JPH05157875A - 液体金属冷却原子炉 - Google Patents

液体金属冷却原子炉

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JPH05157875A
JPH05157875A JP3324141A JP32414191A JPH05157875A JP H05157875 A JPH05157875 A JP H05157875A JP 3324141 A JP3324141 A JP 3324141A JP 32414191 A JP32414191 A JP 32414191A JP H05157875 A JPH05157875 A JP H05157875A
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Ken Yamamoto
研 山本
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Power Reactor and Nuclear Fuel Development Corp
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Doryokuro Kakunenryo Kaihatsu Jigyodan
Power Reactor and Nuclear Fuel Development Corp
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    • G21CNUCLEAR REACTORS
    • G21C13/00Pressure vessels; Containment vessels; Containment in general
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    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21CNUCLEAR REACTORS
    • G21C1/00Reactor types
    • G21C1/02Fast fission reactors, i.e. reactors not using a moderator ; Metal cooled reactors; Fast breeders
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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Abstract

(57)【要約】 【目的】ナトリウムのごとき液体金属冷却材が収容され
る鋼製の容器壁や配管壁に課せられる冷却材圧力バウン
ダリーの健全性の要求を軽減させ、簡便な構造で冷却材
圧力バウンダリーの健全性の維持・確保を図ることがで
きる液体金属冷却原子炉を提供する。 【構成】ナトリウム冷却材を用いる原子炉のナトリウム
冷却材が収容される原子炉容器1、中間熱交換器3、ポ
ンプ9等の容器および配管10と外部との境界である冷
却材圧力バウンダリーの周囲領域の全部または一部を、
ナトリウムが固化した固体ナトリウム塊20内に埋め込
んで密封する。これにより固体ナトリウム塊20が冷却
材圧力バウンダリーを形成するので、容器壁や配管壁に
バウンダリーの健全性を保証させる必要がなくなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、発電用や研究用等に
供する原子炉のうち、ナトリウムのごとき液体金属冷却
材を用いる原子炉の冷却材圧力バウンダリーの健全性の
維持・確保を向上せしめた液体金属冷却原子炉に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】液体金属冷却原子炉の典型例として、液
体ナトリウムを冷却材に用いる高速増殖炉を例に挙げて
説明する。図2は高速増殖炉「もんじゅ」の概略を示す
ものであり、炉心2を含む原子炉容器1で発生した熱は
原子炉容器1内に収容された1次ナトリウム冷却材に伝
えられ、その熱は中間熱交換器3を介して2次ナトリウ
ムに伝えられ、さらに蒸気発生器4にて水に伝えられ、
ここで蒸気が発生する。この蒸気は過熱器5を経てター
ビン6に送られ、発電機7を駆動することによって発電
