(57)【要約】【課題】プラントの長寿命化においても高照射による炉心バレルの取替えを不要にする。【解決手段】中性子反射体を上下方向に移動させて炉心の反応度を制御する反射体制御を行う高速炉は、炉心燃料集合体１１と、炉心燃料集合体１１の中央に設けられた中性子吸収集合体１２と、炉心燃料集合体１１の周囲に配設された反射体集合体２０と、反射体集合体２０の周囲に配設された複数の内側中性子遮へい体１５ａと、複数の中性子遮へい体１５ａの全体を囲む筒状の炉心バレル１６と、反射体制御のための駆動機構とを備える。反射体集合体２０は、炉心燃料集合体１１からの中性子を炉心側に反射する反射体要素と、その上方に配され中性子を炉心の外側に漏えいさせるキャビティ部と、反射体要素とキャビティ部とを結合する連結機構と、これらが出入する空間を内包する案内管と、駆動機構とキャビティ部間を接続する接続部とを有する。【選択図】図１
2013217874.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体金属の冷却材に浸された炉心の半径方向外側に設けられた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えい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を行う高速炉において、
互いに平行に上下方向に延びる複数の炉心燃料集合体と、
前記複数の炉心燃料集合体の水平方向中央に設けられた上下方向に延びる中性子吸収集合体と、
前記炉心燃料集合体の水平方向周囲の領域に配設された複数の上下方向に延びる反射体集合体と、
前記反射体集合体の水平方向周囲に配設された複数の中性子遮へい体と、
前記複数の中性子遮へい体の全体を水平方向に囲んで設けられた筒状の炉心バレルと、
前記反射体制御のための駆動機構と、
を備え、
前記反射体集合体は、
前記炉心燃料集合体から流出する中性子を炉心側に反射する反射体要素と、
前記反射体要素の鉛直上方に配され、前記炉心燃料集合体から流出する中性子を炉心の外側に漏えいさせる中空のキャビティ部と、
前記反射体要素と前記キャビティ部とを結合する連結機構と、
前記反射体要素、前記キャビティ部および前記連結機構が出入する空間を内包する案内管と、
前記駆動機構と前記キャビティ部間を接続する接続部と、
を有し、
前記反射体要素と前記キャビティ部は前記駆動機構によって前記案内管内を上下に移動する、
ことを特徴とする高速炉。
【請求項２】
前記案内管は、側面に中性子を通過させる開口部を具備することを特徴とする請求項１に記載の高速炉。
【請求項３】
前記連結機構は、前記反射体要素と前記キャビティ部とが相互に嵌合し、前記嵌合部は、ボルトによってその嵌合が保持されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の高速炉。
【請求項４】
前記炉心燃料集合体と、前記中性子吸収集合体と、前記反射体集合体と、前記中性子遮へい体とからなり前記炉心バレルに囲まれた複数の炉心構成要素の水平断面の外形が、同一寸法の正六角形状であり、互いに隣接する前記炉心構成要素どうしの対向する面が平行であり、
前記案内管内の空間に収容される前記反射体要素と、前記キャビティ部とは、その水平断面が円形であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の高速炉。
【請求項５】
前記炉心燃料集合体と、前記中性子吸収集合体と、前記反射体集合体と、前記中性子遮へい体とからなり前記炉心バレルに囲まれた複数の炉心構成要素の水平断面の外形が、同一寸法の正六角形状であり、互いに隣接する前記炉心構成要素どうしの対向する面が平行であり、
前記案内管内の空間に収容される前記反射体要素と、前記キャビティ部とは、その水平断面が正六角形であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の高速炉。
【請求項６】
前記接続部は、吊り上げ板を有し、
前記案内管内の空間に収容される前記反射体要素、前記キャビティ部および前記吊り上げ板は、その水平断面が正六角形であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の高速炉。
【請求項７】
