JPS6193994A - Device for removing impurity in liquid metal - Google Patents

Device for removing impurity in liquid metal

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JPS6193994A
JPS6193994A JP59215870A JP21587084A JPS6193994A JP S6193994 A JPS6193994 A JP S6193994A JP 59215870 A JP59215870 A JP 59215870A JP 21587084 A JP21587084 A JP 21587084A JP S6193994 A JPS6193994 A JP S6193994A
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JP
Japan
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particles
coolant
magnetic
liquid metal
impurities
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JP59215870A
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Japanese (ja)
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和雄 高橋
横田 憲克
下屋敷 重広
寿 山本
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPS6193994A publication Critical patent/JPS6193994A/en
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)

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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、液体金属中の不純物を除去する装置に係り、
特に高速増殖炉(FBR)において冷却流体である金属
ナトリウム中から放射性不純物を除去するのに好適な液
体金属中不純物除去装置に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Application of the Invention] The present invention relates to an apparatus for removing impurities in liquid metal,
In particular, the present invention relates to an apparatus for removing impurities in liquid metal suitable for removing radioactive impurities from sodium metal, which is a cooling fluid in a fast breeder reactor (FBR).

〔発明の背景〕[Background of the invention]

液体金属中不純物除去装置の性能を評価する項目として
は、不純物捕獲効率、圧損、捕獲材回収の可能性、捕獲
材自身の摩耗、捕獲材の交換性。
Items used to evaluate the performance of equipment for removing impurities in liquid metals include impurity capture efficiency, pressure drop, possibility of recovering the capture material, wear of the capture material itself, and replaceability of the capture material.

不純物の流動の効率等がある。There is the efficiency of flow of impurities, etc.

従来、高速炉1次冷却系の冷却材中に含まれる放射性腐
食生成物を除去する方法としては、冷却材を流す流路内
に設けた容器内の捕獲材(通常は薄板、メツシュ等)を
充填し、この捕獲材に吸着させて除去する方法が提集さ
れている。(特開昭58−201095号公報、特開昭
58−219495号公報、特開昭58−21flj4
96号公報) これらの従来技術について、上記項目を評価してみると
、まず特開昭58−201095号公報の方法について
は、比表面積が比較的大きく捕獲効率はよいが、容器の
50〜90%もの容積の粒状ニッケルを充填するために
圧損が大きく、また冷却材流路に流れ出てしまった粒状
ニッケルの回収方法がなく、冷却系内を循環することに
なる。さらに、容器内で粒状捕獲材がランダムな動きを
するために、捕獲材同士が接触して、捕獲材のニッケル
自身が摩耗し、あるいは表面に付着した不純物が剥離す
るので、腐食生成された不純物を効率良く捕獲できない
可能性がある。加えて、除去装置が流路に固定され、し
かも捕獲材がその中に充填されていることから、その交
換は容易でない。また。
Conventionally, the method of removing radioactive corrosion products contained in the coolant of the primary cooling system of a fast reactor is to use a trapping material (usually a thin plate, mesh, etc.) in a container installed in the flow path for the coolant. A method has been proposed in which the trapping material is filled and adsorbed to the trapping material to remove it. (JP-A-58-201095, JP-A-58-219495, JP-A-58-21flj4
(No. 96 Publication) When evaluating the above-mentioned items regarding these conventional techniques, first of all, regarding the method of JP-A-58-201095, the specific surface area is relatively large and the capture efficiency is good. % volume of granular nickel, the pressure drop is large, and there is no way to recover the granular nickel that has flowed into the coolant flow path, so it must be circulated within the cooling system. Furthermore, as the granular trapping materials move randomly within the container, they come into contact with each other, causing the nickel in the trapping material itself to wear away, or impurities attached to the surface to peel off, resulting in corrosion-generated impurities. may not be captured efficiently. In addition, since the removal device is fixed to the flow path and the capture material is filled therein, it is not easy to replace it. Also.

不純物の流動については、層流底層内の拡散が律速とな
り、不純物の吸着確率が制限される。
Regarding the flow of impurities, diffusion within the laminar bottom layer becomes rate-determining, and the adsorption probability of impurities is limited.

