JP2014525033A - 安全な原子炉プラントの建設方法、および対応する原子炉プラント - Google Patents

Abstract

本発明は、保護ケーシングによって包囲された閉じ込めチャンバを含む原子炉施設を建設する方法に関する。
前記方法は、以下の基本的建設段階を特徴とする。
トンネルまたは縦坑（４）を通じて外界に接続された、岩地または山岳（３）内の洞窟（２）を発見または用意するステップと、
保護ケーシング（５）と洞窟壁（２’）との間に外被中間チャンバ容積（６）を形成する、閉じ込めチャンバ（１）を画定する鋼製の密封保護ケーシング（５）を建設または導入するステップと、
トンネルまたは縦坑（４）を除いて、中間チャンバ（６）をコンクリートまたはセメント（６’）で満たすステップ。

Description

本発明は、安全な原子炉施設を建築する方法、および対応するプラントに関する。

原子炉の安全性を向上することを目的とする発明は、多数存在する。

周知の事故は、放射性核分裂の生成物の拡散を通じて、特に長期間にわたって、相当量の損害を招いてきた。しかしながら、原子炉に対する現在の安全策が十分に安全ではないことを証明したのは、福島の原子炉の２番目に深刻な事故であった。

したがってこのような事故のため、放射性核分裂生成物の拡散を、全て防止しないまでも、最小限に低減するための差し迫った需要が存在する。

加えて、現在の原子力発電炉は、停止するのが難しく、航空機またはミサイル、あるいはテロリストのいずれかによる、敵の攻撃に弱い。

以下の発明の根本的な目的は、最低限の費用で、前記の問題を可能な限り解決することである。

前記目的は、以下の基本的建設段階を特徴とする、保護ケーシングによって包囲された閉じ込めチャンバを含む原子力発電所を建設する方法によって、本発明にしたがって達成される。すなわち、
トンネル、縦坑、またはアクセストンネル（唯一の連絡路として）を通じて外界に接続された、岩地または山岳内の洞窟を発見または用意するステップと、
保護ケーシングと洞窟壁との間に外被中間チャンバ容積を形成する、完全に／全周で閉じ込めチャンバを画定する鋼製の密封保護ケーシングを建設または導入するステップと、
トンネルまたは縦坑を除いて、中間チャンバをコンクリートまたはセメントで満たすステップと、である。

本発明はまた、保護ケーシングによって（全周を）包囲された、液体および気体から密封された閉じ込めチャンバを含む原子炉施設にも関し、これは
保護ケーシングは、岩地または山岳に位置する天然または人工の洞窟内に配置されていて、唯一の連絡路としてのトンネルまたは縦坑を通じて外界に接続されており、
保護ケーシングは、鋼製の密封保護ケーシングを内部に含み、
保護ケーシングと洞窟壁との間には、好ましくは水平にまたは外部に向かってわずかに傾斜して構成されたトンネルまたは縦坑以外はコンクリートまたはセメントで満たされた、外被中間チャンバが設けられていることを、特徴とする。

本発明による建設方法はまた、具体的には以下を特徴とする、その他の技術的手段またはステップも含むことができる：
−中間チャンバをコンクリートで満たす前に、具体的にはトンネル建設技術より知られる方法で、洞窟壁は、気体および液体に対して、またはこれらに向かって密封され、
−中間チャンバをコンクリートで満たした後に、洞窟の岩質材料は、気体および液体からさらに密封され、
−追加密封は、洞窟壁の周りに適用および分布された配管システムを通じて液体シーラントを注入することによって実行され、
−中間チャンバをコンクリートで満たす前に、中空チャンバは、具体的には外面上に直接的に、好ましくは対応する鋼製ケーシングによって画定された、保護ケーシングの外側に構成され、
−中間チャンバをコンクリートで満たす前に、トンネルを通じて中空チャンバを互いにおよび／または外界に接続する接続配管が設置され、
−中間チャンバをコンクリートで満たす前に、保護ケーシングの密封は、特定の期間にわたって内部過剰圧力を用いてチェックされ、
−１つまたは複数の冷却塔もまた岩の中に建築され、および／または
−方法はまた、ｉ）その内部に向かってトンネルが開口している保護ケーシング内の密封可能な開口部と、ｉｉ）放射線および過剰圧力から保護する少なくとも１つのドアまたはトンネル内の対応する可動シールドと、を形成するステップも含み、トンネルは保守および交換目的のために十分な少なくとも１つの断面を有する。

