JP2023128323A - 原子炉停止システム及び原子炉停止方法 - Google Patents

Abstract

【課題】安全性及び迅速性を維持しつつ、小型の原子炉に適用可能な緊急停止用の原子炉停止システム及び原子炉停止方法を提供する。【解決手段】原子炉停止システムは、原子炉容器に密閉状態に格納される炉心燃料の上方に配置され、複数の中性子吸収材を収容し、中性子吸収材が通過可能な開口を底部に有する収容容器と、炉心燃料の間を通って上下方向に延び、上端が収容容器の開口に連通し下端が閉塞する遮へい通路と、開口を塞ぐように配置され、閾値温度以上になった場合に収容容器と遮へい通路とを連通させる連通部と、を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、原子炉停止システム及び原子炉停止方法に関する。

核燃料を用い、核反応の熱を利用して発電を行う原子力発電システムでは、原子炉で生じた熱を原子炉と二次冷却系統との間で一次冷却材が循環する一次冷却系統で回収し、一次冷却材と二次冷却材とで熱交換を行い、二次冷却系統に設けられたタービンを二次冷却材のエネルギーで回転させて発電を行う。このような原子力設備では、緊急時に原子炉の核反応を停止させるためのシステムが備えられている。例えば、特許文献１には、炉出力増大時に溶断するストッパーによって上部に固定された中性子吸収体を含む制御要素ピンが内包される燃料集合体が開示されている。このような燃料集合体を備える原子炉では、炉出力増大時にストッパーが溶断して中性子吸収体が燃料部の間に落下して原子炉を停止させる。

特開昭６２－４７５８５号公報

近年、原子炉を用いた発電設備等として、比較的小型の原子炉を用いた設備が検討されており、例えば、一次冷却材が循環する一時冷却系統を有さず、原子炉容器内の熱を外部に固体熱伝導で伝える熱伝導部を有するマイクロ炉が提案されている。このような小型の原子炉を用いる場合、従来の原子炉停止システムをそのまま適用することが困難な場合がある。

本開示は、上述した課題を解決するものであり、安全性及び迅速性を維持しつつ、小型の原子炉に適用可能な緊急停止用の原子炉停止システム及び原子炉停止方法を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本開示の一態様に係る原子炉停止システムは、原子炉容器に密閉状態に格納される炉心燃料の上方に配置され、複数の中性子吸収材を収容し、前記中性子吸収材が通過可能な開口を底部に有する収容容器と、前記炉心燃料の間を通って上下方向に延び、上端が前記収容容器の前記開口に連通し下端が閉塞する遮へい通路と、前記開口を塞ぐように配置され、閾値温度以上になった場合に前記収容容器と前記遮へい通路とを連通させる連通部と、を備える。

上述の目的を達成するために、本開示の一態様に係る原子炉停止方法は、原子炉容器に密閉状態に格納される炉心燃料の上方に配置され、複数の中性子吸収材を収容し、前記中性子吸収材が通過可能な開口を底部に有する収容容器と、前記炉心燃料の間を通って上下方向に延び、上端が前記収容容器の前記開口に連通し下端が閉塞する遮へい通路と、前記開口を塞ぐように配置され、閾値温度以上になった場合に前記収容容器と前記遮へい通路とを連通させる連通部と、において、前記連通部が前記閾値温度以上になった場合に前記収容容器と前記遮へい通路とが連通することで、前記収容容器に収容された複数の前記中性子吸収材が前記開口を通って前記遮へい通路に落下する。

本開示によれば、安全性及び迅速性を維持しつつ、小型の原子炉に適用可能であるいう効果を得ることができる。

図１は、本実施形態に係る原子力発電システムの概略構成を示す模式図である。 図２は、本実施形態に係る原子炉停止システムの概略構成を示す模式図である。 図３は、図２に示す原子炉停止システムが作動した状態を示す模式図である。 図４は、原子炉停止システムの他の例を示す模式図である。 図５は、原子炉停止システムの他の例を示す模式図である。 図６は、原子炉停止システムの他の例を示す模式図である。

（実施形態）
以下に、本開示に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、実質的に同一のもの、あるいは均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記実施形態における構成要素は、本開示の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。下記実施形態では、実施形態を例示する上で、必要となる構成要素を説明し、その他の構成要素を省略するとともに、同一構成には同一符号を付し、異なる構成には異なる符号を付すものとする。

図１は、本実施形態に係る原子力発電システムの概略構成を示す模式図である。図１に示す原子力設備は、原子炉で発生した熱を用いて発電を行う原子力発電の場合として説明するが、本開示はこれに限定されない。原子炉で発生した熱を発電以外の用途に用いる設備にも適用可能である。また、原子炉で発生する放射線を用いて放射性物質を製造する設備としても用いることができる。図１に示す原子力発電システム１０は、原子炉ユニット１２と、発電ユニット１３と、を含む。発電ユニット１３は、冷媒循環手段１６と、タービン１８と、発電機２０と、冷却器２２と、圧縮機２４と、再生熱交換器２６と、を有する。

