JPS6059031A - 液体金属冷却材からセシウムを除去する方法 - Google Patents

液体金属冷却材からセシウムを除去する方法

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JPS6059031A
JPS6059031A JP59165545A JP16554584A JPS6059031A JP S6059031 A JPS6059031 A JP S6059031A JP 59165545 A JP59165545 A JP 59165545A JP 16554584 A JP16554584 A JP 16554584A JP S6059031 A JPS6059031 A JP S6059031A
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cesium
trap
coolant
liquid metal
secondary trap
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リチヤード ピイ.コルバーン
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    • G21C19/28Arrangements for introducing fluent material into the reactor core; Arrangements for removing fluent material from the reactor core
    • G21C19/30Arrangements for introducing fluent material into the reactor core; Arrangements for removing fluent material from the reactor core with continuous purification of circulating fluent material, e.g. by extraction of fission products deterioration or corrosion products, impurities, e.g. by cold traps
    • G21C19/307Arrangements for introducing fluent material into the reactor core; Arrangements for removing fluent material from the reactor core with continuous purification of circulating fluent material, e.g. by extraction of fission products deterioration or corrosion products, impurities, e.g. by cold traps specially adapted for liquids
    • G21C19/31Arrangements for introducing fluent material into the reactor core; Arrangements for removing fluent material from the reactor core with continuous purification of circulating fluent material, e.g. by extraction of fission products deterioration or corrosion products, impurities, e.g. by cold traps specially adapted for liquids for molten metals
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、原子炉に関し、より具体的には高速増殖炉の
液体金属冷却材からセシウムを除去する方法に関するも
のである。
〈従来の技術〉 典型的な高速増殖炉は、核分裂性物質が核分裂を起づ際
に発生する高温の熱を取出すための冷却材として液体ナ
トリウムを用いている。冷却材にJ:って運ばれた熱は
、二次系を介して蒸気に変換され、この蒸気が電気エネ
ルギー生成に利用される。液体す1〜リウムは、反応容
器や熱交換器又は蒸気発生器、そしてこれらの装置を直
列に連結する配管システム、並びにこれらの装置を通し
て冷却材を循環さ[るポンプを有する一次冷却系として
知られている密閉熱輸送系中を循環される。この液体ナ
トリウムは、原子炉運転中に燃料要素から漏れ出た揮発
性で放射性の核分裂生成物によって実質的に汚染される
。−次冷却系に見出される最も顕著な放射性汚染物質の
一つとして知られCいるものにセシウムがあり、ナトリ
