特開 2024-175508 原子炉および原子炉の制御方法

(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】P2024175508

(43)【公開日】2024-12-18

(54)【発明の名称】原子炉および原子炉の制御方法

(51)【国際特許分類】

   G21C 5/00 20060101AFI20241211BHJP

   G21C 7/08 20060101ALI20241211BHJP

   G21C 7/22 20060101ALI20241211BHJP

【ＦＩ】

G21C5/00 A

G21C7/08

G21C7/22

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023093342

(22)【出願日】2023-06-06

(71)【出願人】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山田 瑞貴

(72)【発明者】

【氏名】浅野 耕司

(72)【発明者】

【氏名】小池 武史

(57)【要約】

【課題】原子炉および原子炉の制御方法において、原子炉を適正に非常停止可能であると共に装置の小型化および軽量化を図る。
【解決手段】複数の燃料ブロックが環状に配置されて構成される炉心と、複数の燃料ブロック間の隙間に配置される収容部と、外部から収容部に中性子吸収体を供給可能な中性子吸収体供給装置と、を備える。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の燃料ブロックが環状に配置されて構成される炉心と、
前記複数の燃料ブロック間の隙間に配置される収容部と、
外部から前記収容部に中性子吸収体を供給可能な中性子吸収体供給装置と、
を備える原子炉。

【請求項2】

前記収容部は、前記炉心の中心部の隙間に配置される第１収容部と、前記複数の燃料ブロックにおける周方向の隙間に配置される複数の第２収容部とを有する、
請求項１に記載の原子炉。

【請求項3】

前記第１収容部は、中空円柱形状をなし、前記第２収容部は、前記第１収容部から前記複数の燃料ブロック間の隙間に向けて放射状に配置されて中空直方体形状をなす、
請求項２に記載の原子炉。

【請求項4】

前記第１収容部と前記複数の第２収容部は、連通する、
請求項２または請求項３に記載の原子炉。

【請求項5】

前記中性子吸収体は、複数の粒状体である、
請求項１に記載の原子炉。

【請求項6】

前記中性子吸収体供給装置は、前記複数の粒状体を貯留するタンクと、前記タンクと前記収容部とを連通する通路と、前記通路を開閉可能な開閉体とを有する、
請求項５に記載の原子炉。

【請求項7】

前記通路は、複数設けられ、前記収容部の異なる位置に連通する、
請求項６に記載の原子炉。

【請求項8】

前記開閉体は、前記炉心の温度が上昇して予め設定された所定温度に到達すると開放される、
請求項６または請求項７に記載の原子炉。

【請求項9】

前記複数の燃料ブロック間の隙間は、前記炉心の周方向に間隔を空けて複数設けられ、複数の前記隙間は、一部に前記収容部が配置され、その他の部分に熱伝導体が配置される、
請求項１に記載の原子炉。

【請求項10】

前記収容部と前記熱伝導体は、前記炉心の周方向に交互に設けられる、
請求項９に記載の原子炉。

【請求項11】

前記炉心は、外形が多角形状をなし、前記複数の燃料ブロックは、外形が三角形状をなす、
請求項１に記載の原子炉。

【請求項12】

複数の燃料ブロックが環状に配置されて構成される炉心を有する原子炉において、
前記炉心の温度が上昇して予め設定された所定温度に到達すると中性子吸収体を前記炉心の内側と前記複数の燃料ブロック間の隙間に供給する、
原子炉の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、原子炉および原子炉の制御方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

原子力発電システムは、核燃料を格納した原子炉を有する。原子力発電システムは、原子炉で核燃料により核反応を生じさせ、発生した熱を外部に取り出して冷媒を加熱する。加熱された冷媒は、タービンを駆動回転することで発電機により発電を行う。このような原子力発電システムとしては、特許文献１，２に記載されたものがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２２－６３０１４号公報

【特許文献2】特開２０２２－６１７９１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

原子炉は、非常用停止装置が設けられる。従来の原子炉は、核燃料が環状をなし、非常用停止装置は、核燃料の内側に中性子吸収材を挿入可能である。この場合、非常用停止装置は、核燃料の反応を抑制して原子炉を停止するものであり、核燃料の内面と中性子吸収材の外面との間に所定量の接触面積を確保する必要がある。そのため、核燃料の大径化により原子炉が大型化してしまうという課題がある。

