は、一つ以上のパターン認識アルゴリズムを含むコンピューターソフトウエアを有するコンピュータを含んでもよく、ソフトウエアは、第３のデジタルイメージを各基準デジタルイメージと比較して、パターン一致を確証できる。
【００４０】
更に、原子炉は、燃料球の第１、第２および第３の各デジタルイメージを格納するためのデータ格納手段を含んでもよい。
【００４１】
本発明の更に別の態様では、燃料要素が略球形の、ペブルベッド炉内で用いる燃料要素を提供し、
複数の燃料粒子；および少なくとも一つの識別要素；を含む。
【００４２】
燃料要素は、識別要素として機能する複数のダミー被覆粒子を含んでもよい。ダミー被覆粒子は、燃料要素球、および炉の環境、すなわち高温安定性に対して互換性のある任意の適切な物質で、任意の適切な大きさに作成されてもよい。
【００４３】
ダミー被覆粒子核の密度は燃料要素マトリックス材料と異なっていて、両者を区別でき、マトリックスによりダミー被覆粒子を容易に識別できる。本発明の一実施の形態では、粒子は可燃ポイズンで作成される。
【００４４】
燃料球とのダミー被覆粒子の個数と分散は、原子炉プラントの全寿命中に供給される燃料球を唯一のものとして識別できるよう十分備えなければならない。
【００４５】
本発明は、上記のように球の識別を容易にするであろう。
【００４６】
【発明の実施の形態】
ここで、本発明を添付の図面を参照し、実施形態により説明する。
【００４７】
図面において、符号１０は、本発明による原子炉プラントの一部を形成するペブルベッド型原子炉の概略を示す。
【００４８】
炉１０は、冷却ガスがヘリウムの高温ガス冷却炉であり、炉は略円筒形の圧力容器１２を有する。更に、炉は圧力容器１２内に、それと同心状に略円筒形の格納容器すなわち炉心容器１４を有する。炉心容器１４は、漏斗状の下端部１６を有し、そこで操作下端１８へ向かって内側にテーパが付けられている。単一の出口２０が容器１４の下端１８に画成されて、外側に、かつ同心状に突き出ている。
【００４９】
炉心２２は炉心容器１４内部に収容される。炉心２２は、炉心２２内に画成される中央の略円筒形領域２６内に設置される複数の球状黒鉛の減速材要素２４と、炉心２２内に画成され、中央領域２６を囲む環状領域３０内に設置される複数の球状燃料要素２８とを備える。
【００５０】
炉心容器１４は、単一の第１の入口３２（図１には図示しない）を有し、それは黒鉛球２４を第１の入口３２を経て炉心２２の中央領域２６へ装填するよう構成される。更に、炉心容器１４は、７つの第２の入口３４（図１には図示しない）を有し、それらは燃料球２８を前記第２の入口３４を経て炉心２２の環状領域３０へ装填できるように構成される。第１と第２の入口３２、３４は、炉心容器１４の操作上端領域３６内に配置される。第２の入口３４は、炉心容器１４の長手軸の周りを角度的に離間する関係で編成され、環状領域３０に関して対称的に離間している。言うまでもなく、２個以上の黒鉛球入口３２があってもよく、燃料球入口３４は７つより多くても少なくてもよい。
【００５１】
図２の符号１１でその一部の概略を示す原子炉プラントは、出口２０と第１および第２の入口３２、３４との中間に、黒鉛球２４と燃料球２８を炉心２２のそれぞれの領域２６と３０を介して所定レートでそれぞれ循環させるための燃料操作システム４０を有する。燃料操作システム４０は、出口２０と各入口３２、３４との中間に流路４２を画成する。流路４２は導管ライン４４の編成を含む。減速材２４と燃料球２８を操作システム４０で移動させる力は、原子炉圧力容器１２からのヘリウム冷却ガスにより部分的に与えられ、減速材２４と燃料球２８は流路４２により画成されるガス流で運ばれる。燃料操作システム４０は、高圧領域４５および低圧領域４６を有し、低圧領域４６は図中４ｂで表す破線範囲で示されている。高圧領域４５は、燃料操作システム４０のこれら構成要素を低圧領域４６の外側に備える。燃料操作システム４０の高圧領域４５では、燃料操作システム４０の流路４２は炉心２２と流体で通じていて、ヘリウムである原子炉冷却ガスにより、原子炉圧力容器１２内の冷却ガスの圧力で、ガス流が提供される。燃料操作システム４０の低圧領域４６のガス流は、ヘリウムガスにより比較的低い圧力で提供され、圧力封止（図示しない）が、高圧領域４５と低圧領域４６との間の境界にて操作システム導管４４に提供されて、前記境界の橋渡しをする。
