JP2002520575A - 吸収体及び制御棒 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 原子力装置内で放射線を吸収するために吸収体が配置されている。該吸収体（１）は局所的厚さの減少した少なくとも１つの領域（２、３、４）を有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 （発明の背景と従来技術） 本発明は原子力装置における放射線を吸収するようになった吸収体に関するも
のである。

【０００２】 そのような吸収体は原子力技術において既によく知られている。それらは制御
棒の中に位置するようになっており、それによって原子炉炉心における核燃料の
燃焼が制御される。従って、該吸収体は比較的小さな棒、例えば炭化ボロンによ
ってしばしば形成され、これは該制御棒のブレードに配置された孔の中に位置し
ている。通常は複数個のそのような吸収体の棒が、前記制御棒のブレードにおけ
るそれぞれの孔の中で、端から、端まで上下関係になって配置される。該孔は次
に密閉され、吸収体が制御棒の中で密封的に収納される。

【０００３】 原子力装置を連続運転している間、前記吸収体の役割は存在する中性子線を吸
収することである。通常用いられる吸収体の材料、炭化ボロンは、その間、中性
子線を照射されて膨張するであろう。該吸収体は、従って、軸線方向と半径方向
の両方向に膨張するであろう。

【０００４】 前記放射線は吸収体の全てに亘って均等に配分されるものではない。例えば、
吸収体の端部は吸収体の他の部分よりも多くの放射線にさらされるであろう。そ
の理由は、吸収体の端部における放射線、即ち中性子が吸収体のカバー無しの端
面に衝突するからであり、従って、該端面を衝撃して該端面は膨張する。そのよ
うに増加した中性子束が吸収体に衝突するのは、互いに上下に配置された複数個
の吸収体の列の端部に位置した、吸収体の端部において特に明らかになっている
。

【０００５】 さらに、放射線の強度は、通常は、吸収体の異なった側部においても異なって
いる。吸収体が細長い棒でできていて、その包絡面の一部分が増加した中性子束
にさらされると、該棒は膨張、即ち該部分に沿ってもっとスウェリングを起こす
であろう。それによって前記棒は多分曲がるであろう。この曲がりが大きくて、
吸収体の棒が制御棒の取り囲み壁と接触し、それに圧力を加えることがある。該
制御棒は通常は応力腐食の傾向のある鋼でできている。中性子吸収体の棒が曲が
ると、その結果、吸収体の棒を取り囲んでいる制御棒の壁部に応力腐食をもたら
す危険性が生じる。

【０００６】 さらに、この現象は吸収体の棒の端部において局所的に膨張が大きくなること
によって加速される。

【０００７】 吸収体においてはいわゆる自己遮蔽が存在し、すなわち、吸収体の外周領域が
放射吸収能力を有しており、従って、量の減少した放射線のみが吸収体の中央部
分に到達する。従って、吸収体の中央部分は、その外周部分よりも少量の放射線
にさらされることになる。外周部分の方が膨張量が増加するので、中央部分と外
周部分との間に張力が生じるであろう、最悪の場合には、該張力が軸線方向に大
きくなり、吸収体が破壊することになるかもしれない。固体棒は、経験則からい
うと、内部張力によって多くの破片に破壊し、その長さは本質的に棒の直径に相
当するであろう。そのように、吸収体の棒が複数個の破片に割れてしまうことは
まずいことである。

【０００８】 （発明の概要） 本発明の目的は、上述した欠点を減少させ、あるいは完全に無くすような形状
を有する吸収体を得ることである。該吸収体はまた単純かつ安価に製作できなけ
ればならない。

【０００９】 この目的は、最初に記載した通り、局所的に厚さの減少した少なくとも領域を
有していることを特徴とする吸収体によって達成される。該吸収体にそのような
領域を設けることによって、この領域の中に局所膨張空間が創造される。該領域
は、中性子吸収体が丁度そこで局所的に膨張できるように設計されており、従っ
て、吸収体の中央部分とその外周部分との間の張力が減少し、そのような張力の
存在によって生じる吸収体の破壊を防ぐことができる。前記領域の位置を適当に
とることによっ不均等に配分される放射線によって生じるかもしれない吸収体の
曲がり傾向もまた減少するであろう。局所的に厚さの減少した前記領域はまた、
もし不均等に配分された放射線のために吸収体がさらに曲げられて、それを取り
囲んでいる制御棒の壁部に圧力を加えることになれば、この領域において吸収体
が破壊するというような形状と延長部分をも有している。上述したようにして生
じる制御棒壁部の応力腐食割れの形成が減少し、あるいは完全になくなるであろ
う。

