JP6948782B2 - 一次流量の異常低下に基づく原子炉用受動起動安全装置 - Google Patents

Description

本発明は、原子炉の分野に関する。本発明は、より詳細には、原子炉の核分裂炉心を冷却するための一次回路の冷却材流量が異常に低下した場合に原子炉内の中性子放射能を中断させるための受動起動安全装置に関する。

本発明の特に有利な、ただし非限定的な利用分野は、高速中性子炉、特に一次回路の冷却材が液体ナトリウムである原子炉の分野である。

炉心が冷却材により冷却される原子炉、例えばナトリウム冷却高速中性子炉（ＲＮＲ−Ｎａ）においては、反応度の制御は概して、中性子反応を停止することのできる複数の安全装置により確保されている。この原子炉に具備される安全装置の冗長度および技術的差異により、この停止機能の故障確率を極めて低いものとすることができなければならない。

これらの安全装置は概して、ニュートロファージ制御棒（ｂａｒｒｅ ｎｅｕｔｒｏｐｈａｇｅ）とも呼ばれる吸収制御棒の核分裂炉心内への落込み（ｃｈｕｔｅ）および挿入に基づいている。通常、これらの吸収制御棒は、原子炉内に挿入され、吸収制御棒と共に核分裂材料を格納する集合体（ａｓｓｅｍｂｌａｇｅ）の近くに配置された１つの集合体を形成するシース（ｆｏｕｒｒｅａｕ）の内部に並進する形で組付けられる。これらの制御棒は、束状に集合された吸収針棒を収容している。

これらの吸収針棒は冷却されなければならない。実際には、照射（ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ）により、吸収針棒の温度は上昇する傾向をもつ。特に、同位体¹⁰Ｂによる中性子吸収反応は、吸収針棒を概して構成しているＢ₄Ｃ中で出力を生成する。ところが、吸収針棒の構成要素の機能性および／または機械的強度を保証するためには、それらの温度を制限しなければならない。このような理由から、吸収針棒を冷却する必要がある。

今日まで、ＲＮＲ−Ｎａの主要な安全装置は、吸収制御棒の挿入が、外部電気制御によってかまたは電気信号の喪失によって起動されるという意味で、能動的（アクティブ）装置である。次世代のＲＮＲ−Ｎａのためには、能動的装置である主要な安全装置が故障した場合に作動する受動的（パッシブ）装置である追加の安全装置を開発することが企図されている。これらの追加の安全装置は、検出手段またはオペレータの介入無く制御棒を落込ませることができなければならない。反対に、起動手段が感応する物理的現象（例えば一次回路内の冷却材の流量の異常な低下または温度の上昇）に基づいて直接制御棒の落込みを起動できなければならない。

本発明は、この後者のタイプの安全装置に関する。
一次回路内の冷却材の流量の異常な低下の場合に受動的に起動される吸収制御棒の落込みを確保するために、複数の解決法が提案されてきた。

一次回路は、その冷却材が核分裂炉心により生成された熱を直接排出する回路であるということを再度想起されたい。一次回路は、核分裂材料を格納する集合体と直接接触している。

仏国特許出願公開第１３６２７８３号明細書 露国特許第２０６９０１９号

既存の受動起動安全装置の信頼性を改善することからなるニーズが存在する。

本発明は、核分裂ゾーンの熱が冷却材に伝達される原子炉用受動起動安全装置において、
・ 長手方向に冷却材が通過するようになっている、作動時にほぼ垂直である、長手方向に沿って延在するシースと；
・ シース内で長手方向に沿って並進運動可能な形で組付けられた可動部であって、少なくとも、
− 主として長手方向に沿って延在し長手方向に冷却材が通過するように構成された、少なくとも１つのニュートロファージ材料を含むニュートロファージ部分、
を含む、可動部と；
を含む集合体を含む装置に関する。

可動部はさらに、第１の浮揚部分を含み、シースは、第２の浮揚部分を含み、第１および第２の浮揚部分は、
・ 第１および第２の浮揚部分が、いわゆる浮揚構成である、長手方向に直交する横断方向に沿った対面配置になっている場合には、第１および第２の浮揚部分が共に、断面積Ｓ１（またはあそびｊ１）を有する冷却材用通過空間を画定し、この断面積Ｓ１は、
− シースを長手方向に通過する冷却材の流量Ｑ_fが流量Ｑ_{declenchement}を上回る場合には、冷却材が可動部に対し、シース内の可動部の浮揚およびその浮揚構成での垂直方向維持を保証するのに充分な力を加える；
− Ｑ_f＜Ｑ_{declenchement}である場合には、冷却材が可動部に対して、シース内の可動部の浮揚およびその浮揚構成での垂直方向維持を保証するには不充分な力しか加えず、このとき可動部は、いわゆる落込み構成である行程終了位置に達するまでシースに沿って重力により下降するように画定されている、
ような形で第１および第２の浮揚部分は成型（ｃｏｎｆｏｒｍｅ）されている。

その上、受動起動安全装置は、シース内の可動部落込みの際の可動部の緩衝装置を含み、この緩衝装置は、
− 可動部により担持され冷却材と接して配置されている第１の部品と；
− シースにより担持され冷却材と接して配置されている第２の部品と；
を含む。第１および第２の部品は、可動部が落込む際にかつ可動部が落込み構成でのその行程終了位置に到達しないうちに、第１の部品が第２の部品内に進入するような形で成型されており、このとき第１および第２の部品は協働して粘性緩衝体を形成する。

その上、第１の浮揚部分および第１の部品または第２の浮揚部分および第２の部品は、同じ機構によって担持されている。

こうして、シースまたは可動部により担持されている同じ機構は、粘性緩衝体の機能と平衡維持の機能を果たす。

これにより、組付け上の制約の観点から見た多大な利点がもたらされる。その上、これには、特に、大きな寸法上の制約を同一の部品中に集中させるという利点もある。こうして、本発明は、例えば極めて精密な機械加工の対象となるはずの重要な部品の数を削減することができる。

重要な部品の数が削減されることにより、受動起動安全装置の信頼性は改善される。

有利ではあるものの任意である一実施形態によると、第１の浮揚部分および第１の部品または第２の浮揚部分および第２の部品は、少なくとも部分的に、長手方向で同じレベルに位置付けされている。

任意には、本発明はさらに、以下の特徴の少なくとも１つを有することができる。
第１の浮揚部分および第１の部品または第２の浮揚部分および第２の部品は、少なくとも部分的に、長手方向で同じレベルに位置付けされている。

一実施形態によると、装置は、単独でまたは組合せの形で考慮される以下の任意の特徴の少なくとも１つを有することができる：
− 第２の浮揚部分および第２の部品は、同じ機構によって担持される。シースは少なくとも１つのシェルを含み、前記機構はシェルによって形成されている。

この実施形態においては、平衡維持の場合と同じ固定部分の上に緩衝システムが展開される。これには、以下のような複数の利点がある：
− 平衡維持機能が必要とする高さが緩衝機能に必要とされる高さよりも大きい既存の部品を活用することから、可動部の長さおよび行程を修正する必要は無く、したがって、集合体の高さに対する影響は無い。
− 効果的な緩衝のため事実上削減されたその機能的あそびにより誘導ゾーンと同一視される緩衝ゾーンを、他の場所に展開することは無用である。こうして、この実施形態は新しい誘導ゾーンを作り出す必要を無くすることができ、これは、ダッシュポット（ｄａｓｈｐｏｔ）内の可動部の行程上の阻止、つかえ、およびがたつき（ひいては落込みの減速）のリスクに対する挿入（引抜き）の信頼性の観点から見て、有利である。これらの阻止、つかえ、およびがたつきのリスクは、概して、照射下の構造の変形に付随して想定することのできる異なる軸ずれ／不整合に由来する。この実施形態に係る解決法では、こうして、緩衝装置の可動部分のその雌部分内への進入がシェルによって構成される誘導ゾーン内で行なわれることから、この進入の信頼性に有利な効果がもたらされる。

緩衝機能および平衡維持機能が少なくとも部分的にシェルによって果たされているこの実施形態は、以下のような他の有利な特徴を有することができる：
− シェルは、冷却材で満たされたキャビティを含み、キャビティは前記第２の部品を形成している。第１の部品は、前記キャビティ内に進入し、可動部が行程の終了点に達する前にそこから冷却材を駆出（ｃｈａｓｓｅｒ）するように成型された雄部品を形成している。
− シェルは、長手方向で、可動部の下端部とニュートロファージ部分の間、好ましくは可動部の下端部と可動部のヘッドの間に位置する。
− 第１の部品は、シェルのキャビティ内に進入するように成型されている。

キャビティは、円形であり、横断方向に１つの環を形成する１つの開口部を有し、この開口部を通って、第１の部品は、可動部が落込み構成でその行程終了位置に達する前に進入する。第１の部品は、前記開口部を通ってキャビティ内に進入するように成型されている１つの自由端部を有する管を形成している。
− 第２の浮揚部分は、シェルの内部面により形成されている。
− キャビティは、シェルの厚み内に形成され、キャビティは底面を有する。第２の浮揚部分は、シェルの内部面によって形成され、長手方向にこのキャビティに少なくとも部分的に対面して配置されている。

