JP2016095156A - Graphite block - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ペブルベッド型原子炉用の黒鉛ブロックに関する。 The present invention relates to a graphite block for a pebble bed reactor.
黒鉛は、中性子の吸収断面積が高く、中性子の減速能が大きいため、減速比が高いこと、高い耐熱性を有すること、大きな素材が容易に得られることから原子炉の減速材、反射材として利用されている。特に、マグノックス炉、改良型黒鉛炉(AGR炉)、高温ガス炉などガス冷却炉の減速材、反射体などの素材として重要な材料である。 Graphite has a high neutron absorption cross-section and a large neutron moderating ability, so it has a high reduction ratio, high heat resistance, and large materials can be easily obtained. It's being used. In particular, it is an important material as a material for a moderator, a reflector, etc. of a gas cooling furnace such as a Magnox furnace, an improved graphite furnace (AGR furnace), a high temperature gas furnace.
特許文献1には、減速材、反射材としての黒鉛の核的特性及び熱的特性を損なう事なく、黒鉛自体のもろさに対してセラミックスを用いることで補い、強度を向上させた黒鉛構造物として、固体黒鉛で構成される減速材、反射材等の原子炉構造物の表面を炭化ケイ素(SiC)等の耐熱セラミックス等で覆い、核及び熱的な性能を損なう事なく、強度を向上させた黒鉛構造物が提案されている。
ガス冷却炉は、マグノックス炉、改良型黒鉛炉など炭酸ガスを冷却材に用いた従来の炉と、高温ガス炉などヘリウムを冷却材に用いた新しい炉がある。従来の炉で用いられている炭酸ガスは、炉心構造材の黒鉛と化学反応を起こすため、原子炉の出口の冷却材の温度は黒鉛と炭酸ガスの化学反応によって制限された。しかしながら、ヘリウムガスを冷却材として使用することにより、冷却材と黒鉛との化学反応は起こることがなくなり、原子炉の運転温度を高めることができるようになった。 The gas-cooled furnace includes a conventional furnace using carbon dioxide gas as a coolant such as a Magnox furnace and an improved graphite furnace, and a new furnace using helium as a coolant such as a high-temperature gas furnace. Since carbon dioxide used in conventional reactors causes a chemical reaction with the graphite of the core structure material, the temperature of the coolant at the outlet of the reactor is limited by the chemical reaction between the graphite and carbon dioxide. However, by using helium gas as a coolant, a chemical reaction between the coolant and graphite does not occur, and the operating temperature of the reactor can be increased.
ヘリウムを冷却材に用いた高温ガス炉には、燃料形状の違いにより、ブロック型高温ガス炉と、ペブルベッド型高温ガス炉とがある。ブロック型高温ガス炉では、例えば内部に燃料棒が収納された六角状の黒鉛ブロック(燃料カラム)と、内部に燃料棒が収納されていない六角状の黒鉛ブロック(可動反射体)、さらにそれらの外部を取りまく固定反射体で構成される。上記特許文献1の黒鉛構造物は、ブロック型高温ガス炉に関する技術である。
High temperature gas furnaces using helium as a coolant include a block type high temperature gas furnace and a pebble bed type high temperature gas furnace depending on the fuel shape. In a block type HTGR, for example, a hexagonal graphite block (fuel column) in which fuel rods are housed, a hexagonal graphite block (movable reflector) in which fuel rods are not housed, and those Consists of fixed reflectors surrounding the outside. The graphite structure of
これに対し、ペブルベッド型高温ガス炉では、被覆燃料粒子を黒鉛粒子と混ぜ球状に成形した燃料球(ペブル)を使用し、これを黒鉛ブロックで形成された空間内に多数無秩序に積み重ねて炉心を形成する。燃料球の直径は約6cmである。核反応が低下した燃料球を運転中に下から取り出すとともに、上部から新たな燃料球を供給することにより、連続的に交換することが特徴である。このため、ブロック型高温ガス炉のように運転を停止して燃料交換をする必要が無く、原子炉の運転期間を長くすることができる。 On the other hand, in the pebble bed type HTGR, fuel balls (pebbles) formed by mixing coated fuel particles with graphite particles into a spherical shape are used, and a large number of these are stacked randomly in a space formed by graphite blocks. Form. The diameter of the fuel ball is about 6 cm. It is characterized in that the fuel balls with a lowered nuclear reaction are taken out from below during operation and are continuously exchanged by supplying new fuel balls from the top. Therefore, it is not necessary to stop the operation and change the fuel as in the case of the block type high temperature gas reactor, and the operation period of the nuclear reactor can be lengthened.
