JP5324090B2 - 原子力プラントおよび帯電粒子除去方法 - Google Patents

Description

本発明は原子力プラントに関する。また、本発明は流体流から粒子を除去する方法にまで関する。

原子炉容器と流体回路とを有し、当該流体回路は原子炉容器に原子炉冷却用流体を循環させるための流路を形成する流路形成手段を含む、という原子力プラントであって、流路の全長の少なくとも一部に沿って形成された粒子捕捉ゾーンと、そして、流路との間で粒子偏向関係となるように配置され、粒子捕捉ゾーンの中に、あるいはその方向に、流路内の流体流から粒子を偏向させる、という粒子偏向手段と、を有することを特徴とする原子力プラント。

本原子力プラントは、流体流内の粒子をイオン化するための粒子イオン化手段を、粒子偏向手段の上流の位置で流路に配置された形で有する、としてもよい。
粒子イオン化手段は１つ以上のイオン化装置を有し、当該イオン化装置は、中性子源、光子源、熱源そして電磁放射源（例えば、Ｘ線エミッタやＵＶ−エミッタなど）から成るグループから選択される、とすることもできる。理解すべきこととして、原子炉容器は使用時、流体流内の粒子をイオン化するための熱源を有している。

本発明の１つの実施の形態では、粒子捕捉ゾーンは、流路形成手段の内表面に形作られた、１つ以上の粒子堆積ベッドによって実現される。
その場合、流路形成手段の壁の少なくとも一部によって、前記１つ以上の粒子堆積ベッドが実現される、とすることもできる。それ以外に、前記１つ以上の粒子堆積ベッドは、流路形成手段の壁の上で堆積ライニングによって実現される、としてもよい。また、堆積ベッドは粒子拡散抵抗素材の複数の層から成る、としてもよい。

堆積ベッドのうち１つ以上の層を流体材料から作ることもできる。その場合、原子力プラントは、堆積ベッドからの流体材料の除去および交換が可能となるように流体材料を循環させるための流体材料循環手段を有するであろう。流体循環手段は、流体材料内に捕捉された粒子を除去するために第２の粒子除去手段を有し、当該除去は、堆積ベッドからの流体材料の除去の後、そして、堆積ベッドへの流体材料の交換の前に行われる。

本発明の別の実施の形態では、粒子捕捉ゾーンは、帯電粒子を磁場でトラップするため、流路形成手段の内表面に設けられた１つ以上の磁気トラップによって形作られている。また、この実施の形態では、間隔をあけて置かれる一連の磁気トラップは、流路形成手段の内表面にインターバルをおいて設けられる。
さらに具体的に言えば、磁気トラップは各々、流路形成手段の内表面で周上を延びるチャネルとして形作られている。またチャネルは磁気内壁を有する。

粒子偏向手段は、流路内に磁場を発生させる磁界偏向配列によって実現することもできる。
また、好ましい構成としては、磁界偏向配列が、流体流の流れる方向に対して直角な断面域を通る形で、全体的に一定の磁束を有する磁場を発生させる。
このために、磁界偏向配列は、対向する磁石の組を少なくとも２つ、流路形成手段に接して配された形で有し、組に含まれる磁石同士は反対の極性を有する極が内側に向くように配置されており、組と組とは同じ極性を有する極が角度的にずれた位置となるように配列される。対向する磁石の組の同じ極性の極同士は、角度で０〜９０度の範囲でずらされた位置にくる。よって、対向する磁石の各組の中心線の角度方向は、他の磁石の１つ以上の組のそれに対して異なる。また、対向する磁石の組の同じ極性の極同士は、角度で約４５度または約９０度ずらされた位置にある、とするのが好ましい。