さらに、当業者は、原子炉のその後の操作に必要なプラントの追加寸法および設備をどのように設計および構成するかがわかるだろう。

地下または岩の洞窟内に原子炉を建設することによって、ＭＣＡ（最大想定事故：ｍａｘｉｍｕｍ ｃｒｅｄｉｂｌｅ ａｃｃｉｄｅｎｔ）の後のいかなるブレークアウトも、ほぼ完全に排除される。

ＭＣＡは、外部または内部事故によって引き起こされる可能性がある。外部攻撃の危険性は、本発明によってほぼ完全に回避される。第一に、地下プラントは、敵の航空機またはミサイルにとって位置特定するのがはるかに困難である。第二に、数メートル厚の岩および／または堆積物層からなる天然保護シールドを貫通して、コンクリートおよび／または鋼からなる実際の保護ケーシングに漏れを生じて最悪の場合に放射性物質の放出を引き起こすには、大量の追加エネルギーが必要とされるだろう。

本発明によって設計された原子炉はまた、テロリストが内部から攻撃することもさらに困難である。地下の単一の連絡経路は、非常に効率的に管理されることが可能である。たとえテロリストが原子炉の最大想定事故を引き起こしたとしても（チェルノブイリ）、天然保護シールドの正しい構成があれば、放射性物質の放出は防止され得る。

本発明は、添付の模式図に関連して、例示的実施形態を参照して、以下により詳細に記載される。

本発明による原子炉施設の模式図である。

図示される原子炉施設には、液体および気体から密封され、多層保護ケーシング５、６’によって包囲されている、閉じ込めチャンバ１が設けられている。

前記原子炉プラント構造は、具体的には、
保護ケーシング５、６’は、岩地または山岳３内に位置して、唯一の連絡経路としてのトンネルまたは縦坑４を通じて外界に接続された、天然のまたは人工的に形成された洞窟２の中に配置されており、
保護ケーシングは鋼製の密封保護ケーシング５を内部に含み、
保護ケーシング５と洞窟壁２’との間には、好ましくは水平にまたは外部に向かってわずかに傾斜して構成されたトンネルまたは縦坑４以外はコンクリートまたはセメント６’で満たされた、外被中間チャンバ６が設けられていることを、特徴とする。

洞窟２を位置特定または掘削して、完成した洞窟２への本発明の適用のためにこれを成形（岩壁の厚み、サイズ、形状、アクセスなど）した後、鋼製の保護ケーシング５が建設される。保護ケーシングと洞窟壁２’との間には、完成後に保護ケーシング５がコンクリート６’で満たされる容積３が設けられる。鋼製ケーシングと洞窟壁との間の最短距離は、鋼製ケーシング５内で原子力事故の間に生じる可能性のある気体圧の上昇が、洞窟２の岩に効率的に伝達されるように、計算される。鋼製ケーシングはまた、洞窟２の岩への、核分裂生成物が充満した気体および液体（水）の浸透を主に防止するようにも、計算される。

コンクリート６’（原子力発電所のドーム屋根の建設に適したタイプのコンクリート）を挿入する前に、鋼製ケーシングの外側に、安全規制によって必要とされる距離だけ離して、必要な測定装置およびプローブが装着された鋼製ケーシング内の中空チャンバ８を設けることが、有利である。中空チャンバ８の間の接続配管９には、コンクリートの注入の前に、必要な測定ケーブルがすでに装着および接続されている。これらの予防手段は、通常運転中であっても、付加的な監視を提供する（当然ながら、原子炉の内部監視もある）。事故が起こった場合には、保護ケーシング５の状態、具体的には密封度がチェックされ、危険物質の放出を防止するためのさらなる手段に関する判断がなされ得る。

洞窟岩３の機械的強度および密封度に応じて、コンクリート６’の注入の前に、トンネル建設において周知のやり方で、洞窟壁２’を完全に密封することが有利である。配管システム７を洞窟壁２’に取り付けるためには、あまり密度の高くない岩質材料が有用と思われ、これにより、外被中間チャンバをコンクリートで完全に満たした後、岩質材料内に残るいかなる漏れも可能な限り完全に密封するために、当業者にとって周知のシーラントを注入することが可能になる。

さらに、保護ケーシング５の密封性を保証するために、コンクリートまたはセメント６’で満たす前に密着性を検査することは、（アクセストンネル４の伸長部における進入地点が、たとえば装甲鋼板ドア５’によって、一旦密閉されると）ケーシング５内に過剰圧力が発生し、こうして発生した圧力は少なくとも１時間にわたって測定されるという点において、有利である。当業者は、このような検査の詳細に精通しているだろう。測定された過剰圧力の時間経路は、保護ケーシングの密封の度合いの証拠を提供することができる。

