JP2014514584A

JP2014514584A - 事故が生じた場合にナノ粒子を注入するための装置を備えた原子炉

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Publication number: JP2014514584A
Application number: JP2014509737A
Authority: JP
Inventors: メディ・ムサヴィ; ミカエル・ギロド; マリーゼ・カロン−シャルル
Original assignee: アレバ
Priority date: 2011-05-11
Filing date: 2012-05-10
Publication date: 2014-06-19
Also published as: WO2012152883A1; EP2707882A1; KR20140059759A; US20140079172A1; FR2975215B1; FR2975215A1; CN103620692A

Abstract

原子炉は、核燃料アセンブリを有する炉心と、冷却材が循環している炉心冷却回路と、ナノ粒子を冷却材に注入するように設計された装置とを含む。ナノ粒子は、２よりも低い第１の形状因子を有する第１の種類の第１のナノ粒子（８２）、および第１の種類と異なりかつ２よりも大きい第２の形状因子を有する第２の種類の第２のナノ粒子（８４）を含み、ナノ粒子は、１０ｗｔ％から９０ｗｔ％の間の第１のナノ粒子（８２）および９０ｗｔ％から１０ｗｔ％の間の第２のナノ粒子（８４）を含有する。

Description

本発明は、一般に原子炉に関し、とりわけLOCA(冷却材喪失事故)型の事故中のそのような原子炉での熱の散逸に関する。

より具体的には、本発明は、
- 核燃料のアセンブリを有する炉心と、
- 流体冷却材がその中を循環する炉心を冷却するための回路と、
- ナノ粒子を流体冷却材に投入するための装置とを含む型の原子炉に関する。

そのような原子炉は、米国特許出願公開第2008/0212733号で述べられる。原子炉でのLOCA型の事故は典型的には、一次流体冷却材の一部が冷却回路から流出し、原子炉の空洞の底部分で集められるような、炉心を冷却するための回路で生じる漏れに相当する。その結果、核燃料のアセンブリは、もはや十分に冷却されず、原子炉の炉心での温度が、上昇する。この温度上昇は、炉心溶融を引き起こすこともある。PWRおよびBWR型の原子炉では、LOCA型の事故は、例えば原子炉の容器を蒸気発生器にまたはタービンにそれぞれ接続する主蒸気配管の故障に相当する。

上記の米国文書は、冷却回路での熱交換を増加させる目的でLOCAの場合に一次流体冷却材へのナノ粒子の注入を提供する。この注入は、液体冷却材の喪失が検出されるとすぐに成し遂げられる。

炉心を冷却するための回路での熱交換を効率良く増加させるためには、ナノ粒子は、液体冷却材に分散され、沈殿することなく懸濁状態にとどまらなければならない。

米国特許出願公開第2008/0212733号

Kim他、「Surface wettability change during pool boiling of nanofluids and its effect on critical heat flux」、the International Journal of Heat and Mass Transfer、50 (2007) 40105〜40116頁 Buongiorno他、「A feasibility assessment of the use of nanofluids to enhance the in-vessel retention capability in light water reactors」、Nuclear Engineering and Design 239 (2009) 941〜948頁 Kim他、「Effects of nanoparticles deposition on surface wettability influencing boiling heat transfer in nanofluids」、Applied Physics Letters 89、153107頁(2006)

これに関連して、本発明は、LOCA型の事故の場合に、ナノ粒子の注入が効率的でかつ長続きする方法で炉心を冷却するための回路での熱交換の増加を可能にする原子炉を提案することを目的とする。

このために、本発明は、ナノ粒子が、2未満の第1の形状因子を有する第1の種類の第1のナノ粒子、および2よりも大きい第2の形状因子を有する、第1の種類と異なる第2の種類の第2のナノ粒子を含み、ナノ粒子が、重量で10%から90%の間の第1のナノ粒子および重量で90%から10%の間の第2のナノ粒子を含むことを特徴とする、前述の型の原子炉に取り組む。