【００５２】
燃料操作システムは、炉１０の通常運転の間に動作する燃料球流路５０と、やはり炉１０の通常運転の間に動作する減速材球流路６０とを有する。
【００５３】
通常の運転状態では、燃料球２８と黒鉛球２４は、炉心容器１４の上部領域３６から炉心容器１４の下部１６へ、炉１０の炉心２２を通って重力で連続的に移動する。炉心容器１４の下端１８で、出口２０を経て容器１４から出る。一対の第１の球操作機４８が出口２０へ接続され、操作機４８は排出された球２４、２８を一対の流路５２へ同時にひとつづつ送るよう動作可能である。各流路５２には、第１の放射線および燃焼度センサー５４が設けられている。センサー５４は、それぞれの流路５２での減速材球２４または燃料球２８が通過することにより放射される放射線を検知し、かつ測定するとともに、行われた測定情報描画を含む信号を送信するよう動作可能である。各センサー５４は、コンピューターコントローラ（図示しない）を経て、第１のダイバータバルブ５６へ動作可能に接続される。コントローラはダイバータバルブ５６を制御するようプログラムされて、入ってくる球２４、２８をそれぞれの球２４、２８の状態と状況に応じて、３個のポートの内の一つに迂回させ、その情報描画は放射線および燃焼度センサー５４によりコントローラへ送信される。黒鉛の減速材球２４は減速材球流路６０へ迂回され、燃料球２８は燃料球流路５０へ迂回され、そして損傷した、あるいは使用済みの燃料球２８が第３の燃料格納流路７０へ迂回される。
【００５４】
減速材球流路６０へ入る黒鉛の減速材球２４は、一時的な格納兼検査の領域６２を経て転送される。一時的な格納兼検査の領域６２では、黒鉛減速材球２４は、減速材球流路６０に誤って進入した、誤って向けられた燃料球２４の識別を容易にするために、５日間程度の一定期間遅延される。また、検査領域６２では、黒鉛球は、物理的な欠陥を検査される。検査領域６２における流路６０の導管６４は螺旋状をしていて、通過する各黒鉛減速材の全方向からのＸ線検査を容易にする。減速材球２４および誤って向けられた燃料球２８は検査領域６２から、第３のダイバータバルブ６８へ動作可能に接続される第３の放射線センサー６６を通過して送られる。第３のダイバータバルブ６８と第３の放射線センサー６６の両方はコントローラに接続され、ダイバータバルブ６８は、誤って向けられた燃料球２８を迂回させ、出口２０と第１の放射線センサー５４の内の一つとの間の流路ライン５２へ、３方向球制御バルブ７１を経て戻すよう動作可能である。黒鉛減速材球２４は、制御バルブ６５と入口ループ７３を経て炉心容器１２の第１の入口３２へ迂回される。
【００５５】
使用済みでないか未損傷の燃料球２８は、第１ダイバータバルブ５６を経て燃料球流路５０へ迂回され、一対の第２の入口ライン７２を経てから、球制御バルブ７４を通って炉心容器１２の第２の入口３４へ迂回される。球制御バルブ７４は、コントローラに接続され、燃料球２８を所定の順序で燃料操作システム４０の７個の第２入口３４へ分配するよう動作可能である。
【００５６】
燃料操作システム４０は、新たな燃料球２８を格納するとともに、新たな燃料球２８を所定の間隔で第２の入口３４を経て炉心２２へ送るための新規燃料格納システム８０を含む。新たな燃料球２８は、新規燃料格納容器８２から操作システム４０へ導かれ、燃料球２８が球制御装置７４を経由して入口３４へ導入される場合は圧力封止する。
【００５７】
