JP2014025785A - Core melt holding device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、炉心溶融物の保持装置に関する。 Embodiments described herein relate generally to a core melt holding device.
水冷却型原子炉では、冷却水の供給停止や配管の破断によって、原子炉圧力容器内へ冷却水が供給されなくなると、原子炉水位が低下して炉心が露出し、この炉心の冷却が不十分になる可能性がある。このような場合を想定して、水位低下の信号により自動的に原子炉は非常停止され、非常用炉心冷却装置(ECCS)による冷却材の注入によって炉心を冠水させて冷却し、炉心溶融事故を未然に防ぐようになっている。 In a water-cooled nuclear reactor, if cooling water is no longer supplied into the reactor pressure vessel due to a stoppage of cooling water supply or pipe breakage, the reactor water level falls and the core is exposed, and cooling of this core is not possible. It may be enough. In such a case, the reactor is automatically shut down in response to a signal indicating a drop in water level, and the core is submerged and cooled by injecting coolant through the emergency core cooling system (ECCS), causing a core melting accident. It is designed to prevent it.
しかしながら、上記冷却材の投入にはある程度の時間を要し、極めて低い確率ではあるが、上記非常用炉心冷却装置が作動せず、さらに、その他の炉心への注水装置も利用できない事態も想定され得る。このような場合、原子炉圧力容器内の水位は低下したままであって、露出した炉心は十分な冷却が行われなくなることにより、原子炉停止後も発生し続ける崩壊熱によって燃料棒温度が上昇し、最終的には炉心溶融に至ることが考えられる。 However, it takes a certain amount of time to charge the coolant, and although there is a very low probability, there is a possibility that the emergency core cooling device does not operate and the water injection device to other cores cannot be used. obtain. In such a case, the water level in the reactor pressure vessel remains lowered, and the exposed core is not sufficiently cooled, so the fuel rod temperature rises due to decay heat that continues to occur after the reactor shuts down. In the end, however, it is thought that the core melts.
このような事態に至った場合、高温の炉心溶融物(コリウム)が原子炉圧力容器下部に溶け落ち、さらに原子炉圧力容器の下部を溶融貫通して、格納容器内の床上に落下するに至る。炉心溶融物は格納容器床に張られたコンクリートを加熱し、接触面が高温状態になるとコンクリートと反応し、二酸化炭素、水素等の非凝縮性ガスを大量に発生させるとともにコンクリートを溶融浸食する。 When such a situation occurs, the hot core melt (corium) melts down into the lower part of the reactor pressure vessel, and further melts through the lower part of the reactor pressure vessel and falls onto the floor in the containment vessel. . The core melt heats the concrete stretched on the containment floor, reacts with the concrete when the contact surface becomes hot, generates a large amount of noncondensable gases such as carbon dioxide and hydrogen, and melts and erodes the concrete.
発生した非凝縮性ガスは、サプレッションプールで冷却することによって、その圧力をある程度低下させることはできるが、発生するガスの量が多いとサプレッションプールによってもその圧力を十分に低下させることができない。その結果、格納容器内の圧力を高め、原子炉格納容器を破損させる可能性があり、また、コンクリートの溶融浸食により格納容器バウンダリを破損させたりする可能性がある。すなわち、炉心溶融物とコンクリートとの反応が生じ、この反応が所定の時間に亘って継続すると格納容器破損に至り、格納容器内の放射性物質が外部環境へ放出させる恐れがある。 The generated non-condensable gas can be reduced in pressure by cooling in the suppression pool to some extent, but if the amount of generated gas is large, the pressure cannot be reduced sufficiently even by the suppression pool. As a result, the pressure in the containment vessel may be increased, the reactor containment vessel may be damaged, and the containment vessel boundary may be damaged by melting and erosion of concrete. That is, a reaction between the core melt and concrete occurs, and when this reaction continues for a predetermined time, the containment vessel is damaged, and there is a possibility that radioactive substances in the containment vessel are released to the external environment.
このような観点から、炉心溶融物とコンクリートとの反応を抑制するために、炉心溶融物を冷却し、炉心溶融物底部のコンクリートとの接触面の温度を浸食温度以下(一般的なコンクリートで1500K(1227℃)以下)に冷却するか、炉心溶融物とコンクリートとが直接接触しないようにする必要がある。後者の手段の代表として、炉心溶融物保持装置(コアキャッチャー)と呼ばれるものが存在する。この炉心溶融物保持装置は、落下した炉心溶融物を耐熱材で受け止めるとともに、注水手段と組み合わせて炉心溶融物の冷却を図る設備である。 From this point of view, in order to suppress the reaction between the core melt and concrete, the core melt is cooled and the temperature of the contact surface with the concrete at the bottom of the core melt is below the erosion temperature (1500 K for general concrete). (1227 ° C. or lower) or cooling so that the core melt and the concrete do not come into direct contact with each other. As a representative of the latter means, there is a so-called core melt holding device (core catcher). This core melt holding device is a facility for receiving the core melt that has fallen with a heat-resistant material and cooling the core melt in combination with water injection means.
