JPS6312553B2 - - Google Patents

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JPS6312553B2
JPS6312553B2 JP55162577A JP16257780A JPS6312553B2 JP S6312553 B2 JPS6312553 B2 JP S6312553B2 JP 55162577 A JP55162577 A JP 55162577A JP 16257780 A JP16257780 A JP 16257780A JP S6312553 B2 JPS6312553 B2 JP S6312553B2
Authority
JP
Japan
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boron
boric acid
reactor
injection device
acid water
Prior art date
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Expired
Application number
JP55162577A
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English (en)
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JPS5786783A (en
Inventor
Mitsuo Ebya
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication of JPS6312553B2 publication Critical patent/JPS6312553B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は中性子吸収効果を増大させた原子力発
電所のほう酸水注入装置に関する。
第1図に示すように、従来の軽水炉を使用する
原子力発電所では、万一制御棒(図示せず)を原
子炉1の炉心2に挿入することが出来ない状態が
生じた場合にも、原子炉1に中性子吸収剤3を注
入することにより、原子炉1を定格出力運転から
安全に冷温停止させることを目的とするほう酸水
注入装置4を設置してある。ほう酸水注入装置4
は補助建屋5の中に収納されており、中性子吸収
剤3を貯蔵しておくステンレス製の貯蔵タンク
6、試験タンク7、注入ポンプ8、注入ポンプ爆
発弁9、その他系統に必要な配管10、弁類(図
示せず)、計測制御機器(図示せず)より構成さ
れている。ほう酸水注入装置4の運転は、主制御
室よりの遠隔手動操作により、注入ポンプ爆発弁
9を作動させ、注入ポンプ8により中性子吸収剤
3を貯蔵タンク6より原子炉1に注入させる。中
性子吸収剤3は、原子炉圧力容器11底部のノズ
ル12より、原子炉1に注入され、原子炉1の冷
却材に混入される。
中性子吸収剤3としては、五ほう酸ナトリウム
(化学式:Na2B10C16:10H2O)水溶液(以後、
ほう酸水溶液と称する。)を使用している。この
ほう酸水溶液はほう酸(H3BO3)とボラツクス
(Na2B4O7・10H2O)を温水に混合して作る。
ほう酸水注入装置の大きさは以下のようにして
決定される。
まず、最小ボロン濃度を核計算により計算す
る。最小ボロン濃度は、原子炉1を冷温停止状態
にするために吸収しなければならない反応度に応
じ得るボロンの最小量を、再循環配管を含む通常
水位の原子炉圧力容器11内の水量で割つた値で
定義できる。
最小ボロン濃度が計算されると、混入の片寄り
漏れなどを考えた余裕及び原子炉残留熱除去系配
管等の希釈に対する余裕を含めて、設計ボロン濃
度が決定される。
設計ボロン濃度が決定すると、原子炉圧力容器
11の水量から必要な五ほう酸ナトリウムの炉内
注入量が計算される。この五ほう酸ナトリウムの
炉内注入量から貯蔵タンク6の必量容積が計算さ
れる。その際、温度により五ほう酸ナトリウムの
溶解度が異なつてくるので、計算に用いる設計温
度は十分に保守的な低い値としている。さらに、
貯蔵タンク6は電熱加熱により設計温度以下にな
らないように管理されている。このように計算さ
れた貯蔵タンク6の必要容積に、水の蒸発に対す
る余裕及び自由空間を含めて、貯蔵タンク6の設
計容積が決定される。
一方、原子炉1内の冷却材のボロン濃度変化率
は核計算により計算される。このボロン濃度変化
率に対応するように、貯蔵タンク6のほう酸水溶
液を原子炉2に注入すべき時間範囲が計算され、
さらに注入ポンプ8の設計流量が決定される。こ
のように決定されたほう酸水の貯蔵タンク6の設
計容積や注入ポンプ8の設計流量は相当大きな値
となり、そのために、ほう酸水注入装置は相当大
きな物となる。また、既設プラントで、原子炉1
内部の変更に併い、設計ボロン濃度を増加しなけ
ればならないような場合に、既設のほう酸水注入
装置4では対処できなくなる場合も考えられる。
本発明は、上記した従来技術の欠点をなくし、
従来に比較して小さな貯蔵タンク6と容量の小さ
な注入ポンプ8で原子炉1を安全に冷温停止で
き、さらに、原子炉1内部の変更にも柔軟に対処