もう１つの実施形態によると：
− 第１の浮揚部分および第１の部品は同じ機構によって担持されており、この機構は、可動部上でスタッドを形成する。
− スタッドは、第１の浮揚部分と第１の部品を同時に画定する外部面を有する。

非限定的な一実施形態によると、第１の浮揚部分は、ニュートロファージ部分との関係において長手方向にずれて位置している。

好ましくは、第１および第２の浮揚部分は、
・ 第１および第２の浮揚部分が横断方向に沿って対面配置されていない場合には、第１の浮揚部分およびこの第１の浮揚部分に対面するシースの内部壁が共に、Ｓ１より大きい断面積Ｓ２を有する冷却材用通過空間を画定し、この断面積は、
− 冷却材が、たとえ流量Ｑ_f＞Ｑ_{declenchement}を有する場合でも、可動部に対して、シース内の並進運動により可動部を再上昇させるのには不充分な力しか加えないように画定されている、
ような形で第１および第２の浮揚部分は成型されている。

こうして、本発明は、原子炉の核分裂ゾーン内へのニュートロファージ材料、典型的には吸収針棒の下降の受動起動の単純かつ有効な解決法をもたらす。

Ｑ_f＜Ｑ_{declenchement}となった時点で直ちに、流量はもはや可動部の平衡維持を行うのに充分なものでなくなることから、可動部は自動的に落下する。可動部内に格納されたニュートロファージ材料はこのとき核分裂ゾーン内へ落下して中性子反応を鎮圧する。

この起動は、唯一冷却材の流量の低下によって行なわれる。したがって、これは完全に受動的である。主要な安全装置とは異なり、これは、検査−制御装置によって自動式にまたはオペレータによって手動式に活動化される電気的起動系統に依存しない。こうして安全性はさらに強化される。

こうして、例えば検査−制御装置が故障した場合、能動的主要安全装置の制御棒の落込みは起動されない可能性があり、前記制御棒が落下しない可能性がある。これに対し、本発明に係る可動部は、冷却材の流量が起動閾値Ｑ_{declenchement}未満に低下した時点で直ちに落下する。

その上、本発明に係るシステムは、可動部の垂直方向位置をはるかに正確な形で、しかも流量変動の作用下でさえも、制御することを可能にする。

技術的現状の１つの解決法は、仏国特許出願公開第１３６２７８３号明細書中に記載されている。この解決法は、吸収制御棒に粘性抗力を及ぼす誘導用管を通した冷却液の循環によって得られる流れによりこの制御棒を持上げることを想定している。冷却液の流れのあらゆる減少によって、制御棒は、流れの無い場合のその停止位置に入るまで誘導用管内を落下することができる。

前述の仏国特許出願公開第１３６２７８３号明細書のタイプの解決法では、可動部の位置を制御できず、この可動部の不適切な運動および、例えば、ハンドリング状況下（一次流量は非ゼロ）での付随する反応度の変動および出力の変動（制御棒の再上昇を誘発する流量の低下とその後の突然の再上昇の場合）に予め備えることができない。実際、制御棒の垂直方向位置の如何に関わらず、この制御棒とシースの間の通過断面積は同一である。こうして例えば、流量低下の後可動部が落下した場合、その後の起動閾値を超える流量の増大が可動部を核分裂炉心を超えて再上昇させることになり、このため、中性子放射能に対する安全装置の作用は停止する。

本発明の枠内では、流量の異常な低下の作用下で可動部が落込んだ場合直ちに、第１の浮揚部分はもはや第２の浮揚部分と対面しておらず、可動部はそのとき、流量が閾値Ｑ_{declenchement}を超えて再度上昇した場合でもシースと第１の浮揚部分の間の通過空間が大きすぎて冷却材が可動部上にその再上昇に充分な力を加えることができないため、もはや再上昇できない。

その上、本発明は、第１の浮揚部分がニュートロファージ部分との関係において垂直方向にずれた位置にあることを想定し、かつ第２の浮揚部分がＱ_f＞Ｑ_{declenchement}である場合にニュートロファージ部分に垂直方向に対面しないこと、および浮揚の機能が果たされることを想定することによって、数多くの利点をもたらす。実際、ニュートロファージ部分の浮揚および冷却の機能は、直列に配置されている。実際、浮揚の機能が果たされている場合、冷却材は連続的に、まず対面する２つの浮揚部分によって画定された通過空間をそして次にニュートロファージ部分を通過し、あるいは実施形態によってはその逆に通過する。

こうして、可動部の浮揚は、シースを通過する全ての冷却材により確保される。

その上、ニュートロファージ材料の冷却は、ニュートロファージ部分を通って移行しながらシースを通過する冷却材の全てまたは少なくともその大部分によって確保され得る。こうして、典型的には針棒の形をしたニュートロファージ材料の冷却は、制限された冷却材流量でさえ、非常に効果的なものであり得る。典型的には、約１９本の吸収針棒の束を冷却するためには、毎秒約２．５〜３ｋｇの液体ナトリウム流量が必要である。６ｋｇ／秒という公称ナトリウム流量で、本発明は、可動部を十分に冷却し平衡維持することを可能にする。

技術的現状の別の解決法は、露国特許第２０６９０１９号に記載されている。この解決法は、吸収制御棒のニュートロファージ部分の外部面とシースの内部面の間の協働による、炉心の上方に具備された浮揚ゾーンを想定している。

露国特許第２０６９０１９号中に記載のもののような解決法では、ニュートロファージ制御棒の浮揚機能および冷却機能を果たすために流量を分割する必要がある。その結果、原子炉の構成が同一であれば、集合体内により多くの流量を展開しなければならなくなり、これには次のような２つの著しいデメリットがある。すなわち、原子炉の冷却効率は低減され（炉心の総流量が最適化されていない）、集合体が過冷却されるかぎりにおいて炉心より上の構造の熱的ひび割れのリスクが増大する（隣接する可燃性集合体に比べて温度差が大きい）。

さらに、本発明によると、浮揚機能は、ニュートロファージ材料を格納する部分とは独立した部分によって果たされ、この浮揚機能は、製作および寸法を高精度で制御できる部分によって果たされ得る。浮揚の精度および信頼性は、これにより改善される。反対に、ニュートロファージ部分が水力的に協働して浮揚機能を生み出している露国特許第２０６９０１９号タイプの解決法においては、ニュートロファージ部分自体、複数の部品が介入する極めて複雑な部分であることから、この浮揚部分の寸法制御は極めて複雑である。ところが、第１の部分と第２の部分の間のあそびの１０分の数ミリメートルの精度不良は、可動部の平衡維持を妨げ、この可動部を落込ませる（原子炉の利用可能性に対する影響）か、または、流量の過渡状態において起動を遅延させる（装置の安全性機能の故障）可能性がある。

第１の浮揚部分がニュートロファージ部分との関係において長手方向にずれて位置していてよいこの実施形態は、他の有利な特徴を有し得る。
− 第１および第２の浮揚部分は、第１および第２の浮揚部分が横断方向に沿って対面配置されていない場合には、第１の浮揚部分およびこの第１の浮揚部分に対面するシースの内部壁が共に、Ｓ１より大きい断面積Ｓ２を有する冷却材用通過空間を画定し、この断面積Ｓ２は、冷却材が、たとえ流量Ｑ_f＞Ｑ_{declenchement}を有する場合でも、可動部に対して、シース内の並進運動により可動部を再上昇させるのには不充分な力しか加えないように画定されるような形で成型されている。

− 第１の浮揚部分は、可動部の外部面により担持されている。
− 第２の浮揚部分は、シースの内部面上に位置している；
− シースは、管の内部に後付けされた少なくとも１つのシェルを含み、第２の浮揚部分はシェルにより形成されている；
− 典型的にはシェルである第２の浮揚部分は、ブロックから機械加工される。これにより、例えば第２の浮揚部分を非常に正確に機械加工することによって製造することが可能となる。
− 第１の浮揚部分がブロックから機械加工される。これにより、例えば第１の浮揚部分を非常に正確に機械加工することによって製造することが可能となる。
− 長手方向は、垂直方向である。
− 第２の浮揚部分はシースの長手方向寸法の一部のみにわたり、長手方向に延在している。例えば、エンドトラック（ｓｏｍｍｉｅｒ）の上方の、第２の浮揚部分の長さとシースの長さの間の比は、約１／１２である。

こうして、浮揚構成は、シース内の可動部の極めて正確な相対的位置についてしか活動化されない。
− ニュートロファージ部分は、長手方向に延在しニュートロファージ材料を含む複数の吸収針棒を封入した１本の管を含んでいる。
− 可動部は、シースを通過する熱流体が推力壁に対し可動部の重量に対抗する一成分を有する推力を加えるような形で成型された推力壁を含んでいる。
− 装置は、冷却材の流量がシース内での可動部の平衡維持を確保できない場合に、可動部が落込み構成を画定する行程終了ストッパと接触するまで重力により落込むような形で構成されている。

装置は、落込み構成において、ニュートロファージ部分が横断方向で、それ自体原子炉の核分裂ゾーンに対面するようになっている炉心ゾーンと呼ばれるシースの一ゾーンに対面するような形で、構成されている。

