(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉心内に挿入した両端を閉じた管内に、一端側から順に封入ガス領域、液体ポイズン領域および真空領域を設けると共に、前記液体ポイズン領域と前記真空領域とをフリーズシールで隔離し、前記炉心の異常な温度上昇により前記フリーズシールが溶融すると、前記液体ポイズン領域内の液体ポイズンが前記真空領域に移動することを利用して原子炉を停止させる自己作動型炉停止装置において、前記フリーズシールと液体ポイズン領域との間に前記液体ポイズンとの共存性に優れた材料より成る第１の薄膜を前記フリーズシールとの間に距離を開けて設置し、核反応によって発熱する前記液体ポイズンを前記フリーズシールから熱的誤作動防止距離Ｌ以上離して配置すると共に、前記第１の薄膜と前記フリーズシールとの間に不活性ガスを封入して前記液体ポイズン領域の圧力による前記第１の薄膜の破壊を防止する圧力室を形成したことを特徴とする自己作動型炉停止装置。
【請求項２】
前記フリーズシールの前記圧力室側の面付近に、前記フリーズシールとの共存性に優れた材料より成る第２の薄膜を設置すると共に、当該第２の薄膜と前記フリーズシールとの間に前記フリーズシールの熱膨張を考慮した隙間を設け、前記第２の薄膜と前記第１の薄膜との間で前記圧力室を形成することを特徴とする請求項１記載の自己作動型炉停止装置。
【請求項３】
前記フリーズシールは前記第２の薄膜と対向する面の周縁部を中央部に比べて凹ましていることを特徴とする請求項２記載の自己作動型炉停止装置。
【請求項４】
前記圧力室内の封入不活性ガスの圧力を前記液体ポイズン領域の圧力とほぼ同一に設定し、前記第１の薄膜の両側の圧力をほぼ等しくしたことを特徴とする請求項１から３のいずれか記載の自己作動型炉停止装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体金属冷却若しくはガス冷却による高速炉の補助の炉停止装置として利用できる自己作動型炉停止装置に関する。さらに詳述すると、本発明は、例えば長期にわたって高い信頼性を発揮することが要求されるため、砂漠、離島、発展途上国等の保守が容易にできないような環境に設置される高速炉に適し、また船舶用、海上立地用、宇宙用等の重力の方向と大きさが陸上と異なる環境に設置される超小型高速炉にも利用できる自己作動型炉停止装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
炉心の異常な温度上昇を感知して作動する自己作動型炉停止装置としては、例えば、特開平５−１８０９７６号公報に開示されたものが知られている。この自己作動型炉停止装置は、両端を閉じた管内に、上から順に封入ガスを充填した領域、液体ポイズンを充填した領域及び真空領域を設け、且つ液体ポイズン領域と真空領域とをフリーズシールで隔離すると共に真空領域を炉心領域に位置させるものである。
【０００３】
炉心の温度が異常に上昇した場合、フリーズシールが溶融する。したがって、液体ポイズンが真空領域に移動して炉心領域に位置し、炉心に負の反応度が挿入されることになって原子炉が停止する。液体ポイズンは、封入ガスの圧力と真空領域の負圧によって移動するので、この自己作動型炉停止装置は、重力の方向及び大きさとは無関係の確実な作動を図ることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、液体ポイズンとして用いられるリチウム−６は、高速炉の炉心内において中性子の照射により（ｎ，α）反応を起こして発熱する。このため、上述の自己作動型炉停止装置では、高速炉の運転によってリチウム−６が発熱し、この熱の影響を受けて誤作動する可能性があった。このため、液体ポイズンとしてリチウム−６を使用した場合であってもその発熱に影響されることのない正確な作動特性を有する自己作動型炉停止装置の開発が望まれている現状である。また、液体ポイズンとフリーズシールの材料の組み合わせによっては、フリーズシールが液体ポイズンによって腐食されるものもあり、メンテナンスフリーとするためには耐食性の点で改善が望まれる。
