JPS6093387A - ガスタグとカバーガスとの改良された組合せを有する原子炉 - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は原子かに関し、ｊ、り具体的には液体金属高速
中性子１！！ｉ’Ａ炉に用いるカバーガスとタキング装
置との改良された絹合せをイ１する原子炉に１ｙ１づる
らのである。

（従来の技１１ｊ） 典型的な原子炉は炉心をイｊし、その中に連鎖反応づ−
る核燃料物質が配置される。その燃料物質は、ＩＩＩ通
型内々ものでは、（）、又は、Ｊａｇ、又はｐｕ　のベ
レッ１−であって、これらは細長い燃料要素を形成する
ように、別個の耐腐蝕性で熱伝導性缶、ｌＩＩらクラツ
ディングの中に詰め込まれる（これは又、燃料棒、又は
燃料ビンと呼ぶ）、、何本かの燃料要素が１つのグルー
プをなして、より大きい燃お１集合体の中に支持される
。

その燃料集合体は、炉心の中に前もって配置され、間隔
をおいて位置覆るマトリックスの中に配置され、その炉
心内の別の前５って配置されたマトリックス内に、モデ
レータ又（よ他の形の制御装置が位置Ｊ−る。このにう
に、燃料要素と制御装置とがコン１ヘロールされて存在
づることにより、中性子のｌＩＩ突が燃料要素の加熱を
したらづような、核反応の広がりを調整りる。１東了炉
の冷却材は、炉心を通り、燃わＩ集合体を通り、燃料要
素の上をｉｆｉ　−、）”（１ｌｌｆｉ環し、それらの
要素を冷却する。この原子炉の冷ＪＪロイは順次、熱交
換器を通って送られ、それにＪ、っＣ普通、蒸気、又は
水である２次冷ＩＪ１月が加熱され、その２次冷却拐は
、それから適切な蒸気膨０１会装置を通って膨服し、典
型的なしのでは、電気の発生に適した有用な出力を生じ
る。

各燃料要素は！Ｉｔｉ型的なものでは、ステンレス鋼、
又はジルコニウム合金で成る密封外側缶、即ちタラッデ
イングを有（〕、その結果、燃判材おｌ（れ自体がシー
ルされ、冷却材から隔離される。このことは、第１に核
燃オ′１材料を冷却材から化学的に隔離づるために必要
であり、第２に、核反応Ｃ生じるｈ（削性核分裂生成物
の遊離を防ぐために必要で６つる、１局部の溶解や亀裂
によるようにクラツディングが１（４閲りると、そのＪ
：うむ核分裂生成物が故山され、それが循］ｒ！りる冷
却材を敢６Ｊ　（ｉｌｌｌｉ’Ｃ汚染し、ぞのために、
このプラン１〜の操作）′）保守が妨害される。更に、
燃料要素が漏れると、ぞれが膨張するので、冷却材の流
れが妨げられ、イしＣイの原子炉＋、、ｉ　Ｊ：り大が
かりな費用のかかる加熱にＪ、るｌ１ｉｌ傷を受けるこ
とになる。かくし−て、そのような状態を知り、そのた
めに原子炉を停止させている間、費用と労力を最（＋−
（眼にしｌζ状態ひ、燃料の取り替え手順を迅速に１１
イトえる、Ｊ、うに、出来るだけ早く漏れのある９＆ｉ
利費糸を見分；〕でつきとめることが望ましい。

殆んどの近代的原子炉、特に原子炉の冷却（号として液
体金属（例えば、ナ１−リウム）を使用するような増殖
炉は、循環づる冷７．ＩＩ材中に運ばれる核分裂ガスの
収集１段として、不活性カバーガス、典型的なものでは
アルゴンを使った密閉原子炉システムを右する。該分裂
カスを除去覆るためにカバーガスを原子炉から移動させ
、それ−を例えば、極低ン品に保１・１Ｊされるｆ−１
・−１−ルベッドのようなカバーカス）１１化シス−ア
ムで処理し、それにＪ：つて純化したカバーガスを）京
了炉へ戻Ｊようにしなければならない７．その核分裂ガ
スは普通、キレノンやクリア１−ンの放剣性アイソ１−
−プを包含Ｊる。この浄化システムは連続的に操作され
るか、或いは割れ燃料要素を探知したあとにのみ操作さ
れる、。

カバーガスに気体性核分裂生成物が存在づるかどうかを
検査−！Ｙるために、普通、ノＪンマー敢０１線探知器
が使用される１、シかしながら、これは同定又は識別の
１１ｉ度が低いので・、漏れ燃料要素の識別とその漏れ
の程度を更に他の装置ににつで（ｊなわねばならない。

その漏れ燃斜及メ・；をつきどめるために、原子１１ｊ
内を循環りるカバーガス、及び／又は冷却月の１ノンノ
゛ルをとるシステムら使用されている。

即ら、“シバ−（Ｓｉｐｐｃ＋・Ｓ）°を使う方法であ
るが、これを使うどうまく適切に作動し、選択された；
！；お１集合体からの冷ノ、ｌＩ祠の一部分が遠隔のザ
ンブリングｇ　ｊＰＹへΦｌ：向され、多方口弁が種々
の適切な）然Ｈ集含体から冷Ｊ、ＩＩ　ｉΔを定期的に
４ノンプルにどるＪ、うにリノリ換えられる。しかしな
がら、コノシ／、　ノ１１１；Ｌ　ｉ？；　７Ｊｌ　＋
Ａ　？＆　及Ｕ　弁ヲ前−ｂ　ツ（組立℃た鐘・路を必
要とりるので、てれに必要なバー１〜つＪｊ′を右（〕
ないＪ、うな現存の多くのバ１ノーリアクター〈動力炉
）においてＧ、１、実際的（はｈい。