【0005】

本開示は、上述した課題を解決するものであり、原子炉を適正に非常停止可能であると共に装置の小型化および軽量化を図る原子炉および原子炉の制御方法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】

上記の目的を達成するための本開示の原子炉は、複数の燃料ブロックが環状に配置されて構成される炉心と、前記複数の燃料ブロック間の隙間に配置される収容部と、外部から前記収容部に中性子吸収体を供給可能な中性子吸収体供給装置と、を備える。

【0007】

また、本開示の原子炉の制御方法は、複数の燃料ブロックが環状に配置されて構成される炉心を有する原子炉において、前記炉心の温度が上昇して予め設定された所定温度に到達すると中性子吸収体を前記炉心の内側と前記複数の燃料ブロック間の隙間に供給する。

【発明の効果】

【0008】

本開示の原子炉および方法によれば、原子炉を適正に非常停止することができると共に、装置の小型化および軽量化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、本実施形態の原子力発電システムを表す概略図である。

【図2】図２は、本実施形態の原子炉を表す縦断面図である。

【図3】図３は、原子炉を表す縦断面図である。

【図4】図４は、原子炉を表す水平断面図である。

【図5】図５は、原子炉の非常停止状態を表す縦断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下に図面を参照して、本開示の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本開示が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。また、実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。

【0011】

＜原子力発電システム＞
図１は、本実施形態の原子力発電システムを表す概略図である。

【0012】

図１に示すように、原子力発電システム１００は、原子炉ユニット１０１と、熱交換器１０２と、冷媒循環経路１０３と、タービン１０４と、発電機１０５と、冷却器１０６と、圧縮機１０７とを有する。

【0013】

原子炉ユニット１０１は、原子炉容器１１１と、原子炉１１２と、熱伝導部１１３とを有する。原子炉容器１１１は、内部に原子炉１１２が格納される。原子炉容器１１１は、原子炉１１２を密閉状態で格納する。原子炉容器１１１は、内部に配置される原子炉１１２が格納または取り出せるように、例えば、蓋である開閉部が設けられる。原子炉容器１１１は、原子炉１１２で核反応が生じて内部が高温、高圧になった場合でも、密閉状態を維持することができる。原子炉容器１１１は、中性子線の遮へい性能を有する材料により形成される。

【0014】

原子炉１１２は、核燃料を格納する。原子炉１１２は、核燃料により核反応を生じさせ、熱を発生させる。熱伝導部１１３は、原子炉１１２で発生した熱を熱交換器１０２に伝える。なお、原子炉１１２と熱伝導部１１３の詳細は、後述する。

【0015】

熱交換器１０２は、原子炉ユニット１０１を構成する原子炉１１２との間で熱交換を行う。熱交換器１０２は、原子炉ユニット１０１を構成する熱伝導部１１３を介して原子炉１１２の熱を回収する。

【0016】

冷媒循環経路１０３は、冷媒を循環させる経路である。冷媒循環経路１０３は、熱交換器１０２とタービン１０４と冷却器１０６と圧縮機１０７とを接続する。冷媒循環経路１０３を流れる冷媒は、熱交換器１０２、タービン１０４、冷却器１０６、圧縮機１０７の順で流れ、圧縮機１０７を通過した冷媒は、熱交換器１０２に戻れる。熱交換器１０２は、熱伝導部１１３と冷媒循環経路１０３を流れる冷媒との間で熱交換を行う。すなわち、冷媒循環経路１０３を流れる冷媒は、熱伝導部１１３により加熱され、熱伝導部１１３は、冷媒により冷却される。

【0017】

タービン１０４は、熱交換器１０２を通過した冷媒が供給される。タービン１０４は、加熱された冷媒のエネルギーにより回転する。タービン１０４は、冷媒のエネルギーを回転エネルギーに変換して、冷媒からエネルギーを吸収する。

【0018】

発電機１０５は、タービン１０４と同軸上に連結されている。発電機１０５は、タービン１０４と一体に回転する。発電機１０５は、タービン１０４の回転力により回転することで発電を行う。

