JPH02236198A - Control rod for nuclear reactor - Google Patents

Control rod for nuclear reactor

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Publication number
JPH02236198A
JPH02236198A JP1055133A JP5513389A JPH02236198A JP H02236198 A JPH02236198 A JP H02236198A JP 1055133 A JP1055133 A JP 1055133A JP 5513389 A JP5513389 A JP 5513389A JP H02236198 A JPH02236198 A JP H02236198A
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JP
Japan
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reactor
control rod
neutron
gap
nuclear reactor
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Application number
JP1055133A
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Japanese (ja)
Inventor
Kiyoshi Ueda
精 植田
Sadao Kusuno
楠野 貞夫
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Publication of JPH02236198A publication Critical patent/JPH02236198A/en
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 《産業上の利用分野》 この発明は、板状の長寿命型中性子吸収体を間隙を設け
て対向配置させて構成された原子炉用制御棒に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Objective of the Invention] [Industrial Application Field] This invention relates to a control rod for a nuclear reactor, which is constructed by disposing plate-shaped long-life neutron absorbers facing each other with a gap between them. .

《従来の技術》 従来の沸騰水型原子炉用制御棒は、中央タイロッドの各
端部に、このタイロッドの長手方向に延びる断面U字状
シースを固着し、このシース内に多数の中性子吸収棒を
装填して構成されている。
<Prior Art> A conventional control rod for a boiling water reactor has a U-shaped cross-sectional sheath extending in the longitudinal direction of the central tie rod fixed to each end of the central tie rod, and a large number of neutron absorption rods are installed within this sheath. It is configured by loading.

中央タイロッドの各端部に固着されたシースによってウ
ィングが構成される。また、中性子吸収棒は例えばステ
ンレス鋼製被覆管内に中性子吸収材としてボロンカーバ
イド(B4C)粉末を充填して調製ざれる。充填された
B4Cは原子炉内において中性子を吸収して中性子吸収
能力が次第に失われる。
The wings are defined by sheaths secured to each end of the central tie rod. Further, a neutron absorbing rod is prepared by filling boron carbide (B4C) powder as a neutron absorbing material into a stainless steel cladding tube, for example. The filled B4C absorbs neutrons in the nuclear reactor and gradually loses its neutron absorption ability.

ところで、原子炉の炉心に挿入または抜出される制御棒
はその全領域に亘って一様な中性子照射を受けるもので
はなく、例えばウィングの側縁領域または上端領域が強
度の中性子線を受ける。このため、各ウィングの側縁お
よび上端領域に配設した中性子吸収棒は、多聞の中性子
を吸収し、他領域の中性子吸収棒より早期に核的寿命を
終える。
By the way, the control rods inserted into or extracted from the core of a nuclear reactor are not irradiated with neutrons uniformly over their entire area; for example, the side edge area or the upper end area of the wing receives intense neutron radiation. For this reason, the neutron absorption rods arranged at the side edges and upper end regions of each wing absorb a large number of neutrons and end their nuclear life earlier than the neutron absorption rods in other regions.

したがって、他の領域に配設された中性子吸収棒が核的
寿命を残しているにも拘らずfil+御棒を廃棄しなけ
ればならない不経済性があった。
Therefore, there was an uneconomical situation in that the fil+ rod had to be discarded even though the neutron absorption rods placed in other areas still had a nuclear life remaining.

そのような問題を解決するために、強度の中性子照射を
受ける制御棒の領域に核的寿命が長い、例えばハフニウ
ムのような長寿命型中性子吸収体を部分的に配置した原
子炉用制御棒が本出願人によって開発され、特開昭53
−74697号公報に間示されている。この原子炉用制
御棒は、通常型の制御棒に較べ2倍程度の寿命が確保さ
れる。
In order to solve such problems, nuclear reactor control rods have been developed in which long-life neutron absorbers, such as hafnium, are partially placed in areas of the control rods that are exposed to intense neutron irradiation. Developed by the present applicant, JP-A-53
This is disclosed in Japanese Patent No.-74697. This nuclear reactor control rod has a lifespan that is approximately twice as long as that of a conventional control rod.

その後、原子炉の高燃焼度運転、長m連続運転への移行
が希求され、制御捧の長寿命化に対する要請も一段と高
まったことに応えて、本出願人は特願昭61−7874
6号明m古に記載したように飛躍的に寿命を延伸できる
長寿命タイプの原子炉用制御棒を開発した。
After that, there was a desire for a transition to high burnup operation and long continuous operation of nuclear reactors, and in response to the increasing demand for longer life of the control shaft, the present applicant filed Japanese Patent Application No. 61-7874.
As described in No. 6 Akira, we have developed a long-life reactor control rod that can dramatically extend its life.