カスタッλンクの賊念しＪ、ｌこ周知てあ−）で、例え
ば、ゼネラルルりＩ−リック礼所有の米国１′７Ｉ乙′
１第３．（う３２，４７０月や、米国１１に簡のｂつ米
国特３’ｌ：　＠　３，６６３．３Ｇ３８、第３，７１
１Ｇ、６１４号に示されている。刀スタッギングにａ３
いて、アイソトープの独特の組合せを設定する手段とし
て、カスの安定したアイソトープがお互いに比例濃度の
パーセンテージで隔離される。恐らくはヘリウノ＼の充
填カスと共に、そのようなアｒソ１〜−プの独特の結合
体は、それから種々の燃料要県の製造時、その中にシー
ルされる。その充填ガスはほぼ９０％のガス混合物で成
り、燃料月利と燃わＩ要素クラツディングとの間（−有
効な熱移動を行なう。独特のタグと」ｔに種１ｚの）〃
（お］要素は、炉心の成るマトリックスに従って分類さ
れる。

燃料要素のクラップインクか破壊りると、この独特の゛
タグガス゛混合物か冷却材中へ漏れ、＠柊的にはカバー
カス部分へ運ばれる。そのカバーカスを買出分光８１に
より分（；↑す゛ると、アイソトープの重用が重くなっ
て存（Ｉりるの−Ｃ１独特の「タグカス」を見分（］る
ことがＣきる。これに対応づる燃第３１集合体の［リ−
／Ｊ　−ｊ　（１ｅａｋｅ１・）も、マトリックスカタ
ログに従って見分＋Ｊることができる。

〈発明がＦＲ決しｊ：うとする問題点〉前記従来技術の
うち、まず米国特許第３，６３２゜４７０号（Ｊ、ネΔ
ンの３個の安定した非放用性ア２０　２／ イソト−プ、１Ｎｅ　、ＮＯ、Ｎｅ２２を使用すること
をＪ足案している。しかしながら、カバーガス原子（！
１１．！へ！的＜ｒもの（・は、アルゴン）の買ｍ勾ネ
Δンタグガス涼了のｖｊｍが殆んど２対１であるので、
この方法は実際」ムイｊ効でない。

（策−ンて、りｊルイＡンのツノ）レゴンフフイソトー
−１４−Ｏす＋ 〈△、−）　Ｌ、１．　、７１帛分光ｔ１て見た旧、甲
イΔ２０十寸 ンのネΔンアイソト一ノ（ＮＯ）に殆／υど等しく児え
、ａ’ｒｉ密イ、・分４Ｊｉはｌｊめて難しい。

次に、米国ｂ６′［第３，６６３，３６３月は、タグと
しＵ：ｌ：Ｌ／シン２４１３０　アーｒ’ソ１−−１を
使用している。これらのアイソトープゾは普通、原子炉
で介生りる（衣分裂生成物中にｔ；Ｌ　（ｐ在しない（
づれども、キレノン１３１１３Ｇアイソトープとクリブ
！−ン８３−８　Ｇ　／’　イソ１〜−ブは殆んど共通
した気体性核分裂生成物である。その結果、タグ探知シ
ステムはタグと分裂アイソトープとを同ｔＩＸキセノン
から隔Ｈしなければならず、これは実際上、タグアイソ
トープの濃度を大変うづめでしまう。カバーガス浄化シ
ステムが連続的に作動する場合、これは実際にぞれが同
一キセノンアイソトープのためのタグカス１１」」・探
知システムに卦ｊ抗することを意味づる。カバーカス浄
化システムが停止、タグカス再ご［システムだ１Ｊで作
動する時、キレノンタグは核分裂生成物キゼノンＣ−面
覆うことににっＣ稀釈される。このにうな欠点にも拘わ
らず、この種のタグ探知システムが多年にねたっ゛（、
その成功度（，１変化しながらも、いくつかの液体金属
式高速中性子増殖炉において使用されている。

液体金属式高速中性子増殖炉において、カバーガスとし
て、ヘリウム及び］′ル：Ｊンの使用【り曲性が提案さ
れてさＩζ（）れどｂ、実際」−、アルゴンは比較的閉
じ込め易いために、）ツバ−ガスとして殆んど１００％
使用されてさた。燃料集合体において、故障探知［タグ
１どしく適りるカスはキセノン、クリア１〜ン、アルイ
ン、ネＡンの不活性ガスたけである。アルゴンカバーは
アルゴンタグの使用を排除する。なぜなら、勿論、天然
アルゴンが背■１に人さく存在Ｊるために、タグアイソ
１−−プを探知し１琴ないからである。

ネオンタグし使用できない。なぜなら、賀ｍ分光旧にお
いて二重イオンのアルゴンの存在が、ネオンタグの分解
能力を妨０てしまうからである。これらの理由（゛、殆
／υどのクギングシステム（Ｊ、キセノンのアイソ１ヘ
ープか、或いはキレノンのアイソ１〜−／とクリア１−
ンのアイソ１〜−１どの混合物のいずれかの使用が提案
されている。

しかし、ギセノンタグ、叉り、Ｌキはノン・クリア１−
ンタクはｉｃ：＋　（ｌＴｌｉ−（”複２，１Ｆなｌこ
めに、６００〜８００の独特のタグを必要とづるＪ、う
な大規模な原子炉’ＣＩ；Ｌ　、その使用がツ１１シい
。

更に、キはノン（、上空中からの抽出が九しく、更に熱
拡ｔｉｋ　Ｌｌラムによっで哲り的に瀧１９にすること
し非常に難しい。これ（，１原子開が増づ時、隣接覆る
７１′ソト一プ間の貢酊の僅かな差がまりまり小さくな
るため′Ｃある。熱中性子炉において（支出が大きいと
はいえ）ｘｃ””は］つ索の変形により基本的には純粋
な形ひ生じる（プれども、残りの安定したアイソトープ
に対して有限数の濃縮化手段が存在するだ（〕である。

