JP5426110B2 - 反射体制御方式の高速炉 - Google Patents

Description

本発明は、反射体を上下方向に移動させることにより炉心の反応度を制御する反射体制御方式の高速炉に係り、特に、構造健全性に優れ、信頼性の高い反射体制御方式の高速炉に関する。

従来の高速炉の一例が特許文献１に示されており、これを図２１に示す。従来の高速炉１は、原子炉容器２内に収容され、核燃料の燃料集合体が装荷された炉心３を有する。炉心３は、ほぼ円柱状に形成されており、炉心３を保護する炉心槽４によって外周を取り囲まれている。炉心槽４の外側には反射体５が配置されている。反射体５は、反射体駆動装置６に駆動軸７を介して連結され、反射体駆動装置６の駆動により炉心３の周囲を上下に移動し、炉心３の反応度を制御している。

反射体５の外側には、反射体５を取り囲む円筒状の隔壁９が設けられ、この隔壁９と原子炉容器２の間に一次冷却材８の流路が形成される。隔壁９は原子炉容器２内に収容され、一次冷却材８の流路と中性子遮蔽体１０が配置される。中性子遮蔽体１０は炉心３を取り囲むように設けられる。

炉心３および炉心槽４、隔壁９および中性子遮蔽体１０は全て炉心支持板１１上に搭載され、支持される。中性子遮蔽体１０の上方には、一次冷却材８を循環させる電磁ポンプ１２が設けられ、この電磁ポンプ１２の上方に中間熱交換器１３が設けられる。中間熱交換器１３はここで一次冷却材８と二次冷却材とを熱交換し、二次冷却材を加熱している。二次冷却材は入口ノズル１４から流入して中間熱交換器１３に入り、この中間熱交換器１３で熱交換して加熱された後、出口ノズル１５から図示しない蒸気発生器に送られる。

また、原子炉容器２の炉心３周りに位置する反射体５は図２２に示すように構成される（特許文献２参照）。炉心３の反応度を制御する反射体５は、下部の中性子反射部５ａと上部のキャビティ部５ｂから構成される。キャビティ部５ｂは、中性子反射部５ａの上部に設置され、冷却材８よりも中性子反射能力が劣る真空または気体１７を内封した箱体で形成される。このキャビティ部５ｂによって、炉心槽４の外側が一次冷却材８で覆われている場合と比べて炉心反応度を低く抑えることができる。炉心反応度を低く抑えた分だけ核燃料の濃縮度を高め、炉心３の反応度寿命の長期化を図っている。
特開平６−１７４８８２号公報 特開平６−５１０８２号公報

従来の反射体制御方式の高速炉において、一次冷却材８の温度は、３００℃〜５５０℃で、炉心棒４内部の炉心３側では約５００℃、隔壁９の外側の中性子遮蔽体１０側では約３５０℃であり、炉心槽４と隔壁９との間には約１５０℃程度の温度差が付いている。

さらに、一次冷却材８が原子炉容器２の底部で反転して上動し、炉心３を通過する際に約３５０℃から５００℃まで温められるため、炉心槽４内部の冷却材温度は、軸方向に約１５０℃程度の温度差が付いている。

したがって、反射体５の中性子反射部５ａとキャビティ部５ｂには半径方向及び軸方向に温度差が発生し、温度差に起因する熱膨張差により反射体５が熱変形する。反射体４の変形により、原子炉緊急停止時に反射体５を落下させる場合、炉心槽４側と隔壁９側の間の空間で接触が生じ、所定の落下時間以内に反射体５が落下できない恐れが考えられる。

加えて、反射体５の内部に温度差に起因して発生する熱応力やクリープによる損傷も考えられる。また、反射体５のキャビティ部５ｂに関しても、箱型のキャビティの場合、炉心槽４と隔壁９との間の温度差による熱膨張差による座屈を防止し、箱体の損傷や破損を防止するには、反射体５のキャビティ部５ｂを如何に構成したらよいか問題になっていた。

本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、反射体の構造健全性に優れ、信頼性の高い反射体制御方式の高速炉を提供することを主な目的とする。

本発明の他の目的は、構造健全性だけでなく、メンテナンス性、製作性に優れた中性子反射体を実現し、信頼性の高い反射体制御方式の高速炉を提供するにある。

本発明の別の目的は、反射体上部のキャビティ部を複数の密封容器で構成して熱膨張や熱応力によって変形しにくい構造とし、構造健全性を向上させ、振動・揺れによる破損を有効的に防止し、信頼性を向上させた反射体制御方式の高速炉を提供するにある。

本発明のさらに別の目的は、反射体上部の中性子吸収部の構造健全性を向上させ、かつ反射体の反応度制御能力を確保し、または増大させて信頼性の高い高性能な反射体制御方式の高速炉を提供するにある。

本発明に係る反射体制御方式の高速炉は、上述した課題を解決するために、冷却材が収容された原子炉容器と、原子炉容器内に配置され、冷却材に浸された炉心と、この炉心の外側に上下方向に移動自在に設けられ、前記炉心の反応度を制御する反射体とを備えた反射体制御方式の高速炉において、前記反射体は、前記冷却材より中性子反射能力が大きい下部の中性子反射部と、この中性子反射部の上方に位置し、前記冷却材より中性子反射能力が低い上部のキャビティ部とを有し、前記キャビティ部は複数の円筒形の密閉容器で構成し、前記中性子反射部は積層された複数の金属板からなり、前記金属板は、冷却材が流れる複数の冷却材流路を有することを特徴とするものである。

本発明においては、構造健全性および製作性に優れた中性子反射体を実現し、信頼性の高い反射体制御方式の高速炉を提供することができる。

また、本発明に係る反射体制御方式の高速炉は、熱膨張や熱応力によって変形しにくい中性子反射体を実現し、構造健全性とメンテナンス性だけでなく、製作性にも優れ、キャビティ部の万一の破損時にも炉心反応度への影響が少なく、キャビティ部の機能を維持できる反射体を提供することができる。

さらに、本発明に係る反射体制御方式の高速炉は、反射体の反応度制御能力を増大させるとともに、反射体の中性子吸収部は破損が防止されて構造健全性が向上し、炉心反応度の上昇を回避でき、長寿命で信頼性の高い高速炉を提供できる。

本発明に係る反射体制御方式の高速炉の実施の形態について添付図面を参照して説明する。

［第１の実施の形態］
図１は、本発明に係る反射体制御方式の高速炉の第１の実施の形態を示す縦断面図である。

高速炉２０は、核燃料の交換なしに１０数年から数十年、例えば３０年程度連続して運転することができる原子炉であり、炉出力が３０ＭＷ〜百数十ＭＷ（電気出力で１万ＫＷ〜１０数万ＫＷ）で、全体的には２５ｍ乃至３５ｍ、例えば３０ｍ程度の全体的な高さを有する。炉心高さは、例えば２．５ｍ程度である。冷却材の温度は液体ナトリウムが凝固しない温度以上、温度的余裕をもたせて２００℃以上、好ましくは３００℃〜５５０℃の温度で用いられる。冷却材の温度は、原子炉容器内の冷却材流路で３００°〜４００℃、一例として３５０℃、炉心側で５００°〜５５０℃、一例として５００℃程度が用いられる。

図１に示す反射体制御方式の高速炉２０は、有底円筒状の原子炉容器２１が台座２２に支持されたガードヘッセル２３で覆われ保護される。原子炉容器２１の頂部は上部プラグを構成する遮蔽プラグ２４で閉塞される。

原子炉容器２１内に炉心２５が収容される一方、原子炉容器２１内は一次冷却材２６としての液体ナトリウムで満たされている。炉心２５は核燃料の燃料集合体２７が装荷されて、全体として円柱形状に構成される。炉心２５は、その外側が炉心槽２８で取り囲まれて保護される。

