JPS62191793A - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、制御棒に係り、特に寿命の長い制御棒に関す
る。

［従来の技術］ 従来の長寿命型の制御棒は、例えば特開昭５３−７４６
９７号公報に示されるように、制御棒の中でも中性子照
射量の多い上端部あるいはブレードの翼端部に核的・機
械的寿命の長い長寿命型中性子吸収捧を配置したものが
知られている。この制御棒は、ブレードの上端部及び翼
端部にハフニウム（Ｈｆ）あるいはユーロピウム（Ｅｕ
）等の長寿命型中性子吸収材を配置し、それ以外の部分
にはステンレスｗ４裏の細長い被覆管中にボロンカーバ
イト（Ｂ４Ｃ）粉末を充填したポイズン管６２を配して
いる。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記従来技術では、長寿命型中性子吸収材が制御棒の一
部にしか用いられておらず、中性子吸収材として長寿命
型中性子吸収材のみを用いた制御棒に比べて寿命が短い
という問題がある。

この問題を解決するために、制御棒の中性子吸収材をす
べてハフニウム等の長寿命型中性子吸収材にて置替える
ことが考えられる。しかしながら、長寿命型中性子吸収
材は、従来一般に用いられているＢ４Ｃよりも重く、中
性子吸収材として長寿命型中性子吸収材のみを用いた制
御棒を構成した場合には制御棒の重量が著しく増加し、
制御棒駆動装置による制御棒操作に支障を生じる可能性
があることが判明した。

本発明の目的は、寿命が長くてしかも操作性の良い制御
棒を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 上記の目的は、吸収液連鎖型中性子吸収材を有するブレ
ードが設けられ、ブレードの側面に直角な方向における
前記吸収液連鎖型中性子吸収材の厚みが、ブレードの幅
方向で異っていることにより達成できる。ここで吸収液
連鎖型中性子吸収材とは、中性子吸収反応により生成さ
れる核種あるいはその壊変核種の中にさらに中性子を吸
収する核種があられれて中性子吸収効果の減衰が遅い中
性子吸収材を意味する。吸収液連鎖型中性子吸収材の具
体的な物質としては、Ｈｆ、Ｅｕ２Ｏ３、Ｔａ、Ｄｙ２
０．、及びＡ　ｇ　−Ｉ　ｎ　−Ｃｄ等がある。

［作用］ ブレードの側面に直角な方向における吸収液連鎖型中性
子吸収材の厚みを、ブレードの幅方向で変化させている
ので、制御棒の重量を軽減でき制御棒の良好な操作性が
得られる。また、吸収液連鎖型中性子吸収材を用いてい
るので、制御棒の機械的及び核的寿命が長くなる。

［実施例コ 本発明は、以下に示す発明者等の検討に基づいてなされ
たものである。すなわち、８４Ｃを充填した従来のすべ
ての中性子吸収棒をこれと同じ直径を有する吸収核連鎖
型吸収材からなる中性子吸収棒に置換えると、従来の制
御棒の重量が著しく増加し、制御棒の操作に支障が生じ
る可能性があることがわかった。このため、Ｊ１！明者
等は、吸収核連鎖型吸収材を用いて長寿命化を図るにあ
たり所定の反応度制御能力が得られて制御棒の操作性を
改善するために局部的に吸収核連鎖型吸収材の量を減ら
せばよいことに気が付き、本発明をなすに至った。

沸騰水型原子炉の炉心に挿入される本発明の好適な一実
施例である制御棒を第１図〜第３図に基づいて説明する
。

制御棒１は、第２図に示す外観形状を有している。すな
わち、制御棒１は、横断面が十字形をしており、軸心か
ら四方に延びる４つのブレード２を有している。ブレー
ド２の下方に速度リミッタ９が設けられる。ハンドル１
０は、ブレード２の上端に取付けられる。

制御棒１のブレード２の形状を第１図及び第３図に示す
。各ブレード２は、制御棒１の細心に配置されたＳＵＳ
製のタイロッド８に両端部が取付けられたＵ字状のシー
ス（ＳＵＳ製）５及びシース５に設けられた中性子吸収
棒３及び４から構成される。保持部６がタイロッド８の
上端部に、保持部７がタイロッド８の下端部にそれぞれ
溶接にて取付けられる。Ｕ字状のシース５の上端部は、
保持部６を取囲み、保持部６に点溶接にて取付けられる
。シース５の下端部は、保持部７を取囲み、保持部７に
点溶接にて取付けられる。中性子吸収棒３及び５は、第
３図に示すようにシース５内に配置され、しかもタイロ
ッド８に取付けられたＳＵＳ製の保持部６及び７の間に
配置されて保持される。中性子吸収棒３及び４は、シー
ス５、保持部６及び７に接合されていなく、シース５、
保持部６及び７によって囲まれた空間内に配置されてい
るにすぎない。

