JP2000121772A - 内蔵レセプタクルを備えた水利用型原子炉 - Google Patents
内蔵レセプタクルを備えた水利用型原子炉Info
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Abstract
きる原子炉の提供。 【解決手段】 ベッセル10と原子炉コア12とを具備
してなる水利用型原子炉であって、ベッセル10内にお
いてコア12の下方に収容されているとともに、少なく
とも一部が耐火材料24から形成された、洗面器形状の
レセプタクル20を具備し、レセプタクル20は、コア
12の偶発的溶融時に形成されるコーリウムを受領する
ことができ、レセプタクル20内には、コーリウムに対
して混合されることにより耐火材料24の融点以下の平
衡温度にまでコーリウム温度を下げることができる多孔
性無機材料30が完全に充填されている。
Description
rium)」すなわち原子炉コアの偶発的な溶融時に原子炉
コアから派生した固体片または液体片を受領することを
意図した洗面器形状のレセプタクルをベッセルが備えて
いるような、加圧水型または沸騰水型原子炉に関するも
のである。
または完全な溶融を引き起こすような深刻な事態を制限
する目的で、ここ20〜30年の間に、多数のシステム
が考案され開発されている。
1 181号に開示されているように、原子炉ベッセル
の底部に、原子炉コアの偶発的な溶融時に形成されるコ
ーリウムによるベッセルの穿孔を防止するための抑制デ
バイスを配置することは、既に提案されている。この抑
制デバイスは、互いに離間配置された複数の水平プレー
トを備えている。これらプレートは、ベッセルの壁に対
して固定されており、プレートには、プレートどうしの
間でジグザグ状に互いに位置がずらされて開口が形成さ
れており、プレートのエッジは、上向きに曲げられてい
る。偶発的事故の際には、コーリウムは、開口を次々と
通り抜け、水平プレートの中央に配置されたベル形状の
分散器内へと移動し、ベッセルの底部に滞留する。
号に開示されているように、原子炉ベッセルの内部にお
いて、液体金属によって冷却された原子炉コアの下方に
コーリウムレセプタクルを配置するという発想は、既に
提案されている。スチール製とされたこのレセプタクル
は、コアを支持している下側水平プレートによって直接
的に懸架されている。熱交換パイプがレセプタクルの底
部からレセプタクルの内部へと上方に突出している。こ
れらパイプは、上端が閉塞されていて、連通の目的のた
めに設けられている穴を通してレセプタクルの内部と連
通している。
セルの内部に組み込むことを想定されているレセプタク
ルデバイスの幾何形状にかかわらず、偶発的なコア溶融
によって、爆発が起こり得るというリスクがある。コー
リウムがベッセルの底部に向けて流れるときには、コー
リウムは、小さな粒子へと***する(解裂する)。原子
炉ベッセル内に含有されている水は、小さなコーリウム
粒子と接触することによって、蒸発する。各粒子の周囲
には、蒸気フィルムが形成される。このことは、高エネ
ルギー衝撃波を引き起こす爆発のための好条件を引き起
こす。このタイプの爆発の起源によって、これは、通常
「蒸気爆発」と称される。
いてコーリウムを受領して保持するためのレセプタクル
デバイスは、蒸気爆発を防止し得るようには構成されて
いない。また、これらレセプタクルデバイスは、そのよ
うな爆発の影響から保護されていない。水蒸気とコーリ
ウムとの間の相互作用の発生確率が小さいにもかかわら
ず、このタイプの爆発の可能性は、完全には、消し去る
ことができない。爆発によって生成された極度に強力な
圧力ピークによって、レセプタクルデバイスの完全性が
損なわれ、したがって、レセプタクルデバイスの有効性
が損なわれる。
は、ベッセル内にコーリウム受領デバイスが設けられて
いる加圧水型または沸騰水型原子炉であって、コーリウ
ム受領デバイスの独自構成のために、蒸気爆発の発生を
防止することができ、したがって、事故発生時の受領デ
バイスの完全性を維持することができる。
ル内に収容された原子炉コアとを具備してなる水利用型
原子炉であって、ベッセル内においてコアの下方に収容
されているとともに、少なくとも一部が耐火材料から形
成された、洗面器形状のレセプタクルを具備し、このレ
セプタクルは、コアの偶発的溶融時に形成されるコーリ
ウムを受領することができ、レセプタクル内には、コー