炉心槽２８の外側には間隔をおいて円筒形状の隔壁２９が設けられ、この隔壁２９は炉心支持板３０上に、炉心２５および炉心槽２８とともに支持される。炉心支持板３０は原子炉容器２１の円周壁下部に設けられた炉心支持台３１上に支持される。炉心２５は下部にエントランスモジュール２３が設けられる一方、炉心２５に装荷される燃料集合体２７の上部は上部支持板３４で支持される。

また、炉心槽２８と隔壁２９との間には、全体としてスリーブ状（円筒状あるいは円環状）の反射体３５が構成される。反射体３５は、駆動軸３６を介して反射体駆動装置３７に連結される。反射体駆動装置３７は遮蔽プラグ２４を構成する上部プラグ上に設置され、反射体駆動装置３７の駆動により、炉心２５の周囲を上下方向に移動し、炉心２５の反応度を制御している。

さらに、炉心２５の中心部には炉停止棒３８が炉停止棒駆動装置３９の駆動により炉心２５に出し入れ自在に設けられる。この炉停止棒駆動装置３９も反射体駆動装置３７とともに上部プラグ上に設置される。これらの反射体駆動装置３７および炉停止棒駆動装置３９は、格納ドーム４０内に格納され、保護される。

一方、隔壁２９の外側は、原子炉容器２１との間に一次冷却材２６の流路を形成しており、この流路に中性子遮蔽体４１が配置される。中性子遮蔽体４１は、炉心支持板３０上に設置され、中性子遮蔽体４１の上部は上部支持板３４に支持される。中性子遮蔽体４１は、炉心２５から反射体３５を透過または迂回して放射する中性子を遮蔽している。

原子炉容器２１内においては、中性子遮蔽体４１の上方に円環形状の電磁ポンプ４５が配置され、この電磁ポンプ４５の上方に中間熱交換器４６が設置される。これらの電磁ポンプ４５と中間熱交換器４６は、例えば一体あるいは一体的に構成される。電磁ポンプ４５は、原子炉容器２１内の一次冷却材２６を、実線矢印の如く循環して、冷却材流路内において上方から下方へ向って流動させる。また、中間熱交換器４６のチューブ側とシェル側に、それぞれ一次冷却材２６と二次冷却材が熱交換可能に案内される。二次冷却材は入口ノズル４７から流入して中間熱交換器４６に至り、この中間熱交換器４６で一次冷却材２６と熱交換して温度上昇した後、出口ノズル４８から原子炉容器２１外の図示しない蒸気発生器に送られるようになっている。二次冷却材も一次冷却材と同様に液体ナトリウムで構成される。

一方、反射体３５は、周方向に整列して複数配置され、全体として略円筒状（スリーブ状）あるいは円環状に構成され、周方向に数分割あるいは１０数分割可能な独立したセグメント構造に構成される。反射体３５は、図２乃至図４に示すように、その下部あるいは下部領域の中性子反射部３５ａと上部あるいは上部領域のキャビティ部３５ｂとを有する。図２は反射体３５の外観斜視図を示し、図３は反射体３５の正面図、図４は反射体３５の側面図をそれぞれ示す。

反射体３５は自在継手５０および継手５１を介して反射体駆動装置３７の駆動軸３６に連結され、支持される一方、反射体３５のキャビティ部３５ｂは中性子反射部３５ａと自在継手５２を介して連結され、反射体３５は熱膨張や熱変形、さらには振動を吸収する多関節構造に構成される。

また、反射体３５の中性子反射部３５ａは、積層された複数枚の金属板５４で構成される。各金属板５４は、図５に示すように、平面視扇状あるいは変形台形状に形成される一方、各金属板５４の内部に複数の冷却材流路５５が形成される。金属板５４同士は、冷却材流路５５が互いに貫通するように数ヶ所を位置決めピン５６で凹凸嵌合させ、位置決めしている。そして、中性子反射部３５ａの上下端の金属板５４を用いて、全ての金属板５４が連結棒５７を備えた連結手段を用いて一体的に連結され、結合される。各金属板５４を積層させることにより、製作性が向上し、さらに、各々発生する熱膨張や熱応力を分散させて吸収し、低く押えることができる。

前記中性子反射部３５ａは、積層される複数の金属板５４あるいは図示しないＳｉＣ板からなり、各金属板５４は、クロムモリブデン鋼、ニッケル（Ｎｉ）鋼、ニッケルを主成分とする金属あるいはインコネルで構成される。インコネルはクロムと鉄を含む耐食耐熱合金である。

さらに、反射体３５の中性子反射部３５ａは、各金属板５４あるいはＳｉＣ板に互いに連通するように開けられた複数の冷却材流路５５により、中性子と中性子反射部３５ａの間の相互作用により発生したγ発熱を一次冷却材２６で冷却し、中性子反射部３５ａの材料温度を下げることができる。さらに、積層された各金属板５４あるいはＳｉＣ板に形成される冷却材流路５５は原子炉容器２０（外周）側より炉心２５（内周）側の方が多く、密に開けられている。各冷却材流路５５の数は炉心２５側が密に、原子炉容器２０が粗に構成され、炉心２５側で多く発生するγ発熱の冷却能力を高めている。これにより、中性子反射部３５ａの金属板５４全体の温度の均一化を図り、熱膨張差による変形を抑えることができる。

一方、反射体３５のキャビティ部３５ｂは、図２乃至図４に示すように構成され、複数の筒状の密閉容器６０を備える。ここでは密封容器６０を円筒形状とした場合について説明する。円筒状の密閉容器６０は例えば２列で各列３個ずつの密閉容器６０が積層される。２列３個ずつの密閉容器６０の上端部と下端部に端板６３が設けられる。上下の端板（金属板）６３は四隅部および中央部が支持棒６１を用いてボルトナット等の連結手段６２で連結され、枠組立体６６が構成される。密閉容器６０は図６に示すように並設され、各列３段ずつの密閉容器６０は積層され、連結手段６２と各支持棒６１で構成される籠状の枠組立体６６内に収容される。枠組立体６６は２列各３段の密閉容器６０を取り囲んで、一体的に保持している。

他方、キャビティ部３５ｂの円筒状密閉容器６０内は、冷却材よりも中性子反射能力が劣る真空またはＨｅ、Ａｒの不活性ガスの気体が封入されている。キャビティ部３５ｂに円筒状の密閉容器６０を採用することにより、製作性に優れ、製造が容易でコストの低減が図れる一方、熱変形や外圧による変形、および座屈に強い構造とすることができる。万一、密閉容器６０の１つが破損しても、１つの密閉容器６０内に冷却材が侵入し、充填されるだけであり、残りの密閉容器６０は健全性が保たれ、キャビティの機能を維持することができる。

また、円筒状密閉容器６０の採用により、キャビティ部３５ｂと炉心槽２８および隔壁２９との間の冷却材流路が充分に確保することができ、炉心２５側で多く発生するγ発熱の冷却能力を高めることができる。各密閉容器６０は、密閉容器６０の周囲に籠状に配置された枠組立体６６の支持棒６１の内側に安定的に収納されている。支持棒６１は密閉容器６０の水平方向拘束のためのガイドの機能を果たしている。

図２に示す反射体３５の場合では、例えば２列３段、計６個の密閉容器６０は、支持棒６１の枠組立体６６の内部に積み重ねられるように並設される。反射体３５のキャビティ部３５ｂを独立して複数の密閉容器６０に分割することにより、キャビティ部３５ｂに独立した密閉容器を複数、例えば６個形成することができるので、密閉容器を１個で形成する場合よりも、密閉容器６０が破損し、一次冷却材２６が密閉容器６０内部に漏洩し、内部の真空または気体が密閉容器６０内部から失われた場合の炉心制御に関わる影響度を低減することができる。ここで、密閉容器６０内部に真空や気体を封入するだけでなく、密閉容器６０内に一次冷却材２６よりも中性子反射能力が劣る物質を封入してもよい。この物質は、ボロン、ハフニウム、タンタル等の金属またはそれらの化合物である。

