特開 2023-156722 高速炉の中性子計測方法及び高速炉

(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】P2023156722

(43)【公開日】2023-10-25

(54)【発明の名称】高速炉の中性子計測方法及び高速炉

(51)【国際特許分類】

   G21C 1/02 20060101AFI20231018BHJP

   G21C 17/108 20060101ALI20231018BHJP

   G21C 5/00 20060101ALI20231018BHJP

   G21C 11/08 20060101ALI20231018BHJP

   G21C 11/02 20060101ALI20231018BHJP

【ＦＩ】

G21C1/02 210

G21C17/108 100

G21C5/00

G21C11/08

G21C11/02 100

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022066246

(22)【出願日】2022-04-13

(71)【出願人】

【識別番号】307041573

【氏名又は名称】三菱ＦＢＲシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110004222

【氏名又は名称】弁理士法人創光国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100166006

【弁理士】

【氏名又は名称】泉 通博

(74)【代理人】

【識別番号】100154070

【弁理士】

【氏名又は名称】久恒 京範

(74)【代理人】

【識別番号】100153280

【弁理士】

【氏名又は名称】寺川 賢祐

(72)【発明者】

【氏名】平松 貴志

(72)【発明者】

【氏名】岡▲崎▼ 仁

(72)【発明者】

【氏名】庄司 崇

(72)【発明者】

【氏名】▲土▼肥 明

【テーマコード（参考）】

2G075

【Ｆターム（参考）】

2G075AA07

2G075BA03

2G075CA08

2G075DA08

2G075EA01

2G075FA06

2G075FB09

(57)【要約】

【課題】中性子検出器４５による中性子束の測定値の正確度を向上させる。
【解決手段】この高速炉１は、炉心２０と、上部が開口した有底円筒型に形成され、炉心を冷却材とともに収容する主容器１０と、主容器１０の上部に配置され主容器１０を閉じるルーフスラブ構造体１１と、炉心からの中性子の中性子束を測定する中性子検出ユニット４０と、を備え、中性子検出ユニット４０は、炉心２０の上方の領域において、下端部が主容器１０内に位置し上端部がルーフスラブ構造体内に位置するように主容器の高さ方向に延在し、核燃料からの中性子を主容器１０の上方へと導く中性子ガイド管４１と、ルーフスラブ構造体１１内に配置され、中性子ガイド管４１を通じて導かれた中性子の速度を減速させる減速材４２と、ルーフスラブ構造体１１内に配置され、減速した中性子の中性子束を測定する中性子検出器４５とを有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

核燃料を収容する炉心と、
上部が開口した有底円筒型に形成され、前記炉心を冷却材とともに収容する主容器と、
前記主容器の上部に配置され前記主容器を閉じるルーフスラブ構造体と、
前記炉心からの中性子の中性子束を測定する中性子検出ユニットと、
を備える高速炉であって、
前記中性子検出ユニットは、
前記炉心の上方の領域において、下端部が前記主容器内に位置し上端部が前記ルーフスラブ構造体内に位置するように前記主容器の高さ方向に延在し、前記炉心からの中性子を前記主容器の上方へと導く中性子ガイド管と、
前記ルーフスラブ構造体内に配置され、前記中性子ガイド管を通じて導かれた前記中性子の速度を減速させる減速材と、
前記ルーフスラブ構造体内に配置され、減速した前記中性子の中性子束を測定する中性子検出器と、
を有する、高速炉。

【請求項2】

前記中性子検出ユニットは、
前記ルーフスラブ構造体の上方から前記ルーフスラブ構造体に対して着脱自在に取り付けられ、前記主容器の内部に向かって延在する第１パイプを有し、
前記第１パイプの一部が前記中性子ガイド管として構成され、かつ、前記第１パイプ内に前記減速材が配置されている、
請求項１に記載の高速炉。

【請求項3】

前記炉心の上方の領域に設けられ、計装機器が配置される収容スペースを形成する炉心上部構造をさらに備え、
前記炉心上部構造は、
前記収容スペースを囲み、前記主容器の高さ方向に延在する筒体と、
前記筒体の下端部に設けられた計装取付板と、
を有し、
前記第１パイプは前記筒体内に配置され、前記第１パイプの下端は前記計装取付板に、途中は炉心上部構造内の高さ方向に配置された少なくとも１枚の水平板に固定される、
請求項２に記載の高速炉。

【請求項4】

前記中性子検出ユニットは、
前記第１パイプ内における前記減速材の上方に配置され、前記炉心側からの熱及び放射線を遮蔽する部材である遮蔽プラグをさらに有する、
請求項２又は３に記載の高速炉。

