JPS62130384A - 液体核燃料による小型原子炉 - 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〕 本発明は液体核燃料による小型原子炉に関する。

〔従来の技術〕

原子炉は初期には固体核燃料を用いるものが提案された
が、米国０ＲＮＬ　（オークリッヂ、国立研究所）によ
って溶融弗化物からなる液体核燃料によるものが提案さ
れた。この液体核燃料による原子炉は炉心に黒鉛よりな
る減速材を１３ｖｏｌχ程度の大きな空隙率で配置し、
この空隙内に核分裂性物質の燃料濃度０．３　ｍｏｌχ
程度の燃料を含有する塩を壕通させ、黒鉛の制御棒を抜
くことによって反応を促進させていた。

なお、上記塩はリチウムおよびベリリウムの弗化物混合
体を高温にした溶融塩（透明液体）でこれに燃料である
トリウムとウランの弗化物を溶かしたものである。また
上記塩の熱は一次熱交換器で二次流体のＮａＢＦ、−Ｎ
ａＦに移し、これを更に二次熱交換器で三次流体の水に
移し、この水の蒸気でタービン等を回して発電させるも
のである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし上記従来の液体核燃料による原子炉は出力１００
万に一程度の大型のものに限られ、炉心におけ出力密度
が高いので一定期間運転すると減速材である黒鉛は損傷
するので交換せねばならなかった。また、出力密度を低
くすると炉心における核燃料物質の保有量が大きいので
、燃料を多量に要し不経済であった。

〔発明の目的〕

本発明は出力５〜２５万に一程度の小型の原子炉を提供
するもので、炉心におけるその出力密度を低く　　（１
０ｋＷｔｈ／　／程度）して黒鉛が損傷しないようにし
、その交換を不要とすると共に、核燃料物質の保有量を
小さくして燃料を経済的にしたものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は黒鉛よりなる減速材を配置した炉心を中心領域
■と周辺領域■とブランケット領域との３つの領域に分
け、中心領域■における減速材１０の空隙率を６〜８％
にし、周辺領域■における減速材１３の空隙率を８〜１
２％、プランケラ）　６１域■野減速材の空隙率を３０
〜３４％にしたものである。

〔作　用〕

核燃料を含有する塩は炉心の中心領域■と周辺領域■と
ブランケット領域■との減速材１０　、１３　。

１４の空隙１２　、１２　、１６内に流れ、その核燃料
中ウランが核分裂してエネルギーを発生すると共にその
際発生する中性子によりトリウムをウランに転換し、反
応を継続する。

〔実施例〕

以下図面につき本発明の一実施例を詳細に説明する。

図示のものは１５万に一発電炉の場合である。第１図示
のようにコンクリートよりなる厚い壁遮蔽体１．２の下
方にはＮｉ−Ｍｏ−Ｃｒ合金よりなる偏平な、円筒状の
原子炉容器３を配置する。各部分の寸法は第１図の目盛
線２ｍに比較する通りである。この容器３の下部には塩
の入口４．４を、上部には塩の出口５，５を設ける。

この塩の組成は’ＬｉＦ−ＢｅＦｚ−ＴｈＦ４−”’Ｕ
Ｆ４で、’ＬｉＦのｓｏｌχは７２−Ｘ、　Ｂｅｄ、は
１６．　Ｔｈｅ、は１２．　””ＵＦｔはＸである。な
おＸは約０．２ｍｏｌχである。

この容器３の周辺には黒鉛反射体６を配置し、その内部
の炉心７の中心領域Ｉには黒鉛よりなる制御棒８，８・
・・・・・を駆動機構９により上下動すべく挿入し、第
１．第２図示のようにその周囲には長さ２ｍの固定の黒
鉛よりなる減速材１０　、１０・旧・・を配置する。な
おこの減速材１０は長さ２鶴前後で上下端に支持部を有
する。

上記中心領域ｒにおける減速材１０は第３図（イ）示の
水平断面で示すような寸法の６枚の菱形で細長い板１１
　、１１・・・・・・を突起等によりその間に一定の空
隙１２が形成されるように六角形状に結合したもので、
空隙率は６〜８％好ましくは７％である。

したがって黒鉛の体積率は９４〜９２％好ましくは９３
％である。

上記中心領域■の外側の周辺領域■にも黒鉛よりなる減
速材１３　、１３・・・・・・を配置する。これらの減
速材１３　、１３・・・・・・は第２図では白く示し、
その水平断面は第３図（イ）と略同様であるが、その空
隙率は８〜１２％好ましくは１０％である。したがって
黒鉛の体積率は９２〜８８％、好ましくは９０％である
。

上記周辺領域■の外側のブランケット領域■にも同様の
黒鉛よりなる減速材１４　、１４・・・・・・を厚さ３
０〜５０ｃｆｆｉに配置する。この減速材１４は第３図
（「）示の水平断面で示すような寸法の９枚の菱形で細
長い仮１５．１５・・・・・・を突起等によりその間に
一定の空隙１６が形成されるように六角形状に結合した
もので空隙率は３０〜３４％好ましくは３２％である。

