(57)【要約】      （修正有）【課題】長期間の運転が可能なペブルベッド型原子炉に用いる黒鉛ブロックを提供する。【解決手段】複数の黒鉛ブロック１０を積み上げて、燃料球である複数のペブル４を装荷するペブル収納空間２０が形成される。黒鉛ブロック１０は、基材１１と基材１１を覆うセラミック被覆１２からなる。黒鉛ブロック１０は、黒鉛ブロック１０のペブル収納空間２０に面する内壁面１３に露出した複数の孔３０を有し、孔３０の内部に配置されたスリーブ４０を更に備えている。また、孔３０の内壁面１３に面した部分には開口端３１が設けられている。黒鉛ブロック１０は、ペブル４が移動する際に段差となる孔３０にスリーブ４０が挿入されているので、基材１１を覆うセラミック被覆１２の角には、ペブル４が接触しないので、セラミック被覆１２を破損しにくくすることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペブルベッド型原子炉用の黒鉛ブロックであって、
前記黒鉛ブロックは、黒鉛からなる基材と当該基材を被覆するセラミック被覆とからなるとともに、ペブル収納空間に面する内壁面に露出した孔を有し、
前記孔の内部に配置されたスリーブを更に備える黒鉛ブロック。
【請求項２】
請求項１に記載の黒鉛ブロックであって、
前記スリーブは前記孔の開口端を覆う黒鉛ブロック。
【請求項３】
請求項１に記載の黒鉛ブロックであって、
前記セラミック被覆はＳｉＣより構成される黒鉛ブロック。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の黒鉛ブロックであって、
前記スリーブはセラミックより構成される黒鉛ブロック。
【請求項５】
請求項４に記載の黒鉛ブロックであって、
前記スリーブはＳｉＣより構成される黒鉛ブロック。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の黒鉛ブロックを備えるペブルベッド型原子炉。
【請求項７】
請求項６に記載のペブルベッド型原子炉であって、
前記孔は、前記ペブルベッド型原子炉のペブル収納空間の底面または側面に露出するペブルベッド型原子炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ペブルベッド型原子炉用の黒鉛ブロックに関する。
【背景技術】
【０００２】
黒鉛は、中性子の吸収断面積が高く、中性子の減速能が大きいため、減速比が高いこと、高い耐熱性を有すること、大きな素材が容易に得られることから原子炉の減速材、反射材として利用されている。特に、マグノックス炉、改良型黒鉛炉（ＡＧＲ炉）、高温ガス炉などガス冷却炉の減速材、反射体などの素材として重要な材料である。
【０００３】
特許文献１には、減速材、反射材としての黒鉛の核的特性及び熱的特性を損なう事なく、黒鉛自体のもろさに対してセラミックスを用いることで補い、強度を向上させた黒鉛構造物として、固体黒鉛で構成される減速材、反射材等の原子炉構造物の表面を炭化ケイ素（ＳｉＣ）等の耐熱セラミックス等で覆い、核及び熱的な性能を損なう事なく、強度を向上させた黒鉛構造物が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開昭６１−２０６８９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ガス冷却炉は、マグノックス炉、改良型黒鉛炉など炭酸ガスを冷却材に用いた従来の炉と、高温ガス炉などヘリウムを冷却材に用いた新しい炉がある。従来の炉で用いられている炭酸ガスは、炉心構造材の黒鉛と化学反応を起こすため、原子炉の出口の冷却材の温度は黒鉛と炭酸ガスの化学反応によって制限された。しかしながら、ヘリウムガスを冷却材として使用することにより、冷却材と黒鉛との化学反応は起こることがなくなり、原子炉の運転温度を高めることができるようになった。
【０００６】
ヘリウムを冷却材に用いた高温ガス炉には、燃料形状の違いにより、ブロック型高温ガス炉と、ペブルベッド型高温ガス炉とがある。ブロック型高温ガス炉では、例えば内部に燃料棒が収納された六角状の黒鉛ブロック（燃料カラム）と、内部に燃料棒が収納されていない六角状の黒鉛ブロック（可動反射体）、さらにそれらの外部を取りまく固定反射体で構成される。上記特許文献１の黒鉛構造物は、ブロック型高温ガス炉に関する技術である。
【０００７】
これに対し、ペブルベッド型高温ガス炉では、被覆燃料粒子を黒鉛粒子と混ぜ球状に成形した燃料球（ペブル）を使用し、これを黒鉛ブロックで形成された空間内に多数無秩序に積み重ねて炉心を形成する。燃料球の直径は約６ｃｍである。核反応が低下した燃料球を運転中に下から取り出すとともに、上部から新たな燃料球を供給することにより、連続的に交換することが特徴である。このため、ブロック型高温ガス炉のように運転を停止して燃料交換をする必要が無く、原子炉の運転期間を長くすることができる。
