JPS60219588A - 原子炉の溶融炉心物質保持装置 - 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】 く技術分類・分野〉 開示技術は、高速増殖炉や軽水炉の容器内の構造物が一
部溶融して落下ずるのを保持づる装置の構造技術分野に
属づる。

〈要旨の解説〉 而して、この発明は、該高速増殖炉や軽水炉等の原子炉
の容器の内部の下部のプレナムに設けられて溶融炉心物
質に対重る保持機能を右づる装ｄに関ずる発明であり、
特に、該プレナムの構造物に該溶融炉心物質に対するパ
ン型のライナーが一体的に添設され、更に、該ライナー
に対してその表側に於いて該溶融炉心物質にその基部加
熱部を一体的に浸積させると共に、外部の冷却材に冷ｕ
１部を接触させるヒートパイプが該ライナーの下側にも
多数設けられているようにした溶融炉心物質保持装置に
係る発明である。

〈従来技術〉 周知の如く、高速増殖炉や軽水炉等の原子炉においては
、不測の事態により容器の内部の炉心等の構造物の一部
が溶融して落下し始め、炉心下方の他の構造物に対し攻
撃を始め、更に、構造物の溶融を促進づ−る憂慮ずべき
事故に対処するために様々なタイプの溶融炉心物質保持
装置が設けられるようにされている。

而して、その代表的な例として、容器の底部に平板状の
コアキャッチャを設けて周囲の冷却材により強制的に冷
却するようにした装置があり、中には小さなトレイ群や
小バイブ部分を配設して溶融炉心物質に対する冷却機能
を大きくするようにしたタイプのものもある。

さりながら、この種の溶融炉心物質保持装置においては
、基本的に、溶融炉心物質が冷却材中を落下づる距離が
数メートルにも達Ｊるために、コアキャッチャ上に落下
する溶融炉心物質は粒子径の大きい順に層状に堆積づる
、所謂層状デブリベッドが形成され、したがって、混合
型のデブリベッドにはならず、そのため周囲には冷却材
があるものの、該冷却材によっては十分な冷却が出来な
いという欠点があった。

又、該コアキャッチャの主１１ツチプレート下側より冷
却材の自然対流によって冷ｕ１をＪるようにしているた
めに、＠置を自然対流が生じ易い構造にするために設８
１の自由度が少なくなり、４Ｒ造が無理な形状をとらさ
れるという同点があった。

一方、小さなトレイ群や小さなバイブ部分を配設するよ
うな装置においては、構造が極めて複雑になり、取りイ
リは作業が炉頂で製造上のコス１へが高くなるという不
利点もあった。

これに対するに、コアキャッチャを金網状に形成される
ような設翳１のものもあるが、このブ）式では冷却能力
を相当に増強する利点があるものの、’ｆ８融炉心物質
の保持という点では十分でなく、微細な溶融炉心物質が
炉内に拡散し易くなって、そのため該溶融炉心物質が一
次系全体に移動する虞がある不具合がある。

又、もともと溶融炉心物質はその落下位置が不確定であ
って拡散し易く、したがって、このような溶融炉心物質
を完全に保持、且つ、冷却するにはトレイ群や小パイプ
群の数が多く取らざるを得ないが、その数には限度があ
るという設計上の＆１約がある不都合さがあった。

そして、これらの装置は、本来的に、このような溶融炉
心物質の落下という発生確率が極めて小さい事故である
にも拘わらず、使用頻度がぽどんど皆無に近いという稼
動率の低い装置を原子炉の寿命全体に厘っで保持しなけ
ればならないということ、又、原子炉の正常運転時にお
いては障害となり易く、特に、ループ型の高速増殖炉等
においては炉心への冷却制流入条件を悪化させ、平常運
転に支障をさ！こし兼ねない虞があった。

又、容器の外側にコア：ｌ：　１−ツチトを付設するタ
イプのものもあるが、建造コストが増大Ｊるデメリット
がある上に保守点検や管理上に問題があり、適切な技術
とはいい雌い同点があった。