燃料操作システム４０は更に、黒鉛減速材球２４を格納するための減速材球格納システム９０を含む。減速材球格納システム９０は、入口９３と出口９４を有する減速材球格納タンク９２を含み、入口９３は減速材流路６０の制御バルブ６５に動作可能なように接続されて動作し、出口９４は減速材流路６０の同じ制御バルブ６５に接続される。従って、第３の制御バルブ６５の動作により、コントローラの制御のもとで、炉心２２から排出された黒鉛減速材球２４は、炉心２２へ戻してリサイクルされずに格納のために黒鉛球格納タンク９２へ迂回されてもよく、それにより、メンテナンス目的のために炉心２２から減速材球２４の完全な排出を可能とする。要望に応じて、炉心２２は、減速材球２４を減速材球格納タンク９２から制御バルブ６５と第１の入口３２を経て再装填してもよい。減速材球格納タンク９２は、更に、送りライン１００を経て球およびヘリウム封止９８に接続される第２の入口９６を有し、それを介して新鮮な減速材球２４がシステム４０に導入されてもよい。第４の放射線センサー１０２が、減速材球格納タンク９２へ誤って導かれた燃料球２８を検出するために、封止９８と減速材球格納タンク９２との間の送りライン１００に配置される。減速材球２４は、第３の球操作機１０４により格納タンク９２から減速材球流路６０へ装填される。封止９８と第４の放射線センサー１０２は、携帯ユニットであってもよく、図中では破線で示す。
【００５８】
燃料操作システム４０は使用済み燃料格納システム１１０を更に含む。使用済み燃料格納システム１１０は、使用済みおよび損傷を受けた燃料球２８の現場での永久格納のために１３基の使用済み燃料格納タンク１１２を含み、そのうち５基を図面のうちの図２に示す。使用済み燃料格納タンク１１２の容積は、原子炉１０の予測運転耐用年数全期間の使用済みおよび損傷を受けた燃料球２８を収容するよう算出されるのが好ましい。燃料格納タンク１１２の入口１１４は、第５のダイバータバルブ１１６を経て第１のダイバータバルブ５６に動作可能なように接続される。第５の放射線センサー１１８は、ダイバータバルブ１１６と、使用済み燃料格納タンク１１２に接続される１３ポートのダイバータバルブ１２０との間に配置され、使用済み燃料球２８を所定の格納タンク１１２へ迂回させるとともに、使用済み燃料格納システム１１０へ誤って迂回されたすべての減速材球２４を検出するよう動作可能である。
【００５９】
燃料操作システム４０は更に、一時的な燃料格納システム１２１を含む。一時的な燃料格納システム１２１は、使用中の燃料球２８を一時的に格納するための一時燃料格納タンク１２２を含む。一時燃料格納タンク１２２はまた、第１のダイバータバルブ５６に動作可能なように接続される入口１２４、および第５のダイバータバルブ１２８と制御装置７４を経て、炉心容器１４の第２の入口３４に動作可能なように接続される出口１２６も含む。黒鉛球２４と同じように、炉心２２のメンテナンスの間、燃料球２８は炉心２２から排出されてもよく、炉心２２へ循環して戻さずに、メンテナンスが行われている間、一時燃料格納タンク１２２に一時的に格納されてもよい。メンテナンスが終了すると、燃料球２８は、第４の球操作機１２７により炉心格納容器１４の第２の入口３４を経て炉心２２に再装填されてもよい。第５のダイバータバルブ１２８に接続され、炉心２２が炉１０の運転寿命の最後に廃棄されてもよい最終炉心燃料容器１３０が備えられる。
【００６０】
言うまでもなく、マルチパス燃料供給法により運転されるペブルベッド型炉１０では、燃料球２８は、もはや利用できない程度まで使い尽くす（燃え尽きる）前に、一回以上、例えば、最高１０回まで、炉心２２を通って移動する。本明細書で説明したような本発明による原子炉プラント１１は、炉心２２から出た後、燃料２８と黒鉛減速材球２４を分離しておくよう動作可能な燃料操作システム４０を含む。燃料２８と黒鉛減速材球２４は、中央領域２６内の減速材球２４と、黒鉛を囲む環状領域３０内の燃料球２８とによる２つの区域の炉心装填を確実にするよう特定の順序で編成される供給管（３２、３４）により、ペブルベッド上の炉心２２へ送られる。燃料操作システム４０の主要部分は、原子炉圧力容器１２の下の遮蔽された個別の部屋に配置されるのが好ましい。