JPH01284796A - 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、特に原子炉の出力を制
御する長寿命型中性子吸収材を備えた原子炉用制御棒に
関する。

（従来の技術） 従来の沸騰水型原子炉の原子炉用制御棒１は第９図及び
第１０図に示すように中央タイロッド２に細長いＵ字状
のシース３を取付けて形成した複数のウィング４内に多
数の中性子吸収棒５を装填して構成される。

中性子吸収棒５はステンレス鋼製被覆管内に中性子吸収
材としてポロンカーバイド（８４Ｃ）　ｉ末を充填して
調整される。

この原子炉用制御棒１を沸騰水型原子炉の炉心部に挿入
するとシース３内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、原子炉用
制御棒１は所定期間の運転に供した後、定期的に変換さ
れる。

ところで、原子炉の炉心部において使用される制御棒は
、各ウィング４の全面にわたって一様に中性子照射を受
けるものではなく、例えば各ウィングの挿入先端領域及
び外側縁領域は強度の中性子照射を受ける。そのため、
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、早期に核的寿命に達する
。従って、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、原子炉用制御棒全体
を放射性廃棄物として廃棄しなければならない不経済性
があった。一方、原子炉用制御棒の交換頻度が高いと交
換作業に長時間を要するため、原子炉の稼動率が低下し
、大きな経済的デメリットの原因となる。その他、作業
員の放射線被曝線斌も増大する可能性もある。

上述した問題点を解決するため、強度の中性子照射を受
ける制御棒の領域に核的寿命の長いハフニウムのような
長寿命型中性子吸収材を使用する原子炉用制御棒が提案
されている。このような原子炉制御棒は１例として第１
１図及び第１２図に示すような構造になってＣする。す
なわち、先端構造材７と末端構造材８とを中央タイロッ
ド２で結合し、上記中央タイロッド２にステンレス鋼製
のシース３を取付けてウィング４を構成した原子炉用制
御棒１ａにおいて、前記ウィング４内に形成される中性
子吸収材充填間にハフニウムのような長寿命型中性子吸
収材をジルコニウム、チタンといった希釈材で希釈した
長寿命型中性子吸収材の希釈合金板９を配し、この希釈
合金板９に複数の長孔ｌＯを列状に穿設し、上記長孔１
０内に例えばＢ４Ｃのような中性子吸収材を充填し、さ
らにウィング４の先端には長寿命型中性子吸収材から成
る中性子吸収棒１１がテンレス鋼製のシース３で包みこ
まれる構造である。

このように構成された原子炉用制御棒１ａにあっては、
希釈合金９中に含まれる長寿命型中性子吸収材の濃度を
中性子照射量を考慮して原子炉用制御棒１ａの軸方向に
変化させることができると共に、長寿命型中性子吸収材
と中性子吸収材とで中性子の吸収を分担することができ
、原子炉用制御棒全体としての寿命を大幅に延ばすこと
ができる。

（発明が解決しようとする課題） 上述した原子炉用制御棒では、第１２図に示スヨうに長
寿命型中性子吸収材の希釈合金板９の板圧とシース３内
面間の距離が等しく、長寿命型中性子吸収材の希釈合金
板がステンレス鋼製のシース３に面接触するか、極めて
微細な隙間を生じている。

シース３には、複数個の通水孔１２が設けられており、
通水孔１２を通った原子炉冷却水により希釈合金板９が
冷却されるが、上述したようにシース３と希釈合金板９
に十分な隙間がなくシース３と希釈合金板９の微細な間
隙に原子炉冷却水が停滞する。水がシース３と希釈合金
板９の間に停滞すると、シース３と希釈合金板９という
異種金属の接触による電気化学的原因により耐腐食性が
低下して腐食生成物が発生し易くなる。

腐食生成物がシース３と希釈合金板９の間に発生すると
、クサビ作用によってシースを押し拡げようとする力が
働き、大きな曲げ応力が発生する。

シース３は耐腐食性が低下していることと、大きな引張
応力が働くと、さらに水が放射線分解して酸素過剰雰囲
気になっているため応力腐食割れを発生して割れを生じ
易くなる。

