JP2963751B2 - 照射試験用装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、原子炉において照射試験を行うための照射
装置に組込まれる試験燃料要素収納容器の気密封止手段
の改良に関する。

［従来の技術］ FBR（高速増殖炉）の照射試験装置は炉心燃料集合体
と差し換えて炉心に装荷するため、その外形形状は炉心
燃料集合体とほぼ同じである。すなわち、ラッパ管，ハ
ンドリングヘッド，エントランスノズル等で構成された
容器の中に所定の試験燃料要素を数本ずつ束ねて複数個
の試料収納容器を組込み重合体としている。試料収納容
器は、試験目的によって照射の途中でこの収納容器を取
り出して検査し、再び集合体に組立てて炉心に装荷し照
射試験を継続できることが望ましい。また各試料収納容
器は独立して照射温度や冷却材の流量をかえて、１つの
集合体で種々の試験条件のちがう試験を行えることが望
ましい。試験燃料要素が核反応によって発熱し、試料収
納容器内を流れる冷却材（この場合は液体ナトリウム）
が加熱されて入口で約370℃の冷却材が出口では約500〜
600℃に達する。一方燃料収納容器の外側にも冷却材が
流れているため、試験燃料要素で加熱された冷却材は隣
り合う各試料収納容器に伝熱するので試験条件のちがう
試験ができなくなる。このため従来技術では試料収納容
器の外壁を二重の円管にして、その間隙に不活性ガスを
つめ各試料収納容器の径方向の熱移動を少なくするガス
断熱構造がとられている。その場合、二重管の内管は試
料燃料要素があるので炉に装荷する前と装荷後の核反応
による発熱時では外管に比べて温度が高くなり両者の固
定部には熱膨張による伸びの差を収納し、かつ間隙ガス
を密封するため、内管と外管をベローズを介して気密に
接合している。

これについては、榎戸裕二他：日本原子力学会誌、N
o.7（31）2.1989に記載されている。

すなわち、第５図は照射試験用装置の縦断面図であ
る。第６図は、同上のＡ−Ａ線水平断面図、第７図は、
同上のＢ−Ｂ線水平断面図である。

第５図〜第７図において、ラッパ管25、エントランス
ノズル24およびハンドリングヘッド26よりなる燃料集合
体内に中心棒35を固定し、これに固定された板ばね28に
よって、試料収納容器４を保持している。冷却材は図中
の矢印で示すようにエントランスノズル24の孔31から流
入し、試料収納容器の外側流路32,内側流路34に分流
し、ハンドリングヘッド26から流出する。

また、第８図は、従来例の試料収納容器の縦断面図で
ある。第８図において、試料収納容器４は内管2,外管3,
上部継手6,キャップ10等から構成され、間隙ガス５を充
填して下部には内・外管の伸びを吸収するためベローズ
36を介して溶接37,7,8で密封されている。

このような構成になる従来技術では、ベローズ36を介
在させていることから二重管のギャップ幅を小さく押え
て、試料収納部の内管の直径を大きくしようとすとベロ
ーズ36の伸縮機能から外径は外管３の外径よりもさらに
大きくはみ出した形状となって、第７図に示すように集
合体の中に６本の試料収納容器４が配置できなくなる。
また、ベローズ36の外径を外管３にそろえると内管２の
内径が小さくなり、照射温度を調節するためのオリフィ
スの取付けや流路が狭いために設計通りの流量調節が決
定できなくなる。

さらに、ベローズ36は実際の伸縮量に対するよりも十
分長く取付寸法をとる必要があるので試料収納容器の全
長がそれだけ長くなる。また、ベローズ36は指定仕様の
材料・寸法のものを入手しようとすると特に費用と工期
がかかる。ベローズは、伸縮性能をよくするために薄肉
にしてあるので気密部材として、内圧のかかる条件下で
使用するには構造上の強度の制限が大きいなどの問題が
ある。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のように、従来技術による試料収納容器４は内・
外管の伸びの吸収部材としてのベローズ36を使用してい
ることから、設計において試料収納断面や全長が制限さ
れる問題があった。また試験の温度設定に必要な流量調
整のための製造決定やオリフィスの取付けスペースの制
約やコスト面でも問題があった。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたもので、そ
の目的とするところは、照射試験用装置に組込まれる試
料収納容器において、断熱二重管構成における伸縮部位
を改良して構造を簡易化し、かつ製造コストを低減化で
きるような照射試験用装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するための本発明に係る照射試験用装
置の構成は、複数本の試験燃料要素を収納した内管と、
その外周部間隙に断熱ガスを密封した外管とで二重管を
構成した試料収納容器を、複数個束ねて収納することが
できる燃料集合体型式の照射試験用装置において、前記
試料収納容器の内管と外管下端とを気密接合する封止材
として易融合金を用いるようにしたことである。

