JP2013535004A

JP2013535004A - 原子炉

Info

Publication number: JP2013535004A
Application number: JP2013513035A
Authority: JP
Inventors: エラスムス、クリスティアーン; ヒンドレイ、マイケル・フィリップ
Original assignee: Pebble Bed Modular Reactor Pty Ltd
Current assignee: Pebble Bed Modular Reactor Pty Ltd
Priority date: 2010-06-04
Filing date: 2011-06-03
Publication date: 2013-09-09
Anticipated expiration: 2031-06-03
Also published as: EP2577674B1; EP2577674A2; CN103238188A; US8742382B2; US20130270460A1; RU2562617C2; JP5922106B2; BR112012030875A2; KR101531898B1; ZA201208992B; CA2801378C; RU2012155517A; KR20130097702A; WO2011151801A3; WO2011151801A2; BR112012030875B1; CA2801378A1; CL2012003389A1; CN103238188B

Abstract

本発明は、中性子反射材ブロック（１０）に関する。中性子反射材ブロックは、第１の部分（１２）及び第２の部分（１８）を有している。第１の部分は、第１の端面（１４）及び第１の端面から間隔を空けて対向して配置される中間の肩（１６Ａ、１６Ｂ）を有している。第１の端面及び中間の肩は、間隔を空けられた側面（２２Ａ、２２Ｂ）と間隔を空けられた上下面（２４Ａ、２４Ｂ）とによって境界をつけられる。第２の部分は、中間の肩の間の第１の部分から突出し、間隔を空けられた側面（２６Ａ、２６Ｂ）及び間隔を空けられた上下面（２８Ａ、２８Ｂ）を有する。第２の部分の側面は、第２の部分の側面に係ってさらに狭く間隔を空けられている。第２の部分は、第１の端面に対向して配置される第２の端面（２０）も有している。

Description

本発明は、原子炉に関する。さらに特に、本発明は、高温ガス冷却原子炉のための側面反射材に関する。本発明は、中性子反射材ブロックと、中性子反射材ブロックアセンブリと、を提供する。本発明は、中性子反射材ブロックアセンブリを含む側面反射材と、このような側面反射材を有する原子炉とに、拡張する。

高温ガス冷却炉において、通常のぺブルベッドタイプで、炉心構造は、炉心の周囲に設置された、炉心を構成するぺブルベッドの幾何学形状を規定し、維持する構造要素である。炉心構造は、一般的に２つの主要素、すなわち、炉心構造セラミックと炉心槽アセンブリとを有している。炉心構造セラミックは、上部反射材、側部反射材、及び、底部反射材を含む。これらの反射材は、通常の適切な中性子反射材料、一般的にグラファイトであり、垂直構造で積み重ねられているブロックの形状であり、このために柱を形成する。これらの柱は、炉心槽アセンブリによって垂直方向に支持され、横の制止によって水平方向に支持されている。反射材は、主に、炉心の核分裂反応を増殖するように中性子を炉心に反射するために作用する。グラファイトが反射材として適用される場合に、反射材は、中性子減速材としても作用する。本発明は、炉心構造セラミックの側面反射材、特に構成される中性子反射材ブロックに詳細に向かわせられる。

高温ガス冷却原子炉で中性子反射材として適用されるグラファイトブロック、特にこの側面反射材は、極度な高温と高速中性子束とに曝されている。これらの極限状態への曝露は、グラファイトを最初に圧縮し、次に膨張させ、グラファイト反射材ブロックで発生される一様でない内部応力へ導く。これら極限状態でグラファイトの特有の材料特性も変化する傾向にある。これらの付加的な特有の材料特性の変化は、一般的に複雑にされるグラファイトブロックの内部応力分布と、経験的でないブロックの振る舞いをもたらす。幾つかの場合に、グラファイトブロックで発生する内部応力は、グラファイトの強度を超え、ブロックに亀裂を発生させる。これらの内部応力は、時々、ブロックの構造的完全性を危険にさらす。この結果、反射材ブロックで発生される内部応力を抑制することが必要不可欠である。

本出願は、中性子反射材ブロックでの内部応力の発生を抑制するための１つの可能性のある方法が大きさを抑制、若しくは、最小にすることであり、したがってブロックの内側に発生される内部応力の大きさを制限することであることが知られている。このような場合に、従来の炉心構造の側面反射材は、一般的に、内層が外層よりも小さなブロックを有するので、２若しくは複数の反射材グラファイトの層を有するべきである。しかし、曝露されるブロックの大きさの削減、即ち内層に含まれるこれらは、他の問題や課題をもたらすことが出願人の経験で分かっている。これらの１つは、側面反射材を通りぬけるガスの漏洩流が付加的な反射材層の使用のために増大し得るし、この結果原子炉の熱効率に負に影響を与える。他の課題は、ブロックの層の間の熱流量が減少し、減衰されている炉心の受動的な冷却能力をもたらす。さらに、側面反射材によって構成される熱流路は、２層構造のために妨げられ、温度が最大であり、ブロックのバルク及び冷却材チャネルの間の差温の効果が最も難しい反射材ブロックの内部側面に冷却材の提供を必要とする。これらの差温は、材料の強度によって制限される最大の到達可能／使用可能なこれらの温度の差で、反射材ブロックに発生される応力を再度生じさせる。これは、プラント全体の効率に直接作用する冷却ガス入口及び出口温度の間での最大の温度差を同様に制限される。

本発明は、好適な応力処理及び軽減された応力発生特性を有する反射材ブロックを設置し、中性子反射材ブロックによって得られる応力も軽減しながら、側面反射材ブロックの熱流路を保護することを提供する。

本発明の第１の態様に係って、間隔を空けられた複数の側面と間隔を空けられた上下の面とによって境界を付けられる、第１の端面と、第１の端面から間隔を空けられた対向して配置される中間の複数の肩を有する第１の部分と、複数の中間の肩の間の第１の部分から突出し、間隔を空けられた側面及び間隔を空けられた上下の面を有し、側面が第１の部分の複数の側面に係ってさらに狭く間隔を空けられ、第１の端面に対向して配置された第２の端面も有する、第２の部分と、を有する中性子反射材ブロックが設置されている。