前記案内管の材質は、ステンレス鋼、アルミニウム、ジルコニウムのうち少なくともいずれかを含むことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の高速炉。
【請求項８】
前記接続部は、吊り上げ板を有し、
前記反射体要素は前記吊り上げ板と直接結合していることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の高速炉。
【請求項９】
前記反射体要素は、鉛直方向に貫通した流路孔を有することを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載の高速炉。
【請求項１０】
液体金属の冷却材に浸された炉心の半径方向外側に設けられた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えい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の反射体集合体において、
前記炉心燃料集合体から流出する中性子を炉心側に反射する反射体要素と、
前記反射体要素の鉛直上方に配され、前記炉心燃料集合体から流出する中性子を炉心の外側に漏えいさせる中空のキャビティ部と、
前記反射体要素と前記キャビティ部とを結合する連結機構と、
前記反射体要素、前記キャビティ部および前記連結機構が出入する空間を内包する案内管と、
前記駆動機構と前記キャビティ部間を接続する接続部と、
を有し、
前記反射体要素と前記キャビティ部は前記駆動機構によって前記案内管内を上下に移動する、
ことを特徴とする反射体集合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射体制御方式の高速炉およびそれに使用される反射体集合体に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体金属を冷却材として用いる高速炉においては、原子炉容器は事故時にも冷却材を保持する機能が重要であり、このため、制御棒を上部から炉心内へ挿入し、または引き抜くことにより炉心の反応度を制御している。
【０００３】
したがって制御棒の駆動装置が炉心の上方にあるため、炉心の上方に炉心上部機構等を設ける必要があり、原子炉の構成の複雑化、大形重量化あるいはコスト高を招くという課題がある。
【０００４】
このために、たとえば、特許文献１には、炉心の外側に設けられた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えい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の技術が開示されている。
【０００５】
図７は、従来の高速炉の例における原子炉容器内の炉心周辺の構成を示す水平断面図である。また、図８は、従来の高速炉の例における原子炉容器内の炉心周辺の構成を示す縦断面図である。
【０００６】
ここに示す高速炉の例では、中央に中性子吸収集合体１２が１本配され、その周囲に炉心燃料集合体１１が１８体配され半径方向に２層をなして設けられている。炉心燃料集合体１１を囲むように半径方向の外側に円形の炉心バレル１６が設置され、その外側の炉心バレル１６と隔壁１７間には、環状空間である中性子反射体の反射体移動領域１００があり、そこに図示しない扇形の複数の反射体装置が設置されている。反射体装置は、反射体移動領域１００内を鉛直方向に移動し、反射体部１１０およびその上部のキャビティ部１２０を有する。この反射体移動領域１００の外側には中性子遮へい体１５が設置されている。
【０００７】
炉心を構成する炉心燃料集合体１１は、その自重を下部から図示しない炉心支持板で支持されている。一方、地震などで横方向の荷重を受けた場合は、各炉心燃料集合体１１の上部にかかる荷重は、炉心バレル１６に伝達され、炉心バレル１６の外側の反射体移動領域１００の上部の連結構造などの荷重伝達経路を介して原子炉容器１に伝達される。
【０００８】
このような炉心構成の場合、プラントの長寿命化に伴い中性子照射量が大きくなるため炉心バレル１６の材質は高照射に耐えるフェライト系の材料を用いている。しかしながら、更なるプラントの長寿命化を想定すると、材料の照射劣化により炉心バレルの取替えが必要となることも考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−２３３７５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