【００１０】 好ましい実施例によると、局所的に厚さの減少した前記少なくとも１つの領域
は、前記吸収体の外面に設けられた、少なくとも１つの凹所によって画定されて
いる。凹所を設けることによって、、該領域は非常に局所的に製作され、また敏
感でかつ明確な膨張空間が形成される。従って、該凹所は、吸収体の外周部分が
吸収体の中心よりも大きな中性子束にさらされた時に、吸収体の該外周部分が膨
張することのできる空間を画定している。凹所はまた吸収体の製作において、単
純製作することができる。

【００１１】 さらに好ましい実施例によると、前記吸収体は細長くなっていて、かつ前記少
なくとも凹所は前記吸収体の長手方向に対して横断的に延在している。 該凹所がこのようにして延在しているので、吸収体の外周部分の軸線方向膨張が
可能となる。

【００１２】 さらに好ましい実施例によると、前記少なくとも凹所は前記吸収体の外周の周
りで１つの閉じた環状のループとして延在している。従って、該凹所が設けられ
ている場合には、吸収体の全断面積に亘って、該吸収体の外周部分の膨張が可能
となる。そのような凹所は簡単な方法で深く製作することができ、従って、この
領域における吸収体の中央部分は吸収体が不均等に配分された放射線にさらされ
て曲がり、それを取り囲んでいる制御棒の壁部を局所的に押圧した時のように、
吸収体が曲げ応力を受けた時に吸収体がそこで破壊するように弱化されるであろ
う。前記吸収体が棒状になっている場合には、このようして設けられた凹所が吸
収体の全断面積に亘って、吸収体の外周部分の軸線方向の膨張を許すので、それ
が制御棒ブレードにおける受け孔の中へ押し込まれる時の回転的位置決めは問題
とならない。

【００１３】 さらに好ましい実施例によると、前記少なくとも凹所は前記外面の全面積の約
２−１５％、好ましくは該面積の５−１０％を占めている。長さが約１００ｍｍ
で直径約５ｍｍの代表的な吸収体の棒に関して、棒の外周部分において軸線方向
に十分な膨張空間が創造され、同時に、この場合該凹所（単数あるいは複数）が
外部表面の小さな部分と、吸収体の体積の小さな部分とを形成していても、放射
線吸収能力は大して減少しない。

【００１４】 さらに好ましい実施例によると、前記吸収体は本質的に棒形になっており、前
記外面はその包絡面である。

【００１５】 前記吸収体の１あるいはそれ以上の領域に厚さの減少した部分、すなわち、直
径の減少した部分を設けることは、本発明が関係している課題に対する特に良好
な解決手段である。

【００１６】 さらに好ましい実施例によると、前記凹所の深さｄと、該凹所の領域における
前記吸収体の厚さｔとの比は 、好ましくは である。これらの値より大きな深さにおいては、ある種の場合には、厚さの減少
している領域において、吸収体の望ましくない弱化部分が得られる。その比ｄ／
ｔは、さらに、前記凹所が上述した機能を有するためには、０．０２より大きく
なくてはならない。ｄ／ｔの値が約０．０２より小さくなるような深さになった
１あるいはそれ以上の凹所を設けてもよいが、それは全く異なった役割、即ち、
主として、棒が破壊することが必要となった時に、棒の破壊を開始させる位置を
決めるための機能を満足しなければならない。

【００１７】 さらに好ましい実施例によると、複数個の前記凹所は、前記吸収体の長手方向
から見て、互いに他とある距離をおいて配置されている。これによって、中性子
吸収体の外周部分がその中央部分に比べてより多量の放射線にさらされて、より
大きく膨張することによる吸収体の外周部分とその中央部分との間に張力が生じ
るのを防いでいる。前記凹所の幅は該凹所間の距離に応じてうまく調節され、該
凹所を一緒にした場合に画定される全幅が、該吸収体が棒の形をして、任意の断
面を有している場合には、該吸収体の長さの約２−１５％、好ましくは５−１０
％を形成するようになっている。

【００１８】 他の実施例によると、前記吸収体は細長くなっていて、かつ前記領域は少なく
ともその端部に位置している。厚さの減少した領域をそのような細長い吸収体の
少なくとも端部に位置づけることによって、該端部に膨張のための空間が創造さ
れる。該吸収体は該端部において増大した放射線にさらされ、従って、この領域
において膨張が増大されることになるが、このような特徴があることによって、
吸収体が該端部において半径方向に大きく膨張して、そのために吸収体を取り囲
んでいる制御棒の壁部に対して圧力を発生させることを防ぐことができる。該端
部領域はまた、吸収体が不均等に配分された放射線を受けることによって幾分曲
がった時でも、この点に関しては余り重要な部分にはならないであろう。この領
域における厚さの現象は、吸収体の寿命中にこの領域における吸収体の厚さが、
吸収体の残りの部分の厚さに関連して釣り合わない寸法にまで膨張しないように
、適当に調節される。厚さの減少した領域を該端部に設けることによって、炭化
ボロンの吸収体の場合には、従来技術によるハフニウムのシリンダーを、吸収体
の棒の最外端に対する中性子束を抑制する目的で、吸収体（単数／複数）の位置
する孔の中で最も遠くに位置させて使用することが避けられる。