より小さい形状因子を有する第1のナノ粒子は、より強い均等に分布した表面電荷を有するので、より良く熱衝撃に耐え、沈殿することがより少ない。より高い形状因子を有する第2のナノ粒子は、溶液でより強い熱伝導性を有するが、より速く沈殿する。意外にも、両方の種類のナノ粒子の混合物の使用は、両方の種類のナノ粒子の利点から恩恵を受ける可能性を与える。第1および第2のナノ粒子の混合物を含有する流体冷却材は、優れた熱伝導性を有する。ナノ粒子は、実際には沈殿せず、流体冷却材の循環から結果として生じる乱流は、それらを懸濁状態に維持するのに十分である。

原子炉は、PWR型の原子炉、またはBWR型の原子炉、または炉心が熱伝達液体の循環によって冷却される任意の他の型の原子炉である。この流体冷却材は、典型的には水であるが、しかし別の熱伝達液体であってもよい。

ナノ粒子は、典型的には金属酸化物またはダイヤモンドのナノ粉末である。

そのようなナノ粒子は、例えばthe International Journal of Heat and Mass Transfer、50 (2007) 40105〜40116頁で発表された、Kim他の論文「Surface wettability change during pool boiling of nanofluids and its effect on critical heat flux」、またはさらにNuclear Engineering and Design 239 (2009) 941〜948頁で発表された、Buongiorno他の論文「A feasibility assessment of the use of nanofluids to enhance the in-vessel retention capability in light water reactors」、またはさらにApplied Physics Letters 89、153107頁(2006)で発表された、Kim他の論文「Effects of nanoparticles deposition on surface wettability influencing boiling heat transfer in nanofluids」で述べられる。

第1のナノ粒子は、第2のナノ粒子を形成する材料と同一の材料である。あるいは、第1のナノ粒子および第2のナノ粒子は、それぞれ互いに異なる材料である。

好ましくは、第1のナノ粒子は、典型的にはAl₂O₃、ZnO、CeO₂、またはFe₂O₃から選択される鉱物酸化物である。第2のナノ粒子もまた、典型的にはAl₂O₃、ZnO、CeO₂またはFe₂O₃から選択される鉱物酸化物である。

第1のナノ粒子は、2未満の、好ましくは1から1.5の間に含まれ、なお好ましくは1から1.2の間に含まれる形状因子を有する。形状因子とは、ここではナノ粒子の長さとその幅との間の比を意味する。長さは、ナノ粒子の最大寸法に相当し、この寸法は、粒子の縦方向に沿って取られる。幅は、縦方向に垂直な平面で取られる粒子の最小寸法に相当する。

それ故に、球については、形状因子は、厳密に1に等しい。好ましくは、第1のナノ粒子は、球状または疑似球状である。

典型的には、第1のナノ粒子の少なくとも50%は、1から1.5の間に含まれる形状因子を有し、好ましくは第1のナノ粒子の少なくとも75%、なお好ましくは第1のナノ粒子の少なくとも90%がそうである。

第2のナノ粒子は、2よりも大きい第2の形状因子を有する。形状因子は、前のように定義される。

好ましくは、第2のナノ粒子は、2から5の間に含まれ、なお好ましくは2から3の間に含まれる形状因子を有する。例えば、第2のナノ粒子は、ロッドとして現れ、各ロッドは、縦方向に沿って細長い形状を有する。

典型的には、第2のナノ粒子の少なくとも半分は、2から5の間に含まれる形状因子を有し、好ましくは第2のナノ粒子の少なくとも75%、なお好ましくは第2のナノ粒子の少なくとも90%がそうである。

流体冷却材に注入するために提供されるナノ粒子は、重量で10から90%の間の第1のナノ粒子、好ましくは重量で30から70%の間の第1のナノ粒子、なお好ましくは重量で40から60%の間の第1のナノ粒子を含む。逆に、ナノ粒子は、重量で90%から10%の間の第2のナノ粒子、好ましくは重量で70%から30%の間の第2のナノ粒子、なお好ましくは重量で60%から40%の間の第2のナノ粒子を含む。例えば、ナノ粒子は、重量で50%の第1のナノ粒子および重量で50%の第2のナノ粒子を含む。

