JP2019045329A - 原子炉建屋の保護物体 - Google Patents

Abstract

【課題】万が一ではあるが、高速で飛来する重量物が原子炉建屋に衝突した場合であっても、飛来物が原子炉建屋外壁を貫通して内部に侵入することを防止し得る原子炉建屋の保護物体を提供する。【解決手段】コンクリート建屋である原子炉建屋４の外壁４０に設置し得る飛来物貫通防止用の保護物体１は、薄板鋼板３１により形成された容器３２と、容器３２に充填され容器３２の原子炉建屋４の外壁４０との設置面への荷重の伝達を分散し得る充填剤３３と、を有する。充填剤３３は、液体、ゲル、スラリー状物質、砂、及び小粒径のゴム或いは樹脂を含む弾性体の流体のうち、いずれかである。【選択図】 図１

Description

本発明は、原子炉建屋の保護物体に係り、特に万が一飛来物が原子炉建屋に衝突した場合においても安全性を確保し得る原子炉建屋の保護物体に関する。

例えば原子力発電プラントにおいては、テロ組織による攻撃対象となる可能性が考えられる。２００１年の米国同時多発テロでは、航空機を使ったテロ攻撃が発生しており、高速で飛来する重量物による原子力発電プラントを構成する原子炉建屋への衝突を想定する必要がある。
原子炉建屋においては、機能維持に必要な機器は、通常建屋内部に設置されており、飛来物衝突時に、飛来物が建屋内部に到達しないことが望ましい。
飛来物から既存の屋外設置物を保護する技術として、例えば特許文献１に記載される技術が知られている。特許文献１では、屋外設置物の外側に並べて屋外設置物を覆うための複数の箱体を設け、複数の箱体それぞれに、屋外設置物の外側に並べた状態で隣接するもの同士を互いに連結自在な連結部を設け、箱体の内側に、箱体に加わる外力を受け止めて吸収可能な衝撃吸収部材を内装してあり、箱体を気密性に構成する旨開示されている。また、特許文献１には、上記衝撃吸収部材として、ケイカル板、ロックウール、グラスウール、金属ウールの中から選択された少なくとも１種で、無機断熱材から成る物であれば、耐火断熱性を備え、気密性の箱体と上記無機断熱材とにより、外力からの保護のみならず、火災からの保護も兼ね備えることができることが記載されている。更には、上記衝撃吸収部材として、座屈変形可能な金属筒や、軟質の金属棒状体を、その軸心が外力の作用する方向に沿わせて箱体内に収容してあってもよく、すなわち、外力によって塑性変形して衝撃力を吸収する部材であればよい旨も記載されている。

特開２０１６−８４７０号公報

万が一ではあるが原子炉建屋に、高速で飛来する重量物が衝突した場合、外壁を貫通して内部に侵入し、原子炉建屋内部に設置されている重要機器を破損する可能性が考えられる。特に飛来物衝突時の衝突面積が原子炉建屋を形成するコンクリート壁の全体表面積に比べて小さい場合、コンクリート壁は衝突面付近のみが局所的に破壊される可能性が生じ得ることが想定される。飛来物の建屋内部への侵入を防ぐために、重量物が高速で衝突した場合でも機能する、保護構造物の設置が必要となる。なお、設置する保護構造物については、建屋の耐震性能への影響や、据付工事の容易さの観点から、できる限り軽量であることが望ましいと考えられる。
しかしながら特許文献１に記載される衝撃吸収部材では、仮に、飛来物が衝突した場合、ある程度の衝撃については吸収可能なものの、当該衝突時における荷重（応力）は、衝撃吸収部材が収容された箱体の内側面と接触する屋外設置物の対応する箇所に集中することとなる。従って、特許文献１では、飛来物の衝突による荷重（応力）を分散させる点については何ら考慮されていない。
そこで、本発明は、万が一ではあるが、高速で飛来する重量物が原子炉建屋に衝突した場合であっても、飛来物が原子炉建屋外壁を貫通して内部に侵入することを防止し得る原子炉建屋の保護物体を提供する。