【請求項5】

前記中性子検出ユニットは、
前記ルーフスラブ構造体の上方から前記ルーフスラブ構造体に対して着脱自在に取り付けられた第２パイプを有し、
前記第２パイプに前記中性子検出器が配置されている、
請求項１又は２に記載の高速炉。

【請求項6】

前記ルーフスラブ構造体は、
前記主容器の上部を覆うルーフスラブと、
前記ルーフスラブの中心部分に配置され、前記核燃料を交換するための燃料交換機を移動させる回転プラグと、
を有し、前記第２パイプは、前記回転プラグに配置されている、
請求項５に記載の高速炉。

【請求項7】

前記ルーフスラブ構造体は、
前記ルーフスラブ構造体の下面側に形成された熱遮蔽層と、
前記ルーフスラブ構造体の上面側に形成された放射線遮蔽層と、
を有し、前記熱遮蔽層と前記放射線遮蔽層との間に、冷却ガスが充填される空間である冷却ガス空間が形成され、
前記第２パイプは、
前記中性子検出器が前記冷却ガス空間に位置するように配置されている、
請求項６に記載の高速炉。

【請求項8】

複数の前記中性子検出ユニットが設けられ、
複数の前記中性子検出器からの出力値を取得する制御装置をさらに備え、
前記制御装置は、
所定の前記中性子検出器からの出力値と、１つ又は複数の他の前記中性子検出器からの出力値とを比較して、出力値の差が所定の閾値以上の場合、前記所定の中性子検出器の異常を示すアラートを出力する、
請求項１又は２に記載の高速炉。

【請求項9】

核燃料を収容する炉心と、上部が開口した有底円筒型に形成され、前記炉心を冷却材とともに収容する主容器と、前記主容器の上部に配置され前記主容器を閉じるルーフスラブ構造体と、前記炉心からの中性子の中性子束を測定する中性子検出ユニットと、を備える高速炉の中性子計測方法であって、
前記中性子検出ユニットは、前記炉心の上方の領域において、下端部が前記主容器内に位置し上端部が前記ルーフスラブ構造体内に位置するように前記主容器の高さ方向に延在し、前記炉心からの中性子を前記主容器の上方へと導く中性子ガイド管と、前記ルーフスラブ構造体内に配置され、前記中性子ガイド管を通じて導かれた前記中性子の速度を減速させる減速材と、前記ルーフスラブ構造体内に配置され、減速した前記中性子の中性子束を測定する中性子検出器と、を有し、
前記中性子ガイド管を通じて導かれた前記中性子の速度を前記減速材で減速させるステップと、
前記減速材によって減速した前記中性子の中性子束を前記中性子検出器で測定するステップと、
を有する、高速炉の中性子計測方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、高速炉の中性子計測方法及び高速炉に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、原子炉を安全に連転するために、炉心から発生する中性子を測定することが行われている。炉心から発生する中性子の遮蔽設計では、主容器内の機器である炉内機器に入射する中性子束を制限値以下にするという第１要求と、炉心監視のための中性子計装である中性子検出器に入射する中性子束を制限値以上にするという第２要求との２つの相反する要求を満足することが求められる。

【0003】

例えば、特許文献１では、タンク型の高速炉においてこれら第１要求及び第２要求満たすために、中性子の遮蔽能力が小さいアルゴンやヘリウム等の気体が封入されるか又は真空とされた中空円筒が配置された構造が開示されている。具体的には、中空円筒は、炉心と中性子検出器との間の炉内の位置に設けられ、中空円筒によって主容器外への中性子の透過が促進され、中性子検出器により中性子束が測定される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第３０４１０５８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１では、中空円筒は炉内に配置されており、中空円筒は冷却材である液体ナトリウムに浸っている。高速炉の動作時には、液体ナトリウムは高温となることから、液体ナトリウム内に配置された検査機器等によって中空円筒を検査することは困難である。その結果、中空円筒が破損していることに起因して、中性子束の測定を正確に行うことができないという問題が生じる。

【0006】

これに対し、遮蔽集合体内の中性子遮蔽材を液体ナトリウムに置き換えて主容器の外部に配置された中性子検出器で中性子束を測定する構成も考えられる。しかしながら、高速炉においては使用済燃料が炉心付近の遮蔽集合体の一部に代えて貯蔵される場合があり、この場合、この使用済燃料から中性子が放出されたり、炉心からの中性子が使用済燃料に吸収されたりする。その結果、炉外に設置された中性子検出器では中性子束の正確な測定を行いにくく、改善の余地がある。

