JPH0346593A - グレーロッド及びその製造方法 - 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】 本発明は一般に原子炉に関し、特に、低電力需要期間中
又はその後等において、原子炉の反応度制御に必要とさ
れる反応度価値を有するクレーロッドに関するものであ
る。

た止挟盃体羞１ 加圧水型原子炉（以下、ｒＰＷＪという〉のような典型
的な原子炉において、炉心は多数の燃料集合体を含んで
いる。各燃料集合体は、互いに横方向に離隔された複数
の細長い燃料棒から構成されている。それぞれが核分裂
性物質を含んでいる燃料棒は、高核分裂率を維持し、も
って熱の形での多量のエネルギの放出を維持するのに十
分な中性子束を炉心内で生じる。炉心で発生される熱の
いくらかを抜き出して有用な仕事を行わせるために、液
状の冷却材（通常は水）か炉心を通して上方に圧送され
る。

ＰＷＲ用燃料集合体の型式、特に本発明が適している型
式としては１．７Ｘ１７型燃料集合体構造が知られてい
る。この型式の構造において、燃料集計体は正方形の束
構造であり、各側面に沿って１７本の燃料棒が配置され
ている。この燃料集合体は、２６４木の燃料棒と、２４
木の案内シンプル〈以下で述べる制御棒又はクレーロッ
ドのためのもの）と、１本の計装シンプルとを有してい
る。燃料棒の外径は通常的１０．２ｍｍ（０，４ｉｎ、
）である。この型式の燃料集合体については、例えば米
国特許第４，６４２，２１６号明細書に更に詳細に述べ
られている。

炉心内での熱発生率は核分裂率に比例し、核分裂率は炉
心内の中性子束により決定されるので、原子炉起動時、
運転中及び停止時の原子炉の黒発生は、中性子束を変化
させることにより制御することができる。一般に、この
制御は、可溶性中性子吸収材及び制御棒クラスタを用い
て過剰中性子を吸収することにより行われる。初期にお
いて、中性子束のレベル、従って炉心の熱出力は、案内
シンプルに対して制御棒を出入れすることにより調整さ
れる。

中性子を吸収するための制御棒の能力は、その相対的な
″゛反応度価値°′により測定される。制御棒の反応度
価値は周知の計算方法により決定できる。

全制御棒及び個々の制御棒の反応度価値の相対値を計算
するための基礎は、全ウラン炉心、又は、ウラン燃料棒
を有する想定酸化物・ウラン混合炉心とすることができ
る。

ハフニウム、銀・インジウム　カドミウム、炭化ホウ素
及び他の物質は、強い吸収材、即ち高価値吸収材である
ことが知られている。また、これらの物質は、中性子を
比較的透過させないため、黒色吸収材ないしブラック吸
収材とも呼ばれている。一方、ステンレス鋼、ジルコニ
ウム、インコネル等は弱い吸収材として知られており、
比較的に低価値であり、灰色吸収材ないしグレー吸収材
と一般に呼ばれている。

個々の制御棒及び制御棒クラスタの反応度価値を知るこ
とは、炉心を制御する場合、可溶性の中性子吸収材の必
要な濃度を決定する場合、そして、流体減速材、流量、
密度及び組成等の原子炉に対する必要条件を提供する場
合において、極めて重要である。

制御棒に適用された一般的な構造の■つが、米国特許第
４．３ｚｅ、９＋９号明ｌ１ｌｌｌ書に開示されている
。

その制御棒は細長い金属製の被覆管の形をとる。

被覆管内には強い中性子吸収材が配置され、該被覆管内
に中性子吸収材を封するために管の両端にはプラグが取
り付けられている。中性子吸収材は、密に詰め込まれた
高価値のセラミック製ないしは金属製の環状ペレットの
積重体の形態をなし、これらのペレットは被覆管内の一
部だけを占め、上部のペレットと上部端栓との間には空
間、即ち軸方向間隙が残され、制御中に発生されるガス
を受は入れるプレナム室を画成している。ペレットは、
制御棒の柔軟性を増大させ且つ挿入・引抜き中における
抗力〈トラノ〉を最小にするために、中実の棒に代えて
用いられる。