しかしながら、ペブルベッド型高温ガス炉は、原理上、ブロック型高温ガス炉よりも長期間の運転が可能となるため、使用される黒鉛ブロックの交換周期を長くすることにより、長期間の運転を可能にする。このため、更なる黒鉛ブロックのライフアップが望まれる。 However, since the pebble bed type HTGR can in principle be operated for a longer time than the block type HTGR, it can be operated for a long time by extending the replacement period of the graphite block used. To. For this reason, further life-up of the graphite block is desired.
本発明は、上記課題を鑑み、長期間の運転が可能なペブルベッド型原子炉に用いる黒鉛ブロックを提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a graphite block for use in a pebble bed reactor capable of long-term operation.
前記課題を解決するための本発明の黒鉛ブロックおよびペブルベッド型原子炉は、
(1)ペブルベッド型原子炉用の黒鉛ブロックであって、前記黒鉛ブロックは、黒鉛からなる基材と当該基材を被覆するセラミック被覆とからなるとともに、ペブル収納空間に面する内壁面に露出した孔を有し、前記孔の内部に配置されたスリーブを更に備える。
(2)前記スリーブは前記孔の開口端を覆う。
(3)前記セラミック被覆はSiCより構成される。
(4)前記スリーブはセラミックより構成される。
(5)前記スリーブはSiCより構成される。
(6)(1)から(5)のいずれかに記載の黒鉛ブロックを備えるペブルベッド型原子炉。
(7)前記孔は、前記ペブルベッド型原子炉のペブル収納空間の底面または側面に露出するペブルベッド型原子炉である、
ことを特徴とする。
The graphite block and pebble bed reactor of the present invention for solving the above problems are
(1) A graphite block for a pebble bed type nuclear reactor, wherein the graphite block comprises a base material made of graphite and a ceramic coating for covering the base material, and is exposed to an inner wall surface facing the pebble storage space. And a sleeve disposed in the hole.
(2) The sleeve covers the open end of the hole.
(3) The ceramic coating is made of SiC.
(4) The sleeve is made of ceramic.
(5) The sleeve is made of SiC.
(6) A pebble bed nuclear reactor comprising the graphite block according to any one of (1) to (5).
(7) The hole is a pebble bed reactor exposed on a bottom surface or a side surface of a pebble storage space of the pebble bed reactor,
It is characterized by that.
本発明によって得られる黒鉛ブロックは、ペブルが移動する際に段差となる孔にスリーブが挿入されているので、基材を覆うセラミック被覆の角には、ペブルが接触しないので、セラミック被覆を破損しにくくすることができる。 In the graphite block obtained by the present invention, since the sleeve is inserted into the hole that becomes a step when the pebble moves, the pebble does not contact the corner of the ceramic coating that covers the base material. Can be difficult.
