JPH01284795A - 原子炉用制御棒 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は原子炉用制御棒に係り、特に、原子炉出力を調
整し、制御する高い原子炉停止余裕を有する長寿命型原
子炉用制御棒に関する。

（従来の技術） 原子炉用制御棒として、例えば中央に結合部材を配して
４枚のステンレス鋼製ウィングを一体に結合し、ウィン
グの幅方向の内部に形成した多数の収容穴にボロンカー
バイド（８４Ｃ）などの中性子吸収材の粉末を均一な密
度で充填した型式の制御棒が開発されている。

この制御棒を炉心に挿入すると、収容穴に充填した中性
子吸収材は中性子の照射を受け、中性子吸収能力を次第
に失うため、所定期間の運転に供した後に定期的に交換
される。

（発明が解決しようとする課題） ところで、原子炉の炉心部において使用されている制御
棒は、各ウィングの全面に亘って一様に中性子照射を受
けるものでなく、例えば各ウィングの挿入先端領域およ
び側縁領域は強度の中性子照射を受ける。、ソのため、
その領域に充填された中性子吸収材は多量の中性子を吸
収して他領域より早く消耗し、早期に核的寿命を終える
。したがって、他領域に充填された中性子吸収材がまだ
十分核的寿命を残しているにも拘らず、制御棒仝体を廃
棄しなければならない不経済性がある。一方、交換頻度
が高いと交換作業に長時間を要するため、原子炉の稼動
率低下を招き、大きな経済的デメリットの原因となる。

その他作業員の放射線被曝線量も増大する問題点も考え
られる。

また、従来の制御棒はウィングの全領域に亘って中性子
吸収材を均一な密度で充填しており、軸方向の中性子吸
収能力が等しくなっているが、前記のように中性子照射
量の不均一によって経済的に反応度にばらつきを生じ、
原子炉の運転サイクル末期においては部分的に原子炉停
止余裕が低下する可能性がある。

特に、今後の原子炉は運転経済性向上に対する要請から
核燃料の高燃焼度化及び運転サイクルの長期化が望まれ
ている。それに伴なって、寿命が長く、且つ原子炉停止
余裕が大きな制御棒が必要となってくる。

一方、このような制御棒を得るために軸方向に均一に原
子炉停止余裕を増大させ、且つ長寿命化を図ると経済的
デメリットが生じるだけでなく、制御棒の重量を増加さ
せることになり制御棒のスクラム挿入等に影響を及ぼす
恐れがある。

本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので
あり、制御棒の軸方向において、中性子吸収材の反応度
を変えることにより経済的に、且つ制御棒の重量を増加
させることなく原子炉停止余裕を増大化し、且つ核的寿
命の長期化を図り得るＩＩＪ御棒を提供することを目的
とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明に係る制御棒は、複数のウィングの内側端が単数
もしくは複数の結合部材を介して結合され、上記ウィン
グの幅方向に多数の収容穴が穿設され、これらの収容穴
が軸方向に多数列状に配設された制御棒において、上記
ウィングは長寿命型中性子吸収材例えばハフニウムを希
釈材で希釈した合金からなり、その希釈濃度を軸方向に
複数の領域に変えることができ、かつ収容穴にボロンカ
ーバイド等の中性子吸収材を充填したことを特徴とする
。

また、結合部材に結合された上記ウィングは先端構造材
と末端構造材に結合されるが、その結合部材ならびに先
端・末端構造材は軽量化および溶接性向上を図るために
、必要に応じてジルカロイ。

チタン等の材料から形成されたものである。

（作　用） 本発明に係る制御棒によれば、ウィングの軸方向に長寿
命型中性子吸収材の希釈濃度を変えた最適配置を得るこ
とができるとともに、収容穴に充填されるボロンカーバ
イド、ハフニウム等の中性子吸収材も軸方向に適切な配
置とすることができる。したがって、経済的に、かつ効
果的に設計インパクトを与えることなく原子炉停止余裕
の増大化が図られ、また核的寿命を延伸することができ
る。

（実施例） 本発明に係る制御棒の一実施例について図面を参照して
説明する。

第１図は本発明に係る制御棒の一実施例を示す全体図で
ある。制御棒１は４枚のウィング２の内側端が軸方向に
所定間隔をおいて複数の結合部材３を介して十字形に結
合され、挿入先端部には取扱い用の先端構造材４が取り
付けられている。−方、挿入末端部には末端構造材５が
取り付けられている。

上記ウィング２は長寿命型中性子吸収材であるハフニウ
ムを含有し、ジルコニウムまたはチタンで希釈した合金
材で形成する一方、ウィング２に穿設された収容穴６に
中性子吸収材を充填して構成される。

第２図は１枚のウィングを一部切欠して示す正面図であ
る。第２図に示すように、上記ウィング２はハフニウム
含有量が異なる複数枚のウィング部材１２から構成され
ており、中性子照射量の分布および必要とされる反応度
価値の大小によってハフニウム含有ｍの異なる合金材を
適切配置できる構造となっている。第３図は第２図のＡ
−Ａ端面を示している。ウィング部材１２の結合構造は
第３図（Ａ）に示すように一方のウィング部材１２ａの
下端に設けた突起部１３を、もう一方のウィング部材１
２ｂの上端に設けられた溝部１４に挿し込んだ後に溶接
により結合するものである。ハフニウム合金同士の溶接
はティグ溶接やエレクトロンビーム溶接等の手段により
可能である。更に結合部の強度向上を図るために第３図
（Ｂ）に示すような鳩尾構造１３ａ、　１４ａとするこ
とも可能であり、また第３図（Ｃ）に示すように突合せ
完全溶は込み溶接構造１３ｔ）、　１４ｂとすることも
できる。第３図（Ｃ）は溶接時のフィツト・アップを容
易に行えるように片方の開先先端に溝を設けた例である
。

