JPH0659086A - 原子炉用ヘッド取付け式計装 - Google Patents

原子炉用ヘッド取付け式計装

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JPH0659086A
JPH0659086A JP5151385A JP15138593A JPH0659086A JP H0659086 A JPH0659086 A JP H0659086A JP 5151385 A JP5151385 A JP 5151385A JP 15138593 A JP15138593 A JP 15138593A JP H0659086 A JPH0659086 A JP H0659086A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 原子炉のヘッド取付け式計装の近くで作業し
ている作業員に対する放射線被ばくの恐れを軽減するこ
とにある。 【構成】 原子炉用ヘッド取付け式計装が、低核断面積
材料を含む材料で作られたシース(60)及びマンドレ
ル(62)を備える少なくとも一つのシンブル(52)
を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、加圧水型原子炉(以
下、「PWR」という場合がある)に関し、特に、原子
炉の構成要素に関し、さらに詳細には、改良型軽水炉、
例えばウエスチングハウス−AP600(Westinghouse
AP600)型原子炉で用いられているような、例えばシン
ブルシース、マンドレル及びリード線を含むヘッド取付
け式の着脱自在な炉心計装に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】現在の
見通しによれば、電気エネルギーの需要は増加の一途を
辿り、2010年までには米国内で約117,000〜
322,000MWeの発電量が新たに必要になる。電
力需要の増大は強まるばかりであるが、原子力発電所の
新規注文は、実施許諾の遅れ、莫大な建造費及び原子力
発電の安全性に対する社会的関心のこともあって歩調が
合っていない。それにもかかわらず、化石燃料に過度に
依存することに伴う環境面及び経済面における危機につ
いての認識を強くするにつけ、原子力発電が世界のエネ
ルギーの将来において主要な役割を果たさなければなら
ないという認識が高まっている。
【0003】原子力発電を将来における魅力的なエネル
ギー利用選択肢として位置づける重要なポイントの一つ
は、安全性、単純性、信頼性、建造費及び原子炉の操作
性に対する改善を加えることが必要であるということで
ある。この目的を達成しようとして、従来型原子炉と比
較して、装置及び機器の数、運転状態の点検、保守及び
品質保証に関する要件の観点から、原子力発電所を著し
く単純化した原子力発電所の要部としての新世代原子炉
であるウエスチングハウス−AP600が開発された。
【0004】単純な安全装置の一例として、AP600
は、従来型原子炉の能動式(ACTIVE)の動力式の安全装
置の多くに代えて、作業員の行為ではなく、自然界の
力、例えば重力、対流及び蒸発に依存するので“受動式
(passive)”と呼ばれる装置を採用する。
【0005】AP600型原子炉において単純化した部
分として、原子炉の燃料交換を単純化するために幾つか
の別個の構成要素を組み合わせて一つの構造体の状態に
した統合型又は一体形ヘッドパッケージ(以下、「IH
P」という場合もある)の開発が挙げられる。一体形ヘ
ッドパッケージの目的は、故障停止時間及び作業員の放
射線被ばくを、この運動に関与する各種作業関連部分を
組み合わせて単一構造体の状態にすることにより、減少
させることにある。この一体形ヘッドパッケージは、原
子炉容器ヘッド、制御棒駆動機構、耐震用支持体、ケー
ブル、メッセンジャートレー及びケーブル専用橋に連結
される。さらに炉心計装システム(IIS)が原子炉ヘ
ッドの上方に取り付けられていて一体形ヘッドパッケー
ジと一体になっており、従って一体形ヘッドパッケージ
と一緒に移動が行われる。炉心計装システムは、コノシ
ール(conoseal)を用いて封止された計装柱状体内に全
体が収容された炉心用熱電対を有する。これらコノシー