ウム冷却材系の低温面に沈着していることがしばしば観
察されている。このように−次冷却系にセシウムが存在
することは、特に原子炉の燃料交換時やメンテナンス時
、或いは作業員が危険な環境にさらされる直接的な補修
が必要な一次冷却系の補修においては、安全性及び健康
にとって大きな危険となる。また、極めて稀ではあるが
この一次冷却系から汚染された冷却材が漏出した場合に
は、更に安全性をおびやかすものとなる。従って、高速
増殖炉についての健康上の危険性を減する上で、セシウ
ムを除去することは何にも増して重要なことである。
以上のようなセシウム汚染の問題を解決するものとして
、コールドトラップ浄化システムを用いる数多くの試み
がなされている。
しかしながら、コールドトラップ浄化システムにおいて
はセシウム除去効果に限界があり、除去できるセシウム
の吊にはその時々によって大きな変動があっlζ。セシ
ウム沈着挙動にみられるこのような変動は、ナトリウム
系における他の汚染物質との相互作用ににるものと考え
られ、ヒシウム沈着の増加に関連すると考えられる汚染
物質は恐らく酸化物類と水素化物類の両方が挙げられる
であろう。しかしながら、酸素と水素を故意に添加づ°
るといった別の試験によれば、酸化物と水素化物はヒシ
ウム沈着を増加させないことを示している。
ナトリウム冷却材系からセシウムを除去する更に有効な
解決策の一つとして、液体ナトリウム流の循環系に特別
の炭素充填1−ラップを用いる方法がある。このトラッ
プは、アメリカ合衆国アイダホ州のアイダボ フォール
スの増殖実験炉I[(EBR−II型)に採用された。
この場合、比較的低温の条件下では、トラップにグラフ
ァイト又は無定形炭素を充填した場合には、−次冷却系
のナトリウムからセシウム放射能の約90%を除去でき
ることが知得された。
〈発明が解決しJ:うとする問題点〉 本発明は上記セシウム除去システムを改良し、−次冷却
系の炭素充填−次トラップを再生し、セシウム放射能を
従来可能とされていたよりも更に減少せしめる方法に係
るものである。
本発明の主たる目的は、原子炉冷却材からセシウムをよ
り効率よ(除去する新規且つ有用な方法を提供するにあ
る。
本発明の別の目的は、原子炉の一部冷7JI系において
、−次系の主トラップに選択的に接続されて、この主ト
ラップに保持されているセシウム保持M (cesiu
m 1nventory)を減少させるための再生フロ
ー系を提供することである。
本発明の更に別の目的は、ナトリウム冷却系の主セシウ
ムトラップを再生し、且つそのセシウム吸収能力を向上
させることのできる有用な再生方法を提供することであ
る。
〈問題点を解決するための手段〉 本発明は、比較的低温にて冷却材がらセシウムを吸収す
る炭素充填−次トラップを有する−次液体金属冷却材系
に選IR的に接続される再生サブループ系を段りること
を特徴どする。−次トラップがセシウムで飽和されたと
ぎに、この−次I〜ラップを一次系から分離して炭素充
填二次トラップを有する再生フロー系に接続する。
−次トラップを通過J゛る冷却材は加熱されて、そのセ
シウム保持聞の一部が再生系の比較的少量の冷却材へ分
散するのを促進させる。高度に汚染されたこの冷却材は
、二次トラップへ流入づ゛る前に温度を降下され、それ
によって二次トラップでのセシウムの吸収を促進さセる
〈実施例〉 以下図面に示す本発明の好適な実施例について説明する
。すべての図面を通じて、同じ部材には同じl 号を付
しである。
第1図において、符号10にて示す一次冷却系の一部は
、原子炉冷却拐からセシウムを除去するフィルター機構
を有している。この−次冷N1系10は、−次冷却系の
一部となる若しくはそれと並列に接続されてなる冷却材
主流路11を有し、好ましくは通常の熱交換器(図示せ
ず)の下流のコールドレッグに設けられている。周知の
ように、液体ナトリウムの如ぎ〜次冷却材は、原子炉圧
力容器の炉心を通る際に超高温に加熱されて炉心から熱
を取り去る。この高温の液体ナトリウムは一次系を流れ
て熱交換器に至り、−次系から別の系、即ち一次系と密
封状態にて結合された二次冷却系へと熱を伝達し、電気
的エネルギーを生成するために完全に蒸気に変換される
場合によっては、原子炉の一次系と二次系との間に安全
を目的として中間系を設ける。この中間系も密閉されて
いて例えば液体ナトリウムのような液体金属冷却材を含
んでおり、一方、二次系には蒸気に変換づる為に要する
水を使用する。
熱交換器を通って予め温度が下がっているナトリウム冷
却材はさらに主流路11を流れ、冷却器12によって約
200″Cまで温度が下げられる。この冷却されたナト
リウムは通常は問いている逆止弁13を通り、符号15
にて示す特別に設計されたフィルター若しくは一次トラ
ップへと送られ、流通ずる液体す1−リウムからセシウ
ムを除去する。このようにして処即された、即ちトラッ
プ15を出た浄化された液体ナトリウムは、管11aを
介して通常は聞いている逆止弁16を通って一次冷却系
へと戻される。
