(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダクトと、このダクトの上部に設けられた上部遮蔽体およびハンドリングヘッドと、前記ダクトの下部に設けられた下部遮蔽体およびエントランスノズルと、前記ダクト内の高速炉の炉心領域に位置して設けられた絞り構造部材とを具備し、前記エントランスノズルの下部に冷却材流入孔を形成したガス封入集合体において、前記絞り構造部材は中央部に細径管を有し、この細径管の上下両端にテーパ部を介して太径の上端部管および下端部管を接続して砂時計状に形成し、この上端部管の上端を閉塞してガス室を形成し、下端部管の下部に冷却材を受入れ可能な貫通孔を形成したことを特徴とするガス封入集合体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液体金属冷却型高速増殖炉の炉心に配置するガス封入集合体に係り、特に構造健全性の向上およびガス封入機能の信頼性向上を図ったガス封入集合体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に高速増殖炉の炉心は、核分裂物質を装填した多数の燃料集合体が装荷されたものから構成され、燃料集合体の燃料から熱を除去するための液体金属冷却材として主にナトリウムが使用されている。
【０００３】
通常、炉心の各部の温度は流量を一定に保持することにより安定して維持されているが、万一、冷却材循環用ポンプの事故停止などの炉心冷却能力低下時でも、炉心が安全に停止できるようになっている。
【０００４】
原子炉で流量低下等の異常事象が発生した場合、自動的にスクラム信号を発信し速やかに原子炉スクラムして、十分安全な原子炉停止状態に至る。これに対して、万一仮にスクラムができないと仮定した場合でも、受動的に負の反応度が投入されて原子炉出力が低下し、これにより炉心の健全性は確保される。
【０００５】
そのための受動的炉停止機構として例えば図８に示すようなガス封入集合体１が提案されており、このガス封入集合体１を図９に示すように高速炉心15の中心部近傍の燃料集合体16間に配置する対策が講じられている。また、主右辺部の燃料集合体16間には外部ガス封入集合体20が同様の目的で配置されている。これら中心部近傍に配置されるガス封入集合体１と周辺部に配置される外部ガス封入集合体20は基本構造が異なる。本発明のガス封入集合体１は中心部近傍に配置されるものに関する。
【０００６】
このガス封入集合体１は通常図８に示したように、ダクト６と、このダクト６の上部に接続した上部遮蔽体７およびハンドリングヘッド８と、ダクト６の下部に接続した下部遮蔽体９およびエントランスノズル４とからなっている。
【０００７】
エントランスノズル４を通じてダクト６内に流入する冷却材のナトリウム２および封入ガス３を下部遮蔽体９と上部遮蔽体７とダクト６で内包し、上部遮蔽体７の上部に取り扱い用のハンドリングヘッド８を配置している。下部遮蔽体９には冷却材流入孔５を有するエントランスノズル４が取り付けられている。
【０００８】
また、ダクト６の内面には炉心上端レベル13から炉心下端レベル14にかけて絞り構造部材10が取り付けられている。なお、符号11は定格運転時冷却材液面レベル11，12はポンプ停止時冷却材液面レベル21は絞り構造部材10間に炉心部の冷却材が流通するダクト６に設けた貫通孔である。
【０００９】
図８におけるガス封入集合体１は定格運転時にはポンプの吐出圧力により封入ガス３は圧縮され、定格運転時冷却材液面レベル11は炉心上端レベル13から上方まで上昇している。ポンプ停止事故等でナトリウム冷却材圧力が低下した場合、封入ガス３は膨張し、ポンプ停止時冷却材液面レベル12で示すように炉心下端レベル14の下方まで液面は下降する。
【００１０】
この結果、炉心からの中性子はガス封入集合体１のガス空間を通り斜め上方および斜め下方に外部漏洩するため、炉心には負の反応度が投入されることになり、安全に原子炉の停止に至ることができる。
【００１１】
