JPS5916675B2 - 原子炉炉心捕捉装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は原子炉炉心捕捉装置に関するものである。

商業用原子力産業の初めから、関係者の基本的な関心事
は原子力の安全性であった。

取締り団体商業的製造業者及び利用者側が公共の安全を
確保、するために多くのシステムと構成部材の調査、設
計及び開発について多大の努力をしてきている。

政府関係取締団体は商業用原子炉プラント及びその他の
型式の原子炉プラントの仕様について、その安全性の内
容を規定している。

その規定は可能性の大きな事故に関係なく、仮想の事故
に対する防護についてなされている。

そのような発生する可能性の少ない仮想の事故は、正常
運転時のプラントの機能を保持しかつ事故時の緊急機能
を確保するように設計される補助系が、例えば炉心や関
係機器の少なくとも一部が流動状態に溶融するような、
仮定された条件に立脚するものである。

炉心及び原子炉容器内にあって上記のような情況下では
やはり溶融すると仮定される炉心支持構造体は、さらに
厚肉鋼製の原子炉容器の底部を通って溶融すると仮定さ
れている。

もし、原子路容器の下に溶融破片を収容し、かつ冷却す
る装置やシステムが設けられていなければ、溶融破片は
格納のためのコンクリートと化学的に、また、発熱反応
することになる。

また、水素も放出され、それが爆発可能なほど濃度が高
くなるであろう。

格納施設の補強剤や機器支持のための構造材には充分す
ぎるほどのものが準備されるのが普通であるけれども、
支持構造材の成るものはコンクリートとともに損傷を受
け、溶融破片が格納施設の下の環境に出る。

このことは少なくとも理論的には多量の放射能が環境に
出ることを意味する。

さらに、もし溶融破片が冷却されずに散乱され、または
中性子毒性物質によって希釈化されると、可能性として
は小さいにしても、破片の少なくとも一部が臨界を可能
とする幾可学的形状となるかもしれないことが指摘され
ている。

この発明の基本的な目的は、万一の事故の際に流動状態
にある溶融破片を収容し、冷却し、散乱させ、希釈させ
、反応性を抑えることができ、したがって公衆と環境の
安全を確保することができる炉心キャリパ（ｃａｌｉｂ
ｅｒ）を提供することを目的とするものである。

この目的に対応して、この発明の原子炉炉心捕捉装置は
、原子炉炉心溶融破損事故の際に炉心からの溶融破片を
受は入れて収容するためのものであって、原子炉容器の
下に配置され、溶融破片を分配する分配体として機能す
るドーム片を持つ少なくとも１個の炉心破片容器と、前
記ドーム片を囲む外側がアルミナのレンガの少なくとも
１個の層とを備え、前記覆いは前記レンガ上に延出する
中性子毒物物質の棒を備えていることを特徴としている
。

以下、この発明の詳細を一実施例を示す図面に基づいて
説明する。

第１図に示される装置では、原子炉容器１０の下部に容
器が設けられている。

この容器は溶融接は事故の際に原子炉容器１０から落ち
て来る溶融炉心破片を捕捉し、収容し、最終的には凝固
させるものである。

ＦＦＴＦ原子炉のような成る種の原子炉では原子炉容器
１０の下に保護容器１２が設けられている。

この実施例における装置では、以下に説明する５つの主
要な構成部品を備えている。

その主要な構成部品とは漏斗部材１４、炉心破片容器１
６、ベット１８、冷却装置２０及びライナー２２である
。

漏斗部材１４は保護容器１２を貫通して来ると仮定され
る炉心破片を装置の中央に導びくものである。

溶融破片は初め炉心破片容器１６に集められる。

炉心破片容器１６はセンタードーム２４とタンタル前枠
２６とを備えこ溶融状態の、或いは小片状の破片が臨界
に達するのを防いでいる。

この炉心破片容器１６は同時に、高温の破片による熱衝
撃負荷の大部分を受けるものである。

破片の温度は多分２７６０℃（５０００°Ｆ）程度にな
るであろう。

もし、破片が炉心破片容器１６を溶融抜けすれば、序々
にベッド１８の材料に溶は込む。

ベッド１８の材料の温度上昇及び溶融によって、破片の
熱は吸収され、その熱は冷却装置２０に伝えられる。

冷却装置２０はベッド１８の壁及び床を囲んでおり、か
つ、グラファイトブロックの層３０内に冷却パイプ２８
を備えている。

冷却装置は保護容器１２の上部区域まで立ち上がってお
り、これはナトリウムのプールのような炉心破片の上に
形成されると考えられる冷却材プールから熱を除去する
ためのものである。

冷却装置２０を囲んでライナー２２があり、このライナ
ー２２はナトリウムが下部格納設備空間及び格納設備コ
ンクリートと接触するのを防止している。

ライナー２２は絶縁と支持のための耐火レンガを備えて
おり、この耐火レンガは下部空間壁表面のコンクリート
の温度を低くすることになる。

漏斗部材 この装置の漏斗部材１４は、仮定された原子炉容器１０
の下部の溶融抜けがいかなる場所に起っても、炉心破片
を装置の中央に導くように準備されている。

漏斗部材１４は、最終的にはベッド１８がその境界で溶
融炉心破片を収容するように、炉心破片が装置上を流れ
ることを確保する。

漏斗部材１４は半径方向外方に延出し、その縁部は保護
容器の上部の内径の部分か、或いは原子炉容器１０の外
径を越えた部分に達する。

漏斗部材１４の壁には充分に傾斜した傾面が形成されて
いて、炉心破片の小片が漏斗部材１４の表面を滑り落ち
るようになっている。

図には傾斜の角度が４５°の場合が示されているが、そ
の他の角度でもよく、特に３０’から６０°の角度が望
ましい。

漏斗部材１４は、溶融炉心破片、溶融不銹鋼、及び冷却
材の急激な接触によって生ずる熱衝撃に対して何等の損
傷なく耐え得るように設計されている。

必ずしも必要なことではないけれども、格納用下部空間
への運搬や場所での組立に便ならしめるために、漏斗部
材１４の構成部材は小さなセグメントで製作されるよう
に設計する方が望ましい。

