特開 2022-145908 セシウムトラップ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022145908

(43)【公開日】2022-10-04

(54)【発明の名称】セシウムトラップ

(51)【国際特許分類】

   G21C 19/31 20060101AFI20220926BHJP

【ＦＩ】

G21C19/31 300

【審査請求】有

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022128074

(22)【出願日】2022-08-10

(62)【分割の表示】P 2019553528の分割

【原出願日】2018-03-29

(31)【優先権主張番号】62/478,419

(32)【優先日】2017-03-29

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】513313945

【氏名又は名称】テラパワー， エルエルシー

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】特許業務法人ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】コービン，ロバート，エー．

(72)【発明者】

【氏名】トルァックス，ジョン，イー．

(57)【要約】

【課題】ナトリウム流からセシウムを除去するセシウムトラップを提供する。
【解決手段】セシウムトラップは、頂部を含む本体であって、前記本体は、フィルタと、ナトリウム流からセシウムを除去するように構成されている活性物質と、を含む、本体と、前記本体の実質的に周囲に配置された冷却ジャケットと、前記頂部から伸びる少なくとも１つの第１のナトリウムラインであって、前記少なくとも１つの第１のナトリウムラインは、ナトリウム処理回路の対応する少なくとも１つの第２のナトリウムラインと流体連通して結合するように構成されている、ナトリウムラインと、を含む。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

頂部を含む本体であって、前記本体は、フィルタと、ナトリウム流からセシウムを除去するように構成されている活性物質と、を含む、本体と、
前記本体の実質的に周囲に配置された冷却ジャケットと、
前記頂部から伸びる少なくとも１つの第１のナトリウムラインであって、前記少なくとも１つの第１のナトリウムラインは、ナトリウム処理回路の対応する少なくとも１つの第２のナトリウムラインと流体連通して結合するように構成されている、ナトリウムラインと、を含む、セシウムトラップ。

【請求項2】

前記冷却ジャケットから伸びる少なくとも１つのトラップアンカーをさらに含み、前記トラップアンカーは、少なくとも１つの側方支持アンカーを形成するように、シールドセルから伸びる少なくとも１つの対応するセルアンカーに取り外し可能に結合可能である、請求項１に記載のセシウムトラップ。

【請求項3】

前記頂部に配置された少なくとも１つのリフティングアイをさらに含み、前記少なくとも１つのリフティングアイは、前記セシウムトラップをシールドセル内に配置するとともに前記セシウムトラップをシールドセルから取り外すためのリフティングツールを、受け入れるように構成されている、請求項１に記載のセシウムトラップ。

【請求項4】

前記冷却ジャケットの底部から伸びる入口冷却ラインをさらに含み、前記入口冷却ラインは、シールドセル内の対応する固定冷却ラインに流体連通して取り外し可能に結合可能である自由端を有する、請求項１に記載のセシウムトラップ。

【請求項5】

前記頂部に配置された少なくとも１つのレシーバをさらに含み、電力および機器制御付属装置が、前記少なくとも１つのレシーバに取り外し可能にプラグを差し込むように構成されている、請求項１に記載のセシウムトラップ。

【請求項6】

前記本体の底部に結合された基部をさらに含み、少なくとも１つの対応する位置決めピンを介してシールドセルの底部内に前記基部が位置決め可能であるように、前記基部内に少なくとも１つの開口部が画定される、請求項１に記載のセシウムトラップ。

【請求項7】

セシウムトラップであって、
頂部を含む本体であって、前記本体は、フィルタと、セシウムおよびアルゴンを含有するナトリウム流からセシウムを除去するように構成されている活性物質と、を含む、本体と、
前記頂部から伸びる少なくとも１つの第１のナトリウムラインであって、前記少なくとも１つの第１のナトリウムラインは、ナトリウム処理回路の対応する少なくとも１つの第２のナトリウムラインと流体連通して結合するように構成されている、ナトリウムラインと、を含み、
前記フィルタは、ナトリウムおよびアルゴンを通過させながら、前記活性物質が前記セシウムトラップから出るのを防ぐように配置され、前記フィルタは４０～１６０μｍの平均孔径を有する、セシウムトラップ。

【請求項8】

前記フィルタの平均ポートサイズの下限が、４０、５０、６０、７０、８０、および９０μｍから選択される、請求項７に記載のセシウムトラップ。

【請求項9】

前記フィルタの平均ポートサイズの上限値が、１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、および１６０μｍから選択される、請求項７に記載のセシウムトラップ。

【請求項10】

前記フィルタが焼結金属フィルタである、請求項７に記載のセシウムトラップ。

【請求項11】

前記焼結金属フィルタが、ステンレス鋼、Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ（登録商標）、Ｍｏｎｅｌ（登録商標）、Ｉｎｃｏｎｅｌ（登録商標）、ニッケル、ＨＴ－９、およびチタンのうちの１つ以上から焼結される、請求項１０に記載のセシウムトラップ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はセシウムトラップに関する。

【0002】

本出願はＰＣＴ国際特許出願として、２０１８年３月２９日に出願されており、２０１７年３月２９日に出願された米国仮特許出願第６２／４７８，４１９号の優先権の利益を主張し、その開示全体は、参照によりその全体が組み込まれる。

【背景技術】

【0003】

核分裂原子炉には、増殖燃焼高速炉（進行波原子炉、またはＴＷＲとも呼ばれる）が含まれる。ＴＷＲは、天然ウラン、劣化ウラン、使用済み軽水炉燃料、またはトリウムを出発後の再装荷燃料として使用して無期限に運転するように設計された原子炉を意味する。したがって、いくつかの態様では、ＴＷＲは、有用な状態まで増殖されて現場で燃焼される亜臨界再装填燃料で運転されるワンススルー高速原子炉である。ＴＷＲでは、増殖および核分裂の波（「増殖燃焼波」）が原子炉の炉心で発生し、燃料に対して移動する。燃料が静止している場合には、増殖燃焼波は、点火点から外側に広がる。場合によっては、増殖燃焼波が炉心に対して静止したままであるが（例えば、定在波）燃料に対して移動するように、燃料が移動され、定在波は一種のＴＷＲと見なされる。燃料集合体の運動は「燃料シャッフリング」と呼ばれ、定在波を維持し、原子炉特性（熱、流量、電力、燃料燃焼度など）を調整するために使用される。核分裂は、燃料集合体がシャッフルされて原子炉容器内に収容されている炉心内で起こる。燃料集合体には、核分裂性核燃料集合体および燃料親核燃料集合体が含まれる。反応度制御は、主として、原子炉特性の調整のために炉心内に配置された制御棒集合体によって達成される。

