JP2002303691A - Solid-cooled reactor - Google Patents

Solid-cooled reactor

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JP2002303691A
JP2002303691A JP2001369229A JP2001369229A JP2002303691A JP 2002303691 A JP2002303691 A JP 2002303691A JP 2001369229 A JP2001369229 A JP 2001369229A JP 2001369229 A JP2001369229 A JP 2001369229A JP 2002303691 A JP2002303691 A JP 2002303691A
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    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve inherent safety by preventing a loss of coolant and a loss of cooling function of a core. SOLUTION: A solid cooling block 1 having a fuel loading part 1a for loading nuclear fuel and a heat extraction part 1b for taking out heat for use, a heat exchange means 2 arranged in the heat extraction part 1b and a core 3 having power density never leading to melting of the solid cooling block 1 are provided.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、固体冷却原子炉に
関する。さらに詳述すると、本発明は、原子炉の安全評
価で必要な冷却材喪失事故、冷却機能喪失事故および反
応度事故などの想定事故事象の発生を無くし安全性をよ
り一層高めた原子炉に関するものである。
The present invention relates to a solid-cooled nuclear reactor. More specifically, the present invention relates to a reactor which further improves safety by eliminating the occurrence of assumed accident events such as loss of coolant accident, loss of cooling function, and reactivity accident necessary for safety evaluation of a reactor. It is.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の原子炉は、炉心を原子炉圧力容器
に収容し、更に原子炉圧力容器内を循環する気体または
液体の冷却材によって炉心の熱を炉外に取り出すことに
より炉心を冷却するようにしている。炉外に取り出され
た冷却材はその熱を蒸気発生器や熱交換機等を介して放
熱されることによって再び冷却されて原子炉圧力容器内
に還流されるようにしている。つまり、冷却材を流体と
し、これを循環させることで炉心を冷却していた。具体
的には、例えば軽水炉では軽水が、重水炉では重水が、
ガス炉ではヘリウムガスや炭酸ガスが、高速増殖炉では
液体金属がそれぞれ冷却材として用いられていた。
2. Description of the Related Art In a conventional nuclear reactor, the core is housed in a reactor pressure vessel, and the core heat is taken out of the reactor by a gas or liquid coolant circulating in the reactor pressure vessel to cool the core. I am trying to do it. The coolant taken out of the reactor is cooled again by radiating its heat through a steam generator, a heat exchanger, or the like, and is returned to the reactor pressure vessel. That is, the core is cooled by using a coolant as a fluid and circulating the fluid. Specifically, for example, light water in a light water reactor, heavy water in a heavy water reactor,
Helium gas and carbon dioxide gas were used as coolants in gas furnaces, and liquid metal was used as coolant in fast breeder reactors.

【0003】また、従来の原子炉では、炉心を冷却して
高温となった冷却材を、発電用タービンを回転させるた
めの蒸気や高温ガスの発生に使用しており、蒸気を発生
させたりガスを高温にすることで冷却水を冷やした後、
再度、炉心へと循環させるようにしていた。
Further, in a conventional nuclear reactor, a coolant that has been heated to a high temperature by cooling the core is used for generating steam or high-temperature gas for rotating a power generation turbine. After cooling the cooling water by raising the
It was circulated again to the core.

【0004】一方、炉心の反応度を制御する方法として
は、中性子吸収材からなる制御棒を炉心に挿脱する方法
がある。従来は、原子炉の起動に要する時間等を考慮し
つつ反応度事故が起きないように制御棒を例えば数cm
/秒程度の速度で引き抜くようにしていた。
On the other hand, as a method of controlling the reactivity of the core, there is a method of inserting and removing a control rod made of a neutron absorbing material into and from the core. Conventionally, control rods are, for example, several centimeters in order to prevent a reactivity accident while taking into account the time required for starting the reactor.
Per second.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、冷却材
として気体や液体を使用する原子炉では、冷却材が流動
するものであるため、その喪失を想定した対策、即ち冷
却材喪失対策を別に講じておく必要があった。
However, in a nuclear reactor using a gas or a liquid as a coolant, the coolant flows. Therefore, a countermeasure for the loss of the coolant, that is, a countermeasure for the loss of the coolant is separately taken. Had to be kept.

【0006】また、炉心を冷却して高温となった冷却水
を発電用蒸気や高温ガスを発生させることで冷却して再
び炉心に循環させる原子炉では、例えばタービントリッ
プや循環ポンプの故障等により蒸気や高温ガスが循環し
なくなった場合等には、高温の冷却材を冷やすことがで
きず炉心の冷却機能を喪失することになるため、その場
合を想定した冷却機能喪失対策を別に講じておく必要が
あった。
[0006] In a nuclear reactor in which the cooling water, which has been cooled to a high temperature by cooling the core, is cooled by generating steam or a high-temperature gas for power generation and circulated again to the core, for example, a turbine trip or a failure of a circulating pump causes a failure. If steam or high-temperature gas ceases to circulate, the high-temperature coolant cannot be cooled and the cooling function of the core will be lost, so take measures to prevent the loss of the cooling function assuming that case. Needed.

【0007】また、原子炉の安全評価では、制御棒の飛
び出しや冷却材の流量変化などによる反応度事故を想定
する必要があることから、かかる反応度事故の想定を不
要にする原子炉の開発が要請されている。
Further, in the safety evaluation of a reactor, it is necessary to assume a reactivity accident due to a control rod jumping out or a change in coolant flow rate. Has been requested.

【0008】さらに、炉心の反応度の変化に対して受動
的な反応度制御を可能にして原子炉の安全性をより一層
高めたいとの要請もある。また、原子炉圧力容器を不要
にして構造を簡素化したいとの要請もある。
Further, there is a demand for further improving the safety of the reactor by enabling passive reactivity control with respect to a change in the reactivity of the core. There is also a demand for simplifying the structure by eliminating the need for a reactor pressure vessel.

【0009】本発明は、冷却材や炉心の冷却機能を喪失
することがない原子炉を提供することを目的とする。ま
た、本発明は、反応度事故を構造的に防止すると共に、
受動的な反応度制御を可能にする原子炉を提供すること
を目的とする。更に、本発明は、原子炉圧力容器を不要
にできる原子炉を提供することを目的とする。
An object of the present invention is to provide a nuclear reactor which does not lose the cooling function of the coolant and the core. The present invention also structurally prevents reactivity accidents,
An object of the present invention is to provide a nuclear reactor capable of passive reactivity control. It is a further object of the present invention to provide a nuclear reactor that can eliminate the need for a reactor pressure vessel.

【0010】[0010]

【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記載の固体冷却原子炉は、燃料要素を該燃
料要素と直接接触する熱伝導性の固体冷却ブロックで封
じ込め該固体冷却ブロックを介して燃料要素の熱を取り
出すようにすると共に燃料要素が固体冷却ブロックを溶
融することのない出力密度の炉心を構成する一方、固体
冷却ブロックをその周囲の流体の自然対流で冷却して徐
熱するようにしている。
In order to achieve the above object, a solid-cooled nuclear reactor according to claim 1 includes a fuel element enclosed by a heat-conductive solid-cooling block directly in contact with the fuel element. While the heat of the fuel element is extracted through the fuel element and the fuel element constitutes a core having a power density that does not melt the solid cooling block, the solid cooling block is cooled by natural convection of the surrounding fluid and gradually cooled. I try to heat it.

【0011】したがって、炉心に装荷された核燃料は固
体冷却ブロックによって冷却され固体冷却ブロックを介
して炉心の熱が取り出される。固体冷却ブロックに伝え
られた熱の取り出しは、固体冷却ブロックの表面から周
囲の流体例えば空気または水若しくはその他の液体へ放
出されたり、場合によっては固体冷却ブロック内部若し
くは表面に設けられる熱取り出し手段例えば熱交換手段
などの冷却手段に伝えられる。炉心の出力密度は固体冷
却ブロックを溶融可能な値よりも小さな値に設計されて
いるので、即ち炉心停止後に余熱や崩壊熱で固体冷却ブ
ロックが溶融しない程度の値に設計されているので、固
体冷却ブロックが溶融することはない。しかも、固体冷
却ブロックは液体や気体と違って流動するものではない
ため喪失することはない。また、仮に固体冷却ブロック
を介して炉心の熱を冷却する手段がその能力を失ったと
しても、固体冷却ブロックの表面から自然放熱により冷
却されるため、冷却機能を完全に喪失することがない。
炉心の余熱あるいは崩壊熱は、原子炉運転時の1/10
程度以下の徐熱能力があれば足りるので、自然放熱によ
って十分に冷却を実現できる。
Therefore, the nuclear fuel loaded in the core is cooled by the solid cooling block, and heat of the core is extracted through the solid cooling block. Extraction of heat transmitted to the solid cooling block may be released from the surface of the solid cooling block to a surrounding fluid, such as air or water or other liquid, or may be a heat extracting means provided inside or on the solid cooling block, for example. It is transmitted to cooling means such as heat exchange means. Since the power density of the core is designed to be smaller than the value that can melt the solid cooling block, that is, the solid cooling block is designed to a value that does not melt due to residual heat or decay heat after the core shuts down. The cooling block does not melt. Moreover, the solid cooling block does not flow unlike a liquid or a gas, so that it is not lost. Also, even if the means for cooling the heat of the core via the solid cooling block loses its ability, the cooling function is not completely lost since it is cooled by natural heat radiation from the surface of the solid cooling block.
The residual heat or decay heat of the core is 1/10 of the reactor operation.
Sufficient heat-reduction capability is sufficient, and cooling can be sufficiently realized by natural heat radiation.

【0012】また、固体冷却ブロックは核燃料が充填さ
れた燃料要素を密封するものである。したがって、固体
冷却ブロックが原子炉容器として機能し、液体や気体を
冷却材とする原子炉で必要とされる圧力容器が不要にな
る。
Further, the solid cooling block seals a fuel element filled with nuclear fuel. Therefore, the solid cooling block functions as a reactor vessel, and a pressure vessel required in a reactor using liquid or gas as a coolant is not required.

【0013】ここで、固体冷却ブロックはその表面での
周囲の流体の自然対流による冷却、例えば空冷ないし水
冷(水以外の液体も含まれる)によりで徐熱される。し
たがって、仮に固体冷却ブロック内を通過する冷却材に
よる固体冷却ブロックの除熱が不可能になったとして
も、固体冷却ブロックはその表面から周囲の流体に放熱
して冷却されるため冷却機能を完全に喪失することはな
い。固体冷却ブロックの水冷の場合には、請求項2記載
の発明のように、炉心の余熱や崩壊熱を除去するに十分
な量のプール内の液中に沈められ、液体の自然対流によ
り冷却されることが好ましい。この場合には、冷却能力
が空冷よりも遙かに大きくなるので、原子炉の熱出力を
空冷による自然放熱の原子炉よりも大きくできる。しか
も、液体をプールに蓄えておくことで、配管破断のよう
に流体を喪失することがない。更に、この場合、固体冷
却ブロックが液中に沈められ火災のおそれがないため、
固体冷却ブロックとして黒鉛を使用することができる。
黒鉛は熱中性子の吸収断面積が小さく、熱中性子の経済
性が良好である。
Here, the solid cooling block is gradually heated by natural convection cooling of the surrounding fluid on its surface, for example, by air cooling or water cooling (including liquids other than water). Therefore, even if it becomes impossible to remove the heat of the solid cooling block by the coolant passing through the solid cooling block, the solid cooling block is cooled by radiating heat from the surface to the surrounding fluid, and the cooling function is completely completed. Will not be lost. In the case of water cooling of the solid cooling block, the solid cooling block is submerged in a sufficient amount of liquid in the pool to remove residual heat and decay heat of the core, and cooled by natural convection of the liquid. Preferably. In this case, since the cooling capacity is much larger than that of air cooling, the heat output of the nuclear reactor can be made larger than that of a natural heat radiation reactor by air cooling. In addition, by storing the liquid in the pool, the fluid is not lost as in the case of a broken pipe. Furthermore, in this case, since the solid cooling block is submerged in the liquid and there is no danger of fire,
Graphite can be used as a solid cooling block.
Graphite has a small thermal neutron absorption cross-section, and the thermal neutron economy is good.

【0014】また、固体冷却ブロックは、熱伝導性を有
する固体物であれば実施可能であるが、中でも金属ある
いは黒鉛の使用が好ましい。黒鉛ブロックの場合には、
中性子の吸収が少なく無駄に吸収しないため経済性を有
する。また、固体冷却ブロックとして、例えばアルミニ
ウム、銅等の熱伝達性に優れた金属等を使用しても良
く、この場合、固体冷却原子炉を熱中性子炉にするとき
には、熱中性子の吸収断面積が小さなアルミニウム等の
使用が好ましい。また、金属製固体冷却ブロックを使用
する場合には、火災の虞がないので、水冷に限らず空冷
によっても冷却可能である。
The solid cooling block can be implemented as long as it is a solid material having thermal conductivity. Among them, it is preferable to use metal or graphite. In the case of a graphite block,
It is economical because neutron absorption is small and it is not absorbed wastefully. Further, as the solid cooling block, for example, a metal or the like having excellent heat transfer properties, such as aluminum and copper, may be used. In this case, when the solid-cooled nuclear reactor is a thermal neutron reactor, the absorption cross section of thermal neutrons is The use of small aluminum or the like is preferred. When a metal solid cooling block is used, there is no risk of fire, so that cooling can be performed not only by water cooling but also by air cooling.

【0015】また、請求項6記載の固体冷却原子炉は、
固体冷却ブロックには該ブロック内を貫通し冷却材を循
環させる冷却材パスが設けられ、パス内を流れる冷却材
によって燃料要素の熱が取り出され炉心が冷却されると
共に取り出された熱が発電や動力源等として利用される
ようにしている。この場合、固体冷却ブロックに伝えら
れた熱は固体冷却ブロックを貫通する冷却材パス内を流
れる冷却材に伝達されて発電用あるいは駆動用などの熱
源として固体冷却ブロックの外に取り出される。したが
って、炉心の出力を冷却材パスを使って循環する冷却材
の冷却能力に応じた値とできる。その場合にも、冷却材
の循環が何らかの理由により停止した時、例えば、ター
ビントリップなどで冷却材パス例えば蒸気発生管からの
熱の除去が無くなった場合でも、炉心の崩壊熱や余熱を
固体冷却ブロックの表面から放熱して冷却されるため冷
却機能を完全に喪失することもない。このようなときに
は、原子炉が受動的に停止するため、原子炉の発熱量を
100%徐熱する必要はなく、原子炉の余熱除去の能力
(原子炉発熱量の最大でも10%程度、一般にはそれ以
下)で十分である。
The solid-cooled nuclear reactor according to claim 6 is
The solid cooling block is provided with a coolant path that penetrates through the block and circulates a coolant, and the coolant flowing through the path extracts heat of the fuel element, cools the core, and generates heat for power generation and the like. It is designed to be used as a power source. In this case, the heat transmitted to the solid cooling block is transmitted to the coolant flowing in the coolant path passing through the solid cooling block, and is taken out of the solid cooling block as a heat source for power generation or driving. Therefore, the output of the core can be set to a value corresponding to the cooling capacity of the coolant circulating using the coolant path. Even in such a case, even if the circulation of the coolant is stopped for some reason, for example, if the removal of heat from the coolant path, for example, the steam generating pipe due to a turbine trip, is stopped, the decay heat and the residual heat of the core are solid-cooled. Since the heat is cooled by radiating heat from the surface of the block, the cooling function is not completely lost. In such a case, since the reactor is shut down passively, it is not necessary to gradually reduce the heating value of the reactor by 100%, and the residual heat removal capability of the reactor (at most about 10% of the reactor heating value, generally Is less than that).

【0016】また、請求項7記載の発明は、請求項1か
ら5のいずれかに記載の固体冷却原子炉において、固体
冷却ブロックに熱電変換素子が取り付けられ、固体冷却
ブロックを介して取り出される炉心の熱を直接利用して
発電されるようにしている。この場合、固体冷却ブロッ
クを介して取り出される炉心の熱が、熱電変換素子の一
方の極に伝えられ、他方の極に接する固定冷却ブロック
の熱が周囲の空気または水などへ放熱されることによっ
て冷却されることで熱電変換素子の両極間に温度差が発
生させられる。固体冷却ブロックに伝えられた熱は固体
冷却ブロックを介して熱電変換素子に伝えられると共
に、固体冷却ブロックの表面から周囲の空気中または水
中若しくはその他の液体中に放出される。また、固体冷
却ブロックは液体や気体と違って流動するものではない
ため喪失することはない。また、熱電変換素子による固
体冷却ブロックの除熱が不可能になったとしても、固体
冷却ブロックはその表面から放熱して冷却されるため冷
却機能を完全に喪失することもない。
According to a seventh aspect of the present invention, in the solid-cooled nuclear reactor according to any one of the first to fifth aspects, a thermoelectric conversion element is attached to the solid-state cooling block, and the core is taken out through the solid-state cooling block. The heat is directly used to generate electricity. In this case, the heat of the core taken out through the solid cooling block is transmitted to one pole of the thermoelectric conversion element, and the heat of the fixed cooling block in contact with the other pole is radiated to the surrounding air or water. The cooling causes a temperature difference between the two poles of the thermoelectric conversion element. The heat transmitted to the solid cooling block is transmitted to the thermoelectric conversion element via the solid cooling block, and is released from the surface of the solid cooling block into the surrounding air or water or other liquid. Further, the solid cooling block does not flow unlike a liquid or a gas, so that it is not lost. Further, even if it becomes impossible to remove the heat of the solid cooling block by the thermoelectric conversion element, the solid cooling block is radiated from its surface and cooled, so that the cooling function is not completely lost.

【0017】また、請求項8記載の発明は、請求項2記
載の固体冷却原子炉において、固体冷却ブロックが沈め
られている液中に放射線照射を受ける流体通路を設け、
当該流体通路に放射化又は加熱する流体を流すようにし
ている。したがって、炉心から洩れた放射線が流体通路
に照射される。この流体通路に流体を流すとこの流体に
も放射線が照射され、例えばアイソトープを製造でき
る。また、放射線照射によって流体を加熱することがで
き、放射線のエネルギーを熱エネルギーとして取り出す
ことができる。
According to an eighth aspect of the present invention, in the solid-cooled nuclear reactor according to the second aspect, a fluid passage is provided for receiving radiation irradiation in a liquid in which the solid cooling block is submerged,
A fluid to be activated or heated flows through the fluid passage. Therefore, the radiation leaked from the core is applied to the fluid passage. When a fluid flows through the fluid passage, the fluid is also irradiated with radiation, and for example, an isotope can be manufactured. Further, the fluid can be heated by irradiation with radiation, and the energy of the radiation can be extracted as heat energy.

【0018】また、請求項9記載の発明は、請求項1か
ら8のいずれかに記載の固体冷却原子炉において、制御
棒と、制御棒の引き抜き速度を設定速度以下に制限する
制限手段を備えるようにしたものである。したがって、
構造的に制御棒を速い速度で引き抜くことができなくな
り、制御棒飛び出しなどの反応度事故を防止することが
できる。
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided the solid-cooled nuclear reactor according to any one of the first to eighth aspects, further comprising a control rod, and a restricting means for restricting a withdrawal speed of the control rod to a set speed or less. It is like that. Therefore,
Structurally, the control rod cannot be pulled out at a high speed, and a reactivity accident such as control rod jumping out can be prevented.

