JPH0715503B2 - 液体金属冷却高速炉 - Google Patents
液体金属冷却高速炉Info
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- JPH0715503B2 JPH0715503B2 JP1028423A JP2842389A JPH0715503B2 JP H0715503 B2 JPH0715503 B2 JP H0715503B2 JP 1028423 A JP1028423 A JP 1028423A JP 2842389 A JP2842389 A JP 2842389A JP H0715503 B2 JPH0715503 B2 JP H0715503B2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C1/00—Reactor types
- G21C1/02—Fast fission reactors, i.e. reactors not using a moderator ; Metal cooled reactors; Fast breeders
- G21C1/03—Fast fission reactors, i.e. reactors not using a moderator ; Metal cooled reactors; Fast breeders cooled by a coolant not essentially pressurised, e.g. pool-type reactors
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C7/00—Control of nuclear reaction
- G21C7/30—Control of nuclear reaction by displacement of the reactor fuel or fuel elements
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C9/00—Emergency protection arrangements structurally associated with the reactor, e.g. safety valves provided with pressure equalisation devices
- G21C9/02—Means for effecting very rapid reduction of the reactivity factor under fault conditions, e.g. reactor fuse; Control elements having arrangements activated in an emergency
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
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- Structure Of Emergency Protection For Nuclear Reactors (AREA)
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Description
この発明は、熱供給プラント及び発電プラントのいずれ
のプラントにも利用できる超小型固有安全炉を実現する
ための液体金属冷却高速炉構造の簡略化技術に関する。
のプラントにも利用できる超小型固有安全炉を実現する
ための液体金属冷却高速炉構造の簡略化技術に関する。
従来の大型発電プラント等に採用されている液体金属冷
却高速炉は、原子炉容器内に向けて制御棒駆動機構や燃
料交換装置が設けられ、また、原子炉容器の外部に熱交
換機や原子炉容器内の冷却材の循環を行なう１次冷却循
環ポンプが配管により接続された構造となっている。 現在の液体金属冷却高速炉よりも出力規模の数段小さい
超小型炉は、各国で検討されているが、小型化に伴って
発電単価が割高となる欠点があり、実用化には至ってい
ない。
却高速炉は、原子炉容器内に向けて制御棒駆動機構や燃
料交換装置が設けられ、また、原子炉容器の外部に熱交
換機や原子炉容器内の冷却材の循環を行なう１次冷却循
環ポンプが配管により接続された構造となっている。 現在の液体金属冷却高速炉よりも出力規模の数段小さい
超小型炉は、各国で検討されているが、小型化に伴って
発電単価が割高となる欠点があり、実用化には至ってい
ない。
上記従来の液体金属冷却高速増殖炉のシステムをそのま
ま小型化した場合、システムが複雑となり経済性が著し
く劣ったものとなる。 従って、この発明は、固有の安全性を維持しながら超小
型炉を実現する上で必要な液体金属冷却高速炉の構造並
びに運転制御技術及び運転制御システムの簡略化を行な
