JPS63269093A - トリウム液体核燃料による超小型原子炉 - 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〕 本発明はトリウム液体核燃料による小型原子炉に関する
もので、都市近郊、僻地、船舶（特に発電船など）等に
広く利用できる炉である。

〔従来の技術〕

本願発明者は特願昭６０−２７２１６５号でかかるトリ
ウム液体核燃料による小型原子炉を提案した。これは黒
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である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし上記の液体核燃料による小型原子炉も出力５万Ｋ
Ｗｅ以上のものに限られた。

〔発明の目的〕

本発明は出力０．２〜２万ＫＷｅ程度の超小型の原子炉
を提供することを目的とするもので、その中性子密度を
均一にして黒鉛の交換を不要にするだけでなく、核燃料
転換率を太き（するようにしたものである。

〔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円筒状炉心の体
積は２００　ｔ；〜３０００　Ｊ　、またその高さ／直
径比は１．１０〜１．３０程度にし、またその内部を中
心領域Ｉとブランケット領域■との２つの領域に分け、
中心領域Ｉにおける減速材１０の空隙率を１０％程度に
し、ブランケット領域Ｈの減速材の空隙率を３０％程度
にしたことを特徴とする液体核燃料による小型原子炉で
ある。

〔作　用〕

核燃料を含有する塩は炉心の中心領域Ｉとブランケット
領域■との減速材１０　、１３の空隙１５　、１７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ｍ続する。

〔第１実施例〕 以下図面につき本発明の第１実施例を詳細に説明する。

図示のものは０．４２万ＫＷｅ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内にはＮｉ−Ｍｏ−Ｃｒ合金よりなる円筒状の原子
炉容器３を配置する。各部分の寸法は第１図の目盛線３
．５ｍ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。な
お、図中６はポンプ、７は熱交換器、８はその２次冷媒
管路、９は高温格納室である。

この塩の組成は７ＬｉＦ−ＢｅＦ、−ＴｈＦ、−２３３
ｔｌＦ、で、’ＬｉＦのｍｏｌχは７２−Ｘ、　ＢｅＦ
、は１６．　ＴｈＦ４は１２．　””ＵＰ。

はＸである。なおＸは約０．４７ｍｏｌχである。

第２図示のようにこの容器３の周辺には厚さ３５−の反
射体領域がある。この反射体領域内には黒鉛反射体１０
を配置する。この部分の冷却には１ｖｏｌ、／χの塩が
使用される。

その内部の円筒状炉心１１の体積は１ｏｏｏ　ｅ　、ま
たその高さ／直径比は１．１８程度にし、またその内部
の高さ９０ａｍ、直径６０ｃＩ！１の中心領域■の中心
には黒鉛よりなる制御棒１２　、１２・・・・・・を駆
動機構１３により上下動すべく挿入し、その周囲には固
定の黒鉛よりなる゛残連打１４を配置する。なおこの減
速材１４は上下端に支持部を有する。

Ｅ記中心領域Ｉにおける減速材１４は第３図（イ）示の
ように水平断面が太さく面間距離）７４１の６角形状で
その側面中央に幅１５．８ｍ、深さ５１の空隙１５が形
成され、空隙率は１０％である。したがって黒鉛の体積
率は９０％である。

上記中心領域Ｉの外側のブランケット領域Ｈにも同様の
黒鉛よりなる減速材１６　、１６・・・・・・を配置す
る。このブランケットＮ域Ｈの厚さは２０ＣＩ１１であ
る。

この減速材１６は第３図（ｒｌ）示のように水平断面の
外形が上記減速材１４と同じ寸法の空隙１７をもつ同し
寸法の六角形状断面のもので、更に直径３４．１ｍの中
心孔１８を有し、その空隙率は３０％である。したがっ
て黒鉛の体積率は７０％である。