また、漏斗部材には地震の荷重にも耐え得るような構造
強度を持たせなければならない。

漏斗部材１４が機能を果した後は除去される。

そのままだと装置の構造部材に悪影響を与えるからであ
る。

さらに、漏斗部材１４は必ず冷却材用の流路を備えてい
て、これによりナトリウム、ポタシウム及びそれらの混
合体或いはその他の冷却材から熱を除去するために炉心
破片上方のプールの冷却材を自然対流によって上部冷却
コイル３６の囲りに循環させるようになっている。

上記した基準に適合した漏斗部材が第２Ａ図、第２Ｂ図
、第２Ｃ図及び第２Ｄ図に示されている。

漏斗部材１４は多数縁の基礎５０と略三角形のフレーム
５４の構造に組み立てられる一連の板５２とを備えた略
逆円錐形の形状をなしている。

第２図に示す漏斗部材１４は、２４個の三角形フレーム
に組み立てられた多数の厚さ２．５４センチメートル（
１インチ）の炭素鋼製の板５２のレバーを備えた２４縁
の基礎５０を有している。

図に示されるように、フレーム５４は逆円錐形を形成す
るように組み立てられている。

各フレーム５４の基礎（若しくは外側の交差流路）５０
は厚さ５．０８センチメートル（２インチ）の鋼製の保
護容器用支持リング５８に取り付けられ、かつ支持され
ている。

フレームの内側部分は筒状の炉心破片容器１６に取り付
けられ、その炉心破片容器１６はレンガ製のベッド１８
の上に位置している。

各板５２は所定の位置に横たえられ、第２Ｄ図で示す５
６の部分でフレーム５４に溶接され、そのフレーム５４
によって支持されている。

各フレーム上の板５２の接合部の上を鋼ジヨイントのス
トリップ６０が覆っている。

各フレームは流れ板で覆われていない。

各ス） ＩＪツブ６０は両側に沿って連続的に板５２に
溶接されている。

板５２の上には一連の流れ板６２と一連の保護板６４が
あって、冷却材プールを冷却するために上部冷却コイル
３６に向う自然循環流路を形成する。

この冷却流れは第３図に示されている。

流れ板６２は板５２の上に直接位置していて板５２の上
に重なっている。

重なりの部分はこの実施例では６０センチメートル（２
フイト）である。

重なり合った部分の間の区域は流路を形成する。

流れ板６２上の保護板６４と支持体６６及びそれらの間
の区域は高温の冷却材の流路を形成する。

流れ板６２は流れ板支持用の２４個のアングル６８によ
って支持されている。

アングル６８は全体の支持用フレームの一部をなすもの
である。

アングル６８は略三角形のフレーム５４の最上部をなし
ている。

各流れ板６２は２個のアングル６８上に溶接固定されて
支持されている。

接合用のストリップ６０はすべての流れ板６２に接合さ
れていて、流れ板６２間の接合部を覆っている。

保護板６４は流れ板６２を覆っていない。

保護板６４を支持するチャンネル６６は流れ板６２の全
長にわたって溶接されている。

図に示すように、両チャンネルに溶接されて支持されて
いる。

流れ板６２の下の垂直フレームと水平フレームの間には
厚さ６．３５ミリメートル（０，２５インチ）の炭素鋼
製の板７０があってレンガ７２の三角形部分を囲んでい
る。

これらのレンガ７２はマグネシア（ＭｇＯ）製であるこ
とが望ましいが、ドリア、ウラニア、ジルコニア、アル
ミナ、タンタル、グラファイトその他の材料製とするこ
ともできる。

この部分のレンガはベッド１８と連続して漏斗部材１４
をバックアップし、また、冷却用プールを冷却するため
に漏斗部材１４が形成した循環流路を完全なものにする
。

作動について説明すると、原子炉容器１０及び保護容器
１２を貫通する仮想の溶融抜は事故に゛よって生じた炉
心破片は漏斗部材１４の傾斜した炭素鋼の表面に落ちる
。

破片はその表面を滑り落ちて炉心破片容器１６に人って
蓄積する。

また破片は冷却材に運ばれて落ちて来ることもある。

もし炉心破片が漏斗部材１４の鋼板を突き刺し、その表
面を一部分溶融させた場合には、その溶融した鋼は破片
と漏斗部材１４の表面との間の摩擦係数を減少させるこ
とになり、これによって破片が漏斗部材の表面を滑り落
ちて炉心破片容器１６に入るのを容易にする。

もつとも、この板は、他の鋼或いはタングステン、モリ
ブデンその他の耐高温材料で構成することも可能であり
、またベースの板に耐高温材料を被覆したものを用いて
もよい。

鋼の表面上の層の溶融抜けが漏斗部材１４の他の層の機
能に影響しないようにしなければならない。

鋼板の背後のレンガ７２は溶融炉心破片を炉心破片容器
１６に導くように連続している。

流れ板６２の背後のレンガは、高温冷却材を自然循環内
の冷却された冷却材から絶縁する機能も果している。

フレーム５４、流れ板６２及び保護板６４は漏斗部材１
４の頂部で截頭円錐環状の入口流路と漏斗部材用支持部
材の上部で同形上の出口流路とを形成するように配置さ
れている。

第３図に示すように、自然循環冷却材プールの冷却を行
うために、高温冷却材の流れは漏斗状空間の中心を上昇
し、それから保護容器絶縁材７４の底部に沿って外側に
流れる。

この高温冷却材はそれから入口流路７６と漏斗部材１４
を通り漏斗部材１４上のプレナム空間に入る。

それから高温冷却材は冷却コイル３６の周囲を降りて、
その間に冷却される。

冷却された冷却材はそれから半径方向内側向きに流れて
漏斗部材の板の上部表面に流れ、次に装置の中央に向っ
て流れ落ちる。

その間、その冷却された冷却材は炉心破片から熱を受け
て高温になり、保護容器絶縁材７４の底部に向って上昇
し冷却材流れの１サイクルを完了する。

破片によって加熱された高温の冷却材と冷却コイル３６
で冷却された低温の冷却材との温度差が冷却材を循環さ
せるための熱落差になる。

炉心破片容器 炉心破片容器（ＣＤＲ）１６は第４Ａ図、第４Ｂ図、及
び第４Ｃ図に示されている。

炉心破片容器１６の第１次的な機能は、発熱している核
的崩壊燃料やその他の溶融破片が集まって臨界に達する
幾可学的形状をなすことを防止することにある。

この機能を発揮するために、炉心破片が冷却可能な幾可
学的形状に、また一定の期間後にはベッド１８に収容可
能な幾可学的形状に、炉心破片容器１６は炉心破片を溜
めるものでなくてはならない。