したかって黒鉛の体積率は７０〜６６％好ましくは６８
％である。

上記容器３内における黒鉛反射体６．炉心７の中心領域
Ｉ１周辺領域■、プランケッＨＪ域■の寸法は第４図示
の通りである。

上記容器３は黒鉛の減速材１０　、１３　、１４を内部
に充填した後、溶封してしまう。したがって可動部は、
中央の制御棒８の駆動機構９のみである。燃料塩の総量
は、炉心外を含めて１２．１ｒｒｌであって、４０．５
　ｔｏｎとなる。この内２３３ｕは２９４ｋｇ、　Ｔｈ
は１．７５ｔｏｎである。

次いでこの装置の動作を説明する。

化学的に安定かつ常圧の溶融弗化物（’ＬｉＦ−ＢｅＦ
ｚ−ＴｈＦａ−””ＵＦａ）からなる塩は入口４，４・
・・・・・より炉心７内に入り、各減速材１０　、１３
　、１４への空隙１２゜１２　、１６内を下から上に通
って出口５より流出する。

而して駆動機構９により制御棒８を炉心７の中心頭載！
内に挿入すると中性子の吸収が少なくなり、中性子の密
度が高まって従来の原子炉とは逆に反応が促進される。

この反応はウラニウム２３３Ｕが核分裂してエネルギー
を発生すると共に中性子を発生し、その中性子の一部が
トリウム２３２Ｔｈに吸収されてそれをウラニウム２３
３Ｕを転換する。その転換率は約９４χである。この運
転中、核分裂生成物の稀ガス元素（Ｋｒ、　Ｘｓ）は、
塩に溶解しないので、カバーガスより約９９χが炉外に
分離される。これにより核燃料転換率は、約９４χとな
る。

燃料は’ＬｉＦ−””ＬＩＰ、塩を、上記塩のダンプタ
ンクに随時添加することにより補給する。またその際、
汚れた燃料塩を少し取り去り、容量を一定に保つ。

炉制御は、核分裂性成分２１２ｇの濃度をその添加によ
り約０．１９５〜０．２０５モル％に維持することによ
る。更に微細な制御は炉中央部に上部から挿入した黒鉛
棒の制御棒８の操作によるが余り必要でない。

一方、炉から出た高温燃料塩は、二本の塩ループ配管を
流れて第１の熱交換器で二次系溶融塩（ＮａＢＦ＊−Ｎ
ａＦ（９２８モル％）〕に伝熱し、次に第２の熱交換器
で水に伝熱し、水蒸気を発生させ、タービン発熱を行う
。効率は超臨界条件により約４３％を確保できる。

本発明による出力１５万に−の小型原子炉を従来の０Ｒ
ＮＬの出力１００万ｋ１１の原子炉と比較すると以下の
通りである。

＊連続化学処理による。

〔発明の効果〕

以上のように本発明による原子炉は液体核燃料よりなる
塩を冷却材を兼ねつつ使用するものであるが、中心領域
■における減速材１０の空隙率を６〜８％にし、周辺領
域■における減速材１３の空隙率を８〜１２％にし、ブ
ランケット領域■における減速材１４の空隙率を３０〜
３４％にしているので、中性子の密度（６ＸＩＯ”ｎ／
ｃｄｓｅｃ　＞５０ＫｅＶ）を炉全体に亘って低くでき
、炉内の出力密度を低め（１０ｋＷ／ｌ）にできるので
減速材の照射損傷が少なくなり、その寿命が長＜（３０
年）なるので交換不要となり、容器を密封しろるもので
ある。これは設計・製作・運転保守を非常に単純にし、
また全体が小型・軽量となるため、資本費も運転費も低
くできるものである。

また、炉内の黒鉛の量は従来のもの（空隙率１３％）よ
り多くなるので中性子の減速能が強まり、中性子効率が
下がらないので燃料の転換比が非常に高＜（９４％、軽
水炉では５０〜６０％）、また燃料中の核分裂性物質２
３３Ｕの保有量は大型炉に匹敵する値（２，０トンｔ３
’Ｕ／１００万ｋＷ）に低く、溶融塩中（７）２３３１
ｐ４（７）濃度も非常に低く　　（０，２ｍｏ１％）で
きるので燃料が経済的である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の縦断面図、第２図は第１図
Ａ−Ａ線断面図、第３図（イ）　（ｏ）は炉心の２つの
領域における減速材の平面図、第４図はその炉心の各領
域の寸法を示す説明図である。 ■・・・・・・中心領域、■・・・・・・周辺領域、■
・・・・・・ブランケット領域、１０　、１３　、１４
・旧・・減速材、７・・・・・・炉心、１２　、１２　
、１６・・・・・・空隙。 菩２回 菩３目 Ｃイ） 箋ｇ菖

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 黒鉛よりなる減速材を配置した炉心を中心領域と周辺領
   域とブランケット領域との３つの領域に分け、中心領域
   における減速材の空隙率を６〜８％にし、周辺領域にお
   ける減速材の空隙率を８〜１２％、ブランケット領域の
   減速材の空隙率を３０〜３４％にしたことを特徴とする
   液体核燃料による小型原子炉。