制御棒は、直接的な中性子吸収の度合い変えることによ
り反応度に影響を与えるものであり、高速反応度制御と
して知られているもののために用いられる。他方、より
低速の長期反応度制御は、可溶性中性子吸収材と、制御
棒に比して低価値のクレーロッドとにより通常、実行さ
れる。クレーロッドは、被覆管内の装填物を除いて前記
制御棒とほぼ同一の構造を有する。米国特許第４，６８
１，７２８号明細書を参照されたい。典型的には、クレ
ーロッドは、例えばステンレス鋼のような比較的に弱い
吸収材の被覆管と、例えばジルコニウムのような比較的
に弱い吸収材のペレットとを有する。

より詳細に説明する。ホウ酸等の可溶性の中性子吸収材
が、炉心冷却材全体にわたり均一に溶解され、制御棒よ
りも均一な出力分布及び燃料減損を得ることができる。

可溶性ホウ素の濃度は、燃料減損及び核分裂生成物の蓄
積を補償するために、炉心年齢に従って減少されるのが
一般的である。

キセノン−１３５（以下、「キセノン」という）のよう
な核分裂生成物の蓄積は、中性子を寄生吸収することに
より反応度を減少させ、それにより、熱中性子利用性を
低減させる。キセノンは中性子吸収や崩壊によって除去
される。°“負荷追従運転中のように炉心出力が減少す
る場合、熱中性子はキセノンを除去するために殆ど利用
されず、従って炉心内のキセノンの濃度が増加する。負
荷追従運転とは、電力需要の変化に対応して必要とされ
る炉出力の変化をいう。典型的な運転は日負荷追従であ
り、その場合、電力需要が最小となる夜間の６〜８時間
、原子炉の出力が低い値（通常の５０％）に減じられる
。

キセノンの濃度の増加は、通常、炉心冷却材に溶解され
た可溶性ホウ素の濃度を減少させることにより、或は炉
心から制御棒を引き抜くことにより、補償される。しか
しながら、この両手段には欠点がある。ホウ素の濃度の
変更は冷却材の処理を必要とし、この処理は困難であり
費用もかかる。

従って、電気的有効性、特に炉心寿命のためには望まし
くない。制御棒の除去は、炉心の出力能力の復元性が減
じられることを意味する。この問題に対して有効と考え
られる解決手段は、全出力時に炉心内で低価値のクレー
ロッドを用いるというものである。これらのクレーロッ
ドは、キセノンの蓄積を補償するために、出力が減じた
際に取り出されるよう用いられる。

米国特許筒４，７０７，３２９号明細書に記載されてい
るように、前記解決手段の欠点は、これらのクレーロッ
ドの集合体を動かすことにより、炉心の常時臨界軸方向
偏差が変動し、ピーキング係数が大きくなる点にある。

また、これらの低価値のクレーロッド集合体は全出力時
の炉心内にあるので、停止余裕に影響がある。そこで、
この米国特許筒４．７０７，３２９号は、キセノン補償
を行うべく、出力操作中に価値を軸方向に均等に変える
ことのできる制御棒を、クレーロッドに代えて炉心内に
完全に挿入しておく、という解決手段を提案している。

かかる制御棒は、細長い内側円筒部材と、この内側部材
を囲繞する細長い外側円筒部材とから構成される。各部
材は、交互に配置された同じ高さの高価値ハフニウム部
分と低価値ジルコニウム部分とから構成されている。内
側部材及び外側部材は互いに対して軸方向に可動であり
、それぞれの部材の高価値部分と低価値部分の重なり合
う割合を調節して、制御棒の全体的な価値を調節できる
ようにしている。

しかし、この手段は、組立てや操作が困難な精巧な機械
的な駆動Ｒ楕を必要とするので手間がかかり、比較的に
高価であり、また、核分裂生成物の蓄積を完全に補償で
きるわけではない。

前記米国特許筒４，６４２，２１６号明細書には、１７
×１７型燃料集合体に使用される型式のクレーロッドが
開示されている。即ち、その明細書によれば、２４本の
強吸収材ロッドのうち１２本が、炉心の作動を改善する
ために、１２本のステンレス鋼ロッドに置換される。こ
のクレーロッドの設計における問題点は、同一のクラス
タにおいて強吸収材ロッドと弱吸収材（低価値）ロッド
とを組み合わせたものでは均等な吸収ができず、出力ビ
ーキングペナルティを生ずる可能性がある点にある。