この原子炉用制御棒は中性子吸収材としてB4Cを使用
せず、長寿命を有するハフニウム金属板等の金属中性子
吸収板をシース内に対向して配設した構造を有している
。具体的な構成は第7図および第8図に示す。すなわち
、末端構造材1とハンドル2を備えた先端構造材3とが
、横断面十字状の中央タイロツド5によって長手方向に
一体的に接合される。中央タイロツド5の各突出部には
U字状横断面を有するステンレス鋼製のシース6が長手
方向に対し垂直に固設されてウィング7が形成される。
This control rod for a nuclear reactor does not use B4C as a neutron absorbing material, but has a structure in which metal neutron absorbing plates such as hafnium metal plates having a long life are disposed facing each other in a sheath. The specific configuration is shown in FIGS. 7 and 8. That is, the end structure 1 and the tip structure 3 with the handle 2 are integrally joined in the longitudinal direction by the central tie rod 5 having a cross-shaped cross section. A stainless steel sheath 6 having a U-shaped cross section is fixed perpendicularly to the longitudinal direction of each protrusion of the central tie rod 5 to form a wing 7.

上記シース6内にはハフニウム(Hf)金属板等を代表
とする板状の長寿命型中性子吸収休8が収容される。
Inside the sheath 6, a plate-shaped long-life neutron absorption chamber 8 typically made of a hafnium (Hf) metal plate or the like is accommodated.

この中性子吸収体8は、中央タイロツド5の軸方向に配
置された複数の中性子吸収要素8aから成る。各中性子
吸収要素8aは第8図に示すように例えば2枚の中性子
吸収板8bで構成される。
This neutron absorber 8 consists of a plurality of neutron absorbing elements 8a arranged in the axial direction of the central tie rod 5. Each neutron absorbing element 8a is composed of, for example, two neutron absorbing plates 8b, as shown in FIG.

これらの中性子吸収板8bはウィング7の肉厚方向に対
向して配設され、複数のスペーサ9を介して一体的に接
合される。
These neutron absorption plates 8b are arranged opposite to each other in the thickness direction of the wing 7, and are integrally joined via a plurality of spacers 9.

2枚の中性子吸収板8bの間には、減速材(例えば炉水
)が流通するための間隙10が形成される。
A gap 10 is formed between the two neutron absorption plates 8b through which moderator (for example, reactor water) flows.

また、シース6には、炉水をシース6内に流出入させる
ための通水孔11が多数穿設される。
Further, the sheath 6 is provided with a large number of water holes 11 for allowing reactor water to flow in and out of the sheath 6 .

このハフニウム板トラップ型の原子炉用制御棒において
、上記間110を形成するのは次の理由による。つまり
、ハフニウムは中性子吸収能力がB4Cと比較してやや
劣り、また比重が大きいため、従来の制御棒と同等の中
性子吸収機能を確保するためには、厚いハフニウム板を
装着する必要がある。そのため、制御棒の重量が大幅に
増加し、荷重設計の変更を必要とする。そこで、シース
6内に対向して配設されるハフニウム製の中性子吸収板
8bの間に減速材である水を流通せしめる間隙10を形
成し、減速材による中性子減速効果を利用して制御棒の
反応度価値を向上させ、ハフニウム板の厚さを低減する
ためである。
In this hafnium plate trap type nuclear reactor control rod, the above-mentioned gap 110 is formed for the following reason. In other words, hafnium has a slightly inferior neutron absorption ability compared to B4C and has a high specific gravity, so in order to ensure the same neutron absorption function as conventional control rods, it is necessary to install thick hafnium plates. As a result, the weight of the control rod increases significantly, requiring a change in load design. Therefore, a gap 10 is formed between the hafnium neutron absorbing plates 8b disposed facing each other in the sheath 6 to allow water, which is a moderator, to flow. This is to improve the reactivity value and reduce the thickness of the hafnium plate.

このため、ハフニウム板]・ラップ型制御棒の総重吊を
抑制でき、この制御棒を従来の!11御棒駆動機構に採
用することが可能となる。
Therefore, the total weight of the hafnium plate/wrap type control rod can be suppressed, making it possible to reduce the overall weight of the control rod compared to conventional! It becomes possible to adopt it to the No. 11 drive rod drive mechanism.

ちなみに、この原子炉用I1御棒の実物大模型(モツク
アップ)を組み込んだ臨界実験装置を使用して、反応度
価値を確認した結果、間隙10の幅が広いほどυ1御棒
の反応度価値が上昇することが実証された。すなわち、
間隙10の幅を拡大する程、ハフニウム板の板厚を低減
することができ、制御棒の全重2を低減できる。
By the way, as a result of confirming the reactivity value using a critical experiment device incorporating a full-scale model (mock-up) of this reactor I1 control rod, it was found that the wider the gap 10, the greater the reactivity value of the υ1 control rod. It has been proven that it increases. That is,
As the width of the gap 10 is increased, the thickness of the hafnium plate can be reduced, and the total weight 2 of the control rod can be reduced.

ところで、上述のようなハフニウム板トラップ型の原子
炉用制御棒は、原子炉運転中に原子炉炉心に全長の大部
分を挿入して原子炉の出力分布および反応度を制御する
運転中制御と、原子炉停止中に充分大きな反応度価値を
有し、原子炉を充分未臨界に保持する機能とが課せられ
ている。原子炉停止中に大きな反応度価値を有すれば、
原子炉運転中にも大きな反応度価値を有し、その結果、
原子炉運転中に制御棒周りの燃料物の中性子束が大幅に
低下する。
By the way, the hafnium plate trap type nuclear reactor control rods described above are used for in-operation control, which involves inserting most of the total length into the reactor core during reactor operation to control the power distribution and reactivity of the reactor. , has a sufficiently large reactivity value during reactor shutdown, and has the function of maintaining the reactor sufficiently subcritical. If it has a large reactivity value during reactor shutdown,
It also has a large reactivity value during reactor operation, resulting in
During reactor operation, the neutron flux of the fuel material around the control rods decreases significantly.