原子炉ユニット１２は、原子炉３０と、熱伝導部３２と、原子炉停止システム５０と、を有する。原子炉３０は、原子炉容器４０と、炉心燃料４２と、制御ユニット４４と、を有する。原子炉容器４０は、内部に炉心燃料４２が格納されている。原子炉容器４０は、炉心燃料４２を密閉状態で格納する。原子炉容器４０は、内部に載置する炉心燃料４２が挿抜できるように、開閉部が設けられている。開閉部は、例えば蓋である。原子炉容器４０は、内部で核反応がおき、内部が高温、高圧になった場合でも、密閉状態を維持することができる。また、原子炉容器４０は、中性子線の遮へい性能を備える材料で形成され、内部で生じた中性子線が外部に漏えいしない厚みで形成されている。原子炉容器４０は、例えばコンクリートで形成されている。原子炉容器４０は、ボロン等の遮へい性の高い元素を含めてもよい。

炉心燃料４２は、複数の燃料保持板４３を含む。燃料保持板４３は、内部に複数の核燃料が配置される。燃料保持板４３は、核燃料で発生した熱を伝熱する材料で形成される。燃料保持板４３は、グラファイト、シリコンカーバイド等を用いることができる。炉心燃料４２は、核燃料が核反応を生じることで反応熱が生じる。

制御ユニット４４は、炉心燃料４２の間に移動可能な遮へい材を有する。遮へい材は、放射線を遮へいし、核反応を抑制する機能を備える、いわゆる制御棒である。原子炉３０は、制御ユニット４４を移動させ、遮へい材の位置を調整することで、炉心燃料４２の反応を制御する。

熱伝導部３２は、図１示すように、原子炉容器４０の内部に配置され、燃料保持板４３と接している。本実施形態の熱伝導部３２は、複数の板形状であり、燃料保持板４３と交互に積層された構造である。熱伝導部３２は、燃料保持板４３よりも外形形状が大きい板であり、燃料保持板４３が配置されていない領域に突出している。ここで、熱伝導部３２は、例えば、チタン、ニッケル、銅、グラファイト、グラフェンを用いることができる。

熱伝導部３２は、突出している部分への熱伝達効率を高くするために、板の表面に沿った方向に熱が伝導しやすい向きに配置したグラフェンを用いることが好ましい。熱伝導部３２は、固体熱伝導で熱を伝達する。つまり、熱伝導部３２は、熱媒（流体）を用いずに、熱を伝達する。具体的には、熱伝導部３２は、炉心燃料４２で生じた熱を固体熱伝導で発電ユニット１３に伝達する。

原子炉ユニット１２は、原子炉３０の内部の炉心燃料４２で核反応が生じ、反応熱が発生する。発生した熱は、原子炉容器４０の内部に溜められ、内部が高温となる。また、原子炉ユニット１２は、原子炉３０で発生した熱の一部が、熱伝導部３２に伝達される。熱伝導部３２は、発電ユニット１３の冷媒循環手段１６に流れる冷媒を加熱する。ここで、冷媒としては、二酸化炭素（ＣＯ_２）を用いることが好ましい。

原子炉停止システム５０は、炉心燃料４２の核反応を緊急停止するためのシステムである。実施形態の原子炉停止システム５０の詳細な構成については、後述にて説明する。

冷媒循環手段１６は、原子炉容器４０の外を循環する循環経路３４と、原子炉容器４０の内部を循環する熱交換部３６と、を有する。冷媒循環手段１６は、循環経路３４と、熱交換部３６とが閉ループを形成し、循環される。循環経路３４は、原子炉容器４０の外で冷媒を循環させる経路であり、タービン１８と、冷却器２２と、圧縮機２４と、再生熱交換器２６とが接続されている。熱交換部３６は、原子炉容器４０に挿入され、内部に配置される。熱交換部３６の両端は、原子炉容器４０の外側に露出し、循環経路３４と接続される。熱交換部３６は、冷媒が流通する管路であり、熱伝導部３２の炉心燃料４２と接していない領域と接触する。つまり、熱交換部３６は、熱伝導部３２の炉心燃料４２よりも突出している部分と接触する。熱交換部３６は、熱伝導部３２と熱交換し、冷媒を加熱する。