上記課題を解決するため、本発明に係る原子炉建屋の保護物体は、コンクリート建屋である原子炉建屋の外壁に設置し得る飛来物貫通防止用の保護物体であって、前記保護物体は、薄板鋼板により形成された容器と、前記容器に充填され容器の原子炉建屋の外壁との設置面への荷重の伝達を分散し得る充填剤と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、万が一ではあるが、高速で飛来する重量物が原子炉建屋に衝突した場合であっても、飛来物が原子炉建屋外壁を貫通して内部に侵入することを防止し得る原子炉建屋の保護物体を提供することが可能となる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の一実施例に係る実施例１の原子炉建屋の保護物体の概略構成図である。 図１に示す保護物体が設置される原子炉建屋の全体概略構成図である。 充填剤を有しない比較例としての保護物体の飛来物衝突時におけるシミュレーション結果を示す図である。 図３に示す飛来物衝突後の比較例としての保護物体の断面図及びその拡大図である。 実施例１の保護物体の飛来物衝突時におけるシミュレーション結果を示す図である。 図５に示す飛来物衝突後の保護物体の断面図である。 実施例１の保護物体の設置手順の第一工程を示す図である。 実施例１の保護物体の設置手順の第二工程を示す図である。 実施例１の保護物体の設置手順の第三工程を示す図である。 実施例１の保護物体の設置手順の第四工程を示す図である。 実施例１の保護物体の設置手順の第五工程を示す図である。 実施例１の保護物体の原子炉建屋外壁への設置位置を示す斜視図である。 実施例１の保護物体の原子炉建屋外壁への他の設置形態を示す正面図である。 本発明の他の実施例に係る実施例２の原子炉建屋の保護物体の断面図である。

以下、図面を用いて本発明の実施例について説明する。

図１は、本発明の一実施例に係る実施例１の原子炉建屋の保護物体の概略構成図である。図１に示すように、保護物体１は、薄板鋼板３１により形成された容器３２、及び容器３２内に充填される充填剤３３より構成されている。容器３２は、６枚の薄板鋼板３１にて形成された立方体形状を成し、その内部に充填剤３３が満たされ、コンクリート建屋である原子炉建屋の外壁に設置される。

充填剤３３として用いられる物質の条件は、（１）衝撃荷重により破断することなく、容器３２の内部全体に荷重を伝達（分散）できること、及び、（２）飛来物の衝突により容器３２が変形した際、容器３２の飛来物衝突面側の薄板鋼板３１が、原子炉建屋外壁への設置面側の薄板鋼板３１に接触するほどの圧縮性を示さないことの２項目を満たすことである。これらの条件を満足する充填剤３３としては、例えば、水或いは水にポリアルキレングリコールを混合したものが挙げられる。その他に、ゲルやスラリー状物質、乾燥砂も充填剤３３の候補として挙げられる。また、充填剤３３として、例えば小粒径の物体（石、或いは、重量の比較的軽い金属球等）を用いても良い。なおこの場合において球体が望ましいが、これに限らず、多角形状の粒体でも良い。また、小粒径の物体として、石或いは金属球に限らず、ゴム或いは樹脂等の弾性体の粒体でも良い。
なお、充填剤３３として用いられる物質として、不凍性及び／又は不燃性の物質を用いることが望ましい。

ここで、保護物体１が設置され得る原子炉建屋の構造について説明する。
図２は、図１に示す保護物体１が設置される原子炉建屋の全体概略構成図である。なお、図２では一例として沸騰水型原子力プラントの場合を示している。沸騰水型原子力プラントは、図２に示すように、原子炉２及び原子炉格納容器３を備えている。原子炉格納容器３は、原子炉建屋４内に設置されて、上端部に原子炉格納容器上蓋５が取り付けられて密封されている。原子炉格納容器３は、内部に形成されたドライウェル６、及び冷却水が充填された圧力抑制プールが内部に形成された圧力抑制室（ウェットウェル）７を有する。ドライウェル６に連絡されるベント通路８の一端が、圧力抑制室７内の圧力抑制プールの冷却水中に浸漬されている。原子炉格納容器上蓋５の真上に複数に分割された放射線遮蔽体であるシールドプラグ９が配置され、これらのシールドプラグ９が、原子炉建屋４の運転床２９に設置されている。

原子炉建屋４には、原子炉格納容器３が内部に設置されており、この原子炉格納容器３の上部には、原子炉停止時に原子炉圧力容器１１の蓋を開けて燃料集合体１６を取り出し、隣接する使用済燃料貯蔵プール２８へ移す際に通すプールであって、放射線の遮蔽等のために水を張るための原子炉ウェル２６が設けられている。なお、燃料集合体１６の取り出し及び使用済燃料貯蔵プール２８への移送は、燃料交換機３０にて行われる。さらに、この原子炉ウェル２６を挟み込むように、ドライヤ・セパレータプール２７及び使用済みの燃料を一時的に保管する使用済燃料貯蔵プール２８が設けられている。ドライヤ・セパレータプール２７は、定期検査時に蒸気乾燥器１４や気水分離器１３といった炉内機器を仮置きする場所として使われる。