(発明が解決しようとする問題点) 上述のように原子炉運転中に制御棒周りの燃料部の中性
子束が大幅に低下すると、制御棒から離れた燃料部に較
べ、燃料の燃焼が遅れることになる。その結宋、fJI
 till棒周りの燃料部において、残留核分裂性物質
の濃度が他の部分に較べて相対的に高くなる。このため
、制御棒を引抜くと、この制御棒周りの燃料部において
大きな出力ビーキングが発生し、燃料の健全性上不利と
なる。このような現象は“制御棒ヒストリー”あるいは
“ブレードヒストリー”と呼ばれており、原子炉運転に
際し大きな制限条件の1つとなっている。
(Problem to be solved by the invention) As mentioned above, if the neutron flux in the fuel area around the control rods decreases significantly during reactor operation, the combustion of the fuel will be delayed compared to the fuel area away from the control rods. become. The conclusion of Song Dynasty, fJI
In the fuel part around the till rod, the concentration of residual fissile material is relatively high compared to other parts. For this reason, when the control rod is withdrawn, a large output peaking occurs in the fuel section around the control rod, which is disadvantageous in terms of the health of the fuel. This phenomenon is called "control rod history" or "blade history," and is one of the major limiting conditions for nuclear reactor operation.

この発明は、上述の事情を考慮してなされたものであり
、原子炉停止中には充分大きな反応度価値を有して原子
炉の未臨界を確保し、原子炉運転中には反応度価値を低
減して燃料のブレードヒストリー現像を緩和できる原子
炉用制御棒を提供することを目的とする。
This invention was made in consideration of the above-mentioned circumstances, and has a sufficiently large reactivity value during reactor shutdown to ensure subcriticality of the reactor, and a reactivity value that is maintained during reactor operation. An object of the present invention is to provide a control rod for a nuclear reactor that can reduce the fuel blade history development.

〔発明の構成〕[Structure of the invention]

(問題点を解決するための手段) この発明は、先端構造材と末端構造材とを用いて複数の
ウィングが一体に結合され、各ウィングに板状の中性子
吸収材が間隙を設けて対向配置された原子炉用制御棒に
おいて、上記中性子吸収材の少なくとも一部が長寿命型
中性子吸収材で構成され、この長寿命型中性子吸収材に
は、原子炉運転中に上記問隙内で発生した気泡を充分排
出し得ない大きさの微小通気孔が穿設されたことを特徴
とするものである。
(Means for Solving the Problems) In the present invention, a plurality of wings are integrally connected using a tip structure material and a terminal structure material, and a plate-shaped neutron absorbing material is arranged facing each other with a gap between each wing. In the control rod for a nuclear reactor, at least a part of the neutron absorbing material is composed of a long-life neutron absorbing material, and this long-life neutron absorbing material has the ability to absorb It is characterized by having minute ventilation holes that are not large enough to sufficiently discharge air bubbles.

(作用) したがって、この発明に係る原子炉用制御棒によれば、
原子炉停止中には上記間隙内が炉水で満され、原子炉制
御棒の反応度価値は充分大きくなる。
(Function) Therefore, according to the control rod for a nuclear reactor according to the present invention,
During reactor shutdown, the above-mentioned gap is filled with reactor water, and the reactivity value of the reactor control rods becomes sufficiently large.

一方、原子炉運転中に原子炉用制御棒が炉心に深くある
いは浅く挿入された場合には、長寿命型中性子吸収材が
中性子吸収およびガンマ線吸収によって発熱し、この熱
により間隙内に気泡が発生する。この気泡は微小通気孔
から充分排出し得ないことから、間隙の所定範囲が気泡
で満され、間隙内の炉水が大部分排除される。この結果
、この所定範囲において原子炉用制御棒の反応度価値が
低下し、この原子炉用制御棒周りの燃料部における中性
子束の過度の低下を抑制でき、この原子炉用制御棒引抜
き時におけるブレードヒストリー現象を緩和し、回避で
きる。
On the other hand, if a reactor control rod is inserted deeply or shallowly into the reactor core during reactor operation, the long-life neutron absorber generates heat by absorbing neutrons and gamma rays, and this heat generates air bubbles in the gap. do. Since these bubbles cannot be sufficiently discharged from the microvents, a predetermined range of the gap is filled with bubbles, and most of the reactor water within the gap is removed. As a result, the reactivity value of the reactor control rod decreases within this predetermined range, and it is possible to suppress an excessive drop in neutron flux in the fuel section around this reactor control rod, and when withdrawing this reactor control rod. The blade history phenomenon can be alleviated and avoided.

(実施例) 以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。(Example) Embodiments of the present invention will be described below based on the drawings.