炉心破片容器の幾可学的形状は炉心破片が臨界量配置を
とらないようなものでなければならない。

これは毒物質を使用することにより、かつ、又は炉心破
片が自分で平らになるようなプール配置になるように深
さを制限することによって達成される。

炉心破片容器１６は地震にも耐えるものでなければなら
ない。

しかしこれは機能を果した後は消耗品になるべきもので
ある。

上述した規格に適合した、この実施例における炉心破片
容器１６は装置集合体の中央に置かれた円板状構造体に
製作される。

図示されている炉心破片容器では直径が約２．１３メー
トル（７フイート）で、高さが約０．９７メートル（３
フイート）である。

炉心破片容器のシリンダ９０は、炭素鋼製とすることが
でき、それは炉心破片容器１６を囲んでおり、かつフレ
ーム５４の底部で周囲の支持をなしている。

略球形ドーム状の中央片２４は炉心破片が炉心破片容器
１６の中央に集まって燃料物質が臨界量に達することを
防止するように設計されている。

この中央片２４はアルミナ、マグネシア、トリア、ウラ
ニア、ジルコニア、タンタル、グラファイト、或いはそ
の他の高融点材料のブロックで構成することができる。

中央片２４を９８係アルミナのブロックで組み立てるこ
とは望ましい。

中央片２４の内側はブロック９８（望ましくはアルミナ
製）が充填されており、それらの体積の約２５係はタル
タル１００が充填されている。

タンタルに加えて、或いはタンタルに替えて他の中性子
吸収物質を用いることもできる。

その中性子吸収物質としてはボロン、カドミウム、ハフ
ニウム、ガドリニウム、銀、ユーロピウム、インジウム
等及びそれらの化合物がある。

配管は球形でなくても破片を分散させるように機能する
ものであれば他のものでもよい。

中央ドーム９２は炉心破片容器１６の底部を構成するレ
ンガ１０２の外側層の内部に組み立てられている。

これらのレンガ１０２は高融点材料で作ることができ、
特に体積の２５％をタンタル棒２６が占めているアルミ
ナ製とすることが望ましい。

これらのタンタル棒２６はレンガ１０２の上方に約４５
．７センチメードル（１８インチ）延長している。

酸化ウラン（ＵＯ２）その他のタイプのペレット１０６
が外側のタンタル棒２６の間に位置し炉心破片容器１６
の底部の上に約３０．５センチ（１２インチ）の厚さの
層を形成している。

ペレット材料は溶融燃料と同じ密度を持つものであって
、したがって溶融破片の上に浮き上がることはないよう
になっている。

さらにペレットは溶融燃料と混和可能なものであって、
かつ、融点が２９８２℃（５０００°Ｆ）以上のもので
ある必要があり、これによって初めの熱衝撃を受けるよ
うになっている。

ペレット状にすることはこの初めの熱過渡現象を受ける
のに適している。

この層は２５％のタンタルと約２５％の酸化ウランから
成っており、残りはガスを満した空所である。

このガスは格納設備の下部空間で使用できるガスであっ
て、例えば、空気または窒素、ヘリウム若しくはアルゴ
ンのような不活性ガスである。

ペレットの他の材料としては、使用済みの原子炉燃料、
タンタル、ボロン、カドミウム、ガドリニウム、銀ユー
ロピウム、インジウム及びそれらの複合体も使用するこ
とができる。

ペレットの少なくとも一部分には初めの熱衝撃を受ける
ために使用済みの燃料で構成しなければならない。

第４Ｃ図には炉心破片容器の内部構造の別の構成が示さ
れている。

ここでは、多数の三角形の鋼製のアングル１０８が横に
積み重ねられていて、溶融破片を分散させるように構成
されている。

アングル１０８の内部にはボロンカーバイド、その他の
上述の毒物質からなる中性子吸収材が含まれている。

アングル１０８は交互に９０度をなして積み重ねられて
いる。

この構成はドーム９２と同様に分散機能を持つことにな
る。

このアングル１０８も溶融するであろうから、そうすれ
ばその希釈作用によって臨界量が実現するのを防止する
ことになる。

中性子吸収材料は未臨界状態を保持するのに役立つ。

酸化ウランその他の材料によるペレットは初の熱衝撃ヲ
受けるために用いるが、その位置は全体に通して使用す
ることもでき、層の上で使用することもできる。

事故状態下では、炉心破片は原子炉容器（及び保護容器
）を溶融抜けし、最初に炉心破片容器内に蓄積すると仮
定される。

中央ドーム９２は破片が小片の場合であっても液状の場
合であっても、それを分散させて、溶融破片をドームと
炉心破片容器１６の間の環状空間に広げる。

溶融破片をこのように広げることはそれが臨界量をもた
らす形状に集合するのを防止することになるのである。

ドーム内及び周囲の環状スペース内にあるタンクルは毒
物質であって、これは破片が臨界に達するのを妨げる。

炉心破片容器の底部のＵ０２ペレットは溶融破片が炉心
破片容器１６の底部に落ちて行くときの速度を減少させ
、かつ炉心破片容器１６の底部を形成するアルミナのレ
ンガ１０２にかかる熱衝撃を減少させる。

炉心破片容器のレンガ及び炉心破片容器の下部と周囲に
あるベッド１８のレンガの最初の層はアルミナその地熱
衝撃に対して比較的高い耐久性を持つものにしなければ
ならない。

ベッド１８のレンガの内容は下達するようにマグネシア
（ＭｇＯ）であって、これは熱容量が大ぎくベッドの材
料として好適である。

多量の炉心破片を収容した場合に炉心破片容器１６は溶
融するであろう。

炉心破片に含まれる溶融不銹鋼はタンタルと合金を組成
するであろう。

炉心破片容器底部のアルミナのレンガも溶融し、したが
って、深い場所にあるタンタルも溶融燃料に曝らされる
ことになり、これが炉心破片の核反応性を低減させるで
あろう。