冷媒循環手段１６を流れる冷媒は、熱交換部３６に供給される。原子力発電システム１０は、熱伝導部３２と、冷媒循環手段１６から供給される冷媒との間で熱交換を行う。本実施形態の熱交換器は、熱伝導部３２と冷媒循環手段１６の熱交換部３６で構成されている。熱交換器は、冷媒循環手段１６を流れる冷媒で、熱伝導部３２の熱を回収する。つまり冷媒は、熱伝導部３２で加熱される。熱交換部３６で加熱された熱媒は、タービン１８、冷却器２２、圧縮機２４、再生熱交換器２６の順で流れる。再生熱交換器２６を通過した冷媒は、再度熱交換部３６に供給される。このように冷媒は、冷媒循環手段１６を循環される。

タービン１８は、熱伝導部３２を通過した冷媒が流入する。タービン１８は、加熱された冷媒のエネルギーにより回転される。つまりタービン１８は、冷媒のエネルギーを回転エネルギーに変換して、冷媒からエネルギーを吸収する。発電機２０は、タービン１８と連結されており、タービン１８と一体で回転する。発電機２０は、タービン１８と回転することで発電する。

冷却器２２は、タービン１８を通過した冷媒を冷却する。冷却器２２は、チラーや冷媒を一時的に液化する場合、復水器等である。圧縮機２４は、冷媒を加圧するポンプである。再生熱交換器２６は、タービン１８を通過した冷媒と、圧縮機２４を通過した冷媒との間で熱交換を行う。再生熱交換器２６は、タービン１８を通過した冷媒で、圧縮機２４を通過した冷媒を加熱する。つまり、再生熱交換器２６は、冷却器２２で冷却される前の冷媒と、冷却器２２で冷却された後の冷媒との間で熱交換を行い、冷却器２２で捨てられる熱を、原子炉ユニット１２に供給される前の冷媒で回収する。

原子力発電システム１０は、原子炉ユニット１２の核燃料の反応で生じた熱を熱伝導部３２で熱交換部３６の冷媒に伝え、熱伝導部３２の熱で、冷媒循環手段１６を流れる冷媒を加熱する。つまり、冷媒は、熱伝導部３２で伝達された熱を吸収する。これにより、原子炉ユニット１２で発生した熱は、熱伝導部３２により固体熱伝導で伝達され、冷媒で回収される。冷媒は、圧縮機２４で圧縮された後、熱伝導部３２の通過時に加熱され、圧縮され、加熱されたエネルギーでタービン１８を回転させる。その後、冷却器２２で基準状態まで冷却され、再び圧縮機２４に供給される。

原子力発電システム１０は、以上のように、固体熱伝導で熱を伝達する熱伝導部３２を用いて原子炉３０の熱を、タービン１８を回転する媒体となる冷媒に伝達する。

原子力発電システム１０は、冷媒として二酸化炭素を用いることで、冷媒を原子炉３０の内部を流通させた場合でも、冷媒の汚染を抑制することができる。これにより、タービン１８を回転する媒体が汚染される恐れを低減することができる。また、固体熱伝導で熱を伝達する熱伝導部３２を設けることで、熱伝導部２で中性子線を遮へいすることができる。

また、原子炉容器４０は、熱伝導部３２よりも熱伝導性が低い材料で形成されることが好ましい。これにより、熱を外に排出する経路である熱伝導部３２以外の部分から原子炉３０内の熱が外に排出されることを抑制できる。

図２は、本実施形態に係る原子炉停止システムの概略攻勢を示す模式図である。図３は、図２に示す原子炉停止システムが作動した状態を示す模式図である。原子炉停止システム５０は、中性子吸収材６０と、収容容器５２と、遮へい通路５４と、連通部５６と、を備える。

中性子吸収材６０は、中性子を吸収する、例えば、ボロン（Ｂ）、カドミウム（Ｃｄ）、ゼノン（Ｘｅ）、ハフニウム（Ｈｆ）等を含む物質である。実施形態において、中性子吸収材６０は、複数の固形の球体であるが、細かくバラバラに移動可能であれば個々の形状は特に限定されず、例えば、楕円体や棒状を含んでもよい。また、固形に限定されず、ゲル状、液体、気体を含んでもよいが、固形の球体であることが好ましい。中性子吸収材６０は、図３に示すように、炉心に導入されることで、核燃料が吸収する中性子を減少させ、核反応を抑制させる、又は原子炉３０を停止させることが可能である。

収容容器５２は、炉心燃料４２の上方に配置される。収容容器５２は、複数の中性子吸収材６０を収容する。収容容器５２は、底部に開口５２ａを有する。開口５２ａは、少なくとも、中性子吸収材６０より大径であり、中性子吸収材６０が通過可能である。実施形態の開口５２ａは、水平方向において、収容容器５２の中央に位置する。実施形態の収容容器５２は、開口５２ａに向かって徐々に細くなるようなテーパ状の傾斜内壁５２ｂを有する。

遮へい通路５４は、炉心燃料４２の間を通って上下方向に延びる通路である。遮へい通路５４の上端は、収容容器５２の底部の開口５２ａに連通する。遮へい通路５４の下端は、閉塞している。図３に示すように、遮へい通路５４には、収容容器５２の開口５２ａを通って落下した中性子吸収材６０を収容可能である。実施形態の遮へい通路５４は、炉心中央に垂直方向に延びて形成される。

