JPH0572994B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は原子炉の制御棒に関し、それぞれに複
数の流路を設けた多数の細長い中性子吸収板を含
み、前記流路は前記中性子吸収板の縦方向に対し
てほぼ直角に延びており、これら流路のうち前記
中性子吸収板の縦方向の中央部分に位置する流路
は中性子照射に際してガスを放出し且つ膨張する
粉末中性子吸収材料を含み、この粉末中性子吸収
材料は前記中性子吸収板の縦方向縁部分によつて
原子炉の制御棒の周囲から密閉して隔離されてお
り、前記縦方向縁部分には前記中性子吸収板にお
ける異なる流路の間でガスの流れを許容する縦方
向の空間が設けられている原子炉の制御棒に係
る。

（従来の技術） 上述した如き原子炉の制御棒は、米国特許第
3448008号に開示されている。

米国特許第3448008号によれば、縁部分が、外
方でシールされた縦方向に延在するスロツトを中
性子吸収板内に包含し、スロツトの底部の流路の
開口部を一部分被うように、縦方向に延在する棒
が中性子吸収板内に配設されている。

炭化ほう素が中性子照射されるとヘリウム・ガ
スが生成される。制御棒内の中性子吸収板は均一
な中性子照射を受けないので、発生したガスの量
は、中性子吸収材料にある、種々の流路ごとに異
なる。上述の周知された制御棒においては、種々
の流路間のガスの流れを可能にさせる縁部分で流
路がシールされているので、それぞれの流路内で
ガス圧力発生の均等化が達成される。

（発明が解決しようとする課題） 炭化ほう素は、中性子照射されると膨張する特
性を有する。この膨張に帰因して、制御棒の寿命
が短かくなるという問題がある。制御棒の寿命が
短かくなれば、制御棒のコストの増大ばかりでは
なく、使用済制御棒の管理及び処理コストも増大
してしまう。

流路内における中性子吸収材料の膨張は、中性
子吸収材料を囲む流路内の構成材料、即ち制御棒
を製造する材料に応力腐食を生ずる可能性が大で
ある。応力腐食によつて生ずる構成材料のき裂の
危険は、中性子照射および中性子吸収材料の膨張
が増大すればするほど増大する。流路にき裂が発
生すると、この流路から炭化ほう素が搬送され流
路には炭化ほう素が消失する。

更に、特に縁部分に最も近い領域において、他
の近くの損傷されていない流路から中性子吸収材
料の搬送が生じる。その理由は、縁部分は欠陥の
ある流路から損傷されていない流路への液体の搬
送を効果的に阻止できないし、この液体と一緒に
なつての、損傷されていない流路から欠陥のある
流路への中性子吸収材料の搬送及びそれから制御
棒の周囲への中性子吸収材の搬送を効果的に阻止
できないからである。

（課題を解決するための手段） 本発明は、前述した如き従来の原子炉の制御棒
において、 前記粉末中性子吸収材料と前記縦方向縁部分と
の間において、前記中性子吸収板の中央部分にお
ける前記流路の各々の中に、金属中性子吸収材料
で成るボデーが配置され、このボデーは該ボデー
と前記流路の内壁との間にギヤツプを形成してお
り、このギヤツプはガスの流れを許容するが、前
記粉末中性子吸収材料の少なくとも主部分の粒子
サイズよりも小さいことを特徴とする。

流路とボデーとはなるべくは円形断面であり、
またボデーはなるべくは円筒形を有することが望
ましい。

粉末中性子吸収材料の場合、なるべくなら、粒
子の少なく共50％は0.13mmを超えるサイズを有す
ることが望ましい。

流路の内壁と金属中性子吸収材料のボデーとの
間のギヤツプ（流路の縦方向に直角な方向におけ
る流路の内壁とボデーの表面との間の距離）はな
るべくなら、0.01〜0.13mmとなることが望まし
い。流路とボデーとが円形断面を有する場合、ボ
デーは、流路の直径より0.01〜0.13mm小さい直径
を有することが望ましい。ボデーの長さはなるべ
くなら、５〜25mmとなることが望ましい。

（発明の作用及び効果） 本発明によれば、上述した如く金属中性子吸収
材料で成るボデーが配置され、流路の内壁とボデ
ーとの間のギヤツプがガスの流れを許容するが、
粉末中性子吸収材料の主部分の粒子サイズよりも
小さいことにより、粉末中性子吸収材料がこのギ
ヤツプを通つて搬送されるということがなくな
る。かくて、損傷されていない流路からき裂が生
じた流路へ、且つそこから制御棒の周囲への中性
子吸収材料の搬送は無くなり、中性子吸収材料が
損傷されていない流路から消失されてしまうこと
による制御棒の寿命の短縮という問題が克服され
る。

本発明においては、上述したような構成を採用
するために、制御棒の外形寸法を変更する必要は
なく、また、制御棒の中性子吸収能力を著しく減
退させてしまうこともない。

縁部分を使用するだけで上記の搬送を防止する
と、その製造の一部分であるプレスおよび溶接作
業に極めて時間がかかり、さらにまた、これらの
加工作業の性質に基づいて、信頼性のない結果が
もたらされてしまうのだが、本発明によれば、そ
のような不都合もない。