更に、低価値クレーロッドの使用は、−の原子炉につい
ての冷却材処理の必要性を、１日に数千ガロンから比較
的少量まで減することができることが知られている。こ
れに関連される重要な目標は、ゼロホウ素変化負荷追従
（以下、Ｚｅｒｏ　ＢｏｒｏｎＣｈａｎｇｅ　Ｌｏａｄ
　Ｆｏｌｌｏｕ＋の頭文字をとりｒＺＢｃＬＦＪという
）モードとして知られている状態で運転することであり
、このモードは負荷追従運転中に可溶性ホウ素調節を必
要としない。しかしながら、従来の低価値クレーロッド
は、その累積的価値が不十分であるので、全ての出力状
態でＺＢＣＬＦを得ることはできない。

クレーロッドの径がやや大きい場合、例えば外径が約２
０．３〜２５．４ｍｍ（０，８〜１．０ｉｎ、）である
場合に限られるが、クレーロッドの相対的な価値を高め
るための変形例としては、環状のペレットにおける中央
の穴の寸法を変えるという手段が考えられる。即ち、穴
の寸法を減じることにより、吸収材の体積率を増加させ
、従って、反応度価値を高めることができる。その結果
として、典型的な構造のクレーロッドの数は、反応度価
値の増加により、通常の必要数から実際に減じることが
できる。

クレーロッドの数を減することは、２つの理由から望ま
しい。その第１は、炉内上部構造と、原子炉容器蓋ない
し一体型蓋組立体の機械的構造を単純化することができ
る。第２は、組立体、ドライブライン機構、配線等の一
部を除去できるので、資本費、及び多数の棒の使用に伴
う費用を大幅に減じることができる。

しかしながら、前記変形例は全ての燃料集合体には適用
できない。例えば、標準的な１７ｘ１７型原子炉には応
用できない。この型式の原子炉に用いられる制御棒ない
しクレーロッドの外径が小さすぎる（約９．６８ｍｍ（
０，３８１ｉｎ、））からである。実際、約１００％の
体積率のステンレス鋼又はインコネルの場合（即ち、外
径的９．６８ｍｍ（０，３８１ｉｎ、）、内径的８．７
４ｍｍ（０，３４４ｉｎ、）の被覆管内に約８．６６ｍ
ｍ（０，３４１ｉｎ、）のペレットが入っている場合）
であっても、特定の用途における個々のクレーロッドの
反応度価値は、恐ら＜ＺＢＣＬＦを達成するためには不
十分であり、同一構造（ステンレス鋼又はインコネル）
の別のクレーロッドが恐らく必要とされるであろう。

しかし、更にクレーロッドを付加することは、原子炉容
器内部構造、蓋部分、一体型型組立体等の機械的な複雑
性を高め、資本費を相当に増大させる。

クレーロッドの価値を高めることによりＺＢＣＬＦを得
るという理論的要求があるにも拘わらず、設計者は、ク
レーロッドについての所望の剛性基準を維持できなけれ
ばならず、また、クレーロッドの重量が増加してドライ
ブライン機構の必要性が増すのを防止しなければならな
い。

従って、反応度価値を高めるために単に被覆管の肉厚を
大幅に増加させることは、剛性を不当に増加させるばか
りでなく、製造を困難とし費用もかかるものとする。

更に、比較的に弱い中性子吸収材から戒る中実のクレー
ロッドを使用することは、前述した厚肉の管よりも費用
はかからないが、剛性基準を大幅１− に逸脱することとなる。中実のクレーロッドはまた、そ
の外径が減じられなければ、重量の基準も損なうことと
なる。更にまた、小さなクレーロッドを用いることは、
炉心のシンプル及び上部案内構造が一定の外径のクレー
ロッドないし制御棒を受は入れるように設計されている
ことから、このシンプル及び上部案内構造において振動
や摩耗の問題を生ずる。以上から、ＺＢＣＬＦを得るた
めに必要な価値を有し、１７Ｘ１７型燃料集合体に適用
でき、経済的に製造され、且つ他の原子炉の構造物や作
動を複雑化することなく組み込むことができるクレーロ
ッドの構造が必要とされている。