連通部５６は、図２に示すように、収容容器５２の底部の開口５２ａを塞ぐように配置される。連通部５６は、所定の閾値温度より低い場合には、図２に示すように、開口５２ａを封止した状態を維持する。連通部５６は、閾値温度以上になった場合には、図３に示すように、開口５２ａを開放する。連通部５６は、例えば、閾値温度以上で溶融する又は変質する材料で形成される。連通部５６は、融点が、原子炉容器４０の定格運転時の温度以上の材料で形成される。連通部５６は、例えば、真鍮等の金属で形成される。

連通部５６は、例えば、閾値温度以上で溶融して穴が開く又は変質して開口５２ａから離脱する板形状であってもよい。連通部５６は、例えば、開口５２ａの周縁に沿って固定される外周部と、閾値温度以上で溶融して穴が開く又は変質して外周部から離脱する板形状の内周部とを含んでもよい。連通部５６は、例えば、少なくとも外周部が閾値温度以上で変質して開口５２ａから離脱するものであってもよい。連通部５６は、例えば、閾値温度以上で開く弁体を含むものであってもよい。

原子炉停止システム５０は、原子炉３０の定格運転時には、連通部５６の温度が閾値温度より低く維持される。この状態では、連通部５６が収容容器５２の開口５２ａを塞いでいるため、中性子吸収材６０が収容容器５２の内部に留められた状態を維持する。

原子炉停止システム５０は、原子炉３０に異常が発生し、原子炉容器４０内の温度が上昇して、連通部５６の温度が閾値温度以上になると、図３に示すように、連通部５６が収容容器５２の開口５２ａを開放する。開口５２ａが解放されると、連通部５６によって留められていた収容容器５２内の中性子吸収材６０が、開口５２ａを通って遮へい通路５４へ落下する。

遮へい通路５４の内部に落下した、すなわち炉心の内部に到達した中性子吸収材６０は、炉心の中性子を吸収して、炉心燃料４２の核反応を抑制する。遮へい通路５４には、次々と中性子吸収材６０が充填されていき、複数の中性子吸収材６０が炉心の中性子を吸収することによって、炉心燃料４２の核反応が停止する。

実施形態の原子炉停止システム５０では、収容容器５２に開口５２ａに向かう傾斜内壁５２ｂを有し、中性子吸収材６０が固形の球体であるため、中性子吸収材６０が傾斜内壁５２ｂを転がることができる。これにより、複数の中性子吸収材６０が次々に開口５２ａから落下する際に、中性子吸収材６０が開口５２ａで詰まってしまうことを抑制することができる。

図４は、原子炉停止システムの他の例を示す模式図である。図４に示す原子炉停止システム５０ａは、図２及び図３に示す原子炉停止システム５０と比較して、収容容器５２、遮へい通路５４、及び連通部５６を複数組（図４に示す例では３組）備える点で異なる。各々の収容容器５２、遮へい通路５４、及び連通部５６は、原子炉停止システム５０の各部と同様の構成であるため、詳細な説明を省略する。

各々の収容容器５２は、炉心燃料４２の上方において水平方向に並んで配置される。各々の収容容器５２には、中性子吸収材６０が収容されている。各々の遮へい通路５４は、炉心燃料４２の間を通るよう、水平方向に並んで配置される。各々の収容容器５２の開口５２ａと遮へい通路５４の上端との境界部には、１つずつ連通部５６が配置される。

原子炉停止システム５０ａは、原子炉３０（図１参照）の定格運転時には、各々の連通部５６の温度が閾値温度より低く維持される。この状態では、各々の連通部５６が各々の収容容器５２の開口５２ａを塞いでいるため、中性子吸収材６０が各々の収容容器５２の内部に留められた状態を維持する。

原子炉停止システム５０ａは、原子炉３０（図１参照）に異常が発生し、原子炉容器４０（図１参照）内の温度が上昇して、いずれかの連通部５６の温度が閾値温度以上になると、閾値温度以上になった連通部５６が、対応する収容容器５２の開口５２ａを開放する。開口５２ａが解放されると、連通部５６によって留められていた収容容器５２内の中性子吸収材６０が、開口５２ａを通って遮へい通路５４へ落下する。

複数の連通部５６は、各々が閾値温度以上になると、対応する収容容器５２の開口５２ａを開放する。対応する開口５２ａが解放されて遮へい通路５４の内部に落下した、すなわち炉心の内部に到達した中性子吸収材６０は、炉心の中性子を吸収して、炉心燃料４２の核反応を抑制する。各々の遮へい通路５４には、次々と中性子吸収材６０が充填されていき、複数の中性子吸収材６０が炉心の中性子を吸収することによって、炉心燃料４２の核反応が停止する。