一実施形態によると、装置は、単独でまたは組合せの形で考慮される以下の任意の特徴の少なくとも１つを有することができる：
− 第１の浮揚部分は垂直方向でニュートロファージ部分より下に位置している。

浮揚構成では、第１の浮揚部分は垂直方向で前記炉心ゾーンの下に位置する。換言すると、この浮揚部分は、シース内の冷却材の流れとの関係において、ニュートロファージ部分の上流側に位置する。
− 第２の浮揚部分は、垂直方向で、原子炉の核分裂ゾーンに対面するようになっているシースの前記炉心ゾーンの下に位置する。

こうして、第１の浮揚部分は中性子束内に位置していない。その結果、第１の浮揚部分が受ける照射線量は制限されることになる。ところが、中性子束の下に設置された金属材料内においてミクロ的規模で生み出される照射損傷は、寸法的推移、特に照射線量と共に増大する膨張によって、マクロ的規模で現われる。第１の浮揚部分が中性子束内に設置される解決法と比べて、本発明は、したがって、第１の浮揚ゾーンの幾何形状に影響を及ぼさないこと、ひいてはその機能性を保って安全装置をより信頼性の高いものにすることができる。
− 第１の浮揚部分は、浮揚構成と落込み構成の間での可動部の長手方向行程以上の長手方向長さを有する離隔部分によってニュートロファージ部分から分離されて、このニュートロファージ部分から長手方向に離して配置されている。
− 可動部は、第１の浮揚部分を担持するスタッド（ｐｉｏｎ）を含んでいる。
− スタッドは、浮揚部分として長手方向に作用し、推力壁として横断方向に作用する制御棒の脚部部分である。
− スタッドは、可動部の下端部に位置する。
− スタッドは、冷却材のための推力壁を形成して、可動部の平衡維持を可能にするように成型された下端部を有している。
− 第１の浮揚部分は、スタッドにより担持され長手方向に延在する浮揚壁上に位置する浮揚ゾーンを含む。
− 前記浮揚壁は円筒形である。
− スタッドは、典型的にはグレードＥＭ１０のフェライト・マルテンサイト鋼などの材料またはその合金の１つでできた一体構造部品で形成されている。当然のことながら、原子炉の作動条件に応じて、他のグレードの鋼、さらには他の金属（耐火性金属など）を企図することができると考えられる。
− スタッドは、中空である。これは閉鎖された内部体積を画定する。
− 第２の浮揚部分は、シースの内部面により担持または形成されるシェルである。
− シェルの内部面は、円筒形である。
− シェルの内部面とスタッドの浮揚部分の間の距離は、断面積Ｓ１およびあそびｊ１を画定する。

一実施形態によると、装置は、単独でまたは組合せの形で考慮される以下の任意の特徴の少なくとも１つを有することができる：
− 離隔部分は、好ましくはニュートロファージ部分と第１の浮揚部分の間の機械的結合を確保する少なくとも１つのタイロッド（ｔｉｒａｎｔ）を含む。
− 離隔部分は、可動部、典型的には唯一のタイロッドの中心から可動部の内部壁まで半径方向に延在しかつニュートロファージ部分から第１の浮揚部分まで長手方向に延在する少なくとも２つ、好ましくは少なくとも３つのスチフナ（ｒａｉｄｉｓｓｅｕｒ）を含む。

横断面図によると、タイロッドおよび場合によってはスチフナが占有する表面積は、ニュートロファージ部分の横断面積の２０％未満、好ましくは１０％未満、好ましくは５％未満である。

こうして、この制御棒脚部構造は、装置内部での冷却材の通過に有利に作用する。

タイロッドおよび好ましくは１２０°で配置された３つのスチフナを伴うこの制御棒脚部構造は、行程全体にわたる機械的誘導；機械的剛性の改善；浮揚ゾーンの不活動化のための水力的堅牢性；平衡維持のために重要である軽量性；低い負荷損失、などの複数の利点を付与する。

他の実施形態によると：
離隔部分は、好ましくは浮揚部分とニュートロファージ部分の間の機械的結合を確保する透かし管（ｔｕｂｅ ａｊｏｕｒｅ）を含む。

好ましくは、透かし管は、主として長手方向に延在する開口部を含み、
− 開口部は、透かし管の周囲全体にわたり分布している、
− 開口部は、離隔部分の長手方向寸法全体にわたり分布している。

こうして、この制御棒脚部構造は、装置内部での冷却材の通過に有利に作用する。

一実施形態によると、装置は、単独でまたは組合せの形で考慮される以下の任意の特徴の少なくとも１つを有することができる：
− 第１の浮揚部分は垂直方向でニュートロファージ部分の上方に位置している。

浮揚構成では、第１の浮揚部分は垂直方向でシースの炉心ゾーンの上方に位置している。

この実施形態において、第１の浮揚部分は、第１の浮揚部分が制御棒脚部上に、つまり浮揚構成でのシースの炉心ゾーンの垂直方向下方に位置する場合と比べて、中性子束からさらに遠くにある。その結果、第１の浮揚部分が受ける照射線量は限定され、こうして特にその膨張が回避される。

脚部上またはロッド上への浮揚の位置付けの間の選択は、特に核分裂ゾーンと集合体の上部の間で利用可能な距離に応じて行なわれる。
− 第１の浮揚部分は長手方向で可動部の上端部を形成する制御棒のヘッドと、ニュートロファージ部分の間に位置している。

一実施形態によると、第１の浮揚部分は、ロッドのヘッドとニュートロファージ部分の間で可動部により担持された膨らみで構成されている。膨らみは、可動部の横断面積の増大を形成する。
− 可動部は、可動部の上端部から少なくともニュートロファージ部分まで延在するロッドを含み、第１の浮揚部分は、可動部の上端部とニュートロファージ部分の間でロッドにより担持された膨らみによって形成されている。
− 膨らみは、ロッドの２つの部分の間に配置される。
− 膨らみは、冷却材用の推力表面を形成して可動部の平衡維持を可能にするための下端部を含んでいる。
− 膨らみは、中空であり、冷却材の排出のための通過オリフィスを有する；
− 膨らみは、長手方向に延在する円筒形壁を有し、第２の浮揚部分は、シースの内部面により形成または担持されるシェルを有し、膨らみの円筒形壁の外部面とシェルの内部面の間の空間ｊ１が断面積Ｓ１を画定している。

一実施形態によると、装置は、単独でまたは組合せの形で考慮される以下の任意の特徴の少なくとも１つを有することができる：
シースは、可動部を並進誘導するように構成された少なくとも１つの誘導部分を含む；
− 誘導部分は、可動部の並進軸を中心として半径方向で規則的に分布した少なくとも２つそして好ましくは少なくとも３つの滑り座（ｐａｔｉｎ）を含む；
− 誘導部分は、前記滑り座を担持する滑り座担持リング（ｂａｇｕｅ ｐｏｒｔｅ−ｐａｔｉｎｓ）を含む；
− 誘導部分は、横断方向にニュートロファージ部分に対面するような形でシース内で、好ましくは可動部が浮揚構成にある場合はニュートロファージ部分の下端部に、そして可動部が落込み構成にある場合には上端部に、長手方向で位置付けされている。

こうして、ニュートロファージ部分の外部面と滑り座の間の協働は、全行程にわたりシースの内部で可動部を正確に並進誘導する。

本発明のもう１つの態様は、本発明に係る受動起動安全装置と、可動部の位置付け用グラップル（ｇｒａｐｐｉｎ）を含む装備メカニズムとを含む、受動停止システムに関する。グラップルは、安全装置の可動部を持上げてそれを浮揚位置に位置付けするかまたはそれを落込み位置から浮揚位置に戻すことを可能にする。

本発明のもう１つの態様は、核分裂ゾーンと、冷却材が内部を循環する一次回路とを備え、本発明の装置を少なくとも１つ含む原子炉に関する。

この原子炉は、好ましくは高速中性子炉タイプのものである。

添付図面は、一例として示されており、本発明を限定するものではない。これらの図面は単に、本発明の一実施形態を表わし、本発明を容易に理解できるようにするものである。

浮揚構成における、いわゆる可動部が、シースを長手方向に通過する冷却材によって生成される浮揚力の作用下で平衡維持状態にある場合の、本発明に係る受動起動安全装置の一実施例の縦断面図である。 落込み構成における、いわゆる可動部が平衡維持になく重力により落込んでシースの底面内のその行程終了位置に達した場合の、図１の安全装置を例示している。 可動部が重力により落込んでいる途中であり、シースの底面内のその行程終了位置に達する前である場合の、図１の安全装置を例示する。 図１の安全装置の横断面図であり、切断は、シースの誘導部分および可動部のニュートロファージ部分のレベルで行なわれている。 図１の図を再度取上げている。 図１に係る安全装置の下方から見た横断面図であり、切断は離隔部分のレベルで、浮揚構成で行なわれている。 図１に係る安全装置の下方から見た横断面図であり、切断は、第１の浮揚部分のレベルで、浮揚構成で行なわれている。 図１の図を再度取上げている。 浮揚構成における図１に例示された安全装置の可動部の下端部の拡大図である。 浮揚構成における図５ｂに例示された安全装置の可動部の端部の斜視図である。 図２の図を再度取上げている。 緩衝装置のレベルで、図６ａの装置の落込み構成で切り取った拡大断面図である。 緩衝装置のレベルで、図６ａの装置の落込み構成で切り取った拡大断面斜視図である。 本発明の複数の作動ステップを概略的に例示する。 浮揚構成における本発明に係る安全装置のもう１つの実施例の縦断面図である。 図８ａの安全装置をその落込み構成で例示している。 図８ｂの図を再び取上げている。 図８ａに例示された安全装置の拡大図であり、落込み構成において、シェルおよび透かし管のレベルで取られている図である。 シェルおよび透かし管のレベルで取った図８ａに例示された安全装置の横断面図である。 第１の浮揚部分がニュートロファージ部分の上方に位置する本発明に係る安全装置のもう１つの実施例の縦断面図であり、可動部は落込み構成で表わされている。 第１および第２の浮揚部分のレベルで取った図１０ａの拡大図である。 図１０ｂの断面斜視図である。 一実施形態に係る第１の浮揚部分と第２の浮揚部分間の協働の拡大図を示す。