第２の部分は、第１の部分に係って横方向に狭い形を有することが分かっている。
第１及び第２の反射材ブロックは、第１の端面から第２の端面に向かう距離の幅、即ち、これらの側面の間の界面距離に次第に細くなる。反射材ブロック部分は幅が非常に次第に細くなる場合に、一般的に、対応する互いに隣接される夫々隣接した反射材ブロックの第１及び第２の対応する側面と、互いに隣接される第１の部分の側面とを有するこれらが互いに隣接する並んだ関係の複数の同様に成形された反射材ブロックを配置し、中性子反射材ブロックの十分な数の閉じられた輪郭の幾何学的形状の構造をもたらすことが分かるだろう。このような閉じられた輪郭配置の構造に必要とされる反射材ブロックの数は、もちろん、一般的に反射材ブロックの第１及び第２の部分が次第に細くなる角度に依存する。

少なくとも１つの第１及び第２の部分は、この上面から下面まで通り抜ける通路を有し得る。一般的に、通路若しくは複数の通路は、使用中に、制御棒を挿入し、流通される冷却流体を許容するために設置され得る。一般的に、第１の部分は、冷却流体路を有し、第２の部分は、夫々を通り抜ける制御棒通路を有している。

本発明の１つの実施形態で、第２の部分の側面は、平面であり得る。その他に、中性子反射材ブロックが平面図で見られる場合に、第２の部分の側面は、曲げられ得る。このような場合に、第２の部分の側面は、一般的に凸状の屈曲を有し得るし、第２の端面に向かうよりも中間の肩に向かう第２の部分に内側に深く延長し得る。従って、第２の部分は、通り抜ける制御棒通路を有する場合に、第２の部分の側面が、曲げられて、一般的に中間の肩に向かう方向に制御棒通路の周囲に部分的に内側に曲がりうる。幾つかの場合に、これは、第２の部分の側面が平面である場合であるよりも第２の部分に深く延長する中間の肩をもたらし得る。

中性子反射材ブロックは、動作可能なこれらの上下面の長手方向の中間線に沿う交差する平面に係って好適には対称であり得る。付加的に、第１及び第２の部分は、同等の厚さ、即ち、これらの動作可能な上及び動作可能な下面の間の界面距離を有し得る。第１の部分及び第２の部分の動作可能な上及び動作可能な下面は、一般的に互いに同一平面であり、その結果、反射材ブロックの一様な動作可能な上下面を規定する。

中性子反射材ブロックは、幾つかの適切な中性子反射材から構成され得る。好適には、中性子反射材ブロックは、グラファイトから構成される。

凹部は、第２の部分の側面の各々、隣接する中間の肩の各１つで規定され得る。このようなスロットは、一般的に凹部が規定されていない場合によりも第２の部分へ深く延長する肩をもたらすことがわかるだろう。凹部は、第２の部分の幅に素って一般的に延長し、これらの上下面で開口する。

使用中に、複数の中性子反射材ブロックは、一般的に隣接部である隣接する反射材ブロックの隣接する第１の部分の側面で、反射材ブロックアセンブリを形成して並んで一体化され得る。このようなアセンブリで互いに係って反射材ブロックを固定することは、キーブロックによって達成され、キーブロックは、隣接する中性子反射材ブロックの隣接する第２の部分の側面の間で来てされる間隙で補完的に介入されるように構成されている。使用された場合、即ち、反射材ブロックが前述のような凹部を有する場合に、キーブロックは、一般的に、凹部に補完的に入り込むように構成された突起部を有し得る。

従って、本発明の第２の実施形態に係って、反射材ブロックの隣接する第１の部分の複数の側面が、中性子ブロックの隣接する第２の部分の間で規定される間隔で互いに隣り合うように並んだ関係で隣接する、本発明の第１の実施形態に係って、前述のような第２の部分の側面に規定された凹部を有する一組の中性子反射材ブロックと、中性子反射材ブロックの隣接する第２の部分の複数の側面の間の間隙に配置され、複数の中性子反射材ブロックを一緒に固定するキーブロックと、を含む、中性子反射材ブロックを設けられている。

キーブロックは、中性子反射材ブロックの第２の部分の側面の凹部を嵌合する補完的な突起部を有し得る。特に、キーブロックは、補完的な突起部を設けられる固定部を伴って、間隙部分及び固定部分を有し得る。間隙部分は、中性子反射材ブロックの第２の部分の側面の間の間隙に補完的に成形され、動作可能に充填し得る。従って、第２の部分の側面が平面である場合に、キーブロックの間隙部分の対応する側面も平面であり得るし、この場合に、間隙部分及び第２の部分の間の切れ目の輪郭は、一般的に、直線である。同様に、第２の部分の側面が曲がっている場合に、間隙部分の側面は、これらの平面図輪郭で補完的な屈曲を有し得るし、この場合に、間隙部分及び第２の部分の間の切れ目の輪郭は曲げられ得るだろう。

一般的に、使用中に、アセンブリは、複数の隣接し並べられ配置される中性子反射材ブロック及び組み合わされたキーブロックを含み、中性子反射材ブロックは、アセンブリがアセンブリの始まりの中性子反射材ブロックと、互いに隣接するアセンブリの終わりの中性子反射材ブロックとの第１の部分の側面の閉じられた輪郭の幾何学的形状を有するように配置され、キーブロックは、互いに隣接する中性子反射材ブロックを接続する。アセンブリは、一般的に、等角の多角形若しくは輪状の多角形の外形を有する。アセンブリは、これらの構造に依存して、アセンブリに使用される反射材の数と等しい固定挿入部材の数を通常含んでいる。本発明の最良な実施形態で、アセンブリは、一般的に、原子炉の環状の側面反射材の部分として、形状として必ずしも円形でなく、使用中に、アセンブリが原子炉の周囲に設置され得るように、大まかに環状の形状を有する。