がくして市販の濃縮化手段て１［）られる最人七ルバー
セントは、Ｘｅ　ｃ−は７１Ｏ％、Ｘｃ（２６（は１Ｇ
＋２４−　−− ％、Ｘｅ１２９では７０％てあく）。更に、これＪうの
ノフイソトーブの１つに如ｊづる所ノ）のｉｌｉ！縮化
丁縮化丁合、残りのアイソ１〜−ブの（［１刊的割合が
基本的に一定している。

これらの考１ｉｈ　’ｌｉ　ｌｎ　（１）　ｌ＝め１こ
タクノ＝ｌ−ｔ　／　ン、又はキセノン・クリ１１ン系
にＪζり冑られる独特のタグ組成の範囲に対していく′
っがの物理的制限が加えられる、。

キレノン・クリプトン系におりるｂう−っの最も重大な
欠点は、燃わ１要素が破壊し核分裂カスが探知されＩこ
口）、カバーカス値化システムが放射性キセノン・クリ
−ｉ　１−ン懐分裂刀スを除去するように連続作動せね
ばならないことＣある。

このことはキセノン又はクリ１１〜ンの放出されたタグ
が全部この浄化システムに従い、しかも短時間のうらに
、即ち数１１・−間以下のＩ！間で、完全に消火覆るこ
とを意味りる。かくして、もしタグがこの短時間の間に
何らかの理由で失ったとしたら、タグから遊離したり一
ノＪ−は見分（プられイｒいことになる５、 キしノン×はキしノン・クリプトンタグによるｂう一゛
）の欠点（，１、事実」−での原子炉内の黒用の際に」
ニなタグ比が変化りるということである１、これらの大
きな変化を処理・」る最も一般的＜７二つのｈン去ＩＪ
ン欠の如くである。イロし、そのどｌうらも、タギング
の費用を増加させる。（１）照用系列の関数どし−（の
分Ｊｌｉ的軒験的手段にＪ：つて原子炉内のあらゆるタ
グの組成を追跡する方法と、（２）黒用のあい１．１タ
グが隣のタグを焼き込まないＪ、うに、隣接Ｊるタグ比
イ゛間（Ｊ十分なスペースをどるｈンノ、とＣある。キ
ーセノン・クリブｌ−ンタグかこのＪ、うに広いスペー
スを必要とすることＩＪ　、最−し高価なアイソトープ
をより多く使用しな（づればならないという欠点がある
。

最後に、米国性￥［第３，７４６．Ｃ１１４月は、ナト
リウムで接着した燃料要素の１を被覆りるボンドの一部
分として、お互いに僅かに異なる車量比をもつ３個の安
定したアイソトープ、八〇＋９７゜＋２１　＋９１３ ｓｂ、ｐｔ　を使用している。かくして、種々の燃料要
素の独特のタグ比（，１、カンマ線の分光分析により見
分けられ、燃料要素タッギングカタログが、炉心にＪ５
りる要素の位置を指摘りるために使用される。しかしな
がら、冷却祠は破損（］たククララディンを通−）でｆ
ｌｉ＋ｉれ、イれ（１１その結果生じたタグが逅離しく
ｓ＋の冷ム１１４，１ど共に探知部分を通って流れる前
に燃オ′８１要素に接触するに）Ｕいない。そのタグが
固形物であれば、そのシステムはノｊスリーカーにλ１
１．Ｔ殆んど完全に感知しない。

〈問題点を解決するための手段） そこで本発明は、共通の炉心にマトリックスの形に配置
された多数の別個の燃オ′；１集合体を監視づるために
、液体金属高速中性子増殖炉に使用するカバーカスとタ
ギング装置の改良型絹合せに関し１本発明はマトリック
ス内の漏れのある燃料集合体を特別に隔離し、それをつ
きとめる際の感知と区別の改善を提供りるものである。

本発明（，１燃利要素クラツデイングの破損の際、留閉
じたＱｉ科要素から漏れる核分裂ガス及びタギングガス
のアイソトープを含む不純物を、カバーカスから隔離づ
るためぞれぞれ低温に保持された別＋１１＝Ｉのγｌ！
、性炭層、即らヂャ＝１−ルベッドを使用し、又、その
Ｊ、うに隔離［されたカスアイソ１−−グを見分（〕る
ためにガス分分子膜を有する探知装置を使用１７、本発
明は更にカバーガスどしてのヘリウムどり１ングガスア
イソト−１としＣのネオン及びアルゴンン′イソ１−−
ブとの独特の組合けを使用りる。。

本発明はネオンの安定したアイソトープＮａ。

１２２ Ｎｅ　、ＮＯを１史用し、お互いに前もって選択した相
異なる比率のアルゴンの３つの安定７６３Ｂ イソ１−−プＡｒ　、△ｒ　、Δｒ　を使用することに
よってそのようなラギングアイソ１−−ブの多（の独特
の組合せを形成することを提供づる。各別々のタギング
組合けは、燃料材料により燃料要素の中にシールされる
１、但し、同様にタッグされた燃料要素を作り、それを
共通の燃料集合体に位置づりる。７燃旧要索クシツデイ
ングが破損すると、イの燃料要素の中に含まれている独
特のタギングガス相合せと、イこで生じた核分裂カスと
が漏れ、カバーガスと混合し′Ｃしよう。でのカバーガ
スは、最初にカバー刀゛ス浄化システムへ送られ、そこ
で核分裂ガスの不純物が最初にカバーカス／）ｒ　＋ら
分離され、浄化したカバーガスの殆んどは原子すｊｌへ
戻される。浄化したカバーガスの一部分はガスタグ再生
システムへ送られ、そこでタグヵ゛スは浄化したカバー
ガスから隔離される。隔１ｉ１１１され／ζタグカスは
それから質量分光分析部分、或いは他の同様の分析部分
へ送られ、にて漏れた燃料要素の独特のタグ組合°μを
児分け、イれが撚オ′３１集合体のマツプ状７１ヘリツ
クスに治って、炉心にある漏れた燃料要素をつきとめる
。このＪうにし−Ｃ、ネオン及びアルゴンの核分裂カス
とタギングカスは独立して隔離され、非対抗シスｉムに
よりｌ＼リウムのツノバーガスから分離され、ラギング
アイソ１−−ゾを兄分ける際の優れた感１哀と粕１尭を
元押りる。