本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、その
目的とするところは、長寿命型中性子吸収材の希釈合金
板とこの希釈合金板に列状に穿設した複数の長孔へ中性
子吸収材を充填した核的寿命の長い長寿命原子炉制御棒
において、シースに応力腐食割れが発生しない強度的に
信頼性の高い制御棒を提供することにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明に係る原子炉用制御棒は、先端構造材と末端構造
材とが中央タイロッドにより結合され、その中央タイロ
ッドの各突出部に細長いＵ字状の断面を有するシースが
固設されてウィングが形成されるとともに、前記ウィン
グ内に長寿命型中性子吸収材の希釈合金板を配し、上記
希釈合金板に列状に穿設した複数の長孔へ中性子吸収材
を充填した原子炉用制御棒において、前記希釈合金板と
これを覆うシースが面接触するのを防止し、同時に希釈
合金板とシースの間の間隙を一定に保持して原子炉冷却
材が流通可能となるように構成したことを特徴とする。

（作用） 原子炉用制御棒のウィング内において長寿命型中性子吸
収材の希釈合金板が、シース内面と面接触することがな
くなり、さらに希釈合金板とシースの間に原子炉冷却水
の流通路が確保されたことにより、希釈合金板とシース
の間隙に腐食生成物が堆積されることが防止され、放射
線分解した酸素も上記間隙に滞留することがなくなりシ
ースの耐腐食性を向上させることができる。

また、希釈合金板とシースの間隙は一定の間隔に保持さ
れているため、仮に上記間隔に腐食生成物が堆積したと
してもシースにはクサビ作用による押し拡げ力が働くこ
となく、大きな曲げ応力は発生しない。従って前述の耐
食性向上の作用と相乗してシースを応力腐食割れから守
ることができる。

（実施例） 本発明に係る原子炉用制御棒の第１の実施例を第１図お
よび第２図を参照して説明する６第２図は原子炉用制御
棒のウィング部分の詳細を示す切欠斜視図である。また
、第２図はウィング部の横断面図である。

原子炉用制御棒の中心には中央タイロッド２ａが配置さ
れ、原子炉用制御棒の軸線方向に伸びている。中央タイ
ロッド２は、横断面が十字状をしており、その４個の突
出部にはそれぞれ横断面が細長いＵ字状のシース３ａか
ら成るウィング４ａが固設される。上記中央タイロッド
２ａと４枚のシース３ａの上下端にはそれぞれ先端構造
材と末端構造材（図示せず）が固設される。

シース３ａの内部の中性子吸収材充填空間には。

ハフニウムのような長寿命型中性子吸収材をジルコニウ
ム、チタンといった希釈材で希釈した長寿命型中性子吸
収材の希釈合金板９ａが配設されており、上記希釈合金
板９ａに複数の長孔１０ａを列状に穿設し、長孔１０ａ
内に前記長寿命型中性子吸収材以外の例えば８４Ｃのよ
うな中性子吸収材が充填されている。上記希釈合金板９
ａの厚さは、シース３ａ内面の距離よりも１．５〜２ｍ
程度短かく設定する。

この場合第１２図に示す原子炉用制御棒１ａに収納され
た長寿命型中性子吸収材の希釈合金板９よりも希釈合金
板の厚さは薄くなるが希釈合金板９ａに含まれる長寿命
型中性子吸収材の濃度を高めることにより中性子吸収能
力を維持することができる。

希釈合金板９ａの中央タイロッド２ａ側の端部は、中央
タイロッド側面１３との接触面積が小さくなるように曲
面を形成している。

一方、希釈合金板９ａの他端部においては、希釈合金板
９ａに列状に穿設された長孔１０ａの開口端１４を覆う
ように、ハフニウムのような長寿命型中性子吸収材から
成る中性子吸収棒１１ａが取付けられる。

中性子吸収棒１１ａは、半円の断面形状を持つ棒の一部
を軸方向に三ケ月状に切欠いたもので、この切欠き部１
５は、ウィング４ａの先端部のシース３ａの曲がり部内
面との接触面積が小さくなるように考慮して設けられた
ものである。中性子吸収棒１１ａの幅寸法Ｑ□は、　シ
ース３ａ内面間の距離に等しくなるように、中性子吸収
棒１１ａの断面半径は、ウィング４ａ先端のシース３ａ
の曲がり部内半径に等しくなるように構成されている。

希釈合金板９ａに穿設された長孔１０ａにＢ４Ｃのよう
な中性子吸収材を充填し終えた後中性子吸収捧１１ａの
端面は、軸方向すみ肉溶接１６によって希釈合金板９ａ
の端面に固設されるが、この時希釈合金板９ａの板厚中
心線と中性子吸収棒１１ａの断面半径の中心を一致させ
ている。

