JP2015052558A - Method of carrying out and management of melted nuclear fuel material - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は原子力発電プラントの事故時に溶融した核燃料物質の搬出管理方法に関する。 The present invention relates to a method for carrying out nuclear fuel material melted at the time of an accident in a nuclear power plant.
原子力発電プラントは、原子炉で加熱された循環水が蒸気発生器、高圧タービン、低圧タービン、復水器、給水ポンプ、給水加熱器を順次経て、再び原子炉へ戻る循環サイクルで構成されており、蒸気発生器で発生した蒸気によって高圧タービンおよび低圧タービンを駆動して発電機を作動させ、発電を行っている。原子力発電プラントのうち沸騰水型原子炉(BWR)では原子炉で循環水を沸騰させており、原子炉が蒸気発生器を兼ねている。 A nuclear power plant consists of a circulation cycle in which circulating water heated in a nuclear reactor passes through a steam generator, a high-pressure turbine, a low-pressure turbine, a condenser, a feed water pump, and a feed water heater, and then returns to the reactor again. The high-pressure turbine and the low-pressure turbine are driven by the steam generated by the steam generator to operate the generator to generate power. In a nuclear power plant, in a boiling water reactor (BWR), circulating water is boiled in a nuclear reactor, and the nuclear reactor also serves as a steam generator.
一方、大災害等により原子力発電プラントに供給する電源が失われると、原子炉への給水が停止し、原子炉に装荷した核燃料物質が溶融する可能性がある。こうした過酷事故が発生した場合、原子炉を冷温停止させた後、溶融核燃料物質を炉心や格納容器から安全に取り出す必要がある。 On the other hand, if the power supplied to the nuclear power plant is lost due to a major disaster or the like, the water supply to the nuclear reactor may stop and the nuclear fuel material loaded in the nuclear reactor may melt. When such a severe accident occurs, it is necessary to safely remove the molten nuclear fuel material from the reactor core and containment vessel after the nuclear reactor has been cooled down.
このような溶融核燃料物質の搬出手段として、原子炉や格納容器の下部に堆積した溶融核燃料物質を切削具により切削し、搬送装置により炉外へ搬出する手段が提案されている(特許文献1)。 As a means for carrying out such molten nuclear fuel material, a means has been proposed in which molten nuclear fuel material deposited in the lower part of a nuclear reactor or a containment vessel is cut by a cutting tool and carried out of the furnace by a transfer device (Patent Document 1). .
ところで、溶融核燃料物質にはウラン235が含まれているため、搬出作業中に不用意に取り扱えば、まれに核分裂の連鎖反応が起こり、再臨界に達する可能性がある。例えば炉心等から搬出された溶融核燃料物質を貯蔵容器等に収容する場合や溶融核燃料物質の搬出工程において、ウラン235を含有する溶融核燃料物質が大量に一箇所に集積されると、再臨界が起きる可能性がある。 By the way, since the molten nuclear fuel material contains uranium 235, if it is handled carelessly during the carrying-out operation, there is a possibility that a fission chain reaction occurs rarely and the criticality is reached. For example, when the molten nuclear fuel material transported from the core or the like is stored in a storage container or the like, or when the molten nuclear fuel material containing uranium 235 is accumulated in one place in the process of transporting the molten nuclear fuel material, recriticality occurs. there is a possibility.
このような再臨界を防止する手段の一つとして、炉心等から搬出された溶融核燃料物質のウラン235の含有率(濃縮度)を解析する必要がある。しかしながら、高放射能の溶融核燃料物質のウラン235含有率を測定するためには、炉心等から取り出した溶融核燃料物質を一旦輸送容器に収納した上、放射線核種管理施設へ輸送し、専用の測定装置を用いてウラン235の含有率を解析する必要があり、解析のために大型の設備や厳重な安全管理が必要となるとともに、解析時間が長期化するという課題があった。 As one means for preventing such recriticality, it is necessary to analyze the content (concentration) of uranium 235 of the molten nuclear fuel material carried out from the core or the like. However, in order to measure the uranium 235 content of high-activity molten nuclear fuel material, the molten nuclear fuel material taken out from the reactor core, etc. is temporarily stored in a transport container and then transported to a radionuclide management facility. It is necessary to analyze the content of uranium 235 by using a large amount of equipment, strict safety management is required for the analysis, and the analysis time is prolonged.
