JP2004233259A

JP2004233259A - 原子炉圧力容器保護装置および原子炉圧力容器保護方法

Info

Publication number: JP2004233259A
Application number: JP2003024171A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Shirakawa; 典幸白川; Hideki Horie; 英樹堀江; Katsuhiko Nakahara; 克彦中原; Hirohide Oikawa; 弘秀及川
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2003-01-31
Filing date: 2003-01-31
Publication date: 2004-08-19

Abstract

【課題】原子炉圧力容器底部に落下した溶融デブリを効率よく冷却できるような原子炉圧力容器保護装置を提供する。
【解決手段】原子炉圧力容器の底部に設けられ、炉心が溶融した場合に生じる溶融デブリを保持する原子炉圧力容器保護装置であって、原子炉圧力容器の底部に溶融デブリの融点よりも低い融点を持つ低融点金属の層を配置する。低融点金属の層は、複数の低融点金属の塊を並べたものでもよい。低融点金属の層は、複数の低融点金属の塊を並べた層を複数有してもよい。低融点金属の層は、原子炉圧力容器の底部に配置された低融点金属の容器と、低融点金属の容器内に充填された低融点金属の粉末とからなるものでもよい。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子炉圧力容器の保護装置および保護方法に関し、特に、炉心溶融を想定したときにも原子炉圧力容器の健全性を保ちうるような保護装置および保護方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の典型的な軽水炉では、例えば特許文献１に記載されているように、炉心が原子炉圧力容器内に収容され、この原子炉圧力容器が原子炉格納容器内に収容されている。ここで、何らかの原因（シビアアクシデント）によって炉心が過熱して溶融崩壊し、高温の溶融デブリ（炉心溶融物）が原子炉圧力容器内底部に落下することを想定する。この場合、溶融デブリは原子炉圧力容器底部に残存する原子炉冷却水によって自然循環冷却する。
なお、高速炉における高温の溶融デブリを炉心下方で受けとめて保持するコアキャッチャの構造例が特許文献２等に開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−６４５６５号公報
【特許文献２】
特開昭５２−７０２９４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
溶融デブリの原子炉冷却材による冷却効率は、溶融デブリの表面形状や溶融デブリ内の空孔等に大きく依存する。また高温の溶融デブリが原子炉圧力容器内底部に落下した場合、原子炉圧力容器の溶融デブリに接する部分は局所的な熱負荷のために大きな熱応力が発生し、原子炉圧力容器の健全性を損なう可能性がある。こうした不確定要素のために炉心溶融時にも原子炉圧力容器の健全性を確保するためには原子炉圧力容器設計において大きな安全裕度が必要となる。
【０００５】
本発明は、原子炉圧力容器底部に落下した溶融デブリを効率よく冷却できるような原子炉圧力容器のための保護装置および保護方法を提供し、これによって原子炉の安全性をより高めることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するものであって、請求項１記載の発明は、炉心を収容して保持する原子炉圧力容器の底部に設けられ、前記炉心が溶融した場合に生じる溶融デブリを保持する原子炉圧力容器保護装置において、前記原子炉圧力容器の底部に前記溶融デブリの融点よりも低い融点を持つ低融点金属の層を配置することを特徴とする。
【０００７】
また、請求項６の発明は、原子炉圧力容器の内部に炉心を収容し、また、原子炉圧力容器の底部に、低融点金属の層を有する原子炉圧力容器保護装置を配置する工程と、前記炉心が溶融する事故が発生した場合に、溶融デブリが落下して前記低融点金属の層に接触する接触工程と、前記接触工程に伴って、前記低融点金属が溶融する工程と、前記溶融した低融点金属中で前記落下した溶融デブリを保持する工程と、を有する原子炉圧力容器保護方法である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１から図３を参照して、本発明に係る原子炉圧力容器保護装置の第１の実施の形態を説明する。図１は本発明が適用される原子炉圧力容器およびこれを格納する原子炉格納容器の例を示す縦断面図である。また、図２は、図１の原子炉圧力容器保護装置付近を拡大して示す縦断面図である。
【０００９】
図１は、沸騰水型原子炉のいわゆるＭａｒｋ−ＩＩ型原子炉格納容器２０を示している。この原子炉格納容器２０は、炉心８を内包する原子炉圧力容器１と、この原子炉圧力容器１を包囲するドライウェル２と、ドライウェル２の下方に設けられた圧力抑制室４とから構成されている。圧力抑制室４内部には圧力抑制プール３がある。
【００１０】
ドライウェル２と圧力抑制室４とはダイアフラムフロア６によって仕切られている。ダイアフラムフロア６には垂直ベント管５が連通して設けられており、垂直ベント管５の上端はドライウェル２内に開口され、垂直ベント管５の下端は圧力抑制プール３中に没している。垂直ベント管５によって、ドライウェル２と圧力抑制室４が連絡している。
【００１１】