ｌ＼リウムカバーと、アルゴン・ネオンのタギングとの
相合ぼの効果は、ガス比が安価でタグ比の安定・１」が
高く、質量分光計による探知感度が擾れ、熱移動状態が
９１′ましく、カバーカス浄化シス７１＼どタギンクガ
ス隔離システムとの間で対抗１ｊることがなく、クギン
グガスの分析時、敢ＩＪＪ　１！１分裂カスをｒ（ま４
４いことである。

ネオン及びノノルゴンノ′イソ１−−プのもう１つの優
れたＱ：’ｊ　ｉｔ３は、どららのカスし中性子を捕集
りるｔＭ　ＩＩＪｉ面がＪ１茄に小さく、ウラン分裂又
はｆルｌ−−ウ１１１０００一１’れの場合し、核分裂
収量が基本的【、１看（・あること（・ある。かくし’
ｔネネオ・戸ルーｊンのタグ比（，１、炉内での照射中
、殆んど変化しないと見ることができる。迅速なエネル
−へ′−の中性子と、中等度のエネルギーの中１１１Ｔ
−の場合、中性ｒの安定度が高く、ぞの捕集性が低い状
態で、（１）このアル−エン・ネオンタグシステムにお
いて、分析の矯１Ｆは恐１）＜必要てなく　、　（２ｊ
両タグ比をより一層接近さＵることができるので、費用
を贅しく口１）約（・さ、　（３）　＋（、ｌ傷を見分
りる確実性が非１：チに増強さシ県る。現在のキセノン
・クリプトンタグ組成及び中性子矯１法に比べた［ｌａ
には、１で１にそう（ある、。

ネオン及びアルゴンのアイソ１ヘープは１．：ｌしノン
・クリア１〜ンのアイソ１〜−−／Ｊ５すＭ　ｍ分光計
により一層容易に分解される。、、でれ（。１単に、こ
れらの軽いカスの２個のｐｇ　Ｊ＞：りる７／、イソ１
−−プに対する質量のｌＩｉ！かな差がギヒノンか、或
いはクリプトンのいり゛れかのＪ、すｊ［ｊ　ｆｉ３の
あるカスの場合にり人さいためε、二Ｊ、るらのＣある
。史ｆＪ、不活性カスのン′イソ！−一−）か夕／）（
ｈＧ）Ｉ、二めに、質量分光計にＪ３りる合唱信号はネ
オン・ノノルゴンの場合の力が核分裂を４し、Ｉ・ラン
プを発生するキセノン及びクリブ１〜ンの背田万スの間
合よりもつと小さくなる。での結束、Ｖニレノン・クリ
ブトンタグシスアムを使−）だ１１０こ比へ（。

ネオン・アルゴンタグシス７ムを使った的の方が、買出
分光計により、より強い感度が得られる。

更に、ネオン及びアルゴンは、！１１４型的なものでは
、クラブ１〜ン及びキレノンの更に質量の高いアイソト
ープに比べてあらゆる温度の場合、熱伝導値がづ゛っと
高くなる。燃１１要素に入れるタグカスのｆｉｔ　ｌよ
一般に、熱移動の点で制限されない（°）れども、８燃
オ′シ要糸に加えられるネオン及び７ノルゴンの串に対
−！Ｉ　；ｊ、１Ｑｔ’ｌ　Ｉ’ｌＪは、キレノン及び
クラブ１〜ンの場合上り少４ｊ−い、。

ネオン及びアルゴンアイソ１−−ブの１リットル当りの
費用（，１、殆／シ７ソの場合、菖通に使用される９７
７　Ａ／どの１−レノン及びクリ１１〜ンアイソトープ
の場合Ｊ、り実？１的Ｃ−ヒン１ｌｌｌｉ　（’ある。

特に、両タグノード間のスペースを同じにしたとすれば
、５〜１０％は安１ｔｌｌｉとなる（・あろう。

カバーガス）９化システムは連続的に作動することらで
き、父、サブアツレンプリーに漏れが生じた後だ（）に
作動させることもできる。ネオン・アルゴンタグの場合
、カバー）Ｊス）９化システムを連続的に作動ざぜ、そ
こ′ｃＭ　０４性分裂Ｉイソトープをカバーカスから除
去し、タグ））イソトープを大げさに除去したり、その
淵庶を減退させることもないようにりることができる。

それから分析のため、タグカス７／イソ１−一７４除去
、又は回復さけるために浄化しＩζ：ノコバー、カスに
対して、タギングガス収巣シスｊムを作動させることも
できる。更に、ノＪバーガス浄化システムによっ（タグ
が枯木的に震警されない時、そのタグガスｉ１１度はタ
グ再生システムの作動１）うにカバーガス内で上昇し、
かくして適切な４Ｊンプル濃度が隔離され、ｊＥ　１ｉ
ｆｆな見分１りが川面どｈる。更に何らかの誤動作（例
λば　（Ｊ−ンブルの汚染やデ１ｍ分光旧又１、Ｌ」ン
ビＪ〜ターの読み間違いなど）が生じた場合、次のタグ
カスのリンプルは満足な分析が４１されるまて取ること
がｒきる。それからはじめＣタグカスをカバーガスから
排除づ−る。

第１図は、原子炉１１ど熱交換器１２とを包囲覆る包ｌ
１１１体即ち一１ンデインメント１０を示す。

開放端をｆ＞−）通路１／Ｉ（第４図〉を蜂の果状に配
回したちのＣ成る炉心１３は、その原子炉の中に配設さ
れ（いる。核燃料Ｆ’　Ｇ、Ｌ第４図に示づ、１うに成
る既定のパターン、即ち７１〜リツクス１こ従って炉心
の通路の成るもの内に位置づる。