しかしながら、注水手段から冷却水が供給されるまでには、約10分程度の時間を要する場合があり、この間、炉心溶融物は炉心溶融物保持装置のみによって保持しなければならない。したがって、炉心溶融物保持装置には極めて高い耐熱性が要求される。 However, it may take about 10 minutes until the cooling water is supplied from the water injection means. During this time, the core melt must be held only by the core melt holding device. Therefore, extremely high heat resistance is required for the core melt holding device.
従来、カルシウム酸化物とケイ素酸化物とを主成分とするコンクリートを用いて炉心溶融物保持装置を構成したり、高融点材料のタイルを用いて炉心溶融物保持装置を構成したりするなどの試みがなされている。しかしながら、炉心溶融物を保持する際には、炉心溶融物保持装置の温度が室温から2000℃まで急激に温度上昇して、その際に発生する熱応力による破損の問題や、炉心溶融物が落下する際の機械的衝撃など、多様な損傷要因が複合的に作用する。 Conventional attempts to construct a core melt holding device using concrete composed mainly of calcium oxide and silicon oxide, or to construct a core melt holding device using tiles of high melting point materials, etc. Has been made. However, when holding the core melt, the temperature of the core melt holding device suddenly rises from room temperature to 2000 ° C., and there is a problem of damage due to thermal stress generated at that time, or the core melt falls. Various damage factors, such as mechanical impacts, are combined.
また、数十年前に既設した水冷却型原子炉では、上述のような炉心溶融物保持装置が設けられていない場合があり、このような既設の原子炉においても安全性の観点から上記保持装置を組み込むことが要求されている。しかしながら、既設の原子炉では十分な作業スペースが存在しないために、上述のようなタイル等によって炉心溶融物保持装置を組み立てるには困難を要していた。 In addition, the water-cooled nuclear reactor already installed several decades ago may not be provided with the core melt holding device as described above, and even in such an existing nuclear reactor, the above-mentioned holding is performed from the viewpoint of safety. It is required to incorporate the device. However, since there is not enough work space in the existing nuclear reactor, it has been difficult to assemble the core melt holding device with the tiles as described above.
本発明が解決しようとする課題は、炉心溶融物の熱や化学反応によっても所定の時間、炉心溶融物を保持することが可能であって実用に供することができ、既設の原子炉にも配設することが可能な炉心溶融物の保持装置を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is that the core melt can be held for a predetermined time by the heat and chemical reaction of the core melt and can be put to practical use. An object of the present invention is to provide a core melt holding device that can be installed.
本発明の一態様は、原子炉圧力容器の下方に設けられる炉心溶融物の保持装置であって、前記保持装置は、タングステン、モリブデン、タンタル及びニオブの少なくとも一つの金属材料を含む金属部材を具えることを特徴とする。 One aspect of the present invention is a core melt holding device provided below a reactor pressure vessel, the holding device including a metal member containing at least one metal material of tungsten, molybdenum, tantalum, and niobium. It is characterized by.
本発明によれば、炉心溶融物の熱や化学反応によっても所定の時間、炉心溶融物を保持することが可能であって実用に供することができ、既設の原子炉にも配設することができる。 According to the present invention, the core melt can be held for a predetermined time by the heat and chemical reaction of the core melt and can be put to practical use, and can also be disposed in an existing nuclear reactor. it can.
以下、本発明の詳細、並びにその他の特徴及び利点について、図面を参照しながら実施形態に基づいて説明する。 Hereinafter, details of the present invention and other features and advantages will be described based on embodiments with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
図1は、本実施形態における水冷型原子炉の概略構成を示す断面図であり、図2は、図1に示す水冷型原子炉の炉心溶融物保持装置の概略構成を拡大して示す断面図である。
(First embodiment)
1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a water-cooled nuclear reactor in the present embodiment, and FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing a schematic configuration of a core melt holding device of the water-cooled nuclear reactor shown in FIG. It is.