反射材ブロック及びアセンブリの固定挿入部材が、夫々、必ずしも同一である必要性はないことがわかるだろう。アセンブリの反射材ブロックのいくつかの第２の部分は、アセンブリで他の反射材ブロックよりも中間の面から、即ち、動作可能に内側にさらに突出し得るし、個々の反射材ブロックは、異なる大きさにされた第２の端面も有し得ると考えられる。このような場合に、反射材アセンブリは、一般的にほかよりもさらに内側に突出する幾つかの反射材ブロックを有するいわゆる碁盤目状の外観を有している。これは、キーブロックの間隙部分に適応もされ得る。アセンブリの動作可能な内面は、このために一様でない。しかし、原子炉に使用される反射材ブロックの第１の部分は、反射材ブロックアセンブリの一様な動作可能な外表面を規定するような大きさ及び形状で実質的に同等であることが期待されている。制御棒通路の直径は、一般的にブロックの第２の部分に設置され、一致もしない。

本発明は、原子炉の側面反射材に拡大し、側面反射材は、本発明の第２の実施形態に沿って少なくとも１つの中性子反射材ブロックアセンブリを含む。

本発明は、本発明の第２の実施形態に沿う少なくとも１つの中性子反射材ブロックアセンブリを含む側面反射材を有する原子炉に延長する。中性子原子炉は、一般的に、ぺブルベッドタイプの高温ガス冷却原子炉であり得る。

本発明は、後述の図面に係る例によって記載されるだろう。

図１は、本発明に係る中性子反射材ブロックの斜視図である。図２は、図１の複数の中性子反射材ブロックを含む中性子反射材ブロックアセンブリに適用するキーブロックの斜視図である。図３は、補完的な嵌合される構造で図１の反射材ブロック及び図２のキーブロックの斜視図である。図４は、本発明に係る反射材ブロックアセンブリの斜視図を示している。

図面、特に図１を参照して、参照符号１０は、通常、本発明に係る原子炉ブロックを示している。

ブロック１０は、グラファイトから成る。

ブロック１０は、第１の端面１４を有する第１の部分１２と、第１の端面１４から間隔を空けられた対向して配置された中間の肩１６Ａ、１６Ｂと、を含む。

ブロック１０は、さらに、第１の端面１４に対向して配置された第２の端面２０を規定する第２の部分１８をさらに有している。第２の部分１８は、第１の部分１２から、中間の肩１６Ａ、１６Ｂの間から突出する。

第１の端面１４及び中間の肩１６Ａ、１６Ｂは、間隔を空けられた第１の部分の側面２２Ａ、２２Ｂと間隔を空けられた上下の第１の部分の面２４Ａ、２４Ｂとによって境界つけられている。同様に、第２の端面２０及び中間の肩１６Ａ、１６Ｂは、第２の部分の側面２６Ａ、２６Ｂと、動作可能な上下の第２の部分の面２８Ａ、２８Ｂとによって境界つけられている。上面２４Ａ、２８Ｂ及び下面２４Ｂ、２８Ｂは、夫々、互いに同一平面上であり、このために中性子反射材ブロック１０の連続する上下の面を構成することが好適であろう。

第２の部分の側面２６Ａ、２６Ｂは、第２の部分１８は一般的に第１の部分１２よりも狭い横断面を有するように、第１の部分の側面２２Ａ、２２Ｂと比較してさらに狭く間隔を空けられている。

中間の肩１６Ａ、１６Ｂの各々は、第１及び第２の部分１２、１８の間の接合部分２７でここに隣接して規定された間隙２９Ａ、２９Ｂを有する。間隙２９Ａ、２９Ｂは、第２の部分１８中に突出し、これらの上下の面２８Ａ、２８Ｂを通して延長する。

中性子反射材ブロック１０、さらに特にこれらの第１及び第２の部分１２、１８は、各々、第１の端面１４から第２の端面２０への幅で次第に小さくなる。

第１の部分１２は、この上面２４Ａからこの下面２４Ｂへ通り抜ける冷却流体孔２５を有する。第２の部分１８は、この上面２８Ａからこの下面２８Ｂへ通り抜ける制御棒孔２３を有する。孔２３は、もしもの場合に備えて、予備のシャットダウンシステム孔としての機能もありうる。

中性子反射材ブロック１０は、この上面の長手方向の中線に沿ってブロック１０を横切る平面に係って対称であることが好適であるだろう。

図２を参照して、参照符号３０は、互いに係る図１の少なくとも２つの反射材ブロックを固定するための固定挿入部材、若しくは、キーブロック（key block）を概略的に示している。

固定挿入部材３０は、間隙部（spacing portion）３２と固定部３４とを有し、固定部３４は、２つの側面に沿って突出するフランジ部３４Ａ、３４Ｂを有する。

フランジ部３４Ａ、３４Ｂは、図１の反射材ブロック１０で規定される凹部２９Ａ、２９Ｂに補完的に成形され、図３及び４にさらに明確に図示されているように、このために各々の凹部で補完的に受け取られることができる。

挿入部材３０の間隙部３２は、隣接した反射材ブロック１０の第２の部分１８の隣接する側面２６Ａ／２６Ｂの間に規定される間隙に補完的な大きさに形成され、成形されている。従って、図４にさらに明確に図示されるように、特有の固定挿入部３０Ａの間隙部分の１側面３６Ａとある中性子反射材ブロック１０Ａの側面２６Ａとは、挿入部３０Ａの間隙部３２のもう一方の側面３６Ｂが、中性子反射材ブロック１０Ａに隣接して配置される他の中性子反射材ブロック１０Ｂの側面２６Ｂに隣接すると同時に、使用中に、隣接する。フランジ部３４Ａ、３４Ｂは、このために、使用中に、夫々中性子反射材ブロック１０Ａ、１０Ｂを隣接して配置される個別の凹部２９Ａ、２９Ｂで受けられ、その結果、一緒に中性子反射材ブロック１０Ａ、１０Ｂをロックする。

挿入部材３０は、動作可能な内部端面３８を有する。
図３は、挿入部材３０の一側面３６Ｂが中性子反射材ブロック１０の一側面２６Ｂに隣接している状態で、接続された、若しくは、組み合わされた状態の図１のブロック１０と図２の挿入部材３０とを示している。挿入部材３０のあるフランジ部３４Ｂは、中性子反射材ブロック１０の一つの凹部２９Ｂで受けられる。隣接した側面２６Ｂ、３６Ｂは、２つの平面であるので、挿入部材３０の側面３６Ｂ及びブロック１０の側面２６Ｂの間のスプリット３１の外形は、直線であることが好適である。本発明に係って、側面２６Ａ、２６Ｂは、曲げられた場合に、側面３６Ａ、３６Ｂは、夫々側面２６Ａ、２６Ｂの曲率に補完的にも曲げられて、スプリット３１の外形が同様に曲げられることをこれらにもらすだろう。

