JP2008058053A - 原子炉用制御棒 - Google Patents

Abstract

【課題】健全性を確保しつつ長寿命化を実現できること。
【解決手段】横断面がＵ字状をなす長尺のシース７の開口部を、中央構造材６に固着して複数のウイング２を構成し、これらのウイングの炉心挿入方向先端側に先端構造材を、挿入末端側に末端構造材をそれぞれ固着すると共に、ハフニウム板１０を主な中性子吸収材とする複数の一体型中性子吸収要素３１を、シース７内に当該シースの長手方向に列状に収容する原子炉用制御棒３０において、制御棒挿抜方向に配列された複数の一体型中性子吸収要素のうち、挿入先端から１／４乃至３／４の範囲で、前記ハフニウム板の厚さがシースの厚さよりも厚い制御棒挿入先端側に位置する一体型中性子吸収要素では、当該一体型中性子吸収要素のハフニウム板１０におけるシース７との対向する外側面４１に、制御棒挿抜方向に平行な複数本の縦溝４２が形成されたものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ハフニウム（Ｈｆ）の金属又はその合金を中性子吸収材とする原子炉用制御棒に関する。

沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）の制御棒は、縦長の４枚の翼（ウイング）を断面十字型に組み立てて構成される。炉心は、断面方形に形成された４体の燃料集合体が制御棒の各ウイングを挟むように配列されて一つのセルとされ、このセルが多数配置されて構成される。このような原子炉用制御棒には、長寿命化の要請から、ハフニウムを主な中性子吸収材とする「ハフニウム制御棒」が知られている。この「ハフニウム制御棒」は、１〜２ｍｍ程度の厚さのハフニウム板を２枚、間隙をあけて対向させて一体型中性子吸収要素とし、この一体型中性子吸収要素を、各ウイングの外形を構成するステンレス鋼（ＳＵＳ）製のシース内に収納した構成である。この制御棒を炉心中で使用している状態では、ハフニウム板の上記間隙の部分に水が満たされる。この水は、両側のハフニウム板から入ってきた高速中性子を減速させ、この減速された中性子をハフニウム板に効率良く吸収させるものである。この水が高速中性子を減速して捕獲する構成であることから、上記制御棒は「ハフニウムトラップ型制御棒」と呼ばれている。

このようなハフニウムトラップ型の原子炉用制御棒が特許文献１に記載され、更に、急速挿入などの衝撃に対する機械的特性を改良したものが特許文献２に、長寿命化に伴う腐食問題を改良したものが特許文献３に、それぞれ記載されている。

図１３は、特許文献１にて開示され、実用化された原子炉用制御棒の概要を示し、（Ａ）は一部を切り欠いて示す斜視図、（Ｂ）は図１３(Ａ)の一ウイングを示す横断面図、（Ｃ）は図１３(Ｂ)における保持部材を示す斜視図である。図１３に示すように、この原子炉用制御棒１は、ハンドル３を含む先端構造材４、４枚の翼（ウイング）２、及び末端構造材５が中央構造材（タイロッド）６に固着されて十字型に形成される。末端構造材５には、結合部異常分離時に制御棒１が炉心から落下する際の速度を抑制する速度制限部材（Ｓｐｅｅｄ ｌｉｍｉｔｅｒ）が設けられているが、この図では省略されている。

各ウイング２は、深いＵ字状の横断面を有するステンレス鋼（ＳＵＳ）製のシース７の内部に、中性子吸収材としての２枚のハフニウム板１０を保持部材１２でシース７と一体化した複数の一体型中性子吸収要素１４が収納されて構成される。また、シース７には規則的に通水孔９が設けられている。この通水孔９は、通常、制御棒挿抜方向（つまり原子炉用制御棒１の軸方向）と直角方向に２個ずつペアとなって、制御棒挿抜方向に規則的に配列されている。

上記ハフニウム板１０は、ハフニウムの金属、またはハフニウムをジルコニウムやチタン等の希釈材で希釈したハフニウム合金から成る。また、上記保持部材１２は駒のような形状であり、対向する２枚のハフニウム板１０の間隙を保持するスペーサ部１２Ａと、このスペーサ部１２Ａに一体成形された軸部１２Ｂとを備えて成る。

ハフニウム板１０とステンレス鋼（ＳＵＳ）製のシース７とでは熱膨張係数が大幅に異なるため、その問題を解決すべく、図１４に示すように、一体型中性子吸収要素１４は、制御棒挿抜方向に分離して複数個配列され、それぞれの一体型中性子吸収要素１４が保持部材１２によってシース７に保持されている。一体型中性子吸収要素１４の制御棒挿抜方向の配列数は、原子炉内における制御棒１の中性子被照射量に関する従来からの管理の習慣に従って偶数個とされており、図１５に代表的な例を示す。

図１５（Ａ）では、一体型中性子吸収要素１４は、制御棒挿抜方向に等間隔で８個配列され、各一体型中性子吸収要素１４毎に、制御棒挿入先端側から挿入末端へ向かってハフニウム板１０の厚さが順次薄くなるように構成されている。これは、原子炉用制御棒１においては、制御棒挿入先端側ほど中性子照射量が多く、この領域で反応度価値(中性子吸収能力)を高める必要があるからである。また、図１５(Ｂ)では、一体型中性子吸収要素１４は、制御棒挿抜方向に８個配列されているが、そのハフニウム板１０は、制御棒挿入先端側から２個ずつ同じ厚さで挿入末端側へ向かって薄く形成されている。原子炉用制御棒１において、挿入先端側から中性子吸収材の全長Ｌの１／２ないし６／８の領域では、通常、シース７の厚さに比べてハフニウム板１０の方が厚くなっている。図１５（Ｃ）では、一体型中性子吸収要素１４は軸方向に同じ長さで２個配列され、そのハフニウム板１０は、制御棒挿入先端側でシース７よりも厚く、挿入末端側でシース７と同程度か若干薄くなっている。

尚、図１４は図１５（Ｂ）に相当するものの例であって、図１４(Ａ)は、図１３(Ａ)の原子炉用制御棒において前面のシースを切り欠いて示す正面図、図１４(Ｂ)は、中性子吸収材であるハフニウム板の厚さ分布及び反応度価値を示す図である。

図１６（Ａ）は、図１４（Ａ）の要部拡大正面図、図１６（Ｂ）は、図１６（Ａ）の一対のハフニウム板（一体型中性子吸収要素）を拡大して示す正面図、図１６（Ｃ）は、図１６（Ｂ）のXVI‐XVI線に沿う断面図である。前述のように、一体型中性子吸収要素１４は保持部材１２によってシース７に保持され、この保持部材１２は、スペーサ部１２Ａ及び軸部１２Ｂを備えてなる。軸部１２Ｂは、一体型中性子吸収要素１４の２枚のハフニウム板１０に形成された貫通孔１３と、シース７に形成された装着孔８に挿通され、シース７の外面から突出しないように当該外面に溶接により固着される。また、スペーサ部１２Ａは、一体型中性子吸収要素１４の２枚のハフニウム板１０間に配置されて、これらのハフニウム板１０の間隙を水ギャップ１１として保持する。この水ギャップ１１に満たされる水が、前述の如く高速中性子を減速する。

また、ハフニウム板１０とステンレス鋼製のシース７とは、熱膨張係数が３倍程度異なる。このため、ハフニウム板１０の貫通孔１３の直径は、保持部材１２の軸部１２Ｂの直径よりも大きく形成されて、両者間に孔間隙１６が設けられている。これにより、原子炉運転に際しての熱サイクルにおける膨張と収縮によっても、ハフニウム板１０とシース７との干渉が回避される。