記載された密封および構成方法はまた、燃え尽きた燃料棒、核廃棄物（核分裂生成物）の安全な保管のためにも、請求項の意味の範囲内で使用されることが可能である。これら生成物の長期的かつ安全な保管は、非常に議論が分かれる。具体的には、漏れやすい容器から地下水にしみ出す核分裂生成物に関する懸念が存在する。本発明の教示を適用することにより、この安全問題は実質的に、および長期間にわたって、軽減されることが可能である。

具体的には、本発明による施設は、その活発なエネルギー生成段階の後、このような生成物のための安全な保管場所に転換されることが可能である。

空から見つかりにくいように設計するという意味において、原子力発電所全体をテロリストの攻撃から守るために、冷却塔（図示せず）もまた岩の中に建設されることが可能である。このような施設はまたほとんど農業を行っていない地域にも建設可能なので、これにより冷却雲による悪影響も低減する。採掘部門における周知の施設と比較すると、このような配置の費用は経済的に正当である。

事故の後、原子炉の残留熱（総原子炉出力の約４〜８％）が除去され得ることを保証することは、重要である。原子炉建設の当業者は、追加冷却システムを備える主要冷却回路の故障の後であっても残留熱を安全にする方法に精通しているだろう。

８、９にしたがって構成された容積および配管には、熱素子および放射線測定装置が装着可能である。これらは、通常運転の間の熱量および放射線量を測定するために使用される。これらの記録もまた、原子炉の運転におけるいかなる異常も特定して、必要な停止を行うために、使用されることが可能である。事故の後、これらの結果はまた、二次冷却の有効性を測定および制御するためにも使用される。

いかなる自由中性子流も妨害して、それにより危険な残留熱を低減するために、事故の最中および後に、二次回路にホウ素塩を添加することは、有効である。したがって事故の場合には、ホウ素水で満たされた容器が、このような液体の二次回路に追加されるべきである。

中間チャンバ６内へのシーラントの注入は、中間チャンバ６の均一な充填および壁２の密封を可能な限り保証するために、パイプ７を通じて岩構造３にしたがって選択的に実行されることが可能である。必要とされる規制および制御方法は、このような注入の分野の当業者にとって周知である（すでにトンネル建設または採掘に使用されている、Ｓｉｋａ社の特に適したシーラントが使用可能である）。

地下洞窟２内の原子炉の構成により、運転の危険性および放射性核分裂生成物の放出は、内部事故、外部攻撃、および自然災害の場合に、かなり低減される。

以下に、必要であれば使用可能なさらなる保護手段が記載される：
−周辺地域の住民には、原子力の性質に関する詳細が周知されるべきである。
−関係する住民または地域社会は、妥当な程度に発電所の利益に含まれるべきである。
−プラント全体は、後者が遠距離からそのようなものとして特定され得ないように、構成されるべきである。
−廃熱：これは可能な限り再利用されるべきである。暖房ネットワーク、野菜の栽培、寒冷気候の事業所は、このエネルギー源を非常に有利に利用することができる。
−冷却塔は、可能な限り目立たなくすべきである（たとえば山岳にもたれかかって立てられるなど、カムフラージュされる）。ＳＣＲＡＭの場合に残留廃熱が除去され得るように、冷却システムの冗長構成が設計されるべきである。

あらゆる予防的手段にもかかわらずＭＣＡが発生した場合には、人間を介在させることなく原子炉を冷却させるために、原子炉への入口および連絡路を施錠できるようにすべきである。

アクセストンネル（トンネル４）は、緊急時に迅速に施錠され得るように、または埋設され得るように、構成されるべきである。

図示されるように、接続配管９および配管システム７の供給管は、アクセストンネル４の密封ドア１０を迂回する。

前記アクセストンネル４において必要であれば、さらに少なくとも１つの追加外部ドアが設けられてもよく（図示せず）、したがって少なくとも１つのロックが形成される（可能であれば除染剤を備える）。

本発明の以下の対象物、構成部品、および要素は、添付図面に示されている：
１）閉じ込めチャンバ（原子炉を備える）
２）洞窟
２’）洞窟壁
３）岩地／山岳
４）トンネル／縦坑／アクセストンネル
５）鋼製保護ケーシング
５’）保護ケーシングのドア
６）中間容積／チャンバ
６’）コンクリート／コンクリートケーシング
７）配管システム（密封用）
８）中空チャンバ
９）接続配管（測定および接続配管用）
１０）ドア／トンネルのシールド／アクセストンネル

当然ながら、本発明は、説明および図示された実施形態に限定されるものではない。特許請求の範囲に含まれる限り、異なる構成部品の実施形態または技術的同等物との交換などの変更が可能である。

Claims (16)