【0019】また、請求項10記載の発明は、請求項1
から9のいずれかに記載の固体冷却原子炉において、固
体冷却ブロックに温度変化に応じて反応度を増減する受
動的制御装置が取り付けられており、受動的制御装置
は、中性子吸収体と、該中性子吸収体に接続され温度変
化によって変形する駆動部材とを備え、駆動部材は、中
性子吸収体を炉心の外に位置させる第1の形状と、中性
子吸収体を炉心内に移動させる第2の形状とを有し、且
つ固体冷却ブロックの温度が設定温度以上に上昇すると
第1の形状から第2の形状に変形するようにしたもので
ある。
The invention according to claim 10 is the first invention.
In the solid-cooled reactor according to any one of claims to 9, a passive controller for increasing or decreasing the reactivity according to a temperature change is attached to the solid-cooled block, and the passive controller is a neutron absorber, A driving member connected to the neutron absorber and deformed by a change in temperature, wherein the driving member has a first shape for positioning the neutron absorber outside the core and a second shape for moving the neutron absorber into the core. And when the temperature of the solid cooling block rises above a set temperature, the solid cooling block is deformed from the first shape to the second shape.

【0020】この場合、固体冷却ブロックの温度が駆動
部材が第2の形状に変形する温度まで上昇することがな
い通常運転時には、駆動部材は第1の形状となってお
り、中性子吸収体は炉心の外に位置している。一方、固
体冷却ブロックの温度が異常に上昇し変形の設定温度に
達すると、駆動部材が第1の形状から第2の形状に変形
して中性子吸収体を炉心内に移動させる。このため、炉
心に負の反応度が挿入され、出力が減少する。そして、
出力の減少により固体冷却ブロックの温度が低下する
と、駆動部材の形状が第2の形状から第1の形状に戻り
中性子吸収体を炉心から引き抜く。したがって、反応度
が上昇し出力が増加する。このように炉心の温度の上下
変動に応じて反応度が受動的に制御される。
In this case, during a normal operation in which the temperature of the solid cooling block does not rise to a temperature at which the driving member deforms to the second shape, the driving member has the first shape, and the neutron absorber is the core. Is located outside. On the other hand, when the temperature of the solid cooling block abnormally rises and reaches a set temperature for deformation, the driving member deforms from the first shape to the second shape and moves the neutron absorber into the core. For this reason, a negative reactivity is inserted into the core, and the power decreases. And
When the temperature of the solid cooling block decreases due to a decrease in output, the shape of the driving member returns from the second shape to the first shape, and the neutron absorber is pulled out of the core. Therefore, the reactivity increases and the output increases. In this way, the reactivity is passively controlled according to the vertical fluctuation of the core temperature.

【0021】また、請求項11記載の発明は、請求項1
から10のいずれかに記載の固体冷却原子炉において、
固体冷却ブロックに温度上昇に応じて反応度を減少させ
る安全棒装置が取り付けられており、安全棒装置は、中
性子吸収体と、該中性子吸収体を磁気吸着して炉心の上
方に吊した状態で支持する磁石体を備え、磁石体は、固
体冷却ブロックの原子炉運転時における通常の温度より
も高く且つ固体冷却ブロックの融点よりも低い温度のキ
ューリー点を有するようにしたものである。
[0021] Further, the invention according to claim 11 is based on claim 1.
11. The solid-cooled nuclear reactor according to any one of to
A safety rod device that reduces the reactivity according to the temperature rise is attached to the solid cooling block, and the safety rod device is a neutron absorber, and the neutron absorber is magnetically adsorbed and suspended above the reactor core. A supporting magnet body is provided, and the magnet body has a Curie point at a temperature higher than a normal temperature of the solid cooling block during reactor operation and lower than a melting point of the solid cooling block.

【0022】この場合、固体冷却ブロックの温度が磁石
体のキューリー点まで上昇することがない通常運転時に
は、中性子吸収体は炉心の上方に吊り下げられている。
一方、固体冷却ブロックの温度が異常に上昇しキューリ
ー点に達すると、磁石体が中性子吸収体を磁気吸着でき
なくなるので中性子吸収体が炉心内に落下する。このた
め、炉心に負の反応度が挿入され、出力が減少し、場合
によっては原子炉を停止する。
In this case, during normal operation in which the temperature of the solid cooling block does not rise to the Curie point of the magnet, the neutron absorber is suspended above the reactor core.
On the other hand, when the temperature of the solid cooling block rises abnormally and reaches the Curie point, the magnet body cannot magnetically attract the neutron absorber, so that the neutron absorber falls into the core. This results in a negative reactivity being inserted into the core, reducing power and possibly shutting down the reactor.

【0023】[0023]

【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。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The configuration of the present invention will be described below in detail based on the best mode shown in the drawings.

【0024】図1に本発明の固体冷却原子炉を熱中性子
炉として構成した実施形態の一例を概念的に示す。この
固体冷却原子炉5は、燃料要素4を該燃料要素と直接接
触する熱伝導性の固体冷却ブロック1で封じ込めて該固
体冷却ブロック1を介して燃料要素4の熱を取り出すよ
うにする一方、固体冷却ブロック1をその周囲の流体の
自然対流で冷却して徐熱するようにしたものである。よ
り具体的には、この固体冷却原子炉5は、核燃料が装荷
される燃料装荷部1aと熱を利用のために取り出す熱取
り出し部1bとを有する固体冷却ブロック1と、熱取り
出し部1bに配置される熱交換手段2と、固体冷却ブロ
ック1を溶融することのない出力密度を有する炉心3を
備えるものである。
FIG. 1 conceptually shows an example of an embodiment in which the solid-cooled nuclear reactor according to the present invention is configured as a thermal neutron reactor. The solid-cooled nuclear reactor 5 encloses the fuel element 4 in a heat-conductive solid cooling block 1 that is in direct contact with the fuel element so as to extract heat from the fuel element 4 through the solid cooling block 1. The solid cooling block 1 is cooled by the natural convection of the surrounding fluid and gradually heated. More specifically, the solid-cooled nuclear reactor 5 includes a solid-cooling block 1 having a fuel loading section 1a on which nuclear fuel is loaded and a heat extraction section 1b for extracting heat for use, and a heat extraction section 1b. And a core 3 having a power density that does not melt the solid cooling block 1.

【0025】固体冷却ブロック1は、例えばアルミニウ
ム、銅等の熱伝達性に優れた金属である。ただし、固体
冷却原子炉5を熱中性子炉にする場合には、熱中性子の
吸収断面積が小さなアルミニウム等の使用が好ましい。
また、固体冷却ブロック1の表面には多数の放熱フィン
1cが設けられている。
The solid cooling block 1 is made of a metal having excellent heat transfer properties, such as aluminum and copper. However, when the solid-cooled nuclear reactor 5 is a thermal neutron reactor, it is preferable to use aluminum or the like having a small thermal neutron absorption cross section.
Further, a large number of radiating fins 1c are provided on the surface of the solid cooling block 1.

【0026】固体冷却ブロック1の例えば中心部分に
は、燃料装荷部1aとなる穴が所定間隔で複数形成され
ている。燃料装荷部1aに核燃料を充填した燃料棒等の
燃料要素4を挿入し、燃料要素4と固体冷却ブロック1
を直接接触させることで燃料で発生する熱を固体冷却ブ
ロック1に伝えて燃料要素4を冷却する。燃料要素4の
挿入後に燃料装荷部1aとなる穴に蓋をして塞ぎ、燃料
要素4を固体冷却ブロック1内に密封する。これにより
固体冷却ブロック1が原子炉容器として機能し、強制循
環される液体や気体を冷却材とする原子炉で必要とされ
ていた原子炉容器を不要にすることができる。
At the center of the solid cooling block 1, for example, a plurality of holes serving as fuel loading portions 1a are formed at predetermined intervals. A fuel element 4 such as a fuel rod filled with nuclear fuel is inserted into the fuel loading section 1a, and the fuel element 4 and the solid cooling block 1 are inserted.
Are brought into direct contact with each other to transfer heat generated by the fuel to the solid cooling block 1 to cool the fuel element 4. After the fuel element 4 is inserted, the hole serving as the fuel loading section 1 a is covered and closed, and the fuel element 4 is sealed in the solid cooling block 1. As a result, the solid cooling block 1 functions as a reactor vessel, and it becomes unnecessary to use a reactor vessel that is required in a reactor using a liquid or a gas that is forcibly circulated as a coolant.

【0027】また、固体冷却ブロック1の例えば燃料装
荷部1aの間には、該ブロック1を貫通し流動性の冷却
材例えば軽水などを循環させて炉心3から熱を取り出す
冷却材パスが設けられている。この冷却材パスは、例え
ば複数の貫通孔によって形成されている熱取り出し部1
bと、該熱取り出し部1bに挿入されている熱交換手段
2である蒸気発生管(以下、蒸気発生管2という)とに
よって構成されている。即ち、固体冷却ブロック1に蒸
気発生器として機能する蒸気発生管2を組み込んでい
る。蒸気発生管2内には、例えば軽水等の流体が流れて
いる。この固体冷却原子炉5では燃料要素4の間に蒸気
発生管2を配置しているため、蒸気発生管2内を流れる
軽水が減速材として機能し熱中性子炉となる。なお、蒸
気発生管2内で発生した蒸気は、例えば図示しない発電
用のタービンに供給される。
A coolant passage is provided between the solid cooling block 1 and, for example, between the fuel loading portions 1a and through the block 1 to circulate a fluid coolant such as light water to extract heat from the reactor core 3. ing. This coolant path is, for example, a heat extraction unit 1 formed by a plurality of through holes.
b and a steam generating pipe (hereinafter, referred to as a steam generating pipe 2) which is a heat exchange means 2 inserted into the heat extracting portion 1b. That is, the solid cooling block 1 incorporates the steam generating pipe 2 functioning as a steam generator. A fluid such as light water flows in the steam generating pipe 2. In this solid-cooled nuclear reactor 5, since the steam generating pipe 2 is disposed between the fuel elements 4, the light water flowing in the steam generating pipe 2 functions as a moderator, and becomes a thermal neutron reactor. The steam generated in the steam generating pipe 2 is supplied to, for example, a power generation turbine (not shown).

【0028】炉心3は、固体冷却ブロック1を溶融する
ことのない出力密度を有している。即ち、原子炉運転時
に固体冷却ブロック1の温度が融点に達しないように出
力密度を設計している。この場合、固体冷却ブロック1
の容積や表面からの放熱、蒸気発生管2内の流量等も考
慮される。出力密度の設計は、実用化されている軽水炉
や実験炉等の出力密度の設計と同様の方法によって求め
ることができるので、その説明は省略する。なお、本実
施形態では、燃料要素4や蒸気発生管2が配置される固
体冷却ブロック1の中心部分が炉心3となっている。
The core 3 has a power density that does not melt the solid cooling block 1. That is, the power density is designed so that the temperature of the solid cooling block 1 does not reach the melting point during the operation of the reactor. In this case, the solid cooling block 1
The heat dissipation from the volume and the surface, the flow rate in the steam generating tube 2 and the like are also taken into consideration. The design of the power density can be obtained by the same method as the design of the power density of light water reactors, experimental reactors, and the like that have been put into practical use, and thus the description thereof is omitted. In this embodiment, the core 3 of the solid cooling block 1 in which the fuel element 4 and the steam generating pipe 2 are arranged is the core 3.

【0029】固体冷却原子炉5の運転時の固体冷却ブロ
ック1の温度は、例えば固体冷却ブロック1としてアル
ミニウムを使用する場合には、アルミニウムの融点が6
60℃であるので400℃程度、固体冷却ブロック1と
して銅を使用する場合には、銅の融点が1084℃であ
るので800℃程度である。即ち、固体冷却ブロック1
の温度がこれらの温度になるように炉心3の出力密度が
設計されている。したがって、固体冷却ブロック1が溶
融することはない。
The temperature of the solid cooling block 1 during the operation of the solid cooling reactor 5 is, for example, when aluminum is used as the solid cooling block 1, the melting point of aluminum is 6
It is about 400 ° C. because of 60 ° C., and about 800 ° C. when copper is used as the solid cooling block 1 because the melting point of copper is 1084 ° C. That is, the solid cooling block 1
The power density of the core 3 is designed so that the temperature of the core 3 becomes these temperatures. Therefore, the solid cooling block 1 does not melt.

【0030】また、炉心3の出力密度は炉心停止後に余
熱や崩壊熱で固体冷却ブロック1を溶融することがない
程度の値に設計されている。したがって、炉心停止後に
も固体冷却ブロック1が溶融することはない。
The power density of the core 3 is designed to a value that does not cause the solid cooling block 1 to be melted by residual heat or decay heat after the core is stopped. Therefore, even after the core is stopped, the solid cooling block 1 does not melt.

【0031】固体冷却原子炉5の運転により炉心3で発
生した熱は固体冷却ブロック1に伝えられ、これにより
炉心3は冷却される。そして、固体冷却ブロック1に伝
えられた熱は熱取り出し部1bの蒸気発生管2に伝えら
れ、蒸気発生管2内を流れる軽水を加熱して蒸気を発生
させる。そして、この蒸気を使って発電機の蒸気タービ
ンを回転させて発電される。また、固体冷却ブロック1
の表面からも放熱される。固体冷却ブロック1の表面に
は放熱フィン1cが多数設けられているので、効率よく
放熱される。
The heat generated in the core 3 by the operation of the solid-cooled nuclear reactor 5 is transmitted to the solid-state cooling block 1, whereby the core 3 is cooled. Then, the heat transmitted to the solid cooling block 1 is transmitted to the steam generation pipe 2 of the heat extraction unit 1b, and heats the light water flowing in the steam generation pipe 2 to generate steam. The steam is used to rotate a steam turbine of a generator to generate power. Also, the solid cooling block 1
The heat is also dissipated from the surface. Since a large number of radiating fins 1c are provided on the surface of the solid cooling block 1, heat is efficiently radiated.

【0032】なお、固体冷却ブロック1の周囲には自然
対流により空気の流れが形成されている。この空気の流
れによって固体冷却ブロック1の表面からの放熱をより
一層効率よく行うことができる。固体冷却ブロック1は
原子炉容器としても機能するものであり、その外側に空
気の流れが形成されているので、原子炉容器内に冷却材
の流れを形成していた従来の原子炉と比べて、空気の流
れの形成やその制御が容易である。また、固体冷却原子
炉5では固体冷却ブロック1に蒸気発生管2を貫通させ
て流体との間で熱交換を行っているが、この場合の蒸気
発生管2は固体冷却ブロック1を単に貫通するに過ぎ
ず、流体を固体冷却ブロック1の内部に染み込ませるも
のではないので、蒸気発生管2は固体冷却ブロック1に
対して外側に配置されていることになり、この場合にも
原子炉容器の外に流れが形成されていることになる。即
ち、蒸気発生管2内の流れも固体冷却ブロック1の外に
形成されており、原子炉容器内に冷却材の流れを形成し
ていた従来の原子炉と比べると、流体の流れの形成やそ
の制御が容易である。
Incidentally, an air flow is formed around the solid cooling block 1 by natural convection. With this flow of air, heat radiation from the surface of the solid cooling block 1 can be performed more efficiently. The solid cooling block 1 also functions as a reactor vessel, and a flow of air is formed outside the reactor. Therefore, the solid cooling block 1 is different from a conventional reactor in which a flow of coolant is formed in the reactor vessel. It is easy to form and control the air flow. Further, in the solid-cooled nuclear reactor 5, heat exchange is performed between the solid cooling block 1 and the fluid by passing the steam generating tube 2 through the solid cooling block 1. In this case, the steam generating tube 2 simply passes through the solid cooling block 1. The steam generating pipe 2 is disposed outside the solid cooling block 1 because the fluid does not permeate the inside of the solid cooling block 1. A flow is formed outside. That is, the flow in the steam generating pipe 2 is also formed outside the solid cooling block 1, and compared with the conventional reactor in which the flow of the coolant is formed in the reactor vessel, the flow of the fluid is not formed. Its control is easy.

【0033】この固体冷却原子炉5では蒸気発生管2内
の軽水の流れが停止し熱取り出し部1bからの除熱が期
待できない場合でも、炉心3を冷却し続けることができ
る。つまり、炉心3を冷却して加熱された固体冷却ブロ
ック1はその表面で放熱し、溶融することなく炉心3を
冷却し続けることができる。また、固体冷却ブロック1
は金属であり熱伝導性が良いので、炉心3の冷却能力を
十分に確保することができる。また、固体冷却ブロック
1は固体であって流動するものではないため、液体や気
体の冷却材と違って配管の破断等によって喪失すること
もない。また、固体冷却ブロック1は金属であるため、
火災の心配がなく、しかも放射線の遮蔽性能が良い。さ
らに、固体冷却ブロック1は一塊りになっているので、
構造上丈夫である。これらのため、原子炉の安全性がよ
り一層向上する。
In the solid-cooled nuclear reactor 5, even when the flow of light water in the steam generating tube 2 is stopped and heat removal from the heat extraction part 1b cannot be expected, the core 3 can be continuously cooled. In other words, the solid cooling block 1 heated by cooling the core 3 radiates heat on its surface, and can continue to cool the core 3 without melting. Also, the solid cooling block 1
Is a metal and has good thermal conductivity, so that the cooling capacity of the core 3 can be sufficiently ensured. Further, since the solid cooling block 1 is solid and does not flow, unlike the liquid or gaseous coolant, the solid cooling block 1 is not lost due to breakage of the piping or the like. Also, since the solid cooling block 1 is made of metal,
There is no fear of fire and good radiation shielding performance. Furthermore, since the solid cooling block 1 is in a lump,
Structurally strong. For these reasons, the safety of the reactor is further improved.

【0034】図2に、固体冷却原子炉5を高速中性子炉
に適用した場合を概念的に示す。固体冷却ブロック1の
熱取り出し部1bは、燃料装荷部1aから十分離れた位
置に設けられている。ここで、十分離れた位置とは、炉
心3で核分裂反応に寄与する中性子の減速に対して熱取
り出し部1bに配置された蒸気発生管2内の軽水が影響
を全く与えないか、又は与えたとしても無視できるほど
小さな影響に過ぎない位置である。このように熱取り出
し部1bを燃料装荷部1aから十分離すことで蒸気発生
管2内の軽水によって核分裂反応に寄与する高速中性子
が減速されてしまうのを防止することができる。また、
固体冷却ブロック1としては、高速中性子の吸収断面積
があまり大きくなく、熱伝達率が高く、アルミニウムと
比べて融点の高い銅などの使用が好ましい。
FIG. 2 conceptually shows a case where the solid-cooled nuclear reactor 5 is applied to a fast neutron reactor. The heat extraction portion 1b of the solid cooling block 1 is provided at a position sufficiently distant from the fuel loading portion 1a. Here, the sufficiently distant position means that the light water in the steam generating tube 2 arranged in the heat extraction part 1b has no influence on the deceleration of neutrons contributing to the fission reaction in the reactor core 3, or has no influence. It is a position where the influence is negligible even if it is ignored. By thus separating the heat extraction unit 1b from the fuel loading unit 1a sufficiently, it is possible to prevent the fast neutrons that contribute to the nuclear fission reaction from being decelerated by the light water in the steam generation tube 2. Also,
As the solid cooling block 1, it is preferable to use copper or the like that does not have a large absorption cross section of fast neutrons, has a high heat transfer coefficient, and has a higher melting point than aluminum.

