JPS5891090A - 高温の液体ナトリウムとコンクリ−トが接触するときの交互作用とその結果を防止又は低減する方法および装置 - Google Patents

高温の液体ナトリウムとコンクリ−トが接触するときの交互作用とその結果を防止又は低減する方法および装置

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JPS5891090A
JPS5891090A JP57182689A JP18268982A JPS5891090A JP S5891090 A JPS5891090 A JP S5891090A JP 57182689 A JP57182689 A JP 57182689A JP 18268982 A JP18268982 A JP 18268982A JP S5891090 A JPS5891090 A JP S5891090A
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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】 この発明は、耐火材料を1更用(−でナトリウム−トが
接触するときの父互作用とそれによって生ずる結果(悪
影響)を防止するか低減させる方法とその装置に関する
ものである。
ナトリウム冷却式の熱伝送系において漏れがあると成体
金属とコンクリート構造体との接触は避けられない。こ
の場合コンクIJ −) Kは高い熱的、化学的および
機械的な負荷が加えられ、−f:れらの間の相反作用に
よって複雑な反応メカニズムがヴ6生するが、これらは
一括してすl・リウム・コンクリート相反作用と呼ばれ
ている。
コンクリートの熱負荷によって生ずる特性の変化は主と
してコンクリート中に遊#するかあるい(σ%)l埋的
・化学的に結合されて存在する水に起因するもので、一
般に次の二つの過程が認めら九でいる。
(])  +メント粒子と水との間の物理的・化学的結
合によるコンクリート強度の世干。
(2)水の蒸晃と非凝縮性カスの膨水に泰くコンク1)
 −ト気泡内の圧力上昇とそれに続く刃口熱きれたコン
クリート表面からの水蒸気の放出。
放出水蒸気とす) IJウムの間てはづ6熱化学ル応が
起り水素が兄生する。コンクリート構造体の崩御により
ナトリウムと固体コンクリート部品との接触か起り、千
の一部はシら熱反応ケ起す。これによってコンクIJ 
−1−に熱膨張によって高い持緘的負荷がかかり、亀裂
が兄生し7て表面の一部か剥離するようになる。これに
よって更に反応が進行する。
ナトリウムとコンクリートの父互作用から生ずる悪影響
の中安全技術上知髪なの1次のものである。
(a)  水素の生成 (h)  エネルキー放出 (c)  コンクリート構造の安全何事の低士敵体金隋
技揮丁の主安な[IS川用野1l−j現在ナトリウム冷
却の菖速原子炉である。このit 11ffiは例外無
くr?、、して種々の保篩糸全備える一次区域と二次区
域から構1jν、され、これらの区域では故障時に′待
にナトリウムとコンクリートとの接触がBd +hされ
なければならない。
次に述べる保護糸が1ループ1原子炉において法用され
、ヤれらのナトリウムを纒ぐ部品は大部分封じ込め棟の
別々の空洞父(dセル内に崗かれる。
設備の構成に応じてこれらの収容セルの全部又は一部か
隣接するコンクリート構造の内面にとりつけられた鋼板
で被櫃されている。故障時に予期さ7しる負荷債況に関
係(〜てセルライナは異った構造」−の特徴を持ってい
る。洩れか生じたときの千振71f丁。
(11)  セルライナとコンクリート構造の間の熱膨
張の差に基く応力。
(iii)  ナトリウム・プールからコンクリート構
造へるライナとコノクリート構造の間の蒸気圧クッ7ョ
ンの形成。
蒸気圧クッ7ョンはライナを爆兄させることがあり、又
小さな故障個所でも大量の蒸気をす) l)ラム区域に
放出させることがあるので、最鏝に挙げた情況は特に重
大である。ナ]・リウムとコンクリートとの直接の接触
あるい(はコンクリート含有水の遊離を予防する手段と
17では次に示す保護系a)およびb)が採用される。
a)ナトリウム冷却の高速瑠夕(αF(SトrR3Nc
))のもの。これについては文献(E、HOppe。
’  Bran+jverhalten  von  
Natrjum  und  dar−au S  a
hzulejtende   SchutzmaPna
hmen  amBeispj、er d、88  K
K’  K、alk ar  ’ +  A ED−C
0nf−77−8(J4−iJO2,p、8〜11 ;
 K。
Kordj、na、肌5chneider、 ”Mo1