第1図(A)はこの発明に係る原子炉用制御棒の第1実
施例のウィングにおける第1図(B),(C)のIA−
IA線に沿う縦断面図、第1図(B),(C)は第1図
(A)のIB−IB線、IC−IC線にそれぞれ沿う横
断面図である。この第1実施例において、前記第7図お
よび第8図に示す従来例と同様部分は、同一の符号を付
すことにより説明を省略する。
FIG. 1(A) shows the IA- of FIGS. 1(B) and (C) in the wing of the first embodiment of the nuclear reactor control rod according to the present invention.
A vertical cross-sectional view taken along line IA, and FIGS. 1(B) and (C) are cross-sectional views taken along line IB-IB and IC-IC in FIG. 1(A), respectively. In this first embodiment, the same parts as those in the conventional example shown in FIGS. 7 and 8 are given the same reference numerals, and a description thereof will be omitted.

各中性子吸収板8bはハフニウム金属板あるいはハフニ
ウム合金(ハフニウムとジルコニウム(Zr)との合金
またはハフニウムとチタン(T)との合金)板から構成
される。これらの中性子吸収板8bは、挿入先端側つま
り先端栴造拐3側に配置されるもの稈厚肉に形成されて
、原子炉用−り御棒の長寿命化および反応度価値の向上
が確保される。
Each neutron absorption plate 8b is composed of a hafnium metal plate or a hafnium alloy (an alloy of hafnium and zirconium (Zr) or an alloy of hafnium and titanium (T)). These neutron absorption plates 8b are arranged on the insertion tip side, that is, on the side of the tip structure 3, and are formed with thick walls to ensure a long life of the reactor rod and an improvement in the reactivity value. be done.

中性子吸収要素8aの配設された制御棒有効部においで
、挿入端からこの有効部の約1/4長部分に仕切り12
が設置される。この仕切り12は、中性子吸収板8bに
おいてタイ0ツド5例の半領域に固着される。また、こ
の仕切り12は、ハフニウムあるいはハフニウム合金で
構成され、断面コ字形状を有する。したがって、この仕
切り12により、制御棒有効部の挿入先端部タイロツド
5側に、略箱形形状の空間13が形成される。
In the effective part of the control rod where the neutron absorption element 8a is arranged, a partition 12 is provided from the insertion end to about 1/4 length of the effective part.
will be installed. This partition 12 is fixed to a half area of five ties on the neutron absorbing plate 8b. Further, the partition 12 is made of hafnium or a hafnium alloy, and has a U-shaped cross section. Therefore, this partition 12 forms a substantially box-shaped space 13 on the tie rod 5 side of the insertion tip of the control rod effective section.

この空間13に対応する中性子吸収板8bの上部に微小
通気孔14が形成される。中性子吸収板8bには、通水
孔11に対応する位置に通水孔15が多数形成される。
A micro ventilation hole 14 is formed in the upper part of the neutron absorption plate 8b corresponding to this space 13. A large number of water holes 15 are formed in the neutron absorption plate 8b at positions corresponding to the water holes 11.

この通水孔15は、空間13に対応する中性子吸収板8
bの下部にも形成される。これら通水孔15は、開口面
積が微小通気孔14に較べて極めて大きく、中性子吸収
板8bの外方から間隙10の内部へ炉水が容易に流出入
可能となるよう設けられる。一方、微小通気孔14は、
原子炉運転中に上記空間13内に発生した気泡が充分排
除し得ない大きさに形成される。
This water hole 15 is connected to a neutron absorption plate 8 corresponding to the space 13.
It is also formed at the bottom of b. These water passage holes 15 have an extremely large opening area compared to the micro ventilation holes 14, and are provided so that reactor water can easily flow in and out of the gap 10 from the outside of the neutron absorption plate 8b. On the other hand, the micro ventilation hole 14 is
Bubbles generated in the space 13 during reactor operation are formed to a size that cannot be sufficiently removed.

次に、これら空間13および微小通気孔14の機能を説
明する。
Next, the functions of these spaces 13 and micro ventilation holes 14 will be explained.

原子炉の高出力運転中に、原子炉用制御棒の空間13形
成部分が原子炉の炉心に挿入されている場合を述べる。
A case will be described in which the space 13 forming portion of the reactor control rod is inserted into the core of the reactor during high power operation of the reactor.

中性子吸収板8bおよび仕切り12は中性子やガンマ線
を吸収して発熱するので、間隙10および空間13内の
炉水が加熱され、気泡も活発に発生する。このうち、空
間13内で発生した気泡は、微小通気孔14の開口面積
が小さく、気泡を充分排出し得ないので、空間13内は
やがて気泡で満される。空間13内が気泡で充満される
と、空間13内における中性子減速効果が低下し、中性
子の吸収が殆ど無くなるので、原子炉用制御棒における
空間13対応部分の反応度価値が低下する。この結果、
原子炉用制御棒を取り囲む燃料部において中性子束が過
度に低下せず、したがって、この原子炉用制御棒を炉心
に入れたまま原子炉を高出力で運転しても、ブレードヒ
ストリー現象を緩和することができる。
Since the neutron absorption plate 8b and the partition 12 absorb neutrons and gamma rays and generate heat, the reactor water in the gap 10 and the space 13 is heated and bubbles are actively generated. Among these, the air bubbles generated in the space 13 cannot be sufficiently discharged due to the small opening area of the micro ventilation hole 14, so the space 13 will eventually be filled with air bubbles. When the space 13 is filled with bubbles, the neutron moderating effect in the space 13 is reduced, and neutron absorption is almost eliminated, so the reactivity value of the portion of the reactor control rod corresponding to the space 13 is reduced. As a result,
The neutron flux does not drop excessively in the fuel section surrounding the reactor control rods, and therefore the blade history phenomenon is alleviated even if the reactor is operated at high output with the reactor control rods in the reactor core. be able to.