【0019】

冷却器１０６は、タービン１０４を通過した冷媒を冷却する。冷却器１０６は、チラーや冷媒を一時的に液化する場合、復水器等である。

【0020】

圧縮機１０７は、冷却器１０６を通過した冷媒を圧縮する。圧縮機１０７は、冷媒を加圧するポンプとして機能する。

【0021】

原子炉１１２の核燃料の反応により生じた熱は、熱伝導部１１３を介して熱交換器１０２に伝えられる。冷媒循環経路１０３を流れる冷媒は、圧縮機１０７により圧縮された後、熱交換器１０２に供給される。熱交換器１０２は、熱伝導部１１３の熱により冷媒循環経路１０３を流れる冷媒を加熱する。つまり、冷媒は、熱交換器１０２により熱を吸収して昇温されることで、原子炉１１２で発生した熱は、冷媒により回収される。

【0022】

タービン１０４は、圧縮機１０７により圧縮され、熱交換器１０２により加熱された冷媒が供給される。タービン１０４は、供給された冷媒により駆動回転し、発電機１０５を駆動することで、発電機１０５が発電を行う。タービン１０４を回転させた冷媒は、冷却器１０６で基準温度まで冷却された後、圧縮機５８に供給される。

【0023】

原子力発電システム１００は、原子炉１１２から取り出された熱を熱伝導部１１３により冷媒に伝道し、高温高圧の冷媒によりタービン１０４を駆動して発電機１０５による発電を行う。そのため、原子炉１１２とタービン１０４を駆動回転する媒体となる冷媒とを隔離することができ、タービン１０４を駆動回転する媒体が放射能汚染されるおそれを低減することができる。

【0024】

＜原子炉＞
図２は、本実施形態の原子炉を表す縦断面図、図３は、原子炉を表す縦断面図、図４は、原子炉を表す水平断面図である。なお、図２は、原子炉を燃料ブロックの位置で破断した断面図であり、図３は、原子炉を収容部の位置で破断した断面図である。

【0025】

図２から図４に示すように、原子炉ユニット１０１は、原子炉容器１１１と、原子炉１１２と、熱伝導部１１３とを有する。原子炉１１２は、原子炉容器１１１の内部に格納され、熱伝導部１１３が設けられる。熱伝導部１１３は、原子炉１１２で発生した熱を外部に取り出す。

【0026】

原子炉１１２は、炉心１１と、遮へい部１２と、熱伝導体（熱伝導部１１３）１３と、反応度制御装置１４と、非常停止装置１５とを有する。原子炉１１２は、円柱形状をなし、縦型なして配置される。すなわち、原子炉１１２は、中心軸Ｏが鉛直方向に沿って配置される。

【0027】

＜炉心＞
図２および図４に示すように、炉心１１は、中心軸Ｏを中心とした全体として多角柱形状（本実施形態では、六角柱形状）をなすように形成される。炉心１１は、複数（本実施形態では、６個）の燃料ブロック２１を有する。燃料ブロック２１は、核燃料であり、同形状をなす。炉心１１は、複数の燃料ブロック２１が周方向に沿って配置されることで、軸方向（中心軸Ｏに沿った方向）に長い環状をなす。すなわち、炉心１１は、外形が多角形状（六角形状）をなし、複数の燃料ブロック２１は、外形が三角形状をなす。但し、炉心１１の形状は、六角形状に限るものではなく、多角形状や円形状であってもよい。

【0028】

炉心１１は、中心軸Ｏが位置する中心部に第１空間部２２が設けられる。第１空間部２２は、円柱形状をなす。また、炉心１１は、複数の燃料ブロック２１間に複数（本実施形態では、６個）の第２空間部（隙間）２３ａ，２３ｂが設けられる。複数の第２空間部２３ａ，２３ｂは、直方体形状をなし、それぞれ同形状をなす。複数の第２空間部２３ａと、複数の第２空間部２３ｂは、同形状であってもよく、異なる形状であってもよい。複数の第２空間部２３ａ，２３ｂは、第１空間部２２の外周部から放射状をなして配置される。すなわち、第２空間部２３ａ，２３ｂは、炉心１１の径方向に沿って配置され、軸方向および径方向（中心軸Ｏに直交する方向）に長く、周方向（幅方向）に短い形状をなす。

【0029】

なお、炉心１１（燃料ブロック２１）は、図示しないが、核燃料（放射性物質）と、支持体とを含む。支持体は、炉心１１の全域に配置される。支持体は、軸方向に沿って複数の穴部が設けられる。穴部は、例えば、円柱形状をなす。支持体は、減速材を含んでいてもよい。減速材として、例えば、グラフェン、黒鉛等を用いることができる。核燃料は、支持体の穴部に配置される。核燃料は、支持体の穴部の形状に対応しており、円柱形状をなす。核燃料は、軸方向に連続する棒形状であってもよいし、軸方向に不連続なペレット形状であってもよい。核燃料は、核分裂性物質としてウラン（例えば、ウラン２３５）やプルトニウム（例えば、プルトニウム２３９、２４１）、トリウムなどを用いることができる。