図面は、本発明を容易に理解できるようにするための概略的原理図であり、必ずしも実際的応用と同一の縮尺ではない。詳細には、第１の浮揚部分とシースの内部面またはシェルの内部面との間のあそびは必ずしも現実を表わしていない。

核分裂ゾーンの熱が少なくとも冷却材に伝達される原子炉においては、概して複数のタイプの集合体があるということを、予め換起しておきたい。これらの集合体の一部は、核分裂材料を含み、他の集合体は、中性子放射能を制御できるようにするいわゆる制御棒を含んでいる。さらに、他の集合体も企図されており、これらは、原子炉の作動異常の場合に中性子放射能を停止させるかまたは減速させるように構想された受動起動安全装置を形成する。

ここで、図１〜６を参照しながら、本発明に係る受動起動安全装置の一実施例について詳述する。

装置は、主として、原子炉の炉心内に挿入されるようになっているシース２００を含む。炉心ゾーン２４０と呼称されるシース２００の部分は、長手方向３に直交する横断方向に沿って、原子炉の核分裂ゾーン１０に対面して位置付けされるようになっている。シース２００は、原子炉の作動の際には固定していることから、この炉心ゾーン２４０は常に核分裂ゾーン１０と対面した状態にとどまる。

シース２００は、作動状態で水平に対し傾斜した長手方向３に沿って延在する。典型的には、長手方向３は、各図に例示されている通り、垂直である。

シース２００は、ハンドリング中の集合体を把持できるように設けられた上端部２０２から延在し、原子炉のエンドトラック内に集合体を位置付けし、例えば液体ナトリウムなどの冷却材をそこに補給する集合体脚部２０４まで延在している。

シース２００は、集合体脚部２０４内に設けられた補給用スリット２０５から、上端部レベル２０２に位置する出口２０３まで、冷却材が長手方向に通過するようになっている。

好ましくは、シース２００は、共通部分では六角形管２０１によって形成されている外部ケーシングを含む。シース２００の長手方向壁は気密である。

受動起動安全装置は同様に、シース２００内で長手方向３に沿って収納され並進運動できるように組付けられた可動部１００をも含んでいる。原子力産業において、可動部は、制御棒とも呼ばれている。可動部１００は、主として長手方向３に沿って、したがって作動中最も多くの場合、各図に示されている通りの垂直線に沿って延在する。可動部１００は、ヘッド１０１から下端部１０３まで延在する。可動部は、ヘッド１０１と下端部１０３の間に、ニュートロファージ材料を含むニュートロファージ部分１３０を含む。

液体金属冷却型高速中性子炉の場合、ニュートロファージ材料は、多少の差こそあれ¹⁰Ｂで富化された（ｅｎｒｉｃｈｉ）炭化ホウ素（Ｂ₄Ｃ）であり得る。代替的には、これはハフニウム系の材料であり得る。高い密度を有し、そのため落込み時間を削減することができるこれらの材料は、照射下で気体を放出せず、したがって膨張を誘発せず、照射下における材料の負の反応度能力は大きく減少しない。代替的には、ニュートロファージ材料は、およそ３３００℃の融点を有する、例えばＨｆＢ₂およびＴｉＢ₂などの耐火性ホウ化物タイプの吸収材でもあり得る。六ホウ化ユーロピウム（ｈｅｘａｂｏｒｕｒｅ ｄ’ｅｕｒｏｐｉｕｍ）ＥｕＢ６を使用することも同様に可能である。Ｅｕ₂Ｏ₃の使用を考慮することも企図できる。Ｅｕ₂Ｏ₃は照射下で気体生成物を発生しない。これはさらに高い吸収能を有している。

加圧水型原子炉の場合、吸収要素に用いられる材料は、例えばハフニウム、Ｄｙ¹¹Ｂ₆、Ｇｄ¹¹Ｂ₆、Ｓｍ¹¹Ｂ₆およびＥｒ¹¹Ｂ₄、天然ＨｆＢ₂および天然ＴｉＢ₂であり得る。

このニュートロファージ部分１３０は、典型的には、吸収針棒束１３１を被包する本体１０４を含む。針棒１３１は、主として長手方向３に延在する。ニュートロファージ部分１３０は、集合体脚部２０４から出口２０３まで流れる冷却材が長手方向に通過することにより冷却されるように構成されている。図３ｂから明らかに分かるように、ニュートロファージ部分１３０は、吸収針棒１３１間の機械的結合用要素１３２を有する、これらの結合用要素１３２は、ニュートロファージ部分１３０を通る冷却材の長手方向の流れを一定方向に向かわせてこの部分を冷却することができるようにする通路１３３を画定している。

可動部１００のヘッド１０１は、グラップルタイプの把持装置３００と協働して、図７を参照しながら以下で詳述する通り作動開始時点で可動部１００をシース２００内部で適切な位置に位置付けするように構成されている。

可動部１００は同様に、第１の浮揚部分１１０も含んでおり、この第１の浮揚部分の機能は、冷却材の流量が既定の閾値未満に移行した時点で可動部１００の落込みの起動を可能にすることにある。この機能について以下で詳述する。

可動部１００は同様に、落込みの際の可動部１００の緩衝を保証するためシース２００が担持する第２の部品２２０と協働するようになっている第１の部品１４０も含んでいる。これらの第１の部品１４０および第２の部品２２０については、以下で詳述する。

可動部１００の落込みの受動起動メカニズムについてここで説明する。このメカニズムは、冷却材の流量が起動閾値Ｑ_{declenchement}と呼称される異常流量閾値未満に低下した場合に、可動部１００の重力による落込みを誘発して、可動部１００がひとたび落込み、落込み構成と呼称されるその行程終了位置に達した時点で、ニュートロファージ部分１３０が横断方向で原子炉の核分裂ゾーン１０に対面し、したがってシース２００の炉心ゾーン２４０に対面して位置付けされるようにすることができる。

可動部１００が担持する第１の浮揚部分１１０は、シース２００の内壁に対面して位置付けされた外壁を有する。シース２００の内壁２１２は、第２の浮揚部分２１０と呼称されるシース２００のゾーンのレベルでその横断面の狭まりを有する。シース２００の横断面の狭まりは、その長手方向寸法に応じて制限される。典型的には、この第２の浮揚部分２１０は、長手方向で好ましくはシース２００の長さの１／５未満そして好ましくは１／１０未満、そして好ましくは１／１５未満にわたり延在している。典型的には、エンドトラックより上の、第２の浮揚部分２１０の長さとシース２００の長さの間の比は、およそ１／１２である。

第１の浮揚部分１１０とシース２００の内部壁の間に画定された空間は、シース２００の内部を流れる冷却材のための通過断面積を画定する。したがってこの通過空間は、第１の浮揚部分１１０が横断方向に第２の浮揚部分２１０に対面して位置する場合に、縮小される。

特に有利には、第１の浮揚部分１１０は、ニュートロファージ部分１３０との関係において長手方向にずらして位置付けされている。図１〜９および１１に例示された実施形態の実施例において、この第１の浮揚部分１１０は、ニュートロファージ部分１３０の下に位置する。この実施形態に関係する利点について、以下で説明する。図１０に例示された別の実施形態によると、この第１の浮揚部分１１０は、ニュートロファージ部分１３０の上方に位置することができる。これらの実施形態の各々において、第１の浮揚部分１１０は、ニュートロファージ部分１３０上に位置しておらず、有利には、長手方向３に沿ってこのニュートロファージ部分から離して配置される。

第１の浮揚部分１１０および第２の浮揚部分２１０は、第１および第２の浮揚部分１１０、２１０が、いわゆる浮揚構成である、長手方向３に直交する横断方向に沿った対面配置になっている場合には、第１および第２の浮揚部分１１０、２１０が共に冷却材用通過空間を画定するように構成されている。通過空間は断面積Ｓ１を有し、この断面積は、あそびｊ１が可動部１００の全周にわたって規則的である場合、このあそびによっても画定され得る。

