JPH026037B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は沸騰水型原子炉用制御棒に係り、特に
重量の増加を招かずに長寿命化を図つた沸騰水型
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用制御棒は、十字状断面
を有するタイロツドの各突出脚に、細長いＵ字状
断面を有するシースの開口部をそれぞれ取り付け
て十字状のウイングを形成し、各ウイング内の垂
直方向に互いに平行に多数の中性子吸収棒を装填
して構成されている。

而して、中性子吸収棒は被覆管内に中性子吸収
材、例えばB₄Cの粉末またはペレツトを充填して
成る。

この中性子吸収棒を装填した制御棒を原子炉炉
心に挿入して使用すると、B₄C粉末、ペレツト等
は中性子を吸収して損耗し中性子吸収能力を徐々
に失い、同時に核反応によつてHeガスや三重水
素（³T₂）ガス等を発生する。ここでHeガスは
B₄C中の質量数10のボロン（Ｂ―10）が中性子の
照射を受け、いわゆる（ｎ，α）反応によつて生
じるものであり、³T₂ガスは、上記（ｎ，α）反
応によつて生じた⁷Liと高速中性子との核反応に
よつて生成するものである。またB₄Cで形成した
中性子吸収棒を寿命終了までに使用したときの
³T₂原子の発生量はHe原子の発生量の約0.03％で
あり、発生ガスの大部分はHeガスである。

したがつて中性子照射時間と共に中性子吸収能
力は低下し、被覆管内のガス圧は上昇する。中性
子吸収能力が予め定めた値となるまでに必要な中
性子照射時間を核的寿命、被覆管内圧が許容値に
達するまでの中性子照射時間を機械的寿命と呼ん
でいる。最近の研究によると機械的寿命の方が核
的寿命よりも短く、中性子吸収棒の寿命は機械的
寿命により定まつている。

これに対し、Hfメタル、Eu₂O₃、Ag―In―Cd
等の中性子吸収材は、中性子吸収によりガスを発
生せず、またHf，Eu，Ag，In，Cd等は、中性
子を数回に亘つて吸収した場合においても中性子
吸収断面積の低下が少ない複数の同位体等を形成
したり、中性子吸収性を有する原子に変換された
りする。そのため、長期間に亘つて中性子吸収を
行なうことが可能であり、いわゆる長寿命型中性
子吸収材と呼ばれ、長寿命の中性子吸収棒を構成
するために使用されている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながらHfメタル、Eu₂O₃、Ag―In―Cd
等の長寿命型中性子吸収材は一般に密度が大きく
かつ高価であるため、多量に使用すると制御棒の
重量が過大になり、しかも高価となる。この重量
が大幅に増加した制御棒を使用する場合には、制
御棒駆動機構の構造強度をより強化する設計変更
が必要であり、容易に既設の原子炉設備に転用し
得ない実用上の問題点があつた。したがつて転用
性をもたせるためには長寿命型中性子吸収材の使
用量を最少限に抑え、制御棒全体の重量増加を招
かない構造が望まれていた。

本発明は上記の事情を考慮してなされたもの
で、高価でしかも重い長寿命型中性子吸収材の使
用量を最少限とし、かつ長寿命化を図つた沸騰水
型原子炉用制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） 上記目的を達成するため本発明は、十字状断面
を有するタイロツドの各突出脚に、細長いＵ字状
断面を有するシースの開口部をそれぞれ取り付け
てウイングを構成し、ウイング内の幅方向に多数
の中性子吸収棒を装填して成る沸騰水型原子炉用
制御棒において、上端部にプレナムを形成し中性
子吸収材としてB₄C粉末を充填したプレナム付中
性子吸収棒を、上記タイロツド近傍に配設する一
方、中性子吸収によりガスを発生しないハフニウ
ム材で形成した長寿命型中性子吸収棒を上記ウイ
ング側縁近傍に配設するとともに、上記タイロツ
ド近傍とウイング側縁近傍との中間部には、上記
プレナム付中性子吸収棒と、上端近傍にハフニウ
ム材で形成した長寿命型中性子吸収材を充填し上
端近傍以下にB₄C粉末を充填して成る混成型中性
子吸収棒とを交互に配置したことを特徴とする。

（作用） 上記構成に係る沸騰水型原子炉用制御棒によれ
ば、強い中性子照射を受けるウイング側縁および
上端のみに長寿命型の中性子吸収棒を配置してい
るため、制御棒全体としての寿命が延伸されると
ともに、制御棒の大幅な重量増加が抑えられ、既
設の原子炉設備への転用も容易となり、また製造
コストも低減される。

一方、タイロツドの近傍にはプレナムを有し
B₄C粉末を充填したプレナム付中性子吸収棒を配
置しているため、タイロツドに最も近い燃料棒
の、制御棒引抜時の出力上昇率が抑制され燃料の
健全性を確保することができる。