【0030】

＜遮へい部＞
遮へい部１２は、炉心１１の周囲を覆うように配置される。遮へい部１２は、金属ブロックからなり、炉心１１を構成する核燃料から照射される放射線（中性子）を反射することで、外部への放射線の漏洩を抑制する。遮へい部１２は、使用する材料の中性子散乱および中性子吸収の能力に応じて反射体と呼ばれることがある。

【0031】

遮へい部１２は、胴体３１と、底部３２と、蓋部３３とを有する。胴体３１は、円筒形状をなし、炉心１１の径方向の外側に配置される。すなわち、胴体３１は、炉心１１の外周部を取り囲むように被覆する。底部３２は、円板形状をなし、胴体３１の軸方向の一方側に配置される。すなわち、底部３２は、炉心１１の下部を塞ぐように被覆する。蓋部３３は、円板形状をなし、胴体３１の軸方向の他方側に配置される。すなわち、蓋部３３は、炉心１１の上部を塞ぐように被覆する。なお、遮へい部１２は、内部に炉心１１を収容するにあたり、内部の酸化を防止する目的から、密閉構造とした内部に、例えば、窒化ガス等の不活性ガスを充填するとよい。

【0032】

＜熱伝導体＞
熱伝導体１３は、熱伝導部１１３を構成する。すなわち、熱伝導体１３は、炉心１１で発生した熱を熱交換器１０２（図１参照）に伝導する。熱伝導体１３は、炉心１１を軸方向に貫通するように配置される。熱伝導体１３は、長手方向の一端部が遮へい部１２の蓋部３３を貫通して外部に延出される。熱伝導体１３は、炉心１１の核燃料の核反応により生じる熱を遮へい部１２の外部に伝える。

【0033】

熱伝導体１３は、例えば、伝熱管４１を有する。伝熱管４１は、内部に冷媒（例えば、二酸化炭素）が充填され、冷媒が流動可能である。伝熱管４１は、例えば、Ｕ字形状をなし、炉心１１の内部に配置され、一端部と他端部が遮へい部１２（蓋部３３）を貫通して外部に延出される。冷媒は、伝熱管４１の一端部から供給され、炉心１１の内部を流れた後、伝熱管４１の他端部から外部に排出される。このとき、冷媒は、炉心１１の核燃料の核反応により生じる熱により加熱され、熱を外部に取り出す。

【0034】

なお、炉心１１（燃料ブロック２１）は、板形状をなす複数の燃料板が軸方向に積層されて構成されていてもよい。また、遮へい部１２は、板形状をなす複数の遮へい板が軸方向に積層されて構成されていてもよい。この場合、リング形状をなす燃料板の外周側にリング形状をなす遮へい板が配置される。そして、リング状に配置された燃料板および遮へい板が板厚方向に複数配置される。

【0035】

さらに、熱伝導部１１３として、板形状をなす複数の熱伝導板を軸方向に積層して設けてもよい。この場合、リング状に配置された燃料板および遮へい板とリング形状をなす熱伝導板が板厚方向に交互に積層配置される。熱伝導板は、外径が遮へい板の外径より大きく、炉心１１の核燃料の核反応により生じる熱を径方向の外方に取り出す。なお、熱伝導板は、例えば、チタン、ニッケル、銅、グラファイトを用いることができる。グラファイトは、特に、グラフェンを用いることができる。グラフェンは、炭素原子とその結合からできた六角形格子が連続した構造であり、六角形格子の連続した方向を熱の伝達方向とすることで、熱伝達効率を向上できる。

【0036】

＜反応度制御装置＞
反応度制御装置１４は、遮へい部１２に配置される。反応度制御装置１４は、炉心１１の周囲を取り囲むように配置される。反応度制御装置１４は、複数（本実施形態では、１２個）の制御ドラム（制御部）５１を有する。但し、制御ドラム５１の数は限定されない。複数の制御ドラム５１は、炉心１１の外側で、周方向に間隔（好ましくは、均等間隔）を空けて配置される。複数の制御ドラム５１は、炉心１１を構成する複数の燃料ブロック２１の外側に対向して配置される。

