JPH04136797A - 照射試験用装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、原子炉において照射試験を行うための照射装
置に組込まれる試験燃料要素収納容器の気密封止手段の
改良に関する。

［従来の技術］ ＦＢＲ（高速増殖炉）の照射試験装置は炉心燃料集合体
と差し換えて炉心に装荷するため、その外形形状は炉心
燃料集合体とほぼ同じである。すなわち、ラッパ管、ハ
ンドリングヘッド、エントランスノズル等で構成された
容器の中に所定の試験燃料要素を数本ずつ束ねて複数個
の試料収納容器を組込み集合体としている。試料収納゛
容器は、試験目的によって照射の途中でこの収納容器を
取り出して検査し、再び集合体に組立てて炉心に装荷し
照射試験を継続できることが望ましい、また各試料収納
容器は独立して照射温度や冷却材の流量をかえて、１つ
の集合体で種々の試験条件のちがう試験を行えることが
望ましい、試験燃料要素は核反応によって発熱し、試料
収納容器内を流れる冷却材（この場合は液体ナトリウム
）が加熱されて入口で約３７０℃の冷却材が出口では約
５゜０〜６００℃に達する。一方燃料収納容器の外側に
も冷却材が流れているため、試験燃料要素で加熱された
冷却材は隣り合う各試料収納容器に伝熱するので試験条
件のちがう試験ができなくなる。

このため従来技術では試料収納容器の外壁を二重の円管
にして、その間隙に不活性ガスをつめ各試料収納容器の
径方向の熱移動を少なくするガス断熱構造がとられてい
る。その場合、二重管の内管は試験燃料要素があるので
炉に装荷する前と装荷後の核反応による発熱時では外管
に比べて温度が高くなり間者の固定部には熱膨張による
伸びの差を収納し、かつ間隙ガスを密封するため、内管
と外管をベローズを介して気密に接合している。

これについては、榎戸裕二他二日本原子力学会誌、Ｎｏ
、７　（３１）２．１９８９に記載されている。

すなわち、第５図は、照射試験用装置の縦断面図である
。第６図は、同上のＡ−Ａ線水平断面図、第７図は、同
上のＢ−Ｂ線水平断面図である。

第５図〜第７図において、ラッパ管２５、エントランス
ノズル２４およびハンドリングヘッド２６よりなる燃料
集合体内に中心棒３５を固定し、これに固定された板ば
ね２８によって、試料収納容器４を保持している。冷却
材は図中の矢印で示すようにエントランスノズル２４の
孔３１から流入し、試料収納容器の外側流路３２．内側
流路３４に分流し、ハンドリングヘッド２６から流出す
る。

また、第８図は、従来例の試料収納容器の縦断面図であ
る。第８図において、試料収納容器４は内管２．外管３
．上部継手６．キャップ１０等から構成され、間隙ガス
５を充填して下部には内・外管の伸びを吸収するためベ
ローズ３６を介して溶接３７，７．８で密封されている
。

このような構成になる従来技術では、ベローズ３６を介
在させていることから二重管のギャップ幅を小さく押え
て、試料収納部の内管の直径を大きくしようとすとベロ
ーズ３６の伸縮機能から外径は外管３の外径よりもさら
に大きくはみ出した形状となって、第７図に示すように
集合体の中に６本の試料収納容器４が配置できなくなる
。また、ベローズ３６の外径を外管３にそろえると内管
２の内径が小さくなり、照射温度を調節するためのオリ
フィスの取付けや流路が狭いために設計通りの流量調節
が決定できなくなる。

さらに、ベローズ３６は実際の伸縮量に対するよりも十
分長く取付寸法をとる必要があるので試料収納容器の全
長がそれだけ長くなる。また、ベローズ３６は指定仕様
の材料・寸法のものを入手しようとすると特に費用と工
期がかかる。ベローズは、伸縮性能をよくするために薄
肉にしであるので気密部材として、内圧のかかる条件下
で使用するには構造上の強度の制限が大きいなどの問題
がある。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のように、従来技術による試料収納容器４は内・外
管の伸びの吸収部材としてベローズ３６を使用している
ことから、設計において試料収納断面や全長が制限され
る問題があった。また試験の温度設定に必要な流量調整
のための構造決定やオリフィスの取付はスペースの制約
やコスト面でも問題があった。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたもので、その
目的とするところは、照射試験用装置に組込まれる試料
収納容器において、断熱二重管構成における伸縮部位を
改良して構造を簡易化し、かつ製造コストを低減化でき
るような照射試験用装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するための本発明に係る照射試験用装置
の構成は、複数本の試験燃料要素を収納した内管と、そ
の外周部間隙に断熱ガスを密封した外管とで二重管を構
成した試料収納容器を、複数個束ねて収納することがで
きる燃料集合体型式の照射試験用装置において、前記試
料収納容器の内管と外管下端とを気密接合する封止材と
して易融合金を用いるようにしたことである。