図４で、参照符号４０は、本発明に係る側面反射材ブロックアセンブリを概略的に示している。側面反射材ブロックアセンブリ４０は、高温ガス冷却原子炉の側面反射材の介在物に適切であり、一般的に他とともに積み重ねられた構造で使用され、同様の側面反射材ブロックアセンブリは、側面反射部材を構成する。

アセンブリ４０は、図２の複数のキーブロック若しくは固定挿入部材３０によって互いに係って固定される図１の複数の反射材ブロック１０を含んでいる。同等の数のブロック１０及び挿入部材３０は、アセンブリに含まれていることを留意すべきであるだろう。

前述されたように、中性子反射材ブロック１０、特にこれらの第２の部分１８は、全てのブロック１０及び挿入部材３０が、夫々、同一である図示された実施形態に反して、大きさ及び形の点で異なり得ることが考えられる。

ブロック１０は、互いに接続若しくは隣接して配列される隣接する反射材ブロック１０の第１の部分１２の夫々の側面２４Ａ、２４Ｂに隣り合った関連で配置されている。固定挿入部材３０は、互いに固定挿入部３０のフランジ部分３４Ａ、３４Ｂは、隣接した反射材ブロック１０の各凹部２９Ａ、２９Ｂで受けられる状態で、隣り合った中性子反射材ブロック１０の第２の部分１８を間に規定された間隙に設置されている。アセンブリ４０は、ブロック１０の第２の部分１８の第２の端面２０及び挿入部材３０の動作可能な内部端面によりアセンブリの内部表面５２と、中性子反射材ブロック１０の第１の端面１４によりアセンブリの外部表面５４とで、側面が規定される閉じられた外形の幾何学的配置、さらに特に等角の多角形を規定することは好適であるだろう。

前述されたような第１及び第２の部分を有する反射材ブロックを設置されることと、第１の部分に係って第２の部分を狭めることとによって、同様に前述されたように、側面反射材ブロックは、さらに小さい動作可能な内部若しくは中性子入射部と、さらに大きい動作可能な外部と、を有し、互いに接続されていることが好適であるだろう。このように、中性子束が最も高い中性子入射部分でのグラファイトの量は、減少される。本出願は、このような構成によって、中性子入射部分の内部応力が第１及び第２の部分に沿って規定される熱流量方向を妨げることなしに入射部分の軽減された大きさに従って減少されることが前述のような発明の特に好適であると思われる。従って、本出願は、前述のような２層の側面反射構造と比べると軽減された内部応力発生特性と改良された熱伝達特性とを有する、本発明の中性子反射材ブロック、また、その結果、本発明に従って中性子反射材ブロックアセンブリとも考えられる。反射材ブロックの内部応力発生特性は、中性子反射材ブロックの熱伝達特性を犠牲にしないで、このため軽減される。

本出願は、さらに、本発明に従う中性子反射材ブロック及びキーブロック若しくは固定挿入部材は、これらの内部応力発生特性を平衡に保ち、これらの特性を最小化するために調整され得ることを前述の本発明の特に好適であると考えられる。

本発明に従う反射材ブロック及び反射材ブロックアセンブリの軽減された応力発生特性及び生じる軽減された応力は、これらが使用された原子炉を運転する場合に改良された安全性に導く。

本出願は、発明に従う反射材ブロックが、反射材ブロックを存続させることに係って増長される運転寿命を有し得ることを期待している。

本出願は、さらに、反射材ブロックの第２の部分の側面が曲げられ、関連した固定挿入部材に対応するキーブロックが補完的に曲げられた場合に、互いに対向する配置する前述の面は、切れ目の形が直線の場合に発生し得る輸送と比較すると反射材ブロックの第２の部分及び切れ目の輸送する中性子を減少するキーブロックの間隙部分の間で切れ目の曲げられた形を規定することが特に好適であると考えられる。さらに、切れ目の曲げられた形は、２つの隣接するブロックの間のガスの漏洩流を減少させることを期待されている。

碁盤目状を生成するための交互のブロックの延長する第２の面は、ペブルベッドの梱包材をおそらく破壊もするだろうし、この結果燃料の梱包材の密度を減少する。減少された梱包材密度は、燃料によって適用され、生じされる最大の接触力を可能な限り軽減し、ぺブルベッドの流れの抵抗も可能な限り軽減するだろう。

本発明は、原子炉に関する。さらに特に、本発明は、高温ガス冷却原子炉のための側面反射材に関する。本発明は、中性子反射材ブロックと、中性子反射材ブロックアセンブリと、を提供する。本発明は、中性子反射材ブロックアセンブリを含む側面反射材と、このような側面反射材を有する原子炉とに拡張する。

高温ガス冷却炉において、通常のぺブルベッドタイプで、炉心構造は、炉心の周囲に設置された、炉心を構成するぺブルベッドの幾何学形状を規定し、維持する構造要素である。炉心構造は、一般的に２つの主要素、すなわち、炉心構造セラミックと炉心槽アセンブリとを有している。炉心構造セラミックは、上部反射材、側部反射材、及び、底部反射材を通常含む。これらの反射材は、通常、適切な中性子反射材料、一般的にグラファイトであり、垂直構造で積み重ねられているブロックの形状であり、この結果、柱を形成する。これらの柱は、炉心槽アセンブリによって垂直に支持され、横の制止によって水平に支持されている。反射材は、主に、炉心の核分裂反応を増殖するように中性子を炉心内に反射するために作用する。グラファイトが反射材として適用される場合に、反射材は、中性子減速材としても作用する。本発明は、炉心構造セラミックの側面反射材、特に構成される中性子反射材ブロックに具体的には方向付けられる。