〈発明の目的〉 この発明の目的は上述従来技術に繕づく、高速増殖炉や
軽水炉等の原子炉の容器内に於ける溶融炉心物質の構造
物に対Ｊる落下攻撃に対する保持装置の構造上の問題点
を解決すべき技術的課題どし、本来的に溶融炉心物質に
対づる保持機能をｋＷ実に有し、又、原子炉の正常運転
には何の支障をきたさないようにし、しかも、はとんど
発生する虞のない長期間全く不使用であっても将来起り
着るかも知れない可能性に対しては、同等性能の低下が
生ぜず、万一の使用時に、１３いては有効にイの機能を
発揮することが出来て、事故拡大を防１１りる安全性が
高いうえに構造的には簡易構造であって、建造時におい
ては低コストで−Ｉ分に経済的に見合うことが出来るよ
うにしてエネル１！−産業にＪハノる原子力利用分野に
益りる鐙れた原子力】の溶融炉心物質保持装置を提供せ
んとするらのである。

〈発明の構成〉 この発明の構成は、ＯＦ＋述問題点を解決号るために原
子炉の容器内に設けた炉心が不測にしてｙＩ混して溶融
炉心物質が生じ、該炉心の構造物を溶融し、その下側の
プレナムの構造物を溶融し始めて落下し、これらの構造
物を攻撃するようになると、プレナム構造物に予め設け
Ｉこ溶融炉心物質に対するパン型のタンタル、タングス
テン、レニューム等の高融点で、且つ、比較的高い熱伝
導率を有する金属製であるライナーがぞの内側に一体的
に添設されて該溶融炉、心物質を保持するようにし、而
して、該ライナーはその下側、及び、周囲の冷ｕｌ材に
より直接的に冷却されると共に、該構造物、及び、ライ
ナーを貫通してその加熱部が該溶融炉心物質に浸積され
、先端の冷却部が該冷却材にあるようにされた多数のヒ
ートパイプが該構造物とライナーとを貫通して放射状に
設けられ、更に、該ライナーの下側にも該ヒートパイプ
が同様放射状に多数設けられて強制的に該溶融炉心物質
を直接、間接的に冷却づるようにし、したがって、該ラ
イナーに落下する溶融炉心物質は最小溶融状態から冷Ｉ
Ｉ材との熱的な相互反応により、微粒化され、固化し始
めて落下し、ライナーの床面に崩壊熱を発生させながら
堆積してデブリベッドとなっていき、下側のプレナム構
造物や容器底部を崩壊することなく冷却堆積し、事故が
拡大しないようにした技術的手段を講じたものである。

〈実施例−構成〉 次に、この発明の１実施例を図面に基づいてＳ１明すれ
ば以下の通りである。尚、全図面を通して同一態様部分
には同一符号を用いるものと１６゜第１図に示す態様に
おいて、１は高速増殖炉の原子炉の容器であり、その下
部には冷Ｎ１材出ロノズル２が設けられており、又、上
部プラグの下部には冷Ｎ１材出ロノズル３を右型る出口
プレナム４が設けられている。

そして、炉心上部構造部５の下側には炉心６が設けられ
ており、その周囲にはプランケラ］へ１等が設けられ、
下部には低圧プレナムや高圧ブレナームを有する調整プ
レナム８が設けられて下部構）点部９をなしている。

当該構造は従来態様と実質的に同一であり、−での概略
は第２図に模式的に示されている。

而して、第３．４図に示す態様において、１０はプレナ
ム構造物であり、上記炉心６の下部構造９をなず一部ぐ
あり、例えば、上記調整プレナム８であり、したがって
、従来同様の構造物であり、その内外部はプレナム部１
１をなしており、実施態様においては平断面が連係であ
り、パン型形状をなしている。

そして、該第３．４図に示ずものは、この発明の要旨を
成す溶融炉心物質保持装置１２をなしており、該溶融炉
心物質保持装＠１２は上記構造物１０のパン型の内側に
一体的に張りイ」けられてライナー１３、例えば、タン
タル、タングステン、レニューム、或は、これらの合金
等の高融点であって比較的高い熱伝導率を有Ｊる金属に
よって造られており、又、上記プレナム構造物１０を貫
通し、外側の冷ＩＪＩ材にその冷却部１４を臨ませてい
ると共に、内側の該ライナー１３内に落下堆積する溶融
炉心物質１５に加熱部１Ｇを浸積させるようにされた周
公知の一般的態様のヒートパイプ１７が設定数多数放射
状に設置−１られ、更に、該ライナー１３の下側に於い
て該プレナム構造物１０に埋設されたヒートパイプ１７
．１１′　・・・が同じく多数ｆｉ射状に設けられてい
る。

