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公開番号2025097236
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-30
出願番号2023213423
出願日2023-12-18
発明の名称耐震原子炉設備
出願人個人
代理人
主分類E02D 27/12 20060101AFI20250623BHJP(水工;基礎;土砂の移送)
要約【課題】出力密度は低いが、クリーンで安全とされる表面由来エネルギーによる発電を参考とした原子力発電である。表面由来エネルギーに倣って、出力密度は低くてもいいのだから扁平原子炉とした。安全制も高い。単純な構造だから製造コストが安く、発電コストに反映され電気料金が安くなり、安全性が高く、電気料金の安い原子炉を造りたい。
【解決手段】現行原子炉支持は、軟弱地盤を削って岩盤で固定していた。平坦で軽量な原子炉を改良地盤で支持した。軽量化は、出力密度を低くすることに達成する。現行原子力発電所敷地一杯に平坦で軽量な原子炉を敷き詰める。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
耐震原子炉設備は、支持柱と柱状改良地盤により耐震補強された扁平型原子炉であり、
扁平型原子炉は、多数体の扁平核燃料体（１００）を正方格子状に配列してなるステンレス製容器に重希ガス冷却材（２２０）を密封してなる原子炉容器（１０００）からなり、
前記扁平核燃料体（１００）は、ステンレス製の扁平直方体容器（１０１）に、Pu-U混合金属（１１１）を内蔵してなり、
上記原子炉容器（１０００）底面は柱状改良地盤表面に敷設してなり、
柱状改良地盤は地表をセメント固化地盤（１２００）で強化し、当該セメント固化地盤（１２００）を地中に埋められた短尺小口径鋼管杭（１２１０）で支持してなり、
上記原子炉容器（１０００）外周に４本以上の支持柱（１３００）を敷設し、
上記支持柱（１３００）から張られたケーブル（１４００）が、上記原子炉容器（１０００）四隅の上部に固定されたる吊り輪（１１００）に接続され、
各支持柱（１３００）は小口径鋼管杭（１３１０）で地中深くにある固い地盤に打ち込み支持されてなることを特徴とする耐震原子炉設備。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は自然災害に対する耐久性能が高く発電コストの安い原子炉に係る。
続きを表示（約 4,000 文字）【背景技術】
【０００２】
固有の安全性が高いと称されている小型原子炉の開発が進展している。
固有安全原子炉の１例として特許文献１がある。
平1-101497
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
表面由来エネルギー発電（太陽光発電や風力発電）は、クリーンで安全性が高いとされている。一方、経済性の観点からは疑問視されている。
図１は太陽光発電や風力発電と、原子力発電の単位面先当たりの発電容量の比較である。
福島第一サイトの敷地面積は360万平方メートルであり、当該地に６基で合計4696Mweの発電端電気容量であった。原子力発電の単位面積当たりの発電容量は、圧倒的に大きい。したがって、発電コストは原子力発電が有利であると思われる。
仮に、福島第一サイトの敷地全部に,1基当たりの発電端電気容量0.01万kwe（1辺が8.534m,高さ30cm、熱出力密度0.0159kw/l)の原子炉を46960基敷設すれば福島第一サイトの総電端電気容量696Mweになる。出力密度が0.0159kw/lと低いから安全性が高いと思われる。天候や昼夜に関係なく発電できるから。稼働率が高い。したがって、発電コストが低いと思われる。
福島第一サイトに原子力発電所を建設する、ということではない。元々当該地は農漁業工業には向かないとして困りものであった。地元の要請により原子力発電所を誘致したやの噂があった。何らかのもので福島県を支援する話が出てこようが、福島第一サイトには太陽光や風力といった表面由来エネルギー発電なら地元住民は反対しないだろうが、発電稼働率が低いから金銭的には原子力発電程の恩恵はない。
原子力発電は一度事故が起きると大損害になることがありうる。原子炉を初めとする発電は出力規模が小さい程、安全性は高いと思われる。特に、軟弱地盤でも原子炉がひっくり返ったり、大きく傾斜したりしないような発電設備が望ましい。そのようになっても、原子炉が暴走してはならないようにしたい。
原子力発電の単位面先当たりの発電容量を低くして安全性を高める余地は十分にある。
コスト低減は製造コスト低減が図れるような単純な構造が求められる。
ジャンボジェット機墜落直撃されても、当該部分の原子炉は地中深くにうまってしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
手段1は耐震原子炉設備である。
耐震原子炉設備は、支持柱と柱状改良地盤により耐震補強された扁平型原子炉である。
扁平型原子炉は、多数体の扁平核燃料体（１００）を正方格子状に配列してなるステンレス製容器に重希ガス冷却材（２２０）を密封してなる原子炉容器（１０００）からなる。
前記扁平核燃料体（１００）は、ステンレス製の扁平直方体容器（１０１）に、Pu-U混合金属（１１１）を内蔵してなり、
上記原子炉容器（１０００）底面は柱状改良地盤表面に敷設してなる。
柱状改良地盤は地表をセメント固化地盤（１２００）で強化し、当該セメント固化地盤（１２００）を地中に埋められた短尺小口径鋼管杭（１２１０）で支持してなる。
上記原子炉容器（１０００）外周に４本以上の支持柱（１３００）を敷設する。
上記支持柱（１３００）から張られたケーブル（１４００）が、上記原子炉容器（１０００）四隅の上部に固定されたる吊り輪（１１００）に接続されている。