図1に示すように、本実施形態の水冷型原子炉10は原子炉格納容器11を含む。原子炉格納容器11は、その外郭を画定するための格納壁である外壁111と、外壁111の内側に設けられ、垂直方向に立設した相対向する板状の一対の固定部材112とを有しており、一対の固定部材112で画定される内部空間Sにおいて、固定治具113により原子炉圧力容器12が一対の固定部材112に対して固定され、配置されている。また、原子炉格納容器11は、原子炉圧力容器12の下方において、下部ドライウェル13を介してサンプ床14を有しており、サンプ床14の下方には外壁111の底部(底面)上において、炉心溶融物保持装置15が設けられている。
As shown in FIG. 1, the water-cooled
なお、下部ドライウェル13及びサンプ床14は本実施形態の必須の構成要件ではなく、必要に応じて省略することができる。
The lower
また、原子炉格納容器11の左上部には、例えば原子炉圧力容器12で発生した水蒸気を冷却器161によって冷却して冷却水を生成するための冷却水生成器16が設けられている。生成した冷却水16Aは、冷却水生成器16から配管162を介して、冷却水生成器16の下方に設けられた冷却水貯留槽17に送られ、冷却水17Aとして貯留される。冷却水17Aは、配管171を介して炉心溶融物保持装置15の冷却水路に供給されるようになっている。さらに、格納容器11の外壁111と一対の部材112によって画定されるようにしてサプレッションプール18が設けられ、冷却水18Aが貯留されている。
In addition, a
図2に示すように、炉心溶融物保持装置15は、原子炉格納容器11の外壁111の底部(底面)及び三角柱状の治具115と協働して冷却水路155を形成するような、椀型の金属部材151を有している。なお、治具115も原子炉格納容器11の構成要素であるが、治具115は、本実施形態において冷却水路155を形成するために補助的に設けられたものであり、原子炉格納容器11の必須の構成要件ではない。
As shown in FIG. 2, the core
但し、治具115を設けることによって、炉心溶融物保持装置15の冷却面151Bに対して冷却水を効率良く接触させることができ、後に説明するように、保持面151Aに落下して保持されている炉心溶融物を効率良く冷却することができる。
However, by providing the
本実施形態において、炉心溶融物保持装置15を構成する金属部材151は、タングステン、モリブデン、タンタル及びニオブの少なくとも一つの金属材料からなることが必要である。これらの金属は、1気圧下での融点が、それぞれ3422℃、2623℃、3027℃及び2415℃であって極めて高い。
In the present embodiment, the
一方、非常用炉心冷却装置(ECCS)(図示せず)等が十分に機能せずに炉心溶融事故が発生し、崩壊熱によって燃料棒温度が上昇して炉心溶融に至って生成した炉心溶融物が、原子炉圧力容器12の下部を溶融貫通して落下してきた場合、炉心溶融物は炉心溶融物保持装置15を構成する金属部材151の保持面151Aで保持されることになる。
On the other hand, an emergency core cooling system (ECCS) (not shown) does not function sufficiently and a core melting accident occurs, and the core melt generated when the fuel rod temperature rises due to decay heat and core melting occurs. When the lower part of the
炉心溶融物は、例えば燃料である二酸化ウランと燃料被覆管の酸化物である酸化ジルコニウムとの混合物であるので、その温度は約2500℃である。さらに、本実施形態の場合、炉心溶融物保持装置15の上方にはサンプ床14が設けられているので、上記混合物がサンプ床14を貫通して炉心溶融物保持装置15に至る際には、サンプ床14を構成するコンクリートのケイ素等と反応して、その温度は1600〜1700℃程度になる。
Since the core melt is, for example, a mixture of uranium dioxide, which is a fuel, and zirconium oxide, which is an oxide of a fuel cladding tube, the temperature is about 2500 ° C. Further, in the present embodiment, since the
したがって、上記炉心溶融物が炉心溶融物保持装置15の金属部材151上に落下して来た場合においても、その温度は金属部材151を構成する金属材料の融点よりも十分に低い。結果として、上記炉心溶融物は金属部材151によって保持することができ、炉心溶融物が原子炉格納容器11の外壁111の底部(底面)を貫通し、格納容器11の破損に至って、格納容器11内の放射性物質が外部環境へ放出させるという事態を回避することができる。
Therefore, even when the core melt falls on the
また、金属部材151を構成するタングステン、モリブデン、タンタル及びニオブの
熱伝導率は、それぞれ174W/m・K、138W/m・K、57W/m・K及び53.7W/m・Kと比較的高い値を示す。したがって、金属部材151の保持面151Aで保持された炉心溶融物の熱は、保持面151Aから冷却面151Bに向けて適宜効率良く伝播され、冷却水路155を流れる冷却水によって吸熱されるようになる。したがって、金属部材151の保持面151A上で保持された炉心溶融物の温度は急速に低下し、金属部材151の保持面151Aでより安定的に保持されるようになる。
The thermal conductivity of tungsten, molybdenum, tantalum and niobium constituting the
なお、従来のセラミックタイルやセラミックブロックを構成するアルミナやジルコニアなどは、1気圧において、上述した金属材料と同等の2054℃及び2715℃の融点を示すが、熱伝導率が30W/m・K及び2.7W/m・Kと極めて低い。したがって、冷却水による冷却を効率良く行うことができないので、炉心溶融物を比較的長い時間保持するためには、タイルやブロックを多層構造にして、これらセラミック構造体自体の耐熱強度を向上させる必要がある。 Note that alumina, zirconia, and the like constituting conventional ceramic tiles and ceramic blocks exhibit melting points of 2054 ° C. and 2715 ° C. equivalent to the above-described metal materials at 1 atmosphere, but have a thermal conductivity of 30 W / m · K and It is extremely low at 2.7 W / m · K. Therefore, since cooling with cooling water cannot be performed efficiently, in order to maintain the core melt for a relatively long time, it is necessary to make the tiles and blocks into a multilayer structure and to improve the heat resistance strength of these ceramic structures themselves. There is.