発」七Ｑ１ま１ 従って、本発明の目的は、組立、保守、燃料及び運転の
費用を減する原子炉用の反応度制御手段を提供すること
にある。

本発明の他の目的は、比較的に高価値の従来の制御棒と
、比較的に低価値の従来のクレーロッドとの中間の価値
を有するクレーロッドの構造を提供することにある。

１を 本発明の別の目的は、負荷追従運転中に周期的にホウ素
を変化させる必要性を無くすクレーロッドの構造を提供
することにある。

また、本発明の更に別の目的は、反応度を制御するため
のクレーロッドる構造を提供することにある。

更に、本発明の別の目的は、原子炉運転中に過剰中性子
を吸収するために用いられるクレーロッドの数を減らす
ことのできるクレーロッド構造を提供することにある。

本発明の他の目的は、クレーロッドに対して現在認めら
れている剛性及び重量のパラメータに違背することのな
いクレーロッド構造を提供することにある。

最後に、本発明の目的は、過剰中性子を極めて効果的に
吸収するよう反応度価値を選択することができるハイブ
リッド型クレーロッドを提供することにある。

本発明の上記及び他の目的を達成すべく、色々な所望の
反応度価値を得るために比較的に強い中性子吸収材と比
較的に弱い中性子吸収材との種々の幾何学的組合せが用
いられた幾つかのハイブリッド型クレーロッドの構造を
提供する。本発明の第１の実施態様は、所望の価値を得
るよう選択された、ステンレス鋼又はインコネルのよう
な弱吸収材ペレットと、ハフニウムのような強吸収材ペ
レッｌ〜との組合せを有するクレーロッドを含んでいる
。ペレットは高さを変えても良く、また、第１の肉厚の
ステンレス鋼被覆管内に収納される。

第２の実施態様は、比較的厚い第２の肉厚のステンレス
鋼又はインコネルの被覆管内に収納された比較的小径の
ハフニウム又は強吸収材のペレットを有するクレーロッ
ドを含んでいる。第３の実施例は、ステンレス鋼又はイ
ンコネルの環状ペレットであって、それぞれの中央の穴
内に小径のハフニウム又は他の強吸収材のペレットが収
容されているもの、或は、中央の穴に連続的なハフニウ
ム又は他の強吸収材のワイヤが配置されたものを含んで
いる。この場合も、被覆管は第１の肉厚を有し、ステン
レス鋼又はインコネルがら戒る。第４５ の実施態様は、ジルコニウムとハフニウムを均質に混合
して作られたペレットを含み、所望の反応度価値を得る
ためにハフニウムの割合が調節されている。この場合も
、被覆管は第１の肉厚を有し、ステンレス鋼又はインコ
ネルから成る。本発明の利点は、運転時の柔軟性を高め
、所定の用途においてＺＢＣＬＦを達成するために必要
とされるクレーロッドの数を減らすことができる点にあ
る。

本発明の他の特徴や利点は、添付図面に沿っての以下の
詳細な説明から明らかとなろう。また、図中、同一参照
符号は同−又は相当部分を示すものである。

な　　　の−　な 以下、本発明による好適な実施例について、図面を参照
して説明する。以下の説明において、寸法がいくつか示
されているが、それらは当業者が本発明を実施するため
の単なる例示に過ぎないことは理解されたい。また、記
載された寸法は本発明を制限するものでもない。

第１図を参照すると、１７Ｘ１７型のＰＷＲ，用燃料集
合体の立面図が示されており、この図において、燃料集
合体は垂直方向に短縮した形で表され、総括的に符号１
０で示されている。前述したように、本発明は、約１０
．２ｍｍ　（０，４ｉｎ、　）の外径の燃料棒がら成る
１７ｘ　１７型燃料集合体１０に特に適している。

しかし、本発明は１７ｘ１７型燃料集合体以外のものに
も適用可能であるが、大きな径（即ち、約２０．３〜２
５．４ｍｍ（０，８〜１０ｉｎ、）の径）の制御棒ない
しクレーロッドを使用する構造に対しては殆ど利点がな
い（或は、必要とされない）。

