JPS58117489A - 高温反応炉を遮断するための方法 - 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】 核反応炉を安全に稼働するためには、開戸に絶対に安全
な遮断（ｓｈｕｔ−ｄｏｗｎ）装置が設けられているこ
とが欠かすことのできない前提である。

このためにすでに数多くの提案がなされており、これら
の提案は実質的に何等かの方法で中性子吸収体を反応炉
の中性子物理学的な作用の起る領域の中に入れるという
原理にのっとっている。

す々わち、例えば、いわゆる中性子吸収体を有する遣断
棒が開発され使用されており、同棒は任意に手動で又は
故障が発生した場合に安全装置（反応炉保護装置）が自
動的に働いて反応炉の炉心に挿入される。しかしながら
との他にも中性子を吸収する材料を炉心に導入するため
の種々の方法が知られており、これらはしばしば特に追
加の速断手段として用いられる。その例としては例えば
液体状又はガス状の中性子吸収体を炉心に導入するもの
があり、この場合液体状の中性子吸収体又はガス状の中
性子吸収体のいずれを用いるかは反応炉の冷却材のタイ
プ如何による。

これら公知の速断方法は、安全性に対する要求を冗長性
（ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ）のある設計で満足する程度に
該要求に応えるけれども、高出力・高出力密度を有する
高温反応炉においては、吸収棒を最も燃い領域における
稼働温度が１０００ないし１１００　Ｃであるような炉
心自体に挿入しなければならないという事実に因〕、更
に別の技術的問題が生じる。すなわち今吸収棒を炉心の
中に挿入すると・とにより遮断操作が行われると、なる
ほど核分裂によって生じる反応炉の出力は減少ないしは
停止するけれども、いわゆる崩壊熱（ｄｅｃａｙ　ｈｅ
ａｔ）は依然存在する。高出力密度のためにこの崩壊熱
は、速断後数週間にわたって、実質的に反応炉の温度を
上昇せしめることなく反射体を通って外部に流出しうる
熱出力よりも大きい熱出力を持つ。このことは長期の全
負荷稼働後の遮断の場合に特に然シである。もし適当か
処置をとらなければこれによシ溜する熱量のために遮断
棒が許容されない温度にさらされるので、這轟々冷却に
よって崩壊熱を充分に導出して遍断棒の破壊を防がねば
ならない。このため充分な安全性を確保するために必要
な冗長性のある余熱導出装置を設けるために著しく高い
費用が必要となる。

要求される安全性に対して欠かすことのできない上記の
対策に加えてこれ等の公知の速断方法には反応炉を後に
稼働する場合に特に目につく更に他の不利がある。すな
わち、大抵の場合に反応炉は迅速に再び始動しなければ
ならない。

その理由は大概の遮断の原因は比較的短かい時間内に調
査され排除されるからである。速断するために炉心に挿
入され九遍断棒の引出し速度は安全性の理由のために限
定されているので反応炉の再始動には比較的長時間を必
要とする。

更に、冷却後の炉心の再加熱は、再始動の場合に著しい
追加の時間損失をもたらすのみならず、必ず炉心及びそ
の構造物に温度変化による不所望な応力を生ぜしめる。

この点に関し、反応炉を遮断し臨界未満の状態に保つた
めの吸収棒（遮断棒）の他に、出力調節及び過剰反応度
の補償をするための更に他の吸収棒を備えた高温反応炉
が知られていることを述べておく。この吸収棒は制御棒
として知られておシ中性子束の中で連続的に・働く。こ
れら制御棒は、温度の影響をなるべく受けないように、
反応炉の比較的冷い部分例えば炉心への冷却材ガス入口
側の領域又は何方の反射体の領域の９釦配設されている
。これ等の領域においては制御棒の温度環境は耐えるこ
とができるものであり、しかも中性子束のレベルは制御
棒に調節機能上必要な反応度の比較的小部分を担当せし
めるに尚十分である。しかしながらこのように配設され
た制御棒はそれ自体では反応炉を遮断し臨界未満の状態
に保つことはできない。