を行う。タービン6から出た蒸気は復水器8で水とされ
る。
【0003】1次ナトリウムは、1次ナトリウム系ポン
プ9および1次ナトリウム系主配管10により、原子炉
容器1および中間熱交換器3を循環する1次ナトリウム
系(点鎖線内)を形成しており、2次ナトリウムは、2
次ナトリウム系ポンプ11および2次ナトリウム系主配
管12により、中間熱交換器3、蒸発発生器4および過
熱器5を循環する2次ナトリウム系を形成し、さらに水
・蒸気は給水ポンプ13および水・蒸気主配管14によ
り、蒸発発生器4、過熱器5、タービン6および復水器
8を循環する水・蒸気系を形成する。1次ナトリウム系
は通常原子炉格納施設内に、一方、2次ナトリウム系と
水・蒸気系は原子炉格納施設外に配設される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】かような原子炉におい
ては、1次ナトリウムあるいは2次ナトリウムが収容さ
れる容器および配管と外部との境界である冷却材圧力バ
ウンダリーは、安全上重要であるため、容器や配管にナ
トリウムの漏洩が生じることがないように細心の注意を
以て設計、製作する必要があり、またその材料も高温強
度に優れ、ナトリウム腐食、中性子照射、熱衝撃等に対
して耐性に優れた鋼で製造される。
【0005】さらに冷却材圧力バウンダリーが破損した
場合に対処できるように、1次ナトリウム主配管10の
高所引きまわしや、原子炉容器1、中間熱交換器3、1
次ナトリウム系ポンプ9へのガードベッセル15の配
置、さらには外部雰囲気の窒素置換などが施されてい
る。しかしながらこれらの対策は、ナトリウム冷却型原
子炉の経済性向上を妨げる一因ともなっている。
【0006】そこでこの発明は、ナトリウムが収容され
る鋼製の容器壁や配管壁に課せられる冷却材圧力バウン
ダリーの健全性の要求を軽減させ、簡便な構造で冷却材
圧力バウンダリーの健全性の維持・確保を図ることがで
きる液体金属冷却原子炉を提供することを目的としたな
されてものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】すなわちこの発明による
液体金属冷却原子炉は、液体金属冷却材を用いる原子炉
の液体金属冷却材が収容される容器および配管と外部と
の境界である冷却材圧力バウンダリーの周囲領域の全部
または一部を、液体金属が固化した固体塊内に埋め込ん
で密封したことを特徴とするものである。
【0008】
【作用】上述したようなこの発明の構成によれば、液体
金属が固化した固体塊により液体金属を含む容器や配管
が包み込まれているため、この固化液体金属固体塊が圧
力バウンダリーを形成することになる。その結果、容器
壁や配管壁に課せられる圧力バウンダリー健全性確保の
負担を軽減することができる。
【0009】
【実施例】図1はこの発明を図2の1次ナトリウム系の
部分に適用した場合の運転中の高速増殖炉の状態を示す
ものである。原子炉容器1、中間熱交換器3、1次ナト
リウム系ポンプ9および1次ナトリウム系主配管10は
全体的に室温で固化した固体ナトリウム塊20内に埋め
込まれて密封されている。原子炉容器1および配管10
内では冷却材である液体ナトリウムが流動しており、原
子炉容器1から流出する高温液体ナトリウムは中間熱交
換器3を経て1次ナトリウム系ポンプ9へ送られ、再び
原子炉容器1内へ循環される。中間熱交換器3から1次
ナトリウム系ポンプ9への配管は、切り欠いていないナ
トリウム塊20内を通っているため図示されていない。
【0010】液体ナトリウムが流通している原子炉容器
1、ポンプ9、配管10の周囲の領域21ではナトリウ
ムは融点以上となり溶融状態で滞留している。固体ナト
リウム塊20は外槽22および上蓋23で格納されてい
るが、固体ナトリウム塊20自体の強度により、外槽2
2はそれほど強度を要せず、水密であればよい。
【0011】上蓋23と固体ナトリウム塊20との空間
には不活性ガスからなるカバーガスが充填されており、
上蓋23には不活性ガス出入管24および液体ナトリウ
ム出入管25が設けられている。
【0012】固体ナトリウム塊20内の原子炉容器1お
よび配管10近傍の適当な位置に、固体ナトリウム塊2
0の外から送風管26が挿入される。これらの送風管2
6は、送り込む風温や風速を調節することにより、容器
や配管内を流動する冷却系液体ナトリウムの温度過渡時
にも容器や配管外部近傍の溶融ナトリウム領域21の厚