したがって、使用するセラミック部材の数が増大するとともに、炉心溶融物の保持装置の大きさも大型化し、既設の原子炉内に作業者が入って多数のセラミック部材を組み合わせて保持装置を作製するのは、炉内スペースの観点からも極めて困難である。 Therefore, the number of ceramic members to be used increases, the size of the core melt holding device increases, and an operator enters an existing nuclear reactor to combine a number of ceramic members to produce a holding device. It is extremely difficult from the viewpoint of the space in the furnace.
これに対して、本実施形態では、金属部材151は、融点が高く、上述したセラミック部材に比較して十分に高い熱伝導率を有する金属材料から構成しているので、上述したように、冷却水による冷却面151Bからの冷却効果を鑑みると、金属部材151の厚さを十分に小さく、小型化することができる。例えば、従前のセラミック部材を用いた炉心溶融物の保持装置の厚さは約100cmであったが、本実施形態によれば、約20cmにまで削減することができる。
On the other hand, in the present embodiment, the
また、金属部材151は、上述したセラミック部材に比較して軽量であって、加工性にも優れている。したがって、既設の原子炉内にも、作業者が入って比較的簡易に保持装置15を作製することができる。
Further, the
なお、本実施形態のようにサンプ床14を有しない場合においても、炉心溶融物の温度は約2500℃であって、冷却面151Bからの冷却水による冷却効果を考慮すると、上述したタングステン等からなる保持装置15の金属部材151によって炉心溶融物を十分に保持することができる。
Even when the
(第2の実施形態)
図3は、本実施形態における水冷型原子炉の炉心溶融物保持装置の概略構成を拡大して示す断面図である。なお、図1及び図2に示す構成要素と類似あるいは同一の構成要素に関しては同じ符号を用いている。また、本実施形態では、図3に示すように、炉心溶融物の保持装置15の構成が異なることを除き、その他の構成、すなわち原子炉格納容器11を含む水冷型原子炉10のその他の構成は図1に示す構成と同様であるので、本実施形態では説明を省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view showing a schematic configuration of the core melt holding device of the water-cooled nuclear reactor in the present embodiment. In addition, the same code | symbol is used about the same or the same component as the component shown in FIG.1 and FIG.2. Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 3, other configurations, that is, other configurations of the water-cooled
図3に示す炉心溶融物保持装置25は、図2に示す炉心溶融物保持装置15と同様に、原子炉格納容器11の外壁111の底部(底面)及び三角柱状の治具115と協働して冷却水路155を形成するような、椀型の金属部材151を有しており、さらに、金属部材151上に所定の酸化剤から形成されてなる膜体152を有している。なお、図2に示す炉心溶融物保持装置15と同様に、治具115も原子炉格納容器11の構成要素であるが、治具115は、本実施形態において冷却水路155を形成するために補助的に設けられたものであり、原子炉格納容器11の必須の構成要件ではない。
The core
但し、治具115を設けることによって、炉心溶融物保持装置25の冷却面151Bに対して冷却水を効率良く接触させることができ、後に説明するように、保持面151Aに落下して保持されている炉心溶融物を効率良く冷却することができる。
However, by providing the
本実施形態において、炉心溶融物保持装置15を構成する金属部材151は、図2に示す炉心溶融物保持装置15と同様に、その耐熱性を考慮し、高融点金属材料であるタングステン、モリブデン、タンタル及びニオブの少なくとも一つの金属材料からなることが必要である。
In the present embodiment, the
非常用炉心冷却装置(ECCS)(図示せず)等が十分に機能せずに炉心溶融事故が発生し、崩壊熱によって燃料棒温度が上昇して炉心溶融に至って生成した炉心溶融物が、原子炉圧力容器12の下部を溶融貫通して落下してきた場合、炉心溶融物は炉心溶融物保持装置25で保持されることになる。
The core melt produced by the core melting accident caused by the core melting accident due to the core melting accident due to the core melting accident without the emergency core cooling system (ECCS) (not shown) functioning sufficiently When the lower part of the
炉心溶融物は、例えば燃料である二酸化ウランと燃料被覆管の酸化物である酸化ジルコニウムとに加え、炉内構造物であるステンレス鋼、すなわち鉄、クロム、ニッケル等を含む場合がある。このような炉心溶融物が上述のような高融点金属材料からなる金属部材151上に直接落下して保持するようになると、炉心溶融物の金属成分と金属部材151を構成する上記高融点金属材料が低融点の合金あるいは低融点の共晶を形成する場合があり、金属部材151単独で高温度の炉心溶融物を保持することが困難になる場合がある。
The core melt may contain, for example, stainless steel, that is, iron, chromium, nickel, etc., which is a structure in the reactor, in addition to uranium dioxide which is a fuel and zirconium oxide which is an oxide of a fuel cladding tube. When such a core melt falls directly onto the