【0007】

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、中性子検出器による中性子束の測定値の正確度を向上させることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一形態は、核燃料を収容する炉心と、上部が開口した有底円筒型に形成され、前記炉心を冷却材とともに収容する主容器と、前記主容器の上部に配置され前記主容器を閉じるルーフスラブ構造体と、前記炉心からの中性子の中性子束を測定する中性子検出ユニットと、を備える高速炉であって、前記中性子検出ユニットは、前記炉心の上方の領域において、下端部が前記主容器内に位置し上端部が前記ルーフスラブ構造体内に位置するように前記主容器の高さ方向に延在し、前記炉心からの中性子を前記主容器の上方へと導く中性子ガイド管と、前記ルーフスラブ構造体内に配置され、前記中性子ガイド管を通じて導かれた前記中性子の速度を減速させる減速材と、前記ルーフスラブ構造体内に配置され、減速した前記中性子の中性子束を測定する中性子検出器と、を有する、高速炉を提供する。

【0009】

前記中性子検出ユニットは、前記ルーフスラブ構造体の上方から前記ルーフスラブ構造体に対して着脱自在に取り付けられ、前記主容器の内部に向かって延在する第１パイプを有し、前記第１パイプの一部が前記中性子ガイド管として構成され、かつ、前記第１パイプ内に前記減速材が配置されていてもよい。

【0010】

高速炉は、前記炉心の上方の領域に設けられ、計装機器が配置される収容スペースを形成する上部構造をさらに備え、前記上部構造は、前記収容スペースを囲み、前記主容器の高さ方向に延在する筒体と、前記筒体の下端部に設けられた計装取付板と、を有し、前記第１パイプは前記筒体内に配置され、前記第１パイプの下端は前記計装取付板に、途中は炉心上部構造内の高さ方向に配置された少なくとも１枚の水平板に固定されていてもよい。

【0011】

高速炉において、前記中性子検出ユニットは、前記第１パイプ内における前記減速材の上方に配置され、前記炉心側からの熱及び放射線を遮蔽する部材である遮蔽プラグをさらに有してもよい。

【0012】

前記中性子検出ユニットは、前記ルーフスラブ構造体の上方から前記ルーフスラブ構造体に対して着脱自在に取り付けられた第２パイプを有し、前記第２パイプに前記中性子検出器が配置されもよい。

【0013】

前記ルーフスラブ構造体は、前記主容器の上部を覆うルーフスラブと、前記ルーフスラブの中心部分に配置され、前記核燃料を交換するための燃料交換機を移動させる回転プラグと、を有し、前記第２パイプは、前記回転プラグに配置されていてもよい。

【0014】

前記ルーフスラブ構造体は、前記ルーフスラブ構造体の下面側に形成された熱遮蔽層と、前記ルーフスラブ構造体の上面側に形成された放射線遮蔽層と、を有し、前記熱遮蔽層と前記放射線遮蔽層との間に、冷却ガスが充填される空間である冷却ガス空間が形成され、前記第２パイプは、前記中性子検出器が前記冷却ガス空間に位置するように配置されていてもよい。

【0015】

高速炉は、複数の前記中性子検出ユニットが設けられ、複数の前記中性子検出器からの出力値を取得する制御装置をさらに備え、前記制御装置は、所定の前記中性子検出器からの出力値と、１つ又は複数の他の前記中性子検出器からの出力値とを比較して、出力値の差が所定の閾値以上の場合、前記所定の中性子検出器の異常を示すアラートを出力してもよい。

【0016】

本発明の一形態の高速炉の中性子計測方法は、核燃料を収容する炉心と、上部が開口した有底円筒型に形成され、前記炉心を冷却材とともに収容する主容器と、前記主容器の上部に配置され前記主容器を閉じるルーフスラブ構造体と、前記炉心からの中性子の中性子束を測定する中性子検出ユニットと、を備える高速炉における中性子計測方法であって、前記中性子検出ユニットは、前記炉心の上方の領域において、下端部が前記主容器内に位置し上端部が前記ルーフスラブ構造体内に位置するように前記主容器の高さ方向に延在し、前記炉心からの中性子を前記主容器の上方へと導く中性子ガイド管と、前記ルーフスラブ構造体内に配置され、前記中性子ガイド管を通じて導かれた前記中性子の速度を減速させる減速材と、前記ルーフスラブ構造体内に配置され、減速した前記中性子の中性子束を測定する中性子検出器と、を有し、前記中性子ガイド管を通じて導かれた前記中性子の速度を前記減速材で減速させるステップと、前記減速材によって減速した前記中性子の中性子束を前記中性子検出器で測定するステップと、を有する。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、中性子検出器による中性子束の測定値の正確度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】高速炉の構成を示す断面図である。

【図2】図１の一部の拡大図である。

【図3】高速炉を上方から見た状態の一例を示す模式図である。

【図4】図３の一部の拡大図である。

【図5】中性子ガイド管がある場合と、中性子ガイド管がない場合との中性子の減衰の様子を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0019】