たとえば、核不拡散性を高めるために、寿命期間中に燃料交換が不要、あるいは極端に燃料交換回数が少なくて済む高速炉の場合、炉心バレルの取り換えのために原子炉容器を開放することはそのメリットを減ずることになる。また、炉心バレルの交換をプラントの運転期間中に可能とするような原子炉容器内およびその周辺の構造とする必要があり、コストの増大をもたらす。
【００１１】
そこで、本発明は、更なるプラントの長寿命化の場合においても高照射による炉心バレルの取替えを不要にするための反射体構造を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述の目的を達成するため、本発明は、液体金属の冷却材に浸された炉心の半径方向外側に設けられた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えい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を行う高速炉において、互いに平行に上下方向に延びる複数の炉心燃料集合体と、前記複数の炉心燃料集合体の水平方向中央に設けられた上下方向に延びる中性子吸収集合体と、前記炉心燃料集合体の水平方向周囲の領域に配設された複数の上下方向に延びる反射体集合体と、前記反射体集合体の水平方向周囲に配設された複数の中性子遮へい体と、前記複数の中性子遮へい体の全体を水平方向に囲んで設けられた筒状の炉心バレルと、前記反射体制御のための駆動機構と、を備え、前記反射体集合体は、前記炉心燃料集合体から流出する中性子を炉心側に反射する反射体要素と、前記反射体要素の鉛直上方に配され、前記炉心燃料集合体から流出する中性子を炉心の外側に漏えいさせる中空のキャビティ部と、前記反射体要素と前記キャビティ部とを結合する連結機構と、前記反射体要素、前記キャビティ部および前記連結機構が出入する空間を内包する案内管と、前記駆動機構と前記キャビティ部間を接続する接続部と、を有し、前記反射体要素と前記キャビティ部は前記駆動機構によって前記案内管内を上下に移動する、ことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、液体金属の冷却材に浸された炉心の半径方向外側に設けられた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えい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の反射体集合体において、前記炉心燃料集合体から流出する中性子を炉心側に反射する反射体要素と、前記反射体要素の鉛直上方に配され、前記炉心燃料集合体から流出する中性子を炉心の外側に漏えいさせる中空のキャビティ部と、前記反射体要素と前記キャビティ部とを結合する連結機構と、前記反射体要素、前記キャビティ部および前記連結機構が出入する空間を内包する案内管と、前記駆動機構と前記キャビティ部間を接続する接続部と、を有し、前記反射体要素と前記キャビティ部は前記駆動機構によって前記案内管内を上下に移動する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、更なるプラントの長寿命化の場合においても高照射による炉心バレルの取替えを不要にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る高速炉の第１の実施形態の原子炉容器内の炉心周辺の構成を示す水平断面図である。
【図２】本発明に係る高速炉の第１の実施形態の原子炉容器内の炉心周辺の構成を示す縦断面図である。
【図３】本発明に係る高速炉の第１の実施形態の反射体集合体を示す鳥瞰図である。
【図４】本発明に係る高速炉の第２の実施形態の反射体集合体を示す鳥瞰図である。
【図５】本発明に係る高速炉の第３の実施形態の反射体集合体を示す縦断面図である。
【図６】本発明に係る高速炉の第４の実施形態の反射体集合体の案内管内の要素を示す鳥瞰図である。
【図７】従来の高速炉の例における原子炉容器内の炉心周辺の構成を示す水平断面図である。