高温ガス冷却原子炉で中性子反射材として適用されるグラファイトブロック、特にこの側面反射材は、極度な高温と高速中性子束とに曝されている。これらの極限状態への曝露は、グラファイトを最初に圧縮し、次に膨張させ、グラファイト反射材ブロックで発生される一様でない内部応力へ導く。さらに、これら極限状態の下で、グラファイトの特有の材料特性も変化する傾向にある。これらの付加的な特有の材料特性の変化は、一般的に複雑にされるグラファイトブロックの内部応力分布と、経験的でないブロックの振る舞いとをもたらす。幾つかの場合に、グラファイトブロックで発生する内部応力は、グラファイトの強度を超え、ブロックに亀裂を発生させる。これらの内部応力は、時々、ブロックの構造的完全性を危険にさらす。この結果、反射材ブロックで発生される内部応力を抑制することが必要不可欠である。

本出願は、中性子反射材ブロックでの内部応力の発生を抑制するための１つの可能性のある方法が大きさを抑制、又は、最小にすることであり、したがってブロックの内側に発生される内部応力の大きさを制限することであることが知られている。このような場合に、従来の炉心構造の側面反射材は、一般的に、内層が外層よりも小さなブロックを有し、２又はより多くの反射材グラファイトの層を有するべきである。しかし、曝露されるブロック、即ち内層に含まれるこれらのサイズの減小は、他の問題や課題をもたらすということが出願人の経験からわかっている。これらの１つは、側面反射材を通りぬけるガスの漏洩流れが付加的な反射材層の使用のために増大し得るし、この結果原子炉の熱効率にマイナスの影響を与える。他の課題は、ブロックの層の間の熱流量が減少し、減衰されている炉心の消極的な冷却能力をもたらす。さらに、側面反射材によって構成される熱流路は、２層構造のために妨げられ、温度が最大である反射材ブロックの内部側面に冷却材の提供を必要とし、ブロックのバルク及び冷却材チャネルの間の温度差の効果が最も激しい。これらの温度差は、材料の強度によって制限される最大の到達可能／使用可能なこれらの温度の差で、反射材ブロックに発生される応力を再度生じさせる。これは、プラント全体の効率に直接作用する冷却ガス入口及び出口温度の間での最大の温度差を同様に制限される。

本発明の第１の態様によれば、間隔を空けられた側面と間隔を空けられた上下の面とによって境界を付けられる、第１の端面と、第１の端面から間隔を空けられた反対に配置される中間の肩を有する第１の部分と、中間の肩の間の第１の部分から突出し、間隔を空けられた側面及び間隔を空けられた上下の面を有し、側面が第１の部分の側面に対してさらに狭く間隔を空けられ、第１の端面に反対に配置された第２の端面も有する、第２の部分と、を有する中性子反射材ブロックが設置されている。

第２の部分は、第１の部分に対して横方向に狭い形状を有することが分かっている。
第１及び第２の反射材ブロックは、第１の端面から第２の端面に向かう距離、すなわち、これらの側面の間の界面距離の幅が次第に細くなる。反射材ブロック部分は、幅が次第に細くなるときに、互いに当接する並んだ関係の複数の同様に成形された反射材ブロックを配置し、一般的に、隣接した反射材ブロックの各々の第１及び第２の対応する側面は、互いに隣接し、これら第１の部分の側面は互いに当接することで、中性子反射材ブロックの十分な数の閉じられた形状の幾何学的配置の構造が得られることが分かり得る。このような閉じられた形状配置の構造に必要とされる反射材ブロックの数は、もちろん、一般的に反射材ブロックの第１及び第２の部分が次第に細くされる角度に依存する。

少なくとも１つの第１及び第２の部分は、それの上面からそれの下面まで通り抜ける通路を有し得る。一般的に、１つの通路又は複数の通路は、使用中に、制御棒を挿入し、流通される冷却流体を許容するために設置され得る。一般的に、第１の部分は、冷却流体路を有し、第２の部分は、夫々を通り抜ける制御棒通路を有している。

本発明の１つの実施形態で、第２の部分の側面は、平面であり得る。その他に、中性子反射材ブロックが平面図で見られる場合に、第２の部分の側面は、湾曲し得る。このような場合に、第２の部分の側面は、一般的に凸状の湾曲を有し得るし、第２の端面へ向かうよりも中間の肩に向かう第２の部分で内側へより深く延び得る。従って、第２の部分は通り抜ける制御棒通路を有する場合に、第２の部分の側面が、湾曲しているので、中間の肩に向かう方向で制御棒通路の周囲で部分的に内側に通常湾曲する。幾つかの場合に、これは、第２の部分の側面が平面である場合よりも第２の部分の中に深く延びる中間の肩をもたらし得る。

中性子反射材ブロックは、動作可能なこれらの上下面の長手方向の中心線に沿って交差する平面について好適には対称であり得る。付加的に、第１及び第２の部分は、同等の厚さ、すなわちこれらの動作可能な上面と動作可能な下面との間の界面距離を有し得る。第１の部分及び第２の部分の動作可能な上及び動作可能な下面は、一般的に互いに同一平面であり、その結果、反射材ブロックの一様な動作可能な上下面を規定する。

中性子反射材ブロックは、幾つかの適切な中性子反射材から成り得る。好適には、中性子反射材ブロックは、グラファイトから成る。

凹部は、第２の部分の側面の各々、隣接する中間の肩の各１つで規定され得る。このようなスロットは、凹部が規定されていない場合よりも第２の部分へ深く延びる肩を一般的にもたらすことがわかる。凹部は、第２の部分の幅に沿って一般的に延び、これらの上下面で開口している。

使用中に、複数の中性子反射材ブロックは反射材ブロックアセンブリを形成するために並んで対応され得るし、一般的に隣接する反射材ブロックの隣接する第１の部分の側面は当接している。このようなアセンブリで互いに係合して反射材ブロックを固定することはキーブロックによって達成され、キーブロックは隣接する中性子反射材ブロックの隣接する第２の部分の側面の間で規定される空間に補完的に差し込まれるように構成されている。使用された場合に、即ち、反射材ブロックが前述のような凹部を有する場合に、キーブロックは一般的に凹部に補完的に入り込むように構成された突起部を有し得る。

したがって、本発明の第２の実施形態によれば、中性子反射材ブロックアセンブリが提供される。
中性子反射材ブロックアセンブリは前述のような第２の部分の側面に規定された凹部を有し、反射材ブロックは並んだ関係で当接し、反射材ブロックの隣接する第１の部分の側面は、中性子反射材ブロックの隣接する第２の部分の側面の間で規定される空間を有して互いに当接する、本発明の第１の実施形態の中性子反射材ブロックと、
中性子反射材ブロックの隣接する第２の部分の側面の間の空間に配置され、中性子反射材ブロックを一緒に固定するキーブロックと、の一組を含む。