本発明の一の実施形態に係る高速炉１の構成について図面を参照しながら説明する。図１は、高速炉１の構成を示す断面図である。図２は、図１の一部の拡大図である。図３は、高速炉１を上方から見た状態の一例を示す模式図である。図４は、図３の一部の拡大図である。なお、図１は、図３のＡ－Ａ線における断面図である。図２における矢印は、中性子が移動する向きを模式的に示している。

【0020】

以下では、図面に描かれた対象物の向きに合わせて「上」及び「下」のような方向を示す用語が使用されるが、これらの用語は本発明を限定する意図で使用されるものではない。「鉛直方向」は、主容器の高さ方向に対応する。

【0021】

高速炉１は、一例としてタンク型高速炉であり、例えばウランやプルトニウム等を燃料として核分裂連鎖反応を制御しながら持続させて、エネルギーを取り出す。高速炉１は、主として、主容器１０と、ルーフスラブ構造体１１と、炉心２０と、炉心上部構造３０と、中性子検出ユニット４０と、中間熱交換器５０と、循環ポンプ６０と、直接炉心冷却系熱交換器７０とを備える。

【0022】

本実施形態の高速炉１の特徴の１つは、中性子束を測定する中性子検出ユニット４０が、主容器１０の半径方向の外側ではなく、炉心２０の上方の領域に設けられている点にある。具体的には、中性子検出ユニット４０は、中性子を主容器１０の上方へと導く中性子ガイド管４１と、中性子の速度を減速させる減速材４２と、中性子束を測定する中性子検出器４５とを有している。減速材４２及び中性子検出器４５は、ルーフスラブ構造体１１の内部に配置されている。炉心２０からの中性子は、中性子ガイド管４１を通って主容器１０の上方側へと導かれ、減速材４２によって減速させられ、比較的温度の低いルーフスラブ構造体１１内で中性子検出器４５によって測定される。

【0023】

このような構成によれば、中性子検出ユニット４０が炉心２０の上方に配置されているため、中性子検出器が主容器１０の半径方向外側に配置される構成と比較して、冷却材であるナトリウムによる中性子の減衰の影響を受けにくい。したがって、中性子検出ユニット４０の中性子検出器４５による中性子束の測定値の正確度を向上させることができる。

【0024】

〔各部の構成〕
以下、高速炉１の各部について説明する。なお、本実施形態の特徴的な構成は中性子検出ユニット４０及びその周辺構造であるが、これらについて詳細に説明する前に、高速炉１の全体的な構成及び動作について説明する。

【0025】

主容器１０は、一例として、上部が開口した有底円筒型であり、例えば１５ｍ～２０ｍ程度の直径を有する。主容器１０は、図１に示すように、炉心２０、炉心上部構造３０、中間熱交換器５０、循環ポンプ６０、直接炉心冷却系熱交換器７０（図３参照）、及び、一次系の冷却材であるナトリウム等を収容する。主容器１０の上端はルーフスラブ構造体１１によって閉塞されている。主容器１０の内部には仕切板１５が設けられている。

【0026】

仕切板１５は、例えば円環状の部材であり、主容器１０の内部を上部プレナムと下部プレナムとに仕切るように水平に配置されている。上部プレナムと下部プレナムとは、炉心槽１０ａ、中間熱交換器５０、及び循環ポンプ６０等を介して互いに連通している。これにより、後述するように循環ポンプ６０を動作させることによって、冷却材は上部プレナムと下部プレナムとの間を循環する。

【0027】

炉心２０は、核燃料を収容する部分であり、燃料集合体、遮蔽集合体、及び制御棒集合体（いずれも不図示）等を有する。炉心２０は、主容器１０の中央部に設けられた炉心槽１０ａの内部に収容されている。炉心槽１０ａは、具体的には、仕切板１５の中心部分において上部プレナムと下部プレナムとの両方に開口するように設けられており、冷却材が通過できるように構成されている。炉心２０の具体的な構成は特に限定されるものではないが、一例として、炉心の中心領域に燃料集合体が配置されており、燃料集合体の周囲に遮蔽集合体が配置されている。制御棒集合体は、燃料集合体の付近に配置されている。

【0028】

炉心上部構造３０は、制御棒駆動機構、及び、温度計や燃料破損検出器等の各種計測機器（いずれも不図示）が設けられる。炉心上部構造３０は、炉心２０の上方に配置されている。炉心上部構造３０は、筒体３１と、計装取付板３２とを有する。筒体３１は、一例として円筒状の部材であって、主容器１０の高さ方向に延在している。筒体３１は、計装機器等が配置される収容スペースを形成する。

【0029】

計装取付板３２は、炉心上部構造３０に配置された板状の部材である。計装取付板３２は、具体的には、炉心上部構造３０の下端部に位置し、炉心２０の上方において、一例として水平に配置されている。計装取付板３２は、後述するように炉心上部構造３０と共に中性子検出ユニット４０の第１パイプＰ１の一部を支持する。