制御棒の反応度の分担は例えば側方の反射体中に配設さ
れた制御棒を有する３００ＭＷｅｌの塊粒床（ｐｅｂｂ
ｌｅ　ｂｅｄ）型反応炉の場合においては全体で約４Ｎ
ｉｌｅになるが、この塊粒原型反応炉を冷い臨界未満の
状態にするには炉心の中に挿入された遮断棒が全体で約
１８Ｎｉｌｅの反応度の吸収をせねばならない。このこ
とから、温度環境に関して具合よく配設された制御棒を
用いるだけでは反応炉を遮断することは可能でなく、更
に遍断棒が必要となることは明らかである。而して遍断
棒は前述の欠点を伴う。なお“Ｎｉ１ｅ”は原子炉の反
応度（臨界状態からの偏差割合−百分率で示す−）を表
示する記号で、次式によって定義される。

匪 に Δｌ（＝　ｋ−１、ｋ＝増倍係数（倍率ともいう）即ち
世代毎の中性子増加の割合０ 従って上記の約４Ｎｉｌｅ及び約１８Ｎｉｌｅ　　はそ
れぞれ４％＝０．０４及び１８チ＝０．１８の反応度を
意味する。

本発明の目的は、公知技術の前記の不利を有せず、特に
炉心棒を保護しその寿命を向上せしめ、更に、速断特に
短時間の遮断を稼働上従来よシも具合良く行い得るよう
にした高温反応炉の確実安全な速断方法を提供するにお
る。前記の目的は、実際上高温反応炉に存在する反応度
の負の温度係数を速断操作の中に決定的影響パラメータ
ーとして組み入れるという思想に基づいて達せられる。

本発明によれば、速断操作は崩壊熱によって平均炉心温
度を上昇させることに゛より、開始される。この時、平
均炉心温度の上昇によシ反応度が負になるので、反応炉
の中で実際上分裂による出力はもはや発生されない。

前述したような崩壊熱の発生を利用して、本発明による
速断操作は、まず炉心から出力の導出を速断及び／も′
じＫは低減−次に調節された崩壊熱導出を行なうことに
よυ、平均炉心温度の上昇を崩壊熱で起させるのであっ
て、且つ上昇温度を所望のレベルに維持することができ
る。本発明による方法を例えば塊粒原型反応炉に用いる
場合は約５５０Ｃないし７００Ｃの平均炉心温度を初期
に８００Ｃないし１３００Ｃに上げることが好ましい。

例えば３００ＭＷｅｌの塊粒原型反応炉において平均炉
心温度が全負荷の場合６３０°であるとすれば、同温度
を約２５００だけ本発明による方法によって上昇させる
と、反応度の負の温度係数力２ｒｎＮｉｌｅ／ｌ：’の
場合０．５Ｎｉｌｅだけ臨界未満となる。このように反
応炉は、吸収棒を挿入することなく単に出力の導出すな
わち炉心の冷却を速断するだけで、例えば冷却ガスの吹
込みを速断するだけで、上記の量だけ臨界未満となる。

このように崩壊熱の発生と負の温度係数を関連させるこ
とにより本発明の方法は本質的に安全なものになってい
る。

前述のように崩壊熱の発生は急激には減少しないので、
本発明による方法では、炉心中の上記の上昇した温度レ
ベルは、崩壊熱を炉心から適当な率（導出率）で導出す
ることにより、簡単に長時間にわたり所望値に保持する
仁とができる。（もしそうしなければ所望値を超える平
均炉心温度の上昇を招くことになってしまうだろう。） 而して上記の例えば２５０Ｃだけの平均炉心温度の上昇
は燃焼要素にとって何ら特殊な状態では井い。何故なら
ば全員−荷における燃料中の平均炉心温度は、上記の塊
粒原型反応炉の場合例えば約６８００であシ、燃料中の
最高温度は１２５０Ｃであるからである。、今、反応炉
が本発明の方法によって速断されると、平均炉心温度は
上昇するが、臨界未満になって出力が停止してしまって
いるので燃料の最高温度は僅かしか上昇しない。従って
必然的に炉心において温度の均らしが生ずるので、出力
発生から崩壊熱導出に移行する際に、燃焼要素中の熱応
力の原因になる温度勾配は小さい。