さらに、プレナム付中性子吸収棒には、中性子
照射の最も強い部位に大きなプレナムを設けてい
るので、核反応で生成したHeガス、³T₂ガス等に
よる被覆管内圧の上昇を抑制することができる。
さらに、中性子吸収棒上端にB₄Cが存在する時、
核反応および化学反応物と被覆管との反応および
内圧の上昇により、吸収棒の機械的寿命が低下す
るおそれがあるが、本発明においてはB₄Cを充填
した中性子吸収棒上端にプレナムを設けてあるの
でそのおそれはない。

（実施例） 次に本発明の一実施例について添付図面を参照
して説明する。添付図面は本発明に係る沸騰水型
原子炉用制御棒の一実施例の要部を示す断面図で
ある。

すなわち本実施例に係る沸騰水型原子炉用制御
棒は、十字状断面を有するタイロツド１の各突出
脚に細長いＵ字状断面を有するシースの開口部を
それぞれ取り付けてウイング２を構成し、ウイン
グ２内の幅方向に多数の中性子吸収棒を装填して
成る沸騰水型原子炉用制御棒において、上端部に
プレナム４ａを形成し中性子吸収材としてB₄C粉
末５ｂを充填したプレナム付中性子吸収棒４を、
上記タイロツド１近傍に配設する一方、中性子吸
収によりガスを発生しないハフニウム材で形成し
た長寿命型中性子吸収棒３を上記ウイング２の側
縁近傍に配設するとともに、上記タイロツド１の
近傍とウイング２の側縁近傍との中間部には、上
記プレナム付中性子吸収棒４と、上端近傍にハフ
ニウム材で形成した長寿命型中性子吸収材５ａを
充填し上端近傍以下にB₄C粉末５ｂを充填して成
る混成型中性子吸収棒５とを交互に配置して構成
される。

より具体的に構成を説明すると、ウイング２の
側縁近傍２cm位の幅にはウイング２全長に亘る２
本の長寿命型中性子吸収棒３が配置され、タイロ
ツド１近傍の２cm位の幅には、上端に10〜30cm程
度の長さのプレナム４ａを有するプレナム付中性
子吸収棒４が配置されている。またウイング２内
のそれら中性子吸収棒３，４の間には、上端部に
長寿命型中性子吸収材５ａを30cm程度の長さにわ
たり配置したものであり、かつ上端部以外の部分
に通常寿命型中性子吸収材であるB₄C粉末５ｂを
充填して成る混成型中性子吸収棒５と、タイロツ
ド５近傍に配設した中性子吸収棒と構成を等しく
したプレナム付中性子吸収棒４とが交互に配置さ
れている。

ここで長寿命型中性子吸収棒３および長寿命型
中性子吸収材５ａを構成するハフニウム材として
は、被覆管に装填されることなく、むき出し状態
のハフニウム棒を使用している。

なお長寿命を有する中性子吸収材としてAg―
In―Cd合金やEu₂O₃粉末を用いる考えもあるが、
Agは放射化して炉水中に溶け込み、炉水の放射
線レベルを上昇させるおそれがある。そのため使
用する場合には被覆管内に収容して密封保持する
必要がある。一方、ユーロピウムは希土類の中で
も特に高価な材料であるため、コスト上難点が多
い。

本実施例に係る沸騰水型原子炉用制御棒によれ
ば、強い中性子照射を受けるウイング２の側縁お
よび上端のみに長寿命型の中性子吸収材を配置し
ているため、制御棒全体としての寿命が大幅に延
伸されるともとに、制御棒の大幅な重量増加が回
避され、既設の原子炉設備への転用も容易とな
る。

また、高価な長寿命型中性子吸収材の使用量を
必要最少量に抑えているため、制御棒の製造コス
トの上昇も少ない。

一方、タイロツド１の近傍にはプレナム４ａを
有し、通常のB₄C粉末を充填したプレナム付中性
子吸収棒４を配置しているため、タイロツド１に
最も近い燃料棒における、制御棒引抜時の出力上
昇率が抑制され、燃料の健全性を確保することが
できるる。

また制御棒上端部においては、B₄Cより寿命が
長い反面、反応度が低いハフニウム材が配設され
ているため、上端部において部分的に反応度価値
が低下するが、制御棒全体からみた場合には無視
できる程度である。

しかし上端部の反応度が低下している分だけ制
御棒引抜時の隣接燃料集合体の出力上昇幅を減じ
ることができるという効果もある。

さらに、通常寿命型中性子吸収材としてB₄Cを
充填したプレナム付中性子吸収棒４には、中性子
照射の最も強い部位に大きなプレナム４ａを設け
てあるので、核反応で生成したHeガス、³T₂ガス
等による被覆管内圧の上昇を抑制することができ
る。すなわち中性子吸収棒上端にB₄Cが存在する
従来の制御棒においては、核反応および化学反応
物と被覆管との反応および内圧の上昇により、吸
収棒の機械的寿命が短期間で低下するおそれがあ
るが、本実施例においてはB₄C粉末５ｂを充填し
た中性子吸収棒上端に大きなプレナム４ａを設け
てあるので発生ガスはプレナム４ａ内に逐次に貯
留され、運転サイクル末期においてもガス圧が異
常に高くなるおそれは少ない。