また、反射体３５のキャビティ部３５ｂはその上端および下端の少なくとも一方には弾性部材からなる熱膨張吸収手段６４が装着されており、支持棒６１の枠組みと密閉容器６０との間に生じた上下方向の熱膨張差や、密閉容器６０の内部の気体の熱膨張により発生した密閉容器６０の上下方向の変位の吸収を図ることができる。

この熱膨張吸収手段６４は、図３に示す例ではコイルばねを示しているが、皿ばねまたは板ばねでも良い。ここで、この熱膨張吸収手段６４による荷重は小さく、さらに、中性子反射部３５ａの吊り荷重は支持棒６１に作用するため、密閉容器６０に作用する荷重は十分小さい。密閉容器６０には、一次冷却材２６による外圧以外の機械的荷重を低く抑えることができ、密閉容器６０の健全性を保つことができる。

さらに、反射体３５のキャビティ部３５ｂの上部には、図３および図７に示すように、反射体駆動装置３７（図１参照）から吊り降ろされた駆動軸３６と遠隔で接続可能な継手５１が備えられている。この継手５１とキャビティ部３５ｂの間は自在継手５０で接続されている。また、キャビティ部３５ｂと中性子反射部３５ａの間も自在継手５２で接続されている。

このように反射体３５の各構成要素を自在継手５０、５２で接続し、多関節にすることにより、原子炉半径方向の温度差や上下方向の温度差で生じる熱膨張による反りを抑えることができ、反射体３５を原子炉緊急停止時にスムーズで自由に落下させることができ、所定の落下時間以内に落下させることが可能となる。

また、反射体３５の中性子反射部３５ａの上下端と、キャビティ部３５ｂの上下端には間隔を保持するパッド６５が設けられており、反射体３５と炉心槽２８の間のギャップを一定に保ち、原子炉緊急停止時にスムーズに反射体３５を落下させることができ、落下の自由度を大きくして所定の落下時間以内にできる構造としている。なお、バッド６５の取付方法は、溶接でもねじ止めでもよい。

中性子反射部３５ａとキャビティ部３５ｂの間にはすき間Ｇが設けられており、反射体３５の下方から中性子反射部３５ａに開けられた冷却材流路５５に流入し、中性子反射部３５ａを冷却した一次冷却材２６はすき間Ｇから流出できるようになっている。また、自在継手５２はこのすき間Ｇの中心部分に装着されており、中性子反射部３５ａとキャビティ部３５ｂが屈折できるようになっている。

図８（Ａ）および（Ｂ）は、反射体３５のキャビティ部３５ｂを構成する枠組立体６６の各支持棒６１の上下部の取付部を示す構造図である。支持棒６１の先端部分は、ねじ切を施し、支持棒６１のねじ部にナットをねじ結合させて連結手段６２が構成される。中性子反射部３５ａの吊り荷重は各支持棒６１に作用する構成となっている。

また、反射体３５のキャビティ部３５ｂには、円筒状の密閉容器６０が複数個が列状に積み重ねられる。キャビティ部３５ｂの密閉容器６０は、弾性部材としての熱膨張吸収手段６４（図３，図８（Ａ）参照）により上下方向が拘束される。水平方向の拘束は密閉容器６０の上下端に凹凸部を形成し、凹凸係合させることで行われる。

密閉容器６０同士の接合面に共に凸部を形成した場合には、図９（Ａ）に示すように、開口を設けた枠組み６７の中間リブを利用し凸部同士を突き合せて枠組み６７に嵌合させることで拘束し、一方の密閉容器６０の端面に凸部を形成し、対向する密閉容器６０の端面に凹部を形成した場合には、図９（Ｂ）に示すように密閉容器６０同士を直接凹凸結合６９させることで拘束している。

このように、密閉容器６０同士の接続部は図９（Ａ）および（Ｂ）に示すように密閉容器６０と枠組み６７の中間リブと嵌め合いあるいは密閉容器６０同士の凹凸結合により拘束することができる。反射体３５のキャビティ部３５ｂに複数の密閉容器６０を組み合せ、支持棒６１と連結手段６２により上下の端板６３間で連結しても、密閉容器６０同士の支持構造と、熱膨張吸収手段６４および密閉容器６０同士の嵌め合い構造とを組み合せることで、すなわち、籠型配置の枠組立体６６の支持棒６１と、上記密閉容器６０同士の嵌め合い構造を組み合せることにより、上下方向の拘束と水平方向の拘束を行い、据付時、運転時、原子炉緊急停止時、地震時等の過度の振動や揺れで密閉容器６０が破損することを有効に防ぐことができる。

この実施の形態に示された、反射体制御方式の高速炉２０においては、炉心２５の反応度を制御する反射体３５を周方向に複数に分割（数分割乃至１０数分割）して独立して昇降駆動できるように構成した上で、反射体３５の中性子反射部３５ａを複数の金属板５４を積層させて一体化し、各々に発生する熱膨張、熱応力を分散させて吸収する構造とする一方、反射体３５のキャビティ部３５ｂは、複数の円筒状密閉容器６０を組み立てて構成したので、構造健全性とメンテナンス性だけでなく、製作性にも優れた中性子反射体を実現でき、信頼性の高い高速炉を提供できる。

［第１の実施の形態の変形例］
図１０は、反射体制御方式の高速炉の第１の実施形態の変形例を示すものである。

この第１変形例に示される反射体制御方式の高速炉の全体的構成は図１乃至図８に示すものと異ならないので、同じ構成には、同一符号を付して説明を省略する。

図１０は、反射体３５のキャビティ部３５ｂは、複数の円筒状密閉容器６０、例えば２列３段６個の密閉容器６０で構成されるが、キャビティ部３５ｂの密閉容器６０は、隔壁７０との溶接により一体構造に構成される。キャビティ部３５ｂの各密閉容器６０は、各列毎に隔壁７０との溶接により一体構造としても、２列とも隔壁７０との溶接により一体構造に構成してもよい。

第１変形例に示された反射体３５は、キャビティ部３５ｂの密閉容器６０は、破損時の炉心制御に関わる影響を低減するため、複数に例えば２列３段に分割される。密閉容器６０の上下端に凹凸部を形成し、嵌め合い構造とした場合、密閉容器６０上下端の構造材が重なるため、反応度が高まり、キャビティ部３５ｂの機能が低下する恐れがある。

そのため、密閉容器６０同士は嵌め合い構造ではなく、隔壁７０と円筒を溶接により一体構造とし、密閉容器６０の分割と、分割部の水平方向支持を行うものである。一体構造の採用により、凹凸部の嵌め合い構造の場合よりも、構造材体積を低減することができ、キャビティ部３５ｂの反応度が低下して、キャビティの機能を高めることができる。

この第１変形例の反射体３５によれば、構造健全性と機能性に優れた中性子反射体を実現し、信頼性の高い反射体方式の高速炉を提供できる。

［第２の実施の形態］
図１１は、反射体制御方式の高速炉の第２の実施の形態を示す反射体の拡大平断面図である。

第２の実施の形態に示す高速炉は、反射体のキャビティ部を改良したもので、他の構成は、図１乃至図８に示す反射体制御方式の高速炉と構成を同じくするので、同じ構成には同一符号を付して説明を省略する。反射体３５のキャビティ部３５ｂは、下部の中性子反射部３５ａの領域の上方延長線状に形成され、この延長線で囲まれたキャビティ部３５ｂの領域内に納まる最大径の円筒状密閉容器７５が２本並設される。

図１１に示された反射体３５のキャビティ部３５ｂは、キャビティ部３５ｂの領域内に収まる最大径の円筒状密閉容器７５の配置形式を変更したものである。キャビティ部３５ｂには、２個の円筒状密閉容器７５が並設され、上下の扇状端板６３の四隅部に支持棒６１を通し、連結手段６２で連結して枠組立体６６を構成したものである。２個の円筒状密閉容器７５は枠組立体６６内に収容され、一体化される。密閉容器７５の肉厚は３ｍｍ〜５ｍｍのものが用いられる。