図１７（Ａ）は図１３（Ａ）の原子炉用制御棒の一ウイングを拡大して示す正面図であり、図１７（Ｂ）、図１７（Ｃ）、図１７（Ｄ）は、図１７（Ａ）のXVIIＢ‐XVIIＢ線、XVIIＣ‐XVIIＣ線、XVIIＤ‐XVIIＤ線にそれぞれ沿う断面図である。保持部材１２は、図１３にも示すように、一つの一体型中性子吸収要素１４における挿入先端側と挿入末端側に一対ずつ設けられている。シース通水孔９Ａは、図１７（Ｄ）に示すように、シース７にのみ形成されたものである。また、重複通水孔９Ｂは、図１７（Ｃ）に示すように、シース７及びハフニウム板１０に同軸状態で重複して設けられたものである。これらのシース通水孔９Ａ及び重複通水孔９Ｂが、前記通水孔９を構成する。更に、シース７を中央構造材６に溶接する溶接点１５は、中央構造材６における制御挿抜方向に等間隔に設けられている。

図１８は、図１３に示す原子炉用制御棒と考え方を若干異にする設計で実用化されたハフニウムトラップ型の原子炉用制御棒の例である。この原子炉用制御棒２１では、深いＵ字状のシース７の内部に、一体型中性子吸収要素２４を構成する中性子吸収材である「平板化されたハフニウム管２０」（フラットチューブ、平管と呼ばれることがある）がウイング２の幅方向に２個、制御棒挿抜方向に２個、分離して収納されている。制御棒挿抜方向の分離位置は、おおよそ中性子吸収材の全長Ｌの１／２付近である。この種の設計では、図１８(Ｃ)に示すように、ウイング２の厚さ方向におけるハフニウム管２０の間隔は、このハフニウム管２０を構成する各ハフニウム板２０Ａ、２０Ｂが側端で曲げられて固着されているため、図１３（Ｃ）のような駒形状の保持部材１２を用いる必要はなく、この保持部材１２の軸部１２Ｂのみからなる保持部材(スティフナ)２２を用いればよい。

このスティフナ２２は、一体型中性子吸収要素２４のハフニウム管２０に形成された貫通孔２３に挿通されて、両端がシース７に固着され、このシース７の対向する間隔を保持する。この一体型中性子吸収要素２４においても、上記貫通孔２３とスティフナ２２との間には孔間隙(不図示)が設けられて、ハフニウム管２０とステンレス鋼製のシース７との熱膨張差を吸収できるようになっている。また、一体型中性子吸収要素２４は、挿入先端側では先端構造材４に、挿入末端側では末端構造材５に、それぞれの固定部２７を用いて固定される。更に、一体型中性子吸収要素２４及びシース７には、前記原子炉用制御棒１と同様な通水孔９が形成されている。このうち、符合９Ｘは、シース７とハフニウム管２０に重複して設けられた重複通水孔であり、符合９Ｘ２は、この重複通水孔９Ｘのうちのハフニウム管２０に形成されたハフニウム孔を示す。
特開昭６２−２３５５９５号公報 特開平１０−１０４３８２号公報 特開平１１−１１８９７２号公報

ところが、上述のようなハフニウムトラップ型の原子炉用制御棒１、２１にあっては、シース７等の構造材と、ハフニウムを主な中性子吸収材とする一体型中性子吸収要素１４、２４との中性子照射による照射成長、並びに運転開始から停止までの運転サイクルにおける制御棒各部位、特に上記シース７、一体型中性子吸収要素１４、２４の機械的な挙動や通水性などを考慮したとき、長寿命化に伴う健全性の確保についてさらなる改良の余地があることが判明した。

本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、健全性を確保しつつ長寿命化を実現できる原子炉用制御棒を提供することにある。

本発明は、横断面がＵ字状をなす長尺のシースの開口部を、中央構造材に固着して複数のウイングを構成し、このウイングの炉心挿入方向先端側に先端構造材を、挿入末端側に末端構造材をそれぞれ固着すると共に、板状のハフニウムを主な中性子吸収材とする複数の一体型中性子吸収要素を、前記シース内に当該シースの長手方向に列状に収容する原子炉用制御棒において、制御棒挿抜方向に配列された複数の前記一体型中性子吸収要素のうち、挿入先端から１／４乃至３／４の範囲で、前記中性子吸収材の厚さが前記シースの厚さよりも厚い制御棒挿入先端側に位置する一体型中性子吸収要素では、当該一体型中性子吸収要素の前記中性子吸収材における前記シースと対向する面に、制御棒挿抜方向に略平行な縦溝が形成されたことを特徴とするものである。

本発明によれば、制御棒挿抜方向に配列された複数の一体型中性子吸収要素のうち、挿入先端から１／４乃至３／４の範囲で、中性子吸収材の厚さがシースの厚さよりも厚い制御棒挿入先端側に位置する一体型中性子吸収要素では、当該一体型中性子吸収要素の中性子吸収材におけるシースと対向する面に、制御棒挿抜方向に略平行な縦溝が形成されている。このため、中性子吸収材とシースとの間の通水性が良好となり、これらの中性子吸収材とシースとの冷却性が高まると共に、これら両者間に隙間腐食が発生することを防止できる。また、中性子吸収材に上記縦溝が形成されたことで、中性子吸収材とシースとが接触する場合の接触面積を減少でき、これらの中性子吸収材とシースとの相対移動が容易化される。更に、中性子吸収材に上記縦溝が形成されることで、この中性子吸収材における制御棒挿抜方向に対し直角方向の柔軟性を向上させることができる。これらのことから、健全性を確保しつつ、原子炉用制御棒の長寿命化を実現できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面に基づき説明する。但し、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではない。また、各実施の形態において、前記背景技術(従来技術)と同様な部分は、同一の符号を付すことにより説明を省略する。

［Ａ］第１の実施の形態（図１〜図３）
図１は、本発明に係る原子炉用制御棒の第１の実施の形態における主要部であり、前面のシースを切り欠いて一体型中性子吸収要素を示す正面図である。図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は、図１のIIＡ‐IIＡ線、IIＢ‐IIＢ線、IIＣ‐IIＣ線、IIＤ‐IIＤ線にそれぞれ沿う断面図である。

本実施の形態の原子炉用制御棒３０は、横断面が深いＵ字形状をなす長尺のシース７の開口部を中央構造材６に固着して複数のウイング２を構成し、このウイング２の炉心挿入方向先端側に先端構造材４を、挿入末端側に末端構造材５をそれぞれ固着すると共に、中性子吸収材としての２枚のハフニウム板１０を備えてなる一体型中性子吸収要素３１が、シース７の長尺方向に複数個配列して収容されて構成されたものである。この一体型中性子吸収要素３１は、原子炉用制御棒３０の挿抜方向に同一長さ（例えば４５ｃｍ程度）で、シース７の長尺方向に例えば８個配列されている。

各一体型中性子吸収要素３１は、挿入先端側、挿入末端側に各一対設けられた保持部材３２によってシース７に荷重が保持される。つまり、保持部材３２は、図２(Ｂ)に示すように、スペーサ部１２Ａと同一形状のスペーサ部３２Ａと、軸部１２Ｂとは異なる形状の軸部３２Ｂとを有してなる。スペーサ部３２Ａは、一体型中性子吸収要素３１の２枚のハフニウム板１０間に配置されて、これらのハフニウム板１０の間隙を水ギャップ１１として保持する。また、軸部３２Ｂは、一体型中性子吸収要素３１における２枚のハフニウム板１０の挿入先端側に設けられた貫通孔３３、または挿入末端側に設けられた貫通孔３４に挿通され、更にシース７の装着孔８に挿通されて、先端がこのシース７の外面から突出しないようにして当該外面に溶接等により固着される。このようにして、軸部３２Ｂは、対向するシース７の間隔を保持すると共に、ハフニウム板１０の荷重をシース７に保持させる。

