JP5703289B2 - 炉心溶融物の保持装置 - Google Patents

Description

本発明は、炉心溶融物の保持装置に関し、特に炉心溶融事故が発生した場合に、冷却水が投入されるまでの間、炉心溶融物を保持することが可能な保持装置に関する。

水冷却型原子炉では、冷却水の供給停止及び／又は配管の破断によって、原子炉圧力容器内へ冷却水が供給されなくなると、原子炉水位が低下して炉心が露出し、この炉心の冷却が不十分になる可能性がある。このような場合を想定して、水位低下の信号により自動的に原子炉は非常停止され、非常用炉心冷却装置(ＥＣＣＳ)による冷却材の注入によって炉心を冠水させて冷却し、炉心溶融事故を未然に防ぐようになっている。

しかしながら、上記冷却材の投入にはある程度の時間を要し、極めて低い確率ではあるが、上記非常用炉心冷却装置が作動せず、さらに、その他の炉心への注水装置も利用できない事態も想定され得る。このような場合、原子炉圧力容器内の水位は低下したままであって、露出した炉心は十分な冷却が行われなくなることにより、原子炉停止後も発生し続ける崩壊熱によって燃料棒温度が上昇し、最終的には炉心溶融に至ることが考えられる。

このような事態に至った場合、高温の炉心溶融物（コリウム）が原子炉圧力容器下部に溶け落ち、さらに原子炉圧力容器の下部を溶融貫通して、格納容器内の床上に落下するに至る。炉心溶融物は格納容器床に張られたコンクリートを加熱し、接触面が高温状態になるとコンクリートと反応し、二酸化炭素、水素等の非凝縮性ガスを大量に発生させるとともにコンクリートを溶融浸食する。

発生した非凝縮性ガスは、サプレッションプールで冷却することによって、その圧力をある程度低下させることはできるが、発生するガスの量が多いとサプレッションプールによってもその圧力を十分に低下させることができない。この結果、格納容器内の圧力を高め、原子炉格納容器を破損させる可能性があり、また、コンクリートの溶融浸食により格納容器バウンダリを破損させたりする可能性がある。すなわち、炉心溶融物とコンクリートとの反応が生じ、この反応が所定の時間に亘って継続すると格納容器破損に至り、格納容器内の放射性物質が外部環境へ放出させる恐れがある。

このような観点から、炉心溶融物とコンクリートとの反応を抑制するために、炉心溶融物を冷却し、炉心溶融物底部のコンクリートとの接触面の温度を浸食温度以下（一般的なコンクリートで１５００Ｋ以下）に冷却するか、炉心溶融物とコンクリートとが直接接触しないようにする必要がある。後者の手段の代表として、炉心溶融物保持装置（コアキャッチャー）と呼ばれるものが存在する。この炉心溶融物保持装置は、落下した炉心溶融物を耐熱材で受け止めるとともに、注水手段と組み合わせて炉心溶融物の冷却を図る設備である。

しかしながら、注水手段から冷却水が供給されるまでには、約１０分程度の時間を要する場合があり、この間、炉心溶融物は炉心溶融物保持装置のみによって保持しなければならない。したがって、炉心溶融物保持装置には極めて高い耐熱性が要求される。

従来、カルシウム酸化物とケイ素酸化物とを主成分とするコンクリートを用いて炉心溶融物保持装置を構成したり（特許文献１）、高融点材料のタイルを用いて炉心溶融物保持装置を構成したり（特許文献２）などの試みがなされている。しかしながら、炉心溶融物を保持する際には、炉心溶融物保持装置の温度が室温から２０００℃まで急激に温度上昇することになるため、その際に発生する熱応力による破損の問題や、炉心溶融物と炉心溶融物保持装置を構成する耐熱材との反応の問題、ジェット状に噴出した炉心溶融物が耐熱材の表面に局所的に衝突して溶融侵食を引き起こす、いわゆるジェットインピンジメントの問題など、多様な損傷要因が複合的に作用するため、現状においては、炉心溶融物保持装置として最適なものが提供されていない。