その代わり、または、それに加えて、磁界偏向配列は、流路形成手段を囲む形に配置された１つ以上のドーナツ型磁石を有する、としてもよい。
磁界偏向配列は１つ以上の永久磁石を有する、としてもよい。また、磁界偏向配列は１つ以上の電磁石を有する、としてもよい。
本発明のもう１つの側面として、原子炉容器と流体回路とを有し、当該流体回路は原子炉容器に冷却用流体を循環させるための流路を形成する流路形成手段を含む、という原子力プラントにおいて、冷却用流体から帯電粒子を除去する方法を提供する。当該方法は、帯電粒子を含んだ冷却用流体流を流路に沿った方向に向けるステップと、流路を横切る形で磁場を印加することで、帯電粒子を流路内で偏向させるステップと、そして、帯電粒子捕捉ゾーンで偏向後の帯電粒子を捕捉するステップとを有する。

帯電粒子を捕捉するステップは通常、捕捉ゾーンに捕捉した粒子を保持する処理を含む。
流路を横切る形で磁場を印加するステップには、１つ以上の永久磁石を流路と磁界偏向関係となるように配列する処理が含まれる場合がある。しかし、その代わりに、流路を横切る形で磁場を印加するステップが、１つ以上の電磁石を流路と磁界偏向関係となるように配列する処理を含む、とすることもできる。その場合は、磁場を印加するステップは磁場を脈動させる処理を含む。

帯電粒子を捕捉するステップは、帯電粒子を堆積材料内に埋め込む処理を含む場合もある。また、本方法では、堆積材料が流体材料である場合、粒子が捕捉された流体材料を除去および交換するステップを含む。または、本方法は、第２粒子除去手段を通過する形で流体材料を循環させて、当該流体材料内に捕捉された粒子を流体材料から除去するステップを有する場合もある。

別の形として、帯電粒子を捕捉するステップは、無限通路（endless passage）を設け、その中に偏向後の帯電粒子をチャネリングする処理を含む場合もある。
無限通路内で粒子をチャネリングさせるステップは、無限通路を横切る形で磁場を印加する処理を含む。
本発明に関するさらに別の側面として、粒子を捕捉するための粒子堆積ベッドであって、黒鉛、クロミウム、プラチナ、クロミウム合金、水銀、液体ナトリウム、炭化ケイ素、ＳｉＮ、ＳｉＦＣそしてダイヤモンドからなるグループから選択される１つ以上の粒子拡散抵抗材料で成る１つ以上の層を含む、という本体を有することを特徴とする粒子堆積ベッドを提供する。

一般的に、ここでのクロミウム合金は、粒子拡散抵抗特性を備えた特殊クロミウム合金である。
好ましい構成として、本体は、黒鉛の第１層と、クロミウム、プラチナ、クロミウム合金、水銀そして液体ナトリウムから成るグループから選択される材料の第２層と、炭化ケイ素、ＳｉＮ、ＳｉＦＣそしてダイヤモンドから成るグループから選択される材料の第３層とから成る。第２層は、第１層と第３層との間に挟まれた中間層としてもよい。

使用時、第１層は一般的に有効内部層を提供し、第３層は一般的に有効外部層を提供する。
粒子堆積ベッドは、ベース要素上に設けられ、前記ベース要素の有効（operatively）内表面にある。前記ベース要素は管状の円筒形であり、流体回路の一部を形成するための流路形成手段の壁の一部を実現するように構成されている。ベース要素は、取り外し可能な形で流体回路に挿入して、取り外し可能な形で流路形成手段の一部を形成することもできる。それによって、堆積ベッドの少なくとも一部が埋め込み／捕捉された粒子で飽和状態となった際には、新品の堆積ベッドを有した類似のベース要素と交換することができる。

本発明に関するさらに別の側面として、帯電粒子をトラップするための磁気トラップ配列であって、流路を形成する流路形成要素を有し、当該要素は、流体回路の流路の一部を実現すると共に、その内表面上に周上に延びるチャネルを１つ以上備えており、当該１つ以上のチャネルは磁気内壁を有する、というトラップ配列を提供する。
長手方向に間隔をあけた形で周上に延びる一連のチャネルが、流路形成要素の内表面上に設けられる。