制御棒挿抜方向に複数個（例えば８個）配列された一体型中性子吸収要素３１のうち、挿入先端から１／４乃至３／４程度の範囲に位置する一体型中性子吸収要素（以下、「制御棒挿入先端側に位置する一体型中性子吸収要素」と称する）３１では、ハフニウム板１０の板厚がシース７の板厚よりも厚く形成されている。これは、この制御棒挿入先端側に位置する一体型中性子吸収要素３１の反応度価値、つまり原子炉の反応度を制御する中性子吸収能力を高め、且つ高い中性子照射を受けても上記反応度価値を良好に維持できるようにするためである。

このような制御棒挿入先端側に位置する各一体型中性子吸収要素３１では、図１及び図２（Ａ）に示すように、この一体型中性子吸収要素３１を構成するハフニウム板１０のシース７と対向する外側面４１に、制御棒挿抜方向に平行に延びる１本または複数本(本実施の形態では複数本)の縦溝４２が形成されている。この縦溝４２の深さは、当該縦溝４２の底から、ハフニウム板１０の縦溝４２が形成されていない内側面４３までの肉厚Ｍ１が、シース７の肉厚Ｎ以上となる範囲で設定される。

例えば、縦溝４２は、ハフニウム板１０の厚さが仮に１．６ｍｍであるとき、ハフニウム板１０の外側面４１に溝ピッチｐが１０ｍｍで、溝幅ｗが３ｍｍ、溝深さｈが０．８ｍｍとなるような断面円弧形状の溝である。この場合、縦溝４２のないハフニウム板に比べ、当該ハフニウム板１０の横断面積は約８％程度減少し、モンテカルロ法による統計精度の高い計算を行ったところ、当該原子炉用制御棒３０の反応度価値は１．３％程度低下した。また、縦溝４２は、ハフニウム板１０の厚さが同程度であるとき、ハフニウム板１０の外側面４１に溝ピッチｐが５ｍｍで、溝幅ｗが３ｍｍ、溝深さｈが０．４ｍｍとなるような断面円弧形状の溝としてもよい。この場合には、縦溝４２のないハフニウム板に比べ、当該ハフニウム板１０の横断面積は約７％程度減少し、原子炉用制御棒３０の反応度価値は、同様の計算によって１．２％程度低下した。

ハフニウム板１０におけるシース７に対向した外側面４１に上述の縦溝４２を設けることによって、ハフニウム板１０のシース７との間の通水性が良好となり、これらのハフニウム板９とシース７との通水に伴う冷却性が高まると共に、ハフニウム板１０とシース７との間に隙間腐食が生ずることが防止される。また、ハフニウム板１０の外側面４１に縦溝４２が形成されたことで、ハフニウム板１０とシース７とが接触した場合の接触面積が低下し、これらのハフニウム板１０とシース７との相対移動が容易化される。更に、ハフニウム板１０の外側面４１に縦溝４２が形成されることで、このハフニウム板１０における制御棒挿抜方向に対し直角方向の柔軟性が高まり、またハフニウム板１０とシース７との機械的強度が同程度となる。このハフニウム板１０の機械的強度は、ハフニウム板１０において縦溝４２の底からの肉厚Ｍ１がシース７の肉厚Ｎ以上に設定されていることからも担保され、ハフニウム板１０の機械的な強度低下が回避される。

また、図１及び図２（Ｂ）に示すように、制御棒挿入先端側に位置する一体型中性子吸収要素３１では、この一体型中性子吸収要素３１における挿入先端側の貫通孔３３と挿入末端側の貫通孔３４のうちのいずれか一方、本実施の形態では貫通孔３４が制御棒挿抜方向に延びる長孔に形成されている。これにより、貫通孔３４に挿通される保持部材３２の軸部３２Ｂと当該貫通孔３４との間に、軸部３２Ｂが制御棒挿抜方向に移動可能な孔隙間３７が形成されることになる。また、上記貫通孔３３に挿通される保持部材３２の軸部３２Ｂは、実際には、貫通孔３４に挿通される軸部３２Ｂよりも大径に形成されて強度が増大されている。従って、この貫通孔３３は、当該軸部３２Ｂよりも若干大きな直径の真円形状に形成されている。この貫通孔３３を挿通する保持部材３２の軸部３２Ｂによって、一体型中性子吸収要素３１の荷重がシース７に保持される。

シース７を構成するステンレス鋼（ＳＵＳ）もハフニウム板１０も中性子照射によって照射成長する。原子炉用制御棒３０の照射成長は、当該原子炉用制御棒３０において挿入先端から１／４乃至３／４の範囲の制御棒挿入先端側に位置する一体型中性子吸収要素３１において著しい。このシース７とハフニウム板１０との照射特性は、照射が非常に進んだ段階では実測データが不足している。しかし、このような場合でも、ハフニウム板１０の貫通孔３４に挿通される保持部材３２の軸部３２Ｂと当該貫通孔３４との間で、保持部材３２の軸部３２Ｂが制御棒挿抜方向に移動可能な孔隙間３７が形成されることで、この保持部材３２を介してハフニウム板１０とシース７とが制御棒挿抜方向に移動可能となる。これにより、中性子照射成長が非常に進んだ段階でも、ハフニウム板１０とシース７との熱膨張・熱収縮などに伴い発生する機械的応力の発生を防止でき、原子炉用制御棒３０の機械的な健全性が確保される。

また、保持部材３２の軸部３２Ｂとの間で孔間隙３７を形成するハフニウム板１０の貫通孔３４が長孔に形成されたので、ハフニウム板１０とシース７との必要な相対移動量を確保しつつ、貫通孔３４の孔面積の増大が防止される。このため、この貫通孔３４の形成によっても、ハフニウム板１０の反応度価値の低下が抑制される。

制御棒挿入先端側に位置する一体型中性子吸収要素３１では、これらのすべての一体型中性子吸収要素３１において、上述のように、孔間隙３７が挿入末端側に統一して形成されて、挿入先端側の保持部材３２がハフニウム板１０とシース７との制御棒挿抜方向の相対移動を規制して、一体型中性子吸収要素３１の荷重をシース７に保持させ、挿入末端側の保持部材３２がハフニウム板１０とシース７との制御棒挿抜方向の相対移動を許容するよう構成されている。これにより、制御棒挿抜方向に隣接する各一体型中性子吸収要素３１は、境界において衝突することが防止され、または衝突を回避するために、隣接する一体型中性子吸収要素３１の間隔を過大に設定する必要がない。

或いは、制御棒挿入先端側に位置するすべての一体型中性子吸収要素３１では、孔間隙３７が挿入先端側に統一して形成されて、挿入末端側の保持部材３２がハフニウム板１０とシース７の制御棒挿抜方向の相対移動を規制して、一体型中性子吸収要素３１の荷重をシース７に保持させ、挿入先端側の保持部材３２がハフニウム板１０とシース７との制御棒挿抜方向の相対移動を許容するよう構成されている。

