JPH04309893A - 高速増殖炉 - 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】

〔発明の目的〕

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、原子炉容器に装荷され
る炉心を備えた高速増殖炉係り、特に原子炉出力の異常
時に炉心を冷却する高速増殖炉に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の高速増殖炉では、原子炉格納容器
内に原子炉容器が収容されており、上記原子炉格納容器
は、万一の事故により炉心の損傷事故が発生した際、そ
の炉心損傷事故の影響を外部に及ぼすことなく、原子炉
格納容器内に納めておくため、強度および密封性に十分
余裕を持たせて設計されている。従来の高速増殖炉の一
例として、タンク型高速増殖炉の構成を図４に示す。

【０００３】この高速増殖炉は、原子炉建屋１内に設け
られた原子炉格納容器２に原子炉容器３が収納されてい
る。この原子炉容器３内に炉心４が収容され、この炉心
４は液体金属ナトリウム等の冷却材５で覆われている。 原子炉容器３の上部はルーフスラブ６で閉塞され、この
ルーフスラブ６と冷却材５との間の空隙にはアルゴンガ
ス等のカバーガス７が充填される。冷却材５は、炉心４
から発生する中性子の減速作用を果たし、その液面５ａ
は通常一定の液位Ｌ１に維持されている。

【０００４】炉心４の上部には、炉心上部機構８が設け
られ、この炉心上部機構８は独立した２系統の制御系８
ａ，８ｂを備えている。この炉心上部機構８は、各制御
系８ａ，８ｂの下方に設けられた制御棒１１を上下動さ
せて、炉心４に出し入れし、炉心４に装荷された核燃料
の出力を制御する。

【０００５】これら２系統の制御系８ａ，８ｂは原子炉
の運転制御だけでなく、原子炉の運転が過渡状態に陥っ
て冷却材５が異常昇温した場合に核反応を緊急停止させ
るのにも用いられ、いずれか一方の制御系８ａ，８ｂの
みでも原子炉の運転を停止させることができるようにな
っている。なお、符号９は中間熱交換器、１０は主循環
ポンプである。

【０００６】このため、原子炉の異常昇温時、原子炉容
器３内の金属ナトリウムからなる冷却材５は加熱されて
高温になり、熱膨張によって、通常の液面５ａが上昇す
る。しかし、少なくとも一方の制御系８ａ，８ｂの作動
により、原子炉を安全に停止させるようになっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の高速
増殖炉では、万一、原子炉の非常時に独立した２系統の
制御系のいずれもが作動しない場合、すなわち、過渡変
化時のスクラム不作動（ＡＴＷＳ）時等に、原子炉内に
大きな負の反応度が投入されず、原子炉の運転を停止さ
せることができない恐れがある。このような事態が生じ
ると最終的に炉心の損傷事故に至る可能性がある。

【０００８】このため、炉心の損傷事故が万一起こるよ
うな場合にも、その悪影響が周囲の環境に及ぶのを未然
に防止することが要求される。悪影響が外部に及ばない
ようにするためには、原子炉容器とその原子炉容器を収
容する原子炉格納容器の強度および密封性について、十
分な余裕を持たせて設計する必要がある。

【０００９】しかし、原子炉格納容器や原子炉容器の強
度や密封性を十分に持たせた設計とするためには、原子
炉の建設が困難となり、ひいては原子力発電の経済性を
悪化させるおそれがあった。

【００１０】本発明は、上述した事情を考慮してなされ
たもので、原子炉の非常時、全制御系が作動しなくても
、冷却材が炉心に自動的に流入して、負の反応度を投入
することができ、炉心損傷事故を未然に防いで、事故時
における固有安全性を向上させることができ、しかも、
原子炉容器および原子炉格納容器に強度および密封性上
、過度の余裕を持たせなくても、事故の影響を少なくと
も原子炉格納容器内に収めるができ、原子炉発電の経済
性を向上させることができる高速増殖炉を提供すること
を目的とする。

【００１１】また、本発明の他の目的は、原子炉の非常
時に炉内に流入した冷却材を、容易に排出することがで
き、復帰作業を迅速に行うことができる高速増殖炉を提
供することにある。 〔発明の構成〕