原子炉２は、原子炉圧力容器上蓋１０が取り付けられて構成される原子炉圧力容器１１、核燃料物質を含む複数の燃料集合体１６が装荷された炉心１２、蒸気乾燥器１４及び気水分離器１３を備えている。炉心１２、蒸気乾燥器１４及び気水分離器１３は原子炉圧力容器１１内に配置される。原子炉圧力容器１１内に設置された炉心シュラウド１５が、炉心１２を取り囲んでいる。炉心１２内に装荷された各燃料集合体１６は、下端部が炉心支持板１７によって支持され、上端部が上部格子板１８によって保持される。気水分離器１３は炉心１２の上端部に位置する上部格子板１８よりも上方に配置され、蒸気乾燥器１４が気水分離器１３の上方に配置される。ここで、燃料集合体１６は、図示しない核燃料物質として例えばＭＯＸ燃料のペレットを、ステンレス製の被覆管内にその軸方向に複数充填された燃料棒を有する。複数の燃料棒を横断面四角形状のチャンネルボックス内に正方格子状に配列して燃料集合体１６が形成されている。

複数の制御棒案内管１９が炉心１２の下方に配置され、複数の制御棒案内管１９を含むサポートシリンダが形成されている。炉心１２内の燃料集合体１６間に出し入れされて原子炉出力を制御する制御棒２０が、各制御棒案内管１９内に配置されている。複数の制御棒駆動機構ハウジング２１が、原子炉圧力容器１１の下鏡２２に取り付けられている。制御棒駆動機構（図示せず）が、それぞれの制御棒駆動機構ハウジング２１内に設置され、制御棒案内管１９内の制御棒２０と連結されている。原子炉圧力容器１１内に設置された蒸気乾燥器１４、気水分離器１３、炉心シュラウド１５、上部格子板１８、炉心支持板１７、サポートシリンダ、制御棒案内管１９、炉心シュラウド下部胴は、炉内構造物である。

原子炉圧力容器１１は、原子炉格納容器３内の底部に設けられたコンクリートマット２３上に設けられた筒状のペデスタル２４上に据え付けられている。筒状のγ線遮蔽体２５が、ペデスタル２４の上端に設置され、原子炉圧力容器１１を取り囲んでいる。

このように、原子炉建屋４内には、上述の炉内構造物を含む重要機器が配されている。図２に示すように、原子炉建屋外壁４０であって、少なくとも運転床２９を含み鉛直方向上方（上部）に保護物体１が設置される。なお、これに限らず原子炉建屋４内の使用済燃料貯蔵プール２８を含み鉛直方向上方（上部）の原子炉建屋外壁４０に保護物体１を設置しても良い。また、場合によっては、保護物体１を原子炉建屋外壁４０の全面に設置しても良い。原子炉建屋４の耐震性能を考慮した場合には、原子炉建屋外壁４０の全面に保護物体１を設置することが好ましく、また、据付工事の容易さ及びコスト面等の観点からは、少なくとも運転床２９を含み鉛直方向上方（上部）の原子炉建屋外壁４０に保護物体１を設置することが望ましい。

また、原子炉建屋４の立地環境、例えば、原子炉建屋４の背面側に山或いは原子炉建屋４の全高よりも高い崖或いは斜面が存在する環境においては、原子炉建屋４の背面側から飛来物（飛翔体）が原子炉建屋４へ侵入する可能性はほぼないことから、この場合、原子炉建屋４の背面側を除く前面側及び両側面の外壁に保護物体１を設置すれば良い。更には、例えば、上面視略コ字状のように、原子炉建屋４の背面側及び両側面側にせり出すような原子炉建屋４の全高よりも高い崖或いは斜面が存在する立地環境においては、原子炉建屋４の前面側の外壁のみに保護物体１を設置すれば良い。また、仮に、上面視略Ｌ字状のように、原子炉建屋４の背面側及び２つの側面側のうちいずれか一方のみにせり出すような原子炉建屋４の全高よりも高い崖或いは斜面が存在する立地環境においては、原子炉建屋４の前面側及び１つの側面側の外壁のみに保護物体１を設置すれば良い。すなわち、保護物体の設置場所については、原子炉建屋４の立地環境に依存するものの、４つの側面（前面及び背面含む）の外壁のうち、少なくとも１つの側面側の外壁に設置される。換言すれば、保護物体１の設置場所については、原子炉建屋４の立地条件或いは周囲環境を考慮し適宜選定されるものである。

次に、コンクリート建屋である原子炉建屋外壁４０に設置された保護物体１を構成する、充填剤３３を満たした容器３２に、高速で飛来した重量物が衝突した場合を考える。重量物として、大型航空機に用いられる航空機エンジンを一例とし、重さ約８０００ｋｇ、直径４ｍの円柱を想定する。衝突物体である飛翔体（飛来物）が、上述の大型航空機に用いられる航空機エンジンの場合を想定しており、この場合、保護物体１を構成する充填剤３３で満たされた容器３２の１辺の長さを、例えば、１２ｍとする。なお、保護物体１を構成する充填剤３３で満たされた容器３２の衝突面側（前面）の１辺の長さは、飛翔物体（飛来物）の衝突面の代表長さ、例えば直径より大きければ良い。