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、溶融核燃料物質の搬出工程で溶融核燃料物質に含まれるウラン235の含有率を簡便に算出することで、溶融核燃料物質を安全に搬出することができる溶融核燃料物質の搬出管理方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and by safely calculating the content of uranium 235 contained in the molten nuclear fuel material in the molten nuclear fuel material unloading step, the molten nuclear fuel material can be safely unloaded. It is an object of the present invention to provide a method for managing the delivery of molten nuclear fuel material.
上記課題を解決するために、本発明に係る溶融核燃料物質の搬出管理方法は、溶融核燃料物質を昇降装置の端部に取り付けられた採取工具により採取する工程と、採取した溶融核燃料物質の水中重量及び気中重量を測定する工程と、炉心に装荷された核燃料物質の密度及びウラン235含有率と前記測定された水中重量及び気中重量とから前記採取した溶融核燃料物質中のウラン235含有率を算出する工程と、前記算出されたウラン235含有率から前記溶融核燃料物質の再臨界を評価する工程とを、有することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the molten nuclear fuel material carry-out management method according to the present invention includes a step of collecting the molten nuclear fuel material by a sampling tool attached to an end of the lifting device, and a weight of the collected molten nuclear fuel material in water. And the step of measuring the weight in the air, and the density and uranium 235 content of the nuclear fuel material loaded in the core and the measured underwater weight and air weight, the uranium 235 content in the sampled molten nuclear fuel material is determined. And a step of calculating a recriticality of the molten nuclear fuel material from the calculated uranium 235 content.
また、本発明に係る溶融核燃料物質の搬出管理方法は、溶融核燃料物質を昇降装置の端部に取り付けられた採取工具により採取する工程と、採取した溶融核燃料物質の容積と、水中重量又は気中重量を測定する工程と、炉心に装荷された核燃料物質のウラン235含有率と前記測定された容積と水中重量又は気中重量とから前記溶融核燃料物質中のウラン235含有率を算出する工程と、前記算出されたウラン235含有率から前記溶融核燃料物質の再臨界を評価する工程とを、有することを特徴とする。 Further, the method for carrying out the molten nuclear fuel material according to the present invention includes a step of collecting the molten nuclear fuel material by a sampling tool attached to an end of the lifting device, a volume of the collected molten nuclear fuel material, a weight in water or an air Measuring the weight; calculating the uranium 235 content in the molten nuclear fuel material from the uranium 235 content of the nuclear fuel material loaded in the core and the measured volume and weight in water or in air; And a step of evaluating the recriticality of the molten nuclear fuel material from the calculated uranium 235 content.
本発明によれば、溶融核燃料物質の搬出工程で溶融核燃料物質に含まれるウラン235の含有率を算出することにより、再臨界の発生を防止することができる。 According to the present invention, the occurrence of recriticality can be prevented by calculating the content of uranium 235 contained in the molten nuclear fuel material in the process of carrying out the molten nuclear fuel material.