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明に係る高速増殖炉
は、上述した課題を解決するために、炉心を収容した原
子炉容器をルーフスラブにより閉塞し、この原子炉容器
に充填された冷却材の液面と上記ルーフスラブとの間隙
にカバーガスを封入した高速増殖炉において、前記炉心
内に中空部を形成するとともに、一端がこの中空部と連
通し、他端が前記冷却材の液面上に開口した通路を設け
、液面上昇時この通路を介して上昇液を前記中空部に導
入するものである。

【００１３】また、本発明に係る高速増殖炉は、上述し
た課題を解決するために、通路は、高圧ガスを導入可能
な導入通路と、この高圧ガスの導入により中空部内に流
入した冷却材を中空部の外部へ排出する還流通路とによ
り構成したものである。

【００１４】

【作用】本発明に係る高速増殖炉は、原子炉の非常時に
制御系が正常に動作しない場合、原子炉容器内の冷却材
の温度が上昇して、冷却材が熱膨張し、冷却材の液面が
上昇する。冷却材の液面が上昇すると、上昇した冷却材
は、通路の開口から炉心の中空部へ流入する。炉心の中
空部に冷却材が導入されると、原子炉は炉心で中性子の
減速および吸収が促進されて、負の反応度が投入される
。このため、原子炉の出力が自然に低下し、炉心損傷に
至ることなく事故を自動的に終息させることができ、外
部の環境に悪影響が及ぶのを未然にしかも確実に防止で
きる。

【００１５】また、本発明に係る高速増殖炉は、原子炉
の異常昇温時冷却材の液面上昇に伴い、中空部に導入さ
れた冷却材は、導入通路から高圧ガスが圧送されると、
中空部から還流通路を経由して外部に排出され、原子炉
容器に充填された冷却材中に戻る。

【００１６】

【実施例】本発明に係る高速増殖炉の第１の実施例につ
いて図面を参照して説明する。図１は、本発明の高速増
殖炉の構成を示す。この高速増殖炉を説明するに当り、
従来の高速増殖炉と同一部分には同じ符号を付して説明
する。

【００１７】原子炉建屋１内に原子炉格納容器２が設け
られ、この原子炉格納容器２に原子炉容器３が収納され
る。この原子炉容器３内に炉心４が収容され、この炉心
４は炉心支持機構１２により支持されるとともに、液体
金属ナトリウム等の冷却材５で覆われている。原子炉容
器３の上部はルーフスラブ６で閉塞され、このルーフス
ラブ６と冷却材５との間の空隙に形成されたカバーガス
空間１３には、アルゴンガス等の不活性ガスであるカバ
ーガス７が充填される。

【００１８】原子炉容器３内に充填された冷却材５は、
炉心４から発生する中性子の減速および吸収作用を果た
し、その液面５ａは通常一定の液位（自由液面）Ｌ１に
維持される。

【００１９】原子炉容器３には、隔壁１４が設けられ、
この隔壁１４により原子炉容器３内を上下に二分し、上
方を高温低圧の上部プレナム１５として、また下方を低
温高圧の下部プレナム１６としてそれぞれ画成する。

【００２０】原子炉容器３には、中間熱交換器９および
主循環ポンプ１０が、ルーフスラブ５を貫通して周方向
に等間隔で交互に配置される。中間熱交換器９は上部プ
レナム１５内の高温の冷却材５を、二次冷却系（図示せ
ず）と熱交換する。また、主循環ポンプ１０は、中間熱
交換器９により熱交換されて冷却され、下部プレナム１
６へ流出した冷却材５を昇圧し、炉心４に導く。

【００２１】炉心４の上部には、炉心上部機構８が設け
られ、この炉心上部機構８は独立した２系統の制御系８
ａ，８ｂを備えている。この炉心上部機構８は、各制御
系８ａ，８ｂの下方に設けられた制御棒１１を上下動さ
せて、炉心４に出し入れし、炉心４に装荷された核燃料
の出力を制御する。

【００２２】これら２系統の制御系８ａ，８ｂは原子炉
の運転制御だけでなく、原子炉の運転が過渡状態に陥っ
て冷却材６が異常昇温した場合に核反応を緊急停止させ
るのにも用いられる。