一般に、沸騰水型原子炉の4本の燃料集合体に取り囲ま
れた原子炉用制御棒では、タイロツドの近傍で中性子束
が特に低下する傾向にある。したがって、中性子吸収板
8bのタイロツド側に仕切り12を設置して空間13を
形成することにより、原子炉運転中に、原子炉用制御棒
の挿入端部でタイロット5側部分の反応度価値が低下し
、中性子束の低下を抑制できるので、効果的にブレード
ヒストリーを緩和できる。
Generally, in a nuclear reactor control rod surrounded by four fuel assemblies of a boiling water reactor, the neutron flux tends to particularly decrease near the tie rod. Therefore, by installing a partition 12 on the tie rod side of the neutron absorption plate 8b to form a space 13, the reactivity value of the portion on the tie rod 5 side at the insertion end of the reactor control rod decreases during reactor operation. However, since a decrease in neutron flux can be suppressed, blade history can be effectively alleviated.

一方、原子炉停止中には、中性子束レベルやガンマ線レ
ベルが原子炉運転中に較べ著しく低下するので、中性子
吸収板8bおよび仕切り12は遅発ガンマ線により僅か
に発熱する程度である。したがって、間隙10および空
間13内に気泡が発生することがない。特に、空間13
内においては、残存の気泡が微小通気孔14から排出さ
れ、水も空間13内を緩やかに流れる。したがって、空
間13内は水で満され、この空間13および間隙10内
の水によって、中性子吸収板8bおよび仕切り12は間
隙10および空間13側からも中性子を吸収できるよう
になり、反応度価値が向上する。
On the other hand, when the nuclear reactor is shut down, the neutron flux level and gamma ray level are significantly lower than when the reactor is operating, so the neutron absorption plate 8b and the partition 12 only slightly generate heat due to delayed gamma rays. Therefore, no air bubbles are generated within the gap 10 and the space 13. In particular, space 13
Inside, the remaining air bubbles are discharged from the micro ventilation holes 14, and water also flows slowly within the space 13. Therefore, the space 13 is filled with water, and the water in the space 13 and the gap 10 allows the neutron absorption plate 8b and the partition 12 to absorb neutrons from the gap 10 and the space 13 side as well, increasing the reactivity value. improves.

この結果、原子炉停止中に原子炉の未臨界度を確保でき
る。
As a result, subcriticality of the reactor can be ensured during reactor shutdown.

ここで、反応度価値と空間13内の気泡充填率との関係
を第2図に示す。
Here, the relationship between the reactivity value and the bubble filling rate in the space 13 is shown in FIG.

一般に、沸騰水型原子炉の原子炉用IJ Ill棒では
、構造上ウィング7の厚さが10m以内に設定される。
Generally, in an IJ Ill rod for a boiling water reactor, the thickness of the wing 7 is set within 10 m due to its structure.

したがって、この範囲内では、空間13内における水素
原子の密度の低下によって、反応度価値の相対値(Δρ
/ρ)が直線的に減少する。なお、ρは反応度価値を、
Δρは水素原子の密度の低下による反応度価値の変化量
をそれぞれ示す。
Therefore, within this range, the relative value of the reactivity value (Δρ
/ρ) decreases linearly. In addition, ρ is the reactivity value,
Δρ indicates the amount of change in reactivity value due to a decrease in the density of hydrogen atoms.

また、沸騰水型原子炉における原子炉用制御棒の軸方向
の反応度価値は、第3図(A>に示すように、原子炉停
止中にはailJ御棒有効部の挿入端側を大きくして(
破線)、炉心上部における未臨界度を確保し、原子炉運
転中には制御棒有効部の軸方向において均一にして(実
線)、ブレードヒストリーを軽減する必要がある。
Furthermore, as shown in Figure 3 (A), the reactivity value in the axial direction of the reactor control rods in a boiling water reactor is large when the insertion end of the effective part of the ail J control rod is do(
It is necessary to reduce blade history by ensuring subcriticality in the upper part of the reactor core (broken line) and by making the effective control rod parts uniform in the axial direction during reactor operation (solid line).