【0035】かかる構成の高速中性子炉でも、たとえ蒸
気発生管2内の軽水の流れが停止した場合であっても、
固体冷却ブロック1は表面からの放熱によって炉心3を
冷却し続けることができる。また、固体冷却ブロック1
は流体でないため喪失することがない点、固体冷却ブロ
ック1の火災を心配する必要がない点、固体冷却ブロッ
ク1による放射線の遮蔽性能が良好である点、固体冷却
ブロック1が構造上丈夫である点、固体冷却ブロック1
が原子炉容器として機能する点は、固体冷却原子炉5を
熱中性子炉にした場合と同様であり、これらのため、原
子炉の安全性がより一層向上する点も熱中性子炉の場合
と同様である。
Even in the fast neutron reactor having such a configuration, even if the flow of light water in the steam generating pipe 2 is stopped,
The solid cooling block 1 can continue to cool the core 3 by radiating heat from the surface. Also, the solid cooling block 1
Is not a fluid, it is not lost, there is no need to worry about fire in the solid cooling block 1, the radiation shielding performance by the solid cooling block 1 is good, and the solid cooling block 1 is structurally strong. Point, solid cooling block 1
Functions as a reactor vessel in the same manner as in the case where the solid-cooled reactor 5 is a thermal neutron reactor. For these reasons, the safety of the reactor is further improved as in the case of the thermal neutron reactor. It is.

【0036】図3に、固体冷却原子炉5を備える原子力
プラントの実施形態の一例を概念的に示す。蒸気発生管
2は発電用タービン6に蒸気を供給するループ7の一部
を構成している。蒸気発生管2内で発生した蒸気は発電
用タービン6例えば蒸気タービンに供給されてこれを回
転させる。これにより発電が行われる。そして、発電用
タービン6を回転させた蒸気は復水器8で軽水の状態に
戻された後、ポンプ9によって加圧されて蒸気発生管2
に供給される。
FIG. 3 conceptually shows an example of an embodiment of a nuclear power plant provided with the solid-cooled nuclear reactor 5. The steam generating pipe 2 constitutes a part of a loop 7 for supplying steam to the power generating turbine 6. The steam generated in the steam generating pipe 2 is supplied to a power generation turbine 6, for example, a steam turbine to rotate it. Thereby, power generation is performed. Then, the steam that has caused the power generation turbine 6 to rotate is returned to a light water state by the condenser 8, and then is pressurized by the pump 9 to be pressed into the steam generating pipe 2.
Supplied to

【0037】更に、図4に他の実施形態を示す。この固
体冷却原子炉は、固体冷却ブロック1を介して取り出さ
れた炉心の熱を更に流動性の冷却材を利用してブロック
1の外に取り出す代わりに、熱電変換素子から成る熱交
換手段2’を備えて、固体冷却ブロック1を介して取り
出される炉心3の熱を利用して直接発電するようにした
ものである。熱電変換素子2’を固体冷却ブロック1の
表面に備え、あるいは中に埋設することによって、熱電
変換素子2’の両極間に温度差を形成して電気の形態で
炉心3の熱を取り出す。固体冷却ブロック1を介して取
り出される炉心3の熱が熱電変換素子2’の一方の極に
伝えられ、他方の極に接する固定冷却ブロック1’の熱
が周囲の空気または水などへ放熱されることによって冷
却されることで熱電変換素子2’の両極間に温度差が発
生させられる。固体冷却ブロック1に伝えられた熱は固
体冷却ブロック1を介して熱電変換素子2’に伝えられ
ると共に、固体冷却ブロック1の表面からも周囲の空気
中または水中若しくはその他の液体中に放出される。ま
た、固体冷却ブロック1は液体や気体と違って流動する
ものではないため、喪失することはない。したがって、
熱電変換素子2’による炉心3の除熱が不可能になった
としても、固体冷却ブロック1はその表面から放熱して
冷却されるため冷却機能を完全に喪失することもない。
この場合には、炉心3の熱によって発電を行うまでに喪
失の可能性がある流体を全く使用せずに済み、上述の原
子炉の安全性の向上と相俟って原子炉の安全性がさらに
向上し、原子炉の無人運転化を図ることができる。
FIG. 4 shows another embodiment. In this solid-cooled nuclear reactor, instead of taking out the heat of the core taken out through the solid-state cooling block 1 to the outside of the block 1 using a more fluid coolant, a heat exchange means 2 ′ composed of a thermoelectric conversion element is used. And power is generated directly by utilizing the heat of the core 3 taken out through the solid cooling block 1. By providing the thermoelectric conversion element 2 ′ on the surface of the solid cooling block 1 or by burying the thermoelectric conversion element 2 ′, a temperature difference is formed between the two poles of the thermoelectric conversion element 2 ′ to take out the heat of the reactor core 3 in the form of electricity. The heat of the core 3 taken out through the solid cooling block 1 is transmitted to one pole of the thermoelectric conversion element 2 ', and the heat of the fixed cooling block 1' in contact with the other pole is radiated to the surrounding air or water. As a result, a temperature difference is generated between the two poles of the thermoelectric conversion element 2 ′. The heat transmitted to the solid cooling block 1 is transmitted to the thermoelectric conversion element 2 ′ via the solid cooling block 1 and is also released from the surface of the solid cooling block 1 into the surrounding air or into water or other liquid. . Further, the solid cooling block 1 does not flow unlike a liquid or a gas, so that it is not lost. Therefore,
Even if it becomes impossible to remove heat from the core 3 by the thermoelectric conversion element 2 ', the solid cooling block 1 is cooled by radiating heat from the surface thereof, so that the cooling function is not completely lost.
In this case, there is no need to use any fluid that may be lost before the power is generated by the heat of the reactor core 3, and the safety of the reactor is improved in conjunction with the improvement of the safety of the reactor described above. Further improvements can be made, and unmanned operation of the reactor can be achieved.

【0038】また、上述の説明では、固体冷却ブロック
1の表面から空冷により放熱するようにしていたが、固
体冷却ブロック1を常圧の水プールに沈めたり、固体冷
却ブロック1の表面に水を噴霧する等の方法で水冷によ
る放熱を行う事も可能である。水冷による放熱を行うこ
とで、固体冷却ブロック1の表面からの放熱性能の向上
が期待できる。
In the above description, heat is radiated from the surface of the solid cooling block 1 by air cooling. However, the solid cooling block 1 is submerged in a water pool at normal pressure, or water is sprayed on the surface of the solid cooling block 1. It is also possible to perform heat radiation by water cooling by spraying or the like. By performing heat radiation by water cooling, improvement in heat radiation performance from the surface of the solid cooling block 1 can be expected.

【0039】また、上述の説明では、蒸気発生管2内で
発生した蒸気を例えば発電用タービン6に供給すること
で炉心3の熱を発電に利用していたが、これに限るもの
ではなく、例えば炉心3で発生した熱を暖房等の熱源と
して利用しても良い。
In the above description, the heat generated in the reactor core 3 is used for power generation by supplying the steam generated in the steam generating pipe 2 to, for example, the power generation turbine 6, but the invention is not limited to this. For example, heat generated in the core 3 may be used as a heat source for heating or the like.

【0040】また、上述の説明では、蒸気発生管2内に
軽水を流して蒸気を発生させていたが、軽水に限るもの
ではなく、例えば重水等の液体やヘリウムガスや炭酸ガ
ス等の気体であっても良い。なお、蒸気発生管2内にガ
スを流す場合には、発電用タービン6としてガスタービ
ンを使用することは勿論である。
In the above description, steam is generated by flowing light water into the steam generating pipe 2. However, the present invention is not limited to light water. For example, liquid such as heavy water or gas such as helium gas or carbon dioxide gas is used. There may be. When a gas is allowed to flow in the steam generating pipe 2, a gas turbine is used as the power generation turbine 6 as a matter of course.

【0041】さらに、固体冷却原子炉5を一つのモジュ
ール(以下モジュール5という)とし、複数のモジュー
ル5を並列に設置しても良い。この場合の概念を図5に
示す。各モジュール5は原子炉格納容器10内に設置さ
れており、さらに遮蔽体11で覆われている。遮蔽体1
1内には空気の流れが形成されており、固体冷却ブロッ
ク1の表面から放出された熱を除去している。各モジュ
ール5の蒸気発生管2は同一の発電用タービン6に接続
されている。即ち、発電用タービン6の設置台数は1機
であり、各モジュール5で発生した蒸気はこの1機の発
電用タービン6に供給されて発電に使用される。発電用
タービン6を回転させた後、図示しない復水器によって
液体の状態に戻された軽水はポンプ9によって加圧さ
れ、各モジュール5の蒸気発生管2へと供給される。な
お、符号12は、モジュール5を搬入又は搬出するクレ
ーンである。固体冷却原子炉5をモジュール化すること
で、発電規模等に応じた数だけモジュール5を設置すれ
ば良い。このようにすることで、モジュール5や発電用
タービン6等の数が必要最小限で足り、発電コストを安
くすることができる。また、モジュール5の設置数に応
じて発電用タービン6やポンプ9の数を増やしても良
い。
Further, the solid-cooled nuclear reactor 5 may be one module (hereinafter, referred to as module 5), and a plurality of modules 5 may be installed in parallel. FIG. 5 shows the concept in this case. Each module 5 is installed in a reactor containment vessel 10 and is further covered with a shield 11. Shield 1
An air flow is formed inside the solid cooling block 1 to remove heat released from the surface of the solid cooling block 1. The steam generating tubes 2 of each module 5 are connected to the same power generating turbine 6. That is, the number of turbines 6 for power generation is one, and the steam generated in each module 5 is supplied to the turbine 6 for power generation and used for power generation. After rotating the power generation turbine 6, the light water returned to a liquid state by a condenser (not shown) is pressurized by a pump 9 and supplied to the steam generation pipe 2 of each module 5. Reference numeral 12 denotes a crane for loading or unloading the module 5. By making the solid-cooled nuclear reactor 5 into a module, the modules 5 may be installed in a number corresponding to the power generation scale and the like. By doing so, the number of the modules 5 and the power generation turbines 6 and the like can be kept to a minimum and the power generation cost can be reduced. Further, the number of power generation turbines 6 and pumps 9 may be increased according to the number of modules 5 installed.

【0042】図15に本発明の他の実施形態として固体
冷却原子炉を例えば暖房用の熱を発生させるなどの多目
的炉として構成した例を示す。この固体冷却原子炉は、
燃料要素4を該燃料要素4と直接接触する熱伝導性の固
体冷却ブロック1で封じ込め該固体冷却ブロック1を介
して燃料要素4の熱を取り出すようにしたものである。
固体冷却ブロック1によって取り出された燃料要素4の
熱は固体冷却ブロック1の周囲の流体の自然対流で冷却
して徐熱すると同時にその熱を暖房や海水脱塩も化学プ
ロセスなどに利用するようにしたものである。この場
合、炉心3で発生する熱は固体冷却ブロック1の表面
(放熱フィンを含む)から放熱される他には冷却手段を
有さないが、炉心の出力密度が固体冷却ブロック1を溶
融することのない規模の炉心3を構成するようにしてい
るので、運転中の溶融の虞はない。尚、固体冷却ブロッ
ク1の表面には多数の放熱フィン1cが設けられてい
る。
FIG. 15 shows another embodiment of the present invention in which the solid-cooled nuclear reactor is configured as a multipurpose reactor for generating heat for heating, for example. This solid-cooled nuclear reactor
The fuel element 4 is sealed in a heat-conducting solid cooling block 1 that is in direct contact with the fuel element 4, and the heat of the fuel element 4 is extracted through the solid cooling block 1.
The heat of the fuel element 4 taken out by the solid cooling block 1 is cooled by the natural convection of the fluid around the solid cooling block 1 and gradually heated, and the heat is used for heating and seawater desalination in chemical processes and the like. It was done. In this case, the heat generated in the core 3 is not radiated from the surface (including the radiation fins) of the solid cooling block 1 but has no cooling means, but the power density of the core melts the solid cooling block 1. Since the core 3 having no scale is constructed, there is no fear of melting during operation. Note that a large number of heat radiation fins 1c are provided on the surface of the solid cooling block 1.

【0043】次に、図16〜図19に水冷式の本発明の
固体冷却原子炉の実施形態の一例を概念的に示す。本実
施形態では、固体冷却原子炉を、例えば沸騰水形軽水炉
(BWR)としている。
Next, FIGS. 16 to 19 conceptually show an embodiment of a water-cooled solid-cooled nuclear reactor according to the present invention. In this embodiment, the solid-cooled nuclear reactor is, for example, a boiling water reactor (BWR).

【0044】固体冷却原子炉45は、核燃料が装荷され
る燃料装荷部41aと、熱を利用のために取り出す熱取
り出し部41bとを有する固体冷却ブロック41と、熱
取り出し部41bに配置される熱交換手段42と、固体
冷却ブロック41を溶融することのない出力密度を有す
る炉心43を備え、液中に沈められたものである。
The solid-cooled reactor 45 includes a solid-cooling block 41 having a fuel loading section 41a into which nuclear fuel is loaded, a heat extraction section 41b for extracting heat for use, and a heat-exchange section disposed in the heat extraction section 41b. It is provided with an exchange means 42 and a core 43 having a power density that does not melt the solid cooling block 41 and is submerged in the liquid.

【0045】固体冷却ブロック41は、例えば黒鉛であ
る。この固体冷却原子炉45では固体冷却ブロック41
を液中に沈めており火災のおそれがないため、固体冷却
ブロック41として黒鉛を使用することができる。黒鉛
は熱中性子の吸収断面積が小さく、熱中性子の経済性が
良好である。ただし、固体冷却ブロック41として、例
えばアルミニウム、銅等の熱伝達性に優れた金属等を使
用しても良く、この場合、固体冷却原子炉45を熱中性
子炉にするときには、熱中性子の吸収断面積が小さなア
ルミニウム等の使用が好ましい。
The solid cooling block 41 is, for example, graphite. In the solid-cooled nuclear reactor 45, the solid-cooled block 41
Is submerged in the liquid and there is no risk of fire. Therefore, graphite can be used as the solid cooling block 41. Graphite has a small thermal neutron absorption cross-section, and the thermal neutron economy is good. However, the solid cooling block 41 may be made of a metal having excellent heat transfer properties, such as aluminum or copper. In this case, when the solid cooling reactor 45 is a thermal neutron reactor, the absorption of thermal neutrons is cut off. It is preferable to use aluminum or the like having a small area.

【0046】固体冷却ブロック1の例えば燃料装荷部4
1aの間には、該ブロック41を貫通し流動性の冷却材
例えば軽水などを循環させて炉心43から熱を取り出す
冷却材パスが設けられている。この冷却材パスは、例え
ば複数の貫通孔によって形成されている熱取り出し部4
1bと、該熱取り出し部41bに挿入されている熱交換
手段42である冷却管(以下、冷却管42という)とに
よって構成されている。即ち、固体冷却ブロック41に
は、燃料装荷部41aとなる穴が所定間隔で多数形成さ
れている。各燃料装荷部41aは、例えば図18に示す
ように、固体冷却ブロック41の外側領域(図18の仮
想線Aよりも外側の領域)46に形成されている。燃料
装荷部41aに核燃料を充填した燃料棒等の燃料要素4
4を挿入し、燃料要素44と固体冷却ブロック41を直
接接触させることによって燃料で発生する熱を固体冷却
ブロック41に伝えて炉心43を冷却する。核燃料とし
て例えば低濃縮ウラン酸化物燃料を用い、被覆管として
例えば使用実績のあるジルカロイ合金などを使用する。
燃料要素44の装荷は燃料ユニット47の製造時に併せ
て行う。燃料要素44の挿入後に燃料装荷部41aとな
る穴に蓋をして塞ぎ、燃料要素44を固体冷却ブロック
41内に密封する。これにより固体冷却ブロック41が
原子炉圧力容器として機能し、一般的に必要な構成要素
である原子炉圧力容器を不要にすることができる。この
ため、原子炉の構造が簡素化され、建設コストを安くす
ることができる。
For example, the fuel loading section 4 of the solid cooling block 1
Between 1a, there is provided a coolant path which passes through the block 41 and circulates a fluid coolant such as light water to extract heat from the core 43. This coolant path is, for example, a heat extraction portion 4 formed by a plurality of through holes.
1b, and a cooling pipe (hereinafter, referred to as a cooling pipe 42) which is a heat exchange means 42 inserted into the heat extraction portion 41b. That is, in the solid cooling block 41, a large number of holes serving as the fuel loading portion 41a are formed at predetermined intervals. As shown in FIG. 18, for example, each of the fuel loading portions 41a is formed in an area 46 outside the solid cooling block 41 (an area outside the imaginary line A in FIG. 18). Fuel elements 4 such as fuel rods in which the fuel loading section 41a is filled with nuclear fuel
4 is inserted, and the fuel element 44 is brought into direct contact with the solid cooling block 41 to transfer heat generated by the fuel to the solid cooling block 41 to cool the core 43. For example, a low-enriched uranium oxide fuel is used as the nuclear fuel, and a zircaloy alloy, which has been used, for example, is used as the cladding tube.
The loading of the fuel element 44 is performed simultaneously with the manufacture of the fuel unit 47. After the fuel element 44 is inserted, the hole serving as the fuel loading portion 41 a is covered and closed, and the fuel element 44 is sealed in the solid cooling block 41. Thus, the solid cooling block 41 functions as a reactor pressure vessel, and the reactor pressure vessel, which is a generally required component, can be eliminated. For this reason, the structure of the nuclear reactor is simplified, and the construction cost can be reduced.