２本の密閉容器７５を並設してキャビティ部３５ｂを構成することにより、密閉容器７５の構造材体積を少なくすることができる。密閉容器７５の構造材は原子炉径方向の距離が最小となり、かつ中性子反射部３５ａの領域に収まる最大の大きさの密閉容器７５を配置したものである。反射体３５のキャビティ部３５ｂに２本の円筒状の密閉容器７５を並列に配置することにより、密閉容器７５の本数を少なく、しかも円筒形状であるので製作が容易であるとともに、構造健全性とキャビティ性能に優れた中性子反射体を実現することができ、信頼性の高い反射体制御方式の高速炉を提供できる。

［第２の実施の形態の変形例］
図１２（Ａ）〜（Ｃ）は、反射体制御方式の高速炉の第２の実施の形態の変形例を示すものである。

図１２（Ａ）〜（Ｃ）は、反射体制御方式の高速炉に備えられる反射体３５のキャビティ部３５ｂを、密閉容器の配置形式を設計条件に応じて変更したものであり、高速炉の全体的構成は図１乃至図８に示す第１の実施の形態に示されたものと異ならないので、同じ構成には同一符号を付して説明を省略する。

図１２（Ａ）は、反射体３５のキャビティ部３５ｂに図１１に配置される密閉容器７５より小径であるが、中間程度の径の密閉容器７６を複数本、例えば９本、列状に配置したものである。各密閉容器７６は互に同じ径を有するものが選択される。同じ径の密閉容器７６を製作することで、製造が容易となり、コストの低減を図ることができる。

また、図１２（Ｂ）は、反射体３５のキャビティ部３５ｂの真空または不活性ガスの気体が占める体積が最大となるように、異なる複数径の種類の円筒型密閉容器７７、７８、７９、８０を配置したものである。

さらに、図１２（Ｃ）は、反射体３５のキャビティ部３５ｂに細径の密閉容器８２を多数配置し、密閉容器８２の破損時にキャビティ部３５ｂの炉心反応度への影響を最小限にする構造としたものである。密閉容器８２の径は、異なってもよく、例えば、外周側に位置する密閉容器から内周側に位置する密閉容器の径が漸次小さくなるように構成しても、あるいはその逆に漸次大径になるように配置してもよい。

図１２（Ａ）から図１２（Ｃ）に示す反射体３５のキャビティ部３５ｂにおいても、各密閉容器を円筒形状とすることにより製作が容易となり、また、構造健全性と性能に優れた中性子反射体を実現し、信頼性の高い反射体制御方式の高速炉を提供できる。

図１２（Ａ）〜図１２（Ｃ）は、反射体３５のキャビティ部３５ｂにおいて、枠組立体６６内に複数の円筒状密閉容器７６〜８２がそれぞれ配置されるが、各密閉容器７６〜８２の構造体が占める中実部の体積は、キャビティ部３５ｂの全容積の２０％以下、好ましくは１５％以下となるように設計される。云い換えれば、各円筒状密閉容器７６〜８２の空間が占める体積が、キャビティ部３５ｂの全容積の８０ｖｏｌ．％となるように設計される。

また、キャビティ部３５ｂに備えられる円筒状の密閉容器７５〜８２は、大きい管径の肉厚が３〜５ｍｍ、小さい管径の肉厚が１〜２ｍｍが適宜選択される。密閉容器７５〜８２は、中性子吸収能力が低いフェライト鋼で形成しても、中性子吸収能力が長期にわたって低下することが少ないハフニウム管で構成してもよい。ハフニウム管は、ハフニウム同位体数が多く、中性子吸収能力の低下割合が少ないため、長寿命に適したものとなる。

［第３の実施の形態］
次に本発明に係る反射体制御方式の高速炉の第３の実施の形態について、図１３乃至図１５を参照して説明する。

第３の実施の形態に示された高速炉２０Ａの全体的な構成は、第１の実施の形態に示された高速炉２０の構成と、反射体の構造を除いて異ならないので、同じ構成には同一符号を付して、説明を簡素化する。

この反射体制御方式の高速炉２０Ａは、図１３に示すように、高速炉２０Ａは、一次冷却材２６が収容された原子炉容器２１と、原子炉容器２１内に配置され、一次冷却材２６に浸された炉心２５と、炉心２５の周縁外方に上下方向移動自在で配置されるとともに、上下方向へ移動することによって炉心２５から発生する中性子の漏洩を調整し、炉心２５の反応度を制御する反射体８５とを備えている。

このうち、反射体８５は、図１４（Ａ）および（Ｂ）に示すように、一次冷却材２６よりも中性子反射能力が高い中性子反射部８５ａと、中性子反射部８５ａの上方に位置し、一次冷却材２６より中性子反射能力が低いキャビティ部８５ｂとを有している。ここで図１４（Ａ）は、反射体８５を正面から見た正面図であり、図１４（Ｂ）は、反射体８５を側方から見た側方図である。

中性子反射部８５ａの中性子反射能力は、一次冷却材２６の中性子反射能力よりも高いので、炉心２５の反応を活性化することができる。具体的には、中性子反射部８５ａは、炉心２５における核燃料の核反応によって放出された中性子を炉心２５へ反射することができ、炉心２５における核反応を継続させることができる。

他方、キャビティ部３５ｂの中性子反射能力は一次冷却材２６の中性子反射能力よりも低いので、炉心２５における核反応（核分裂）によって放出された中性子をより透過させることができる。このため、炉心２５の核反応を抑制することができる。このため、炉心２５の反応度寿命を長くすることもできる。

また、図１４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、中性子反射部８５ａは、積層された複数の金属板５４からなっている。そして、この金属板５４は、図１５（Ａ）に示すように、一次冷却材２６が流れる複数の冷却材流路５５を有している。また、この冷却材流路５５の数は、原子炉容器２１側よりも炉心２５側の方が多くなっている。ここで、図１５（Ａ）は、中性子反射部８５ａの金属板５４の横断面図である。

また、図１３に示すように、炉心２５の周縁外方には炉心槽２８が設けられている。また、原子炉容器２１はガードベッセル２３によって覆われている。また、炉心２５内には燃料集合体２７が装荷されている。

図１４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、キャビティ部８５ｂの上部には、自在継手５０および継手５１を介して駆動軸３６が連結され、この駆動軸３６の上端には反射体駆動装置３７が連結されている。また、中性子反射部８５ａは、キャビティ部８５ｂと自在継手５２を介して連結されている。また、図１３に示すように、駆動軸３６の上端の周縁は、上部プラグ２４によって閉塞されている。

一方、図１３に示すように、反射体８５の外側には、反射体８５を取り囲み、一次冷却材２６の流路の内壁を構成する隔壁２９が設けられている。隔壁２９の外側に設けられた原子炉容器２１は、隔壁２９との間に間隔を開けて一次冷却材２６の流路の外壁を構成している。一次冷却材２６の流路中には、中性子遮蔽体４１が炉心２５を取り囲むように配置されている。炉心２５と炉心槽２８、および隔壁２９と中性子遮蔽体４１は全て、炉心支持板３０に搭載され支持されている。この炉心支持板３０は、原子炉容器２１内周に取り付けられた炉心支持台３１上に支持される。

他方、図１３に示すように、上部プラグ２４の上面には、炉停止棒駆動装置３９が設けられる。炉停止棒駆動装置３９には、下方に延びた炉停止棒３８が連結されている。炉停止棒駆動装置３９および反射体駆動装置３７は、格納ドーム４０によって覆われている。