シース５には多数の孔が設けられており、制御棒１を原
子炉内に設置した時、これらの孔を通して吸収核連鎖型
中性子吸収材領域内に原子炉内の冷却水が流入する。吸
収核連鎖型中性子吸収材領域とは、シース５内の吸収核
連鎖型中性子吸収材が配置された領域、すなわち中性子
吸収棒３及び４が配置された領域である。

保持部７の下面に、ベロシティリミッタ９が取付けられ
ている。ハンドル１０は、保持部６の上面に取付けられ
ている。

中性子吸収棒３及び４は、吸収核連鎖型中性子吸収材で
あるＨｆ（ハフニウム）の丸棒である。

シース５内において、中性子吸収棒３はブレード２の翼
端部に、中性子吸収棒４は中性子吸収棒３よりもタイロ
ッド８側（制御棒１の細心側）に配置されている。中性
子吸収棒３の直径は４．８ｍであり、中性子吸収棒４の
直径は中性子吸収棒３よりも小さく　２．６ｍａ＋であ
る。３本の中性子吸収棒３及び３３本の中性子吸収棒４
が１つのブレード２内に配置されている。中性子吸収棒
３の直径は、沸騰水型原子炉に用いられる従来の制御棒
に設けられて８４Ｃを充填した中性子吸収棒の直径にほ
ぼ等しい。中性子吸収棒３及び４の軸方向の長さは、従
来の制御棒の中性子吸収棒と同様に燃料集合体の燃料有
効長に実質的に等しい。燃料集合体の燃料有効長とは、
燃料ペレットが充填されている領域の軸方向の長さであ
る。

本実施例は、ブレード２の側面に直角な方向における吸
収核連鎖型中性子吸収材領域の厚みがブレード２の幅方
向（すなわち、制御棒の半径方向）で異っている。すな
わち、ブレード２の側面に直角な方向における吸収核連
鎖型中性子吸収材の厚みは、直径の大きな中性子吸収棒
３が存在するブレード２の翼端部で厚く、直径の小さな
中性子吸収棒４が存在するブレード２の制御棒軸心側（
タイロッド８側）で薄くなっている。

本実施例は、前述のようにブレード２の大部分に直径の
小さい中性子吸収材４を配置しているので、制御棒１の
重量はＢ４Ｃを充填した中性子吸収棒からなる制御棒と
ほぼ同じ重量となる・従って、本実施例の制御棒は、従
来の制御棒を操作する制御棒駆動装置によって容易に操
作することができる。すなわち、良好な制御棒１の操作
性が得られる。また、制御棒１のブレード２の幅は、従
来の制御棒の幅と同じである。このため、原子炉圧力容
器内の炉心下方に設けられている制御棒案内管及び炉心
支持板に設置される燃料支持金具を大きくする等の変更
を行う必要がない。

中性子吸収棒３及び４は、中性子吸収材としてＨｆを用
いている。吸収核連鎖型中性子吸収材であるＨ　ｆは、
中性子を吸収してもガスを発生しない。従って、制御棒
１の中性子吸収棒３及び４は、機械的寿命が増大する。

また、中性子吸収棒３及び４は、吸収核連鎖型中性子吸
収材であるＨｆを用いているので中性子を吸収して新た
な中性子吸収材が生成され、核的寿命も増加する。

本実施例では、直径の大きな中性子吸収棒４をプレー１
−２の翼端部に配置されているが、ブレード２の他の位
置、例えばブレード２の中央部またはタイロッド８側に
配置してもよい。これによっても、制御棒の操作性及び
長寿命化は、何等損なわれることはない６しかしながら
、本実施例の如く、すなわち、第３図に示すように翼端
部に直径の大きな中性子吸収棒３をタイロッド８側に配
置することによって、吸収核連鎖型中性子吸収材を用い
た制御棒の重量を最大限に削減でき、しかも大きな反応
度制御能力を得ることができる。制御棒の各ブレードは
、炉心内に装荷されて隣接している燃料集合体相互間に
形成される間隙内に挿入される。ブレードに沿った中性
子束は、ブレードの翼端に近い部分程大きい。制御棒の
半径方向でブレード中央部及びタイロッド８側では、中
性子束は低くなる。従って、本実施例では、ブレード２
のタイロッド側及び中央部に直径の小さな中性子吸収棒
４　（従来の８４Ｇを充填した中性子吸収棒の直径より
も小さい）を配置しており、制御棒１の重量軽減効果を
最大限に活用できる。さらに。