燃料集合体１０は、基本的に、原子炉（図示しない）の
炉心領域における下部炉心板（図示しない゛）上に燃料
集合体１０を支持するための下部ノズル１２と、下部ノ
ズル１２から上方に突出して縦方向に延びる多数の案内
シンプル１４と、案内シンプル１４に沿って互いに軸方
向に離隔された複数の横向きの支持格子１６と、この支
持格子１６により支持され横方向に互いに隔てられた細
長い燃料ｗ、１日の組織化された配列と、燃料集合体１
０の中心に配置された計装管２０と、案内シンプル１４
の上端に取り付けられた上部ノズル２２とを備えており
、その構成部品を損傷させることなく普通に取り扱うこ
とのできる一体的な集合体を形成している。

上部ノズル２２は横方向に延びるアダプタ板２４を含み
、このアダプタ板２４は、その周縁部に固定された直立
の側壁２６（第■図おいて、正面の側壁の一部は切り欠
かれている）を有し、包囲体又はハウジングを画成して
いる。また、周フランジ２８が側壁２６の上部に固定さ
れている。

第１図及び第２図に示すように、上部ノズル２２の周フ
ランジ２８により画成された開口内にはスパイダ組立体
３０が配置され、このスパイダ組立体３０は、燃料集合
体１０の案内シンプル１４に挿入されるクレーロッド３
４の上端に接続され放射方向に延びるフルーグ３２を有
している。スパイダ組立体３０は、クレーロッド３４を
案内シンプル１４に対して出し入れするために、周知の
態様で作動される制御・駆動機構（図示しない）に接続
されている。

第２図に明示するように、各クレーロッド３４は、細長
い金属管、即ち被覆管３６を備えている。好ましくは、
被覆管３６はステンレス鋼又はインコネル製であり、は
ぼ一定の外径を有している。また、クレーロッド３４は
、被覆管３６の両端を密閉するための上部及び下部端栓
３８．４０の形態の手段を有している。上部端栓３８は
、上方に延び一体的に形成された軸部分３９を備え、該
軸部分は、スパイダ組立体３０の放射方向フルーグ３２
の外側端部４１に連結するためのねし端部を有している
。下部端栓４０は円錐形である。

被覆管３６内には積重体、即ち密に詰め込まれた複数の
ペレット５０（その特有の配列及び特徴については以下
で簡単に述べる）が摺動可能に配置され、下部端栓４０
上に載置されている。ペレット５０は被覆管３６内の一
部のみを占め、上部のペレット５０と上部端栓３８との
間には空間ないし軸方向間隙が残り、使用中に発生する
ガスを受は入れるためのプレナム室４２を画成している
。コイルばね４４がこのプレナム室４２内に配置され、
上部端栓３８と上部ペレット５０との間に圧縮状態で保
持されており、クレーロッド３４の使用中、複数のペレ
ット５０を密に詰め込んだ形で維持できるようにしてい
る。

案内シンプル１４の内径は、考え得る最大の径のクレー
ロッド３４を挿入できるように、燃料集合体ＩＯの正方
配列により許容される最大の値に選ばれるのが一般的で
ある。クレーロッド３４の吸収力は、特に熱中性子枦に
おいてペレット５０の表面面積に極めて大きく依存する
ので、クレーロッド３４内の複数のペレット５０の径を
最大とするのが望ましい。

かかる理由から、そして熱を伝える目的で、通常、ペレ
ット５０と被覆管３６との間、及びクレーロッド３４と
案内シンプル１４との間には狭い隙間がある。

このペレット５０と被覆管３６との間の隙間は、ペレッ
ト５０が炉心で放射線照射を受けた場合に生ずるスエリ
ングを許容するために、十分な大きさを有しなければな
らない。

スエリングを受けたペレット５０は、被覆管３６の内壁
面を強く押し付けないことが非常に重要である。被覆管
が大きく変形した場合、クレーロッド３４が案内シンプ
ル１４内で詰まるがらである。しがし、隙間が大きすぎ
ると、クレーロッド３４の往復動の結果としてペレット
５０から生じた破片がクレーロッド３４の下端部の隙間
に蓄積し、下部端栓４０の近傍のペレット５０がスエリ
ングを生じた場合に、急激に被覆管３６を変形すること
となろう。