しかしながら、本実施形態では、金属部材151上に所定の酸化剤からなる膜体152を形成するようにしている。したがって、炉心溶融物は金属部材151と接触する以前に膜体152に接触し、炉心溶融物中の金属成分は膜体152、すなわち酸化剤によって所定の金属酸化物となる。このようにして形成された金属酸化物は金属部材151を構成する高融点金属材料と合金化あるいは共晶化することがない。このため、金属部材151は、その構成材料である高融点金属材料の本来の特性を損なうことなく、高温度の炉心溶融物を安定的に保持することができる。具体的には、保持面151A及び膜体152の酸化に供しない残留物とで保持する。
However, in this embodiment, the
なお、炉心溶融物の金属成分が炉心溶融物保持装置25の金属部材151と反応して低融点の合金あるいは共晶を生成すること、及び炉心溶融物の金属成分を酸化させて金属酸化物とすることにより、金属部材151と反応しなくなり、上述のような低融点の合金及び共晶を生成しないという現象は、本発明者らの膨大な実験に基づいて見出されたものであり、これら現象の発見も当然に本実施形態における発明として考慮されるべきものである。
The metal component of the core melt reacts with the
したがって、本実施形態においては、上記炉心溶融物が金属成分を含むような場合であっても、炉心溶融物が炉心溶融物保持装置25の金属部材151上に落下して来た場合において、保持面151Aで十分に保持することができ、炉心溶融物が原子炉格納容器11の外壁111の底部(底面)を貫通し、格納容器11の破損に至って、格納容器11内の放射性物質が外部環境へ放出させるという事態を回避することができる。
Therefore, in this embodiment, even when the core melt contains a metal component, the core melt is retained when it falls onto the
膜体152を構成する酸化剤は、その酸化物標準生成エネルギーが、炉心溶融物を構成する金属材料成分の酸化物標準生成エネルギーよりも大きいことが好ましく、例えば、金属部材151が上述のような高融点金属材料から構成される場合、酸化銅(酸化第一銅、酸化第二銅等)、酸化鉄(酸化第一鉄、酸化第二鉄等)、アルミナ、シリカ及びマンガン酸化物等を挙げることができる。特に酸化銅を用いた場合において、炉心溶融物中の金属成分を十分に酸化することができ、上述した作用効果を十分に奏することができる。
The oxidant constituting the
なお、第1の実施形態同様に、金属部材151を構成するタングステン等の高融点金属材料は比較的高い熱伝導率を有するので、金属部材151の保持面151Aで保持された炉心溶融物の熱は、保持面151Aから冷却面151Bに向けて適宜効率良く伝播され、冷却水路155を流れる冷却水によって吸熱されるようになる。したがって、金属部材151の保持面151A上で保持された炉心溶融物の温度は急速に低下し、金属部材151の保持面151Aでより安定的に保持されるようになる。
Note that, as in the first embodiment, the refractory metal material such as tungsten constituting the
また、従来のセラミック部材に比較した場合、その熱伝導率は極めて高く、軽量かつ加工性にも優れているので、既設の原子炉内にも、作業者が入って比較的簡易に保持装置25を作製することができる。
Further, when compared with a conventional ceramic member, its thermal conductivity is extremely high, lightweight and excellent in workability, so that an operator can enter the existing reactor and relatively easily hold the holding
なお、膜体152の厚さは、それを構成する酸化剤の種類にも依存するが、例えば50mm〜200mmとすることができる。したがって、炉心溶融物保持装置25が、このような膜体152を有する場合においても、既設の原子炉内における作業者の保持装置25の作製に対して何ら障害となることがない。
The thickness of the
さらに、図3においては、金属部材151の全面に膜体152を形成しているが、膜体152は、炉心溶融物が落下してくる保持装置25の中心部のみに形成するようにしてもよい。
Further, in FIG. 3, the
膜体152は、上述したような酸化剤の粉末を所定の溶媒に分散させた原料を用いて溶射法によって形成することもできるし、その他、プレス成形した圧縮成形体のブロックを敷き詰めたり、粘度状にして塗り固めるなどの手法によっても形成することができる。
The
図4は、本実施形態における水冷型原子炉の他の炉心溶融物保持装置の概略構成を拡大して示す断面図である。なお、図1〜図3に示す構成要素と類似あるいは同一の構成要素に関しては同じ符号を用いている。また、本実施形態では、図4に示すように、炉心溶融物の保持装置35の構成が異なることを除き、その他の構成、すなわち原子炉格納容器11を含む水冷型原子炉10のその他の構成は図1に示す構成と同様であるので、本実施形態では説明を省略する。
FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view showing a schematic configuration of another core melt holding device of the water-cooled nuclear reactor according to the present embodiment. In addition, the same code | symbol is used about the same or the same component as the component shown in FIGS. In the present embodiment, as shown in FIG. 4, except for the configuration of the core
図4に示す炉心溶融物保持装置35は、図3に示す炉心溶融物保持装置25における酸化剤からなる膜体152に代えて、酸化剤からなる複数のブロック体153を敷設している点で相違し、その他の構成については図3に示す炉心溶融物保持装置25と同様の構成を採っている。
The core
図4に示す炉心溶融物保持装置35においても、非常用炉心冷却装置(ECCS)(図示せず)等が十分に機能せずに炉心溶融事故が発生し、崩壊熱によって燃料棒温度が上昇して炉心溶融に至って生成した炉心溶融物が、原子炉圧力容器12の下部を溶融貫通して落下し、さらに、炉心溶融物が、例えば燃料である二酸化ウランと燃料被覆管の酸化物である酸化ジルコニウムとに加え、炉内構造物であるステンレス鋼、すなわち鉄、クロム、ニッケル等を含む場合において、炉心溶融物は金属部材151と接触する以前に複数のブロック体153に接触し、炉心溶融物中の金属成分はブロック体153、すなわち酸化剤によって所定の金属酸化物となる。
In the core