【0047】また、固体冷却ブロック41の外側領域4
6の燃料装荷部41aの間と内側領域(外側領域46の
内側の領域)48には、熱取り出し部41bとなる貫通
孔が多数形成されている。熱取り出し部41bには冷却
管42が挿入されている。外側領域46の冷却管42の
下端は、冷却水流入管49に接続された入口室50に連
通されている。内側領域48の冷却管42の下端は、蒸
気流出管51に接続された出口室52に連通されてい
る。外側領域46の冷却管42の上端と内側領域48の
冷却管42の上端は上部室53を通じて連通されてい
る。冷却管42には例えば軽水等の流体が流れており、
外側領域46の冷却管42を上昇しながら加熱されて蒸
気となり、内側領域48の冷却管42を下降しながら過
熱(スーパーヒート)される。燃料要素44が設けられ
ている外側領域46の冷却管42に軽水が流れることで
軽水を減速材として用いることができる一方、減速材と
しての能力に劣る蒸気を燃料要素44が設けられていな
い内側領域48の冷却管42に流すようにしている。
The outer region 4 of the solid cooling block 41
A large number of through holes serving as heat extraction portions 41b are formed between the fuel loading portions 41a and the inside region (the region inside the outside region 46) 48. The cooling pipe 42 is inserted into the heat extraction part 41b. The lower end of the cooling pipe 42 in the outer region 46 communicates with an inlet chamber 50 connected to a cooling water inflow pipe 49. The lower end of the cooling pipe 42 in the inner region 48 communicates with an outlet chamber 52 connected to the steam outlet pipe 51. The upper end of the cooling pipe 42 in the outer area 46 and the upper end of the cooling pipe 42 in the inner area 48 communicate with each other through the upper chamber 53. A fluid such as light water flows through the cooling pipe 42.
The steam is heated while moving up the cooling pipes 42 in the outer area 46 and becomes steam, and is superheated (superheated) while moving down the cooling pipes 42 in the inner area 48. Light water can be used as a moderator by flowing light water into the cooling pipe 42 in the outer region 46 in which the fuel element 44 is provided. On the other hand, steam having inferior performance as a moderator is supplied to the inner side where the fuel element 44 is not provided. It is made to flow to the cooling pipe 42 in the area 48.

【0048】なお、燃料要素44内は周囲よりも高圧に
なっており、その被覆管が膨らんで固体冷却ブロック4
1との間の隙間を塞ぐ。このため、燃料要素44と固体
冷却ブロック41とが良好に接触し熱伝達が良好に行わ
れる。また、冷却管42内は周囲よりも高圧になってお
り、冷却管42が膨らんで固体冷却ブロック41との間
の隙間を塞ぐ。このため、冷却管42と固体冷却ブロッ
ク41とが良好に接触し熱伝達が良好に行われる。
The inside of the fuel element 44 has a higher pressure than its surroundings, and its cladding swells and the solid cooling block 4
Close the gap between 1. For this reason, the fuel element 44 and the solid cooling block 41 are in good contact, and heat transfer is performed well. Further, the inside of the cooling pipe 42 has a higher pressure than the surroundings, and the cooling pipe 42 expands to close a gap between the cooling pipe 42 and the solid cooling block 41. For this reason, the cooling pipe 42 and the solid cooling block 41 are in good contact with each other, and heat transfer is performed well.

【0049】固体冷却原子炉45は、例えば複数の燃料
ユニット47を有している。燃料ユニット47の設置数
は固体冷却原子炉45の出力規模に応じて決定され、逆
に、燃料ユニット47の設置数によって出力規模を決定
することができる。固体冷却原子炉45を例えば発電に
使用する場合には、発電規模に応じた数の燃料ユニット
47を設置する。なお、固体冷却原子炉45が小型のも
のであれば、燃料ユニット47が1つであっても良い。
本実施形態では、例えば16個の燃料ユニット47を、
縦4列、横4列に並べて設置している。なお、燃料ユニ
ット47の間には、横断面形状が十字形状の制御棒が挿
入される。
The solid-cooled nuclear reactor 45 has, for example, a plurality of fuel units 47. The number of fuel units 47 installed is determined according to the output scale of the solid-cooled nuclear reactor 45, and conversely, the output scale can be determined based on the number of installed fuel units 47. When the solid-cooled nuclear reactor 45 is used for power generation, for example, a number of fuel units 47 according to the power generation scale are installed. If the solid-cooled nuclear reactor 45 is small, one fuel unit 47 may be used.
In the present embodiment, for example, 16 fuel units 47 are
They are arranged side by side in four columns and four columns. It should be noted that a control rod having a cross-shaped cross section is inserted between the fuel units 47.

【0050】燃料ユニット47の列の下方には、冷却水
流入管49と蒸気流出管51が1本ずつ並べて配置され
ている。冷却水流入管49及び蒸気流出管51には所定
間隔で4枚の取付フランジ54が固着されている。これ
らの取付フランジ54に燃料ユニット47の底面に固着
されたフランジ55を重ね合わせて取り付け固定するこ
とで、各燃料ユニット47を冷却水流入管49と蒸気流
出管51の上に固定することができると共に、冷却水流
入管49と入口室50を接続し、蒸気流出管51と出口
室52を接続することができる。燃料交換などの際に
は、取付フランジ54からフランジ55を外して燃料ユ
ニット47ごと燃料交換する。冷却水流入管49と蒸気
流出管51はそれぞれ順次束ねられて最終的にはそれぞ
れ1本の冷却水流入管49と蒸気流出管51に集約さ
れ、発電施設56に導かれている。
Below the row of fuel units 47, a cooling water inflow pipe 49 and a steam outflow pipe 51 are arranged one by one. Four mounting flanges 54 are fixed to the cooling water inflow pipe 49 and the steam outflow pipe 51 at predetermined intervals. Each of the fuel units 47 can be fixed on the cooling water inflow pipe 49 and the steam outflow pipe 51 by overlapping and fixing the flanges 55 fixed to the bottom surface of the fuel unit 47 on these mounting flanges 54. The cooling water inlet pipe 49 and the inlet chamber 50 can be connected, and the steam outlet pipe 51 and the outlet chamber 52 can be connected. At the time of refueling or the like, the flange 55 is removed from the mounting flange 54 and the fuel is replaced together with the fuel unit 47. The cooling water inflow pipe 49 and the steam outflow pipe 51 are sequentially bundled, respectively, and are finally collected into one cooling water inflow pipe 49 and the steam outflow pipe 51, respectively, and led to the power generation facility 56.

【0051】炉心43は、固体冷却ブロック41を溶融
することのない出力密度を有している。即ち、原子炉運
転時に固体冷却ブロック41の温度が融点に達しないよ
うに出力密度を設計している。この場合、固体冷却ブロ
ック41の容積や表面からの放熱、冷却管42内の流量
等も考慮される。出力密度の設計は、実用化されている
軽水炉や実験炉等の出力密度の設計と同様の方法によっ
て求めることができるので、その説明は省略する。な
お、本実施形態では、燃料ユニット47の燃料要素44
や冷却管42が配置されている部分が炉心43となって
いる。
The core 43 has a power density that does not melt the solid cooling block 41. That is, the power density is designed so that the temperature of the solid cooling block 41 does not reach the melting point during the operation of the nuclear reactor. In this case, the volume of the solid cooling block 41, heat radiation from the surface, the flow rate in the cooling pipe 42, and the like are also taken into consideration. The design of the power density can be obtained by the same method as the design of the power density of light water reactors, experimental reactors, and the like that have been put into practical use, and thus the description thereof is omitted. In this embodiment, the fuel element 44 of the fuel unit 47 is
The part where the cooling pipes 42 are arranged is a core 43.

【0052】また、炉心43の出力密度は炉心停止後に
余熱や崩壊熱で固体冷却ブロック41を溶融することが
ない程度の値に設計されている。したがって、原子炉運
転時や停止後に固体冷却ブロック41が溶融することは
ない。
The power density of the core 43 is designed to a value that does not melt the solid cooling block 41 due to residual heat or decay heat after the core is stopped. Therefore, the solid cooling block 41 does not melt during operation of the reactor or after shutdown.

【0053】燃料ユニット47は、原子炉プール57内
の液中に沈められている。原子炉プール57内に溜めら
れている液体としては、例えば水である。ただし、水に
限るものではないことは勿論である。水は原子炉プール
57内に常圧で溜められている。
The fuel unit 47 is submerged in the liquid in the reactor pool 57. The liquid stored in the reactor pool 57 is, for example, water. However, it is needless to say that it is not limited to water. Water is stored in the reactor pool 57 at normal pressure.

【0054】原子炉プール57はいわゆる半地下構造に
形成されている。即ち、原子炉プール57は大きな穴に
水を溜める構造を成しており、周囲を壁で囲んだ空間に
水を溜める構造とはなっていない。このため、壁の破損
による原子炉プール57内の水の流出防止を図ることが
できる。固体冷却原子炉45の通常運転時にも固体冷却
ブロック41から数%の熱が原子炉プール57に伝わる
ため、原子炉プール57内に小型熱交換器58を設置し
て原子炉プール57の保有水の温度を、例えば最高60
℃程度になるように冷却している。
The reactor pool 57 is formed in a so-called semi-underground structure. That is, the reactor pool 57 has a structure for storing water in a large hole, and does not have a structure for storing water in a space surrounded by a wall. Therefore, it is possible to prevent water from flowing out of the reactor pool 57 due to damage to the wall. During the normal operation of the solid-cooled reactor 45, several percent of the heat is transferred from the solid-cooled block 41 to the reactor pool 57. Therefore, a small heat exchanger 58 is installed in the reactor pool 57 and the water in the reactor pool 57 is retained. Temperature of, for example, up to 60
It is cooled to about ℃.

【0055】冷却水流入管49、蒸気流出管51の破損
などによる冷却材の喪失や、タービントリップ、蒸気ポ
ンプの軸固着など冷却材による冷却能力が喪失した場
合、燃料ユニット47の冷却管42中のボイドが増加
し、負のボイド係数などにより、原子炉の反応度が低下
し、原子炉が停止する。原子炉が停止しても炉心43で
は崩壊熱が発生するが、この崩壊熱は燃料要素44から
固体冷却ブロック41に伝わり、固体冷却ブロック41
の表面から原子炉プール57の水に自然放熱される。こ
のため、燃料要素44、燃料ユニット47などの温度が
異常に高温になることは無く、これらの健全性は保たれ
る。即ち、公衆に多大な影響を与える可能性のある炉心
溶融などの事故が発生するおそれは無く、このような事
故を想定して原子炉を設計する必要がなくなる。
When the cooling water is lost due to breakage of the cooling water inflow pipe 49 and the steam outflow pipe 51 or the cooling capacity of the cooling medium such as a turbine trip or a shaft fixation of the steam pump is lost, the cooling pipe 42 of the fuel unit 47 is removed. The void increases, the reactivity of the reactor decreases due to a negative void coefficient or the like, and the reactor shuts down. Even if the nuclear reactor stops, decay heat is generated in the core 43, and this decay heat is transmitted from the fuel element 44 to the solid cooling block 41, and the solid cooling block 41
Is naturally radiated from the surface of the reactor pool to the water in the reactor pool 57. Therefore, the temperature of the fuel element 44, the fuel unit 47, and the like does not become abnormally high, and their soundness is maintained. That is, there is no possibility that an accident such as melting of the core, which may have a great effect on the public, will occur, and it is not necessary to design the nuclear reactor on the assumption of such an accident.

【0056】原子炉プール57の保有水量は原子炉停止
時の崩壊熱除去に対して十分な量となっている。このた
め、何らかの原因により原子炉プール57内の小型熱交
換器58の冷却機能が働かなくても、炉心43の崩壊熱
を受容することができる。原子炉プール57の周囲は、
例えばコンクリートで固められている。また、原子炉プ
ール57の内面には例えばステンレス製のライナが張ら
れており、保有水の浸み出しを防止している。
The amount of water retained in the reactor pool 57 is sufficient for removing decay heat when the reactor is stopped. Therefore, even if the cooling function of the small heat exchanger 58 in the reactor pool 57 does not work for some reason, the decay heat of the core 43 can be received. The area around the reactor pool 57
For example, it is hardened with concrete. A liner made of, for example, stainless steel is provided on the inner surface of the reactor pool 57 to prevent seepage of retained water.

【0057】原子炉運転中は、原子炉プール57は鋼製
の原子炉蓋59によって密閉されており、万が一の放射
性物質の漏出を防止している。また、制御棒60は、原
子炉蓋59の上部に設置された制御棒駆動機構61によ
って駆動される。制御棒駆動機構61は原子炉蓋59の
上部に設置されており、原子炉運転中でも制御棒駆動機
構61の保守・点検が可能であり、しかもその作業は容
易である。制御棒60は、例えば電磁石により制御棒駆
動機構61と結合されており、電源が切れた場合には重
力により落下して原子炉に挿入される。
During the operation of the reactor, the reactor pool 57 is closed by a reactor cover 59 made of steel, thereby preventing leakage of radioactive substances. Further, the control rod 60 is driven by a control rod driving mechanism 61 installed above the reactor cover 59. The control rod drive mechanism 61 is installed above the reactor lid 59, so that maintenance and inspection of the control rod drive mechanism 61 is possible even during operation of the reactor, and the work is easy. The control rod 60 is connected to the control rod drive mechanism 61 by, for example, an electromagnet. When the power is turned off, the control rod 60 drops by gravity and is inserted into the nuclear reactor.

【0058】原子炉プール57の隣には使用済み燃料プ
ール62が設けられており、使用済み燃料を燃料ユニッ
ト47ごと冷却保管している。使用済み燃料プール62
と原子炉プール57の間の仕切壁63には移送用ゲート
64が設けられており、移送用ゲート64を開いて使用
済み燃料を燃料ユニット47ごと移送する。原子炉運転
時には移送用ゲート64は閉じており、原子炉プール5
7内を密閉する。燃料が使用済みの使用済み燃料ユニッ
ト47は、原子炉建家65の天井に設けられたクレーン
66によって原子炉プール57から使用済み燃料プール
62に移送される。使用済み燃料ユニット47をクレー
ン66によって移送するので、遠隔操作によって移送す
ることができる。また、仕切壁63に移送用ゲート64
を設けて使用済み燃料ユニット47の移送を水中で行う
ようにしているので、原子炉プール57及び使用済み燃
料プール62内の水が放射線の遮蔽体となり、放射線防
護が図られる。なお、原子炉プール57の隣に使用済み
燃料プール62を設けなくても良い。また、図16中符
号67は、燃料ユニット47等を搬入、搬出するための
ゲートである。
A spent fuel pool 62 is provided adjacent to the reactor pool 57, and the spent fuel is cooled and stored together with the fuel unit 47. Spent fuel pool 62
A transfer gate 64 is provided on a partition wall 63 between the reactor pool 57 and the transfer gate 64. The transfer gate 64 is opened to transfer the spent fuel together with the fuel unit 47. During operation of the reactor, the transfer gate 64 is closed and the reactor pool 5 is closed.
7 is sealed. The spent fuel unit 47 having spent fuel is transferred from the reactor pool 57 to the spent fuel pool 62 by a crane 66 provided on the ceiling of the reactor building 65. Since the spent fuel unit 47 is transferred by the crane 66, it can be transferred by remote control. Further, the transfer gate 64 is provided on the partition wall 63.
Is provided to transfer the spent fuel unit 47 underwater, so that the water in the reactor pool 57 and the spent fuel pool 62 serves as a radiation shield, and radiation protection is achieved. The spent fuel pool 62 may not be provided next to the reactor pool 57. The reference numeral 67 in FIG. 16 denotes a gate for carrying in and out the fuel unit 47 and the like.

【0059】固体冷却原子炉45の運転により燃料要素
44で発生した熱は固体冷却ブロック41に伝えられ、
これにより燃料要素44は冷却される。そして、固体冷
却ブロック41に伝えられた熱は熱取り出し部41bの
冷却管42に伝えられ、冷却管42内を流れる軽水を加
熱して蒸気を発生させると共に、発生した蒸気を過熱す
る。また、固体冷却ブロック41の表面からも放熱され
る。これらにより、炉心43が冷却される。
The heat generated in the fuel element 44 by the operation of the solid-cooled nuclear reactor 45 is transmitted to the solid-cooled block 41.
Thereby, the fuel element 44 is cooled. Then, the heat transmitted to the solid cooling block 41 is transmitted to the cooling pipe 42 of the heat extraction section 41b, and heats the light water flowing in the cooling pipe 42 to generate steam, and superheats the generated steam. Further, heat is also radiated from the surface of the solid cooling block 41. Thus, the core 43 is cooled.

【0060】各燃料ユニット47の冷却管42内で発生
した蒸気は蒸気流出管51によって発電施設56の蒸気
タービンに導かれ、復水器によって水の状態に戻された
後、主蒸気ポンプによって冷却水流入管49を通じて各
燃料ユニット47に送り込まれる。なお、本実施形態の
固体冷却原子炉45は炉心43で蒸気の発生を許容する
BWR型軽水炉であるが、商業運転の実績があるBWR
型軽水炉で必要とされている再循環系は不要である。こ
れは、燃料ユニット47に供給した軽水が燃料ユニット
47内で全て蒸気に変わるからである。
The steam generated in the cooling pipes 42 of the fuel units 47 is guided to the steam turbine of the power generation facility 56 by the steam outlet pipe 51 and returned to the water state by the condenser, and then cooled by the main steam pump. The fuel is supplied to each fuel unit 47 through a water inflow pipe 49. The solid-cooled nuclear reactor 45 of this embodiment is a BWR type light water reactor that allows generation of steam in the reactor core 43, but has a track record of commercial operation.
The recirculation system that is required for a light water reactor is unnecessary. This is because all the light water supplied to the fuel unit 47 is changed into steam in the fuel unit 47.

【0061】この固体冷却原子炉45では、冷却管42
内の軽水の流れが停止し熱取り出し部41bからの除熱
が期待できない場合でも炉心43を冷却し続けることが
できる点は、上述の固体冷却原子炉5と同様である。し
かも、固体冷却ブロック41を原子炉プール57内に沈
めており、固体冷却ブロック41を水冷できるので、固
体冷却ブロック41を効率よく冷却することができ、そ
の分、原子炉を大型化することができる。複数の燃料ユ
ニット47を設置すれば原子炉の熱出力を、例えば10
00MW程度にも大きく設計することが可能である。
In the solid-cooled nuclear reactor 45, the cooling pipe 42
As in the case of the solid-cooled nuclear reactor 5 described above, the core 43 can be continuously cooled even when the flow of light water in the reactor is stopped and heat removal from the heat extraction unit 41b cannot be expected. In addition, since the solid cooling block 41 is submerged in the reactor pool 57 and the solid cooling block 41 can be water-cooled, the solid cooling block 41 can be efficiently cooled, and the reactor can be enlarged accordingly. it can. If a plurality of fuel units 47 are installed, the heat output of the reactor can be reduced, for example, by 10
It can be designed as large as about 00 MW.

【0062】また、固体冷却原子炉45では、制御棒6
0を重力落下式にしているため、固有安全性が高くなっ
ている。また、原子炉プール57内は常圧であり、制御
棒60が圧力で押し出されることが構造的になく、固有
安全性がさらに高くなる共に、いわゆる制御棒60の飛
び出し事故を想定して原子炉を設計する必要がなくな
る。
In the solid-cooled nuclear reactor 45, the control rod 6
Since 0 is a gravity drop type, the inherent safety is high. Further, the inside of the reactor pool 57 is at normal pressure, the control rod 60 is not structurally pushed out by the pressure, and the inherent safety is further improved. Need to be designed.

