JP2000046980A - 原子炉用制御棒 - Google Patents

原子炉用制御棒

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JP2000046980A
JP2000046980A JP10211314A JP21131498A JP2000046980A JP 2000046980 A JP2000046980 A JP 2000046980A JP 10211314 A JP10211314 A JP 10211314A JP 21131498 A JP21131498 A JP 21131498A JP 2000046980 A JP2000046980 A JP 2000046980A
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rod
boron carbide
indium
weight
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Kazuo Murakami
和夫 村上
Takafumi Naitou
考文 内藤
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 加圧水型原子炉用制御棒において、中性子吸
収材として銀−インジウム−カドミウム合金棒の一部を
密度の小さい炭化硼素ペレットなどに置換しても、炉心
への緊急挿入性を確保する。 【解決手段】 両端が上部端栓11及び下部端栓13に
よって閉じられた被覆管23内に銀−インジウム−カド
ミウム合金棒25と複数の中空の炭化硼素ペレット31
とを収納している原子炉用制御棒30において、積重さ
れた炭化硼素ペレット31を貫いてステンレス鋼製細棒
33が挿通され、細棒33は積重された炭化硼素ペレッ
ト31とこれに対応する銀−インジウム−カドミウム合
金棒との重量差を補償する重量調整手段として機能す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、原子炉の炉心内の
核反応を制御する制御棒の構造に関し、特に加圧水型原
子炉用の制御棒の構造に関する。
【0002】
【従来の技術】加圧水型原子炉の炉心を形成する燃料集
合体は、一般に複数の細長い燃料棒と制御棒案内管(案
内シンブルともいう。)が行及び列を成してアレイ状に
配置されて構成されている。このような燃料集合体は、
例えば、社団法人機械学会編「機械工学便覧」のB6編
第147頁の図291に示されている。その複数の制御
棒案内管に個別に挿入される制御棒は、図6に示すよう
な構造に組み立てられ、制御棒集合体、即ち制御棒クラ
スタ(RCC)1を形成している。制御棒クラスタ1の
構造を更に説明すると、原子炉の制御棒駆動装置(図示
しない。)に分離自在に連結されるスパイダ部材3があ
り、その放射方向に延びる複数のアーム部5の先端部及
び中間部にフィンガ7が形成されている。そして、複数
の制御棒9の上端部がフィンガ7に挿通されて固定さ
れ、全体としてクラスタ状の構造物となっている。この
ような制御棒9は内部に中性子吸収物質乃至吸収材を有
していて、図示しない制御棒駆動装置により制御棒クラ
スタ1の炉心内への挿入度合いが調整され、これにより
炉心の反応度の制御が行われる。
【0003】図7に制御棒9の代表的な構造が示されて
いる。制御棒9の構造を図を参照して説明すると、スパ
イダ部材3(図6参照)に連結される上部端栓11と最
下位置にある下部端栓13にステンレス鋼製の被覆管1
5の両端がそれぞれ密封溶接により接合されている。こ
のような被覆管15の中には、図8の断面図でより明確
に示すように円柱形の銀−インジウム−カドミウム(Ag
-In-Cd)合金棒17が中性子吸収材として受け入れられ
ている。そして、Ag-In-Cd合金棒17は被覆管15の内
部上方に位置するコイルばね19によって下向きに押さ
えられている。更には、銀−インジウム−カドミウム
(Ag-In-Cd)合金棒17の一部を炭化硼素ペレットに替
えたハイブリッド構造の制御棒も提案されている。図9
を参照してハイブリッド構造の制御棒21の構造を制御
棒9との差異を中心にして説明すると、ステンレス鋼製
の被覆管23の内側の最下部に相対的に短いAg-In-Cd合
金棒25が収められ、その上に炭化硼素(BC)ペレ
ット23が複数積重され、更に上方からコイルばね19
によって下向きに押さえられている。そして、図10に
示すような円形断面の炭化硼素ペレット27の硼素とし