うことを目的とする。
ま小型化した場合、システムが複雑となり経済性が著し
く劣ったものとなる。 従って、この発明は、固有の安全性を維持しながら超小
型炉を実現する上で必要な液体金属冷却高速炉の構造並
びに運転制御技術及び運転制御システムの簡略化を行な
うことを目的とする。
上記目的を達成するためのこの発明の液体金属冷却高速
炉は、液体金属冷却材が満たされている原子炉容器と、
該原子炉容器内に配置されて固定されている環状の径方
向反射体と、該原子炉容器内を垂直方向に延び、該径方
向反射体の環内を貫通可能な出力ユニットと、該原子炉
容器外部上方に配設され、該出力ユニットを上下に駆動
させる駆動装置とからなり、該出力ユニットは、炉心
と、該炉心の上下に取付けられかつ軸方向に冷却材流路
を有する上部および下部軸方向反射体と、該上部軸方向
反射体の上端に接続されて原子炉容器内を垂直に上方に
延びかつ所定位置に複数の冷却材流出孔を有する出力ユ
ニット管とからなる一体構造を有し、該出力ユニット管
の長さは、上部軸方向反射体の下端が径方向反射体の下
端と同じレベルとなるまで径方向反射体の環内を下降し
ても、出力ユニット管の上端が原子炉容器外部上方に突
出する長さを有することを特徴とする。
炉は、液体金属冷却材が満たされている原子炉容器と、
該原子炉容器内に配置されて固定されている環状の径方
向反射体と、該原子炉容器内を垂直方向に延び、該径方
向反射体の環内を貫通可能な出力ユニットと、該原子炉
容器外部上方に配設され、該出力ユニットを上下に駆動
させる駆動装置とからなり、該出力ユニットは、炉心
と、該炉心の上下に取付けられかつ軸方向に冷却材流路
を有する上部および下部軸方向反射体と、該上部軸方向
反射体の上端に接続されて原子炉容器内を垂直に上方に
延びかつ所定位置に複数の冷却材流出孔を有する出力ユ
ニット管とからなる一体構造を有し、該出力ユニット管
の長さは、上部軸方向反射体の下端が径方向反射体の下
端と同じレベルとなるまで径方向反射体の環内を下降し
ても、出力ユニット管の上端が原子炉容器外部上方に突
出する長さを有することを特徴とする。
上記構成のこの発明の液体金属冷却高速炉においては、
径方向反射体の環内に挿入した炉心の配置位置により、
炉心がこれを挟んで接合する上下２つの軸方向反射体と
環状の径方向反射体によって囲まれる囲まれ具合が変
り、この囲まれ具合に応じて炉心から出力される熱エネ
ルギー量が変り、炉の出力は臨界→定格出力→最大出力
→定格出力→部分出力→スクラムと順次変化する。 冷却材は、自然対流又は取付けられた循環ポンプによ
り、通常、軸方向反射体に形成された軸方向の冷却材流
路及び炉心の隙間を通って原子炉容器内の底から上に向
かって流れ、出力ユニット管の冷却材流通孔を通って原
子力容器内又は循環ポンプが原子力容器の外側に設けら
れた場合の原子力容器、循環ポンプ、及び両者を接続す
る配管によって形成された１次冷却系ループを循環す
る。 炉心の反応度は、上述した炉の出力に対応する炉心の径
方向反射体に対する配置位置及び炉心温度によって変
り、炉心温度が高くなるに従って抑制され、炉の出力を
減少させる性質を有する。従って、炉心の隙間を通って
流れる冷却材の温度が高くなったり、炉心流量を減少し
た場合には、一次的に炉心温度が高くなるが、これによ
り炉心の反応度が抑制されて炉心温度が元に戻り、冷却
材の吸熱容量、即ち、炉の出力が減少する。冷却材の温
度が低くなったり、炉心流量を減少した場合にはこの逆
である。 加えて、冷却材の温度が高くなった場合には出力ユニッ
ト管等が熱膨張し、原子炉運転中の出力ユニット管の上
端は固定されているので炉心は原子炉容器の底に向かっ
て移動する。他方、径方向反射体は原子炉容器に固定さ
れているので熱膨張により上方に移動し、炉心は径方向
反射体の環内に相対的に深く挿入される。従って両者の
相対的移動により炉心の反応度はやや低下する。
径方向反射体の環内に挿入した炉心の配置位置により、
炉心がこれを挟んで接合する上下２つの軸方向反射体と
環状の径方向反射体によって囲まれる囲まれ具合が変
り、この囲まれ具合に応じて炉心から出力される熱エネ
ルギー量が変り、炉の出力は臨界→定格出力→最大出力
→定格出力→部分出力→スクラムと順次変化する。 冷却材は、自然対流又は取付けられた循環ポンプによ
り、通常、軸方向反射体に形成された軸方向の冷却材流
路及び炉心の隙間を通って原子炉容器内の底から上に向
かって流れ、出力ユニット管の冷却材流通孔を通って原
子力容器内又は循環ポンプが原子力容器の外側に設けら
れた場合の原子力容器、循環ポンプ、及び両者を接続す
る配管によって形成された１次冷却系ループを循環す
る。 炉心の反応度は、上述した炉の出力に対応する炉心の径
方向反射体に対する配置位置及び炉心温度によって変
り、炉心温度が高くなるに従って抑制され、炉の出力を
減少させる性質を有する。従って、炉心の隙間を通って