【0063】また、固体冷却ブロック41は燃料要素4
4を密封しており、固体冷却ブロック41が原子炉圧力
容器として機能する。また、固体冷却原子炉45では固
体冷却ブロック41に冷却管42を貫通させて軽水との
間で熱交換を行っているが、この場合の冷却管42は固
体冷却ブロック41を単に貫通するに過ぎず、軽水を固
体冷却ブロック41の内部に染み込ませるものではない
ので、冷却管42は固体冷却ブロック41に対して外側
に配置されていることになる。即ち、冷却管42内の流
れは原子炉圧力容器として機能する固体冷却ブロック4
1の外に形成されている。このため、原子炉圧力容器内
に冷却材の流れを形成していた従来の原子炉と比べる
と、流体の流れの形成やその制御が容易であり、原子炉
の構造を簡素化することができる。
The solid cooling block 41 is connected to the fuel element 4
4 is sealed, and the solid cooling block 41 functions as a reactor pressure vessel. Further, in the solid-cooled nuclear reactor 45, heat is exchanged with light water by passing the cooling pipe 42 through the solid cooling block 41. In this case, the cooling pipe 42 merely passes through the solid cooling block 41. However, since light water does not permeate the solid cooling block 41, the cooling pipe 42 is disposed outside the solid cooling block 41. That is, the flow in the cooling pipe 42 is generated by the solid cooling block 4 functioning as a reactor pressure vessel.
1 is formed outside. For this reason, the formation and control of the fluid flow are easier and the structure of the reactor can be simplified as compared with the conventional reactor in which the coolant flow is formed in the reactor pressure vessel. .

【0064】なお、原子炉プール57は常圧であり、燃
料ユニット47の冷却管42内の圧力の方が高いため、
たとえ冷却管42が破損等しても原子炉プール57内の
水が冷却管42内に流入することはないと考えられる。
このため、原子炉プール57内の水の流入によって冷却
管42内のボイドが減少し、正の反応度が印加されるこ
とはないと考えられる。仮に、原子炉プール57内の水
が冷却管42内に流入して正の反応度が印加されたとし
ても、負のボイド係数の絶対値を適切な範囲に設計して
おくことで、反応度印加時にも燃料ユニット47が破損
するなどの反応度事故を防止することは十分可能であ
る。
Since the pressure in the reactor pool 57 is normal pressure and the pressure in the cooling pipe 42 of the fuel unit 47 is higher,
Even if the cooling pipe 42 is damaged, it is considered that water in the reactor pool 57 does not flow into the cooling pipe 42.
Therefore, it is considered that the void in the cooling pipe 42 is reduced by the inflow of the water in the reactor pool 57, and the positive reactivity is not applied. Even if the water in the reactor pool 57 flows into the cooling pipe 42 and a positive reactivity is applied, the reactivity is designed by designing the absolute value of the negative void coefficient in an appropriate range. It is sufficiently possible to prevent a reactivity accident such as breakage of the fuel unit 47 even when the voltage is applied.

【0065】この固体冷却原子炉45では、上述のよう
に事故の発生が構造的に防止され、運転員の迅速な操作
を不要とする固有安全性の極めて高い原子炉となってい
る。かつ、固体冷却原子炉45は、熱出力1000M
W、電気出力300MW程度の小型炉の範囲の発電能力
を十分確保できるため、原子炉圧力容器などを不要とす
るプラントの簡素化と相まって、電気出力1000MW
程度の大型発電炉に匹敵する経済性を達成することがで
きる。
As described above, the solid-cooled reactor 45 is structurally prevented from causing an accident, and has a very high intrinsic safety which does not require a quick operation by an operator. The solid-cooled reactor 45 has a heat output of 1000M.
W, electric power of 1000 MW can be ensured sufficiently in the range of a small reactor with an electric output of about 300 MW.
Economic efficiency comparable to that of a large-scale power reactor can be achieved.

【0066】固体冷却原子炉45の伝熱性能を評価する
ため、固体冷却ブロック41の温度分布の解析を行っ
た。その結果を、図19に示す。この計算例では固体冷
却ブロック41として横断面形状が約40cm×40c
mの矩形を成す黒鉛ブロックを使用し、その中に9列×
9列の合計81本の燃料要素44を収納し、その黒鉛ブ
ロックの中心から対角線上の温度分布を示している。燃
料要素44の線出力は商業運転の実績のあるBWR型原
子炉と同様の20kW/mとした。また、黒鉛ブロック
の表面にギャップ層を設けて原子炉プール57ヘの自然
放熱を制御している。図19に示す様に燃料部分では1
000℃を越えているが、黒鉛部分の温度は最高417
℃となった。冷却材喪失などで冷却管42からの熱の除
去が無くなった場合には、負のボイド係数などにより原
子炉は自然に停止し、残留熱(崩壊熱)は固体冷却ブロ
ック41の表面から原子炉プール57に自然放熱され
る。図19には、残留熱が通常出力の5%(原子炉停止
の約15秒後)の場合の黒鉛ブロック内の温度分布を併
せて示している。黒鉛部分の温度は最高542℃とな
り、黒鉛ブロックおよび燃料要素44の健全性は担保さ
れている。冷却材喪失直後は、固体冷却ブロック41で
ある黒鉛などの熱容量により温度上昇が抑制される。
In order to evaluate the heat transfer performance of the solid-cooled nuclear reactor 45, the temperature distribution of the solid-cooled block 41 was analyzed. The result is shown in FIG. In this calculation example, the solid cooling block 41 has a cross section of about 40 cm × 40 c.
Use a graphite block with a rectangular shape of m.
A total of 81 fuel elements 44 in nine rows are stored, and the temperature distribution is shown diagonally from the center of the graphite block. The linear output of the fuel element 44 was set to 20 kW / m, which is the same as that of a BWR-type reactor having a track record of commercial operation. In addition, a gap layer is provided on the surface of the graphite block to control natural heat radiation to the reactor pool 57. As shown in FIG.
Although the temperature exceeds 000 ° C, the temperature of the graphite part is up to 417
° C. When the heat is not removed from the cooling pipe 42 due to the loss of the coolant or the like, the reactor naturally stops due to a negative void coefficient or the like, and the residual heat (decay heat) is reduced from the surface of the solid cooling block 41 to the reactor. The heat is naturally radiated to the pool 57. FIG. 19 also shows the temperature distribution in the graphite block when the residual heat is 5% of the normal output (about 15 seconds after shutdown of the reactor). The temperature of the graphite portion reaches a maximum of 542 ° C., and the soundness of the graphite block and the fuel element 44 is ensured. Immediately after the loss of the coolant, the temperature rise is suppressed by the heat capacity of the solid cooling block 41 such as graphite.

【0067】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。例えば、図20に示すように、固体冷却ブロック4
1が沈められている液中に放射線照射を受ける流体通路
68を設け、当該流体通路68に放射化又は加熱する流
体を流すようにしても良い。流体通路68は、例えばパ
イプであり、燃料ユニット47の近傍、例えば10cm
の間隔をあけて配置されている。流体通路68内を流れ
る流体は、例えば液体又は気体である。燃料ユニット4
7から洩れる中性子やγ線を流体通路68内の流体に照
射して、例えばアイソトープの製造等が可能である。
The above-described embodiment is an example of a preferred embodiment of the present invention, but is not limited thereto, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. For example, as shown in FIG.
A fluid passage 68 for receiving radiation irradiation may be provided in the liquid in which 1 is submerged, and a fluid to be activated or heated may flow through the fluid passage 68. The fluid passage 68 is, for example, a pipe, in the vicinity of the fuel unit 47, for example, 10 cm.
Are arranged at intervals. The fluid flowing in the fluid passage 68 is, for example, a liquid or a gas. Fuel unit 4
By irradiating the fluid in the fluid passage 68 with neutrons and γ-rays leaking from the fluid 7, for example, it is possible to produce an isotope.

【0068】また、流体通路68のパイプ材料としてタ
ングステン等を使用することで、燃料ユニット47から
のγ線によるγヒーティングにより流体を加熱すること
ができる。流体通路68は燃料ユニット47から完全に
独立しており、炉心43の温度とは別個に流体通路68
内の温度を設定することができる。即ち、燃料溶融等の
制約を受ける炉心43の最高温度は制限されるが、流体
通路68内の温度はこのような制約を受けないので高温
にすることができる。このため、例えば1000℃程度
の熱の発生が可能になり、このようような高温の熱をそ
のまま産業等に利用することが可能になると共に、その
熱を利用して水素製造を行うことも可能になる。このよ
うに、流体通路68は多目的に利用することができる。
Also, by using tungsten or the like as the pipe material of the fluid passage 68, the fluid can be heated by γ heating from γ rays from the fuel unit 47. The fluid passage 68 is completely independent of the fuel unit 47, and is independent of the temperature of the core 43.
The temperature inside can be set. In other words, the maximum temperature of the core 43, which is subject to restrictions such as fuel melting, is limited, but the temperature in the fluid passage 68 is not subject to such restrictions. Therefore, for example, heat of about 1000 ° C. can be generated, and such high-temperature heat can be used as it is in industry and the like, and hydrogen can be produced using the heat. become. Thus, the fluid passage 68 can be used for multiple purposes.

【0069】この固体冷却原子炉45は流体通路68の
設置に適している。つまり、商業運転の実績のある原子
炉では原子炉圧力容器が必要であり、流体通路68を設
置するためには原子炉圧力容器に孔をあける必要があ
る。一般的に原子炉圧力容器に孔をあけるのは好ましい
ことではないため、流体通路68の設置が困難である。
これに対し、固体冷却原子炉45は原子炉圧力容器が不
要であり、流体通路68の設置が容易である。つまり、
例えば発電プラントに利用できるような大型の原子炉で
あるにもかかわらず流体通路68の設置に向いており、
例えば発電を行いながら放射線照射、熱利用、水素製造
等を行うこともできる。
This solid-cooled nuclear reactor 45 is suitable for installing a fluid passage 68. That is, a reactor pressure vessel is necessary for a reactor having a track record of commercial operation, and it is necessary to make a hole in the reactor pressure vessel in order to install the fluid passage 68. It is generally not desirable to drill holes in the reactor pressure vessel, which makes the installation of the fluid passage 68 difficult.
On the other hand, the solid-cooled reactor 45 does not require a reactor pressure vessel, and the installation of the fluid passage 68 is easy. That is,
For example, despite being a large nuclear reactor that can be used in a power plant, it is suitable for setting the fluid passage 68,
For example, radiation irradiation, heat utilization, hydrogen production, and the like can be performed while generating power.

【0070】また、上述の説明では、原子炉プール57
内に水を溜めていたが、燃料ユニット47を冷却する液
体は水に限るものではないことは勿論である。
In the above description, the reactor pool 57
The liquid for cooling the fuel unit 47 is, of course, not limited to water.

【0071】また、上述の説明では、冷却管42内で発
生した蒸気を例えば発電施設56に供給することで炉心
43の熱を発電に利用していたが、これに限るものでは
なく、例えば炉心43で発生した熱を暖房等の熱源とし
て利用しても良い。
In the above description, the heat generated in the core 43 is used for power generation by supplying the steam generated in the cooling pipe 42 to the power generation facility 56, for example. However, the present invention is not limited to this. The heat generated in 43 may be used as a heat source for heating or the like.

【0072】また、上述の説明では、冷却管42内に冷
却水として軽水を供給していたが、軽水に限るものでは
なく、例えば重水等の液体やヘリウムガスや炭酸ガス等
の気体であっても良い。なお、冷却管42内にガスを流
す場合には、発電用タービンとしてガスタービンを使用
することは勿論である。
In the above description, light water is supplied as cooling water into the cooling pipe 42. However, the present invention is not limited to light water. For example, liquid water such as heavy water or gas such as helium gas or carbon dioxide gas may be used. Is also good. When a gas is allowed to flow through the cooling pipe 42, a gas turbine is used as a power generation turbine.

【0073】また、上述の説明では、固体冷却原子炉4
5をBWR型の原子炉にしていたが、冷却系を1次ルー
プと2次ループに分けると共に1次ループ内を加圧して
蒸気の発生を抑え、PWR型の原子炉にしても良い。
In the above description, the solid-cooled nuclear reactor 4
Although the reactor 5 is a BWR-type reactor, the cooling system may be divided into a primary loop and a secondary loop, and the primary loop may be pressurized to suppress the generation of steam, thereby forming a PWR-type reactor.

【0074】さらに、燃料要素44に使用する核燃料と
して高温ガス炉用の被覆粒子燃料の使用も可能である。
Further, as a nuclear fuel used for the fuel element 44, a coated particle fuel for a high temperature gas reactor can be used.

【0075】[0075]

【実施例】図6及び図7に、本発明の固体冷却原子炉5
を熱中性子炉にした例を示す。
6 and 7 show a solid-cooled nuclear reactor 5 according to the present invention.
Here is an example in which is replaced with a thermal neutron reactor.

【0076】燃料要素4の被覆管内に充填する核燃料と
して、例えば、軽水炉で使用実績のある低濃縮ウランの
酸化物燃料を使用する。また、被覆管の材料として、例
えば、使用実績のあるジルカロイ合金やアルミニウム合
金などを使用する。核燃料を充填した燃料棒4は固体冷
却原子炉5の製造時に固体冷却ブロック1の中に装荷さ
れ、燃料棒4を装荷した後に上部蓋14を被せて密封さ
れる。この固体冷却原子炉5では炉心3から使用済み燃
料を取り出すのは廃炉時であり、稼働途中での核燃料の
交換を想定していない。例えば、廃炉時に固体冷却ブロ
ック1内に燃料棒4を密封したままの状態で原子炉5全
体を図示しない専用取扱い施設に運搬し、水中において
マジックハンド等の遠隔装置等を使用して上部蓋14を
外し使用済み燃料を取り出す。
As the nuclear fuel to be filled in the cladding tube of the fuel element 4, for example, a low-enriched uranium oxide fuel which has been used in a light water reactor is used. As a material of the cladding tube, for example, a zircaloy alloy or an aluminum alloy which has been used is used. The fuel rods 4 filled with nuclear fuel are loaded into the solid-state cooling block 1 at the time of manufacturing the solid-cooled nuclear reactor 5, and after the fuel rods 4 are loaded, the fuel rods 4 are covered with the upper lid 14 and sealed. In this solid-cooled nuclear reactor 5, the spent fuel is taken out of the reactor core 3 at the time of decommissioning, and it is not assumed that the nuclear fuel is replaced during the operation. For example, at the time of decommissioning, the entirety of the reactor 5 is transported to a dedicated handling facility (not shown) while the fuel rods 4 are kept sealed in the solid cooling block 1, and the upper lid is closed underwater using a remote device such as a magic hand. Remove 14 and take out spent fuel.

【0077】なお、この固体冷却原子炉5は、例えば2
0年から60年程度の期間にわたり燃料交換せずに運転
される。既に運転実績のある軽水炉では核燃料(ウラ
ン)の4%程度を5年程度の期間で燃焼させているが、
固体冷却原子炉5では出力密度が既に運転実績のある軽
水炉の1/10〜1/100以下になるように設計して
いるので、20年〜60年程度の期間に亘る運転が可能
である。炉心3の出力密度は、燃料部分の単位体積当た
りで、例えば10MW/m程度に設計されている。
The solid-cooled nuclear reactor 5 is, for example, 2
It is operated without refueling for a period of about 0 to 60 years. In light water reactors that have already been operated, about 4% of nuclear fuel (uranium) is burned in about 5 years.
Since the solid-cooled reactor 5 is designed so that the power density is 1/10 to 1/100 or less of that of the light water reactor which has already been operated, the operation can be performed for about 20 to 60 years. The power density of the core 3 is designed to be, for example, about 10 MW / m 3 per unit volume of the fuel part.

【0078】また、この固体冷却原子炉5では、炉心3
の出力密度を低く設定しているために蒸気発生管2の1
本1本をそれぞれ複数の熱取り出し部1bに通してい
る。例えば、1本の蒸気発生管2を3箇所の熱取り出し
部1bに通すようにしている。この場合、最初に固体冷
却ブロック1を通過する第1パス2aは、炉心3の中心
近傍に配置することが好ましい。第1パス2a内の軽水
は第2パス2bや第3パス2c内の軽水に比べて低温で
あり最もボイド率が低いために最も効率良く中性子を減
速することができるからであり、同時に、仮に何らかの
原因で蒸気発生管2内に温度の低い軽水が注入されたと
しても軽水の温度変化を最小限に抑えて炉心3の反応度
変化を最小にできるからである。なお、図6では蒸気発
生管2を1本のみ記載しているが、これは構成を概念的
に示したものであり、実際には固体冷却原子炉5の規模
等に応じて適当な本数の蒸気発生管2を設置するのは勿
論である。
In the solid-cooled nuclear reactor 5, the core 3
Of the steam generating tube 2
Each of these is passed through a plurality of heat extraction portions 1b. For example, one steam generating pipe 2 is passed through three heat extraction portions 1b. In this case, it is preferable that the first pass 2 a that first passes through the solid cooling block 1 is disposed near the center of the core 3. This is because the light water in the first pass 2a has a lower temperature and the lowest void rate than the light water in the second pass 2b and the third pass 2c, so that neutrons can be decelerated most efficiently. This is because even if light water having a low temperature is injected into the steam generating tube 2 for some reason, the change in the temperature of the light water can be minimized and the change in the reactivity of the reactor core 3 can be minimized. Although only one steam generating tube 2 is shown in FIG. 6, this is a conceptual view of the configuration, and in actuality, an appropriate number of Needless to say, the steam generating pipe 2 is installed.

【0079】この固体冷却原子炉5には、固体冷却ブロ
ック1の温度変化に応じて炉心3の反応度を増減する受
動的制御装置15が取り付けられている。例えば、固体
冷却ブロック1に穴を形成すると共に上部蓋14に貫通
孔を形成し、これらの穴及び貫通孔に遮蔽体11に形成
した孔11aから受動的制御装置15を挿入すること
で、受動的制御装置15を固体冷却ブロック1に取り付
けている。
The solid-cooled nuclear reactor 5 is provided with a passive controller 15 for increasing or decreasing the reactivity of the reactor core 3 in accordance with a change in the temperature of the solid-cooled block 1. For example, by forming a hole in the solid cooling block 1 and forming a through-hole in the upper lid 14, and inserting a passive control device 15 from the hole 11 a formed in the shield 11 into these hole and the through-hole, The mechanical control device 15 is attached to the solid cooling block 1.

【0080】受動的制御装置15を図8に示す。受動的
制御装置15は、中性子吸収体16と、中性子吸収体1
6に接続され温度変化によって変形する駆動部材17と
を備え、駆動部材17は、中性子吸収体16を炉心3の
外に移動させる第1の形状と、中性子吸収体16を炉心
3内に移動させる第2の形状とを有し、且つ固体冷却ブ
ロック1の温度が設定温度T以上に上昇すると第1の形
状から第2の形状に変形するものである。
FIG. 8 shows the passive control device 15. The passive control device 15 includes a neutron absorber 16 and the neutron absorber 1
6, a driving member 17 that is deformed by a temperature change. The driving member 17 moves the neutron absorber 16 into the core 3 in a first shape for moving the neutron absorber 16 out of the core 3. It has a second shape, and when the temperature of the solid cooling block 1 rises above the set temperature T, it is transformed from the first shape to the second shape.