次に、特開昭58−219495号公報及び特開昭58
−219496号公報の方法については、板状捕獲材を
用いているために、比表面積を大きくとれない(比表面
積を大きくするためには、除去装置をかなり大型にしな
ければならない)欠点があり、圧損が大きく、また冷却
材中に流れ出てしまった捕獲材の回収方法がなく、冷却
系内を循環することになる。特に特開昭58−2194
95号では、高温ナトリウム中に可動部があり、その耐
摩耗性や耐久性が問題となる(故障した場合捕獲効率が
大幅に低下する)、さらに、除去装置が流路内に固定さ
れ、板状捕獲材もその中に固定的に設置されていること
から、その交換は容易でない。また、不純物の流動につ
いては、層流底層内の拡散が律速となり、不純物の吸着
確率が制限される。
Next, JP-A-58-219495 and JP-A-58
The method of Publication No. 219496 has the disadvantage that the specific surface area cannot be increased because it uses a plate-shaped capture material (in order to increase the specific surface area, the removal device must be made quite large). The pressure drop is large, and there is no way to recover the captured material that has flowed into the coolant, so it must be circulated within the cooling system. Especially JP-A-58-2194
In No. 95, there are moving parts in the high-temperature sodium, and their abrasion resistance and durability are problematic (capture efficiency will be significantly reduced if they break down).Furthermore, the removal device is fixed in the flow path, and the plate Since the shaped trapping material is also fixedly installed therein, it is not easy to replace it. Furthermore, regarding the flow of impurities, diffusion within the laminar bottom layer becomes rate-determining, and the adsorption probability of impurities is limited.

[発明の目的] 本発明の目的は、高速炉1次冷却材において放射性腐食
生成物をはじめ核分裂生成物等の冷却材中不純物を効率
よく除去し、1次冷却系の機器や配管への放射性物質の
沈着を低減し、高速炉のメインテナンスを安全かつ容易
にする液体金属中不純物除去装置を提供することである
[Objective of the Invention] The object of the present invention is to efficiently remove impurities in the coolant such as radioactive corrosion products and fission products in the primary coolant of a fast reactor, and to prevent radioactive impurities from entering the equipment and piping of the primary cooling system. An object of the present invention is to provide an apparatus for removing impurities in liquid metal that reduces deposition of substances and makes maintenance of a fast reactor safe and easy.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明は、特定の材質に冷却材中の放射性腐食生成物が
吸着され易い、たとえばマンガンはニッケルに捕獲され
易いといった性質を利用して、冷却材中に比表面積が大
きくとれる微粒子(磁性粒子)を注入し、吸着速度の律
速となる層流底層の厚さを薄くして吸着速度を速め、腐
食生成物等を捕獲するとともに、冷却材中に挿入した磁
気フィルタに磁場を加えて着磁あるいは消磁し、磁性粒
子とともに腐食生成物等を回収あるいは排出するように
して、吸着効果とフィルタ効果とを重畳させ不純物を除
去することを特徴とする。
The present invention utilizes the property that radioactive corrosion products in the coolant are easily adsorbed by certain materials, for example, manganese is easily captured by nickel. is injected into the coolant to reduce the thickness of the laminar bottom layer that determines the adsorption rate, increasing the adsorption rate, capturing corrosion products, etc., and applying a magnetic field to the magnetic filter inserted in the coolant to magnetize or It is characterized by removing impurities by demagnetizing and collecting or discharging corrosion products and the like together with magnetic particles, thereby superimposing an adsorption effect and a filter effect.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下、図面を用いて本発明の実施例について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

まず第3図により1本発明の全体構成を示す。高速炉の
1次冷却系は原子炉1.中間熱交換器(図示せず)、お
よびこれらを結ぶパイプ2から構成されている。原子炉
1から分岐し、ポンプ3.弁4.磁気トラップ5.弁6
から成る回路は不純物精製回路である。磁気トラップ5
の前段には、弁15を介して金属粒子(以下粒子)注入
装置7.および弁10を介して逆洗浄液貯蔵容器11、
また後段には弁9を介して逆洗容器8が接続されている
0粒子注入装置7および逆洗容器8にはそれぞれ弁12
.13を介して不活性ガス(以下ガス)供給源14が接
続されている。
First, FIG. 3 shows the overall configuration of the present invention. The primary cooling system of a fast reactor is reactor 1. It consists of an intermediate heat exchanger (not shown) and a pipe 2 connecting these. Branched from reactor 1, pump 3. Valve 4. Magnetic trap 5. Valve 6
The circuit consisting of is an impurity purification circuit. magnetic trap 5
A metal particle (hereinafter referred to as particle) injection device 7. and a backwash liquid storage container 11 via a valve 10;
In addition, a backwash container 8 is connected to the rear stage through a valve 9.The zero particle injection device 7 and the backwash container 8 each have a valve 12 connected thereto through a valve 9.
.. An inert gas (hereinafter referred to as gas) supply source 14 is connected via 13 .

高速炉では原子炉1に燃料としてウランやプルトニウム
を装荷し、この燃料を核分裂させ1発生する熱をパイプ
2内を流れる液体金属ナトリウムにより中間熱交換器へ
と熱移送する。
In a fast reactor, a nuclear reactor 1 is loaded with uranium or plutonium as fuel, and the fuel is fissioned to generate heat, which is transferred to an intermediate heat exchanger by liquid metal sodium flowing through a pipe 2.