sture trsn−sport and、 vap
our rel、ease of concretes
tructures at tempθratures
 > J−0(J℃II。
Transactions of the 5th I
nterntatJ、onaEConference 
 on  5tructura1.  Mechanj
−asi、n  Reactor  Technol−
ogy、PaT)er H115゜Berlin、13
、−17.8.1979.  p、2  ;R,H,C
hapman、  ’A 5tate  of−the
−artrevjθw  of  equipment
  cell  1iners  forLMFBR’
s ’ ORNL−TM−4714,p、5B )に記
載されている。
一次区域を包囲する内部コンテインメントの内7trl
か)ヤキ6励1のライナ板で覆われ1 ζ、のライナ板
はコンクリート打込みに際(2ては紛失板張りとなる。
始めから予想されるように原子炉の運転中既にコンクリ
ート壁面とライナの間に僅かの間隙が形成され、故障が
発生すると温度負荷のために拡大され、コンクリート含
有水の蒸発開始ヶは最初のうち収容室として役立つ。(
〜かしこの収容室の容積は発生する蒸気量に比べて小ざ
ぐ過大の圧力」二昇を避けるため圧力放出手段か設けら
れる。蒸促したコンクリート水は導管糸fニーi!3L
、てコンデンサに岑か11.る。このセル・ライナ系に
は卸d羨の床土ため僧が付設される。このため槽(″:
i−次コンポーネントの下にあって洩れたす) 11ウ
ムを収容する。
二次系のナトリウムを導くコンポーネン)U主とし2て
収容棟の+1. flail bでおいて三線の蒸気発
生棟内に置かれる。洩rした月科治−収容するためには
ここでも床)ため11!lが設けられ、この不活性化さ
れていない設備1〆域内においてす) l)ラムの九人
を制限するため特別な破細を備えている。洩れたナトI
J r’)ムは収容ため槽から不活性化された集合タン
クに移される。収容ため情の下には床のコンクリートの
異常な温度上昇を防ぐため熱緩衝装油が設けられる。壁
面は蒸気発生棟内では保護さ7′シていない。
b) ?+aフラックス設備(F’ast Flux 
Faci、]、1−ty)のもの。これについては文献
(R,H,Cha−pman、   ’A  5tat
e−of−the−art  revjew  ofe
qujpment cell Hners for L
MFBR’s ”。
Po1entZ、   ’A  new  appro
ach   to  the desi−17n  o
f  LMFBRLiners’  Nuclear 
Engj、ne−ering  xnternatio
na]、、  Vow、25 (1980)。
A、306.  p、 5 f(〜59 ; R,H,
Ohapman、 ”Equ−i、pment  ce
ll  1jners  for  liquid−m
etall−cooled  faSt  hreec
l、er  reactors’、Nucl、earS
afety、vo]、、17.  A2.   p、 
 2  (J  9 〜2 1 1  )に記載されて
いる。
高速フラックス設置(FFTF)は熱出力40 (IM
Wのナトリウム冷却原子炉であり、商業的な大規模設備
のIl’it型となるものであって、技術の現状を代表
している。
ナトリウムを導く部品と集合体は総てセル・ライナを備
えているが、これには一般にホット・ライナとコールド
・ライナの別がある。ホット・ライナの設置はコールド
・ライナの場合よりも技術的にb=である。従ってホッ
ト・ライナはν全の見地から選ばれたいくつかのセルの
下部だけに設Izカ犬きhセルにおいての、孜体金膨の
レベルi考えて決定される。
ホット・ライナの主な特徴は銅板、空気間隙および耐火
4′Aの多層構成である。ホット・ライナはコールド・
ライナ・\の移行点だけで固定され自由に膨張できる。
コンクリートから発生する水蒸気は導管を辿1.で排出
され、蒸気圧クッションの形成は1羽止される。ホット
・ライナは完成したコンクリート構造体(て投雪され、
板張りとしての使用は不町有にである。
コールド・ライナ系はホット・ライナを備えるセルの」
二部区域と残りのライニングされたセルの総てに設けら
れる。大部分が戦水原子炉のコンテナ構造に対応する構
造ではU、35IuRJ¥さの中位が使用され、構造用
コンクリート内にわく組み(1,2m×J、、2mの正
方形格子)として埋め込1れた支持体に溶接される。
コールド・ライナは始め圧力緩・階系照しに設置された
が、秒から設計方針を検査した結果原子炉学制に圧力緩