そして、該上下の放射状に多数設けられているヒートパ
イプ１１．１１・・・、１７’　、１７’　・・・はそ
のパイプ本体は上記ライナー１３と同一のタンタル、タ
ングステン、レニューム等の高融点であって、比較的高
い熱伝導率を有する金属によって造られており、又、そ
の作動液は、例えば、液体金属太トリウム等の冷却材に
漏出した場合の不測の事態において異常反応が生じない
ようなＮａ、ＮａＫ等の液体金属にされており、ウィッ
クにより凝縮して戻り、蒸発循環する構造を有し除熱機
能を有しているものである。

したがって、ライナー１３の中心部の加熱部１６から吸
熱し、外端部の冷却部１４にて冷却材に放熱して除熱す
るようにされている。

又、第４図に示す様な放射配列により、プレナム構造物
１０のプレナム部１１の溶融炉心物′ｆ１１５を中心部
から吸熱して外部のプレナムの冷却材１４に／１父熱し
て冷却し、デブリベッドを固化堆積させるＪ：うに作用
する。

〈実施例−作用〉 上述構成において、原子炉が不測の事態によりその温瓜
制御が不能になる状態に陥った場合に炉心６が許容以上
に昇温し、炉心崩壊事故に至り、炉心６部における核燃
料集合体群は溶融し始め炉心ｆＳ構造物の下部を溶融し
て落下し、炉心核燃料、炉心構造物の鋼鉄体は溶融状態
となって溶融炉心物質となり、その下部のブレナム構造
物１０に対して落下していく。

そして、下部のプレナム構造物１０に降下していく溶融
炉心物質はその落下プロセスにおいて、周囲の冷却材と
の間に熱的相互反応を起こして微粒化固化し、プレナム
構造物１０のこの発明の要旨を成１溶融炉心物質保持装
＠１２のプレナム構造物１０のパン型のライナー１３の
内部に対して崩壊熱を発生させながら、堆積しデブリベ
ッドとなっていく。

而して、該ライナー１３内に堆積するデブリベッド１５
に対して臨まされている上部の放射状に多数に設けられ
たヒートパイプ１７．１７・・・は該デブリベッド１５
の溶融炉心物質を直接的に冷）ｉＩ＋するように作用し
、該溶融炉心物質の有する熱的ポテンシトルを下げ、又
、プレナム構造物１０に対する熱的０荷を下げるように
作用する。

勿論、該各ヒートパイプ１７の作用は一般のヒートパイ
プ同様に加熱部によって吸収づる該溶融炉心物質の熱に
より内部のＮａ　、Ｎａ　Ｋが蒸発し、外部の冷却部に
達して周囲の冷却材に放熱し、ウィックにより加熱部に
下降（るように循環作用りる。

尚、該各ヒートパイプ１７のパイプ本体はタンタル、タ
ングステン、レニューム等の高融点で高い熱伝導率を有
しているので溶融炉心物質に直接さらされてもその機能
は十分に保たれる。

一方、該ヒートパイプ１７．１７・・・の下側に於いて
ライナー１３の裏側、且つ、プレナム構造物１０に設け
られた多数の放射状のヒートパイプ１７’　、１７’・
・・は該ライナー１３に対して堆積されるデブリベッド
１５の溶融炉心物質を間接的に除熱冷ＩＪ１りると共に
、ライナー１３、及び、プレナム構造物１０を直ｊ＆的
に冷Ｎ１づる作用を果たし、これらの温度上昇に伴う材
料強度の劣化を防ぎその強度を保つように働く。

し７ｊがって、その結果、ライナー１３内にｊｔＬ積づ
る溶融炉心物質を十分に保持してライナー１３は勿論、
プレナム構造物１０の崩壊を防ぎ、容器１を更に崩壊（
るようなことがないようにする。

勿論、該下側の各ヒートパイプ１７′　のパイプ本体は
上述同様にタンタル、タングステン、レニューム、或は
、それらの合金等で作製されているためにその健全性は
十分に保証され、ヒートパイプとしての機能は十分に保
たれる。

尚、これらのヒートパイプ１１．１１′・・・の作業中
に不測にして内部の作動液が周囲の作動液に漏出したと
しても、該作動液が、例えば、Ｎａ１ＮａＫ等の液体金
属であるために、作動液の液体金属ナトリウム等と異常
反応を起こす虞は全くない。