高速炉の運転時間経過と共に、1次冷却系構造材料の構
成元素が冷却材である液体金属ナトリウム中に溶出する
。この溶出した元素が冷却材と共に原子炉1を流動する
際、放射化され、放射性腐食生成物となる。放射性腐食
生成物を含む冷却材の一部を精製回路へポンプ3で導く
。この冷却材中の粒子注入装置7からパイプを介して粒
子を注入し、冷却材中に粒子を分散させ、冷却材中の粒
子に放射性腐食生成物を吸着捕獲させる。この冷却材は
磁気トラップ5に流入し、粒子および非放射性の安定核
種も同様にフィルタ部に付着する。
As the operating time of a fast reactor passes, the constituent elements of the primary cooling system structural materials are eluted into the liquid metal sodium, which is the coolant. When the eluted elements flow through the reactor 1 together with the coolant, they are activated and become radioactive corrosion products. A portion of the coolant containing radioactive corrosion products is led by pump 3 to the purification circuit. Particles are injected into the coolant through a pipe from the particle injection device 7, the particles are dispersed in the coolant, and the radioactive corrosion products are adsorbed and captured by the particles in the coolant. This coolant flows into the magnetic trap 5, and particles and non-radioactive stable nuclides also adhere to the filter section.

このようにして腐食生成物の濃度を減少させた冷却材は
弁6を介して原子炉1に戻る。
The coolant, which has reduced the concentration of corrosion products in this way, returns to the reactor 1 via the valve 6.

次に、磁気トラップ5および粒子注入装置7の注入部詳
細について第1図により説明する。磁気トラップは、ト
ラップ容器19.その内部の上下磁極16.磁極間の高
勾配磁気フィルタ18.容器外部の磁極16およびコイ
ル17から成る。磁気トラップの前段には、粒子注入装
置7の注入部として、冷却材の流れるパイプ中心部にオ
リフィス状パイプが設けられている。なお、フィルタは
一般の磁気フィルタでもよいが、高勾配磁気フィルタで
ある方が好ましい。
Next, details of the magnetic trap 5 and the injection section of the particle injection device 7 will be explained with reference to FIG. The magnetic trap is placed in a trap container 19. Upper and lower magnetic poles 16. High gradient magnetic filter between magnetic poles18. It consists of a magnetic pole 16 and a coil 17 outside the container. Upstream of the magnetic trap, an orifice-shaped pipe is provided as an injection part of the particle injection device 7 at the center of the pipe through which the coolant flows. Note that the filter may be a general magnetic filter, but a high gradient magnetic filter is preferable.

原子炉からポンプにより導かれた放射性腐食生成物を含
む冷却材は弁4を通った後、上昇流となってトラップ容
器19に流入する。その前段では冷却材の流動により1
粒子注入装置の注入管の内部と外部に圧力差が生じ、冷
却材中に粒子が注入される。冷却材中に注入された粒子
と原子あるいは分子状の腐食生成物が接触し1粒子に腐
食生成物が吸着される。トラップ容器19の外部に永久
磁石、あるいはコイルを取り付けて直流電流を流す、こ
れにより、トラップ容器19内に磁場が発生する。発生
した磁場は磁極によって均一化され。
The coolant containing radioactive corrosion products introduced by the pump from the nuclear reactor passes through the valve 4 and then flows upward into the trap vessel 19 . In the previous stage, due to the flow of coolant, 1
A pressure difference is created between the inside and outside of the injection tube of the particle injection device, and particles are injected into the coolant. Particles injected into the coolant come into contact with atomic or molecular corrosion products, and the corrosion products are adsorbed onto each particle. A permanent magnet or a coil is attached to the outside of the trap container 19 and a direct current is passed therethrough, thereby generating a magnetic field within the trap container 19. The generated magnetic field is made uniform by the magnetic poles.

充填物の細線フィルタを磁化する。このようにして磁化
したフィルタ部では磁束の疎密ができ、高勾配磁気とな
る。
Magnetize the fine wire filter of the filling. In the filter section magnetized in this way, the magnetic flux becomes denser and denser, resulting in high gradient magnetism.

腐食生成物を吸着した粒子を含む冷却材を下方から上方
に流すと粒子はフィルタに大きな磁力で捕獲され付着す
る。この状態で運転を続け、トラップ容器19の出入口
部の圧力を検出し、着圧が所定の圧力より高くなった時
、あるいはトラップ容器19のフィルタ部の放射能強度
が所定の値を超えた時にはトラップの機能を回復させる
ために、自動的に逆洗を行なわせる。この逆洗方法につ
いては後述する。
When a coolant containing particles that have adsorbed corrosion products is flowed from below to above, the particles are captured and attached to the filter by a large magnetic force. The operation continues in this state, and when the pressure at the entrance and exit of the trap container 19 is detected and the pressure becomes higher than a predetermined pressure, or the radioactivity intensity at the filter part of the trap container 19 exceeds a predetermined value, Automatically perform backwashing to restore trap function. This backwashing method will be described later.

次に注入粒子と磁気トラップについて説明する。Next, injection particles and magnetic traps will be explained.