典型的には、ナノ粒子は、第1のナノ粒子および第2のナノ粒子だけを含み、別の種類のナノ粒子を含まない。

大多数のナノ粒子は、後で述べるように互いに凝集する前は、50ナノメートルから250ナノメートルの間に含まれるサイズを有する。好ましくは、ナノ粒子の少なくとも75%は、50から250ナノメートルの間に含まれるサイズを有し、なお好ましくはナノ粒子の90%がそうである。

好ましくは、大多数のナノ粒子は、75から150ナノメートルの間に含まれるサイズを有し、なお好ましくは90から110ナノメートルの間に含まれるサイズを有する。

ナノ粒子のサイズとは、ここでは前記ナノ粒子の最大寸法を意味する。

注入前のナノ粒子は、凝集体として現れ、各凝集体は、第1のナノ粒子および第2のナノ粒子の両方を含む。それ故に、各凝集体は、互いに相互依存して、複数の第1のナノ粒子および複数の第2のナノ粒子を含むアセンブリである。従って、各凝集体は、小さいサイズの一体型アセンブリである。流体冷却材へのナノ粒子の注入後、凝集体は、分散し、懸濁液を形成する。凝集体は、流体冷却材内では、単体のままであり、各凝集体を構成するナノ粒子は、互いに正常に相互依存したままである。凝集体は他方では、流体冷却材での循環のある継続時間後に、衝撃の影響下で壊れてばらばらになることもある。

大多数の凝集体は、150ナノメートルから400ナノメートルの間に含まれるサイズを有する。好ましくは、凝集体の少なくとも75%は、150から400ナノメートルの間に含まれるサイズを有し、なお好ましくは凝集体の90%がそうである。好ましくは、凝集体の大多数は、200から300ナノメートルの間に含まれるサイズを有し、なお好ましくは200から250ナノメートルの間に含まれるサイズを有する。

凝集体は、例えば図4および図7で例示されるように、全体的なジグザグ形状を有する。このことは、凝集体が折れ線の全体形状を有することを意味する。言い換えれば、凝集体は、互いに異なるそれぞれの傾きを有するいくつかのセグメントを含む全体形状を有する。セグメントは、互いに相互依存する。

凝集体の全体的なジグザグ形状、サイズおよび構造は、いったんナノ粒子が流体冷却材に分散されると、求められる特性の獲得にそれぞれ寄与する異なる要素である。凝集体は、自己分散性であり、すなわちそれらは、均質な懸濁液を形成するように事実上瞬間的に液体冷却材と混ざり合う。凝集体は、ゆっくり沈殿するだけである。冷却回路での流体冷却材の循環は、LOCAの場合でさえ、凝集体のほぼ全体を懸濁状態に維持するのに十分である。最後に、凝集体が、流体冷却材に分散されると、冷却回路での熱散逸は、極めて大幅に増加する。このことは、核燃料のアセンブリによって放出される熱出力が、流体冷却材により良く伝達され、それ故にアセンブリが、より低い温度に維持されることを意味する。また、流体冷却材も、その熱エネルギーをより容易に譲り、適度な温度に維持される。水および質量で30%の凝集体を含む液体冷却材の熱伝導率は、純水の熱伝導率よりも約10から25%だけ大きい。

好ましくは、ナノ粒子は、10から50%の間、好ましくは20から40%の間に含まれ、例えば30%の値を有する質量滴定量で流体冷却材に注入される。

本発明の別の態様によると、注入前のナノ粒子は、固形で貯蔵される。それらはまた、事故の場合にも固形で液体冷却材に注入される。それ故に、ナノ粒子を注入するために提供される装置は、固形の前記ナノ粒子の貯蔵部、および固形のナノ粒子を貯蔵部から一次液体冷却材に直接注入するための構成要素を含む。ナノ粒子を注入するための構成要素は例えば、注入すべきナノ粒子の量を計測するための構成要素、およびナノ粒子を計測構成要素から冷却材回路の中まで運ぶための手段を含む。ナノ粒子の運送は、例えば圧縮中性ガスを用いて成し遂げられる。