本願発明者は、各クレーロッドの相対的価値を、従来の
クレーロッドの価値と制御棒の価値のほぼ中間のレベル
に高めることにより、ゼロホウ素変化負荷追従（ＺＢＣ
ＬＦ）が得られることを見いだした。しかし、この目標
を達成するためには、下記の幾つかの基準が、効果的な
クレーロッド構造を形成するために満足されなければな
らなかった。

（ａ）クレーロッドの価値は、ＺＢＣＬＦを得るために
、従来のクレーロッドよりも約４０〜６０％高いこと。

（ｂ）クレーロッドの剛性は、従来のクレーロッドとほ
ぼ同等であること。

（Ｃ）クレーロッドクラスタの重量は従来のクラスタ以
下であること。

剛性についての条件は、他の抗力を防止するための要請
に基づく。この抗力は、前述したように、ステッピング
作動に弊害を享え、クレーロッドクラスタの摩耗特性に
悪影響を与える恐れがある。

また、重量の制限は、クレーロッドクラスタの挿入・引
抜き中におけるステッピング力を制限する要請に基づい
ている。

本発明は、ＺＢＣＬＦに対して必要な反応度価値を得る
ために、ハイブリッド型クレーロッドを用いている。こ
れらのクレーロッドは、ハフニウムのような強い吸収材
と、ステンレス鋼、インコネル又はジルコニウムのよう
な弱い吸収材とを、所望の反応度価値を得るための比率
で組み合わせたものを含んでいる。強吸収材の価値は、
例えばステンレス鋼、インコネル又はジルコニウムより
も相当に大きいので、クレーロッドの全体的な反応度価
値を所望のレベルまでに高めるのに必要とされるハフニ
ウムや他の強吸収材の体積率は比較的に小さい。

第３図〜第６図は、従来一般の１７Ｘ１７型燃料集合体
における現在の約９．６８ｍｍ　（０，３８１ｉｎ、）
の外径の被覆管内の強吸収材の体積的含有量を変えるた
めの種々の手段を示している。反応度価値の必要条件に
基づき、従来の分析方法に従って必要とされるハフニウ
ム又は他の強吸収材の体積率を決定することができる。

そして、第３図〜第６図の形態の一つが経済面且つ製造
面を考慮して選択される。

第３図は、本発明に従ったブレ、−ロッド３４の第１の
実施例を示している。この実施例において、被覆管３６
は、例えば内径約８．７４ｍｍ（０，３４４ｉｎ、）、
外径約９．６８ｍｍ（０，３８１ｉｎ、）のステンレス
鋼又はインコネル製の管である。複数のペレット５０は
、弱い吸収材（例えばステンレス鋼又はインコネル）の
中実ベレット５２から成る第１群（第■の被覆管装填物
）を含み、各ペレッ１−５２は、２つの強い吸収材（例
えばハフニウム）の中実ペレット５４の間に挟まれてい
る。ハフニウムや他の強い吸収材のペレット５４は、所
望の価値を得るために、ステンレス鋼又はインコネルの
ペレット５２よりも高さを短くすることができる。或は
また、吸収材の体積率を調節３ するために、この実施例において中空ないしは環状のペ
レットを用いても良い。複数のペレット５０の外周面及
び被覆管３６の内周面との間にはスペース５６が長手方
向に設けられている。

第４図は、外径約９．６８ｍｍ　（０，３８１ｉｎ、）
　、内径約６．６０ｍｍ（０，２６ｉｎ、　）の比較的
厚肉のステンレス鋼製被覆管３６を有する第２の実施例
を示している。この被覆管３６の内径は、固定した値と
する必要はなく、約６．６（１−７，６２ｍｍ（０，２
６〜０．３０ｉｎ、）　（１）間で変更可能である。複
数のペレット５０は、比較的に小さな（約６．３５ｍｍ
（０，２５ｉｎ、）　）の好ましくは中実のハフニウム
又は他の強い吸収材のペレット６ｏを含む。