【００２３】原子炉の異常昇温時として以下の場合が考
えられる。第１は、原子炉の出力が何らかの理由により
異常に上昇した場合、第２は、主循環ポンプ１０のトリ
ップ等により原子炉容器３内で冷却材５の流量が異常に
減少した場合、第３は、中間熱交換器９で冷却材５（一
次冷却系）の熱を取り出す二次冷却系（図示せず）のト
ラブルにより原子炉の除熱源が喪失した場合等である。 ところで、炉心４は、内部中央に中空筒状の中空容器２
０が設けられ、この中空容器２０が炉心４の中空部とし
て形成される。

【００２４】そして、この中空容器２０には、第１およ
び第２の連通管２１，２２が接続されており、各連通管
２１，２２は、一端が中空容器２０の内部に開口し、他
端がカバーガス空間１３にそれぞれ連通し、通路を構成
している。

【００２５】これら各連通管２１，２２のうち、第１の
連通管２１は、カバーガス空間１３に連通する他端開口
部２１ａが、原子炉の通常運転時の液面５ａの上方で、
しかも液位Ｌ１からの高さＨ１が最も高い位置で開口し
ている。このため、第１の連通管２１は、液面５ａの最
大上昇時（液位Ｌ２）、すなわち冷却材５の最大膨脹時
にも、カバーガス空間１３と中空容器２０とを常時連通
する。

【００２６】第２の連通管２２は、カバーガス空間１３
に連通する他端開口部２２ａが、原子炉の通常運転時の
液面５ａに最も近い位置で、即ち液位Ｌ１からの高さＨ
２が最も低い位置で開口している。この第２の連通管２
２は、通常時第１の連通管２１とともにカバーガス空間
１３と中空容器２０とを連通し、中空容器２０内にカバ
ーガス７を導入する。そして、この第２の連通管２２は
、冷却材５の液面上昇時に上昇液を、他端開口部２２ａ
から中空容器２０内に流入させるようになっている。 次に、上記第１の実施例に係る高速増殖炉の作用につい
て説明する。

【００２７】原子炉が通常の運転状態にある場合、冷却
材５は炉心４で加熱され高温となって上部プレナム１５
に流れ込み、中間熱交換器９により熱交換され冷却され
て、下部プレナム１６に流出する。下部プレナム１６に
流れ込んだ低温の冷却材５は、主循環ポンプ１０により
昇圧されて、再び炉心４に導入され、原子炉容器３内で
上下部プレナム１５，１６間を一定の液位Ｌ１を維持し
て循環している。

【００２８】この時、炉心４の中空容器２０内部には、
第１および第２の連通管２１，２２を介してカバーガス
空間１３のカバーガス７が充満しているので、炉心４で
発生した中性子は中空容器２０の内部で減速または吸収
されることがない。

【００２９】ところが、原子炉の異常昇温時に制御系８
ａ，８ｂが作動しない場合、液体金属ナトリウムからな
る冷却材５は、異常昇温により熱膨脹し液面５ａが上昇
する。液面５ａが上昇すると、この上昇液位Ｌ２に対応
する上昇液が第２の連通管２２の他端開口部２２ａから
中空容器２０内に流入するとともに、中空容器２０内に
充満していたカバーバス７が、第１の連通管２１を介し
てカバーガス空間１３に排出される（図２参照）。

【００３０】中空容器２０内部に冷却材５が流入すると
、冷却材５はカバーガス７に比べ密度が大きく中性子を
減速または吸収する能力が極めて高いため、炉心４で発
生した中性子は中空容器２０の内部で減速または吸収さ
れる。

【００３１】炉心４の中央で中性子の減速が起こると、
炉心４に装荷されている核燃料物質に入射する中性子の
エネルギーが減少し、核分裂反応は低下する。炉心４の
反応度は、炉心４内の中性子の発生と吸収のバランスで
決定されるので、中性子の発生が減少すれば、或いは中
性子の吸収が増加すれば、原子炉内に負の反応度が投入
され、原子炉の出力は低下する。従って、原子炉が異常
昇温した際に、たとえ制御系８ａ，８ｂが動作不能とな
っても、自動的に炉心４の出力が低下し炉心の損傷事故
を回避できる。

【００３２】なお、上記実施例では、通路として２本の
連通管２１，２２を示しているがこれに限られるもので
はなく、第２の連通管２２を複数の配管２２ａ〜２２ｎ
により構成し、これら各配管２２ａ〜２２ｎのカバーガ
ス空間１３に開口する他端開口部を、通常時の液位Ｌ１
からの高さＨａ〜Ｈｎ（Ｈａ＜Ｈｂ＜・・・＜Ｈｎ）を
それぞれ異ならせて液面５ａ上に位置させてもよい。