炉心内部に配置するガス封入集合体１の場合は、炉心中央部でのガス空間領域は中性子の漏洩に寄与しないため、ここには絞り構造を設けてポンプ停止時にガスが膨張したときのガス空間の高さ方向距離を多くし、炉心斜め上方および斜め下方に多く中性子を漏洩させるようにし、より大きな負の反応度を得るようにしている。
【００１２】
図９は高速増殖炉の炉心を示しており、この高速炉炉心15は炉心燃料集合体16，ブランケット燃料集合体17，中性子遮蔽体18，制御棒19および外部ガス封入集合体20からなり、この高速炉炉心15内にガス封入集合体１が配置される。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のガス封入集合体１のダクト６の中央部近傍は前述した目的から絞り構造部材10を有している。この絞り構造部材10はダクト６の内面に接続されて一体構造となっており、しかもダクト６と絞り構造部材10との間の部分はナトリウム２を包含するようにダクト６に複数の貫通孔21を設けている。
【００１４】
しかしながら、従来のガス封入集合体１はダクト６に絞り構造部材10を接続して一体構造となっているため、この接続部において構造が不連続となることから、過渡時の熱応力が接続部で大きくなるなどの課題がある。また、接続部において、多少の破損が生じた場合でも、ガス封入のバウンダリーが損なわれる課題がある。
【００１５】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、絞り構造部材をダクトから切り離して接触させることなくダクト内に設け、ガス封入と膨張機能の信頼性を高めたガス封入集合体を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、ダクトと、このダクトの上部に設けられた上部遮蔽体およびハンドリングヘッドと、前記ダクトの下部に設けられた下部遮蔽体およびエントランスノズルと、前記ダクト内の高速炉の炉心領域に位置して設けられた絞り構造部材とを具備し、前記エントランスノズルの下部に冷却材流入孔を形成したガス封入集合体において、前記絞り構造部材は中央部に細径管を有し、この細径管の上下両端にテーパ部を介して太径の上端部管および下端部管を接続して砂時計状に形成し、この上端部管の上端を閉塞してガス室を形成し、下端部管の下部に冷却材を受入れ可能な貫通孔を形成したことを特徴とする。
【００１７】
請求項１の発明によれば、炉心部高さ領域に絞り構造部材を設けているため、ポンプ停止時にガスが膨張したときのガス空間の高さ方向距離を多くし、炉心斜め上方および斜め下方に多く中性子を漏洩させることができ、より大きな負の反応度を得ることができる。また、テーパ形状をなす絞り構造部材を有するガス封入管を下部遮蔽体からダクトとは別に設置したことからダクトとの接続部の構造不連続部がなくなり構造健全性の向上が図れ、ガス封入バウンダリー機能の信頼性を高めることができる。
【００２０】
また、請求項１の発明によれば、炉心部高さ領域に絞り構造部材を設けているためポンプ停止時にガスが膨張したときのガス空間の高さ方向距離を多くし、炉心斜め上方および下方に多く中性子を漏洩させることができ、より大きな負の反応度を得ることができるとともに、下端が開口しテーパ形状をなす絞り構造を上部遮蔽体からダクトとは別に設置したことからダクトとの接続部の構造不連続部がなくなり構造健全性の向上が図れ、ガス封入バウンダリー機能の信頼性を高めることができる。
【００２２】
また、請求項１の発明によれば、炉心部高さ領域に絞り構造部材を設けているため、ポンプ停止時にガスが膨張したときのガス空間の高さ方向距離を多くし、より大きな負の反応度を得ることができる。また、上端が開口しテーパ形状をなす絞り構造を下部遮蔽体からダクトとは別に設置したことからダクトとの接続部の構造不連続部がなくなり、構造健全性の向上が図れガス封入バウンダリー機能の信頼性を高めることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１により本発明の請求項１に対応するガス封入集合体の第１の実施の形態を説明する。