本発明は、LOCA型の事故の範囲内で上述され、ナノ粒子はこの場合、原子炉の炉心を直接循環する流体に注入される。しかしながら、ナノ粒子はまた、原子炉の炉心の冷却を妨げるまたは止める他の種類の事故、すなわち蒸気発生器をタービンに接続するPWRまたは他の型の原子炉の二次冷却回路の配管の故障、二次冷却回路での漏れ、蒸気発生器の1つまたはいくつかの管の故障、制御棒の妨害、その他が生じるときに注入されてもよい。言い換えれば、本発明は、核燃料アセンブリによって放出される熱出力が炉心から排出される効率を増加させる必要があるすべての場合に適用される。

ナノ粒子は好ましくは、原子炉の炉心を循環する、いわゆる一次流体冷却材に注入される。しかしながら、原子炉の一次冷却回路および/または二次冷却回路、および/またはオプションの三次冷却回路への注入に適した装置を提供することも、可能である。二次および三次回路は、炉心で放出された熱を排出することに寄与するので、炉心を冷却するための回路である。

本発明の他の特徴および利点は、添付の図を参照して、決して限定としてではなく表示として以下で与えられるその詳細な説明から明らかとなる。

本発明による原子炉の簡略化した概略説明図である。異なる種類の第1のナノ粒子の概略説明図である。異なる種類の第2のナノ粒子の簡略化した概略説明図である。ナノ粒子の凝集体の簡略化した概略説明図である。ナノ粒子の凝集体を生成するための方法の連続的ステップを例示する図である。ナノ粒子の凝集体を生成するための方法の連続的ステップを例示する図である。ナノ粒子の凝集体を生成するための方法の連続的ステップを例示する図である。

図1で例示される原子炉1は、PWR型の原子炉であり、原子炉1は、原子炉の炉心を形成する核燃料のアセンブリがその中に置かれる容器10と、流体冷却材がその中を循環する原子炉の炉心を冷却するための回路20と、冷却回路20に挿入される蒸気発生器30と、それ自体もまた冷却回路に挿入される、液体冷却材を循環させるためのポンプ40と、ナノ粒子を流体冷却材に注入するために提供される装置50とを含む。

蒸気発生器30は、炉心を冷却するための流体がその中を循環する一次側、および二次熱伝達流体がその中を循環する二次側を含む。炉心を冷却するための流体は、蒸気発生器30を横断する二次流体にその熱を譲る。

循環ポンプ40は、流体冷却材の循環方向に従って蒸気発生器30の下流に置かれる。冷却回路20は、容器からの流体冷却材の出口12を蒸気発生器の流体冷却材入口32に接続する高温分岐22、蒸気発生器の流体冷却材出口34を一次ポンプ40の吸引入口に接続する中温分岐24、および一次ポンプ40の排出出口を容器の一次液体冷却材入口14に接続する低温分岐26を含む。冷却材回路20はさらに、1つまたはいくつかの加圧器70を含む。

ナノ粒子を注入するために提供される装置50は、固形の前記ナノ粒子のための貯蔵部52および固形のナノ粒子を貯蔵部52から液体冷却材に直接注入するための構成要素54を含む。貯蔵部52は、任意の適切な種類である。それは、ナノ粒子がその中に貯蔵される不活性ガスの加圧タンク、ホッパー、その他を含んでもよい。ナノ粒子は、貯蔵部52の中では凝集体の形である。

注入構成要素54は典型的には、注入すべきナノ粒子を計測するための構成要素56、ナノ粒子を計測構成要素56から冷却回路20の中まで運ぶための手段57および計測構成要素56を冷却回路20に接続する、ナノ粒子を移送するための1つまたはいくつかの配管58を含む。

計測構成要素56は、貯蔵部52と連通する入口を有する。貯蔵部52と計測構成要素56の入口との間に挿入される閉鎖構成要素は、貯蔵部52を計測構成要素56について連通させるかまたは分離させるかの可能性を選択的に与える。計測構成要素は、任意の適切な種類であってもよい。計測構成要素56は、例えば入れ物に詰め込まれたナノ粒子の質量を測定するのに適した秤量セルに取り付けられる入れ物である。