ルは、原子力発電所の起動の際の漏れに起因して故障停
止時間を増大させる。AP600では、これらコノシー
ルに代えて、原子力発電所内で底部取付け式計装と一緒
に用いられている一層小型で単純な管取付け具であるス
エージロック(登録商標:SwageLock)が利用されてい
る。
【0006】原子炉の運転中、原子炉の炉心の横断面及
びその高さに沿って分布した種々の場所において炉心の
内側で中性子束の測定を行う必要がある。かかる中性子
測定は、本発明の主題である炉心計装によって行われ
る。従来、炉心計装は原子炉容器の底部に取り付けられ
ていた。しかしながら、現在においては、炉心の下方か
らは原子炉容器に貫入せず、また、固定炉内検出器を用
いる炉心計装システムを採用しようという話が米国エネ
ルギー省(DOE)、米国電力研究所(EPRI)及び
米国原子力規制委員会(NRC)において持ち上がっ
た。したがって、米国特許第5,078,957号に開
示されているように、今や炉心計装システム、例えば固
定炉内検出シンブルは原子炉容器ヘッドに取り付けられ
ており、クロージャヘッドを通ってPWRの炉心内に挿
入される。かかる米国特許の内容を本明細書の一部を形
成するものとしてここに引用する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、炉心計
装システムを原子炉容器ヘッドの上方に、しかも一体形
ヘッドパッケージと一体に取り付ける方式の著しい欠点
は、原子炉ヘッドが放射能の非常に強い区分になると、
特に燃料交換中、従来は原子炉容器の底部に取り付けら
れていたこの計装が危険を犯してヘッド取付け式計装に
非常に接近する作業員に対して高レベルの放射線被ばく
を引き起こす場合があるということである。
【0008】炉心内で1年から1年半の間、照射されて
きた16〜38本のシンブルを含む原子炉容器ヘッドを
輸送するには、特に、ヘッドが床の上方へ吊り上げら
れ、幾分かのγ線のシャイン及びスキャター(gamma sh
ine and scatter)が格納容器内に存在している場合、特
別な手順、さらに場合によっては専用の遮蔽手段を用い
る必要がある。作業員全てを格納容器から出すこと、又
は作業員全てをシャドウ遮蔽手段(shadow shielding)
の後ろに位置させることは職務上の放射線被ばくを制御
する上での一手法である。厚さが4〜6インチ(7.6
〜10.2cm)の着脱自在な底部鋼製シールド板をヘ
ッド18の下側に追加して取り付けると、輸送中におけ
る職業上の放射線被ばくを許容レベルに低減できる。
【0009】放射線学上の見地からの炉心計装システム
に対する主要な関心は、放射線による照射の度合いが強
い炉心計装システムのシンブルからの作業員の過度の被
ばくの恐れである。1時間当り10,000レム程度の
接触線量率が、シンブルの照射部分について予測され
る。かくして、シンブルが引っ込み位置にある場合、照
射材料に対する非遮蔽状態の目視線の回避が必須であ
る。例えば、AP600の現行構成における一体形ヘッ
ドパッケージの頂部に取り付けられた大径の通気ダクト
系は、照射シンブルの周りにおける一体形ヘッドパッケ
ージの遮蔽体の健全性を著しく損ねる。これらダクト貫
通部材はシンブルの引っ込みに先立って遮蔽する必要が
あり、又は、遮蔽手段を設けず、或いは設けたとしても
最小限の遮断手段を介して直接的な目視線を与えない別
の設計の通気系を組み込む必要がある。
【0010】従って、本発明の目的は、原子炉のヘッド
取付け式計装の近くで作業している作業員に対する放射
線被ばくの恐れを軽減することにある。
【0011】本発明のもう1つの目的は、照射ヘッド取
付け式炉心計装シンブルに起因する放射線被ばくを低減
することにある。
【0012】本発明のこれらの目的及び利点及び他の目
的及び利点は、以下の好ましい実施例の詳細な説明を読
むと一層明らかになろう。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、低核断
面積材料で作られたシンブルシース、マンドレル及び
(好ましくは)リード線を有し、計装を照射の度合いの
強い炉心から一旦取り出すと、計装により放出された放
射線場を大幅に減少させるヘッド取付け式炉心計装が提