本実施の形態に係る第１のガス封入集合体１ａは、例えばラッパ管等の筒状ダクト６と、このダクト６の下部に接続した下部遮蔽体９およびエントランスノズル４と、ダクト６の上部に接続した上部遮蔽体７およびハンドリングヘッド８を有しており、炉心またはブランケット燃料集合体16，17とほぼ同様の形状となっている。エントランスノズル４は冷却材流入孔５を有し、炉心支持構造物（図示せず）との位置決めを行い、下部遮蔽体９は炉心からの中性子を遮蔽する。
【００２７】
また、ダクト６内には絞り構造部材22が設けられている。絞り構造部材22は中央部に細径管23を有し、この細径管23の上下両端にテーパ部24を有して上下端部管となる太径管25が接続された砂時計状に形成されたもので、太径管25の外径はダクト６の内径よりも若干小さくダクト６と太径管25との間に隙間26を有している。
【００２８】
太径管25の両端は開口しているが、太径管25の上端部開口は蓋27で閉塞されてガス室28を有し、太径管25の下端部は下部遮蔽体９に固定されてエントランスノズル４の冷却材流入孔５と連通している。太径管25の下端部側面には冷却材が流れる貫通孔29が設けられている。上下のテーパ部24は炉心上端レベル13から炉心下端レベル14間の炉心部に位置するように形成されて炉心内に配置される。
【００２９】
つぎに本実施の形態の作用を説明する。
定格運転時にはポンプの吐出圧力により封入ガス３は圧縮され、定格運転時冷却材液面レベル11は炉心上端レベル13より上方まで上昇している。ポンプ停止事故等でナトリウム２冷却材圧力が低下した場合、封入ガス３は膨張し、ポンプ停止時冷却材液面レベル12で示すように炉心下端レベル14の下方まで液面は下降する。
【００３０】
この結果、炉心からの中性子はガス封入集合体１のガス空間を通り斜め上方および斜め下方に外部漏洩するため、炉心には負の反応度が投入されることになり、安全に原子炉の停止に至ることができる。
【００３１】
図８に示した従来の炉心内部に配置するガス封入集合体１の場合は、炉心中央部でのガス空間領域は中性子の漏洩に寄与しないため、ここには絞り構造部材10を設けてポンプ停止時に封入ガス３が膨張したときのガス空間の高さ方向距離を多くし、炉心斜め上方および斜め下方に多く中性子を漏洩させるようにし、より大きな負の反応度を得るようにしている。
【００３２】
しかし、従来絞り構造部材10を強度部材であるダクト６と溶接等で接続した場合、この接続部は構造不連続部となり、炉心中央部に位置するため多量の中性子照射を受けることとなり、接続部の構造健全性は低下しガス封入機能の信頼性は著しく劣ることになる。
【００３３】
これに対して、本実施の形態によれば、テーパ形状をなす絞り部分22を有するガス封入管23を下部遮蔽体９からダクト６とを切り離して設けたことにより、炉心斜め上方および斜め下方に多く中性子を漏洩させることができ、より大きな負の反応度を得ることができるとともに、ダクト６との接続部の構造不連続部がなくなり構造健全性の向上が図れガス封入バウンダリー機能の信頼性を大幅に高めることができる。
【００３４】
つぎに、図２に第２の実施形態を説明する。なお、図１と同一部分には同一符号を付す。
図２において第２の実施の形態に係る第２のガス封入集合体１ｂは、円筒状ダクト６と、このダクト６の下部に接続した冷却材流入孔５を有し炉心支持構造物（図示せず）との位置決めを行うエントランスノズル４に接続した炉心からの中性子を遮蔽する下部遮蔽体９と、ダクト６の上部に接続した上部遮蔽体７と、この上部遮蔽体７の上端に接続したハンドリングヘッド８を有している。
【００３５】
また、ダクト６内には炉心部でテーパ形状をなし下部が開口した絞り構造部材26を下部遮蔽体９から接続している。この絞り構造部材22ａの内部には封入した冷却材ナトリウム２およびアルゴンガス等の不活性ガスからなる封入ガス３とを有している。
【００３６】
絞り構造部材22ａは中央部に細径管23を有し、この細径管23の上下両端にテーパ部24を有して太径管25が接続された砂時計状に形成されたもので、太径管25の外径はダクト６の内径より若干小さく、ダクト６と太径管25との間には隙間26を有している。
【００３７】