ナノ粒子を計測構成要素56から一次回路の中まで運ぶための手段57は例えば、計測構成要素56のガス入口に接続される高圧不活性ガスの供給部を含む。弁または任意の他の適切な手段は、計測構成要素56への高圧ガスの供給を選択的に始動するまたは中断することを可能にする。移送配管58は、計測構成要素56の出口を冷却回路20の1つまたはいくつかのタップ59に接続する。配管58に置かれた弁は、計測構成要素56を冷却回路20について選択的に連通させるかまたは分離させるかの可能性を与える。

タップ59は、ナノ粒子が流体冷却材にできるだけ速くかつ効率的に分散することを可能にするために冷却回路の選択された場所に置かれる。例えば、タップ59の1つは、容器の出口12からすぐ下流に置かれる。別のタップ59は、容器の入口14からすぐ上流の低温分岐26に置かれてもよい。別のタップ59は、循環ポンプ40および容器10から少し離れて低温分岐26に置かれてもよい。

装置50は、図示されないコンピュータによって駆動される。

冷却回路へのナノ粒子の注入を達成するために、コンピュータは、最初に貯蔵部52から計測構成要素56の中までのナノ粒子の移送を制御し、次いで計測構成要素56を貯蔵部52から分離する。コンピュータは次いで、手段57を介した計測構成要素56の不活性ガス供給、および配管58を介した計測構成要素56から一次回路20の中までのナノ粒子の移送を始動する。手段57によって提供される不活性ガス圧力は、一次回路での液体冷却材の圧力よりも大きい。

図2で例示されるように、第1のナノ粒子は、球状(例a)または疑似球状(例b)である。それらが、疑似球状であるとき、それらは、卵形を有してもよい。第1のナノ粒子はさらに、図2の例cで例示されるように、不規則形状を有してもよい。

図3で見えるように、第2のナノ粒子は、縦方向に沿って細長いロッドの形状を有する。例aでは、ロッドは、縦方向に垂直に実質的に一定の横断面を有する。例えば、断面は、円形または長方形または任意の他の形状である。図3の例bでは、ロッドは、その縦方向に垂直な平面で不規則な横断面を有してもよい。

図4で概略的に例示されるように、凝集体はそれぞれ、互いに相互依存する複数の第1のナノ粒子82および複数の第2のナノ粒子84を含む。凝集体は、全体的なジグザグ形状を有する。このことは、ナノ粒子が互いに異なるそれぞれの方向に従って向けられたいくつかの分岐を形成するように位置決めされることを意味する。分岐は、互いに接続される。各分岐は、第1のナノ粒子および/または第2のナノ粒子から成る。分岐は、互いに異なる。

異なる分岐は、図4で86として参照される。

図5から図7は、第1および第2のナノ粒子から凝集体を生成するのに適した第1の方法の様々なステップを例示する。図5で例示される第1のステップでは、ポリビニルアルコール(PVA)ロッド88が、第1および第2のナノ粒子82および84と混合される。

図6で例示される第2のステップでは、混合物の急冷が、約マイナス180℃の温度で実行される。これをするために、計測された量の水が、混合物に加えられ、ナノ粒子およびPVAロッドが、水に分散され、この分散したものが、-180℃の温度にさらされる。ナノ粒子82および84はその時、氷晶90の界面で圧縮される。PVAロッド88は、可塑剤の役割を果たす。ナノ粒子の凝集体は、氷晶の間での圧縮のために、急冷ステップの間に形成される。

水は次いで、凍結乾燥によって除去され、このステップは、0℃を下回る温度で、低温条件の下で実行される。最後に、凍結乾燥ステップの終了後に、ナノ粒子は、水に分散される。PVAの大部分は、真空凍結乾燥ステップでかまたは最終分散ステップの間にナノ粒子から分離される。