以下、本発明に係る溶融核燃料物質の搬出管理方法の実施形態について、図面を参照して説明する。
[第1の実施形態]
第1の実施形態に係る溶融核燃料物質の搬出管理方法を図1乃至図3により説明する。
Hereinafter, an embodiment of a method for managing the delivery of molten nuclear fuel material according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[First Embodiment]
A method for managing the delivery of molten nuclear fuel material according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
(構成)
沸騰水型原子炉(BWR)では、格納容器3内に圧力容器4が収容され、圧力容器4内には炉心支持板2上に複数の燃料集合体が装荷された炉心1が設けられている。過酷事故時に燃料集合体の核燃料物質が溶融すると、溶融核燃料物質5は、図1に示すように、炉心支持板2、圧力容器4の下部又は格納容器3の下部に堆積する可能性がある。
(Constitution)
In a boiling water reactor (BWR), a pressure vessel 4 is accommodated in a containment vessel 3, and a
この溶融核燃料物質5を原子炉から搬出する際は、原子炉を冷温停止させた後、格納容器3内を水没させた状態で、昇降装置7の先端に取り付けられた破砕工具により固化した溶融核燃料物質5を破砕して細分化し(図示せず)、次に、昇降装置7の先端に取り付けられたバケット等からなる採取工具8により、所定量の破砕された溶融核燃料物質5を採取する。次に、昇降装置7を吊り上げ、搬送装置6により格納容器3の外部に配置された貯蔵容器内に収容する(図示せず)。
When carrying out the molten
(ウラン235含有率の算出方法)
本実施形態では、破砕された溶融核燃料物質5を採取し、昇降装置7により吊り上げ搬出する際に、採取された溶融核燃料物質5中のウラン235の含有率を算出し、再臨界管理を行うもので、その算出方法及び算出工程について、以下に説明する。なお、炉心に装荷されるウラン核燃料におけるウラン235の量は「濃縮度」(3〜5%程度)として表現されるが、ここでは説明の便宜上、溶融核燃料物質5中に含まれるウラン235の量を含めて「含有率」という用語を用いて説明する。
(Calculation method of uranium 235 content)
In the present embodiment, when the crushed molten
バケット等からなる採取工具8により採取された所定量の溶融核燃料物質5は、昇降装置7により格納容器内3内を吊り上げ搬出する過程で水中と気中を通過する。その際の溶融核燃料物質5の水中重量W1と気中重量W2を採取工具8の上端部に取り付けられた重量計10により計測する(図3(a)〜(c)参照)。
A predetermined amount of the molten
測定された水中重量W1と気中重量W2から、溶融核燃料物質5の密度Dを式(1)により求める。
溶融核燃料物質5の密度D=W2/(W2−W1) (1)
From the measured underwater weight W1 and air weight W2, the density D of the molten
Density of molten nuclear fuel material 5 D = W2 / (W2-W1) (1)
一方、炉心1に装荷された核燃料物質の密度をD0、核燃料物質中のウラン235の含有率(濃縮度)をU0とすると、採取された溶融核燃料物質5中のウラン235の含有率は式(2)により算出される。
溶融核燃料物質5中のウラン235含有率=U0×(D0/D) (2)
On the other hand, when the density of nuclear fuel material loaded in the
Uranium 235 content in molten
式(2)で求められる溶融核燃料物質5中のウラン235含有率は、あくまでも概算値である。しかしながら、溶融核燃料物質5には炉内構造物(ステンレス鋼、低合金鋼、ニッケル基合金等)や被覆管(ジルカロイ)等の低重量の溶融物が少なからず含まれること、及び溶融前の核燃料物質である二酸化ウランは焼結により緻密に固化された物質であるところ、その物質が溶融固化すると空隙率が増加し密度が低下することを考慮すると、式(2)はウラン235含有率を安全サイドに評価したもので、この式を用いて再臨界管理を行うことにより再臨界事故を確実に防止することができる。
The content of uranium 235 in the molten
(算出工程)
上記算出方法を用いた溶融核燃料物質5中のウラン235含有率の算出工程を図2及び図3(a)〜(c)を用いて説明する。
(Calculation process)
The process of calculating the uranium 235 content in the molten
ステップ1;破砕された溶融核燃料物質5を昇降装置7の端部に取り付けられた採取工具8により採取する(図3(a))。
ステップ2; 破砕工具8を昇降装置7により吊り上げ、採取した溶融核燃料物質5の水中重量W1を破砕工具8の上端部に取り付けられた重量計10により測定する(図3(b))。
Step 1: The crushed molten
Step 2: The crushing