冷却材中に注入する粒子を球形と考えると、半径rの粒
子の比表面積は1 / rに比例する。rが極度に小さ
い超微粒子を用いた場合、比表面積は非常に大きな値と
なる。同じ腐食生成物を吸着するにも、比表面積の大き
な粒子を用いた方が吸着効率は良い、ところが、磁気ト
ラップのフィルタ密度も大きくとる必要があり、冷却材
の圧力損失も大きくなる。
If the particles injected into the coolant are considered spherical, the specific surface area of particles with radius r is proportional to 1/r. When ultrafine particles with extremely small r are used, the specific surface area becomes a very large value. Even when adsorbing the same corrosion products, the adsorption efficiency is better if particles with a larger specific surface area are used.However, the filter density of the magnetic trap also needs to be larger, and the pressure loss of the coolant also increases.

一例として、粒子粒径0.1〜数百μmの粒子を冷却材
中に注入した場合の磁気トラップについて考える。注入
量は冷却材に対して数百ppmとなるようにする。外部
磁極としてはせいぜい10koeで十分である。フィル
タの細径は0.1〜innφとし、磁性ステンレス細線
あるいはニッケル細線を用い、長さ数百間、充填率を5
〜20%とする。冷却材のろ過速度は5〜150nn/
sで圧力損失は0.05〜0 、2 kg/cJとなり
、実用上問題とならない。捕獲率は注入粒子はもとより
、安定核種も含めて80〜90%以上を安定して達成で
きる。
As an example, consider a magnetic trap in which particles having a particle diameter of 0.1 to several hundred μm are injected into a coolant. The amount of injection should be several hundred ppm based on the coolant. At most 10 koe is sufficient for the external magnetic pole. The diameter of the filter is 0.1 to innφ, the length is several hundred centimeters, and the filling rate is 5.
~20%. Coolant filtration rate is 5 to 150 nn/
s, the pressure loss is 0.05 to 0.2 kg/cJ, which poses no practical problem. A capture rate of 80 to 90% or more can be stably achieved not only for injected particles but also for stable nuclides.

注入粒子としては、たとえば放射性マンガンを吸着する
にはニッケルが良いことが知られている。
It is known that nickel, for example, is good for adsorbing radioactive manganese as the injection particle.

ニッケルは常温で強磁性体であるが、キュリ一点(35
0〜360℃)を過ぎると常磁性体となる。
Nickel is a ferromagnetic material at room temperature, but one curio (35
When the temperature exceeds 0 to 360°C, it becomes a paramagnetic material.

高勾配磁気フィルタ中に放射性マンガンを吸着したニッ
ケル粒子や他の不純物を含む冷却材を通せば、それが磁
場中で磁化され、フィルタ細線に吸い着けられ、冷却材
だけが流れ去る。
When a coolant containing radioactive manganese adsorbed nickel particles and other impurities is passed through a high-gradient magnetic filter, the particles become magnetized in the magnetic field and are attracted to the filter's fine wires, allowing only the coolant to flow away.

高勾配磁気フィルタの捕獲性能は、冷却材中の不純物の
磁性及び粒径、その他に磁場、ろ過速度1フイルタの線
径と充填率などによって大きく左右される。このため、
磁気トラップを製作後、注入粒子の粒径を選定する必要
がある0粒径の選定方法の一列としては、適度な粒径分
布を有する粒子を水中あるいはガス中に混入させ、これ
を磁気トラップに通し、捕獲効率100%となる最小の
粒子径を選定する。最小の粒子径を選定すると、最大の
比表面積が得られる。このように比表面積の大きな粒子
を冷却材中に注入すれば、原子あるいは分子状の放射性
腐食生成物との衝突頻度が高まり、粒子が成長し、フィ
ルタでの捕獲も容易となる。
The capture performance of a high-gradient magnetic filter is greatly influenced by the magnetism and particle size of impurities in the coolant, as well as the magnetic field, the wire diameter and filling rate of the filter with a filtration rate of 1, and so on. For this reason,
After manufacturing a magnetic trap, it is necessary to select the particle size of the injected particles. One method for selecting a zero particle size is to mix particles with an appropriate particle size distribution into water or gas, and then insert them into the magnetic trap. The smallest particle size that achieves 100% capture efficiency is selected. Selecting the smallest particle size provides the largest specific surface area. If particles with such a large specific surface area are injected into the coolant, the frequency of collisions with atomic or molecular radioactive corrosion products increases, the particles grow, and are easily captured by a filter.