特開平５−５７９５号公報 特開平６−３００８８０号公報 特開平７−１２８４７６号公報 特開平８−４３５７６号公報 特開平８−２７１６６８号公報 特開２００２−１６８９８６号公報 特開平５−７２３７２号公報 特開平３−８７６９３号公報 特開平５−２４９２７３号公報 特開平６−２６５６７５号公報 特開平７−１１０３９２号公報 特開平８−４３５７５号公報 特開平９−２１１１６６号公報 特開平２−１３６７８９号公報 特開平４−１３６７９３号公報 特開平２−２８１１９０号公報 特開平５−３４１０８１号公報 特開平５−２０３７７９号公報 特開平６−１３０１６９号公報 特開平９−１３８２９２号公報 特開平６−３２４１７８号公報 特開２００７−２３２５２９号公報 特開２００８−１３９０２３号公報 特開２００５−１８９０４３号公報

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、炉心溶融物の熱や化学反応によっても所定の時間、炉心溶融物を保持することが可能な、実用に供することのできる炉心溶融物の保持装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、原子炉容器の下方に設けられる炉心溶融物の保持装置であって、前記保持装置は、冷却用媒体と接触する基材上において、第１の耐熱層、この第１の耐熱層上に形成され、前記第１の耐熱層よりも熱伝導率の低い第２の耐熱層、及びこの第２の耐熱層上に形成された耐食・衝撃緩和層からなる多層積層構造を含むことを特徴とする、炉心溶融物の保持装置に関する。

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討を実施した。その結果、炉心溶融物保持装置を、冷却水の流路を形成し、この冷却水と接触する基材と、この基材上に順次に形成した第１の耐熱層、第２の耐熱層、及び耐食・衝撃緩和層からなる多層積層構造を含むように構成することによって、上記課題を解決できることを見出し、本発明を想到するに至ったものである。但し、第２の耐熱層は第１の耐熱層よりも熱伝導率が低いことが必要である。

耐食・衝撃緩和層は、多層積層構造の最表層に位置し、原子炉圧力容器から落下してきた炉心溶融物が最初に衝突する層である。したがって、その名称の通り、炉心溶融物の衝撃を緩和し、炉心溶融物による腐食を初期段階において、軽減することができる。この結果、従来問題となっていた、ジェットインピンジメントの問題を解消することができる。

一方、炉心溶融物保持装置で炉心溶融物を保持している間に、炉心溶融物は耐食・衝撃緩和層を侵食して第２の耐熱層に至る可能性が高くなる。この場合、第２の耐熱層で炉心溶融物を保持している間に、炉心溶融物の熱が第１の耐熱層及び基材に伝導して、これら第１の耐熱層等を腐食したり溶解したりしないようにすることが必要である。したがって、第２の耐熱層は熱伝導率が低いことが要求され、特に以下に説明する第１の耐熱層の熱伝導率よりも低いことが要求される。すなわち、第２の耐熱層が、かかる要件を満足することによって、炉心溶融物の熱が第１の耐熱層及び基材に伝導するのを抑制することができる。

また、第２の耐熱層は、化学的に安定な材料から構成することが望ましく、その名の通り耐熱性にも優れるので、この層の厚さを適正化することによって、炉心溶融物による侵食と耐熱材の消耗を所望の時間抑制することができる。

炉心溶融物が第２の耐熱層に至ると、この炉心溶融物は第２の耐熱層を侵食し、第２の耐熱層の、炉心溶融物を保持している部分の厚さが小さくなる。しかしながら、多層積層構造の最下層に位置し、冷却水の流路を形成している基材と接する第１の耐熱層は熱伝導率が高いので、冷却水が冷却水路に供給された際に、冷却水による冷熱を、基材を介して炉心溶融物に効果的に伝達することができ、炉心溶融物の冷却を効果的に行うことができるようになる。