流れる冷却材の温度が高くなったり、炉心流量を減少し
た場合には、一次的に炉心温度が高くなるが、これによ
り炉心の反応度が抑制されて炉心温度が元に戻り、冷却
材の吸熱容量、即ち、炉の出力が減少する。冷却材の温
度が低くなったり、炉心流量を減少した場合にはこの逆
である。 加えて、冷却材の温度が高くなった場合には出力ユニッ
ト管等が熱膨張し、原子炉運転中の出力ユニット管の上
端は固定されているので炉心は原子炉容器の底に向かっ
て移動する。他方、径方向反射体は原子炉容器に固定さ
れているので熱膨張により上方に移動し、炉心は径方向
反射体の環内に相対的に深く挿入される。従って両者の
相対的移動により炉心の反応度はやや低下する。
以下に実施例を示し、この発明を更に具体的に説明す
る。 第１図にこの発明の液体金属冷却高速炉の１例を示す。 この液体金属冷却高速炉は、原子炉容器１及び出力ユニ
ット２を含んで構成されている。 この内の原子炉容器１内には溶融金属、例えばNa又はNa
Kから成る冷却材３が収容されている。また、この原子
炉容器１内の近底部に環状の径方向反射体４が支持体５
を介して固定されている。この支持体５は径方向反射体
４の環と同一内径の環状支持板5aと開放管5bとから成
り、環状支持板5aが原子炉容器１内に接合され、環状支
持板5aに開放管5bが下向きに、径方向反射体４が上向き
に相互の内縁を合わせて接合され、また、環状支持板5a
には冷却材３を流通可能とする複数の穴5cが開けられて
いる。更に、原子炉容器１は、その底端が原子炉容器１
を囲むピット６に固定され、その上部位置のピット６か
ら突出する振れ止め７により横揺れが防止されるように
なっている。 他方、出力ユニット２においては、径方向反射体４の環
内を貫通可能の径の炉心８及び炉心８を挟んで接合する
軸方向に冷却材３の複数の流路9cを形成した２つの軸方
向反射体9a,9bの一方の端縁に炉心８及び軸方向反射体9
a,9bと同径の出力ユニット管10の下端が接続されてい
る。この出力ユニット管10は、上部軸方向反射体9aの下
端が径方向反射体４の下端と同じレベルとなるまで径方
向反射体４の環内を下降しても、出力ユニット管の上端
が原子炉容器１外部上方に突出する長さを有しており、
また、この際の冷却材３中の液面近くに位置する所定位
置の周面に冷却材３を出力ユニット管10の内側から外側
へ流通可能とする複数の流通孔10c及び冷却材３上に位
置する所定位置の周面に上記冷却材３の流通をスムーズ
に行なうためのベント孔10dが開けられている。また、
この出力ユニット管10内には上端から下端に向けて冷却
材３の流路11cを形成した２次系ヒートパイプ11が、軸
方向反射体9aと２次系ヒートパイプ11との間には循環ポ
ンプ12が配設され、出力ユニット管10の上端は遮蔽体13
によって気密に覆われている。更に出力ユニット管10の
上端外周部位にはその上端面を境として下側の区画に熱
電対変換器14及び上側の区画に作動流体が流通する放熱
部16が接合され、また両区画を貫通する放熱系ヒートパ
イプ17が設けられている。以上の構成部材から成る一体
構造の出力ユニット２は、放熱部16の上端において図示
しない駆動系に接続され、また、原子炉容器１の上端部
は、出力ユニット２が上下動可能な貫通口を有する遮蔽
プラグ18により封栓されている。 また、上記構成部材において、例えば、炉心８で使用さ
れる燃料としてはU,Puの混合酸化物又はUNが挙げられ、
反射体4,9の材質としては例えばBe又はBeOが使用され
る。ヒートパイプ11,17、特に放熱系ヒートパイプ17の
材質は、作動流体がCeの場合にはTi又はNb-Zrが適当で
あり、この場合、通常、450〜900℃の温度範囲で適用さ
れる。また、作動流体がＫの場合にはNiが適当であり、
この場合、通常、50〜1000℃の温度範囲で適用される。 また、原子炉容器１の内壁、支持体５、出力ユニット管
10等の冷却材３と接触し、かつ、上記に挙げられた構成
部材を除くものの材質としては、例えばステンレス鋼が
使用され、遮蔽体13の材質としては、LiH,B4C等の中性
子遮蔽材及びＷ等のγ線遮蔽材が使用される。 上記構成の液体金属冷却高速炉において、冷却材３に使
用されるNa,NaK等の溶融金属は、原子炉容器１の周囲に
電気ヒータを巻いたり、あるいは原子炉容器１とピット
６との間の隙間に高温のガスを流したりなどして融点以
上の温度に加熱した状態で注入する。次いで原子炉容器
１内に出力ユニット２を設置し、原子炉容器１内の冷却
材３を自然対流又は循環ポンプ12により循環する。この
冷却材３の循環は、第１図の矢印に従って行なわれる。
即ち、冷却材３は、支持体５の開放管5bの管内に流入
し、順次、軸方向反射体9aの流路9c、炉心８の隙間、他
方の軸方向反射体9bの流路9cを経て出力ユニット管10の
管内を上向きに流れ、次いで流通孔10cから管外に流出