第１および第２の浮揚部分１１０、２１０、あるいはむしろそれらの対面する面は、浮揚構成において、この断面積Ｓ１（またはこのあそびｊ１）が、
− シース２００を長手方向に通過する冷却材の流量Ｑ_fが既定の流量Ｑ_{declenchement}を上回る場合には、冷却材が可動部１００に対し、シース２００内の可動部の浮揚およびその浮揚構成での垂直方向維持を保証するべく可動部１００の重量に反対するのに充分な力を加えるような形で画定される；
ように構成されている。

より厳密には、可動部１００は同様に少なくとも１つの推力壁１１７も含んでおり、この壁の表面は、冷却材の前進方向に直交する突出部に沿って、すなわち横断方向突出部に沿って非ゼロ（ｎｏｎ ｎｕｌｌｅ）である。冷却材は、この推力壁１１７上に、可動部１００の見かけ重量に対抗する力を加える。
− Ｑ_f＜Ｑ_{declenchement}である場合には、冷却材は可動部１００に対して、シース２００内の可動部１００の浮揚およびその浮揚構成での垂直方向維持を保証するには不充分な力しか加えない。このとき可動部１００は、いわゆる落込み構成である行程終了位置に達するまでシース２００に沿って重力により下降する。この位置において、ニュートロファージ部分１３０は核分裂炉心１０に対面しており、したがって、中性子放射能を停止または減速させることができる。

第１および第２の浮揚部分１１０、２１０、またはむしろそれらの対面する面は同様に、第１および第２の浮揚部分１１０、２１０が横断方向に沿って対面配置されていない場合には、第１の浮揚部分１１０およびこの第１の浮揚部分１１０に対面するシース２００の内部壁が共に、Ｓ１より大きい断面積Ｓ２（またはｊ１より大きいあそびｊ２）を有する冷却材用通過空間を画定するような形で成型されている。この断面積Ｓ２またはこのあそびｊ２は、冷却材が、たとえＱ_{declenchement}よりもはるかに大きい流量Ｑ_fを有する場合（原子炉において考慮される基準は公称出力での流量の１１０％である）でも、可動部１００に対して、シース２００内の並進運動により可動部１００を再上昇させるのには不充分な力しか加えないように画定されている。こうして、流量の異常な落込みの後、吸収制御棒は、グラップル２００により意図的にそこから引抜かれる場合を除いて、核分裂ゾーン１０から再度退出することができない。

こうして、本発明は、この非限定的な実施例においては核分裂炉心の下方に位置している第１の浮揚部分１１０と第２の浮揚部分２１０の間の協働により展開される水力浮揚ゾーンに基づく解決法を提案する。可動部１００がその落込み構成にある場合、水力浮揚ゾーンは活性化されていない。

本発明は、安全装置を極めて堅牢で、高性能かつ効果的なものにする。実際、この安全装置は特に以下のような利点を有する：
・ 部分的に第１の浮揚部分１１０により形成される水力協働ゾーンはニュートロファージ部分１３０の下方に位置することから、水力機能（平衡維持）および熱水力機能（束冷却）は連結されず、直列に配置される。これにより特に、以下のことが可能になる：
○ 針棒束１３１の冷却可能性および可動部１００の平衡維持の良好な制御：
− 実際、集合体に割振られる流量全体が、平衡維持と同時に冷却のためにも使用され得る。その結果、浮揚ゾーンレベルでの直径のあそびが同等である場合、制御棒脚部上の浮揚ゾーンの概念は、ニュートロファージ部分レベルすなわち制御棒本体上に位置する浮揚ゾーンの概念に比べて少ない集合体内の冷却材の流量しか必要としないと考えられる（あるいは、同等の形でより大きい質量を持上げることができる）ことが予期される；
− 挿入段階では、針棒束１３１の冷却は、その長手方向位置の如何に関わらず同一である；
○ 浮揚ゾーンの構成要素の製造許容誤差に関する柔軟性：（およそ１／１０の製造許容誤差で）浮揚ゾーンレベルでおよそ数ミリメートルの半径方向のあそびを遵守することは、第１の浮揚部分１１０および第２の浮揚部分２１０が一体で短い部品により形成される場合、容易である。
○ 針棒束１３１の構想レベルでの一定の自由度：針棒束１３１の寸法を修正しても、浮揚ゾーン１１０、２１０の寸法に影響が及ぼされることはない。このことは、開発状況（プロジェクト内部での作業）においても、原子炉の耐用年数予測にとっても極めて有用であり得る。
○ 計算の観点、ひいては必要となり得るあらゆる実証の観点から見た容易さ；
・ 可動部の落込みまたは装備の際の可動部誘導の機械的問題をうまく制御できる。

本発明は、冷却材の通過断面積Ｓ１を画定するために、円筒形壁に限定されない。本発明は、その浮揚機能および落込みの起動機能を果たすことのできる他のあらゆる形態にまで拡大される。

極めて有利には、シース２００は、六角管２０１の内部に後付けされるシェル２１１を含み、このシェル２１１が、第２の浮揚部分２１０を形成する。これにより、寸法上の制約を、六角管２０１上に後付けするこのシェル２１１に限定することができ、これは、製造の複雑性、ひいてはコストに関して、寸法上の制約が六角管２０１に限定されている解決法に比べて有利である。シェル２１１は、例えば、ブロックから機械加工可能であり、このためその寸法を完全に制御することができる。

有利には、図１〜９および１１の実施形態に例示されている通り、第１の浮揚部分１１０は可動部１００により担持されるスタッド１１２により画定されている。スタッド１１２は、可動部１００の下端部１０３に位置する。スタッド１１２は、推力壁１１７の少なくとも一部を形成するように成型された下端部１０３を有する。例示された実施例では、この推力壁１１７は、端部１０３を形成する平担な面および端部１０３からスタッド１１２の長手方向壁まで延在する面取り（ｃｈａｎｆｒｅｉｎ）により形成される。

以上で記した通り、この推力壁１１７は、シース２００を通過する冷却材がこの壁に、可動部１００の重量に対抗する１つの成分を有する推力を加えるような形で成型されている。この推力は、推力壁１１７の横断方向突出部が占有する表面積、および第１の浮揚部分１１０の上流側と下流側の間の圧力差に依存している。

可動部１００とシース２００の間の通過断面を画定するのもこのスタッド１１２である。例示された実施例では、第１の浮揚部分１１０は円筒形である。スタッド１１２は、好ましくは、典型的にはグレードＥＭ１０のフェライト−マルテンサイト鋼またはその合金の１つでできた一体構成部品で形成されている。当然のことながら、原子炉の作動条件に応じて他のグレードの鋼、さらには他の金属（例えば耐火性金属）を企図することができると考えられる。

同様に有利には、スタッド１１２は、その寸法、特に断面積Ｓ１を画定できるようにする寸法をより細かく制御できるような形で、ブロックから機械加工される。

一実施形態によると、スタッドは中実部品でありうる。

もう一つの有利な実施形態によると、スタッドは中空であって、こうしてスタッドをより軽量にすることができる。スタッドは、機械加工によって製造されてもされなくてもよい。スタッドの上流側の先端側の凹部を回避したい場合には、下部に栓を追加する。

極めて有利には、図１〜９および１１に例示された実施形態によると、第１の浮揚部分１１０は、垂直方向にニュートロファージ部分１３０の下方に位置する。こうして、浮揚構成において、スタッド１１２は核分裂炉心の下にある。このとき、第１の浮揚部分１１０は、シース２００内の冷却材５の流れに対してニュートロファージ部分１３０の上流側に位置する。

第１の浮揚部分１１０がニュートロファージ部分１３０の垂直方向上方に位置する一変形実施形態については、図１０を参照しながら説明する。

第１の浮揚部分１１０がニュートロファージ部分１３０の垂直方向下方に位置している実施形態は、多くの利点を有する。

実際には、第１の浮揚部分１１０は、中性子束中に位置していない。その結果、第１の浮揚部分１１０が受ける照射線量は制限される。ところが、中性子束の下に設置された金属材料内で微視的規模で生み出される照射損傷は、巨視的規模では、寸法的推移、特に照射線量と共に増大する膨張の形で現われる。したがって第１の浮揚部分が中性子束内に置かれる解決法と比べて、説明された解決法は、第１の浮揚ゾーンの幾何形状に影響を及ぼさずひいてはその機能性を保つことができ、こうして安全装置はより信頼性の高いものとなる。

平衡維持を誘発するために冷却材により生成される力の決定の一例を、以下で図１１を参照しながら詳述する。

この図１１は、シェル２１１により形成される第２の浮揚部分２１０を示しており、ここで可動部１００のスタッド１１２が第１の浮揚部分１１０を画定し、その長手方向壁はシェル２１１の長手方向壁に面しており、その推力壁１１７は、冷却材により生成される平衡維持力を受ける。この図では、スタッドの直径Ｄ₁₁₂、およびシェルにより形成される内部流路の直径Ｄ₂₁₁が表現されており、これら２つの直径間のあそびｊ１も同様に表わされている。同様にこの図には、冷却材の流れの向き５、ならびにシェル２１１の上流側の圧力Ｐ₁およびシェル２１１の下流側の圧力Ｐ₂も表わされている。長さＬ₂₁₁は、その上で第１の浮揚部分１１０が浮揚構成においてシェル２１１により画定される第２の浮揚部分２１０に面している長手方向の寸法である。