耐用年数使用済み燃料格納庫と運転後の中間格納庫として設計される使用済み燃料格納システム１１０は、原子炉建屋の下部に配置される。格納システム４０は、減速材球２４による炉心格納容器１４の装填、および炉心２２への新たな燃料球２８の装填を可能にする。更に、操作および格納システム４０は、使用済み燃料格納タンク１１２への配送ラインに取り付けられた放射線センサー１１８によって、誤排出された燃料球２８を減速材球流路６０から除去すること、および新たな燃料球２８の装填を開始する誤排出減速材球２４を防ぐこと、を提供する。道順を誤った検出減速材球２４は、新たな燃料球２８の装填を開始できない。更に、燃料操作および格納システム４０は、排出出口２０からの燃料２８と減速材球２４の除去、損傷球２４、２８の分離、燃料２８、吸収材および黒鉛減速材球２４の分離、減速材球２４の再循環、および炉心２２を通って部分的に使用した燃料球２８の再循環を提供する。部分的に使用した燃料球２８の燃焼度が測定され、使用済み燃料球２８は使用済み燃料格納システム１１０へ排出される。無論、ＰＢ炉では吸収球が炉心２２に含まれてもよいと予想される。炉心２２からの吸収球の取扱いは本明細書では特に説明しないが、球操作システム４０がかかる吸収球を、減速材２４と燃料球２８について本明細書で説明したものと類似の方法で、分離、格納および循環を容易に成すことができる。
【００６１】
通常の運転では、減速材２４と燃料球２８は連続的に分離される。燃焼度センサー５４は２種類の機能を実行する。すなわち、燃料球２８、減速材球２４および吸収球を互いに区別することと、燃料球２８の燃焼度を測定することである。燃焼度センサー５４からの情報を受信するダイバータバルブ５６は、測定した球２４、２８を３方向の内の一つに送る。すなわち、使用済み燃料格納流路７０、燃料球流路５０、または減速材球流路のいずれかである。
【００６２】
燃料球２８は、一次冷却剤の気体により炉１０へ送り込まれる。２種類の転送システムが用いられ、第１の転送システムは主ガス流から抽出されたガスを用いる。第２の転送システムはブロワーシステムである。第１の転送システムは、ブロワーが維持できるようにブロワーシステム（図示しない）をバイパスする。検査や修理のために空にした後の減速材球２４による炉心２２の最初の装填や、炉心２２の再充填等の例外的な場合には、通気した原子炉圧力容器１２に空気圧を加えて気体による転送が行われる。
【００６３】
減速材球２４は、通常の運転中は検査領域６２（緩衝ライン）に送られ、緩衝ライン６２は減速材球２４の在庫を保持する。緩衝ライン６２内の球２４は放射線を監視される。これにより、誤排出された燃料球２８を検出し、主流である燃料球流路５０へ戻す時間ができる。
【００６４】
操作および格納システム４０は炉心２２の燃料抜き出しと燃料再充填を提供する。燃料抜き出しは、主出力システムを大気に通気する必要があるメンテナンス介入の間の、炉１０から、炉１０に隣接する領域に配置された減速材分離と燃料格納タンク９２、１２２への炉心在庫の転送による。相応して、システム４０は、炉心２２の燃料再充填の間、これらのタンク９２、１２２から炉心２２の再装填を提供する。
【００６５】
炉心２２の燃料抜き出しは、主出力システム（ＭＰＳ）をメンテナンスのために大気へ解放する必要がある場合に行われるだけである。燃料腐食を防ぐために、炉１０と隣接する燃料格納タンク１２２のヘリウム圧のもとで、燃料球２８を格納する必要がある。炉は減圧され、圧力バルブを開くことにより、低圧を高圧系統へ接続する。燃料２８と減速材球２４は、放射線センサー５４を用いて分離される。炉心２２に含まれる減速材球２４は、格納タンク９２から回収された減速材球２４とともに、炉心２２へ再循環される。炉心２２を減速材球２４で装填するのは、燃料球２８が炉心２２の中央領域２６へ水平移動するのを防ぐためと、適切な炉心容積を維持するためである。燃料球２８は入口１２４を経て、水冷式の極めて安全な燃料格納タンク１２２へ配送される。燃料抜き出しモードの間、使用済み燃料格納システム１１０は運転を停止する。更に、新たな燃料装填は行われず、新たな減速材球の装填または補充も行われない。