以下、本発明に係る黒鉛ブロックの好適な実施形態を、図1〜図4に基づいて詳述する。 Hereinafter, a preferred embodiment of a graphite block according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
図1は、ペブルベッド型原子炉の一例を示す模式図である。ペブルベッド型原子炉1は、原子炉容器2内に炉心3が収納され、炉心3内には燃料球であるペブル4が複数装荷されている。炉心3は、上部、下部、周囲が複数の黒鉛ブロック10により構成されたペブル収納空間20が形成されている。また、炉心3は、複数の黒鉛ブロック10を積み上げて構成され、中性子の外部への漏洩量を極力小さくさせている。また、原子炉容器2の下部には、冷却材用の配管5が接続され、上部に発電機、中央にガスタービンや圧縮機、下部に冷却器を有する動力変換装置6と連結されている。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a pebble bed reactor. In the pebble
図2は、本実施形態の黒鉛ブロック10で構成されたペブル収納空間20の一例を示す模式図である。
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an example of a
ペブル収納空間20内に装荷されるペブル4は、直径が約6cmの球形状であり、例えばウラン酸化物を核燃料物質とする多数の被覆燃料粒子とそれを内包する黒鉛マトリックスとから構成された燃料領域が黒鉛殻で囲まれた構造となっている。そして、ペブル4は、この被覆燃料粒子を中性子減速材となる黒鉛材内に含有させるために、被覆燃料粒子を黒鉛粉末と混合して球状成形型内に充填して一次プレスして一次球(コア)を製造し、この一次球を黒鉛粉末と共に二次プレスしてシェル付きの球状粒子とし、これを真球状にするために表面研削し、その後、予備焼成、焼成工程を経て完成される。
The
ペブル収納空間20を構成する黒鉛ブロック10は、黒鉛からなる基材11と基材11を被覆するセラミック被覆12とからなる。また、黒鉛ブロック10は、本実施形態では一例として円柱面を含む略四角柱形状を成し、ペブル収納空間20を形成する内壁面13と、上下面14と、側面15とを有している。なお、円柱面とは、完全な円柱面であることは必要ではなく、例えば黒鉛ブロック10のぺブル収納空間に面する内壁面13が平面で構成されることによって、ペブル収納空間20を多角柱の壁面で構成してもよい。
The
そして、セラミック被覆12はSiCであることが望ましい。ペブル4は、核燃料に熱分解炭素、SiCなどを被覆した粒子を固めて形成されているため、ペブル4は硬く、黒鉛ブロック10を摩耗させる能力が高い。従って、ペブル4に含まれる最も硬いSiCと同じ材質で黒鉛ブロック10を被覆させることにより、ペブル4から圧力が加わっても黒鉛ブロック10を破損しにくくすることができる。また、SiCは、中性子の吸収が少ないので、核分裂の連鎖反応に与える影響が少ない。
The
また、セラミック被覆12は、本実施形態で示されるように黒鉛ブロックの10の基材11の表面全体を覆っていても良く、ペブル収納空間20に面した内壁面13のみに施されていても良い。
Further, the
本実施形態では、黒鉛ブロック10は、黒鉛ブロック10のペブル収納空間20に面する内壁面13に露出した複数の孔30を有し、孔30の内部に配置されたスリーブ40を更に備えている。また、孔30の内壁面13に面した部分には開口端31が設けられている。
In the present embodiment, the
また、黒鉛ブロック10に形成された孔30は、ペブルベッド型原子炉1のペブル収納空間20の底面21または側面22に露出している。そして、孔30がペブルベッド型原子炉1のペブル収納空間20の底面21または側面22に有ると、特にペブル4の圧力がかかる部位であるので、スリーブ40を好適に利用できる。
Further, the
図3は黒鉛ブロック10の孔30近傍とペブル4の接触具合を示す模式図である。
FIG. 3 is a schematic diagram showing the contact condition between the vicinity of the
原子炉では、核分裂に伴って様々な気体状の核分裂生成物が生成する。気体状の核分裂生成物の中に、黒鉛と反応する成分が生成することがある。ペブルベッド型原子炉1で用いる燃料球であるペブル4は、ウランなど密度の高い元素を多量に含有する上に、黒鉛ブロック10の表面を転がりながら移動していくので、ペブル4と黒鉛ブロック10の接点では、高い圧力が一点に集中する。このため被覆が破損すると、黒鉛と核分裂生成物とが反応し、黒鉛ブロック10を劣化させる。
In a nuclear reactor, various gaseous fission products are generated with fission. A component that reacts with graphite may be generated in the gaseous fission product. The pebble 4, which is a fuel ball used in the pebble bed
ペブルベッド型原子炉1では、複数の黒鉛ブロック10を積み上げて炉心3を構成している。ペブル収納空間20には、冷却材であるヘリウムが通過する孔30の他、制御用に多数の孔30を内壁面13に有している。燃料であるペブル4は、SiC、熱分解炭素などを被覆したウランなどの粒子を固めて形成した高い密度の球である。ペブルベッド型原子炉1の下部からペブル4を取り出すと、上部から下に向かってペブル4が移動する。ペブル4は、密度の高い球であるので、移動に伴って孔30の段差などがあると、欠けを生じさせることがある。
In the pebble bed
本実施形態の黒鉛ブロック10は、図3に示す通り、ペブル4が移動する際に段差となる孔30にスリーブ40が挿入されているので、基材11を覆うセラミック被覆12の角には、ペブル4が接触しないので、セラミック被覆12を破損しにくくすることができる。
As shown in FIG. 3, the
即ち、黒鉛ブロック10に形成された孔30の内部にスリーブ40が挿入されているため、球形状のペブル4の衝撃がスリーブ40で緩和され、ペブル4が内壁面13をスムーズに転がることができる。
That is, since the