このようにして形成された金属酸化物は金属部材151を構成する高融点金属材料と合金化あるいは共晶化することがない。このため、金属部材151は、その構成材料である高融点金属材料の本来の特性を損なうことなく、高温度の炉心溶融物を安定的に保持することができ、炉心溶融物保持装置35は、その本来の機能を奏することができるようになる。
The metal oxide thus formed does not alloy or eutectic with the refractory metal material constituting the
したがって、本実施形態においては、上記炉心溶融物が金属成分を含むような場合であっても、炉心溶融物が炉心溶融物保持装置25の金属部材151上に落下して来た場合において十分に保持することができ、炉心溶融物が原子炉格納容器11の外壁111の底部(底面)を貫通し、格納容器11の破損に至って、格納容器11内の放射性物質が外部環境へ放出させるという事態を回避することができる。
Therefore, in the present embodiment, even when the core melt contains a metal component, it is sufficient when the core melt falls on the
ブロック体153を構成する酸化剤は、膜体152を構成する酸化剤と同じものを使用することができ、膜体152の場合と同様に、特に酸化銅が好ましい。
As the oxidant constituting the
なお、図3に示す炉心溶融物保持装置25の場合と同様に、金属部材151を構成するタングステン等の高融点金属材料は比較的高い熱伝導率を有するので、金属部材151の保持面151Aで保持された炉心溶融物の熱は、保持面151Aから冷却面151Bに向けて適宜効率良く伝播され、冷却水路155を流れる冷却水によって吸熱されるようになる。したがって、金属部材151の保持面151A上で保持された炉心溶融物の温度は急速に低下し、金属部材151の保持面151Aでより安定的に保持されるようになる。
As in the case of the core
また、従来のセラミック部材に比較した場合、その熱伝導率は極めて高く、軽量かつ加工性にも優れているので、既設の原子炉内にも、作業者が入って比較的簡易に保持装置35を作製することができる。
In addition, when compared with a conventional ceramic member, its thermal conductivity is extremely high, lightweight and excellent in workability, so that an operator can enter the existing reactor and relatively easily hold the
なお、複数のブロック体153は、それを構成する酸化剤の種類にも依存するが、例えば200mm×200mm×5tmmの大きさとすることができ、これらを互いに隙間なく敷設することによって、上述した膜体152と同様の作用効果を奏するようになる。
The plurality of
また、ブロック体153は、原料となる酸化剤の粉末を圧縮した成形体として構成することもできるし、成形体を焼結した焼結体として構成することもできる。
Further, the
(第3の実施形態)
図5は、本実施形態における水冷型原子炉の概略構成を示す図である。なお、図1〜4に示す構成要素と類似あるいは同一の構成要素に関しては同じ符号を用いている。また、本実施形態では、図5に示すように、原子炉格納容器11に固定及び保持されている原子炉圧力容器12の底部(底面)の外側に、第2の実施形態で説明した酸化剤からなる膜体121が形成されていることを除き、その他の構成、すなわち原子炉格納容器11を含む水冷型原子炉10のその他の構成は図1に示す構成と同様であるので、本実施形態では説明を省略する。
(Third embodiment)
FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of a water-cooled nuclear reactor in the present embodiment. In addition, the same code | symbol is used regarding the same or the same component as the component shown in FIGS. Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 5, the oxidizing agent described in the second embodiment is disposed outside the bottom portion (bottom surface) of the
図5では、第2の実施形態の、炉心溶融物保持装置25の金属部材151上に形成された酸化剤からなる膜体151の代わりに、同じ酸化剤からなる膜体121が原子炉格納容器11の原子炉圧力容器12の底部(底面)の外側に形成されている。
In FIG. 5, instead of the
したがって、非常用炉心冷却装置(ECCS)(図示せず)等が十分に機能せずに炉心溶融事故が発生し、崩壊熱によって燃料棒温度が上昇して炉心溶融に至って生成した炉心溶融物が、例えば燃料である二酸化ウランと燃料被覆管の酸化物である酸化ジルコニウムとに加え、炉内構造物であるステンレス鋼、すなわち鉄、クロム、ニッケル等を含む場合において、炉心溶融物は、原子炉圧力容器12の底部(底面)を貫通して炉心溶融物保持装置15に至る以前に、それに含まれる金属成分が原子炉圧力容器12の底部(底面)の外側に形成された酸化剤と予め反応して所定の金属酸化物となる。
Therefore, an emergency core cooling system (ECCS) (not shown) does not function sufficiently and a core melting accident occurs. The temperature of the fuel rods rises due to decay heat, and the core melt generated by melting the core melts. In the case of containing, for example, uranium dioxide, which is a fuel, and zirconium oxide, which is an oxide of a fuel cladding tube, stainless steel which is an internal structure of the reactor, that is, iron, chromium, nickel, etc. Before reaching the core