次に磁気トラップに付着した粒子の状態を第2図により
説明する。フィルタ細線18に粒子2゜が付着している
。付着粒子20には放射性腐食生成物を吸着したもの、
注入状態のままのもの、安定核種の腐食生成物を吸着し
たもの等磁化されたさまざまな種類がある。仮に注入さ
れたままの粒子がフィルタ細線18に多量に付着したと
しても、流入した冷却材はフィルタ細線18によって流
れを乱される。それに加えて、通常の細線だけのフィル
タと異なり、細線の比表面積が前述したように付着粒子
によって非常に大きな値となって、いるために、JM子
あるいは分子状の不純物との衝突頻度が高まり、捕獲効
率は向上する。
Next, the state of particles attached to the magnetic trap will be explained with reference to FIG. Particles of 2° are attached to the filter thin wire 18. The attached particles 20 have radioactive corrosion products adsorbed on them;
There are a variety of magnetized types, including those that are in an injected state and those that have adsorbed corrosion products of stable nuclides. Even if a large amount of the injected particles adhere to the filter thin wire 18, the flow of the inflowing coolant will be disturbed by the filter thin wire 18. In addition, unlike a normal filter with only thin wires, the specific surface area of the thin wires is extremely large due to the attached particles as mentioned above, which increases the frequency of collisions with JM particles or molecular impurities. , the capture efficiency is improved.

以上述べたように、冷却材中に粒子を注入すると、冷却
材中の不純物を効率良く磁気トラップで捕獲できる。し
かし、捕獲容量の定まっている磁気トラップでは長時間
の運転で、捕獲性能が低下する。そこで、磁気トラップ
のフィルタ部を逆洗により再生する必要がある。
As described above, when particles are injected into the coolant, impurities in the coolant can be efficiently captured by a magnetic trap. However, with magnetic traps that have a fixed capture capacity, their capture performance deteriorates after long hours of operation. Therefore, it is necessary to regenerate the filter section of the magnetic trap by backwashing.

第3図によりその再生方法について説明する。The reproduction method will be explained with reference to FIG.

冷却材中の不純物捕獲運転中の弁の状態は、弁4゜6を
常時開き、必要に応じて弁12.15を開閉する。他方
、磁気トラップ再生のための逆洗時には、不純物捕獲運
転状態で、弁12,15の閉まりを確認後、弁9を開き
、逆洗容器8に所定量の冷却材を流入させて閉じる。次
に弁13を開き、ガス供給源14から逆洗容器8にガス
を供給し加圧する。所定の圧力に加圧後、弁4,6を閉
め、弁10を開く、磁気トラップ5の外部に取り付けで
ある永久磁石を取り外すか、あるいはコイルへの通電を
遮断後、弁9を開き、冷却材を急激に逆洗容器8から磁
気トラップ6に通過させ、逆洗液貯蔵容器11に流入さ
せて終了する。逆洗によって磁気トラップ5のフィルタ
細線に付着していた粒子や不純物は、全ての逆洗液貯蔵
容器11へ移行する。
During the operation for capturing impurities in the coolant, the valves 4 and 6 are always open, and the valves 12 and 15 are opened and closed as necessary. On the other hand, during backwashing for magnetic trap regeneration, after confirming that the valves 12 and 15 are closed in the impurity capture operation state, the valve 9 is opened, a predetermined amount of coolant is allowed to flow into the backwash container 8, and then closed. Next, the valve 13 is opened, and gas is supplied from the gas supply source 14 to the backwash container 8 to pressurize it. After pressurizing to a predetermined pressure, close the valves 4 and 6 and open the valve 10. Either remove the permanent magnet attached to the outside of the magnetic trap 5, or cut off the power to the coil and open the valve 9 to cool it. The material is abruptly passed from the backwash container 8 to the magnetic trap 6 and ends with the material flowing into the backwash liquid storage container 11. By backwashing, particles and impurities attached to the filter thin wires of the magnetic trap 5 are transferred to all backwash liquid storage containers 11.

逆洗用冷却材は、通常フィルタ容積の数十倍必要とされ
ている。このために多量の廃液が生じる。
Backwash coolant is normally required to be several tens of times larger than the filter volume. This results in a large amount of waste liquid.

そこで、第4図に示すように、逆洗液貯蔵容器11には
廃液中の粒子を沈降させた後、上澄液を再び逆洗容器8
に移送するための上澄液移送管23を設ける。移送管に
は弁22が取り付けである。逆洗液貯蔵容器11には放
射線じゃへい体21で覆い、ガス系配管24を設けであ
る。粒子が沈降したら、ガス系配管24からガスを浜給
し、逆洗液貯蔵容器の液を加圧する6他方、逆洗容器8
のガス圧力を下げ、このガス圧力差により、逆洗液貯蔵
容器11の上澄液を弁22を介して逆洗容器8に移送し
1次の逆洗に備える。このように。
Therefore, as shown in FIG.
A supernatant liquid transfer pipe 23 is provided for transferring the supernatant liquid to. A valve 22 is attached to the transfer pipe. The backwash liquid storage container 11 is covered with a radiation shield 21 and is provided with a gas system piping 24. When the particles settle, gas is supplied from the gas system piping 24 to pressurize the liquid in the backwash liquid storage container 6. On the other hand, the backwash container 8
This gas pressure difference causes the supernatant liquid in the backwash liquid storage container 11 to be transferred to the backwash container 8 via the valve 22 in preparation for the primary backwash. in this way.