【０００５】
本発明は、中性子照射により核反応を起こして発熱する液体ポイズンを使用した場合であっても当該液体ポイズンの発熱に影響されずに正確な作動特性を有し、且つ液体ポイズンによるフリーズシールの腐食を防止し長期的耐久性に優れた自己作動型炉停止装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、請求項１記載の発明は、炉心内に挿入した両端を閉じた管内に、一端側から順に封入ガス領域、液体ポイズン領域および真空領域を設けると共に、液体ポイズン領域と真空領域とをフリーズシールで隔離し、炉心の異常な温度上昇によりフリーズシールが溶融すると、液体ポイズン領域内の液体ポイズンが真空領域に移動することを利用して原子炉を停止させる自己作動型炉停止装置において、フリーズシールと液体ポイズン領域との間に液体ポイズンとの共存性に優れた材料より成る第１の薄膜をフリーズシールとの間に距離を開けて設置し、核反応によって発熱する液体ポイズンをフリーズシールから熱的誤作動防止距離Ｌ以上離して配置すると共に、第１の薄膜とフリーズシールとの間に不活性ガスを封入して液体ポイズン領域の圧力による第１の薄膜の破壊を防止する圧力室を形成するようにしている。
【０００７】
したがって、フリーズシールが溶融しない通常使用温度では圧力室の封入不活性ガスの圧力が第１の薄膜に作用してこれを支えるので第１の薄膜が破れることはなく液体ポイズンが真空領域に移動することはない。この状態では、フリーズシールは液体ポイズンから熱的誤作動防止距離Ｌ以上離れており、液体ポイズンが炉内の中性子によって核反応を起こして発熱した場合であってもフリーズシールがこの熱の影響を受けて自己作動型炉停止装置が誤作動することはない。一方、炉心の温度が異常に上昇した場合には、フリーズシールが溶融して圧力室内の圧力が抜ける。このため、液体ポイズンが第１の薄膜を破り炉心燃料の中心レベルに位置する真空領域に移動する。即ち、炉心に負の反応度が挿入されることになり、原子炉が停止する。
【０００８】
また、請求項２記載の自己作動型炉停止装置は、フリーズシールの圧力室側の面付近に、フリーズシールとの共存性に優れた材料より成り且つフリーズシールの熱膨張を考慮してこれとの間に隙間をあけて第２の薄膜を設置し、該第２の薄膜と第１の薄膜との間で圧力室を形成するようにしている。この場合、第１及び第２の薄膜が圧力室を密封することになり、フリーズシールや管等が熱膨張してこれらの間に隙間が発生した場合であっても圧力室内の圧力低下を防止する。
【０００９】
また、請求項３記載の自己作動型炉停止装置は、フリーズシールが第２の薄膜と対向する面の周縁部を中央部に比べて凹ますように形成されている。したがって、原子炉の運転中において、フリーズシールが体積膨張して第２の薄膜と接触する部分は周縁の凹んだ部分を除いて熱膨張量が少ない中央部分だけになり、この部分がフリーズシールに僅かに軽く接触するため、フリーズシールと第２の薄膜との半径方向熱膨張差に起因する応力も大幅に低減できる。ここで、第２の薄膜とフリーズシールとの接触は、できるだけ中心近くで行われることが好ましく、更に第２の薄膜が圧力で変形しないように支持する面積が必要である。
【００１０】
さらに、請求項４記載の自己作動型炉停止装置は、圧力室内の封入不活性ガスの圧力を液体ポイズン領域の圧力とほぼ同一に設定し、第１の薄膜の両側の圧力をほぼ等しくした構成である。したがって、第１の薄膜の両側に作用する圧力差は殆ど無くなり、第１の薄膜が破れ難くなる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成を図面に示す最良の形態に基づいて詳細に説明する。
【００１２】
