JPS59224593A - 制御棒 - Google Patents

制御棒

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JPS59224593A
JPS59224593A JP58097904A JP9790483A JPS59224593A JP S59224593 A JPS59224593 A JP S59224593A JP 58097904 A JP58097904 A JP 58097904A JP 9790483 A JP9790483 A JP 9790483A JP S59224593 A JPS59224593 A JP S59224593A
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control rod
neutron
neutron absorber
pellet
cylindrical
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靖 坪井
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

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】 [発明の技術分野] 本発明は、原子炉内の核反応制御≦ユ用いられる制御棒
、特に中性子吸収体および中性子吸収体を含むペレット
を積層してなる制御棒−関する。
[発明の技術的背景とその問題点] 原子炉内の中性子束空間分布を求めるの■二通常、拡散
理論が用いられており、この拡散理論に基づいて円柱座
標に近似した裸の炉心の内部における中性子束φを求め
ると下記(1)式が得られる0たyし5円柱座標系の取
り方は、円柱底面の円の中心を原点とし、半径方向なr
方向、r方向に対して垂直な方向を2方向とする。
2.405 r   π2 φ(r−Z )=AJo ()sin(h )−(1)
ここで、A:原子炉出力C二より決まる定数Jo:第1
種O次ベッセル関数 R:炉心半径 h:炉心高さ 一方、炉心内の巨視的吸収断面積Σaの変動分δΣαC
二よる炉心の反応度変化をρとすると、この炉心の反応
度変化ρは摂動理論を用いると下記(2)式で表わすこ
とができる。
ここで、■:炉心全体 シ:−核分装当り1二放出される中性子の平均個数 Σf: 巨視的核分裂断面積 今、制御稀1を第1図に示すようi二、全引抜状態から
炉心3の上面よt)sea挿入した場盆の炉心3の反応
度変化をρ←)とし、また、全引抜状態から全挿入した
場合の炉心3の反応度変化をρ(’)とすると、制御棒
1の全挿入C一対する制御棒価値の割合ρ(X)/ρ(
勺は半径方向依存を無視すると、前記(1)式および(
2)式より下記(8)式が得られる。
この場合、aza(Z)は制御棒1における巨視的吸収
断面積である。そして、制御棒挿入量2/hに対する制
御棒価値ρ←)/ρ(J)の曲線を制御棒価値曲線と呼
ぶこととする。
ところで、従来のように中性子吸収体が軸方向に一様に
装荷された制御棒を用いた場合、制御棒1の巨視的吸収
断面積δΣa(z)は、軸方向に対して一定になるため
制御棒価値曲線は前記(8)式よりのようg二表わされ
る。第2図はこの場合の制御棒価値曲線である。
一方、現在の高速増殖炉では、一般に第3図に示す如く
制御棒1は炉心3の上方(二て遮蔽プラグ2によって支
持されており、また、炉心3Fi炉心支持板4.炉心支
持棒5を介して炉容器6によって支持される構造となっ
ている。このため、地震など(二より、遮蔽プラグ2お
よび炉容器4が鉛直方向に振動を起こすと、各々の固有
振動数が異なっているので、制御棒1が炉心3C二対し
て相対的に引抜方向へ変動することになり、炉心に正の
反応度が加わるという不具合が生ずることf二なる。
[発明の目的] 本発明は、上記事情C二鑑みてなされたもので、その目
的は、地震等で制御棒と炉心との相対変動により、炉心
感二加わる正の反応度をできる限り低く押え得る制御棒
を提供するg二おる。
[発明の概要] 本発明は、上記目的を達成するために、原子炉炉心の制
御に用いられる金属性チューブ7+二円柱状ペレットを
積層してなる制御m+二おいて、前記制御棒の炉心内へ
の挿入量に対する制御棒価値曲線がはソ直線となるよう
C二前記ペレットC二充填される中性子吸収体の量を調
整したものである。そして、前記各ベレットは同一外径
の円柱状をなす中性子吸収体より構成され、その中心C
二股けた孔の径を変えることによって軸方向中性子吸収
体の単位長さ当りの充填量を調整しており、また、前記