ここで、上記保持部材３２の軸部３２Ｂは、図３に示すように、一体型中性子吸収要素３１の２枚のハフニウム板１０の貫通孔３３、３４を挿通する大径部３８と、シース７の装着孔８を挿通する小径部３９とを備えて構成される。大径部３８は、小径部３９よりも若干大径に形成されて、両者の境界に段差部４０が設けられる。小径部３９は、シース７の厚さとほぼ等しい長さに設定されて、その先端がシース７の外面に溶接等により固着される。また、大径部３８は、スペーサ部３２Ａから上記段差部４０に至る長さの領域であり、その長さは、ハフニウム板１０の厚さｔよりも所定寸法δだけ長く設定されている。この所定寸法δの値は、例えば０．２〜０．６ｍｍである。

大径部３８がハフニウム板１０の厚さｔよりも所定寸法δだけ長く設定されたことで、ハフニウム板１０とシース７との間、及びハフニウム板１０と保持部材３２のスペーサ部３２Ａとの間に微小な隙間が形成され、ハフニウム板１０は厚さ方向に微小移動可能に設けられる。これにより、ハフニウム板１０とシース７とが制御棒挿抜方向に相対移動可能に構成され、この相対移動は、ハフニウム板１０の外側面４１に形成された縦溝４２の存在によるハフニウム板１０とシース７との接触面積の減少により更に促進される。また、このようなハフニウム板１０とシース７との相対移動により、これらのハフニウム板１０とシース７との間の通水性も高まり、これらのハフニウム板１０とシース７との通水による冷却性が向上すると共に、これらのハフニウム板１０とシース７との間に腐食生成物が付着することが防止される。

なお、保持部材３２の小径部３９の先端をシース７の外面に溶接する際に、シース７の内面を保持部材３２の段差部４０に当接することで、保持部材３２のスペーサ部３２Ａとシース７との距離を大径部３８の長さに一致させることが可能となり、ハフニウム板１０がシース７、スペーサ部３２Ａに押し付けられて、これらの間に摩擦力が生ずることが防止される。また、上記大径部３８及び小径部３９を備えてなる軸部３２Ｂを有する保持部材３２は、制御棒挿入先端側に位置する一体型中性子吸収要素３１に限らず、制御棒挿入末端側に位置する一体型中性子吸収要素３１に適用されてもよい。

また、図１に示すように、制御棒挿入先端側に位置する一体型中性子吸収要素３１において、挿入先端側と挿入末端側にそれぞれ一対設けられた保持部材３２は、制御棒挿抜方向に段違いに配置されている。保持部材３２は、シース７に溶接により固着されている。このシース７の保持部材３２溶接箇所では、発生した残留応力を完全に除去することは容易でなく、中性子照射量が高くなった場合に応力腐食割れが発生する恐れがある。しかし、保持部材３２が制御棒挿抜方向に段違いに配置されたことで、シース７において制御棒挿抜方向に直角な方向の同一断面で残留応力が低減されるので、応力腐食割れの発生が抑制される。

このような挿入先端側と挿入末端側での一対の保持部材３２の段違い配置は、制御棒挿入先端側に位置する一体型中性子吸収要素３１に限らず、制御棒挿入末端側に位置する一体型中性子吸収要素３１にも適用可能である。

図１、図２(Ｃ)及び(Ｄ)に示すように、原子炉用制御棒３０の一体型中性子吸収要素３１及びシース７には、シース通水孔９Ａ、重複通水孔９Ｂが通水孔９として設けられている。図１中では、シース７に形成された通水用の孔は破線で示している。シース通水孔９Ａからの水の導入によって、シース７及びハフニウム板１０が冷却される。また、重複通水孔９Ｂから一体型中性子吸収要素３１のハフニウム板１０間の水ギャップ１１へ水が導入され、この水が高速中性子の減速用、及びハフニウム板１０の冷却用に利用される。

上記シース通水孔９Ａ、重複通水孔９Ｂのうち、制御棒挿入先端側に位置する一体型中性子吸収要素３１に対応してシース７に形成されるシース通水孔９Ａ、重複通水孔９Ｂは、制御棒挿抜方向に対し直角な方向に２個並設されず、制御棒挿抜方向に段違いに設けられる。シース７にシース通水孔９Ａ等が上述のように２個並設されると、シース通水孔９Ａ等を含むシース７の横断面ではせん断応力が約３０％程度増大するが、シース通水孔９Ａなどの通水孔９を制御棒挿抜方向に段違いに配置することで、上記せん断応力の増大が抑制されて、シース７の強度が向上する。

制御棒挿入先端側に位置する一体型中性子吸収要素３１では、上記重複通水孔９Ｂは、シース７に形成されたシース孔９Ｂ１と、ハフニウム板１０に形成されたハフニウム孔９Ｂ２とが重複して設けられた通水孔であり、このうちハフニウム孔９Ｂ２が、制御棒挿抜方向に延びる長孔に形成される。制御棒挿入先端側に位置する一体型中性子吸収要素３１においては、ハフニウム板１０とシース７との照射成長が著しい。従って、重複通水孔９Ｂを構成するハフニウム孔９Ｂ２を制御棒挿抜方向に延びる長孔に形成することで、中性子照射が非常に進み、ハフニウム板１０とシース７との間に熱膨張・熱収縮に伴う制御棒挿抜方向の相対的な位置ずれが発生しても、シース孔９Ｂ１とハフニウム孔９Ｂ２とが一致した状態に維持される。これにより、一体型中性子吸収要素３１の水ギャップ１１とシース７外部との間で重複通水孔９Ｂを通した水の出入が確保され、このため、ハフニウム板１２の冷却性が良好に確保される。

以上のように構成されたことから、上記実施の形態によれば、次の効果（１）〜（６）を奏する。

（１）制御棒挿入先端側に位置する一体型中性子吸収要素３１では、当該一体型中性子吸収要素３１のハフニウム板１０におけるシース７との対向する外側面４１に、制御棒挿抜方向に略平行な複数本の縦溝４２が形成されている。このため、ハフニウム板１０とシース７との間の通水性が良好となり、これらのハフニウム板１０とシース７との通水による冷却性が高まると共に、これらの両者間に隙間腐食が発生することを防止できる。また、ハフニウム板１０に上記縦溝４２が形成されたことで、ハフニウム板１０とシース７とが接触する場合の接触面積を減少でき、これらのハフニウム板１０とシース７との相対移動が容易化する。更に、ハフニウム板１０に上記縦溝４２が形成されることで、このハフニウム板１０における制御棒挿抜方向に対し直角方向の柔軟性を向上させることができる。これらのことから、健全性を確保しつつ、原子炉用制御棒３０の長寿命化を実現できる。

（２）ハフニウム板１０において縦溝４２の底からの肉厚Ｍ１が、シース７の肉厚Ｎ以上に設定されたことから、ハフニウム板１０の機械的な強度の低下を防止できる。

（３）制御棒挿入先端側に位置する一体型中性子吸収要素３１では、挿入末端側または挿入先端側のいずれか一方における一対の保持部材３２が挿入する貫通孔３４（または貫通孔３３）が、制御棒挿抜方向に延びる長孔に形成されたので、保持部材３２を介してハフニウム板１０とシース７とが制御棒挿抜方向に移動可能となる。この結果、中性子照射が非常に進み、ハフニウム板１０とシース７とに熱膨張・熱収縮が生じた場合にも、原子炉用制御棒３０の健全性を確保できる。また、上記貫通孔３４（または貫通孔３３）が長孔に形成されたので、ハフニウム板１０の反応度価値の低下を抑制できる。

（４）保持部材３２の軸部３２Ｂが、ハフニウム板１０の厚さｔよりも所定寸法δだけ長い大径部３８と、シース７の厚さと同一長さの小径部３９とを備えて構成されたので、ハフニウム板１０とシース７との制御棒挿抜方向の相対移動を確保できる。この結果、ハフニウム板１０とシース７との間の通水性、冷却性を向上させ、腐食生成物の発生を防止できる。