従って本発明による速断方法は従来公知の連断技術に比
べて多くの点におりて著しｂ利点を提供する。本方法が
物理的な関係で本質的により安全であるという点を別に
しても、遮断棒は速断操作の少くとも初期の段階では挿
入されないので速断棒には温度による応力は全くかから
ない。何故ならば速断棒は少なくとも速断操作の最初の
段階においては引込められた位置にとどまっているから
である。更に短時間の速断の場合には通常再始動と関連
する時間の損失が回避される。何故なら、この場合には
速断棒の引出しと反応炉の再加熱が省略されるからであ
る。更に、平均炉心温度と臨界平均炉心温度との差をコ
ントロールすることによシ反応炉とその構成要素の著し
い温度変化による熱応力が回避される。このことは速断
棒が高温反応炉の炉心の最も温度に鋭敏な１ｉ！素であ
るだけに特別に重要なことである。

本発明の要旨において必要に応じて個々の速断処置に関
して種々の可能性が存在する。すなわち調節された崩壊
熱導出は反応炉に取りつけられている従来公知の崩壊熱
導出を用いて行うこともできる。或いは別の崩壊熱導出
装置を設け、これを用いて、出力導出が速断されたあと
に炉心からの崩壊熱導出を調節することもできる。或い
はまた、反応炉の出力導出装置の出力を低下させた後に
、骸出力導出装置自体を用いて行ってもよい。

反応炉からの通常の出力導出がガスブロアーで行われて
いる場合、本発明においては、出力導出の速断または低
減は大した遅延表し釦行い得るので、事故が発生した時
に、または事故になるような条件が存在しないときでも
、必要に応じて直ちに反応炉の速断を開始することがで
きる。この場合、遮断棒の炉心への挿入に伴う前述の如
き不都合は全くない。

崩壊熱の調節された導出は本発明によれば間欠的に行う
こともできる。例えば冷却ガスブロアーを一定の回転数
で且つ所要の熱導出に応じた各時間だけ作動させるとと
Ｋよシそれを行うことができる。

本発明による方法はいわゆる長時間の速断の初期シーケ
ンスにも適していることは当然で、この場合には炉心は
本発明による初期連断操作後、冷えた臨界未満状態にさ
れなければならない。この場合には制御棒による反応度
の吸収は反応炉を冷たい臨界未満の状態にするためＫは
充分ではない。これに対して本発明に基づけば、出力導
出を速断又は低減した後に崩壊熱導出の間少なくともい
くつかの制御棒を炉心に挿入し、次いで崩壊熱の導出率
（導出速度）を増大せしめて平均炉心温度を下降させる
。制御棒が挿入されてしまったとき臨界状態に対する平
均炉心温度はよシ低くなっている速断棒を崩摩熱導出が
すてに進行中の状態で挿入し得ることは、従前よりも低
い温度で且つ通常の稼働温度よシ下の温度で速断棒が挿
入されることを意味し、これは遺断棒を保護することに
なる。制御の目的のためにのみ設けられた制御棒の代り
に違断棒を制御棒として用いることもできる。

本発明は炉心゛からの出力の導出を速断又は低減する段
階前に炉心の臨界平均炉心温度を下げるために、例えば
０．５Ｎｉｌｅだけ炉心に制御棒を挿入する方法を含む
ものである。この速断方法は、速断操作中に稼働上の平
均温度を超過することが望まれない場合に推奨される。

この場合も速断は平均炉心温度を臨界平均炉心温度に対
して相対的に上昇せしめることＫより達成される。なぜ
ならば制御棒の挿入で臨界平均炉心温度を低下せしめ、
その後調節された崩壊熱導出を行なって平均炉心温度を
制御し臨界平均炉心温度との差を維持するようにするか
らである。

