(57)【要約】      （修正有）【課題】キャビティ部が損傷しても炉心に急激に反応度が加わることを防止する。【解決手段】反射体を用いる高速炉において、キャビティ部４ｂの中空部４ｃを分割構造材４ｄによって分割する。分割数は、中空部４ｃに完全に冷却材が侵入することで増加する炉心の反応度をρ、反応度の安全上の制限値をρｓ、分割数をｄ、あらかじめ設定された許容誤差をεとした場合に、2009250882.tif 000006を満たす許容範囲内にｄを設定することで、炉心性能と信頼性が両立する好適値を導き出すことができる。【選択図】図３
2009250882.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却材が収容された原子炉容器と、
この原子炉容器内に配置され冷却材に浸された炉心と、
前記炉心を囲繞するよう配置され上下方向移動自在な中性子反射部と、
この中性子反射部の上方に配置されて前記中性子反射部の上下移動にともなって上下移動
し内部に真空または希ガス雰囲気の中空部を有するキャビティ部と、を備える高速炉であ
って、
前記中空部を複数の区画に分割する分割構造材を有し、
前記中空部内部の真空または希ガスを前記冷却材に置換することで炉心に加えられる反応
度をρ、炉心に加えられる反応度の安全上の制限値をρｓ、前記中空部の区画数をｄ、あ
らかじめ設定された許容誤差をεとしたとき、
【数１】
2009250882.tif 000005
を満たすことを特徴とする高速炉。
【請求項２】
前記分割構造材は前記中空部を水平方向に分割して上側区画と下側区画を形成し、前記
上側区画の高さが前記下側区画の高さよりも小さいことを特徴とする請求項１記載の高速
炉。
【請求項３】
前記分割構造材は前記炉心の半径方向に設けられていることを特徴とする請求項１また
は請求項２記載の高速炉。
【請求項４】
前記分割構造材は中性子吸収材を含有することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何
れか１項記載の高速炉。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中空部を有するキャビティ部と中性子反射部とを組み合わせた反射体を用い
、キャビティ部の中空部を炉心性能と信頼性の観点から好適な区画数に分割した高速炉に
関わる。
【背景技術】
【０００２】
従来の小型高速炉は、炉心を複数の容器によって取り囲み、容器の外側に反射体を設け
た構成で、炉心から外部へ照射される中性子を反射体によって反射し、炉心の燃焼を促進
させていた。
【０００３】
しかし、このような構成の高速炉では反射体が原子炉容器の外側に配設されているため
、原子炉容器と反射体が高速炉を収容する構造物中に大量の熱を発散させてしまう。さら
に、原子炉容器内部に中性子遮蔽体が無いために原子炉容器外部に照射される中性子の量
が多く、遮蔽構造物内の上部に保有されたアルゴンや窒素が放射化してしまう。これらの
ことから、大規模な冷却設備や厳重な格納設備が必要になる、中性子照射量が高いため構
造材としてステンレス鋼が使えず高価なクロム鋼の使用量が多くなる、といった課題があ
った。
【０００４】
このような課題を解消するための装置として、反射体を高速炉内部に上下動可能に配置
するものがある（例えば、特許文献１参照。）。このような構成を持つ高速炉によれば、
炉心外周に近接した反射体により中性子が効率よく反射されるために核燃料の燃焼・増殖
の効率が向上する、反射体が冷却材中に没するため反射体で発生する熱が出力として利用
されて原子炉の熱効率が改善する、中性子遮蔽体で発生する熱が出力として利用されて原
子炉の熱効率が改善する、原子炉容器の照射量や原子炉容器外部に照射される中性子量が
減少する、といった効果が得られる。
【０００５】
さらに、炉心の反応度寿命を長期化し得る反射体構造が特許文献２に記載されている。
この反射体の構造について、図６を用いて以下説明する。図６は高速炉の概要を示す要部