（５）制御棒挿入先端側に位置する一体型中性子吸収要素３１では、重複通水孔９Ｂを構成するハフニウム孔９Ｂ２が制御棒挿抜方向に延びる長孔に形成されたので、原子炉用制御棒３０に中性子照射が非常に進み、ハフニウム板１０とシース７との間に熱膨張・熱収縮が生じた場合にも、シース孔９Ｂ１とハフニウム孔９Ｂ２とを一致した状態に維持することができる。このため、重複通水孔９Ｂを通して水の出入が確保され、ハフニウム板１０の冷却性を向上させることができる。

（６）一体型中性子吸収要素３１において、一対の保持部材３２が制御棒挿抜方向に段違いに配置されたので、シース７における制御棒挿抜方向に直角な方向の同一断面で、保持部材３２の溶接位置に生ずる残留応力を低減でき、応力腐食割れの発生を抑制できる。

［Ｂ］第２の実施の形態（図４、図５）
図４は、本発明に係る原子炉用制御棒の第２の実施の形態の主要部を示し、（Ａ）が図４（Ｂ）のIVＡ‐IVＡ線に沿う断面図、（Ｂ）が図4(Ａ)のIVＢ‐IVＢ線に沿う断面図である。この第２の実施の形態において、前記第１の実施の形態と同様な部分は、同一の符号を付すことにより説明棒省略する。

この第２の実施の形態の原子炉用制御棒５０が前記第１の実施の形態の原子炉用制御棒３０と異なる点は、制御棒挿入先端側に位置する一体型中性子吸収要素５１のハフニウム板１０におけるシース７と対向する外側面４１に、制御棒挿抜方向と平行で、溝ピッチと溝深さが縦溝４２と異なる縦溝５２が形成された点である。

つまり、この縦溝５２は、図５に示すように、ハフニウム板１０の厚さが仮に１．６ｍｍであるときに、ハフニウム板１０の外側面４１に溝ピッチｐが２０ｍｍで、溝深さｈが０．２ｍｍ、溝幅ｗ１０ｍｍの棒断面略四角形状の溝である。この場合、縦溝５２のないハフニウム板と比べると、当該ハフニウム板１０の横断面積は約６％程度減少し、実施例１と同様な計算方法を用いて算出したところ、原子炉用制御棒５０の反応度価値は１％程度低下した。

本実施の形態においても、制御棒挿入先端側に位置する一体型中性子吸収要素５１において、当該一体型中性子吸収要素５１のハフニウム板１０の外側面４１に、制御棒挿抜方向に平行な縦溝５２が形成されたこと等から、前記第１の実施の形態の効果（１）〜（６）と同様な効果を奏する。

［Ｃ］第３の実施の形態（図６）
図６は、本発明に係る原子炉用制御棒の第３の実施の形態の主要部を示し、（Ａ）が図６（Ｂ）のVIＡ‐VIＡ線に沿う断面図、（Ｂ）が図６(Ａ)のVIＢ‐VIＢ線に沿う断面図である。この第３の実施の形態において、前記第１の実施の形態と同様な部分は、同一の符号を付すことにより説明を省略する。

この第３の実施の形態の原子炉用制御棒６０が、前記第１、第２の実施の形態の原子炉用制御棒３０、５０と異なる点は、制御棒挿入先端側に位置する一体型中性子吸収要素６１のハフニウム板１０における外側面４１に形成される縦溝６２の方向である。つまり、この縦溝６２は、制御棒挿入先端方向において中央構造体６からウイング２の側端６３方向へ向かって若干傾斜し、しかも、この縦溝６２の方向が一体型中性子吸収要素６１の対向する２枚のハフニウム板１０相互間において略平行に設けられている。

従って、本実施の形態によれば、前記第１の実施の形態の効果（１）〜（６）と同様な効果を奏する他、次の効果（７）及び（８）を奏する。

（７）縦溝６２が中央構造体６からウイング２の側端６３方向へ向かって若干傾斜して設けられたことから、中央構造体６側の比較的冷たい水が発熱率の高いウイング２の側端６３側へ導かれるので、ハフニウム板１０、ひいては一体型中性子吸収要素の６１の冷却効率を向上させることができる。

（８）一体型中性子吸収要素６１の２枚のハフニウム板１０のそれぞれに形成された縦溝６２が略平行に設けられたので、一体型中性子吸収要素６１の制御棒挿抜方向に対する直角方向の柔軟性を向上させることができる。

［Ｄ］第４の実施の形態（図７）
図７は、本発明に係る原子炉用制御棒の第４の実施の形態の主要部であり、前面のシースを切り欠いて一体型中性子吸収要素を示す正面図である。この第４の実施の形態において、前記第１の実施の形態と同様な部分は、同一の符号を付すことにより説明を省略する。

この第４の実施の形態の原子炉用制御棒７０が、前記第１の実施の形態と異なる点は、制御棒挿入先端側に位置する一体型中性子吸収要素７１のハフニウム板１０におけるシース７と対向する外側面４１に、制御棒挿抜方向に対し直角な方向に延びる１本または複数本(本実施の形態では３本)の横溝７２が形成された点である。この横溝７２の深さは、縦溝４２、５２、６２の場合と同様に、当該横溝７２の底から、ハフニウム板１０の横溝７２が形成されていない内側面４３までの肉厚Ｍ１、Ｍ２が、シース７の肉厚Ｎ以上の範囲に設定される(図２(Ａ)、図５参照)。

上記横溝７２は、上記一体型中性子吸収要素７１におけるハフニウム板１０の外側面４１において、挿入先端側と挿入末端側の各保持部材３２を含む、これらの保持部材３２間の領域Ａに設けられる。尚、本実施の形態では、横溝７２が縦溝４２、５２または６２と共に、ハフニウム板１０の外側面４１に形成されるものを述べたが、横溝７２のみがハフニウム板１０の外側面４１に形成されてもよい。

本実施の形態によれば、前記第１の実施の形態の効果（１）〜（６）と同様な効果を奏する他、次の効果（９）〜（１１）を奏する。

（９）一体型中性子吸収要素７１を構成するステンレス鋼（ＳＵＳ）製のシース７とハフニウム板１０とは熱膨張率が異なると共に、中性子照射による照射成長の特性も異なる。原子炉用制御棒７０の照射成長は、原子炉用制御棒７０において、制御棒挿入先端側に位置する一体型中性子吸収要素７１において著しい。このシース７とハフニウム板１０との照射特性は、照射が非常に進んだ段階では実測データが不足している。このような一体型中性子吸収要素７１においては、挿入先端側の保持部材３２と挿入末端側の保持部材３２との間で中性子照射が著しく進み、シース７とハフニウム板１０との中性子照射特性が不明確となった場合、シース７がハフニウム板１０よりも熱膨張率が３倍程度大きいことから、特に熱収縮時に、シース７はハフニウム板１０から、制御棒挿抜方向に引きちぎられるようなせん断力を受けることがある。

しかし、上記一体型中性子吸収要素７１のハフニウム板１０の外側面４１に横溝７２が形成されたことで、一体型中性子吸収要素７１のハフニウム板１０は、制御棒挿抜方向に柔軟性が高まり、制御棒挿抜方向の圧縮強度が低下してシース７の引っ張り強度と同程度となる。このことから、シース７に亀裂等が生ずることを防止でき、一体型中性子吸収要素７１、ひいては原子炉用制御棒７０の健全性を確保できる。