［作用コ 本発明の照射試験用装置に取付ける試料収納容器では、
易融合金で気密に接合されているので、従来のようにベ
ローズを必要とせず、従ってベローズ使用における前記
の設計および製作における問題点が解決される。この易
融合金による気密・接合部は原子炉に本装置を装荷する
と、装荷時の炉内温度が運転時に比べて十分低く試験燃
料要素の発熱も僅かであるため、内・外管に温度差が殆
どなく易融合金の封止部を含む本体全体は冷却材ナトリ
ウム中に浸漬しているのでガス層の密封状態は保持され
ている。炉内で運転前の温度上昇がはじまると易融合金
は溶融し、気密接合部は開放して、封入ガス圧と圧力バ
ランスする位置まで下部から冷却材ナトリウムが間隙に
侵入し、結果的に試験燃料要素の発熱部である炉心部を
含む上部までの温度上昇域にはガス層が形成される。ま
た同時に内・外管の接合部も易融合金の溶融によって自
由になるので、外管に対する内管の上・下方向への伸縮
が自在にできるようになる。

従って、ベローズの機能であるガス層の気密保持と内・
外管の相対的な伸び差の吸収もこれによって解決される
。

この試料収納器の密封化は、予め二重管を構成し、易融
合金の封止部材を内・外管に溶接によりとり付けて易融
合金のハンダ付をしてから二重管間隙を真空にして、外
管の上部継手のはめ合いギャップからガスを導入して溶
接することによってなされる。また封入ガスにはヘリウ
ム混合ガスを使用して、易融合金の封止部および溶接部
等の気密漏れ試験が可能になる。

照射試験が終了して本装置を原子炉から取出す際には、
二重管ギャップに侵入しているナトリウムは炉心から引
上げる際に開口した封止部の間隙から自然にドレンされ
て炉外にはナトリウムが持出されることがない。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を第１図〜第４図を用いて説明す
る。

第１図は、本発明の第１実施例の試料収納容器の縦断面
図、第２図は、第１図Ａ部の部分縦断面図、第３図は、
第２実施例の部分縦断面図、第４図は、上記試料収納容
器の使用状態を示す縦断面図である。

第１図〜第４図において、１は、試験燃料要素。

２は、内管、３は、外管、４は、試料収納容器、５は１
間隙ガス、６は、上部継手、７，８は、気密溶接個所、
１３は、易融合金、１４，１５．１９は、封止部材、１
６，１７．２０は、溶接個所、２１は、ナトリウム、２
３は、ナトリウム液面である。

本発明の試料収納容器の構成と動作について説明する。

試料収納容器４は内管２．外管３の上部を上部継手６に
気密溶接７，８され、下部は内管２が延長されナトリウ
ム流入口８を形成している。上部にはキャップ１０がネ
ジでとりつけられ、内管２の中に束ねて試験燃料要素１
が複数本収納されている０Ｍ子炉内で核反応によって燃
料要素が発熱すると下部からとり入れたナトリウムは加
熱されてキャップ１０の出口から流出する。一方、第５
図（前記）に示すように試料収納容器の外側にもトナリ
ウムが流れているので熱の移動は径方向にも起り、初期
の試験目的である各試料収納容器で照射温度をそれぞれ
独立に変えた試験条件が設定できない、このため、内管
２と外管３のギャップ部に不活性ガス（アルゴンとヘリ
ウムの混合ガス）を充填してこの径方向の熱の相互干渉
を少なくする方法がとられている。すなわち、充填した
ガスを密封するため、内管２と外管３に第２図に示すよ
うに、封止部材１４．１５を溶接固定し両者を易融合金
１３で気密に接合する。この易融合金として、たとえば
ステンレス用はんだであるｐｂ−１，４５Ａｇ−１、０
Ｓｎ　、融点３００℃が適当である。

ここで前記封止部材１４，１５は炉内使用時の熱膨張に
よる伸びを考慮して内管側にとりつけられる部材を接合
面の下側にする。またはんだ付を良好な条件で行なうた
めに接合面は薄肉にして熱容量を小さくする工夫がいる
。また二重管構成の組立手順は内管２を上部キャップ６
に気密溶接８してから、下部のはんだ付けを行った後、
外管３の上部継手部のはめ合い部から間隙ガス５を導入
し気密溶接７を行なう。各溶接部の気密検査はヘリウム
混合ガスであるのでヘリウムリーク試験により厳密な検
査ができる。

このように構成された試料収納容器４は第５図に示す通
り、照射試験装置として組立られ、原子炉の定期点検期
間または燃料交換期間等の原子炉停止時期に炉心燃料集
合体と同一の手順で装荷される。