このように、原子炉停止システム５０ａは、少なくともいずれかの連通部５６が対応する収容容器５２の開口５２ａを開放することにより、少なくともいずれかの収容容器５２に収容された中性子吸収材６０が、対応する遮へい通路５４へ落下する。すなわち、原子炉停止システム５０ａは、いずれかの連通部５６が不具合を起こして開口５２ａを開放しなかった場合や、中性子吸収材６０が開口５２ａに詰まってしまった場合でも、他の収容容器５２から中性子吸収材６０を炉心燃料４２の間に導入させることが可能である。

なお、図４に示す原子炉停止システム５０ａは、収容容器５２、遮へい通路５４、及び連通部５６を３組備えるが、２組でもよいし、４組以上でもよい。また、各々の収容容器５２、遮へい通路５４、及び連通部５６の形状及びサイズは全て同一でなくともよく、例えば、炉心燃料４２の水平方向中央に位置する遮へい通路５４を、周りの遮へい通路５４よりも太く設けてもよい。

図５は、原子炉停止システムの他の例を示す模式図である。図５に示す原子炉停止システム５０ｂは、図２及び図３に示す原子炉停止システム５０と比較して、収容容器５２の代わりに収容容器５３を備え、遮へい通路５４が複数（図５に示す例では３つ）の遮へい通路５４ａ、５４ｂ、５４ｂを含み、連通部５６を複数（図５に示す例では３つ）備える点で異なる。

以下、収容容器５３について、図２及び図３に示す収容容器５２と異なる構成について説明し、同様の構成については、詳細な説明を省略する。収容容器５３は、底部に複数（図５に示す例では３つ）の開口５３ａを有する。各々の開口５３ａは、少なくとも、中性子吸収材６０より大径であり、中性子吸収材６０が通過可能である。１つの開口５３ａは、水平方向において、収容容器５３の中央に位置し、別の２つの開口５３ａは、収容容器５２の外周部近傍に位置する。収容容器５３は、各々の開口５３ａに向かって徐々に細くなるようなテーパ状の傾斜内壁５３ｂを有する。

遮へい通路５４は、遮へい通路５４ａと、遮へい通路５４ｂと、を含む。遮へい通路５４ａは、炉心燃料４２の中央部の間を通って上下方向に延びる通路である。遮へい通路５４ａは、収容容器５３の底部の中央部に配置された開口５３ａに上端が連通する。遮へい通路５４ａの下端は、閉塞している。遮へい通路５４ａには、収容容器５３の中央部に配置された開口５３ａを通って落下した中性子吸収材６０を収容可能である。

遮へい通路５４ｂは、炉心燃料４２の中央部から水平方向に離隔した部分の間を通って上下方向に延びる通路である。遮へい通路５４ｂは、収容容器５３の底部の外周部近傍に配置された開口５３ａに上端が連通する。遮へい通路５４ｂの上端部近傍は、上方に向かって内側に屈曲している。遮へい通路５４ｂの下端は、閉塞している。遮へい通路５４ｂには、収容容器５３の外周部近傍に配置された開口５３ａを通って落下した中性子吸収材６０を収容可能である。

以下、連通部５７について、図２及び図３に示す連通部５６と異なる構成について説明し、同様の構成については、詳細な説明を省略する。連通部５７は、収容容器５３の開口５３ａを塞ぐように配置される。各々の開口５３ａには、１つずつ連通部５６が配置される。連通部５７は、所定の閾値温度より低い場合には、配置された対応する開口５３ａを封止した状態を維持する。連通部５７は、閾値温度以上になった場合には、配置された対応する開口５３ａを開放する。

原子炉停止システム５０ｂは、原子炉３０（図１参照）の定格運転時には、各々の連通部５７の温度が閾値温度より低く維持される。この状態では、各々の連通部５７が収容容器５３の各々の開口５３ａを塞いでいるため、中性子吸収材６０が収容容器５３の内部に留められた状態を維持する。

原子炉停止システム５０ｂは、原子炉３０（図１参照）に異常が発生し、原子炉容器４０（図１参照）内の温度が上昇して、いずれかの連通部５７の温度が閾値温度以上になると、閾値温度以上になった連通部５７が、収容容器５３の対応する開口５３ａを開放する。いずれかの開口５３ａが解放されると、連通部５７によって留められていた収容容器５２内の中性子吸収材６０が、解放された開口５３ａを通って遮へい通路５４ａ、５４ｂへ落下する。

