JPH04128691A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は原子炉に使用される制御棒に係り、特に、沸騰
水型原子炉（以下ＢＷＲとよぶ）に使用される制御棒反
応度価値の大きい制御棒に関する。

〔従来の技術〕

原子炉を一定の出力で運転したり、出力を加減する目的
で、炉心内に発生する中性子の量を調整するために制御
棒が使用される。

ＢＷＲでは、制御棒は、第１０図に示すように、十字形
に組合せたステンレス鋼製のＵ字形シースの中に中性子
吸収材である８４Ｃ粉末を充てんしたステンレス鋼管、
又はＨ１棒等を納めたものである。制御棒のブレード部
は、ＢａＣ粉末を充てんしたステンレス鋼管、又は、Ｈ
１棒等をＵ字形のステンレスシースで保持する構造とし
ている。

制御棒の中性子吸収効果、即ち制御棒反応度価値を増大
させるためには、中性子吸収材である充てんされるＢ４
Ｃ粉末、又はＨ５の量を増加させる必要がある。これら
の中性子吸収材を増加させる発明の公知例は、次の通り
である。

特開昭６１−７６９８３号公報は、第１１図に示すよう
に、十字形に組合せた板材の中に、中性子吸収材（Ｂ４
Ｃ粉末、Ｈｔ棒）を納めたものである。

ブレード部は、ステンレス鋼板に水平にあけた多数の吸
収材充てん孔に８４Ｃ粉末及びＦ（を棒を充てんした構
造となっている。この構造により、中性子吸収材を充て
んする管が不要となるため、その分、中性子吸収材の量
の増加を図ることができる。

特開昭６０−１７０７９０号公報は、第１２図に示すよ
うに十字形に組合せたＵ字形シースの中に８４Ｇ粉末を
充てんした管を納めた構造の制御棒において、８４Ｃ粉
末を充てんした管の材質をＨｚ　としたものである。こ
れにより、ＨｚはＳＵＳよりも中性子吸収能力が大きい
ため、中性子吸収材の量が増加したことになる。

また、ＧＥ社は、第１３図に示すようにＢ４Ｃ粉末を充
てんした管を取り除き中性子吸収材である８４Ｃ粉末の
充てん量を増加させるために、構造材としてシース部と
８４Ｇ　粉末の充てん管を兼ねた格子形状の充てんステ
ンレス鋼管（スクエア・チューブと呼ぶ）を長平方向に
相互に溶接した構造とする発明を行っている（米国特許
、Ｆｉｌｅｄ阿ａｒ、　　３０．　１９８７．　　Ｓｅ
ｖ、＆３１．　６３３）　　＊〔発明が解決しようとす
る課題〕 上記従来技術の問題点は次の通りである。

板材に吸収材充てん孔を開ける場合（特開昭６１−７６
９８３号公報）、製作上、精度良く開けられる深さはｌ
０Ｑ１程度であり、このため充てん孔は水平方向に開け
ざるを得ない、また、充てん孔は円形断面に限られるた
め、吸収材の充てん量を現状より多くすることはできな
い。さらに、制御棒価値を高めるために板材をＨｆ材に
することは重量が重くなり過ぎるという問題がある。

ＢａＣ粉末を充てんした管の材質をＨｔとした場合（特
開昭６０−１７０７９０号公報）、主要な中性子吸収材
であるＢａＣ粉末の充てん量を多くすることができない
ため、制御棒価値の向上は充分大きなものではない。

格子形状の充てん管を用いた場合（ＧＥ社；スクエア・
チューブ）、格子形状の充てん管を相互に溶接している
ため、溶接線の数及び長さが非常に大きい、また、充て
ん孔は円形断面に限られるため、吸収材の充てん量を現
状より多くすることはできない。

本発明の目的は、中性子吸収材の充てん量を増加させる
ことにより制御棒反応度価値を増大することであり、さ
らに構造材自体も中性子吸収材であるＨｚを用いること
により反応度価値の高い制御棒を提供することにある。

高価値制御棒は、原子炉における燃料経済性及び安全性
の向上に寄与する。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、構造材として等しいか又は
異なる厚さの２枚の板材を用い、板材に所要の溝を設は
二枚の構造材である板材を接合することにより構成した
ものである。これにより充てん孔に充てんされる中性子
吸収材（Ｂ４Ｃ粉末又は８４Ｃペレット）の量を増加さ
せることができる。

また、　ｆｆ１１１御棒反応度価値をさらに増大させる
ためには、構造材である板材にＨ５を用いたものである
。この場合、構造材の重量が重くなるが、断面形状に自
由度があるため充てん孔を大きく設けることにより構造
材の重量を軽減できる。

さらに、本発明の問題点は、８４Ｃが中性子を吸収した
際に発生ずるヘリウム（Ｉ（ｅ　）ガスにより構造材で
ある板材が外側方向へ歪む可能性があるが、これを防止
するため、二枚の板材を相互に噛み合うはめ合い部を用
いることにより接合した。