できるほう酸水注入装置4を与えることを目的と
する。
本発明は、ボロン―10の同位体存在比が天然ボ
ロンの19.8%よりも高い濃縮ボロンの化合物を中
性子吸収剤として使用し、中性子吸収効果を増大
させることを特徴とする。
本発明の具体的な実施例Aを第2図に基づいて
以下に説明する。
本発明のほう酸水注入装置14は補助建屋5の
中に収納されており、中性子吸収剤15を貯蔵し
ておくステンレス製の貯蔵タンク16、試験タン
ク17、注入ポンプ18、注入ポンプ爆発弁1
9、その他系統に必要な配管20、弁類(図示せ
ず)、計測制御機器(図示せず)より構成されて
いる。万一、制御棒(図示せず)を原子炉1に挿
入することが出来ない状態が生じた場合には、主
制御室よりの遠隔手動操作により、注入ポンプ爆
発弁19を作動させ、注入ポンプ18により中性
子吸収剤15を貯蔵タンク16より原子炉1に注
入させる。中性子吸収剤15は原子炉圧力容器1
1底部のノズル12より原子炉1に注入され、原
子炉1の冷却材に混入される。中性子吸収剤15
は、中性子を吸収する効果があるので、原子炉1
は定格出力運転から安全に冷温停止状態となる。
中性子吸収剤15としては、ほう酸とボラツク
スを温水に混合して作つた五ほう酸ナトリウム水
溶液を用いる。その際、ほう酸やボラツクスはボ
ロン―10の同位体存在比が40%の濃縮ボロンの化
合物とする。従来技術で使用していたほう酸とボ
ラツクスは、天然ボロンの化合物であり、本発明
ではボロン―10の同位体存在比が多くなつている
ことが特徴である。つまり、天然ボロンは、ボロ
ン―10が約20%、ボロン―11が約80%であるのに
対し、濃縮ボロンはボロン―10が40%、ボロン―
11が60%であるので本発明の方が従来技術よりも
ボロン―10を2倍多く含んでいる。ボロン―10と
ボロン―11とはボロン元素の同位体であり、化学
的にはまつたく同じ性質であるが、原子核の構造
が異なるために、中性子に対する影響力がまつた
く異なる。すなわちある原子核が中性子を吸収す
る確率を定量的に表現するために吸収断面積とい
う数量を用いる。吸収断面積という数量は、中性
子を吸収する確率に比例するものであり、数値が
2倍になれば、中性子を吸収する効果が2倍にな
るという性格の数量である。この吸収断面積を用
いてボロン―10とボロン―11の中性子吸収効果を
表現すると、ボロン―10は約3800バーン、ボロン
―11は約0.005バーンとなる。つまりボロン―10
の中性子吸収効果はボロン―11の76万倍(3800/
0.005)である。だから、天然ボロンの中性子吸
収効果は約20%含まれるボロン―10によるもので
あり、ボロン―11はほとんど寄与していないとい
える。天然ボロンの吸収断面積はボロン―10が20
%しか含まれていないために、760バーン(3800
×0.2)となる。一方、本発明で用いた濃縮ボロ
ンは、40%のボロン―10を含んでいるので、吸収
断面積は1520バーン(3800×0.4)となる。いい
かえると、本発明で用いた濃縮ボロンは従来技術
で用いていた天然ボロンの2倍(1520/760)の中
性子吸収効果を有するということになる。
以上のように、本発明で用いた中性子吸収剤1
5は従来技術で用いていた中性子吸収剤3の2倍
の中性子吸収効果があるため、設計ボロン濃度を
比べると、本発明では従来技術の1/2となる。設
計ボロン濃度が1/2になつたので、本発明のほう
酸水の貯蔵タンク16の容積は従来技術の貯蔵タ
ンク6の容積の1/2で済む。また、原子炉2内の
冷却材13のボロン濃度変化率も、本発明では従
来技術の1/2となる。そのため、本発明の注入ポ
ンプ18の流量は従来技術の注入ポンプ8と比べ
て1/2となる。そのほかに試験タンク17、注入
ポンプ爆発弁19、系統に必要な配管なども、本
発明では従来技術と比べて1/2となる。
一方、同位体は化学的な性質が同じなので、濃
縮ボロンの化合物を用いたからといつて、本発明
のほう酸水溶液が従来技術のほう酸水溶液と違つ
た化学的性質を示すということはない。そのた
め、本発明でもほう酸水溶液の取り扱い方法は従
来技術と同じでよい。
このように、本発明で用いる中性子吸収剤15
は、従来技術で用いる中性子吸収剤3と化学的に
は同質であり、中性子吸収力が2倍であるため
に、従来技術と同じ技術で1/2の容量のほう酸水
注入装置14となる。
本発明の実施例Aとしてボロン―10の同位体存
在比が40%の濃縮ボロンの化合物を中性子吸収剤
15として用いるほう酸水注入装置を示したが、
本発明は、ボロン―10の同位体存在比が40%に固
定しているものではない。ボロン―10の同位体存
在比を多くすればするほど設計ボロン濃度は小さ
くなり、ボロン注入装置の容量は小さくなる。第
3図にボロン―10の同位体存在比と設計ボロン濃
度との関係を示す。グラフ上の点21が従来技術の
設計点であり、点22が本発明の実施例Aの設計点
である。第4図にボロン―10の同位体存在比とほ
う酸水の貯蔵タンクの設計容積との関係を示す。
グラフ上の点23が従来技術の設計点であり、点24
が実施例Aの設計点である。この設計点より以上
にボロン―10の同位体存在比を多くしても、多く
した割には貯蔵タンクの設計容積は小さくならな
い。この40%あたりが濃縮効果の分岐点となつて