上記第1実施例によれば、制御棒有効部の挿入端側でυ
111l棒有効部分の約174において、原子炉停止時
に反応度価値が大きくなり(第3図(B)の破線》、原
子炉運転中に反応度価値が低下している(第3図(8)
の実線)。これらによって、原子炉運転中には原子炉用
制御棒周りの燃料部の中性子束を過度に減少させること
がなく、ブレードヒストリーを緩和できる。また、原子
炉停止中には、原子炉用制御棒の反応度価値が向上し、
原子炉の未臨界度を確保できる。
According to the first embodiment, υ on the insertion end side of the control rod effective section
At approximately 174 of the 111l rod effective section, the reactivity value becomes large when the reactor is shut down (dashed line in Figure 3 (B)), and the reactivity value decreases during reactor operation (Figure 3 (8)).
solid line). As a result, during reactor operation, the neutron flux in the fuel section around the reactor control rods is not excessively reduced, and the blade history can be alleviated. Additionally, during reactor shutdown, the reactivity value of reactor control rods increases,
Subcriticality of the reactor can be ensured.

第1実施例では、上記効果の他に次の各効果も有する。In addition to the above effects, the first embodiment also has the following effects.

つまり、中性子吸収板8bおよび仕切り12がハフニウ
ムあるいはハフニウム合金で構成されたので、原子炉用
制御棒の長寿命化を図ることができる。また、中性子吸
収板8bを板状とし、これらを間隙10を設けて対向配
置し、間隙10内に炉水を導くようにしたので、反応度
価値の低下を防止しつつ軽固化を達成でき、その結果、
従来の既設の制御棒駆動機構を使用できる。 第4図(
A)はこの発明に係る原子炉用制御棒の第2実施例を示
す正面図、第4図(B).(C)は第4図(A)のIV
B−IVB線、第4図(B)の■C−IVC線に沿う断
面図である。
In other words, since the neutron absorption plate 8b and the partition 12 are made of hafnium or a hafnium alloy, the life of the nuclear reactor control rod can be extended. In addition, the neutron absorption plates 8b are plate-shaped, and they are arranged facing each other with a gap 10 between them, so that reactor water is guided into the gap 10, so that light solidification can be achieved while preventing a decrease in reactivity value. the result,
Conventional existing control rod drive mechanisms can be used. Figure 4 (
A) is a front view showing a second embodiment of the control rod for a nuclear reactor according to the present invention, and FIG. 4(B). (C) is IV of Figure 4 (A)
FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line B-IVB and the line ■C-IVC in FIG. 4(B).

この原子炉用制御棒では、断面十字形状の先端構造材2
1および末端構造材22の対応する端部間が、2枚の細
長い中性子吸収板23によって接合されて各ウィング2
4が構成される。この2枚の中性子吸収板23は対向配
置される。したがって、これらの中性子吸収板23によ
り、長手方向に延びる間隙25が形成される。各ウィン
グ24の両側縁には、中性子吸収板23と同程度の長さ
を有する閉塞材26.27がそれぞれ固着される。
In this reactor control rod, the tip structure member 2 has a cross-shaped cross section.
1 and the corresponding ends of the terminal structural member 22 are joined by two elongated neutron absorption plates 23 to form each wing 2.
4 is composed. These two neutron absorption plates 23 are arranged facing each other. Therefore, these neutron absorption plates 23 form a gap 25 extending in the longitudinal direction. Closing members 26 and 27 having the same length as the neutron absorption plate 23 are fixed to both side edges of each wing 24, respectively.

上記中性子吸収板23および閉塞材26.27は、ハフ
ニウムあるいはハフニウム合金から構成される。このう
ち、閉塞材26は断面積が大きく、大量の中性子照射聞
に対処し得るよう設けられる。
The neutron absorbing plate 23 and the blocking material 26,27 are made of hafnium or a hafnium alloy. Among these, the closing material 26 has a large cross-sectional area and is provided so as to be able to cope with a large amount of neutron irradiation.

また、先端構造材21はハフニウムを若干含むジルコニ
ウム材により構成され、この先端構造材21に中性子吸
収板23が溶接により接合される。
Further, the tip structure material 21 is made of a zirconium material containing some hafnium, and the neutron absorption plate 23 is joined to this tip structure material 21 by welding.

また、原子炉用制御棒の中心部側には、長手方向に複数
個の結合部材28が配置される。この結合部材28によ
って、各ウィングが制御棒の中心部側において互いに固
定される。したがって、各結合部材28間は水の流路2
9とされる。この流路29内の炉水により、原子炉用制
御棒の中心部においても中性子が減速されて熱中性子が
発生し、ブレードヒストリー現象が緩和される。
Furthermore, a plurality of coupling members 28 are arranged in the longitudinal direction on the central side of the nuclear reactor control rod. This coupling member 28 fixes the wings to each other on the central side of the control rod. Therefore, between each coupling member 28 there is a water flow path 2.
It is considered to be 9. The reactor water in the flow path 29 also decelerates neutrons in the center of the reactor control rod to generate thermal neutrons, thereby alleviating the blade history phenomenon.

また、各ウィング24を構成する中性子吸収板23には
、制御棒有効部30全長の約1/3〜1/4の部分(挿
入端側部分)を除いて、通水孔31が多数開口される。
In addition, a large number of water holes 31 are opened in the neutron absorption plate 23 constituting each wing 24, except for a portion (the insertion end side portion) of about 1/3 to 1/4 of the total length of the control rod effective section 30. Ru.