（１０）上記横溝７２は、交差して配置された複数の縦溝４２内を流れる水を均一化する機能を果たすので、一体型中性子吸収要素７１の冷却特性を向上させることができる。

（１１）上記横溝７２の深さは、当該横溝７２の底からハフニウム板１０の内側面４３までの肉厚Ｍ１、Ｍ２が、シース７の肉厚Ｎ以上となる範囲で設定されるので、一体型中性子吸収要素７１におけるハフニウム板１０の強度を良好に確保できる。

［Ｅ］第５の実施の形態（図８）
図８は、本発明に係る原子炉用制御棒の第５の実施の形態の主要部であり、前面のシースを切り欠いて一体型中性子吸収要素を示す正面図である。この第５の実施の形態において、前記第１及び第４の実施の形態と同様な部分は、同一の符号を付すことにより説明を省略する。

この第２の実施の形態の原子炉用制御棒８０が前記第４の実施の形態の原子炉用制御棒７０と異なる点は、制御棒挿入先端側に位置する一体型中性子吸収要素８１において、通水孔９（シース通水孔９Ａ，重複通水孔９Ｂ）と一対の保持部材３２とが、制御棒挿抜方向に対し直角な方向に配置されると共に、横溝８２が挿入先端側と挿入末端側のそれぞれ一対の保持部材３２を含む幅で、制御棒挿抜方向に対し直角な方向に形成され、更にこれらの横溝８２間にも同様な横溝８３が、横溝８２に平行に形成された点である。これらの横溝８２及び８３は、前記横溝７２と同程度の溝深さに設定される。しかも、横溝８２及び８３には、ハフニウム板１０を貫通する溝通水孔８４が形成されて、一体型中性子吸収要素８１におけるハフニウム板１０間の水ギャップ１１とハフニウム板１０の外側面４１側とが連通される。

従って、本実施の形態によれば、前記第１の実施の形態の効果（１）〜（５）、及び前記第４の実施の形態の効果（９）〜（１１）を奏する他、次の効果（１２）を奏する。

（１２）一体型中性子吸収要素８１のハフニウム板１０の外側面４１に、制御棒挿抜方向に対し直角な方向に延びる横溝８２及び８３が形成され、これらの横溝８２、８３間に溝通水孔８４がハフニウム板１０に貫通して設けられている。従って、一体型中性子吸収要素８１の２枚のハフニウム板１０間における水ギャップ１１内の水がハフニウム板１０外へ容易に出入されて、このハフニウム板１０の冷却特性を向上させることができる。特に、横溝８２に溝通水孔８４が形成されたことで、一対の保持部材３２付近に蓄積されやすい滞留物が溝通水孔８４を流れる水によって蓄積されにくくなり、健全性の高い長寿命型の原子炉用制御棒８０を実現できる。

尚、本実施の形態によれば、前記第４の実施の形態の原子炉用制御棒７０と同様に、一体型中性子吸収要素８１のハフニウム板１０には、縦溝４２、５２または６２が設けられず、横溝８２及び８３にのみが設けられてもよい。

［Ｆ］第６の実施の形態（図９〜図１１）
図９は、本発明に係る原子炉用制御棒の第６の実施の形態を示し、（Ａ）が左半分のシースを切り欠いて示す正面図、（Ｂ）が図９（Ａ）の一部拡大図である。この第６の実施の形態において、前記第１の実施の形態と同様な部分は、同一の符号を付すことにより説明を省略する。

この第６の実施の形態の原子炉用制御棒９０は、図１８に示す原子炉用制御棒２１と基本的な構造を同一とするが、一体型中性子吸収要素９１であるハフニウム管２０のシース７に対向する面に前記第１、第２または第３の実施の形態のそれぞれの縦溝４２、５２または６２が形成された点と、上記ハフニウム管２０に形成されてスティフナ２２が挿通される貫通孔９３の大きさの点と、シース７及び上記ハフニウム管２０に第１の実施の形態と同様な重複通水孔９４が形成された点などが、前記原子炉用制御棒２１と異なる。

つまり、原子炉用制御棒９０においては、制御棒挿抜方向に形成された複数枚（例えば４枚）の一体型中性子吸収要素９１のうち、挿入先端から１／４乃至３／４の範囲でハフニウム管２０の厚さがシース７の厚さよりも厚い制御棒挿入先端側に位置する２枚の一体型中性子吸収要素９１では、シース７に対向する面に、制御棒挿抜方向に延びる１本または複数本の縦溝４２、５２、６２が形成されている。

また、一体型中性子吸収要素９１では、スティフナ２２が挿通する貫通孔９３が、ウイング２の側端６３側に位置する一体型中性子吸収要素９１のハフニウム管２０に形成されるが、このうち、上記制御棒挿入先端側に位置する一体型中性子吸収要素９１では、ハフニウム管２０に形成される貫通孔９３が制御棒挿抜方向に延びる長孔に形成される。この貫通孔９３の長手方向寸法は、当該一体型中性子吸収要素９１を先端構造体４に固定する固定部２７から離れるにしたがって順次大きく形成される。従って、この貫通孔９３に挿通されるスティフナ２２と当該貫通孔９３との間の孔間隙９５も、上記固定部２７から離れるにしたがって順次大きく形成される。図９（Ｂ）では、常温の初期状態が示されており、原子炉用制御棒９０の温度が上昇すると、ハフニウム管２０よりもシース７の方が熱膨張率が大きいため、スティフナ２２は、孔間隙９５の広い方向（図９（Ｂ）における下方）へ相対的に移動する。

更に、上記スティフナ２２は、前記実施の形態の保持部材３２の軸部３２Ｂにおける大径部３８と同様に機能するシース非挿通部９６（図１１）と、小径部３９と同様に機能するシース挿通部９７（図１１）とを有して構成される。シース非挿通部９６は、一体型中性子吸収要素９１におけるハフニウム管２０の厚さ方向寸法Ｘよりも所定寸法δだけ長く形成されて、対向するシース７間の間隔を上記寸法（Ｘ+δ）に保持する。また、シース挿通部９７は、シース７の厚さと略等しく形成されて、このシース７に形成された装着孔９８に挿通され、先端部がシース７の外面に溶着される。

これらのシース非挿通部９６、シース挿通部９７は、例えば四角柱形状に形成されたものであり、断面四角形の対角線がシース挿通部９７よりもシース非挿通部９６の方が大きな寸法に設定されている。これにより、シース非挿通部９６とシース挿通部９７との間に、前記段差部４０と同様な段差部９９が形成される。シース挿通部９７の先端部がシース７の外面に固着され、上記段差部９９がシース７の内面に当接することで、対向するシース７間の間隔が、ハフニウム管２０の厚さ方向寸法Ｘよりも所定寸法δだけ大きく設定される。これにより、シース７とハフニウム管２０とが相対移動可能に設けられる。

上記制御棒挿入先端側に位置する一体型中性子吸収要素９１では、重複通水孔９４は、シース７に形成されたシース孔９Ｂ１と、ハフニウム管２０に形成されたハフニウム孔９Ｂ３とが重ね合わされて貫通して構成される。このうち、ハフニウム孔９Ｂ３は、制御棒挿抜方向に延びる長孔に形成される。このハフニウム孔９Ｂ３の長手方向寸法は、上記一体型中性子吸収要素９１を先端構造材４に固定する固定部２７から離れるにしたがって順次大きく形成されている。原子炉用制御棒９０の温度が上昇したとき、ハフニウム管２０よりもシース７の方が熱膨張量が大きいため、シース孔９Ｂ１がハフニウム孔９Ｂ３に対し固定部２７から離れる方向に相対移動して、重複通水孔９Ｂの孔面積が略一定に維持される。