【図８】従来の高速炉の例における原子炉容器内の炉心周辺の構成を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明に係る高速炉および高速炉の反射体集合体の実施形態について説明する。ここで、同一または類似の部分には、共通の符号を付して、重複説明は省略する。
【００１７】
［第１の実施形態］
図１は、本発明に係る高速炉の第１の実施形態の原子炉容器内の炉心周辺の構成を示す水平断面図である。
【００１８】
図２は、本実施形態の原子炉容器内の炉心周辺の構成を示す縦断面図である。
【００１９】
本発明は、液体金属冷却で、かつ、炉心の半径方向外側に設けられた中性子反射体を上下方向に移動させることにより、炉心からの中性子の漏えいを調整し、炉心の反応度を制御する反射体制御を行う高速炉を対象とする。
【００２０】
原子炉容器１内の、原子炉１０の炉心回りを構成する炉心構成要素としては、図に示すように、炉心燃料集合体１１、中性子吸収集合体１２、反射体集合体２０、内側中性子遮へい体１５ａおよび外側中性子遮へい体１５ｂからなる中性子遮へい体１５があり、これらは鉛直方向の上下に延びて互いに平行に配されている。
【００２１】
炉心燃料集合体１１は２７体設けられている。炉心燃料集合体１１の中央に１体、その外側に３体の中性子吸収集合体１２が設けられており、原子炉１０を停止させる際に炉心内に挿入される。
【００２２】
炉心燃料集合体１１および中性子吸収集合体１２が配されている領域の半径方向の外側は、反射体集合体２０で囲まれている。反射体集合体２０は６０体あり、半径方向に２層をなして設けられている。
【００２３】
反射体集合体２０の半径方向の外側は、内側中性子遮へい体１５ａで囲まれている。内側中性子遮へい体１５ａは１２０体あり半径方向に２層をなして設けられている。
【００２４】
内側中性子遮へい体１５ａの半径方向外側には、内側中性子遮へい体１５ａの全体を水平方向に囲んで筒状の炉心バレル１６が設けられている。
【００２５】
炉心バレル１６の内側の炉心構成要素、すなわち、炉心燃料集合体１１、中性子吸収集合体１２、反射体集合体２０および内側中性子遮へい体１５ａはいずれも、外形がそれぞれ等しく正六角形の形状であり、互いに面同士は対向し、対向する面は互いに平行である。
【００２６】
炉心バレル１６の外側には、複数の外側中性子遮へい体１５ｂが設けられており、半径方向に２層をなしている。
【００２７】
外側中性子遮へい体１５ｂの外側を、原子炉容器１が囲んでいる。
【００２８】
図３は、本実施形態の反射体集合体を示す鳥瞰図である。
【００２９】
反射体集合体２０は、半径方向最外部に、ステンレス鋼製の案内管２６を有する。案内管２６の水平断面の外形は正六角形である。ただし、下部は、図示しない炉心支持板に挿入するために径の細い円筒形となっており、冷却材たとえば液体金属ナトリウムなどの液体金属が流入する複数のオリフィス２８を有している。
【００３０】
案内管２６の材質は、ステンレス鋼に限らず、アルミニウムあるいはジルコニウムなどの中性子の吸収断面積の小さな材料であればよい。
【００３１】
また、案内管２６の外側には、鉛直方向に同一高さの半径外側方向に凸状のパッド２７が全周に設けられている。パッド２７は、鉛直方向に複数の高さに設けられている。
【００３２】
案内管２６の内部には、反射体要素２１、キャビティ部２３が収納されている。反射体要素２１は、吊り上げ円板４１により複数の連結棒２５を介して吊り下げられている。反射体要素２１と吊り上げ円板４１の間には、キャビティ部２３およびその上部にバネ２４が設けられており、キャビティ部２３はバネ２４により反射体要素２１側に押し付けられている。
【００３３】
複数の連結棒２５は、バネ２４が反射体要素２１を押しつける際の反力を受けるとともに、キャビティ部２３の半径方向辺移動を拘束する。
【００３４】
吊り下げ円板４１は駆動機構６０に接続部２９を介して接続しており、駆動機構６０によって、吊り上げ円板４１、連結棒２５、反射体要素２１、バネ２４およびキャビティ部２３が一体で、案内管２６内の空間を鉛直方向に移動する。
【００３５】
案内管２６内を移動する要素は、水平断面の外形が円形なので、回転方向に対して案内管２６の内部との干渉がなく、緩衝回避のために回転方向に固定する必要がなく、構造が簡素化できる。
【００３６】
反射体要素２１は、たとえばステンレス鋼など、中性子の反射効果を有する材料の円板を積載し一体とした積層構造であり、炉心燃料集合体１１からの中性子を、炉心側に反射する。また、反射体要素２１の積層構造は、その半径方向の周囲を図示しない被覆で覆われている。
