JPS6130719B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、セラミツク燃料、即ち核分裂性金属
（および適切に増殖させるための燃料親金属）の
酸化物あるいは炭化物の如き１つあるいはそれ以
上の複合物から成る核燃料を供給される原子炉に
関する。本発明は特に、燃料の溶解がおこるよう
な極端な緊急事態の下での操業に対する安全装置
として、炉心を構成する燃料を捕え且つ分散させ
るのに役立ち、従来技術において“炉心キヤツチ
ヤ”として知られている装置に関する。かゝる炉
心キヤツチヤが設けられる燃料の代表的な例は、
ガス冷却型高速中性子増殖炉に使用される、酸化
プルトニウムと酸化ウランの混合燃料である。

炉内キヤツチヤに関連した問題は、燃料溶融片
を分散させて危機を避けることと、更に、分散さ
せた溶解物から可能な限り多量の熱を除去して、
第１に、核分裂生成物およびプルトニウム−ゾル
を解放する燃料溶解物の沸騰を回避し、第２に、
溶融片が炉格納容器を貫通するのを防ぐため溶融
片を凝固させることとを含んでいる。セラミツク
核燃料は熱伝導性が非常に劣つており、当該問題
を一層悪化させる。それゆえ可能な限り多く少量
に分散させることが望ましい。さらに他の問題
は、炉心キヤツチヤの上方領域における溶融燃料
の早過ぎる凝固の回避に存する。かゝる状態が生
じた場合、溶解物からの熱の上向き放射は、残り
の炉部分への重大な損傷および熱絶縁を生じさせ
る。それ故本発明の目的は、燃料溶解物を多数の
少量に分散させることに加えて、上方領域におけ
る燃料溶解物の凝固の早過ぎる傾向を弱める炉心
キヤツチを備えた、セラミツク燃料型原子炉を提
供することにある。

本発明に依ればセラミツク燃料型原子炉は、炉
心の下方に並べて配置され接近して隔置された直
立するアセンブリのグループから成る炉心キヤツ
チヤを有し、各アセンブリは隔置され積み重ねら
れた犠性金属プレートから成り、これらのプレー
トは、隣接するアセンブリと協同して、積み重ね
られたプレートの間の間隙によつて相互に連結さ
れた垂直方向に細長い複数の空胴を作り出すよう
な周囲輪郭を備えている。

万一炉心が溶けた場合、溶融片は、垂直な空胴
を経て炉心キヤツチヤの下方領域へ比較的自由に
流れることができ、更に熱がプレートへ伝わるに
つれて比較的早く凝固するアセンブリの配列の至
るところに、分散することができる。凝固片は、
多数の相互に連結した重大でないかたまりを形成
し、重大な核分裂生成物の解放および炉格納容器
の燃焼による損傷は避けられる。

犠性プレートは炉心溶融片によつて溶かされる
のが良く、結果として生じる燃料−金属混合体
は、炉心片の熱伝導性を改善し、それによつて溶
解物の一層早い凝固を促進する。セラミツク燃料
型原子炉の好ましい構造において、炉心キヤツチ
ヤの犠性プレートはほぼ六角形であつて、全体的
に細長く先細の軸を形成するように隅切断部を備
えており、そして、冷却材誘導コイルを収容し、
且つ炉心の燃料サブアセンブリを支持するための
上方プラツトホームを備えた、直立管状グラフア
イトコラムに設けられている。

これから本発明の構造的態様を、例として添付
の図面を参照して説明する。

第１図および第２図に示されている炉心キヤツ
チヤは、PuO₂／UO₂の混合燃料ガスを供給され
るガス冷却高速中性子増殖炉に使用され、全体的
に参照番号１により第１図に２つ示され、第２図
に７つ示されている如き、複数の例えば100以上
のアセンブリ配列から構成されている。各アセン
ブリ１は管状グラフアイトコラム２を有し、この
コラム２はその上端に、燃料サブアセンブリ（図
示せず）を支持するための六角形状プラツトホー
ム３を備えている。このプラツトホームは、燃料
サブアセンブリを位置ぎめする対称的に位置され
た開口４を有し、当該燃料サブアセンブリは、ア
センブリ１の残りによつて位置ぎめされ且つ支持
される燃料サブアセンブリとともに、原子炉の炉
心を形成する。大部分のコラム２はそれぞれ、７
つの燃料サブアセンブリのクラスタを支持する
が、炉心全体に亘つて分散される13のコラムはそ
れぞれ、たつた６つの燃料サブアセンブリクラス
タを支持し、７番目の位置は中央制御要素によつ
て占有される。第１図はかゝるコラムの１つを示
している。この例における原子炉はガス冷却式で
あるので、炉心および冷却材は圧力容器の中に収
容され、この場合当該圧力容器は、プレストレス
トコンクリート製圧力容器であり、ベースの断片
が第１図に番号５によつて示されている。各アセ
ンブリ１はベース５の上に設けられ、アセンブリ
１および燃料サブアセンブリのすべての重量がベ
ース５によつて支持される。