希釈合金板９ａの中央タイロッド２ａ側には、ハフニウ
ムのような長寿命型中性子吸収材から成る支持ピン１７
が、希釈合金板９ａの側面に対し垂直方向に、希釈合金
９８を貫通して、これに全周すみ肉溶接１８によって固
設されている。支持ピン１７の全長はシース３ａの内面
間の距離及び中性子吸収棒１１ａの幅寸法Ｑ□と等しく
なっており、支持ピン１７の希釈合金板９ａ表面からの
突出し寸法は、希釈合金板９ａの表裏で等しくなるよう
に調整されている。

シース３ａは、２枚１組としてこれまで述べたように構
成した希釈合金板９ａ及び中性子吸収棒１１ａを包み込
んで、その一端を中央タイロッド２ａに設けられたリッ
プ１９と軸方向突合せ溶接２０によって固設し、他端を
ウィング４ａの先端で他方のシース３ａの端部と軸方向
突合せ溶接２１によって結合される。

次に、上記第１の実施例の作用について説明する。

上記実施例によれば、中性子吸収棒１１ａと支持ピン１
７によって希釈合金板９ａの表面が、シース３ａの内面
に接触することがなくなり、さらにシース３ａと希釈合
金板９ａの間に一定の間隙２２が形成される。従って第
２図に示すようにシース３ａに設けられた通水孔１２（
第１図には図示せず）からシース３ａ内部に流入した原
子炉冷却水が上記間隙２２を流通することになるため、
シース３ａと希釈合金板９ａの間に水が停滞することが
なくなり、シース３ａと希釈合金板９ａの面接触がなく
なったことと合わせてシース３ａと希釈合金板９ａの間
での腐食生成物の発生が防止され耐食性が向上する。ま
た、シース３ａと希釈合金板９ａの間に一定の間隙２２
が保持されていることにより、仮りにシース３ａと希釈
合金板９ａの間で腐食生成物が堆積したとしても、シー
ス３ａにはクサビ作用による押し拡げ力は働かず、大き
な曲げ応力は発生しない。

従ってシース３ａを応力腐食割れから守ことかできる。

また、上記実施例によれば、希釈合金板９ａの中央タイ
ロッド２ａ側の端部には曲面を形成し、中性子吸収棒１
１ａは一部を三ケ月状に切欠いているため相手側との接
触面積がわずかになるよう配慮されており、シース３ａ
と希釈合金板９８間と同様に耐食性の向上が期待される
。

さらに、シース３ａと中央タイロッド２ａの結合部につ
いても、第１２図に示す従来の差込みタイプから突合せ
タイプにしたためシース３ａと中央タイロッド２ａの差
込み部に水が停滞することがなく耐食性向上及び応力腐
食割れの防止が図られている。

本実施例で用いた支持ピン１７は円筒形状を有している
が、支持ピン１７とシース３ａの接触面積をより小さく
するために支持ピン１７の先端に球面状の丸みを設ける
ことも有効である。

次に１本発明の第２から第４の実施例について第３図な
いし第８図を用いて説明する。第３図。

第５図、第７図は第２から第４実施例の原子炉用制御棒
ウィング部の詳細を示す切欠斜視図であり、また第４図
、第６図、第８図は各々ウィング部の横断面図である。

第３図および第４図に示す第２の実施例は、第１図およ
び第２図で説明した第１の実施例で用いた希釈合金板９
ａを貫通する支持ピン１７の代わりに高さの短い短尺ピ
ンｚ３を用いたものである。短尺ピン２３の高さ寸法は
、希釈合金板９ａとシース３ａの間に設ける隙間寸法に
等しく構成され、全周すみ肉溶接２４で希釈合金板９ａ
の表面に直接固設されている。上記の短尺ピン２３に代
えて平座金を用いたり、また長寿命型中性子吸収材を用
いて希釈合金板９８表面に肉盛りを施しても良い。

第５図および第６図に示す第３の実施例は、シース３ａ
と希釈合金板９ａの間に隙間を保持するために、希釈合
金板９ａ側ではなく、シース３ａ側に突起を設けたもの
である。上記突起は、シース３ａを曲げ加工することに
よって得られる複数の山形のデインプル２５によって実
現させる。このデインプル２５はこれまでに述べた実施
例の支持ピンや短尺ピンあるいは肉盛りと同様の機能を
有するものである。