【００１９】 さらに好ましい実施例によると、前記領域は前記端部における前記吸収体の斜
面部によって画定されている。そのような斜面部は、なかでも、吸収体の厚さを
その絶対的な端部に到るまで徐々に調節しており、該端部は最も狭くなっており
、中性子束が最大であり、吸収体が半径方向に最も大きく膨張させられる。

【００２０】 本発明はまた上述してきた特徴を有した、少なくとも吸収体を具備することを
特徴とする、原子力装置のための制御棒に関するものである。本発明のさらなる
利点とその特徴は、残りの従属的な特許請求の範囲と、以下の説明とから明らか
になるであろう。

【００２１】 本発明を、添付図面を参照しながら、以下例示的に、しかし限定目的ではなく
、説明する。

【００２２】 （実施例の詳細な説明） 図１から図３において、本発明の実施例による吸収体が示されている。該中性
子吸収体１は中性子吸収材料、ここでは炭化ボロン、Ｂ₄Ｃの棒として形成され
、その長さは約１００ｍｍで、その長さの大部分に沿った厚さｔは５・６ｍｍの
オーダーであり、その２つの端部においては５ｍｍのオーダーの厚さにまで減少
されている。図３から明らかなように、前記中性子吸収体１は本質的に円形断面
を有し、その厚さｔはその直径と同じである。

【００２３】 前記吸収体１は局所的厚さの減少した複数個の領域２、３、４を有している。
２つの該領域２、３は吸収体１の両端に配置されている。該領域２、３は吸収体
１の斜面部によって画定され、それぞれの端部へ向かってその厚さが減少してい
る。前記領域２、３の長さｌは本質的に吸収体１の厚さに対応している。この場
合、該領域２、３の長さｌは５ｍｍのオーダーである。しかしながら、これらの
値からある程度偏ってもよい。結果として、これらの領域２、３における厚さの
最大の減少率は２−２０％のオーダーであり、好ましくは５−１５％であり、最
も好ましくは７−１２％である。該領域２、３の長さｌは０．２５×ｔから２×
ｔのオーダーであり、好ましくは０．５×ｔから１．５×ｔであり、最も好まし
くは０．７×ｔから１．２×ｔである。前記領域２、３は吸収体１の斜面部によ
って画定されるべきではないが、吸収体１の厚さの段階的な減少によって画定さ
れてもよい。

【００２４】 前記吸収体１には厚さの減少した複数個別の領域４もまた設けられている。こ
れらの領域４は凹所４あるいはノッチによって確定され、その各々は吸収体１の
演習方向に沿って延在しており、従って該吸収体の中で円形状のノッチを画定し
ている。各々の凹所４において、前記吸収体１は鋭く目立つ腰部を有し、これは
吸収体１の最も近接した隣接部分５に対して減少した厚さを有している。凹所４
間の距離は変化してもよく、例えば０．５×ｔから１０×ｔ、好ましくは１×ｔ
から５×ｔ、あるいはこの場合のように、１．５×ｔから、２．５×ｔのオーダ
ーになっている。前記凹所４は本質的には吸収体１の長さに沿って均等に配分さ
れている。それぞれのノッチ４を設けるために除去される材料の量は僅かであり
、即ち、吸収体１の吸収能力の低下度は、そのようなノッチが可能にする吸収体
の外周部分の軸線方向における膨張の可能性に比べると少ない。

【００２５】 前記凹所４は、ケース毎に相当変化するが、深さｄを有している。吸収体の強
度をあまり弱くしないためには、該凹所４の深さｄと吸収体１の厚さｔとの比は
、好ましくは である。図示した実施例においては、全ての凹所４は本質的に同一の深さを有し
ているが、それらが中性子吸収体１の長さに沿って、それぞれ、より大きな、あ
るいはより小さな深さを有していてもよい。

【００２６】 各々の前記凹所４は０．０２×ｔから０．４×ｔのオーダーの幅、好ましくは
０．０５×ｔから０．２×ｔの幅を有している。凹所４の幅というのは吸収体１
の外面における幅を意味している。図示した実施例においては、該凹所４の幅は
吸収体１の中央部分へ向かって減少している。全ての凹所４に関する吸収体１の
長さに沿った全幅ｂ_totは、ここでは該長さの５−１０％である。