【0030】

（ルーフスラブ構造体１１）
ルーフスラブ構造体１１は、主容器１０の上部に配置され主容器１０を閉じる蓋として機能する。ルーフスラブ構造体１１の断面構造に関し、ルーフスラブ構造体１１は、図１に示すように、熱遮蔽層１１ａと、放射線遮蔽層１１ｂと、冷却ガス空間１１ｃとを有している。

【0031】

熱遮蔽層１１ａは、ルーフスラブ構造体１１の下面側に形成され、主容器１０内からの熱を遮蔽する層である。放射線遮蔽層１１ｂは、ルーフスラブ構造体１１の上面側に形成され、放射線を遮断する層である。

【0032】

冷却ガス空間１１ｃは、熱遮蔽層１１ａと放射線遮蔽層１１ｂとの間に形成された密閉空間である。冷却ガス空間１１ｃには、冷却ガスが充填される。高速炉１の稼働中における冷却ガス空間１１ｃの温度は、例えば１００℃以下であり、具体的な例としては７０℃以下である。

【0033】

続いて、ルーフスラブ構造体１１を上面側から見た構造について説明する。ルーフスラブ構造体１１は、図３及び図４に示すように、ルーフスラブ１２と、回転プラグ１３と、を含んでいる。ルーフスラブ１２は、主容器１０の上部を覆う構造体であり、一例として回転プラグ１３の周囲の環状の領域において主容器１０の上部を覆っている。

【0034】

回転プラグ１３は、ルーフスラブ１２の中心部分に配置されている。回転プラグ１３は、大回転プラグ１３－１と小回転プラグ１３－２とで構成されている。小回転プラグ１３－２は、核燃料を交換するための燃料交換機１４（構成部品の一部のみを示す）と、炉心上部構造３０とを支持している。

【0035】

大回転プラグ１３－１と小回転プラグ１３－２とは互いに偏心した状態で設けられており、大回転プラグ１３－１及び小回転プラグ１３－２は、それぞれが回転することで、燃料交換機１４を炉心２０上の所定の位置に位置させる。燃料交換の際には、燃料交換機１４が所定の位置に移動し、燃料の交換作業を行う。

【0036】

再び図１を参照する。中間熱交換器５０は、炉心２０からの熱によって昇温した一次系の冷却材を中間熱交換器５０の内部において二次系の冷却材（不図示）との間で熱交換をすることにより冷却する熱交換器である。中間熱交換器５０は、筒状に形成され、ルーフスラブ構造体１１及び仕切板１５を貫通するように鉛直方向に配置されている。中間熱交換器５０は、上部プレナムに位置する入口窓５１と、下部プレナムに位置する出口窓５２とを有する。入口窓５１は、上部プレナム内の高温の冷却材が流入する開口部である。出口窓５２は、中間熱交換器５０の内部を通過した冷却材が下部プレナムへと流出する開口部である。

【0037】

循環ポンプ６０は、冷却材を循環させるためのポンプであり、ルーフスラブ構造体１１及び仕切板１５を貫通するように鉛直方向に延在している。循環ポンプ６０は、冷却材を、下部プレナム内に位置する配管６１を介して炉心槽１０ａへと圧送する。

【0038】

高速炉１の動作時の冷却材の流れは、従来公知であるので、以下簡単に説明する。循環ポンプ６０によって炉心槽１０ａに圧送された冷却材は、炉心槽１０ａにおいて炉心２０からの熱を受けて例えば５００℃～５５０℃程度にとなる。冷却材は、その後、炉心槽１０ａの内部を上方に向かって流れ、上部プレナムへと流入する。上部プレナムに流入した冷却材は中間熱交換器５０の入口窓５１から中間熱交換器５０の内部に流れ込み、中間熱交換器５０の内部で例えば４００℃程度まで冷却される。冷却された冷却材は、中間熱交換器５０内を下方に向かって流れて出口窓５２から流出する。

【0039】

出口窓５２から流出して下部プレナムに流れ込んだ冷却材は、循環ポンプ６０により吸引される。吸引された冷却材は、循環ポンプ６０の作用により再び炉心槽１０ａへと圧送される。このように、冷却材は主容器１０内を循環しながら炉心２０を冷却する。

【0040】

なお、図３では、中間熱交換器５０、循環ポンプ６０、及び直接炉心冷却系熱交換器７０などの具体的な配置例が示されているが、これらの構成要素の数、及び、配置位置は高速炉１の仕様等に応じて適宜変更されてよい。直接炉心冷却系熱交換器７０は、従来公知の直接炉心冷却系熱交換器であるため、詳細な説明は省略する。