ベッド 装置のベッド１８は第５図に示されている。

ベッド１８の第１次的な機能はさらに溶融を進める溶融
炉心破片を包含し、希釈化し、溶融の進行を止めるもの
である。

ベッド１８は炉心破片が発生する崩壊熱を吸収しなけれ
ばならず、また、熱負荷を広い面積にわたって分散させ
、吸収しかつ、あるいは冷却装置２０によって熱を除去
することができるようにしなければならない。

この機能を発揮するために、ベッド１８は、炉心破片が
下部の格納設備空間又は格納設備建屋のコンクリート構
造を汚染しないように設計されなければならない。

ベッド１８は燃料物質と溶は合うような高い溶融温度の
材料で組成されなければならない。

ベッド１８は炉心破片によって負荷された熱的条件の下
において、それが濃度の高い溶融破片に浸されたときに
浮き上がることのない材料で作られなければならない。

さらに、ベッドの構成は溶融破片がベッドの材料に侵入
することを阻止するものでなければならない。

すなわち、侵入した溶融破片が冷却装置２０やライナ２
２の如き防護用に設計された隣接機器に接触したり、そ
れらを損傷させることを阻止し得る構成でなければなら
ない。

また、ベッド１８は仮想された溶融抜は事故の前後にお
いて地震による負荷に耐え得るものでなければならない
。

また、ベッド１８は地震或いは熱膨張による負荷を受け
た場合に、隣接の機器を損傷させることがないような構
造にしなければならない。

以上の如き規格に適合したベッド１８が第５図に示され
ており、かつ、それは下部原子炉格納設備用空間に充填
されたレンガ構造を含んでいる。

ベッドのレンガ１２０はマグネシア、トリア、ウラニア
、ジルコニア或いは他の高融点材料であって、炉心燃料
材料と化学的に共存性を有する材料によって構成するこ
とができる。

好適な材料はマグネシアのレンガであって、それは逆球
形のアーチ層に配置されている。

図に示すレンガは３０．５センチメートル（１２インチ
）ｘ２２．９センチメートル（９インチ）Ｘ７．６セン
チメードル（３インチ）の大きさで、その３０．５セン
チメートル（１２インチ）の長辺が垂直方向の層の厚み
をなす。

各層についてアーチの半径は同一である。レンガの接合
にモルタル或いは接着材を用いずに、くさび止めによっ
て組み立てられるようにレンガにはテーパーが形成され
ている。

ベッド１８は冷却装置２０の底部から漏斗部材１４及び
一緒に形成される炉心破片容器まで垂直に延びている。

隅部の充填に使用される一部のレンガは不規則な形状を
している。

冷却装置２０とベッドのレンガ１２０の垂直対向面には
約７．６センチメードル（３インチ）の粉体（好ましく
はＭｇ０）が突固められている。

これは構造を密にし、かつベッドの熱膨張に対する緩衝
効果をもたらす。

炉心破片容器１６をその底部と側部から支持する支持体
である支持レンガ１２４はアルミナ（Ａｚ３ｏ２）製と
することができる。

ベッド１８の上層辺上のＭｇＯレンガ１２０は漏斗部材
１４をバックアップする。

漏斗部材１４の下のマグネシア製のレンガ１２０は、も
し炉心破片が鋼製の漏斗部材１４を溶融抜けさせた場合
に、その溶融破片を炉心破片容器１６に導ひくのを容易
にする。

事故の際、もし破片が炉心破片容器１６を溶融抜けさせ
た場合は、レンガは熱吸収、温度上昇、溶融及び冷却装
置２０に伝達することによって崩壊熱を消滅させる。

溶融炉心破片に近接したレンガはその破片からの崩壊熱
によって溶融するであろう。

溶融したアルミナ及びマグネシアは溶融炉心破片を希釈
させ、かつ、溶融炉心破片を希釈させ、かつ、溶融炉心
破片が外側に分散した際の破片中の燃料の集中を防止す
る。

ベッドのレンガ１２０及び１２４は送球形アーチ状に配
置されてベッドを相互にロックしている。

このことはレンかの浮き上りを防止し、かつレンガの間
に亀裂が生じることを防止している。

ベッドのレンガを千鳥形に接合したことは連続する層を
なすレンガの間を貫通する溶融炉心破片の量を最小にす
る。

冷却装置 冷却装置２０は第６Ａ図、第６Ｂ図、第６Ｃ図、第６Ｄ
図及び第６Ｅ図に示されている。

その第１次的機能は熱を除去することにより、原子炉プ
ラントのコンクリートの損傷を防止し、かつ炉心破片を
装置内に確実に収容することである。

事故後の伺時間かはこの冷却装置は機能する必要がない
。

熱除去の機能を発揮させるために、冷却装置２０の能力
は原子炉の規模に応じて種々であろう。

ＦＦＴＦに対しては、冷却装置２０は下部空間及び原子
炉冷却材プールから約２ＭＷｔの熱を除去することにな
ろう。

１００％の余裕を持たせるために、２個の冷却装置を準
備しなければならず、それぞれが要求された等しい熱除
去能力を特って、万一の事故で一方の冷却装置が機能し
なくても熱除去を確実にするのである。

下部空間の冷却装置２０はベッド１Ｂと下部空間のライ
ナ２２の間に位置しており、これによって空間のコンク
リートの最高温度を構造強度を損なわない温度以下に制
限し、かつ、ライナを保護している。

高い熱伝導度を持つ熱伝導媒体１４１が冷却パイプ１４
０の間に置かれており、これによっていずれの冷却装置
においても隣接するパイプの中間点の温度を制限してい
る。

この熱伝導媒体１４１はまた、地震、重量、熱膨張など
に基づく構造的負荷をパイプ１４０に大きな応力を作用
させることなしにベッド１８と空間の壁に伝達すること
ができなければならない。

熱伝導媒体はパイプ１４０を過渡的熱効果（バーンアウ
ト）から保護するために高融点を持つものでなければな
らない。

バーンアウト（ｂｕｒｎｏｕｔ）はベッド１８の間隙や
亀裂に溶融炉心破片の小さな局部的侵入によって起され
るであろう。

ベッド１８の底部及び側部並びに下部空間の上方にある
冷却パイプ１４０は直列に接続してもよい。

冷却材は外部の熱伝達装置（第６Ｅ図）によって循環さ
せられ、望ましくは初めにベッドの底部にあるパイプ１
４２を流れ、それからベッドの側部にあるパイプ１４４
に流れ、最後に保護容器１２の上部分にある上部冷却コ
イル３６に流れる。