【0081】中性子吸収体16は、例えばBC、Ag
−In−Cd等である。中性子吸収体16は例えば棒状
に成形され、スリーブ18内に収容されている。中性子
吸収体16には支持棒19が取り付けられており、この
支持棒19はスリーブ18内に固定された第2のプレー
ト20及び第3のプレート21を貫通している。第2の
プレート20と第3のプレート21の間には第1のプレ
ート22が配置され、この第1のプレート22は支持棒
19の途中に固定されている。即ち、第1のプレート2
2はスリーブ18内を支持棒1と一体となって移動可能
である。
The neutron absorber 16 is made of, for example, B 4 C, Ag
-In-Cd or the like. The neutron absorber 16 is formed, for example, in a rod shape, and is housed in a sleeve 18. A support rod 19 is attached to the neutron absorber 16, and the support rod 19 passes through a second plate 20 and a third plate 21 fixed in the sleeve 18. A first plate 22 is disposed between the second plate 20 and the third plate 21, and the first plate 22 is fixed in the middle of the support rod 19. That is, the first plate 2
2 is movable integrally with the support rod 1 in the sleeve 18.

【0082】駆動部材17は、例えばNi−Ti−Pb
合金の形状記憶合金で形成されたコイルスプリングで、
第2のプレート20と第1のプレート22の間に配置さ
れている。形状記憶合金はその組成を調節することで変
態温度(設定温度T)を設定することができる。変態温
度Tは、例えば固体冷却原子炉5の通常運転時の固体冷
却ブロック1の温度よりも高く、固体冷却ブロック1の
融点よりも低い温度に設定されている。変態温度Tは、
例えば810℃である。
The driving member 17 is made of, for example, Ni-Ti-Pb
A coil spring made of alloy shape memory alloy,
It is arranged between the second plate 20 and the first plate 22. The transformation temperature (set temperature T) of the shape memory alloy can be set by adjusting its composition. The transformation temperature T is set, for example, higher than the temperature of the solid cooling block 1 during normal operation of the solid cooling reactor 5 and lower than the melting point of the solid cooling block 1. The transformation temperature T is
For example, it is 810 ° C.

【0083】炉心3の温度上昇により駆動部材17の温
度が上昇して変態温度Tを超えると、駆動部材17は縮
められた状態の第1の形状から伸びた状態の第2の形状
に変形する。駆動部材17が第1の形状を成している場
合には、図8中実線で示すように、第1のプレート22
と第3のプレート21の間に配置されたコイルスプリン
グ23によって中性子吸収体16が持ち上げられてお
り、したがって、中性子吸収体16は炉心3の外に配置
されている。一方、温度上昇により駆動部材17が第2
の形状に変形すると、図8中二点鎖線で示すように、コ
イルスプリング23を押し縮めて中性子吸収体16が下
降し、したがって中性子吸収体16が炉心3に挿入され
る。
When the temperature of the driving member 17 rises due to the temperature rise of the core 3 and exceeds the transformation temperature T, the driving member 17 is deformed from the contracted first shape to the extended second shape. . When the driving member 17 has the first shape, as shown by a solid line in FIG.
The neutron absorber 16 is lifted by a coil spring 23 disposed between the neutron absorber 16 and the third plate 21, so that the neutron absorber 16 is disposed outside the reactor core 3. On the other hand, the driving member 17
8, the neutron absorber 16 is lowered by compressing and retracting the coil spring 23, and the neutron absorber 16 is inserted into the reactor core 3 as shown by a two-dot chain line in FIG.

【0084】例えば、駆動部材17が長さ30cm程度
のコイルスプリングである場合、この駆動部材17を長
さ5cm程度にまで圧縮しておくことで、変態温度Tを
越すと駆動部材17の長さが25cm程度伸びることに
なる。例えば高さが100cm程度の固体冷却原子炉5
の場合、その高さが中央の20cm〜80cmの位置が
最も反応度に影響を与える場所となる。このため、駆動
部材17に接続した中性子吸収体16を固体冷却原子炉
5の高さで90cm程度の位置に予め設置しておけば、
駆動部材17の温度が変態温度Tを越えた場合に中性子
吸収体16の高さは65cmの位置まで下がり、十分、
原子炉5を停止することが可能である。
For example, when the driving member 17 is a coil spring having a length of about 30 cm, by compressing the driving member 17 to a length of about 5 cm, when the transformation temperature T is exceeded, the length of the driving member 17 is reduced. Will extend about 25 cm. For example, a solid-cooled nuclear reactor 5 having a height of about 100 cm
In the case of, the position where the height is 20 cm to 80 cm at the center is the place that most affects the reactivity. For this reason, if the neutron absorber 16 connected to the driving member 17 is previously set at a position of about 90 cm at the height of the solid-cooled nuclear reactor 5,
When the temperature of the driving member 17 exceeds the transformation temperature T, the height of the neutron absorber 16 drops to a position of 65 cm, and
It is possible to shut down the reactor 5.

【0085】また、この固体冷却原子炉5に、固体冷却
ブロック1の温度上昇に応じて反応度を減少させる安全
棒装置24を併設しても良い。例えば、固体冷却ブロッ
ク1に穴を形成すると共に上部蓋14に貫通孔を形成
し、これらの穴及び貫通孔に遮蔽体11に形成した孔1
1bから安全棒装置24を挿入することで、安全棒装置
24を固体冷却ブロック1に取り付けている。
Further, a safety rod device 24 for reducing the reactivity in accordance with the temperature rise of the solid cooling block 1 may be provided in the solid cooling nuclear reactor 5. For example, a hole is formed in the solid cooling block 1 and a through-hole is formed in the upper lid 14, and the hole 1 formed in the shield 11 is formed in these holes and the through-hole.
The safety rod device 24 is attached to the solid cooling block 1 by inserting the safety rod device 24 from 1b.

【0086】安全棒装置24を図9に示す。安全棒装置
24は、中性子吸収体16と、中性子吸収体16を磁気
吸着して炉心3の上方に吊した状態で支持する磁石体2
5を備え、磁石体25は固体冷却ブロック1の原子炉運
転時における通常の温度よりも高く且つ固体冷却ブロッ
ク1の融点よりも低い温度のキューリー点を有してい
る。本実施例では、中性子吸収体16に鉄片26を取り
付け、この鉄片26を磁石体25で吸着するようにして
いる。ただし、中性子吸収体16自体が磁石に吸着され
るものである場合には、磁石体25によって中性子吸収
体16を直接吸着するようにしても良いことは勿論であ
る。
FIG. 9 shows the safety rod device 24. The safety rod device 24 includes a neutron absorber 16 and a magnet body 2 that magnetically attracts the neutron absorber 16 and supports the neutron absorber 16 in a state of being suspended above the core 3.
The magnet body 25 has a Curie point at a temperature higher than the normal temperature of the solid cooling block 1 during the reactor operation and lower than the melting point of the solid cooling block 1. In this embodiment, the iron piece 26 is attached to the neutron absorber 16, and the iron piece 26 is attracted by the magnet 25. However, when the neutron absorber 16 itself is adsorbed to the magnet, the neutron absorber 16 may be directly adsorbed by the magnet 25 as a matter of course.

【0087】磁石体25はブラケット27によってスリ
ーブ28の内周面に取り付けられている。本実施例で
は、例えば、固体冷却ブロック1として融点が660℃
のアルミニウムを使用しており、原子炉運転時における
固体冷却ブロック1の温度は通常300〜400℃程度
であるので、磁石体25として460℃のキューリー点
を有するBaフェライト磁石を使用する。
The magnet body 25 is attached to the inner peripheral surface of the sleeve 28 by the bracket 27. In this embodiment, for example, the solid cooling block 1 has a melting point of 660 ° C.
Is used, and the temperature of the solid cooling block 1 during operation of the reactor is usually about 300 to 400 ° C., so a Ba ferrite magnet having a Curie point of 460 ° C. is used as the magnet body 25.

【0088】中性子吸収体16は、例えばBC、Ag
−In−Cd等である。中性子吸収体16はスリーブ2
8内に収納され、図9中実線で示すように、磁石体25
によって吸着され吊り下げられている。固体冷却ブロッ
ク1の温度上昇により磁石体25の温度がキューリー点
を超えると、図9中二点鎖線で示すように重力により中
性子吸収体16が落下する。なお、この磁石体25を用
いた安全棒装置24では、重力を利用して中性子吸収体
16を落下させる構造であるので、中性子吸収体16を
一度落下させると、反応度の減少により炉心3の温度が
低下しても中性子吸収体16が炉心3から自動的に抜き
取られることはなく、運転員の操作により中性子吸収体
16が炉心3から抜き取られるまでは原子炉は停止して
いる。
The neutron absorber 16 is made of, for example, B 4 C, Ag
-In-Cd or the like. The neutron absorber 16 is the sleeve 2
8, and as shown by the solid line in FIG.
It is adsorbed and suspended by. When the temperature of the magnet body 25 exceeds the Curie point due to a rise in the temperature of the solid cooling block 1, the neutron absorber 16 falls due to gravity as shown by a two-dot chain line in FIG. Since the safety rod device 24 using the magnet 25 has a structure in which the neutron absorber 16 is dropped using gravity, if the neutron absorber 16 is dropped once, the reactivity decreases, and the reactor core 3 is dropped. Even if the temperature decreases, the neutron absorber 16 is not automatically extracted from the core 3, and the reactor is stopped until the neutron absorber 16 is extracted from the core 3 by an operator.

【0089】この固体冷却原子炉5は、運転員が原子炉
を起動、停止、出力制御するための制御棒29と、制御
棒29の引き抜き速度を設定速度以下に制限する制限手
段30を備えている。図10に制御棒29を、図11に
制御手段30を示す。スリーブ31内には小型の環状ス
テップモータ32が設置され、この環状ステップモータ
32が回転するとねじ棒33が上下に移動する。ねじ棒
33の下端には電磁石34が取り付けられており、この
電磁石34は中性子吸収体16に取り付けられた鉄片2
6を磁気吸着している。
The solid-cooled reactor 5 is provided with a control rod 29 for an operator to start, stop, and control the power of the reactor, and a limiting means 30 for restricting the withdrawal speed of the control rod 29 to a set speed or less. I have. FIG. 10 shows the control rod 29 and FIG. 11 shows the control means 30. A small annular step motor 32 is installed in the sleeve 31, and when the annular step motor 32 rotates, the screw rod 33 moves up and down. An electromagnet 34 is attached to the lower end of the screw rod 33. The electromagnet 34 is attached to the iron piece 2 attached to the neutron absorber 16.
6 is magnetically attracted.

【0090】制限手段30は、例えば環状ステップモー
タ32の回転速度の最速値を制限する電気的な制御機構
であり、環状ステップモータ32とこの環状ステップモ
ータ32を制御するコントローラ35の間に設けられて
いる。したがって、コントローラ35が環状ステップモ
ータ32を所定の速度よりも速い速度で回転させようと
しても、制限手段30がその速度を所定速度に制限し、
中性子吸収体16の移動速度を制限する。ただし、制限
手段30は電気的な制御機構に限るものではなく、例え
ば環状ステップモータ32を制御するコンピュータプロ
グラムであっても良く、このコンピュータプログラムに
よって環状ステップモータ32の回転速度の上限を設け
るようにしても良い。
The limiting means 30 is, for example, an electric control mechanism for limiting the maximum rotation speed of the annular step motor 32, and is provided between the annular step motor 32 and the controller 35 for controlling the annular step motor 32. ing. Therefore, even if the controller 35 attempts to rotate the annular step motor 32 at a speed higher than the predetermined speed, the limiting means 30 limits the speed to the predetermined speed,
The moving speed of the neutron absorber 16 is limited. However, the restricting means 30 is not limited to an electric control mechanism, and may be, for example, a computer program for controlling the annular step motor 32. The computer program sets an upper limit of the rotational speed of the annular step motor 32. May be.

【0091】制限手段30は、制御棒29の引き抜き速
度が最速で例えは数cm/分程度になるように、環状ス
テップモータ32の最高回転速度を制限する。制御棒2
9の引き抜き速度の最速値を数cm/分程度に制限する
ことで、固体冷却原子炉5の起動に例えば1日以上の時
間を要するが、反応度の変化を極力緩やかにしてより一
層の安全性を実現するために長時間かけての起動を容認
するとの設計思想である。ちなみに、稼働実績のある一
般的な軽水炉では制御棒の引き抜き速度は数cm/秒程
度であり、この速度でも十分に安全性は確保されている
が、この固体冷却原子炉5では、燃料交換を想定してい
ないことから原子炉の停止と再起動を行う回数が少な
く、上記設計思想の実現が容易である。
The limiter 30 limits the maximum rotation speed of the annular step motor 32 so that the control rod 29 can be pulled out at the highest speed, for example, about several cm / min. Control rod 2
By limiting the maximum value of the withdrawal speed of 9 to several cm / min, it takes, for example, one day or more to start up the solid-cooled reactor 5, but the change in reactivity is made as slow as possible to further enhance safety. It is a design philosophy that a long-time startup is allowed to realize the performance. Incidentally, in a typical light water reactor that has been in operation, the pull-out speed of the control rod is about several cm / sec, and even at this speed, safety is sufficiently ensured. Since it is not assumed, the number of times of stopping and restarting the reactor is small, and it is easy to realize the above design concept.

【0092】運転員は、固体冷却原子炉5の起動、停
止、反応度制御のために環状ステップモータ32を操作
して中性子吸収体16を上下に移動させる。この場合の
中性子吸収体16の移動速度は極めて低速であるので、
炉心3の反応度の変化は非常に緩やかである。一方、ス
クラムなどの原子炉停止時には、電磁石34の電流を断
つことで中性子吸収体16を炉心3に瞬間的に落下させ
ることができる。中性子吸収体16を落下させること
で、原子炉5が停止する。なお、発電所の電源喪失など
の異常時には、この電磁石34の電流が遮断され、中性
子吸収体16を瞬間的に落下させる。
The operator moves the neutron absorber 16 up and down by operating the annular step motor 32 for starting, stopping, and controlling the reactivity of the solid-cooled nuclear reactor 5. Since the moving speed of the neutron absorber 16 in this case is extremely low,
The reactivity of the reactor core 3 changes very slowly. On the other hand, when the reactor such as the scram is stopped, the neutron absorber 16 can be instantaneously dropped into the reactor core 3 by cutting off the current of the electromagnet 34. The reactor 5 is stopped by dropping the neutron absorber 16. In the event of an abnormality such as a loss of power at a power plant, the current of the electromagnet 34 is cut off, and the neutron absorber 16 is dropped instantaneously.

【0093】かかる構成の固体冷却原子炉5を燃料交換
することなく20年〜60年にわたり運転するために
は、長期的な燃料の燃焼欠損による反応度の低下への補
償が必要である。このため、固体冷却原子炉5では、反
応度低下の予測に従って炉心3の近傍に減速材チューブ
36を設置する。図12に、減速材チューブ36を示
す。被覆管37内に軽水等の減速材38が封入されてい
る。この減速材チューブ36を炉心3に挿入すること
で、炉心3の中性子を減速させる能力を向上させて熱中
性子の割合を増加させ、燃料の燃焼欠損による反応度の
低下を補償する。なお、減速材チューブ36の炉心3近
傍への挿入は定期点検等により原子炉5を停止させてい
る時に行われ、反応度事故の発生を防止する。また、被
覆管37内に封入する減速材38としては軽水に限るも
のではなく、重水等の液体、ZrH等の固体を使用して
も良いことは勿論である。
In order to operate the solid-cooled nuclear reactor 5 having such a configuration for 20 to 60 years without refueling, it is necessary to compensate for a decrease in reactivity due to a long-term lack of fuel combustion. For this reason, in the solid-cooled nuclear reactor 5, the moderator tube 36 is installed near the reactor core 3 according to the prediction of the decrease in the reactivity. FIG. 12 shows the moderator tube 36. A moderator 38 such as light water is sealed in the cladding tube 37. By inserting the moderator tube 36 into the core 3, the ability to decelerate the neutrons of the core 3 is improved, the proportion of thermal neutrons is increased, and a decrease in reactivity due to fuel combustion deficiency is compensated. The moderator tube 36 is inserted into the vicinity of the reactor core 3 when the reactor 5 is stopped by periodic inspection or the like, thereby preventing occurrence of a reactivity accident. Further, the moderator 38 sealed in the cladding tube 37 is not limited to light water, but may be a liquid such as heavy water or a solid such as ZrH.

【0094】なお、固体冷却原子炉5の固体冷却ブロッ
ク1と遮蔽体11の間には空気の流れが形成されてお
り、固体冷却ブロック1の表面からの放熱を促進させて
いる。固体冷却ブロック1は燃料棒4を密封するもので
あって原子炉容器即ち軽水炉では圧力容器として機能す
るものであるため、空気の流れが圧力容器として機能す
るものの外に形成されることになる。このようにするこ
とで、圧力容器の内部に流れを形成する場合に比べて、
空気の流れの形成やその制御が容易であり、また空気の
流れの確認も容易である。即ち、運転実績のある原子炉
では圧力容器の内部に冷却材の流れを形成しているが、
固体冷却原子炉5では圧力容器として機能する固体冷却
ブロック1の外に空気の流れを形成しているので、空気
の流れを形成したり制御したりするのが容易であり、ま
た空気の流れの確認も容易になり、安全性が判りやすく
なり、また安全性をより一層高くすることができる。
An air flow is formed between the solid-state cooling block 1 of the solid-state cooling reactor 5 and the shield 11 to promote heat radiation from the surface of the solid-state cooling block 1. Since the solid cooling block 1 seals the fuel rods 4 and functions as a pressure vessel in a reactor vessel, that is, a light water reactor, the flow of air is formed outside of the one that functions as a pressure vessel. By doing so, compared to the case where a flow is formed inside the pressure vessel,
The formation and control of the air flow are easy, and the confirmation of the air flow is also easy. That is, in a reactor that has been operating, a coolant flow is formed inside the pressure vessel,
In the solid-cooled nuclear reactor 5, since the air flow is formed outside the solid cooling block 1 functioning as a pressure vessel, it is easy to form and control the air flow, Confirmation is easy, safety is easy to understand, and safety can be further enhanced.

【0095】固体冷却原子炉5の運転により炉心3で発
生した熱は固体冷却ブロック1に伝えられ、これにより
炉心3は冷却される。そして、固体冷却ブロック1に伝
えられた熱は蒸気発生管2に伝えられ、蒸気発生管2内
を流れる軽水を加熱して蒸気を発生させる。また、固体
冷却ブロック1の表面からも放熱される。蒸気発生管2
内に発生した蒸気は、例えば発電用タービン6に供給さ
れる。
The heat generated in the core 3 by the operation of the solid-cooled nuclear reactor 5 is transmitted to the solid-state cooling block 1, whereby the core 3 is cooled. Then, the heat transmitted to the solid cooling block 1 is transmitted to the steam generating pipe 2 and heats the light water flowing in the steam generating pipe 2 to generate steam. Further, heat is also radiated from the surface of the solid cooling block 1. Steam generating pipe 2
The steam generated therein is supplied to, for example, a power generation turbine 6.