流路形成要素は環状の円筒形とすることもできる。
本発明に関するさらなる側面として、流体流から粒子を除去する方法であって、粒子を流体流から偏向させて、流体の堆積材料の層を１つ以上含む粒子堆積ベッドの方向へ向けるステップと、流体の堆積材料内に粒子を捕捉するステップと、そして、粒子堆積ベッドに含まれる流体の堆積材料を除去および交換するステップとを有する、という方法を提供する。

そして、前記方法は、第２粒子除去手段を通過させる形で流体の堆積材料を循環させて、流体の堆積材料内に捕捉された粒子を流体の堆積材料から除去するステップを有する、とするのが好ましい。
さらに具体的に言えば、本方法は、第２粒子除去手段を通過させる形で流体材料流路に沿って流体の堆積材料を循環させるステップを有し、当該第２粒子除去手段は、流体材料流路の全長にわたって形作られた粒子捕捉ゾーンと粒子偏向手段とを有し、当該粒子偏向手段は、流体材料流路と粒子偏向関係となるように配置され、粒子を流体材料から粒子捕捉ゾーンの方に偏向させる。

その代わりに、または、それに加えて、本方法は、流体材料流路に沿ってバイオフィルタの形で設けられる第２粒子除去手段を通す形で流体の堆積材料を循環させ、生物有機体（一般的にはバクテリア）の使用によって流体の堆積材料から粒子を除去する、というステップを有する場合もある。
流体の堆積材料は、水銀または液体ナトリウムとして提供される。

以下、本発明について、例としての添付図面を参照しながら説明する。
図面のうち図１において、参照番号１０は原子力プラントの一部を指す。原子力プラント１０は、原子炉容器１２と流体回路とを有する。流体回路は参照番号１４によって示され、流路形成手段１６を有している。当該手段１６は、原子炉容器１２に原子炉冷却用流体を循環させるための流路を形作る。当然のことながら、プラント１０は他にも、原子炉容器に冷却用流体を循環させるための冷却用流体循環手段などの構成要素を有する。しかし、こうした構成要素の詳細は本発明の理解には必要でない。そのため図面には示していない。

次いで、図面のうち図２、３を参照する。各図には図１の流体回路１４の一部が図示されており、特に明記しない限り、上で使われたのと同じ参照番号は、同一の部品を示すのに用いられている。
流路形成手段１６は、流路１９を形作る内部円筒形パイプ１８と、内部パイプ１８とは同心かつ同軸である外部円筒形パイプ２０と、を有する。内部パイプ１８と外部パイプ２０との間には環状空洞２２が形作られており、断熱材２４が内部パイプ１８と外部パイプ２０との間の環状空洞２２に挿入されている。

最も外に位置する管状円筒形圧力バウンダリ壁２６は、内部パイプ１８および外部パイプ２０を囲んで、それらと同心かつ同軸となるように配されている。
使用時には、原子炉容器１２からの高温の冷却ガスが、冷却用流体回路１４を通って矢印２８の方向（または矢印２８とは反対の方向）に運ばれて、パワータービン、蒸気発生器、または他のパワー変換装置（図示せず）を駆動する。そして、このガスは、流体回路１４を介して原子炉容器１２に戻されるのに先立って、冷却および圧縮される。一般的に、原子炉容器１２から出る高温の冷却ガスは汚染物質を含み、そうした汚染物質としては、例えば、イオン化した同位元素および放射性同位元素や、その他のイオンが挙げられる。

原子力プラント１０は、流路１９を横切る形で磁場を印加し、そして流れ通路１９内に磁場を発生させるために、磁界偏向配列３０を有する。磁界偏向配列３０には複数の磁石が含まれ、これら磁石は、流路１９の長さ方向に沿った位置で、圧力バウンダリ壁２６と外部パイプ２０との間に配されている。図面のうち図２、３に示した実施の形態では、磁石は永久磁石（希土類元素を含んだセラミック材料製）となっている。しかしながら、この磁石を電磁石に代えられることは理解されるであろう。