【００６６】
原子炉出力システムに対するメンテナンス後、燃料再充填が始まる。ヘリウムの要求動作圧力と温度が維持され、炉心２２は黒鉛球２４で充填される。燃料２８と黒鉛減速材球２４は、炉心２２の黒鉛球ベッドの上部へ装填される。黒鉛球ベッドは、黒鉛球ベッドの上部に装填する燃料２８および減速材球２４と同一速度で移動する。２区域の炉心が確立されると、燃料格納タンク１２２は空にされ、格納タンク９２は略４分の３満たされ、黒鉛緩衝格納タンク（図示しない）が満たされる。この時点で、炉１０の起動が開始できる。燃料再充填装置は運転を終え、低圧４６と高圧回路４６の間の隔離バルブを閉じることによって高圧構成要素から隔離される。
【００６７】
記載したシステムでは、燃料２８と黒鉛球２４は、導管ライン４４内を運搬され、このラインは、水平か垂直に配向され、一部は重力を利用し、他の大部分は主に一次冷却ガスを主システム圧で用いる気体作用によるのが好ましい。燃料球２８の移動の監視は、測定器と計量器（５４、６６、１１８）の助けを借りて実行され、その信号は、システム４０のバルブ（５６、６８、７１）の動作構成要素を起動する制御システムへ入力を提供する。
【００６８】
燃料球２８が規定の仕様に適合していることの確認と、原子炉システム内の燃料球２８の監視を提供するために、第１のＣＴスキャナ１４０は、コンピュータ断層撮影システムに接続したデジタルＸ線機械を備え、走査する燃料球５８を回転させるためのコンピュータ制御回転台（図示しない）を含み、走査する各燃料球２８のデジタル三次元コンピュータ再構成イメージを生成する。言うまでもなく、第１のＣＴスキャナ１４０は、原子炉システムに接続する前に、第２入口３４の上流の任意の適当な場所に配置されてもよい。燃料球２８が新規燃料容器８０に装填される分離装填範囲に配置されてもよい。本発明は、かかる方法でのＣＴまたは他のスキャナの使用へ拡張する意図を有する。第１のＣＴスキャナ１４０は、データベースを有し、読み込んだコンピューターソフトウエアを有するコンピュータ１４２に接続され、第１のＣＴスキャナ１４０により提供される燃料球２８のデジタルイメージは、データベースに格納される。コンピュータ１４２を自動的にプログラムして、走査した燃料球２８の特徴を調べ、仕様との適合について前記特徴を特定のデータと比較する。例えば、燃料球２８の形状や、球２８内部の核分裂性要素の個数および間隔等は、仕様との適合について予め選択されているデータと比較してもよい。
【００６９】
第２のＣＴスキャナ１４６は、第５の放射線センサー１１８とダイバータバルブ１２０の中間に配置される。第２のＣＴスキャナ１４６は、第１のＣＴスキャナ１４０と類似しており、同様に、コンピュータ断層撮影システムに接続したデジタルＸ線機械を備え、走査する各燃料球２８のデジタル三次元コンピュータ再構成イメージを生成する。更に、第２のＣＴスキャナ１４６は、コンピュータ１４２に接続され、第２のＣＴスキャナ１４６により提供される燃料球２８のデジタルイメージがデータベースに格納される。コンピュータ１４２は、パターン認識ソフトウエアを有し、第２のＣＴスキャナ１４６により生成されるデジタルイメージを、第１のＣＴスキャナ１４０のそれと一致させることができる。こうして、炉１０へ導かれる新たな各燃料球２８は、唯一のものとして識別され、記録された個体と、使用済み燃料格納システム１１０へ配送された各使用済み燃料球２８が同定されて、それにより、新品と使用済み燃料球２８の在庫はもとより、炉１０内の燃料在庫が明確になる。繰り返すが、第２のＣＴスキャナ１４６は、使用済み燃料格納タンク１１２の上流の適当な位置に配置してよいのは十分理解されるであろう。
【００７０】