【0004】

定在波によって発生した分裂エネルギーは熱エネルギーを生成し、この熱エネルギーは１つまたは複数の熱輸送ループを通って蒸気発生器に直列に伝達されて電力を生成し、低温熱は、１組の水冷真空凝縮器を通って排除される。冷却材システムを一次および中間冷却材ループの両方に分離することは、炉心および一次冷却材ループの完全性を維持するのに役立つ。ＴＷＲでは、一次および中間冷却材ループの両方が液体ナトリウムを利用する。

【発明の概要】

【0005】

一態様では、本技術はセシウムトラップを交換する方法に関し、本方法は、内部にセシウムを少なくとも部分的に含有する第１のセシウムトラップを凍結させるステップであって、前記第１のセシウムトラップはシールドセル内に配置されている、ステップと、前記第１のセシウムトラップを前記シールドセルから切り離すステップと、前記第１のセシウムトラップを前記シールドセルから取り外すステップと、第２のセシウムトラップを前記シールドセルに挿入するステップと、前記第２のセシウムトラップを前記シールドセルに取り付けるステップと、を含む。一例では、前記第１のセシウムトラップを切り離すステップは、前記第１のセシウムトラップと前記シールドセルとの間に伸びる少なくとも１つの側方支持アンカーを遠隔的に切り離すステップと、前記第１のセシウムトラップをナトリウム処理回路から遠隔的に切り離すステップと、前記第１のセシウムトラップと前記シールドセルとの間に伸びる電力および機器制御付属装置を遠隔的に切り離すステップと、のうちの少なくとも１つを含む。別の例では、前記少なくとも１つの側方支持アンカーを遠隔的に切り離すステップは、前記シールドセルから伸びるセルアンカーを前記第１のセシウムトラップから伸びるトラップアンカーに結合する連結部材を取り外すステップを含む。さらに別の例では、前記連結部材は、ピンおよびボルトのうちの少なくとも１つである。さらに別の例では、前記第１のセシウムトラップをナトリウム処理回路から遠隔的に切り離すステップは、前記第１のセシウムトラップから伸びる少なくとも１つのナトリウムラインをクリンプするステップと、前記少なくとも１つのナトリウムラインの第１の部分が前記第１のセシウムトラップの頂部から伸び、前記少なくとも１つのナトリウムラインの第２の部分が前記ナトリウム処理回路の一部のままであるように、クリンプされた部分に隣接して前記少なくとも１つのナトリウムラインを切断するステップと、を含む。

【0006】

上記の態様の別の例では、電力および機器制御付属装置を遠隔的に切り離すステップは、前記第１のセシウムトラップの頂部に配置された対応するレシーバから、電力および機器制御付属装置のうちの少なくとも１つのプラグを抜くステップを含む。一例では、前記第１のセシウムトラップを取り外すステップは、前記第１のセシウムトラップをリフティングツールに取り外し可能に結合するステップと、前記第１のセシウムトラップの基部が、前記シールドセルの底部から伸びる少なくとも１つの位置決めピンと摺動可能に係合解除するように、前記リフティングツールを介して前記第１のセシウムトラップを前記シールドセルから持ち上げるステップと、を含む。別の例では、本方法は、前記持ち上げるステップの動作を介して、前記シールドセルから伸びる固定冷却ラインから、前記第１のセシウムトラップから伸びる入口冷却ラインを切り離すステップをさらに含む。さらに別の例では、前記第１のセシウムトラップをリフティングツールに取り外し可能に結合するステップは、前記リフティングツールの少なくとも１つのフックを回転させ、前記第１のセシウムトラップ上に配置された対応するリフティングアイ内に持ち上げるステップを含む。さらに別の例では、前記第２のセシウムトラップを挿入するステップは、前記第２のセシウムトラップをリフティングツールに取り外し可能に結合するステップであって、前記リフティングツールは少なくとも１つのフックを含み、前記第２のセシウムトラップは少なくとも１つの対応するリフティングアイを含む、ステップと、前記リフティングツールを介して、前記第２のセシウムトラップを前記シールドセル内に配置するステップと、同時に、前記第２のセシウムトラップの基部を、前記シールドセルの底部から伸びる少なくとも１つの位置決めピンと位置合わせするステップと、を含む。

【0007】

上記態様の別の例では、本方法は、摺動可能な係合を介して、前記第２のセシウムトラップから伸びる入口冷却ラインを、前記シールドセルから伸びる固定冷却ラインに結合するステップをさらに含む。一例では、前記第２のセシウムトラップを取り付けるステップは、前記シールドセルから伸びるセルアンカーを、前記第２のセシウムトラップから伸びるトラップアンカーに結合し、前記第１のセシウムトラップと前記シールドセルとの間に伸びる少なくとも１つの側方支持アンカーを形成するステップと、前記第２のセシウムトラップから伸びる少なくとも１つの第１のナトリウムラインを、ナトリウム処理回路から伸びる少なくとも１つの第２のナトリウムラインに溶接するステップと、電力および機器制御付属装置を、前記第２のセシウムトラップの頂部に配置された対応するレシーバに前記電力および機器制御付属装置のプラグを差し込むことによって連結するステップと、のうちの少なくとも１つを含む。別の例では、前記第１のセシウムトラップが所定量のセシウムを含み、前記第２のセシウムトラップがセシウムを含まない。さらに別の例では、前記シールドセルが、個別のシールドセルである。