第６図で示される他の機器には熱交換器１４８、冷却材
供給タンク１５０及びポンプ１５２がある。

ベッドの円筒形側部をとりまく冷却パイプはベッド上の
いかなる局所にも生ずる半径方向熱束の最大値を調節し
てパイプの間隔を一定にするような機能を持たなければ
ならない。

ベッドの底部にある冷却パイプはいかなる局所にも生ず
る下方向の熱束の最大値を調節して、ベッドの底部での
冷却パイプの間隔が一定になるように設計されなければ
ならない。

さらに冷却装置２０は熱膨張を調節し得るものでなけれ
ばならない。

パイプの設計は、ベッドの中央が炉心破片で熱せられた
場合にパイプ１４０と熱伝導媒体１４１とベッド材料と
の間の相対運動を調節し得るようになされなければなら
ない。

パイプ１４０は９２６℃（１７００下）の原子炉冷却材
と急激に接触した場合の熱衝撃とその後に続くと仮想さ
れる冷却材、熱伝導媒体１４１との接触に耐え得るもの
でなければならない。

冷却装置２０は好適には下部空間への移動、空間内での
組立及びテストに便ならしめるためセグメントに製作す
るべきである。

また、冷却装置は仮想された溶融接は事故の間及びその
前後で地震による負荷に耐え得るものでなければならな
い。

以上のような規格に適合した冷却装置が第６図に示され
ており、それはグラファイトのブロック３０に支持され
、かつ囲まれた床及び壁の冷却装置及び冷却材プールの
上部冷却コイル３６を備えている。

ＦＦＴＦでは両部会とも３．２ミリメートル（０，１２
５）インチの壁厚の直径７．６２センチメートル（３イ
ンチ）のパイプを備え、そのパイプはジグザグ状に床を
横断し、壁を上下している。

それぞれの装置の冷却材はす） ＩＪウムとカリウムの
混合物が望ましい。

この混合体は熱伝達特性が良好で、装置の材料との共存
性が良く、融点が低く（−１１℃、１０°Ｆまで）、沸
湯温度が高い（７４０８Ｃ，１４００°Ｆまで）からで
ある。

その他、ナ） ＩＪウム或いはカリウムの単独又は原子
炉冷却材と共存性のあるものは使用可能である。

パイプ１４０は保護容器の上部分若しくは支持スカート
１５４を通って装置に入り、壁の部分を落ちて空間の床
の水準に入る。

第６Ｃ図及び第６Ｄ図に示すように２つの分離された系
は下部空間を相互に９０°反対方向に（すなわち１８０
゜離れて）回り、それから各端部に９０°のヘアピンタ
ーンを有するジグザグ状に床上を進む。

各基ともそのパイプは中心から中心まで６１センチメー
トル（２４インチ）離れ、第２の系は第１の系に「入れ
子」になっていて、したがって隣接するパイプは３０，
５センチメートル（１２インチ）離れて平行に位置し流
れの方向は対向しているから熱の分布には良好である。

パイプ１４０が一度床を横断すると、それらは入口の部
分に返ってジグザグ状に反対方向に壁を回る。

この部分では直接部分が垂直方向に走り、ヘアピンター
ンが壁の頂部と底部に位置する。

この「入れ子」では２つの系のパイプ間の間隔を最小２
２，９センチメートル（９インチ）にまですることがで
きる。

パイプが壁の初めの位置近くにもどると、パイプは再び
ジグザグ状になって保護容器の支持スカート１５４を通
り、そこを登って行く。

三つの分離されたジグザグ部の直列は保護容器の支持ス
カート１５４内を上昇するパイプを備えた各基によって
構成され、周辺部の回りに連続する。

１つのジグザグ部当り２セツトづつ設けた吊り具によっ
てパイプが吊り下げられ得る。

パイプは一方の吊り具に他方の吊り具を用いて取り付け
られる。

その他方の吊り具は膨張を許容するように自由浮き上り
結合（ｆｒｅｅ ｆｌｏａｔｉｎｇ ｃｏｎｎｅｃｔ
ｉｏｎ）になっている。

この冷却装置の上部分は第１次的に冷却材プールを冷却
しコンクリートライナ、保護容器及び支持構造体の過熱
と損傷を防止することである。

グラファイトブロック３０はパイプ１４０に対する支持
として使用される。

また、グラファイトは熱負荷を多数の冷却パイプに分散
し、かつベッド１Ｂからの機械的荷重に対して保護障壁
として作用する。

床の冷却パイプはそのパイプを受け、入れ得るように機
械加工された厚さ１０．１センチメートル（４インチ）
のグラファイトブロック上に支持されている。

側壁上のパイプは床を形成するグラファイトブロックの
上に載っていて、壁を形成しているグラファイトブロッ
クを支持している。

壁を冷却するパイプもグラフアイドブ叡ンクの機械加工
された溝に嵌合している。

厚さ１２．７センチメードル（５インチ）のグラファイ
トブロックの第２の層がベッドからの熱の分配を容易に
するために加えられる。

壁の冷却装置の頂部と底部には粉状のグラファイト１５
６が充填されており、これによって冷却パイプが重なる
ことを可能にし、パイプの軸方向の熱膨張を許容してい
る。

グラファイトブロックは取扱い易い大きさのものにする
ことができる。

グラファイトの替りに低融点の他の材料を使用すること
もできる。

その材料としては一般にバビットメタル又はホワイトメ
タルと称されている鉛、ビスマス、アンチモン、すず、
銅その他の合金が望ましい。

作動の点から言えば、ジグザグのパターンは、うず巻き
型やら旋形等の他の形状の流路に較べると、相当大きな
圧力効果があるにしても、熱膨張を考慮する限り他の形
状のものよりもジグザグのパターンが秀れている。

