JPH051432B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、原子炉の制御棒に関するものであ
る。

〔発明の背景〕

第１図は沸騰水型原子炉に一般に用いられてい
るいわゆる十字型制御棒（全体で符号１で示す）
の斜視図であつて、ボロンの同位元素B¹⁰を含む
ボロン炭化物B₄Cからなる中性子吸収材をステン
レス鋼製のチユーブに封入してなる多数のアブソ
ーバロツド２が十字型に配列され、その外側を冷
却水流入孔を有するステンレス鋼製のシース３が
覆つている。タイロツド４は十字型の翼を形成す
る４枚のシース３を中央で結合している。シース
３の上部にはハンドル５が取付けられ、これによ
り制御棒をその上部より把握して取扱うことがで
きる構造としてある。ハンドル５にはローラ６が
取り付けられていて、制御棒が炉心内を移動（炉
心への挿入および引抜）する時に制御棒の通路を
形成する燃料チヤンネル（第２図参照）の側壁と
の間の摩擦を減少させるようになつており、また
シース３の下部には制御棒の落下速度を規制する
ための落下リミツタ７がとりつけられている。該
落下リミツタ７の下部は制御棒の駆動系統へ結合
される。

第２図は、第１図に示した制御棒が炉心に挿入
される場合の燃料集合体との相互位置関係を示す
横断面図であつて、４体の燃料集合体８で形成さ
れる単位セルに対し一本の制御棒１が配置され
る。制御棒１は燃料集合体８の燃料チヤンネル側
壁間に形成された通路内に炉心下部から挿入され
る。なお、第２図の下半には、以上に説明した制
御棒が炉心内で中性子を吸収し原子炉の出力を制
御する場合の中性子束の分布の典型例を示してあ
る。すなわち、中性子束は、前記の単位セルの中
心部において低く、また該セルの外側部において
高くなる。また、通常、制御棒の先端部ほど中性
子照射量が多くなる。これらの当然の結果として
制御棒の中性子吸収量は十字型の翼の側方から上
方において多くなる傾向を有する。

ところで、制御棒の寿命は次の因子で決定され
る。すなわち、(1)中性子吸収材が中性子を吸収す
ることによつて核的に変質し、中性子吸収能力を
十分有しなくなること、(2)中性子吸収材および制
御棒構造部材が中性子を吸収することによつて材
料的に変質し、必要な強度、性能を保持できなく
なることである。

前記の制御棒においては、中性子吸収材のボロ
ンは、中性子を吸収すると中性子吸収能の無いリ
チウムとヘリウムに核変換する。また生成物であ
るヘリウムは気体としてアブソーバロツド２の内
圧を高め、あるいはB₄C内に滞留してこれを膨張
せしめるので、アブソーバロツド２の被覆材に機
械的荷重を加えるに至る。このような核的および
材料的な変化によつて前記従来の制御棒は寿命が
比較的短いという欠点がある。

他方、中性子吸収能力を失わずまたヘリウムを
発生しないハフニウムやカドミウムを用いた制御
棒も公知であるが、そのような公知の制御棒は一
般に重量が重いという欠点がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、機械的および核的に寿命が長
く、且つ従来の制御棒と同程度に軽量であり、し
たがつて従来の落下リミツタの仕様の変更も要し
ない原子炉制御棒を提供するにある。

〔発明の概要〕

本発明による原子炉制御棒は、中性子吸収材を
囲み十字型の翼を形成するシースを具えた原子炉
制御棒において、中性子吸収材は（ｎ，γ）反応
型の相重ねられた板状の中性子吸収材よりなり、
上記板状中性子吸収材は、上記シース内に収めら
れたとき該シース内面と該板状中性子吸収材との
間に、また該板状中性子吸収材の相互の間に、減
速材が入り込み得て該シース内で軸方向にも翼方
向にも流れ得る流路空間を確保する凹凸を有する
ことを特徴とするものである。これにより該シー
ス内で軸方向にも翼方向にも流れ得る減速材の存
在と相俟つてハフニウム等の板状中性子吸収材の
小なる体積率にもかかわらず十分な吸収能力を発
揮し、かつ制御棒全体の軽量化を図ることができ
る。