衝系を追加することになった。
構築期間中に到着したコールド・ライナに関する第二の
構想はコンクリート構築物(で対する被接系を開光する
ことである。即ちプレ/・ブされた板セクションを構築
現場で位置決めし、溶接してコンクリートに対する紛失
板張りとして使用する。
ライナをコンクリート構造に固定するためにはセグメン
トの背面に山形鋼を11.3 X fl、3 鵡の網状
にt’Mc”、flMする。史にセル−ライナの外にナ
トリウムの洩ね5防止手段として原子F容器、−次備櫃
ボノブおよび中間熱交換器を自立保護タンク内に設ける
4肯、計器盤および小形部品にはある場合特に二次区域
においては収容だめを備えさせる。
公知のライナ基の保護作用は、ナトリウムとコンクリー
トの直接の接触ならびにライナの損傷個所全通してナト
リウム存在区域に水蒸気が侵入することによるq:反作
用が考えられる総ての故障条件の下で防止されることに
基ぐものである。例えば熱7ヨツク負荷、ライナと構造
コンクリートの(11) 間の熱誘起応力、ライナ板とコンクリートの間の蒸気圧
クッション等のナトリウムの洩れが太きいときに予想さ
れる負荷によりライナが損傷すると、最早有効な保護作
用(は不貞」能とな乙。このことは溶接部(C生ずる亀
裂のような比較的小さい損傷の場合にも該当し、圧力降
下に基いて多量の水蒸気がナトリウム区域にあふれ出す
ことがある。
覗4在使用されているライナ基を比較して見ると、重要
な構成因子において者しい差異が誌められる。
直接コンクl) −ト構造上に乗せられそれと結合され
るコールド・ライナが主として使用されているが、これ
に対して遥(C高価となるホット・ライナは熱緩衝体と
組会せて自由に動き得るように設置される。従ってライ
ナ設計の基調となる負荷の相定には大きな差異があり、
種々の安全報告−悟によればそれぞれの設置されている
ライナ系は所定の要求を満た(7ている。その例はR,
H,Ch、apmanの報告”A 5tate−of−
the art review of equ−11つ −TM4714.p、3〜6.58〜59およびEq+
2ipment  cell  1iners  fo
r  liquid−metal−cooled、fa
st  breeder  reactors”、N+
ic]、earSafety、 vol、17. A2
.  p、209〜212である。それによればセル・
ライナの設計又は多−敵のナトリウムの洩れに際してそ
の機能性の検証に直接関係する実験はこれまで行なわれ
たことがない。
史にライナ系についてのこれ以外の問題点として次のも
のが挙げられている。
(1)設計道具と17で使用された構造解析はセル番ラ
イナの問題となる個所、例えば壁面−壁面、壁面−底面
等の移行部およびかどの部分の外に導管の導入部に問題
があることを下している。
これらの個所は酸1章時には最大の負荷がかけられるか
ら、s′初にこれらの部分に故障が生ずることが考えら
れる。
(2)  ライナ系ね設計に除して一般に均質面と見ら
れている。しか1.実際には多数の溶接III!iI所
があものとしなけ715ばならない。
j3i  ナトljウム冷#]置迷原子炉に対するセル
・ライチ技?#はその多くの部分が水冷却又はカス冷却
原子炉のコンテノー構成技術からとらね、たものである
が、まだこの技術の開兄段階士で到達していな(ハ。
こ八らの見解ヲ昨括するとライナ基の構成とその機能性
の倹tiFに関[2ては1床での疑問点か解明されたも
のではなく、ライナ基にはなお多くの改良可能性が残さ
れている。
ライナが常に手1じ込め系の配達に伴って言及され、従
ってライナの使用がこの分野に限定されているように見
えることは注目に値する。(〜かし封じ込め系の外部に
ある蒸気発生器においても一次糸と同程度のナトリウム
量が記録されている。ライナの4人を一次区域だけに限
定する理由は次のようなものであると想像される。
(1)  この押の系の設−に1、高師である。
(II)蒸気発生区域知1は活性封じ込めの要求は存在
(iii)  ライナ基の必要性は足米主として一次系
の気密封じ込、V)1て対1.で考えられ、正規運転中
不活性ガス雰1ノ1ノ気の糾、持金可能にし1故障時に
は活性漏れに対する障壁となるものである。
これによれば二次系又は蒸気光生1〆域にお驕てのすト
リウム−コンクリ−1・間交互作用に対する保護系の要
求はライナ基の1史用によってはカバーされない。
この発明の目的は、高温の液体ナトリウムが、コンクリ
ートと接触したときの交互作用とそれから引き出される
悪い結果を防止するかあるいにJ:低減させる方法なら
ひに装(2)を提供することである。
成体すトリウムとコンクリートの間の交互作用から生ず