【００３７】
キャビティ部２３は、炉心燃料集合体１１からの中性子を反射せずにそのまま、炉心外に漏えいさせるための空間を内包する容器であり、内部には、たとえばアルゴンガスが封入されている。
【００３８】
以上のように構成されている本実施形態においては、炉心バレル１６は、内側中性子遮へい体１５ａの設置されている領域の外側に設けられており、従来例において、炉心バレル１６が、炉心燃料集合体１１の領域のすぐ外側に設けられているのに対し、炉心燃料集合体１１との位置的関係が大きく異なる。
【００３９】
すなわち、本実施形態においては、炉心燃料集合体１１と炉心バレル１６との間には、反射体集合体２０および内側中性子遮へい体１５ａが介在しており、炉心バレル１６が受ける中性子照射量は大きく低減されている。
【００４０】
したがって、本実施形態により、更なるプラントの長寿命化の場合においても高照射による炉心バレルの取替えを不要とすることができる。
【００４１】
［第２の実施形態］
図４は、本発明に係る高速炉の第２の実施形態の反射体集合体を示す鳥瞰図である。
【００４２】
本実施形態は、第１の実施形態の変形例である。第１の実施形態における案内管２６の断面形状は外部が正六角形の形状であるが、本実施形態における案内管は、各側面に中性子を通過させる開口部３１ａを有する開口付案内管３１である。
【００４３】
開口部３１ａは、開口付案内管３１の構造強度確保のために必要とする十分な正六角柱の稜線部とパッド２７の部分を除いた側面の大部分を開口部３１ａとしたものである。
【００４４】
本実施形態による反射体集合体２０は、開口付案内管３１の側面に設けられた開口部３１ａにより、炉心燃料集合体１１からの中性子が開口部３１ａを通過して反射体要素２１に直接到達することにより、反射効果が向上する。このため、反射体集合体２０による反応度制御がより確実となる。
【００４５】
以上のように構成された本実施形態により、更なるプラントの長寿命化の場合においても高照射による炉心バレルの取替えを不要とすることができ、かつ、より確実な反射体制御が達成できる。
【００４６】
［第３の実施形態］
図５は、本発明に係る高速炉の第３の実施形態の反射体集合体を示す縦断面図である。
【００４７】
本実施形態は、反射体要素２１とキャビティ部２３との連結が、第１の実施形態等と異なっている。すなわち、本実施形態においては、反射体要素２１とキャビティ部２３とは、相互に嵌合し、ボルト４４によってその嵌合が保持される。
【００４８】
図５に示すように、反射体要素２１は、その上部に凸部４２を有している。また、キャビティ部２３は、その下部に凹部４３を有している。反射体要素２１の凸部４２とキャビティ部２３の凹部４３とは互いに嵌合するようになっている。
【００４９】
この嵌合部の高さにおいて、キャビティ部２３の凹部４３を有する部分の側面から中心に向かって、反射体要素２１の凸部４２の一部まで貫通するボルト穴が形成されており、ボルト４４により嵌合が保持される。
【００５０】
キャビティ部２３の上部は、吊り上げ円板４１に直接接続されている。
【００５１】
このように構成された本実施形態においては、キャビティ部２３が確実に反射体要素２１に固定されているため、機械的振動や流体振動等によるキャビティ部２３の微小な位置ずれが生ずることがなく、精度のよい制御を可能とする。
【００５２】
また、吊り上げ円板４１、キャビティ部２３および反射体要素２１が確実に結合しているため、連結棒２５が必要なくなり、キャビティ部２３の半径を増やすことができ、さらに構造も簡素化され故障要因が低減する。キャビティ部２３の半径を増やせることは、中性子の漏えい量を増やせることである。反射体による反応度制御を行っている範囲以外の部分からの中性子の反射は、反射体による反応度制御の効果を低減させるものであるので、キャビティ部２３の体積を大きくすることにより、反応度制御の効果を向上させることができる。また、反応度を低下させる必要がある場合には、キャビティ部２３の体積が大きい方が中性子の漏えい効果が大きくなり、反応度の低下をより確実にすることができ安全性が向上する。
【００５３】
以上のように構成された本実施形態により、更なるプラントの長寿命化の場合においても高照射による炉心バレルの取替えを不要とすることができ、かつ、より効果が高く精度のよい反射体制御が簡素化された構成によって達成できる。