ステップ3; 破砕工具8を昇降装置7によりさらに吊り上げ、破砕工具8が気中に露出したところで、溶融核燃料物質5の気中重量W2を重量計10により測定する(図3(c))。
Step 3: The crushing
ステップ4; 式(1)、(2)より溶融核燃料物質5中のウラン235含有率を算出する。
ステップ5; ウラン235含有率に基づき、溶融核燃料物質5の再臨界評価を行う。
Step 4: Calculate the uranium 235 content in the molten
Step 5: Based on the uranium 235 content, the criticality evaluation of the molten
ステップ6; 再臨界評価に基づき、溶融核燃料物質5が再臨界に達しない範囲で、貯蔵容器へ搬送し貯蔵する。
上記ステップ6では、溶融核燃料物質5が再臨界に達しない範囲で、複数回採取した溶融核燃料物質5を一つの貯蔵容器に収容することができる。
Step 6: Based on the recriticality evaluation, the molten
In
また、上記実施形態では、溶融核燃料物質の採取工具8として、2分割可能ないわゆるグラブバケットを用いているが、これに限定されず、ショベル等の採取工具を用いてもよい。
Moreover, in the said embodiment, what is called a grab bucket which can be divided into 2 is used as the
(効果)
本実施形態によれば、溶融核燃料物質を搬出する過程で溶融核燃料物質の水中重量及び気中重量を測定することにより、再臨界評価を簡便に行うことができるため、溶融核燃料物質の搬出作業を安全かつ効率的に行うことができる。
(effect)
According to the present embodiment, since the recriticality evaluation can be easily performed by measuring the weight in water and the weight in the air of the molten nuclear fuel material in the process of unloading the molten nuclear fuel material, the unloading operation of the molten nuclear fuel material is performed. It can be done safely and efficiently.
[第2の実施形態]
第2の実施形態に係る溶融核燃料物質の搬出管理方法を図4及び図5により説明する。
第1の実施形態では、溶融核燃料物質の水中重量及び気中重量を測定することによりウラン235の含有率を算出しているが、本実施形態では、溶融核燃料物質の容積Vと、水中重量W1又は気中重量W2に基づいてウラン235の含有率を算出する。
[Second Embodiment]
A method for managing the delivery of molten nuclear fuel material according to the second embodiment will be described with reference to FIGS.
In the first embodiment, the content of uranium 235 is calculated by measuring the weight in water and the weight in the air of the molten nuclear fuel material. In this embodiment, the volume V of the molten nuclear fuel material and the weight in water W1 are calculated. Alternatively, the content of uranium 235 is calculated based on the air weight W2.
具体的には、図5(a)に示すように、採取工具8の上端部に重量計10を設置するとともに、採取工具8に採取された溶融核燃料物質5の表面高さを計測する距離計11を設置する。採取工具8の内部形状は、グラブバケットの場合、例えば2分割された逆角錐形状であり、その内部形状が既知のため、距離計11により採取工具8内の溶融核燃料物質5の表面との距離を求め、その距離から溶融核燃料物質5の採取工具8の底部からの表面高さを求めれば、簡単な計算により溶融核燃料物質5の容積Vを求めることができる。
Specifically, as shown in FIG. 5A, a
例えば、容積がVとし、容積Vに対応する水の重さをW3とすると、溶融核燃料物質5の密度は、気中重量W1又は水中重量W2を用いて、式(3)又は式(4)で求めることができる。
For example, when the volume is V and the weight of water corresponding to the volume V is W3, the density of the molten
溶融核燃料物質5の密度D= W2/V (3)
溶融核燃料物質5の密度D=(W1+W3)/V (4)
この第2の実施形態に基づく算出工程は以下のとおりとなる(図4)。
Density of molten nuclear fuel material D = W2 / V (3)
Density of molten nuclear fuel material 5 D = (W1 + W3) / V (4)
The calculation process based on the second embodiment is as follows (FIG. 4).