【００３３】この場合、原子炉が異常昇温して、冷却材
５が熱膨脹し液面５ａが上昇すると、上昇液面に応じて
、各配管２２ａ〜２２ｎのうち液位Ｌ１からの高さＨａ
〜Ｈｎが低い他端開口部を備えた配管２２ａ，２２ｂ，
・・・２２ｎから順に上昇液が中空容器２０内に導入さ
れる。このように第２の連通管２２を複数の配管２２ａ
〜２２ｎにより構成すると、急速に液位が上昇しても、
液位の上昇に応じて、上昇液の導入面積が増大するため
、上昇液を中空容器２０内に円滑にかつ急速に流入させ
ることができ、炉心４の出力を急速に低下させることが
できる。

【００３４】ところで、上記第１の実施例に係る高速増
殖炉では、炉心４の出力低下後、原子炉を通常運転に戻
す復帰作業を行う際、中空容器２０内に導入された冷却
材５を、中空容器２０の外部に排出することが困難であ
ると予想される。

【００３５】本発明の第２の実施例に係る高速増殖炉は
、上述の課題に鑑みてなされたものであり、以下、本発
明の第２の実施例に係る高速増殖炉について図３を参照
して説明する。なお、この高速増殖炉を説明するに当た
り、図１および図２と同一部分には同一符号を付してそ
の説明は省略する。炉心４の中央に設けられた中空筒状
の中空容器３０には、その内部に通路として導入管３１
と還流管３２とがそれぞれ連通して接続される。

【００３６】導入管３１は、一端が中空容器３０の上部
に開口し、他端がカバーガス空間１３に連通している。 この導入管３１の他端開口部３１ａは、原子炉の通常運
転時の液面５ａの上方で、しかも液位Ｌ１からの高さＨ
３が最も高い位置で開口している。このため、導入管３
１は、液面５ａの最大上昇時、すなわち冷却材５の最大
膨脹時にも、カバーガス空間１３と中空容器３０とを常
時連通する。

【００３７】しかも、この導入管３１は、他端開口部３
１ａが図示しない高圧ガス送出源と接続可能になってお
り、高圧のカバーガス７を中空容器３０に導入可能な導
入通路として構成される。

【００３８】還流管３２は、一端開口部３２ｂが中空容
器３０内に接続され、中空容器３０の底面近傍に位置す
るとともに、他端開口部３２ａがカバーガス空間１３に
連通し、原子炉の通常運転時の液面５ａに最も近い位置
に、即ち液位Ｌ１からの高さＨ４が最も低い位置に開口
する。

【００３９】この還流管３２は、原子炉の通常運転時時
、導入管３１とともにカバーガス空間１３と中空容器３
０とを連通し、中空容器２０内にカバーガス７を導入す
る。そして、この還流管３２は、冷却材５の液面上昇時
に上昇液を他端開口部３２ａから中空容器３０内に流入
させる。

【００４０】さらに、この還流管３２は、中空容器３０
内に冷却材５が流入して残留した場合、導入管３１から
高圧のカバーガス７が中空容器３０に導入されると、中
空容器３０内に残留する冷却材５を中空容器３０の外部
へ排出する還流通路として構成される。次に、上記第２
の実施例に係る高速増殖炉の作用について説明する。

【００４１】原子炉が通常の運転状態にある場合、冷却
材５の液面は一定の液位Ｌ１に維持されており、導入管
３１および還流管３２の各他端開口部３１ａ，３２ａは
、この液位Ｌ１の上方に位置し、カバーガス空間１３と
連通しているので、中空容器３０内はカバーガス７で充
満されている。このため、炉心４内で発生した中性子は
中空容器３０の内部で減速または吸収されることはない
。

【００４２】ところが、原子炉の異常昇温時に制御系８
ａ，８ｂが作動しない場合、冷却材５は、異常昇温によ
り熱膨脹し液面５ａが上昇する。液面５ａが上昇すると
、上昇液が還流管３２の他端開口部３２ａから中空容器
３０内に流入するとともに、中空容器３０内のカバーガ
ス７が、導入管３１を介してカバーガス空間１３に排出
される。中空容器３０内部に冷却材５が流入すると、炉
心４で発生した中性子は中空容器３０の内部で減速また
は吸収され、自動的に炉心４の出力が低下する。