中性子束の大きなブレード２の翼端部に従来の８４Ｇを
充填した中性子吸収棒と直径がほとんど等しい中性子吸
収棒３が配置されているので、制御棒１の翼端部の中性
子吸収能力（反応率）が大きくなる。このため、制御棒
１は、吸収核連鎖型中性子吸収材の量を減らして重量が
軽減された割には、大きな中性子吸収能力が得られる。

同一量の中性子吸収材を用いても、中性子束の高い位置
に配置された中性子吸収能力、中性子吸収能力が高くな
る。従って、中性子吸収棒３をブレード２の中央部に配
置し他を中性子吸収棒４とした場合に、本実施例と同様
の中性子吸収能力を得るには本実施例よりも中性子吸収
棒３の本数を増すか直径を大きくする必要がある。これ
は、重量を増大させることとなり、本実施例に比べて制
御棒の操作性が若干悪くなる。

前述した実施例において、Ｈｆの代りに他の吸収核連鎖
型中性子吸収材であるＥｕ２Ｏ，、Ｔａ、Ｄ　’５’　
２０３またはＡｇ−Ｉｎ−Ｃｄを用いても、同様な効果
が得られる。ただし、Ｅｕ２Ｏ３及びＤ’／２０３　を
用いる場合は、密封された被覆管内に充填する必要があ
る。

上記実施例の制御棒１を適用した沸騰水型原子炉の炉心
の一例を以下に説明する。

沸騰水型原子炉の炉心としては、特公昭５７−７３９７
号公報の第３図に示す炉心が考えられている。上記公報
の第３図の炉心構造は、上記公報４カラム、５行〜６カ
ラム、下から１１行に述べられた構成になっている。上
記公報の第３図の炉心構造は、原子炉運転中に炉心内に
挿入されて原子炉出力の調節を行う出力調節用制御棒と
、原子炉運転中に炉心から完全に引抜かれて原子炉停止
時に炉心に急速に完全挿入される原子炉停止用制御棒を
有している。出力調節用制御棒も、原子炉停止時に炉心
内に完全に挿入される。出力調節用制御棒及び原子炉停
止用制御棒は、上記公報の第３図に示すように交互に１
つずつ配置され、しかもチェッカボード状に配置されて
いる。

出力調節用制御棒は、原子炉運転中にほとんど炉心内に
挿入され、中性子が連続的に照射される。

従って、前述した第１図に示す実施例の制御棒１を、出
力調節用制御棒として用いることが望しい。

原子炉停止用制御棒は、原子炉運転中に炉心から完全に
引抜かれているので中性子を吸収する割合が少ない。従
って、原子炉停止用制御棒としては、特開昭５７−２５
０８０号公報の２カラム、３〜９行に示す制御棒を用い
る。この制御棒は、十字形のブレード内に８４Ｃを充填
した多数の中性子吸収棒を配置したものであり、吸収核
連鎖型中性子吸収材を有していない。この８４Ｃを充填
した中性子吸収棒の軸方向長さは、燃料集合体の燃料有
効長と実質的に同じである。両者の制御棒を操作する制
御棒駆動装置の構造は、同じものである。

沸騰水型原子炉の場合、制御棒駆動装置は、炉心を内蔵
する原子炉容器の下部に設置される。

制御棒１の中性子吸収棒３及び４は、丸棒であるが角棒
であってもよく、さらには板状にしてもよい。ただし、
板状にした場合には、地震時における炉心内への制御棒
の挿入性が悪くなる。

制御棒１を原子炉停止用制御棒として用いることも可能
である。

本発明の他の実施例の制御棒１５を第４図に示す。制御
棒１５は、中性子吸収棒３及び４の代りに中性子吸収棒
１６及び１７を用いた点が前述の制御棒１と異っており
、他の構成は制御棒１と同一である。中性子吸収棒１６
は、ブレード２の翼端部に３本配置されており、直径４
．３０１Ｔｌの中実のＨｆ棒である。中性子吸収棒１７
は、中性子吸収棒１６よりもタイロッド８側に配置され
ており、外径が４．３ｍｎで内径が３．２ｍの中空のＨ
ｆ捧である。

本実施例においても、ブレード２の側面に直角な方向に
おける吸収核連鎖型中性子吸収材の厚みは、ブレード２
の幅方向で異なっており、中実の中性子吸収棒１６が存
在するブレード２の翼端部で厚く、中空の中性子吸収棒
１７が存在するブレード２の制御棒軸心側で薄くなって
いる。これは、中性子吸収棒１７は、中空部に中性子吸
収材が存在しないので中性子吸収棒１６に比べてブレー
ド２の側面に直角な方向における吸収核連鎖型中性子吸
収材の厚みが薄くなる。