制御ａｌｌ棒又は他の−ＩＩＱ的な中性子吸収用制御装
置Ｃｔ）又、特定のマトリックス、ＩＩＩちパターンに
従って他の特定の炉心通路内に適合゛りる。その制御棒
Ｃは殆んどの！１１！型的ｔｉ′らのく・は、核燃オ′
１ににクリし＝（成る種の存６、／Ｌ設定゛づるために
、炉心１３に対しく１：手動し、核燃わＩＦは中性子の
鈎撃にＪ、り核分裂反応を生じ、炉心に熱を発生させる
。

電力を光【（−さけるｌこめに４４用な熱を得るばかり
Ｃ＜’ｔ　＜、炉心を冷Ｍ１りるために、原子炉の冷ｊ
、ＩＩ　ｋＡとしての溶融り一１〜リウムがポンプ１５
にＪり原子炉１１へ循環し、イこです１−リウムは、１
．１じめＣ炉心１３ど原子炉１１の壁どの缶の環１〕：
空間を下方へ移動し、イれから炉心１３の通路１４を通
って上昇し、ライン１Ｇを通って熱交換器１２へ流れる
。原子炉のす１−リウム（よ熱交換器のコイル１７に隔
離された第２溶８１！プトリウム流へ熱を移し、それ／
）＋　ｒろポンプ１５を通って原子炉１１へ戻される。

原子炉１１内の溶融ナトリウムの液面が点線１８で示さ
れ、カバーガスが原子炉１１内のナトリウムの上の空間
１つを満たしている。

熱交換器のコイル１７内の加熱された第２−ノトリウム
流はポンプ２１にＪ：り於気光生器２２を通って循環し
、その発生器内のニ１イル２３３の位置で、その熱を水
に移して蒸気を発生させる。

蒸気発生器２２内の液面が点線２４−Ｃ示され、水面上
の空間２５にある脂気は１（ン２６を通ってタービン２
７へ送られ、このタービン２７が発電１ｍ　２８を駆り
）する。タービン２７を１ｉｌｌｌれた蒸気はコンデシ
リ−２９内−（凝縮され、ポンプ３０によりライン３１
を通ってチ＾気発生器２２へ戻される。

原子炉１１と熱交換器１２　ＬＬ、図面を簡単にするた
めに、第１図にはＪＩ　７ｉｊに簡単に示されているが
、実際は機構的に複屑（である。燃料補給のために、時
々、原子炉を聞く必要がある。液体金属で冷）Ｊｌ　７
する原子炉ではナトリウムをその溶融記度以」−にイ２
：持せねばならづ゛、取扱いに危険な材料であるので、
それらの操作は困デ１である。炉心１３内の核燃わ１か
らｂ’ｌ川性物性物質れると、それがナトリウム冷却材
や、熱交換器１２やそれにｔ！Ｉ　Ｊｌザるポンプや配
管を汚染することになり、そのような敢則ｒ１ヒによる
汚染がこれらの保守操作を一層困テＩＩにしている。

第４図は第１図の炉心１３の水平断面図の概略図であっ
て、核燃１３１　ｒと制御装置Ｃの１ガ型的なマトリッ
クス配置を右する。核燃料「は一般に、外側六角化３７
をイｊりる図示の燃お１集合体３５（第２図参照）内に
内蔵される。但し、その仙の適切な横断面の形が例えば
四角形のものＣ′シ、それにＭ、ｌ応づる形の心通路１
４内に使用することがｅさる。図示の燃料集合体３５は
、六角化３７の中に間隔をおいて平行な関係に支持され
た７木のほぼ平行な別々の燃お１棒３って成り、六角沿
の各コーナーに１本づつ燃判敢素をおき、最後の１本は
中心にＪｊ　＜。それら別個の燃料要素３９を缶３７の
ｒｌｒに保持するために少なくとも２個の格子支持体４
０（ここでは１個のみ図示）が使用され、図示の格子支
持体は、缶３７の周囲に取（＝Ｊ【：）られたバンド７
′１２ど、そのバンド４２と個々の燃料要素に位置する
別個のカラー４５との間を接続づる横行ウェブ７１３と
を有する。缶３７はその相対づる両端（図示せず）が問
いているので、冷ノ１１月は心の通路内を一方の開放端
から他方の開放端までその缶を通って軸方向へ容易に通
過することかでさ、ウェブとウェブとの間の洲敢空１１
１１を、冷ＩＩＩ召ＣＪソ薫別要素３９に沿って、イの
、１−を軸方向へ通過（きる。

第３図は典型的な燃わｌ要素３９を示し、営に″。

用原子炉におい−（、燃料要ヌｉ；　３９　ＣＡＬＡ１
円筒形部ちクラツディング５２で成り、そのクラップイ
ンク５２は長さが約５〜１８ｍ（２〜Ｇノイ−ト）で、
内径が約０．Ｇ−１，２７ｃｍ　（０，２５〜０．５イ
ンチ）である。イのｒｆｉ、即１５クラツディング５２
の中に（Ｊ、各々同様のほぼ円筒形の複数１固の燃オ９
１ベレット５４が嵌まり込み、それらのベレン１〜はク
ラップインクの殆んど全長にわたー）て輻：部まで上下
に（貞み重ねられ（いる。そのクラツディングはでの両
端に溶接された端部蓋体５６，５７によっ（閉鎖され、
更に、端部皿体５５７の近くにｔｅｌ、孔あき中間壁５
９が備わっている５、燃オ′り１ベレッ１−を、１５互
いにきｌうんと押圧りるＪ、うに、端部Ｗ＋体５Ｇと孔
あき中間壁５９ど最も端部【こ位置りる燃オ′；１要系
ベレッ１〜５４ａ　、　！＋旧］トノ間に、１，１′ね
装置ｆｊｉ（ｉｏａ、　６０ｂが介在づる１、燃ｉｌｌ
ベレットり／Ｉ　Ｌ、１、くれ白身、その外径がクラッ
プインクＩＪ２の内部にり僅かに小さいので、敢ＩＪｉ
ｌプ〕向のクリノ′ノンスが生じ、その燃料要素３９の
内部には、ての一端がら他端まで軸１ノ向へカスが流入
づる。

