JP2011080886A - 反射体制御方式の高速炉およびそれに用いる反射体 - Google Patents

Abstract

【課題】高速炉の反射体のキャビティ部の信頼性を向上させる。
【解決手段】反射体制御方式の高速炉に用いる反射体に、中性子反射部とその中性子反射部の上端に設けられたキャビティ部４２を設ける。キャビティ部４２は、分割構造材４４によって複数の区画に仕切られている。これらの区画のうち一部は、Ｈｅなどを充填して、高速中性子の反射能力が冷却材よりも小さい。他の区画は、Ｂ_４Ｃなどを配置することにより、高速中性子の反射能力が冷却材以下または中性子吸収能力が冷却材以上とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、反射体制御方式の高速炉およびそれに用いる反射体に関する。

液体金属を冷却材とする高速炉において、中性子の漏れ量を制御することによって炉心の反応度を制御する方法がある。炉心からの中性子の漏れ量は、たとえば炉心外に設けた反射体を駆動することによって制御される（たとえば特許文献１参照）。

このような反射体制御方式の高速炉には、中性子反射部と、この中性子反射部の上部に中性子反射部と一体に設けられたキャビティ部から構成される反射体が、炉心および炉心槽を取り囲むように配設されたものがある（たとえば特許文献２参照）。キャビティ部は中空の箱体で構成され、キャビティ部の中空部は、一次冷却材よりも中性子反射能力が劣るガス雰囲気か、あるいは真空とされている。また、中性子反射部の上部には、駆動軸を介して反射体駆動装置が接続されている。反射体にキャビティ部を設けると、炉心槽の外側が一次冷却材で満たされている場合に比べて、炉心の反応度が抑制され、その分燃料濃縮度を高めて炉心の反応度寿命の長期化を図ることができる。

特許文献３には、軸方向にウランの濃縮度分布を持たせた燃料を用いた高速炉が開示されている。

特許第２８９２８２４号公報 特許第３１２６５０２号公報 特開２００５−３３７８９８号公報

反射体制御方式の高速炉内の一次冷却材の温度は、たとえば約３５０℃〜約５００℃である。一次冷却材の温度は、場所によって温度差が生じており、炉心近傍では約５００℃、中性子遮蔽体近傍では約３５０℃になっている。このため、炉心槽と隔壁の間の一次冷却材には、約１５０℃の温度差がある。さらに、一次冷却材が炉心を通過する際に約３５０℃から約５００℃まで温められるため、炉心槽は軸方向に約１５０℃の温度差が生じている。

このため、反射体にも、半径方向および軸方向に温度差が生じることが想定される。この温度差に伴って、熱応力やクリープが発生してキャビティ部が損傷してしまうと、キャビティ部の中空部に冷却材が流入することも考えられる。その場合、中空部の気体または真空が冷却材に置換されることでキャビティ部の中性子反射能力が上昇し、炉心に反応度を加えられてしまう可能性がある。

そこで、本発明は、反射体制御方式の高速炉に用いられる反射体のキャビティ部の信頼性を向上させることを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明は、液体の冷却材を収容する原子炉容器と、前記原子炉容器に収納されて前記冷却材に浸された柱状の炉心と、中性子を反射する中性子反射部と前記中性子反射部の前記炉心の軸方向の一方の端部に固定されて、内部が少なくとも第１の区画および第２の区画に仕切られて、前記第１の区画は前記冷却材よりも高速中性子の反射能力が小さく、前記第２の区画は高速中性子の反射能力が前記冷却材以下かつ前記第１の区画よりも大きいかまたは中性子吸収能力が前記冷却材以上であるかのいずれかである、キャビティ部とを備えて前記炉心を囲み前記冷却材に浸されて前記炉心の軸方向に移動可能に設けられた反射体と、を有することを特徴とする。

また、本発明は、液体の冷却材を収容する原子炉容器と、前記原子炉容器に収納されて前記冷却材に浸された柱状の炉心と、を備えた高速炉の前記炉心を囲み前記冷却材に浸されて前記炉心の軸方向に移動可能に設けられた反射体において、中性子を反射する中性子反射部と、前記中性子反射部の前記炉心の軸方向の一方の端部に固定されて、内部が少なくとも第１の区画および第２の区画に仕切られて、前記第１の区画は前記冷却材よりも高速中性子の反射能力が小さく、前記第２の区画は高速中性子の反射能力が前記冷却材以下かつ前記第１の区画よりも大きいかまたは中性子吸収能力が前記冷却材以上であるかのいずれかである、キャビティ部と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、反射体制御方式の高速炉に用いられる反射体のキャビティ部の信頼性が向上する。