一方、上述した冷却の最中、あるいは冷却前に炉心溶融物が第１の耐熱層に達してしまう場合も考えられるが、第１の耐熱層は耐熱性に優れるので、炉心溶融物が基材に熱的な悪影響を与えないようにすることができ、基材の破損や変形を防止することができる。また、第１の耐熱層は化学的にも安定な材料から構成することができ、炉心溶融物による腐食を可能な限り抑制して、炉心溶融物が基材に至って、この金属部材を破損するのを抑制することができる。

以上、本発明によれば、炉心溶融物の熱や化学反応によっても所定の時間、炉心溶融物を保持することが可能な、実用に供することのできる炉心溶融物の保持装置を提供することができる。

第１の実施形態における水冷型原子炉の概略構成を示す断面図である。 図１に示す水冷型原子炉の炉心溶融物保持装置の概略構成を拡大して示す断面図である。 図２に示す炉心溶融物保持装置の層構成を概略的に示す断面図である。 第２の実施形態における炉心溶融物保持装置の層構成を概略的に示す断面図である。 第３の実施形態における炉心溶融物保持装置の層構成を概略的に示す断面図である。

以下、本発明の詳細、並びにその他の特徴及び利点について、図面を参照しながら実施形態に基づいて説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態における水冷型原子炉の概略構成を示す断面図であり、図２は、図１に示す水冷型原子炉の炉心溶融物保持装置の概略構成を拡大して示す断面図である。また、図３は、図２に示す炉心溶融物保持装置の層構成を概略的に示す断面図である。

図１に示すように、本実施形態の水冷型原子炉１０は、格納容器１１と、この格納容器１１を構成する板状の一対の部材１１１及び治具１１２によって格納容器１１内に固定された原子炉圧力容器１２とを含む。なお、この原子炉圧力容器１２は、例えばＰＷＲの原子炉容器を含むことができる。原子炉圧力容器１２の下方には下部ドライウェル１３を介してサンプ床１４が設けられており、サンプ床１４の下方には炉心溶融物保持装置１５が設けられている。

また、格納容器１１の左上部には、例えば原子炉圧力容器１２で発生した水蒸気を冷却器１６１によって冷却して、冷却用媒体としての冷却水を生成するための冷却水生成器１６が設けられている。生成した冷却水１６Ａは、冷却水生成器１６から配管１６２を介して、冷却水生成器１６の下方に設けられた冷却水貯留槽１７に送られ、冷却水１７Ａとして貯留される。冷却水１７Ａは、配管１７１を介して炉心溶融物保持装置１５の冷却水路に供給されるようになっている。さらに、格納容器１１の外壁１１４と一対の部材１１１によって画定されるようにしてサプレッションプール１８が設けられ、冷却水１８Ａが貯留されている。

図２に示すように、炉心溶融物保持装置１５は、格納容器１１の床部材１１３及び三角柱状の治具１１５と協働して冷却水路１５３を形成するような、お椀型の基材としての金属部材１５１と、この金属部材１５１上に形成された多層積層構造１５２とを有している。

また、図３に示すように、多層積層構造１５２は、金属部材１５１上に順次に形成された第１の耐熱層１５２１、第２の耐熱層１５２２及び耐食・衝撃緩和層１５２３からなる。

耐食・衝撃緩和層１５２３は、多層積層構造１５２の最表層に位置し、非常用炉心冷却装置(ECCS)（図示せず）等が十分に機能せずに炉心溶融事故が発生し、崩壊熱によって燃料棒温度が上昇して炉心溶融に至って生成した炉心溶融物が、原子炉圧力容器１２の下部を溶融貫通して、落下してきた炉心溶融物が衝突する層である。したがって、その名称の通り、炉心溶融物の衝撃を緩和し、炉心溶融物による腐食をある程度抑制することが要求される。

炉心溶融物は、ＵＯ_２及びＺｒＯ_２などの一般式で表される酸化物と、ＺｒとＦｅなどの金属成分である。但し、このような一般式で表される酸化物に限定されるものではなく、使用する燃料棒の材料組成や破損の状況に依存して、その材料組成は変化する。