ポンプ停止事故等でナトリウム２冷却材圧力が低下した場合、封入ガス３は膨張し、ポンプ停止時冷却材液面レベル12で示すように炉心下端レベル14の下方まで液面は下降し、この結果、炉心からの中性子はガス封入集合体１のガス空間を通り斜め上方および斜め下方に外部漏洩するため、炉心には負の反応度が投入されることになり、安全に原子炉の停止に至ることができる。
【００３８】
また、本実施の形態はテーパ形状をなす絞り構造部材22ａを下部遮蔽体９からダクト６とは別に設置したことから、斜め上方および斜め下方に多く中性子を漏洩させることができ、より大きな負の反応度を得ることができるとともに、ダクトとの接続部の構造不連続部がなくなり構造健全性の向上が図れガス封入バウンダリー機能の信頼性を大幅に高めることができる。
【００３９】
図３は本発明の第３の実施の形態を示したもので、図２に示した第２の実施の形態に準じたものなので、図３中図２と同一部分には同一符号を付して重複する部分の説明は省略する。
【００４０】
本実施の形態が第２の実施の形態と異なる点は、上部の太径管25を開口として下部の太径管25の下端を下部遮蔽体９に固定したことにある。本実施の形態によれば、図２の形態と同様に斜め上方および斜め下方に多く中性子を漏洩させることができ、より大きな負の反応度を得ることができるとともに、ダクトとの接続部の構造不連続部がなくなり構造健全性の向上が図れガス封入バウンダリー機能の信頼性を大幅に高めることができる。
【００４１】
つぎに図４により本発明の第４の実施形態を説明する。なお、図中、図１と同一部分には同一符号を付す。図４において第４の実施の形態のガス封入集合体１ｄは、円筒状ダクト６と、このダクト６の下部に接続した冷却材流入孔５を有し炉心支持構造物（図示せず）との位置決めを行うエントランスノズル４に接続した炉心からの中性子を遮蔽する下部遮蔽体９と、ダクト６の上部に接続した上部遮蔽体７と、この上部遮蔽体７の上端に接続したハンドリングヘッド８を有している。
【００４２】
また、ダクト６内には炉心部で内管30を有する二重円管形状をなし上部が開口した絞り構造部材22ｃの太径管25の下端部を下部遮蔽体９から接続している。この絞り構造部材22ｃの内部には封入した冷却材ナトリウムおよびアルゴンガス等の不活性ガスからなる封入ガス３とを有している。
【００４３】
ポンプ停止事故等でナトリウム２冷却材圧力が低下した場合、封入ガス３は膨張し、ポンプ停止時冷却材液面レベル12で示すように炉心下端レベル14の下方まで液面は下降し、この結果、炉心からの中性子はガス封入集合体１のガス空間を通り斜め上方および斜め下方に外部漏洩するため、炉心には負の反応度が投入されることになり、安全に原子炉の停止に至ることができる。
【００４４】
また、本実施の形態は二重円管構造をなす絞り構造部材22ｃを下部遮蔽体９からダクト６と切り離して設置したことから、斜め上方および斜め下方に多く中性子を漏洩させることができ、より大きな負の反応度を得ることができるとともに、ダクトとの接続部の構造不連続部がなくなり構造健全性の向上が図れガス封入バウンダリー機能の信頼性を大幅に高めることができる。
【００４５】
図５は図４に示した第４実施の形態に準じた第５の実施の形態を示し、図５中、図４と同一部分には同一符号を付して重複する部分の説明は省略する。
本実施の形態が第４の実施の形態と異なる部分は上部遮蔽体７に絞り構造部材22ｄの太径管25を接続したことにあり、第４の実施の形態とは上下が逆の関係になっている。本実施の形態によれば、図４の形態と同様に斜め上方および斜め下方に多く中性子を漏洩させることができ、より大きな負の反応度を得ることができるとともに、ダクトとの接続部の構造不連続部がなくなり構造健全性の向上が図れガス封入バウンダリー機能の信頼性を大幅に高めることができる。
【００４６】
つぎに図６により本発明の第６の実施形態を説明する。なお、図中、図１と同一部分には同一符号を付す。図６において第６の実施の形態のガス封入集合体１ｆは、円筒状ダクト６と、このダクト６の下部に接続した冷却材流入孔５を有し炉心支持構造物（図示せず）との位置決めを行うエントランスノズル４に接続した炉心からの中性子を遮蔽する下部遮蔽体９と、ダクト６の上部に接続した上部遮蔽体７と、この上部遮蔽体７の上端に接続したハンドリングヘッド８を有している。
