特開 2024-155502 ナトリウム冷却高速炉の電気ペネトレーション構造

(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】P2024155502

(43)【公開日】2024-10-31

(54)【発明の名称】ナトリウム冷却高速炉の電気ペネトレーション構造

(51)【国際特許分類】

   G21D 1/00 20060101AFI20241024BHJP

   G21C 13/036 20060101ALI20241024BHJP

   G21C 11/02 20060101ALI20241024BHJP

   G21F 1/06 20060101ALI20241024BHJP

【ＦＩ】

G21D1/00 M

G21C13/036

G21C11/02 200

G21F1/06

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023070266

(22)【出願日】2023-04-21

(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

(74)【代理人】

【識別番号】100167793

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 学

(72)【発明者】

【氏名】平松 貴志

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 大輔

(72)【発明者】

【氏名】黒木 博▲徳▼

(57)【要約】

【課題】耐熱性及び放射線遮蔽性に優れた電気ペネトレーション構造を提供する。
【解決手段】この電気ペネトレーション構造Ｓ１００は、原子炉容器１０を収容する格納容器２０の壁又はナトリウムを冷却材とする機器若しくは配管を収容する部屋の壁を貫通するように設けられたスリーブ３１と、スリーブ３１の内部に設けられ、格納容器２０の内側に面する内側端面及び格納容器の外側に面する外側端面を有する中空の筒状胴体３５と、筒状胴体３５の内部に通された無機絶縁ケーブル７０と、筒状胴体３５に配置され、内側端面側から外側端面側に放射線が通過するのを遮蔽する、酸化ビスマスで形成された放射線遮蔽板４０とを有する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

原子炉容器を収容する格納容器の壁又はナトリウムを冷却材とする機器若しくは配管を収容する部屋の壁を貫通するように設けられたスリーブと、
前記スリーブの内部に設けられ、前記格納容器の内側に面する内側端面及び前記格納容器の外側に面する外側端面を有する中空の筒状胴体と、
前記筒状胴体の内部に通された無機絶縁ケーブルと、
前記筒状胴体に配置され、前記内側端面側から前記外側端面側に放射線が通過するのを遮蔽する、酸化ビスマスで形成された放射線遮蔽板と、
を有する、電気ペネトレーション構造。

【請求項2】

前記放射線遮蔽板として、
前記筒状胴体の前記内側端面に近い側に配置された第１放射線遮蔽板と、
前記第１放射線遮蔽板から前記筒状胴体の軸線方向に離れた位置に配置された第２放射線遮蔽板とが設けられている、
請求項１に記載の電気ペネトレーション構造。

【請求項3】

前記第１放射線遮蔽板及び前記第２放射線遮蔽板は、前記無機絶縁ケーブルが通される貫通孔を有し、
前記第１放射線遮蔽板の前記貫通孔と、前記第２放射線遮蔽板の前記貫通孔とが同一直線上に位置していない、
請求項２に記載の電気ペネトレーション構造。

【請求項4】

前記筒状胴体は、
前記外側端面に配置された端板を有し、前記端板には、前記無機絶縁ケーブルが通される筒状スリーブが形成されており、
前記筒状スリーブの端面と、前記無機絶縁ケーブルのシースとが溶接により固定されている、
請求項１又は２に記載の電気ペネトレーション構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ナトリウム冷却高速炉の電気ペネトレーション構造に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、原子炉格納容器やナトリウム冷却材機器室の隔壁を貫通する電気配線は、放射線の遮蔽及び気密性の確保のため、電気ペネトレーションと呼ばれる電気配線貫通構造の内部を通過するように配線される。特許文献１には、高温及び高圧の条件下での性能が維持されるように、中空の胴体内に配置されるケーブルを無機絶縁ケーブルとした構成が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１５－５０８５９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

例えばナトリウムのような高温の冷却材が原子炉容器やナトリウム冷却材機器、配管から漏洩した場合における耐熱性及び放射線の遮蔽性能の観点で、従来の構造では改善の余地が残されていた。