【0041】

（中性子検出ユニット４０）
中性子検出ユニット４０は、炉心２０からの中性子の中性子束を測定するユニットである。中性子検出ユニット４０は、図１及び図２に示すように、主として、中性子ガイド管４１、減速材４２、第１遮蔽プラグ４３、中性子検出器４５、第２遮蔽プラグ４６、第１パイプＰ１、及び第２パイプＰ２を有する。具体的には、第１パイプＰ１に、中性子ガイド管４１、減速材４２、及び第１遮蔽プラグ４３が設けられ、第２パイプＰ２に中性子検出器４５及び第２遮蔽プラグ４６が設けられている。

【0042】

図４に示すように、ルーフスラブ１２の周方向に複数の中性子検出ユニット４０が配置されている。具体的には４つの中性子検出ユニット４０が一例として周方向に９０°間隔で配置されている。中性子検出ユニット４０の構成はいずれも同一であるため、以下、１つの中性子検出ユニット４０について説明する。

【0043】

第１パイプＰ１は、金属製の筒状部材である。第１パイプＰ１の断面形状は、円形、四角形及び多角形など任意であるが、本実施形態では一例として円形である。第１パイプＰ１は、炉心上部構造３０の筒体３１内に配置され、炉心２０の上方の領域に位置している。ここで、炉心２０の上方の領域とは、炉心２０の真上に限定されるものではないが、本実施形態では一例として、炉心２０の真上の領域（図２の符号Ｓ１を参照）である。

【0044】

第１パイプＰ１は、ルーフスラブ構造体１１の上方からルーフスラブ構造体１１に対して着脱自在に取り付けられている。第１パイプＰ１は、例えば内部に配置された機器が故障した場合などに、他の第１パイプＰ１と交換できるように構成されている。第１パイプＰ１は、上端がルーフスラブ構造体１１によって支持され、ルーフスラブ構造体１１から主容器１０の内部に向かって鉛直方向に延在している。第１パイプＰ１の下端は、必ずしも所定の部材によって支持されている必要はないが、本実施形態では、炉心上部構造３０の計装取付板３２によって支持されている。

【0045】

第１パイプＰ１は、ルーフスラブ構造体１１から炉心２０の付近まで延びる比較的長い部材であるところ、このように下端が計装取付板３２に固定される構成によれば、第１パイプＰ１が撓むことが防止される。その結果、第１パイプＰ１及び第１パイプＰ１に配置された中性子ガイド管４１等が損傷しにくくなる。

【0046】

中性子ガイド管４１は、第１パイプＰ１の一部として構成され、中性子を比較的高温な炉心２０付近から比較的低温のルーフスラブ構造体１１側へと案内する。具体的には、中性子ガイド管４１は、下端部が主容器１０内に位置し上端部がルーフスラブ構造体１１内に位置するように延在している。中性子ガイド管４１は中空の部材であり、中性子が大幅に減衰することなく通過できるように、例えばアルゴンガスなどの不活性ガスが充填されている。

【0047】

減速材４２は、第１パイプＰ１内における中性子ガイド管４１の上方に配置されている。減速材４２は、一例として、ルーフスラブ構造体１１の内部に位置している。減速材４２は、中性子ガイド管４１を通じて導かれた中性子の速度を減速させる。中性子は、このよう減速材４２によって減速させられて熱中性子となることで、中性子検出器４５によって検出可能となる。

【0048】

第１遮蔽プラグ４３は、第１パイプＰ１内における減速材４２の上方に配置されている。第１遮蔽プラグ４３は、炉心２０側からの熱及び放射線を遮蔽する部材である。

【0049】

第２パイプＰ２は、金属製の筒状部材であり、第１パイプＰ１と同様、ルーフスラブ構造体１１の上方からルーフスラブ構造体１１に対して着脱自在に取り付けられている。第２パイプＰ２の断面形状は、円形、四角形及び多角形など任意であるが、本実施形態では一例として円形である。第２パイプＰ２は、一例として第１パイプＰ１と平行に配置されている。図４に示すように、本実施形態では、第２パイプＰ２は第１パイプＰ１よりも主容器１０（図１参照）の半径方向の外側に配置されている。

【0050】

第２パイプＰ２は、ルーフスラブ構造体１１のどのような位置に配置されていてもよいが、本実施形態では、図４に示すように、第２パイプＰ２は回転プラグ１３に設けられている。本発明は図４の構成に限定されるものではないが、図４の例では、３本の第２パイプＰ２が小回転プラグ１３－２に設けられ、１本の第２パイプＰ２が大回転プラグ１３－１に設けられている。

【0051】

中性子検出器４５は、中性子の中性子束を測定する検出器であり、第２パイプＰ２に設けられている。具体的には、中性子検出器４５は、減速材４２を通過して減速した中性子の中性子束を測定する。中性子検出器４５は、ルーフスラブ構造体１１の内部、具体的には、ルーフスラブ構造体１１の冷却ガス空間１１ｃの内部に配置されている。