グラファイトを熱伝導媒体として使用するのは、それが
良好な熱交換媒体であり、作動温度において比較的大き
な圧縮強さを持ち、かつ経済的だからである。

空間ライナ 空間のライナ２２は第７Ａ図及び第７Ｂ図に示されてい
る。

ライナ２２の第１次的な機能は冷却材が下部空間のコン
クＩＪ −） ３２と接触し、かつ反応するのを防止す
ることである。

ライナ２２は、熱せられたコンクリート３２内に発生す
る蒸気を下部空間から逃すように設計されている。

この機能を発揮するためにライナ２２は連続して漏洩密
な障壁として形成されなければならない。

ライナ２２は原子炉冷却材及び装置の構造材と接触を保
ちながら、最高４３６°ｃ（ｓｏｏｏＦ）の高温で長時
間機能するものでなければならない。

また、ライナ２２は約２０４℃〜４２６℃（４００°Ｆ
〜１７００’Ｆ）の原子炉冷却材と接触することによる
初めの熱衝撃に耐え得るものでなければならず、かつ、
下部空間の床上の冷却材の静水頭に基づく圧力に耐え得
るものでなければならない。

ライナ２２はコンクリート壁内で発生した蒸気ライナ２
２のを後の空間の外に出すようになっていなければなら
ない。

さら（と、ライナ２２は溶融抜けの前後でベッド１日と
空間の壁との間にあって地震による負荷に耐え得るもの
でなければならない。

そしてまた、ライナ２２は自身の熱膨張とベッド１８の
熱膨張に基づく力を調節し得るものでなければならない
。

以上のような規格に適合したライナ２２が第ＴＡ図に示
されており、それは耐火レンガ１１２の壁を囲んでいる
薄肉の円筒状の金属製のシェル１７０を有している。

ライナは図に示すように下部空間のコンクリートと装置
のベッド１８との間にはさまれている。

シェル１７０は下部空間の区域内で溶接された炭素鋼そ
の他の型式の鋼の板で形成することができる。

漏洩密の容器はシェル１７０の頂部を保護容器の支持構
造５８の下部表面に溶接することによって形成される。

ＦＦＴＦの場合は、シェル１７０は公称直径６．１５メ
ートル（２４２インチ）、高さ４．２７メートル（１６
８インチ）及び重量１ｏ、５ｓ６ｙ（２４，０００ホン
ト）である。

厚さ１．２７センチメードル（０，５インチ）のシェル
の材料はＡＳＴＭ Ａ３１６、グレード１０の圧力容器
板である。

床部のシェルと壁部のシェルとの間の継目は熱膨張を制
限するように丸められている。

絶縁材である耐火レンガ１７２は鋼製のシェルの背後の
下部空間の区域に配置されており、それは高密度、高温
耐火粘土（シリカ−アルミナ）であってｘ４ｏｋｇ／ａ
Ｍ（２０００ｐｓｉ ） の最小冷間圧潰強す（ｍｉ
ｎｉｍｕｍ ｃｏｌｄ ｃｒ１１３１１ｉＨｇ Ｂｆ、
−ｒｅｎｇｔｈ ）の材料で作ることができる。

レンガの公称サイズは一辺が１０センチメートル（４イ
ンチ）と３．６センチメードル（１−インチ）で他辺が
２３センチメートル（９インチ）で深さは床の部分のも
のは１５センチメートル（６インチ）で壁の部分のもの
は１１センチメートル（４，５インチ）である。

耐火レンガの表面には鋼製のシェルに隣接して十字形の
溝が切っである。

床壁を取り囲む耐火レンガの部分は壁に沿って深さ２．
５４センチメートル（１インチ）、長さ３０．５センチ
メートル（１フイート）の切り下げ部が形成されており
、また床に沿って深さ２．５４センチメートル（１イン
チ）、幅３０．５センチメートル（１フイート）の切り
下げ部が形成されていて、鋼製のシェルの限定された熱
膨張を許容している。

壁の頂部の耐火レンガにも深さ２．５４センチメートル
（１インチ）、長さ３０．５センチメートル（１フイー
ト）の切り下げ部が壁に沿って形成されている。

事故状態下で、もし液体ナトリウム等の破片がコンクＩ
Ｊ −） ３２に達すれば、必然的に生ずる化学反応は
コンクリートにとって有害であり、下部空間の壁の構造
的能力に有害な影響を与える。

シェル１７０はこれを防止するように機能するものであ
る。

炭素鋼は経済的であるのでシェルの材料として適してい
る。

炭素鋼はまた、５００℃（９３０下）までの温度のす）
ＩＪウムに対して抵抗性を持ち、その溶接はナトリウ
ムのような液体金属冷却材に対して特別の攻撃性を示さ
ず、また鋼は４８２℃〜５３８°Ｇ（９００°Ｆ〜１ｏ
ｏＯ下）までは構造材としてきわめて安定して使用する
ことができる。

他の材料でもこれらの物理的性質を持つものがあり、そ
れらは使用することができる。

ライナの外側で熱せられたコンクリートから放出される
蒸気は絶縁材である耐火レンガに形成した溝の系内に蓄
積される。

ベントパイプ１７６が設ケラしていて蒸気を下部空間か
ら隣接する格納構造に逃すようになっている。

これによりライナ２２の背後での圧力上昇の問題と、そ
れに基づく破壊の問題を最小のものにしている。

強度の点から言えば、可撓性の鋼製のシェル１７０は下
部空間３２のコンクリート壁とベッドの材料の間に堅固
に位置させなければならない。

鋼製のシェルの背後の耐火レンガ１７２は鋼製のシェル
１７０とコンクリート３２との間の剛結合を構成するよ
うに設計される。

また耐火レンガ１７２はコンクリート壁を約４２９℃（
８００’Ｆ）以下に保つような熱絶縁材として機能する
ことも期待されている。

ライナ２２は冷却装置２０、ベッド１８及び漏斗部材１
４を設置するに先立って下部空間の内側に容易に製作す
ることができる。

たとえば、最初高温空気を使用するモルタルを用いて耐
火レンガの層を設置する。

それから標準の溶接及び検査工程によってシェル１７０
を耐火レンガ１７２の頂部上に製作する。

必要ならば鋼製のシェル１７０の床と壁の間は伸縮継手
とする。

上述したように、ベッド１８には他の代替的な材料を使
用することができる。

上述した高密度の酸化物材料は冷却装置２０と結合した
状態で炉心破片を保持するのに適したベッドを提供する
ことができる。

ウラニア、マグネシア、アルミナ、トリア、ジルコニア
及びチタニアにとって、熱負荷、溶融時間及びプールの
大きさは、まさにこれらの材料が好適に機能を発揮し得
るものである。