耐食・衝撃緩和層１５２３は、上述した作用効果を奏するものであれば、その材料組成及び形態については特に限定されるものではないが、例えば繊維状のセラミックスの層とすることができる（第１の態様）。このような繊維状のセラミックス層は、弾性に富んでいるため、上述のようにして落下してきた炉心溶融物の、多層積層構造１５２に対する衝撃を緩和することができる。また、材料組成がセラミックであることに起因して、耐食性も良好である。

また、耐食・衝撃緩和層１５２３は、気孔率が５％以下の緻密なセラミックス層とすることもできる（第２の態様）。この場合、耐食・衝撃緩和層１５２３の強度を増大させることができるので、上述のようにして落下してきた炉心溶融物の、多層積層構造１５２に対する衝撃を緩和することができる。また、材料組成がセラミックであることに起因して、一般には耐食性も良好である。なお、気孔率の下限は特に限定されるものではないが、現状ではセラミックス原料の成形条件や焼成条件を制御することによって、気孔率は１％程度まで低減することができる。

上記２つの態様を比較した場合、繊維状のセラミックス層は気孔率５％以下の緻密なセラミックス層に対し、衝撃緩和性については優れるが、耐食性については炉心溶融物が隙間を浸透するために劣る。

このため、上述した２つの形態を併合することもできる。すなわち、耐食・衝撃緩和層１５２３を２層とし、いずれか一方の層を繊維状のセラミックス層とし、他方の層を気孔率５％以下の緻密なセラミックス層とすることもできる。

なお、上述のように、繊維状のセラミックス層は気孔率５％以下の緻密なセラミックス層と比較して、衝撃緩和性については優れるが、耐食性については劣るので、繊維状のセラミックス層を上層とし、緻密なセラミックス層を下層とすることにより（第３の態様）、上述した作用効果はより増長されるようになる。

以上、いずれの態様においても、耐食・衝撃緩和層１５２３は、その名の通り高い衝撃緩和特性と、耐食性を示すので、炉心溶融物が炉心溶融物保持部材１５上に局所的に落下した際に生じるジェットインピンジメントを抑制することができる。

なお、耐食・衝撃緩和層１５２３を構成するセラミックスは、上述したような一般式を有する炉心溶融物と反応しないようなものであることが好ましい。表１に、各種セラミックスの、炉心溶融物との反応性を調べた結果を示す。表１において、○及び◎は、炉心溶融物との反応性が低い場合を示し、×は炉心溶融物との反応性が高い場合を示す。△は、炉心溶融物とある程度の反応性があることを示している。

表１から明らかなように、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム等は炉心溶融物との反応性が低く、また、強度も優れるので、耐食・衝撃緩和層１５２３を構成するセラミックスとして好適である。換言すれば、アルミニウム酸化物、チタン酸化物、ジルコニウム酸化物及びハフニウム酸化物等を耐食・衝撃緩和層１５２３のセラミックスとして好適に用いることができる。

なお、耐食・衝撃緩和層１５２３の厚さは特に限定されないが、例えば５ｍｍ〜５００ｍｍとすることができる。また、上述した好ましいセラミックス材料からなる繊維状セラミックス層は市販されており、例えばＺｉｒｃａｒ Ｚｉｒｃｏｎｉａ Ｉｎｃ．製のＺｉｒｃｏｎｉａ Ｆｅｌｔ Ｔｙｐｅ ＺＹＦ等を挙げることができる。

一方、炉心溶融物保持装置１５で炉心溶融物を保持している間に、炉心溶融物は耐食・衝撃緩和層１５２３を腐食して第２の耐熱層１５２２に至る可能性が高くなる。この場合、第２の耐熱層１５２２で炉心溶融物を保持している間に、炉心溶融物の熱が第１の耐熱層１５２１及び金属部材１５１に伝導して、これら第１の耐熱層１５２１等を腐食したり溶解したりしないようにすることが必要である。したがって、第２の耐熱層１５２２は熱伝導率が低いことが要求され、特に以下に説明する第１の耐熱層１５２１の熱伝導率よりも低いことが要求される。すなわち、第２の耐熱層１５２２が、かかる要件を満足することによって、炉心溶融物の熱が第１の耐熱層１５２１及び金属部材１５１に伝導するのを抑制することができる。