る効果の中佐全技術上重要なのは水素の生成、遊離エネ
ルギーの発生、コンクl) −ト構造の支持r4目力の
1人丁等であって、これらの効果を低減させる必要があ
る。
この発明)でよればこの目的は、高温の成体ナトtil リウムに接触する可能性があるコンクリート構造表面部
分の材料として酸化アルミニウム、酸化マグネ7ウム又
は酸化ジルコニウム、又はそれらの混合物を70乃至9
6.5重量%含むコンクl) −トを使用することによ
って簡単に達成される。このような材料としてはアルミ
ナ溶融セメント、動電耐火レンガ(熱伝導度が低い多孔
質耐火性のコンクリートブロック)又は耐火レン力(耐
火性のコンクリートブロック)から作られたコンクリー
トが挙げられる。製造に靜して空気泡形成添加剤、コン
クリート液化剤、コンクリート締め固め添加剤の中の一
つ又はそれ以上を加えたコンクリートを使用することも
可能である。
この発明による装置は、コンクリート構造の表面に酸化
アルミニウム、酸化マグネシウム又は酸化ジルコニウム
又はそれらの混合物全70乃至96.51量%含むコン
クリートから成る保護嗜か設すられていることを特徴と
する。この保護−は(16) コンクリート構造の表面に設けられる。保^層(,1ア
ルミナ溶融セメントと軽質耐火レンガおよび/あるいは
耐火レンガその他の耐火材料で作られたコンクリート層
とすることができる。その代りに空気泡形成剤、コンク
リート液化剤、コンクリ−ト締め固め剤を製造中に添力
II L、たコンクリートを保岐楢(r(使用すること
もT=J能である。この発明による装置の有利な実施態
様においては、ブロックがコンクリート構造に設−′さ
れる前に予備的に焼成処理された完成コンクリート部品
となっている。
この発明により次の効果が侍られる。
−コンクリートに含まれるナトリウムと反応する固体成
分は無視できる程度に少量である。
−普通のコンクリートに比べて高温における強度の低ド
が僅かである。
一熱伝擲度が低く、熱遮蔽作用がある。
これらの条件か南たされるよりにするため酸化アルミニ
ウム(Aノ)203)分か極めて大きいセメンアルミニ
ウム、酸化マグネ7ウム()11yo)又は酸化ジルコ
ニウム(Zr02)又けこれらの混合物が使用される。
これらの化合物は考えられる温度範囲にお(/1てす)
 l)ラムによシ衛元されなha更にこ八らの物質には
酸化クリコンおよび酸化鉄は極めて僅か[7か含まれな
い。
アルミナ溶融セメントはこの種のセメントと省λること
ができる。このセメントは80.5%までのp、t2o
3とCaOを18.0%含み、0.2%の5102とt
)、15%のFe2O2が他の不純物と共に残りの1.
5%を構成する。コンクリート骨材は紬質耐火レンガ又
は制火レンガを破砕して作る。その酸化物量は99%に
達する。
アルミナ溶融セメントと上記の骨材を基材とするコンク
リートは約1500℃までの温度で使用することができ
る。100℃から400℃の温度範囲においてアルミナ
の完全なデヒドラテーションが起るためその強度は始め
の値の40乃至65饅に低下する。泥層が更に上昇する
と強度の低下I噂 からの水蒸気の脱出を充分避けることができる。
(d抑1.テ1]さノ1、fi 00 Cにおいて38
〜E+ 11%、800℃で3(3〜60%の強度を保
持する。1000℃nu トの温度で強度は初期値以−
Lに上昇することが記録されているが、これは材料の焼
けかため又はセラミック結合の形成に帰せられる。これ
によってコンクリート層は自立性となる。
例えば軽′q1耐火レン力のような熱伝導度の低い骨材
を使用し、史に空気泡形成剤をセメント液に力■えるこ
とによりコンクリ−1・の熱伝導度全最低にして隔絶、
碌コンクリートとして使用されるようになる。このよう
にして通常のコンクリートで作られた構造物が最大の温
度負荷およびそれによる結果例えば強度低下および水蒸
気放出等に対して保^される1゜ 丈にコンクリート液化剤およびコンクリートを押し17
,1める冷加剤を加えることによりコンクリート石の微
、細構令を調節して王として閉鎖気泡が形成されるよう
にすることができる。これによって保護層へのナトリウ
ムの侵入とコンクリート構造− 能にするものである。
用分野が考えられる。
(、)  通常のコンクリートで作られた構造にしつく
いと1.て塗布する。この場合保護層は他のコンクリー
トと同様に水を含み、加熱するとこの水が蒸晃してナト
リウムと反応する。このナトリウム・コンクリート交互
作用の効果は保画層内にナトリウムと反応する固体外が
なく、ナトリウムと通常のコンクリートとの接触は1羽
化されているから限定されている。それと同時に通常の
コンクリートが熱絶縁される。
(b)  燃焼予備処理された完成部品から構成された