しかしながら、炉心破片を収容する場合に、マグネシア
及びアルミナはプールの成長を制限する点て残りの材料
よりも秀れている。

さらに、マグネシア及びアルミナはこれらの材料中でも
最も商業的に利用可能なものである。

マグネシアのベッドはその熱容量の点からして、ベッド
の境界内に炉心破片を保持するのに適している。

またベッドにはアルミナ及びウラニアも含まれており、
これらは初めの熱衝撃を吸収し、かつ炉心破片のプール
を希釈させる材料として機能する。

溶融が進展する力は溶融燃料とベッド材料の溶解性と混
和性とに依存する。

ベッドの材料が燃料と混和しない軽い低融点材料の場合
は、溶融燃料のプールは比較的早い速度でベッドの中に
沈むであろう。

しかし、マグネシア及びアルミナのような好適な材料の
場合はそのような挙動にはならないであろう。

マグネシアやアルミナの密度は溶融燃料の密度より小さ
いけれども、これらのベッド材料は燃料物質と混和し、
溶解する性質を示している。

さらにそれらは低融点の共融性を持つことが相線図から
理論的に予測される。

この相線図は「ジャーナル・オブ・ザ・アメリカン・セ
ラミック・ソサエティ（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｍｅ
ｒｉｃａｎ Ｃ−ｅｒａｍｉｃ ５ｏｃｉｅｔｙ）の第
３６巻、第１０号、１９５３年１０月号の第３３頁［Ｕ
Ｏ２と他の酸化物との二元混合体Ｊ （Ｂｉｎａｒｙ
Ｍｉｘｔｕｒｅｓ ｏｆＵＯ２Ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ０
ｘｉｄｅｓ）、エル・エフ・エプスタインとダフ’）Ｉ
／−エッチ・ホーランド（Ｌ、Ｆ・Ｅｐｓｔａｉｎ ａ
ｎｄ Ｗ、Ｈ，Ｈｏｗｌａｎｄ） ｊに含まれている。

したがって、もし事故が起った場合には、初めに燃料は
ベッド上の初めの熱衝撃を減少させるために置かれた粒
状のウラニアのベッドに混合する。

これらの物質はプールに混入する。その際の物質は理論
上、体積は燃料の２倍であり、容積加熱比（ｖｏｌｕｍ
ｅｔｒｉｃ ｈｅａｔｉｎｇ ｒａｔｅ ）は初めの燃
料の半分である。

それからウラニアのプールはベッドのアルミナの層を溶
かそうとする。

アルミナは良い熱衝撃特性を持っているのでここで使用
されている。

プールはアルミナに溶は込んでウラニアとアルミナを主
成分とする溶液になる。

もし溶液内に温度ＥＲ１）３あれば、理論上アルミナは
共融プールから上昇しようとする。

このことはアルミナの外皮がルームの上に浮くのが全く
可能であることを示している。

このプールがマグネシアの中に溶は込んだ場合には、比
較的多量のマグネシアが使用されているので、マグネシ
アの濃度を高める傾向にある。

プールの境界でベッドを通して冷却装置に熱を導き、崩
壊力が減少し、かつ中性子束が減少するために、プール
はその後自己制限をすることが考えられる。

以上説明したところは、特にＦＦＴＦに関連させて説明
したこの発明の詳細な内容である。

これ以外の大型の、或いは小型の原子炉では容量、サイ
ズ、各々の機器の数が変化するのは勿論である。

クリンチ・リバー・増殖炉プロジェクト（Ｃ１ｉｎｃｈ
Ｒｉｖｅｒ Ｂｒｅｅｄｅｒ Ｒｅａｃｔｏｒ Ｐ
ｒｏｊｅｃｔ’ ）（ＣＲＢＲＰ）のような大型の液体
金属原子炉に使用する実施例は第９Ａ図及び第９Ｂ図に
示されている。

これらは基本的には上述した実施例と異ならないが、大
型の原子炉の場合は漏斗部材１４は用いられず、多数の
分散体若しくはドーム２４が用いられる。

各機器の材料は上述したところと異ならない。

炉心破片容器１６の直径が原子炉容器１０の直径と同じ
くらい大きければ漏斗部材は必要でない。

溶融破片は中央のドーム２４に直接落ちて炉心破片容器
１６に入るであろう。

同様に、漏斗部材を用いずに、上部の冷却コイル３６を
原子炉空間壁に取り付けることもできる。

以上の説明から明らかな通り、この発明によれば、原子
炉圧力容器の底部を溶融破片が溶融抜けするような大き
な事故が万−起ったとしても、その放出された溶融破片
を分散し、収容し、冷却し、そして臨界未満状態に保持
することができる。

この発明は炉心その他の破片の溶融の進行をベッドの境
界で制限することになる。

またこの発明は原子炉格納設備の下部空間内でコンクリ
ート及びその他の格納設備構造を損傷が生じない温度以
下に保護することになる。

さらに、もし装置の冷却系が機能しない場合でも、この
装置は原子炉格納設備の構造材の熱容量によって炉心破
片の崩壊熱を消滅させるに必要な光分の時間を提供する
機能を有する。

ここでは、主に液体金属冷却型原子炉に関係させて説明
したが、この発明は、炉心及び燃料を包含していて原子
炉容器の溶融抜けを仮想し得る他の型式の原子炉におい
て、予想される事故の結果を緩和させるのに使用するこ
とができる。

その場合にはわずかな修正として、冷却装置の冷却材が
原子炉の冷却材とに共存性を持たせること（追加された
安全性マージン）、ペレットの少なくとも一部分を原子
炉燃料として使用された個渇されたペレットに替ること
、及びそれらをウラニウム複合体と結合させることが必
要である。