垂直ベント管５の気相部には真空破壊弁７が取り付けられている。真空破壊弁７は、通常は閉状態で、ドライウェル内圧力が急激に上昇して設定値以上となった場合に開く。なお、図中の矢印は、凝縮されていない蒸気や非凝縮性ガスの流れを示している。
【００１２】
原子炉圧力容器１の底部９内面には、図２にも示すように、原子炉圧力容器保護装置としての低融点金属層（タイル）１０が貼り付けられている。低融点金属層の材料は、溶融デブリ（２８００Ｋ程度）よりも融点が低いものであり、例えば銅あるいは鉛等である。銅の融点は１３５７Ｋ、銅の熱伝導度は３９８Ｗ／ｍ／Ｋであり、鉛の融点は６００Ｋ、鉛の熱伝導度は３５Ｗ／ｍ／Ｋである。
【００１３】
原子炉の通常運転時は、図２に示すように、低融点金属のタイル１０は原子炉圧力容器１の底部９内面に貼り付けられた状態になっている。シビアアクシデント時には、図３に示すように、炉心８から落下する溶融デブリ１２により低融点金属のタイル１０は溶融金属１１となる。
【００１４】
低融点金属の密度が大きいものを選定すれば、デブリ１２が少量であればデブリ１２はこれに浮いた状態で保持される。デブリ１２が大量であれば図３のようになるが、デブリ１２の熱エネルギーは、溶融金属１１により原子炉圧力容器１の底部９に伝熱され、原子炉圧力容器１の底部９が非常用炉心冷却系等により冷却されることにより、効率良く除熱される。
さらに、原子炉圧力容器底部９は一様な温度になるため、局所熱応力の発生を防ぐことができる。
【００１５】
低融点金属タイル１０は、シビアアクシデント時には図３のように溶融デブリ１２からの伝熱により溶融金属１１となり原子炉圧力容器内部底面９ａに拡がる。効率的な除熱によって短時間に溶融デブリ１２が冷却されることにより、核分裂生成物の拡散を最低限にとどめることができるとともに、溶融デブリ１２が溶融金属１１に覆われることにより放射能の遮蔽効果を高めることができる。
【００１６】
次に、図４〜６を参照して、本発明に係る原子炉圧力容器保護装置の他の実施の形態を説明する。ただし、第１の実施の形態と共通または類似の部分には同一の符号を付して重複説明は省略する。
【００１７】
図４は、本発明に係る原子炉圧力容器保護装置の第２の実施の形態を示す。この実施の形態では、低融点金属１３を複数個の球状のものとして、これらを原子炉圧力容器１の底部９の内面９ａに敷き詰める。これにより、低融点金属１３とデブリ（図示せず）との接触面積を増加させ、その溶融時間を速めることができる。なお、低融点金属１３は必ずしも球状でなくともよく、種々の塊形状がありうる。
【００１８】
図５は、本発明に係る原子炉圧力容器保護装置の第３の実施の形態を示す。この実施の形態では、複数の球状の低融点金属１３を原子炉圧力容器１の底部９の内面９ａ上に複数の層状に積み重ねる。これにより、低融点金属１３とデブリ（図示せず）との接触面積を増加させその溶融時間を速めることができるとともに、デブリ落下とともにデブリが低融点金属層の間隙を水平方向に広がっていくので、デブリの持つ熱エネルギーを拡散させることができる。
【００１９】
図６は、本発明に係る原子炉圧力容器保護装置の第４の実施の形態を示す。この実施の形態では、原子炉圧力容器１の底部９の内面９ａ上に、低融点金属板で形成された容器１４を設け、その容器１４の内側に粉末状の低融点金属１５を充填する。シビアアクシデント時、容器１４と溶融デブリ（図示せず）との接触によって、その容器１４が溶融し、これにより、容器１４の内側にあった粉末状の低融点金属１５が流出する。これによって、溶融デブリと粉末状の低融点金属１５が接触し、その溶融速度を速めることができる。
【００２０】
なお、図６では低融点金属容器１４を、原子炉圧力容器１の底部９内面の形状に適合する一つの容器として示しているが、これを複数の容器としてもよい。さらに、図４または図５に示す複数個の球状（塊状）の低融点金属１３それぞれを、殻状の低融点金属容器とその内部に充填した粉末状の低融点金属から構成することも可能である。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば原子炉の炉心溶融時に炉心から原子炉圧力容器底部に溶融デブリが落下した場合に、溶融デブリと原子炉圧力容器底部内面の間に低融点金属を介在させることにより溶融デブリの熱を低融点金属全体に拡散し効率よく溶融デブリを冷却することができる。また溶融デブリの熱は低融点金属によって原子炉圧力容器底部全体に一様に伝わるため、原子炉圧力容器底部に局所的な熱の集中による熱応力の発生を抑制することができる。
【００２２】
さらに溶融デブリを効率よく冷却できるため溶融デブリからの核分裂生成物の発生を抑制できる。さらにまた、溶融デブリを低融点金属中に保持することにより溶融デブリからの放射線を遮蔽することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る原子炉圧力容器保護装置の第１の実施の形態を配置した原子炉格納容器の全体縦断面図。
【図２】図１の原子炉圧力容器保護装置付近の拡大縦断面図。
【図３】溶融デブリが落下した状態における図２に対応する縦断面図。
【図４】本発明に係る原子炉圧力容器保護装置の第２の実施の形態を示す縦断面図。
【図５】本発明に係る原子炉圧力容器保護装置の第３の実施の形態を示す縦断面図。
【図６】本発明に係る原子炉圧力容器保護装置の第４の実施の形態を示す縦断面図。
【符号の説明】
１…原子炉圧力容器、２…ドライウェル、３…圧力抑制プール、４…ウエットウェル、５…ベント管、６…ダイアフロムフロア、７…真空破壊弁、８…原子炉炉心、９…原子炉圧力容器の底部、９ａ…底部内面、１０…低融点金属タイル、１１…溶融金属、１２…溶融デブリあるいは固化したクラスト、１３…球状の低融点金属、１４…低融点金属容器、１５…粉末状の低融点金属、２０…原子炉格納容器。