リウムに対して混合されることにより耐火材料の融点以
下の平衡温度にまでコーリウム温度を下げることができ
る多孔性無機材料が内部全体に充填されていることを特
徴とする原子炉によって、得られる。
コアの溶融時に形成されるコーリウムは、水分を含有し
ていない多孔性無機材料内に侵入して、そこで***する
(フラグメントへと***する)。したがって、コーリウ
ムの各粒子の周囲に蒸気フィルムが存在しているような
蒸気爆発にとっての好条件を、回避することができる。
そのため、蒸気爆発が起こることがなく、レセプタクル
の完全性(損傷していない状態にあること)が維持され
る。
いる多孔性無機材料内へとコーリウムが下方移動する際
に徐冷されることによって、助長される。このようにし
て、耐火材料の溶融によるレセプタクルの損傷を、防止
することができる。
は、例えばグリッドまたは水平穿孔プレートといったよ
うな形態とされた、コーリウムを広げて分散させるため
のコーリウム広げ手段が、レセプタクルとレセプタクル
内に収容されている多孔性無機材料との上方に、配置さ
れる。
は、多孔性無機材料は、好ましくは約99%シリカを含
有した、セラミック発泡体である。多孔性無機材料の空
隙率は、大量のコーリウムを受領するに十分な容積を、
レセプタクル内部において利用可能とすることを、意味
している。この空隙率は、特に、約63%〜約80%と
することができる。
部から、上方に対して連通しているとともにレセプタク
ルの周囲における水の循環を確保するためのスペースの
分だけ、隔離されている。この水循環は、レセプタクル
の冷却を補助し、したがって、レセプタクルの完全性の
維持に貢献する。
半球状のものとすることも、あるいは、実質的に半球状
の部分とこの半球状部分の上側に連接された実質的に円
筒形の部分とを備えて構成されるものとすることも、で
きる。
火材料は、煉瓦の形態とされ、レセプタクルの一部を構
成するスチールケーシングの内部に配置される。
好ましい実施形態につき、以下、添付図面を参照して説
明する。図1は、水利用型原子炉の下部を示す鉛直方向
の断面図であって、この原子炉のベッセルは、原子炉コ
アの溶融につながるような事故を考慮して、本発明によ
るレセプタクルを備えている。
炉に関するものである。しかしながら、既に指摘したよ
うに、本発明は、このタイプの原子炉に限定されるもの
ではなく、一般的に、すべての水利用型原子炉に関する
ものである。したがって、本発明は、沸騰水型原子炉に
対しても応用することができる。
ッセルを示している。より詳細には、ベッセルの下部だ
けが図示されている。ベッセル10は、中央部分に原子
炉コア12を備えており、また、コアに関連した内部設
備を備えている。
多数の核燃料アセンブリから形成されている。核燃料ア
センブリは、下部水平プレート14上に載置されてい
る。このプレート14は、ベッセル10内に保持されて
いる冷却水が核燃料アセンブリの内部において循環し得
るよう、各核燃料アセンブリの近傍において穿孔されて
いる。穿孔された流通分散プレート16は、好ましくは
凸状下部を有するものとされ、プレート14の全体にわ
たってプレート14の下方に固定されている。
ート14や穿孔プレート16といったような関連内部設
備は、支持案内デバイス18を介して、ベッセル10の
鉛直方向円筒壁に支持されている。
び関連内部設備は、図示したもの以外にも、任意の形状
とすることができることに注意されたい。
面器形状のレセプタクル20が、原子炉コア12の下方
において、ベッセル10の内部に配置されている。より
詳細には、レセプタクル20は、穿孔プレート16と、
ベッセル10のうちの凸状かつ全体的に半球状のベース
と、の間に配置されている。
発的な溶融時に、コーリウムを受領し得るよう構成され
ている。「コーリウム」という用語は、そのような事故
の際に生成されるであろう溶融質量のことを示してお
り、コーリウムは、一般に、核燃料、核燃料の被覆材、
制御棒の被覆材、および、コア12に関連した内部構造
を含有している。レセプタクル20は、原子炉コア12
の完全溶融につながりかねないような深刻な事故の際
に、コーリウムの全量を受領し得るような配置および構
成とされている。
いては、レセプタクル20は、ベッセル10のベースか
ら、レセプタクルの上部外周縁とベッセル10との間の
間隙に対して上方側において連通しているスペースの分
だけ、隔離されている。このスペース22によって、図