して出力ユニット管10と原子炉容器１との間を下向きに
流れ、支持体５の環状支持板5aに開けられた穴5cを通っ
て再び開放管5bの管内に流入する。 原子炉を起動するには、出力ユニット２をその下端に位
置する軸方向反射体9bから徐々に径方向反射体４に挿入
する。すると径方向反射体４と炉心８の配置が徐々に変
り、炉心８が２つの軸方向反射体9a,9bと径方向反射体
４とによって囲まれるようになり（第２図ａ）この液体
金属冷却高速炉の出力は臨界に達する。更に出力ユニッ
ト２の下端に位置する軸方向反射体9aが径方向反射体４
中に深く挿入されるに従い、炉の出力が徐々に上昇し、
炉心８が径方向反射体４の中央に位置する（第２図ｃ）
場合、炉の出力は最大となる。この場合、炉の出力が臨
界から最大に変化するまでの途中位置（第２図ｂ）の定
格出力を数10％上回るが、後述する熱伝達系の吸放熱過
程により対処できる構成となっている。そして炉心８が
径方向反射体４の中央位置（第２図ｃ）を越えて更に深
く挿入されると、炉の出力は徐々に減少し、第２図ｄに
示す位置で再び定格出力に達し、次いで第２図ｅに示す
位置で臨界出力に対応する部分出力に達し、炉心８が径
方向反射体４を完全に通過する（第２図ｆ）とスクラム
される。炉心８の反応度に応じて炉心８で発生した熱
は、炉心８の回りで冷却材３により吸熱され、炉心８回
りの冷却材３の温度を上昇させる。そして高温となった
冷却材３は流れに沿って出力ユニット管10中の２次系ヒ
ートパイプ11を加熱し、２次系ヒートパイプ11により吸
熱された後、出力管10の流通孔10cから外側へ流出され
る。他方２次系ヒートパイプ11により吸熱された熱は、
２次系ヒートパイプ11中を伝わってその上端まで伝達さ
れ、熱電対変換器14によりその１部が電気エネルギーに
変換（変換効率７％程度）され、残部は放熱系ヒートパ
イプ17を伝わって放熱部16において冷却される。そし
て、上記熱伝達系の吸放熱過程で生じた熱電対変換器14
の電気エネルギーが炉から出力されて利用されることと
なる。この炉の出力の自己制御性は、炉心８の燃料にU,
Puの混合酸化物又はUNを使用した場合、それぞれのドッ
プラー効果によるフィードバック効果が期待できる。ま
た、炉心８で冷却材３の温度が高くなり過ぎても、既に
説明したように原子炉容器１及び出力ユニット２が熱膨
張して炉心８は径方向反射体４に対して中央から下方に
向かって移動するので前記冷却材３の温度に加え、この
炉心８の径方向反射体４に対する配置位置によっても炉
心８の反応度、従って炉の出力が抑制されて調節され
る。 以上に示したように第１図に示す液体金属冷却高速炉は
固有の安全性を有する。例えば循環ポンプ12が停止して
も冷却材３は自然循環により支障なく循環し、かつ駆動
系の故障によりスクラムが不可能となり、炉心８の温度
がある程度上昇しても冷却材３が高温となり、炉心８の
反応度が減少し、炉心８の温度は許容値以下に押えるこ
とができる。 この様にして炉心８が例えば７〜８年の年月の後にスク
ラムされた後には、出力ユニット２を原子炉容器１から
引抜き、新たな出力ユニット２と交換することにより炉
心８の燃料交換を行なうことができ、出力ユニット２内
の構成部材の保守補修の際にも出力ユニット２全体を引
抜き、付着している冷却材３からの放射線を遮蔽するた
め不活性ガス雰囲気の遮蔽容器に入れて運搬し、出力ユ
ニット２内の構成部材の保守補修が行なわれる。 以上にこの発明の液体金属冷却高速炉の１例を示した
が、この炉は、例えば炉心の規模に応じて循環ポンプ12
のない構成とすることもでき、また、炉の出力として熱
エネルギーのみを利用する場合には熱電対変換器14及び
放熱系ヒートパイプ17を省略し、出力ユニット管10の上
端外周部位に２次系ヒートパイプ11の上端が位置する構
造にすることができる。また、出力管ユニット２に内蔵
した２次系ヒートパイプ11及び循環ポンプ12を削除し、
第３図ａに示す様に原子炉容器１の外部に循環ポンプ12
を介して熱交換器20を１次冷却系ループを形成する配管
19a,19b,19cにより接続したり、あるいは第３図ｂに示
すように原子炉容器１内の出力ユニット管の外部にそれ
ぞれ循環ポンプ12及び熱交換器20を配設しても良い。更
に炉心の規模により第３図ａ及びｂに示す炉から循環ポ
ンプ12を除いた構成とすることができるのは勿論であ
る。また、炉心がある程度大型化した場合には第３図ｃ
に示すように原子炉容器１の底に炉心８及び軸方向反射
体9a,9bの内部に軸方向に沿って出し入れ可能な配置位
置に制御棒21を必要な本数立設固定しても良い。なお第
３図ｃの炉において、制御棒21は制御棒取付台22に取付
けられ、この制御棒取付台22が原子炉容器１の底に設け
られた制御棒取付台受23に着脱自在に取付けられ、炉心
８及び軸方向反射体9a,9bの内部に制御棒案内管24が軸
方向に貫通するように取付けられ、この制御棒案内管24