この通水孔31は直径約10Mであり、間隙25内に炉
水を流出入させるものである。また、中性子吸収板23
において通水孔31が形成されない挿入端側には、その
最上部に微小通気孔32が穿設される。この微小通気孔
32は、原子炉運転中に挿入先端側間隙25内で発生し
た気泡を充分排除し得ない大きさに設定される。
This water passage hole 31 has a diameter of approximately 10M, and is used to allow reactor water to flow in and out of the gap 25. In addition, the neutron absorption plate 23
At the insertion end side where the water passage hole 31 is not formed, a minute ventilation hole 32 is bored at the top thereof. The micro vent hole 32 is set to a size that does not allow sufficient removal of air bubbles generated within the insertion tip side gap 25 during reactor operation.

したがって、原子炉運転中にこの原子炉用制御棒を炉心
に挿入していると、間aI25内に気泡が発生する。こ
のうち、挿入端側の間隙25では、発生した気泡の殆ど
が微小通気孔32から排出されないので、気泡で満され
る。このため、制御棒挿入先端における反応度価値が低
下し、ブレードヒストリーを回避できる。
Therefore, when this reactor control rod is inserted into the reactor core during reactor operation, bubbles are generated within the interval aI25. Among these, the gap 25 on the insertion end side is filled with air bubbles because most of the generated air bubbles are not discharged from the micro ventilation holes 32. Therefore, the reactivity value at the control rod insertion tip decreases, and blade history can be avoided.

一方、原子炉用制御棒の挿入先ta側を除く他の部分で
は、比較的大きな通水孔から炉水および発生した気泡が
流出入するので、常に炉水で満されることになる。した
がって、この部分では反応度価値が低下しない。
On the other hand, other parts than the ta side where the reactor control rods are inserted are always filled with reactor water because reactor water and generated air bubbles flow in and out through relatively large water holes. Therefore, the reactivity value does not decrease in this part.

一方、原子炉停止中には、間隙25内で気泡の発生量が
極めて少ないので、間隙25の全領域が炉水となり、原
子炉用iI11m棒の反応度価値を充分大きくできる。
On the other hand, during reactor shutdown, the amount of bubbles generated within the gap 25 is extremely small, so the entire area of the gap 25 becomes reactor water, and the reactivity value of the iI11m rod for the nuclear reactor can be sufficiently increased.

これらのことから、この第2実施例においても、第1実
施例と同様の効果を奏する。
For these reasons, the second embodiment also provides the same effects as the first embodiment.

第5図は前記第1実施例の変形例を示す断面図である。FIG. 5 is a sectional view showing a modification of the first embodiment.

この変形例において、第1実施例と同様な部分は同一の
符号を付す。この変形例では、中性子吸収板8bが先端
構造材31に懸架された構造である。
In this modification, the same parts as in the first embodiment are given the same reference numerals. In this modification, the neutron absorption plate 8b is suspended from the tip structure member 31.

第6図は第2実施例の変形例を示す。この変形例におい
て、前記第2実施例と同様な部分は同一の符号を付す。
FIG. 6 shows a modification of the second embodiment. In this modification, the same parts as in the second embodiment are given the same reference numerals.

この変形例では、tIII III棒有効部30におい
て挿入先端側から有効部30全長の約172〜1/4を
残し、他を大反応度型中性子吸収体41としている。こ
の大反応度型中性子吸収体41は、板状の長寿命型中性
子吸収板(ハフニウムおよびジルコニウム合金)の内部
にボロンカーバイド42を充填して構成される。この変
形例においても、中性子吸収板23に微小通気孔32が
形成されるため、原子炉運転中に間隙25内が気泡で満
され、反応度価値が低下する。また、原子炉停止中には
微小通気孔32から気泡が抜けるので、間隙25内が炉
水で満され、反応度価値が大きくなる。
In this modification, about 172 to 1/4 of the total length of the effective part 30 from the insertion tip side is left in the tIII III rod effective part 30, and the rest is made into a high reactivity type neutron absorber 41. This high-reactivity neutron absorber 41 is constructed by filling boron carbide 42 inside a plate-shaped long-life neutron absorbing plate (hafnium and zirconium alloy). Also in this modification, since the minute ventilation holes 32 are formed in the neutron absorption plate 23, the gap 25 is filled with bubbles during reactor operation, and the reactivity value is reduced. Furthermore, since air bubbles escape from the micro vent holes 32 during reactor shutdown, the gap 25 is filled with reactor water, increasing the reactivity value.

