JP2729555B2 - 上部鏡板方式高速炉 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、原子炉容器上部を鏡板
で覆ってカバーガスバウンダリを構成し、カバーガス空
間に断熱構造を、上部鏡板の外部上方に放射線遮蔽体
を、別々に配設した構造の高速炉に関するものである。
この上部鏡板方式の炉構造は、例えば液体金属冷却高速
炉などに適用できる。

【０００２】

【従来の技術】従来の高速炉の原子炉構造を図６に示
す。鋼製の原子炉容器１０は有底円筒状であり、その肉
厚は２５〜１００mm程度である。その内部に位置する炉
心１２で発生した熱は冷却材ナトリウム１４で除熱され
る。炉心１２の上方には炉心上部機構１６があり、原子
炉容器１０の上部に設置されている遮蔽プラグ１８を貫
通する。一般に、遮蔽プラグ１８は固定プラグ１８ａと
回転プラグ１８ｂとの組み合わせからなる。遮蔽プラグ
１８と冷却材液面との間はカバーガス（通常、アルゴン
ガス）が充填されたカバーガス空間２０となっている。

【０００３】ここで遮蔽プラグ１８は、放射線遮蔽と断
熱の両方の機能を有する。そのために、遮蔽プラグ１８
内には放射線遮蔽体が設置される他、下部には窒素ガス
等による冷却を可能とするようにガス流路を設けてい
る。遮蔽プラグ１８の総重量は数百トンから場合により
千トンを超えるので、回転プラグ１８ｂといえども相当
な重量となり、無駄が多い。

【０００４】ところで燃料交換のため炉停止時に回転プ
ラグ１８ｂを駆動する必要があり、固定プラグ１８ａと
の間はフリーズシール機構と呼ばれる特殊なシール機構
が設けられている。即ち、嵌め合い構造にした円環状の
溝部に低融点のフリーズメタルを設置し、燃料交換時に
ヒーター等によりこのフリーズメタルを溶解させて液状
となし、シール性を保ちつつ回転プラグ１８ｂを回転可
能とする。運転時は原子炉容器内部も軽微であるが加圧
されており（一般に１atg 以下）、また万一の炉心損傷
事象においても放射性物質の漏洩を防止するために、フ
リーズメタルを固化させるとともにＯリングやエラスト
マ・シールを設置し、ボルトによって固定プラグ１８ａ
と回転プラグ１８ｂとを固定している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】固定プラグと回転プラ
グからなる従来の遮蔽プラグは、放射線遮蔽機能、断熱
機能、カバーガスバウンダリ機能を兼ねているので、構
造が複雑で且つ重量物となっている。また固定プラグと
回転プラグとの間に特別なシール構造が必要で、それが
一層構造を複雑にしている。

【０００６】更に仮想的に炉心の相当量の損傷を想定し
た場合には、再臨界事象などにより放出される機械的エ
ネルギーは膨大であり（炉心の大きさにもよるが、数百
ＭＪ程度）、遮蔽プラグを持ち上げシール部を押し広げ
て、冷却材（放射性ナトリウム）の一部が格納容器内に
放出される恐れがある。

【０００７】上記のように従来技術では、遮蔽プラグが
重量物であり、これを回転させることは不経済であるこ
と、カバーガスバウンダリを形成する原子炉容器上部の
シール構造が複雑であること、仮想事象時に放出される
機械的エネルギーに十分耐えるべく、遮蔽プラグとその
シール構造を頑丈にする必要があること、などの課題が
あった。

【０００８】本発明の目的は、上記のような従来技術の
欠点を解消し、カバーガスバウンダリ構造を内圧に強く
し、原子炉容器の簡素化と軽量化を図ることができる高
速炉を提供することである。更に本発明の目的は、万一
の仮想的な炉心損傷事象時に発生するエネルギーを原子
炉容器内で吸収して収束できる構造の高速炉を提供する
ことである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、原子炉容器の
上部を上部鏡板で覆ってカバーガスバウンダリを形成
し、該上部鏡板の下方のカバーガス空間に断熱構造を含
む上部構造を設け、上部鏡板の外部上方に放射線遮蔽体
を配置し、該放射線遮蔽体と上部鏡板と上部構造を貫通
して炉心上部機構を設置する上部鏡板方式の高速炉であ
る。