【0008】

別の態様では、本技術はセシウムトラップに関し、本セシウムトラップは、頂部を含む本体であって、前記本体は、フィルタと、ナトリウム流からセシウムを除去するように構成されている活性物質と、を含む、本体と、前記本体の実質的に周囲に配置された冷却ジャケットと、前記頂部から伸びる少なくとも１つの第１のナトリウムラインであって、前記少なくとも１つの第１のナトリウムラインは、ナトリウム処理回路の対応する少なくとも１つの第２のナトリウムラインと流体連通して結合するように構成されている、ナトリウムラインと、を含む。一例では、本セシウムトラップは、前記冷却ジャケットから伸びる少なくとも１つのトラップアンカーをさらに含み、前記トラップアンカーは、少なくとも１つの側方支持アンカーを形成するように、シールドセルから伸びる少なくとも１つの対応するセルアンカーに取り外し可能に結合可能である。別の例では、本セシウムトラップは、前記頂部に配置された少なくとも１つのリフティングアイをさらに含み、前記少なくとも１つのリフティングアイは、前記セシウムトラップをシールドセル内に配置するとともに前記セシウムトラップをシールドセルから取り外すためのリフティングツールを、受け入れるように構成されている。さらに別の例では、本セシウムトラップは、前記冷却ジャケットの底部から伸びる入口冷却ラインをさらに含み、前記入口冷却ラインは、シールドセル内の対応する固定冷却ラインに流体連通して取り外し可能に結合可能である自由端を有する。さらに別の例では、本セシウムトラップは、前記頂部に配置された少なくとも１つのレシーバをさらに含み、電力および機器制御付属装置が、前記少なくとも１つのレシーバに取り外し可能にプラグを差し込むように構成されている。別の例では、本セシウムトラップは、前記本体の底部に結合された基部をさらに含み、少なくとも１つの対応する位置決めピンを介してシールドセルの底部内に前記基部が位置決め可能であるように、前記基部内に少なくとも１つの開口部が画定される。

【0009】

別の態様では、本技術はセシウムトラップに関し、本セシウムトラップは、頂部を含む本体であって、前記本体は、フィルタと、セシウムおよびアルゴンを含有するナトリウム流からセシウムを除去するように構成されている活性物質と、を含む、本体と、前記頂部から伸びる少なくとも１つの第１のナトリウムラインであって、前記少なくとも１つの第１のナトリウムラインは、ナトリウム処理回路の対応する少なくとも１つの第２のナトリウムラインと流体連通して結合するように構成されている、ナトリウムラインと、を含み、前記フィルタは、ナトリウムおよびアルゴンを通過させながら、前記活性物質が前記セシウムトラップから出るのを防ぐように配置され、前記フィルタは４０～１６０μｍの平均孔径を有する。一例では、前記フィルタの平均ポートサイズの下限が、４０、５０、６０、７０、８０、および９０μｍから選択される。別の例では、前記フィルタの平均ポートサイズの上限値が、１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、および１６０μｍから選択される。さらに別の例では、前記フィルタが焼結金属フィルタである。さらに別の例では、前記焼結金属フィルタが、ステンレス鋼、Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ（登録商標）、Ｍｏｎｅｌ（登録商標）、Ｉｎｃｏｎｅｌ（登録商標）、ニッケル、ＨＴ－９、およびチタンのうちの１つ以上から焼結される。

【図面の簡単な説明】

【0010】

本出願の一部を形成する以下の図面は記載された技術を例示するものであり、特許請求の範囲に基づくいかなる方法においても特許請求されるような技術の範囲を限定することを意味するものではない。

【図1】進行波原子炉の基本構成要素のいくつかをブロック図形式で示す図である。

【図2】例示的なセシウムトラップ集合体の模式図である。

【図3】図２に示すセシウムトラップ集合体の断面線３－３に沿った平面図である。

【図4】例示的なセシウムトラップの斜視図である。

【図5】セシウムトラップの交換方法を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

図１は、進行波原子炉（ＴＷＲ）１００の基本構成要素のいくつかをブロック図形式で示す。一般に、ＴＷＲ１００は、複数の燃料集合体（図示せず）を収容する原子炉心１０２を含む。炉心１０２は、ある体積の液体ナトリウム冷却材１０６を保持するプール１０４内に配置される。プール１０４は、ホットプールと呼ばれ、（原子炉心１０２内の燃料集合体によって生成されるエネルギーに起因して）周囲のコールドプール１０８よりも高いナトリウム温度を有し、プール１０４はまた、液体ナトリウム冷却材１０６を含む。ホットプール１０４は、レダン１１０によってコールドプール１０８から分離されている。ナトリウム冷却材１０６のレベルより上のヘッドスペース１１２は、アルゴンのような不活性カバーガスで満たされている。原子炉容器１１４は原子炉心１０２、ホットプール１０４およびコールドプール１０８を取り囲み、原子炉ヘッド１１６で密封されている。原子炉ヘッド１１６は、原子炉容器１１４の内部への様々なアクセスポイントを提供する。

【0012】

原子炉心１０２のサイズは、燃料の特性、所望の発電量、利用可能な原子炉１００の空間等を含む多くの要因に基づいて選択される。ＴＷＲの様々な実施形態は、必要に応じて、または所望に応じて、低電力（約３００ＭＷ_ｅ～約５００ＭＷ_ｅ）、中電力（約５００ＭＷ_ｅ～約１０００ＭＷ_ｅ）、および高電力（約１０００ＭＷ_ｅ以上）の用途で使用することができる。原子炉１００の性能は、炉心１０２の周囲に１つ以上の反射器（図示せず）を設けて、中性子を炉心１０２内に反射して戻すことによって改善することができる。さらに、炉心内で起こる核反応を制御するために、燃料親および核分裂性核集合体が炉心１０２内およびその周囲にて移動（または「シャッフル」）される。