端部燕体巳）７ど中間壁５９との間の空間６２は、ガス
室としＣ知られ（おり、最初、その製造中にこのガス室
６２は、既定の比率でタグカスにより加圧される。燃料
要Ｍ３０はシールされるので、そのタグガスと燃料ペレ
ット５４のあとで起る反応により生じたづぺ（′の核分
裂ガスとは、その燃わ１要素内に閉じ込められるが、そ
れらは燃料要素の全長に冶−）で自由に移動できる。

本発明によれば、カバーカス浄化シス７’　１．ｚ６４
がライン６５，６７及びポンプ６８によりカバーガス空
間１９から接続し、−多イン６９により原子炉の空間１
つへ戻される１、タグ再生分析シス５ム７２が前記’ｔ
’ｆ＋化シスｔ　ｌ）６４の下流で、しかもライン６９
にある−「字ｆｆ７５Ｊ、り下流に位置するので、カバ
ーが又は核分裂カスから浄化されたものだ（プとなる３
、該分裂ガス探２．ＩＩシステム、即ら警報シス″ｊＬ
　７８が典型的’、Ｅ　’ｂのでは、カバーガス浄化シ
ステム６４と平行に連（ｊ（シた状態−（ポン１７９と
Ｊｊに備えられ、でれはカバーガス中に核分裂ガスが存
在しないか否かを連続的に探知づるＩこめに使用される
。従つて、ポンプ７９のイ乍動によりカバーガスのサン
プルが少量、連続的に採取され、探知システ１１７８に
より分（ＪｉされるＪ、うになっている。そのカバーガ
ス浄化システム６４．　ＣＡＬ、ポンプ６８の作動時に
連続して作動りるが、その他、カバー）ｆメ中の該分裂
ガスを探知づる際にも作動でる。

タグ１■生、分析システム７２は、タグ再生装置αと再
生したタグの分析装置６とをイ］りる。その？Ｉｉ牛シ
スーｉノ＼は弁８０１こＪ、リカス戻りライン６つから
分離され、イれから又、弁８２ライン８３を通り、ライ
ン６９を通って原子炉へ戻る、Ｊ、うに接続する。分析
装置８４は弁８６を通って再生シス−Ｉ−ムに接続する
。タグ再１システム（，１、弁８０．．’１２が間き、
弁８Ｇが閉鎖した状態で竹動じ、又核分裂カスが／Ｊバ
ーカス中に探知された時のみ、叉、カバーガス浄化シス
アームが作動づる時のみ、イ′１動りる。かくして全て
の核分裂ガス【、１１、カバーガス浄化シスｊムロ４′
Ｃ″除去され、浄化されたカバーガスの一部が連続的に
、又間歇的にタグ再生システム７２を通って送られる。

タグ分析システム８４は一般に、弁８０．８２が閉鎖し
、弁８Ｇが聞いた状態で作動し、典型的なものでは、イ
のシステム８４は、存在する特定タグを鑑定づるために
、質量分光泪（図示せず）を右りる。質量分光ｈ１の出
力は、しばしば、グラフの形でプリントされる。

タグ再生、分析システム７４を通過したカバーガスのは
／υの少ｆｆ’ｒｉ♂；ノしか、その分４１１では）出
費されず、残り（よ）イン８３．Ｃ３９４）山・）”（
カバーガス空間１９へ戻される。

カバーガス浄化システム６／Ｉとタグ再生システム７２
とは両方ともチャ：１−ルベツトをイＪし、除去、又は
再生されるべき不純物を含むガスがそこを通過する。ヂ
ャ］−ルベツトの具体的（？τ１造は、本発明にとっＣ
重要なことではないが＜６４ａ、　７２ａＦｌｌｌ略的
に示Ｊ）、各々特定の低温で作動する。かくして、核分
裂カスは低温層６４ａでカバーガスから吸収され、ネオ
ン及び）′ルゴンのタグガスが低温層７２ａでカバーガ
スから吸収される。

本発明にａ５いて、カバーがスとしてヘリウムを使用し
、タグガスとしてネオンとアルゴンを使用する。具体的
には３個の安定したネオンア２０　２１ イソＩ−一／、即ｌう、Ｎｃ　、Ｎｅ　、Ｎｅ２２と３
個の安定したアルゴンアイソ１〜−ブ、即ち、３６　３
Ｂ Δ１゛、Δ１゛、△１゛　が１史用され、そこでイのよ
うなタグＩイソトープの１個又はいくつかのバー１ごン
ｊ−ジを淵くづることによって、多くの別１ｇ１１のそ
して独１ＪＪで且つ区別のつく割合のタグ相合せを限定
ηることができるであろう。

でのタグ相合μはネオン／イソトープだ（）やアルゴン
ノフイソト一ノだ（）、或いは各々の混合で構成Ｊるこ
とｂ′Ｃさる。１！１定の燃料集合体の全ての燃ｉ１１
要素が回しタグを右りるところでは、別個のタグ相合ｌ
を燃２ｉ１　ｙ２索へ注入し、原子炉の７１−リックス
内の種ノンの位６に、種々異なったタグの燃料集合体が
存（Ｅ′８Ｊる。従って、賀旦分光甜中でそのようなタ
グガス組合せをあとで特定の同一化を行４Ｔうことが、
独特の一致を与え、かくして″漏れ゛′燃料要素の位置
を知ることができる。買出分光８１において、多量の変
化するアイソトープによる分離は全て、飴通のやり方で
ある。