また、スリーブ40は、孔30の開口端31を覆うように配置されている。孔30の開口端31を覆っていると、確実に開口端31に形成されているセラミック被覆12を保護することができる。
The
図4は、黒鉛ブロック10の斜視図を示す。
FIG. 4 shows a perspective view of the
黒鉛ブロック10の内壁面13に露出する複数の孔30の内部には、スリーブ40が挿入固定され、孔30の開口端31にも形成されているセラミック被覆12をスリーブ40が覆っている。
A
また、スリーブ40は、セラミックスより構成されることが望ましい。スリーブ40がセラミックから構成されていると、耐熱性が高く、強度があるので好適に利用することができる。
The
また、スリーブ40は、SiCより構成されることが望ましい。
The
ペブル4は、核燃料に熱分解炭素、SiCなどを被覆した粒子を固めて形成されている。このため、ペブル4は硬く、黒鉛ブロック10を摩耗させる能力が高いが、ペブル4に含まれる最も硬いSiCと同じ材質で黒鉛ブロック10が被覆され、スリーブ40がSiCで構成されているため、ペブル4から圧力が加わってもセラミック被覆12を破損しにくくすることができる。また、SiCは、中性子の吸収が少ないので、核分裂の連鎖反応に与える影響が少ない。
The pebble 4 is formed by solidifying particles in which nuclear fuel is coated with pyrolytic carbon, SiC or the like. For this reason, the pebble 4 is hard and has a high ability to wear the
円柱面を含む略四角柱形状の黒鉛ブロック10を説明したが、六角柱形状でもよく、強固で安定した炉心が構成されれば形状に限定されない。
Although the
尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。 In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, A deformation | transformation, improvement, etc. are possible suitably. In addition, the material, shape, dimension, numerical value, form, number, arrangement location, and the like of each component in the above-described embodiment are arbitrary and are not limited as long as the present invention can be achieved.
本発明に係る黒鉛ブロックは、ペブルを利用する原子炉の用途に適用可能である。 The graphite block according to the present invention is applicable to the use of a nuclear reactor that uses pebble.
1:ペブルベッド型原子炉
2:原子炉容器
3:炉心
4:ペブル
10:黒鉛ブロック
11:基材
12:セラミック被覆
13:内壁面
30:孔
31:開口端
40:スリーブ
1: Pebble bed type reactor 2: Reactor vessel 3: Core 4: Pebble 10: Graphite block 11: Base material 12: Ceramic coating 13: Inner wall surface 30: Hole 31: Open end 40: Sleeve
Claims (7)
前記黒鉛ブロックは、黒鉛からなる基材と当該基材を被覆するセラミック被覆とからなるとともに、ペブル収納空間に面する内壁面に露出した孔を有し、
前記孔の内部に配置されたスリーブを更に備える黒鉛ブロック。 A graphite block for a pebble bed reactor,
The graphite block is composed of a base material made of graphite and a ceramic coating that covers the base material, and has holes exposed on the inner wall surface facing the pebble storage space,
A graphite block further comprising a sleeve disposed inside the hole.
前記スリーブは前記孔の開口端を覆う黒鉛ブロック。 The graphite block according to claim 1,
The sleeve is a graphite block that covers the open end of the hole.
前記セラミック被覆はSiCより構成される黒鉛ブロック。 The graphite block according to claim 1,
The ceramic coating is a graphite block made of SiC.
前記スリーブはセラミックより構成される黒鉛ブロック。 The graphite block according to any one of claims 1 to 3,
The sleeve is a graphite block made of ceramic.
前記スリーブはSiCより構成される黒鉛ブロック。 The graphite block according to claim 4,
The sleeve is a graphite block made of SiC.
前記孔は、前記ペブルベッド型原子炉のペブル収納空間の底面または側面に露出するペブルベッド型原子炉。 The pebble bed nuclear reactor according to claim 6,
The hole is a pebble bed reactor that is exposed on a bottom surface or a side surface of a pebble storage space of the pebble bed reactor.
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