JPH04320992A - 中性子吸収要素 - 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】

【０００１】［発明の目的］

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は液体金属を冷却材とした
高速増殖炉に用いられる中性子遮蔽体の中性子吸収要素
に係り、特に長寿命短尺化及び機能、製造性と信頼性を
向上した中性子吸収要素に関する。

【０００３】

【従来の技術】図４は液体金属冷却型高速増殖炉に用い
られる長寿命及び短尺化を計った従来の中性子吸収要素
を示す縦断面図で、この中性子吸収要素１は中性子吸収
材である炭化ホウ素（Ｂ４　Ｃ）ペレット２が円筒状の
被覆管３の下部で下部端栓４と中間端栓５で囲まれた下
部室６に収納されている。中間端栓５の上部には被覆管
３と上部端栓７で囲まれた上部室８を有し、その上部端
栓７にはガス放出穴９が設けられていて外部と連通して
いる。また中間端栓５には連通管１０が上部室８に植立
していて、炭化ホウ素ペレット２を収容した下部室６と
連通している。

【０００４】さらに上部端栓７に設けられたガス放出穴
９の下面には調圧機構として３個の透過隔壁であるポー
ラスプラグ１１を直列に配置した筒状支持体１２が固定
されている。また前記ガス放出穴９の端部は高温ハンダ
１３で封止され、中性子吸収要素１の内部にはヘリウム
（Ｈｅ）ガスが封入されている。

【０００５】この高速増殖炉用の中性子吸収要素１は、
原子炉へ装荷されて周囲にある一次冷却材により加熱さ
れ所定の温度まで上昇すると高温ハンダ１３が溶けて、
ガス放出穴９からポーラスプラグ１１を経由して上部室
８内に一次冷却材である液体金属（例えばナトリウム、
融点約９８℃）が流入する。これによりポーラスプラグ
１１は一次冷却材で濡れ、かつポーラスプラグ１１相互
の空間部及び上部室８内に一次冷却材が充填される。

【０００６】原子炉は起動すると核反応により炉心温度
が上昇して一次冷却材の温度も上昇すると共に中性子が
放出される。この中性子により炭化ホウ素ペレット２か
ら、（ｎ，α）反応によるヘリウムガスが生成されるた
め、中性子吸収要素１内部のヘリウムガス圧力が上昇し
てこのヘリウムガスを放出しようとする。この過程は、
まず調圧機構のうち最下段のポーラスプラグ１１の保持
差圧ΔＰ（これはポーラスプラグ１１の内部空隙をヘリ
ウムガスが通過する場合に、ポーラスプラグ１１上に充
填された図示しない一次冷却材の表面張力に打ち勝つ力
に相当し、ポーラスプラグ１１の特性により決まる。）
以上の圧力となった場合にヘリウムガスはポーラスプラ
グ１１を通過する。従ってポーラスプラグ１１がＮ個直
列に配置された場合には、保持差圧ＮΔＰを原子炉のあ
らゆる過渡状態での一次冷却材圧力Ｐ０　より高く設定
することにより、原子炉の運転、停止に際して必要に応
じて中性子吸収要素１内部のヘリウムガスを放出すると
共に、一次冷却材の下部室６への侵入を防止することが
できるため、下部室６内にある炭化ホウ素ペレット２と
一次冷却材の液体金属とが直接接触することはなく長寿
命を保持することができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の中性子吸収要素
１においては、図示しない原子炉に装荷して周囲の一次
冷却材により中性子吸収要素１が所定の温度まで上昇し
たとき、高温ハンダ１３が溶けて内部に一次冷却材が侵
入すると、調圧機構のポーラスプラグ１１は一次冷却材
により濡れることとなり、最終的には下部室６内の圧力
Ｐ１　と外部の一次冷却材の圧力Ｐ０　は等しくなりバ
ランスする。（この条件は設計によって容易に設定でき
る）しかし、ここでの圧力保持のためには直列に配置さ
れたポーラスプラグ１１で形成する空間部に一次冷却材
を充填する必要があり、ポーラスプラグ１１の空隙を通
して一次冷却材を侵入させるためには、ポーラスプラグ
１１を一次冷却材で濡らすことが必要である。