供される。
【0014】本発明の好ましい実施例では、低核断面積
材料は主成分がジルコニウムまたはチタンの合金、例え
ばジルカロイ(ZIRCALOY)である。
【0015】本発明を完全に理解するためには、添付の
図面と関連して以下の詳細な説明を読むのが良い。
【0016】
【実施例】図1は、2つの蒸気発生器10の間に設置さ
れた原子炉容器12を含むAP600の原子炉用蒸気発
生及び冷却システムを概略的に示している。原子炉容器
12は、図示していないシンブル装置を含む一体形ヘッ
ドパッケージ11を有する。
【0017】次に図2を参照すると、本発明による単純
化された炉心計装システムを有するPWRが、着脱自在
なクロージャヘッド組立体18によって覆われている原
子炉容器12を有する。炉心4は複数本の燃料集合体3
0で構成されている。炉心4は、原子炉容器12に締結
された下部炉心板32a上に載置されている。
【0018】炉心4の上方には上部炉心板54aが設け
られており、上部炉心板54aは、垂直支持柱40aに
より相当な厚さの(代表的には約10インチ(25.4
cm)の上部支持板42bに連結されている。
【0019】上部炉心板54a及び支持柱40aに加え
て、炉心計装システムは、制御棒のための制御棒案内管
20a及び原子炉容器のクロージャヘッド18を貫通す
る制御棒駆動シャフト22aを有している。
【0020】好ましい実施例では、25本またはそれ以
上の検出シンブル52が、ヘッド組立体18及び上部炉
内支持柱40aを貫通して原子炉容器12及び炉心4内
へ垂直に挿入されている。加え得るに、各シンブル52
は、6つまたはそれ以上の軸方向に分布して配置されて
固定炉内検出器及び燃料集合体の冷却材の出口温度を測
定するための熱電対(図示せず)を収容している。一次
側境界シンブル52a及び検出器用配線(これも図示せ
ず)が、ミサイルシールド板50の頂部に配置されてい
る。この構成では、ヘッド18の貫通部から上方へミサ
イルシールド50を通って約22フィート(6.71
m)延びる圧力境界案内管48(外径が約1.0イン
チ、内径が約0.5インチ(2.54cmx1.27c
m))の圧力境界案内管48を用いる必要がある。案内
管(直径が3.4インチ(8.6cm))を楽に通過さ
せるための適当な空間がCRDM磁石14の間に設けら
れている。検出器シンブル52は直径が約0.4インチ
(1.0cm)、長さが約51フィート(15.5m)
であり、案内管をシールするための取付け具またはシー
ル52aが装着されている。
【0021】次に図3を参照すると、炉心計装を取り付
けたり原子炉容器12から取り外すための装置が側面図
で示されている。燃料交換作業では、シンブル/案内管
のシール52aを外し、シンブル52を約20フィート
(6.1m)上方へ引っ込める必要がある。各シンブル
の上部の非放射性部分はIHPミサイルシールド50の
上方に取り付けられた専用ラック70内において高くな
った位置に固定されている。シンブル保管ラック70
は、内部三脚吊上げリブを備えた設計になっていて、ポ
ーラクレーンのフックを、持ち上げられているシンブル
52の邪魔にならないようにしてIHPに取り付けるこ
とができるようになっている。IHPの取り外し作業
中、引っ込めた状態のシンブル52の放射性の「ホッ
ト」チップをIHPの下側でその遮蔽部分の中に貯蔵し
て職業上の放射線被ばくを最小限に抑えている。シンブ
ル52の取り外し及び交換のため、「ホット」部分を燃
料交換プール74内に下降させ、この中で切断して使用
済み燃料ピットに移送することができる(図4(A)及
び(B)参照)。
【0022】図5は、ヘッドカバー18を貫通して原子
炉12の炉心4内へ延びているシンブル52を示す原子
炉容器12の頂部を横断面で示している。
【0023】図6及び図7で最もよく分かるように、シ
ンブル52は、センターマンドレル62が貫通し、構造
的に圧力境界手段である管状部材を含むシンブルシース
60を有する。マンドレル62はケーブル64に対する
構造的な支持手段となっている。ケーブル64は、シン
ブルの頂部からシンブルのシースを通って原子炉の底部
に送られる。ケーブル64は、構造的なリード線支持手
段となるケーブルシース内に一対のリード線を封じ込め