は少なくとも定格運転中に完全に制御棒21が挿入され、
これ等により出力ユニット２引抜き後の制御棒21の交換
が行なえ、地震時の制御棒挿入性に問題の生じない構造
となっている。この様にこの発明の液体金属冷却高速炉
は、特許請求の範囲に記載された範囲内で、炉心の規模
炉の利用途等により様々な変形が可能である。
る。 第１図にこの発明の液体金属冷却高速炉の１例を示す。 この液体金属冷却高速炉は、原子炉容器１及び出力ユニ
ット２を含んで構成されている。 この内の原子炉容器１内には溶融金属、例えばNa又はNa
Kから成る冷却材３が収容されている。また、この原子
炉容器１内の近底部に環状の径方向反射体４が支持体５
を介して固定されている。この支持体５は径方向反射体
４の環と同一内径の環状支持板5aと開放管5bとから成
り、環状支持板5aが原子炉容器１内に接合され、環状支
持板5aに開放管5bが下向きに、径方向反射体４が上向き
に相互の内縁を合わせて接合され、また、環状支持板5a
には冷却材３を流通可能とする複数の穴5cが開けられて
いる。更に、原子炉容器１は、その底端が原子炉容器１
を囲むピット６に固定され、その上部位置のピット６か
ら突出する振れ止め７により横揺れが防止されるように
なっている。 他方、出力ユニット２においては、径方向反射体４の環
内を貫通可能の径の炉心８及び炉心８を挟んで接合する
軸方向に冷却材３の複数の流路9cを形成した２つの軸方
向反射体9a,9bの一方の端縁に炉心８及び軸方向反射体9
a,9bと同径の出力ユニット管10の下端が接続されてい
る。この出力ユニット管10は、上部軸方向反射体9aの下
端が径方向反射体４の下端と同じレベルとなるまで径方
向反射体４の環内を下降しても、出力ユニット管の上端
が原子炉容器１外部上方に突出する長さを有しており、
また、この際の冷却材３中の液面近くに位置する所定位
置の周面に冷却材３を出力ユニット管10の内側から外側
へ流通可能とする複数の流通孔10c及び冷却材３上に位
置する所定位置の周面に上記冷却材３の流通をスムーズ
に行なうためのベント孔10dが開けられている。また、
この出力ユニット管10内には上端から下端に向けて冷却
材３の流路11cを形成した２次系ヒートパイプ11が、軸
方向反射体9aと２次系ヒートパイプ11との間には循環ポ
ンプ12が配設され、出力ユニット管10の上端は遮蔽体13
によって気密に覆われている。更に出力ユニット管10の
上端外周部位にはその上端面を境として下側の区画に熱
電対変換器14及び上側の区画に作動流体が流通する放熱
部16が接合され、また両区画を貫通する放熱系ヒートパ
イプ17が設けられている。以上の構成部材から成る一体
構造の出力ユニット２は、放熱部16の上端において図示
しない駆動系に接続され、また、原子炉容器１の上端部
は、出力ユニット２が上下動可能な貫通口を有する遮蔽
プラグ18により封栓されている。 また、上記構成部材において、例えば、炉心８で使用さ
れる燃料としてはU,Puの混合酸化物又はUNが挙げられ、
反射体4,9の材質としては例えばBe又はBeOが使用され
る。ヒートパイプ11,17、特に放熱系ヒートパイプ17の
材質は、作動流体がCeの場合にはTi又はNb-Zrが適当で
あり、この場合、通常、450〜900℃の温度範囲で適用さ
れる。また、作動流体がＫの場合にはNiが適当であり、
この場合、通常、50〜1000℃の温度範囲で適用される。 また、原子炉容器１の内壁、支持体５、出力ユニット管
10等の冷却材３と接触し、かつ、上記に挙げられた構成
部材を除くものの材質としては、例えばステンレス鋼が
使用され、遮蔽体13の材質としては、LiH,B4C等の中性
子遮蔽材及びＷ等のγ線遮蔽材が使用される。 上記構成の液体金属冷却高速炉において、冷却材３に使
用されるNa,NaK等の溶融金属は、原子炉容器１の周囲に
電気ヒータを巻いたり、あるいは原子炉容器１とピット
６との間の隙間に高温のガスを流したりなどして融点以
上の温度に加熱した状態で注入する。次いで原子炉容器
１内に出力ユニット２を設置し、原子炉容器１内の冷却
材３を自然対流又は循環ポンプ12により循環する。この
冷却材３の循環は、第１図の矢印に従って行なわれる。
即ち、冷却材３は、支持体５の開放管5bの管内に流入
し、順次、軸方向反射体9aの流路9c、炉心８の隙間、他
方の軸方向反射体9bの流路9cを経て出力ユニット管10の
管内を上向きに流れ、次いで流通孔10cから管外に流出
して出力ユニット管10と原子炉容器１との間を下向きに
流れ、支持体５の環状支持板5aに開けられた穴5cを通っ
て再び開放管5bの管内に流入する。 原子炉を起動するには、出力ユニット２をその下端に位
置する軸方向反射体9bから徐々に径方向反射体４に挿入
する。すると径方向反射体４と炉心８の配置が徐々に変
り、炉心８が２つの軸方向反射体9a,9bと径方向反射体