キーブロックは、中性子反射材ブロックの第２の部分の側面の凹部を係合する補完的な突起部を有し得る。特に、キーブロックは、補完的な突起部を設けられる固定部、スペーサ部及び固定部を有し得る。スペーサ部は、中性子反射材ブロックの第２の部分の側面の間の空間に補完的に成形され、動作可能に埋め得る。したがって、第２の部分の側面が平面である場合に、キーブロックのスペーサ部の対応する側面も平面であり得るし、この場合に、スペーサ部及び第２の部分の間の切れ目の輪郭は、一般的に、直線である。同様に、第２の部分の側面が湾曲している場合に、スペーサ部の側面は、これらの平面輪郭で補完的な屈曲を有し得るし、この場合に、スペーサ部及び第２の部分の間の切れ目の輪郭は湾曲し得る。

一般的に、使用中に、アセンブリは、複数の当接し並べられ配置される中性子反射材ブロック及び対応するキーブロックを含む。中性子反射材ブロックは、アセンブリがアセンブリの最初の中性子反射材ブロックと、互いに隣接するアセンブリの最後の中性子反射材ブロックとの第１の部分の側面の閉じられた形状の幾何学的外形を有するように配置される。キーブロックは、互いに隣接する中性子反射材ブロックを接続する。アセンブリは、一般的に、等角の多角形又は輪状の多角形の外形を有することが予想される。アセンブリは、これらの構造によって、アセンブリに採用される反射材の数と等しい固定挿入部材の数を通常含んでいる。本発明の最良な実施形態で、アセンブリは、形状として必ずしも円形でなく、大まかに環状の形状を有し、一般的に、原子炉の環状の側面反射材の一部分として、使用中に、アセンブリが炉心の周囲に設置され得る。

反射材ブロック及びアセンブリの固定挿入部材は、夫々、必ずしも同一である必要性がないことがわかる。アセンブリの反射材ブロックのいくつかの第２の部分は、アセンブリで他の反射材ブロックよりも中間の面から、すなわち動作可能に内側にさらに突出し得るし、個々の反射材ブロックが、異なるサイズにされた第２の端面も有し得ると考えられる。このような場合に、反射材アセンブリは、一般的に他よりもさらに内側に突出する幾つかの反射材ブロックを有するいわゆる碁盤目状の外観を有している。これは、キーブロックのスペーサ部に適応もされ得る。アセンブリの動作可能な内側面は、このために一様でない。しかし、原子炉に採用される反射材ブロックの第１の部分は、反射材ブロックアセンブリの一様な動作可能な外表面を規定するようなサイズ及び形状で実質的に同等であることが期待されている。制御棒通路の直径は、一般的にブロックの第２の部分に提供され、また異なる。

本発明は、原子炉の側面反射材に拡張し、側面反射材は、本発明の第２の実施形態に沿って少なくとも１つの中性子反射材ブロックアセンブリを含む。

本発明は、本発明の第２の実施形態に沿う少なくとも１つの中性子反射材ブロックアセンブリを含む側面反射材を有する原子炉にも拡張する。この原子炉は、一般的に、ぺブルベッドタイプの高温ガス冷却原子炉であり得る。

本発明は、後述の図面による例によって記載される。

ブロック１０は、グラファイトから成る。

ブロック１０は、第１の端面１４を有する第１の部分１２と、第１の端面１４から間隔を空けられて、反対に配置された中間の肩１６Ａ、１６Ｂとを含む。

ブロック１０は、さらに、第１の端面１４の反対に配置された第２の端面２０を規定する第２の部分１８をさらに有している。第２の部分１８は、中間の肩１６Ａ、１６Ｂの間の第１の部分１２から突出する。

第１の端面１４及び中間の肩１６Ａ、１６Ｂは、間隔を空けられた第１の部分の側面２２Ａ、２２Ｂと間隔を空けられた上下の第１の部分の面２４Ａ、２４Ｂとによって境界つけられている。同様に、第２の端面２０及び中間の肩１６Ａ、１６Ｂは、第２の部分の側面２６Ａ、２６Ｂと、動作可能な上下の第２の部分の面２８Ａ、２８Ｂとによって境界つけられている。上面２４Ａ、２８Ｂ及び下面２４Ｂ、２８Ｂは、夫々、互いに同一平面上であり、したがって中性子反射材ブロック１０の連続する上下の面を構成することが分かる。

中間の肩１６Ａ、１６Ｂの各々は、第１及び第２の部分１２、１８の間の接合部分２７で中間の肩１６Ａ、１６Ｂに隣接して規定された間隙２９Ａ、２９Ｂを有する。間隙２９Ａ、２９Ｂは、第２の部分１８中に突出し、これらの上下の面２８Ａ、２８Ｂを通して延びる。

中性子反射材ブロック１０は、この上面の長手方向の中心線に沿ってブロック１０を交差する平面に対して対称であることがわかる。

図２を参照して、参照符号３０は、互いに係合して図１の少なくとも２つの反射材ブロックを固定するための固定挿入部材、又は、キーブロック（key block）を概略的に示している。

固定挿入部材３０は、スペーサ部（spacing portion）３２及び固定部３４を有する。固定部３４は、２つの側面に沿って突出するフランジ部３４Ａ、３４Ｂを有する。

フランジ部３４Ａ、３４Ｂは、図１の反射材ブロック１０で規定される凹部２９Ａ、２９Ｂに対して補完的に成形され、図３及び４にさらに明確に図示されているように、そのために各々の凹部で補完的に受け取られることができる。