（実施例） 第１図および第２図に示す原子炉の制御棒は実
質的にステンレス鋼製であり、垂直に配設された
結合バー１１で支えられる中性子吸収部分１２か
ら成る。この中性子吸収部分１２は十字形の形状
に配置された４枚の細長い中性子吸収板１３〜１
６から成り、十字形の中心線は結合バー１１のそ
れと合致する。この中性子吸収板１３〜１６には
制御棒の中心に切欠き１７と連結片２７とが設け
られ、連結片２７と連結片２７に近接して配設さ
れた方形断面を有する支持充てん片とが、互いに
溶接される。８mmの厚さを有する中性子吸収板に
は、６mmの直径と100mmの深さとを有する多数の
穴明き流路１８（１８ａ〜１８ｃ）が設けられ
る。２個の隣接する孔の外表面間の距離は２mmで
ある。中性子照射に最もさらされる最上部の流路
１８ａには、流路１８ａと同じ長さを有するハフ
ニウム金属の棒１９が充てんされている。ハフニ
ウムは中性子照射を受けても膨張しない。その下
方の流路１８ｂは、ハフニウム金属の円筒形のボ
デー２１が充てんされた中心から最も遠方に位置
する部分を除き、粉末中性子吸収材料である粉末
炭化ほう素２０で充てんされる。炭化ほう素の少
なく共50％は0.13mmを超える粒径を有する粒子か
ら成る。ボデー２１は、流路１８ｂの直径より
0.06mm小さい直径と15mmの長さとを有する。中性
子照射の最も少ない底部に配置される流路１８ｃ
は、上述の種類の粉末炭化ホウ素２０で全体が充
てんされる。制御棒の中心線から遠い方に向く各
吸収板１３〜１６の縁部分３０にはスロツト２２
が設けられ、そのスロツト２２中にバー２３が配
設される。好ましくは全長において、少なく共上
方部分において、バー２３は、ハフニウム金属で
成るのが適当である。バー２３の少なく共下方部
分は、例えばステンレス鋼であつても良い。スロ
ツト２２におけるバー２３の作用とスロツト２２
のシールとについては、第３図〜第５図の説明と
共に詳細に説明する。原子炉の燃料ボツクス間の
比較的狭いギヤツプ内で制御棒を案内するため、
制御棒は、その頂部に「インコネル」（商標名）
の案内パツド２４を備えている。さらに、取付け
および交換中に制御棒を取り扱うため、制御棒に
はつり上げハンドル２５が設けられる。下方部分
においては、制御棒に結合ヘツド２６が配設さ
れ、それにより、原子炉の制御棒駆動機構に制御
棒を連結することができる。

第３図は中性子吸収板１５に備えられた多数の
流路１８ｂとスロツト２２とを示している。スロ
ツト２２は、図示した例示の場合では、その全長
にわたつて5.5mmの幅を有している。第４図及び
第５図に示したように、中性子吸収板１５は縁部
分３０を有し、この縁部分３０は、気密縁３１
と、気密縁３１の内側に位置した縦方向の空間３
２と、スロツト２２（第３図をも参照）内に配置
された縦方向のバー２３とを含んでいる。縦方向
のバー２３はスロツト２２と同じ幅を有し且つ空
間３２に対する限定壁の役目を果たす縦方向のく
ぼみ３３を備えている。縦方向のバー２３はスロ
ツト２２内の流路１８ｂの開口部３４を完全には
被つていない。その理由は、スロツト２２内に配
置された縦方向のバー２３の、流路１８ｂのとこ
ろにおける幅は、流路１８ｂの直径よりも小さい
からである。

かくて、ギヤツプ３５がバー２３と、流路１８
ｂのところのスロツト２２の側壁との間に形成さ
れているが（第４図参照）、流路１８ｂが備えら
れていない部分３８（第３図参照）のところのス
ロツト２２の側壁はバー２３と接触している（第
５図参照）。それ故にスロツト２２の側壁はそこ
では厚くなつている（第５図参照）。

流路１８ａ，１８ｃと共に流路１８ｂは、ギヤ
ツプ３５を経由して空間３２と自由に連通し、従
つて粉末中性子吸収材料の、中性子照射に際して
形成されたガスは、中性子吸収板内の各流路１８
ａ，１８ｂ，１８ｃに流れることができ、圧力の
均等化が達成される。ハフニウム金属のボデー２
１と流路１８ｂの内壁との間のギヤツプ３６はガ
スの流れを可能にはするが、流路１８ｂからの中
性子吸収材料２０の搬送を防ぎ、あるいは十分に
これに抵抗する。このようにして、損傷されてい
ない流路からき裂が生じた流路へ且つそこから制
御棒の周囲への中性子吸収材料の搬送が防止され
る。ギヤツプ３６（流路１８ｂの内壁とボデー２
１の表面との間の距離）は従つてギヤツプ３５
（気密縁３１の内壁と空間３２側のバー２３の表
面との間の距離）よりも狭く且つより長い。ギヤ
ツプ３６はまた、空間３２の断面よりも狭く、換
言すれば、縁部分３０内にあるガスの搬送経路よ
りも狭い。