【０００８】一般にポーラスプラグ１１の材質としては
、ステンレス鋼が使用されているが、一次冷却材がナト
リウムである場合、ステンレス鋼がナトリウムに濡れる
ためには通常約３００℃以上の高温で、しかも長時間ナ
トリウムに接触させておく必要がある。しかしポーラス
プラグ１１は多数の細穴から形成されているため、その
空隙がナトリウムに濡れるためにはさらに高温状態とす
る必要がなる。しかしながら中性子吸収要素１を原子炉
に装荷した場合、中性子吸収要素１自身は炉内では殆ど
発熱せず、またナトリウムも原子炉起動前は液体状を維
持するために通常２００℃程度の温度としているため、
ポーラスプラグ１１の内部空隙がナトリウムに濡れるの
に必要な温度と圧力条件を得ることは困難であった。

【０００９】さらにまた中性子吸収要素１を原子炉に装
荷した段階で、ポーラスプラグ１１相互の空間部に一次
冷却材を充填させる場合に、この一次冷却材が確実に空
間部に充填されたことを確認する方法がなかった。

【００１０】ポーラスプラグ１１相互の空間部に一次冷
却材が充填されずに原子炉が運転状態になると、原子炉
の運転により取敢えず中性子吸収要素１の下部室６内の
圧力Ｐ１　は外部圧力である一次冷却材の圧力Ｐ０　と
等しくなり、内外圧はバランスするが、この状態で長時
間運転されることにより中性子吸収要素１内外の圧力変
化により、一次冷却材によるポーラスプラグ１１の濡れ
性は確保できるが、その後停止状態になると、その冷却
時に中性子吸収要素１の温度が低下するに従い内圧が低
下するので、内外圧力差が生じてその結果一次冷却材が
下部室６の炭化ホウ素ペレット２まで侵入して中性子吸
収要素１の寿命を短くする可能性があった。なおこの対
策として、上部室８及び連通管１０を長くする提案もあ
るが中性子吸収要素１の全長が長くなる欠点があり、こ
れらの解決が課題となっていた。

【００１１】本発明の目的は上記課題を解決するもので
、中性子吸収要素の原子炉装荷時点で調圧機構であるポ
ーラスプラグ相互の空間部等に確実に液体金属が充填で
きる長寿命短尺化で調圧機能、製造性の良好な中性子吸
収要素を提供することにある。［発明の構成］

【００１
２】

【課題を解決するための手段】両端が端栓により封止さ
れた被覆管と、この被覆管で互いに連通する連通管を備
えた中間端栓により上部室と下部室に区分し前記いずれ
か一方の室に中性子吸収材を収容して他方の室に調圧機
構の複数の透過隔壁を直列に配置して相互間に空間部を
設けた筒状支持体の一方を前記端栓に設けたガス放出穴
に連通させて固定した中性子吸収要素で、前記透過隔壁
による空間部に常温では固体状で原子炉内等における使
用状態の温度で液体状を呈する原子炉の一次冷却材と同
じ、または同等の性質を有する金属片を装填したことを
特徴とする。またこの金属片の周囲を低融点金属等で被
覆する。

【００１３】

【作用】本中性子吸収要素は原子炉内に装荷すると、中
性子吸収要素の周囲の一次冷却材からの熱により調圧機
構の筒状支持体内に設けた透過隔壁及び上部室内に装填
した金属片が溶融して、透過隔壁間の空間部が液体金属
で充填される。このため透過隔壁あるいは上部室内に一
次冷却材を充填させるために一次冷却材を高温高圧状態
とする処置を必要としない。