【００５４】
［第４の実施形態］
図６は、本発明に係る高速炉の第４の実施形態の反射体集合体の案内管内の要素を示す鳥瞰図である。図では、案内管２６は省略し、案内管内の要素のみを示している。
【００５５】
本実施形態は、第１の実施形態の変形である。第１の実施形態においては、反射体要素２１と、キャビティ部２３は、水平断面が円形であるが、一方、本実施形態における六角反射体集合体５０は、第１の実施形態と同様に外形が正六角形である案内管２６の内部に、水平断面が正六角形である六角反射体要素５１と、水平断面が正六角形である六角キャビティ部５３および六角吊り上げ板５４とを有する。六角反射体要素５１は、周囲を六角被覆材５２で覆われている。
【００５６】
このように、水平断面の外形が正六角形である案内管２６と、その内部に外形が正六角形である構造物とを組み合わせることにより、案内管２６と反射体要素２１との間隙を最小化することができる。この結果、反射体要素２１が反射機能を要求される状態で、反射体要素２１と案内管２６との間隙から中性子が炉心外に漏れ出る割合を最小化することができ、反射体集合体２０による反応度制御の効果を高めることができる。
【００５７】
また、反射体要素２１の外形が正六角形となることにより、円筒形の場合に比べて反射体要素２１を大きくすることができるため、中性子の反射性能が向上する。
【００５８】
以上のように構成された本実施形態により、更なるプラントの長寿命化の場合においても高照射による炉心バレルの取替えを不要とすることができ、かつ、より効果の大きな反射体制御を達成することができる。
【００５９】
［その他の実施形態］
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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。
【００６０】
また、各実施形態の特徴を組み合わせてもよい。たとえば、第２の実施形態における開口付案内管３１を有し、第３の実施形態における反射体要素２１とキャビティ部２３との連結を有する実施形態でもよい。また、これらの実施形態に、第４の実施形態における案内管２６内を移動する六角反射体要素５１、六角キャビティ部５３および六角吊り上げ板５４を使用してもよい。
【００６１】
さらに、これらの実施形態は、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、置き換え、変更を行うことができる。
【００６２】
これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、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ものである。
【符号の説明】
【００６３】
１・・・原子炉容器
２・・・ガードベッセル
１０・・・原子炉
１１・・・炉心燃料集合体
１２・・・中性子吸収集合体
１３・・・炉心燃料領域
１４・・・ガスプレナム領域
１５・・・中性子遮へい体
１５ａ・・・内側中性子遮へい体
１５ｂ・・・外側中性子遮へい体
１６・・・炉心バレル
１７・・・隔壁
２０・・・反射体集合体
２１・・・反射体要素
２３・・・キャビティ部
２４・・・バネ
２５・・・連結棒
２６・・・案内管
２７・・・パッド
２８・・・オリフィス
２９・・・接続部
３１・・・開口付案内管
３１ａ・・・開口部
４１・・・吊り上げ円板
４２・・・凸部
４３・・・凹部
４４・・・ボルト
５０・・・六角反射体集合体
５１・・・六角反射体要素
５２・・・六角被覆材
５３・・・六角キャビティ部
５４・・・六角吊り上げ板
６０・・・駆動機構
１００・・・反射体移動領域
１１０・・・反射体部
１２０・・・キャビティ部
【図１】
2013217874.tif 000003
【図２】
2013217874.tif 000004
【図３】
2013217874.tif 000005
【図４】
2013217874.tif 000006
【図５】
2013217874.tif 000007
【図６】
2013217874.tif 000008
【図７】
2013217874.tif 000009
【図８】
2013217874.tif 000010