【0013】

ナトリウム冷却材１０６は、一次ナトリウム冷却材ポンプ１１８を介して容器１１４内で循環される。一次冷却材ポンプ１１８はコールドプール１０８からナトリウム冷却材１０６を引き出し、それを原子炉心１０２の下のプレナムに注入する。冷却材１０６は、炉心を通って上方に押し上げられ、原子炉心１０２内で起こる反応によって加熱される。加熱された冷却材１０６はホットプール１０４から中間熱交換器１２０に入り、中間熱交換器１２０を出てコールドプールに再び入る。このようにして、この一次冷却材ループ１２２は、ナトリウム冷却材１０６を原子炉容器１１４内で完全に循環させる。

【0014】

中間熱交換器１２０は、一次ナトリウムプール１０４および１０８から常に物理的に分離されている閉じられた液体ナトリウムループのセグメントを組み込んでいる（すなわち、中間ナトリウムと一次ナトリウムとが混ざり合うことは決してない）。中間熱交換器１２０は、（容器１１４内に完全に収容された）一次冷却材ループ１２２から、（容器１１４内に部分的にのみ配置された）中間冷却材ループ１２４に、熱を伝達する。中間熱交換器１２０はレダン１１０を通過し、このようにして、（その間の一次冷却材ループ１２２内のナトリウム１０６の流れを可能にするように）ホットプール１０４とコールドプール１０８とを橋渡しする。一実施形態では、４つの中間熱交換器１２０が容器１１４内に分配される。あるいは、２つまたは６つの中間熱交換器１２０が容器１１４内に分配される。

【0015】

中間冷却材ループ１２４は、原子炉ヘッド１１６を介して、容器１１４に出入りするパイプを通過するナトリウム冷却材１２６を循環させる。原子炉容器１１４の外側に配置された中間ナトリウムポンプ１２８は、例えば、発電システム１２９を通してナトリウム冷却材１２６を循環させる。熱は、一次冷却材ループ１２２のナトリウム冷却材１０６から、中間熱交換器１２０内の中間冷却材ループ１２４のナトリウム冷却材１２６に伝達される。中間冷却材ループ１２４のナトリウム冷却材１２６は、中間熱交換器１２０内の複数の管１３０を通過する。これらの管１３０は、一次冷却材ループ１２２のナトリウム冷却材１０６を中間冷却材ループ１２４のナトリウム冷却材１２６から離れた状態に保ち、そうする間に、それら同士の間で熱エネルギーを伝達する。

【0016】

直接熱交換器１３２はホットプール１０４内に伸び、一般的には緊急時に、一次冷却材ループ１２２内のナトリウム冷却材１０６を冷却する。直接熱交換器１３２は、ナトリウム冷却材１０６がホットプール１０４から熱交換器１３２に出入りできるように構成されている。直接熱交換器１３２は中間熱交換器１２０と同様の構造を有し、管１３４は一次冷却材ループ１２２のＮａＫ（ナトリウム－カリウム）を直接原子炉冷却材ループ１３８の直接熱交換器冷却材（ＮａＫ）１３６から離れた状態に保ち、そうする間に、それら同士の間で熱エネルギーを伝達する。

【0017】

さらに、ＴＷＲ反応器は、ホットプール１０４内に伸びるナトリウム処理回路１４０を含む。ナトリウム処理回路１４０は１つまたは複数のサブシステムの受け取り、貯蔵、精製、および／またはサンプリングおよび分析のために、ナトリウム（Ｎａ）冷却材１０６を流通させる（運搬、配送、伝送させる、導く）ことを促進する。例えば、ナトリウム処理回路１４０は任意の数の現場貯蔵タンク、コールドトラップ（例えば、ナトリウムから不純物を除去するために使用されるデバイス）、セシウムトラップ（例えば、セシウム（Ｃｓ）を捕捉するためのデバイス（以下でさらに詳細に論じる））、電磁ポンプ、熱交換器、パイプライン、試験装置、および／または制御弁を含むことができるが、これらに限定されない。

【0018】

他の補助的な原子炉構成要素（原子炉容器１１４の内部および外部の両方）にはポンプ、逆止弁、遮断弁、フランジ、排水タンクなどが含まれるが、これらに限定されず、これらは図示されていないが、当業者には明らかであろう。原子炉ヘッド１１６を通る追加の貫通部（例えば、一次冷却材ポンプ１１８のためのポート、不活性カバーガスおよび検査のポート、ナトリウム処理、およびカバーガスポート等）は図示されていない。原子炉１００を構成する種々の構成要素およびシステムを制御および監視するために制御システム１４２が利用される。

【0019】

大まかに言えば、本開示は、図１に記載される原子炉１００の性能を改善する構成を記載する。具体的には、遠隔的に取り外し可能なセシウムトラップ集合体の実施形態、構成、および配置が図２～５を参照して以下により詳細に示され、説明される。

【0020】

一般に、原子炉の運転中、放射性セシウムが一次ナトリウム冷却材に入る。この放射性核種の有害な放射線学的影響を低減するために、セシウムトラップがナトリウム処理回路の一部として設置される。以下に説明するセシウムトラップ集合体は、セシウムを装填したセシウムトラップをナトリウム処理回路およびそのシールドセル（遮蔽されたセル）（ｓｈｉｅｌｄｅｄ ｃｅｌｌ）から取り外し、別の新しい空のセシウムトラップと交換して、一次ナトリウム冷却材からの放射性セシウムの連続した吸収および濾過を容易にすることを可能にする。例えば、セシウムトラップ集合体は、リフティングアイ（持ち上げアイ、昇降アイ、吊り上げ用アイボルト、リングボルト）（ｌｉｆｔｉｎｇ ｅｙｅｓ）、側方支持アンカー、ナトリウムライン、および電力および機器（計器）制御付属装置を含み、これらはすべてセシウムトラップの頂部に配置され、遠隔アクセスおよび取り外しの容易さを増加させる。さらに、遠隔制御されたツールおよびリフトは、放射性セシウムに直接アクセスすることなく、別の場所に輸送するために、装填されたセシウムトラップをそのシールドセルから取り外すことを可能にする。新しいセシウムトラップの設置は、一旦放射性セシウムが除去されると、シールドセルへの直接的なアクセスを伴って実施され得、このようにして、設置時間を減少させる。