【0005】

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、耐熱性及び放射線遮蔽性に優れた電気ペネトレーション構造を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一形態の電気ペネトレーション構造は、原子炉容器を収容する格納容器の壁又はナトリウムを冷却材とする機器若しくは配管を収容する部屋の壁を貫通するように設けられたスリーブと、前記スリーブの内部に設けられ、前記格納容器の内側に面する内側端面及び前記格納容器の外側に面する外側端面を有する中空の筒状胴体と、前記筒状胴体の内部に通された無機絶縁ケーブルと、前記筒状胴体に配置され、前記内側端面側から前記外側端面側に放射線が通過するのを遮蔽する、酸化ビスマスで形成された放射線遮蔽板と、を有する。

【0007】

前記放射線遮蔽板として、前記筒状胴体の前記内側端面に近い側に配置された第１放射線遮蔽板と、前記第１放射線遮蔽板から前記筒状胴体の軸線方向に離れた位置に配置された第２放射線遮蔽板とが設けられていてもよい。

【0008】

前記第１放射線遮蔽板及び前記第２放射線遮蔽板は、前記無機絶縁ケーブルが通される貫通孔を有し、前記第１放射線遮蔽板の前記貫通孔と、前記第２放射線遮蔽板の前記貫通孔とが同一直線上に位置していてもよい。

【0009】

前記筒状胴体は、前記外側端面に配置された端板を有し、前記端板には、前記無機絶縁ケーブルが通される筒状スリーブが形成されており、前記筒状スリーブの端面と、前記無機絶縁ケーブルのシースとが溶接により固定されていてもよい。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、耐熱性及び放射線遮蔽性に優れた電気ペネトレーション構造を提供できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の一形態のナトリウム冷却高速炉の電気ペネトレーション構造を含む高速炉を模式的に示す図である。

【図2】電気ペネトレーション構造を示す断面図である。

【図3】端板におけるケーブルの固定構造を示す断面図である。

【図4】電気ペネトレーション構造の変形例を示す図である。

【図5】複数の複数のケーブルが通された端板の例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

図１は、本発明の一形態のナトリウム冷却高速炉の電気ペネトレーション構造を含む高速炉を模式的に示す図である。図２は、電気ペネトレーション構造を示す断面図である。

【0013】

図１の高速炉１は、主要な構成要素として、原子炉容器１０と、格納容器２０と、電気ペネトレーション構造Ｓ１００とを備えている。本実施形態の構成は、原子炉容器１０の冷却材であるナトリウムが漏洩した場合であっても、ナトリウム及び放射線が外部に放出されるのを防止するために、酸化ビスマス製の遮蔽材が設けられた電気ペネトレーション構造Ｓ１００が設けられていることを特徴の１つとする。

【0014】

原子炉容器１０は、炉心１１を冷却材１５とともに収容する容器である。原子炉容器１０は、タンク型の高速炉１では主容器とも呼ばれ、例えば１５ｍ～２０ｍ程度の直径を有する。

【0015】

炉心１１は、核燃料である燃料集合体及び制御棒（いずれも不図示）を有する。冷却材１５は、本実施形態ではナトリウムであり、炉心１１を冷却する。冷却材１５は、原子炉容器１０内に配置された不図示のポンプの作用によって、原子炉容器１０内において循環する。高速炉１の運転時のナトリウム冷却材の温度は一例として５００℃以上である。

【0016】

原子炉容器１０には、計器１８が設けられている。図１では、１つの計器１８のみが描かれているが、原子炉容器１０には原子炉容器１０及びその内部に収容された要素の各種状態を計測する複数の計器１８が設けられている。具体的には、計器１８は、例えば、温度計、流量計、圧力計及び液位計などである。計器１８は、計測信号をケーブル７０経由で外部に伝送する。

【0017】

格納容器２０は、原子炉容器１０を包囲する容器である。図１では、格納容器２０が原子炉容器１０を包囲しているが、格納容器２０は、ナトリウムを冷却材とする他の機器を収容する容器であってもよい。格納容器２０は、ナトリウムを冷却材とするそのような他の機器を、原子炉容器１０とともに収容するものであってもよい。格納容器２０は、例えば、ナトリウムを冷却材とする他の機器が配置された窒素雰囲気室を収容するものであってもよい。

【0018】

電気ペネトレーション構造Ｓ１００は、計器１８に接続されたケーブル７０や、格納容器２０内の機器に外部から電力を供給するためのケーブルが通される構造体である。以下では計器１８に接続されたケーブル７０を例として説明する。電気ペネトレーション構造Ｓ１００は、図２に示すように、スリーブ３１と、筒状胴体３５と、ケーブル７０と、放射線遮蔽板４０とを有する。