【００１４】

【実施例】本発明の一実施例について図面を参照して説
明する。なお上記した従来例と同じ構成部分については
同一符号を付して詳細な説明を省略する。図１は高速増
殖炉用の中性子吸収要素の縦断面図で、この中性子吸収
要素１４は中性子吸収材である炭化ホウ素（Ｂ４　Ｃ）
ペレット２が円筒状の被覆管３の下部で下部端栓４と中
間端栓５で囲まれた下部室６に収納されている。中間端
栓５の上部には被覆管３と上部端栓７で囲まれた上部室
８を有し、その上部端栓７にはガス放出穴９が設けられ
ていて外部と連通している。なお中間端栓５を貫通して
連通管１０が上部室８の上部に開口し、植立されていて
炭化ホウ素ペレット２を収容した下部室６と連通してい
る。

【００１５】さらに上部端栓７に設けられたガス放出穴
９の下面には３個の透過隔壁であるポーラスプラグ１１
ａ，１１ｂ，１１ｃを直列に配置した筒状支持体１２が
固定されて調圧機構を構成していて、前記ガス放出穴９
の端部は高温ハンダ１３で封止されて外気と遮断すると
共に、中性子吸収要素１４の内部にはヘリウムガスが封
入されている。なお前記ポーラスプラグ１１ａ，１１ｂ
，１１ｃは、ステンレス鋼による通気性を有する細隙網
あるいは焼結金属で、液体金属が浸透するか、または表
面に介在することによってヘリウムガス及び一次冷却材
の通過を適宜抑制する。

【００１６】また筒状支持体１２内に配置されているポ
ーラスプラグ１１ａとポーラスプラグ１１ｂの間で形成
している空間部１２ａ及びポーラスプラグ１１ｂとポー
ラスプラグ１１ｃの間で形成している空間部１２ｂと、
上部室８内には常温では固体状で原子炉内等の使用状態
での高温では液体状を呈する原子炉の一次冷却材と同一
材質あるいは略同じ性質からなる金属片であるナトリウ
ム片１５ａを装填して構成されている。

【００１７】次ぎに上記構成による作用について説明す
る。なお前記図１は中性子吸収要素１４の原子炉へ装荷
する前の状態を表しており、図２は原子炉に装荷当初の
状態を示す縦断面図で、また図３は原子炉内における最
終的なバランス状態を示した縦断面図である。

【００１８】図１の状態である製造後の中性子吸収要素
１４は、内部にヘリウムガスを封入して外気とはガス放
出穴９端部を封止した高温ハンダ１３により遮断されて
いて、上部室８と３個のポーラスプラグ１１ａ，１１ｂ
，１１ｃで区切られた筒状支持体１２の空間部１２ａ，
１２ｂには夫々固体状のナトリウム片１５ａが装填され
て構成されている。

【００１９】この中性子吸収要素１４を図示しない原子
炉内に装荷すると、周囲が２００℃程度の一次冷却材で
ある液体状のナトリウム１５に浸漬されるため、このナ
トリウム１５からの熱により中性子吸収要素１４内の固
体状のナトリウム片１５ａ（融点約９８℃）は容易に溶
融して、ポーラスプラグ１１ｂ，１１ｃの表面及び上部
室８底部と筒状支持体１２下端との間にて流動性のある
液体状となって介在する。さらに時間が経過すると前記
ガス放出穴９の端部の高温ハンダ１３が溶融し、これに
より中性子吸収要素１４内外の圧力差から外部より一次
冷却材のナトリウム１５が、ガス放出穴９を経由して上
部室８内に侵入してくる。このナトリウム１５はすでに
上部室８内にてポーラスプラグ１１ｂ，１１ｃと筒状支
持体１２下端との間に液体状となっているナトリウム１
５ａと融合し、一体となって一旦は図２に示すように筒
状支持体１２及び上部室８に侵入する。

【００２０】この後、原子炉の起動を行うと、核反応に
より周囲のナトリウム１５の温度が上昇するほか、中性
子吸収要素１４においては、下部室６内の炭化ホウ素ペ
レット２が中性子を吸収して（ｎ，α）反応によるヘリ
ウムガスが生成されることから、下部室６内部の圧力Ｐ
１　が上昇してこのヘリウムガスを放出しようとする。 このヘリウムガスの圧力は連通管１０を介して上部室８
に加わり、上部室８及び筒状支持体１２の各空間部１２
ａ，１２ｂ，１２ｃ内のナトリウム１５を外部に押出す
。この結果、最終的には中性子吸収要素１４内部と外部
の一次冷却材であるナトリウム１５との圧力はバランス
して、図３に示すように上部室８及び各空間部１２ａ，
１２ｂ，１２ｃでポーラスプラグ１１ａ，１１ｂ，１１
ｃの上には液体のナトリウム１５が存在し、かつヘリウ
ムガス空間が形成される。