正常な操作において、カバーカス浄化システムの低温層
６４ａは、例えばはぼ０〜−２５℃で作動し、タグガス
再生１１７２ａ　ＩＪ＞１７（１・−一−１８５”ｃの
範囲で作動する。タグガス及び該分裂ガスど共にカバー
ガスは、低温ヂト＝１−ルｌ＼ツドＧ４ｎを通りライン
６９を通って原子炉へ導かれる。、核分裂ガスに含まれ
る不純物は、カバーガス浄化システムの層６４ａで、刀
バーガスか吸収される。

浄化されたカバーガスの一部（依然どし−ＣＣタフ含む
）は、それからタグ再生ヂト」−ルヘッド７２ａを通過
し、そこｅツノバーカスから使用されるネオン・アルゴ
ンタグガスノノイソトーブが吸収される。、そのＵ）、
ヘリウ１１のカバーカス（３Ｌ原子炉へ戻される。

好ましい実施例にａ３いて、タグ再生・分４１７システ
ム７２は、三連の別々で同様に配冒されたベッド７２ａ
及び分析を覧買８４（その１つだけを図示）で作られる
ので、８連のベッド及び分析装置は独特に作動し、そし
て、連続的収集を行ないながら、交ｑに１回分を処理す
るようにづる。かくして、第１の装置が低溜１で作動し
、ガスを収集りるｎ：１．第２の装置直は多分１５０〜
２００°ＣにＩＪＩ＋熱され、収集されたカスを分析装
置へ送り出し、第３の装置は、低）品に冷７１１され、
再度収集−りる。同４了に他のシステムがまだ作動して
いる１１冒ご、１１）４々の層の再生及び、・′又は取
り替えさえもＣさるＪ、うに、複数のカバーガス浄化層
６４ａを使用（・さる（１つの層だけを図示）。各タグ
再生・分析シス７ム層、又は一連の図、及び・′叉はカ
バーカス）吊止シスフッ１同を通過づる）ｋれｔま、ｐ
６通、ブｒ（へ’：　（’ｒ　ａ：＋　萌間トｉｆ＋、
１ＩＩＩ　＋７）　シーケンスにＪ、り自動的にｍ、１
ノ１〜【−１−ルされる。

又、好ましいタクｌｉ牛層７２Ｊ１は実際に、一連の流
れひ接続づ゛る第１タグ囮と第２タグ層（詳しく　ｌ；
Ｉ示され（いない）とをイ」ツるので、それにＪ、−）
（ダ１１層に収束されたタグ）ｌイソ１−一プ（ｊ熱に
より放出され、そして約−１７０・・〜　１８５℃に再
び保持された第２層にもつと高温度で再び収集される。

第１タグ層から第２タク層への移動の開始時（よ、弁が
カバーカスを次の連続第１層へ導くように切換えられ、
最初の第１１ｆｆｉ’＼のカバーガスの流れが１亭止し
た藺であるつきれいなヘリウムカスは、イれが）貨され
る助、第１肋の木炭にあふれるＪ、うに０１コ人てきる
。タグ層からの流出ガスは、分析装置８４にある予冷却
した空のサンプルひん弯（図示せず）に入れられる１゜
その４ノンプルびんはでのシス７ムから取出して、分析
のために遮蔽コンテナで実験室ｌ＼４４されるか、又は
そのυシフ１しをΔンライン土の２４　ｍ分光計（図示
ｌ！づ”）へ導くことらでさる。その（ノンプルび／υ
を拮通に取りがく液体窒克（Ｊ沸騰して、そのびんの記
庶が約５０″Ｇ　−Ｌ　昇させ、タグカスが質量分光計
を通るようにさせる。それから吸収したタグガスの識別
が、原子炉内の４７ｉ定的にタグした瘤ｉ　１’＋　片
合体のマ［〜リツクスのマツピングににり行なわれ、漏
れの燃Ｉ！′＋１要素をつさとめる。

木光明にａ３い−Ｃ１ｈに注目に１直りるのは、カバー
ガス浄化シス’ｊ　１．ｓ　６４とフグ１工生・分析シ
ステム７２どがａ３互いに独３“Ｉしで作動し、お互い
に対抗しないということである。このこと（よ、カバー
カス中Ｉ＼漏れた核分裂ガスがタグカスとは異なる時に
特に重要である。更に、カバーガスひ化シス−７ムの製
６４ａはタグ再イ１システムの層７２ａと自列１ト絖状
ａ　ＩＬ、　ｒ’／）　・）　’（’　、その上流で作
動し、ぞのＪこう＜〔（ｋ分裂カスの吊天の割合を除去
づるＪ、うにｈ４もイｊ効にｆ＋動づ−る。ネオン及び
アルゴンのタグノ〕ス（ま、浄化システム６４ａににり
大幅に吸収されイｒいＣ１ｒｐ化されたヘリウムカバー
カスと其に、タグ内牛層７２ａへ送られる。

他方、）１：＋：３イヱ低ｄＩＩｉ（・（０−・−２５
℃に対して−１７０へ・−１８５°Ｃ）伯動りる下流の
タグ再生層７２ａ（よ、ネオンとアルゴンの軽いタグガ
スを集めるが、）γＩ化されたヘリウムカバーガスは原
子炉へ送る３゜ 〈発明の効果〉 ヘリウムカバーガスと、ネオンとアルゴンのタグアイソ
１〜−ブの特有の混合物とを右ブるこの原子炉システム
の一つの人さな効果は、そのシステムの総費用が安価な
ことである。事実。