本発明に係る反射体制御方式の高速炉の第１の実施の形態における反射体の横断面を示す図２のＩ−Ｉ矢視横断面図である。 図１のII−II矢視正面図である。 図１のIII−III矢視立断面図である。 本発明に係る反射体制御方式の高速炉の第１の実施の形態における立断面図である。 本発明に係る反射体制御方式の高速炉の第１の実施の形態における炉心および反射体の位置関係を示す模式的平断面図である。 本発明に係る反射体制御方式の高速炉の第２の実施の形態における反射体の横断面を示す図７のVI−VI矢視横断面図である。 図６のVII−VII矢視正面図である。 本発明に係る反射体制御方式の高速炉の第２の実施の形態の変形例における反射体の横断面図である。 本発明に係る反射体制御方式の高速炉の第２の実施の形態の他の変形例における反射体の横断面図である。 本発明に係る反射体制御方式の高速炉の第３の実施の形態における反射体の横断面図である。 本発明に係る反射体制御方式の高速炉の第４の実施の形態における反射体の横断面図である。 本発明に係る反射体制御方式の高速炉の第５の実施の形態における反射体の立断面を示す図１３および図１４のXII−XII矢視立断面図である。 図１２のXIII−XIII矢視横断面図である。 図１２のXIV−XIV矢視横断面図である。 反射体が完全に下がっている状態におけるキャビティ破損反応度の軸方向相対分布の例を示すグラフである。 本発明に係る反射体制御方式の高速炉の第６の実施の形態における反射体の立側面図である。

本発明に係る反射体制御方式の高速炉の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

［第１の実施の形態］
図４は、本発明に係る反射体制御方式の高速炉の第１の実施の形態における立断面図である。図５は、本実施の形態における炉心および反射体の位置関係を示す模式的平断面図である。なお、図４において、矢印は一次冷却材２１の流れる方向を示している。

本実施の形態の反射体制御方式の高速炉１は、円筒状の原子炉容器６を有している。原子炉容器６の内部には、一次冷却材２１が収容されている。原子炉容器６の下部は、たとえば半球面状に形成され、その外側はガードベッセル７に覆われている。一次冷却材２１は、たとえば液体ナトリウムである。

原子炉容器６の下部には、炉心支持板１０が取り付けられている。炉心支持板１０上には、エントランスモジュール１１が設置されている。エントランスモジュール１１には、炉心２が搭載されている。

炉心２は、それぞれが鉛直方向に延びる複数の燃料集合体を、実質的に円柱状に配列して形成されている。炉心２の中央には、貫通孔２２が形成されている。本実施の形態の高速炉は、炉心２に形成された貫通孔２２に挿入可能な炉停止棒３１を有している。炉停止棒３１は、上方の炉停止棒駆動装置３２と接続されている。炉停止棒駆動装置３２は、炉停止棒３１を上下に移動させる。

また、炉心２は、炉心支持板１０上面に取り付けられた鉛直方向に延びる筒状の炉心槽３によって外周を取り囲まれている。炉心槽３の周囲には、反射体４が設けられている。反射体４は、駆動軸６１を介して連結された上方の反射体駆動装置９によって上下に駆動される。反射体４は、炉心２を取り囲むように配置される。反射体４は、たとえば周方向に６つに分割されて設置されている。分割された反射体４は、それぞれ互いに独立して上下動可能である。

炉心支持板１０の上面には、鉛直方向に延びる円筒状の隔壁５が取り付けられている。隔壁５は、反射体４を取り囲んでいる。

隔壁５の上端付近の原子炉容器６内壁には、中間熱交換器１３が設けられている。この中間熱交換器１３は、二次冷却材入口ノズル１４および二次冷却材出口ノズル１５を備えている。中間熱交換器１３の下部には、電磁ポンプ１２が取り付けられている。