【0052】

上述したように、本実施形態では、第１パイプＰ１及び第２パイプＰ２がルーフスラブ構造体１１（具体的にはルーフスラブ構造体１１の回転プラグ１３）に対して上方から着脱自在に挿入される。このような構成によれば、第１パイプＰ１及び第２パイプＰ２を容易に抜き出すことができ、各種機器へのケーブル配線も行い易い。

【0053】

図５は、中性子ガイド管がある場合と、中性子ガイド管がない場合との中性子の減衰の様子を示すグラフである。図５において、横軸は、ルーフスラブ構造体１１の上面からの軸方向の距離［ｃｍ］であり、縦軸は、中性子束［ｎ／（ｃｍ^２・ｓｅｃ）］である。図５に示すように、中性子ガイド管がない場合、炉心側の計装取付板３２からルーフスラブ構造体の上面側に近づくにつれて（「上面からの軸方向距離」の値が「０」に近づくにつれて）中性子束の量が減少するが、中性子ガイド管がある場合は、中性子束の減少率が中性子ガイド管がない場合と比較して小さくなる。このことから、中性子ガイド管を利用することで、中性子を大幅に減衰させることなく主容器の上面側に導くことができることが理解される。

【0054】

（制御装置８０）
制御装置８０（図１参照）は、中性子検出器４５の検出結果に応じて表示部８１に所定の情報を表示させる装置である。制御装置８０は、例えばＣＰＵ及び記憶部を有するコンピュータで構成されている。表示部８１は、例えばディスプレイである。制御装置８０は、それぞれの中性子検出ユニット４０の中性子検出器４５に電気的に接続されており、各中性子検出器４５からの出力値を取得する。

【0055】

上述したように本実施形態の高速炉１では、第１パイプＰ１の中性子ガイド管４１によってルーフスラブ構造体１１内へと導かれ、減速材４２で減速させられた中性子の中性子束を中性子検出器４５が計測する。第１パイプＰ１は、下端側が主容器１０の冷却材内に挿入されており、高速炉１の動作時においては冷却材が高温になるため、中性子ガイド管４１が損傷することが想定される。このような損傷が生じた場合、侵入したナトリウムによる大幅な減衰を被るため中性子束を正確に検出することができない。

【0056】

そこで本実施形態では、制御装置８０が、中性子検出器４５の検出結果に基づいて中性子ガイド管４１の損傷の発生を推定する。具体的には、制御装置８０は、複数の中性子検出器４５からの出力値を取得し、１つの所定の中性子検出器４５からの出力値と、複数の他の中性子検出器４５からの出力値とを比較する。複数の他の中性子検出器４５からの出力値は、例えば、３つの中性子検出器４５からの出力値の平均値である。

【0057】

制御装置８０は、所定の中性子検出器４５から出力値と、他の中性子検出器４５からの出力値との差が所定の閾値以上の場合、その所定の中性子検出器４５の異常を示すアラートを出力する。制御装置８０は、具体的には、一例として表示部８１にアラートを表示させる。アラートは、例えば、作業者に中性子検出ユニット４０を点検させるためのメッセージであってもよいし、機器の交換を促すメッセージであってもよい。

【0058】

このような構成によれば、表示部８１に表示されたアラートを作業者が見ることによって、作業者が中性子検出ユニット４０に異常が生じていることを知ることができ、当該の中性子検出ユニット４０の作動を阻止して点検や機器の交換といった対応を取ることができる。

【0059】

なお、制御装置８０は、１つの所定の中性子検出器４５からの出力値と、任意の１つの他の中性子検出器４５からの出力値とを比較することによって、上記のような異常検出を行ってもよい。また、制御装置８０は、１つの所定の中性子検出器４５からの出力値と、予め所定の値に設定された基準値とを比較し、その差が所定の閾値以上の場合に、アラートを出力してもよい。

【0060】

（作用効果）
以上説明した本実施形の高速炉１では、中性子検出ユニット４０として中性子ガイド管４１、減速材４２、及び中性子検出器４５が設けられ、炉心２０からの中性子は、中性子ガイド管４１によって主容器１０の上方へと導かれ、比較的温度の低いルーフスラブ構造体１１の内部において、中性子検出器４５によって中性子束が測定される。本実施形態の高速炉１における中性子計測方法は、中性子ガイド管４１を通じて導かれた中性子の速度を減速材４２で減速させるステップと、減速材４２によって減速した中性子の中性子束を中性子検出器４５で測定するステップとを有する。