各ベレットは中性子吸収体からなる外径の異なる円柱状
焼結体の外側を前記中性子吸収体C二比較して中性子吸
収を無視できる金属によって被覆することによって同一
外径の円柱状となし、軸方向中性子吸収体の単位長さ当
りの充填量を調整している。
次に本発明の基本的考え方について説明する。
制御棒価値曲線f←)は、中性子のインボータンス分布
と制御棒吸収断面積の軸方向の分布とから導出されるも
のであるが、摂動理論によると前記(8)式に示したよ
うC二 で表わされる。この制御棒価値曲線f(x)は既に説明
したように第4図αの点線で示す如き曲線となる。この
ような曲線を第4図aの実線で示す如く直線となるよう
(ユするためには、7(:t)=7となるようなaza
<z>を得れば良いが、解析的C二は発散するためこの
ような解は存在しない。したがって、本発明では、出来
る限り制御棒価値曲線を第4図aの直線に近づけること
1−よって、制御棒価値曲線の最大勾配を低減しようと
するものである。
ところで、制御棒価値曲線が、第4図aの点線のように
カーブを描くのは中性子束の軸方向分布が画分有形とな
っているのに対して、制御棒内の中性子吸収物質の密度
が軸方向5ニ一様であることC二起因している。したが
って、制御棒価値曲線を直線に近づけるためには中性子
束の軸方向分布が画分有形であることを考慮して制御棒
内の中性子吸収物質の密度を軸方向C二変化させること
が必要となってくる。今、仮f二制仰棒内の中性子吸収
物質の密度が軸方向C二異なる領域として、軸方向Cニ
ア等分割した場合を考える。第4図b(−示すように制
御棒内の挿入先端側から数えて順次多領域なイ11ロ、
ハ二、ホ、へ、トと番号を付ける。そうすると、まず領
域イが炉心C二挿入され始める場合には第4図σから分
るように従来の制御棒価値曲線の勾配より大きくする必
要があるため、領域イの密度を、従来より高くしてやら
なければならないOしかし、極端に密度を高くするとこ
の領域イが中性子束の大1い炉中央部シー挿入されてき
た場合には、領域C付近客ユおける勾配をゆるくしてや
らなければならないところを逆にその勾配が大きくなる
恐れがあるので、領域イの密度を高くするのもある限度
が存在する。したがって、領域Aの付近l二おいて、曲
線の勾配を従来より大きくしかつ領域Cの付近における
勾配を従来より小さくするため堪−は、制御枠内の領域
口の中性子吸収物質の密度を01ユし、領域イの密度を
、領域Cの勾配が大きくなら力い範囲で高くするのが良
い。領域/N〜ホ付近の中性子吸収物質の密度が低くす
ぎると、曲線の領域り付近の勾配が直線より小さくなる
ために密度の高い領域を設けている。以下、領域へ。
ト1一ついても前記と同様な考察と計算を繰り返してゆ
くことによりより各領域の密度を設定することができる
以上が本発明の基本的な考え方であり、制御棒を7等分
割したのは単なる一例C二すぎず、また、各領域の軸方
向長さ、中性子吸収物質の密度について制御棒価値曲線
がはソ直線となるように前記本発明の基本的な考え方に
従って行なえばよいことは勿論である。
[発明の実施例] 本発明の一実施例を図面を参照して説明する。
第5図σは、本発明の一実施例の制御棒の縦断面図でお
り、制御棒7はその両端を密閉した金属性チューブ8の
中に中性子吸収体を含む円柱状ベレット9を積み上けた
構造となっているOこの円柱状ベレット9は、第6図の
斜視図に示すようgユ、中央部分C二中性子吸収体を含
む焼結体からなる円柱体lOとその外側C二例えばステ
ンレス材11を被覆したものからなり、円柱状ベレット
9の外径は金属チューブ8内に積み上げ配置されるよ卸
二同−外径とする。したがって、制御棒7の軸方向単位
長さ当りの中性子吸収体充填量を変えるためC二は前記
焼結体からなる円柱体10の外径を変えればよいことに
なる。
一方、従来型の制御棒すなわち中性子吸収体の濃度が同
一のベレットからなる円柱体を軸方向≦;一様2二積み
上げた制御棒の長さ1?当りC二装荷される中性子吸収
体の量をM 17mとする0次に、第5図すの中性子吸
収密度軸方向分布とベレット内径/外径比分布図に示す
よう(二戸心高さをioom+中性子吸収体長を100
鐸とし、この場合の1本の制御棒価値をPドルとする。
制御棒軸方向単位長さ当りの中性子吸収体充填量とベレ
ットの焼結体径/外径比をそれぞれ以下の第1表に示す
構成となるように制御枠内軸方向位置Cユペレットイ、
・・・トを製造して制御棒に装架する。この場合ベレッ
ト外径1m、焼結体の中性子吸収体体積濃度をり、7’
1Mt/C↑)−とする。
第1表 べ〃ト 制御棒内軸方向位置中性子吸収体充填量焼結体
18イ      0   〜14.3  、、、  