【００１０】上部鏡板は上向きに膨出した形状とし、上
部鏡板と原子炉容器胴部との間をフランジ接続する構造
でもよいし、上部鏡板の中央に大口径の開口部を形成
し、上部鏡板は外周で原子炉容器胴部に溶接し、前記開
口部を蓋板で覆い周囲をフランジ接続し、前記蓋体を貫
通して炉心上部機構を設けるようにしてもよい。

【００１１】原子炉容器内の上部構造には、断熱構造の
他に、多数のセル構造からなるエネルギー吸収構造を組
み込むのが好ましい。上部鏡板の外部には冷却設備を設
置して断熱効果を向上させる。

【００１２】

【作用】本発明では放射線遮蔽機能と断熱機能とカバー
ガスバウンダリ機能を、それぞれ別の部材で行うように
機能分離している。上部鏡板は、カバーガスバウンダリ
として機能する。放射線の遮蔽機能は、上部鏡板の上方
に放射線遮蔽体を別置することにより持たせており、カ
バーガス空間に断熱構造を設けることで断熱機能を果た
させる。

【００１３】カバーガス空間を利用し、断熱構造の上部
にエネルギー吸収構造を設けると、万一の仮想的な炉心
損傷事象の際に、放出された機械的エネルギーは多数の
セルを順次破壊していく過程で吸収緩和され、原子炉容
器内で収束し、格納容器まで冷却材が放出されることは
ない。

【００１４】

【実施例】図１は本発明に係る高速炉の原子炉構造の一
実施例を示す概念図である。本発明では、原子炉容器３
０の上部を上部鏡板３１で覆う構造になっており、その
点が一つの特徴である。原子炉容器３０と上部鏡板３１
は鋼製であり、その内部に位置する炉心３２で発生した
熱は冷却材ナトリウム３４で除去される。上部鏡板３１
は上向きに膨出した形状であり、それがカバーガスバウ
ンダリを形成する。上部鏡板３１の下方のカバーガス空
間４０には断熱構造４２とエネルギー吸収構造４４とか
らなる上部構造４６を組み込む。また上部鏡板３１の外
部上方には放射線遮蔽体４８を設置する。そして、放射
線遮蔽体４８と上部鏡板３１と上部構造４６を貫通する
ように炉心上部機構３６を設置する。

【００１５】上部鏡板３１による方式は、簡素で且つ内
圧に強い。また炉心上部機構３６の貫通部も簡素化でき
る。後述するように、上部鏡板３１から貫通スリーブを
立てることができ、その上部を低温にできるため、シー
ル構造は簡略化できる。原子炉容器３０の内部の上部構
造４６に設けた断熱構造４２は、上部プレナム内の冷却
材温度（５００〜５６０℃）から貫通部のシールや遮蔽
体を保護するためのもので、図示していないが、上部鏡
板３１の外表面に設置する窒素ガス等による冷却設備と
連携してその効果を発揮する。

【００１６】図２はカバーガスバウンダリ構造の例を示
している。図２のＡは、原子炉容器３０の胴部上端と上
部鏡板３１の外周とをフランジ３０ａ，３１ａで接続す
る構成である。シールを完璧にするためにはリップ溶接
を併用することが望ましい。この構造は、万一の炉内構
造物の補修の必要が生じた時でも広い開口を確保できる
特徴がある。図２のＢは、原子炉容器３０の胴部上端と
上部鏡板３１の外周とを全周で溶接（符号ｓで示す）
し、上部鏡板３１の中央に大口径の開口部を設けて、そ
の開口部を蓋体５０で覆い、フランジ接続する構成例で
ある。

【００１７】図３は原子炉容器の支持構造の例を示して
いる。図３のＡはフランジ３０ａの付け根部分からスカ
ート状の支持部材５２を出し、ペデスタル５４等に固定
している例である。スカート構造は、高温の原子炉容器
を直接ペデスタルに接触させないためである。図３のＢ
では、原子炉容器の胴部上端近傍からスカート状の支持
部材５２を出し、ペデスタル５４等に固定している。

【００１８】図４は炉心上部機構の貫通構造の例を示し
ている。図４のＡでは、スリーブ構造５６を上部鏡板３
１に取り付けており、図４のＢではスリーブ構造５６を
蓋体５０に設けている。スリーブ構造５６はほぼ円筒状
をなし、溶接により固定される。原子炉容器内の上部に
設置する断熱構造と上部鏡板３１の外部に設置する冷却
設備により、スリーブ構造５６の上端は低温化できる。
スリーブ構造５６の内部には炉心上部機構が設置される
が、両者の間のシールは低温であるため比較的簡単なシ
ール（Ｏリングやエラストマ・シール等）が可能とな
る。なお図示していないが、燃料交換機等の貫通構造に
ついても同様である。