水力協働ゾーン、および直径Ｄ₁₁₂のスタッドの断面中に発生する負荷損失を介して、平衡維持力は、複数のパラメータに基づいている（長さＬ₁₁₂〜₂₁₁、直径Ｄ₂₁₁、直径あそびｊ₁＝Ｄ₂₁₁〜Ｄ₁₁₂）。その上、事実上、可動部１００の位置付け用メカニズムのグラップル３００を連動解除／離隔した後の可動部の当接プロセスによって必要とされるＬ₁₁₂〜₂₁₁についての余裕が存在する。これら全てが、対応し得る失速（Ｄｅｃｒｏｃｈｅｍｅｎｔ）条件の近くで有利に反応し、その信頼性および堅牢性を高める平衡維持の概念を生み出すことになる。

失速とは、たとえ集合体内の流量Ｑ_fの値が失速後に起動流量Ｑ_{declenchement}の値よりも大きいものにとどまる場合でも、可動部１００の落込みを避けられないものにするのに充分な浮揚ゾーンの露出として理解しなければならない。この失速の概念は、システムの不安定さの表われであり、不安定性の原因は、特に幾何学的機械的原因（例えば、シース内の可動部の軸ずれまたは不整合の可能性）、水力的原因（例えば、水力的混乱、振動）、その他（例えばスタッドとシェルの間のあそびの中の不純物の偶発的存在）であり得る。

したがって公称流量Ｑ_Nに応じて、かつ可動部１００の落込み開始が望まれる閾値Ｑ_{declenchement}に応じて、当業者は、第１の浮揚部分１１０および第２の浮揚部分２１０の寸法、特にそれらの横断面積および長さを決定することができる。

より詳細には、可動部上には、Ｑ_fがＱ_{declenchement}より大きく第１の浮揚部分１１０および第２の浮揚部分２１０が対面している場合の可動部の平衡維持を可能にする推力Ｆ_pousseeが加えられる。この推力Ｆ_pousseeは、以下のように定義され得る：
Ｆ_poussee＝Ｆ_{resultante des forces de pression}＋Ｆ_frottement
式中、
− 「Ｆ_frottement」は、水力協働ゾーンレベルでの粘性抗力に由来する摩耗力である。図１１の非限定的実施例では、Ｆ_frottementは特に、長さＬ₂₁₁、冷却材の粘性およびあそびｊ１（ｊ１＝Ｄ₂₁₁−Ｄ₁₁₂）により左右される。
− 「Ｆ_{resultante des forces de pression}」は、冷却材の圧力が及ぼされる計画表面積（典型的にはスタッド１１２の推力壁１１７）およびこの計画表面上に及ぼされた冷却材の圧力Ｐ₁に左右される。図１１の非限定的実施例上で、冷却材の圧力が及ぼされる計画表面積は、直径Ｄ₁₁₂に左右され、圧力はＰ₁として記される。

したがって、Ｆ_pousseeは、最低でも、制御棒の見かけの重量、すなわち浮力を差し引いたその重量を平衡化しなければならない。

一実施形態によると、第１の浮揚部分１１０は、浮揚構成と落込み構成の間での可動部の長手方向行程以上の長手方向長さを有する離隔部分１２０によってニュートロファージ部分１３０から分離されて、このニュートロファージ部分１３０から長手方向に離して配置されている。こうして、第１の浮揚部分１１０の位置の如何に関わらず、第１の浮揚部分１１０が核分裂炉心の高さに位置することが決してないように保証され得、特に第１の浮揚部分１１０が中性子束内に位置している解決法と比べて第１の浮揚部分１１０に課せられる照射の削減の観点から見て以上で言及された利点をもたらす。

離隔部分１２０は、異なる実施形態にしたがって実施可能である。第１の実施形態は、図１〜９および１１を参照しながら例示される。この実施形態によると、スチフナ１２１を伴うタイロッド１２２が、ニュートロファージ部分１３０と第１の浮揚部分１１０の間の機械的結合を確保する。好ましくは、集合体断面図である図４ｂに例示される通り、離隔部分１２０は、可動部１００の中心から半径方向に延在しかつ、ニュートロファージ部分１３０から第１の浮揚部分１１０まで延在する３つのスチフナ１２１を含む。１つのタイロッドと３つのスチフナを伴うこの制御棒脚部構造は、制御棒の落込み条件下で水力協働ゾーンを不活性化することができる。この構造は、行程全体にわたる機械的誘導；機械的剛性の改善；平衡維持にとって重要である軽量性；低い負荷損失；複雑な水力寸法決定無し、という利点も提供する。

図８および９は、この離隔部分１２０が透かし管１２３を含んでいる離隔部分１２０のもう１つ実施形態を例示する。透かし管１２３は、長手方向に延在する開口部１２４を含む。これらの開口部１２４は、透かし管１２３全体に沿って分布している。これらの開口部は、離隔部分１２０の長手方向寸法全体にわたり分布している。こうして、冷却材は、これらの開口部１２４を通って移行して、ニュートロファージ部分１３０の内部に、わずかな負荷損失で到達し、このニュートロファージ部分を冷却することができる。

透かし管１２３を伴うこの実施形態は、タイロッドおよびスチフナを伴う制御棒脚部に関する上述の利点を有する。その代り、この実施形態は、より進んだ水力的および機械的寸法決定を必要とする。

可動部１００のその公称作動位置における装備は、可動部１００のヘッド１０１の把持用グラップル３００を含む、通常制御棒メカニズムと呼ばれるメカニズムを介して補助される。本発明の枠内では、可動部１００の落込みの唯一受動的な起動を行う上でメカニズムは、唯一装備機能のみを有するものである。

本発明に係る受動安全装置の作動原理についてここで、図７を参照しながら説明する。

図７ａに例示された落込み位置では、可動部１００とシース２００の間、より厳密にはそのそれぞれの浮揚部分１１０、２１０の間の水力協働ゾーンは、不活性状態にある。

臨界状態の前、すなわち、原子炉の活動開始の際に、可動部１００が装備されるのは、グラップル３００を含むその制御棒メカニズムを介してのことである。可動部１００の吸収性部分１３０が核分裂炉心１０の上方に位置付けされている場合を、「装備された」と形容する。グラップルはヘッド１０１を捕え（図７ｂ）、図７ｃに例示されている通り、その浮揚構成の垂直方向上方に導くまで可動部１００を持上げる。

上述のステップに際して、冷却材の流量Ｑ_fは、以下で言及する放出流量よりも少ない原子炉ハンドリング流量値に維持される。

このとき、可動部１００を制御棒メカニズムにより懸垂された状態に維持しながら、冷却材の流量Ｑ_fが増大される（図７ｄ）。

図７に例示されている通り、Ｑ_{declenchement}≦Ｑ_lacher、好ましくはより安全性を高めるためＱ_{declenchement}＜Ｑ_lacherで、Ｑ_fが少なくともＱ_lacherに達した時点で直ちにグラップル３００は開き、制御棒メカニズムは可動部１００を解放する。Ｑ_lacher＜Ｑ_Nである。

好ましくは、可動部１００は、グラップル３００に懸垂されたその位置において、シース２００の第２の浮揚部分２１０のレベルにその浮揚部分１１０を有する。流量Ｑ_lacherによって生成される平衡維持力は、可動部１００の平衡維持を可能にする。

このとき流量Ｑ_fは増大し続けて、その公称値Ｑ_Nに達することができ、Ｑ_{declenchement}＜Ｑ_fであるかぎり、可動部１００はこのとき図７ｅに例示されているその浮揚構成にとどまる。

その代り、Ｑ_f＜Ｑ_{declenchement}となった時点で直ちに、流量Ｑ_fにより生成される平衡維持力はもはや可動部１００の平衡維持を可能にせず、この可動部１００は重力により（図７ｆ）、図７ｇに例示されている通りの行程終了点でのその落込み構成に達するまで落込む。

こうして、一次回路内の流量の異常低下時の保護されていない過渡状態の際に到達する集合体内の適切な流量値を下回る値において、水力協働は停止し、こうして可動部１００の落込みの受動起動および核分裂炉心１０内の吸収性荷（ｃｈａｒｇｅ）１３０の重力による挿入が駆動される。

図１０ａ、１０ｂ、１０ｃを参照すると、第１の浮揚部分１１０が垂直方向にニュートロファージ部分１３０の上方に位置している変形実施形態が例示されている。こうして、第１の浮揚部分１１０は、垂直方向にシース２００の炉心ゾーン２４０の上方、したがって原子炉の核分裂炉心１０の上方に位置している。より厳密には、第１の浮揚部分１１０は、可動部１００のヘッド１０１とニュートロファージ部分１３０の間に位置する。

一実施形態によると、第１の浮揚部分１１０は、ロッド１０２により担持されヘッド１０１とニュートロファージ部分１３０の間に延在する膨らみ１１５により形成される。こうして、膨らみ１１５は、前記ロッド１０２の２つの区分の間に位置付けされている。図１０ａに例示される通り、離隔部分１２０は、第１の浮揚部分１１０を担持する膨らみ１１５を、ニュートロファージ部分１３０から離して維持する。膨らみ１１５は、冷却材用の推力壁１１７を形成して可動部１００の平衡維持を可能にするようになっている下端部を含む。