上記のにうな手段により、ハフニウム含有量が異なるウ
ィング部材１２を複数枚結合し、−休止した後に、ウィ
ング部ｖ１１２の幅方向に多数の収容穴６を穿設する。

これらの収容穴６には中性子照射の分布および必要とさ
れる反応度価値の大小によってハフニウム、ハフニウム
−ジルコニウム合金等のハフニウム合金、酸化ニーＥ１
ピウムおよびボロン・カーバイド等の中性子吸収材７が
充填される。

収容穴６に中性子吸収材７を充填した後、ウィング外側
縁を塞ぐ、第４図（Ａ）は第２図のＢ−Ｂ断面、第４図
（Ｂ）は第２図のＣ−Ｃ断面示、す。第４図（＾）、　
（８）に示すようにウィング部材２の外側縁を断面半円
形の外側縁部材８で中性子吸収材７が漏れないように栓
をするとともに、ウィング外側縁を形成する。この外側
縁部は運転中に高い中性子照射を受けるため、１〜２ｃ
ｍ程度の幅で長寿命型中性子吸収材であるハフニウムあ
るいはハフニウム合金を配設する必要がある。したがっ
て、ウィング外側縁部材８はハフニウムあるいはハフニ
ウム合金を用い、ハフニウム合金の場合には必要に応じ
て軸方向の中性子照射の分布を考慮してハフニウムの含
有量を変えたハフニウム合金を配設することも可能であ
る。上記外側縁部材９はウィング部材１２に直接溶接さ
れ、溶接はティグ溶接やエレクトロンビーム溶接等によ
り行われる。

上記ウィング２は先端構造材４と末端構造材５がステン
レス鋼やｌｉ化のためチタンを用いている場合、ハフニ
ウム合金と溶接することができない。第５図は第１図の
ａ−ａ断面およびｂ−ｂ断面を示す。第５図に示すよう
に結合ピン９を用いて結合し先端構造材４と末端構造材
５は同材質の結合ピン９と溶接される。

一方、先端構造材４と末端構造材５がジルカロイで形成
されている場合には、ハフニウム合金のウィング２と直
接溶接構造で結合可能である。この場合の溶接構造は第
３図と同様である。

次に、本発明の他の実施例について説明する。

ハフニウム合金を母材とするウィングの他に、挿入末端
部において１はステンレスの母材に幅方向に複数の収容
穴を穿設し、収容穴にボロンカーバイト等の中性子吸収
材を充填しても原子炉停止余裕や核的寿命の延伸にぞれ
ほど影響を与えないこともある。この場合、ステンレス
鋼のウィング部材１２はハフニウム合金のウィング部材
と直接溶接できないので、第５図と同様に結合ピン９を
介して結合する。また、軽量化を図る必要がある場合に
はステンレス鋼に代えて、ジルカロイまたはチタンを用
いることも可能である。

また、４枚のウィング２を複数の結合部材３で結合する
他に、経済性を向上させるために、ステンレス鋼の結合
部材を用いて、第５図と同様に結合ピン方式で結合する
構造も可能である。

本発明は上記実施例の他に下記要付をも含むことができ
る。

（１）ウィングを挿入先端から途中までをハフニウム含
有量が異なる合金で、挿入末端部をステンレス鋼、ジル
カロイあるいはチタンにより形成すること。

（２）複数の矩形状ウィングの内側端を単数の結合部材
とピン結合すること。

（３）複数の矩形状ウィングとジルカロイあるいはチタ
ンを用いた先端構造材および末端構造材を溶接結合する
こと。

（４）複数の矩形状ウィングとステンレス鋼を用いた先
端構造材および末端＠造材をピン結合すること。

［発明の効果］ 本発明によれば、各ウィングの反応度価値に寄与する部
分および中性子照射の分布を考慮して、ウィングを形成
する中性子吸収希釈合金の中性子吸収材含有量を容易に
変えることができ、かつウィングに配設された収容穴に
も適切な中性子吸収材を充填することができる。従って
、長寿命型中性子吸収材であるハフニウムの伍を必要最
小債に抑えることができるので、従来の制御棒と同等の
重量を確保でき、かつ経済的な配設とすることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る原子炉用制御棒の一実施例を部分
的に断面として示す全体図、第２図は第１図におけるウ
ィングを一部断面で示す正面図、第３図（＾）は第２図
のＡ−Ａ断面図、第３図（Ｂ）および第３図（Ｃ）はウ
ィングの結合状態を示す断面図、第４図（＾）は第２図
のＢ−８断面図、第４図（Ｂ）は第２図のＣ−Ｃ断面図
、第５図は第１図のａ−ａまたはｂ−ｂ断面図である。 １・・・制御棒 ２・・・ウィング ３・・・結合部材 ４・・・先端構造材 ５・・・末端＠造材 ６・・・収容穴 ７・・・中性子吸収材 ８・・・外側縁部材 ９・・・結合ピン １２・・・ウィング部材 １２ａ　、　１２ｂ・・・ウィング部材１３・・・突起
部 １４・・・溝部 （８７３３）代理人　弁理士　猪　股　祥　晃（ほか　
１名） 第１図 第２図 （Ａ）　　　　　　　　　　ＣＢ） （Ｃ） 第８図 （Ａ） 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数の矩形状ウィングの内側端を複数の結合部材で溶接
   結合し、前記ウィングにその幅方向に穿設された収容孔
   を前記ウィングの挿入先端から挿入末端にかけて列状に
   配設し前記収容孔に中性子吸収材を充填した原子炉用制
   御棒において、前記ウィングをハフニウムの含有量が異
   なる中性子吸収希釈合金で形成することを特徴とする原
   子炉用制御棒。