また、第２の耐熱層１５２２は、化学的に安定な材料から構成され、炉心溶融物を保持した際にも、当該炉心溶融物との反応を抑制し、腐食を抑制することが重要である。この場合、第２の耐熱層１５２２には、炉心溶融物が直接衝突しないため、耐食・衝撃緩和層１５２３程の強度は要求されない。したがって、表１に示すように、炉心溶融物との反応性が低い、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化ジルコニウム（ジルコニア）、酸化ハフニウム、酸化イットリウム（イットリア）、酸化ネオジウム、リン酸ランタン等を用いることができる。換言すれば、アルミニウム酸化物、ケイ素酸化物、チタン酸化物、ジルコニウム酸化物、ハフニウム酸化物、イットリウム酸化物、ネオジウム酸化物、リン酸塩化合物等を第２の耐熱層１５２２として用いることができる。

なお、表１には特に示さないが、フォルステライト(２ＭｇＯ・ＳｉＯ_２)、アルミナセメント（ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３）なども第２の耐熱層１５２２を構成するセラミックスとして使用することができる。

また、以下に説明するように、第１の耐熱層１５２１も第２の耐熱層１５２２と同様のセラミックスから構成することができる。したがって、上述のように、第２の耐熱層１５２２の熱伝導率を低く、特に第１の熱伝導率よりも低くするには、第２の耐熱層１５２２の気孔率を第１の耐熱層１５２１の気孔率よりも高くすることによって達成することができる。例えば気孔率を１０体積％〜６０体積％とする。

この際、第２の耐熱層１５２２の気孔率が、第１の耐熱層１５２１から耐食・衝撃緩和層１５２３に向かうにつれて増大するようにすることができる。第２の耐熱層１５２２の気孔率が高く、かつ炉心溶融物の粘度が低い場合、炉心溶融物が気孔を通じて第２の耐熱層１５２２内に侵入し、第１の耐熱層１５２１にまで達してしまう場合がある。このような場合、上述のように、多層積層構造１５２の積層方向において、気孔率に傾斜を持たせるようにすれば、炉心溶融物は、第２の耐熱層１５２２の気孔率が減少した深部において保持され、さらなる侵入が妨げられるようになるので、炉心溶融物が第１の耐熱層１５２１にまで達してしまうような不利益を防止することができる。

なお、上述した気孔率の変化は連続的とすることもできるし、ステップ状とすることもできる。

また、上述のような気孔率の変化は、第２の耐熱層１５２２を形成する際に、第１の耐熱層１５２１側に比較的粒径の小さいセラミックス原料を用い、耐食・衝撃緩和層１５２３側に比較的粒径の大きいセラミックス原料を用いて、成形及び焼成を行うことによって得ることができる。

第２の耐熱層１５２２の厚さは特に限定されないが、例えば１０ｍｍ〜１００００ｍｍとすることができる。

炉心溶融物が第２の耐熱層１５２２に至ると、この炉心溶融物は第２の耐熱層１５２２を侵食し、第２の耐熱層１５２２の、炉心溶融物を保持している部分の厚さが小さくなる。したがって、多層積層構造１５２の最下層に位置し、冷却水の流路１５２を形成している金属部材１５１と接する第１の耐熱層１５２１は熱伝導率が、第２の耐熱層１５２２の熱伝導率よりも高くなるように所定のセラミックスから構成する。この場合、冷却水による冷熱を、金属部材１５１を介して炉心溶融物に効果的に伝達することができ、炉心溶融物の冷却を効果的に行うことができるようになる。

一方、上述した冷却の最中、あるいは冷却前に炉心溶融物が第１の耐熱層１５２１に達してしまう場合も考えられるが、第１の耐熱層１５２１は上述のようにセラミックスからなり、耐熱性に優れるので、炉心溶融物が金属部材１５１に熱的な悪影響を与えないようにすることができ、金属部材１５１の破損や変形を防止することができる。