  1.34    M#/CM       0.8
70    14.3〜28.6  gRo     
”/個        0ハ   28.6〜42.9
 efRO,948Ml/ls     O,75二 
  4269〜57.1.  0.848  Mf/1
M    O,69ホ   57.1〜71.4cM1
.77   Mf/c、      1.00へ   
71.4〜85.7譚  01029  M#/倒  
  0.724ト    Qζり + 1nn    
  ncnPj %J6 ノー      n rfi
 uすなわち、制御棒の軸方向位置中心より先端側l二
中性子吸収体を装荷しない領域を設けるとともに中性子
吸収体の単位長さ当りの充填量を軸方向C二調整したも
のであるが、それは制御棒1杢の価値を従来の制御棒1
本と同じPドルとなるようC二中性子吸収体充ti4量
を調整したものである。
第7図は前記ペレットを装荷した本実施例の制御棒の価
値曲線を前記(81式に基づいて求めてグラフ化したも
ので、制御棒価値曲線ははソ直線が得られる。
なお、中性子吸収体の単位長さ当りの充填量を軸方自署
−調整する手段としては、各ベレットを同一外径の円柱
状の中性子吸収体より構成し、この円柱状の中心に設け
た孔の径を変えることによって軸方向中性子吸収体の単
位長さ当りの充填量を調整することもできる。さらC二
、充填量の異なるペレットの誤挿入を防ぐためペレット
の軸方向高さを中性子吸収体の充填量l二よって変える
ように構成することができる。
次C,本実施例の作用C二ついて説明する。
本発明S二よる制御棒を全制御棒価値いた原子炉におい
て、地震等により炉心および制御棒の相対位置が炉心か
ら引抜側に43倒変動した場合の炉心に挿入される反応
度を以下C二足す。
この時、制御棒の相互干渉効果はなく、全ての制御棒位
置において、中性子束の軸方向分布は同一であると仮定
すると、全ての制御価値曲線は第7図に示したようC二
なる。したがって、全制御棒価値を20ドルとし全ての
制御棒が同じ量だけ炉心に挿入されている状態を考え、
各々の挿入状態における地震時(43*a相対変動時)
の炉心の挿入反応度は第7図の制御棒価値曲線より得ら
れ、第8図の実線で示される。なお、第8図において、
横軸g:変動前制御棒挿入量、縦軸に炉心挿入反応度を
とっている−0また、第8図には従来の中性子吸収体を
一様に制御棒C二装荷した場合を点線で示している。第
8図より全制御棒が43藺引抜きとなった場合、従来の
制御棒では炉心に挿入される正の反応度は、最大的1.
7ドルであるのi二対して本実施例では最大的1.1ド
ルであって、従来より約35チ抑えることができる。
また、中性子吸収体濃度が異なる毎に、内側の焼結体の
径を変えているので、ペレット装荷後、X線Cユより容
易にベレット毎の中性子吸収体の濃度差が判別できるの
で、制御棒の信頼性が向上する。さらCユ、焼結体の外
(R11+ニステンレスを被援したことにより、被覆管
内のギャップ熱伝達が改善され、制御棒中心での温度を
低く押えることができる。
[発明の効果] 本発明Cユよると、炉心と制御棒の相対変位時(−おけ
る炉心への挿入反応度を低く押さえることができるので
、耐震設計が低く抑えられる。したがって、耐震設計お
よび炉心の信頼性、安全性が向上する。また、所定位置
に所定中性子吸収体濃度のベレットが装荷されているか
否かを装架後X線検査によって確認できるため、制御棒
の製作時のミスを防ぐことができる。さらl−1制御棒
内のベレット−被覆管内のギャップ熱伝達が改善され。
ペレット中心温度が低くおさえられるので、制御棒の信
頼性が向上する等のすぐれ牟効果を奏する0
【図面の簡単な説明】
第1図は制御棒の炉心挿入状態の概略断面図、第2図社
従来の制御棒価値曲線図、第3図は従来の高速増殖炉の
断面図、第4図aおよびbは本発明の詳細な説明するた
めの制御棒価値曲線図および制御断の概略断面図、第5
図aは本発明の一実施例の断面図、第5図すは第5図a
の中性子吸収体密度軸方向分布図とベレット内径/外径
比分布図、第6図は本発明に係るペレットの見取図、第
7図は本発明の制御棒の制御棒価値曲線図、第8図は全
制御棒43.−斉引抜時におりる炉心への挿入反応度を
表わす図である。 1.7・・・制御棒   2・・・遮蔽プラグ3・・・
炉心      4・・・炉容器5・・・炉心支持棒 
  6・・・炉心支持板8・・・金属性チューブ 9・
・・ペレット49口、・・・ト・・・ベレット 代理人 弁理士 猪 股 祥 晃(ほか1名)第1図 第2図 θ              θ、、5      
         t、θ2々