ては、天然硼素又は硼素10の含有成分比が高められた
濃縮硼素が用いられ、炭化硼素ペレット27はAg-In-Cd
合金棒25の中性子吸収能力より高い中性子吸収能力を
持つように設定されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】以上のようなハイブリ
ッド構造の制御棒21は、1本当たりの制御棒価値が大
きくされ、混合酸化物燃料所謂MOX燃料を使用した燃
料集合体を大量に炉心に装荷した場合に必要な停止余裕
を確保でき、又は必要な制御棒の数を削減して原子炉一
基当たりに使用される制御棒全体の製作コストを低減で
きるという効果が期待できる。しかしながら、ハイブリ
ッド型の制御棒21は、制御棒9のAg-In-Cd合金棒17
の一部を炭化硼素ペレット27に置換しているので、次
のような理由から重量が小さい。即ち、炭化硼素ペレッ
トの密度がAg-In-Cd合金棒のそれに比し約1/5と小さ
く、更に被覆管内の占有空間長の比がおおよそ6:4と
大きいため、制御棒1本当たりの重量が小さくなる。こ
のような制御棒をもつ制御棒クラスタは、緊急時に制御
棒駆動装置から切り離されて制御棒駆動棒と共に自由落
下により炉心に急速挿入されるが、前述のように重量が
小さくなると、全挿入に要する時間が長くなり、炉内核
反応の緊急停止に支障を生ずる虞れがある。従って、本
発明の課題は、中性子吸収材として炭化硼素ペレット等
を用いたハイブリッド型構造を採用しても原子炉炉心の
核反応の緊急停止を十分に行うことができる原子炉用制
御棒を提供することを課題とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】如上の課題を解決するた
め、本発明によれば、両端が上部端栓及び下部端栓によ
って閉じられた被覆管内に銀−インジウム−カドミウム
合金棒と複数の炭化硼素ペレットとを収納している原子
炉用制御棒において、密度の相対的に小さい炭化硼素ペ
レットの中心部のような中性子吸収能力の変化に敏感で
ない部分に、密度の大きな材料からなる重量調整手段を
設けて、規定の重量を持つように構成する。好適には、
炭化硼素ペレットを中空円柱状とし、ステンレス鋼や銀
−インジウム−カドミウム合金などからなる細い棒を串
刺し棒状に挿通して重量調整手段とする。そして、更に
重量を増大する必要があるときは、被覆管の肉厚を増大
したり、制御棒に連結される制御棒クラスタのスパイダ
部材の重量増大型構造を採用したりすると好都合であ
る。
【0006】
【発明の実施の形態】以下添付の図面を参照して、本発
明の実施形態を説明する。尚、前述の従来の制御棒に関
する図面を含め、同一の部分には同一の符号を付してい
る。先ず、図1を参照するに、本発明による制御棒30
の上部端栓11と下部端栓13は、それぞれステンレス
鋼製の被覆管23の両端に円周密封溶接により接合され
ている。そして、被覆管23の内部の最下部に銀−イン
ジウム−カドミウム合金(適時Ag-In-Cd合金ともい
う。)棒25が挿入されている。Ag-In-Cd合金棒25の
横断面は、図2に示すように円形である。そのAg-In-Cd
合金棒25の上端面上に複数の中空状炭化硼素(B
C)ペレット31が積重されている。そして、最上部
の炭化硼素ペレット31の上面と上部端栓11の下面と
の間にコイルばね19が介装され、積重炭化硼素ペレッ
ト31及びAg-In-Cd合金棒25を下向きに押さえてい
る。
【0007】炭化硼素ペレット31の縦断面が図3に示
され、横断面が図4に示されているが、炭化硼素ペレッ
ト31は円柱状中空ペレットであり、中心軸部に円形断
面の穴31aが形成されている。そして、積重された炭
化硼素ペレット31の連続する穴31aに重量調整手段
即ちステンレス鋼製細棒33が挿通されている。炭化硼
素ペレット31は、外側円周面に近い部分が中性子を吸
収する頻度が大きく、中心部の中性子吸収能力が全体と
してのそれを実質的に影響を与えるものではない。この
ようなことを考慮して、穴31aの外径が設定されてい
る。細棒33を構成する材料としては、前述のようにス
テンレス鋼が密度が大きく、且つ炉心内での健全性に問
題を生じないから好適であるが、タングステンやAg-In-
Cd合金もコストも十分考慮して使用可能である。尚、必
要とする調整乃至補償重量によっては、細棒33の上端
部をコイルばね19の中にまで延出しても良い。又、細
棒33の断面は円形に限定されるものでも無い。そして
コイルばね19の回りの空間は、炭化硼素ペレット31