一対の第３のＣＴスキャナ１４４は、入口流路７２に配置される。第３のＣＴスキャナ１４４も同様に、第２のＣＴスキャナ１４６と類似しており、コンピュータ１４２に接続され、第３のＣＴスキャナ１４４により提供される燃料球２８のデジタルイメージがデータベースに格納される。前述と同様に、コンピュータ１４２のパターン認識ソフトウエアは、第３のＣＴスキャナ１４４により生成されるデジタルイメージを、第１のＣＴスキャナ１４０のそれと一致させることができる。こうして、炉心容器１４の出口２０から出て、および燃料球流路５０に運ばれる新たな各燃料球２８が識別され、それにより、炉心２２を通る燃料球５８の通過時間が明確になり、炉心２２を通る各燃料球５８の通過個数に関するデータが得られる。繰り返すが、第３のＣＴスキャナ１４４は、出口２０と、容器１４の第２の入口との中間の任意の適当な位置に配置してよいのは十分理解されるであろう。更に、第１、第２および第３のＣＴスキャナ１４０、１４６および１４４は、原子炉システムの設計に応じて、およびライン上の走査処理が終了するために必要な時間に関係する時間的制約に応じて変更してもよい。燃料球の識別を容易にするために、十分な数の非常に特殊なダミー被覆粒子を埋め込んでもよい。本発明者が考えるに、これは各球の唯一性のある識別を生み出すのに必要な時間を最小化する。更に、言うまでもないが、説明した設計の原子炉１０では、ＣＴスキャナは、一時燃料球格納タンク１２２の入口１２４の上流、またはその出口１２６の下流等の、別の選択場所に配置してもよく、それにより在庫管理が強化される。
【００７１】
本発明により、ＰＢ型原子炉１０で用いる各燃料球５８の独自な識別方法が提供される。独自な識別方法により精確な在庫管理が提供され、国際的な安全要件に準拠できる。更なる利点は、炉１０および炉心２２の燃料操作システム４０の性能に関する価値あるデータが得られるということである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明による原子炉プラントの一部を形成する原子炉圧力容器の側断面図を示す。
【図２】
本発明による原子炉プラントの一部におけるシステムレイアウトの概略図を示す。
【符号の説明】
１０：原子炉
１１：原子炉プラント
１２：圧力容器
１４：炉心容器
１６：漏斗状下端部
１８：動作下端部
２０：出口
２２：炉心
２４：減速材要素
２６：炉心中央領域
２８：燃料球
３０：環状領域
３２：第１の入口
３４：第２の入口
３６：動作上端領域
４０：燃料操作システム
４２：流路
４４：操作システム導管
４５：高圧領域
４６：低圧領域
４８：第１の球操作機
５０：燃料球流路
５２：流路
５４：第１の放射線および燃焼度センサー
５６：第１のダイバータバルブ
６０：減速材球流路
６２：格納兼検査領域
６４：導管
６５：第３の制御バルブ
６６：第３の放射線センサー
６８：第３のダイバータバルブ
７０：第３の燃料格納流路
７１：３ウエイ球制御バルブ
７２：第２の入口ライン
７３：入口ループ
７４：球制御バルブ
８０：新規燃料格納システム
８２：新規燃料格納容器
９０：減速材格納システム
９２：減速材球格納タンク
９３：入口
９４：入口
９６：第２の入口
９８：球およびヘリウム封止
１００：送りライン
１０２：第４の放射線センサー
１０４：第３の球操作機
１１０：使用済み燃料格納システム
１１２：燃料格納タンク
１１４：入口
１１６：第５のダイバータバルブ
１１８：第５の放射線センサー
１２０：１３ポートダイバータバルブ
１２１：燃料格納システム
１２２：燃料格納タンク
１２４：入口
１２６：出口
１２７：第４の球操作機
１２８：第５のダイバータバルブ
１３０：最終炉心燃料容器
【国際公開パンフレット】
2004502142.tif 000004
2004502142.tif 000005
2004502142.tif 000006
2004502142.tif 000007
2004502142.tif 000008
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【国際調査報告】
2004502142.tif 000038
2004502142.tif 000039
2004502142.tif 000040