また、この変形例では先端構造材24がジルコニウム製
であるが、ハフニウムとジルコニウムは全率固溶型の合
金を作る特質を有しているので、中性子吸収板23とこ
の先端構造材とを溶接により固着できる。
In addition, in this modification, the tip structure material 24 is made of zirconium, but since hafnium and zirconium have the property of forming a solid solution alloy, the neutron absorption plate 23 and this tip structure material are welded. It can be fixed by

なお、第6図の構成のウィング24をそのままシースで
覆って、シースを備えたウィングとしてもよい。また、
上記各実施例および各変形例では、原子炉用制御棒が十
字形状の場合を述べたが、クラスタ型の原子炉用制御棒
にも適用できる。
Note that the wing 24 having the configuration shown in FIG. 6 may be covered with a sheath as it is to form a wing equipped with a sheath. Also,
In each of the embodiments and modifications described above, the nuclear reactor control rods are cross-shaped, but the present invention can also be applied to cluster-type nuclear reactor control rods.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のように、この発明に係る原子炉用制御棒によれば
、間隙を設けて対向配置された中性子吸収材の少なくと
も一部が長寿命型中性子吸収材で構成され、この長寿命
型中性子吸収材には、原子炉運転中に上記間隙内で発生
した気泡を充分排除し得ない大きさの微小通気孔が穿設
されたことから、原子炉停止中には充分大きな反応度価
値を有して原子炉の未臨界度を確保でき、原子炉運転中
には反応度価値を低減して燃料のブレードヒストリー現
象を緩和できる。
As described above, according to the control rod for a nuclear reactor according to the present invention, at least a part of the neutron absorbers arranged facing each other with a gap formed therein is composed of a long-life neutron absorber, and the long-life neutron absorber Because micro-vents were drilled in the material that were too large to sufficiently eliminate air bubbles generated within the above-mentioned gaps during reactor operation, the material had a sufficiently large reactivity value during reactor shutdown. The subcriticality of the reactor can be ensured, and during reactor operation, the reactivity value can be reduced and the blade history phenomenon of the fuel can be alleviated.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図(A)はこの発明に係る原子炉用制御棒の第1実
施例のウィングにおける第1図(B),(C)のIA−
IA線に沿う縦断面図、第1図(B).(C)は第1図
(A)のIB−IB線、IC−IC線にそれぞれ沿う横
断面図、第2図は第1実施例において反応度価値と空間
内の気泡充填率との関係を示すグラフ、第3図(A>お
よび(B)は制御棒有効部の軸方向における必要な反応
度価値と実際の反応度価値とをそれぞれ示すグラフ、第
4図(A)はこの発明に係る原子炉用制御棒の第2実施
例を示す正面図、第4図(B),(C)は第4図(A)
のrVB−IVB線、第4図(B)のIVC−IVC線
にそれぞれ沿う断面図、第5図は上記第1実施例の変形
例を示す断面図、第6図は上記第2実施例の変形例を示
す断面図、第7図は従来の原子炉用制御棒を示す斜視図
、第8図は第7図の■−■線に沿う断面図である。 1・・・末端構造材、3・・・先端構造材、7・・・ウ
ィング、8・・・長寿命型中性子吸収材、8a・・・中
性子吸収要素、8b・・・中性子吸収板、10・・・間
隙、12・・・仕切り、13・・・空間、14・・・微
小通気孔。 出願人代理人   波 多 野   久聞収側9壇(霧
荻壇) (C) 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図
FIG. 1(A) shows the IA- of FIGS. 1(B) and (C) in the wing of the first embodiment of the nuclear reactor control rod according to the present invention.
Longitudinal cross-sectional view along line IA, FIG. 1(B). (C) is a cross-sectional view taken along the IB-IB line and IC-IC line in Figure 1 (A), and Figure 2 shows the relationship between the reactivity value and the bubble filling rate in the space in the first example. The graphs shown in FIG. 3 (A> and (B) are graphs showing the required reactivity value and the actual reactivity value in the axial direction of the control rod effective section, respectively, and FIG. 4 (A) is a graph according to the present invention. A front view showing the second embodiment of the control rod for a nuclear reactor, FIGS. 4(B) and (C) are similar to FIG. 4(A)
FIG. 5 is a sectional view taken along the rVB-IVB line in FIG. 4B and IVC-IVC line in FIG. FIG. 7 is a perspective view showing a conventional nuclear reactor control rod, and FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line ■--■ in FIG. 7. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... End structure material, 3... Tip structure material, 7... Wing, 8... Long-life neutron absorption material, 8a... Neutron absorption element, 8b... Neutron absorption plate, 10 ...Gap, 12...Partition, 13...Space, 14...Minute ventilation hole. Applicant's agent: Hatano Kumonsho side 9 Dan (Kiriogi Dan) (C) Figure Figure Figure Figure Figure Figure Figure

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 先端構造材と末端構造材とを用いて複数のウィングが一
体に結合され、各ウィングに板状の中性子吸収材が間隙
を設けて対向配置された原子炉用制御棒において、上記
中性子吸収材の少なくとも一部が長寿命型中性子吸収材
で構成され、この長寿命型中性子吸収材には、原子炉運
転中に上記間隙内で発生した気泡を充分排出し得ない大
きさの微小通気孔が穿設されたことを特徴とする原子炉
用制御棒。
In a control rod for a nuclear reactor, in which a plurality of wings are integrally connected using a tip structural material and a terminal structural material, and a plate-shaped neutron absorbing material is arranged facing each other with a gap between each wing, the neutron absorbing material is At least a portion of the material is made up of a long-life neutron absorber, and this long-life neutron absorber has minute vent holes that are too large to sufficiently exhaust air bubbles generated within the above-mentioned gap during reactor operation. A nuclear reactor control rod characterized by:
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