示矢印で示されているような、原子炉ベッセル10内に
保持されている水の循環が可能とされる。事故発生時に
は、水の循環は、自然対流によって、このスペース22
内において起こる。この水循環によってもたらされる効
果は、レセプタクル20の冷却である。
された少なくとも1つの煉瓦層24を備えている。この
材料は、できるだけ高温の融点を有しているように、か
つ、コーリウムに対して良好な化学的適合性を有してい
るように、選択されている。材質は、特に、ジルコニウ
ムをベースとしたセラミック材料とすることができ、こ
のことは、また、産業市場において幅広く利用可能であ
るという利点を有している。
並置されていて、好ましくは、相補的なエッジ形状とさ
れている。エッジ形状は、互いの相互連結を可能とする
ような、U字形状、あるいは、先広の鳩尾形状とするこ
とができる。
4が配置された金属ケーシング26を備えている。この
金属ケーシング26は、特に、ステンレススチールから
形成することができる。金属ケーシング26は、煉瓦2
4を完全に被覆する内側スキンおよび外側スキンを備え
ている。ケーシング26は、また、レセプタクル20の
内側スキンおよび外側スキンのそれぞれの上エッジどう
しを互いに連結するための上部フランジを備えている。
セプタクル20をベッセル10に対して懸架するために
使用することができる。この場合には、レセプタクル2
0は、図1に示すように、ベッセル10の内部に設けら
れた支持体28上に支持されている。
対して径方向を向く向きとされた放射状補強部材(図示
せず)を、レセプタクル20とベッセル10とを隔離し
ているスペース22内に、介在させることができる。こ
の場合、放射状補強部材には、スペース22内における
水の循環を補助するための複数の穴が設けられる。
20は、ベッセル10のベースの形状と同中心的な、実
質的に半球形の形状とされている。
は、この半球形状に対して、ベッセル10の鉛直軸上に
中心線を置く実質的な円筒部分を連接して、レセプタク
ル20を上方へと延長させることができる。この構成
は、特に、深刻な事故時に形成されると予想されるコー
リウムの全体積が、半球形のレセプタクル20であれ
ば、レセプタクル20内の利用可能な容積を超えると予
想される場合に、採用することができる。レセプタクル
20内において利用可能な容積の推定は、レセプタクル
内部に充填された後述の多孔性無機材料30の存在を考
慮して行われる。
るコーリウムの全量を、レセプタクル20内に有効に受
領可能とするために、図示のように、レセプタクルの上
部エッジの上方に、リングコレクタ32を配置すること
ができる。このコレクタ32は、特に、クロスビーム構
造33を介して、レセプタクル20の上部フランジ上に
支持することができる。
るとともに、ベッセル10の壁の近傍において上方を向
いているような、ホッパーの形状とされている。より詳
細には、数センチメートルに制限されたクリアランス
が、コレクタ32とベッセル10の壁との間に設けられ
ている。これは、溶融時のコアからの破片の流れが、レ
セプタクル20とベッセル10のベースとの間のスペー
ス22内へと侵入することを防止するためである。
のように、レセプタクル20内には、多孔性無機材料3
0が完全に充填されている。この多孔性無機材料は、コ
ア12の偶発的溶融時に形成されるコーリウムに対して
混合されこれによりコーリウムの温度を、煉瓦24を形
成している耐火材料の融点よりも低い平衡温度にまで下
げ得るように、選択されている。コーリウムに対して混
合されることによって、水分を有していない材料30
は、蒸気爆発の対しての前提条件の発生を妨害する。こ
れは、水分を有していない材料30が、コーリウムがレ
セプタクル20内において下降移動する時に***するこ
とによって形成された各コーリウム粒子の周囲に蒸気フ
ィルムが形成されてしまうことを、防止するからであ
る。したがって、蒸気爆発によるレセプタクル損傷とい
うリスクが、実際に排除される。
料30は、有利には、約99%シリカを含有したセラミ
ック発泡体である。このタイプの材料であると、レセプ
タクル20内におけるコーリウムの下降移動時にコーリ
ウムの徐冷を行うことができる。したがって、コーリウ
ムの温度は、煉瓦24を形成する耐火材料の融点以下に
おいて安定化される。このようにして、耐火煉瓦の溶融
によるレセプタクル20の損傷を避けることができる。
って形成されるコーリウムの全量を受領し得るよう、レ