【0037】

制御ドラム５１は、円柱形状をなし、炉心１１の軸方向に沿って配置される。制御ドラム５１は、炉心１１とほぼ同等の長さを有する。制御ドラム５１は、遮へい部１２に回転自在に支持される。制御ドラム５１は、軸方向の一端部に連結部５２が連結される。連結部５２は、遮へい部１２の蓋部３３を貫通し、一端部が制御ドラム５１の一端部に連結され、他端部が遮へい部１２の外側に延出される。駆動部５３は、原子炉１１２の外部に配置される。駆動部５３は、複数の連結部５２の他端部が連結される。駆動部５３は、複数の連結部５２を介して複数の制御ドラム５１を回転可能である。

【0038】

制御ドラム５１は、ドラム本体５４と、中性子吸収部５５とを有する。制御ドラム５１は、ドラム本体５４における周方向の一部に中性子吸収部５５が設けられて構成される。ドラム本体５４は、例えば、グラフェンを用いることができ、中性子吸収部５５は、例えば、ボロンカーバイト（Ｂ_４Ｃ）を用いることができる。制御ドラム５１が回転することで、ドラム本体５４に対する中性子吸収部５５の周方向の位置が変わる。すなわち、制御ドラム５１が回転することで、中性子吸収部５５は、炉心１１に対して接近または離反することができる。中性子吸収部５５が炉心１１に対して接近すると、炉心１１を構成する核燃料の反応度が下がり、中性子吸収部５５が炉心１１に対して離反すると、核燃料の反応度が上がる。反応度制御装置１４は、複数の制御ドラム５１を回転することで、中性子吸収部５５を炉心１１に対して接近または離反させ、炉心１１の核燃料の反応度を制御することができ、炉心１１の温度を制御することができる。ここで、炉心１１の温度は、熱伝導体１３により遮へい部１２の外部に取り出される炉心平均温度である。

【0039】

反応度制御装置１４は、制御装置５６を有する。制御装置５６は、駆動部５３に接続される。制御装置５６は、駆動部５３を駆動制御することで、複数の制御ドラム５１の回転位置を制御可能である。なお、制御装置５６は、例えば、コンピュータであり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）のようなマイクロプロセッサを含む演算処理装置などにより実現される。制御装置５６は、炉心１１の温度を取得することができる。制御装置５６は、反応度制御装置１４を構成する複数の制御ドラム５１の回転位置を制御し、中性子吸収部５５を炉心１１に対して離反させる。すると、炉心１１の反応度が上がり、原子炉１１２は運転を開始する。一方、制御装置５６は、制御ドラム５１の回転位置を制御し、中性子吸収部５５を炉心１１に対して接近させる。すると、炉心１１の反応度が下がり、原子炉１１２は運転を停止する。

【0040】

＜非常停止装置＞
図３および図４に示すように、非常停止装置１５は、原子炉１１２の運転中、炉心１１の温度が上昇して予め設定された所定温度に到達すると作動し、原子炉１１２を停止させる。

【0041】

非常停止装置１５は、収容部６１と、中性子吸収体供給装置６２とを有する。収容部６１は、炉心１１を構成する複数の燃料ブロック２１間の隙間に配置される。中性子吸収体供給装置６２は、原子炉１１２に対して鉛直方向の上方に配置され、外部から収容部６１に中性子吸収体６３を供給可能である。

【0042】

収容部６１は、第１収容部７１と、第２収容部７２とを有する。第１収容部７１は、円筒形状をなす炉心１１の内側、つまり、中心部の隙間に配置される。第１収容部７１は、中空円柱形状をなし、炉心１１の中心部に軸方向に沿って配置される。なお、第１収容部７１は、中空円柱形状に限定されるものではなく、角柱形状などいずれの形状であってもよい。第１収容部７１は、炉心１１とほぼ同様の長さを有する。第２収容部７２は、第１収容部７１から複数の燃料ブロック２１間の隙間に向けて放射状に配置される。第２収容部７２は、中空直方体形状をなし、周方向に隣接する複数の燃料ブロック２１の間の隙間に配置される。第２収容部は、炉心１１とほぼ同様の長さを有する。