原子炉容器６の上端には中性子遮蔽層、熱遮蔽層を有する上部プラグ８が設置されている。上部プラグ８は反射体駆動装置９、炉停止棒駆動装置３２を支持している。また、反射体駆動装置９と炉停止棒駆動装置３２は格納ドーム３３によって覆われている。格納ドーム３３は、台座３４に支持されている。

原子炉容器６に収容された一次冷却材２１は、炉心２で加熱され上昇する。炉心２で加熱された一次冷却材２１は、隔壁５の上端を越えて径方向の外側に流れ出す。隔壁５の上端を越えて隔壁５の外側に流れ出た一次冷却材２１は、下降して中間熱交換器１３に流入する。

原子炉容器６内を循環する一次冷却材２１と、原子炉容器６の内部と外部との間を循環する二次冷却材とは、原子炉容器６の内部の中間熱交換器１３で熱交換する。その結果、中間熱交換器１３に流入した一次冷却材２１は、冷却される。中間熱交換器１３において冷却された一次冷却材２１は、電磁ポンプ１２によって下方へ吐出される。

電磁ポンプ１２から吐出された一次冷却材２１はさらに下降し、炉心支持板１０を通過して原子炉容器６の底部に達する。原子炉容器６の底部に達した一次冷却材２１は、径方向内側に流れ込み、その後上昇し、炉心支持板１０、エントランスモジュール１１を経由して再び炉心２へ流入する。

一次冷却材２１は、この一連の流れを繰り返し、原子炉容器６の内部を循環する。なお、一次冷却材２１として、たとえば液体ナトリウムを用いた場合、一次冷却材２１の温度は炉心２の通過後で約５００℃、中間熱交換器１３の通過後で約３５０℃と想定される。

次に、反射体４の構造について、説明する。

図１は、本実施の形態における反射体の横断面を示す図２のＩ−Ｉ矢視横断面図である。図２は、図１のII−II矢視正面図である。図３は、図１のIII−III矢視立断面図である。

反射体４は、中性子反射部４１およびキャビティ部４２を備えている。中性子反射部４１は、一次冷却材２１よりも高速中性子の反射能が高く、たとえば複数の金属板を積層して形成されている。キャビティ部４２は、中性子反射部４１の上端と駆動軸６１の下端との間に形成されている。つまり、キャビティ部４２は、中性子反射部４１に対して炉心２の軸方向の異なる位置に設けられている。

それぞれの反射体４のキャビティ部４２は、中空の箱体を備えている。キャビティ部４２内の中空部４３は、分割構造材４４によって複数の区画に分割されている。分割構造材４４は、中空部４３をたとえば上下方向に５分割し、径方向に２分割している。

分割構造材４４よりも炉心側の中空部４３は、たとえば真空とすることによって、高速中性子の反射能力が一次冷却材２１よりも小さい。キャビティ部４２の箱体は、外側を流れる一次冷却材２１によって圧力が加えられるため、分割構造材４４の外側の中空部４３にたとえばヘリウムなどの不活性ガスを充填して内圧を高め、内外圧力差を小さくしておいてもよい。

分割構造材４４よりも炉心から遠いほうの区画は、高速中性子の反射能力が一次冷却材２１以下かつ炉心側の区画よりも大きい。あるいは、分割構造材４４よりも炉心から遠いほうの区画は、中性子吸収能力が一次冷却材２１以上であってもよい。このような区画は、たとえば中性子の反射能力が冷却材以下である物質および中性子吸収能力が冷却材以上である物質のいずれかの物質４６を収容することにより形成される。このような物質４６として、ボロンカーバイド（Ｂ_４Ｃ）やハフニウム（Ｈｆ）などを用いることができる。これらの物質４６は、たとえば粉末状や、繊維状のものを用いる。

反射体４は、半径方向および軸方向に大きな温度差が生じる環境に晒される。この温度差に伴って、熱応力やクリープが発生してキャビティ部４２が損傷してしまう可能性がある。キャビティ部４２が損傷すると、キャビティ部４２の中空部４３に一次冷却材２１が流入する可能性がある。キャビティ部４２に一次冷却材２１が流入すると、高速中性子の反射能力が一次冷却材２１よりも小さい不活性ガスなどが、一次冷却材２１に置換されることでキャビティ部の中性子反射能力が上昇する。

