JP4666311B2 - 高速増殖炉の二次冷却系建物等の金属ナトリウム循環及び貯蔵施設の床材及び内壁材 - Google Patents

Description

本発明は、水蒸気と金属ナトリウムが近接する高速増殖炉の二次冷却系の建物等の金属ナトリウム循環及び貯蔵施設の床材及び内壁材に関する。

従来、高速増殖炉では、原子炉で発生した熱は中間熱交換器で中間冷却材としての液体金属ナトリウムに伝えられ、この液体金属ナトリウムにより蒸気発生器に熱が供給される。
このような原子炉格納施設や付帯施設において、前記中間冷却材として使用されている液体金属ナトリウムが何らかの原因で漏れ出してコンクリート床に接触すると、液体金属ナトリウムとコンクリート中の水分や二酸化炭素とが激しく爆発的反応を起こし、それによって発生した水素の二次爆発によるプラントの破壊や放射性物質の散逸等により被害を大きくする恐れがある。
このような事故を防止するため、高速増殖炉の中間冷却材である高温の液体金属ナトリウムが何らかの原因で床に漏れても、液体金属ナトリウムがコンクリートに直接接触するのを阻止する技術が知られている。
原子力発電所の建物のコンクリート床に金属、セラミックス又はほうろうをライニング材料とし、この材料を溶射によってコンクリート床面に吹き付けて適宜厚さの皮膜（ライニング層）を形成するもの（特許文献１を参照）やシールプレートにより、床ライナプレートの上方の空間が床部の上面に対して遮断されるので、液状金属ナトリウムが床部の上面に落下あるいは流れ出すことないもの（特許文献２を参照）がある。
しかしながら、「もんじゅ」の事故で明らかになったように、高温の液体金属ナトリウムは鉄をも溶かし、大規模な事故の際にはコンクリートとの接触を完全に防ぐことは出来ない。
特開平５−５９８０６号公報 特開平８−１３６６８６号公報

本発明は、液体金属ナトリウムが何らかの原因で漏れ出してもコンクリート床に接触することがない高速増殖炉の二次冷却系の建物等の金属ナトリウム循環及び貯蔵施設の床材及び内壁材を提供することを目的とする。

本発明の高速増殖炉の二次冷却系建物等の金属ナトリウム循環及び貯蔵施設の床材は、土に無数の孔が空いている超多孔質である珪藻土を圧縮成型し、珪藻土が持つ中性子遮蔽能、耐熱性、軽量性、高吸水性、低放射化特性等を利用し、表面の珪藻土が水分を吸収するとともに金属ナトリウムの大規模な浸透を防ぐものである。
高速増殖炉の二次冷却系建物等の金属ナトリウム循環及び貯蔵施設の内壁材は、土に無数の孔が空いている超多孔質である珪藻土に、延性のある、低吸湿で高耐熱性のバインダーを混練して圧縮成型し、高温液体金属ナトリウムに接触する表面部は、金属ネットによる支持、或いは、ガスバーナー等で焼結させることにより、珪藻土が持つ中性子遮蔽能、耐熱性、軽量性、高吸水性、低放射化特性等を利用し、表面の珪藻土が水分を吸収するとともに金属ナトリウムの大規模な浸透を防ぐものである。

本発明の高速増殖炉の二次冷却系の建物等の金属ナトリウム循環及び貯蔵施設の床材及び内壁材に使用される珪藻土は、ナトリウム火災では殆ど影響を受けないこと、吸水後に金属ナトリウムと接触しても反応を起こさせないこと、が確認されており、このような金属ナトリウムに対して安全な素材は他に無く、加工・成型も容易であることから実用化の可能性も高い。
本発明の高速増殖炉の二次冷却系の建物等の金属ナトリウム循環及び貯蔵施設の床材及び内壁材に使用される珪藻土は、金属ナトリウムの大規模な浸透を防ぎ、断熱性も高いことから、構造材へのダメージを最小限にすることができる。