また、第１の耐熱層１５２１は、第２の耐熱層１５２２と同様に、化学的にも安定なセラミックスから構成することができる。したがって、炉心溶融物による腐食を可能な限り抑制して、炉心溶融物が金属部材１５１に至って、この金属部材１５１を破損するのを抑制することができる。

第１の耐熱層１５２１を構成するセラミックスとしては、表１を参照することにより、第２の耐熱層１５２２と同様に、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化ジルコニウム（ジルコニア）、酸化ハフニウム、酸化イットリウム（イットリア）、酸化ネオジウム、リン酸ランタン等を用いることができる。換言すれば、アルミニウム酸化物、ケイ素酸化物、チタン酸化物、ジルコニウム酸化物、ハフニウム酸化物、イットリウム酸化物、ネオジウム酸化物、リン酸塩化合物等を用いることができる。また、ムライト（３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２）、ジルコン（ＺｒO_２・ＳｉＯ_２）なども第１の耐熱層１５２１を構成するセラミックスとして使用することができる。

第１の耐熱層１５２１の厚さは特に限定されないが、例えば１０ｍｍ〜１００００ｍｍとすることができる。

以上のような構成とすることにより、本実施形態における炉心溶融物保持装置１５は、炉心溶融物の熱や化学反応によっても所定の時間、炉心溶融物を保持することが可能であり、実用的な炉心溶融物として供給することが可能となる。

（第２の実施形態）
図４は、本実施形態における炉心溶融物保持装置の層構成を概略的に示す断面図である。なお、水冷型原子炉の概略構成及び炉心溶融物保持装置の概略構成は、第１の実施形態における図１及び図２に示す構成と同一の構成を有する。したがって、本実施形態では、第１の実施形態と異なる炉心溶融物保持装置の層構成について説明する。

図４に示すように、本実施形態では、第１の耐熱層１５２１中に基材としての金属部材１５１に締結された、高熱伝導部材としての棒状の金属製部材１５２５が、多層積層構造１５２の積層方向に沿って延在するようにして埋設されている。

上述のように、第１の耐熱層１５２１は熱伝導率が高く、冷却水路１５３に供給された冷却水の冷熱を、金属部材１５１を介して炉心溶融物に効果的に伝達することが要求される。しかしながら、上述したようなセラミックスは比較的高い熱伝導率を有するものの、酸化ジルコニウム（ジルコニア）等の熱伝導率は比較的低く、上述した作用効果を十分に奏することができない場合がある。

しかしながら、本実施形態では、第１の耐熱層１５２１中に棒状の金属製部材１５２５を埋設しているので、第１の耐熱層１５２１の熱導電率を向上させることができるようになる。したがって、酸化ジルコニウム等の比較的低い熱伝導率のセラミックスを用いた場合の他、その他のセラミックスを用いた場合においても、上述した冷熱の伝達を助長することができ、炉心溶融物の冷却をより効果的及び効率的に行うことができるようになる。

金属製部材１５２５は、例えばタングステンなどの高融点金属から構成することができる。一方、金属製部材１５２５を埋設するに際しては、第１の耐熱層１５２１に孔を形成し、この孔中に金属製部材１５２５を配置し、孔周囲を耐熱材であるラミング材で埋める方法の他、孔をめねじ状に加工するととともに、金属製部材１５２５をおねじ状に加工し、両者を累合させるようにして行うこともできる。

なお、孔中に金属製部材１５２５を配置して埋設する場合、孔径Ｄ_ｈは棒状の金属製部材１５２５の熱膨張を考慮して、金属棒の直径をＤ_ｒ、室温をＴ_１℃、高温時の推定温度をＴ_２℃、金属棒の熱膨張係数をα℃^−１とした場合、

数式１

とするのが好ましい。

また、その他の構成及び形態については、第１の実施形態と同様であるので、本実施形態における炉心溶融物保持装置１５は、炉心溶融物の熱や化学反応によっても所定の時間、炉心溶融物を保持することが可能であり、実用的な炉心溶融物として供給することが可能となる。