【0021】

セシウムトラップが取り外し可能かつ交換可能であることを可能にすることによって、装填されたセシウムトラップは、プラントの場所および原子炉に隣接する場所にはもはや貯蔵されない。装填されたセシウムトラップは、貯蔵および／または処分のための準備のためのオフプラント施設に輸送されてもよい。このようにして、原子炉に隣接するシールドセルの数を減らすことができ、このようにして、原子炉の周りのプラント空間を増大させることができる。さらに、装填されたセシウムトラップへの遠隔アクセスおよび新しいセシウムトラップへの直接アクセスによって、取り外しおよび交換時間を短縮することができ、原子炉の運転を継続しながら、短時間でセシウムトラップの交換を実施することができる。さらに、交換を行う人員への被曝を減少させながら高度に放射性のセシウムトラップが交換される。したがって、プラント要員およびプラント運転に対するリスクが低減され、全体的な原子炉効率および実行可能性が増大され得る。

【0022】

図２は、例示的なセシウムトラップ集合体２００の模式図であり、図３は、切断線３－３に沿ったセシウムトラップ集合体２００の上面図である。図２および図３の両方を参照すると、セシウムトラップ集合体２００は、放射性物質を収容するように構成された個々のシールドセル２０６の内部チャンバ２０４内に配置された取り外し可能なセシウムトラップ２０２を含む。セル２０６は、図２に破線で示す取り外し可能なカバー２０８を介してカバーすることができる。

【0023】

この例では、セシウムトラップ２０２は、以下でさらに詳細に説明するように、冷却ジャケット２１２によって少なくとも部分的に取り囲まれた本体２１０を含む。セシウムトラップ２０２は、ナトリウム処理回路１４０（図１に示される）の少なくとも一部を形成するナトリウムライン２１４と流体連通して結合され、その結果、ナトリウム流２１６は本体２１０を通って流通し得る。ナトリウム流２１６は、ナトリウム、セシウム、およびアルゴンを含むことができるが、これらに限定されない。例えば、入口ナトリウムライン２１８はセシウムトラップ２０２の頂部２２０で本体２１０から伸び、出口ナトリウムライン２２２も頂部２２０で本体２１０から伸びる。さらに、セシウムトラップ２０２は、冷却材流２２６が冷却ジャケット２１２を通って流通するように、固定された冷却ライン２２４と流体連通して結合される。入口冷却ライン２２８はセシウムトラップ２０２の底部２３０に近接して冷却ジャケット２１２から伸び、自由端２３２を含む。自由端２３２は、固定された冷却ライン２２４と流体連通して取り外し（解放、着脱）可能に結合するように構成されている。一例では、自由端２３２は、自由端２３２が固定冷却ライン２２４の上およびその周りに摺動可能に係合することができるように、拡大された直径を有する。代替例では、入口冷却ライン２２８は、セシウムトラップ２０２が本明細書に記載されるように機能することを可能にする任意の他の連結を介して、固定冷却ライン２２４に取り外し可能に結合されてもよい。出口冷却ライン２３４も冷却ジャケット２１２から伸びており、冷却材流２２６を内部チャンバ２０４内に排出することができるようになっている。

【0024】

セシウムトラップ２０２は、内部チャンバ２０４内でセル２０６に結合される。基部２３６は、底部２３０に結合され、その中に画定された少なくとも１つの開口部２３８を含む。開口部２３８は、セル２０６の床２４２から伸びる位置決めピン２４０に対応し、これと摺動可能に係合するように構成される。位置決めピン２４０は、開口部２３８の位置決めおよび係合を容易にするために、弾丸ノーズ２４４又は他のテーパ状先端部を含む。さらに、位置決めピン２４０は、震動事象中のセシウムトラップ２０２の過剰な下方移動を低減する。この例では、基部２３６は、セル２０６内の安定性を高めるために、セシウムトラップ２０２よりも大きいサイズにされている。セシウムトラップ２０２はまた、震動荷重などの横方向および垂直方向の荷重を支持するように構成された支持アンカー２４６を介して内部チャンバ２０４内に結合される。側方支持アンカー２４６は、セルの壁２５０に結合されてそこから伸びるセルアンカー２４８と、冷却ジャケット２１２に結合されてそこから伸びるトラップアンカー２５２とを含む。セルアンカー２４８は、連結部材２５４を介して、トラップアンカー２５２におよびトラップアンカー２５２の上部に取り外し可能に結合される。連結部材２５４は、弾丸ノーズ入口を有するセルアンカー２４８上に配置された捕捉雄型留め具であり、遠隔回転装置を使用して、トラップアンカー２５２上に配置された対応する雌型捕捉ナットからねじを外すことができる。代替例では、連結部材２５４は、側方支持アンカー２４６が本明細書に記載されるように機能することを可能にするピン、ボルト、または任意の他の連結部材であってもよい。

【0025】

セシウムトラップ２０２は、セル２０６から伸びる電力および機器制御付属装置２５６および２５８を介して、制御システム、例えば制御システム１４２に通信可能に結合される。電力および機器制御付属装置２５６および２５８は、頂部２２０に配置された少なくとも１つのレシーバ２６０を介してセシウムトラップ２０２にプラグを差し込まれる。さらに、セシウムトラップ２０２は、頂部２２０から伸びる少なくとも１つのリフティングアイ２６２、例えば冗長性のため２個または４個のリフティングアイを含む。一例では、リフティングアイ２６２は、本体２１０に溶接され、他の例では、リフティングアイ２６２は、本体２１０と一体に形成される。リフティングアイ２６２は、一旦持ち上げられると、セシウムトラップ２０２の回転を容易にするように構成されてもよい。