セプタクル20の内容積が十分に大きなものとなるよう
に選択される。この観点から、同時に、下降移動時のコ
ーリウムの減速および冷却という観点から、約63%〜
約80%の空隙率を有した材料が、満足のいくものであ
ると考えられる。
コーリウムを広げて分散させるための手段が、レセプタ
クル20とレセプタクル内に充填されている多孔性無機
材料30との上に配置されている。この手段は、特に、
水平穿孔プレート34または水平グリッドから形成する
ことができる。
て生成されるコーリウムの通路36が、図示されてい
る。コーリウムが穿孔プレート34上に落下したときに
は、レセプタクル20の全幅にわたって広がる。そし
て、コーリウムは、プレート34の穴を通ってレセプタ
クル20内に侵入する。その後、コーリウムは、水分を
含有していない多孔性無機材料30内において***す
る。上述のように、この材料30は、蒸気爆発というリ
スクを排除する。材料30によって減速されたコーリウ
ムの下方移動に伴って、コーリウムは、耐火煉瓦24の
融点以下の温度にまで冷却される。スペース22内にお
ける自然対流によって形成されている水循環によって、
耐火煉瓦24が冷却され、また、レセプタクル20全体
が冷却される。したがって、レセプタクル20の完全性
が、最良の条件の下で維持される。
されないことは、自明である。既に指摘したように、本
発明は、コアの構成および関連内部構造の構成にかかわ
らず、任意のタイプの水利用型原子炉に対して、適用す
ることができる。また、レセプタクルの形状および構造
は、例示したものとは異なるものとすることができる。
さらに、スペース22、コーリウムの広げ手段、およ
び、リングコレクタ32は、設けることが好ましいもの
ではあるが、場合によっては、省略することもできる。
最後に、多孔性無機材料としては、シリカをベースとし
たセラミック発泡体が好ましいけれども、場合によって
は、他のものとすることもできる。
図であって、本発明によるレセプタクルを備えている。
Claims (10)
- 【請求項1】 ベッセルとこのベッセル内に収容された
原子炉コアとを具備してなる水利用型原子炉であって、 前記ベッセル内において前記コアの下方に収容されてい
るとともに、少なくとも一部が耐火材料から形成され
た、洗面器形状のレセプタクルを具備し、 該レセプタクルは、前記コアの偶発的溶融時に形成され
るコーリウムを受領することができ、 該レセプタクル内には、コーリウムに対して混合される
ことにより前記耐火材料の融点以下の平衡温度にまでコ
ーリウム温度を下げることができる多孔性無機材料が完
全に充填されていることを特徴とする原子炉。 - 【請求項2】 請求項1記載の原子炉において、 コーリウムを広げて分散させるためのコーリウム広げ手
段が、前記レセプタクルと該レセプタクル内に収容され
ている前記多孔性無機材料との上方に、配置されている
ことを特徴とする原子炉。 - 【請求項3】 請求項2記載の原子炉において、 前記コーリウム広げ手段が、グリッド、または、水平穿
孔プレートを備えていることを特徴とする原子炉。 - 【請求項4】 請求項1記載の原子炉において、 前記多孔性無機材料が、セラミック発泡体であることを
特徴とする原子炉。 - 【請求項5】 請求項4記載の原子炉において、 前記セラミック発泡体が、約99%シリカを含有してい
ることを特徴とする原子炉。 - 【請求項6】 請求項1記載の原子炉において、 前記多孔性無機材料が、約63%〜約80%の空隙率を
有していることを特徴とする原子炉。 - 【請求項7】 請求項1記載の原子炉において、 前記レセプタクルが、前記ベッセルの底部から、水の循
環のための上方連通スペースの分だけ、隔離されている
ことを特徴とする原子炉。 - 【請求項8】 請求項1記載の原子炉において、 前記レセプタクルが、実質的に半球状であることを特徴
とする原子炉。 - 【請求項9】 請求項1記載の原子炉において、 前記レセプタクルが、実質的に半球状の部分と、この半
球状部分の上側に連接された実質的に円筒形の部分と、
を備えていることを特徴とする原子炉。 - 【請求項10】 請求項1記載の原子炉において、 前記レセプタクルが、金属ケーシングを備え、 該金属ケーシングの内部に、前記耐火材料が配置されて
いることを特徴とする原子炉。
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