（第３の実施形態）
図５は、本実施形態における炉心溶融物保持装置の層構成を概略的に示す断面図である。なお、水冷型原子炉の概略構成及び炉心溶融物保持装置の概略構成は、第１の実施形態における図１及び図２に示す構成と同一の構成を有する。したがって、本実施形態では、第１の実施形態と異なる炉心溶融物保持装置の層構成について説明する。

図５に示すように、本実施形態では、耐食・衝撃緩和層１５２３の表面において、高低差ｈが１ｃｍ以上、好ましくは５ｃｍ以上の凹凸部１５２３Ａを有している。この場合、炉心溶融物が、炉心溶融物保持装置１５の多層積層構造１５２、すなわち耐食・衝撃緩和層１５２３に衝突した際に、炉心溶融物を飛散させることができる。したがって、炉心溶融物の衝突による衝撃を効果的に緩和することができるようになる。

なお、このような観点から、本実施形態は、第１の実施形態において説明した耐食・衝撃緩和層１５２３の第４の形態にも相当する。

また、その他の構成及び形態については、第１の実施形態と同様であるので、本実施形態における炉心溶融物保持装置１５は、炉心溶融物の熱や化学反応によっても所定の時間、炉心溶融物を保持することが可能であり、実用的な炉心溶融物として供給することが可能となる。

（第４の実施形態）
本実施形態では、特に図示しないものの、第１の耐熱層１５２１、第２の耐熱層１５２２及び耐食・衝撃緩和層１５２３を、ブロック状の耐熱材、例えば上述したセラミックスからなる耐熱材を積み上げる構造とすることができる。これによって、炉心溶融物を保持する間に、層中に発生する熱膨張の度合いの相違に基づいて隣接する層間に発生する熱応力を緩和することができ、例えば層中にクラックが発生したり破損したりすることを抑制して、当該層の破壊を抑制することができる。

ブロックの断面形状としては、空間を隙間無く埋めることが可能な、３角形、４角形、６角形、２種類のひし形のタイルによるいわゆるペンローズタイリングなどが考えられるが、角部での熱応力の低減や、タイルの作製の容易さなどを考えると、４角形、もしくは６角形が好適であると考えられる。

また、タイルを保持する方法としては、タイルにはめ合い部を形成することによって組合せる方法や、タイル側にアンカーピンを挿入する穴を形成してピンによって締結する方法や、タイルの隙間に目地材を用いる方法、あるいはこれらを組合せる方法などが考えられるが、施工の容易性などを考えると、ある程度目地材を使ってタイルを固定することが好ましい。

目地材の材料としては、アルミニウム酸化物、ジルコニウム酸化物、マグネシウム酸化物、もしくはケイ素酸化物を主成分とするものなどが考えられる。また、タイルを構成するセラミックスの種類に合わせて目地材を構成することができ、たとえば、第１の耐熱層１５２１を緻密質なアルミニウム酸化物から構成した場合には、これと相性が良く、耐熱性の高いアルミニウム酸化物系の目地材を用い、第２の耐熱層１５２２をジルコニウム酸化物から構成した場合には、相性が良く熱伝導率が低いジルコニウム酸化物系の目地材を用い、最表面にはジェットインピンジメントへの耐性の高いマグネシウム酸化物系の目地材を用いるなどの工夫を行うこともできる。

以上、本発明を上記具体例に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記具体例に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいて、あらゆる変形や変更が可能である。

１０ 水冷型原子炉
１１ 格納容器
１２ 原子炉圧力容器
１３ 下部ドライウェル
１４ サンプ床
１５ 炉心溶融物保持装置
１５１ 金属部材
１５２ 多層積層構造
１５３ 冷却水路
１５２１ 第１の耐熱層
１５２２ 第２の耐熱層
１５２３ 耐食・衝撃緩和層
１５２５ 棒状の金属製部材
１５２３Ａ 凹凸部
１６ 冷却水生成器
１７ 冷却水貯留槽
１８ サプレッションプール

Claims (11)