４とによって囲まれるようになり（第２図ａ）この液体
金属冷却高速炉の出力は臨界に達する。更に出力ユニッ
ト２の下端に位置する軸方向反射体9aが径方向反射体４
中に深く挿入されるに従い、炉の出力が徐々に上昇し、
炉心８が径方向反射体４の中央に位置する（第２図ｃ）
場合、炉の出力は最大となる。この場合、炉の出力が臨
界から最大に変化するまでの途中位置（第２図ｂ）の定
格出力を数10％上回るが、後述する熱伝達系の吸放熱過
程により対処できる構成となっている。そして炉心８が
径方向反射体４の中央位置（第２図ｃ）を越えて更に深
く挿入されると、炉の出力は徐々に減少し、第２図ｄに
示す位置で再び定格出力に達し、次いで第２図ｅに示す
位置で臨界出力に対応する部分出力に達し、炉心８が径
方向反射体４を完全に通過する（第２図ｆ）とスクラム
される。炉心８の反応度に応じて炉心８で発生した熱
は、炉心８の回りで冷却材３により吸熱され、炉心８回
りの冷却材３の温度を上昇させる。そして高温となった
冷却材３は流れに沿って出力ユニット管10中の２次系ヒ
ートパイプ11を加熱し、２次系ヒートパイプ11により吸
熱された後、出力管10の流通孔10cから外側へ流出され
る。他方２次系ヒートパイプ11により吸熱された熱は、
２次系ヒートパイプ11中を伝わってその上端まで伝達さ
れ、熱電対変換器14によりその１部が電気エネルギーに
変換（変換効率７％程度）され、残部は放熱系ヒートパ
イプ17を伝わって放熱部16において冷却される。そし
て、上記熱伝達系の吸放熱過程で生じた熱電対変換器14
の電気エネルギーが炉から出力されて利用されることと
なる。この炉の出力の自己制御性は、炉心８の燃料にU,
Puの混合酸化物又はUNを使用した場合、それぞれのドッ
プラー効果によるフィードバック効果が期待できる。ま
た、炉心８で冷却材３の温度が高くなり過ぎても、既に
説明したように原子炉容器１及び出力ユニット２が熱膨
張して炉心８は径方向反射体４に対して中央から下方に
向かって移動するので前記冷却材３の温度に加え、この
炉心８の径方向反射体４に対する配置位置によっても炉
心８の反応度、従って炉の出力が抑制されて調節され
る。 以上に示したように第１図に示す液体金属冷却高速炉は
固有の安全性を有する。例えば循環ポンプ12が停止して
も冷却材３は自然循環により支障なく循環し、かつ駆動
系の故障によりスクラムが不可能となり、炉心８の温度
がある程度上昇しても冷却材３が高温となり、炉心８の
反応度が減少し、炉心８の温度は許容値以下に押えるこ
とができる。 この様にして炉心８が例えば７〜８年の年月の後にスク
ラムされた後には、出力ユニット２を原子炉容器１から
引抜き、新たな出力ユニット２と交換することにより炉
心８の燃料交換を行なうことができ、出力ユニット２内
の構成部材の保守補修の際にも出力ユニット２全体を引
抜き、付着している冷却材３からの放射線を遮蔽するた
め不活性ガス雰囲気の遮蔽容器に入れて運搬し、出力ユ
ニット２内の構成部材の保守補修が行なわれる。 以上にこの発明の液体金属冷却高速炉の１例を示した
が、この炉は、例えば炉心の規模に応じて循環ポンプ12
のない構成とすることもでき、また、炉の出力として熱
エネルギーのみを利用する場合には熱電対変換器14及び
放熱系ヒートパイプ17を省略し、出力ユニット管10の上
端外周部位に２次系ヒートパイプ11の上端が位置する構
造にすることができる。また、出力管ユニット２に内蔵
した２次系ヒートパイプ11及び循環ポンプ12を削除し、
第３図ａに示す様に原子炉容器１の外部に循環ポンプ12
を介して熱交換器20を１次冷却系ループを形成する配管
19a,19b,19cにより接続したり、あるいは第３図ｂに示
すように原子炉容器１内の出力ユニット管の外部にそれ
ぞれ循環ポンプ12及び熱交換器20を配設しても良い。更
に炉心の規模により第３図ａ及びｂに示す炉から循環ポ
ンプ12を除いた構成とすることができるのは勿論であ
る。また、炉心がある程度大型化した場合には第３図ｃ
に示すように原子炉容器１の底に炉心８及び軸方向反射
体9a,9bの内部に軸方向に沿って出し入れ可能な配置位
置に制御棒21を必要な本数立設固定しても良い。なお第
３図ｃの炉において、制御棒21は制御棒取付台22に取付
けられ、この制御棒取付台22が原子炉容器１の底に設け
られた制御棒取付台受23に着脱自在に取付けられ、炉心
８及び軸方向反射体9a,9bの内部に制御棒案内管24が軸
方向に貫通するように取付けられ、この制御棒案内管24
は少なくとも定格運転中に完全に制御棒21が挿入され、
これ等により出力ユニット２引抜き後の制御棒21の交換
が行なえ、地震時の制御棒挿入性に問題の生じない構造
となっている。この様にこの発明の液体金属冷却高速炉
は、特許請求の範囲に記載された範囲内で、炉心の規模
炉の利用途等により様々な変形が可能である。
以上の説明から明らかなように、この発明によれば、従