第2図はセシウムトラップ15の構成例を示している。
同図にJ3いて、符号17は好適な断熱月利18を充填
したトラップ格納容器であり、上記セシウムトラップ1
5を囲繞している。このトラップ15は略円筒状のハウ
ジング、即ち殻体20を有し、殻体20はドーム状の上
壁21と底壁22、更に環状の側壁23とを有している
。殻体20は格納容ii!i17内の台座25上に保持
されている。殻体2oの上端は、トラップ15の流入端
にて流路11に接続された管路27の流出端26に連通
されていて、汚染された液体ナトリウム冷却材を受り入
れるにうになっている。
殻体20の中には、その中心に敢躬状の間隙を有すよう
に殻体から離して設置プだ内管体部30が垂直方向に延
びて設けられている。内管体部30の上端は、トラップ
15の出口端にてナトリウム管11aに接続した管体3
2の流入端部31に接続されていて、浄化されたナトリ
ウムを一次冷却系へと帰還させる。
トラップ15は低密度の無定形炭素発泡体、好ましくは
網状のガラス質炭素にて実質的に充たされており、これ
がそこを通る液体ナトリウムから七゛シウムを除去すな
わち吸収する鋤ぎをする。この網状ガラス質炭素充填物
33は単位体積当り大きな表面積を有し、この充填物の
表面の流れが均一に分布するようにしている。
作動中に分断されがちな充填物粒体が流亡するのを防止
するために、35ミクロンの焼結ステンレス鋼スクリー
ン34を設けて殻体20内に充填物33を保持している
。このスクリーン34は、殻体20の中央において、内
管体部30の下端と支持板35との間に設けられておリ
、上記内管体部30と連通した間口中心通路36を備え
ている。殻体20の上端近傍の充填物33の上面に環状
多孔板37が設けられていて、充填物33を保持してい
る。かくして、流入してくる液体ナトリウムは炭素充填
物33を通過して、セシウム/i5[0’J能の大部分
を除去する。
浄化された処理済ナトリウムはスクリーン34を通って
内方へ流れて中心流路36に入り、内管休部30、流入
端部31及び管体32を介して前記す1〜リウム管11
aに送られC−次冷却系へど再度流入づることになる。
炭素を用いてけシウム汚染を制御することについては従
来より提案されていることである。
約170℃乃至約230”Cの範囲、好ましくは約20
0℃の比較的低温でグラフアイ1〜又は無定形炭素充填
物によつで液体す1−リウムからセシウムを除去し得る
ことが判明している。この場合セシウムは充填物の表面
に単に物理的に吸着されているのではなく、炭素に化学
的に結合されている。このにうな炭素充填物は、ナトリ
ウムには何ら影響を及ぼすことなく、セシウムと多くの
化合物を生成する。しかしながら、炭素充填物によるセ
シウム放射能の吸収には好ましい前記低湿度が余りにも
低いので、セシウムを有用な速度で炭素マトリックスの
内部に適切に拡散し得ないことが判明した。従って、充
填物表面に最も近い部分の充填物材料のみがかJ:うな
低温トラップ運転中に利用され、液体す1〜リウムから
放射性セシウムの約90%を除去したときに充填物は飽
和に達してしまう。前記の)品度範囲以上にトラップ温
度を上昇させることはセシウムを炭素マトリックス内部
に更に拡散させるためには好ましいが、セシウムを液体
す!−リウム中に再分散させる方向に平衡をシフ1〜ざ
ぜるためには不利である。従って、従来知られている上
記の炭素フィルター4713”j’liは、液体す1〜
リウム冷却材から放射性セシウムの主要部分を除去する
という目的には好適であるものの、そのセシウム除去能
力には限界がある。
本発明は上記の問題に対処するものであり、以下に説明
覆る如(−次1〜ラップ15を再生させるために補助的
なザブルーブリなわち再生フロー系40(第1図)を設
けることにより上記セシウム除去系の効率を増加させる
ものである。
この再生系40は、弁13と一次トラップ15の流入部
との間で流路11に結合した入口42、J3よび一次1
〜ラップ15の流出部と弁16との間で管+1aに結合
した出[143を有している管体41を含んでいる。こ
の管体41内の流れは入口遮断弁45と出口遮断弁4G
にJ:って制御される。艙・体41は、冷却器717、
液体ナトリウムをザブルース系40内に循環させるポン
プ8、二次即ち再生トラップ50.及びこのトラップ5
0の下流にある加熱器51(これらの部(Δは色体41
によって全て直列に結合されている)へとす1〜リウム
の流れを送り込む。
上記再生1−ラップ50は梠造的には一次1〜ラップ1
5と同一であってよいしその作動も同様と考えてよいが
、しかし、前当は一次1−ラップ15にりも小型であり
、例えば充填物の体積は一次トラップ15の約10〜5
0%程度となっている点が相違している。ここで、本発
明による再生トラップ50は第2図の構造に限られるも
のではなく、炭素充填物を通って汚染された冷却材が流
れるJ:うな好適な炭素充填物材料を有したものであれ
ば、その具体的41’i i告は広範囲に変え得るもの
であることを理解づべきである。