から放出されるガスを収容する。更に又、増大すべき重
量によっては、被覆管23の肉厚を増大したり、制御棒
クラスタを構成するスパイダ部材の重量を増大したりし
て、その重量増大を確保する。
【0008】上述のように構成された制御棒20は、ス
テンレス鋼製の細棒33の存在により必要な重量が付加
されているので、緊急時に制御棒駆動装置から切り離さ
れた制御棒乃至制御棒クラスタに十分な重力が作用し、
炉心内に所定時間で落下挿入され、炉心の核反応を停止
する。又、通常の出力運転中においても、Ag-In-Cd合金
棒25及び炭化硼素ペレット31は、炉心内の中性子を
吸収して反応度を適切な目標範囲に制御することができ
る。
【0009】尚、前記実施形態の説明においては、単純
な組み合わせのAg-In-Cd合金棒及び炭化硼素ペレットを
有するハイブリッド型制御棒30を説明したが、図5に
示すような例の種々の組み合わせのハイブリッド型制御
棒にも本発明が適用できることは勿論である。図5
(a)〜(f)は概念図であるが、図中、符号11a〜
11fは上部端栓、符号13a〜13fは下部端栓、符
号19a〜19fはコイルばね、符号23a〜23fは
外側被覆管、符号25a〜25fはAg-In-Cd合金棒、符
号31a〜31fは炭化硼素ペレット、符号35a、3
5d,35e及び35fは内側下部端栓、符号37a〜
37fは内側被覆管、符号39a、39d,39e及び
39fは内側上部端栓、符号41はばね、並びに符号4
3はスペーサをそれぞれ示している。更に符号を付して
いないが、塗りつぶしの黒丸は、隣接する部材を接合す
る溶接部を示している。更に又、炭化硼素ペレットの代
わりに、炭化硼素粉や他の中性子吸収物質たとえばHfや
Eu、Dy、Gdなどの希土類あるいはそれらを含む化合物や
混合物などの中性子吸収材を用いたハイブリッド型制御
棒にも本発明は適用できることは当業者に理解されるで
あろう。
【0010】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
中性子吸収材として密度の小さい炭化硼素等を含有する
ものを用いても、ステンレス鋼製細棒などの重量調整乃
至補償部材を用いて十分な重量を確保するので、十分な
緊急挿入性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態の全体構造を示す短縮立断面
図である。
【図2】図1のII−II線に沿う平断面図である。
【図3】前記実施形態の要部を抽出して示す部分断面図
である。
【図4】図1のIV−IV線に沿う平断面図である。
【図5】本発明が適用できる種々のハイブリッド型制御
棒の概念的構造を並列的に示す概念図である。
【図6】従来構造の制御棒を含む制御棒クラスタの全体
を示す短縮立面図である。
【図7】従来の制御棒の代表的一例を示す短縮立断面図
である。
【図8】図7のVIII−VIII線に沿う平断面図である。
【図9】従来のハイブリッド型制御棒の構造を示す短縮
立断面図である。
【図10】図9のX−X線に沿う平断面図である。
【符号の説明】
11 上部端栓 13 下部端栓 19 コイルばね 23 被覆管 25 銀−インジウム−カドミウム(Ag-In-Cd)合金棒 30 制御棒 31 炭化硼素ペレット 33 細棒

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 両端が上部端栓及び下部端栓によって閉
    じられた被覆管内に銀−インジウム−カドミウム合金棒
    と複数の炭化硼素ペレットとを収納している原子炉用制
    御棒において、前記炭化硼素ペレットとこれに対応する
    銀−インジウム−カドミウム合金棒との重量差を補償す
    る重量調整手段を設けていることを特徴とする原子炉用
    制御棒。
  2. 【請求項2】 前記重量調整手段は、炭化硼素ペレット
    の密度に比べて相対的に密度の大きい材料を前記炭化硼
    素ペレットに挿入して形成されている請求項1記載の原
    子炉用制御棒。
  3. 【請求項3】 前記重量調整手段は、前記被覆管の肉厚
    を増大することにより構成されている請求項1又は2に
    記載の原子炉用制御棒。
  4. 【請求項4】 前記重量調整手段は、前記制御棒に連結
    される制御棒クラスタのスパイダ部材の重量増大型構造
    としている請求項1乃至3に記載の原子炉用制御棒。
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