図１に、本発明の自己作動型炉停止装置をリチウム注入モジュールとして構成した場合の実施形態の一例を示す。このリチウム注入モジュールは、両端を端栓７及び８で密封された封入管１の途中にハウジング２及びフリーズシール３を設けて、フリーズシール３よりも上方に液体ポイズン４が充填された領域（以下符号４は液体ポイズン若しくはそれが充填された領域のいずれかを示す）並びに封入ガス５が充填された領域（以下符号５は封入ガス若しくはそれが充填された領域のいずれかを示す）を形成すると共に、フリーズシール３の下方に真空領域６を形成して成る。即ち、封入管１内に、上端側から順に封入ガス領域５、液体ポイズン領域４および真空領域６を設けている。そして、フリーズシール３と液体ポイズン領域４との間には液体ポイズン４との共存性に優れた材料より成る第１の薄膜１３がフリーズシール３との間に距離を開けて設置されると共に、第１の薄膜１３とフリーズシール３との間には液体ポイズン領域４の圧力による第１の薄膜１３の破壊を防止する圧力室１５が形成されている。また、フリーズシール３の圧力室１５側の面付近には、フリーズシール３との共存性に優れた材料より成り且つフリーズシール３の熱膨張を考慮してこれとの間に隙間をあけている第２の薄膜１４が設置されている。
【００１３】
封入管１は当該リチウム注入モジュールを重力依存型として構成するか、重力非依存型として構成するかによってその内径の大きさを異にする。即ち、重力依存型の場合は地上用の原子炉にのみ適用可能なもので、封入管１の太さには制約がない。この場合、１本でかなりの反応度価値をもたせることができる。一方、重力非依存型の場合は船舶用、海上立地用、宇宙用などに適用可能なもので、封入管１内の液体ポイズン４と封入ガス５との界面９が重力の方向および大きさにかかわらず、想定される最大加速度に対して維持されるような一定値以下の内径を選定しなければならない。即ち、封入ガス５の表面張力によって、封入ガス５と液体ポイズン４との境界（界面９）が維持される封入管１の直径を選定することが重力非依存型とするには重要である。
【００１４】
封入管１およびハウジング２は、液体ポイズンおよび原子炉の冷却材と共存性があり、かつ設置する炉心部分の最高温度に耐えられる材質であることが必要である。そこで、ナトリウム冷却炉で冷却材局所最高温度が６００℃程度の場合には例えばステンレス鋼、タンタル（Ｔａ）、モリブデン・レニウム（Ｍｏ−Ｒｅ）合金またはニオブ・ジルコニウム（Ｎｂ−Ｚｒ）合金などが、リチウム冷却炉で冷却材局所最高温度が１２００℃程度の場合には例えばタンタル（Ｔａ）、モリブデン・レニウム（Ｍｏ−Ｒｅ）合金またはニオブ・ジルコニウム（Ｎｂ−Ｚｒ）合金などの使用が適する。
【００１５】
フリーズシール３は物質の凝固を利用したシール材で、ある温度に達すると溶融しシールを解除するものである。このフリーズシール３は、スクラム設定温度が融点となるような材料を用いる。例えばナトリウム冷却炉用としては、アルミニウム（融点６６０℃）、ラジウム（融点７００℃）、バリウム（融点７１４℃）、ストロンチウム（融点７６８℃）などが採用できる。また、リチウム冷却炉用としては、例えばマンガン（融点１２５３℃）、ベリリウム（融点１２７０℃）などが適する。
【００１６】
第１の薄膜１３は、液体ポイズン４との共存性に優れ、かつ融点が採用するフリーズシール３の融点より高い材質のものを用いる。例えば、タンタル（Ｔａ）、モリブデン・レニウム（Ｍｏ−Ｒｅ）合金またはニオブ・ジルコニウム（Ｎｂ−Ｚｒ）合金などがある。この第１の薄膜１３は、フリーズシール３との間に所定の距離を開けて設置されており、液体ポイズン４をフリーズシール３から熱的誤作動防止距離Ｌ以上離して配置させている。ここで、熱的誤作動防止距離Ｌとは、液体ポイズン４が炉内の中性子によって核反応を起こして発熱した場合であっても、この熱がリチウム注入モジュールの誤作動を誘発することがない程度に液体ポイズン４をフリーズシール３から離しておくことが出来る距離である。即ち、熱的誤作動防止距離Ｌ以上フリーズシール３から液体ポイズン４を離しておくことで、液体ポイズン４が核反応を起こして発熱した場合であってもこの発熱に起因したリチウム注入モジュールの誤作動を防止できる。なお、第１の薄膜１３は、フリーズシール３が加熱されて溶融した場合に液体ポイズン領域４と圧力室１５との差圧により破れる厚さに設定されている。
【００１７】