運転中の一次1〜ラップ15を含む再生糸40内を循環
するナトリウムの総容串は、−次冷2JI系3−4 の容聞の約10 乃至10 程度である。
正常な条件下での運転では、主流路1,1を流れるナト
リウムの温度は、−次冷却系のコールドレッグにおいて
影響される如く、−次トラップ15を通過する前に冷却
器12にJ:って約200℃まで冷却され、−次1−ラ
ップ内で放射性セシウムの大部分はナトリウムから除去
される。
この時点では、入口弁45及び出口弁46は閉じられて
再生糸40を一次系から遮断する。前に述べた如く、フ
ィルター作用すなわちセシウム吸収作用は、−次ナトリ
ウム冷却材系からセシウム放躬能の約90%が除去され
て一部トラップ15の炭素充填物33が飽和に達するま
で継続させるのである。
本発明によれば、−次1−ラップ15がそのセシウム除
去能力を失った後で、通常は開いている弁13及び16
を閉じることによって一次系から一部トラップ15を隔
離し、通常は閉じている弁45及び46を聞くことによ
って再生系40に接続する。再生系40の循環はポンプ
48によって達成され。冷却器47及び加熱器51を作
動させることによって再生糸40の両端に温度差をもた
らされる。好ましくは、再生1ヘラツブ50を通るす1
〜リウムを約200℃に維持するように上記冷却器47
を作動させ、他方、加熱器51は一部1〜ラップ15を
通るナトリウムの温度を約500℃に上昇さUる。この
上昇湿度において、−次トラップ中に保持されたセシウ
ムはザブループ系40の限定量のナトリウム中に分散し
、一方、トラップ15の充填物33内のヒシウムのいく
らかは充填物マトリックスの内部に更に拡散】ることに
なる。この間、約200℃の低温度の再生1−ランプ5
0内炭素充填物は、隔離されたザブループ系40内の比
較的高濃度にセシウム汚染された大幅に減少された容量
のナトリウムからセシウムを吸収し始める。
かくして、夫々の制御6L反にて、一方では一部トラッ
プ15がセシウムを放出し、他方では再生トラップ50
がセシウムを吸収して蓄積する。
この作用は平衡に達づるまで継続され、その時点で弁4
5.46を閉じて一部トラップ15を再生サブループ系
40から隔離し、弁13゜16を開いて一次系に再結合
させる。次いで一部トラップは約200℃の正常運転温
度まで冷却され、炭素充填物の表面が再構成されたため
に、即ちセシウム1度が低減されICために、−次1へ
ラップ15は一次冷却系内の敢躬性セシウム淵度を更に
減少させるように作動する状態となる。
かくして、−次トラップ15を再生づることにより、−
次ナトリウム冷却刊系中のセシウム汚染の90%以上を
除去することができる。事実、再生トラップ50を周期
的に隔離し、且つこれを更に別の再生ザブループ系に接
続してそのセシウム保持量を減少させ且つレシウムの一
部を炭素充填物の更に深い部位にまで拡散さけることに
J:す、更に効率的な1〜クラップ用が実現できる。上
記と同様にし−(、二次トラップ50を、−次トラップ
15のセシウム吊の史に多(を吸収りるJ:うに再生り
ることもできる。
第3図は別の実施例ににる再生フロー系すなわちサブル
ープ系40′を示しており、熱交換器52を用いること
ににっで、直接加熱及び冷却りる必要性を低減した点に
おい−(、前記第1図の実施例の再生フロー系40と相
違づる。また、加熱器51は、再生り°プループ系40
の管体41にではなしに、主流路11に設けである。
第1図と同じ部材・部位には第1図と同じ参照符号を付
し【説明を省略づる。
通常の運転条件下では、弁13.16は聞いており、他
方、弁45.46は閉じていて、再生系40′を遮…i
づる。更に、加熱器51は停止している。かくして、主
流路11を流れるナトリウム冷却材の温度は熱交換器5
2内にて時下され、更に、もし必要であれば一部トラッ
プ15に入る前に冷却器12にJ:って更に約200℃
まで降下される。処理され冷却されたす1−リウムは、
次いで、主流路11を流れる高温ナトリウムと熱交換づ
るように熱交換器52のシェル側を流れる。熱交換器5
2のシェル側を出たす[・リウムは管11aを介して一
次冷却系に戻される。
一部トラップ15が第1図の実施例について述べたと同
じように飽和状態にイ【ると、弁13゜16を閉じるこ
とにより一部冷ム1j系から遮1giされ、弁45.4
6を開くことによって再生サブループ系40’に結合さ
れる。このザブループ系40’の流れはポンプ48にJ
二つて達成され、冷却器12を停止し加熱器51と冷却
器47を作動させることによりサブループ系40’の両
端に温度差を生じさせる。かくして、主流路11を流れ
るナトリウムが熱交換器52を通過し、加熱器51によ
って約500℃に加熱され、次いで一次トラップ15を
流れるような閉鎖系が形成されるのである。トラップ1
5を出たナトリウムは熱交換器52のシェル側を通過し
、そこで湿度が多少降下され、更に冷却器47によって
約200℃まで降下され、次いで再生トラップ50を通
過する。第1図の実施例同様、−次トラップ15に保持