複数の連通部５７は、各々が閾値温度以上になると、収容容器５３の対応する開口５３ａを開放する。対応する開口５３ａが解放されて遮へい通路５４ａ、５４ｂの内部に落下した、すなわち炉心の内部に到達した中性子吸収材６０は、炉心の中性子を吸収して、炉心燃料４２の核反応を抑制する。各々の遮へい通路５４ａ、５４ｂには、次々と中性子吸収材６０が充填されていき、複数の中性子吸収材６０が炉心の中性子を吸収することによって、炉心燃料４２の核反応が停止する。

このように、原子炉停止システム５０ｂは、少なくともいずれかの連通部５７が、対応する開口５３ａを開放することにより、収容容器５３に収容された中性子吸収材６０が、開放された開口５３ａに対応する遮へい通路５４へ落下する。すなわち、原子炉停止システム５０ｂは、いずれかの連通部５７が不具合を起こして開口５３ａを開放しなかった場合や、中性子吸収材６０が開口５３ａに詰まってしまった場合でも、他の開口５３ａから中性子吸収材６０を炉心燃料４２の間に導入させることが可能である。

なお、図５に示す原子炉停止システム５０ｂは、遮へい通路５４及び連通部５７を３組備えるが、２組でもよいし、４組以上でもよい。また、各々の遮へい通路５４及び連通部５７の形状及びサイズは全て同一でなくともよく、例えば、炉心燃料４２の水平方向中央に位置する遮へい通路５４ａを、周りの遮へい通路５４ｂよりも太く設けてもよい。

図６は、原子炉停止システムの他の例を示す模式図である。図６に示す原子炉停止システム５０ｃは、図２及び図３に示す原子炉停止システム５０の構成に加え、加熱ユニット５８と、制御部７０と、をさらに備える。以下、原子炉停止システム５０ｃの特有の構成である加熱ユニット５８及び制御部７０について説明し、原子炉停止システム５０と同様の構成については、詳細な説明を省略する。

加熱ユニット５８は、制御部７０から受け付けた制御信号に基づいて、連通部５６を閾値温度以上まで加熱可能である。加熱ユニット５８の構成及び加熱方式は、特に限定されず、例えば、連通部５６に直接通電することで加熱してもよいし、通電により加熱する熱源からの放熱により加熱してもよい。

制御部７０は、加熱ユニット５８に、連通部５６を加熱させるための制御信号を送る。制御部７０は、操作者による所定の操作を受け付けた場合に、連通部５６を加熱させるための制御信号を送ってもよい。制御部７０は、何らかの異常を検出した場合、所定の判断基準に基づいて、連通部５６を加熱させるための制御信号を送ってもよい。制御部７０は、原子炉ユニット１２の運転を制御する制御システムの一部の機能として備えられてもよく、原子炉ユニット１２又は原子力発電システム１０と連携した、例えば、異常発生時の補助電源システムの一部の機能として備えられてもよい。

（実施形態の作用効果）
実施形態に記載の原子炉停止システム５０、５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、及び原子炉停止方法は、例えば以下のように把握される。

第１の様態に係る原子炉停止システム５０、５０ａ、５０ｂ、５０ｃは、原子炉容器４０に密閉状態に格納される炉心燃料４２の上方に配置され、複数の中性子吸収材６０を収容し、中性子吸収材６０が通過可能な開口５２ａ、５３ａを底部に有する収容容器５２、５３と、炉心燃料４２の間を通って上下方向に延び、上端が収容容器５２、５３の開口５２ａ、５３ａに連通し下端が閉塞する遮へい通路５４、５４ａ、５４ｂと、開口５２ａ、５３ａを塞ぐように配置され、閾値温度以上になった場合に収容容器５２、５３と遮へい通路５４、５４ａ、５４ｂとを連通させる連通部５６、５７と、を備える。

第１の様態に係る原子炉停止システム５０、５０ａ、５０ｂ、５０ｃは、異常時に原子炉容器４０内の温度上昇に伴い、中性子吸収材６０を保持する連通部５６、５７が閾値温度以上になった場合に中性子吸収材６０の保持を解除する。すなわち、特別な制御機能を必要とせず、連通部５６、５７が閾値温度以上になることで中性子吸収材６０が炉心燃料４２の間に落下するので、原子炉容器４０内の異常時な温度上昇時に、受動的に核反応を抑制し、安全かつ迅速に機能を停止することができる。また、中性子吸収材６０は、一塊の物質でなく、開口５２ａ、５３ａを通過可能な複数の物質であるため、連通部５６、５７によって保持されている状態での全体的な形状に自由度がある。すなわち、中性子吸収材６０を収容する収容容器５２の形状に自由度があり、長手方向（中性子吸収材６０を炉心燃料４２に導入する方向）の短縮が図れるため、小型の原子炉にも適用可能である。

