JPS6020188A - 伝熱管の破損検出法 - Google Patents

伝熱管の破損検出法

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JPS6020188A
JPS6020188A JP58127915A JP12791583A JPS6020188A JP S6020188 A JPS6020188 A JP S6020188A JP 58127915 A JP58127915 A JP 58127915A JP 12791583 A JP12791583 A JP 12791583A JP S6020188 A JPS6020188 A JP S6020188A
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JP
Japan
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cooling system
sodium
primary
heat exchanger
heat transfer
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Pending
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JP58127915A
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English (en)
Inventor
横田 憲克
内藤 袈裟博
和雄 高橋
下屋敷 重広
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、高速炉の冷却系に係り、特に中間熱交換器伝
熱管の破損の検出に好適な方法に関する。
〔発明の・背景〕
高速炉の冷却系全例にとれば、炉心で発生した熱は、1
次冷却系の冷却材たとえばす) IJウムによって冷却
され、中間熱交換器伝熱管を介して2次冷却系の蒸気発
生器へと熱が伝えらrしる。1次冷却系は、種々の物質
が放射化されている。こσ〕ため、中間熱交換器は、放
射性物質を含む1次系と非放射性物質の2次系との境界
金なしている。
このため、もし中間熱交換器の伝熱管が破損し/乙場合
、中間熱ダ換器の破損孔を通して、1次冷肩j系のす)
 l)ラムが、万一2次系に流出することも考えられる
。この安全対策として、通常2次系σつナトリウムの圧
力を1次系のす) IJウムの圧力よりも商く保ってい
る。このようにすれは、中11+ 槃1交換器の伝熱管
が破損した場合でも、1次系σ〕ブートリウムが2次糸
へ漏洩するのを防止できる。17かし、伺らかの事故で
、圧力が等しい力・もしクー逆転した場合には、1次系
ナトリウム力は2次系へ流出し、1次系の放射性物質に
よる汚染952次系にも広がる恐れがある。このため、
中間!lJA交49す暑にの伝熱管が破損した場合には
、これを早↓す1にし力\も微少漏洩時に検出しておく
方が望寸しい。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、特に高速炉の冷却系において、中間熱
交換器の伝熱管の破損を早期に検出する方法を提供する
ことに必る。
〔発明の概要〕
本発明は、2次系の冷却材の圧力が1次系の冷却材の圧
力よりも高いこと全利用し、2次系に特定物質の濃度を
1次系よりも高くしておき、中間熱交換器が破損した場
合、1次系の前記物質の恭度もしくは、前記物質が炉心
で中性子照射全党は核反応の結果生成した物質を冷却材
中もしくtユガス相で検出することを%徴とした伝熱管
の破損検出法に1犯する。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の一実施例?説明する。1犯1図は、高速
炉の1次系および2次系を示したものである。炉容器1
の上部には、プラグ2がとりつけられ、炉容器1内には
、炉心3とこfL’l17ささえる下部支持構造4、冷
却材5およびカバーガス6が収納されている。冷却系で
は、まず1次冷却系において、1次冷却系配管7、中間
熱交換器8.1次冷却系ポンプ9から構成されており、
2次系においても同様に、2次冷却系配管10、蒸気発
生器11.2次冷却系ポンプ12とからなっている。蒸
気系では、蒸気配管13が設けらノ′1、ている。高速
炉の場合、冷却材としてナトリウム中主に使用されてい
る。以下、冷却材としてナトリウムを用いた場合を例に
とり説明する。炉心3では、核燃料物質が核分裂し、こ
の除熱を放出する。こ、l″L全冷却するため、1次冷
却系ポンプ9を用いて冷却材ナトリウムケ循槻させる。
炉心3でfsk受は取ったナトリウムは、1次冷却系配
Ti7を通って中間熱交換器8に運ばれ、伝熱管を介し
て2次系のナトリウムと熱交換する。寸だ炉容器1内に
は、炉心を支持1−るための下部支持構造4があり、ナ
) IJウムが炉心内上流れるようになっており冷却材
5の上部には、人気と冷却材との接触および冷却材の膨
張を吸収するためのカバーカス6が設けられている。通
常このカバーガス17Cはアルゴンガスが用いられてい
る。2次系においては、中間熱交換器8で熱交換したす
トリウムeま、2次系ポンプ12の吐出圧により、2次
冷却系配肯10ケ経て蒸気発生器11に運はれる。蒸気