本実施例は、前述した制御棒１と同じ効果が得られる。

Ｈｆの代りに他の中性子核連鎖型中性子吸収材を用いて
もよい。

本発明の他の実施例を第５図により説明する。

前述した各実施例は、中性子吸収棒内の中性子吸収材の
横断面積が軸方向に一様である。しかし、第５図に示す
制御棒２０は、その中性子吸収材の横断面積を軸方向に
もかえたものである。制御棒の軸方向においては、中性
子束は制御棒の上部で大きく下端に向うに伴って低下す
る。従って、前述の各実施例では制御棒の半径方向で吸
収核連鎖型中性子吸収材のブレード側面に直角な方向の
厚みを変化させているが、ブレードの軸方向でその厚み
を変えてもよい。

制御棒２０は、中性子吸収棒２１及び２２をブレード２
内に配置している。中性子吸収棒２１は、Ｈｆの丸棒で
あって横断面積が軸方向で一様である。中性子吸収棒２
１の直径は４．８ｏｍである。

中性子吸収棒２２は、Ｈｆの丸棒であって下端から中性
子吸収棒２２の全長の１７４の位置までとこの１／４の
位置から上端までとでは横断面積が異っている。すなわ
ち、中性子吸収棒２２の直径は、下端から中性子吸収棒
２２の全長の１／４の位置までが３．０ｎｎであり、そ
の１／４の位置から上端までが４．８ｍである。中性子
吸収棒２１は、ブレード２の翼端部に１本配置され、２
０本の中性子吸収棒２２はブレード２内で中性子吸収棒
２１よりも制御棒軸心側に配置されている。中性子吸収
棒２１及び２２の軸方向長さは、燃料集合体の燃料有効
長と等しい。

本実施例の制御棒２０は、中性子吸収棒２２の下部の直
径が小さくなっているので、重量が軽減され、制御棒の
操作性が良好である。しかしながら、中性子吸収棒２２
の直径が下部で小さくなっているので、制御棒の反応度
制御能力が軸方向で異なる。従って、制御棒２０は制御
棒１及び１５に比べて反応度制御能力が若干低下する。

［発明の効果］ 本発明によれば、機械的及び核的寿命が長く、しかも重
量が軽減されるので制御棒の操作性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好適な一実施例である制御棒のブレー
ドの縦断面図、第２図は第１図の制御棒の外観斜視図、
第３図は第１図のｍ−ｍ断面図、第４図は本発明の他の
実施例の制御棒の横断面図、第５図は本発明の他の実施
例の斜視図である。 １．１５・・・制御棒、２・・・ブレード、３．４．１
６．１７・・・中性子吸収棒（Ｈｆ捧）、５・・・シー
ス、６，７・・・保持部、８・・・タイロッド。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、吸収核連鎖型中性子吸収材を有するブレードが設け
   られ、前記ブレードの側面に直角な方向における前記吸
   収核連鎖型中性子吸収材の厚みが。 前記ブレードの幅方向で異っている制御棒。 ２、前記ブレードの側面に直角な方向における前記吸収
   核連鎖型中性子吸収材の厚みが、前記ブレードの制御棒
   軸心側で薄く前記ブレードの翼端部で厚くなっている特
   許請求の範囲第１項記載の制御棒。 ３、前記吸収核連鎖型中性子吸収材にて中性子吸収棒を
   構成し、前記ブレードの翼端部に配置された前記中性子
   吸収棒の直径よりも前記翼端部以外で前記ブレードに配
   置された前記中性子吸収棒の直径を小さくした特許請求
   の範囲第２項記載の制御棒。 ４、前記吸収核連鎖型中性子吸収材にて中性子吸収棒を
   構成し、前記ブレードの翼端部に配置された前記中性子
   吸収棒の前記吸収核連鎖型中性子吸収材を中実とし、前
   記翼端部以外で前記ブレードに配置された前記中性子吸
   収棒の前記吸収核連鎖型中性子吸収材を中空とした特許
   請求の範囲第２項記載の制御棒。 ５、前記吸収核連鎖型中性子吸収材が、Ｈｆ、Ｔａ、Ｅ
   ｕ＿２Ｏ＿３、Ｄｙ＿２Ｏ＿３またはＡｇ−Ｉｎ−Ｃｄ
   である特許請求の範囲第１項または第２項または第３項
   または第４項記載の制御棒。