一方、第７図および第８図に示す第４の実施例では、希
釈合金板９ａを曲げ加工によって波状形状に形成し、波
状形状頂部２６で希釈合金板９ａをシース３ａに支持さ
せる方式を採っている。希釈合金板９ａの曲げ加工後、
Ｂ４Ｃなどの中性子吸収材を充填するための長孔１０ａ
を加工する。希釈合金板９ａは曲げ加工されても板厚は
殆ど変わらないから、その中性子吸収能力は変わらない 以上述べたような第２から第４の実施例を要約すればつ
ぎのとうりである。■ウィング先端内部に取付ける中性
子吸収棒の幅寸法は、シー入内面間の距離に等しく、長
寿命型中性子吸収材の希釈合金板厚よりも大きいことを
特徴とする。■シースに設けられた複数のデインプルに
よりシーいと希釈合金板の面接触を防ぐとともに、ジ−
スト希釈合金板間に一定の間隙を保持することを特徴と
する。■希釈合金板を波状に曲げ加工し、波形形状の頂
部で希釈合金板がシースに支持され、シースと希釈合金
板間の面接触を防ぐとともに、シースと希釈合金板間に
一定の間隙を保持することを特徴とする。これらの実施
例においてもシースと希釈合金板間に水が滞留すること
がなく、耐食性向上及び応力腐食割れの防止が図られる
。

〔発明の効果〕

本発明によれば長寿命型中性子吸収材の希釈合金板とシ
ースという異種金属同士が面接触するのを防ぐとともに
、希釈合金板とシースの間に原子炉冷却水を流通可能な
らしめる間隙が形成される。

そのため、上記間隙へ原子炉冷却水が流通することによ
りシースと希釈合金板の間での腐食生成物の発生が防止
され耐腐食性を向上させることができる。

また、シースと希釈合金板の間に一定の間隙が保持され
ていることにより仮りにシースと希釈合金板の間で腐食
生成物が堆積したとしてもシースにはクサビ作用による
押し拡げ力は働かず、大きな曲げ応力は発生しない。従
って、シースを応力腐食割れから守ることができる。

以上述べたように本発明により長寿命型中性子吸収材の
希釈合金板とこの希釈合金板に列状に穿設した複数の長
孔へ中性子吸収材を充填した核的寿命の長い長寿命原子
炉制御棒に対しシースに応力腐食割れが発生しない構造
を追加することができ、強度的に信頼性の高い長寿命原
子炉制御棒を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明に係る原子炉用制御棒の第１
の実施例を示すもので、第１図は制御棒のウィングの斜
視図、第２図は制御棒ウィングの断面図、第３図ないし
第８図は本発明に係る原子炉用制御棒の第２から第４の
実施例を示すもので第３図、第５図及び第７図は制御棒
のウィングの斜視図、第４図、第６図及び第８図は制御
棒ウィングの断面図、第９図は従来の原子炉用制御棒を
示す一部切欠きのある斜視図、第１０図は従来の原子炉
用制御棒のウィングの断面図、第１１図は長寿命型中性
子吸収材の希釈合金板を用いた長寿命制御棒を示す一部
切欠きのある斜視図、第１２図は上記希釈合金板を用い
た長寿命制御棒のウィングの断面図である。 １、ｌａ・・・原子炉用制御棒 ２・・・中央タイロッド　　３，３ａ・・・シース４．
４ａ・・・ウィング　７・・・先端構造材８・・・末端
構造材　　９，９ａ・・・希釈合金板１０、１０ａ・・
・長孔　　　１１．　ｌｌａ・・・中性子吸収棒１２・
・・通水孔　　　　１７・・・支持ビン２２・・・間隙
　　　　　２３山短尺ピン２５・・・デインプル　　２
６・・・波状形状頂部代理人　弁理士　猪股祥晃（はが
１名）第　２　図 第　４　ズ 第６図 第９２ 侑１０　図 第１１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 先端構造材と末端構造材とが中央タイロッドにより結合
   され、その中央タイロッドの各突出部に細長いＵ字状断
   面を有するシースが固設されてウィング形成されるとと
   もに、前記シース内に長寿命型中性子吸収材の希釈合金
   板と、この希釈合金板に複数の長孔を列状に穿設して、
   前記長孔内には中性子吸収材が充填され、さらに前ウィ
   ングの先端には長寿命型中性子吸収材から成る中性子吸
   収棒がシースで包みこまれるように構成された原子炉用
   制御棒において、前記希釈合金板に複数の突起を取付け
   、前記シースと希釈合金板間の面接触を防ぐとともに前
   記シースと希釈合金板の間に一定の間隙を保持したこと
   を特徴とする原子炉用制御棒。