第２の薄膜１４は、フリーズシール３との共存性に優れ、かつ融点が採用するフリーズシール３の融点より高い材質のものを用いる。例えば、タンタル（Ｔａ）、モリブデン・レニウム（Ｍｏ−Ｒｅ）合金またはニオブ・ジルコニウム（Ｎｂ−Ｚｒ）合金などがある。第２の薄膜１４は、図２に詳しく示すように、フリーズシール３に対し、原子炉の停止時には第２の薄膜１４とフリーズシール３とが離間し、運転中にはフリーズシール３の体積膨張によって第２の薄膜１４とフリーズシール３とが部分的に僅かに接触して第２の薄膜１４を支える隙間Ｓを設定するように配置されている。
【００１８】
ここで、フリーズシール３の第２の薄膜１４側の面の周縁部３ａは、円錐台状に勾配が与えられて水平でかつ平坦な中央部３ｂに対して凹まされている。したがって、第２の薄膜１４とフリーズシール３の中央部３ｂとの間にのみ上述の隙間Ｓが設けられ、その周りの周縁部３ａは原子炉運転中においても薄膜に触れることはない。依って、自己作動型炉停止装置の製造時においては、予め隙間Ｓを設けて薄膜が組み付けられている。なお、第２の薄膜１４は、フリーズシール３が加熱されて溶融した場合に圧力室１５と真空領域６との差圧により破れる厚さに設定されている。
【００１９】
液体ポイズン４としては例えばリチウム−６を用いる。リチウム−６は天然リチウム中の存在比が７．４２％であり、実際はこれを濃縮したものを用いる。リチウム−６の濃縮度を高めるほど反応度価値を高くできるが、コスト高となる。リチウム−６は、炉内において中性子の照射を受けて（ｎ，α）反応を起こして発熱する。
【００２０】
封入ガス５としては、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスを室温にて大気圧〜数ｋｇ／ｃｍ2 Ｇに加圧して封入する。
【００２１】
第１の薄膜１３と第２の薄膜１４とで形成される密閉空間、即ち圧力室１５には、室内の圧力が上記運転温度にて液体ポイズン領域４側の封入ガスの圧力とほぼ等しくなるように予めアルゴンガスやヘリウムガスなどの不活性ガスが封入されている。即ち、フリーズシール３が溶融される前の状態において圧力室１５内の圧力を液体ポイズン領域４の圧力とほぼ同一に設定し、第１の薄膜１３の両側の圧力をほぼ等しくしている。この場合、第１の薄膜１３は設定された圧力差、例えば約１気圧あるいはそれ以上の差圧で破れるような厚さに設定されている。
【００２２】
なお、第１の薄膜１３の厚さと破れる圧力の関係は、第１の薄膜１３の直径及び材質に依存するため、予め実験により確認しておくことが望ましい。また、フリーズシール３が溶融される前の状態における圧力室１５の不活性ガスの圧力は、必ずしも液体ポイズン領域４の圧力即ち封入ガス５の圧力とほぼ同一に設定される必要はなく、場合によっては液体ポイズン領域４の圧力と真空領域６の圧力とのほぼ中間の値に設定しても良い。この場合には、フリーズシール３の両側の圧力差を減少させることができるので、フリーズシール３の厚さを薄くすることができ、緊急時の迅速な溶融が可能となる。ただし、第１の薄膜１３の両側の圧力差は増加するので、この圧力差即ち圧力室１５と液体ポイズン領域４側との間の圧力差でも破れないが、真空領域６との間の圧力差では破れるように第１の薄膜１３の厚さ等を適宜設定することが必要である。また、第２の薄膜１４はフリーズシール３が溶融したときの真空領域６と圧力室１５との間の圧力差で破れるようにその厚さなどが設定されている。
【００２３】
以上のように構成された自己作動型炉停止装置はリチウム注入モジュールとされ、図３に示すように炉心内に設置される。そして、このリチウム注入モジュールは、平面的には炉心のどの位置にでも設置可能であるが、炉心中心に近いほど反応度価値を高くできる。また、設置レベルとしては、正常運転時（図３の（Ａ）参照）にはリチウム注入モジュールの液体ポイズン領域４を炉心（燃料）領域１０よりも上（炉心出口側）のレベルとし、かつ圧力室１５及び真空領域６を炉心領域１０に位置させている。なお、図３中の符号１１は燃料ピンないし燃料集合体の軸ブランケット・遮蔽体領域を、１２は軸ブランケット・遮蔽体・ガスプレナム領域を示す。
【００２４】