しかし、本実施の形態では、炉心２を６つの反射体４で取り囲んでおり、各反射体４の中空部４３が１０区画に分けられているため、中空部４３は、全体として合計６０区画に分割されている。このように中空部４３が分割されているため、キャビティ部４２が破損して一次冷却材２１が侵入する場合、中空部４３のうち分割されたたとえば１区画にのみ、破損部位から一次冷却材２１が侵入する。キャビティ部４２の破損がキャビティ部４２の全体に亘る大きなものでない場合、一次冷却材２１が侵入する部分は、キャビティ部４２内部の複数の区画のうち、一部に限定される。

したがって、中空部４３を分割しない場合に比べて、キャビティ部４２の破損によって中空部４３に侵入する一次冷却材２１は少なくなる。このため、キャビティ部４２への一次冷却材２１の侵入によって炉心２に加えられる反応度は抑制され、反射体制御方式の高速炉の信頼性を高めることができる。

本実施の形態において、キャビティ部４２の中空部４３の区画数は、合計６０としているが、適宜増減してもよい。

キャビティ部４２を堅牢な構造とし、さらに構造的に分割することにより、キャビティ部４２の破損による反応度上昇は抑制される。しかし、さらに仮想状態として、すべてのキャビティ部４２の領域の破損を想定すると、その結果投入される反応度を抑制することが好ましい。

一次冷却材２１の侵入前からキャビティ部４２の中空部４３の一部の区画に一次冷却材２１と同じ物質を収容して高速中性子の反射能力が一次冷却材２１と同じとしておくと、キャビティ部４２の全ての区画に一次冷却材２１が侵入する前後での炉心２の反応度の増分は、全ての区画が真空あるいは気体が収容されていた場合に比べて小さくなる。また、キャビティ部４２の中空部４３の一部の区画に一次冷却材２１よりも高速中性子の反射能力が小さい固体を収容しておいても、キャビティ部４２の全ての区画に一次冷却材２１が侵入する前後での炉心２の反応度の増分は、全ての区画が真空あるいは気体が収容されていた場合に比べて小さくなる。さらに、キャビティ部４２の中空部４３の一部の区画に一次冷却材２１よりも高速中性子の吸収能力が大きい固体を収容しておいても、キャビティ部４２の全ての区画に一次冷却材２１が侵入する前後での炉心２の反応度の増分は、全ての区画が真空あるいは気体が収容されていた場合に比べて小さくなる。

本実施の形態では、キャビティ部４２の中空部４３の一部の区画は、高速中性子の反射能力が一次冷却材２１以下、または、中性子吸収能力が一次冷却材２１以上である。よって、キャビティ部４２の中空部４３に一次冷却材２１が浸入したことによる炉心２の反応度の増分は、このような区画が形成されていない場合に比べて小さい。

また、キャビティ部４２の中空部４３の一部の区画内に、一次冷却材２１よりも高速中性子の吸収能力が大きい物質を充填しても、キャビティ部４２に一次冷却材２１が浸入した場合の炉心２１の反応度増分を、キャビティ部４２の内部空間が全て一次冷却材２１に置換された場合と比べて小さくすることができる。

キャビティ部４２に中性子吸収の強い物質を多量に配置する場合は、炉心からの中性子を吸収することにより炉心２からの中性子漏れ出しを増加させることができる。よって、炉心２の反応度を低下させることができる。これは結果的に、中性子バランスからの観点では、キャビティ部４２に中空部分を設けたことと同等にすることができる。

中性子吸収物質があらかじめ配置された区画に一次冷却材２１が浸入すると、一次冷却材２１の中性子減速作用により、中性子吸収物質の中性子吸収能力が増加される傾向がある。そこで、キャビティ部４２に配置された中性子吸収物質がその区画から大量に喪失することがないようにする、すなわち、ある程度の大きさの亀裂がキャビティ部４２の構造体に生じても、中性子吸収物質がその区画にある程度は残存するようにする。たとえば、中性子吸収物質がある程度の大きさを持つ固体である場合、その大きさが亀裂よりも大きければ、キャビティ部４２から流出しない。

このようにキャビティ部４２に破損が生じても中性子吸収物質がキャビティ部４２に残存するようにしておくと、一次冷却材２１の浸入によって炉心２に負の反応度が加わるようにすることができる。その結果、キャビティ部４２の大規模破損という仮想状態に対して更なる仮想事故想定をすることは不要となるばかりでなく、小規模破損を想定した場合においても、負の反応度が挿入されるようにすることができる。