【0019】

スリーブ３１及び筒状胴体３５はいずれも金属製である。スリーブ３１は、筒状に形成されている。スリーブ３１は、例えば円筒である。スリーブ３１は格納容器２０の壁２１を貫通するように設けられている。スリーブ３１は、一例として、その軸線が壁２１の厚み方向と並行になる向きで壁２１に固定されている。

【0020】

筒状胴体３５は、筒体３６、端板３７Ａ、及び端板３７Ｂを有している。筒状胴体３５は、スリーブ３１の内部に設けられた中空の部材であり、密閉された内部空間を形成する。筒状胴体３５内には、窒素ガスが封入され、圧力計により内部の圧力が計測される。

【0021】

筒体３６は、スリーブ３１の内部に配置される大きさに形成されている。筒体３６は、図２の例では、スリーブ３１の軸方向の長さよりも長く形成されている。

【0022】

端板３７Ａは、筒体３６の一端（図示左側）の開口部を塞ぐように筒体３６に固定されている。端板３７Ａは、筒状胴体３５における、格納容器２０の内側に面する内側端面を構成している。端板３７Ｂも端板３７Ａと同様の構造を有する。端板３７Ｂは、筒体３６の他端（図示右側）の開口部を塞ぐように筒体３６に固定されている。端板３７Ｂは、筒状胴体３５における、格納容器２０の外側に面する外側端面を構成している。

【0023】

筒状胴体３５のスリーブ３１に対する固定方式は特定の構造に限定されない。筒状胴体３５は、図２に示すように、例えばスリーブ３１と筒状胴体３５との間に設けられた固定部材５１によってスリーブ３１に固定される。固定部材５１は、この例では端板３７Ｂに近い側の端部付近に設けられている。端板３７Ａに近い側の端部付近では、スリーブ３１と筒状胴体３５との間にＯリング５２が設けられている。

【0024】

ケーブル７０は、上述したように、計器１８に接続されたケーブルである。ケーブル７０は、例えば無機絶縁（Ｍｉｎｅｒａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ：ＭＩ）ケーブルであり、内部の芯線が、酸化マグネシウムなどの無機絶縁物と、さらに保護管であるシースとによって覆われた構成を有している。シースは、例えば、ＳＵＳ３０４製の金属製シースである。ケーブル７０は、電気ペネトレーション構造Ｓ１００を通じて格納容器２０の内部から外部へと引き出される。図２では、１本のケーブル７０のみが示されているが、図示されているケーブル７０と同様に形成された複数のケーブルが筒状胴体３５内に通されていてもよい。

【0025】

ケーブル７０は、図２に示すように、電気ペネトレーション構造Ｓ１００のうち筒状胴体３５の内部に通される。ケーブル７０は、筒状胴体３５の延在方向に沿うような向きに延在している。具体的には、ケーブル７０は、一方の端板３７Ａを貫通し、筒体３６の内部において延在し、他方の端板３７Ａを貫通して格納容器２０の外部に延び出している。

【0026】

ケーブル７０は、筒状胴体３５の内部を真っ直ぐに延在していてもよいが、本実施形態では、ケーブル７０は、部分的に湾曲した態様で延在している。ケーブル７０は、第１部分７１、屈曲部７２、第２部分７３、屈曲部７４及び第３部分７５を有する。第１部分７１、第２部分７３及び第３部分７５は、直線状に延在する部分である。第１部分７１は、端板３７Ａを貫通している。

【0027】

第２部分７３は、屈曲部７２を介して第１部分７１につながっている。第２部分７３は、第１部分７１の軸線上には位置しないように、オフセットした位置に延在している。第３部分７５は、屈曲部７４を介して第２部分７３につながっている。第３部分７５も、第２部分７３の軸線上には位置しないように、オフセットした位置に延在している。第３部分７５と第１部分７１とは、本実施形態では、一例として同軸上に位置しているが、本発明においては、第３部分７５と第１部分７１とが同軸上に位置していなくてもよい。