ステップ1;破砕された溶融核燃料物質5を昇降装置7の端部に取り付けられた採取工具8により採取する(図5(a))。
ステップ2a; 採取工具8を昇降装置7により吊り上げ、溶融核燃料物質5の容積Vをバケット4の上端部に取り付けられた距離計11により測定する(図5(b))。
Step 1: The crushed molten
Step 2a; The
ステップ3a; 採取工具8を昇降装置7により吊り上げる過程で、溶融核燃料物質5の水中重量W1又は気中重量W2を重量計10により測定する(図5(b))。
ステップ4a; 式(3)又は式(4)、及び式(2)より溶融核燃料物質5中のウラン235含有率を算出する。
Step 3a; In the process of lifting the
Step 4a: The content of uranium 235 in the molten
ステップ5; ウラン235含有率に基づき、溶融核燃料物質5の再臨界評価を行う。
ステップ6; 再臨界評価に基づき、溶融核燃料物質5が再臨界に達しない範囲で、貯蔵容器へ搬送し貯蔵する。
Step 5: Based on the uranium 235 content, the criticality evaluation of the molten
Step 6: Based on the recriticality evaluation, the molten
本実施形態によれば、溶融核燃料物質5の重量を水中又は気中のいずれかで測定すればよく、より簡便に溶融核燃料物質5中のウラン235含有率を算出することができる。
According to the present embodiment, the weight of the molten
[第3の実施形態]
上記実施形態では、溶融核燃料物質の水中重量W1及び/又は気中重量W2を測定することによりウラン235の含有率を算出しているが、本実施形態では炉心1に装荷された核燃料物質のウラン235の含有率(濃縮度)と原子炉の運転時間から溶融核燃料物質5中のウラン235含有率を算出する。
[Third Embodiment]
In the above embodiment, the content of uranium 235 is calculated by measuring the underwater weight W1 and / or the air weight W2 of the molten nuclear fuel material. In this embodiment, the uranium of the nuclear fuel material loaded in the
具体的には、過酷事故が発生した時点での原子炉の運転時間を求め、核燃料燃焼度解析コード等による演算解析処理により過酷事故発生時の炉心1中のウラン235含有率を求める。
Specifically, the operation time of the reactor at the time of occurrence of a severe accident is obtained, and the content of uranium 235 in the
この方法は、溶融直前の核燃料物質のウラン235含有率をより正確に求めることができるが、その反面、核燃料燃焼度解析のために大型の演算装置を必要とし、また、演算時間も長時間要する。
したがって、この算出方法は、上記の第1及び第2の実施形態で説明した算出方法の検証用として用いることが好ましい。
This method can more accurately determine the content of uranium 235 in the nuclear fuel material immediately before melting, but on the other hand, it requires a large arithmetic device for nuclear fuel burnup analysis and also requires a long calculation time. .
Therefore, this calculation method is preferably used for verification of the calculation methods described in the first and second embodiments.
以上説明したように、上記第1乃至第3の実施形態によれば、炉心、圧力容器又は格納容器内に堆積した溶融核燃料物質中のウラン235含有率を、簡単なプロセスで評価することが可能となるため、溶融核燃料物質の臨界管理や保管管理を効率的に行うことができるとともに、搬送、貯蔵工程での不測の事故を未然に防止することができる。 As described above, according to the first to third embodiments, it is possible to evaluate the uranium 235 content in the molten nuclear fuel material deposited in the core, the pressure vessel, or the containment vessel by a simple process. Therefore, criticality management and storage management of the molten nuclear fuel material can be efficiently performed, and unexpected accidents in the transportation and storage processes can be prevented in advance.
また、上記第1乃至第3の実施形態で説明した溶融核燃料物質の搬出管理方法は、BWRプラントのみならず、加圧水型原子力プラント(PWRプラント)や高速増殖炉にも適用することができる。 Moreover, the molten nuclear fuel material carry-out management method described in the first to third embodiments can be applied not only to a BWR plant but also to a pressurized water nuclear plant (PWR plant) and a fast breeder reactor.
以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、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、組み合わせ、置き換え、変更を行うことができる。この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 embodiment of this invention was described, this embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. The novel embodiment can be implemented in various other forms, and various omissions, combinations, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. This embodiment and its modifications are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
1…炉心、2…炉心支持板、3…格納容器、4…圧力容器、5…溶融核燃料物質、6…搬送装置、7…昇降装置、8…採取工具、10…重量計、11…距離計。
DESCRIPTION OF
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JP2013186325A JP2015052558A (en) | 2013-09-09 | 2013-09-09 | Method of carrying out and management of melted nuclear fuel material |
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JP2008506103A (en) * | 2004-07-08 | 2008-02-28 | ブリティッシュ・ニュークリア・フューエルズ・パブリック・リミテッド・カンパニー | How to treat and minimize waste |
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2013
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