また、予め分割されたキャビティ領域４２に配置する物質自体の反射能力が、一次冷却材２１より大きい場合は、通常運転状態の反射体反応度価値への影響を少なくする配置位置的な工夫が必要となる。このような場合は、仮想的に、当該領域に一次冷却材２１が浸入することにより付加的に領域全体の散乱断面積のわずかな増加の影響が想定される。しかし、この場合は、当初から散乱断面積の大きいことにより付加される影響は軽微であることに加え、当該領域の配置位置的な工夫により、その影響は更に小さくすることができる。

一次冷却材２１が浸入したことによる炉心２の反応度の増分は、たとえばキャビティ部４２の中空部４３の区画数を多くすることによって低下させることができる。しかし、このように区画数を多くすると、分割構造材４４の量が大きく、かつ構造が複雑になる。その結果、キャビティ部４２の製造や工作後の検査確認などに、より多くの時間・資源を割り当てることになる可能性がある。

一方、本実施の形態では、区画数を増加させることなく、キャビティ部４２の破損時における炉心２の反応度の増加を抑制できる。つまり、本実施の形態では、分割構造材４４の量を低減し、あるいは、構造を簡素化することができる。その結果、キャビティ部の信頼性と炉心性能を確保しつつ、キャビティ部４２の製造あるいは健全性の検査などを容易にできる。

［第２の実施の形態］
図６は、本発明に係る反射体制御方式の高速炉の第２の実施の形態における反射体の横断面を示す図７のVI−VI矢視横断面図である。図７は、図６のVII−VII矢視正面図である。

本実施の形態の反射体４において、キャビティ部４２は、たとえば２本の中空の円筒４５を有している。それぞれの円筒４５の内部には、筒状の分割構造材４４が設けられている。分割構造材４４によって、円筒４５の内部の中空部４３は、２つの区画に仕切られている。分割構造材４４は、たとえば横断面積が円筒４５の半分となるような大きさとする。分割構造材４４は、たとえば円筒４５の中央に配置する。分割構造材４４の外側の中空部４３は、たとえばヘリウムなどの不活性ガスを充填することによって、高速中性子の反射能力が一次冷却材２１よりも小さい。

分割構造材４４の内部の区画は、高速中性子の反射能力が一次冷却材２１以下かつその外側の区画よりも大きい、または、中性子吸収能力が一次冷却材２１以上である。このような区画は、たとえば中性子の反射能力が一次冷却材２１以下である物質および中性子吸収能力が一次冷却材２１以上である物質のいずれかの物質４６を収容することにより形成される。

このような反射体４であっても、第１の実施の形態と同様に、キャビティ部の信頼性と炉心性能を確保しつつ、キャビティ部４２の製造あるいは健全性の検査などを容易にできる。また、本実施の形態では、キャビティ部４２の最外面が円筒４５であるから、第１の実施の形態のように角部がある構造に比べて、外圧に対して強い。このため、キャビティ部４２に用いる構造材の量を減らすことができる。

キャビティ部４２の破損を仮想する場合において、一次冷却材２１のキャビティ部４２への浸入による反応度増加量を緩和することと、通常運転時の反射体性能を確保することとを両立するためには、予めキャビティ部４２内に配置する一次冷却材２１または一次冷却材２１より反射能力の小さい物質または中性子吸収能力の大きい物質の位置が重要となる。本実施例では、キャビティ部４２の横断面の半分を予め物質４６で埋めておく。この物質４６は、中央領域に配置している。

次に、本実施の形態およびその変形例において、キャビティ部４２が破損した場合の炉心２への反応度印加量について説明する。まず、分割構造材４４の内部に、一次冷却材２１に比べて中性子吸収能力が非常に大きい物質を充填した場合について説明する。ここで、中性子吸収能力が非常に大きい物質として、^１０Ｂを濃縮した濃縮Ｂ_４Ｃを想定した。

分割構造材４４を円筒４５の中央に配置した場合、分割構造材４４の外側のキャビティ領域４２の中空部４３全体に一次冷却材２１が浸入することに伴う炉心２の反応度増加は、基準の０．３５倍程度となる。ここで、キャビティ部４２の全体、すなわち分割構造材４４がない状態で円筒４５の内部の全体に一次冷却材２１が侵入した前後における炉心２の反応度増加を基準とした。