この状態では、第２の薄膜１４はフリーズシール３の中央部３ｂのみにかすかに接触しこれによって支持されている。このため、第２の薄膜１４に圧力室１５内の封入ガス圧力が作用しても第２の薄膜１４は破れることがない。したがって、第１の薄膜１３は圧力室１５内の封入ガス圧力によって支えられ破れずに液体ポイズン４をフリーズシール３から十分に、即ち熱的誤作動防止距離Ｌ以上離しておくことができる。液体ポイズン４は炉内で中性子の照射を受けて（ｎ，α）反応を起こし発熱するが、フリーズシール３から熱的誤作動防止距離Ｌ以上離れているのでリチウム注入モジュールは誤作動することがない。
【００２５】
そして、炉心の温度が異常に上昇すると、フリーズシール３が溶融する。すると、フリーズシール３の支持を無くした第２の薄膜１４は圧力室１５と真空領域６との差圧によって破られる。これにより、圧力室１５内のガスが抜け、圧力室１５内の圧力による支えを失った第１の薄膜１３が液体ポイズン領域４と真空領域６側との差圧によって破られ、液体ポイズン４が真空領域６に注入される。即ち、炉心に負の反応度が挿入されることになり、原子炉が停止する。
【００２６】
本リチウム注入モジュールでは、室温での組立時に第２の薄膜１４に作用する差圧は小さいため、フリーズシール３の中央部３ｂと第２の薄膜１４との間に隙間Ｓがあっても第２の薄膜１４は破れない。フリーズシール３と第２の薄膜１４は通常使用温度においてこの中央部３ｂのみで接触するため、両者の半径方向熱膨張差に起因する応力も大幅に低減できる。一方、通常時に第１の薄膜１３に作用する差圧は温度にかかわらず常にほぼゼロであり、第２の薄膜１４が破れない限り第１の薄膜１３が破れることはない。逆に第２の薄膜１４が破れると第１の薄膜１３は上述したように必ず破れる。
【００２７】
なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。
【００２８】
例えば、必ずしも第２の薄膜１４は必要ではなく、圧力室１５内の気密性を保つことが可能であれば、例えばフリーズシール３とその周辺の構造物との間の線膨張係数がほぼ一致するときなどには、第２の薄膜１４を省略してフリーズシール３と第１の薄膜１３との間に圧力室１５を形成しても良い。
【００２９】
また、フリーズシール３と第２の薄膜１４との間の隙間Ｓを、加圧不活性ガス領域としても良い。加圧不活性ガス領域を構成するガスとしては、高温での安定性の良好なものが求められ、例えばアルゴンガスやヘリウムガスの使用が好ましい。このような構成にすることで、フリーズシール３と第２の薄膜１４との直接的な接触を防止することができ、高温における両者間の相互拡散及び金属間化合物の生成によるフリーズシール３の劣化を防止することができる。
【００３０】
また、フリーズシール３と第２の薄膜１４との間に、図４に示すように、これらの間の原子炉運転時における接触が部分的となるような形状、例えば点在するチップ形状などの中間サポート２０を配置しても良い。中間サポート２０は、その融点がフリーズシール３の融点より高く、第２の薄膜１４及びフリーズシール３の何れとも共存性の優れた材質のものを用いる。中間サポート２０の材質としては、例えばセラミック等が適している。このような構成にすることで、第２の薄膜１４とフリーズシール３との直接的な接触を防止することができ、高温における両者間の相互拡散及び金属間化合物の生成によるフリーズシール３の劣化を防止することができる。なお、中間サポート２０は、フリーズシール３と第２の薄膜１４との何れに固定しても良い。また、液体ポイズン５の流れを阻害しないように、中間サポート２０を細かく分割したものとすることが好ましい。
【００３１】
また、フリーズシール３の第２の薄膜１４と接触する面は、図２に示すような周辺が凹んだ円形であることが好ましいが、これに特に限られるものではなく、管中央寄りで第２の薄膜１４の変形を防ぎ得る支持を得られる形状ないし配置であればどのような形状等でも実施可能である。例えば、多重リング形状や円形のテーブル面に放射状のスリットや溝が入れられていても良い。
【００３２】
【実施例】