【0043】

第１収容部７１は、炉心１１の中心部の隙間に配置され、第２収容部７２は、隣接する複数の燃料ブロック２１の間の隙間に配置される。第２収容部７２は、複数（本実施形態では、３個）設けられる。１個の第１収容部７１と、３個の第２収容部７２は、互いに連通する。第１収容部７１および第２収容部７２は、中性子吸収性能が低い材料により形成される。すなわち、第１収容部７１および第２収容部７２は、少なくとも後述する中性子吸収体８４より中性子吸収性能が低い材料により形成される。第１収容部７１および第２収容部７２は、例えば、黒鉛のような高温高圧下で構造の成立性が確認できる物質などにより形成される。

【0044】

炉心１１は、中心部、つまり、６個の燃料ブロック２１の内側に第１空間部２２が設けられる。第１収容部７１は、第１空間部２２に配置される。炉心１１は、６個の燃料ブロック２１における周方向の隙間に６個の第２空間部２３ａ，２３ｂが設けられる。３個の第２空間部２３ａと３個の第２空間部２３ｂは、炉心１１の周方向に交互に配置される。３個の第２収容部７２は、一方の３個の第２空間部２３ａに配置される。他方の３個の第２空間部２３ｂは、熱伝導体１３を構成する多数の伝熱管４１が配置される。

【0045】

すなわち、第２空間部２３ａに配置された第２収容部７２と、第２空間部２３ｂに配置された多数の伝熱管４１とは、炉心１１の周方向に交互に配置される。なお、伝熱管４１は、第２空間部２３ｂだけではなく、第２空間部２３ａに連通するように形成された複数の切欠部にも複数配置される。また、伝熱管４１は、複数の燃料ブロック２１の外側にも周方向に間隔を空けて配置される。すなわち、複数の伝熱管４１は、各燃料ブロック２１の周囲を取り囲むように配置される。

【0046】

中性子吸収体供給装置６２は、タンク８１と、通路８２と、開閉体８３とを有する。タンク８１は、原子炉１１２の上方に配置される。なお、タンク８１は、原子炉１１２の上方に限るものではない。タンク８１は、中空円柱形状をなし、内部に多数の中性子吸収体８４を貯留する。但し、タンク８１の形状は限定されない。通路８２は、タンク８１と収容部６１とを連通する。通路８２は、複数（本実施形態では、３個）設けられ、タンク８１と収容部６１の異なる位置とを連通する。ここで、３個の通路８２は、タンク８１と３個の第２収容部７２とを連通する。なお、通路８２の数は、３個に限定されない。また、タンク８１と第１収容部７１とを連通する通路を設けてもよい。開閉体８３は、３個の通路８２にそれぞれ設けられる。開閉体８３は、通路８２を開閉可能である。開閉体８３は、炉心１１の温度が上昇して予め設定された所定温度に到達すると開放される。開閉体８３は、例えば、鉛―銅合金、鉛合金のような所定温度以上で溶融する物質などにより形成される。

【0047】

中性子吸収体８４は、複数の粒状体である。具体的に、中性子吸収体８４は、球形状をなす。中性子吸収体８４は、例えば、ボロンカーバイト（Ｂ_４Ｃ）を用いることができる。球形状の中性子吸収体８４は、外径が通路８２の内径、第１収容部７１の内径、第２収容部７２の幅よりも小さい。中性子吸収体８４は、タンク８１に貯留されており、開閉体８３が開放されると、各通路８２を通って第１収容部７１および第２収容部７２の内部に供給される。すると、第１収容部７１および第２収容部７２は、中性子吸収体８４が充てんされる。

【0048】

開閉体８３が閉止し、中性子吸収体８４がタンク８１に貯留されたまま、第１収容部７１および第２収容部７２に供給されない状態で、炉心１１は、核燃料の反応度が上がる。一方、開閉体８３が開放され、タンク８１に貯留された中性子吸収体８４が各通路８２から第１収容部７１および第２収容部７２に供給されて充てんされた状態で、炉心１１は、核燃料の反応度が下がる。

【0049】

なお、中性子吸収体８４は、複数の粒状体に限定されるものではない。中性子吸収体８４は、タンク８１に貯留され、通路８２を通って収容部６１に供給することができれば、いずれの形状であってもよい。例えば、中性子吸収体８４は、第１収容部７１の形状に応じた円柱形状や第２収容部７２の形状に応じた直方体形状などであってもよい。