有利には、膨らみ１１５は中空である。この膨らみは、冷却材用の通過オリフィス１１６、１１８を有する。これらのオリフィスのうち、上部孔１１８は、膨らみ１１５の上端部レベルに位置し、少なくとも１つの孔１１６が膨らみ１１５の下端部に配置されている。膨らみ１１５は、長手方向に延在する円筒形壁を有する。第２の浮揚部分２１０の方は、シェル２１１によって形成される。膨らみ１１５の円筒形壁の外部面とシェル２１１の内部面の間の空間は、冷却材の通過断面Ｓ１を画定する。

有利には、安全装置は、可動部１００が行程終了に到着した際にその落込みを緩衝するための可動部１００の緩衝メカニズムを含む。

緩衝メカニズムは、可動部１００により担持され冷却材と接触して配置された第１の部品１４０と、シース２００により担持され同様に冷却材と接触した状態で配置された第２の部品２２０を含む。

第１の部品１４０および第２の部品２２０は、可動部１００が落込んで、しかも可動部１００が落込み構成でのその行程終了位置に達する前に、第１の部品１４０が第２の部品２２０の中に進入するように成型され、このとき、第１の部品１４０および第２の部品２２０は、協働して粘性緩衝体を形成する。

第２の部品２２０は、好ましくは、可動部１００のための行程終了ストッパを形成する。こうして、可動部１００は、シース２００の下端部に位置する底面壁２０６と衝突しない。

図１〜６、８および９に例示されている実施形態によると、第１の部品１４０は、長手方向に、可動部１００の下端部１０３とニュートロファージ部分１３０、より厳密にはニュートロファージ部分１３０の下端部の間に位置する。この実施形態において、雌部分を形成する第２の部品２２０はキャビティ２２５を有する。キャビティ２２５は、横断面に沿って、可動部１００の並進軸を中心とする環を形成し、キャビティ２２５の上端部に位置する開口部２２６から、キャビティ２２５の下端部を形成する底面２２７まで長手方向に延在する。

雄部品を形成する第１の部品１４０は、可動部が落込んでしかもその行程の終了点に達する前に、キャビティ２２５の中に進入するように成型されている。

雄部品は、キャビティ２２５内に挿入されるように成型された壁を有する管を形成する。管の一端部１４１は、自由である。管のもう一方の端部は管と可動部の間の機械的結合を確保する。好ましくは、管のこの端部は、ニュートロファージ部分１３０の下端部の直近に配置されている。この実施形態は、図６ｂおよび６ｃに明確に見える。

キャビティ２２５は、可動部１００の並進軸にほぼ中心を置き、雄部品はキャビティ２２５と相補的な寸法を有し、こうして、雄部品と雌部品の相対的挿入の際に、キャビティ２２５の内部に存在する流体がこのキャビティ外に駆出され、雌部品内への雄部品の挿入に対抗する粘性力を発生させるようになっている。より厳密には、キャビティ２２５および雄部品の横断方向および長手方向の寸法は、行程終了に到着するまでの可動部１００の落込みに対抗する粘性緩衝を生成するような形で選択される。

好ましくは、キャビティ２２５は、それ自体シース２００の内部面によって担持されているシェル２１１によって形成される。同様に好ましくは、第２の浮揚部分２１０も同様にシェル２１１により形成されている。

こうして、第２の浮揚部分２１０および第２の部品２２０は、シース２００により担持される同じ機構によって画定され、この機構は好ましくはシェル２１１である。

こうして、唯一の同じ部品、つまりシェル２１１が、各々以下の充分特定的な機能を果たす２つの壁を担持している：
− 流量が充分である場合、シェル２１１の一方の壁は、可動部が担持する浮揚部分と協働して、可動部の平衡維持を行う；
− 流量が異常に落込んだ場合、シェル２１１のもう一方の壁は、可動部が落込んで行程終了に到達した時点で可動部の緩衝を行う。

好ましくは、粘性緩衝をその機能とする第２の部品２２０および平衡維持をその機能とする第２の浮揚部分２１０は、少なくとも部分的に長手方向に対面して位置し、すなわち、これらは長手方向で同じレベルに位置している。このことの利点は、特に、大きな寸法上の制約を同一部品の内部に集中させるということにある。このことは、可動部１００の平衡維持を可能にするあそびｊ１およびキャビティ２２５を明示している図４ｃおよび５ｂから分かる。この実施形態によると、こうして、極めて精密な機械加工を行うべき非常に重要な部品の数は削減される。その上、これにより、スペースが大幅に節約できる。

その上、緩衝および平衡維持の機能を果たすシェル２１１を伴うこの実施形態は、以下のような利点を有する：
− 平衡維持機能が必要とする高さが緩衝機能により必要とされる高さよりも大きい既存の部品を活用することから、可動部の長さおよび行程を修正する必要が無く、したがって、集合体の高さに対する影響は無い。
− 効果的な緩衝のため事実上削減されたその機能的あそびにより誘導ゾーンと同一視される緩衝ゾーンを、他の場所に展開することは無用である。こうして、この実施形態は、新しい誘導ゾーンを作り出す必要を無くすることができ、これは、ダッシュポット内での可動部の行程上の阻止、つかえ、およびがたつき（ひいては落込みの減速）のリスクに対する挿入（および引抜き）の信頼性の観点から見て、有利である。これらの阻止、つかえ、およびがたつきのリスクは概して、照射下の構造の変形に付随して想定し得る異なる軸ずれ／不整合に由来する。この実施形態に係る解決法では、こうして、緩衝用装置の可動部分のその雌部分内への進入がシェル２１１で構成される誘導ゾーン内で行なわれることから、この進入の信頼性にとって有利な効果がもたらされる。

例示されていないもう１つの実施形態によると、緩衝機能は、スタッド１１２とシース２００の壁、好ましくは底面壁２０６の協働によって果たされる。
この底面壁２０６は、好ましくはシースの内部、例えばその脚部２０４上に後付けされる。

こうして、第１の浮揚部分１１０および第１の部分１４０は、可動部１００のスタッド１１２の外部面１１３によって画定される。したがって、この実施形態において、平衡維持と緩衝の２つの機能は、スタッド１１２であり得る可動部１００が担持する同一の機構により果たされる。この底面壁２０６は、好ましくはシースの内部、例えばその脚部２０４上に後付けされる。

図１〜６および８〜１０の各々に例示されている有利な一実施形態によると、安全装置は、可動部１００をシース２００の内部でのその並進運動において誘導するように構成された少なくとも１つの誘導部分２３０を含んでいる。図３ｂに例示されている通り、誘導用部分２３０は、可動部１００の並進軸を中心として規則的に半径方向に分布する少なくとも２つ、好ましくは３つの滑り座２３１により形成される少なくとも１つの誘導部分２３０を含む。図３ｂでは、滑り座２３１は１２０°間隔で分布している。好ましくは、この誘導部分２３０は、前記滑り座２３１をその内部面の１つの上で画定する滑り座担持リングにより形成されている。

誘導部分２３０は、可動部１００が浮揚構成にある場合、シース２００内において長手方向でニュートロファージ部分１３０のレベルにくるように位置付けされる。こうして、ニュートロファージ部分１３０の外部面と滑り座２３１の間の協働により、シース２００の内部での可動部１００の正確かつ信頼性の高い並進誘導が確保される。

しかし、この実施形態は限定的ではない。

以上の説明を考慮すると、本発明が、冷却材の流量が異常に低下した際に、完全に受動的に吸収制御棒の落込みを可能にするための極めて信頼性の高い確実な解決法を提案していることが明確に分かる。

本発明は、上述の実施形態に限定されず、クレームにより網羅されている全ての実施形態に拡張されるものである。

１ 装置
３ 長手方向
５ 冷却材の流れゾーン
１０ 核分裂ゾーン
１００ 可動部
１０１ ヘッド
１０２ ロッド
１０３ 下端部
１０４ 制御棒本体
１１０ 第１の浮揚部分
１１２ スタッド
１１３ 外部面
１１５ 膨らみ
１１６ 孔
１１７ 推力壁
１１８ 上部孔
１２０ 離隔部分
１２１ スチフナ
１２２ タイロッド
１２３ 透かし管
１２４ 開口部
１３０ ニュートロファージ部分
１３１ 針棒
１３２ 結合用要素
１３３ 冷却材用通過流路
１４０ 第１の部品
１４１ 管の端部
２００ シース
２０１ 六角管
２０２ 上端部
２０３ 出口
２０４ 集合体脚部
２０６ 壁
２１０ 第２の浮揚部分
２１１ シェル
２１２ 内部壁
２２０ 第２の部品
２２５ キャビティ
２２６ 開口部
２２７ キャビティの底面
２３０ 誘導部分
２３１ 滑り座
２４０ 炉心ゾーン
３００ グラップル

Claims (23)