１つの実施の形態では、原子力プラント１０は粒子イオン化手段３１（図１）を有する。当該手段３１はイオン化装置を有し、それは例えば、中性子または電磁放射源（例：Ｘ線またはＵＶエミッタ）であって、磁界偏向配列３０の上流（すなわち原子炉容器１２の出口と磁界偏向配列３０との間）の位置で、流れ通路１９内に配置されている。イオン化手段３１は、磁界偏向配列３０が設けられている流路１９の長さ方向に沿った位置において流体流の中の帯電粒子の数を増やすが、それは、流体流の中を運ばれる粒子が運ばれて、流路形成手段１６のうち磁界偏向配列３０が設けられている部分を通過するのに先立って、これら粒子をイオン化する、という形で行われる。

図２にで、磁界偏向配列３０はリングセグメント磁石３８を３組３２、３４、３６有し、これらは、外部パイプ２０の外壁３９に接する形で、長手方向に間隔をおいて複数の位置に配列されている。各組３２、３４、３６の磁石３８は径方向に向き合う位置に配置されており、各組３２、３４、３６の磁石３８の反対の極性を有する２つの極４０がそれぞれ内向きまたは外向きになる、という形に配列されている。従って、磁石の組３２、３４、３６の各々は、Ｎ極が外向きでＳ極が内向きである磁石３８を１つ有すると共に、その反対側には、Ｎ極が外向きでＳ極が内向きである磁石３８を１つ有する。

各組３２、３４、３６に含まれる磁石３８の極４０は、角方向に見て、他の組３２、３４、３６のいずれの磁石３８の極４０に対しても位置がずれている。好ましい形としては、図２に示すように、組３２と組３４、そして、組３４と組３６では、磁石３８の極４０の位置はそれぞれ約４５度ずらしてある。そのため、組３６の磁石３８の極４０は、組３２のそれらに対して約９０度ずれた位置にある。発明者の見解では、対向する磁石の組３２、３４、３６の各々の位置で、ほぼ恒常的な磁束を有する磁場が、パイプ１８の断面にわたって得られるはずである。当然のことながら、組３２、３４、３６の磁石３８の極４０を角方向にずらす際の角度は、別の大きさにすることもできる。

ここで図３を参照する。同図に示す磁界偏向配列３０は、外部パイプ２０を囲む形に配されたドーナツ型磁石４１を有する。磁界偏向配列は更に、磁石３８の組４２、４４を２つ有する。これらは図２における磁石の組３２、３４、３６と同様のものであり、磁石４０の組４２、４４は、圧力バウンダリ壁２６と外部パイプ２０との間で、外部パイプ２０に沿って長手方向に間隔をおいた状態になっている。

磁界偏向配列３０は流れ通路１９に磁場を発生させるが、その磁場により、電荷を有して、ある速度で磁場を通って移動する粒子（例えば、冷却用流体流の中のイオン）は、力（ローレンツ力）を受けて、その移動路から内部パイプ１８の内表面の方向へ偏向させられる。
図面のうち図４は、流体回路１４の流路形成手段１６の一部を縦断面図の形で示しており、特に明記しない限り、上で使われたのと同じ参照番号は同一の部品を示すのに用いられている。流路１９を形作る内部パイプ１８の内表面の上には、堆積（deposition）ライニング５０が設けられている。堆積ライニング５０には、捕捉ゾーンを実現する粒子堆積ベッド５２が形作られている。帯電粒子（例：イオン化同位元素）を偏向させて当該ベッド５２の中に埋め込む（すなわち、捕捉して保持する）ことができ、それによって前記粒子は冷却用流体流から取り除かれる。

堆積ライニング５０は、それを通しての粒子拡散を防止する素材の複数の層から成る。好ましい実施の形態では、ライニング５０は径方向に見て一番内側に黒鉛層５４を有し、当該層５４は、帯電粒子着地ゾーンを形成すると共に帯電粒子用の減速器を提供する。ただし、層５４については、その代わりに、他の何らかの適当な柔らかい耐温性素材から成ることにしてもよい。また、クロミウムの中間層５６が、黒鉛層５４と炭化ケイ素の外側層５８との間にはさまれている。クロミウム層５６は銀の原子／イオンに対するトラップを提供している。銀の原子／イオンにはクロミウムへの親和性が見られる。クロミウムの代わりに、プラチナや放射線による損傷に耐性を有する合金（例：特殊クロミウム合金）を用いてもよい。層５６の材料は一般的に、黒鉛層５４（または他の柔らかい素材の層）を通して、捕らえられた帯電粒子を層５６の中に引き込むものである。炭化ケイ素は、内部パイプ１８の壁を通してイオン化同位元素や他のイオンが拡散するのを防止するための、外側バリア層５８を提供する。外側層５８は、炭化ケイ素ではなく、ＳｉＮ、ＳｉＦＣまたはダイヤモンドから作ることもできる。