又、この間、上記溶融炉心物質保持装置１２は第３．４
図に示す様に、ブレナム構造物１０自体を用いているた
めにブレナム人口Ｃ・冷却材の入口流ｆｈを直接乱すよ
うなことはない。

そして、又、第３．４図に承り様に、このｉｔ明の溶融
炉心物質保持装置１２の各ヒートパーイブ１７．１７′
・・・はプレナム構造物１０に対して中心から周囲の冷
却材に対して放射状に設けられているｌこめに、各冷Ｉ
Ｊ１部１６が冷却材内に故熱効ｙｔ’が良いようにヒツ
トされることになり、したがって、ライナー１３内の溶
融炉心物質に対Ｊる、又、ライナー１３、及び、プレナ
ム構造物１０に対する冷Ｉ４１効率は極めて良いことに
なる。

而して、原子炉の通常運転に際しては、十）ホの如く、
溶融炉心物質保持装置１２が容器１内のプレナム構造物
１０その物を用いているために冷７ＪＩ　＋４の流過に
は同等支障はなく、したがって、通常運転は十分に保証
されるものである。

尚、この発明の実施態様は上述実施例に限るしのでない
ことは勿論であり、上）本の如く、ブレツム構造物を用
いるばかりでなく、例えば、」ア４−ヤッチ１１のライ
ナーとして用いることが出来、その他容器内の構造物を
用いる様々の態様が採用可能である。

〈発明の効果〉 以上、この発明によれば、基本的に、原子炉の炉心溶融
時における溶融炉心物質の下部構造物攻撃を早期に防止
し、速やかに冷却することが出来る効果があり、従来の
ようなコアキャッチャとは異なり、容器内のプレナム構
造物等の原子炉本来の構造物を用いるために、位置的に
も溶融炉心物質の落下距離が短く、したがって、早期に
溶融炉心物質を保持し、而も、冷却材の入口流動を直接
部Ｊことがなく、容器底部の負荷を与えない効果がある
。１ 又、従来型のコアキャッチャの如く、冷却のｉ＝めに自
然対流を生ぜしめるような形状設計にする必要がないと
いうメリットがある。

したがって、コアキャッチャを下側に設けるにしても該
コアキャッチャの構造をより簡単にすることが出来ると
いう利点しある。

そして、溶融炉心物質を冷却保持する機能が大きいため
に事故の拡大を防止し、原子炉の安全運転を保証するこ
とが出来るという優れ！５：効宋がある。

而して、装置が容器の構造物自体を用いているために長
期間不使用であっても潜在的には原子炉の構造物として
使用されていることにより性能か何隻低下せず、万一の
事故発生の場合においても有効に溶融炉心物質を冷却保
持することが出来る効果がある。

しｌ〔がって、原子炉の平常運転に何隻支障を与えない
という効果もある。

そして、ＩＦ４造物のパン型ライナー、及び、これを支
持する構造物に対してヒー１へバイブを故！）１状に設
けたことにより、装置の周囲の冷却ｌに対Ｊる溶融炉心
物質からの吸熱の放熱が効率良く行われ、したがって、
結果的に装置の構造物内に設（）たライナー、及び、そ
の内部の溶融炉心物質の冷却が極めて高効率に行われる
優れた効果が秦される。

【図面の簡単な説明】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）原子炉の容器内下部プレナムに設けられた溶融炉
   心物質保持装置において、プレナム構造物に溶融炉心物
   質に対するパン型ライナーが添設され、而して該パン型
   ライナーに多数のヒートパイプが付設されていることを
   特徴とする原子炉の溶融炉心物質保持装置。 （２）　Ｊ二記ライナーがコアキ噴・ツチトのライナー
   として装備されていることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の溶融炉心物質保持装置。 （３）上記ヒートパイプがその冷却部をプレナム構造物
   の冷ｕＪＵ流過部に延設されていることを特徴どする」
   二記特許請求の範囲第１項記載の溶融炉心物質保持装置
   。 〈４）上記ヒートパイプの作動液が上記冷却材と異常反
   応しない材質にされていることを特徴とする上記特許請
   求の範囲第１項記載の溶融炉心物質　一保持装置。 （５）上記ピー１−パイプが前記パン型ライナーに対し
   放射状に設けられていることを特徴とする上記特許請求
   の範囲第１項記載の溶融炉心物質保持装置。