挿入部材３０のスペーサ部３２は、隣接した反射材ブロック１０の第２の部分１８の隣接する側面２６Ａ／２６Ｂの間に規定される空間に補完的なサイズにされて、成形されている。したがって、図４にさらに明確に図示されるように、挿入部３０Ａのスペーサ部３２のもう一方の側面３６Ｂが、中性子反射材ブロック１０Ａに当接して配置される他の中性子反射材ブロック１０Ｂの側面２６Ｂに隣接すると同時に、特有の固定挿入部３０Ａのスペーサ部の一側面３６Ａと一中性子反射材ブロック１０Ａの側面２６Ａとは、使用中に、当接する。フランジ部３４Ａ、３４Ｂは、このために、使用中に、夫々中性子反射材ブロック１０Ａ、１０Ｂを隣接して配置される個別の凹部２９Ａ、２９Ｂで受けられ、その結果、一緒に中性子反射材ブロック１０Ａ、１０Ｂをロックする。

挿入部材３０は、動作可能な内側端面３８も有する。
図３は、接続される、又は対応される状態の図１のブロック１０と図２の挿入部材３０とを示し、挿入部材３０の一側面３６Ｂが中性子反射材ブロック１０の一側面２６Ｂに当接している。挿入部材３０のあるフランジ部３４Ｂは、中性子反射材ブロック１０の一つの凹部２９Ｂで受けられる。隣接した側面２６Ｂ、３６Ｂは、２つの平面であるので、挿入部材３０の側面３６Ｂ及びブロック１０の側面２６Ｂの間のスプリット３１の輪郭は、直線であることが好適である。本発明によれば、側面２６Ａ、２６Ｂが湾曲した場合に、側面３６Ａ、３６Ｂは、夫々側面２６Ａ、２６Ｂの曲率に補完的にも湾曲して、スプリット３１の輪郭が同様に湾曲することをそれらにもたらす。

図４で、参照符号４０は、本発明に係る側面反射材ブロックアセンブリを概略的に示している。側面反射材ブロックアセンブリ４０は、高温ガス冷却原子炉の側面反射材の介在物として適切であり、一般的に他とともに積層構造で採用され、同様の側面反射材ブロックアセンブリは、側面反射部材を構成する。

アセンブリ４０は、図２の複数のキーブロック又は固定挿入部材３０によって互いに係合して固定される図１の複数の反射材ブロック１０を含んでいる。同等の数のブロック１０及び挿入部材３０が、アセンブリに含まれていることを留意すべきである。

前述されたように、中性子反射材ブロック１０、特にそれらの第２の部分１８は、全てのブロック１０及び挿入部材３０が夫々同一である図示された実施形態に反して、サイズ及び形状で異なり得ることが考えられる。

ブロック１０は、互いに接続又は当接して配列される隣接する反射材ブロック１０の第１の部分１２の側面２４Ａ、２４Ｂの各々に隣り合った関係で配置されている。
固定挿入部材３０は、互いに固定挿入部３０のフランジ部分３４Ａ、３４Ｂが隣接した反射材ブロック１０の各凹部２９Ａ、２９Ｂで受けられる状態で、隣り合った中性子反射材ブロック１０の第２の部分１８の間に規定された空間に設置される。
アセンブリ４０は、ブロック１０の第２の部分１８の第２の端面２０及び挿入部材３０の動作可能な内側端面によりアセンブリの内側表面５２と、中性子反射材ブロック１０の第１の端面１４によりアセンブリの外側表面５４とで、側面が規定される閉じられた外形の幾何学的配置、さらに特に等角の多角形を規定することがわかる。

前述されたような第１及び第２の部分を有する反射材ブロックを提供されること及び第１の部分に対して第２の部分を狭めることによって、同様に前述されたように、側面反射材ブロックは、さらに小さい動作可能な内側部分又は中性子入射部と、さらに大きい動作可能な外側部分とを有し、互いに接続されていることがわかる。このように、中性子束が最も高い中性子入射部分でのグラファイトの量は、減少される。本出願は、このような構成によって、中性子入射部分の内部応力が第１及び第２の部分に従って規定される熱流路を妨げることなしに入射部分の減らされたサイズに従って軽減されることが前述の発明の特に有利な点であると思われる。したがって、本出願は、前述のような２層の側面反射構造と比べると軽減された内部応力発生特性と改良された熱伝達特性とを有するような、本発明の中性子反射材ブロック及びその結果の本発明に従う中性子反射材ブロックアセンブリとも考えられる。反射材ブロックの内部応力発生特性は、中性子反射材ブロックの熱伝達特性を犠牲にしないので、この結果軽減される。

本出願は、さらに、本発明に従う中性子反射材ブロック及びキーブロック又は固定挿入部材がこれらの内部応力発生特性を平衡に保ち、これらの特性を最小化するために調整され得ることを前述の本発明の特に好適であると考えられる。

本発明に従う反射材ブロック及び反射材ブロックアセンブリの軽減された応力発生特性及び生じる軽減された応力は、これらが採用された原子炉を運転する場合に改良された安全性に導く。

本出願は、さらに以下のことが特に好適であると考えられる。それは、反射材ブロックの第２の部分の側面が湾曲し、関連した固定挿入部材に対応するキーブロックが補完的に湾曲した場合に、互いに対してこの面を配置することは、切れ目の輪郭が直線の場合に発生し得る中性子輸送と比べてその切れ目で中性子輸送を減少する、反射材ブロックの第２の部分とキーブロックのスペーサ部との間で湾曲した輪郭の切れ目を規定することである。さらに、切れ目の湾曲した形は、２つの隣接するブロックの間のガスの漏洩流を減少させることを期待されている。