通常、運転時は炉内のナトリウムの入口温度は３７０℃
程度、出口温度は５００〜６００℃に達するが、この停
止期間に限りナトリウム温度は２００〜２５０℃に下げ
て作業が行なわれる。

つぎに、第４図にもとづいて、試料収納容器の炉内にお
ける使用状態を説明する。

いま、本発明に係る試料収納容器４を含む照射試験装置
を炉心の集合体位置に装荷すると、炉の停止期間には何
ら変化はないが、運転が開始されるとナトリウム温度が
上昇して３７０℃に達する途中で易融合金１３は溶融し
て二重管の封止が開放される。この時、封入ガス圧とナ
トリウムの圧力バランスにより間隙５にはナトリウム２
１が侵入２２し、ガス層を押し上げる。このナトリウム
の侵入レベル２３が試験燃料要素の燃料部に達する場合
は、あらかじめ封入ガス圧を上げておくが、または封止
部をさらに下方に移動して間隙体積を大きくすることに
より任意のレベルにガス層を調節できる。

照射試験が終了して本発明の照射装置が炉内から引上げ
られる途中で上記の侵入ナトリウム２２は、下部の開放
口から自然にドレンされ、炉外にナトリウムが固着した
状態で持出されることはなく、取出し後のナトリウム洗
浄作業に影響を与えない。

第３図には本発明の第２実施例を示す。この例は、封止
部材１９を１個にして、組立手順を簡単にしている。即
ち、内管２の上部を上部継手（図示省略）に気密溶接し
ておき、それに外管３の下端に封止部材１９を溶接固定
して二重管としたのち、はんだ付をすることにより、溶
封作業法を改善している。

前記の構成部材は主としてステンレス鋼の５ＵＳ３１６
、または５ＵＳ３０４が使用されるので易融合金もこれ
に適合するステンレス用はんだ材を選定したが、これに
限定されるものではなく、他の易融合金を用いて接合強
度や溶融温度等を選択する必要がある場合は、接合部位
に中間金属をめっきまたは溶射等の手段で介在させるこ
とにより解決することができる。

［発明の効果］ 以上説明したように１本発明の試料収納容器は易融合金
によって間隙ガスを封止しているので。

ベローズを必要とせず、構造の設計においてベローズに
よる種々の問題点を解消することができ、製造工程の簡
易化および製造コストの低減化を達成できる。また本発
明では、ガスギャップ幅を任意に変えても試験燃料要素
の下部にあたる流路断面積を内管の内径と同一に確保で
きることから。

炉心燃料の位置から下部側が特に長い設計の特殊燃料要
素の収納ができる。さらに導入する冷却材も流量調節の
ためのオリフィス設計においても、流路断面、長手寸法
を大きく確保できるので、試験温度設定の範囲が広がり
、流量調節がしやすくなるなどの効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明の第１実施例の試料収納容器の縦断面
図、第２図は、同上図のＡ部の部分縦断面図、第３図は
、本発明の第２実施例の試料収納容器の部分縦断面図、
第４図は、本発明の第１実施例で炉内の使用状態を示す
縦断面図、第５図は、従来例の試料収納容器を収めた照
射試験用装置の縦断面図、第６図、第７図は、夫々第５
図のＡ−Ａ線およびＢ−Ｂ線水平断面図、第８図は、従
来例の試料収納容器の縦断面図である。 〈符号の説明〉 １・・・試料燃料要素、２・・・内管、３・・・外管、
４・・・試料収納容器、５・・・間隙ガス、１３・・・
易融合金、１４．１５，１９・・・封止部材、２１・・
・ナトリウム、２３・・・ナトリウム液面、２４・・・
エントランスノズル、２５・・・ラッパ管、２６・・・
ハンドリングヘッド。 ３６・・・ベローズ。 第１図 １９・・・封止部材 ２０・・・溶接個所 第 図 １３・・・・・・・・・・・・易融合金１４　、１５・
・・封止部材 １６．１７・・・溶接個所 第 図 ２４・・・エントランスノズル ２５・・・ラッパ管 ２６・・・ハンドリングヘッド ３２・・・外側流路 ３４・・・内側流路

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数本の試験燃料要素を収納した内管と、その外周
   部間隙に断熱ガスを密封した外管とで二重管を構成した
   試料収納容器を、複数個束ねて収納することができる燃
   料集合体型式の照射試験用装置において、前記試料収納
   容器の内管と外管下端とを気密に接合する封止材として
   易融合金を用いたことを特徴とする照射試験用装置。 ２、請求項１記載の試料収納容器の気密接合部の構成は
   、内管に溶接した封止部と外管に溶接した封止部とを易
   融合金で接合したことを特徴とする照射試験用装置。 ３、請求項１記載の試料収納容器の気密接合部の構成は
   、外管に溶接した封止部材と内管外周部とを易融合金で
   接合したことを特徴とする照射試験用装置。