【０００８】
しかしながら、ペブルベッド型高温ガス炉は、原理上、ブロック型高温ガス炉よりも長期間の運転が可能となるため、使用される黒鉛ブロックの交換周期を長くすることにより、長期間の運転を可能にする。このため、更なる黒鉛ブロックのライフアップが望まれる。
【０００９】
本発明は、上記課題を鑑み、長期間の運転が可能なペブルベッド型原子炉に用いる黒鉛ブロック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】
【００１０】
前記課題を解決するための本発明の黒鉛ブロックおよびペブルベッド型原子炉は、
（１）ペブルベッド型原子炉用の黒鉛ブロックであって、前記黒鉛ブロックは、黒鉛からなる基材と当該基材を被覆するセラミック被覆とからなるとともに、ペブル収納空間に面する内壁面に露出した孔を有し、前記孔の内部に配置されたスリーブを更に備える。
（２）前記スリーブは前記孔の開口端を覆う。
（３）前記セラミック被覆はＳｉＣより構成される。
（４）前記スリーブはセラミックより構成される。
（５）前記スリーブはＳｉＣより構成される。
（６）（１）から（５）のいずれかに記載の黒鉛ブロックを備えるペブルベッド型原子炉。
（７）前記孔は、前記ペブルベッド型原子炉のペブル収納空間の底面または側面に露出するペブルベッド型原子炉である、
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によって得られる黒鉛ブロックは、ペブルが移動する際に段差となる孔にスリーブが挿入されているので、基材を覆うセラミック被覆の角には、ペブルが接触しないので、セラミック被覆を破損しにくくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る黒鉛ブロックが用いられるペブルベッド型原子炉の一例を示す模式図。
【図２】本発明に係る黒鉛ブロックが用いられるペブル収納空間の一例を示す模式図。
【図３】本発明に係る黒鉛ブロックの孔近傍とペブルの接触具合を示す模式図。
【図４】本発明に係る黒鉛ブロックの斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る黒鉛ブロックの好適な実施形態を、図１〜図４に基づいて詳述する。
【００１４】
図１は、ペブルベッド型原子炉の一例を示す模式図である。ペブルベッド型原子炉１は、原子炉容器２内に炉心３が収納され、炉心３内には燃料球であるペブル４が複数装荷されている。炉心３は、上部、下部、周囲が複数の黒鉛ブロック１０により構成されたペブル収納空間２０が形成されている。また、炉心３は、複数の黒鉛ブロック１０を積み上げて構成され、中性子の外部への漏洩量を極力小さくさせている。また、原子炉容器２の下部には、冷却材用の配管５が接続され、上部に発電機、中央にガスタービンや圧縮機、下部に冷却器を有する動力変換装置６と連結されている。
【００１５】
図２は、本実施形態の黒鉛ブロック１０で構成されたペブル収納空間２０の一例を示す模式図である。
【００１６】
ペブル収納空間２０内に装荷されるペブル４は、直径が約６ｃｍの球形状であり、例えばウラン酸化物を核燃料物質とする多数の被覆燃料粒子とそれを内包する黒鉛マトリックスとから構成された燃料領域が黒鉛殻で囲まれた構造となっている。そして、ペブル４は、この被覆燃料粒子を中性子減速材となる黒鉛材内に含有させるために、被覆燃料粒子を黒鉛粉末と混合して球状成形型内に充填して一次プレスして一次球（コア）を製造し、この一次球を黒鉛粉末と共に二次プレスしてシェル付きの球状粒子とし、これを真球状にするために表面研削し、その後、予備焼成、焼成工程を経て完成される。
【００１７】
ペブル収納空間２０を構成する黒鉛ブロック１０は、黒鉛からなる基材１１と基材１１を被覆するセラミック被覆１２とからなる。また、黒鉛ブロック１０は、本実施形態では一例として円柱面を含む略四角柱形状を成し、ペブル収納空間２０を形成する内壁面１３と、上下面１４と、側面１５とを有している。なお、円柱面とは、完全な円柱面であることは必要ではなく、例えば黒鉛ブロック１０のぺブル収納空間に面する内壁面１３が平面で構成されることによって、ペブル収納空間２０を多角柱の壁面で構成してもよい。
【００１８】
そして、セラミック被覆１２はＳｉＣであることが望ましい。ペブル４は、核燃料に熱分解炭素、ＳｉＣなどを被覆した粒子を固めて形成されているため、ペブル４は硬く、黒鉛ブロック１０を摩耗させる能力が高い。従って、ペブル４に含まれる最も硬いＳｉＣと同じ材質で黒鉛ブロック１０を被覆させることにより、ペブル４から圧力が加わっても黒鉛ブロック１０を破損しにくくすることができる。また、ＳｉＣは、中性子の吸収が少ないので、核分裂の連鎖反応に与える影響が少ない。