このため、その後、炉心溶融物が原子炉圧力容器12の底部(底面)を貫通して、タングステン等の高融点金属材料からなる金属部材151を有する炉心溶融物保持装置15に至った場合においても、上述のようにして形成された金属酸化物は金属部材151を構成する高融点金属材料と合金化あるいは共晶化することがない。このため、金属部材151は、その構成材料である高融点金属材料の本来の特性を損なうことなく、高温度の炉心溶融物を安定的に保持することができ、炉心溶融物保持装置15は、その本来の機能を奏することができるようになる。
Therefore, even when the core melt passes through the bottom (bottom surface) of the
したがって、本実施形態においては、上記炉心溶融物が金属成分を含むような場合であっても、炉心溶融物が炉心溶融物保持装置15の金属部材151上に落下して来た場合において十分に保持することができ、炉心溶融物が原子炉格納容器11の外壁111の底部(底面)を貫通し、格納容器11の破損に至って、格納容器11内の放射性物質が外部環境へ放出させるという事態を回避することができる。
Therefore, in the present embodiment, even when the core melt contains a metal component, it is sufficient when the core melt falls on the
なお、原子炉圧力容器12の底部(底面)の外側に形成すべき酸化剤は、上述のような膜体121としてではなく、同じ酸化剤からなるブロック体を敷設することによって形成してもよい。この場合も、上記同様の作用効果を得ることができる。
The oxidant to be formed outside the bottom portion (bottom surface) of the
また、膜体121の大きさやブロック体の大きさ等は、第2の実施形態と同様とすることができる。
Further, the size of the
さらに、本実施形態では、炉心溶融物保持装置として第1の実施形態に示すものを用い、酸化剤からなる膜体121を原子炉圧力容器12の底部(底面)の外側にのみ形成するようにしたが、炉心溶融物保持装置として第2の実施形態に示すものを用い、酸化剤からなる膜体121を原子炉圧力容器12の底部(底面)の外側に設けるとともに、炉心溶融物保持装置25,35に示すように、金属部材151上においても同様の酸化剤からなる膜体152を形成し、ブロック体153を敷設するようにすることもできる。
Further, in this embodiment, the core melt holding device shown in the first embodiment is used, and the
この場合、炉心溶融物中の金属成分をより確実に金属酸化物に転換することができ、炉心溶融物保持装置25,35における炉心溶融物の保持をより確実に行うことができるようになる。
In this case, the metal component in the core melt can be more reliably converted to the metal oxide, and the core melt can be more reliably held in the core
その他の特徴及び作用効果については、第1の実施形態と同様であるので説明を省略する。 Other features and functions and effects are the same as those in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
なお、上述のような作用効果を有する酸化剤は、本実施形態のように、原子炉圧力容器12の底部(底面)の外側ではなく、炉心溶融物の発生箇所と炉心溶融物保持装置15との間の任意の箇所において設けることもできる。例えば、サンプ床14上に膜体あるいはブロック体として敷設することもできるし、別途構造材を形成し、この構造材上に膜体あるいはブロック体として形成することもできる。
It should be noted that the oxidizing agent having the above-described effects is not the outside of the bottom (bottom surface) of the
(第4の実施形態)
図6は、本実施形態における水冷型原子炉の炉心溶融物保持装置の概略構成を拡大して示す断面図である。なお、図1〜図5に示す構成要素と類似あるいは同一の構成要素に関しては同じ符号を用いている。また、本実施形態では、図6に示すように、炉心溶融物の保持装置45の構成が異なることを除き、その他の構成、すなわち原子炉格納容器11を含む水冷型原子炉10のその他の構成は図1に示す構成と同様であるので、本実施形態では説明を省略する。
(Fourth embodiment)
FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view showing a schematic configuration of the core melt holding device of the water-cooled nuclear reactor in the present embodiment. In addition, the same code | symbol is used about the same or the same component as the component shown in FIGS. Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 6, other than the configuration of the core
図6に示す炉心溶融物保持装置45は、図2に示す炉心溶融物保持装置15と同様に、原子炉格納容器11の外壁111の底部(底面)及び三角柱状の治具115と協働して冷却水路155を形成するような、椀型の金属部材151を有しており、さらに、この金属部材151の下方に形成された耐腐食層154を有している。
The core
本実施形態の炉心溶融物保持装置45において、冷却水と接触する冷却面は耐腐食層154の下面154Bが相当する。冷却水は、一般にイオン交換樹脂を介した脱イオン水が用いられるが、非常用炉心冷却装置(ECCS)(図示せず)等が十分に機能せずに炉心溶融事故が発生したような場合は、冷却水中に海水が混入する場合がある。
In the core
一方、炉心溶融物保持装置45を構成する金属部材151は、高融点金属材料であるタングステン、モリブデン、タンタル及びニオブの少なくとも一つの金属材料から構成するが、これらの高融点金属材料は、さほど耐食性が高くない。したがって、炉心溶融物保持装置45を使用している最中に金属部材151が腐食して劣化し、原子炉圧力容器から落下してきた炉心溶融物を十分に保持できない場合がある。
On the other hand, the
しかしながら、本実施形態では、金属部材151の下方に耐腐食層154を設け、この層を冷却水と接触させるようにしている。したがって、上述のように冷却水中に海水等が混入した場合においても、耐腐食層154の存在により、金属部材151の腐食を防止することができるので、上述のような問題を回避することができる。