飛翔体（飛来物）を模擬した円柱５０が保護物体１に衝突した場合のシミュレーション結果を図３乃至図６に示す。なお、シミュレーションに用いた解析コードは、Ｌｉｖｅｒｍｏｒｅ Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（ＬＳＴＣ）社製のＬＳ−ＤＹＮＡ（登録商標）であり、シミュレーション条件として、飛翔体（飛来物）を模擬した円柱５０の重さを８０００ｋｇ、直径４ｍ、及び衝突速度を１６０ｍ／ｓとし、薄板鋼板３１の厚さを６ｍｍとし、原子炉建屋外壁４０を模擬したコンクリート建屋外壁４１の厚さを４５０ｍｍとした。

図３は充填剤を有しない比較例としての保護物体の飛来物衝突時におけるシミュレーション結果を示す図であり、図４は図３に示す飛来物衝突後の比較例としての保護物体の断面図及びその拡大図である。
図３の左図は、コンクリート建屋外壁４１に設置された、充填剤を有しない比較例としての保護物体１を構成する容器３２へ飛翔体（飛来物）を模擬した円柱５０が衝突する前の状態を示している。また、図３の右図は、充填剤を有しない比較例としての保護物体１を構成する容器３２へ飛翔体（飛来物）を模擬した円柱５０が衝突した後の表側及び裏側を示している。薄板鋼板３１により形成された容器３２の内部に充填剤３３が満たされていない場合、図４の拡大図に示すように、飛翔体（飛来物）を模擬した円柱５０の衝突により薄板鋼板３１が破断し、飛翔体（飛来物）を模擬した円柱５０はそのままコンクリート建屋外壁４１に衝突する。コンクリート建屋外壁４１に飛翔体（飛来物）を模擬した円柱５０が衝突するとコンクリート建屋外壁４１は損傷を受ける。飛翔体が航空機エンジンのように衝突速度が高速でかつ重量物である場合、コンクリート建屋外壁４１は衝突面付近のみが局所的に破壊される。図３の右図に示すように、コンクリート建屋外壁４１は衝突面において局所的に破壊され、飛翔体（飛来物）を模擬した円柱５０がコンクリート建屋外壁４１を貫通する。

一方、薄板鋼板３１により形成された容器３２の内部に充填剤３３が満たされている場合、飛翔体（飛来物）を模擬した円柱５０が容器３２に衝突した時に内部の充填剤３３に大きな圧力が発生する。図５の左図は、コンクリート建屋外壁４１に設置された、充填剤３３として水６０が充填された容器３２へ飛翔体（飛来物）を模擬した円柱５０が衝突する前の状態を示している。また、図５の右図は、充填剤３３として水６０が充填された容器３２へ飛翔体（飛来物）を模擬した円柱５０が衝突した後の表側及び裏側を示している。図５の右図における表側の図面は、充填剤３３としての水６０に生ずる衝撃波（水の波紋）を示している。水の波紋をより分かり易くするため便宜的に衝突面側（表側）の薄板鋼板３１を省略している。図５の右図における表側の図面に示すように、飛翔体（飛来物）を模擬した円柱５０が容器３２に衝突した時に容器３２内部の水６０に大きな圧力が発生する。その後、圧力波は水６０中を伝搬し、容器３２が設置されたコンクリート建屋外壁４１に荷重を分散させつつ伝達する。図６に示すように、衝突後の飛翔体（飛来物）を模擬した円柱５０と容器３２及びコンクリート建屋外壁４１は、上述の図３及び図４とは異なり、容器３２が設置されたたコンクリート建屋外壁４１の全面が崩落する一方で、飛翔体を模擬した円柱５０がコンクリート建屋外壁４１を貫通していないことが確認できる。

図３及び図４と、図５及び図６とを比較することで明らかなように、薄板鋼板３１により形成された容器３２の内部に液体等の充填剤３３を満たした保護物体１をコンクリート建屋外壁４１に設置することで、高速で飛来する重量物がコンクリート建屋外壁４１を貫通することを防止できることがわかる。これは、保護物体１のコンクリート建屋外壁４１への設置面積が飛翔体（飛来物）の面積に比べ大きく、かつ保護物体１を構成する容器３２内部に荷重を伝達する物質（充填剤３３）が充填されていることで、衝突時の荷重を設置面積全体で受け止める効果が現れているためである。換言すれば、衝突時の荷重を設置面内において分散させる効果が現れているためである。なお、ここで、飛翔体（飛来物）の面積とは、上述の大型航空機に用いられる航空機エンジンの横断面積である。そして、薄板鋼板３１により形成された容器３２の内部に液体等の充填剤３３を満たした保護物体１が設置されているコンクリート建屋外壁４１の設置面全体を崩落させる代わりに、飛翔体（飛来物）の貫通を防いでいると考えられる。