さを一定に保持することができる。
【0013】かような構造によって、固体ナトリウム塊
20を冷却材圧力バウンダリーとして機能させることが
可能になり、容器壁や配管壁はもはや冷却材圧力バウン
ダリーではないと考えることができる。
【0014】上述したように、容器壁や配管壁は冷却材
圧力バウンダリーではないから、原子炉容器1、中間熱
交換器3、1次ナトリウム系ポンプ9等の容器に液体ナ
トリウムが流通できるナトリウム導通孔27を開口して
おくことも可能である。かようなナトリウム導通孔27
を開口しておくことにより、1次ナトリウム系内外のナ
トリウムを同時に充填することができる。すなわち液体
ナトリウムをナトリウム出入管25から外槽22内に供
給すれば、外槽22内に液体ナトリウムが充満した後、
ナトリウム導通孔27から原子炉容器1、中間熱交換器
3、1次ナトリウム系ポンプ9さらにはそれらの容器を
連結する配管10内にも液体ナトリウムが充填される。
充填後は送風管26からの送風の風温、風速を調節する
ことにより、1次ナトリウム系外部の領域では液体ナト
リウムを固化させることができ、図2のような状態を作
ることができる。
【0015】また、ナトリウム導通孔27を通して冷却
材ナトリウム中の不純物、例えば酸化ナトリウムなどが
1次ナトリウム系外の溶融ナトリウム滞留領域21に移
行し、最低温部すなわち溶融ナトリウム滞留領域21と
固体ナトリウム塊20との界面に析出するため、拡散式
コールドトラップの機能と同様な機能を果たすことがで
きる。
【0016】
【発明の効果】以上説明したところからわかるように、
この発明によればナトリウム冷却系全体を包む固体ナト
リウム塊が冷却材圧力バウンダリーを形成するので、容
器壁や配管壁にバウンダリーの健全性を保証させる必要
がなくなる。従って、各容器の周囲にガードベッセルを
配設したり、主配管の高所引きまわしを行うことが不要
となる。また、主配管系に必要に応じてベローズを装着
することも可能となる。
【0017】さらに、冷却材圧力バウンダリーを形成す
る容器壁や配管壁にナトリウム導通口を開口させておく
ことによって、ナトリウム冷却系の固体ナトリウム塊内
への埋設操作が容易になるだけでなく、冷却材ナトリウ
ム中の不純物を冷却系外のナトリウムへ移行し析出させ
ることができ、冷却材純化系の負担の軽減や純化系の削
除をも図ることが可能となる。
【0018】なお以上の説明は、液体金属としてナトリ
ウムを用いた場合に限って説明したが、室温で固体であ
るその他の液体金属、例えばカリウム、NaK、リチウ
ムなどの液体金属冷却材を用いる場合にも適用できる。
さらに、冷却系内の液体金属と、冷却系外の固化金属塊
とは、共存性の許す限り異種の金属でもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例を示す説明図。
【図2】従来の液体金属冷却原子炉の1例である高速増
殖炉の概念説明図。
【符号の説明】
1…原子炉容器 2…炉心 3…中間熱交換器 9…1次ナトリウム系ポンプ 10…1次ナトリウム系主配管 20…固体ナトリウム塊 21…溶融ナトリウム領域 22…外槽 23…上蓋 27…ナトリウム導通口。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 液体金属冷却材を用いる原子炉の液体金
    属冷却材が収容される容器および配管と外部との境界で
    ある冷却材圧力バウンダリーの周囲領域の全部または一
    部を、液体金属が固化した固体塊内に埋め込んで密封し
    たことを特徴とする液体金属冷却原子炉。
  2. 【請求項2】 液体金属冷却材および固化液体金属固体
    塊がともに同種の金属である請求項1記載の液体金属冷
    却原子炉。
  3. 【請求項3】 液体金属冷却材が収容される容器または
    配管に液体金属冷却材が流通できる小孔を開口した請求
    項2記載の液体金属冷却原子炉。
  4. 【請求項4】 冷却材圧力バウンダリー近傍の適宜位置
    の固化液体金属固体塊内に固体塊外部から通風管を挿入
    配置した請求項1記載の液体金属冷却原子炉。
  5. 【請求項5】 液体金属冷却材および固化液体金属固体
    塊が異種の金属である請求項1記載の液体金属冷却原子
    炉。
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