本発明による方法の一つの決定的な利点は、崩壊熱の導
出が成る時間遅れの後にしかスタートしなかったり又は
既に進行中の崩壊熱導出が止まったシするような故障状
態の場合に現われる。速断棒を挿入することＫよシ遮断
が開始される従来の方法においては、そのような故障状
態は同棒の著しい損傷を来たすものである。なぜなら、
従来用いられてい九遮断方法においては、速断棒挿入後
、崩壊熱導出が遅れて作動し始めゐか又は最初の数分間
作動しない場合、炉心はまだ高い温度レベルにあるばか
シでなく、この最初の時期における比較的高す崩壊熱発
生が炉心を更に迅速に加熱するので、遮断棒を保護する
ために崩壊熱導出をするための複雑な装置を稼働させる
のにわずかの時間しかないからである。

本発明の方法によシ高い温度レベル及び高い温度上昇速
度から生ずる連断棒の損傷が回避される。何故ならば高
い崩壊熱発生の少くとも最初の段階では、運断棒が引込
められた状１１にあるからである。同棒は平均炉心温度
が稼働温度レベルｖ下に下降してしまい崩壊熱の発生が
その時間的経過曲線に従って着しく低い率に達してしま
ってから、挿入すればよい。この値は、最も具合の悪い
場合ですら、５分後に初期の値の約Ｈに下降してお９３
０分後には初期の値の約ＩＡ　Ｌかない。

本発明方法による遮断棒の遅い挿入及びこれＫよシ達せ
られる低い温度レベル、及び遮断柳が挿入された後で崩
壊熱導出が故障したときに起るゆるやかな温度上昇は、
冗長性の目的で必ず設けられている他の崩壊熱導出装置
を始動するために充分な時間を与えるという利点もある
。

以上述べた如く本発明は出力導出の意図的、人為的な速
断や低減を行い、次いでそれにより得られた臨界未満状
態を保つべく、炉心温度を維持するための崩壊熱導出を
行うものである。

本発明によると、■速断棒は少くとも速断期間の初期に
は炉心に挿入しなくともよいので（これは後に炉心が低
温になってから挿入してよい）、高温による損傷をまぬ
かれることができる。■従来速断棒の温度による損傷を
防ぐために必要であった多大の崩壊熱導出を行うための
高価な装置は要しない。■負の温度係数と崩壊熱の速断
への積極的利用のために本質的に速断は安全となる。■
平均炉心温度は臨界運転をして来た炉の臨界平均炉心温
度から許容される範囲内の温度まで上げればよりので、
稼働条件上十分許される範囲Ｋｌ［る。■出力導出を速
断または低減して炉心温度を臨界炉心温度よりも上げ、
次いで崩壊熱導出をコントロールして上記上った炉心温
度を維持している状態は速断状態であり（速断状態を長
時間続けたいときは遮断棒をその後挿入するのがよいが
）、このまま再び臨界運転に移行するならば、挿入速断
棒を炉心から引出したシ、炉心が再び温度上昇をするの
を待つというような時間が省けるので再始動に！！する
時間が節約できる。また従って温度の変化に因る熱応力
の発生も少ない。■崩壊熱導出装置が故障したときＫも
それと対処する時間が十分ある等の特有の利点がある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １炉心からの出力の導出を遮断及び／または低減するこ
   とによシ反応炉の臨界平均炉心温度に対して相対的に平
   均炉心温度・を上昇せしめて反応炉を臨界未満にし、次
   いで炉心からの崩壊熱導出を調節して炉心平均温度を制
   御することにより速断期間中、その平均炉心温度と臨界
   平均炉心温度との差を維持する、反応度が負の温度係数
   を有する高温反応炉を速断する方法において、炉心から
   の出力を速断または低減したあと崩壊余熱導出を行なっ
   ている間制御棒を炉心に挿入し、次いで崩壊熱導出率を
   高めることを特徴とすにより反応炉の臨界平均炉心温度
   に対して相対的に平均炉心温度を上昇せしめて反応炉を
   臨界未満にし、次いで炉心からの崩壊熱導出を調節して
   炉心平均温度を制御する仁とにより速断期間中、その平
   均炉心温度と臨界平均炉心温度との差を維持する、反応
   度が負の温度係数を有する高温反応炉を速断する方法に
   おいて、炉心からの出力の導出を速断または低減する前
   に制御棒を炉心に挿入して臨界平均炉心温度を低下せし
   めることを特徴とする方法。