各アセンブリ１のコラム２の下方領域は、ステ
ンレススチール製管状スパイン７を収容し、この
スパイン７は、コラム２のボア１０と正しく合わ
さり且つこれと類似の直径から成る開口９を備え
た上端８を有している。スパイン７の下端は、グ
ラフアイトコラム２の下端の近くで終わり、コラ
ム２の中に形成されたステツプ１１と衝合し、グ
ラフアイトコラムの下端はグラフアイトベース部
材１２の中にきつちりと取りつけられ、このベー
ス部材１２は、圧力容器のベース５の冷却管１４
を備えるスチールライナ１３の上に位置し、これ
によつて支持されている。ライナ１３およびベー
ス５には貫通部１５が設けられている。

ベース部材は、鋳鉄製犠性プレート１６の立て
筒２５を支持し、これらのプレートは、延長した
面を構成し且つグラフアイトコラム２に設けら
れ、各々が一体のスペーサー１７を有し、隣接す
るプレート間にすき間を提供する。他にプレート
１６は、銅製、あるいはアイソトープ²³⁵Uの減損
したウラン製であつても良い。各プレート１６
は、六角形の隅が弧状切断部１８（第２図参照）
によつて除かれた大体六角形状の周囲を有し、切
断部１８は集合的に軸１８ａを構成する。上方の
７つのプレート切断部は、残りのプレートの大部
分の切断部より大きく、中間の２つのプレート
は、大きい方の切断部と小さい方の切断部との間
の大きさの切断部を有している。かくて、溶けた
炉心を収容するのに役立つ空間は、隣接するアセ
ンブリ１のプレート１６の周囲の間の空間、個々
のアセンブリ１の隣接するプレート１６の間の空
間、切断部によつて構成され且つ延長した面の間
の空間と連通する全体的に先細の軸１８ａから構
成される。各プレート１６は、番号１６ａによつ
て第１図のプレート１６の１つに破線で示されて
いるように、中性子吸収差込材を有するのが良
い。この差込材はボロンから作られるのが良く、
金属によつて完全に包囲される。

第１図に示されているアセンブリのスチールス
パイン７の内部は、原子炉の制御機構の一部を形
成する細長い棒２４を収容する。棒２４は、コラ
ム２のボア１０を通つて炉心の中へ上向きに延
び、好ましくは圧力境界の内側のポツドにおいて
底部制御棒作動装置（図示せず）と連絡するよう
に、ベース５の貫通部１５を通つて下向きに延び
る。スチールスパイン７は又水冷却コイル１９を
収容し、入口２０および出口２１も又、貫通部１
５を通つて圧力容器の外側の熱交換器あるいは他
の熱除去装置（図示せず）へ延びている。他の構
造においては各コラム２の中にかゝる冷却コイル
が２つある。スパイン７の内部の残りは金属銅２
５によつて占有され、この金属銅は、スパイン
７、コラム２およびプレート１６からの良好な熱
伝導のため冷却コイル１９による熱除去を助ける
ばかりでなく、コイル１９における漏れにより生
じさせられる問題を回避するのに役立つ。

最終的にコラム２は、面を横切る寸法がプレー
ト１６のそれと類似で且つ類似の隅切断部１８を
備えた、六角形状バツフル２２を有している。減
少した直径から成るコラム２の部分の間の空間
は、炉冷却材が炉心を通つて上向きに流れるまえ
に、炉冷却材のための入口ガスプレナム２３を都
合良く形成する。