【0028】

放射線遮蔽板４０は、放射線が通過するのを遮蔽する部材である。放射線遮蔽板４０は、この例では、筒状胴体３５の端板３７Ａに近い側に配置されている。放射線遮蔽板４０は、一例として円筒の筒状胴体３５の内部に嵌め込まれる円盤形状の部材である。放射線遮蔽板４０は、ケーブル７０の第１部分７１が通される貫通孔４０ｈを有している。貫通孔４０ｈは、放射線遮蔽板４０の厚み方向に延在するように形成されている。

【0029】

放射線遮蔽板４０は、十分な放射線の遮蔽性と耐熱性とを有する材質で形成されている。放射線遮蔽板４０は、本実施形態では酸化ビスマス（Ｂｉ_２Ｏ_３）で形成されている。放射線遮蔽板４０が、例えば鉛の場合、鉛の融点は３２７．５℃程度であるため、５００℃以上となるナトリウム冷却材に対して耐熱性が不十分である。これに対して、放射線遮蔽板４０が酸化ビスマス製の場合、酸化ビスマスの融点は８１７℃程度であるため、ナトリウム冷却材に対して十分な耐熱性を有する。

【0030】

放射線遮蔽板４０は、図２に示すように、この例では、内側の端面４０ａがスリーブ３１の端面よりも格納容器２０の内側に向かって突出している。放射線遮蔽板４０のうち端面４０ａとは反対側の端面４０ｂは、Ｏリング５２が配置された位置よりも外側（図示右側）に位置している。

【0031】

上記のように、本実施形態の電気ペネトレーション構造Ｓ１００では、酸化ビスマスで形成され、放射線が端板３７Ａ側から端板３７Ｂ側に通過するのを遮断する放射線遮蔽板４０が設けられている。この放射線遮蔽板４０は、十分な放射線遮蔽性を有するとともに、ナトリウム冷却材に対する耐熱性も備えている。したがって、ナトリウムのような高温の冷却材が仮に漏洩した場合であっても、電気ペネトレーション構造Ｓ１００が破損せず、外部に放射線が漏出することが防止される。

【0032】

（端板におけるケーブル７０の固定構造）
図３は、端板におけるケーブル７０の固定構造を示す断面図である。なお、図３では複数のケーブル７０が設けられた構成が示されている。このような固定構造は、本実施形態では端板３７Ａと端板３７Ｂとの両方に設けられているが、以下では、端板３７Ｂを例として説明する。

【0033】

端板３７Ｂには筒状スリーブ３９が設けられている。筒状スリーブ３９は、例えば円筒であり、端板３７Ｂに対して垂直に延在する向きに固定されている。筒状スリーブ３９の内部にはケーブル７０が通される。

【0034】

ケーブル７０を筒状スリーブ３９に対して固定するためには、例えば、筒状スリーブ３９の全周をかしめたり、締付け具を用いたりすることも考えられるが、本実施形態では、溶接によりケーブル７０と筒状スリーブ３９とが固定されている。具体的には、筒状スリーブ３９の端板３７Ｂから遠い側の端面と、ケーブル７０のシースの外周面とが溶接により固定されている。

【0035】

このような溶接による固定の場合、溶接部Ｗが筒状スリーブ３９の端面付近に形成されるため、筒状スリーブ３９をかしめる方式や、締付け具を用いてケーブル７０を筒状スリーブ３９に固定する方式と比較して構成を小型化することができる。なお溶接部Ｗは、筒状スリーブ３９の直径より小さな直径に形成されていることが一形態において好ましい。

【0036】

（電気ペネトレーション構造Ｓ１００の効果）
以上説明したように、本実施形態の電気ペネトレーション構造Ｓ１００によれば、筒状胴体３５に酸化ビスマス製の放射線遮蔽板４０が設けられているため、放射線が外部へと放出されることが防止され、また、仮に高温のナトリウム冷却材が漏洩した場合であっても、放射線遮蔽板４０は十分な耐熱性を有しているので電気ペネトレーション構造Ｓ１００の外部に放射線が漏出することが防止される。

【0037】

＜変形例１＞
図４は、電気ペネトレーション構造の変形例を示す図である。図４の電気ペネトレーション構造Ｓ１０１は、放射線遮蔽板４０として、第１放射線遮蔽板４１と、第２放射線遮蔽板４２とを有している。その他の構造は、上述した電気ペネトレーション構造Ｓ１００と同様であるため、重複する説明は省略する。