来の液体金属冷却高速炉に必要とされていた制御棒駆動
機構及び燃料交換装置を省略でき、更に炉心の規模等に
より循環ポンプ等をも省略できるため、液体金属冷却高
速炉の小型化のために必要な簡略化が行なえ、更に固有
の安全性にも優れており、将来の超小型固有安全炉を実
現する上で適当な構造の液体金属冷却高速炉が提供され
る。
来の液体金属冷却高速炉に必要とされていた制御棒駆動
機構及び燃料交換装置を省略でき、更に炉心の規模等に
より循環ポンプ等をも省略できるため、液体金属冷却高
速炉の小型化のために必要な簡略化が行なえ、更に固有
の安全性にも優れており、将来の超小型固有安全炉を実
現する上で適当な構造の液体金属冷却高速炉が提供され
る。
第１図は、この発明の液体金属冷却高速炉の１例を示す
説明図、 第２図ａないしｆは、炉の出力が臨界からスクラムに至
るまでのこの発明に係る炉心の配置を順次示す説明図、 第３図ａないしｃは、それぞれこの発明の液体金属冷却
高速炉の別の１例を示す説明図である。 １……原子炉容器、２……出力ユニット、３……冷却
材、４……径方向反射体、８……炉心、９……軸方向反
射体、10……出力ユニット管、11……２次系ヒートパイ
プ、12……循環ポンプ、14……熱電対変換器、17……放
熱系ヒートパイプ、20……熱交換器、21……制御棒、9
c,11c……冷却材流路、10c……冷却材流通孔。
説明図、 第２図ａないしｆは、炉の出力が臨界からスクラムに至
るまでのこの発明に係る炉心の配置を順次示す説明図、 第３図ａないしｃは、それぞれこの発明の液体金属冷却
高速炉の別の１例を示す説明図である。 １……原子炉容器、２……出力ユニット、３……冷却
材、４……径方向反射体、８……炉心、９……軸方向反
射体、10……出力ユニット管、11……２次系ヒートパイ
プ、12……循環ポンプ、14……熱電対変換器、17……放
熱系ヒートパイプ、20……熱交換器、21……制御棒、9
c,11c……冷却材流路、10c……冷却材流通孔。
Claims (9)
- 【請求項１】液体金属冷却材が満たされている原子炉容
器と、該原子炉容器内に配置されて固定されている環状
の径方向反射体と、該原子炉容器内を垂直方向に延び、
該径方向反射体の環内を貫通可能な出力ユニットと、該
原子炉容器外部上方に配設され、該出力ユニットを上下
に駆動させる駆動装置とからなり、該出力ユニットは、
炉心と、該炉心の上下に取付けられかつ軸方向に冷却材
流路を有する上部および下部軸方向反射体と、該上部軸
方向反射体の上端に接続されて原子炉容器内を垂直に上
方に延びかつ所定位置に複数の冷却材流出孔を有する出
力ユニット管とからなる一体構造を有し、該出力ユニッ
ト管の長さは、上部軸方向反射体の下端が径方向反射体
の下端と同じレベルとなるまで径方向反射体の環内を下
降しても、出力ユニット管の上端が原子炉容器外部上方
に突出する長さを有することを特徴とする液体金属冷却
高速炉。 - 【請求項２】出力ユニット管内に上端から下端に向けて
冷却材流路を形成した２次系ヒートパイプを配設した請
求項１記載の液体金属冷却高速炉。 - 【請求項３】出力ユニット管の上端外周部位に放熱系ヒ
ートパイプ及び熱電対変換器を配設した請求項２記載の
液体金属冷却高速炉。 - 【請求項４】２次系ヒートパイプと上部軸方向反射体と
の間に循環ポンプを設けた請求項２又は３記載の液体金
属冷却高速炉。 - 【請求項５】熱交換器を原子炉容器の１次冷却系ループ
を形成する配管により接続した請求項１記載の液体金属
冷却高速炉。 - 【請求項６】熱交換器と原子炉容器との間に循環ポンプ
を介設した請求項５記載の液体金属冷却高速炉。 - 【請求項７】原子炉容器内の出力ユニット管配置位置周
辺に熱交換器を配設した請求項１記載の液体金属冷却高
速炉。 - 【請求項８】原子炉容器内の出力ユニット管配置位置周
辺に更に循環ポンプを配設した請求項７記載の液体金属
冷却高速炉。 - 【請求項９】原子炉容器内底部から径方向反射体の環内
に向けて複数本の制御棒を立設して固定し、出力ユニッ
トが径方向反射体の環内の所定位置まで下降してきたと
きに、炉心および軸方向反射体の内部に軸方向に沿って
制御棒が挿入されるようにした請求項１ないし８のいず
れか１項記載の液体金属冷却高速炉。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1028423A JPH0715503B2 (ja) | 1989-02-07 | 1989-02-07 | 液体金属冷却高速炉 |
| FR9001307A FR2642888A1 (en) | 1989-02-07 | 1990-02-05 | Fast reactor cooled with liquid metal |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1028423A JPH0715503B2 (ja) | 1989-02-07 | 1989-02-07 | 液体金属冷却高速炉 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02206794A JPH02206794A (ja) | 1990-08-16 |