なお、荷重を広範囲に伝達する方法としては、本実施例の薄板鋼板３１により形成された容器３２の内部に充填剤３３を満たした保護物体１に代えて、鉄板をコンクリート建屋外壁４１に直接設置する方法もあるが、鉄板やコンクリート建屋外壁４１は飛翔体衝突面内の衝突箇所近傍で局所的に破断する可能性が高く、局所的な破断を防ぐためには板厚の厚い鉄板を使用する必要がある。しかしながら厚い鉄板は重量が大きく、また、仮に鉄板の板厚を厚くしたとしても、鉄板のみでは飛翔体(飛来物)の衝突時における衝突荷重を分散させる効果は得られない。また、原子炉建屋４の鉛直方向上方の外壁に設置することを想定した場合、建物の耐震性が損なわれることから現実的ではない。
これに対し、本実施例の薄板鋼板３１により形成された容器３２の内部に充填剤３３を満たした保護物体１は軽い構造物であり、据付作業が容易であることから、作業性においても、軽量な薄板鋼板３１により形成された容器３２の内部に充填剤３３を満たした保護物体１は、上述の厚い鉄板のみをコンクリート建屋外壁４１に直接設置する方法よりも実施しやすいことは明らかである。

次に保護物体１を原子炉建屋外壁４０に設置する手順について説明する。
図７は、本実施例の保護物体１の設置手順の第一工程を示す図である。図７に示すように、始めに保護物体１を設置する原子炉建屋外壁４０にアンカープレート７０及びアンカーボルト８０を設置する。続いてアンカーボルト８０を挿通するためのボルト穴９０が複数設けられた薄板鋼板３１を用意する。
図８は、本実施例の保護物体１の設置手順の第二工程を示す図である。図８に示すように、上述の第一工程にて用意されたアンカーボルト８０を挿通するためのボルト穴９０が複数設けられた薄板鋼板３１のボルト穴９０に、アンカーボルト８０を挿通しアンカーボルト８０にナット１００を螺合させ取り付けることで、薄板鋼板３１を原子炉建屋外壁４０に据え付ける。

図９は、本実施例の保護物体１の設置手順の第三工程を示す図である。図９に示すように、アンカーボルト８０を挿通可能とするボルト穴９０を複数設けた他の薄板鋼板３１を用意する。用意した他の薄板鋼板３１に設けられたボルト穴９０に、アンカーボルト８０を挿通する。
図１０は、本実施例の保護物体１の設置手順の第四工程を示す図である。図１０に示すように、アンカーボルトの先端１００の上面位置と、上記他の薄板鋼板３１の表面位置を合わせた状態で、アンカーボルトの先端１００と、アンカーボルト先端と薄板鋼板の穴の縁１２０と、をしっかりと溶接する。溶接後は溶接部をグラインダで磨く等して、表面を仕上げる。これにより、原子炉建屋外壁４０にアンカープレート７０及びアンカーボルト８０並びにナット１００により据え付けられた薄板鋼板３１と、上記他の薄板鋼板３１とは所定の間隔にて離間し対向するよう配される。

図１１は、本実施例の保護物体１の設置手順の第五工程を示す図である。図１１に示すように、原子炉建屋外壁４０に据え付けた２枚の薄板鋼板３１（薄板鋼板３１及び上記他の薄板鋼板３１）の周囲に、取り付けるための４枚の容器側面を構成する薄板鋼板１３０を用意する。４枚の容器側面を構成する薄板鋼板１３０のうち、２枚は原子炉建屋外壁４０の鉛直方向上面及び下面に取り付けられる容器側面を構成する薄板鋼板１３０であり、他の２枚は原子炉建屋外壁４０の水平方向両側面に取り付けられる容器側面を構成する薄板鋼板１３０である。先ず、原子炉建屋外壁４０の鉛直方向下面に取り付けられる容器側面を構成する薄板鋼板１３０と、２枚の原子炉建屋外壁４０の水平方向両側面に取り付けられる容器側面を構成する薄板鋼板１３０を、上記原子炉建屋外壁４０に据え付けた２枚の薄板鋼板３１（薄板鋼板３１及び上記他の薄板鋼板３１）に溶接にて取付ける。
次に、原子炉建屋外壁４０の鉛直方向上面に取り付けられる容器側面を構成する薄板鋼板１３０を取り付ける前に、充填剤３３を投入し満たす。その後、原子炉建屋外壁４０の鉛直方向上面に取り付けられる容器側面を構成する薄板鋼板１３０を上記原子炉建屋外壁４０に据え付けた２枚の薄板鋼板３１（薄板鋼板３１及び上記他の薄板鋼板３１）に溶接にて取付けることで容器２０を形成し、内部が充填剤３３で満たされた容器２０にて構成される保護物体１の原子炉建屋外壁４０への据え付けが完了する。