内部パイプ１８のうち、その上に堆積ライニング５０が設けられる部分（図４に示す）は、管状の円筒形ベース要素で作ってもよく、当該要素は、取り外し可能な形で流体回路１４に挿入されて流路形成手段１６の一部を形成する、というパイプ部を実現する。従って、パイプ部／ベース要素はシャットダウンや原子炉メンテナンスの間、取り外すこともできる。一般的に、その際には、堆積ライニング５０は埋め込まれた帯電粒子で飽和状態になっており、新品の粒子捕捉用堆積ライニング５０を有した同様のパイプ部／ベース要素と交換される。堆積ライニング５０の飽和に関する判定は、例えば、予め計算された固定期間に基づいた形で（すなわち、原子炉作動期間が予め定められた時間数に達した後）、あるいは、堆積ライニング５０の飽和レベルの能動的計測によって下せばよい。取り外されたパイプ部／ベース要素は一般に、長期的に保管されることになる。

本発明の別の実施の形態では、中間層５６は流体材料（例えば、水銀や液体ナトリウムなど）である。そこで、原子力プラント１０は一般的に、堆積ライニング５０から層５６の流体材料を除去するための手段（図示せず）を有する。当該手段は、堆積ライニング５０に対して代わりの流体材料を提供したり、流体材料を戻したりする。堆積ライニング５０から除去された流体材料が再びそこに戻される場合、原子力プラント１０は一般的に、流体材料循環手段（図示せず）を有し、当該手段は流体材料の循環のために、第２粒子除去手段（図示せず）を介する形で、堆積ライニング５０に通じる流体材料流路を形作る。第２粒子除去手段は、層５６の当該材料の中に捕捉されている粒子を、流体材料の循環の間に当該材料から除去する働きをする。その結果、堆積ライニング５０に戻される流体材料からは、粒子汚染物質が取り除かれている。出願人の考えでは、これによって堆積ライニング５０の製品寿命が延びる結果となり、埋め込まれた粒子による飽和を理由として堆積ライニング５０を交換するために行われる原子力プラント１０のシャットダウンやメンテナンスの必要も小さくなる。第２粒子除去手段は、例えば、粒子捕捉ゾーンによって実現することができる。当該ゾーンは流体材料流路の全長にわたって形作られ、そして、粒子偏向手段（一般的には磁石配列）は、流体材料流路と粒子偏向関係となる形で配置され、粒子を流体材料から粒子捕捉ゾーンの中へと偏向させる。別の形として、第２粒子除去手段はバイオフィルタによって実現してもよく、その場合は、生きた有機体（通常はバクテリアで、例えば、汚染物質粒子を消費するもの）の使用によって流体堆積材料から粒子を除去する。

図面のうち図５に示す本発明の実施の形態では（上で使用したのと同じ参照番号は同じ部品を示す）、帯電粒子捕捉ゾーンは、長手方向に間隔をあけて置かれた一連の磁気トラップ６０によって形作られている。これらトラップは流路形成手段１６の内表面に設けられている。ここでは、内部パイプ１８が、流体回路１４のうち粒子捕捉ゾーンが設けられた部分から省かれている。図に示す実施の形態では、各磁気トラップ６０は、磁気内壁６４を有した溝形断面のリング構造６２によって実現されている。リング構造６２は、外部パイプ２０の内表面６６に接した状態で、長手方向に間隔をあけた横並びの位置関係で配置されている。これによって、リング構造は、外部パイプ２０に沿って円を描く形で延びて、長手方向に間隔をあけて位置する形で周チャネル（peripheral channel）６８を形作る、チャネル６８は各々、流路形成手段１６に沿って無限通路（endless passage）を実現している。チャネル６８にはリップが付いている。各チャネル６８の内部では、その磁気内壁６４によって磁場が発生する。その結果、流路１９を横切って生じる磁場によりチャネル６８の中へと偏向させられた帯電粒子は、チャネル６８の磁場の影響を受けて無限通路に沿って位置ずれすることとなり、その結果、対応するチャネル３８内でトラップされる。