〔作用〕

高価値制御棒は、次のような原理により原子炉における
燃料経済性及び安全性の向上に寄与する。

炉心燃料の高燃焼度化に伴い、炉心特性は１次の影響を
受ける。

（１）炉心濃縮度聖人に伴うガドリニア濃度聖人による
反応度損失 （２）ボイドｆＩ敷増犬及び制御棒価値減少に伴う炉停
止余裕減少 このための対策として、従来、主として、ウォータロッ
ドの設計変更等燃料体における水対燃料比（Ｈ／Ｆ比）
を増加させることで対応してきた。

また、プルサーマル炉心においても、炉停止余裕が減少
するため、同様の対策が必要となる。しかし、ｉ（／Ｆ
比を増加することは、燃料インベントリの減少による省
ウラン効果の低下、或はプルサーマル時Ｐｕインベント
リの減少によるＰ　ＩＪ利用率の低下につながる。これ
に対して、制御棒価値を増大させる対策をとることは、
燃料設計への負荷が低減すると共に。燃料設計の改良と
相まってより一層の経済性向上、安全性向上が図れる。

次に、制御棒反応度の高価値化の原理を示す。

制御棒反応度価値は、第一義的には、中性子吸収材のイ
ンベントリにより決定される。即ち、制御棒反応度価値
を高めるためには、中性子吸収材のインベントリを増や
せば良い。

制御棒の同一ブレード厚さに対する制御棒反応度価値と
Ｂ４Ｃ粉末を充てんした充てん孔体積比の関係例を第５
図に示す。第５図では、板材がＳ　Ｕ　Ｓの場合とＨｔ
の場合について示している。

また、第５図には、制御棒の板材と充てんした８４Ｃ粉
末の重Ｊｉ（以下で有効部重量とよぶ）の総和と充てん
孔体積比の関係も示しである。

第１４図より分る本発明で用いた技術的手段の働きにつ
いて以下に示す。

（１））３４Ｃ体積比が大きい程、制御棒価値が高くな
るため、Ｂ４Ｃ体積比はできるだけ大きくする。

第１４図中のＡ、Ｂ、Ｃはそれぞれ公知例■。

＠、Ｑ’ｌの設計点を示している。即ち、設計点Ａ。

Ｃは、ＢａＣ体積比の制約により制御棒価値が制限され
ている。また、設言１点Ｂは、シースと充てん管がある
ため８４Ｃ体積比がより制約を受けると共に充てん管の
みをＨｚ　とすることにより制御棒価値を向」〕させて
いる。

（２）構造材である板材にＨｔ　を用いることにより制
御棒価値を１０％程度向−■−できる。

（３）制御棒の重量は、制御棒駆動機構の能力によって
制約を受け、有効部重量は７０ｋｇ〜８０ｋｇ程度に制
限される。従って、板材にＨｔ　を用いた場合には、８
４Ｃ体積比を６０〜７０％程度に大きく確保することが
必要となる。このため、充てん孔の断面形状を矩形形状
とすることが有効となる。充てん孔の断面形状を円形以
外のものとすることは、二枚の板材登用いて充てん孔と
する溝を設けることにより達成される。

〔実施例〕

本発明の一実施例を第１図及び第２Ｉ６により説明する
。第］同は１本発明における制御棒ブレード部の製作法
を示したものであり、又、第２図は本発明における制御
棒の構造を示したものである。

第１図を用いて、本発明における制御棒ブレード部の製
作法を説明する。

第１図中、制御棒ブレード部は、中性子吸収体を充てん
する充てん孔と構造材である板材から構成される。制御
棒ブレード部の巾の長さは、燃料集合体の大きさに依存
するが、燃料集合体のピッチが約１５ａｍの場合には、
約１０１である。また７制御棒ブレ一ド部の厚さは、燃
料集合体間のギヤツブ巾に依存し、燃料集合体のピッチ
が約１−５１の場合には、約６．６〜８．３ｍｍである
。本発明の製作法では、ブレード部の厚さの１／２の厚
さの板材二枚を用いる。この場合、板材の長手方向の長
さは、ブレード部有効長にとることができる。

板材には、２枚を第２図に示すように接合することによ
って充てん孔が形成されるように溝を削るか、又は、予
め板材製作時に成形する。二枚の板材を第２図に示すよ
うに接合し、充てん孔を形成する。接合された板材は、
周縁部を溶接する。充てん孔には、中性子吸収材である
８４Ｇ粉末又はＢａＣ，ペレットを充てんし、端栓によ
り封入する。

第３図を用いて１本発明における制御棒の構造を説明す
る。

第３図の例では、ブレード厚を約７圃とじ（板材の厚さ
は約３．５ｍ）、直径約５ｍの充てん孔が各ブレード当
り１８個設けられている。このときのＢ４Ｃ体積比は約
５０％である。従来型制御棒に比し板材の材質としてＳ
ＵＳを用いた場合には、制御棒価値の向上効果は約１０
％であるが。