本発明は上記実施例に限定されない、例えばプ
レナム付中性子吸収棒４において、プレナム４ａ
内に中空体、メタルウール等の部材を配置しても
よい。それらの部材は核反応、化学反応生成物を
吸着するものとすることが望ましい。

また、水分や酸素を吸着除去する活性金属であ
るゲツタをプレナム内に配置してもよい。また、
混成型中性子吸収棒５において、長寿命型中性子
吸収材５ａと、通常寿命中性子吸収材としての
B₄C粉末５ｂとの間に、メタルウール等のウール
状部材５ｃを介在させてもよい。すなわち長寿命
型中性子吸収材５ａを挿入する時、その下端にウ
ール状部材５ｃを当接して、長寿命型中性子吸収
材５ａの挿入と同時にウール状部材５ｃを押し込
むようにすることにり、被覆管内面に固着してい
たB₄C粉末５ｂはウール状部材５ｃとともに下方
に押し下げられ、またウール状部材５ｃは下方の
B₄C粉末５ｂの上方への移動を防止するので、長
寿命型中性子吸収材５ａと被覆管内面との間に
B₄C粉末５ｂが入り込むことはない。そのため
B₄C粉末５ｂを介して被覆管に押圧力が作用して
局所的応力を生じるおそれはない。また、長寿命
型中性子吸収材５ａ挿入時において、その下端角
部が被覆管内面に引つ掛つて傷を付けたり、かじ
り等を生じるおそれがない。

また、プレナム４ａの長さは、制御棒の反応度
価値が低下しない範囲でかつ中性子照射の著しく
強い範囲を避ける領域、すなわち制御棒上端から
10〜30cmまでの領域に形成することが望ましい。

さらに、長寿命型中性子吸収材５ａの長さは制
御棒が強い中性子照射を受ける部位の長さ、すな
わち制御棒の上端から30cm〜ウイング有効長の約
１／４に設定する。

また、ウイング２側縁近傍にウイングの全有効
長に亘る長さの長寿命型中性子吸収材５ａを必ず
しも配置する必要はなく、全有効長の上半分のみ
に配置するようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上説明の通り本発明に係る沸騰水型原子炉用
制御棒によれば、強い中性子照射を受けるウイン
グ側縁および上端のみに長寿命型の中性子吸収棒
を配置しているため、制御棒全体としての寿命が
延伸されるとともに、制御棒の大幅な重量増加が
抑えられ、既設の原子炉設備への転用も容易とな
り、また製造コストも低減される。

一方、タイロツドの近傍には、プレナムを有し
B₄C粉末を充填したプレナム付中性子吸収棒を配
置しているため、タイロツドに最も近い燃料棒
の、制御棒引抜時の出力上昇率が抑制され燃料の
健全性を確保することができる。

さらに、プレナム付中性子吸収棒には、中性子
照射の最も強い部位に大きなプレナムを設けてい
るので、核反応で生成したHeガス、³T₂ガス等に
よる被覆管内圧の上昇を抑制することができる。
さらに、中性子吸収棒上端にB₄Cが存在する時、
核反応および化学反応物と被覆管との反応および
内圧の上昇により、吸収棒の機械的寿命が低下す
るおそれがあるが、本発明においてはB₄Cを充填
した中性子吸収棒上端にプレナムを設けてあるの
でそのおそれはない。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例の要部を示す断面図であ
る。 １…タイロツド、２…ウイング、３…長寿命型
中性子吸収棒、４…プレナム付中性子吸収棒、４
ａ…プレナム、５…混成型中性子吸収棒、５ａ…
長寿命型中性子吸収材、５ｂ…B₄C粉末、５ｃ…
ウール状部材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 十字状断面を有するタイロツドの各突出脚
   に、細長いＵ字状断面を有するシースの開口部を
   それぞれ取り付けてウイングを構成し、ウイング
   内の幅方向に多数の中性子吸収棒を装填して成る
   沸騰水型原子炉用制御棒において、上端部にプレ
   ナムを形成し中性子吸収材としてB₄C粉末を充填
   したプレナム付中性子吸収棒を、上記タイロツド
   近傍に配設する一方、中性子吸収によりガスを発
   生しないハフニウム材で形成した長寿命型中性子
   吸収棒を上記ウイング側縁近傍に配設するととも
   に、上記タイロツド近傍とウイング側縁近傍との
   中間部には、上記プレナム付中性子吸収棒と、上
   端近傍にハフニウム材で形成した長寿命型中性子
   吸収材を充填し上端近傍以下にB₄C粉末を充填し
   て成る混成型中性子吸収棒とを交互に配置したこ
   とを特徴とする沸騰水型原子炉用制御棒。