Claims

炉心を収容して保持する原子炉圧力容器の底部に設けられ、前記炉心が溶融した場合に生じる溶融デブリを保持する原子炉圧力容器保護装置において、
前記原子炉圧力容器の底部に前記溶融デブリの融点よりも低い融点を持つ低融点金属の層を配置することを特徴とする原子炉圧力容器保護装置。
請求項１記載の原子炉圧力容器保護装置において、前記低融点金属の層の少なくとも一部は、複数の低融点金属の塊を並べたものであることを特徴とする原子炉圧力容器保護装置。
請求項２記載の原子炉圧力容器保護装置において、前記低融点金属の層は、複数の低融点金属の塊を並べた層を複数有することを特徴とする原子炉圧力容器保護装置。
請求項１記載の原子炉圧力容器保護装置において、前記低融点金属の層は、前記原子炉圧力容器の底部に配置された低融点金属の容器と、この低融点金属の容器内に充填された低融点金属の粉末とを有することを特徴とする原子炉圧力容器保護装置。
請求項４記載の原子炉圧力容器保護装置において、前記低融点金属の容器は、前記原子炉圧力容器の底部に敷き詰められた複数個の容器であることを特徴とする原子炉圧力容器保護装置。
原子炉圧力容器の内部に炉心を収容し、また、原子炉圧力容器の底部に、低融点金属の層を有する原子炉圧力容器保護装置を配置する工程と、
前記炉心が溶融する事故が発生した場合に、溶融デブリが落下して前記低融点金属の層に接触する接触工程と、
前記接触工程に伴って、前記低融点金属が溶融する工程と、
前記溶融した低融点金属中で前記落下した溶融デブリを保持する工程と、
を有する原子炉圧力容器保護方法。