尚、スティフナ２２が挿通する貫通孔９３と重複通水孔９４のハフニウム孔９Ｂ３とは、一体型中性子吸収要素９１のうち、制御棒挿入先端側に位置する一体型中性子吸収要素９１を除く、制御棒挿入末端側に位置する一体型中性子吸収要素９１においても、同様に、当該一体型中性子吸収要素９１を末端構造材５に固定する固定部２７から離れるにしたがって順次大きく形成されてもよい。また、図９（Ｂ）には、シース孔９Ｂ１を便宜上示している。

以上のように構成されたことから、本実施の形態によれば、制御棒挿入先端側に位置する一体型中性子吸収要素９１のハフニウム管２０に縦溝４２、５２、６２が形成され、また、上記一体型中性子吸収要素９１のハフニウム管２０に形成されてスティフナ２２が挿通する制御棒挿抜方向に延びる貫通孔９３が長孔に形成され、更に、重複通水孔９Ｂのハフニウム孔９Ｂ３が制御棒挿抜方向に延びる長孔に形成され、また、上記スティフナ２２がシース非挿通部９６とシース挿通部９７とを有して構成されたことから、前記第１の実施の形態の効果（１）〜（５）と同様な効果を奏する。

［Ｇ］第７の実施の形態（図１２）
図１２は、本発明に係る原子炉用制御棒の第７の実施の形態の主要部を示し、左半分のシースを切り欠いて示す正面図である。この第７の実施の形態において、前記第１の実施の形態と同様な部分は、同一の符号を付すことにより説明を省略する。

この原子炉用制御棒１００は、いわゆるハイブリッド型制御棒であり、横断面が深いＵ字状をなすシース７内に、中性子吸収材である板状のハフニウム板１０１及び１０２と、複数本の中性子吸収棒１０３とが収容されて構成される。ハフニウム板１０１及び１０２は、シース７内で、原子炉用制御棒１００の少なくとも挿入先端側部分に設置されたものであり、ハフニウム板１０１がシース７内の上記挿入先端から一定長さ（例えば１５〜３０ｃｍ）の部分に設置される。ハフニウム板１０２は、ウイング２の側端側部分に長尺状に配置される。

上記中性子吸収棒１０３は、シース７内において、ハフニウム板１０１及び１０２が配置された部分を除く残りの部分に設置される。この中性子吸収棒１０３は、ステンレス鋼（ＳＵＳ）製の被覆管内にボロンカーバイト（Ｂ_４Ｃ）などの中性子吸収物質が充填されて構成される。

このような原子炉用制御棒１００において、上記ハフニウム板１０１及び１０２におけるシース７と対向する面に、制御棒挿抜方向と平行な方向に延びる、前記第１、第２または第３の実施の形態のそれぞれの縦溝４２、５２または６２が形成されている。

したがって、本実施の形態においても、ハフニウム板１０１及び１０２に縦溝４２、５２または６２が形成されたことから、原子炉運転時において、これらのハフニウム板１０１、１０２の通水性及び冷却性等が高まるなど、前記第１の実施の形態の効果（１）と同様な効果を奏する。

本発明に係る原子炉用制御棒の第１の実施の形態における主要部であり、前面のシースを切り欠いて一体型中性子吸収要素を示す正面図。 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は、図１のIIＡ‐IIＡ線、IIＢ‐IIＢ線、IIＣ‐IIＣ線、IIＤ‐IIＤ線にそれぞれ沿う断面図。 図２（Ｂ）を拡大して示す断面図。 本発明に係る原子炉用制御棒の第２の実施の形態の主要部を示し、（Ａ）は図４（Ｂ）のIVＡ‐IVＡ線に沿う断面図、（Ｂ）は図４(Ａ)のIVＢ‐IVＢ線に沿う断面図。 図４（Ａ）の一部を拡大して示す断面図。 本発明に係る原子炉用制御棒の第３の実施の形態の主要部を示し、（Ａ）は図６（Ｂ）のVIＡ‐VIＡ線に沿う断面図、（Ｂ）は図６(Ａ)のVIＢ‐VIＢ線に沿う断面図。 本発明に係る原子炉用制御棒の第４の実施の形態の主要部であり、前面のシースを切り欠いて一体型中性子吸収要素を示す正面図。 本発明に係る原子炉用制御棒の第５の実施の形態の主要部であり、前面のシースを切り欠いて一体型中性子吸収要素を示す正面図。 本発明に係る原子炉用制御棒の第６の実施の形態を示し、（Ａ）は左半分のシースを切り欠いて示す正面図、（Ｂ）は図９（Ａ）の一部拡大図。 図９（Ｂ）のX−X線に沿う断面図。 図９（Ｂ）のスティフナの配置箇所を拡大して示す断面図。 本発明に係る原子炉用制御棒の第７の実施の形態の主要部を示し、左半分のシースを切り欠いて示す正面図。 実用化された従来の原子炉用制御棒の概要を示し、（Ａ）は一部を切り欠いて示す斜視図、（Ｂ）は図１３（Ａ）の一ウイングを示す横断面図、（Ｃ）は図１３（Ｂ）における保持部材を示す斜視図 （Ａ）は図１３（Ａ）の原子炉用制御棒において前面のシースを切り欠いて示す正面図、（Ｂ）は、図１４（Ａ）の中性子吸収材であるハフニウム板の厚さ分布及び反応度価値を示す図。 従来の原子炉用制御棒の中性子吸収材であるハフニウム板の厚さ分布を示す図。 （Ａ）は、図１４（Ａ）の要部拡大正面図、（Ｂ）は、図１６（Ａ）の一対のハフニウム板（一体型中性子吸収要素）を拡大して示す正面図、（Ｃ）は、図１６（Ｂ）のXVI‐XVI線に沿う断面図。 （Ａ）は図１３（Ａ）の原子炉用制御棒の一ウイングを拡大して示す正面図であり、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は、図１７（Ａ）のXVIIＢ‐XVIIＢ線、XVIIＣ‐XVIIＣ線、XVIIＤ‐XVIIＤ線にそれぞれ沿う断面図である。 図１３とは異なる従来の他の原子炉用制御棒を示し、（Ａ）は左半分のシースを切り欠いて示す正面図、（Ｂ）は図１８（Ａ）の中性子吸収材の厚さ分布を示す図、（Ｃ）は図１８（Ａ）のXVIII‐XVIII線に沿う断面図。

符号の説明

２ ウイング
４ 先端構造材
５ 先端構造材
６ 中央構造材
７ シース
９ 通水孔
９Ａ シース通水孔
９Ｂ 重複通水孔
９Ｂ１ シース孔
９Ｂ２、９Ｂ３ ハフニウム孔
１０ ハフニウム板
２０ ハフニウム管
２２ スティフナ（保持部材）
２７ 固定部
３０ 原子炉用制御棒
３１ 一体型中性子吸収要素
３２ 保持部材
３２Ａ スペーサ部
３２Ｂ 軸部
３４ 貫通孔
３７ 孔間隙
３８ 大径部
３９ 小径部
５０ 原子炉用制御棒
５１ 一体型中性子吸収要素
５２ 縦溝
６０ 原子炉用制御棒
６１ 一体型中性子吸収要素
６２ 縦溝
６３ 側端
７０ 原子炉用制御棒
７１ 一体型中性子吸収要素
７２ 横溝
８０ 原子炉用制御棒
８１ 一体型中性子吸収要素
８２、８３ 横溝
８４ 溝通水孔
９０ 原子炉用制御棒
９１ 一体型中性子吸収要素
９３ 貫通孔
９４ 重複通水孔
９６ シース非挿通部
９７ シース挿通部
１００ 原子炉用制御棒
１０１、１０２ ハフニウム板
１０３ 中性子吸収棒
δ 所定寸法
Ｍ１、Ｍ２、Ｎ 肉厚