た三軸設計のものである。
【0024】本発明者によれば、中性子検出においては
重要ではない、ヘッド取付け式計装で用いられる材料
(即ち、部品の体積の殆どを占める主要な構造的構成要
素)に代えて低核断面積材料を用いることにより、ヘッ
ド取付け式計装に起因する原子炉容器ヘッド領域におけ
る放射線レベルが二分の一以下になるということが分か
った。
【0025】適当な低核横断面材料は、ジルコニウム及
びチタン元素並びにその合金、例えばジルカロイ(ZIRC
ALOY)及びジルカロイ−4(共にウエスチングハウス・
エレクトリック・コーポレイションの商標)を含む。こ
れら合金は一般に、95%以上のジルコニウムまたはチ
タンを含有している。
【0026】本発明によれば、シンブル52のシンブル
シース60、マンドレル62及び三軸ケーブル64は、
中性子検出においては重要ではないので、低核断面積材
料で作るのがよい。
【0027】実 験 例 異なる構成材料の理論シンブルを用いて公知の放射線特
性に基づき分析を行った。第1のシンブル(ソースA)
はステンレス鋼304型シース及びインコネル(INCONE
L:登録商標)−600製のリード線を用いた。第2のシ
ンブル(ソースB)はシースとリード線の両方について
ステンレス鋼304を用い、第3のシンブル(ソース
D)は、ジルカロイ−4製のシース及びステンレス鋼3
04製のリード線を用いた。いずれの場合においても、
20年の原子炉使用期間に相当する等しい線量で“照
射”されたシンブルにつき分析した。次に、シンブルを
「取り出し」て理論的に多くの検出ポイントで放射能の
強さについて測定を行った。その結果を次の表1に示
す。ポイントB,Eは、一体形ヘッドパッケージの頂部
及び原子炉容器のフランジにそれぞれ相当し、これらは
作業員の作業の大部分が行われる2つのポイントであ
る。
【0028】
【表1】 引っ込み条件についてのSCAP2結果 (mrem/hr) 検出ポイント ソースA ソースB ソースC B 6.866E+00 6.314E+00 2.262E+00 E 2.639E+03 2.339E+03 1.124E+03
【図面の簡単な説明】
【図1】原子炉蒸気発生及び冷却システムの略図であ
る。
【図2】本発明の炉心計装を示すPWRの横断面図であ
る。
【図3】本発明の炉心計装を取り付けたり取り外したり
するための装置と関連する図2のPWRの側面図であ
る。
【図4】(A)、(B)、(C)はそれぞれ、本発明の
炉心計装を取り外したり保管するためのシステムの変形
例を示す図である。
【図5】ヘッドカバーを貫通して炉心内に入っている本
発明のシンブルを示す原子炉容器ヘッドの一部の横断面
図である。
【図6】本発明に従って用いられたシンブルの部分横断
面図である。
【図7】7−7線における図6のシンブルの横断面図で
ある。
【符号の説明】
10 蒸気発生器 11 一体形ヘッドパッケージ 12 原子炉容器 18 クロージャヘッド組立体 22 制御棒案内管 30 燃料集合体 50 ミサイルシールド 52 シンブル 60 シンブルシース 62 センターマンドレル 64 ケーブル

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 原子炉用ヘッド取付け式計装であって、
    低核断面積材料を含む材料で作られたシース及びマンド
    レルを備える少なくとも一つのシンブルを有することを
    特徴とするヘッド取付け式計装。
  2. 【請求項2】 低核断面積材料は主成分が金属の合金で
    あり、該金属はジルコニウムとチタンから成る群から選
    択されることを特徴とする請求項1のヘッド取付け式計
    装。
JP15138593A 1992-06-24 1993-05-28 原子炉用ヘッド取付け式計装 Expired - Lifetime JP3221769B2 (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
US90363192A 1992-06-24 1992-06-24
US07/903631 1992-06-24

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