【００４７】
また、ダクト６内には炉心部で厚肉管31が太径管25に接続し上部が開口した絞り構造部材22ｅを下部遮蔽体９に接続した例を示している。この絞り構造部材22ｅの内部には封入した冷却材ナトリウム２およびアルゴンガス等の不活性ガスからなる封入ガス３とを有している。
【００４８】
ポンプ停止事故等でナトリウム２冷却材圧力が低下した場合、封入ガス３は膨張し、ポンプ停止時冷却材液面レベル12で示すように炉心下端レベル14の下方まで液面は下降し、この結果、炉心からの中性子はガス封入集合体１のガス空間を通り斜め上方および斜め下方に外部漏洩するため、炉心には負の反応度が投入されることになり、安全に原子炉の停止に至ることができる。
【００４９】
また、本実施の形態は厚肉管31を有する絞り構造部材22ｅを下部遮蔽体９からダクト６と切り離して設置したことから、斜め上方および斜め下方に多く中性子を漏洩させることができ、より大きな負の反応度を得ることができるとともに、ダクトとの接続部の構造不連続部がなくなり構造健全性の向上が図れガス封入バウンダリー機能の信頼性を大幅に高めることができる。
【００５０】
図７は図６に示した第６の実施の形態に準じた第７の実施の形態を示したもので、図７中、図６と同一部分には同一符号を付して重複する部分の説明は省略する。
【００５１】
本実施の形態が第６の実施の形態と異なる点は上部の太径管25を上部遮蔽体７に接続したことにあり、第６の実施の形態とは上下が逆の関係になっている。本実施の形態によれば、図６の形態と同様に斜め上方および斜め下方に多く中性子を漏洩させることができ、より大きな負の反応度を得ることができるとともに、ダクトとの接続部の構造不連続部がなくなり構造健全性の向上が図れガス封入バウンダリー機能の信頼性を大幅に高めることができる。
【００５２】
【発明の効果】
本発明によれば、炉心部高さ領域に絞り構造を設けているため、炉心斜め上方および斜め下方に多くの中性子を漏洩させることができ、より大きな負の反応度を得ることができる。また、絞り構造部材を上部遮蔽体および下部遮蔽体から接続しダクトと切り離して設置しているため、ダクトとの接続部の構造不連続部がなくなり、構造健全性の向上が図れガス封入バウンダリー機能の信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るガス封入集合体の第１の実施の形態を示す縦断面図。
【図２】本発明に係るガス封入集合体の第２の実施の形態を示す縦断面図。
【図３】本発明に係るガス封入集合体の第３の実施の形態を示す縦断面図。
【図４】本発明に係るガス封入集合体の第４の実施の形態を示す縦断面図。
【図５】本発明に係るガス封入集合体の第５の実施の形態を示す縦断面図。
【図６】本発明に係るガス封入集合体の第６の実施の形態を示す縦断面図。
【図７】本発明に係るガス封入集合体の第７の実施の形態を示す縦断面図。
【図８】従来のガス封入集合体を示す縦断面図。
【図９】図８におけるガス封入集合体を配置した高速炉炉心を示す概略上面図。
【符号の説明】
１〜１ｇ…ガス封入集合体、２…ナトリウム、３…封入ガス、４…エントランスノズル、５…冷却材流入孔、６…ダクト、７…上部遮蔽体、８…ハンドリングヘッド、９…下部遮蔽体、10…絞り構造部材、11…定格運転時冷却材液面レベル、12…ポンプ停止時冷却材液面レベル、13…炉心上端レベル、14…炉心下端レベル、15…高速炉炉心、16…炉心燃料集合体、17…ブランケット燃料集合体、18…中性子遮蔽体、19…制御棒、20…外部ガス封入集合体、21…貫通孔、22…絞り構造部材、23…細径管、24…テーパ部、25…太径管、26…隙間、27…蓋、28…ガス封入室、29…貫通孔、31…厚肉管。
【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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