このように、キャビティ部４２の中央に中性子吸収能力が非常に大きい物質を配置しておくことにより、一次冷却材２１がキャビティ部４２に浸入したことにともなって炉心２に印加される反応度を減少させることができる。さらに、この約０．３５倍という値は、キャビティ部４２に対する中性子吸収能力が非常に大きい物質の体積割合、すなわち、０．５倍よりも小さい。つまり、単にキャビティ部４２の体積を小さくしておく場合に比べて、キャビティ部４２の破損による炉心２に印加される反応度を低下させることができる。

次に、分割構造材４４の内部に、中性子吸収のほとんどない強い散乱物質を充填した場合について説明する。ここで、中性子吸収のほとんどない強い散乱物質としては、^１０Ｂを濃縮した残りのいわゆる減損Ｂを用いたＢ_４Ｃを想定した。

この場合、図６に示すように分割構造材４４を円筒４５の中央に配置すると、分割構造材４４の外側のキャビティ部４２の中空部４３全体に一次冷却材２１が浸入することに伴う炉心２の反応度増加は、基準の０．４３倍程度となる。このように、キャビティ部４２の中央に中性子吸収のほとんどない強い散乱物質を配置しておくことにより、一次冷却材２１がキャビティ部４２に浸入したことにともなって炉心２に印加される反応度を減少させることができる。さらに、単にキャビティ部４２の体積を小さくしておく場合に比べて、キャビティ部４２の破損による炉心２に印加される反応度を低下させることができる。ただし、このような強い散乱体を大量に配置する場合は、反射体反応度価値への影響が強くなるので、それも含めた最適化を行う必要がある。

図８は、本実施の形態の変形例における反射体の横断面図である。図９は、本実施の形態の他の変形例における反射体の横断面図である。

図８および図９に示す変形例では、円筒４５の内部を炉心２に近い領域と遠い領域に分割する平板状の分割構造材４４を用いている。図８に示す例では、炉心２に遠い方の領域に中性子の反射能力が一次冷却材２１以下である物質および中性子吸収能力が一次冷却材２１以上である物質のいずれかの物質４６を収容している。図９に示す例では、炉心２に近い方の領域に中性子の反射能力が一次冷却材２１以下である物質および中性子吸収能力が一次冷却材２１以上である物質のいずれかの物質４６を収容している。

図８のように配置（半円キャビティ）する例では、外側半分の領域に強い中性子吸収体物質を配置する場合、炉心に近い内側キャビティ領域全体に一次冷却材２１が浸入することにともなう反応度変化は、上述の基準の０．７倍程度となる。吸収体位置が、図６の場合よりも炉心から離れている影響があるので、体積減少割合（０．５倍）よりも小さい効果となっているが、破損により印加される投入反応度の低減には効果があることが分かる。

一方、中性子吸収のない強い散乱体物質を図８のように配置した場合、内側キャビティ領域全体に一次冷却材２１が浸入することにともなう反応度変化は、上述の基準の０．４２倍程度となり、体積減少割合よりも効果がある。ただし、このような強い散乱体を大量に配置する場合は、反射体反応度価値への影響が強くなるので、それも含めた最適化を行う必要がある。

このように２つの異なる中性子反射性能を有する例の効果の関係から、キャビティ部４２内の分割された領域に予め配置する物質として、一次冷却材２１自身または中性子反射性能が近い物質においても、破損により印加される投入反応度の低減に効果があることがわかる。したがって、分割されたキャビティ部４２内に一次冷却材２１と同等また他の物質を予め配置することは、仮想的なキャビティ破損状態において投入される反応度を低下させることに有効である。

さらに、キャビティ部４２内の分割された領域に予め物質を配置する場合に、当該物質の中性子反射特性と並んで、配置位置が重要であることも、同一断面割合とした図６と図８の比較例からわかる。つまり、キャビティ部４２内の分割された領域に予め物質を配置する場合には、その物質および炉心２の反応度などの条件に基づいて、配置を適切に設定する。

［第３の実施の形態］
図１０は、本発明に係る反射体制御方式の高速炉の第３の実施の形態における反射体の横断面図である。

本実施の形態では、分割構造材４４は、円筒４５の中心軸で折れ曲がった板状に形成されている。分割構造材４４で仕切られた炉心２から遠い方の領域には、中性子の反射能力が一次冷却材２１以下である物質および中性子吸収能力が一次冷却材２１以上である物質のいずれかの物質４６をしている。