| JPH0715503B2 true JPH0715503B2 (ja) | 1995-02-22 |
Family
ID=12248250
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1028423A Expired - Lifetime JPH0715503B2 (ja) | 1989-02-07 | 1989-02-07 | 液体金属冷却高速炉 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0715503B2 (ja) |
| FR (1) | FR2642888A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101404954B1 (ko) * | 2012-10-23 | 2014-06-12 | 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단 | 액체금속층을 이용한 노심용융물 냉각방법 및 이를 이용한 원자로 냉각시스템 |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8472581B2 (en) * | 2008-11-17 | 2013-06-25 | Nuscale Power, Llc | Reactor vessel reflector with integrated flow-through |
| EP2532006B1 (en) | 2010-02-04 | 2015-04-22 | General Atomics | Nuclear fission reactor |
| JP5727799B2 (ja) * | 2011-01-21 | 2015-06-03 | 株式会社東芝 | 原子炉格納容器の熱輸送装置 |
| CN114530264B (zh) * | 2022-01-04 | 2024-02-20 | 中国原子能科学研究院 | 一种空间堆 |
| CN114530263B (zh) * | 2022-01-04 | 2024-03-22 | 中国原子能科学研究院 | 一种核反应堆 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3385759A (en) * | 1967-05-08 | 1968-05-28 | Atomic Energy Commission Usa | Fast burst neutronic reactor |
| US3664923A (en) * | 1968-09-11 | 1972-05-23 | Thomas J Connolly | Fast neutronic reactor utilizing plutonium 240 fuel |
| ATE56302T1 (de) * | 1984-09-05 | 1990-09-15 | Georg Vecsey | Verfahren fuer die passive weitergabe von waerme aus kernreaktoren und einrichtung zum betrieb dieses verfahren. |
-
1989
- 1989-02-07 JP JP1028423A patent/JPH0715503B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1990
- 1990-02-05 FR FR9001307A patent/FR2642888A1/fr active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101404954B1 (ko) * | 2012-10-23 | 2014-06-12 | 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단 | 액체금속층을 이용한 노심용융물 냉각방법 및 이를 이용한 원자로 냉각시스템 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02206794A (ja) | 1990-08-16 |
| FR2642888B1 (ja) | 1993-06-04 |
| FR2642888A1 (en) | 1990-08-10 |
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