［作用］ 本発明の照射試験用装置に取付ける試料収納容器で
は、易融合金で気密に接合されているので、従来のよう
にベローズを必要とせず、従ってベローズ使用における
前記の設計および製作における問題点が解決される。こ
の易融合金による気密・接合部は原子炉に本装置を装荷
すると、装荷時の炉内温度が運転時に比べて十分低く試
験燃料要素の発熱も僅かであるため、内・外管に温度差
が殆どなく易融合金の封止部を含む本体全体は冷却材ナ
トリウム中に浸漬しているのでガス層の密封状態は保持
されている。炉内で運転前の温度上昇がはじまると易融
合金は溶融し、気密接合部は開放して、封入ガス圧と圧
力バランスする位置まで下部から冷却材ナトリウムが間
隙に侵入し、結果的に試験燃料要素の発熱部である炉心
部を含む上部までの温度上昇域にはガス層が形成され
る。また同時に内・外管の接合部も易融合金の溶融によ
って自由になるので、外管に対する内管の上・下方向へ
の伸縮が自在にできるようになる。

従って、ベローズの機能であるガス層の気密保持と内
・外管の相対的な延び差の吸収もこれによって解決され
る。

この試料収納器の密封化は、予め二重管を構成し、易
融合金の封止部材を内・外管の溶接によりとり付けて易
融合金のハンダ付をしてから二重管間隙を真空にして、
外管の上部継手のはめ合いギャップからガスを導入して
溶接することによってなされる。また封入ガスにはヘリ
ウム混合ガスを使用して、易融合金の封止部および溶接
部等の気密漏れ試験が可能になる。

照射試験が終了して本装置を原子炉から取出す際に
は、二重管ギャップに侵入しているナトリウムは炉心か
ら引上げる際に開口した封止部の間隙から自然にドレン
されて炉外にはナトリウムが持出されることがない。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を第１図〜第４図を用いて説明
する。

第１図は、本発明の第１実施例の試料収納容器の縦断
面図、第２図は、第１図Ａ部の部分縦断面図、第３図
は、第２実施例の部分縦断面図、第４図は、上記試料収
納容器の使用状態を示す縦断面図である。

第１図〜第４図において、１は、試料燃料要素、２
は、内管、３は、外管、４は、試料収納容器、５は、間
隙ガス、６は、上部継手、7,8は、気密溶接個所、13
は、易融合金、14,15,19は、封止部材、16,17,20は、溶
接個所、21は、ナトリウム、23は、ナトリウム液面であ
る。

本発明の試料収納容器の構成と動作について説明す
る。

試料収納容器４は内管2,外管３の上部を上部継手６に
気密溶接7,8され、下部は内管２が延長されナトリウム
流入口８を形成している。上部にはキャップ10がネジで
とりつけられ、内管２の中に束ねて試験燃料要素１が複
数本収納されている。原子炉内で核反応によって燃料要
素が発熱すると下部からとり入れたナトリウムは加熱さ
れてキャップ10の出口から流出する。一方、第５図（前
記）に示すように試料収納容器の外側にもトナリウムが
流れているので熱の移動は径方向にも起り、初期の試験
目的である各試料収納容器で照射温度をそれぞれ独立に
変えた試験条件が設定できない。このため、内管２と外
管３のギャップ部に不活性ガス（アルゴンとヘリウムの
混合ガス）を充填してこの径方向の熱の相互干渉を少な
くする方法がとられている。すなわち、充填したガスを
密封するため、内管２と外管３に第２図に示すように、
封止部材14,15を溶接固定し両者を易融合金13で気密に
接合する。この易融合金として、たとえばステンレス用
はんだであるpb−1.45Ag−1.0Sn,融点300℃が適当であ
る。

ここで前記封止部材14,15は炉内使用時の熱膨張によ
る伸びを考慮して内管側にとりつけられる部材を接合面
の下側にする。またはんだ付を良好な条件で行なうため
に接合面は薄肉にして熱容量を小さくする工夫がいる。
また二重管構成の組立手順は内管２を上部キャップ６に
気密溶接８してから、下部のはんだ付けを行った後、外
管３の上部継手部のはめ合い部から間隙ガス５を導入し
気密溶接７を行なう。各溶接部の気密検査はヘリウム混
合ガスであるのでヘリウムリーク試験により厳密な検査
ができる。