本実施の形態の反射体４は、キャビティ部４２を有することをから、炉心２からの中性子がキャビティ部４２で物質と相互作用しない、すなわちストリーミング効果が大きいほうが望ましい。そこで、中性子吸収の少ない強い散乱体物質を配置する場合は、ストリーミング効果と断面内キャビティ部４２への物質配置を組み合わせることにより、反射体反応度価値への影響も含めた最適化を行うことになる。

本実施の形態では、中性子の反射能力が一次冷却材２１以下である物質および中性子吸収能力が一次冷却材２１以上である物質のいずれかの物質４６は、キャビティ部４２内の区画のうち、炉心２から遠い方にのみに配置している。このため、中性子の反射能力が一次冷却材２１以下である物質および中性子吸収能力が一次冷却材２１以上である物質のいずれかの物質４６が配置された区画の間の幅は、図７に示した例よりも大きい。このため、炉心２から放出された中性子は、中性子の反射能力が一次冷却材２１以下である物質および中性子吸収能力が一次冷却材２１以上である物質のいずれかの物質４６が配置された区画の間を通り抜けやすくなり、ストリーミング効果が大きくなる。

［第４の実施の形態］
図１１は、本発明に係る反射体制御方式の高速炉の第４の実施の形態における反射体の横断面図である。

本実施の形態の反射体４は、第２の実施の形態における反射体における分割構造材４４を炉心２から遠い方に偏心させたものである。この反射体４は、中性子の反射能力が一次冷却材２１以下である物質および中性子吸収能力が一次冷却材２１以上である物質のいずれかの物質４６が配置された区画の間の幅は、図５に示した例よりも大きい。このため、ストリーミング効果が大きくなる。

［第５の実施の形態］
図１２は、本発明に係る反射体制御方式の高速炉の第５の実施の形態における反射体の立断面を示す図１３および図１４のXII−XII矢視立断面図である。図１３は、図１２のXIII−XIII矢視横断面図である。図１４は、図１２のXIV−XIV矢視横断面図である。

本実施の形態の反射体４のキャビティ領域４２は、軸方向に３分割されている。このうち、軸方向の中央の区画にのみ、中性子の反射能力が一次冷却材２１以下である物質および中性子吸収能力が一次冷却材２１以上である物質のいずれかの物質４６を配置している。

図１５は、反射体が完全に下がっている状態におけるキャビティ破損反応度の軸方向相対分布の例を示すグラフである。このグラフは、中性子の反射能力が一次冷却材２１以下である物質および中性子吸収能力が一次冷却材２１以上である物質のいずれかの物質４６を配置せずに、キャビティ部４２を軸方向に９個の領域に等分割して、それぞれの領域が破損した場合の反応度変化を相対的に示したものである。なお、図中の横軸の軸方向位置の１が反射体に接する領域である。

図１４から、キャビティ部４２の破損により炉心２に印加される反応度は、キャビティ部４２の軸方向の中央部で最も大きいことがわかる。また、この図は、反射体が完全引き下げ状態の例であるが、運転時のように反射体４が軸方向の上方へ引き上げられている場合は、ここで示すキャビティ破損反応度は軸方向上部にひずむかたちとなる。また、反射体４が途中まで引き上げられている運転状態では、実効的な炉心２の中心位置、ここでは反応度変化に対する中性子インポータンスが軸方向に最大となる位置、が反射体領域になるので、キャビティ破損反応度の軸方向分布も変化する。この場合、全体の破損を想定しても投入反応度の大きさ自体は低下する。

そこで、これらの特徴を考慮し、本実施の形態では、キャビティ部４２の軸方向の中央の区画にのみ、中性子の反射能力が一次冷却材２１以下である物質および中性子吸収能力が一次冷却材２１以上である物質のいずれかの物質４６を配置している。その結果、仮想的にキャビティ破損反応度が最大となる反射体完全引き下げ時に、最も投入反応度抑制効果が大きくなる。また、通常運転時の反射体反応度価値低下への影響は、小さくなる。