【0096】この固体冷却原子炉5では、運転中に固体
冷却ブロック1の温度が上昇して蒸気発生管2内の減速
材として機能する軽水の温度も上昇すると、そのボイド
率が増加するので高速中性子が熱中性子に減速される割
合が減少して炉心3の反応度が低下する。即ち、自己制
御性が働く。一方、運転中に固体冷却ブロック1の温度
が上昇した場合であっても蒸気発生管2内の流量が増加
したときには、結果的に減速材として機能する軽水の温
度はあまり上昇しない。このため、上述の減速材の温度
上昇による自己制御性はあまり期待することはできない
が、この場合には固体冷却ブロック1の温度上昇によっ
て受動的制御装置15が作動し中性子吸収体16を炉心
3に移動させるので、炉心3に負の反応度を付与するこ
とができる。また、固体冷却ブロック1が熱膨張するの
で固体冷却ブロック1による高速中性子の炉心外への漏
洩が増加して反応度をさらに低下させる。即ち、この場
合にも自己制御性が働くことになる。そして、反応度が
低下して固体冷却ブロック1の温度が正常値に戻ると、
受動的制御装置15の駆動部材17の形状が第2の形状
から第1の形状に戻り中性子吸収体16が炉心3から引
き抜かれる。したがって、炉心3の反応度が増加し、目
標の出力で原子炉5が運転される。即ち、炉心3の温度
に応じて炉心3の反応度が自動的に制御され、原子炉の
自動運転が可能になる。また、核燃料の温度上昇による
ドップラー効果によって反応度が減少するので、これに
よる自己制御性も期待できる。
In the solid-cooled nuclear reactor 5, when the temperature of the solid-cooled block 1 rises during operation and the temperature of light water functioning as a moderator in the steam generating tube 2 also rises, the void fraction increases, so that The rate at which neutrons are decelerated to thermal neutrons decreases, and the reactivity of the core 3 decreases. That is, self-control works. On the other hand, even when the temperature of the solid cooling block 1 increases during operation, when the flow rate in the steam generating pipe 2 increases, the temperature of the light water that functions as a moderator does not increase significantly as a result. For this reason, self-controllability due to the above-mentioned moderator mode temperature rise cannot be expected much, but in this case, the passive control device 15 is activated by the temperature rise of the solid cooling block 1 and the neutron absorber 16 is moved to the core 3. , It is possible to impart a negative reactivity to the core 3. In addition, since the solid cooling block 1 thermally expands, leakage of fast neutrons from the core by the solid cooling block 1 increases, and the reactivity is further reduced. That is, also in this case, self-controllability works. Then, when the reactivity decreases and the temperature of the solid cooling block 1 returns to a normal value,
The shape of the driving member 17 of the passive control device 15 returns from the second shape to the first shape, and the neutron absorber 16 is withdrawn from the core 3. Therefore, the reactivity of the core 3 increases, and the reactor 5 is operated at the target output. That is, the reactivity of the reactor core 3 is automatically controlled according to the temperature of the reactor core 3, and the automatic operation of the reactor becomes possible. In addition, since the reactivity decreases due to the Doppler effect due to the temperature rise of the nuclear fuel, self-controllability due to this is expected.

【0097】また、受動的制御装置15の中性子吸収体
16を炉心3に移動させることで原子炉が停止するよう
に設計しておくことで、固体冷却ブロック1の温度が所
定温度まで上昇した場合には、受動的制御装置15によ
って固体冷却原子炉5を自動的に停止させることができ
る。したがって、固体冷却原子炉5の安全性がより一層
高まる。
Further, by designing the reactor to be stopped by moving the neutron absorber 16 of the passive control device 15 to the reactor core 3, when the temperature of the solid cooling block 1 rises to a predetermined temperature. In the meantime, the solid-cooled nuclear reactor 5 can be automatically stopped by the passive control device 15. Therefore, the safety of the solid-cooled nuclear reactor 5 is further improved.

【0098】また、安全棒装置24を併設した場合に
は、固体冷却ブロック1の温度が上昇して安全棒装置2
4の磁石体25の温度が460℃のキューリー点に達す
ると、磁石体25により磁気吸着されていた中性子吸収
体16が炉心3に落下し負の反応度が挿入されて原子炉
を停止させる。このように受動的制御装置15とは別系
統の安全棒装置24を併設することで、より安全性が向
上する。なお、磁石体25を用いた安全棒装置24では
中性子吸収体16が一度炉心3に挿入されると、固体冷
却ブロック1の温度が低下しても炉心3から中性子吸収
体16が自動的に引き抜かれることはなく、運転員に操
作されるまで原子炉5は停止したままである。
When the safety rod device 24 is provided, the temperature of the solid cooling block 1 rises and the safety rod device 2
When the temperature of the magnet body 25 reaches the Curie point of 460 ° C., the neutron absorber 16 magnetically attracted by the magnet body 25 falls into the reactor core 3 and a negative reactivity is inserted to stop the reactor. As described above, by providing the safety rod device 24 of a different system from the passive control device 15, safety is further improved. In the safety rod device 24 using the magnet 25, once the neutron absorber 16 is inserted into the core 3, the neutron absorber 16 is automatically extracted from the core 3 even if the temperature of the solid cooling block 1 decreases. And the reactor 5 remains stopped until operated by an operator.

【0099】この固体冷却原子炉5では蒸気発生管2内
の軽水の流れが停止し又は喪失し熱取り出し部1bから
の除熱が期待できない場合でも、固体冷却ブロック1の
表面で放熱が行われ、炉心3を冷却し続けることができ
る。つまり、炉心3を冷却して加熱された固体冷却ブロ
ック1はその表面で放熱するので、溶融することなく炉
心3を冷却し続けることができる。固体冷却ブロック1
の表面には多数の放熱フィン1cが設けられているの
で、自然空冷能力が向上している。また、圧力容器とし
て機能する固体冷却ブロック1の外への放熱であり、固
体冷却ブロック1の周囲に空気の流れを形成する等して
固体冷却ブロック1の外から放熱を制御することができ
るため、その制御が容易である。また、固体冷却ブロッ
ク1は金属であり熱伝導性が良いので、炉心3の冷却能
力を十分に確保することができる。なお、タービントリ
ップなどで蒸気発生管2内の軽水による固体冷却ブロッ
ク1の除熱が期待できなくなった場合には、受動的制御
装置15等によって原子炉が停止するため、運転停止後
における原子炉の崩壊熱(原子炉の通常運転時の発熱量
の10%程度以下)を除去できる能力を有すれば良く、
通常運転時における炉心3の発熱量を100%除熱する
能力を有する必要は無い。
In the solid-cooled nuclear reactor 5, even if the flow of light water in the steam generating tube 2 is stopped or lost, and it is not possible to expect the removal of heat from the heat extraction section 1b, heat is radiated on the surface of the solid-cooled block 1. , The core 3 can be kept cooled. That is, the solid cooling block 1 that has been heated by cooling the core 3 radiates heat on its surface, so that the core 3 can be continuously cooled without melting. Solid cooling block 1
Are provided with a large number of radiating fins 1c on the surface thereof, so that the natural air cooling capacity is improved. Further, the heat is radiated to the outside of the solid cooling block 1 functioning as a pressure vessel, and the radiated heat can be controlled from outside the solid cooling block 1 by forming a flow of air around the solid cooling block 1. , Its control is easy. Further, since the solid cooling block 1 is made of metal and has good heat conductivity, the cooling capacity of the core 3 can be sufficiently ensured. If it is impossible to remove heat from the solid cooling block 1 with light water in the steam generating pipe 2 due to a turbine trip or the like, the reactor is stopped by the passive control device 15 or the like. As long as it has the ability to remove the decay heat (less than about 10% of the calorific value during normal operation of the reactor).
It is not necessary to have the ability to remove 100% of the calorific value of the core 3 during normal operation.

【0100】図13及び図14に、本発明の固体冷却原
子炉5を高速中性子炉にした例を示す。
FIGS. 13 and 14 show examples in which the solid-cooled nuclear reactor 5 of the present invention is a fast neutron reactor.

【0101】液体ナトリウム冷却高速増殖炉と同様に、
U−Pu混合酸化物燃料をステンレス合金の被覆管内に
充填した燃料棒4を使用する。ただし、かかる燃料棒4
に限るものではなく、核燃料として例えば窒化物燃料や
金属燃料等を使用しても良く、被覆管の材料として例え
ばジルカロイ等を使用しても良い。なお、金属燃料を使
用する場合には、燃料の金属ウランや金属プルトニウム
と被覆管のステンレス中の鉄やNiが650℃程度以上
の温度で合金を作り溶けてしまう液層形成現象が発生す
る虞があるので、鉄,Niなどを含まないジルコニウ
ム,ジルカロイ等の被覆管の利用によりこれを防止する
必要がある。
As in the liquid sodium-cooled fast breeder reactor,
A fuel rod 4 in which a U-Pu mixed oxide fuel is filled in a stainless steel cladding tube is used. However, such fuel rod 4
However, the invention is not limited to this. For example, a nitride fuel or a metal fuel may be used as the nuclear fuel, and zircaloy or the like may be used as the material of the cladding tube. When a metal fuel is used, a liquid layer forming phenomenon may occur in which the metal uranium or plutonium of the fuel and iron or Ni in the stainless steel of the cladding tube form an alloy at a temperature of about 650 ° C. or higher and melt. Therefore, it is necessary to prevent this by using a cladding tube made of zirconium, zircaloy, or the like that does not contain iron, Ni, or the like.

【0102】なお、燃料棒4の装荷や取り出しは、上述
の熱中性子炉に適用した場合と同様に、発電所のサイト
では行わず、固体冷却原子炉5の製造時に装荷し、20
年〜60年程度の運転期間の終了後に固体冷却原子炉5
全体を専用取り扱い施設に運搬しそこで燃料棒4を取り
出す。
The loading and unloading of the fuel rods 4 is not carried out at the power plant site as in the case of the above-described thermal neutron reactor, but is loaded at the time of manufacturing the solid-cooled nuclear reactor 5.
After the operation period of about 60 years to 60 years, the solid-cooled reactor 5
The whole is transported to a special handling facility where the fuel rods 4 are taken out.

【0103】銅製の固体冷却ブロック1の燃料装荷部1
aから十分離れた位置に熱取り出し部1bとなる孔をあ
け、蒸気発生管2を挿入する。これにより、蒸気発生管
2内の軽水が炉心3の反応度に影響するのを防止する。
ただし、この場合には、蒸気発生管2が炉心3から十分
離れた位置に配置されているので、固体冷却ブロック1
が高温になった場合のボイド発生による原子炉の自己制
御性を期待することができない。しかしながら、この場
合には蒸気発生管2に低温の水が進入した場合の反応度
の印加の影響も考慮する必要が無くなる。なお、蒸気発
生管2内の流体として軽水を使用する代わりに、例えば
Heガス等のガス用いても良い。ガスは軽水に比べて高
速中性子を熱中性子に減速する能力に劣るため、蒸気発
生管2内の流体としてガスを用いる場合には蒸気発生管
2を炉心3に近い位置に設置することが可能になる。こ
のため、原子炉の設計の自由度が向上する。
Fuel loading section 1 of solid cooling block 1 made of copper
A hole serving as the heat extraction portion 1b is made at a position sufficiently distant from a, and the steam generating tube 2 is inserted. This prevents light water in the steam generating pipe 2 from affecting the reactivity of the reactor core 3.
However, in this case, since the steam generating pipe 2 is arranged at a position sufficiently distant from the core 3, the solid cooling block 1
It is not possible to expect the self-controllability of the reactor due to void generation when the temperature of the reactor becomes high. However, in this case, it is not necessary to consider the influence of the application of the reactivity when the low-temperature water enters the steam generating tube 2. Instead of using light water as the fluid in the steam generating pipe 2, a gas such as He gas may be used. Since gas is inferior to light water in its ability to decelerate fast neutrons to thermal neutrons, when gas is used as the fluid in the steam generation tube 2, the steam generation tube 2 can be installed at a position close to the reactor core 3. Become. Therefore, the degree of freedom in designing the reactor is improved.

【0104】本実施例では、固体冷却原子炉5を高速中
性子炉とした場合にも受動的制御装置15を設けてい
る。したがって、熱中性子炉とした場合と同様に、炉心
3の温度変化に応じて反応度を自動的に制御することが
できる。また、受動的制御装置15の中性子吸収体16
を炉心3に挿入することで原子炉5が停止するように設
計した場合には、タービントリップなどで蒸気発生管2
内の流体による固体冷却ブロック1の除熱が期待できな
くなり、固体冷却ブロック1の温度が上昇することで、
受動的制御装置15の中性子吸収体16が炉心3に移動
し原子炉5を自動的に停止させることができる。
In this embodiment, the passive control device 15 is provided even when the solid-cooled nuclear reactor 5 is a fast neutron reactor. Therefore, the reactivity can be automatically controlled according to the temperature change of the core 3 as in the case of the thermal neutron reactor. Also, the neutron absorber 16 of the passive control device 15
When the reactor 5 is designed to be stopped by inserting it into the core 3, the steam
Since the heat removal of the solid cooling block 1 by the fluid in the inside cannot be expected and the temperature of the solid cooling block 1 rises,
The neutron absorber 16 of the passive control device 15 can move to the core 3 and automatically shut down the reactor 5.

【0105】また、受動的制御装置15と安全棒装置2
4とを併設しても良い。高速中性子炉の運転時には固体
冷却ブロック1の温度は通常600℃〜800℃程度で
あり、固体冷却ブロック1として使用する銅の融点は1
084℃であるので、安全棒装置24の磁石体25とし
て、例えば850℃のキューリー点を有するアルニコ磁
石を使用する。固体冷却ブロック1の温度が上昇して安
全棒装置24の磁石体25の温度が850℃のキューリ
ー点に達すると、磁石体25により磁気吸着されていた
中性子吸収体16が落下し炉心3に負の反応度を挿入し
て原子炉を停止させる。このように受動的制御装置15
とは別系統の安全棒装置24を併設することで、より安
全性が向上する。
The passive control device 15 and the safety rod device 2
And 4 may be provided. During operation of the fast neutron reactor, the temperature of the solid cooling block 1 is usually about 600 ° C. to 800 ° C., and the melting point of copper used as the solid cooling block 1 is 1
Since the temperature is 084 ° C., for example, an alnico magnet having a Curie point of 850 ° C. is used as the magnet 25 of the safety rod device 24. When the temperature of the solid cooling block 1 rises and the temperature of the magnet body 25 of the safety rod device 24 reaches the Curie point of 850 ° C., the neutron absorber 16 magnetically attracted by the magnet body 25 falls and becomes negative in the reactor core 3. The reactor is shut down by inserting the reactivity. Thus, the passive control device 15
By installing a safety rod device 24 of a different system from that of the above, safety is further improved.

【0106】また、固体冷却原子炉5を高速中性子炉と
した場合にも、熱中性子炉の場合と同様に、制御棒29
に制限手段30を設けて良いことは勿論である。
Also, when the solid-cooled nuclear reactor 5 is a fast neutron reactor, the control rods 29 are used similarly to the case of the thermal neutron reactor.
It is a matter of course that the restricting means 30 may be provided in the.

【0107】また、この固体冷却原子炉5を燃料交換す
ることなく20年〜60年にわたり運転するためには、
長期的な燃料の燃焼欠損による反応度の低下への補償が
必要である。高速中性子炉の場合は炉内でプルトニウム
を増殖させることができるため、燃焼欠損による反応度
の低下を最小に設計する事が可能であるが、プルトニウ
ムの増殖に加えて、予め炉心3内に挿入しておいた中性
子吸収体39を必要に応じて数年〜数10年間隔で定期
的に少しずつ取り出すようにして燃料欠損による反応度
補償を行っている。なお、予め炉心3に設置しておく中
性子吸収体39としては、例えば鉄などの使用が可能で
ある。
In order to operate this solid-cooled nuclear reactor 5 for 20 to 60 years without refueling,
It is necessary to compensate for the decrease in reactivity due to long-term combustion loss of fuel. In the case of a fast neutron reactor, plutonium can be propagated in the reactor, so it is possible to design the reactor to minimize the decrease in reactivity due to combustion deficiency. The neutron absorber 39 is periodically removed little by little at intervals of several years to several tens of years as needed to compensate for reactivity due to fuel deficiency. In addition, as the neutron absorber 39 previously installed in the reactor core 3, for example, iron or the like can be used.

【0108】この固体冷却ブロック1の表面にも多数の
放熱フィン1cが設けられており、自然空冷能力を向上
させている点については、熱中性子炉と同様である。
A large number of radiating fins 1c are also provided on the surface of the solid cooling block 1 to improve the natural air cooling capacity, similarly to the thermal neutron reactor.

【0109】なお、上述の説明では、受動的制御装置1
5と安全棒装置24とを併設していたが、両方を一緒に
必ず設けなくても良く、どちらか一方のみの設置でも良
い。
In the above description, the passive control device 1
Although the safety rod device 5 and the safety rod device 24 are provided side by side, both need not necessarily be provided together, and only one of them may be provided.

【0110】[0110]

【発明の効果】以上説明したように請求項1記載の固体
冷却原子炉によると、炉心を固体冷却ブロックによって
冷却し、該固体冷却ブロックを介して炉心で発生する熱
を利用すると共に固体冷却ブロックの表面で自然対流に
よる流体で冷却するようにしているので、冷却材の喪失
が起こらず、たとえ熱利用側における固体冷却ブロック
からの熱の取り出しが無くなった場合であっても、固体
冷却ブロックはその表面で放熱を行うので冷却機能を完
全に喪失することはなく、炉心を冷却し続けることがで
きる。即ち、冷却材を喪失したり炉心の冷却機能を喪失
することがなく、原子炉の固有安全性をより一層向上さ
せることができる。また、緊急時炉心冷却系(ECC
S)や余熱除去系などの安全施設が不要となり、原子炉
の設備が簡素化されてコストを低減することができる。
As described above, according to the solid-cooled nuclear reactor of the first aspect, the core is cooled by the solid-state cooling block, the heat generated in the core is utilized through the solid-state cooling block, and the solid-state cooling block is used. The surface is cooled by a fluid by natural convection, so that no loss of coolant occurs and even if heat is not taken out from the solid cooling block on the heat utilization side, the solid cooling block is Since heat is radiated on the surface, the cooling function is not completely lost, and the core can be continuously cooled. That is, it is possible to further improve the intrinsic safety of the reactor without losing the coolant or the cooling function of the core. In addition, emergency core cooling system (ECC
Safety facilities such as S) and a residual heat removal system are not required, so that the equipment of the nuclear reactor can be simplified and the cost can be reduced.

【0111】また、固体冷却ブロックが核燃料が充填さ
れた燃料要素を密封しているので、固体冷却ブロックを
圧力容器として機能させることができる。このため、圧
力容器が不要となり、原子炉の構造を簡素化することが
できる。
Further, since the solid cooling block seals the fuel element filled with the nuclear fuel, the solid cooling block can function as a pressure vessel. For this reason, a pressure vessel becomes unnecessary, and the structure of the nuclear reactor can be simplified.