【0026】

セル２０６の上方には、セル２０６内のセシウムトラップ２０２の交換を容易にする移動可能な取り外しキャスク（ｃａｓｋ）２６４が配置されている。取り外しキャスク２６４は、放射性物質をその中に収容するように構成された内部チャンバ２６６を定義する。さらに、セル２０６の上方には、カバー２０８を取り外した後に閉じることができる床バルブ２６８が配置されている。取り外しキャスク２６４は、セシウムトラップ２０２に取り外し可能に結合してセル２０６からセシウムトラップ２０２を取り外すのを容易にする、遠隔リフティングツール２７０を含む。例えば、リフティングツール２７０は、プレート２７４が連結されたアーム２７２を含む。プレート２７４は、そこから伸びる少なくとも１つのフック（ｈｏｏｋ）２７６を含む。フック２７６は、実質的に「Ｊ」字形であってもよく、セシウムトラップ２０２上に配置されたリフティングアイ２６２に対応する。代替例では、リフティングツール２７０は、本明細書に記載されるような機能を可能にする任意の他の構成を有する。

【0027】

内部チャンバ２６６内では、取り外しキャスク２６４はまた、以下でさらに説明するように、ナトリウムライン２１４のクリンプ（捲縮、圧着）（ｃｒｉｍｐｉｎｇ）および切断を促進する遠隔ナトリウムラインツールと、さらに説明するように、側方（横方向）支持アンカーの切り離しを促進する遠隔アンカーツール２８０と、以下でさらに説明するように、電力および機器制御付属装置２５６および２５８のプラグを抜くことを促進する遠隔取り付けツール２８２とを含む。この例では、各ツール２７０、２７８、２８０、および２８２は遠隔操作のために、制御システム、例えば、制御システム１４２に動作可能に結合される。さらに、１つ以上のカメラ（図示せず）が、遠隔動作を補助するために提供される。代替例では、取り外しキャスク２６４は、73]２６４がここで説明されるように機能するように、ツール２７０、２７８、２８０、および２８２の機能のすべてを組み合わせる単一のツールを含んでもよい。

【0028】

運転中、ナトリウム冷却材１０６は、図１を参照して上述したように、原子炉１００を通って循環される。ナトリウム冷却材１０６が原子炉心１０２を通って流通すると、核分裂可能な燃料はナトリウム冷却材１０６に熱を移送し、さらに、セシウムのような揮発性核分裂生成物がナトリウム冷却材１０６に入る。ナトリウム冷却材１０６の一部分２１６は、入口および出口ナトリウムライン２１８および２２２並びにセシウムトラップ２０２を含むナトリウム処理回路１４０を通って流通し、そのナトリウム冷却材１０６の中に含まれる揮発性核分裂生成物を部分的に除去し、あらゆる有害な放射線学的影響を低減する。ナトリウム流２１６がセシウムトラップ２０２を通って流通するとき、その中に含まれるセシウムは、原子炉１００に戻される前に、ナトリウム流２１６から吸収され、濾過される。セシウムトラップ２０２の動作については、以下でさらに詳細に説明する。

【0029】

いくつかの既知の原子炉では、セシウムトラップがシールドセル内に固定され、したがって、抽出されたセシウムがトラップに装填されると、セシウムトラップ全体および抽出された放射性セシウムが所定の位置に貯蔵される。しかしながら、このような原子炉の長期運転は、放射性セシウムを装填した多数のセシウムトラップを生成して、多数の放射性シールドセルが原子炉心に近接して配置されることになる。対照的に、上述のセシウムトラップ集合体２００は、放射性セシウムが装填されたセシウムトラップ２０２の取り外しおよび交換を促進する。したがって、セシウムトラップ２０２およびその中の放射性セシウムは、現場および／または遠隔施設のいずれかで、より適切な長期貯蔵場所に移送されてもよい。さらに、原子炉心を取り囲む原子炉領域のいくつかは、他の原子炉システムおよびプロセスに使用されてもよい。

【0030】

セシウムトラップ２０２が所定量のセシウムを含むと、ナトリウム流２１６はセシウムトラップ２０２から離れるように向け直され、ナトリウムライン２１４およびセシウムトラップ２０２内の残りのナトリウムは凍結される。例えば、ナトリウム流２１６は華氏２０８度で凍結するので、回路の電気ヒータ（図示せず）をオフにしてナトリウム流２１６の流れを停止させることにより、セシウムトラップ２０２を長期間凍結させることが容易になる。別の例では、冷却ジャケット２１２を通して冷却ガスを循環させて、凍結期間を増加させることができる。シールドセル２０６からセシウムトラップ２０２を取り外すために、床バルブ２６８がセル２０６の上に設置され、カバー２０８がセル２０６から取り外され、現場の一時的な保管場所に移動される。床バルブ２６８は、カバー２０８が取り外されると原子炉要員がセシウムトラップ２０２からの高放射線（ガンマ）場から遮蔽されるように閉鎖可能である。取り外しキャスク２６４は床バルブ２６８に嵌合され、床バルブ２６８はセル２０６の内部チャンバ２０４へのアクセスを提供するために開放され、その一方で、その封じ込めを維持する。例えば、床バルブ２６８、カバー２０８、および取り外しキャスク２６４は全て、原子炉１００内のクレーン（図示せず）を介して位置決め可能であり、遠隔操作可能であってもよい。代替例では、床バルブ２６８、カバー２０８、および取り外しキャスク２６４は、セシウムトラップ２０２が本明細書に記載されるように取り外されて交換されることを可能にする任意の他のシステムを介して移動可能である。