【００１９】
また、セラミック被覆１２は、本実施形態で示されるように黒鉛ブロックの１０の基材１１の表面全体を覆っていても良く、ペブル収納空間２０に面した内壁面１３のみに施されていても良い。
【００２０】
本実施形態では、黒鉛ブロック１０は、黒鉛ブロック１０のペブル収納空間２０に面する内壁面１３に露出した複数の孔３０を有し、孔３０の内部に配置されたスリーブ４０を更に備えている。また、孔３０の内壁面１３に面した部分には開口端３１が設けられている。
【００２１】
また、黒鉛ブロック１０に形成された孔３０は、ペブルベッド型原子炉１のペブル収納空間２０の底面２１または側面２２に露出している。そして、孔３０がペブルベッド型原子炉１のペブル収納空間２０の底面２１または側面２２に有ると、特にペブル４の圧力がかかる部位であるので、スリーブ４０を好適に利用できる。
【００２２】
図３は黒鉛ブロック１０の孔３０近傍とペブル４の接触具合を示す模式図である。
【００２３】
原子炉では、核分裂に伴って様々な気体状の核分裂生成物が生成する。気体状の核分裂生成物の中に、黒鉛と反応する成分が生成することがある。ペブルベッド型原子炉１で用いる燃料球であるペブル４は、ウランなど密度の高い元素を多量に含有する上に、黒鉛ブロック１０の表面を転がりながら移動していくので、ペブル４と黒鉛ブロック１０の接点では、高い圧力が一点に集中する。このため被覆が破損すると、黒鉛と核分裂生成物とが反応し、黒鉛ブロック１０を劣化させる。
【００２４】
ペブルベッド型原子炉１では、複数の黒鉛ブロック１０を積み上げて炉心３を構成している。ペブル収納空間２０には、冷却材であるヘリウムが通過する孔３０の他、制御用に多数の孔３０を内壁面１３に有している。燃料であるペブル４は、ＳｉＣ、熱分解炭素などを被覆したウランなどの粒子を固めて形成した高い密度の球である。ペブルベッド型原子炉１の下部からペブル４を取り出すと、上部から下に向かってペブル４が移動する。ペブル４は、密度の高い球であるので、移動に伴って孔３０の段差などがあると、欠けを生じさせることがある。
【００２５】
本実施形態の黒鉛ブロック１０は、図３に示す通り、ペブル４が移動する際に段差となる孔３０にスリーブ４０が挿入されているので、基材１１を覆うセラミック被覆１２の角には、ペブル４が接触しないので、セラミック被覆１２を破損しにくくすることができる。
【００２６】
即ち、黒鉛ブロック１０に形成された孔３０の内部にスリーブ４０が挿入されているため、球形状のペブル４の衝撃がスリーブ４０で緩和され、ペブル４が内壁面１３をスムーズに転がることができる。
【００２７】
また、スリーブ４０は、孔３０の開口端３１を覆うように配置されている。孔３０の開口端３１を覆っていると、確実に開口端３１に形成されているセラミック被覆１２を保護することができる。
【００２８】
図４は、黒鉛ブロック１０の斜視図を示す。
【００２９】
黒鉛ブロック１０の内壁面１３に露出する複数の孔３０の内部には、スリーブ４０が挿入固定され、孔３０の開口端３１にも形成されているセラミック被覆１２をスリーブ４０が覆っている。
【００３０】
また、スリーブ４０は、セラミックスより構成されることが望ましい。スリーブ４０がセラミックから構成されていると、耐熱性が高く、強度があるので好適に利用することができる。
【００３１】
また、スリーブ４０は、ＳｉＣより構成されることが望ましい。
【００３２】
ペブル４は、核燃料に熱分解炭素、ＳｉＣなどを被覆した粒子を固めて形成されている。このため、ペブル４は硬く、黒鉛ブロック１０を摩耗させる能力が高いが、ペブル４に含まれる最も硬いＳｉＣと同じ材質で黒鉛ブロック１０が被覆され、スリーブ４０がＳｉＣで構成されているため、ペブル４から圧力が加わってもセラミック被覆１２を破損しにくくすることができる。また、ＳｉＣは、中性子の吸収が少ないので、核分裂の連鎖反応に与える影響が少ない。
【００３３】
円柱面を含む略四角柱形状の黒鉛ブロック１０を説明したが、六角柱形状でもよく、強固で安定した炉心が構成されれば形状に限定されない。
【００３４】
尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明に係る黒鉛ブロックは、ペブルを利用する原子炉の用途に適用可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１：ペブルベッド型原子炉
２：原子炉容器
３：炉心
４：ペブル
１０：黒鉛ブロック
１１：基材
１２：セラミック被覆
１３：内壁面
３０：孔
３１：開口端
４０：スリーブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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