流路形成手段は一般的に、約１〜１．５メートルの間の内径を有する。一般的に、堆積ベッド５２（あるいは、その代わりとしてのチャネル６８の配列）は、内径の約２〜５倍の間の長さ（すなわち、本実施の形態では約４メートル）にわたり、流路形成手段の全長にそって延びており、原子炉容器１２からの出口に対して可能な限り近くに置かれる。
使用時、原子炉容器１２を出た冷却用流体は、流路１９に沿い、流体回路１６を通って送られる。磁界偏向配列３０から生じる磁場は、原子炉容器の核分裂反応の帯電粒子生成物と相互作用する（それらは冷却用流体流の中に含まれている）。粒子は径方向外向きに偏向させられ、その結果、冷却用流体流２８の方向に、流路形成手段１６の内表面に向かう。図面のうち図６、７は、図３に関する磁界偏向配列３０の、磁場そして保磁力場をそれぞれ示している。図８〜１０は、冷却用流体流の中の偏向させられた帯電粒子の移動経路を示している。ただし、図８〜１０は単に例示目的であり、偏向経路を示す対象となっている粒子は、既知の実在の元素の原子質量よりも大きな質量を有した仮想粒子である。理解されるであろうが、特定の帯電粒子が受ける力の大きさ、それに伴う偏向の程度は、流路１９を横切る形で印加される磁場を通過する際の当該粒子の速度、ならびに、当該粒子の特性（例：粒子質量、電荷／イオン化の程度、そして磁気モーメント）に依存している。

図面のうち図４に示す実施の形態では、内部パイプ１８の内表面の方向へ偏向させられた粒子は、堆積ライニング５０の中へと進められる。粒子は内側の黒鉛層５４に着地し、そこで減速される。粒子のいくらは黒鉛層５４の内部に埋め込まれるが、一方、その他の粒子は層５４を通過して、下にあるクロミウムの層５６に入る。特に、銀イオンはクロミウム層５６に親和性がある。中間のクロミウム層５６を通して拡散する粒子は、最終的には外側の炭化ケイ素層５８に埋め込まれ、そうして、内部パイプ１８を通しての帯電粒子の拡散は止められる。イオン化同位元素および他のイオンは、堆積ライニング５０によって作られた粒子堆積ベッド５２内に捕捉および保持される。そのため、堆積ベッド５２より下流の位置では、これらのイオンや同位元素汚染物質は冷却用流体から排除されている。本発明のさらに別の実施の形態（図示せず）では、流路形成手段の壁は粒子拡散抵抗材料で成り、内部堆積ライニングが設けられていない形で堆積ベッドを実現する。

図面のうち図５に示す実施の形態では、偏向後の帯電粒子は、一連の磁気トラップ６０（流路形成手段１６の内表面の上にあって長手方向に間隔をおいて置かれたもの）のうちの１つの中へと進められる。ここで、粒子は、磁気内壁６４によってチャネル６８の内部で発生させられた磁場の影響を受けて、チャネル６８によって作られた無限通路に沿った螺旋運動の形で動く。そうして、流体流からは、イオン化同位元素および他の帯電粒子汚染物質が同様に排除される。