第2の方法が、今から述べられることになる。その方法は、第1および第2の粒子が両方ともZnOである凝集体の生成に特に適している。

第2の方法は、次のステップを含む。

1°)酸化亜鉛ナノ粒子のコロイド状ゾルの準備
2つのコロイド状ゾルが、準備され、参照記号Nyacol DP5370の下でNyacolによって販売されるコロイド状ZnOゾルおよび参照記号VP DISP ZnO 20 DWの下でEvonikによって販売されるコロイド状ZnOゾルである。両方のゾルは、重量で35%であり、結晶化ナノ粒子を含有する。それらの間の大きな違いは、ナノ粒子の形状および寸法であり、Nyacolについては30から50nmの球状であり、Evonikについてはロッドまたは細長い小平板(50nm未満の直径、500から750nmの長さ)の形である。両方のゾルは、安定化された形で売られ、有機製品および安定化塩を除去するために洗浄しなければならない(90リットルのDI水に対するセルロース中で14,000MWCO透析膜での5日間の透析)。透析の効率は、緩衝材の水の導電率の測定結果によって測定され、ZnOの最終滴定量は、1000℃までの加熱後に重量法によって測定される。洗浄の後、ZnOの質量滴定量は、それぞれNyacolについて17%およびEvonikについて14.5%である。

2°)凝集体の準備
第1の例:質量で60% Nyacol ZnO + 40% Evonik ZnOを有する凝集体
0.92gのPVA(Fluka: 4-88)が、25gのDI水に加えられる。混合物は、PVAがすべて溶解するまで室温でかき混ぜられる。PVA溶液は、前のステップで準備された22.2gの透析済みNyacol ZnO水性ゾル(質量で17%のZnO)および前のステップで準備された17.35gの透析済みEvonik ZnO水性ゾル(質量で14.5%のZnO)の混合物に室温で加えられる。反応媒質は、乳白色であり、どんな沈殿物の形成もなく非常に均質である。

反応媒質は次いで、液体窒素(5Lデュワー)に液滴状で加えられ、液滴の直径は、約5mmである。液体窒素での急冷後に得られた凝集体は次いで、プラスチック製ブフナー漏斗でろ過される。凝集体は、秤量され、48時間の間凍結乾燥のために置かれる。凍結乾燥は一般に、48時間の間続く。36時間後に、凍結乾燥は、中断され、凝集体が、秤量される。それらは次いで、12時間の間凍結乾燥のために元に置かれ、それらは次いで、再秤量される。もし36時間と48時間との間での質量変化が、100gの使用材料について0.5gを越えないならば、凍結乾燥は、完了していると考えられる。凝集体は次いで、アルゴンの下で調整され、室温に保たれる。

第2の例:質量で80% Nyacol ZnO + 20% Evonik ZnOを有する凝集体
0.92gのPVA(Fluka: 4-88)が、25gのDI水に加えられる。混合物は、PVAが完全に溶解するまで室温でかき混ぜられる。PVA溶液は、前のステップで準備された29.6gの透析済みNyacol ZnO水性ゾル(質量で17%のZnO)および前のステップで準備された8.67gの透析済みEvonik ZnO水性ゾル(質量で14.5%のZnO)の混合物に室温で加えられる。反応媒質は、乳白色であり、どんな沈殿物の形成もなく非常に均質である。

反応媒質は次いで、液体窒素(5Lデュワー)に液滴状で加えられ、液滴の直径は、約5mmである。液体窒素での急冷後に得られた凝集体は次いで、プラスチック製ブフナー漏斗でろ過される。凝集体は、秤量され、48時間の間凍結乾燥のために置かれる。凍結乾燥は一般に、48時間の間続く。36時間後に、凍結乾燥は、中断され、凝集体が、秤量される。それらは次いで、12時間の間凍結乾燥のために再び置かれ、それらは次いで、再び秤量される。もし36時間と48時間との間での質量変化が、100gの使用材料について0.5gを越えないならば、凍結乾燥は、完了していると考えられる。凝集体は次いで、アルゴンの下で調整され、室温に保たれる。