1. 原子炉用受動起動安全装置（１）であって、原子炉には、熱が少なくとも部分的に冷却材へと伝達される核分裂ゾーンが含まれており、
   ・ 長手方向に冷却材が通過するようになっている、作動時にほぼ垂直である長手方向（３）に沿って延在するシース（２００）と；
   ・ シース（２００）内に完全に収納され、シース（２００）内で長手方向（３）に沿って並進運動可能な形で組付けられた可動部（１００）であって、少なくとも、
   − 可動部（１００）がヘッド（１０１）から下端部（１０３）まで延在し、ヘッド（１０１）が装備装置と協働するように構成されている、ヘッド（１０１）および下端部（１０３）、
   − 主として長手方向（３）に沿って延在し長手方向に冷却材が通過するように構成された、少なくとも１つのニュートロファージ材料を含むニュートロファージ部分（１３０）、
   を含む、可動部（１００）を含む集合体を含む装置であって、
   可動部（１００）が、第１の浮揚部分（１１０）を含み、シース（２００）が第２の浮揚部分（２１０）を含み、第１の浮揚部分（１１０）が、ニュートロファージ部分（１３０）およびヘッド（１０１）と一体であり、第１および第２の浮揚部分（１１０、２１０）は、
   ・ 第１および第２の浮揚部分（１１０、２１０）が、いわゆる浮揚構成である、長手方向（３）に直交する横断方向に沿った対面配置になっている場合には、第１および第２の浮揚部分（１１０、２１０）が共に、断面積Ｓ１を有する冷却材用通過空間を画定し、この断面積Ｓ１は、
   − シース（２００）を長手方向に通過する冷却材の流量Ｑ_ｆが流量Ｑ_{ｄｅｃｌｅｎｃｈｅｍｅｎｔ}を上回る場合には、冷却材が可動部（１００）に対し、シース（２００）内の可動部の全体の浮揚およびその浮揚構成での維持を保証するのに充分な力を加え、シース（２００）を長手方向に通過する全ての冷却材が前記通過空間およびニュートロファージ部分（１３０）を通過し；
   − Ｑ_ｆ＜Ｑ_{ｄｅｃｌｅｎｃｈｅｍｅｎｔ}である場合には、冷却材が可動部（１００）に対して、シース（２００）内の可動部（１００）の浮揚およびその浮揚構成での維持を保証するには不充分な力しか加えず、このとき可動部（１００）の全体は、いわゆる落込み構成である行程終了位置に達するまでシースに沿って重力により下降する；
   ように画定される、
   ような形で成型されており、
   および受動起動安全装置（１）が、シース（２００）内での可動部（１００）落込みの際の可動部の緩衝装置を含み、この緩衝装置が、
   − 可動部（１００）により担持され冷却材と接して配置されている第１の部品（１４０）と；
   − シース（２００）により担持され冷却材と接して配置されている第２の部品（２２０）と；
   を含み、第１（１４０）および第２（２２０）の部品は、可動部（１００）が落込む際にかつ可動部（１００）が落込み構成でのその行程終了位置に到達しないうちに、第１の部品（１４０）が第２の部品（２２０）内に進入するような形で成型されており、このとき第１（１４０）および第２（２２０）の部品は協働して粘性緩衝体を形成し、
   そして、第１の浮揚部分（１１０）および第１の部品（１４０）または第２の浮揚部分（２１０）および第２の部品（２２０）が、同じ機構（１１２、２１１）によって担持されていること、および
   第１の浮揚部分（１１０）が、垂直方向にニュートロファージ部分（１３０）の上方に位置していること
   を特徴とする、安全装置。
2. 第１の浮揚部分（１１０）および第１の部品（１４０）または第２の浮揚部分（２１０）および第２の部品（２２０）が、少なくとも部分的に、長手方向で同じレベルに位置付けされていることを特徴とする、請求項１に記載の安全装置。
3. 第２の浮揚部分（２１０）および第２の部品（２２０）が、同じ機構（１１２、２１１）によって担持され、シース（２００）が少なくとも１つのシェル（２１１）を含み、前記機構がシェル（２１１）によって形成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の安全装置。
4. シェル（２１１）が、前記第２の部品（２２０）を形成し、冷却材で満たされたキャビティ（２２５）を含み、第１の部品（１４０）が、前記キャビティ（２２５）内に進入し可動部（１００）が行程終了点に到達する前に冷却材をそこから駆出するように成型された雄部品を形成していることを特徴とする、請求項３に記載の安全装置。
5. シェル（２１１）が長手方向で、可動部（１００）の下端部（１０３）とニュートロファージ部分（１３０）の間に位置していることを特徴とする、請求項４に記載の安全装置。
6. 第１の部品（１４０）がシェル（２１１）のキャビティ（２２５）内に進入するように成型され、キャビティ（２２５）が円形であり、横断方向に環を形成する開口部（２２６）を有し、この開口部を通って、第１の部品（１４０）は、可動部（１００）が落込み構成でのその行程終了位置に達する前に進入し、第１の部品（１４０）は、前記開口部（２２６）を通ってキャビティ（２２５）内に進入するように成型された自由端部（１４１）を有する管を形成していることを特徴とする、請求項５に記載の安全装置。
7. 第２の浮揚部分（２１０）がこのシェル（２１１）の内部面（２１２）によって形成されていることを特徴とする、請求項５または６に記載の安全装置。
8. キャビティ（２２５）がシェル（２１１）の厚み内に形成され、このキャビティ（２２５）が底面（２２７）を有しており、第２の浮揚部分（２１０）がシェル（２１１）の内部面（２１２）により形成され、長手方向でこのキャビティ（２２５）に少なくとも部分的に対面して配置されていることを特徴とする、請求項７に記載の安全装置。
9. 第１の浮揚部分（１１０）が、ニュートロファージ部分（１３０）との関係において長手方向にずれて位置していることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１つに記載の安全装置。
10. 第１および第２の浮揚部分（１１０、２１０）は、第１および第２の浮揚部分（１１０、２１０）が横断方向に沿って対面配置されていない場合には、第１の浮揚部分（１１０）およびこの第１の浮揚部分（１１０）に対面するシース（２００）の内部壁（２１２）が共に、Ｓ１より大きい断面積Ｓ２を有する冷却材用通過空間を画定し、この断面積Ｓ２は、
    − 冷却材が、たとえ流量Ｑ_ｆ＞Ｑ_{ｄｅｃｌｅｎｃｈｅｍｅｎｔ}を有する場合でも、可動部（１００）に対して、シース（２００）内の並進運動により可動部を再上昇させるのには不充分な力しか加えないように画定される、
    ような形で成型されていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１つに記載の安全装置。
11. 第１の浮揚部分（１１０）が、可動部（１００）の外部面（１１３）により担持されていることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１つに記載の安全装置。
12. シース（２００）が少なくとも１つのシェル（２１１）を含み、第２の浮揚部分（２１０）がシェル（２１１）によって形成されていることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１つに記載の安全装置。
13. 浮揚構成において、第１の浮揚部分（１１０）が垂直方向に、シース（２００）の炉心ゾーン（２４０）の上方に位置していることを特徴とする、請求項１〜１２のうちいずれか１つに記載の安全装置。
14. 第１の浮揚部分（１１０）が、長手方向に、可動部（１００）の上端部を形成するヘッド（１０１）とニュートロファージ部分（１３０）との間に位置していることを特徴とする、請求項１〜１３のうちいずれか１つに記載の安全装置。
15. 可動部が、可動部（１００）の上端部から少なくともニュートロファージ部分（１３０）まで延在するロッド（１０２）を含み、第１の浮揚部分（１１０）が可動部（１００）の上端部とニュートロファージ部分（１３０）の間でロッド（１０２）により担持された膨らみ（１１５）によって形成されていることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか１つに記載の安全装置。
16. 膨らみ（１１５）が、冷却材用の推力壁（１１７）を形成して可動部（１００）の平衡維持を可能にするための下端部を含んでいることを特徴とする、請求項１５に記載の安全装置。
17. 膨らみ（１１５）が中空であり、冷却材の排出のための通過オリフィス（１１６、１１８）を有することを特徴とする、請求項１５または１６に記載の安全装置。
18. 膨らみ（１１５）が、長手方向に延在する円筒形壁を有し、第２の浮揚部分（２１０）が、シース（２００）の内部面により形成または担持されるシェル（２１１）を有し、膨らみ（１１５）の円筒形壁の外部面（１１３）とシェル（２１１）の内部面の間の空間ｊ１が断面積Ｓ１を画定していることを特徴とする、請求項１５〜１７のいずれか１つに記載の安全装置。
19. シース（２００）が、可動部を並進誘導するように構成された少なくとも１つの誘導部分（２３０）を含むことを特徴とする、請求項１〜１８のいずれか１つに記載の安全装置。
20. 誘導部分が、可動部（１００）の並進軸を中心にして規則的に半径方向に分布した滑り座（２３１）を含んでいることを特徴とする、請求項１９に記載の安全装置。
21. 請求項１〜２０のいずれか１つに記載の受動起動安全装置（１）と、可動部（１００）の位置付け用グラップル（３００）を含む装備メカニズムとを含む、原子炉用受動停止システム。
22. 核分裂ゾーン（１０）と、冷却材が内部を循環する一次回路とを備え、請求項１〜２０のいずれか１つに記載の装置（１）を少なくとも１つ含む原子炉。
23. 高速中性子炉タイプの、請求項２２に記載の原子炉。

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