拡大縦断面図である。中性子反射部１０４ａと、この中性子反射部１０４ａの上部に中性
子反射部１０４ａと一体に設けられたキャビティ部１０４ｂから構成される反射体１０４
が、炉心１０２及び炉心槽１０３を取り囲むように配設されている。このうち、キャビテ
ィ部１０４ｂは中空の箱体で構成され、キャビティ部１０４ｂの中空部１４１は、一次冷
却材１０５よりも中性子反射能力が劣るガス雰囲気か、あるいは真空とされている。また
、中性子反射部１０４ａの上部には、駆動軸１１１を介して反射体駆動装置１１２が接続
されている。
【０００６】
この構成によれば、キャビティ部１０４ｂを設けたことによって、炉心槽１０３の外側
が一次冷却材１０５で覆われている場合に比べて炉心１０２の反応度が抑制され、その分
燃料濃縮度を高めて炉心１０２の反応度寿命の長期化を図ることができる。
【特許文献１】特許第３１２６５２４号公報
【特許文献２】特許第３１２６５０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したような高速炉内の一次冷却材の温度は、約３５０℃〜約５００℃になっている
。具体的には、一次冷却材の温度は、炉心近傍では約５００℃、中性子遮蔽体近傍では約
３５０℃になっている。このため、炉心槽と隔壁の間の一次冷却材には、約１５０℃の温
度差が付いている。さらに、一次冷却材が炉心を通過する際に約３５０℃から約５００℃
まで温められるため、炉心槽は軸方向に約１５０℃の温度差がついている。
【０００８】
同様の理由から、図６に示す反射体構造１０４を採用した場合では、反射体１０４の中
性子反射部１０４ａとキャビティ部１０４ｂにも半径方向及び軸方向に温度差が生じるこ
とが想定される。それに伴って、熱応力やクリープが発生してキャビティ部１０４ｂが損
傷し、キャビティ部１０４ｂの中空部１４１に冷却材１０５が流入することも考えられる
。その場合、中空部１４１の気体または真空が冷却材１０５に置換することでキャビティ
部１０４ｂの中性子反射能力が上昇し、炉心１０２に反応度を加えてしまうことが予想さ
れる。
【０００９】
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、キャビティ部１０４ｂが損傷
しても炉心１０２に急激に反応度が加わることを防止した信頼性の高い高速炉を提供する
ことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明による高速炉は、冷却材が収容された原子炉容器と、
この原子炉容器内に配置され冷却材に浸された炉心と、前記炉心を囲繞するよう配置され
上下方向移動自在な中性子反射部と、この中性子反射部の上方に配置されて前記中性子反
射部の上下移動にともなって上下移動し内部に真空または希ガス雰囲気の中空部を有する
キャビティ部と、を備える高速炉であって、前記中空部を複数の区画に分割する分割構造
材を有し、前記中空部内部の真空または希ガスを前記冷却材に置換することで炉心に加え
られる反応度をρ、炉心に加えられる反応度の安全上の制限値をρｓ、前記中空部の区画
数をｄ、あらかじめ設定された許容誤差をεとしたとき、
【数１】
2009250882.tif 000003
【００１１】
を満たすことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、半径方向及び軸方向に大きな温度差が生じる環境に晒されるキャビテ
ィ部の信頼性と炉心性能の両立を図ることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例】
【００１４】
本発明の実施例について、図面を用いて以下説明する。図１は、本実施例による高速炉
１の構造を示す。図２は図１のＡ−Ａ線による矢視断面図であり、炉心と反射体の位置関
係を示している。なお、図２においては反射体よりも外側の構成は省略して図示している
。
【００１５】
一次冷却材２１が注入された原子炉圧力容器６がガードベッセル７に覆われている。原