【００２７】 前記凹所４は吸収体１の外周部分とその中央部分との間の張力の存在を緩和す
るが、ここで該張力は、該中央部分へは少量の放射線が到達し、従って該外周部
分が吸収体１の中央部分よりも大きな放射線を受け、膨張／スウェリングを誘起
することによる張力であることを意味している。前記凹所４が存在していること
のおかげで、吸収体１はそのような凹所４の存在しない対応的な吸収体に比べて
、有効寿命が長くなる。そのような中実棒は、経験則によると、その直径の長さ
ぐらいの部分になって破壊し、該凹所４を有する吸収体１の場合よりも多数の破
片に割れるであろう。そのような中実棒が分割されると、ある種の位置の変化に
よってもしこの吸収体が破壊しないで凹所４を有する吸収体１の中で前記中央部
分が経験する膨張よりも、もっと大きな全軸線方向膨張に到るであろう。

【００２８】 図４においては、従来型の原子力装置内の中性子束を制御するための制御棒が
示されている。該制御棒は４つのブレード７を有し、その各々が複数個チャンネ
ル８を有し、これがそれぞれのブレード７の自由外端から、ブレードの合体する
制御棒６の中心部に向かって延在している。少なくともいくつかの該チャンネル
８の中へ本発明による吸収体１が挿入され、好ましくは密封的に収納される。そ
のようなチャンネル８には１本のより長い吸収体１、あるいは複数個より短い吸
収体が配置されてもよい。

【００２９】 当業者が、本発明の範囲から逸脱することなしに、複数個可能性のある変化や
、本発明の課題の変更形実施例を認めるであろうことは明らかである。本発明は
その説明と添付図面によって支持された添付した特許請求の範囲によってのみ限
定されるものと考えるべきである。

【００３０】 例えば、個々の吸収体の棒の寸法は、制御棒内の異なった位置における予測さ
れる膨張に関して調節されるであろう。さらに、少なくとも凹所はまた、吸収体
の長さに沿ってらせん曲線状になって延在させてもよいであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による吸収体の実施例の側面図である。

【図２】 拡大尺度による前記吸収体の詳細な側面図である。

【図３】 図１の線ＩＩＩ−ＩＩＩから見た断面図である。

【図４】 本発明による制御棒の概略的な透視図である。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１２年７月１３日（２０００．７．１３）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【請求項９】 特許請求の範囲第１項から第８項までのいずれか１項に記載
の吸収体（１）を具備することを特徴とする原子炉のための制御棒。

【手続補正書】

【提出日】平成１３年１月１０日（２００１．１．１０）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原子力装置における放射線を吸収するために配置された吸収
   体において、局所的に厚さの減少した少なくとも１つの領域（２、３、４）を有
   していることを特徴とする吸収体。
2. 【請求項２】 局所的に厚さの減少した前記少なくとも１つの領域（４）が
   、前記吸収体（１）の外面（５）に設けられた、少なくとも１つの凹所（４）に
   よって画定されている、請求の範囲第１項記載の吸収体。
3. 【請求項３】 細長くなっていて、かつ前記少なくとも凹所（４）が前記吸
   収体（１）の長手方向に対して横断的に延在している請求の範囲第２項記載の吸
   収体。
4. 【請求項４】 前記少なくとも凹所（４）が前記吸収体（１）の外周の少な
   くとも一部分の周りを延在している請求の範囲第２項あるいは第３項記載の吸収
   体。
5. 【請求項５】 前記少なくとも凹所（４）が前記吸収体（１）の外周の周り
   で１つの閉じた環状のループとして延在している、請求の範囲第２項から第４項
   までのいずれか１項記載の吸収体。
6. 【請求項６】 前記少なくとも凹所（４）が前記外面（５）の全面積の約２
   −１５％、好ましくは該面積の５−１０％を占めている、請求の範囲第２項から
   第５項までのいずれか１項記載の吸収体。
7. 【請求項７】 本質的に棒型になっており、前記外面（５）が前記吸収体の
   円筒状表面になっている、請求の範囲第２項から第６項までのいずれか１項記載
   の吸収体。
8. 【請求項８】 前記凹所の深さ（ｄ）と、該凹所（４）の領域における前記
   吸収体の厚さ（ｔ）との比が 、好ましくは である、請求の範囲第２項から第７項までのいずれか１項記載の吸収体。
9. 【請求項９】 複数個の前記凹所（４）が、前記吸収体（１）の長手方向か
   ら見て、互いに他とある距離をおいて配置されている、請求の範囲第２項から第
   ８項までのいずれか１項記載の吸収体。
10. 【請求項１０】 細長くなっていて、かつ前記領域（２、３）が少なくとも
    その端部に位置している、請求の範囲第１項から第９項までのいずれか１項記載
    の吸収体。
11. 【請求項１１】 前記領域（２、３）が前記端部における前記吸収体の斜面
    部によって確定されている、請求の範囲第１０項記載の吸収体。
12. 【請求項１２】 特許請求の範囲第１項から第１１項までのいずれか１項に
    記載の吸収体（１）を具備することを特徴とする原子炉のための制御棒。