中性子吸収板の製造中、流路１８は、平たん且
つ平行な中性子吸収板の縦方向に延在する縁から
孔明けされる。次にスロツト２２が形成される。
流路１８を中性子吸収材料で充てんした後、バー
２３がスロツト２２内に挿入され、当初から真つ
直なスロツト２２の側壁はバー２３に向けて押圧
され、側壁端面同志が溶接されて気密縁３１を形
成する。これは溶接部は３７で示す。スロツト２
２は中性子吸収板の頂部と底部とにある端部にお
いて、溶接部でシールされる。

粉末中性子吸収材としての炭化ほう素と、金属
中性子吸収材料としてのハフニウムとを使用した
例について本発明を詳細に説明した。本発明はま
た、酸化物または別の化合物の形のユーロピウム
のような、他の周知の粉末中性子吸収材料、なら
びに銀インジウム・カドミウム合金（80％Ag、
15％In、５％Cd）およびステンレスほう素鋼の
ような、他の周知の金属中性子吸収材料の利用に
も応用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は中性子吸収板の縦方向の部分側断面
図、第２図は本発明に基づく制御棒の断面図、第
３図はこの制御棒の中心線から遠ざかる方向に向
く中性子吸収板の縁の内側の、制御棒の中心線に
平行な断面、第４図および第５図はそれに直角な
二つの断面を示す。 図の主要な部分を表す符号の説明、１１：結合
バー、１２：中性子吸収部分、１３：中性子吸収
板、１４：中性子吸収板、１５：中性子吸収板、
１６：中性子吸収板、１７：切欠き、１８：流
路、１８ａ：流路、１８ｂ：流路、１８ｃ：流
路、２０：粉末中性子吸収材料、２１：ボデー、
２２：スロツト、２３：バー、２４：案内パツ
ド、２５：つり上げハンドル、２６：結合ヘツ
ド、２７：連結片、３０：縁部分、３１：気密
縁、３２：空間、３３：くぼみ、３４：開口部、
３５：ギヤツプ、３６：ギヤツプ、３７：溶接
部、３８：部分。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ それぞれに複数の流路１８を設けた多数の細
   長い中性子吸収板１３〜１６を含み、前記流路１
   ８は前記中性子吸収板１３〜１６の縦方向に対し
   てほぼ直角に延びており、これら流路１８のうち
   前記中性子吸収板１３〜１６の縦方向の中央部分
   に位置する流路１８ｂは中性子照射に際してガス
   を放出し且つ膨張する粉末中性子吸収材料２０を
   含み、この粉末中性子吸収材料２０は前記中性子
   吸収板１３〜１６の縦方向縁部分３０によつて原
   子炉の制御棒の周囲から密閉して隔離されてお
   り、前記縦方向縁部分３０には前記中性子吸収板
   １３〜１６における異なる流路１８ａ，１８ｂ，
   １８ｃの間でガスの流れを許容する縦方向の空間
   ３２が設けられている原子炉の制御棒において、 前記粉末中性子吸収材料２０と前記縦方向縁部
   分３０との間において、前記中性子吸収板１３〜
   １６の中央部分における前記流路１８ｂの各々の
   中に、金属中性子吸収材料で成るボデー２１が配
   置され、このボデー２１は該ボデー２１と前記流
   路１８ｂの内壁との間にギヤツプ３６を形成して
   おり、このギヤツプ３６はガスの流れを許容する
   が、前記粉末中性子吸収材料２０の少なくとも主
   部分の粒子サイズよりも小さいことを特徴とする
   原子炉の制御棒。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の制御棒におい
   て、流路１８ｂと金属中性子吸収材のボデー２１
   とが円形断面を有するようにしたことを特徴とす
   る制御棒。 ３ 特許請求の範囲第２項に記載の制御棒におい
   て、金属中性子吸収材のボデー２１が円筒形を有
   するようにしたことを特徴とする制御棒。 ４ 特許請求の範囲第１項から第３項のいずれか
   一つの項に記載の制御棒において、前記吸収板の
   縁部分３０に縦方向のスロツト２２が形成され、
   該スロツト２２内に前記流路１８ｂの開口部３４
   が位置させられ、このスロツト２２は外方に対し
   てシールされていることを特徴とする制御棒。 ５ 特許請求の範囲第４項に記載の制御棒におい
   て、縦方向の空間３２と流路１８ｂとの間のスロ
   ツト２２内に、スロツト２２内の流路１８ｂの全
   開口部３４を被うことなく、縦方向のバー２３を
   配設するようにしたことを特徴とする制御棒。 ６ 特許請求の範囲第５項に記載の制御棒におい
   て、バー２３が少なく共その長さの一部分につい
   て、ハフニウムまたはその他の金属中性子吸収材
   から成るようにしたことを特徴とする制御棒。 ７ 特許請求の範囲第１項から第６項のいずれか
   一つの項に記載の制御棒において、吸収板の縦方
   向に延びる縁３１が、制御棒の中心から見て外方
   に向く縁を構成するようにしたことを特徴とする
   制御棒。