上記容器３内における黒鉛反射体１０．炉心１１の中心
領域Ｉ、プランケット領域Ｈの寸法は第４図示の通りで
ある。第４図は縦断面の上半の右半のみを示す。

上記容器３は黒鉛の反射材１０．　ｓ連打１４　、１６
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１２の駆動機構１３のみである。燃
料塩の総量は、炉心外を含めて４４０１であって、１．
４５　ｔｏｎとなる。この内２３１Ｕは２７ｋｇ、　Ｔ
ｂは６４０　Ｋｇである。

次いでこのｇＷ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
ｔ−ＴｈＦａ−２３”ＵＰ＜）からなる塩は５６０℃で
入口４，４・・・・・・より炉心１１内に入り、各減速
材１４　、１６の空隙１５．１７、中心孔１８内を下か
ら上に通って７００℃で出口５より流出する。その総流
量は０．９５　ｒ＋？　／分である。而して駆動機構１
３により制御棒１２を炉心１１の中心領域■内に挿入す
ると中性子の減速が強まり、熱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。

この反応はウランＺ３３０が核分裂してエネルギー苓発
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２３　Ｚ７ｈに吸収されてそれをウラン２３３Ｕに
転換する。その転換率は約５９χである。

燃料は１ｌ、ｉＦ−””ＵＦ４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ｔ３３Ｕの濃度をその添加によ
り約０．４７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１２
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７で二次系溶融塩（ＮａＢＦ、−
ＮａＦ（９２−８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、タービン発電を
行う。効率は超臨界条件により約４２％を確保できる。

この超小型原子炉は単純な溶封構造の炉容器からなる安
全性の充分高い超小型の非増殖溶融塩核分裂反応炉で２
３！Ｕ燃料を使用しプルトニウムなどの超ウラン元素が
なく、核分裂性物質保有■および添加量が極めて少なく
、運転・保守容易な炉である。

また、安全性の高い点から、 ■都市近郊用、産業基地近郊用 ■僻地（離島など）用 ■船舶用、特に発電船用 ■その他 などで世界的に広く実用できる。

〔第２実施例〕 第２実施例は０．７万ＫＷｅ発電炉で、その各数値は以
下の表に示す通りである。この第２実施例は第Ｉ実施例
と略同寸法であるが、出力密度を１．６７倍にして高性
能化したものである。

本発明による出力０．４２万ＫＷｅ　（第１実施例）及
び０．７万ｋＷｅ　（第２実施例）の超小型原子炉を従
来の特願昭６０−２７２１６５号の小型原子炉と比較す
ると以下の通りである。

Ｃ発明の効果〕 以上のように本発明による超小型原子炉は円筒状炉心の
体積は２００６〜３０００　Ｎ　、またその高さ／直径
比を１．１０〜１．３０程度にし、中心領域における減
速材の空隙率を１０％程度にし、ブランケット領域の減
速材の空隙率を３０％程度にしその中性子密度を均一に
して中性子密度が低くても臨界値に達するようにしてい
るので、出力密度を高くしながらも炉心黒鉛の交換不要
にできた。しかも燃料転換比は超小型でありながら約５
０〜７０％と高＜　、１０００万ＫＷｅ大型軽水炉に匹
敵する。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０．２〜２万ＫＷｅ程度の超小型原
子炉を提供しうるちのである。

【図面の簡単な説明】

第１図（イ）は本発明の一実施例の縦断面図、第１図（
ｒＪ）は同（イ）のＡＡ′！ＦＦＡ断面図、第２図は第
１図（イ）のＡ−Ａ線断面の一部拡大図、第３図（イ）
（Ｄ）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、■・・・・・・ブランケット
領域、１４．１６・・・・・・減速材、１１・・・・・
・炉心。 喜２目

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 黒鉛よりなる減速材を配置した円筒状炉心の体積は２０
   ０ｌ〜３０００ｌ、またその高さ／直径比は１．１０〜
   １．３０程度にし、またその内部を中心領域とブランケ
   ット領域との２つの領域に分け、中心領域における減速
   材の空隙率を１０％程度にし、ブランケット領域の減速
   材の空隙率を３０％程度にし、出力を０．２〜２万ＫＷ
   ｅにしたことを特徴とするトリウム液体核燃料による超
   小型原子炉。