また、原子炉容器２１内には、一次冷却材２６を循環させる電磁ポンプ４５と、この一次冷却材２６と液体ナトリウムの二次冷却材（図示せず）とを熱交換する中間熱交換器４６とが設けられている。また、二次冷却材は入口ノズル４７から中間熱交換器４６に流入され、中間熱交換器４６で一次冷却材２６と熱交換されて温度上昇した後、出口ノズル４８から原子炉容器２１外へと導かれる。

また、図１４（Ａ）、（Ｂ）および図１５（Ｂ）に示すように、各金属板５４は、冷却材流路５５が貫通するように、複数の位置決めピン５６によって位置決めされている。また、中性子反射部８５ａの上下端の金属板５４を使って全ての金属板は連結棒５７で連結されている。このように、金属板５４を積層させることによって製作性が向上し、さらに各金属板５４に発生する熱応力や熱膨張を分散させて低く抑えることができる。

一方、反射体８５のキャビティ部８５ｂは、図１５（Ａ）および図１６に示すように、梁や板で構成された枠組立体６６と、枠組立体６６内で保持された複数の箱型の密閉容器８８とを有している。密閉容器８８の内部は、一次冷却材２６よりも中性子反射能力が劣る不活性ガス等の気体で内封されてもよいが、真空に保たれていてもよい。なお、図１４（Ａ）、（Ｂ）では、２列５段、つまり計１０個の密閉容器８８が枠組立体６６の内部に積み重ねられ、保持されている。なお、図１６は、密閉容器８８の斜視図であり、図１５（Ａ）は、キャビティ部８５ｂの横断面図である。

密閉容器８８には、中性子反射能力が一次冷却材２６より劣る気体が内封されるだけでなく、中性子反射能力が一次冷却材２６より劣るボロン、ハフニウム、タンタル等の金属またはそれらの化合物が内封されていてもよい。

また、図１４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、枠組立体６６内の最も上方に配置された密閉容器８８の上端と枠組立体６６の上端端板９０との間に、熱膨張吸収手段８９である弾性部材が設けられている。このような熱膨張吸収手段８９の弾性部材としては、コイルばね、皿ばね、板ばねなどが用いられる。

この熱膨張吸収手段８９は、積層された密閉容器８８の上下方向を弾力的に拘束し、熱膨張や熱変形を吸収するものであり、熱膨張吸収手段８９から密閉容器８８に働く荷重は小さい。また、反射体８５の中性子反射部８５ａを吊す荷重は、枠組立体６６の枠組み８７に作用するため、密閉容器８８に作用する荷重は十分小さい。このため、密閉容器８８に加わる一次冷却材２６からの外圧以外の機械的荷重を低く抑えることができ、密閉容器８８の健全性を保つことができる。

ところで、図１４（Ａ）、（Ｂ）においては、枠組み８７内の最も上方に配置された密閉容器８８の上端と枠組み８７の端板９０との間に熱膨張吸収手段８９が設けられている態様を用いて説明したが、これに限ることなく、枠組み８７内の最も下方に配置された密閉容器８８の下端と枠組み８７の下端との間に、熱膨張吸収手段８９を設けても良い。

反射体８５の、中性子反射部８５ａとキャビティ部８５ｂとの間には、間隙Ｇが設けられている。このため、一次冷却材２６は、反射体８５の中性子反射部５５ａ下方から、中性子反射部８５ａの冷却材流路５５に流入した後、この間隙Ｇから中性子反射部８５ａの外方に流出することができる。また、自在継手５１は、この間隙Ｇの中心部分に装着されている。

ところで、反射体８５の中性子反射部８５ａは、炉心２５からの中性子の漏洩を防止することによって、炉心２５の反応度を制御する機能を有するが、中性子反射部８５ａが多くの冷却材流路を有し、中性子反射部８５ａの冷却材流路を除く実質的体積が、中性子反射部８５ａの占める全体積の８０％より小さくなってしまうと、中性子の漏洩を十分に防止することができない。このため、中性子反射部８５ａのうち冷却材流路を除く部分の体積が、中性子反射部８５ａの占める全体積の８０％から９５％であることが好ましい。逆に、中性子反射部８５の冷却材流路の体積は、２０ｖｏｌ．％以下であることが好ましい。

また、反射体８５のキャビティ部８５ｂは一次冷却材２６より中性子反射能力が低いため、炉心２５が一次冷却材２６で覆われている場合に比べて、炉心２５の反応度を低く抑えるが、キャビティ部８５ｂを構成する構造材の体積が、キャビティ部８５ｂの占める全体積の１０％より大きくなると、中性子反応能力が高くなってしまい、十分な機能を発揮することができない。このため、キャビティ部８５ｂを構成する構造材の体積は、キャビティ部８５ｂの占める体積の１０ｖｏｌ．％以下であることが好ましい。

次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について述べる。

高速炉２０Ａの運転により、電磁ポンプ４５を駆動させると、一次冷却材２６はポンプ駆動力によって、原子炉容器２１内で循環せしめられる。電磁ポンプ４５の駆動により、一次冷却材２６は原子炉容器２１内を下降し、原子炉容器２１の底部で反転して炉心２５内へ流入し、炉心２５内を上動する。一次冷却材２６が炉心２５内を上動する間に、一次冷却材２６は炉心２５内の燃料集合体２７の核反応によって発生した熱を吸収し、加熱される。

このとき、反射体駆動装置３７によって、反射体８５を初期の下降位置から駆動され、この反射体８５により、炉心２５から発生する中性子の漏洩が調整され、炉心の反応度が制御される（図１３参照）。そして、中性子反射部８５ａでは、炉心２５から発生する中性子と相互作用することによって、γ発熱が発生している。

その際、反射体８５の中性子反射部８５ａは、複数の金属板５４を積層することによって構成されるので、金属板５４の各々に発生する熱膨張や熱応力を分散させることができ、中性子反射部８５ａ全体としてのひずみを低く抑えることができる。

また、図１４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、駆動軸３６とキャビティ部８５ｂとは自在継手５０で接続され、かつキャビティ部８５ｂと中性子反射部８５ａとは自在継手５２で接続され、多関節になっている。このため、原子炉半径方向の温度差や上下方向の温度差で生じる熱膨張による反りを抑えることができ、中性子反射部８５ａおよびキャビティ部８５ｂが変形することを、より効率よく防止することができる。

また、図１４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、キャビティ部８５ｂの枠組立体６６内の最も上方に配置された密閉容器８８の上端と枠組立体６６の上端の端板９０との間に、熱膨張吸収手段８９として弾性部材が設けられている。このため、枠組立体６６と密閉容器８８との間に生じた上下方向の熱膨張差や、密閉容器８８の内部の気体の熱膨張により発生した密閉容器８８の上下方向の変位を吸収することができる。

次に、炉心２５内で熱せられた一次冷却材２６は、隔壁２９内を上昇し、中間熱交換器４６に達する（図１参照）。中間熱交換器４６では一次冷却材２６は二次冷却材と熱交換され、二次冷却材を加熱して温度降下する。一次冷却材２６は続いて電磁ポンプ４５に案内され、この電磁ポンプ４５から下方に吐出される。電磁ポンプ４５から吐出された一次冷却材は原子炉容器２１と隔壁２９の間に形成された流路を下降し、原子炉容器２１の下部で反転して再び炉心２５に案内される。

この一次冷却材２６によって、中性子と中性子反射部８５ａの間の相互作用により発生したγ発熱を冷却し、中性子反射部８５ｂの材料温度を下げることができる。この結果、中性子反射部８５ａが、熱膨張差によって変形することを防止することができる。

また、図１５（Ｂ）において、金属板５４の冷却材流路５５の数は、原子炉容器２１側よりも炉心２５側の方が多くなっている。このため、炉心２５側で多く発生するγ発熱の冷却能力を高め、金属板５４全体の温度の均一化を図り、熱膨張差による変形を抑えることができる。