第２の様態に係る原子炉停止システム５０、５０ａ、５０ｂ、５０ｃは、炉心燃料４２と原子炉容器４０とを含む原子炉３０と、原子炉容器４０の内部に配置され、炉心燃料４２の熱を固体熱伝導で伝達する熱伝導部３２と、を備える原子炉ユニット１２に設けられる。原子炉停止システム５０、５０ａ、５０ｂ、５０ｃは、特別な制御機能を必要とせず、制連通部５６、５７が閾値温度以上になることで中性子吸収材６０が炉心燃料４２の間に落下する構成が実現できるので、固体熱伝導で炉心燃料４２の熱を伝達する原子炉ユニット１２にも適用可能である。

第３の様態に係る原子炉停止システム５０、５０ａ、５０ｂ、５０ｃにおいて、連通部５６、５７は、閾値温度以上で溶融する又は変質する材料で形成される。このような連通部５６、５７は、閾値温度以上で溶融して穴が開く又は変質して外周部から離脱する。これにより、連通部５６、５７が閾値温度以上になった場合に収容容器５２、５３の開口５２ａ、５３ａを開放する構成を、簡素な構成で実現できる。

第４の様態に係る原子炉停止システム５０、５０ａ、５０ｂ、５０ｃにおいて、収容容器５２、５３は、開口５２ａ、５３ａに向かって徐々に細くなるようなテーパ状の傾斜内壁５２ｂ、５３ｂを有する。収容容器５２、５３の開口５２ａ、５３ａが開放されて中性子吸収材６０が開口５２ａ、５３ａから次々に落下していく際に、収容容器５２、５３内の中性子吸収材６０が傾斜内壁５２ｂ、５３ｂを滑る又は転がることで、中性子吸収材６０が収容容器５２、５３内に留まったり、開口５２ａ、５３ａで詰まったりしてしまうことを抑制することができる。

第５の様態に係る原子炉停止システム５０、５０ａ、５０ｂ、５０ｃにおいて、中性子吸収材６０は、固形の球体である。これにより、中性子吸収材６０は、収容容器５２、５３の底部を転がることができるので、収容容器５２、５３の開口５２ａ、５３ａが開放されて中性子吸収材６０が開口５２ａ、５３ａから次々に落下していく際に、開口５２ａ、５３ａで詰まってしまうことを抑制することができる。

第６の様態に係る原子炉停止システム５０ａは、収容容器５２、遮へい通路５４及び連通部５６を複数組備える。このため、少なくともいずれかの連通部５６が対応する収容容器５２の開口５２ａを開放することにより、少なくともいずれかの収容容器５２に収容された中性子吸収材６０が、対応する遮へい通路５４へ落下する。すなわち、いずれかの連通部５６が不具合を起こして開口５２ａを開放しなかった場合や、中性子吸収材６０が開口５２ａに詰まってしまった場合でも、他の収容容器５２から中性子吸収材６０を炉心燃料４２の間に導入させることが可能である。

第７の様態に係る原子炉停止システム５０ｂにおいて、収容容器５３は、複数の開口５３ａを有し、遮へい通路５４、５４ａ、５４ｂは、複数の開口５３ａに各々連通するよう複数配置され、連通部５７は、開口５３ａに応じて複数組設けられる。このため、少なくともいずれかの連通部５７が、対応する開口５３ａを開放することにより、収容容器５３に収容された中性子吸収材６０が、開放された開口５３ａに対応する遮へい通路５４、５４ａ、５４ｂへ落下する。すなわち、いずれかの連通部５７が不具合を起こして開口５３ａを開放しなかった場合や、中性子吸収材６０が開口５３ａに詰まってしまった場合でも、他の開口５３ａから中性子吸収材６０を炉心燃料４２の間に導入させることが可能である。

第８の様態に係る原子炉停止システム５０ｃは、連通部５６を閾値温度以上まで加熱可能な加熱ユニット５８と、加熱ユニット５８に連通部５６を加熱させるための制御信号を送る制御部７０と、をさらに備える。すなわち、異常時において連通部５６が閾値温度まで上昇していない状態においても、原子炉容器４０内のさらなる温度上昇が予測された場合や、別の異常が検出された場合に、積極的な方法でも核反応を抑制し、安全かつ迅速に機能を停止することができる。

第９の様態に係る原子炉停止方法は、原子炉容器４０に密閉状態に格納される炉心燃料４２の上方に配置され、複数の中性子吸収材６０を収容し、中性子吸収材６０が通過可能な開口５２ａ、５３ａを底部に有する収容容器５２、５３と、炉心燃料４２の間を通って上下方向に延び、上端が収容容器５２、５３の開口５２ａ、５３ａに連通し下端が閉塞する遮へい通路５４、５４ａ、５４ｂと、開口５２ａ、５３ａを塞ぐように配置され、閾値温度以上になった場合に収容容器５２、５３と遮へい通路５４、５４ａ、５４ｂとを連通させる連通部５６、５７と、において、連通部５６、５７が閾値温度以上になった場合に収容容器５２、５３と遮へい通路５４、５４ａ、５４ｂとが連通することで、収容容器５２、５３に収容された複数の中性子吸収材６０が開口５２ａ、５３ａを通って遮へい通路５４、５４ａ、５４ｂに落下する。