〔発明の実施例〕

本発明の制御棒の実施例を第３図に示す。この
図は十字形制御棒の一つの翼の横断面であり、３
はシース、４はタイロツドである。シース３の内
側には、デインプル状凹凸１０，１１付きのハフ
ニウム板９が二枚づつ相対面してシース３に沿つ
て配置されている。上記デインプル付きハフニウ
ム板９の平面図および断面図は第４図に示す通り
であつて、シース３の内面と中性子吸収シートで
あるこのハフニウム板９との間に、また重なり合
う二枚の中性子吸収ハフニウム板９，９の相互の
間に減速材（例えば水）が入り込み得て該シース
３内で軸方向にも翼方向にも流れ得る流路空間を
確保するデインプル状凹凸１０，１１が交互に形
成・配置されている。

ハフニウム板９には、前記の空間内に減速材を
流入させるための開口部１３が設けられている。
なお、ハフニウムは（ｎ，γ）反応型の中性子吸
収物質であつて、中性子を吸収してもヘリウムを
発生せず、また中性子吸収能力の低下も比較的緩
慢である。

本実施例においては従来の落下リミツタ７の現
行仕様を変更せずに中性子吸収材たるハフニウム
の量を決めてある。すなわち、制御棒の重量が増
加すると、制御棒落下速度が増し、制御棒の重量
がある一定量よりも大きくなると、制御棒落下速
度が現行仕様値以上になつて燃料の健全性に悪影
響を与えることになる。この理由によりハフニウ
ム重量には、上限値が設定される。また、制御棒
として必要な制御棒価値を得るために、ハフニウ
ム重量には下限値が設定される。すなわち、ハフ
ニウム重量は上記の下限値以上であり、かつ、上
限値以下であることが要求される。この概念を第
５図で説明する。

第５図の上側の図は、単一厚板のシート状ハフ
ニウムの重量と制御棒価値の関係を示しており、
現行仕様値を満たすにはハフニウム重量の下限は
ａKgと設定される。第５図の下側の図は、シース
３の板厚を変更しない場合のハフニウム重量と制
御棒落下速度との関係を示しており、現行仕様値
を満たすには、ハフニウム重量の上限はｂKgと設
定される。一例としてハフニウム重量の上限値が
35Kgの場合シース板厚を従来のものよりも0.7mm
薄くすると、シース重量の減少量は20Kgとなる。
制御棒落下速度は制御棒全体の重量によるため、
この場合、落下速度を従来通りとすれば、シース
重量の減少分だけハフニウム重量の上限値を引き
上げることができる。すなわち、この場合の上限
値は55Kgとなる。以上のことから、ハフニウムシ
ート９の板厚は0.75mm以上、1.5mm以下であるよ
うに作られる。

また本実施例では二枚のハフニウム板の間に減
速材が入り込み軸方向にも翼方向にも流れ得る流
路空間を確保して制御棒価値を上げるためにハフ
ニウム板に前記のデインプル状凹凸を設けている
が、しかしこの反面、デインプル部では減速材が
無いため制御棒価値が下がる。したがつてデイン
プルの面積には制約条件があり、上記の核的およ
び重量の制約条件から算出すると、制御棒の中性
子吸収部全面積のうちデインプル面積は約10％以
下であるように作る必要がある。

第３図に示す上述の実施例は第４図の如き或る
一定長さのデインプル状凹凸付ハフニウム板９を
横方向には数枚、軸方向には有効長分だけ並べた
構造であるが、第６図に示すように、デインプル
状凹凸付ハフニウム板９を横方向に一枚、軸方向
に有効長分だけ並らべた構造を持つ実施例も可能
である。

上記した実施例のように、ハフニウム板をある
一定の大きさに分けるのは、加工時において生ず
る変形や、中性子照射を受けた場合に生ずる変形
をできるだけ少なくするためである。