保霞層として設ける。これによってコンクリートに含ま
れる水は完全に追い出され、始めに存在したセメント石
の水結合が高い強度のセラミック結合に震えられる。
この発明(グ収容区域に設けられる公知の保検系用され
ていなかった領域、例えば蒸気発生棟その他のナトリウ
ム冷却高速原子炉の二次系区域に使用されるものである
。これによってこの区域において発生するナトリウムの
洩れによる故障を低減させ、それに伴う修復と設備の停
止のためのコストヲ節約することができる。
この発明の主な利点は次の通ジである。
この発明による保護系はコンクリート技術において慣行
の方法により製作し設置することができるから。
一工作が簡単でコスト的に有利である 一複雑な形状にも適している 一プレハブ方式が可能となる という利点を持つ。史にアルミナ溶融セメントをベース
とするコンクリートは通常の硬化時間において急激に強
度を増大するという有利な特性を持時間で負荷をかけ又
は加工することができるようKなる。
この弁明1ヶ従来コストの点でライチ系が設けられなか
ったナトリウム冷却原子炉の二次区域にライチ系の使用
全可能にするものである。この外に一次区域におりでも
通常コンクリートのライチ板の間に前に述べた特殊コン
クリートの層を置くことによりライチ系の信頼性を高め
ることができる。
・貧発 明 者 ウニルナ−・フリッヶドイツ連邦共和
田ゲーストアハ ト・フリードリッヒフリーゼン シュトラーセ13

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 ■)コンクU −ト構潰体の少くともh温液法ナトリウ
    ムと接触する表向に辺い部分の材料として酸化アルミニ
    ウム、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム又はそれら
    の混合物全7Ol量係乃至9 (i、53j量%含むコ
    ンクリートか使用されることを特徴とする附火桐料ケ使
    用してす) IJウム冷却系において画温の&杯すi・
    リウムとコンクリートが接(Qlイ!するときの交−9
    作用とそ几によって生ずる結果を防止又は低減する方法
    。 2)コンクリート材料としてアルミナ溶融セメントとI
    l!1ミW酬火レンガおよび/あるい(は耐火リートが
    使用されるCと(il−特徴とする特許請求の範囲第1
     T* Mピ4〜の方法。 :3)製造に除して空気泡形成添加剤、コンクリート欣
    化削、コンクリ−1・細め固め冷加剤の一つ又はそれ以
    」二を加えたコンクIJ −1−が1耐用されること′
    fr:特徴とする特許請求の範囲1第2珀記載5の方法
    。 4)コンクリート構造体の表出Jに酸化アルミニウム、
    酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム中の一つ又はそ力
    、らの混合物を7Ol量係乃至96゜5事量%含むコン
    クリートから成る保護層か設けられていることを特徴と
    −「る耐火材N:」ヲ使用してナトリウム冷却系におい
    て夕、泥の液体ナトリウムとコンクリートが接M(シた
    ときの交互作用とそれによって生ずる結果を防止又は1
    代減する装置。 5)イ呆睨l曽かしっくいの9杉でコンクリートタイ造
    1本表面に設けられていることを7.f!j徴とする特
    6)保各層が既製のブロックの形でコンクIJ H[・
    構造体表面に設けられていることを特徴とする特許請求
    の範囲第4項記載の装置。 7)保請層がアルミナ溶融セメントと@質耐火レンガお
    よび/あるいは耐火レンガその他の耐火材料で作られた
    コンクリートから成ることを特徴とする特許請求の範囲
    第5項又娃第6項記載の装置。 8)保軸層が空気泡形成剤、コンクリ−1・液化剤、コ
    ンクIJ −ト締め固め剤の一つ又はそrし以1−全製
    造に除して加えたコンクリートから成ること全特徴とす
    る特許請求の範囲第7エロ31シ小・、の装V。 9)ブロックがコンクリ−1・構造体表面にとりつける
    前に焼成処坤された完成コンクリート部品であることを
    特徴とする特許請求の#σ囲絹6項記載の装jわ。
JP57182689A 1981-10-21 1982-10-18 高温の液体ナトリウムとコンクリ−トが接触するときの交互作用とその結果を防止又は低減する方法および装置 Pending JPS5891090A (ja)

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