発生器11では、2次系のナトリウムと、蒸気系σ〕水
あるいは、蒸気と熱交換する。このような系において、
1次冷却系と2次冷却系の圧力差を第2凶のようにする
。つまり、2次冷却系の圧力ケ1次冷却系の圧力よりも
高くしておく。この場合、中間熱交換器の伝熱管が破損
すると、2次系のナトリウムが1次冷却系に流入する。
今2次系のナトリウムに、1次冷却系に含まれない物質
を給量しておくかめるいtま、1次系よりも2次糸の−
)技全尚めておくと、中間熱交換器の伝熱管が破損した
場合、この物質が1次系にDL人し、この物質あるいは
濃度変化を検出すれば、伝熱管の破損ケ検出することが
できる。
以下、特定物質としてカリウムを用いた場合の実施例に
ついて説明する。カリウムは、天然にはa 9x 、 
40 K1および”Kがあり、それぞれの存在比は、9
3.22係、0.0118係、6.77%である。
第3図に示すように、カリウムの濃度全1次系に較べ2
次糸の態度金高めておく。
カリウムは、ナトリウムに6解し堂すい。第4図にナト
リウム−カリウムの状態図を示す。ナトリウムは融点が
98℃であり、カリウムを溶解烙せていくと融点は徐々
に下がる。従ってカリウムは容易にナトリウムに7容解
させることができる。
このように、2次系のカリウム濃度は、任意に変化させ
ることができる。
カリウムがナトリウム中に混入していると炉上・では、
中性子の照射を受けて、核反応が起こめ。
特に尚速炉の場合、カリウムの同位体のなかで”Kが高
速中性子と核反応奮起こす。
”K (n +、 i) ) ”A r (1)このよ
うに”Kは、中性子と反応して” A rが生成される
。炉心で、(1)式による” A rの発生率は次の式
で表わさf’Lる。
ここで N:41Arの発生率 ■L:中性子j!((射を受ける炉心体積ψ :中性子
のフラツクス C:ナトリウム中41にの良度 C: ”K (n、 r )”Ar 反応の微視的断面
積 高速中性の場合、微視的断面積は、約80ミリバーン程
度である。
一方ナトリウム中のアルゴンガスの溶解度を調べてみる
。こni第5図に示す。アルゴンガスのす) IJウム
中溶解度は、ナトリウムの温度が上昇するとともに増加
しているが炉心温度が約530℃とした場合には約1O
−8(原子数A r / N a )となり、溶解度が
小さいことがわかる。このことから、(1)式で生成し
た”Arば、1次冷却系ポンプによるす) IJウムの
流動も手伝って、容易にカバーガス6の気相に移行する
ものと考えられる。
次にN ”Arの検出方法の実施例を第6図を用いて説
明する。炉容器1内のカバーガス6のガスは、配管14
、ベーパトランプ15、弁16、ガストランプ17、配
管18を経て配管19から炉容器1のカバーガス6へ戻
るものと、配管20゜弁2ii+=てスタック22へと
流ハ、るも(/J カ6 ル。
炉容器のカバーガス6のガスとしてアルゴンガスなどが
用いろt[でいる。このカバーガス中((汀、ナトリウ
ムベーパやナトリウムミストが含まれている。このナト
リウムを除去するためにベーパトランプ15が設けられ
ている。ベーパトランプにはトラソゲの効率を上けるた
めに、ステンVスの細線などが充填されている。その後
段Vこは、核分裂によって生成するクリプトン(Kr)
(”ギヤノン(Xe )などの希ガスヶ除去づ−るカス
ト・ラップ17がとりつけらねている。こ11は、弁1
6を介して、切り換えることができる。その後、ガスの
御名ISは、セ)びカバーカスに戻さ才1. 4小はス
タック22から大気に放出される。” A rの検出は
、ガストラップ17で行なう。カストラップは充」β材
に、活性炭やモVキュラシーブなどケ用いる。こ、hを
液体蛋素等Arよりも沸点の低い冷媒音用いる。この冷
却によりA r Bガストラップて゛除去され、このと
きの”Arの放射能を放射線検出装置により測定すれは
よい。なお”Arの半減期は1.83hで、γ線のエネ
ルギーは1.298MeVで100%の放出率である。
ガストラップを多段に組み、これを順次切り換え、ガス
トランプ中の”Ar濃度を検出する。この外に、ガスの
直接放射能を測定し、こ′rLヲ波冒分析し、”Arの
濃度全検出してもよい。
次に、2次系に添加するに濃度と中間熱交換器の伝熱管
の破損検出との関係盆みてみる。通常、ナトリウム中に
は、Kが10ppm程度含才れている。この場合、”K
 (n+ p)”Arに寄与する”K濃度は、0.67
71) pmとなる。このときの発生率をめてみる。(
2)式よりめる。次の諸数値を用いる。
VL :l:、、Q、154 h>s ψ :5X1018ケ/cm2・5 C=O1677ppm (=9.94X10”atm/
cm3)σ = 0.08 X 10””’cm2発生
率は、174.5μc i / s e c となる。
また、ナトリウム中には、わずかであるが、第5図に示
すようにアルゴンが溶解している。このアルゴンガスは
、中性子と反応(40A r (I’ + r)”A 
r ) シて”Ark生成する。この反応による発生率
をめてみる。
C= 0.81)pm (=3.38X10”atm/
crn’)σ=0.93XIQ cm 発生率は、0.69μc i / s e c となる
。従って、ナトリウム中の”Kと”Arによって、検出
のバンクグラウンドが決まる。41にと40Arの”A
r発生に寄与する割合は、”Krが殆んどで40A r