逆洗液をリサイクルすると、放射性物質を含む廃液を最
小限におさえられる。
Recycling backwash fluid can minimize waste fluid containing radioactive materials.

次に、磁気トラップの運転パターンを第5図により説明
する。高速炉の運転時間経過とともに。
Next, the operation pattern of the magnetic trap will be explained with reference to FIG. As the operating time of the fast reactor progresses.

まず規定量の粒子を冷却材中に注入する。注入された粒
子は磁気トラップのフィルタ細線に付着し、磁気トラッ
プ出入口間に差圧が生じる。さらに運転を続けると、フ
ィルタ部に冷却材中の各種不純物が吸着捕獲され、差圧
が増大し、ついには予め設定した値に到達する。そこで
、磁気トラップ再生のための逆洗処理を自動的に行なわ
せる。再生処理終了後、再び粒子を注入し、運転を継続
すると、放射性腐食生成物が粒子に吸着捕獲され、予め
設定した値に放射能強度が到達する。そこで、再び磁気
トラップの再生処理を行なわせる。原子炉寿命まで、こ
のような運転パターンで冷却材中の各種不純物を捕獲除
去する。
First, a defined amount of particles is injected into the coolant. The injected particles adhere to the filter wire of the magnetic trap, creating a pressure difference between the entrance and exit of the magnetic trap. As the operation continues, various impurities in the coolant are adsorbed and captured by the filter section, and the differential pressure increases until it reaches a preset value. Therefore, backwash processing for regenerating the magnetic trap is automatically performed. After the regeneration process is completed, particles are injected again and operation is continued, and the radioactive corrosion products are adsorbed and captured by the particles, and the radioactivity intensity reaches a preset value. Therefore, the magnetic trap regeneration process is performed again. Various impurities in the coolant are captured and removed using this operating pattern until the reactor's lifespan.

なお、第5図の運転パターンの例において、差圧の第2
の山が低いのに、放射性強度の第2の山が第1の山と比
べて高いのは、放射性腐食生成物が粒状ニッケルの表面
に付着するのみでなく、いわば内部に浸透するような現
象によるものと考えられる。その場合には、容積がさほ
ど増えないのに、放射能強度が上昇することになる。
In addition, in the example of the operation pattern shown in Fig. 5, the second
The reason why the second peak of radioactivity intensity is higher than the first peak even though the peak of This is thought to be due to In that case, the radioactivity intensity will increase even though the volume will not increase much.

本発明による一実施例の他に、1次冷却系の腐食生成物
の捕獲材として冷却材中に粒子を注入し。
In another embodiment according to the invention, particles are injected into the coolant as a trap for corrosion products in the primary cooling system.

コロイド状で使用することも考えられる。1次冷却系の
要所要所に放射能検出モニタを設置し、設定値以上にな
った時磁気フィルタを冷却材中に挿入して粒子を除去す
る方法、あるいは粒子を冷却材中に連続投入し、1次冷
却系配管にバイパス回路を設け、このバイパス回路に磁
気トラップを設け、連続的に粒子を除去する方法も考え
られる。
It is also conceivable to use it in colloidal form. Radioactivity detection monitors are installed at important points in the primary cooling system, and when the radiation exceeds a set value, magnetic filters are inserted into the coolant to remove particles, or particles are continuously introduced into the coolant. Another possible method is to provide a bypass circuit in the primary cooling system piping, provide a magnetic trap in this bypass circuit, and continuously remove particles.

いずれにしても、粒状物をナトリウム中に分散させた場
合に、粒状物たとえばニッケルがナトリウムによって腐
食されると、ニッケル表面に吸着した腐食生成物が再び
溶解してしまう可能性がある。しかしながら、ニッケル
はナトリウムと共存性が良いことで知られている。 C
,F、Cheng(Corrosion−NACE v
o Q 、 28 Ha I Jan、1972)らに
よると、腐食量は500℃で1年間に約0.8μm程度
である。
In any case, when particles are dispersed in sodium and the particles, for example nickel, are corroded by the sodium, there is a possibility that the corrosion products adsorbed on the nickel surface will be dissolved again. However, nickel is known to have good coexistence with sodium. C
, F. Cheng (Corrosion-NACE v
According to OQ, 28 Ha I Jan, 1972), the amount of corrosion is about 0.8 μm per year at 500°C.