碁盤目状を生成するための交互のブロックの第２の面を延ばすことは、ペブルベッドの梱包材をおそらく破壊もするだろうし、この結果燃料の梱包材の密度を減少する。減少した梱包材密度は、燃料によって適用され、生じされる最大の接触力を可能な限り軽減し、ぺブルベッドの流れの抵抗も可能な限り軽減するだろう。
以下に、本出願の出願当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］間隔を空けられた複数の側面と間隔を空けられた上下の面とによって境界を付けられる、第１の端面と、前記第１の端面から間隔を空けられた対向して配置される中間の複数の肩を有する第１の部分と、前記複数の中間の肩の間の前記第１の部分から突出し、間隔を空けられた側面及び間隔を空けられた上下の面を有し、前記側面が前記第１の部分の複数の側面に係ってさらに狭く間隔を空けられ、前記第１の端面に対向して配置された第２の端面も有する、第２の部分と、を有する中性子反射材ブロック。
［２］前記第１及び第２の部分は、前記第１の端面から前記第２の端面に向かう方向に幅が、各々、次第に小さくなる、［１］の中性子反射材ブロック。
［３］少なくとも１つの前記第１の部分及び第２の部分は、この上面からこの下面に向かって貫通する通路を有する、［１］若しくは［２］の中性子反射材ブロック。
［４］前記第２の部分の複数の側面は、平坦面である、［１］から［３］のいずれか１の中性子反射材ブロック。
［５］平面図で見る場合に、前記第２の部分の複数の側面が湾曲される、［１］から［３］のいずれか１の中性子反射材ブロック。
［６］グラファイトから構成される、［１］から［５］のいずれか１の中性子反射材ブロック。
［７］凹部は、前記第２の部分の前記複数の側面の各々で規定され、前記複数の中間の肩の各１つが隣接する、［１］から［６］のいずれか１の中性子反射材ブロック。
［８］前記反射材ブロックの隣接する第１の部分の複数の側面が、前記中性子ブロックの隣接する第２の部分の間で規定される間隔で互いに隣り合うように並んだ関係で隣接する、請求項７に係る前記一組の中性子反射材ブロックと、前記中性子反射材ブロックの前記隣接する第２の部分の複数の側面の間の前記間隙に配置され、前記複数の中性子反射材ブロックを一緒に固定するキーブロックと、を含む、中性子反射材ブロックアセンブリ。［９］前記キーブロックは、前記中性子反射材ブロックの前記側面の凹部に嵌合する補完的な突起部を有する、［８］の中性子反射材ブロックアセンブリ。
［１０］前記キーブロックは、前記補完的な突起部を設置される前記固定部分を伴って、間隙部分及び固定部分を有する、［９］の中性子反射材ブロックアセンブリ。
［１１］前記間隙部分は、前記中性子反射材ブロックに補完的に成形され、このために前記第２の部分の複数の側面の間の間隙を動作可能に充填する、［９］、若しくは、［１０］の中性子反射材ブロックアセンブリ。
［１２］複数の隣接し並べて配置される中性子反射材ブロックと組み合わせられたキーブロックとを有し、前記中性子反射材ブロックは、前記アセンブリの第１の中性子反射材ブロックと、互いに隣接する前記アセンブリ、及び、前記複数の互いに隣接する中性子反射材ブロックを接続するキーブロックの末尾の中性子反射材ブロックと、の前記第１の部分の側面を有する閉じられた輪郭の幾何学外形を有するように配置されている、［８］から［１１］のいずれか１の中性子反射材ブロックアセンブリ。
［１３］前記側面の反射材は、［８］から［１２］のいずれか１の少なくとも１つの中性子反射材ブロックを有する、原子炉のための側面の反射材。
［１４］［８］から［１２］のいずれか１の少なくとも１つの中性子反射材ブロックアセンブリを含む側面の反射材を有する原子炉。
［１５］高温ガス冷却炉である［１４］の原子炉。

Claims

間隔を空けられた複数の側面と間隔を空けられた上下の面とによって境界を付けられる、第１の端面と、前記第１の端面から間隔を空けられた対向して配置される中間の複数の肩を有する第１の部分と、
前記複数の中間の肩の間の前記第１の部分から突出し、間隔を空けられた側面及び間隔を空けられた上下の面を有し、前記側面が前記第１の部分の複数の側面に係ってさらに狭く間隔を空けられ、前記第１の端面に対向して配置された第２の端面も有する、第２の部分と、を有する中性子反射材ブロック。
前記第１及び第２の部分は、前記第１の端面から前記第２の端面に向かう方向に幅が、各々、次第に小さくなる、請求項１の中性子反射材ブロック。
少なくとも１つの前記第１の部分及び第２の部分は、この上面からこの下面に向かって貫通する通路を有する、請求項１若しくは請求項２の中性子反射材ブロック。
前記第２の部分の複数の側面は、平坦面である、請求項１から３のいずれか１の中性子反射材ブロック。
平面図で見る場合に、前記第２の部分の複数の側面が湾曲される、請求項１から３のいずれか１の中性子反射材ブロック。
グラファイトから構成される、請求項１から５のいずれか１の中性子反射材ブロック。
凹部は、前記第２の部分の前記複数の側面の各々で規定され、前記複数の中間の肩の各１つが隣接する、請求項１から６のいずれか１の中性子反射材ブロック。
前記反射材ブロックの隣接する第１の部分の複数の側面が、前記中性子ブロックの隣接する第２の部分の間で規定される間隔で互いに隣り合うように並んだ関係で隣接する、請求項７に係る前記一組の中性子反射材ブロックと、
前記中性子反射材ブロックの前記隣接する第２の部分の複数の側面の間の前記間隙に配置され、前記複数の中性子反射材ブロックを一緒に固定するキーブロックと、を含む、中性子反射材ブロックアセンブリ。
前記キーブロックは、前記中性子反射材ブロックの前記側面の凹部に嵌合する補完的な突起部を有する、請求項８の中性子反射材ブロックアセンブリ。
前記キーブロックは、前記補完的な突起部を設置される前記固定部分を伴って、間隙部分及び固定部分を有する、請求項９の中性子反射材ブロックアセンブリ。
前記間隙部分は、前記中性子反射材ブロックに補完的に成形され、このために前記第２の部分の複数の側面の間の間隙を動作可能に充填する、請求項９、若しくは、請求項１０の中性子反射材ブロックアセンブリ。
複数の隣接し並べて配置される中性子反射材ブロックと組み合わせられたキーブロックとを有し、前記中性子反射材ブロックは、前記アセンブリの第１の中性子反射材ブロックと、互いに隣接する前記アセンブリ、及び、前記複数の互いに隣接する中性子反射材ブロックを接続するキーブロックの末尾の中性子反射材ブロックと、の前記第１の部分の側面を有する閉じられた輪郭の幾何学外形を有するように配置されている、請求項８から１１のいずれか１の中性子反射材ブロックアセンブリ。
前記側面の反射材は、請求項８から１２のいずれか１の少なくとも１つの中性子反射材ブロックを有する、原子炉のための側面の反射材。
請求項８から１２のいずれか１の少なくとも１つの中性子反射材ブロックアセンブリを含む側面の反射材を有する原子炉。
高温ガス冷却炉である請求項１４の原子炉。