【0031】

取り外しキャスク２６４が床バルブ２６８に嵌合されると、セシウムトラップ２０２はシールドセル２０６から遠隔的に切り離される。セシウムトラップ２０２を切り離すために、セシウムトラップ２０２に伸びる、ナトリウムライン２１４、側方支持アンカー２４６、および、電力および機器制御付属装置２５６および２５８が取り外される。例えば、ナトリウムラインツール２７８は、遠隔操作されて内部チャンバ２０４内に伸び、セシウムトラップ２０２をナトリウム処理回路１４０から切り離す。ナトリウムラインツール２７８は、セシウムトラップ２０２から伸びる入口および出口ナトリウムライン２１８および２２２の両方をクリンプし、クリンプされた部分２８４に隣接してナトリウムライン２１８および２２２を切断する。このように、各ナトリウムライン２１８および２２２は、セシウムトラップ２０２から伸びたままの第１の部分２８６と、ナトリウム処理回路１４０の一部として残る第２の部分２８８との２つの部分を含む。アンカーツール２８０は、遠隔操作されて内部チャンバ２０４内に伸び、セシウムトラップ２０２とセル２０６との間に伸びる側方支持アンカー２４６を切り離す。アンカーツール２８０は、トラップアンカー２５２がセルアンカー２４８から切り離されるように、連結部材２５４、例えば、ピンまたはボルトを取り外す。取り付けツール２８２は遠隔操作されて内部チャンバ２０４内に伸び、電力および機器制御付属装置２５６および２５８をセシウムトラップ２０２から切り離す。取り付けツール２８２は、関連するレシーバ２６０から電力および機器制御付属装置２５６および２５８のプラグを抜く。セシウムトラップ２０２を遠隔的に切り離すことによって、放射性セル２０６への直接アクセスが低減される。さらに、ナトリウムライン２１４、側方支持アンカー２４６、および電力および機器制御付属装置２５６および２５８の各々を頂部２２０に近接して配置することにより、遠隔アクセスが容易になり、したがって交換時間が短縮される。

【0032】

シールドセル２０６からセシウムトラップ２０２を取り外すために、リフティングツール２７０は、内部チャンバ２０４内に伸び、セシウムトラップ２０２に取り外し可能に結合される。例えば、リフティングツール２７０は、セシウムトラップ２０２が移動できるように、フック２７６を回転させ、対応するリフティングアイ２６２内に持ち上げる。リフティングツール２７０は、基部２３６が位置決めピン２４０と摺動可能に係合解除されるように、セシウムトラップ２０２をセル２０６から離して、取り外しキャスク２６４内に垂直に持ち上げる。リフティングツール２７０がセシウムトラップ２０２を垂直に持ち上げると、自由端２３２が固定冷却ライン２２４と自動的に摺動可能に係合解除されるので、入口冷却ライン２２８も固定冷却ライン２２４から切り離される。代替例では、入口冷却ナトリウムラインライン２２８は、ナトリウムライン２１４を用いた手順と同様に、セシウムトラップ２０２を切り離すために切断されてもよい。さらに、セシウムトラップ２０２を垂直に持ち上げることができるように、トラップアンカー２５２をセルアンカー２４８の上方に配置する。セシウムトラップ２０２が取り外しキャスク２６４内に入ると、セシウムを含むセシウムトラップ２０２および取り外しキャスク２６４は、さらなる処理および／または長期貯蔵のために、現場または遠隔地のいずれかの別の場所に移動されてもよい。さらに、放射性セシウムが除去されると、新しいセシウムトラップ２０２を設置するために、セル２０６は直接アクセスされてもよい。

【0033】

セル２０６の内部チャンバ２０４が空の状態で、オーバーヘッドクレーン上の典型的な作業員およびリギング方法を使用して、セシウムトラップと同様であるがその中にセシウムを含まないセシウムトラップ２０２などの新しい代替セシウムトラップをシールドセル２０６内に挿入することができる。代替セシウムトラップ２０２は、代替セシウムトラップ２０２がセル２０６の内部チャンバ２０４内に配置され得るように、対応するフック２７６およびリフティングアイ２６２を介して、リフティングツール（例えば、リフティングツール２７０）に取り外し可能に結合される。代替例では、交換セシウムトラップ２０２は、原子炉１００内のクレーンのような、異なるリフティングツールに結合される。代替セシウムトラップ２０２がセル２０６内に降ろされると、基部２３６は同時に位置決めピン２４０と位置合わせ（整列）され、代替セシウムトラップ２０２を床２４２に沿って位置決めする。位置決めピン２４０に位置合わせすることによって、入口冷却ライン２２８の自由端２３２は、固定冷却ライン２２４と自動的に摺動可能に係合される。

【0034】

代替セシウムトラップ２０２がセル２０６内に配置されると、代替セシウムトラップ２０２はシールドセル２０６に取り付けられる。この取り付けは、放射性セシウムがその中に存在しないので、セルへの直接アクセスで行われ得る。交換用セシウムトラップ２０２を取り付けるために、ナトリウムライン２１４、側方支持アンカー２４６、および、電力および機器制御付属装置２５６および２５８が、セシウムトラップ２０２まで伸びている。例えば、代替セシウムトラップ２０２は、ナトリウム処理回路１４０に結合される。セシウムトラップ２０２から伸びるナトリウムライン２１４の第１の部分２８６は、ナトリウム処理回路から伸びるナトリウムラインの第２の部分２８８に位置合わせされ、溶接され、このようにして、入口および出口ナトリウムライン２１８および２２２を形成する。セルアンカー２４８は、ピンまたはボルトなどの連結部材２５４を介してトラップアンカー２５２に結合されて、側方支持アンカー２４６を形成する。電力および機器制御付属装置２５６および２５８は、プラグ差し込みを介して、対応するレシーバ２６０に連結される。いったん代替セシウムトラップ２０２がシールドセル２０６、ナトリウム処理回路１４０、および他の配管および電気接続部に取り付けられると、カバー２０８が交換され、代替セシウムトラップ２０２は、ナトリウム流２１６を受け取り始め、以下でさらに説明するように、ナトリウム流２１６からのセシウムの濾過および抽出を促進することができる。