また、ペレット５０の積重体と被覆管３６の内周面との
間には長手方向スペース６２がある。

第５図は第３の実施例を示しており、この実施例におい
て、複数のペレット５ｏは一群のステンレス鋼又はイン
コネル製のペレッ）−７０を含んでいる。

各ペレット７０は、被覆管３６の内側に配置された環状
若しくは中空のペレットである。各ペレット７゜は、そ
の中央の穴の中に、比較的に小径の強い吸収材（例えば
ハフニウム）のペレット７２を受は入れている。或はま
た、ペレット７２の積重体の穴に、ハフニウム又は他の
強い吸収材から成る連続的なワイヤが装填されても良い
。第１の実施例と同様に、被覆管３６は外径約９．６８
ｎ＋＋ｏ（０，３８１ｉｎ、）、内径約８．７４ｍｍ（
０，３４４ｉｎ、）であり、被覆管３６と複数のペレッ
ト５０との間にはスペース７４がある。

第６図は第４の実施例であり、複数のペレット５０は、
ジルコニウムのような弱い吸収材と、ハフニウムのよう
な強い吸収材との均質な合金から作られた一群のペレッ
ト８０を含んでいる。母材金属はジルコニウム（又はジ
ルカロイ）であり、その中に少量のハフニウムが混合さ
れる。ハフニウムは、実際には、自然に発生するジルコ
ニウムの微量元素であり、真空溶融法でジルコニウムと
容易に結合できる。

ジルコニウム及びハフニウムのような材料は、空気にさ
らされた場合、高温酸化を受は易い。真空溶融法におい
ては、材料の加熱の前に全ての空気が溶融室から排出さ
れ、これにより酸化が防止される。この方法は材料加工
分骨にわいて周知であり、広く適用されている。

ハフニウムの割合はクレーロッド３４の所望の反応度価
値を得るために調節される。原子力関係の設計者は、所
定の反応度価値を得るために必要とされるハフニウムの
所望の質量割合を特定し、所望の含有量のハフニウムを
有するジルコニウム又はジルカロイの小さなインゴット
を用意する。そして、このインゴットが適当な径の棒状
体に形成され、次いで適当な長さのペレット８０に切断
され、中心を決めずに研磨される。即ち、棒状体は浮動
ヘッドを有するグラインダに挿通され、極めて小さな誤
差の更に小径の棒状体が、最初の棒状体の真の中心を確
認する必要なしに製造される。

次いで、ペレット８ｏはステンレス鋼の被覆管３６内に
挿入される。前述した第３図の実施例の場合と同様に、
中空ないしは環状のペレット８ｏを用いることもできる
。また、複数のペレット５ｏと被覆管３６との間にはス
ペース８２がある。

原子力関係の設計者により用いられる手法は、前記の機
械的手段又は合金的手段の丈比例のいずれが適用された
としても、同しである。より詳細に述べるならば、使用
される所望の負荷追従計画及び特定の用途に応じ、設計
者は必要とされるクレーロッドの数と、各グレーロフト
の反応度価値の必要条件とを決定する。そして、先に定
めた反応度価値が、各クレーロッドクラスタ組立体（１
７Ｘ１７型燃料集合体においては２４本のクレーロッド
）に必要とされる強中性子吸収材の相対的な量を決定す
るために利用される。

次いで、クレーロッドを機械的手段の実施例により設計
する設計者は、強吸収材の所望の体積率を導き出す構成
要素の寸法を決定する。例えば、第３図に示す実施例が
用いられた場合、設計者は被覆管の肉厚と、ペレットの
高さを決定する。或は、第６図に示す合金的手段の実施
例が用いられた場合、設計者は、所望の価値を得るため
にジルコニウムに添加されるハフニウムの体積率を決定
する。

より詳細には、１７Ｘ　Ｈ型燃料集合体におけるクレー
ロッドクラスタ（２４木のクレーロッド）の全体積は約
６４５６ｃ＋ｎ３（即ち、２４Ｘ　ｙｒ　Ｘ　０．３８
１２Ｘ　１４４／４３９４ｉｎ、’）である。原子力関
係設計者が所望のクレーロッド価値を得るために約１６
３９ｃｍ３（１００ｉｎ、’）の強吸収材を必要とした
場合、設計者は、約４８１８ｃｍ３（２９４ｉｎ、３）
のステンレス鋼と、約１６３９ｃｍ３（１００ｉｎ、’
）のハフニウム、銀　インジウム・カドミウム、炭化ホ
ウ素又は他の強吸収材とを含む最適な形状を求めること
となる。