1. 保護ケーシングによって包囲された閉じ込めチャンバを含む原子炉施設を建設する方法であって、
   トンネルまたは縦坑（４）を通じて外界に接続された、岩地または山岳（３）内の洞窟（２）を発見または用意するステップと、
   保護ケーシング（５）と洞窟壁（２’）との間に外被中間チャンバ容積（６）を形成する、閉じ込めチャンバ（１）を画定する鋼製の密封保護ケーシング（５）を建設または導入するステップと、
   トンネルまたは縦坑（４）を除いて、中間チャンバ（６）をコンクリートまたはセメント（６’）で満たすステップと、
   の基本的建設段階を特徴とする、方法。
2. 中間チャンバ（６）をコンクリート（６’）で満たす前に、洞窟壁（２’）は、具体的にはトンネル建設技術より知られる方法で、気体および液体から密封されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 中間チャンバ（６）をコンクリート（６’）で満たした後に、洞窟壁（２’）の岩質材料は、気体および液体に対してさらに密封されることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. 追加密封が、洞窟壁の周りに適用および分布された配管システム（７）を通じて液体シーラントを注入することによって実行されることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
5. 中間チャンバ（６）をコンクリート（６’）で満たす前に、中空チャンバ（８）は、具体的にはその外面上に直接的に、好ましくは対応する鋼製ケーシングによって画定された、保護ケーシング（５）の外側に構成されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 中間チャンバ（６）をコンクリート（６’）で満たす前に、中間チャンバ（６）を横断し、好ましくは中空チャンバ（８）から洞窟壁（２’）まで延在し、必要であれば前記中空チャンバ（８）を互いに、および／またはトンネル（４）を介して外壁まで接続する、接続配管（９）が設置されることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 中間チャンバ（６）をコンクリート（６’）で満たす前に、保護ケーシング（５）の密封度は、特定の期間にわたって内部過剰圧力を用いてチェックされることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. １つまたは複数の冷却塔もまた岩の中に建築されることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
9. ｉ）その内部に向かってトンネル（４）が開口している保護ケーシング（５）内の密封可能な開口部と、ｉｉ）放射線および過剰圧力から保護する少なくとも１つのドアまたはトンネル（４）内の対応する可動シールド（１０）と、を形成するステップを特徴とし、トンネルは保守および交換目的のために十分な少なくとも１つの断面を有する、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
10. 保護ケーシングによって包囲された、液体および気体から密封された閉じ込めチャンバを含む原子炉施設であって、
    保護ケーシング（５、６’）は、岩地または山岳（３）内に位置して、唯一の連絡路としてのトンネルまたは縦坑（４）を通じて外界に接続された、自然にまたは人工的に形成された洞窟（２）の中に配置されており、
    保護ケーシングは鋼製の密封保護ケーシング（５）を内部に含み、
    保護ケーシング（５）と洞窟壁（２’）との間には、好ましくは水平にまたはわずかに傾斜して構成されたトンネルまたは縦坑（４）以外はコンクリートまたはセメント（６’）で満たされた、外被中間チャンバ（６）が設けられていることを特徴とする、原子炉施設。
11. 保護ケーシング（５）の外面上に、好ましくは鋼製ケーシングによって画定され、具体的には検出器および測定プローブを収容する、中空チャンバ（８）が設けられていることを特徴とする、請求項１０に記載の原子炉施設。
12. 洞窟壁（２’）の岩質材料内の孔、間隙、および／または亀裂に、場合によりコンクリートケーシング（６’）と洞窟壁（２’）との間の界面にも、少なくとも１つの適切なシーラントが設けられていることを特徴とする、請求項１０または１１に記載の原子炉施設。
13. 洞窟壁（２’）上に、シーラントを注入するために規則的に分布された配管システム（７）が設けられていることを特徴とする、請求項１２に記載の原子炉施設。
14. 中間チャンバ（６）のコンクリートケーシング（６’）内に、前記中間チャンバ（６）を通って好ましくは中空チャンバ（８）から洞窟壁（２’）まで延在する接続配管（９）が埋め込まれており、前記中空チャンバ（８）は、好ましくはトンネル（４）を通じて互いにおよび／または外界に接続されていることを特徴とする、請求項１０から１３のいずれか一項に記載の原子炉施設。
15. 保護ケーシング（５）と流体連絡している少なくとも１つの冷却塔が、岩の中に建設されることを特徴とする、請求項１０から１４のいずれか一項に記載の原子炉施設。
16. 請求項１から９のいずれか一項に記載の建設方法を用いて製造されたことを特徴とする、請求項１０から１５のいずれか一項に記載の原子炉施設。

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