各支持柱（１３００）は小口径鋼管杭（１３１０）で地中深くにある固い地盤に打ち込み支持されてなることを特徴とする耐震原子炉設備。
【０００５】
重希ガスとは、ヘリウムを除く希ガスである。キセノン、アルゴン、クリプトン、キセノンがある。ヘリウムに比べて中性子減速作用が低い（特許文献２）。
希ガスは殆ど放射化しないから、外界に漏洩しても問題にならない。
扁平原子炉には、例えば特許文献２，３、４がある。構造が簡単であるから製造・建設コストの低減が期待できる。
特願2023-131719
特願2023-189696
特願2023-148573
【０００６】
日本列島は山が多い。少ない平地は火山灰と腐葉土と水分からなる厚い軟弱地盤地である。現行原子炉は、厚い軟弱地盤を岩盤まで削って敷設する。コストがかかる。表土が薄い土地は希少である。
地盤が弱くても建造物を建てざるを得なくなる。建物を安全に支えるための地盤補強工事を行わざるを得ない。建造物の基礎となる地盤を適切な状態にする工事が地盤改良工事である。
地盤改良工事の主なものには、調査表層改良工法、柱状改良工法、小口径鋼管杭工法がある。事前地盤調査に基づいて工法を決定する。なお、残土は土地境界付近に盛り土すれば運搬費用が浮く。
表層改良工法は、セメント系固化剤を土砂小石に混ぜて締め固める。地表周辺を固める地盤改良工事である。軟弱部分が地表から2m程度で、地下水位が2m以下の場合に適用される。
柱状改良工法は、地中に穴をあけてセメント系固化剤を土砂小石に混ぜて締め固め、地中2~8mまで杭によって地盤を強化する地盤改良工事である。
小口径鋼管杭工法地は、地中に穴をあけてセメント系固化剤を土砂小石に混ぜて締め固め、地中30ｍ程度に比較的固い地盤があるなら小口径鋼管の杭を打って地盤を強化する地盤改良工事である。
【発明の効果】
【０００７】
耐候ドーム（２００）の内面または外面に熱電半導体素子を貼り付ければ電力が得られる。タービンや発電機といった動的機器が不要だから管理維持費が抑制される。したがって、電気料金が安くなる。監視はドローンで、修繕はドローンで工場に搬送すれば当該発電所には人員は不要である。これからの少子社会に適している。
巨大地震に見廻られてもひっくり返ることがなく、安全性が高い。
出力密度を低く抑えることができるので、事故時に放出される放射能は少なく、周辺住民の危険が少ない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
構造が単純なで造コスト低減が図れ、かつ安全性能が高い原子力発電所を提供できた。
【実施例】
【０００９】
実施例１は耐震原子炉設備である。
図２は耐震原子炉設備の概観図である。
原子炉容器（１０００）底面は柱状改良地盤表面に敷設してなる。
柱状改良地盤は地表をセメント固化地盤（１２００）で強化し、当該セメント固化地盤（１２００）を地中に埋められた短尺小口径鋼管杭（１２１０）で支持してなる。軟弱地盤にセメントミルクを注入すれば固い地盤になる。液状化現象は起きにくくなる。
上記原子炉容器（１０００）外周に４本以上の支持柱（１３００）を敷設し、前記支持柱（１３００）から張られたケーブル（１４００）が、前記原子炉容器（１０００）四隅の上部に固定された吊り輪（１１００）に接続されている。
陥没していない支持柱（１３００）の向かい側の地盤が陥没しても、陥没していない支持柱（１３００）側のセメント固化地盤（１２００）とで支える。万一、セメント固化地盤（１２００）が全部陥没しても原子炉容器（１０００）も一緒に平坦に陥没する。ひっくり返ることがない。
重希ガスが喪失しても、周辺の空気が冷却材代わりになる。出力密度が低ければメルトダウンまでに十分な時間がある。水冷却ではないので水蒸気爆発や水素爆発（（有ったとしても、白金触媒がなければ激烈な爆発を起こせない。核分裂生成物中にも微量ながらあるが、多量のウランに阻まれて水素との接触は妨げられる）は生じない。核燃料溶融しても平べったく周囲に広がるが、元々の量が少ないから周辺に流れ出るようなことは起こらない。最後には、自重で地中に埋没していき、固化する。気体核分裂生成物は、出力密度が低ければ微々たるものである。
支持柱（１３００）は隣接する原子炉容器（１０００）で共用できる。
【００１０】
図３は図２における原子炉容器（１０００）の詳細図である。多数体の扁平核燃料体（１００）を正方格子状に配列してなるステンレス製容器に重希ガス冷却材（２２０）を密封してなる原子炉容器（１０００）からなる。前記扁平核燃料体（１００）は、ステンレス製の扁平直方体容器（１０１）に、Pu-U混合金属（１１１）を内蔵してなる。
前記扁平直方体容器（１０１）の底面には底面中性子反射体（２２１）が固着されており、外周に配置せる前記扁平直方体容器（１０１）の外側側面には側面中性子反射体（２２２）が固着されている。外部への中性子漏洩を少なくする。
原子炉容器（１０００）の中を中性子減速作用が低い重希ガス冷却材（２２０）が流れる。
原子炉容器（１０００）と制御板（３００）は風雨を凌ぐ耐候ドーム（２００）に格納してなる。
扁平核燃料体（１００）の上部に下端開上端閉の密閉円筒（１１２）を敷設する。Pu-U混合金属（１１１）が膨張した分を貯める。
原子炉容器（１０００）には冷却材挿入管が接続されていて原子炉容器（１０００）に重希ガス冷却材（２２０）が流入する。冷却材流量低下でプルトニウム温度が上がればプルトニウム密度が下がり核反応が低下し温度が下がる。負のフィードバックを持っているから安定な運転ができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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