ここで、アンカープレート７０は、例えば、鉄製或いはアルミ合金製等のプレートが用いられる。また、アンカーボルト８０の材質としては、強度の小さい例えばアルミ合金等が用いられる。これは、飛翔体（飛来物）が薄板鋼板３１のアンカーボルト８０設置位置に直接衝突した場合、アンカーボルト７０の強度が高い場合、アンカーボルト８０を介して原子炉建屋外壁４０に大きな荷重が伝達し、アンカープレート７０を設置した位置から選択的にコンクリート製の原子炉建屋外壁４０が破壊される可能性があるためである。換言すれば、アンカーボルト８０の強度が高い場合、アンカーボルト８０に衝突荷重（応力）が集中することに因り、アンカーボルト８０の位置に対応するコンクリート製の原子炉建屋外壁４０の個所が破壊される可能性があるためである。コンクリート製の原子炉建屋外壁４０が局所的に崩壊することによる保護物体１の機能不全を防止するため、アンカーボルト８０の材質は強度の小さいものを用いる。

図１２は、本実施例の保護物体１の原子炉建屋外壁４０への設置位置を示す斜視図である。図１２に示すように、保護物体１を構成する容器側面を構成する薄板鋼板１３０は、コンクリート梁１４０が設けられた位置に設置する。保護物体１を構成する容器３２の側面も容器３２表面や裏面（原子炉建屋外壁４０への設置面）と同様に薄板鋼板であるため、万が一、側面付近に飛翔体（飛来物）が衝突した場合、容器側面を構成する薄板鋼板１３０が破壊され、容器３２の内部に満たされた充填物３３が漏れ出る可能性が考えられる。この場合、荷重（衝突荷重）を広範囲に伝搬（分散）するという保護物体１としての機能が十分に果たされない状況に陥る可能性を有するものと考えられる。よって、容器側面を構成する薄板鋼板１３０の設置位置は、仮に保護物体１がなくとも頑丈（堅牢）なコンクリート梁１４０が設けられた箇所とすることが望ましい。コンクリート梁１４０が存在しない位置に容器側面を構成する薄板鋼板１３０を設置してもよいが、飛翔体（飛来物）が衝突した場合、保護物体１として機能せず、飛翔体（飛来物）が原子炉建屋外壁４０を貫通する可能性が生じ得るため、仮に飛翔体（飛来物）が原子炉建屋外壁４０を貫通したとしても、原子炉建屋４における安全機能への影響がほとんど生じない位置に設置することが必要となる。

図１３は、本実施例の保護物体１の原子炉建屋外壁４０への他の設置形態を示す正面図である。図１３に示すように、保護物体１を構成する容器３２の据付時の作業性の観点より、仮に容器３２の衝突面若しくは原子炉建屋外壁４０への設置面を構成する薄板鋼板３１を分割して原子炉建屋外壁４０に取り付ける場合は、分割された薄板鋼板３１を溶接にて接続する。溶接を用いることで各薄板鋼板３１の継ぎ目から充填剤３３が漏れ出ることを防止できる。

なお、ユニット化された複数の保護物体１を原子炉建屋外壁４０に設置する場合においては、相互に隣接する保護物体（ユニット）１間の連結部に飛翔物体（飛来物）が衝突した場合、当該保護物体１間の連結部に衝突荷重（応力）が集中することになるため、保護物体１の重量及び保護物体１の設置作業における作業性を考慮し、保護物体１を構成する容器３２を形成する薄板鋼板３１の衝突面側（前面）の１辺の長さを設定することが望ましい。

以上の通り本実施例によれば、万が一ではあるが、高速で飛来する重量物が原子炉建屋に衝突した場合であっても、飛来物が原子炉建屋外壁を貫通して内部に侵入することを防止し得る原子炉建屋の保護物体を提供することが可能となる。
また、本実施例によれば、原子炉建屋外壁の局所破壊を防止することが可能となる。