の寄与を無視できる。従って、41Kによるバンクグラ
ウンドに対し、今、2倍程度を検出感度に選び漏洩量を
1mAと設定する。1次系のナトリウム量を150Il
〕3 とする。1次系の”Kの濃度全バンクグラウンド
の2倍すなわち1.351)r)mになるための2次系
のに−Mは、約30001)1)mとなる。この300
0 I) I)mは、約0.3%相当である。
第4図に示したように、ナトリウムとカリウムは相互に
溶解しやす<、0.3%の溶解に対して、材料の腐食や
伝熱特性に何ら影響ヲ及ぼすものでにない。
さらに検出感度を上げるたぬには、2次系のカリウム濃
度を上けrしはよい。その外の方法として1次系のy;
−a夏w下げれば、その感度はさらに上昇する。たとえ
は、ナトリウム中のC8除去に用いられているR V 
C(Ri ticnla ted Vi treous
Carbon ) k用いてKe予じめ1次系のす) 
IJウム中から出来るたけ除去しておけば、感度が上昇
する。K量’tioppmから11)IDmに下げたと
すると感度が1桁上昇する。
以上述べてきたように、2次系の圧力を1次系の圧力よ
り尚く保ち、しかもに濃度21次系に較べ2次系を商く
しておくと、中間熱交換器の伝熱管が破損した場合、2
次系のKが1次系へ流入し、1次系のに濃度ケ高める。
この結果4+K(n、p)”Arによる”Arの発生率
がバンクグラウンドニ戦へ上昇し、この上昇値から、中
間熱交換器伝熱管の破損を検出することができる。中間
熱交換器の伝熱管の破損を検出することによって、何ら
かの原因で、1次系と2次系の圧力バランスが逆転した
としても、放射性物質が1次系から2次系への漏洩を炉
の停止、1次冷却系が多ループで構成さ才1.ている場
合には、漏洩したループのす) 11ウム全ドレンする
などにより未然に防止することができる。さらに、放射
性物質の汚染拡大が防止できるので炉運転にとって安全
性を向上させることができる。
上記したように、特定物質をKに限るものではない。例
えば、2次系に重水素を添加しておき、1次系における
重水素一度を測定してもよい。検出方法としては、従来
から用いられているエンケル薄膜式水素計を用いても達
成が可能である。また、41K(n+ p)” A r
のように生成核として不活性ガスのよりにナトリウムに
浴けにくいものを選定したが、必ずしもその必要はない
。生成核がナトリウムに非常にとけやすいものでもよい
。この場合、1次冷却系の一部に、その生成核奮検出す
る装置ケとりつけ、これによって検出してもよい。例え
ば、2次系に82Sek溶解させ”Se (n+ r 
) 83Br の反応を利用し、ナ) IJウム中の8ABrk検出し
ても、Kを添加した場合と同様の効果を得ることができ
る。
〔発明の効果〕
本発明によれば、特定物質例えばカリウムを1次系より
も2次系の濃度を高く、シかも、圧力全カリウム濃朋と
同じく1次系よりも2次系全島くしておけば、2次系の
カリウムが1次系へ流出し、カリウム中の”Kが41K
 (n、p)”Arの反応で” A rが生成され、こ
れが気相へ移行し、これを検出することによって、中間
熱交換器の伝熱管の破損を検出することができるので、
放射性物(ナトリウムの放射化、核分裂生成物、腐食生
成物)を含む1次系冷却材が2次系へ移行し、放射能に
よる汚染の拡大を未然防止することができる効果がある
【図面の簡単な説明】
第1図は高速冷却系の構成図、第2図は1次冷却系と2
次冷却系の圧力差を示す図、第3図は1次冷却系と2次
冷却系における特定物質の酸度差を表わす図、第4図は
ナトリウムとカリウムの相状態図、第5図はナトリウム
中アルゴンカスの溶解度を示す図、第6図は”Arを検
出する構成図である。 3・・・炉心、6・・・カバーガス、8・・・中IMI
 熱交換器、第 l 図 2 茅2 目 茅3 図 $4 月 ′):に カリウム(d〆ジ 第 5 図 星座(°C) 温 度 (1/・詠toj) 第6図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、 ガス相を有する1次冷却系の炉心で発生する熱を
    2次冷却系へ中間熱交換器伝熱管を介して伝える高速炉
    の冷却系において、2次冷却系の冷却材の圧力を1次冷
    却系の圧力よりも高くシ、シかも、2次冷却系の冷却材
    の特定の不純物濃度全1次冷却系の冷却側の不純物濃度
    よりも畠くしておき、1次冷却系中の前記不純物濃度も
    しくは、前記不純物が炉心で中性子照射全党は生成した
    不純物を冷却材中もしくは、ガス相で検出できる手段を
    有することを特徴とする伝熱管の破損検出法。
JP58127915A 1983-07-15 1983-07-15 伝熱管の破損検出法 Pending JPS6020188A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63113635U (ja) * 1987-01-17 1988-07-21

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63113635U (ja) * 1987-01-17 1988-07-21

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