もつと一般的に使用されＣいるＪ、う／Ｊアルゴンカバ
ーカスとキセノン・クリグ１〜ンタグとをイＪづる総シ
ステムの：１ストのは／υの２０〜・３０％で済む。こ
のシステムのらう一つの効果は、ネオン・アルゴンのア
イソ１−一１が非単に安定しＣｔＪ３す、従って、中性
子の衝撃にＪ、−）て人さく変化することがないのＣ、
タグ比率の一員性とでの照合をより容易かつ確実に保持
りることがで゛きる。このカバーカス・タグ組合せの゛
しう一゛つの大さな効果は、より重い一ルノン・クリｆ
トンアイソトープタグの分解に比へて、ネオン・アルゴ
ンアイソ１−−ブをＪ、り正確に分解りる能力を有プる
ことである。又、再生・分析操作は、キセノン・クリブ
１−ンの放射性アイソｌ−−ブに人が曝されるのを減ら
りために、敢川能１！１核分裂カスから１９化され！、
：カスに対して行なわれる。しかしながら、最し「０要
ど思われることはカバー浄化システムとタグガス再生シ
ステムとが同　カス、及び／叉に艮アイソ１−−ブに対
しく灼抗ぜザ、Ａ３Ｕｉいに独立して作動規るので、タ
グシスｊ’　ｌ−ｓの（眼！食と１４１亘や、カバーガ
ス浄化シスツムの右動４１がＪｌ　７ｉｉに増強すると
いうことである。

【図面の簡単な説明】

第１図は原子かとその１１）却回路の概略図であ−）Ｔ
、特に本発明のりｊ′ましい実ＩＭ例を承り。 第２図は第１図に承り原子炉の炉心に位置するり（型内
な燃料集合１本の斜視図であって、内部を４つかり易＜
　ｃＪるｌこめ一都すＪ除して示され−Ｃおり、での束
合イホはダ）３図（、−示り、Ｊ、うに、複数の個々の
燃ｉｉ、ｌ要索−Ｃ形成されζいる。 第３図（Ｊ第２図の燃ｆｉｌ第合体に位置づる！１１１
型的＜Ｌ　ｔ：利要＄の…ｉ面図Ｃあり、′！７”、　
／１図はｉ＋ｉ＋　’！８を示すリ１１」〜？的な炉心
（第１図）の部分横断面図であって、その通路の中には
第２図に示す型の燃料集合体が、規定のマトリックスに
従って配置されている。 １０・・・コンデインメン１〜．１１・・・原子炉、１
２・・・熱交換器、１３・・・炉心、１４・・・通路、
１５・・・ポンプ、１Ｇ・・・ライン、１７・・・Ｔ１
イル、１９・・・空間部、２１・・・ポンプ、２２・・
・蒸気発生器、２３・・・コイル、２５）・・・空間部
、２Ｇ・・・ライン、２７・・・タービン、２８・・・
発電（幾、２９・・・−Ｉンデンサ、３０・・・ポンプ
、３１・・・ライン、３５・・・燃料集合体、３７・・
・六角化、３つ・・・燃え）１要素、４０・・・格子形
支持体、／１２・・・パン１〜．４３・・・ウェブ、５
２・・・クラッｆイング、５／Ｉ・・・ベレット、５６
．５／・・・端部蓋体、５９・・・中間壁、（ｉｏａ、
　ｔ３０ｂ・・・ぽね装置、６２・・・万λ室、Ｃ・・
制御装置、Ｆ・・・核燃第３１゜ 特許出願人　アメリカ合衆国 代　理　人　屈　般　行　ｋ１Ｆ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、密月容器イホど、子の中にＪ＆ｉ　ｉｌｌ毒素保持
   づる炉心と、（の炉心を通り、燃料要素をまわっ−（’
   　ｌ／ｉ　Ｉ米づる（１々休体屈ン負人ＩＪ材と、その
   滲入１］１２の上ノ）で前記容器体内に閉じこめたカバ
   ー万スと、ｌｉＪ別要素クラりｊ’−ｒフグ中に漏れが
   生じた１１，１１．ぞのガ１′８１問素から漏れたキヒ
   ノン及びクリ１トンのような核分裂ガスのカバーガスを
   ｌＪｉ除Ｊるためのカバーガス浄化シスアムの相合Ｕと
   、ｉｌｊ　ＴＨ７いに対し独特の組合せに混合されたネ
   オン・アルゴンガスの選択されたタグアイソ１−一／の
   種々の燃料要素とし°Ｃ容器に入れること、お」、ひ、
   炉心部にａ３ける燃利要系の配置に従−）（、独特にタ
   グされた燃本＋１曹素のカタログ化とを含む燃斜要素識
   別装岡と、更にカバーガス浄化システムの下流で、その
   システムと一連をなづタグガス再生・分析システムをイ
   ｊする装置とを右し、該）Ｊパーガス浄化シスｉムとタ
   グ再生シスアムの各々は、低温チト］−ルベッドをイｊ
   し、それによってカバーガス浄化シス７ムの層は核分裂
   ガスを隔離するにうに第１温痘ＣＶ「動じ、該タグガス
   再生システムの層は、ネΔン・アルゴンタグガスを回１
   ９させるために、」−記第１４２度より低い第２湿１頁
   で作動し、前記タグ分析シスーアム（よ、これらのネオ
   ン・アルゴンアイソ１−−ブの独特の組合せを見分１）
   丁１つ炉心のカタログに従って湯１れのあるフ然わ１要
   素をつさとめる質量分光ε１を使用３Ｊることを合み、
   前記カバーガス（Ｊ、ヘリウムであることを’Ｉ；ｉ　
   徴どづるガスタグとカバー／Ｊスとの改良され人：組合
   ぜをイｉづる原子炉。 ２、カバー）Ｊス浄化シス７ムのｒ＋　ＩＪ、約Ｏ′Ｃ
   ・−一２５℃の第１温Ｉ哀で作１ＩＪＩ！Ｊる。ＢＩ、
   、！ｌ請求の範囲第１項記載の原子炉。 ３、タグガス再生システムの層は、杓−１７０℃〜−１
   ８５℃の第２濡度で作！Ｉ！ＩＪリ−る特許請求の範囲
   第ｉ　Ｉｊｉ記載の原子炉。 ４、カバーカス浄化シスンムの囮は、約Ｏ℃〜−２５℃
   の第１湿度で作動し、タグガス再生シス７ムの層は、約
   −１７０°Ｃ〜−１８５℃の第２（品度で作動′！する
   １閲訂品求の範囲第１項記載の原子炉。