【0038】

第１放射線遮蔽板４１は、端板３７Ａに近い側に配置されている。第１放射線遮蔽板４１は、一例として、上述した放射線遮蔽板４０と同様の形状であり、材質も同じである。第２放射線遮蔽板４２は、第１放射線遮蔽板４１から筒状胴体３５の軸線方向に離れた位置に配置されている。第２放射線遮蔽板４２は、第１放射線遮蔽板４１と同様、酸化ビスマス製である。第２放射線遮蔽板４２には、ケーブル７０が通される貫通孔４２ｈが形成されている。第１放射線遮蔽板４１と第２放射線遮蔽板４２との間には、例えば、窒素が充填されている。

【0039】

第１放射線遮蔽板４１及び第２放射線遮蔽板４２は、第１放射線遮蔽板４１の貫通孔４１ｈと、第２放射線遮蔽板４２の貫通孔４２ｈとが同一直線上に位置しないように設けられている。このように、一方の遮蔽板の貫通孔と他方の遮蔽板の貫通孔とが同一直線上に位置しない構成によれば、貫通孔の延在方向（ここでは遮蔽板の厚み方向）に貫通孔４１ｈとケーブル７０との隙間を通って進む放射線を第２放射線遮蔽板４２で効果的に遮蔽することができる。

【0040】

電気ペネトレーション構造Ｓ１０１の組立てに関し、例えば、まず第２放射線遮蔽板４２に対してケーブル７０が通され、その後、屈曲部７２及び屈曲部７４が形成された後、第１部分７１が第１放射線遮蔽板４１及び端板３７Ａに通され、第３部分７５が端板３７Ｂに通されてもよい。このような手順の結果、一例として、屈曲部７２は第１放射線遮蔽板４１と第２放射線遮蔽板４２との間の空間に位置し、屈曲部７４は第２放射線遮蔽板４４と端板３７Ｂとの間の空間に位置している。

【0041】

なお、第１放射線遮蔽板４１が複数の貫通孔４１ｈを有し、第２放射線遮蔽板４２が複数の貫通孔４２ｈを有する場合であっても、第１放射線遮蔽板４１の貫通孔４１ｈと第２放射線遮蔽板４２の貫通孔４２ｈとが同一直線上に位置していないことが一形態において好ましい。第１放射線遮蔽板４１は、第２放射線遮蔽板４２の厚みと同一であってもよいし、第２放射線遮蔽板４２よりも厚くてもよいし、薄くてもよい。

【0042】

＜変形例２＞
図５は、複数のケーブルが通された端板の例を示す図である。図５では端板３７Ｂが例示されている。複数のケーブル７０は例えば図５のような配置で設けられていてもよい。この例では、端板３７Ｂの中心に１本のケーブル７０が通されている。また、端板３７Ｂの中心を中心とする複数の同心円のそれぞれに所定の本数ずつケーブル７０が配置されている。図３を参照して説明したような、溶接を用いたケーブル７０の固定によれば、図５のように高密度で複数のケーブル７０を配置することが可能となる。

【0043】

（他の変形態様）
以上、図４では、２つの放射線遮蔽板が設けられた構造を例示したが、電気ペネトレーション構造は、３つ以上の複数の放射線遮蔽板を有していてもよい。上記の実施形態では、電気ペネトレーション構造が格納容器に設けられた構成を例示したが、電気ペネトレーション構造は、ナトリウムである冷却材が通過する配管を収容する部屋の壁に設けられてもよい。

【0044】

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】

【0045】

１ 高速炉
１０ 原子炉容器
１１ 炉心
１５ 冷却材
１８ 計器
２０ 格納容器
２１ 壁
３１ スリーブ
３５ 筒状胴体
３６ 筒体
３７Ａ 端板
３７Ｂ 端板
３９ 筒状スリーブ
４０ 放射線遮蔽板
４０ａ 端面
４０ｂ 端面
４０ｈ 貫通孔
４１ 第１放射線遮蔽板
４１ｈ 貫通孔
４２ 第２放射線遮蔽板
４２ｈ 貫通孔
５１ 固定部材
５２ Ｏリング
７０ ケーブル
７１ 第１部分
７２ 屈曲部
７３ 第２部分
７４ 屈曲部
７５ 第３部分
Ｓ１００、Ｓ１０１ 電気ペネトレーション構造
Ｗ 溶接部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】