板材の材質としてＨｔ　を用いた場合には、制御棒価値
の向上効果は約２０％まで高まる。

第４図の例は、第１図の制御棒ブレード部の製作法にお
いて、板材間のはめ合い部を設けたものである。

本発明の次の実施例を第５図により説明する。

制御棒価値を第一の実施例より向上させる場合には、ブ
レード厚をさらに厚くすると共に充てん孔の直径もさら
に広げ、ＢａＣ体積比も約６０％以上とすることが必要
となる。このためには、充てん孔の断面形状が円形であ
るよりも矩形である方が有利である。第５図の例は充て
ん孔の断面形状に正方形を用いており、ブレード厚を約
８ＩＩＩ１１としく板材の厚さは約４ａｓ＋）、−違約
６ｍの充てん孔が各ブレード門り十六個設けられている
。

他の断面形状として長円形状を用いた例を第６図（円形
二本分の長円）及び第７図（円形三本分の長円）に示す
。

また、第８図の例は、第５図の制御棒ブレード部の製作
法において、異なる厚さの板材釦用いたものである。

本発明の第三の実施例を第９図により説明する。

中性子吸収材を充てんする充てん孔が水平方向となるよ
うに溝を板材に設け、二枚の板材を接合している。

〔発明の効果〕

本発明によれば、制御棒の反応度価値を増大させること
ができるので、燃料の経済性向上、安全性向上の効果が
ある０本実施例によれば、制御棒価値は、従来制御棒に
比し、２０％〜３０％程度増大する。これは公知例によ
る改善効果の二、二倍である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の制御棒ブレード部の製作
の説明図、第２図は１本発明の制御棒の斜視図（ａ）お
よび断面図（ｂ）、第３図は、本発明の制御棒ブレード
部の説明図、第４図は、本発明のはめ合い部を設けた制
御棒ブレード部の製作の説明図、第５図は１本発明の正
方形充てん孔の制御棒ブレード部の説明図、第６図は、
本発明の長円形（円形二本分）充てん孔の制御棒ブレー
ド部の説明図、第７図は１本発明の長円形（円形三本分
）充てん孔の制御棒ブレード部の説明図、第８図は、本
発明の異なる厚さの板材を用いた場合の制御棒ブレード
部の製作法の説明図、第９図は１本発明の充てん孔が水
平の場合の制御棒の斜視図、第１０図は、従来型制御棒
の斜視図（ａ）および断面図（ｂ）、第１１図ないし第
１３図は従来の異なる制御棒の説明図、第１４図は、充
てん孔体積比と制御棒反応度価値、有効部重量の関係を
示す特性図である。 １・・・Ｂ４Ｃ粉末、２・・・ステンレス鋼管、３・・
・シース、４・・・Ｈ，金属、５・・・ステンレス鋼板
、６・・・Ｈ５率 口 率３図 荊 λ 図 （ａ−２ 第牛図 尾６０ も８図 （（Ｌ） （／！ｈ、） 第 図 （α）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、中性子吸収物質を充てん孔に充てんした多数の充て
   ん孔を設けた構造材よりなる原子炉制御棒において、 構造材が等しいか又は異なる厚さの二枚の板材よりなり
   、板材に溝を設け、二枚の構造材である板材を接合する
   ことにより構成したことを特徴とする原子炉制御棒。 ２、請求範囲１に記載の原子炉制御棒において、充てん
   孔に充てんする中性子吸収物質としてボロンカーバイド
   （Ｂ＿４Ｃ）粉末を用いた原子炉制御棒。 ３、請求範囲１に記載の原子炉制御棒において、充てん
   孔に充てんする中性子吸収物質としてボロンカーバイド
   ペレットを用いた原子炉制御棒。 ４、請求範囲１に記載の原子炉制御棒において、構造材
   、板材としてハフニウムを用いた原子炉制御棒。 ５、請求範囲１に記載の原子炉制御棒において、構造材
   の板材としてステンレス鋼を用いた原子炉制御棒。 ６、請求範囲１に記載の原子炉制御棒において、二枚の
   構造材である板材を、相互に噛み合うはめ合い部を用い
   ることにより接合した原子炉制御棒。 ７、請求範囲１に記載の原子炉制御棒において、中性子
   吸収物質を充てんする充てん孔の断面形状を円型、正方
   型、矩型、長円型とした原子炉制御棒。 ８、請求範囲１に記載の原子炉制御棒において、充てん
   孔の溝を制御棒の長手方向に設けた原子炉制御棒。 ９、請求範囲１に記載の原子炉制御棒において、充てん
   孔の溝を制御棒の長手方向と垂直な方向に設けた原子炉
   制御棒。