1. 原子炉容器の下方に設けられる炉心溶融物の保持装置であって、
   冷却用媒体と下方の面が接触する基材と、
   前記基材の上方の面上に配設されセラミック材料からなる第１の耐熱層と、
   前記第１の耐熱層上に形成され、前記セラミック材料からなり、前記第１の耐熱層よりも気孔率が高く熱伝導率の低い第２の耐熱層と、
   前記第２の耐熱層上に形成され、耐腐食特性及び耐衝撃特性を有する耐食・衝撃緩和層と、
   からなる多層積層構造を有する炉心溶融物の保持装置。
2. 前記第１の耐熱層は、アルミニウム酸化物、ケイ素酸化物、チタン酸化物、ジルコニウム酸化物、ハフニウム酸化物、イットリウム酸化物、ネオジウム酸化物、及びリン酸塩化合物からなる群より選ばれる少なくとも１種の耐熱材料を含むことを特徴とする、請求項１に記載の炉心溶融物の保持装置。
3. 原子炉容器の下方に設けられる炉心溶融物の保持装置であって、
   前記保持装置は、冷却用媒体と接触する基材上において、第１の耐熱層、この第１の耐熱層上に形成され、前記第１の耐熱層よりも熱伝導率の低い第２の耐熱層、及びこの第２の耐熱層上に形成された耐食・衝撃緩和層からなる多層積層構造を含み、
   前記第１の耐熱層中に、前記基材に締結され前記第１の耐熱層よりも熱伝導率が高い高熱伝導部材が埋設されてなることを特徴とする、炉心溶融物の保持装置。
4. 前記第２の耐熱層は、アルミニウム酸化物、ケイ素酸化物、チタン酸化物、ジルコニウム酸化物、ハフニウム酸化物、イットリウム酸化物、ネオジウム酸化物、及びリン酸塩化合物からなる少なくとも１種を含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載の炉心溶融物の保持装置。
5. 前記第２の耐熱層の前記気孔率が、前記第１の耐熱層側から前記耐食・衝撃緩和層側に向けて増大することを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか一に記載の炉心溶融物の保持装置。
6. 前記耐食・衝撃緩和層は、アルミニウム酸化物、チタン酸化物、ジルコニウム酸化物、及びハフニウム酸化物からなる群より選ばれる少なくとも１種を含む繊維状の層であることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれか一に記載の炉心溶融物の保持装置。
7. 前記耐食・衝撃緩和層は、アルミニウム酸化物、チタン酸化物、ジルコニウム酸化物、及びハフニウム酸化物からなる群より選ばれる少なくとも１種を含む気孔率５％以内の層であることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれか一に記載の炉心溶融物の保持装置。
8. 原子炉容器の下方に設けられる炉心溶融物の保持装置であって、
   前記保持装置は、冷却用媒体と接触する基材上において、第１の耐熱層、この第１の耐熱層上に形成され、前記第１の耐熱層よりも熱伝導率の低い第２の耐熱層、及びこの第２の耐熱層上に形成された耐食・衝撃緩和層からなる多層積層構造を含み、
   前記耐食・衝撃緩和層は２層構造を呈し、その表面側に位置する第１の層は繊維状の層であり、内側に位置する第２の層は気孔率５％以内の層であることを特徴とする、炉心溶融物の保持装置。
9. 前記耐食・衝撃緩和層の表面において、１ｃｍ以上の高低差の凹凸部を有することを特徴とする、請求項１ないし８のいずれか一に記載の炉心溶融物の保持装置。
10. 前記第１の耐熱層、前記第２の耐熱層及び前記耐食・衝撃緩和層は、ブロック状の部材を積層してなることを特徴とする、請求項１ないし９のいずれか一に記載の炉心溶融物の保持装置。
11. 前記ブロック状の部材は、アルミニウム酸化物、ジルコニウム酸化物、マグネシウム酸化物、及びケイ素酸化物からなる群より選ばれる少なくとも１種を含む目地材によって固められて積層されたことを特徴とする、請求項１０に記載の炉心溶融物の保持装置。

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