第７図の実施例は、第３図の変形例であつて、
翼端部側のハフニウムシートの板厚をタイロツド
部側のそれの板厚よりも厚くしたものである。本
実施例は、第２図下側の図に示したように翼端部
が翼中央部よりも中性子照射量が多いことを考慮
に入れたもので、同重量の単一の板厚のシートを
用いたもの、すなわち第３図の実施例の同重量の
ものに比べ、制御棒価値が増大する。換言する
と、同じ制御棒価値を得る場合、軽量化が図れ、
シース板厚の減少量も小さくて済むことより、シ
ースの強度上もよい方向に向かう。

第８図の実施例は、翼端部にハフニウム金属塊
１２を挿入し、シース３内の残部にハフニウムシ
ート９を装填した実施例で、第７図の実施例と同
様な効果がある。第８図には、金属塊１２の形状
として角棒を示したが、丸棒連接形や波板形等他
の形状のものでもよく、後者は表面積増加の点で
むしろ好ましい結果が得られる。

第９図には、ハフニウム重量と制御棒の寿命と
の関係を示す。制御棒の寿命はハフニウム重量に
ほぼ比例するが、本発明の実施例においては最小
必要ハフニウム重量を約30Kgに抑えた場合従来の
制御棒の約4/3倍の寿命を有し、長寿命であるこ
とが明らかである。

〔発明の効果〕

本発明の制御棒は、中性子を吸収しても中性子
吸収能力の低下が比較的緩慢な上ヘリウムも発生
しないハフニウム等の（ｎ，γ）反応型中性子吸
収材を用いるので寿命が長くなり、且つ中性子吸
収材が凹凸を有する板材であつて、この中性子吸
収板材がシース内に収められたとき該シース内面
と該板状中性子吸収材との間に、また該板状中性
子吸収材の相互の間に、減速材が入り込み得て該
シース内で軸方向にも翼方向にも流れ得る流路空
間が確保され、表面積が大きく且つ減速材と接し
その接触面積が大きいので、その量を少くしても
十分な制御能力が得られ、軽量化が可能となる。
そして制御棒の全重量をシースの薄板化より従来
のものと変わらないようにし得るから、落下リミ
ツター等の仕様変更を全く必要としない。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の制御棒の外観図、第２図は制御
棒の配置と中性子束分布を示す概略図、第３図は
本発明の制御棒の一実施例を示す部分断面図、第
４図は第３図の制御棒に用いられるデインプル付
ハフニウム板の平面図および断面図、第５図は本
発明の制御棒の重量増加と、制御棒落下速度及び
制御棒価値との関係を示す図、第６図は本発明の
他の実施例の部分立面図、第７図は本発明の更に
他の実施例の部分断面図、第８図は本発明の更に
他の実施例の部分断面図、第９図はハフニウム重
量と制御棒寿命の関係図である。 符号の説明 １…制御棒、２…アブソーバロツ
ド、３…シース、４…タイロツド、７…落下リミ
ツタ、８…燃料チヤンネル、９…ハフニウム板、
１０，１１…デインプル（凹凸）、１２…中性子
吸収材の塊、１３…開口部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 中性子吸収材を囲み十字型の翼を形成するシ
   ースを具えた原子炉制御棒において、中性子吸収
   材は（ｎ，γ）反応型の相重ねられた板状の中性
   子吸収材よりなり、上記板状中性子吸収材は、上
   記シース内に収められたとき該シース内面と該板
   状中性子吸収材との間に、また該板状中性子吸収
   材の相互の間に、減速材が入り込み得て該シース
   内で軸方向にも翼方向にも流れ得る流路空間を確
   保する凹凸を有することを特徴とする原子炉制御
   棒。 ２ 上記板状中性子吸収材は、ハフニウムもしく
   はカドミウムの板状材料からなる特許請求の範囲
   第１項に記載の原子炉制御棒。 ３ 板状中性子吸収材に減速材流入用の開口部を
   設けた特許請求の範囲第２項に記載の原子炉制御
   棒。 ４ 制御棒の横方向端部における板状中性子吸収
   材を他の部分におけるそれよりも厚くした特許請
   求の範囲第２項に記載の原子炉制御棒。 ５ 制御棒の横方向端部に中性子吸収物質の塊を
   配し、他の部分に前記板状中性子吸収材を配した
   ことを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の
   原子炉制御棒。