【0035】

図４は、上述のセシウムトラップと同様に、冷却ジャケット３０４によって少なくとも部分的に囲まれた本体３０２を含む例示的なセシウムトラップ３００の斜視図である。本体３０２は、入口ライン３０６および出口ライン３０８を含んでおり、ナトリウム流３１０がそこを通って流通するようになっている。本体３０２内では、セシウムトラップ３００は活性物質３１２のカラムを含む。例えば、活性物質は、セシウムを吸着してナトリウム流３１０からセシウムを除去する、網状ガラス状炭素（ＲＶＣ）である。本体３０２はまた、ナトリウム流３１０内に含有され得るＲＶＣ粒子を濾過するフィルタ３１４を含む。さらに、冷却ジャケット３０４は、入口ライン３１６および出口ライン３１８を含んでおり、冷却材３２０がそこを通って流通するようになっている。例えば、冷却材３２０は、セシウムトラップ３００の動作温度を低下させる窒素である。

【0036】

代替例では、入口ライン３０６および／または出口ライン３０８がセシウムトラップ３００内に伸びるようにして、その中のナトリウムのレベルが廃棄準備の際に低下するようにしてもよい。さらなる代替的な例では、セシウムトラップ３００は、その中のナトリウムを、適切に構築されたホットセル調製設備において排出すること、および、廃棄準備において、鉛などの、ナトリウムの化学反応性を低減するための材料を挿入することを容易にする、キャップ付きライン（図示せず）を含み得る。

【0037】

セシウムトラップ３００の一例では、ＲＶＣがトラップから出るのを防止するフィルタ３１４は４０～１６０μｍの平均孔径を有する。特に、４０、５０、６０、７０、８０、またはさらに９０μｍのいずれかの下限から１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、またはさらに１６０μｍのいずれかの上限値までの平均孔径を有するフィルタ３１４が考慮される。試験により、セシウムトラップ３００を通過する、予想されるナトリウムおよび含有されるアルゴン流の適切な濾過および処理量を維持するのには、上記の範囲の平均孔径がより有効であると判定された。セシウムトラップ３００を通過するナトリウム中に含有されるアルゴンが著しい量である場合には、フィルタ３１４の、２５以下の平均孔径で、スループットが低下したと判定された。これは、原子炉１００の出力を制限する。フィルタ３１４は、任意の適切なフィルタ媒体とすることができる。一例では、フィルタ３１４は焼結金属フィルタである。焼結金属フィルタは、可能な金属をほんの数例挙げると、ステンレス鋼、Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ（登録商標）、Ｍｏｎｅｌ（登録商標）、Ｉｎｃｏｎｅｌ（登録商標）、ニッケル、ＨＴ－９、およびチタンのうちの１つ以上から作製され得る。あるいは、上記のような平均孔径を有する他のフィルタタイプおよびフィルタ媒体を使用してもよい。

【0038】

図５は、セシウムトラップを交換する方法４００を示すフローチャートである。方法４００は、少なくとも部分的にセシウムをその中に含有する第１のセシウムトラップが凍結されるステップ４０２を含む。第１のセシウムトラップは、シールドセルから切り離され（４０４）、次にシールドセルから取り外される（４０６）。第２のセシウムトラップは、シールドセルに挿入され（４０８）、次にシールドセルに取り付けられる（４１０）。

【0039】

第１のセシウムトラップを切り離すステップ４０４は、そこ第１のセシウムトラップに伸びる、側方支持アンカー、ナトリウムライン、および、電力および電気接続部を取り外すステップを含む。例えば、第１のセシウムトラップは、側方支持アンカーから遠隔的に切り離されてもよい（４１２）。このように、連結部材は、セルアンカーとトラップアンカーとの間で取り外されてもよい（４１４）。第１のセシウムトラップは、ナトリウム処理回路から遠隔的に切り離されてもよい（４１６）。このように、ナトリウムラインは、クリンプされ（４１８）、切断される（４２０）。第１のセシウムトラップはまた、電力および機器制御付属装置から遠隔的に切り離されてもよい（４２２）。したがって、電力および機器制御付属装置は、対応するレシーバからプラグを抜かれる（４２４）。

【0040】

第１のセシウムトラップを取り外すステップ４０６は、第１のセシウムトラップをリフティングツールに取り外し可能に結合するステップ４２６を含む。例えば、リフティングツールは、回転されてセシウムトラップの対応するリフティングアイ内に持ち上げられる（４２８）フックを含んでもよい。次に、第１のセシウムトラップは、リフティングツールによって、シールドセルから持ち上げられる（４３０）。持ち上げ動作はまた、入口冷却ラインを固定冷却ラインから同時に切り離してもよい（４３２）。

【0041】

第２のセシウムトラップを挿入するステップ４０８は、例えばリフティングツールから伸びるフック、および、セシウムトラップの対応するリフティングアイを介して、第２のセシウムトラップをリフティングツールに結合するステップ４３４を含む。次に、第２のセシウムトラップは、リフティングツールによってシールドセル内に配置され（４３６）、同時に、第２のセシウムトラップの基部は、シールドセルの床から伸びる少なくとも１つの位置決めピンと位置合わせされる（４３８）。

【0042】

第２のセシウムトラップを取り付けるステップ４１０は、その第２のセシウムトラップに、側方支持アンカー、ナトリウムライン、および、電力および電気接続部（電力および機器制御付属装置）を再結合するステップを含む。例えば、セルアンカーは、トラップアンカーに結合されて、セル内に側方支持アンカーを形成してもよい（４４０）。第２のセシウムトラップの第１のナトリウムラインは、ナトリウム処理回路の第２のナトリウムラインに溶接されて、第２のセシウムトラップのナトリウムラインを形成してもよい（４４２）。さらに、電力および機器制御付属装置は、対応するレシーバに連結されてもよい（４４４）。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】