冷却材中には、既に炉心の構成材からニッケルが溶出し
、ナトリウム中にはほぼ一定濃度のニッケルが溶解して
おり、これによって粒子状のニッケルからの溶解が減少
する。粒子は、1年間連続使用するのではなく、前述し
たように、粒状物にある一定量の腐食生成物が吸着され
ると、これを回収し新しいものと交換して使用するため
、特に粒子がナトリウムによって腐食され、これによっ
て捕獲材が減肉し、腐食生成物の捕獲効率を低下させる
ようなことは、殆んどないと考えてよい。
In the coolant, nickel has already been eluted from the core components, and a nearly constant concentration of nickel is dissolved in the sodium, which reduces dissolution from particulate nickel. Particles are not used continuously for a year, but as mentioned above, when a certain amount of corrosion products are adsorbed by the granules, they are collected and replaced with new ones. It can be considered that there is almost no possibility that the capture material will be corroded by sodium, thereby reducing its thickness and reducing the capture efficiency of corrosion products.

本発明による腐食生成物の捕獲効率を検討してみる。腐
食生成物が壁面表面に吸着する過程は。
Let us consider the capture efficiency of corrosion products according to the present invention. What is the process by which corrosion products are adsorbed onto the wall surface?

乱流場においては、壁面と冷却材との界面に生じる層流
底層内を腐食生成物が拡散する速度が律速となっている
。従って、層流底層の厚さが薄い程腐食生成物の吸着速
度が遠くなる。メツシュ充填層内に粒子が捕獲されてい
る場合には、冷却材の流れは、円管や平板などの単純な
形状に較べ複雑な流れとなる。
In a turbulent flow field, the rate at which corrosion products diffuse in the laminar flow bottom layer formed at the interface between the wall surface and the coolant is rate-determining. Therefore, the thinner the laminar flow bottom layer, the greater the rate of adsorption of corrosion products. When particles are trapped in the mesh packed bed, the flow of the coolant becomes more complex than in simple shapes such as circular pipes and flat plates.

ここで、問題を簡単にするため、熱伝達と物質移動のア
ナロジ−が成立するとして、平板および円管のまわりの
熱伝達率を比較してみる。これを第6図に示す。第6図
の縦軸は、円管と平板における物質移動率との比を示す
、レイノルズ数104の例をとってみると1円筒の物質
移動率が平板に76.わ、。ヶ、カケい。ユ。ヶ1.よ
、よつ、。、     (り円筒形状で比較したが、球
状の場合は、これ以上に物質移動率が向上すると考えら
れる。したがつて1通常の平板を配置したものよりも、
球状のものが、熱伝達率つまり、吸着のための物質移動
が容易に行なわれ、腐食生成物の捕獲率が約1桁から2
桁向上することがわかる。
Here, to simplify the problem, we will compare the heat transfer coefficients around a flat plate and a circular tube, assuming that an analogy between heat transfer and mass transfer holds. This is shown in FIG. The vertical axis in Figure 6 shows the ratio of the mass transfer rate between a circular tube and a flat plate. Taking an example where the Reynolds number is 104, the mass transfer rate of one cylinder is 76. circle,. Wow, it's crazy. Yu. 1. Yo, yotsu. , (Although the comparison was made using a cylindrical shape, it is thought that the mass transfer rate will improve even more if it is a spherical shape. Therefore, compared to one in which 1 ordinary flat plate is arranged,
The spherical shape facilitates the heat transfer rate, that is, mass transfer for adsorption, and increases the capture rate of corrosion products from about 1 to 2 digits.
It can be seen that there is an order of magnitude improvement.

なお、本発明はこれまで述べてきたように、高速炉の1
次冷却系の放射性腐食生成物の除去装置として有効であ
るが、必ずしもこれに限ったことではない。2次冷却系
の腐食生成物の除去にも有効であり、本発明を適用する
ことによって、伝熱管表面に腐食生成物が付着し、伝熱
効率が低下するのを防止するのにも有効である。さらに
、冷却材として水や重水を用いる原子炉においても、冷
却材から不純物を除去する装置として本発明の適用が可
能である。
As mentioned above, the present invention is applicable to fast reactor
Although it is effective as a removal device for radioactive corrosion products in the secondary cooling system, it is not necessarily limited to this. It is also effective in removing corrosion products from the secondary cooling system, and by applying the present invention, it is also effective in preventing corrosion products from adhering to the heat transfer tube surface and reducing heat transfer efficiency. . Furthermore, the present invention can also be applied as a device for removing impurities from the coolant in nuclear reactors that use water or heavy water as the coolant.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、高速炉冷却系において、冷却材中に粒
子を注入する装置および磁気トラップを設け、粒子によ
る吸着および磁気トラップに付着した粒子による吸着で
冷却材中の不純物を捕獲できるので、1次系に含まれる
放射性腐食生成物等の不純物を低減可能である。この結
果−次冷却系機器配管表面への放射性不純物の沈着量を
低減でき、−次系機器や配管の保守、補修が容易になる
According to the present invention, in a fast reactor cooling system, a device for injecting particles into the coolant and a magnetic trap are provided, and impurities in the coolant can be captured by adsorption by the particles and adsorption by particles attached to the magnetic trap. Impurities such as radioactive corrosion products contained in the primary system can be reduced. As a result, the amount of radioactive impurities deposited on the surface of the secondary cooling system equipment piping can be reduced, and maintenance and repair of the secondary cooling system equipment and piping becomes easier.