このように構成された試料収納容器４は第５図に示す
通り、照射試験装置として組立られ、原子炉の定期点検
期間または燃料交換期間等の原子炉停止時期に炉心燃料
集合体と同一の手順で装荷される。

通常、運転時は炉内のナトリウムの入口温度は370℃
程度、出口温度は500〜600℃に達するが、この停止期間
に限りナトリウム温度は200〜250℃に下げて作業が行な
われる。

つぎに、第４図にもとづいて、試料収納容器の炉内に
おける使用状態を説明する。

いま、本発明に係る試料収納容器４を含む照射試験装
置を炉心の集合体位置に装荷すると、炉の停止期間には
何ら変化はないが、運転が開始されるとナトリウム温度
が上昇して370℃に達する途中で易融合金13は溶融して
二重管の封止が開放される。この時、封入ガス圧とナト
リウムの圧力バランスにより間隙５にはナトリウム21が
侵入22し、ガス層を押し上げる。このナトリウムの侵入
レベル23が試験燃料要素の燃料部に達する場合は、あら
かじめ封入ガス圧を上げておくか、または封止部をさら
に下方に移動して間隙体積を大きくすることにより任意
のレベルにガス層を調節できる。

照射試験が終了して本発明の照射装置が炉内から引上
げられる途中で上記の侵入ナトリウム22は、下部の開放
口から自然にドレンされ、炉外にナトリウムが固着した
状態で持出されることはなく、取出し後のナトリウム洗
浄作業に影響を与えない。

第３図には本発明の第２実施例を示す。この例は、封
止部材19を１個にして、組立手順を簡単にしている。即
ち、内管２の上部を上部継手（図示省略）に気密溶接し
ておき、それに外管３の下端に封止部材19を溶接固定し
て二重管としたのち、はんだ付をすることにより、溶封
作業法を改善している。

前記の構成部材は主としてステンレス鋼のSUS316、ま
たはSUS304が使用されるので易融合金もこれに適合する
ステンレス用はんだ材を選定したが、これに限定される
ものではなく、他の易融合金を用いて接合強度や溶融温
度等を選択する必要がある場合は、接合部位の中間金属
をめっきまたは溶射等の手段で介在させることにより解
決することができる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の試料収納容器は易融合
金によって間隙ガスを封止しているので、ベローズを必
要とせず、構造の設計においてベローズによる種々の問
題点を解消することができ、製造工程の簡易化および製
造コストの低減化を達成できる。また本発明では、ガス
ギャップ幅を任意に変えても試験燃料要素の下部にあた
る流路断面積を内管の内径と同一に確保できることか
ら、炉心燃料の位置から下部側に特に長い設計の特殊燃
料要素の収納ができる。さらに導入する冷却材も流量調
節のためのオリフィス設計においても、流路断面，長手
寸法を大きく確保できるので、試験温度設計の範囲が広
がり、流量調節がしやすくなるなどの効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１実施例の試験収納容器の縦断面
図、第２図は、同上図のＡ部の部分縦断面図、第３図
は、本発明の第２実施例の試料収納容器の部分縦断面
図、第４図は、本発明の第１実施例で炉内の使用状態を
示す縦断面図、第５図は、従来例の試料収納容器を収め
た照射試験用装置の縦断面図、第６図、第７図は、夫々
第５図のＡ−Ａ線およびＢ−Ｂ線水平断面図、第８図
は、従来例の試料収納容器の縦断面図である。 ＜符号の説明＞ １……試料燃料要素、２……内管、３……外管、４……
試料収納容器、５……間隙ガス、13……易融合金、14,1
5,19……封止部材、21……ナトリウム、23……ナトリウ
ム液面、24……エントランスノズル、25……ラッパ管、
26……ハンドリングヘッド、36……ベローズ。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数本の試験燃料要素を収納した内管と、
   その外周部間隙に断熱ガスを密封した外管とで二重管を
   構成した試料収納容器を、複数個束ねて収納することが
   できる燃料集合体型式の照射試験用装置において、前記
   試料収納容器の内管と外管下端とを気密に接合する封止
   材として易融合金を用いたことを特徴とする照射試験用
   装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の試料収納容器の気密接合部
   の構成は、内管に溶接した封止部と外管に溶接した封止
   部とを易融合金で接合したことを特徴とする照射試験用
   装置。
3. 【請求項３】請求項１記載の試料収納容器の気密接合部
   の構成は、外管に溶接した封止部材と内管外周部とを易
   融合金で接合したことを特徴とする照射試験用装置。