【0050】

＜原子炉の制御方法＞
図１および図２、図４に示すように、原子炉１１２にて、制御装置５６は、炉心１１の温度に応じて反応度制御装置１４を構成する複数の制御ドラム５１の回転位置を制御する。すなわち、制御ドラム５１を回転し、中性子吸収部５５を炉心１１に対して離反させて炉心１１の反応度を上げたり、中性子吸収部５５を炉心１１に対して接近させて炉心１１の反応度が下げたりする。炉心１１の核燃料の核反応により生じた熱は、熱伝導体１３（伝熱管４１）により遮へい部１２の外部に取り出される。遮へい部２の外部に取り出された熱は、熱交換器１０２により冷媒に伝達され、冷媒によりタービン１０４が回転し、発電機１０５による発電が行われる。

【0051】

図３および図４に示すように、原子炉１１２の運転中、炉心１１の温度が所定温度未満であることから、非常停止装置１５は、非作動状態にある。すなわち、中性子吸収体供給装置６２は、開閉体８３が閉止し、中性子吸収体８４がタンク８１に貯留されたままであり、第１収容部７１および第２収容部７２に供給されていない。

【0052】

そして、原子炉１１２の運転中、炉心１１の温度が所定温度に到達すると、非常停止装置１５は、作動状態になる。すなわち、図３および図５に示すように、中性子吸収体供給装置６２は、開閉体８３が開放され、タンク８１に貯留された中性子吸収体８４が各通路８２を通して第１収容部７１および第２収容部７２に供給され、充てんされる。また、制御装置５６は、制御ドラム５１を回転し、中性子吸収部５５を炉心１１に対して接近させる。

【0053】

すると、炉心１１は、内側に中性子吸収体８４が充填された第１収容部７１が位置し、各燃料ブロック２１の間に中性子吸収体８４が充填された各第２収容部７２が位置し、外側に制御ドラム５１の中性子吸収部５５が位置することとなる。そのため、炉心１１は、核燃料の反応度が低下し、原子炉１１２が非常停止される。

【0054】

［本実施形態の作用効果］
第１の態様に係る原子炉は、複数の燃料ブロック２１が環状に配置されて構成される炉心１１と、複数の燃料ブロック２１間の隙間に配置される収容部６１と、外部から収容部６１に中性子吸収体８４を供給可能な中性子吸収体供給装置６２と、を備える。

【0055】

第１の態様に係る原子炉によれば、収容部６１が炉心１１の内側だけでなく、複数の燃料ブロック２１間の隙間に配置されることから、原子炉１１２の非常時に、炉心１１の内側と複数の燃料ブロック２１間の隙間に中性子吸収体８４を供給することができる。そのため、原子炉１１２を適正に非常停止することができる。そして、炉心１１（燃料ブロック２１）と中性子吸収体８４とが対向する面積を十分に確保することができることから、炉心１１の外径を大きくする必要がなく、原子炉１１２の小型化および軽量化を図ることができる。

【0056】

第２の態様に係る原子炉は、第１の態様に係る原子炉であって、さらに、収容部６１は、炉心１１の中心部の隙間に配置される第１収容部７１と、複数の燃料ブロック２１における周方向の隙間に配置される複数の第２収容部７２とを有する。これにより、原子炉１１２の非常時に、炉心１１の中心部の隙間と複数の燃料ブロック２１における周方向の隙間に中性子吸収体８４を適切に供給することができる。

【0057】

第３の態様に係る原子炉は、第２の態様に係る原子炉であって、さらに、第１収容部７１は、中空円柱形状をなし、第２収容部７２は、第１収容部７１から複数の燃料ブロック２１間の隙間に向けて放射状に配置されて中空直方体形状をなす。これにより、炉心１１の中心部の隙間と複数の燃料ブロック２１における周方向の隙間に効率良く収容部６１を配置することができる。

【0058】

第４の態様に係る原子炉は、第２の態様または第３の態様に係る原子炉であって、さらに、第１収容部７１と複数の第２収容部７２は、連通する。これにより、第１収容部７１と第２収容部７２のいずれに中性子吸収体８４を供給しても、第１収容部７１と複数の第２収容部７２の全域に中性子吸収体８４を充てんすることができる。