図１のリチウム注入モジュールにおいて、アルミニウム製のフリーズシール３と、タンタル（Ｔａ）製の第１，第２の薄膜１３，１４及びハウジング２を採用した実施例を挙げて更に詳しく説明する。
【００３３】
フリーズシール３と第１及び第２の薄膜１３，１４の直径は１６ｍｍとする。またフリーズシール３の中央部（平面部分）３ｂの直径を１０ｍｍとする。第１及び第２の薄膜１３，１４の厚さは２０μｍ（＝０．０２ｍｍ）とする。原子炉停止時におけるフリーズシール３の中央部３ｂと第２の薄膜１４の隙間Ｓを０．３ｍｍとし、フリーズシール３及び第２の薄膜１４が膨張しても、フリーズシール３によって第２の薄膜１４が破られることがないようになっている。封入ガス領域（リチウム側上部チェンバ）５の封入ガス圧力を室温にて１ｋｇ／ｃｍ2 Ｇとすると、作動設定温度（６６０℃）では熱膨張により約６ｋｇ／ｃｍ2 ａｂｓ（絶対圧）に加圧される。真空領域（下部チェンバ）６は真空である。また、熱的誤作動防止距離Ｌを約１００ｍｍ確保するために、第１の薄膜１３はフリーズシール３に対して約１００ｍｍ離して設置されている。
【００３４】
原子炉の正常運転時には、フリーズシール３や第２の薄膜１４は約６００℃になっている。この状態では、フリーズシール３及び第２の薄膜１４は膨張し、隙間Ｓを無くしてフリーズシール３の中央部３ｂのみが第２の薄膜１４に軽く接触してこれを支持している。従ってこの温度におけるリチウム側の封入ガス圧力（約６ｋｇ／ｃｍ2 ａｂｓ）が第２の薄膜１４に作用しても、当該第２の薄膜１４はフリーズシール３の中央部３ｂに支えられて破れることがない。
【００３５】
また、約６００℃の状態では、フリーズシール３と第２の薄膜１４との径方向の熱膨張量の差は、平面となっている中央部３ｂで接触させる場合の最も外周部分での半径方向への熱膨張量の差が０．０５ｍｍであるのに対し、フリーズシール３の全面を平面として全面で接触させる場合の半径方向への熱膨張量の差は０．０８ｍｍであった。したがって、フリーズシール３の中央部３ｂのみが第２の薄膜１４に接触する本実施例の場合には、フリーズシール３の全面で第２の薄膜１４に接触する場合に比べて径方向の熱膨張量の差を約４０％低減できた。このため、本実施例では、フリーズシール３と第２の薄膜１４との径方向の熱膨張量の差に起因する応力が大幅に低減された。
【００３６】
さらにこの状態では、液体ポイズン４としてのリチウム−６は炉内で中性子の照射を受けて発熱するが、フリーズシール３は液体ポイズン４から熱的誤作動防止距離Ｌ以上離れて配置されているので誤作動することはない。即ち、本実施例のリチウム注入モジュールでは、原子炉が異常に高温になってフリーズシール３が溶融するまでは第２の薄膜１４が破られることが無く、したがって第１の薄膜１３も破れることもないので誤作動することがない。また、作動するまではフリーズシール３がリチウムに接触することはないため、フリーズシールの３の健全性が長期的に保証される。
【００３７】
一方、原子炉が高温になり作動設定温度（スクラム設定温度）に達すると、フリーズシール３が溶融し第２の薄膜１４は支えを失う。この作動設定温度における上記寸法のタンタル製の第２の薄膜１４の許容応力は４．４〜４．８ｋｇ／ｃｍ2 である。これに対し、フリーズシール３の支えを失った第２の薄膜１４には上述したように許容応力をはるかに上回る６ｋｇ／ｃｍ2 の差圧が作用するので、第２の薄膜１４はこの差圧によって直ちに破られる。そして、第２の薄膜１４が破れると、今度は第１の薄膜１３に６ｋｇ／ｃｍ2 の差圧が作用するので、この第１の薄膜１３も直ちに破られる。すなわちフリーズシール３が溶融すると直ちに液体ポイズン４であるリチウムが真空領域（炉心燃料レベル）６に移動し、炉心に負の反応度が挿入され原子炉が停止する。
【００３８】