【0061】

このような構成によれば、中性子検出器４５が主容器１０の半径方向外側に配置される構成と比較して、冷却材であるナトリウムによる中性子の減衰の影響を受けにくいため、中性子検出器４５による中性子束の測定値の正確度を向上させることができる。また、中性子検出ユニット４０が炉心２０の上方に設けられている本実施形態の構成によれば、使用済燃料が遮蔽集合体の一部に代えて貯蔵されたとしても、使用済燃料から放出される中性子による影響や、炉心からの中性子が使用済燃料に吸収されることによる影響を受けにくく、中性子束を精度良く検出することができる。

【0062】

また、本実施形態の高速炉１では、ルーフスラブ構造体１１に対して着脱自在に取り付けられた第１パイプＰ１の一部として中性子ガイド管４１が構成されている。したがって、例えば中性子ガイド管４１が損傷した場合に、中性子ガイド管４１を交換し易い。

【0063】

また、本実施形態の高速炉１では、第１パイプＰ１の下端が計装取付板３２に、途中は炉心上部構造３０内の高さ方向の数枚の水平板に支持・固定されている（後者は不図示）。水平板は、炉心上部構造３０内において、１枚又は複数枚配置されていてもよく、当該水平板によって第１パイプＰ１における上端と下端との間の中間領域が支持されていることが、一形態において好ましい。このような構成によれば、第１パイプＰ１が撓むことが防止され、その結果、第１パイプＰ１及び第１パイプＰ１に配置された中性子ガイド管４１等が損傷しにくくなる。よって、中性子束の測定を長期にわたって正確に行うことが可能となる。

【0064】

また、本実施形態の高速炉１では、第１パイプＰ１に第１遮蔽プラグ４３がさらに設けられている。このように、第１遮蔽プラグ４３を第１パイプＰ１に設けることで、原子炉運転中はルーフスラブ構造体１１上部への中性子等放射線の遮蔽を行い、中性子ガイド管４１内に設置した計装機器を交換する必要が生じた際は原子炉停止時に第１遮蔽プラグ４３を取り外して交換を行う。

【0065】

また、本実施形態の高速炉１では、ルーフスラブ構造体１１に対して着脱自在に取り付けられた第２パイプＰ２に中性子検出器４５が配置されている。中性子検出器４５は、ルーフスラブ構造体１１の内部（具体的は冷却ガス空間１１ｃ）の任意の位置に配置されてよいが、このように第２パイプＰ２に中性子検出器４５が設けられている場合、中性子検出器４５を交換する必要が生じた際に交換を行い易いという利点がある。

【0066】

また、本字実施形態の高速炉１では、中性子検出器４５は、熱遮蔽層１１ａによって遮熱された、ルーフスラブ構造体１１の冷却ガス空間１１ｃに位置するように配置されている。このような構成によれば、熱による中性子検出器４５の損傷が生じにくく、また、高温条件下で使用可能な特別な検出器を用いる必要もない。

【0067】

また、本字実施形態の高速炉１では、複数の中性子検出ユニット４０のうちの一部に損傷が生じ、中性子検出器４５の出力値に基づいて異常が検出された場合には、制御装置８０が表示部８１にアラートを出力する。したがって、作業者が中性子検出ユニット４０に異常が生じていることを知ることができ、当該の中性子検出ユニット４０の作動を阻止して点検や機器の交換といった処置を行うことができる。

【0068】

（変形例）
図３に示したように、上記実施形態では、中性子検出器４５が設けられた第２パイプＰ２が回転プラグ１３の大回転プラグ１３－１と小回転プラグ１３－２とに配置された構成を例示した。しかしながら、本発明においては、例えば、全ての第２パイプＰ２が大回転プラグ１３－１に、または小回転プラグ１３－２に配置されてもよい。

【0069】

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の全部又は一部は、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を併せ持つ。

【符号の説明】

【0070】

１ 高速炉
１０ 主容器
１０ａ 炉心槽
１１ ルーフスラブ構造体
１１ａ 熱遮蔽層
１１ｂ 放射線遮蔽層
１１ｃ 冷却ガス空間
１２ ルーフスラブ
１３ 回転プラグ
１３－１ 大回転プラグ
１３－２ 小回転プラグ
１４ 燃料交換機
１５ 仕切板
２０ 炉心
３０ 炉心上部構造
３１ 筒体
３２ 計装取付板
４０ 中性子検出ユニット
４１ 中性子ガイド管
４２ 減速材
４３ 第１遮蔽プラグ
４５ 中性子検出器
４６ 第２遮蔽プラグ
５０ 中間熱交換器
５１ 入口窓
５２ 出口窓
６０ 循環ポンプ
６１ 配管
７０ 直接炉心冷却系熱交換器
８０ 制御装置
８１ 表示部
Ｐ１ 第１パイプ
Ｐ２ 第２パイプ
Ｓ１ 領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】