However, in this embodiment, a corrosion-
なお、耐腐食層154を構成する材料としては、フッ素樹脂、エボキシ樹脂、変性エボキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、及び、アクリルシリコン樹脂などの有機系材料や、オーステナイト系ステンレス鋼、二相ステンレス鋼、チタンなどの金属系材料を用いることができる。また、耐腐食層154の厚さは、例えば0.1mm〜3mmとすることができる。
In addition, as a material which comprises the corrosion-
耐腐食層154は、金属部材151が冷却水と接触する面の全体に亘って形成する。耐腐食層154の形成は、例えば汎用のコーティング技術やライニング技術を用いて行うことができる。
The corrosion-
また、本実施形態では、図2に関する第1の実施形態の炉心溶融物保持装置15に対して耐腐食層154を設けるようにしたが、図3及び図4に示すような、酸化剤からなる膜体152及びブロック体153を有する炉心溶融物保持装置25及び35に対しても適用することができる。
Moreover, in this embodiment, although the corrosion-
その他の特徴及び作用効果については、第1の実施形態と同様であるので説明を省略する。 Other features and functions and effects are the same as those in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として掲示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 As mentioned above, although several embodiment of this invention was described, these embodiment was posted as an example and is not intending limiting the range of invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
10 水冷型原子炉
11 原子炉格納容器
12 原子炉圧力容器
13 下部ドライウェル
14 サンプ床
15,25,35,45 炉心溶融物保持装置
151 金属部材
152 (酸化剤からなる)膜体
153 (酸化剤からなる)ブロック体
154 耐腐食層
155 冷却水路
16 冷却水生成器
17 冷却水貯留槽
18 サプレッションプール
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記保持装置は、タングステン、モリブデン、タンタル及びニオブの少なくとも一つの金属材料を含む金属部材からなることを特徴とする、炉心溶融物の保持装置。 A core melt holding device provided below a reactor pressure vessel,
The holding device for a core melt is characterized by comprising a metal member containing at least one metal material of tungsten, molybdenum, tantalum and niobium.
原子炉格納容器の外郭を画定するための格納壁と、
前記格納壁の内側に設けられ、垂直方向に立設した相対向する一対の固定部材と、
前記一対の固定部材で画定される内部空間において、前記一対の固定部材に対して所定の固定治具を介して固定及び配置された原子炉圧力容器と、
前記内部空間において、前記原子炉圧力容器の下方に設けられた、請求項1〜5のいずれか一に記載の炉心溶融物の保持装置と、
を具えることを特徴とする、原子炉格納容器。 A reactor containment vessel for containing a reactor pressure vessel,
A containment wall for defining the outer shell of the reactor containment vessel;
A pair of opposing fixing members provided inside the storage wall and erected in the vertical direction;
A reactor pressure vessel fixed and arranged with respect to the pair of fixing members via a predetermined fixing jig in an internal space defined by the pair of fixing members;
In the internal space, the core melt holding device according to any one of claims 1 to 5, which is provided below the reactor pressure vessel,
A reactor containment vessel characterized by comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2012165683A JP2014025785A (en) | 2012-07-26 | 2012-07-26 | Core melt holding device |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2018503811A (en) * | 2014-12-16 | 2018-02-08 | ジョイント ストック カンパニー アトムエネルゴプロエクトJoint Stock Company Atomenergoproekt | System for cooling and confining the molten core of a pressurized water reactor |
JP2018081018A (en) * | 2016-11-17 | 2018-05-24 | 日立Geニュークリア・エナジー株式会社 | Corium retainer |
JP2018200239A (en) * | 2017-05-29 | 2018-12-20 | 株式会社東芝 | Melted reactor core holding and cooling apparatus and nuclear reactor containment |
-
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- 2012-07-26 JP JP2012165683A patent/JP2014025785A/en active Pending
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