万一燃料サブアセンブリが溶け落ちた場合、溶
融片は、開口４を通してプレナム２３の中へ、そ
れから軸１８ａの中を炉心キヤツチヤのベースへ
下向きに流れることができる。溶融片はプレート
１６の間に浸透し、そこです早く冷却され凝固
し、且つ核分裂生成物およびプルトニウムエーロ
ゾルを解放する沸騰を回避し、凝固部分は上向き
に成長する。プレート１６の熱容量は、冷却コイ
ル１９への熱伝導によつておよびプレート１６の
溶融によつてさらに高められ、溶融金属は、破片
の溶融酸化物と均一にまざり合い、熱伝導率を改
善する。グラフアイトベース部材１２は、コンク
リート容器の膜１３を、破片の最初に溶融した部
分と直接接触しないように保護し、熱は冷却コイ
ル１４によつて冷達され、それによつてコンクリ
ート容器のベースが燃えるのを防いでいる。結局
炉心キヤツチヤは、結果として生じる凝固部分が
それほど重大でない割合で安全に収容されること
を確実にする。

第３図乃至第５図に示された他の構造において
当該構造は、第１図及び第２図に示されている構
造といくつかの類似点を有し、とりわけ各アセン
ブリ１１は、同一の参照番号によつて示された、
コラム、プラツトホーム、位置ぎめ用開口、シユ
ラウド、スチールスパイン、ベース部材、冷却コ
イル、銅充填材、および第１図、第２図の構造と
類似の原子炉制御機構のための棒を有している。
しかしながら各アセンブリ１１には、31によつて
示されたプレート隅切断部を備えるわずか13の六
角形状犠性プレート３０が設けられている。これ
らのプレートは、中間部材３２とともにベース部
材１２の上に積み重ねられ、グラフアイトスペー
サー３３によつて隔置関係に保持され、更に六角
形のステンレススチールラツパー３４によつて囲
まれている。このラツパーは、大きな接近開口３
５を有し、そこでコラム２と正しく合い、更に上
端でプラツトホーム３と適合し且つ下端でベース
部材１２の上に位置する部材３２と適合するよう
に延びている。溶けた炉心のための収容部は、
（他のラツパーと隣接して衝合する）ラツパー３
４内の空間、即ちプレート３０の間の空間と、切
断部３１により提供された連通部とから構成され
ている。

【図面の簡単な説明】

第１図は、炉心キヤツチヤの１つの構造の、第
２図の−線に沿つた断片的断面図、第２図
は、第１図の−線に沿つた断面の平面図、第
３図は、炉心キヤツチヤの他の構造の、第４図の
−線に沿つた断片的断面図、第４図は、第３
図の−線に沿つた断面の平面図、第５図は、
第３図より寸法を小さくして描かれた、第３図の
構造の単一のアセンブリの等角斜視図である。 １……アセンブリ、２……コラム、３……プラ
ツトホーム、１６……プレート、１８……隅切断
部、１９……冷却コイル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 炉心の下方に並んで整列し接近して隔置され
   た直立するアセンブリのグループから成る炉心キ
   ヤツチヤを有し、各アセンブリは隔置され積み重
   ねられた犠性金属プレートから成り、前記プレー
   トが、隣接するアセンブリと協同して、積み重ね
   られたプレートの間の間隙によつて相互に連結さ
   れた垂直方向に細長い複数の空胴を作り出すよう
   な周囲輪郭を備えていることを特徴とする、セラ
   ミツク燃料型原子炉。 ２ 炉心キヤツチヤの犠性プレートはほぼ六角形
   であつて、全体的に細長く先細の軸を形成するよ
   うに隅切断部を備えており、更に前記プレート
   は、冷却材誘導コイルを収容し且つ炉心の燃料サ
   ブアセンブリを支持するための上方プラツトホー
   ムを備えた、直立管状グラフアイトコラムに設け
   られることを特徴とする、特許請求の範囲第１項
   記載の原子炉。 ３ 犠性プレートが、鋳鉄、銅およびアイソトー
   プ²³⁵Uの減損したウランから成るグループから選
   択された金属で作られることを特徴とする、特許
   請求の範囲第２項記載の原子炉。 ４ 犠性プレートがそれぞれ、中性子吸収物質の
   かたまりを収容することを特徴とする、特許請求
   の範囲第３項記載の原子炉。 ５ 各アセンブリの冷却材誘導コイルが、犠性プ
   レート、グラフアイトコラムおよび冷却コイルの
   間で熱を伝達するため、銅のかたまりの中に埋め
   込まれていることを特徴とする、特許請求の範囲
   第２項記載の原子炉。