第3の例:質量で90% Nyacol ZnO + 10% Evonik ZnOを有する凝集体
0.92gのPVA(Fluka: 4-88)が、25gのDI水に加えられる。混合物は、PVAが完全に溶解するまで室温でかき混ぜられる。PVA溶液は、前のステップで準備された33.3gの透析済みNyacol ZnO水性ゾル(質量で17%のZnO)および前のステップで準備された4.34gの透析済みEvonik ZnO水性ゾル(質量で14.5%のZnO)の混合物に室温で加えられる。反応媒質は、乳白色で、非常に均質であり、どんな沈殿物の形成もない。反応媒質は次いで、液体窒素(5Lデュワー)に液滴状で加えられ、液滴の直径は、約5mmである。液体窒素での急冷後に得られた凝集体は次いで、プラスチック製ブフナー漏斗でろ過される。凝集体は、秤量され、48時間の間凍結乾燥のために置かれる。凍結乾燥は一般に、48時間の間続く。36時間後に、凍結乾燥は、中断され、凝集体が、秤量される。それらは次いで、12時間の間凍結乾燥のために元に置かれ、次いで再び秤量される。もし36時間と48時間との間での質量変化が、100gの使用材料について0.5gを越えないならば、凍結乾燥は、完了していると考えられる。凝集体は次いで、アルゴンの下で調整され、室温に保たれる。

1 原子炉
10 容器
12 容器の冷却材出口
14 容器の冷却材入口
20 冷却回路
22 高温分岐
24 中温分岐
26 低温分岐
30 蒸気発生器
32 蒸気発生器の冷却材入口
34 蒸気発生器の冷却材出口
40 循環ポンプ
50 ナノ粒子を注入するための装置
52 ナノ粒子の貯蔵部
54 ナノ粒子を注入するための構成要素
56 ナノ粒子を計測するための構成要素
57 ナノ粒子を運ぶための手段
58 ナノ粒子を移送するための配管
59 冷却回路に置かれるタップ
70 加圧器
80 凝集体
82 第1のナノ粒子
84 第2のナノ粒子
86 異なる分岐
88 ポリビニルアルコール(PVA)ロッド
90 氷晶

Claims

核燃料アセンブリを有する炉心と、
流体冷却材が循環している前記炉心を冷却するための回路（２０）と、
ナノ粒子を前記流体冷却材に注入するために提供された装置（５０）と、を含む原子炉であって、
前記ナノ粒子が、２未満の第１の形状因子を有する第１の種類の第１のナノ粒子（８２）、および２よりも大きい第２の形状因子を有する前記第１の種類とは異なる第２の種類の第２のナノ粒子（８４）を含み、前記ナノ粒子が、重量で１０％から９０％の間の前記第１のナノ粒子（８２）および重量で９０％から１０％の間の前記第２のナノ粒子（８４）を含むことを特徴とする原子炉。
ナノ粒子を注入するために提供された前記装置（５０）が、固形の前記ナノ粒子のための貯蔵部（５２）および固形のナノ粒子を前記貯蔵部（５２）から前記液体冷却材に直接注入するための構成要素（５４）を含むことを特徴とする、請求項１に記載の原子炉。
注入前の前記ナノ粒子が、凝集体（８０）の形であり、各凝集体（８０）が、第１のナノ粒子（８２）および第２のナノ粒子（８４）を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の原子炉。
大多数の前記凝集体（８０）が、１５０ｎｍから４００ｎｍの間に含まれるサイズを有することを特徴とする、請求項３に記載の原子炉。
前記凝集体（８０）が、全体的なジグザグ形状を有することを特徴とする、請求項３または４に記載の原子炉。
前記第１のナノ粒子（８２）が、１から１．５の間に含まれる形状因子を有す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原子炉。
前記第１のナノ粒子（８２）が、一般的にはＡｌ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、ＣｅＯ_２またはＦｅ_２Ｏ_３から選択される鉱物酸化物であることを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載の原子炉。
前記第２のナノ粒子（８４）が、２から５の間に含まれる形状因子を有することを特徴とする、請求項１から７のいずれかに記載の原子炉。
前記第２のナノ粒子（８４）が、一般的にはＡｌ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、ＣｅＯ_２またはＦｅ_２Ｏ_３から選択される鉱物酸化物であ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原子炉。
大多数の前記ナノ粒子が、凝集の前に５０ｎｍから２５０ｎｍの間に含まれるサイズを有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原子炉。