次に、一次冷却材２６は、中間熱交換器４５内で二次冷却材（図示せず）と熱交換され、冷却される（図１参照）。このように熱交換された二次冷却材は出口ノズル４８から図示しない蒸気発生器に送られ、タービン駆動内の蒸気を発生させている。

ところで、反射体８５の中性子反射部８５ａは、図１４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、積層された複数の金属板５４から構成され、各金属板５４は、互いに、位置決めピン５６および連結棒５７によって連結されている。このため、中性子反射部８５ａを使用する環境に応じて、金属板５４の枚数を適宜調整することができ、高い制作性を実現することができる。

また、駆動軸３６と反射体８５のキャビティ部８５ｂとは自在継手５０で接続され、かつキャビティ部８５ｂと中性子反射部８５ａとは自在継手５２で接続され、多関節になっている。このため、高速炉２０Ａを緊急停止する時に、反射体８５が炉心槽２８や隔壁２９と接触しても、自在継手５０、５２で、中性子反射部８５ａやキャビティ部８５ｂを自在に傾斜させることができ、追従移動性が良好となる。この結果、反射体８５を所定の時間以内に落下させることができる。

また、図１４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、キャビティ部８５ｂは、独立した複数の密閉容器８８を有している。このため、例え、密閉容器８８のうちの一つが破損し、一次冷却材２６が密閉容器８８内部に漏洩し、密閉容器８８による中性子反射能力を低く抑えることができなくなっても、炉心２５の反応制御に及ぼす影響を最小限に食い止めることができる。

なお、第３の実施の形態の説明では、密閉容器８８内は、真空あるいは不活性ガス等の気体が封入された例を説明したが、密閉容器８８の内部に冷却材よりも中性子反射能力が劣る物質を収容させてもよい。中性子反射能力が劣る物質としては、ボロン、ハフニウム、タンタル等の金属またはそれらの化合物がある。

また、キャビティ部８５ｂの枠組立体６６は、密閉容器８８を保持するのに十分な強度を有する必要がある。キャビティ部８５ｂの枠組立体６６は炉心２５近傍に位置しているので、放射線によって、スウェリングや材料の靭性低下が生じる。このため、枠組立体６６の材料としては、一般的に、高温強度、耐放射線性に優れるクロム−モリブデン鋼、特に９Ｃｒ−１Ｍｏ鋼やそれを改良した９Ｃｒ−１Ｍｏ−Ｖ鋼等が用いられている。

さらに、枠組立体６６は溶接して製造されているが、このように溶接して枠組立体６６の枠組み８７を製造すると、クロム−モリブデン鋼が溶接時に割れやすい材料であるため、溶接した枠組み８７の強度が下がり、枠組み８７が損傷する可能性を否定することができない。

各枠組み８７は溶接に代えて、ボルト等を用いてユニット化し、枠組みユニットで製造してもよい。また、各枠組みユニットはボルト等を用いて連結しているので、枠組み８７の分解、点検、交換などを容易にすることができる。

［第４の実施の形態］
図１７および図１８は、本発明に係る反射体制御方式の高速炉の第４の実施の形態を示すものである。

この実施の形態に示された高速炉２０Ｂは、原子炉容器内に備えられる反射体構造に特徴を有し、他の構成は、第１の実施の形態に示される高速炉２０と構造を実質的に異ならないので、同じ構成には同一符号を付して、説明を省略乃至簡略化する。

図１７は、反射体制御方式の高速炉２０Ｂの縦断面図であり、図１８は図１７の高速炉２０Ｂに備えられる反射体９５を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。

図１７に示す反射体制御方式の高速炉２０Ｂでは、原子炉容器２１内に炉心２５が収容されると共に、一次冷却材としての液体ナトリウムが満たされている。炉心２５は、核燃料の燃料集合体２７が配列されて成り、全体として円柱形状に構成される。この炉心２５は、その外側が炉心槽２８に取り囲まれて保護されている。

炉心槽２８の外側に、円柱形状の隔壁２９が設けられ、この隔壁２９および炉心２５、炉心槽２８は炉心支持板３０上に支持されている。この隔壁２９と炉心槽２８との間に、全体として円筒状あるいは円環形状の反射体９５が配置される。また、隔壁２９と原子炉容器２１との間に、一次冷却材２６の冷却材流路が円環形状に形成され、この冷却材流路内に、炉心支持板３０にて支持された中性子遮蔽体４１が配置される。この中性子遮蔽体４１は、炉心２５から反射体９５を通過または迂回して放射される中性子を遮蔽する。また、原子炉容器２１の外側にガードベッセル２３が設けられて、原子炉容器２１が保護される。

原子炉容器２１内においては、中性子遮蔽体４１の上方に電磁ポンプ４５が配置され、この電磁ポンプ４５の上方に中間熱交換器４６が配置される。電磁ポンプ４５は、原子炉容器２１内の一次冷却材を、実線矢印の如く、冷却材流路内において上方から下方へ向って流動させる。また、中間熱交換器４６のチューブ側とシェル側に、それぞれ一次冷却材と二次冷却材が熱交換可能に流れる。

反射体９５は、駆動軸３６を介して反射体駆動装置３７により、炉心２５の軸方向、つまり高速炉２０Ｂの上下方向に移動可能に駆動される。駆動軸３６は、図１６及び図１７にも示すように、継手５１、自在継手５０を介して反射体９５に連結され、原子炉容器２１の上部を閉塞する上部プラグ３６を貫通して原子炉容器２１の上下方向に延在する。また、反射体駆動装置３７は上部プラグ３６に設置される。反射体は、高速炉２０Ｂの上下方向に移動することで、炉心２５からの中性子の漏洩を調整して、この炉心２５の反応度を制御する。

つまり、反射体９５は、炉心２５から照射される中性子を反射する下部の中性子反射部９５ａと、一次冷却材よりも中性子反射能力が低い上部の中性子吸収部９５ｂと、を有して構成される。中性子反射部９５ａが、炉心２５から照射される中性子を反射して、炉心２５の核燃料の燃焼・増殖を促進する。この反射体９５の中性子反射部９５ａは、高速炉２０Ｂの運転開始当初、炉心２５に対して下方に位置し、運転期間の経過に伴い上方へ移動して、炉心２５の新しい燃料部分を徐々に燃焼させて、この炉心２５の反応度の低下を補う。

高速炉２０Ｂの運転により、原子炉容器２１内の一次冷却材２６は炉心２５を冷却しつつ、この燃料集合体２７の核分裂により発生した熱を外部へ取り出す。一次冷却材２６は、実線矢印に示すように、電磁ポンプ４５によって冷却材流路内を下方へ流動させ、中性子遮蔽体の内部を流れて原子炉容器２１の底部に至る。この一次冷却材２６は、原子炉容器２１の底部で反転して炉心２５内へ至り、この炉心２５を上方へ移動して温度が上昇し、中間熱交換器４６のチューブ側に流入する。この中間熱交換器４６内で、一次冷却材は二次冷却材と熱交換を行った後、再び電磁ポンプ４５により冷却材流路内を下方へ流動する。

二次冷却材は、入口ノズル４７を経て中間熱交換器４６のシェル側に流入し、この中間熱交換器４６のチューブ側を流れる一次冷却材により加熱された後、出口ノズル４８から外部へ流出し、その熱がタービンなどを用いて動力等に変換される。尚、図１６中の符号３８は炉停止棒であり、この炉停止棒３８は、上部プラグ３６に設置された炉停止棒駆動装置３９により駆動される。

ところで、図１８（Ａ）、（Ｂ）に示すように、反射体９５における上部の中性子吸収部９５ｂは、中性子吸収金属板９６としてのハフニウム板９６が積層して構成される。ここで、中性子を吸収する中性子吸収金属板９６としては、ハフニウム、ボロンまたはタンタルのいずれか一種が好適であるが、本実施の形態ではハフニウムが用いられる。