【００２１】この図３の状態においては、炭化ホウ素ペ
レット２が中性子を吸収してさらにヘリウムガスが生じ
ると、このガスはその圧力により筒状支持体１２の下端
で気泡となり、筒状支持体１２内を上昇して下端のポー
ラスプラグ１１ｃに至り、外部圧力に対応して順次ポー
ラスプラグ１１ｂ，１１ａを通過してガス放出穴９から
外部のナトリウム１５に放出されるので、中性子吸収要
素１４内と外部のナトリウム１５の圧力は再びバランス
が保たれる。

【００２２】なお中性子吸収要素１４内に予め装填する
当初固体状で原子炉運転に際して液体状となる一次冷却
材と略同一性質の金属片は、溶融して原子炉運転後は最
終的に一次冷却材と一体化するため、通常原子炉では一
次冷却材として金属ナトリウムを使用していることを考
慮して、同材質の金属ナトリウムとすることが望ましい
。しかしこの金属ナトリウムは活性であるので、通常不
活性雰囲気で扱う必要がありその取扱い作業には注意が
必要で繁雑となる欠点がある。しかしながらこの金属ナ
トリウム片の周囲を予めハンダ等ナトリウムより低融点
の金属等で、しかも溶融時に一次冷却材であるナトリウ
ムに悪影響を与えない材質で被覆することにより、外気
と直接接触しないようして保管及び装填作業時の取扱を
容易にすることができる。

【００２３】また上記一実施例においては、中性子吸収
材を炭化ホウ素ペレットとして説明したが、これは炭化
ホウ素粉末としても中性子吸収効果及び本発明の作用効
果が変わるものではない。

【００２４】

【発明の効果】以上本発明によれば、液体金属冷却型高
速増殖炉に用いる中性子吸収要素において、予め製造過
程で調圧機構内に可溶融金属片を装填することにより、
原子炉への装荷時において速やかに調圧機能の体勢が整
い、起動運転に際する中性子吸収要素の調圧機能の信頼
性が向上して、長寿命短尺化で調圧機能、製造性を良好
とする効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る中性子吸収要素の一実施例を示す
縦断面図。

【図２】図１における原子炉装荷時における一次冷却材
の侵入状態を示す縦断面図。

【図３】図１における内外圧力のバランス状態を示す縦
断面図。

【図４】従来の中性子吸収要素の縦断面図。

【符号の説明】

２…炭化ホウ素ペレット、３…被覆管、４…下部端栓、
５…中間端栓、６…下部室、７…上部端栓、８…上部室
、９…ガス放出穴、１０…連通管、１１ａ，１１ｂ，１
１ｃ…ポーラスプラグ、１２…筒状支持体、１２ａ，１
２ｂ，１２ｃ…空間部、１３…高温ハンダ、１４…中性
子吸収要素、１５…ナトリウム、１５ａ…ナトリウム片
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　両端が端栓により封止された被覆管内
   を中間端栓により上部室と下部室に区分し前記両室を前
   記中間端栓に取着した連通管で連通して前記いずれか一
   方の室に中性子吸収材を収容して他方の室に調圧機構で
   ある内部に複数の透過隔壁を直列に配置して相互間に空
   間部を形成した筒状支持体の一方を前記端栓に設けたガ
   ス放出穴に連通して固定した中性子吸収要素において、
   筒状支持体内に直列に配列した透過隔壁が形成する空間
   部に常温では固体状で原子炉内等における使用状態での
   温度条件では液体状を呈する原子炉一次冷却材と同じ、
   または同等の性質を有する金属片を装填したことを特徴
   とする中性子吸収要素。