本発明の高速増殖炉の二次冷却系の建物等の金属ナトリウム循環及び貯蔵施設の床材及び内壁材として、金属、セラミックス又はほうろうのライニング層やシールプレートに代わる材料を検討した結果、天然鉱物資源である珪藻土を選択する。
珪藻土は、植物性プランクトン（藻）が化石化したもので、主成分はガラスと同じ珪酸質（ＳｉＯ２）で、平均粒径０．０５ｍｍの土に無数の孔が空いている超多孔質である。
この珪藻土が持つ中性子遮蔽能、耐熱性、軽量性、高吸水性、低放射化特性等を利用して二次冷却系の建物等の金属ナトリウム循環及び貯蔵施設の床材及び緊急時液体金属ナトリウム排出路とその貯蔵槽の内壁材を作製する。
床材については、珪藻土を軽度に圧縮成型するだけで良いので製品化が容易である。
一方、内壁材は、ある程度の自立強度を必要とするため、延性のある、低吸湿で高耐熱性のバインダー、例えばベントナイトを選択して混練利用しなければならない。
しかしながら、高温液体金属ナトリウムを接触する表面部は、水素や酸素を含むバインダーの利用が不可能なので、この部分に関しては、金属性ネットで支持したり、ガスバーナー等で焼結させることにより自立性を高める。

次に、珪藻土の有効性を実証するため液体金属ナトリウムとの反応試験を行った。
実験例１：高温空気雰囲気下における珪藻土と金属ナトリウムの反応挙動
珪藻土の耐熱性及び耐久性を確認するため、空気雰囲気下で、珪藻土表面において金属ナトリウムの燃焼試験を行った。
その結果、金属ナトリウムは、発火点を超えた段階で、珪藻土表面に広がり、激しく燃焼するが、その影響は内部にほとんど及ばない。
また、燃焼の衝撃による珪藻土の破損等は、起きない。
燃焼後、残った酸化ナトリウムが空気中の水蒸気と反応し、水酸化ナトリウムを生成するが、珪藻土に中和作用があるため、問題とならない。

実験例２：高温無酸素環境下における珪藻土と金属ナトリウムの反応挙動
空気雰囲気下において、液体金属ナトリウムは、珪藻土表面で燃焼を起こし、内部に浸透しない。
そこで、窒素及びアルゴンガスを用いて、金属ナトリウムが液体として珪藻土に対しどのような挙動を示すかを明らかにする。
即ち、非燃焼時に、空気雰囲気下と同様に、液体金属ナトリウムが珪藻土表面に留まるか、水分のように浸透するかを確認する。
この試験で得られた液体金属ナトリウムの珪藻土に対する浸透能を用いて、実際の防爆材の必要厚さを試算し、製品化設計を行う。

実験例３：珪藻土に浸透した金属ナトリウムの反応挙動
上記実験２の実験後に、珪藻土が金属ナトリウムを吸着していた場合、同試料を空気雰囲気下で加熱して珪藻土内部で燃焼が起きるかどうか、或いは、湿気を与えた場合にどのような反応を起こすかを確認する。

以上の実験の結果、空気雰囲気下で珪藻土表面においてナトリウム火災が起きても内部は全く損傷を受けないこと、水分が付着しても瞬時に珪藻土に吸収されるため金属ナトリウムとの反応が起きないこと、仮に反応が起きて水酸化ナトリウムが生成しても珪藻土によって中和されること、等が明らかになった。
したがって、高速増殖炉の二次冷却系建物等の金属ナトリウム循環及び貯蔵施設の床材及び内壁材として、金属、セラミックス又はほうろうのライニング層やシールプレートに代わる材料を実験検討した結果、天然鉱物資源である珪藻土を採用した。

Claims (2)

1. 高速増殖炉の二次冷却系建物等の金属ナトリウム循環及び貯蔵施設の床材は、土に無数の孔が空いている珪藻土を圧縮成型することにより形成され、珪藻土が持つ浸透能を利用し、表面の珪藻土が水分を吸収するとともに金属ナトリウムの大規模な浸透を防ぐことを特徴とする高速増殖炉の二次冷却系建物等の金属ナトリウム循環及び貯蔵施設の床材。
2. 高速増殖炉の二次冷却系建物等の金属ナトリウム循環及び貯蔵施設の内壁材は、土に無数の孔が空いている珪藻土に、バインダーを混練して圧縮成型し、高温液体金属ナトリウムに接触する表面部は、金属ネットによる支持、或いは、ガスバーナー等で焼結させることにより、珪藻土が持つ浸透能を利用し、表面の珪藻土が水分を吸収するとともに金属ナトリウムの大規模な浸透を防ぐことを特徴とする高速増殖炉の二次冷却系建物等の金属ナトリウム循環及び貯蔵施設の内壁材。