このハフニウム板９６には、図１８（Ｂ）に示すように、複数の冷却材流路９７が形成されると共に、例えば２本の貫通孔が設けられ、更に位置決めピン９８が設けられる。各ハフニウム板９６は、冷却材流路９７がそれぞれ連通するように位置決めピン９８により位置決めされる。この状態で、複数枚のハフニウム板９１の貫通孔に、図１８（Ａ）、（Ｂ）に示す連結棒９９が貫通され、中性子吸収部９５ｂの上下両端に配置された金属板（端板）１００に、上記連結棒９９の両端部が固定されることで、複数枚の積層されたハフニウム板９６が結合される。

このように、ハフニウム板９６が積層されて中性子吸収部９５ｂが構成されることにより、中性子吸収部９５ｂの製作性が向上し、更に、中性子吸収部９５ｂに発生する熱膨張や熱応力を、ハフニウム板９６の各々に分散させることで、吸収し、低く抑えることが可能となる。

さらに、各ハフニウム板９６の複数の冷却材流路９７内を流れる一次冷却材によって、中性子とハフニウム板９６の間の相互作用により発生したγ発熱が冷却され、中性子吸収部９５ｂの温度を低下させることが可能となる。

ここで、各ハフニウム板９６に複数形成された冷却材流路９７の数は、図１９に示すように、炉心２５側が原子炉容器２１側よりも多く形成されている。これにより、各ハフニウム板９６の炉心２５側において多く発生するγ発熱に対して、冷却材による冷却能力が高められ、ハフニウム板９６全体の温度の均一化が図られる。と同時に、ハフニウム板９６における炉心２５側と原子炉容器２１側との熱膨張差による変形が抑制される。

反射体９５の中性子吸収部９５ｂがハフニウム板９６にて構成されることで、中性子吸収部９５ｂの破損が防止され、この中性子吸収部８５ｂが一次冷却材で置換されることによる炉心反応度の挿入（上昇）が回避されるが、ハフニウム板９６が中性子を若干反射することで、中性子反射部４５と中性子吸収部９５ｂとの中性子反射能力差が減少して、反射体の反応度制御能力が３０％程度低下してしまう。

そこで、本実施の形態では、反射体９７の下部の中性子反射部９５ａにフェライト系ステンレス鋼よりも中性子反射能力が大きく、且つ、中性子の反射時に中性子を減速させることで炉心２５の反応度の増大が可能なＳｉＣ（炭化珪素）を用いて中性子反射部９５ａを構成することで、反射体９５の反応度制御能力を増大（３０〜４０％程度増大）させるものである。

つまり、反射体９５の中性子反射部９５ａは、図１８（Ａ）、（Ｂ）及び図２０（Ａ）、（Ｂ）に示すように、反射部エレメント１０１が積層されて構成される。各反射部エレメント１０１は、フェライト系ステンレス鋼製の収納箱１０２内に、ＳｉＣ材からなる複数のブロック１０３が多数収納されて構成される。各反射部エレメント１０１には貫通孔１０５が複数設けられる。これらの貫通孔１０５に、フェライト系ステンレス鋼製の連結棒１０６が貫通されて、各反射部エレメント１０１が位置決めされる。この状態で、下部の中性子反射部９５ａの上下両端に配置された金属板１０８に、連結棒１０９の両端が固定されることで、複数の積層された反射部エレメント１０７が結合され、連結ユニットが形成される。この金属板１０８も、フェライト系ステンレス鋼で構成されることが好ましい。

各反射部エレメント１０１の収納箱１０２が、一次冷却材を流出入可能とし、且つ熱変形を吸収可能な構造に構成される。即ち、収納箱１０２の側板１１０は、互いに結合される端部１１０ａ、１１０ｂが、Ｕ字形状に形成されて嵌合される。この嵌合された両端部１１０ａ、１１０ｂの間の隙間から、一次冷却材が流出入可能に設けられる。また、両端部１１０ａと１１０ｂが嵌合された状態で、側板１１０が、この側板１１０の面に平行な方向（図２０（Ｃ）の矢印Ａ方向）に移動することにより、収納箱１０２の熱変形が吸収される。尚、収納箱１０２は、押え板１１２（図２０（Ｂ）参照）によりその開口部が閉塞される。

本実施の形態の高速炉２０Ｂにおいては、反射体９５の中性子吸収部９５ｂは、中性子を吸収するハフニウム板９６にて構成されることから、破損が防止されて構造健全性を向上させることができる。この結果、中性子吸収部９５ｂが破損して一次冷却材に置換されることがなく、炉心反応度の挿入（上昇）を回避できるので、信頼性の高い高速炉２０Ｂを実現できる。

また、反射体９５下部の中性子反射部９５ａは、収納箱１０２内にＳｉＣ材からなる多数のブロック１０３を備えて構成されたことから、炉心２５からの中性子を反射する機能が向上するほか、中性子を減速させて炉心２５の反応度を増加させる機能を有する。この結果、反射体９５の中性子吸収部９５ｂが、ハフニウム板にて構成されて中性子を若干量反射させることになっても、下部の中性子反射部９５ａと中性子吸収部９５ｂとにおいて炉心２５の反応度を制御する能力差が拡大し、反射体２５の反応度制御能力を増大させることができ、高性能な高速炉２０Ｂを実現できる。

反射体９５下部の中性子反射部９５ａにおける各反射部エレメント１０１の収納箱１０２が、一次冷却材を流出入可能とし、且つ熱変形を吸収可能な構造に構成されたことから、収納箱１０２内のＳｉＣ製のブロック１０３を一次冷却材によって良好に冷却することができると共に、収納箱１０２の熱変形による損傷を防止できる。

また、中性子反射部９５ａのＳｉＣ製のブロック１０３を収容する収納箱１０２及び連結棒１０６がフェライト系ステンレス鋼にて構成される。このフェライト系ステンレス鋼は耐放射線性が高く、スウェリングが低いことから、反射体９５の長期間の使用によっても収納箱１０２の変形や破損を防止することができる。

なお、第４の実施の形態では、反射体９５下部の中性子反射部９５ｂの反射体エレメント１０１をＳｉＣ製ブロック１０３を用いた例を示したが、中性子反射部９５ａにおけるブロック１０３がＮｉを主成分とする、Ｎｉ材またはＮｉ系合金材にて構成してもよい。この場合のブロック１０３は、反射した中性子を減速させる機能はないものの、中性子の反射能力は、ＳｉＣ材の場合と同様に、フェライト系ステンレス鋼よりも高くなる。このため、反射体９５の中性子吸収部９５ｂがハフニウム板９６にて構成されて中性子を若干量反射させることになっても、中性子反射部９５ａと中性子吸収部９５ｂとの中性子反射能力差を良好に設定できる。この結果、反射体９５の反応度制御能力を良好に確保でき、高性能な高速炉２０Ｂを実現できる。

第４の実施の形態に示された反射体制御方式の高速炉においては、反射体の中性子反射部は、ＳｉＣ材あるいはＮｉを主成分とする材料で構成されたことから、炉心からの中性子を反射する機能を向上させることができるとともに、核反応による高速中性子を減速させて炉心反応度を増加させる機能を有する。この結果、反射体の反応度制御能力を増大させることができ、高性能な高速炉を実現することができる。

また、反射体の上部の中性子吸収部は、中性子を吸収する中性子吸収金属にて構成されたことから、破損が防止されて構造健全性を向上させることができる。この結果、中性子吸収部が仮に破損しても、冷却材に置換されることがなく、炉心反応度の上昇を回避できるので、長寿命で信頼性の高い高速炉を実現することができる。

なお、本発明に係る反射体制御方式の高速炉の各実施の形態においては、炉心の外側に構造健全性に優れた中性子反射体である反射体を昇降自在に配置した例を説明したが、反射体は下部の中性子反射部と、上部のキャビティ部あるいは中性子吸収部との軸方向長さは、設計条件に応じて種々の変形が考えられる。