【0112】また、請求項2あるいは3に記載の固体冷
却原子炉によると、仮に固体冷却ブロック内を通過する
冷却材による固体冷却ブロックの除熱が不可能になった
としても、固体冷却ブロックはその表面から周囲の流体
に放熱して冷却されるため冷却機能を完全に喪失するこ
とはない。しかも、自然対流による冷却なので、冷却流
体を循環させるポンプやファンなどの装置が不要である
と共に、これらが停電等により停止した場合に備える更
なる安全装置も不要となる。
Further, according to the solid-cooled nuclear reactor according to the second or third aspect, even if it becomes impossible to remove heat from the solid-cooled block by the coolant passing through the solid-cooled block, the solid-cooled block cannot be removed. Since the heat is released from the surface to the surrounding fluid to be cooled, the cooling function is not completely lost. In addition, since cooling is performed by natural convection, devices such as a pump and a fan for circulating a cooling fluid are not required, and further safety devices provided when these are stopped due to a power failure or the like are not required.

【0113】特に、請求項2記載の固体冷却原子炉によ
ると、冷却能力が空冷よりも遙かに大きくなるので、原
子炉の熱出力を空冷による自然放熱の原子炉よりも大き
くできる。しかも、液体をプールに蓄えておくことで、
配管破断のように流体を喪失することがない。更に、こ
の場合、固体冷却ブロックが液中に沈められ火災のおそ
れがないため、固体冷却ブロックとして黒鉛を使用する
ことができる。黒鉛は熱中性子の吸収断面積が小さく、
熱中性子の経済性が良好である。また、金属製の固体冷
却ブロックを使用する場合には、火災の虞がないので、
水冷に限らず空冷によっても冷却可能である。
In particular, according to the solid-cooled nuclear reactor of the second aspect, the cooling capacity is much larger than that of the air-cooled reactor, so that the heat output of the reactor can be made larger than that of the natural-cooled nuclear reactor by the air-cooled reactor. Moreover, by storing the liquid in the pool,
There is no loss of fluid like a pipe break. Furthermore, in this case, since the solid cooling block is submerged in the liquid and there is no risk of fire, graphite can be used as the solid cooling block. Graphite has a small thermal neutron absorption cross section,
Good economics of thermal neutrons. In addition, when using a solid cooling block made of metal, there is no risk of fire.
It can be cooled not only by water cooling but also by air cooling.

【0114】また、請求項6記載の固体冷却原子炉によ
ると、固体冷却ブロックに伝えられた熱が冷却材パス内
を流れる冷却材に伝達されて発電用あるいは駆動用など
の熱源として固体冷却ブロックの外に取り出されるの
で、炉心の出力を冷却材パスを使って循環する冷却材の
冷却能力に応じた値とできる。即ち、大出力の原子炉と
できる。しかも、その場合においても、冷却材の循環が
何らかの理由により停止した時、例えば、タービントリ
ップなどで冷却材パス例えば蒸気発生管からの熱の除去
が無くなった場合でも、炉心の崩壊熱や余熱は固体冷却
ブロックの表面からの放熱による冷却で十分に徐熱でき
る。
According to the solid-cooled nuclear reactor of the sixth aspect, the heat transmitted to the solid-cooled block is transmitted to the coolant flowing in the coolant path to be used as a heat source for power generation or driving. Therefore, the power of the core can be set to a value corresponding to the cooling capacity of the coolant circulating using the coolant path. That is, it can be a high-power reactor. Moreover, even in this case, when the circulation of the coolant is stopped for some reason, for example, even if the removal of heat from the coolant path, for example, the steam generating pipe due to a turbine trip or the like is lost, the decay heat and the residual heat of the core are not reduced. Sufficient gradual heating can be achieved by cooling by heat radiation from the surface of the solid cooling block.

【0115】また、請求項7記載の固体冷却原子炉によ
ると、固体冷却ブロックを介して取り出される炉心の熱
を直接利用して発電できる。しかも、熱電変換素子によ
る固体冷却ブロックの除熱が不可能になったとしても、
固体冷却ブロックはその表面から放熱して冷却されるた
め冷却機能を完全に喪失することもない。
Further, according to the solid-cooled nuclear reactor according to the seventh aspect, power can be generated by directly using the heat of the core taken out through the solid-cooled block. Moreover, even if it becomes impossible to remove the heat of the solid cooling block by the thermoelectric conversion element,
Since the solid cooling block is cooled by radiating heat from its surface, the cooling function is not completely lost.

【0116】また、請求項8記載の固体冷却原子炉によ
ると、炉心から洩れた放射線を利用してプール内の流体
通路を流れる流体にも放射線を照射して、例えばラジオ
アイソトープを製造したり、流体を加熱してその熱を利
用したり、水素製造を行ったりすることができる。
According to the solid-cooled nuclear reactor of the eighth aspect, the fluid flowing through the fluid passage in the pool is irradiated with the radiation utilizing the radiation leaked from the reactor core, for example, to produce a radioisotope, The fluid can be heated to use the heat, or hydrogen can be produced.

【0117】また、請求項9記載の固体冷却原子炉によ
ると、制御棒の挿脱による急激な反応度の変化を防止す
ることができ、構造的に反応度事故を防止することがで
きる。
Further, according to the solid-cooled nuclear reactor of the ninth aspect, it is possible to prevent a sudden change in reactivity due to the insertion and removal of the control rod, and to structurally prevent a reactivity accident.

【0118】また、請求項10記載の固体冷却原子炉に
よると、固体冷却ブロックの温度が異常に上昇し変形の
設定温度に達したときに、駆動部材が第1の形状から第
2の形状に変形して中性子吸収体を炉心内に移動させる
ため、炉心に負の反応度が挿入され、出力が減少する。
そして、出力の減少により固体冷却ブロックの温度が低
下すると、駆動部材の形状が第2の形状から第1の形状
に戻り中性子吸収体を炉心から引き抜き、反応度を上昇
させて出力を増加させる。このように炉心の温度の上下
変動に応じて反応度が受動的に制御される。
According to the solid-cooled nuclear reactor of the tenth aspect, when the temperature of the solid-cooled block rises abnormally and reaches a set temperature for deformation, the drive member changes from the first shape to the second shape. Since the neutron absorber is deformed and moved into the core, a negative reactivity is inserted into the core, and the power is reduced.
Then, when the temperature of the solid cooling block decreases due to the decrease in output, the shape of the driving member returns from the second shape to the first shape, the neutron absorber is pulled out of the reactor core, the reactivity is increased, and the output is increased. In this way, the reactivity is passively controlled according to the vertical fluctuation of the core temperature.

【0119】また、請求項11記載の固体冷却原子炉に
よると、固体冷却ブロックの温度が磁石体のキューリー
点まで上昇することがない通常運転時には、中性子吸収
体は炉心の上方に吊り下げられているが、炉心の温度が
異常上昇した場合には中性子吸収体を磁気吸着している
磁石体が磁性を失うので、中性子吸収体を炉心に落下さ
せて原子炉を停止させることができる。
According to the solid-cooled nuclear reactor of the eleventh aspect, during a normal operation in which the temperature of the solid-cooled block does not rise to the Curie point of the magnet, the neutron absorber is suspended above the core. However, when the temperature of the core rises abnormally, the magnet that magnetically attracts the neutron absorber loses magnetism, so that the reactor can be shut down by dropping the neutron absorber into the core.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明を適用した固体冷却原子炉の第1の実施
形態を示し、原子炉を熱中性子炉にした場合の概念図で
ある。
FIG. 1 shows a first embodiment of a solid-cooled nuclear reactor to which the present invention is applied, and is a conceptual diagram in a case where the reactor is a thermal neutron reactor.

【図2】本発明を適用した固体冷却原子炉の第2の実施
形態を示し、原子炉を高速中性子炉にした場合の概念図
である。
FIG. 2 is a conceptual diagram showing a second embodiment of a solid-cooled nuclear reactor to which the present invention is applied, in which the reactor is a fast neutron reactor.

【図3】本発明を適用した原子力プラントの第1の実施
形態を示す概念図である。
FIG. 3 is a conceptual diagram showing a first embodiment of a nuclear power plant to which the present invention is applied.

【図4】本発明を適用した固体冷却原子炉の第3の実施
形態を示し、熱交換手段として熱電変換素子を使用した
場合の概念図である。
FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating a third embodiment of a solid-cooled nuclear reactor to which the present invention is applied, in which a thermoelectric conversion element is used as a heat exchange unit.

【図5】本発明適用した原子力プラントの第2の実施形
態を示し、固体冷却原子炉をモジュール化して複数のモ
ジュールを設置した場合の概念図である
FIG. 5 is a conceptual diagram showing a second embodiment of a nuclear power plant to which the present invention is applied, in which a solid-cooled nuclear reactor is modularized and a plurality of modules are installed.

【図6】本発明の固体冷却原子炉を熱中性子炉にした例
を示す概念図である。
FIG. 6 is a conceptual diagram showing an example in which the solid-cooled nuclear reactor of the present invention is a thermal neutron reactor.

【図7】図6の熱中性子炉の燃料棒や蒸気発生管等の配
置関係を示す概念図である。
FIG. 7 is a conceptual diagram showing an arrangement relationship of fuel rods, steam generating tubes, and the like of the thermal neutron reactor of FIG.

【図8】受動的制御装置を示す縦断面図である。FIG. 8 is a longitudinal sectional view showing a passive control device.

【図9】安全棒装置を示す縦断面図である。FIG. 9 is a longitudinal sectional view showing a safety rod device.

【図10】制御棒を示す縦断面図である。FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing a control rod.

【図11】制限手段を示す概念図である。FIG. 11 is a conceptual diagram showing a limiting unit.

【図12】反応度を補償する減速材チューブを示す縦断
面図である。
FIG. 12 is a longitudinal sectional view showing a moderator tube for compensating the reactivity.

【図13】本発明の固体冷却原子炉を高速中性子炉にし
た例を示す概念図である。
FIG. 13 is a conceptual diagram showing an example in which the solid-cooled nuclear reactor of the present invention is a fast neutron reactor.

【図14】図13の高速中性子炉の燃料棒や蒸気発生管
等の配置関係を示す概念図である。
FIG. 14 is a conceptual diagram showing an arrangement relationship of fuel rods, steam generating tubes, and the like of the fast neutron reactor of FIG.

【図15】本発明の固体冷却原子炉を暖房用熱源等とし
て利用可能な多目的原子炉として構成した実施形態を示
す概念図である。
FIG. 15 is a conceptual diagram showing an embodiment in which the solid-cooled nuclear reactor of the present invention is configured as a multipurpose reactor that can be used as a heating heat source or the like.

【図16】本発明を適用した固体冷却原子炉の第4の実
施形態を示し、その固体冷却原子炉を備えた原子力プラ
ントの概念図である。
FIG. 16 shows a fourth embodiment of a solid-cooled nuclear reactor to which the present invention is applied, and is a conceptual diagram of a nuclear power plant provided with the solid-cooled nuclear reactor.

【図17】固体冷却原子炉をBWRとした場合の燃料ユ
ニットを示す縦断面図である。
FIG. 17 is a longitudinal sectional view showing a fuel unit when the solid-cooled nuclear reactor is a BWR.

【図18】固体冷却原子炉をBWRとした場合の燃料ユ
ニットを示す横断面図である。
FIG. 18 is a cross-sectional view showing a fuel unit when the solid-cooled nuclear reactor is a BWR.

【図19】固体冷却原子炉をBWRとした場合の燃料ユ
ニットの配置を示す概念図である。
FIG. 19 is a conceptual diagram showing the arrangement of fuel units when the solid-cooled nuclear reactor is a BWR.

【図20】通常時及び崩壊熱除去次の燃料ユニット内の
温度分布を示す図である。
FIG. 20 is a diagram showing a temperature distribution in the fuel unit at normal time and after decay heat removal.

【図21】本発明を適用した固体冷却原子炉の第5の実
施形態を示す概念図である。
FIG. 21 is a conceptual diagram showing a fifth embodiment of a solid-cooled nuclear reactor according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 固体冷却ブロック 1a 燃料装荷部 1b 熱取り出し部 2 熱交換手段 3 炉心 4 核燃料を充填した燃料棒(燃料要素) 15 受動的制御装置 16 中性子吸収体 17 駆動部材 24 安全棒装置 25 磁石体 29 制御棒 30 制限手段 41 固体冷却ブロック 41a 燃料装荷部 41b 熱取り出し部 42 熱交換手段 43 炉心 44 核燃料を充填した燃料棒 45 固体冷却原子炉 57 原子炉プール 68 放射線照射を受ける流体通路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Solid cooling block 1a Fuel loading part 1b Heat extraction part 2 Heat exchange means 3 Core 4 Fuel rod (fuel element) filled with nuclear fuel 15 Passive control device 16 Neutron absorber 17 Drive member 24 Safety rod device 25 Magnet 29 Control Rod 30 Limiting means 41 Solid cooling block 41a Fuel loading part 41b Heat extraction part 42 Heat exchange means 43 Core 44 Fuel rod filled with nuclear fuel 45 Solid cooling reactor 57 Reactor pool 68 Fluid passage to be irradiated

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G21C 9/02 G21C 15/04 S 15/04 G21D 7/04 G21D 7/04 G21C 9/02 M ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI Theme coat ゛ (Reference) G21C 9/02 G21C 15/04 S 15/04 G21D 7/04 G21D 7/04 G21C 9/02 M

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 燃料要素を該燃料要素と直接接触する熱
伝導性の固体冷却ブロックで封じ込め該固体冷却ブロッ
クを介して前記燃料要素の熱を取り出すようにすると共
に前記燃料要素が前記固体冷却ブロックを溶融すること
のない出力密度の炉心を構成する一方、前記固体冷却ブ
ロックをその周囲の流体の自然対流で冷却して徐熱する
ようにしていることを特徴とする固体冷却原子炉。
1. A fuel element is enclosed by a heat-conductive solid cooling block which is in direct contact with the fuel element, and heat of the fuel element is extracted through the solid cooling block. A solid-cooled nuclear reactor comprising a core having a power density that does not melt the solid-cooled block and cooling the solid-cooled block by natural convection of the surrounding fluid to gradually heat the solid-cooled block.
【請求項2】 前記固体冷却ブロックは炉心の余熱や崩
壊熱を除去するに十分な量のプール内の液中に沈めら
れ、前記液体の自然対流により冷却されることを特徴と
する請求項1記載の固体冷却原子炉。
2. The solid cooling block is submerged in a sufficient amount of liquid in a pool to remove residual heat and decay heat of the core, and cooled by natural convection of the liquid. A solid-cooled nuclear reactor as described.
【請求項3】 前記固体冷却ブロックはその表面での自
然対流により空冷されることを特徴とする請求項1記載
の固体冷却原子炉。
3. The solid-cooled nuclear reactor according to claim 1, wherein said solid-cooled block is air-cooled by natural convection on its surface.
【請求項4】 前記固体冷却ブロックは金属であること
を特徴とする請求項2また3記載の固体冷却原子炉。
4. The solid-cooled nuclear reactor according to claim 2, wherein said solid-cooled block is made of metal.
【請求項5】 前記固体冷却ブロックは黒鉛であること
を特徴とする請求項2記載の固体冷却原子炉。
5. The solid-cooled nuclear reactor according to claim 2, wherein said solid-cooled block is graphite.
【請求項6】 前記固体冷却ブロックには該ブロック内
を貫通し冷却材を循環させる冷却材パスが設けられ、前
記パス内を流れる冷却材によって前記燃料要素の熱が取
り出され前記炉心が冷却されると共に取り出された熱が
発電や動力源等として利用されることを特徴とする請求
項1から5のいずれかに記載の固体冷却原子炉。
6. The solid cooling block is provided with a coolant path that penetrates through the block and circulates a coolant, and the coolant flowing in the path extracts heat of the fuel element and cools the core. The solid-cooled nuclear reactor according to any one of claims 1 to 5, wherein the extracted heat is used as power generation, a power source, and the like.
【請求項7】 前記固体冷却ブロックには熱電変換素子
が取り付けられ、前記固体冷却ブロックを介して取り出
される前記炉心の熱を直接利用して発電されることを特
徴とする請求項1から5のいずれかに記載の固体冷却原
子炉。
7. The solid-state cooling block according to claim 1, wherein a thermoelectric conversion element is attached to said solid-state cooling block, and power is generated by directly utilizing heat of said core taken out through said solid-state cooling block. A solid-cooled nuclear reactor according to any one of the above.
【請求項8】 前記固体冷却ブロックが沈められている
液中に放射線照射を受ける流体通路を設け、当該流体通
路に放射化又は加熱する流体を流すことを特徴とする請
求項2記載の固体冷却原子炉。
8. The solid cooling device according to claim 2, wherein a fluid passage for receiving radiation is provided in the liquid in which the solid cooling block is submerged, and a fluid to be activated or heated flows through the fluid passage. Reactor.
【請求項9】 制御棒と、該制御棒の引き抜き速度を設
定速度以下に制限する制限手段を備えることを特徴とす
る請求項1から8のいずれかに記載の固体冷却原子炉。
9. The solid-cooled nuclear reactor according to claim 1, further comprising a control rod, and a restricting means for restricting a drawing speed of the control rod to a set speed or less.
【請求項10】 前記固体冷却ブロックには温度変化に
応じて反応度を増減する受動的制御装置が取り付けられ
ており、前記受動的制御装置は、中性子吸収体と、該中
性子吸収体に接続され温度変化によって変形する駆動部
材とを備え、前記駆動部材は、前記中性子吸収体を炉心
の外に位置させる第1の形状と、前記中性子吸収体を炉
心内に移動させる第2の形状とを有し、且つ前記固体金
属冷却材の温度が設定温度以上に上昇すると第1の形状
から第2の形状に変形することを特徴とする請求項1か
ら9のいずれかに記載の固体冷却原子炉。
10. The solid cooling block is provided with a passive control device for increasing or decreasing the reactivity in response to a temperature change, wherein the passive control device is connected to the neutron absorber and the neutron absorber. A driving member that is deformed by a change in temperature, the driving member having a first shape for positioning the neutron absorber outside the core, and a second shape for moving the neutron absorber into the core. The solid-cooled nuclear reactor according to any one of claims 1 to 9, wherein when the temperature of the solid metal coolant rises above a set temperature, the solid-metal coolant is deformed from the first shape to the second shape.
【請求項11】 前記固体冷却ブロックには温度上昇に
応じて反応度を減少させる安全棒装置が取り付けられて
おり、前記安全棒装置は、中性子吸収体と、該中性子吸
収体を磁気吸着して炉心の上方に吊した状態で支持する
磁石体を備え、前記磁石体は、前記固体金属冷却材の原
子炉運転時における通常の温度よりも高く且つ前記固体
金属冷却材の融点よりも低い温度のキューリー点を有し
ていることを特徴とする請求項1から10のいずれかに
記載の固体冷却原子炉。
11. A safety rod device for reducing the reactivity in response to a rise in temperature is attached to the solid cooling block. The safety rod device includes a neutron absorber and a magnetic adsorption of the neutron absorber. A magnet body supported in a state of being suspended above the core, wherein the magnet body has a temperature higher than a normal temperature of the solid metal coolant during a reactor operation and lower than a melting point of the solid metal coolant. The solid-cooled nuclear reactor according to any one of claims 1 to 10, wherein the reactor has a Curie point.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101482018B1 (en) * 2013-11-15 2015-01-14 한국원자력연구원 Space Power Reactor
JP2018151361A (en) * 2017-03-15 2018-09-27 株式会社東芝 Thermal neutron reactor core and method of designing thermal neutron reactor core
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