出願人の考えでは、本発明の原子力プラント１０および方法によって、原子力発電所の冷却用流体から有害な放射能汚染物質を除去するための効果的な手段が実現される。次いで、これにより、原子力プラント１０において粒子捕捉ゾーン／粒子堆積ベッド５２／磁気トラップ配列６０よりも下流にある流体回路構成要素のメンテナンスは、より安全な活動になると考えられる。特に、内部に原子炉容器とパワー変換ユニットとが一続きに配列された形の流体回路を１つだけ有し、閉じた直接型のブレイトンサイクル（原子炉容器からの作業用／冷却用流体がパワー変換ユニットを通過するもの）で動作する、という原子力プラントでは、本発明の方法／装置によって、パワー変換ユニットおよび他の下流側構成要素における粒子の蓄積を小さくすることができ、そのメンテナンスの必要性も小さくできる、と考えられる。磁界偏向配列３０が電磁石を含む場合は、磁場脈動によって、冷却用流体から帯電粒子を除去する作業の効率が向上すると考えられる。さらに、磁界偏向配列３０内に角度的に位置をずらして磁石の組を設けることで、帯電粒子除去の効率が向上すると考えられる。

本発明による原子力プラントの概略プラント図である。 本発明による原子力プラントの流体回路の一部を示す３次元図である。 本発明による原子力プラントの別の流体回路の一部を示す３次元図である。 本発明による原子力プラントの流体回路の一部を示す長手方向断面図である。 本発明による原子力プラントの別の流体回路の一部を示す長手方向断面図である。 図３の流体回路の一部を横切る形で印加される磁界を、３次元長手方向断面で示す概略図である。 図３の流体回路の一部を横切る形で印加される保磁力界を、３次元長手方向断面で示す概略図である。 図３の流体回路の一部における帯電粒子の偏向を示す３次元図である。 図８の帯電粒子の偏向を示す端面図である。 図８の帯電粒子の偏向を示す側面図である。

Claims (21)