第９の様態に係る原子炉停止方法は、異常時に原子炉容器４０内の温度上昇に伴い、中性子吸収材６０を保持する連通部５６、５７が閾値温度以上になった場合に中性子吸収材６０の保持を解除する。すなわち、特別な制御機能を必要とせず、連通部５６、５７が閾値温度以上になることで中性子吸収材６０が炉心燃料４２の間に落下するので、原子炉容器４０内の異常時な温度上昇時に、受動的に核反応を抑制し、安全かつ迅速に機能を停止することができる。また、中性子吸収材６０は、一塊の物質でなく、開口５２ａ、５３ａを通過可能な複数の物質であるため、連通部５６、５７によって保持されている状態での全体的な形状に自由度がある。すなわち、中性子吸収材６０を収容する収容容器５２の形状に自由度があり、長手方向（中性子吸収材６０を炉心燃料４２に導入する方向）の短縮が図れるため、小型の原子炉にも適用可能である。

以上、本開示の実施形態を説明したが、これらの実施形態の記載内容によって実施形態が限定されるものではない。

１０ 原子力発電システム
１２ 原子炉ユニット
１３ 発電ユニット
１４ 熱交換器
１６ 冷媒循環手段
１８ タービン
２０ 発電機
２２ チラー（冷却器）
２４ ポンプ（圧縮機）
２６ 再生熱交換器
３０ 原子炉
３２ 熱伝導部
３４ 循環経路
３６ 熱交換部
４０ 原子炉容器
４２ 炉心燃料
４３ 燃料保持板
４４ 制御ユニット
５０、５０ａ、５０ｂ、５０ｃ 原子炉停止システム
５２、５３ 収容容器
５２ａ、５３ａ 開口
５２ｂ、５３ｂ 傾斜内壁
５４、５４ａ、５４ｂ 遮へい通路
５６、５７ 連通部
５８ 加熱ユニット
６０ 中性子吸収材
７０ 制御部

Claims (9)

1. 原子炉容器に密閉状態に格納される炉心燃料の上方に配置され、複数の中性子吸収材を収容し、前記中性子吸収材が通過可能な開口を底部に有する収容容器と、
   前記炉心燃料の間を通って上下方向に延び、上端が前記収容容器の前記開口に連通し下端が閉塞する遮へい通路と、
   前記開口を塞ぐように配置され、閾値温度以上になった場合に前記収容容器と前記遮へい通路とを連通させる連通部と、
   を備える原子炉停止システム。
2. 前記炉心燃料と前記原子炉容器とを含む原子炉と、
   前記原子炉容器の内部に配置され、前記炉心燃料の熱を固体熱伝導で伝達する熱伝導部と、
   を備える原子炉ユニットに設けられる請求項１に記載の原子炉停止システム。
3. 前記連通部は、前記閾値温度以上で溶融する又は変質する材料で形成される請求項１又は２に記載の原子炉停止システム。
4. 前記収容容器は、前記開口に向かって徐々に細くなるようなテーパ状の傾斜内壁を有する請求項１から３のいずれか１項に記載の原子炉停止システム。
5. 前記中性子吸収材は、固形の球体である請求項１から４のいずれか１項に記載の原子炉停止システム。
6. 前記収容容器、前記遮へい通路及び前記連通部を複数組備える請求項１から５のいずれか１項に記載の原子炉停止システム。
7. 前記収容容器は、複数の前記開口を有し、
   前記遮へい通路は、複数の前記開口に各々連通するよう複数配置され、
   前記連通部は、前記開口に応じて複数組設けられる請求項１から５のいずれか１項に記載の原子炉停止システム。
8. 前記連通部を前記閾値温度以上まで加熱可能な加熱ユニットと、
   前記加熱ユニットに前記連通部を加熱させるための制御信号を送る制御部と、をさらに備える請求項１から７のいずれか１項に記載の原子炉停止システム。
9. 原子炉容器に密閉状態に格納される炉心燃料の上方に配置され、複数の中性子吸収材を収容し、前記中性子吸収材が通過可能な開口を底部に有する収容容器と、
   前記炉心燃料の間を通って上下方向に延び、上端が前記収容容器の前記開口に連通し下端が閉塞する遮へい通路と、
   前記開口を塞ぐように配置され、閾値温度以上になった場合に前記収容容器と前記遮へい通路とを連通させる連通部と、において、
   前記連通部が前記閾値温度以上になった場合に前記収容容器と前記遮へい通路とが連通することで、前記収容容器に収容された複数の前記中性子吸収材が前記開口を通って前記遮へい通路に落下する原子炉停止方法。

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