JP6305696B2 - 原子炉の廃炉方法及び廃炉システム - Google Patents
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Description
地震や津波等により、メルトダウン(炉心溶融)、メルトスルー(炉心貫通)又は水素爆発に至った原子炉は、極めて高い放射線線量を有する残存核燃料の貯蔵庫であり、制御棒によって核***を制御できる状態ではない。従って、溶融した核燃料から放射線が放出されることを抑え、万が一にも核***が発生しないように再臨界管理及び崩壊熱管理を確実に行い、頑健な閉じ込め(封じ込め)が可能となる廃炉方法が求められる。
図1に本発明の第一実施形態に係る原子炉1の廃炉システムS1の概要を示す。本実施形態に係る原子炉1の廃炉システムS1は、溶媒又は冷却材として水を供給する水分供給部2と、熱中性子を吸収する硼酸を供給する硼酸供給部3と、原子炉1の破損部分又は溶融核燃料の表面を被覆するための二酸化珪素(以下、「シリカ」と称する。)を供給する二酸化珪素供給部4と、水、硼酸及びシリカを混合して泥漿を生成する泥漿生成部5と、泥漿を原子炉1の液体流通経路内に注入する泥漿注入部6と、水、硼酸及びシリカの供給を制御する制御部7と、を備えている。なお、図1及び図2に示した原子炉1は、説明の便宜上、簡略化した構成を図示している。
図1に示すように、水分供給部2は、原子炉1の上方に配置された水タンク2aを有し、水タンク2a内には水が貯留されている。水は、冷却材として機能すると共に、硼酸及びシリカの溶媒としても機能する。
図1に示すように、硼酸供給部3は、原子炉1の上方に配置された硼酸タンク3aを有し、硼酸タンク3a内には硼酸水が貯留されている。硼酸水は、例えば、五硼酸ナトリウム水溶液が用いられ、硼酸が熱中性子の吸収材として機能する。
図1に示すように、二酸化珪素供給部4は、原子炉1の上方に配置されたシリカタンク4aを有し、シリカタンク4a内には粉粒状のシリカが水に分散されたシリカ懸濁液が貯留されている。粉粒状のシリカは、原子炉1の破損部分(例えば、ひび、亀裂、孔等)又は核燃料の表面を被覆する機能を有する。シリカの粒径は、原子炉1の破損部分の大きさに応じて、例えば、10μm〜1cm程度のものが用いられる。
図1に示すように、泥漿生成部5は、水タンク2aの底部に接続された配管2bと、硼酸タンク3aの底部に接続された配管3bと、シリカタンク4aの底部に接続された配管4bと、これら配管2b,3b,4bを集合する集合配管5aと、この集合配管5aに接続された撹拌機5bと、を有する。撹拌機5bには、水、硼酸水及びシリカ懸濁液の混合液が供給され、撹拌回転羽根等の撹拌手段(図示せず)によって略均一に撹拌され、水、硼酸及びシリカを含む泥漿(硼酸水にシリカが分散された流動体)が生成される。
図1に示すように、泥漿注入部6は、撹拌機5bで生成された水、硼酸及びシリカを含む泥漿を原子炉1に注入するものであり、上端が撹拌機5bに接続され下端が原子炉1内の設備(例えば、圧力容器、格納容器、使用済燃料プール等)に接続された配管6aと、配管6aに設けられた圧送ポンプ6bと、を有する。圧送ポンプ6bを作動させると、撹拌機5bによって生成された泥漿が配管6aを通って原子炉1内に注入され、圧送ポンプ6bを停止させると、泥漿の原子炉1内への注入が停止される。なお、配管6aは、泥漿を供給する原子炉1内の各設備に直に接続してもよいし、原子炉1に装備されている流体流通経路(冷却水の配管等)に接続するようにしてもよい。
図1に示すように、原子炉1には、炉内に貯留された液体(水及び泥漿)を吸い上げて冷却し、再び撹拌機5bに戻して原子炉1に供給する泥漿循環部8が接続されている。泥漿循環部8は、原子炉1に接続された配管8aと、配管8aに設けられた吸上ポンプ8bと、吸上ポンプ8bで吸い上げられた液体を冷却する熱交換器8cと、熱交換器8cで冷却された液体を貯留する調整タンク8d(バッファタンク)と、調整タンク8d内の液体を撹拌機5bに導く配管8eと、を備えている。なお、配管8aは、泥漿を供給する原子炉1内の各設備に直に接続してもよいし、原子炉1に装備されている流体流通経路(冷却水の配管等)に接続するようにしてもよい。
図1に示すように、制御部7は、原子炉1の破損状態に応じて、水、硼酸及びシリカの原子炉1への供給流量を調整するものである。すなわち、制御部7は、水タンク2aの配管2bに設けられた調整弁2cの開度、硼酸タンク3aの配管3bに設けられた調整弁3cの開度、シリカタンク4aの配管4bに設けられた調整弁4cの開度、圧送ポンプ6bの運転状態、吸上ポンプ8bの運転状態を、原子炉1の破損状態に応じて制御し、原子炉1に注入される泥漿の組成及び量を調整する。
上述した原子炉1の廃炉システムS1を用いた廃炉方法を説明する。破損した原子炉1を廃炉にする際には、制御部7によって各調節弁2c,3c,4cの開度が調整され、圧送ポンプ6bが運転され、吸上ポンプ8bが原子炉1内の液位に応じて運転される。これにより、水タンク2aの水と硼酸タンク3aの硼酸水とシリカタンク4aのシリカ懸濁液とが撹拌機5bで撹拌されて泥漿状態(スラリー)とされ、その泥漿が圧送ポンプ6bによって原子炉1内に注入される。原子炉1内に供給された泥漿は、固体粒子である粉粒状のシリカが時間の経過と共に沈下し、原子炉1の破損部分(例えば、ひび、亀裂、孔等)及び核燃料の表面を被覆する。