【0059】

第５の態様に係る原子炉は、第１の態様から第４の態様のいずれか一つに係る原子炉であって、さらに、中性子吸収体８４は、複数の粒状体である。これにより、中性子吸収体８４を複数の粒状体とすることで、収容部６１の形状にかかわらず中性子吸収体８４を収容部６１の隙間なく充てんすることができる。また、中性子吸収体８４を収容部６０の形状に形成する必要がなく、不使用時における中性子吸収体８４の収容スペースを小さくして装置の大型化を抑制することができる。

【0060】

第６の態様に係る原子炉は、第５の態様に係る原子炉であって、さらに、中性子吸収体供給装置６２は、複数の粒状体の中性子吸収体８４を貯留するタンク８１と、タンク８１と収容部６１とを連通する通路８２と、通路８２を開閉可能な開閉体８３とを有する。これにより、原子炉１１２の非常時に、開閉体８３を開放することで、タンク８１に貯留された中性子吸収体８４を通路８２から収容部６１に適切に供給することができる。

【0061】

第７の態様に係る原子炉は、第６の態様に係る原子炉であって、さらに、通路８２は、複数設けられ、収容部６１の異なる位置に連通する。これにより、通路８２が閉塞してしまったり、開閉体８３が開放されなかったりしたときであっても、いずれかの通路８２により中性子吸収体８４を収容部６１に適切に供給することができる。

【0062】

第８の態様に係る原子炉は、第６の態様または第７の態様に係る原子炉であって、さらに、開閉体８３は、炉心１１の温度が上昇して予め設定された所定温度に到達すると開放される。これにより、原子炉１１２の非常時に、開閉体８３を適切に開放して中性子吸収体８４を収容部６１に供給することができる。

【0063】

第９の態様に係る原子炉は、第１の態様から第８の態様のいずれか一つに係る原子炉であって、さらに、複数の燃料ブロック２１間の隙間は、炉心１１の周方向に間隔を空けて複数設けられ、複数の隙間は一部に収容部６１が配置され、その他の部分に熱伝導体１３が配置される。これにより、熱伝導体１３による炉心１１からの熱の取り出しの効率化と、中性子吸収体８４による炉心１１の迅速な非常停止の両立を図ることができる。

【0064】

第１０の態様に係る原子炉は、第９の態様に係る原子炉であって、さらに、収容部６１と熱伝導体１３は、炉心１１の周方向に交互に設けられる。これにより、熱伝導体１３により炉心１１の熱を効率良く取り出すことができると共に、炉心１１の非常時に中性子吸収体８４により炉心１１の反応度を迅速に低下させることができる。

【0065】

第１１の態様に係る原子炉は、第１の態様から第１０の態様のいずれか一つに係る原子炉であって、さらに、炉心１１は、外形が多角形状をなし、複数の燃料ブロック２１は、外形が三角形状をなす。これにより、核燃料を効率良く配置することができると共に、燃料ブロック２１の製作性を向上することができる。

【0066】

第１２の態様に係る原子炉の制御方法は、複数の燃料ブロック２１が環状に配置されて構成される炉心１１を有する原子炉１１２において、炉心１１の温度が上昇して予め設定された所定温度に到達すると中性子吸収体８４を炉心の内側と複数の燃料ブロック間の隙間に供給する。これにより、原子炉１１２を適正に非常停止することができる。そして、炉心１１（燃料ブロック２１）と中性子吸収体８４とが対向する面積を十分に確保することができることから、炉心１１の外径を大きくする必要がなく、原子炉１１２の小型化および軽量化を図ることができる。

【符号の説明】

【0067】

１１ 炉心
１２ 遮へい部
１３ 熱伝導体
１４ 反応度制御装置
１５ 非常停止装置
２１ 燃料ブロック
２２ 第１空間部
２３ａ，２３ｂ 第２空間部（隙間）
３１ 胴体
３２ 底部
３３ 蓋部
４１ 伝熱管
５１ 制御ドラム
５２ 連結部
５３ 駆動部
５４ ドラム本体
５５ 中性子吸収部
５６ 制御装置
６１ 収容部
６２ 中性子吸収体供給装置
７１ 第１収容部
７２ 第２収容部
８１ タンク
８２ 通路
８３ 開閉体
８４ 中性子吸収体
１００ 原子力発電システム
１０１ 原子炉ユニット
１０２ 熱交換器
１０３ 冷媒循環経路
１０４ タービン
１０５ 発電機
１０６ 冷却器
１０７ 圧縮機
１１１ 原子炉容器
１１２ 原子炉
１１３ 熱伝導部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】