子炉容器６の下部に炉心支持板１０が取り付けられている。この炉心支持板１０上にエン
トランスモジュール１１が設置されている。エントランスモジュール１１には複数の燃料
集合体で構成された炉心２が搭載されており、この炉心２の内部を通過可能に炉停止棒３
１が設けられている。炉停止棒３１は上方の炉停止棒駆動装置３２と接続されている。ま
た、炉心２は炉心支持板１０上面に取り付けられた炉心槽３によって外周を取り囲まれて
いる。炉心槽３を取り囲むように反射体４が配設されている。反射体４は中性子反射部４
ａ、中空のキャビティ部４ｂで構成され、この反射体４は上方の反射体駆動装置９によっ
て上下動する。反射体４は、図２に示すように炉心２を取り囲むように６つ設置されてお
り、それぞれが互いに独立して上下動可能である。
【００１６】
炉心支持板１０の上面には隔壁５が取り付けられており、この隔壁５は反射体４を取り
囲んでいる。隔壁５の上端付近の原子炉容器６内壁には中間熱交換器１３が設けられてい
る。この中間熱交換器１３は二次冷却材入口ノズル１４、二次冷却材出口ノズル１５を備
え、原子炉容器６の内部で原子炉容器６内の一次冷却材と二次冷却材の熱交換を行う。こ
の中間熱交換器１３の下部には電磁ポンプ１２が取り付けられており、この電磁ポンプ１
２は中間熱交換器１３内で熱交換を行った一次冷却材を下方へ噴出する。
【００１７】
原子炉容器６の上部には中性子遮蔽層、熱遮蔽層を有する上部プラグ８が設置されてい
る。上部プラグ８は反射体駆動装置９、炉停止棒駆動装置３２を支持している。また、反
射体駆動装置９と炉停止棒駆動装置３２は格納ドーム３３によって覆われており、この格
納ドーム３３は台座３４に支持されている。
【００１８】
一次冷却材２１の流れについて詳細に説明する。図中の矢印は一次冷却材２１の流れる
方向を示している。一次冷却材２１は炉心２で加熱され上昇する。一次冷却材２１は隔壁
５の上を通過し、中間熱交換器１３に流入する。中間熱交換器１３において、一次冷却材
２１は二次冷却材と熱交換を行って冷却され、中間熱交換器１３下部の電磁ポンプ１２に
よって電磁ポンプ１２の下方へ吐出される。電磁ポンプ１２から吐出された一次冷却材２
１はさらに下降し、炉心支持板１０を通過して原子炉容器６の底部に達し、その後に炉心
支持板１０、エントランスモジュール１１を経由して再び炉心２へ流入する。一次冷却材
２１はこの一連の流れを繰り返し、高速炉１内を循環する。なお、冷却材として例えばナ
トリウムを用いた場合、一次冷却材２１の温度は炉心２の通過後で約５００℃、中間熱交
換器１３の通過後で約３５０℃と想定される。
【００１９】
次に、炉心２を取り囲むように配置される反射体４の構造について、図３を用いて詳細
に説明する。図３（ａ）は反射体４の正面図、図３（ｂ）は反射体４の側面図、図３（ｃ
）は図３（ａ）に示したＢ−Ｂ線による断面矢視図である。
【００２０】
中性子反射部４ａは複数の金属板を積層して構成されている。また、キャビティ部４ｂ
は中空の箱体で構成されており、キャビティ部４ｂ内の中空部４ｃは分割構造材４ｄによ
って複数の区画に分割されている。本実施例においては、分割構造材４ｄは、中空部４ｃ
を炉心２側から見て上下方向に５分割し、また手前側と奥側とに２分割している。本実施
例では図２に示すように炉心２を６つの反射体４で取り囲んでおり、各反射体４の中空部
４ｃが１０区画に分けられているため、全体として中空部４ｃが合計６０区画に分割され
た構成となっている。
【００２１】
このように中空部４ｃが分割されているため、キャビティ部４ｂが破損して冷却材が侵
入する場合、破損部位から中空部４ｃのうち分割された１区画のみの内部に一次冷却材２
１が侵入する。したがって、中空部４ｃを分割しない場合に比べて、キャビティ部４ｂの
破損によって中空部４ｃに侵入する一次冷却材２１が少なくなり、炉心２に加えられる反
応度を抑制し、信頼性を高めることが可能である。
【００２２】
中空部４ｃは、細かく分割して区画数を多くするほどキャビティ部４ｂの破損による影
響を小さくすることができる。一方、区画数が多くなると中空部４ｃにおける分割構造材