いる。貯蔵タンクの設計容積をほう酸水注入装置
の容量の一列として示したが、他の部分の容量も
第4図に示すような関係となる。これらの関係を
考慮し、ほう酸水注入装置の容量をどれくらい小
さくしたいかという要求に対応するようにボロン
―10の同位体存在比を決定すればよい。
実施例Aは、設計段階の原子力発電所で、ほう
酸水注入装置の容量を小さくしたいという要求が
ある場合に、有効な手段であるが、既設の原子力
発電所で本発明を用いると有効となる場合を以下
に示す。
それは、既設プラントで設計ボロン濃度を増加
しなければならないような、原子炉内部の変更を
行なつた場合である。一般に、設計段階では将来
の変更は予測できないので、ほう酸水注入装置は
設計段階での設計ボロン濃度に対応できる容量し
か確保していない。そのために、設計ボロン濃度
を増加しなければならないような原子炉内部の変
更を行なつた場合、既設のほう酸水注入装置では
容量が不足し、ほう酸水注入装置の増設、その他
なんらかの変更を必要とする。
一方、本発明の実施例Bとして、従来技術では
設計ボロン濃度が1.2倍となるような原子炉内部
の変更をした場合について具体的に示す。実施例
Bでは中性子吸収剤として用いるほう酸水溶液が
従来技術と若干異なるだけで、他の部分はまつた
く同じほう酸水注入装置を用いるので、従来技術
の第1図を使つて説明する。
原子炉1内の設計ボロン濃度が1.2倍になるの
は、原子炉1内に注入される中性子吸収剤3の吸
収すべき反応度が1.2倍大きくなつたためである。
従来技術では、1.2倍の反応度を得るために、1.2
倍の量の中性子吸収剤3を原子炉1内に注入する
という考え方である。それに対し、本発明では
1.2倍の反応度を得るために、1.2倍の中性子吸収
力を持つ中性子吸収剤を同量、原子炉2内に注入
するという考え方をとる。つまり、1.2倍の吸収
断面積を持つ中性子吸収剤を用いる。そのため
に、ボロン―10の同位体存在比が天然ウランの
1.2倍の24%であるほう酸水溶液を中性子吸収剤
として用いる。ボロン―10の同位体存在比が24%
の濃縮ボロンの吸収断面積は、3800×0.24=912
バーンとなる。天然ボロンの吸収断面積は760バ
ーンであり、24%濃縮ボロンは1.2倍の吸収断面
積を持ち要求を満足する。濃縮ボロンを用いたほ
う酸水溶液は天然ボロンを用いたほう酸水溶液
と、化学的に同質であるので、従来通りの技術を
使用することができる。ほう酸水溶液の量も変更
しないので、既設の貯蔵タンク6、試験タンク
7、注入ポンプ8、注入ポンプ爆発弁9、その他
系統に必要が配管10、弁類(図示せず)、計測
制御機器(図示せず)をそのまま使用できる。
本発明の実施例Bとして、従来技術では設計ボ
ロン濃度が1.2倍となるような原子炉2内部の変
更をした場合について述べたが、1.2倍というの
は一例である。つまり従来技術では設計ボロン濃
度がN倍となるような原子炉2内部の変更をした
場合には、ボロン―10の同位体存在比が天然ボロ
ンの値のN倍、いいかえると20×N%の濃縮ボロ
ンのほう酸水溶液を中性子吸収剤として用いれば
よい。ただし、100%より多い同位体存在比は無
いのでNの値は5以下である。
このように、ボロン―10の同位体存在比が天然
ボロンの19.8%よりも高い濃縮ボロンの化合物を
中性子吸収剤として使用すれば、中性子吸収効果
は増大する。そのため、容量の小さなほう酸水注
入装置で原子炉を安全に冷温停止でき、また、原
子炉内部の変更にも柔軟に対処できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のほう酸水注入装置の模式図、第
2図は本発明のほう酸水注入装置の模式図、第3
図はボロン―10の同位体存在比と設計ボロン濃度
との関係図、第4図はボロン―10の同位体存在比
とほう酸水の貯蔵タンクの設計容積との関係図で
ある。 1…原子炉、2…炉心、3…中性子吸収剤、4
…ほう酸水注入装置、5…補助建屋、6…貯蔵タ
ンク、7…試験タンク、8…注入ポンプ、9…注
入ポンプ爆発弁、10…系統に必要な配管、11
…原子炉圧力容器。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 ほう酸水溶液を中性子吸収剤として軽水炉内
    に注入するほう酸水注入装置において、中性子吸
    収剤のボロン―10の同位体存在比が天然ボロンの
    中のボロン―10の同位体存在比19.8%よりも高く
    かつ40%よりも低いボロン化合物からなることを
    特徴とするほう酸水注入装置。
JP55162577A 1980-11-20 1980-11-20 Boric acid solution injecting device Granted JPS5786783A (en)

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JPS5786783A JPS5786783A (en) 1982-05-29
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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