なお、本リチウム注入モジュールの組立時、即ち室温で第２の薄膜１４に作用する差圧は２ｋｇ／ｃｍ2 であり、第２の薄膜１４の許容応力に比べて十分小さい。したがって、フリーズシール３の中央部３ｂと第２の薄膜１４との間に隙間が生じていても、第２の薄膜１４が破れることはない。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の自己作動型炉停止装置では、フリーズシールと液体ポイズン領域との間に液体ポイズンとの共存性に優れた材料より成る第１の薄膜をフリーズシールとの間に距離を開けて設置し、核反応によって発熱する液体ポイズンをフリーズシールから熱的誤作動防止距離Ｌ以上離して配置すると共に、第１の薄膜とフリーズシールとの間に不活性ガスを封入して液体ポイズン領域の圧力による第１の薄膜の破壊を防止する圧力室を形成したので、フリーズシールが溶融して圧力室内の圧力が抜けるまでは液体ポイズン領域は第１の薄膜によって仕切られており、液体ポイズンがフリーズシールに接触することはない。このため、フリーズシールと液体ポイズンとの反応を防止してフリーズシールの劣化を防ぐことができる。また、液体ポイズンをフリーズシールから熱的誤作動防止距離Ｌ以上離しているため、炉内の中性子によって（ｎ，α）反応を起こして発熱するリチウム−６を液体ポイズンとして使用した場合であっても、リチウム−６の発熱に起因した誤動作を防止することができる。リチウム−６の発熱密度は中性子束のレベルに依存するものではあるが、例えば９５％濃縮のリチウム−６を液体ポイズンとして封入したリチウム注入モジュールを高速炉の炉心に装荷した場合には、その発熱量が数１０Ｗ／ｃｃ程度となることもある。しかしながら本発明を適用した自己作動型炉停止装置では、上述したようにリチウム−６の発熱に起因した誤作動を防止することができる。以上より、自己作動型炉停止装置の信頼性及び耐久性を向上させることができる。
【００４０】
また、請求項２記載の自己作動型炉停止装置では、フリーズシールの圧力室側の面付近に、フリーズシールとの共存性に優れた材料より成る第２の薄膜を設置すると共に当該第２の薄膜とフリーズシールとの間にフリーズシールの熱膨張を考慮した隙間を設け、該第２の薄膜と第１の薄膜との間で圧力室を形成するので、フリーズシールと管等の熱膨張差に起因した圧力室の圧力低下を防止することができ、装置の耐久性及び信頼性をより向上させることができる。
【００４１】
また、請求項３記載の自己作動型炉停止装置では、フリーズシールが第２の薄膜と対向する面の周縁部を中央部に比べて凹ましているので、原子炉の運転中におけるフリーズシールの体積膨張によって第２の薄膜と接触する面が周縁の凹んだ部分を除いて熱膨張量の比較的小さな中央部だけで僅かに軽く接触することとなるため、フリーズシールと第２の薄膜との半径方向熱膨張差に起因する応力も大幅に低減できる。このため、長期にわたって第２の薄膜の健全性を維持することができ、装置の信頼性と耐久性をより一層向上させることができる。
【００４２】
さらに、請求項４記載の自己作動型炉停止装置では、圧力室の封入不活性ガスの圧力を液体ポイズン領域の圧力とほぼ同一に設定し、前記第１の薄膜の両側の圧力をほぼ等しくしたので、第１の薄膜の両側に作用する圧力差が殆ど無くなり、第１の薄膜を破れ難くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した自己作動型炉停止装置をリチウム注入モジュールとした場合の実施形態の一例を示す断面図である。
【図２】図１のリチウム注入モジュールの第１及び第２の薄膜が配置された部分を拡大した断面図である。
【図３】図１のリチウム注入モジュールを液体金属冷却高速炉の炉心に配置した一例を示し、（Ａ）は正常運転時における位置関係を示す概念図、（Ｂ）はスクラム時における位置関係を示す概念図である。
【図４】本発明を適用したリチウム注入モジュールの変形例を示し、フリーズシールが配置された部分を拡大した断面図である。
【符号の説明】
１  封入管
３  フリーズシール
４  液体ポイズン（リチウム）を充填した領域
５  封入ガスを充填した領域
６  真空領域
１３  第１の薄膜
１４  第２の薄膜
１５  圧力室
Ｌ  熱的誤作動防止距離
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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