４ｄの占める割合が高くなる。中空部４ｃに封入される希ガスあるいは中空部４ｃを真空
とした場合に比較すると、分割構造材４ｄの中性子反射力のほうが高いため、分割構造材
４ｄの割合が増えるにつれてキャビティ部４ｂの中性子反射能力が上昇する。キャビティ
部４ｂの中空部４ｃは中性子反射能力を低減して炉心２を長寿命とするべく設けられてい
るため、キャビティ部４ｂの中性子反射能力が低いほど炉心性能はよい。したがって、中
空部４ｃの分割数は、信頼性と炉心性能の２つの観点から好適な数値を定めるべきである
。
【００２３】
以下、中空部４ｃの区画数の決定方法について説明する。各反射体４の中空部４ｃの希
ガスまたは真空が全て一次冷却材２１に置換されることで炉心２に加えられる反応度をρ
、安全上の反応度制限値をρｓとした場合、中空部４ｃの最適な分割数ｄは以下の式（１
）で決定することが考えられる。
【００２４】
ｄ＝ρ／ρｓ・・・（１）
ここで、中空部４ｃの希ガスまたは真空が全て冷却材に置換された場合に炉心に加えられ
る反応度が１ドルを超える場合、即発臨界を防止するため、反応度制限値ρｓは１ドルよ
りも低く設定しなければならない。例えば、ρが６ドルであり、ρｓを１０セントとする
場合では、本実施例のように中空部４ｃを合計６０区画に分割する。
【００２５】
しかしながら、式（１）で得られるｄは理論上では最適な分割数であるが、ρは反射体
４の寸法、形状、材質等に基づいて定まる値であり、実際にはρが整数になるとは限らな
い。したがって、式（１）で得られるｄも、例えば５８．７８５３・・・といった値にな
ることが考えられるが、当然このような値を分割数とすることは不可能である。
【００２６】
また、５８．７８５３・・・という数値について小数点第１位を四捨五入するなどの端
数処理を行い、５８や５９という分割可能な値にすることが考えられる。しかし、５８や
５９という分割数は単純な設計によって達成することが困難な数字である。例えば分割数
を５８とする場合を考えると、６つの反射体４のうち４つを１０分割、２つを８分割する
と、分割数を５８とすることは可能である。しかしながら、分割数が異なる反射体は信頼
性と中性子反射能が異なるため、分割数が異なる反射体４の併用は好ましくない。
【００２７】
以上の理由から、ｄはρ／ρｓに基づき、かつ単純な設計によって達成できる値を選択
するべきである。ここでｄがρ／ρｓから大きく乖離した値では意味がないため、あらか
じめ定めた許容誤差をεとして、ｄの範囲を以下の式（２）によって決定する。
【数２】
2009250882.tif 000004
εは任意の値とする他、例えばρ／ρｓに基づいて定めることが考えられ、例えばε＝ρ
／ρｓ×０．０５とすれば、ｄはρ／ρｓの誤差５％の範囲内で適切な値を選択する。上
述したようにρ／ρｓが５８．７８５３・・・という値であれば、ｄは約５５．８から約
６１．７の範囲から選択され、本実施例のように６０を選択することができる。
【００２８】
このように、ｄはρ／ρｓに基づいて決定されていれば、多少異なる値であってもよい
。上述したように分割数をρ／ρｓとすることが不可能、もしくは不適当である場合など
が考えられ、また多少の増減で炉心性能と信頼性が極端に変化するわけではないからであ
る。
【００２９】
なお、理論上では、ρｓが１ドル未満、例えば５０セントでも即発臨界を防止できるが
、キャビティ部４ｂの破損により、同時または短時間中に中空部４ｃの複数の区画に冷却
材が侵入する可能性も考慮してρｓを決定するべきである。
【００３０】
また、分割構造材４ｄにハフニウムやボロンの中性子吸収材を含有する材料を採用する
ことにより、分割構造材４ｄの中性子反射能力を低減し、分割構造材４ｄによる炉心２の
長寿命化効果の低減を抑制することが可能である。
【００３１】
以上説明したように、本実施例によれば、キャビティ部４ｂの中空部４ｃを分割構造材
４ｄによって分割することによって、キャビティ部４ｂの破損時に炉心２へ急激に反応度