1. 原子炉容器と、当該原子炉容器に原子炉冷却用流体を循環させるための流路を形成する流路形成手段を含む流体回路と、流路の全長の少なくとも一部に沿って形成された粒子捕捉ゾーンと、そして、流路との間で粒子偏向関係となるように配置され、イオン化した同位元素からなる帯電粒子を含む原子炉冷却用流体流から、粒子捕捉ゾーンの中に、或いはその方向に、前記帯電粒子を偏向させる粒子偏向手段と、を有する原子力プラントであって、特徴となるのは、
   （１）粒子偏向手段が、流路内に脈動する磁界を発生させる磁界偏向配列によって実現され、前記磁界偏向配列は、前記流路の中心軸を挟んで対向する磁石の組を少なくとも２つ、流路形成手段に隣接して配された形で有し、組に含まれる磁石同士は反対の極性を有する極が内側に向くように配置されており、組と組とは、一方の組を構成する２つの磁石それぞれの中心を通る線が、他の組を構成する２つの磁石それぞれの中心を通る線に対して傾斜した状態で配置されていることにより、同じ極性を有する極が角度的にずれた位置に配列されていること、および、
   （２）粒子捕捉ゾーンが、偏向させられた前記帯電粒子を埋め込むことのできる堆積材料を有すること
   である原子力プラント。
2. 前記流体流内の粒子をイオン化するための粒子イオン化手段を、前記粒子偏向手段の上流の位置で流路に配置された形で有すること、
   を特徴とする請求項１記に記載の原子力プラント。
3. 前記粒子イオン化手段は１つ以上のイオン化装置を有し、当該イオン化装置は、中性子源、光子源、熱源そして電磁放射源から成るグループから選択されること、
   を特徴とする請求項２に記載の原子力プラント。
4. 前記粒子偏向手段は、略一定の磁束が前記流体流の流れ方向に対して垂直な断面域を通る脈動磁界を流路内に発生させる磁界偏向配列によって実現されていること、
   を特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の原子力プラント。
5. 対向する磁石の組の同じ極性の極同士は、角度で０度より大きく且つ９０度以下の範囲でずらされた位置にあること、
   を特徴とする請求項１に記載の原子力プラント。
6. 対向する磁石の組の同じ極性の極同士は、角度で４５度ずらされた位置にあること、
   を特徴とする請求項５に記載の原子力プラント。
7. 対向する磁石の組の同じ極性の極同士は、角度で９０度ずらされた位置にあること、
   を特徴とする請求項５に記載の原子力プラント。
8. 前記磁界偏向配列は、更に、前記流路形成手段を囲む形に配置された１つ以上のドーナツ型磁石を有すること、
   を特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の原子力プラント。
9. 前記粒子捕捉ゾーンは、前記流路形成手段の内表面に形作られた、１つ以上の粒子堆積ベッドによって実現されること、
   を特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の原子力プラント。
10. 前記流路形成手段の壁の少なくとも一部によって、前記１つ以上の粒子堆積ベッドが実現されること、
    を特徴とする請求項９に記載の原子力プラント。
11. 前記１つ以上の粒子堆積ベッドは、前記流路形成手段の内表面上で、堆積ライニングによって実現されること、
    を特徴とする請求項９に記載の原子力プラント。
12. 前記粒子堆積ベッドは黒鉛、クロミウム、炭化ケイ素、特殊クロミウム合金、ダイヤモンド、ＳｉＮ、ＳｉＦＣのいずれかからなる粒子拡散抵抗素材の複数の層から成ること、
    を特徴とする請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の原子力プラント。
13. 前記粒子堆積ベッドのうち１つ以上の層は流体材料から成ること、
    を特徴とする請求項１２に記載の原子力プラント。
14. 前記粒子堆積ベッドからの前記流体材料の除去および交換が可能となるように前記流体材料を循環させるための流体材料循環手段を有すること、
    を特徴とする請求項１３に記載の原子力プラント。
15. 前記流体材料循環手段は、前記流体材料内に捕捉された粒子を除去するために第２の粒子除去手段を有し、当該除去は、前記粒子堆積ベッドからの前記流体材料の除去の後、そして、前記粒子堆積ベッドへの流体材料の交換の前に行われること、
    を特徴とする請求項１４に記載の原子力プラント。
16. 原子炉容器と流体回路とを有し、当該流体回路は原子炉容器に冷却用流体を循環させるための流路を形成する流路形成手段を含む、という原子力プラントにおいて冷却用流体からイオン化した同位元素からなる帯電粒子を除去する方法であって、
    前記帯電粒子を含んだ冷却用流体の流れを流路に沿った方向に向けるステップと、
    前記流路の中心軸を挟んで対向する磁石の組を少なくとも２つ、流路形成手段に隣接して配された形で有し、組に含まれる磁石同士は反対の極性を有する極が内側に向くように配置されており、組と組とは、一方の組を構成する２つの磁石それぞれの中心を通る線が、他の組を構成する２つの磁石それぞれの中心を通る線に対して傾斜した状態で配置されていることにより、同じ極性を有する極が角度的にずれた位置に配列されている磁界偏向配列により、流路を横切る形で脈動する磁界を印加することで、前記帯電粒子を流路内で偏向させるステップと、
    そして、
    偏向させられた前記帯電粒子を堆積材料の中に埋め込むステップと、
    を有することを特徴とする方法。
17. 前記堆積材料は、前記流路形成手段の内表面に形作られた、１つ以上の粒子堆積ベッドの一部を形成すること、
    を特徴とする請求項１６に記載の方法。
18. 前記粒子堆積ベッドは黒鉛、クロミウム、炭化ケイ素、特殊クロミウム合金、ダイヤモンド、ＳｉＮ、ＳｉＦＣのいずれかからなる粒子拡散抵抗材料の複数の層から成ること、
    を特徴とする請求項１７に記載の方法。
19. 前記堆積材料が流体材料である場合、粒子が捕捉された流体材料を除去および交換するステップを含むこと、
    を特徴とする請求項１６に記載の方法。
20. 第２粒子除去手段を通過する形で前記流体材料を循環させて、前記流体材料内に捕捉された粒子を前記流体材料から除去するステップを有すること、
    を特徴とする請求項１９に記載の方法。
21. 略一定の磁束が流体流の流れる方向に対して垂直な断面域を通る脈動磁界が発生させられること、
    を特徴とする請求項１６乃至２０のいずれか１項に記載の方法。