【図面の簡単な説明】 第１図はこの発明の一実施例を示す縦断面図、第２Ａ図
は第１図における漏斗部材の箇所を示す内部正面図、第
２Ｂ図は第２Ａ図における漏斗部材の箇所を示す部分平
面図、第２Ｃ図は第２Ｂ図におけるＣ−Ｃ部所面図、第
２Ｄ図は第２Ａ図の一部分の破断詳細図、第３図は第２
図の漏斗部材を示す正面図であって、第６図に示す上部
冷却装置の自然循環流路を示す図、第４Ａ図はこの発明
の炉心破片容器とそれを囲む媒体を示す断面正面図、第
４Ｂ図は第４Ａ図における容器を示す部分平面図、第４
Ｃ図は炉心破片容器の他の実施例を示す断面正面図、第
５図はこの発明におけるベッドを示す断面部分正面図、
第６Ａ図はこの発明における冷却装置を示す部分正面図
、第６Ｂ図は第６Ａ図におけるＢ−Ｂ部を示す部分図、
第６Ｃ図はこの発明の冷却装置における上部パイプの配
置を示す概略図、第６Ｄ図は２組のパイプ系の床上のパ
イプ配置を示す概略図、第６Ｅ図はこの発明の冷却装置
のパイプ配置及び機器を示す概略図、第７Ａ図はこの発
明の空間ライナを示す部分断面の正面図、第１Ｂ図は第
１Ａ図のＢ−Ｂ部を示す部分図、第８Ａ図はこの発明の
一実施例で使用する材料の相線図であって、それらの空
気中での性質を示している図、第８Ｂ図はこの発明の他
の実施例で使用する材料の相線図であって理想状態の性
質を示している図、第８Ｃ図はこの発明の一実施例で使
用する材料の相線図、第９Ａ図はこの発明を大型の原子
炉に適用した実施例を示す断面図、第９Ｂ図は第９Ａ図
におけるＢ−Ｂ部断面図。 １０・・・・・・原子炉容器、１２・・・・・・保護容
器、１４・・・・・・漏斗部材、１６・・・・・・炉心
破片容器、１８・・・・・・ベッド、２０・・・・・・
冷却装置、２２・・・・・・ライナ、２４・・・・・・
中央片、２６・・・・・・タンタル棒、２８・・・・・
・冷却パイプ、３０・・・・・・グラファイトブロック
の層、３２・・・・・・コンクリート、３６・・・・・
・上部冷却コイル、９０・・・・・・シリンダ、９２・
・・・・・中央ドーム、１７０・・・・・・シェル、１
７２・・・・・・耐火レンガ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 溶融破片を分布させるドーム状部材を有し炉心破片
   を受は入れ得る少なくとも１個の容器と、前記ドーム状
   部材を囲んでいるアルミナ製の外側のレンガからなる少
   なくとも一つの層とを備え、原子炉容器の下に配置され
   ていて、原子炉炉心に溶融落ち事故が生じた場合に前記
   原子炉炉心から出る溶融破片を受は入れかつ包含する原
   子炉炉心捕捉装置に於て、前記レンガの層は中性子毒物
   物質の棒を含んでおり、この棒は前記レンガの層内を貫
   通しているとともに前記レンガの層上に突出して溶融破
   片を受は入れるための容器空間内にまで延びて、炉心溶
   融事故時に炉心から流れる溶融破片に曝されて溶融する
   ようにされてなることを特徴とする原子炉炉心捕捉装置
   。 ２ レンガの上方と少なくとも前記中性子毒物物質の棒
   がある場所にウラニウム酸化物のペレットを配置する特
   許請求の範囲第１項記載の原子炉炉心捕捉装置。 ３ レンガの周囲に位置する連続の略筒状の鋼製の容器
   シェルを有し、前記レンガの層はベッドを形成し、前記
   ベッドはベッドのレンガから成る略逆球形アーチ状を成
   す層を備え、前記ベッドのレンガは内側部分がアルミナ
   （１３０□）であり外側部分がマグネシア（ＭｇＯ）で
   あるように構成され、かつ粉体のマグネシアの層が前記
   ベッドのレンガの外側に位置している特許請求の範囲第
   １項または第２項記載の原子炉炉心捕捉装置。 ４ ライナが前記ベッドを囲んでおりかつ前記ライナは
   頂部が開口し底部が連続する略筒状の鋼製のシェルを有
   し、前記シェルの周囲と底部をシリカ−アルミナの絶縁
   性の耐火レンガで囲んでおり、かつベントパイプが前記
   耐火レンガの部分から出ている特許請求の範囲第３項記
   載の原子炉炉心捕捉装置。 ５ ベッドとライナの少なくとも一方を冷却する冷却装
   置を備え、前記冷却装置は、床及び壁に設けられた配管
   と、前記配管の少なくとも一部を囲んでいるグラファイ
   ト製の冷却用ブロックと、熱交換器を有し前記配管と流
   体的に連通していて熱を原子炉炉心捕捉装置の外部に除
   去する熱除去装置と、前記配管と前記熱交換器に液体冷
   却材を循環させる装置とを備えるものである特許請求の
   範囲第４項記載の原子炉。 ６ ドーム状部材が、貫通孔を有するドーム状の第１の
   アルミナのブロックと、前記貫通孔内に位置するタンタ
   ルの第１の中性子毒物棒と、前記ドーム状部材の内にあ
   ってタンタル中性子毒物を有するアルミナの第２の内側
   ブロックとを備えるものである特許請求の範囲第１項記
   載の原子炉炉心捕捉装置。 ７ 容器が略逆円錐形の漏斗部材と共働するように設け
   られ、前記漏斗部材は、略三角形の鋼製の複数のフレー
   ムと、前記フレームに取り付けられた鋼製の板からなる
   層と、前記フレームと前記板との少なくとも一部を覆う
   鋼製の接合板と、前記漏斗部材の上部のある鋼製の流れ
   板の層であって前記流れ板は前記冷却装置がある部分に
   自然循環流路を形成するものである流れ板の層とを備え
   るものである特許請求の範囲第１項、第２項、第３項、
   第４項、第５項又は第６項記載の原子炉炉心捕捉装置。 ８ ペレットは、ウラニウム酸化物、涸渇したウラニウ
   ム、タンタル、ボロン、カドミウム、ハフニウム、カド
   リニウム、銀、ユーロピウム、インジウム及びそれらの
   複合体の少なくとも１つを含む材料から成るものである
   特許請求の範囲第２項記載の原子炉炉心捕捉装置。