が加えられることを防止して信頼性を高めることができ、また、信頼性と炉心性能を両立
する好適な分割数を設定することができる。
【００３２】
また、本実施例の変形例について、以下図面を用いて説明する。図４、図５を用いて以
下説明する。図４（ａ）は本実施例の変形例による反射体４の正面図、図４（ｂ）は側面
図、図４（ｃ）は図４（ａ）に示すＣ−Ｃ線による矢視断面図である。図４に示す本実施
例の変形例においては、分割構造材４ｄを炉心２の周方向に対して垂直な平面上、すなわ
ち炉心２の半径方向に設けている。分割構造材４ｄをこのように設けると、図３のように
分割構造材４ｄを炉心２の周方向に沿うように設けた場合よりも炉心２から中性子が照射
される面積が小さくなるため、分割構造材４ｄによる中性子の反射を少なくすることがで
き、キャビティ部４ｂの中性子反射能力を低減することができる。
【００３３】
また、図５に本実施例の別の変形例を示す。中空部４ｃに冷却材が侵入することで炉心
２に加えられる反応度は、希ガスまたは真空と冷却材との中性子反射能力の差と中性子束
に依存する。したがって、中性子束がキャビティ部４ｂの位置によって異なる場合は、各
区画の大きさを異なったものとすることにより、キャビティ部４ｂにおいて中性子束が分
布している場合でも、中空部４ｃの１区画が冷却材に置換された場合の炉心２に加えられ
る反応度を、各区画についてρｓ以下に設定することが可能である。図５では、中性子束
がキャビティ部４ｂの下方で大きく、上端に近づくほど小さくなる分布である場合の例を
示しており、上側区画の高さが下側区画の高さよりも大きくなっている。
【００３４】
以上本発明の実施例について図を参照して説明してきたが、本発明は上記実施例に限定
されるものでなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲でいろいろの変形を採ることができる。
また、図３、図４、図５に示した各例の分割方法を組み合わせて適用することも考えられ
る。当業者にあっては、具体的な実施例において本発明の技術思想および技術範囲から逸
脱せずに種種の変形・変更を加えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施例による高速炉の概要を示す縦断面図。
【図２】図１に示すＡ−Ａ線による矢視断面図。
【図３】（ａ）は反射体４の正面図、（ｂ）は反射体４の側面図、（ｃ）は図３（ａ）に示すＢ−Ｂ線による矢視断面図。
【図４】（ａ）は本発明の実施例の変形例による反射体４の構造を示す正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は図３（ａ）に示すＣ−Ｃ線による矢視断面図。
【図５】（ａ）は本発明の実施例の別の変形例による反射体４の構造を示す正面図、（ｂ）は側面図。
【図６】従来の高速炉の反射体の概要を示す要部拡大縦断面図。
【符号の説明】
【００３６】
１  高速炉
２  炉心
３  炉心槽
４  反射体
４ａ  中性子反射部
４ｂ  キャビティ部
４ｃ  中空部
４ｄ  分割構造材
５  隔壁
６  原子炉容器
７  ガードベッセル
８  上部プラグ
９  反射体駆動装置
１０  炉心支持板
１１  エントランスモジュール
１２  電磁ポンプ
１３  中間熱交換器
１４  二次冷却材入口ノズル
１５  二次冷却材出口ノズル
２１  一次冷却材
３１  炉停止棒
３２  炉停止棒駆動装置
３３  格納ドーム
３４  台座
１０２  炉心
１０３  炉心槽
１０４  反射体
１０４ａ  中性子反射部
１０４ｂ  キャビティ部
１０５  一次冷却材
１１１  駆動軸
１１２  反射体駆動装置
１４１  中空部 
【図１】
2009250882.tif 000007
【図２】
2009250882.tif 000008
【図３】
2009250882.tif 000009
【図４】
2009250882.tif 000010
【図５】
2009250882.tif 000011
【図６】
2009250882.tif 000012