図１４は、本発明の他の実施例に係る実施例２の原子炉建屋の保護物体１の断面図である。本実施例では、充填剤３３が満たされた薄板鋼板３１により形成された容器３２により構成される保護物体１において、薄板鋼板３１の内面側に貼付された高延性材を備える点が、上述の実施例１と異なる。その他の構成については上述の実施例１と同様であり、実施例１と同様の構成要素に同一の符号を付し、以下では実施例１と重複する説明を省略する。

先ず、上述の実施例１の保護物体１では、側面を除く容器３２の表面に飛翔体（飛来物）が衝突した場合を想定し、容器３２内部の充填剤３３により、原子炉建屋外壁４０への保護物体１の設置面へ衝突時の荷重（衝突荷重）を分散させつつ伝達させることにより、保護物体１が設置された原子炉建屋外壁４０の壁面は崩落するものの、飛翔体（飛来物）が原子炉建屋外壁４０を局所的に貫通することを防止できる構成とした。上述の実施例１では、少なくとも衝突荷重が原子炉建屋外壁４０への保護物体１の設置面に分散しつつ伝達され、原子炉建屋外壁４０の崩落が開始されるまで、充填剤３３が容器３２より漏れないことを前提としている。

本実施例の保護物体１は、充填剤３３の漏れをできる限り抑制し得る構造を備える。具体的には、図１４に示すように、保護物体１を構成する、内部に充填剤３３が満たされた薄板鋼板３１により形成された容器３２において、薄板鋼板３１の内面側に、破断に至るまでに十分伸びることが可能な高延性材料１５０が貼付されている。なお、図１４では、容器３２を形成する薄板鋼板３１の内面と高延性材料１５０との間にあたかも間隙（空隙）が存在するかのように示しているが、これは、薄板鋼板３１及び高延性材料１５０をわかりやすく表記するためのものであり、実際は、薄板鋼板３１の内面に高延性材料１５０が例えば接着剤等を介して貼付されている。
高延性材料１５０の材料としては、例えば強化ゴム或いは樹脂などが用いられる。

飛翔体１６０が保護物体１に衝突した際、保護物体１を構成する容器３２を形成する薄板鋼板３１のうち、飛翔体１６０の衝突面の薄板鋼板３１が破断した場合であっても、その内面側に貼付された高延性材１５０については破断することなく容器３２の内部に満たされた充填剤３３が漏れ出ることを防止する。最終的には高延性材１５０も破断に至り、容器３２の内部に満たされた充填剤３３が漏れ出すことになるものの、高延性材１５０を有しない場合と比較し、飛翔体１６０の衝突開始から充填剤３３の漏れ出しに至るまでの時間を長く確保することが可能となり、荷重（衝突荷重）を更に確実に分散しつつ、原子炉建屋外壁４０への保護物体１の設置面へ伝達させることが可能となる。

充填剤３３としては、水或いは水にポリアルキレングリコールを混合したものやゲルやスラリー状物質、乾燥砂等が用いられる。また、充填剤３３として、例えば小粒径の物体（石、或いは、重量の比較的軽い金属球等）を用いても良い。なおこの場合において球体が望ましいが、これに限らず、多角形状の粒体でも良い。また、小粒径の物体として、石或いは金属球に限らず、ゴム或いは樹脂等の弾性体の粒体でも良い。なお、充填剤３３の漏れを可能な限り抑制するためには、充填剤３３にはできるだけ粘性が高い、例えばシリコーンゲル等のゲルを用いることが好ましい。充填剤３３には飛翔体１６０衝突時に保護物体１を構成する容器３２が潰れ、衝突面側の薄板鋼板３１と保護物体１の設置面側の薄板鋼板３１とが接することがないよう、水よりも圧力負荷時における体積圧縮率が小さいことが望ましい。シリコーンゲル等のゲルは、この条件も満足する。

以上の通り本実施例によれば、実施例１の効果に加え、充填剤の漏れを防止することが可能となり、より確実に荷重（衝突荷重）を分散しつつ、原子炉建屋外壁への保護物体の設置面へ伝達させることができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。

１…保護物体
２…原子炉
３…原子炉格納容器
４…原子炉建屋
５…原子炉格納容器上蓋
６…ドライウェル
７…圧力抑制室（ウェットウェル）
８…ベント通路
９…シールドプラグ
１０…原子炉圧力容器上蓋
１１…原子炉圧力容器
１２…炉心
１３…気水分離器
１４…蒸気乾燥器
１５…炉心シュラウド
１６…燃料集合体
１７…炉心支持板
１８…上部格子板
１９…制御棒案内管
２０…制御棒
２１…制御棒駆動機構ハウジング
２２…下鏡
２３…コンクリートマット
２４…ペデスタル
２５…γ線遮蔽体
２６…原子炉ウェル
２７…ドライヤ・セパレータプール
２８…使用済燃料貯蔵プール
２９…運転床
３０…燃料交換機
３１…薄板鋼板
３２…容器
３３…充填剤
４０…原子炉建屋外壁
４１…コンクリート建屋外壁
５０…飛翔体を模擬した円柱
６０…水
７０…アンカープレート
８０…アンカーボルト
９０…ボルト穴
１００…ナット
１１０…アンカーボルトの先端
１２０…アンカーボルト先端と薄板鋼板の穴の縁
１３０…容器側面を構成する薄板鋼板
１４０…コンクリート梁
１５０…高延性材
１６０…飛翔体