【００１９】図５は原子炉容器内に組み込む上部構造の
具体例を示している。断熱構造４２は、一般にステンレ
ス鋼板などを多数積層した構造である。この断熱構造４
２の上方にエネルギー吸収構造４４を設ける。エネルギ
ー吸収構造４４は、容器４５の中に構造変形によりエネ
ルギーを吸収するセル構造を設けたもので、Ａ〜Ｄに各
種の密閉セル構造を示す。Ａは格子状のセル構造で、格
子の変形と破壊でエネルギーを吸収する。Ｂは波板を平
板で保持した構造で、波板の変形を利用している。Ｃは
円筒セルを積層したもので、製作が容易という利点があ
る。Ｄは蜂の巣状のセルであり、Ｃの変形例である。な
お図５はいずれも密閉セル構造の例であるが、セルを多
層構造や多段構造にして各層、各段にて順次エネルギー
吸収することも可能である。図５には代表的セル構造を
示したが、これに類するものであれば、例示した構造に
限定されるものではない。なお容器４５は密閉構造でも
よいし、数箇所に小さい開口部を設けても衝撃圧を吸収
する上では支障ないが、密閉した方がナトリウム蒸気等
が内部のセルに進入しないので、より好ましい。また容
器形状は特に限定されるものではなく、円柱状、六角柱
状、四角柱状などの形状が可能で、これらをモジュール
とする組み合わせでもよい。

【００２０】大規模な炉心損傷事象が生じた場合には、
数百ＭＪという膨大なエネルギーが発生する。本発明で
は、炉心損傷事象時に原子炉容器並びに図２に示したフ
ランジ接続部のシールの健全性を保ちつつ放出される機
械的エネルギー（急峻に立ち上がる圧力）を吸収するた
めに、適切な肉厚を有する多数のセルを設け、これを圧
力で順に破壊させていくことにより、エネルギー吸収を
行わせる。なおセルの破壊強度は、原子炉容器の破壊強
度に比べて適度に小さくしておく。

【００２１】

【発明の効果】本発明は上記のように、放射線遮蔽と断
熱の機能を分離して、前者を原子炉容器の外に設け、後
者を原子炉容器の中に設けて、原子炉容器上部を鏡板構
造にすることにより、カバーガスバウンダリ構造を内圧
に強く且つ簡素化でき、それによって原子炉構造の軽量
化を図ることができる。

【００２２】また本発明によれば、簡素化して得られる
原子炉容器内の上部カバーガス空間を利用して、エネル
ギー吸収構造を設けることができ、それによって万一の
炉心損傷事象が生じても、それを原子炉容器内で収束さ
せることが可能となり、安全性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る高速炉の原子炉構造の一例を示す
概念図。

【図２】カバーガスバウンダリ構造の説明図。

【図３】原子炉容器支持構造の説明図。

【図４】炉心上部機構の貫通部構造の説明図。

【図５】上部構造の説明図。

【図６】従来の高速炉の原子炉構造の概念図。

【符号の説明】

３０ 原子炉容器 ３１ 上部鏡板 ３６ 炉心上部機構 ４２ 断熱構造 ４４ エネルギー吸収構造 ４６ 上部構造 ４８ 放射線遮蔽体

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原子炉容器の上部を上部鏡板で覆ってカ
   バーガスバウンダリを形成し、原子炉容器内のカバーガ
   ス空間に断熱構造を含む上部構造を設け、上部鏡板の外
   部上方に放射線遮蔽体を配置し、該放射線遮蔽体と上部
   鏡板と上部構造を貫通して炉心上部機構を設置する上部
   鏡板方式高速炉。
2. 【請求項２】 上向きに膨出した形状の上部鏡板を、原
   子炉容器胴部に対してフランジ接続する請求項１記載の
   高速炉。
3. 【請求項３】 上向きに膨出した形状の上部鏡板の中央
   に大口径の開口部を形成し、上部鏡板は外周で原子炉容
   器胴部に溶接すると共に、上部鏡板の開口部を蓋板で覆
   い周囲をフランジ接続し、前記蓋体を貫通して炉心上部
   機構を設ける請求項１記載の高速炉。
4. 【請求項４】 原子炉容器内の上部構造に、多数のセル
   構造のエネルギー吸収構造を組み込んだ請求項１、２又
   は３記載の高速炉。