さらに、被曝線量率を低減させるためのしやへい設備を
削減できるので、高速炉における安全ならびに経済性を
高める効果がある。
Furthermore, it is possible to reduce the need for shielding equipment for reducing the exposure dose rate, which has the effect of improving safety and economic efficiency in fast reactors.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明不純物除去装置の磁気トラップ及び粒子
注入装置を示す図、第2図は磁気トラップに付着した粒
子の状態を示す図、第3図は本発明を高速炉1次冷却系
に組み込んだ実施例の全体構成を示すブロック図、第4
図は第3図実施例の逆洗関連部分をより詳しく示す図、
第5図は本発明装置の運転パターンを示す図、第6図は
平板及び円筒における熱伝達の比を示す図である。 1・・・原子炉、2・・・パイプ、3・・・ポンプ、4
・・・弁、5・・・磁気トラップ、6・・・弁、7・・
・金属粒子注入装置、8・・・逆洗容器、9・・・弁、
10・・・弁、11・・・逆洗浄液貯蔵容器、12・・
・弁、13・・・弁、14・・・不活性ガス供給源、1
5・・・弁、16・・・磁極、17・・・コイル、18
・・・フィルタ、19・・・トラップ容器、20・・・
粒子、21・・・放射線しやへい体、22・・・弁、2
3・・・上澄液移送管、24・・・ガス系配管。
Figure 1 is a diagram showing the magnetic trap and particle injection device of the impurity removal device of the present invention, Figure 2 is a diagram showing the state of particles attached to the magnetic trap, and Figure 3 is a diagram showing the present invention in the primary cooling system of a fast reactor. Block diagram showing the overall configuration of the incorporated embodiment, No. 4
The figure shows in more detail the backwash-related parts of the embodiment in Figure 3;
FIG. 5 is a diagram showing the operating pattern of the apparatus of the present invention, and FIG. 6 is a diagram showing the ratio of heat transfer in a flat plate and a cylinder. 1... Nuclear reactor, 2... Pipe, 3... Pump, 4
... Valve, 5... Magnetic trap, 6... Valve, 7...
・Metal particle injection device, 8... Backwash container, 9... Valve,
10... Valve, 11... Backwash liquid storage container, 12...
・Valve, 13... Valve, 14... Inert gas supply source, 1
5... Valve, 16... Magnetic pole, 17... Coil, 18
...filter, 19...trap container, 20...
Particle, 21...Radiation-resistant body, 22...Valve, 2
3...Supernatant liquid transfer pipe, 24...Gas system piping.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、原子炉冷却材として用いられる液体金属中の不純物
を除去する装置において、液体金属中に不純物を吸着す
る粒子を注入する装置と、その粒子を捕獲する手段とか
らなることを特徴とする液体金属中不純物除去装置。 2、特許請求の範囲第1項において、粒子が磁性粒子で
あり、捕獲手段が液体金属流路に配置した磁気フイルタ
とこれに磁場を加え着磁する手段とを含むことを特徴と
する液体金属中不純物除去装置。 3、原子炉冷却材として用いられる液体金属中の不純物
を除去する装置において、液体金属中に不純物を吸着す
る粒子を注入する装置と、その粒子を捕獲する手段と、
捕獲した不純物吸着粒子を捕獲手段から回収し排出する
手段とからなることを特徴とする液体金属中不純物除去
装置。 4、特許請求の範囲第3項において、粒子が磁性粒子で
あり、捕獲手段が液体金属流路に配置した磁気フイルタ
とこれに磁場を加え着磁する手段とを含み、回収排出手
段が捕獲手段を逆洗し不純物吸着粒子を回収排出する手
段であることを特徴とする液体金属中不純物除去装置。
[Claims] 1. A device for removing impurities from liquid metal used as a nuclear reactor coolant, comprising a device for injecting particles that adsorb impurities into the liquid metal, and a means for capturing the particles. A device for removing impurities in liquid metal, characterized by: 2. The liquid metal according to claim 1, wherein the particles are magnetic particles, and the capturing means includes a magnetic filter disposed in the liquid metal flow path and a means for magnetizing the filter by applying a magnetic field thereto. Medium impurity removal equipment. 3. In a device for removing impurities from liquid metal used as a nuclear reactor coolant, a device for injecting particles that adsorb impurities into the liquid metal, and means for capturing the particles;
1. An apparatus for removing impurities in liquid metal, comprising means for collecting and discharging captured impurity-adsorbing particles from a capturing means. 4. In claim 3, the particles are magnetic particles, the capturing means includes a magnetic filter disposed in the liquid metal flow path and means for applying a magnetic field to the magnetic filter and magnetizing it, and the collecting and discharging means is the capturing means. 1. An apparatus for removing impurities in liquid metal, which is a means for backwashing and collecting and discharging impurity-adsorbed particles.
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