本発明に係る反射体制御方式の高速炉の第１の実施の形態を示す縦断面図。 図１に示された高速炉の炉心周りに設けられる反射体の外観斜視図。 前記反射体を炉心側から見た正面図。 前記反射体の側面図。 前記反射体の下部に配置される中性子反射部の平断面図。 前記反射体の上部に配置されるキャビティ部の平断面図。 前記反射体を反射体駆動装置の駆動軸に連結する連結構造を示す継手部の平面図。 前記反射体のキャビティ部に設けられる枠組立体の上端部および下端部の取付状態を示すもので、（Ａ）は図３のＡ部、（Ｂ）は図３のＢ部をそれぞれ示す図。 前記反射体のキャビティ部に備えられる円筒状密閉容器同士の接続部を示すもので、（Ａ）は枠組みを利用した密閉容器同士の嵌め合い状態、（Ｂ）は密閉容器同士の凹凸結合状態をそれぞれ示す図。 反射体制御方式の高速炉の変形例を示すもので、反射体のキャビティ部に備えられる円筒状密閉容器同士の一体結合状態を示す図。 本発明に係る反射体制御方式の高速炉の第２の実施の形態を示すもので、反射体の上部を形成するキャビティ部の平断面図。 図１１のキャビティ部の変形例を示すもので、（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）はそれぞれ異なる態様のキャビティ部を示す平断面図。 本発明に係る反射体制御方式の高速炉の第３の実施の形態を示す縦断面図。 図１３に示された高速炉の炉心外側に配置される反射体を示すもので、（Ａ）は炉心側から見た反射体の正面図、（Ｂ）は反射体の側面図。 図１４に示された反射体を示すもので、（Ａ）は反射体下部の中性子反射部の平断面図、（Ｂ）は反射体上部のキャビティ部の平断面図。 図１４に示された反射体上部のキャビティ部に備えられる箱状密閉容器の斜視図。 本発明に係る反射体制御方式の高速炉の第３の実施の形態を示す縦断面図。 図１７に示された高速炉の炉心外側に設置された反射体を示すもので（Ａ）は炉心側から見た反射体の正面図、（Ｂ）は反射体の側面図。 図１８に示す反射体上部のキャビティ部を示す平断面図。 図１８に示された反射体下部の中性子反射部を示すもので、（Ａ）は中性子反射部の平断面図、（Ｂ）は中性子反射部を炉心側から見た反射体エレメントの部分図、（Ｃ）は前記反射体エレメントの側板の接続関係を示す部分的な平断面図。 従来の反射体制御方式の高速炉を簡略的に示す縦断面図。 従来の反射体制御方式の高速炉を示すもので、炉心周りの反射体と中性子遮蔽体の配置側の縦断面を示す部分図。

符号の説明

２０ 高速炉
２１ 原子炉容器
２２ 台座
２３ ガードベッセル
２４ 遮蔽プラグ
２５ 炉心
２６ 一次冷却材（液体ナトリウム）
２７ 燃料集合体
２８ 炉心槽
２９ 隔壁
３０ 炉心支持板
３１ 炉心支持台
３３ エントランスモジュール
３４ 上部支持板
３５、３５Ａ 反射体
３５ａ 中性子反射部
３５ｂ キャビティ部
３６ 駆動軸
３７ 反射体駆動装置
３８ 炉停止部
３９ 炉停止棒駆動装置
４０ 格納ドーム
４１ 中性子遮蔽体
４５ 電磁ポンプ
４６ 中間熱交換器
４７ 入口ノズル
４８ 出口ノズル
５０、５２ 自在継手
５１ 継手
５４ 金属板
５５ 冷却材流路
５６ 位置決めピン
５７ 連結棒
６０ 密閉容器
６１ 支持棒
６２ 連結手段
６３ 端板（金属板）
６４ 熱膨張吸収手段
６５ パッド
６６ 枠組立体
７０ 隔壁
７５〜８２ 密閉容器
８５ 反射体
８５ａ 中性子反射部
８５ｂ キャビティ部
８７ 枠組み
８８ 密閉容器
８９ 熱膨張吸収手段
９０ 端板（枠組みの上枠）
９５ 反射体
９５ａ 中性子反射体
９５ｂ 中性子吸収部
９６ 中性子吸収金属板（ハフニウム板）
９７ 冷却材流路
９８ 位置決めピン
９９ 連結棒
１００ 金属板（端板）
１０１ 反射部エレメント
１０２ 収納箱
１０３ ブロック
１０５ 貫通孔
１０６ 連結棒
１０８ 金属板
１１０ 側板

Claims (11)

1. 冷却材が収容された原子炉容器と、
   原子炉容器内に配置され、冷却材に浸された炉心と、
   この炉心の外側に上下方向に移動自在に設けられ、前記炉心の反応度を制御する反射体とを備えた反射体制御方式の高速炉において、
   前記反射体は、前記冷却材より中性子反射能力が大きい下部の中性子反射部と、この中性子反射部の上方に位置し、前記冷却材より中性子反射能力が低い上部のキャビティ部とを有し、
   前記キャビティ部は複数の円筒形の密閉容器で構成し、
   前記中性子反射部は積層された複数の金属板からなり、
   前記金属板は、冷却材が流れる複数の冷却材流路を有することを特徴とする反射体制御方式の高速炉。
2. 前記中性子反射部は、積層される複数の金属板あるいはＳｉＣ板からなり、
   前記金属板は、クロムモリブデン鋼、ニッケル鋼、ニッケルを主成分とする金属あるいはインコネルで構成された請求項１記載の反射体制御方式の高速炉。
3. 前記中性子反射部は、積層された複数の金属板あるいはＳｉＣ板に、冷却材が流れる複数の冷却材流路が形成され、これらの冷却材流路が互いに連通して構成された請求項１記載の反射体制御方式の高速炉。
4. 前記中性子反射部の複数の冷却材流路の数は、炉心側が原子炉容器側より多く設けられた請求項３に記載の反射体制御方式の高速炉。
5. 前記キャビティ部に設けられる密封容器は円筒形であり、
   前記反射体は、複数の円筒形の密閉容器の周囲を籠状に取り囲むキャビティ部の枠組立体を有し、
   この枠組立体は、下部の前記中性子反射部の支持と前記キャビティ部を水平方向の拘束を兼用した請求項１に記載の反射体制御方式の高速炉。
6. 前記反射体は、中性子反射部およびキャビティ部の各上下端部の周囲に複数のパッドを設けた請求項１に記載の反射体制御方式の高速炉。
7. 前記キャビティ部に設けられる複数の密閉容器は、上下端部に凸部または凹部を有し、前記密閉容器同士を凹凸係合または枠組みを介した嵌め合い結合により列状に接続し、前記密閉容器の水平方向の動きを拘束した請求項１に記載の反射体制御方式の高速炉。
8. 前記反射体のキャビティ部に設けられる複数の円筒状密閉容器に上下端板部を設け、この上下端板部と前記円筒状密閉容器とを溶接一体構造とし、前記キャビティ部を複数の区画に分割した請求項１に記載の反射体制御方式の高速炉。
9. 前記反射体は、中性子反射部の領域の上方延長上にキャビティ部を形成し、このキャビティ部の領域に収まる最大径の円筒状密閉容器を配置した請求項１に記載の反射体制御方式の高速炉。
10. 前記反射体は、キャビティ部に配置される円筒状密閉容器内の空間が占める体積がキャビティ部全容積の８０％以上となるように、異なる径の複数の円筒状密閉容器を配置した請求項１に記載の反射体制御方式の高速炉。
11. 前記反射体のキャビティ部は、円筒状の密閉容器を水平方向に数本以上の複数本配置し、前記密閉容器の破損時に炉心反応度の影響度を少なくする構造とした請求項１に記載の反射体制御方式の高速炉。

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