前述したように、本発明によれば、各クレーロッド３４
は、ハフニウム等の強い吸収材と、ステンレス鋼やジル
コニウム等の弱い吸収材との特定の組合せを選択するこ
とにより、特定の価値を有することが可能となる。従っ
て、クレーロッドのクラスタは、同一の価値又は昇なる
価値のクレーロッドを含めることができ、それにより特
定の価値のクラスタを提供することができる。

クレーロッドの数が少ない場合であっても、個々のクレ
ーロッドの価値を約４０〜６０％程度高めればＺＢＣＬ
Ｆの可能性を得るためには十分である７ ことが、研究により認められている。クレーロッドクラ
スタを従来の２８体から２０体としても、所望の負荷追
従特性を得るためには十分であることも明らかである。

８体の制御棒クラスタ及び関連の装置の除去によって、
相当な費用の低減を図ることができる。

この費用には、クレーロッドクラスタ、駆動棒、棒状体
グラインダ、ヘッドの溶接及び制御棒駆動機構の費用が
含まれている。

更に、本明細書で述べたＺＢＣＬＦを達成するための出
力分布制御計画における改良は、負荷追従の振舞いに全
く悪影響を与えない。最後に、これらの利点は、クレー
ロッドに対して現在適用されている剛性及び重量パラメ
ータを越えることなく、得られるものである。

以上は、本発明の原理を例示としてのみ考慮したもので
ある。更に、多数の変形や変更が当業者により容易にな
され得るので、前述の構成及び作用に本発明を厳格に制
限することは望ましくない。

従って、適当な変形及び均等物の全ては、本発明ｂ の範囲、即ち特許請求の範囲に記載の範囲内にあるもの
として取り扱われるべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、一般的な１７ｘ１７型核燃料集合体を、明瞭
化のために一部を切り欠いて垂直方向に短縮した形で示
す部分断面立面図であり、当該燃料集合体の案内シンプ
ルに挿入される複数の本発明によるクレーロッドを支持
し且つ当該燃料集合体の上部に配置されたスパイダ組立
体を示す図、第２図は、第１図に示す燃料集合体から取
り外されたスパイダ組立体とそこに取り付けられたクレ
ーロッドを示す立面図、第３図は、本発明の第１の実施
例によるクレーロッドを部分的に示す断面図、第４図は
、本発明の第２の実施例によるクレーロッドを部分的に
示す断面図、第５図は、本発明の第３の実施例によるク
レーロッドを部分的に示す断面図、第６図は、本発明の
第４の実施例によるクレーロッドを部分的に示す断面図
である。図中、１０・・・燃料集合体　　　１４・・・
案内シンプル３０・・・スパイダ組立体　３４・・・ク
レーロッド３６・被覆管　　　　　５０・・・ペレッ５
２，７０・・・弱い吸収材のペレット５４．６０．７２
・・・強い吸収材のペレット５６．６２，７４．８２・
・・スペース８０・・・ペレット １ 特開平３ ４６５９３　（１０） ＦＩＧ。 ５ ＦＩＧ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）原子炉の燃料集合体の反応度を制御する場合に用
   いられるクレーロッドであって （ａ）ステンレス鋼、ジルコニウム又はインコネルを含
   む弱い中性子吸収材群から選ばれた管状の被覆管と、 （ｂ）強い中性子吸収材を含む第１の被覆管装填物と、 を備えているクレーロッド。
2. （２）ゼロホウ素変化負荷追従モードで原子炉の燃料集
   合体の反応度を制御する場合に用いられるクレーロッド
   を製造する方法であって、 （ａ）ゼロホウ素変化負荷追従モードを達成するために
   、各クレーロッドの数と反応度価値を決定する段階と、 （ｂ）各クレーロッドにおける必要な反応度価値を導き
   出すために、該クレーロッドにおいて必要とされる弱い
   中性子吸収材と強い中性子吸収材の相対的な体積率を決
   定する段階と、 （ｃ）決定された前記相対的な体積率に従ってクレーロ
   ッドを形成する段階と、 から成るクレーロッドの製造方法。