Claims (14)

1. コンクリート建屋である原子炉建屋の外壁に設置し得る飛来物貫通防止用の保護物体であって、
   前記保護物体は、薄板鋼板により形成された容器と、前記容器に充填され容器の原子炉建屋の外壁との設置面への荷重の伝達を分散し得る充填剤と、を有することを特徴とする原子炉建屋の保護物体。
2. 請求項１に記載の原子炉建屋の保護物体において、
   前記容器を形成する薄板鋼板の内側に貼付される高延性材を有することを特徴とする原子炉建屋の保護物体。
3. 請求項１に記載の原子炉建屋の保護物体において、
   前記充填剤は、液体、ゲル、スラリー状物質、砂、及び小粒径のゴム或いは樹脂を含む弾性体の流体のうち、いずれかであることを特徴とする原子炉建屋の保護物体。
4. 請求項２に記載の原子炉建屋の保護物体において、
   前記充填剤は、液体、ゲル、スラリー状物質、砂、及び小粒径のゴム或いは樹脂を含む弾性体の流体のうち、いずれかであることを特徴とする原子炉建屋の保護物体。
5. 請求項２に記載の原子炉建屋の保護物体において、
   前記充填剤は、水に比べて粘性が高く、且つ、水よりも圧力負荷時における体積圧縮率が小さい物質であることを特徴とする原子炉建屋の保護物体。
6. 請求項４または請求項５に記載の原子炉建屋の保護物体において、
   前記高延性材は、強化ゴム製又は樹脂製であることを特徴とする原子炉建屋の保護物体。
7. 請求項３に記載の原子炉建屋の保護物体において、
   前記容器の原子炉建屋の外壁との設置面の面積は、飛来物である航空機エンジンの前記容器への衝突面積よりも大きいことを特徴とする原子炉建屋の保護物体。
8. 請求項６に記載の原子炉建屋の保護物体において、
   前記容器の原子炉建屋の外壁との設置面の面積は、飛来物である航空機エンジンの前記容器への衝突面積よりも大きいことを特徴とする原子炉建屋の保護物体。
9. 請求項７に記載の原子炉建屋の保護物体において、
   前記容器は６枚の薄板鋼板により形成された直方体形状を成し、原子炉建屋の外壁との設置面に配される薄板鋼板はアンカーボルトにより原子炉建屋の外壁に据え付けられ、前記アンカーボルトはアルミ合金製であることを特徴とする原子炉建屋の保護物体。
10. 請求項８に記載の原子炉建屋の保護物体において、
    前記容器は６枚の薄板鋼板により形成された直方体形状を成し、原子炉建屋の外壁との設置面に配される薄板鋼板はアンカーボルトにより原子炉建屋の外壁に据え付けられ、前記アンカーボルトはアルミ合金製であることを特徴とする原子炉建屋の保護物体。
11. 請求項９に記載の原子炉建屋の保護物体において、
    前記６枚の薄板鋼板のうち、前記原子炉建屋の外壁の水平方向両側面に取り付けられる容器側面を構成する薄板鋼板が原子炉建屋のコンクリート梁設置箇所に配されるよう、前記容器が前記原子炉建屋の外壁に設置されることを特徴とする原子炉建屋の保護物体。
12. 請求項１０に記載の原子炉建屋の保護物体において、
    前記６枚の薄板鋼板のうち、前記原子炉建屋の外壁の水平方向両側面に取り付けられる容器側面を構成する薄板鋼板が原子炉建屋のコンクリート梁設置箇所に配されるよう、前記容器が前記原子炉建屋の外壁に設置されることを特徴とする原子炉建屋の保護物体。
13. 請求項１１に記載の原子炉建屋の保護物体において、
    前記容器は、少なくとも運転床を含み鉛直方向上方の前記原子炉建屋の外壁に設置されることを特徴とする原子炉建屋の保護物体。
14. 請求項１２に記載の原子炉建屋の保護物体において、
    前記容器は、少なくとも運転床を含み鉛直方向上方の前記原子炉建屋の外壁に設置されることを特徴とする原子炉建屋の保護物体。

Images