したがって、通常運転時への影響を抑制しつつ、キャビティ部４２の破損により炉心２に印加される反応度を効率的に抑制することができる。

［第６の実施の形態］
図１６は、本発明に係る反射体制御方式の高速炉の第６の実施の形態における反射体の立側面図である。

本実施の形態では、第５の実施の形態における反射体４の円筒４５の、中性子の反射能力が一次冷却材２１以下である物質および中性子吸収能力が一次冷却材２１以上である物質のいずれかの物質４６を配置する領域に、複数の貫通孔２２を形成したものである。つまり、キャビティ部４２の区画の一部には、常に一次冷却材２１が流入した状態となる。中性子の反射能力が一次冷却材２１以下である物質および中性子吸収能力が一次冷却材２１以上である物質のいずれかの物質４６として一次冷却材２１を用いる場合には、キャビティ部４２の構造が簡略化され、また、配置された物質の除熱について考慮する必要がなくなる。

一次冷却材２１が流入する領域に、一次冷却材２１以外の中性子の反射能力が一次冷却材２１より小さい物質または中性子吸収能力が一次冷却材２１以上である物質のいずれかを配置してもよい。この場合には、このような物質が一次冷却材２１と接触することにより除熱される。

このように、キャビティ部４２の区画の一部に物質を配置する場合、あるいは、一次冷却材２１を当該物質とする場合には、配置方法自体が簡略化と配置後の除熱の簡易化ができる。また、キャビティ部４２の隣り合う区画を連通させる一次冷却材２１の流路を設けてもよい。冷却材流路を設けることによりキャビティ部４２内の物質の冷却をコントロールすることができる。

［他の実施の形態］
上述の各実施の形態は単なる例示であり、本発明はこれらに限定されない。また、各実施の形態の特徴を組み合わせて実施することもできる。

１…高速炉、２…炉心、３…炉心槽、４…反射体、５…隔壁、６…原子炉容器、７…ガードベッセル、８…上部プラグ、９…反射体駆動装置、１０…炉心支持板、１１…エントランスモジュール、１２…電磁ポンプ、１３…中間熱交換器、１４…二次冷却材入口ノズル、１５…二次冷却材出口ノズル、２１…一次冷却材、２２…貫通孔、３１…炉停止棒、３２…炉停止棒駆動装置、３３…格納ドーム、４１…中性子反射部、４２…キャビティ部、４３…中空部、４４…分割構造材、４５…円筒、６１…駆動軸

Claims (5)

1. 液体の冷却材を収容する原子炉容器と、
   前記原子炉容器に収納されて前記冷却材に浸された柱状の炉心と、
   中性子を反射する中性子反射部と前記中性子反射部の前記炉心の軸方向の一方の端部に固定されて、内部が少なくとも第１の区画および第２の区画に仕切られて、前記第１の区画は前記冷却材よりも高速中性子の反射能力が小さく、前記第２の区画は高速中性子の反射能力が前記冷却材以下かつ前記第１の区画よりも大きいかまたは中性子吸収能力が前記冷却材以上であるかのいずれかである、キャビティ部とを備えて前記炉心を囲み前記冷却材に浸されて前記炉心の軸方向に移動可能に設けられた反射体と、
   を有することを特徴とする反射体制御方式の高速炉。
2. 前記第２の区画は、前記第１の区画よりも前記炉心から遠い位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の反射体制御方式の高速炉。
3. 前記第２の区画と前記中性子反射部との間に前記第１の区画が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の反射体制御方式の高速炉。
4. 前記キャビティ部には前記第２の区画に前記冷却材を流入させる貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の反射体制御方式の高速炉。
5. 液体の冷却材を収容する原子炉容器と、前記原子炉容器に収納されて前記冷却材に浸された柱状の炉心と、を備えた高速炉の前記炉心を囲み前記冷却材に浸されて前記炉心の軸方向に移動可能に設けられた反射体において、
   中性子を反射する中性子反射部と、
   前記中性子反射部の前記炉心の軸方向の一方の端部に固定されて、内部が少なくとも第１の区画および第２の区画に仕切られて、前記第１の区画は前記冷却材よりも高速中性子の反射能力が小さく、前記第２の区画は高速中性子の反射能力が前記冷却材以下かつ前記第１の区画よりも大きいかまたは中性子吸収能力が前記冷却材以上であるかのいずれかである、キャビティ部と、
   を有することを特徴とする反射体制御方式の高速炉に用いられる反射体。

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