【００４３】炉心４の出力が低下すると、冷却材５の温
度が低下し、膨脹した冷却材５は収縮を始め、冷却材５
の液面５ａが降下して液位Ｌ１よりも低い液位となり、
還流管３２の他端開口部３２ａが液面５ａ上に現れる。 次に、導入管３１の他端開口部３１ａを図示しない高圧
ガス送出源に接続し、中空容器３０の内部に高圧のカバ
ーガス７を圧送する。

【００４４】加圧されたカバーガス７が中空容器３０内
に導入されると、中空容器３０内に残留する冷却材５は
押し出され、還流管３２の一端開口部３２ｂから他端開
口部３２ａを経て、中空容器３０の外部へ排出され、上
部プレナム１５中の冷却材５に戻される。このようにし
て、中空容器３０内に残留する冷却材５を容易に排出で
き、復帰作業を迅速に行うことができる。

【００４５】なお、上記両実施例では、通路としての各
管を途中で屈曲した形状としているが、これに限られる
ものではなく、中空容器とカバーガス空間とを連通する
ものであればどのような形状であってもよい。

【００４６】また、上記両実施例では、中空容器を筒状
に形成しているが、これに限られるものではなく、冷却
材の流入時に炉心で発生する中性子を効果的に減速また
は吸収することができればどのような形状であってもよ
い。

【００４７】さらに、上記第２の実施例では、還流管の
一端開口部を中空容器の底面近傍に位置させているが、
これに限られるものでなく、高圧ガスの導入により中空
容器内の冷却材を外部へ排出する際、中空容器の内部に
冷却材が残留することがなければよく、還流管の一端開
口部を中空容器の底面に開口させてもよい。

【００４８】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明に係る高速
増殖炉は、炉心内に中空部を形成するとともに、一端が
この中空部と連通し、他端が冷却材の液面上に開口した
通路を設け、液面上昇時この通路を介して上昇液を中空
部に導入するようにしたので、原子炉の異常昇温時に制
御系が機能しなくても、冷却材が炉心の中空部に自動的
に導入されて炉心の出力を低下させ、炉心の損傷事故を
未然に防ぎ、事故時における固有安全性を向上させるこ
とができる。このため、原子炉容器および原子炉格納容
器に強度上および密封性上、過度の余裕を持たせる必要
がなく、原子炉発電のコストダウンを図り、経済性を向
上させることができる。

【００４９】また、通路を、高圧ガスを導入可能な導入
通路と、この高圧ガスの導入により中空部内に流入した
冷却材を中空部の外部へ排出する還流通路とにより構成
したので、原子炉の非常時に炉心の中空部内に流入した
冷却材を、容易に排出することができ、通常運転への復
帰作業を迅速に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る高速増殖炉を示す
縦断面図。

【図２】図１の高速増殖炉の液面上昇時の冷却材の流れ
を説明する縦断面図。

【図３】本発明の第２の実施例に係る高速増殖炉を示す
縦断面図。

【図４】従来の高速増殖炉を示す縦断面図。

【符号の説明】

３　　原子炉容器 ４　　炉心 ５　　冷却材 ６　　ルーフスラブ ７　　カバーガス １３　　カバーガス空間 ２０，３０　　中空容器（中空部） ２１　　第１の連通管（通路） ２２　　第２の連通管（通路） ２１ａ，２２ａ，３１ａ，３２ａ　　他端開口部２１ｂ
，２２ｂ，３１ｂ，３２ｂ　　一端開口部３１　　導入
管（導入通路） ３２　　還流管（還流通路）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　炉心を収容した原子炉容器をルーフス
   ラブにより閉塞し、この原子炉容器に充填された冷却材
   の液面と上記ルーフスラブとの間隙にカバーガスを封入
   した高速増殖炉において、前記炉心内に中空部を形成す
   るとともに、一端がこの中空部と連通し、他端が前記冷
   却材の液面上に開口した通路を設け、液面上昇時この通
   路を介して上昇液を前記中空部に導入することを特徴と
   する高速増殖炉。
2. 【請求項２】　　通路は、高圧ガスを導入可能な導入通
   路と、この高圧ガスの導入により中空部内に流入した冷
   却材を中空部の外部へ排出する還流通路とにより構成し
   たことを特徴とする請求項１に記載の高速増殖炉。