されているセシウムのいくらかは炭素充填物マトリック
スの内部に更に拡散され、またそのいくらかは再生ザブ
ループ系40′の限定されたナトリウム容量の中に再分
散され、且つ平衡に達り°るまで再生トラップ50にJ
:って吸収される。次に、−次トラップ15は、弁45
.46を閉じることによつ1再生サブループ系40’か
ら切り離され、弁1.3.16を聞くことによって一次
冷却系に再接続される。
その後、冷却器47と加熱器51を停止し、冷却器12
を作動して一次冷却系からの高温ナトリウムを約200
℃に再び冷却して、再生された一次トラップ15によっ
て処理されるようにする。この場合も、再生された一次
トラップ15は一次ナトリウム冷却材系のセシウム量を
90%以上も減少し得る効果を有する。
〈発明の効果〉 以上の説明より明らかな通り、本発明によって前述した
ごとき発明の目的を完全に達成づることができる。本発
明により従来よりも格段に高い効率をもって、液体ナト
リウム冷却材からヒシウムを除去できるものである。セ
シウム二次トラップを有し且つ選択的に一次ナトリウム
冷却材系に接続しうる再生サブループ系を段GJること
により、セシウム−次トラップを再生してその寿命を実
質的に延ばづ−ことが出来ると共に、−次ナトリウム冷
却材系からの゛・セシウム除去を促進させることができ
る。
以上本発明の好適な実施例について説明したが、本発明
はこの実施例に限定されるものではなく、特許請求の範
囲で種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例による再生サブループ系を備
えた原子炉−次冷IJl系の一部を示すフローダイヤグ
ラム、第2図は本発明において用いられるコールドトラ
ップの一部を破断した断面図、および第3図は本発明の
別の実施例による再生サブループ系を示す゛フローダイ
ヤグラムである。 10・・・−次冷却系、11・・・冷却材主流路、12
.47・・・冷却器、13,16,45.46・・・弁
、15・・・−次1−ラップ、17・・・トラップ格納
容器、18・・・断熱拐料、20・・・殻体、33・・
・炭素充填物、34・・・スクリーン、36・・・中心
通路、40.40’・・・再生フロー系、48・・・ポ
ンプ、50・・・二次(再生)1−ラップ、51・・・
加熱器、52・・・熱交換器。 特許出願人 アメリカ合衆国 代 理 人 尾 11シ 行 雄

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、−次冷却系に一部トラップを備え、この−次トラッ
    プがセシウムで飽和されるまで比較的低温にて液体金属
    冷却材からセシウムを吸収するようにした原子炉にd3
    りる上記−次冷却系を循環する液体金属冷却材からセシ
    ウムを除去する方法においで、該−次トラップがセシウ
    ムで飽和されたとぎに一次冷却系から該−次トラップを
    切り離して、二次トラップを有する再生フロー系に該−
    次トラップを接続し、該−次トラップを通過づる冷却材
    の温度を上昇させて該−次トラップのセシウム保持量の
    一部を該再生フロー系を循環する冷却材に分散せしめ、
    該二次トラップを通過する冷却材の温度を降下させて該
    再生フロー系の冷却材からセシウムを吸収し、これによ
    り、−次冷却系に再接続されたときに該−次トラップを
    再び使用し得るように再生することを特徴とする液体金
    属冷却材からセシウムを除去する方法。 2、前記−次トラップおよび二次トラップには各々炭素
    充填物を充填する特許請求の範囲第1項記載の液体金属
    冷却材からセシウムを除去する方法。 3、前記−次トラップが一次冷却系に接続されたときに
    該−次トラップを通過する冷却材の温度を約170〜2
    30℃に冷却する特許請求の範囲第1項記載の液体金属
    冷却材からセシウムを除去する方法。 4、前記−次トラップが再生フロー系に接続されたとき
    に該−次トラップを通過する冷却材の温度を約500℃
    に加熱し、一方、前記二次トラップを通過する冷却材の
    温度を約170〜230℃に冷却する特許請求の範囲第
    1項記載の液体金属冷却材からセシウムを除去する方法
JP59165545A 1983-08-10 1984-08-07 液体金属冷却材からセシウムを除去する方法 Pending JPS6059031A (ja)

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US06/521,815 US4587083A (en) 1983-08-10 1983-08-10 Method for removing cesium from a nuclear reactor coolant
US521815 1983-08-10

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