図2に本発明の第二実施形態に係る原子炉1の廃炉システムS2の概要を示す。この実施形態に係る廃炉システムS2は、上述した第一実施形態に係る廃炉システムS1と比較して、硼酸タンク3aに粉粒状の硼酸が収容されている点、シリカタンク4aが粒径の異なるシリカ(粉粒体)を収容した複数の二酸化珪素貯留タンク(サブタンク4ax,4ay,4az)から成る点が異なっており、その他は同様の構成となっている。
図3に示すように、沸騰水型原子炉11(BWR)においては、核燃料を収容する圧力容器12に、内部の冷却材(水)を取り出して再び戻す再循環ループ13が接続されている。再循環ループ13は、圧力容器12から水を取り出す排水管14と、圧力容器12に水を注入する注水管15と、排水管14と注水管15とを接続する再循環ポンプ16と、を有している。また、沸騰水型原子炉11は、圧力容器12にタービン設備からの主蒸気復水を導入する冷却水導入管17及び圧力容器12から蒸気を取り出す主蒸気取出管18を有している。なお、ここでは、沸騰水型原子炉11として、格納容器内の図のみを図示し、原子炉建屋及びその他の付帯設備(使用済燃料プール等)の図を省略してある。
図4に示すように、加圧水型原子炉21(PWR)においては、核燃料を収容する圧力容器22に、冷却材(水)を注入する戻り管23と冷却材を取り出す出口管24とが接続され、これら戻り管23と出口管24とが冷却材ポンプ25で接続されている。圧力容器22から出口管24を通して取り出された冷却材は、蒸気発生器26において水と熱交換して冷却された後、冷却材ポンプ25及び戻り管23を通って圧力容器22に戻される。なお、ここでは、加圧水型原子炉21として、格納容器内の図のみを図示し、原子炉建屋及びその他の付帯設備(燃料取替用水タンク、使用済燃料プール等)の図を省略してある。
2 水分供給部
2a 水タンク
2b,3b,4b 配管
2c,3c,4c 調節弁
3 硼酸供給部
3a 硼酸タンク
4 二酸化珪素供給部
4a シリカタンク
4ax,4ay,4az サブタンク
4bx,4by,4bz 配管
4cx,4cy,4cz 調整弁
4d 集合管
5 泥漿生成部
5a 集合配管
5b 撹拌機
6 泥漿注入部
6a,8a,8e 配管
6b 圧送ポンプ
7 制御部
8 泥漿循環部
8b 吸上ポンプ
8c 熱交換器
8d 調整タンク
9 放射線測定器
10 放射線液位測定器
11 沸騰水型原子炉
12 圧力容器
13 再循環ループ
14 排水管
15 注水管
16 再循環ポンプ
17 冷却水導入管
18 主蒸気取出管
21 加圧水型原子炉
22 圧力容器
23 戻り管
24 出口管
25 冷却材ポンプ
26 蒸気発生器
Claims (6)
- 破損した原子炉の放射性物質の閉じ込めを行う原子炉の廃炉方法であって、
前記原子炉内に水、硼酸及び二酸化珪素を含む泥漿を注入する泥漿注入工程と、
前記泥漿により前記原子炉を冷却しつつ熱中性子を吸収すると共に前記原子炉の破損部分又は溶融核燃料の表面を被覆する被覆工程と、を含み、
前記泥漿注入工程は、前記原子炉の破損状態に応じて、前記硼酸の濃度、前記二酸化珪素の濃度及び前記二酸化珪素の粒径のうち少なくとも一つを調整する調整工程を含む、
ことを特徴とする原子炉の廃炉方法。 - 前記泥漿注入工程により前記原子炉内に供給された泥漿を吸い上げて冷却し、再び前記原子炉内に供給する泥漿循環工程を有する、ことを特徴とする請求項1に記載の原子炉の廃炉方法。
- 破損した原子炉の放射性物質の閉じ込めを行う原子炉の廃炉システムであって、
溶媒又は冷却材として水を供給する水分供給部と、
熱中性子を吸収する硼酸を供給する硼酸供給部と、
前記原子炉の破損部分又は溶融核燃料の表面を被覆するための二酸化珪素を供給する二酸化珪素供給部と、
前記水、前記硼酸及び前記二酸化珪素を混合して泥漿を生成する泥漿生成部と、
前記泥漿を前記原子炉内に注入する泥漿注入部と、
前記水、前記硼酸及び前記二酸化珪素の供給量を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする原子炉の廃炉システム。 - 前記制御部は、前記原子炉の破損状態に応じて、前記水、前記硼酸及び前記二酸化珪素の流量を調整可能に構成されている、ことを特徴とする請求項3に記載の原子炉の廃炉システム。
- 前記二酸化珪素供給部は、粒径の異なる二酸化珪素を貯留する複数の二酸化珪素貯留タンクを有する、ことを特徴とする請求項3又は4に記載の原子炉の廃炉システム。
- 前記原子炉内に供給された泥漿を吸い上げて冷却し、再び前記原子炉内に供給する泥漿循環部を備える、ことを特徴とする請求項3〜5のいずれか一項に記載の原子炉の廃炉システム。
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