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)原子炉炉心の制御に用いられる金属性チューブ内
    −二円柱状ペレットを積層してなる制御棒において、前
    記制御棒の炉心内への挿入量ご二対する制御棒価値曲線
    がはソ直線となるようl二前記各ペレツ)+−充填され
    る中性子吸収体の量を調整してなることを特徴とする制
    御棒。 (2)制御棒価値曲線は、中性子のインボータンス分布
    と制御棒吸収断面積の軸方向の分布から導出される特許
    請求の範囲第1項記載の制御棒。 (8)各ペレットは同一外径の円柱状をなす中性子吸収
    体より構成され、その中心g二股けた孔の径を変えるこ
    とによって軸方向中性子吸収体の単位長さ当りの充填量
    を調整してなる特許請求の範囲第1項記載の制御棒。 (4)  各ペレットは、中性子吸収体からなる外径の
    異なる円柱状焼結体の外側を前記中性子吸収体に比較し
    て中性子吸収を無視できる金属C二よって被覆すること
    冒二よって同一外径の円柱状となし、軸方向中性子吸収
    体の単位長さ肖りの充填量を調整してなる特許請求の範
    囲第1項記載の制御棒0
JP58097904A 1983-06-03 1983-06-03 制御棒 Granted JPS59224593A (ja)

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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5681494A (en) * 1979-12-06 1981-07-03 Tokyo Shibaura Electric Co Nuclear reactor control rod
JPS5788099U (ja) * 1980-11-19 1982-05-31
JPS57173786A (en) * 1981-04-20 1982-10-26 Tokyo Shibaura Electric Co Absorbing pin for vent type control rod

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH0465359B2 (ja) 1992-10-19

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