Claims (15)

1. 横断面がＵ字状をなす長尺のシースの開口部を、中央構造材に固着して複数のウイングを構成し、このウイングの炉心挿入方向先端側に先端構造材を、挿入末端側に末端構造材をそれぞれ固着すると共に、板状のハフニウムを主な中性子吸収材とする複数の一体型中性子吸収要素を、前記シース内に当該シースの長手方向に列状に収容する原子炉用制御棒において、
   制御棒挿抜方向に配列された複数の前記一体型中性子吸収要素のうち、挿入先端から１／４乃至３／４の範囲で、前記中性子吸収材の厚さが前記シースの厚さよりも厚い制御棒挿入先端側に位置する一体型中性子吸収要素では、当該一体型中性子吸収要素の前記中性子吸収材における前記シースと対向する面に、制御棒挿抜方向に略平行な縦溝が形成されたことを特徴とする原子炉用制御棒。
2. 前記縦溝の深さは、当該縦溝の底から中性子吸収材の反対側の面までの当該中性子吸収材の肉厚が、シースの肉厚以上となる範囲で設定されたことを特徴とする請求項１に記載の原子炉用制御棒。
3. 前記縦溝は、制御棒挿入先端方向において中央構造材からウイング側端方向へ向かって傾斜し、この縦溝の方向が、一体型中性子吸収要素の対向する複数枚の中性子吸収材相互間で略平行に設けられたことを特徴とする請求項1または２に記載の原子炉用制御棒。
4. 横断面がＵ字状をなす長尺のシースの開口部を、中央構造材に固着して複数のウイングを構成し、このウイングの炉心挿入方向先端側に先端構造材を、挿入末端側に末端構造材をそれぞれ固着すると共に、板状のハフニウムを主な中性子吸収材とする複数の一体型中性子吸収要素を、前記シース内に当該シースの長手方向に列状に収容する原子炉用制御棒において、
   制御棒挿抜方向に配列された複数の前記一体型中性子吸収要素のうち、挿入先端から１／４乃至３／４の範囲で、前記中性子吸収材の厚さが前記シースの厚さよりも厚い制御棒挿入先端側に位置する一体型中性子吸収要素では、当該一体型中性子吸収要素の前記中性子吸収材における前記シースと対向する面に、制御棒挿抜方向に対し直角な方向の横溝が形成されたことを特徴とする原子炉用制御棒。
5. 前記一体型中性子吸収要素は、挿入先端側と挿入末端側にそれぞれ一対設けられた保持部材により荷重が保持されると共に、中性子吸収材の間隔が保持され、
   前記横溝は、挿入先端側と挿入末端側の前記一対の保持部材を含む当該保持部材間の領域に設けられたことを特徴とする請求項４に記載の原子炉用制御棒。
6. 前記一体型中性子吸収要素の中性子吸収材に設けられた横溝には、当該中性子吸収材を貫通する通水孔が形成されたことを特徴とする請求項４または５に記載の原子炉用制御棒。
7. 前記横溝の深さは、当該横溝の底から中性子吸収材の反対側の面までの当該中性子吸収材の肉厚が、シースの肉厚以上となる範囲で設定されたことを特徴とする請求項４乃至６のいずれかに記載の原子炉用制御棒。
8. 前記一体型中性子吸収要素は、当該一体型中性子吸収要素の中性子吸収材に形成された貫通孔に挿通されてシースに固着される軸部と、当該一体型中性子吸収要素の前記中性子吸収材の間隔を保持するスペーサ部とを備えた保持部材により荷重が保持され、
   この保持部材の前記軸部は、スペーサ部側から前記中性子吸収材の厚さよりも所定寸法長く形成されて、前記中性子吸収材の厚さ方向の微妙な移動を可能とする大径部と、前記シースの厚さと略等しく形成されて当該シースに挿通される小径部とを備え、当該小径部の先端が前記シースの外面に固着されて、当該シースと前記中性子吸収材とが制御棒挿抜方向に相対移動可能に設けられたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の原子炉用制御棒。
9. 前記一体型中性子吸収要素は、当該一体型中性子吸収要素の中性子吸収材に形成された貫通孔に挿通されてシースに固着される軸部と、当該一体型中性子吸収要素の前記中性子吸収材の間隔を保持するスペーサ部とを備えた保持部材により荷重が保持され、
   制御棒挿入先端側に位置する前記各一体型中性子吸収要素では、挿入末端側または挿入先端側のいずれか一方における一対の保持部材の軸部が挿通する貫通孔が、制御棒挿抜方向に延びる長孔であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の原子炉用制御棒。
10. 横断面がＵ字状をなす長尺のシースの開口部を、中央構造材に固着して複数のウイングを構成し、このウイングの炉心挿入方向先端側に先端構造材を、挿入末端側に末端構造材をそれぞれ固着すると共に、ハフニウムを主な中性子吸収材とする複数の一体型中性子吸収要素を、前記シース内に当該シースの長手方向に列状に収容する原子炉用制御棒において、
    制御棒挿抜方向に配列された複数の前記一体型中性子吸収要素のうち、挿入先端から１／４乃至３／４の範囲で、前記中性子吸収材の厚さが前記シースの厚さよりも厚い制御棒挿入先端側に位置する一体型中性子吸収要素では、前記シース及び前記中性子吸収材に重複して設けられた重複通水孔を構成する前記中性子吸収材の孔が、制御棒挿抜方向に延びる長孔であることを特徴とする原子炉用制御棒。
11. 横断面がＵ字状をなす長尺のシースの開口部を、中央構造材に固着して複数のウイングを構成し、このウイングの炉心挿入方向先端側に先端構造材を、挿入末端側に末端構造材をそれぞれ固着すると共に、平管状のハフニウムを主な中性子吸収材とする複数の一体型中性子吸収要素を、前記シース内に当該シースの長手方向に列状に収容する原子炉用制御棒において、
    制御棒挿抜方向に配列された複数の前記一体型中性子吸収要素のうち、挿入先端から１／４乃至３／４の範囲で、前記中性子吸収材の厚さが前記シースの厚さよりも厚い制御棒挿入先端側に位置する一体型中性子吸収要素では、当該一体型中性子吸収要素の前記中性子吸収材における前記シースと対向する面に、制御棒挿抜方向に略平行な縦溝が形成されたことを特徴とする原子炉用制御棒。
12. 前記シースは、一体型中性子吸収要素に形成された貫通孔に挿通されて当該シースに固着される保持部材を用いてシース間隔が保持され、
    この保持部材は、前記一体型中性子吸収要素の厚さ方向寸法よりも所定寸法長く形成されて前記シース内面間の間隔を規制するシース非挿通部と、前記シースの厚さと略等しく形成されて当該シースに挿通されるシース挿通部とを備え、当該シース挿通部の先端が前記シースの外面に固着されて、当該シースと前記中性子吸収材とが制御棒挿抜方向に相対移動可能に設けられたことを特徴とする請求項１１に記載の原子炉用制御棒。
13. 前記シースは、一体型中性子吸収要素に形成された貫通孔に挿通されて当該シースに固着される保持部材を用いてシース間隔が保持され、
    この保持部材を挿通する前記貫通孔が制御棒挿抜方向に延びる長孔であり、この貫通孔の長手方向寸法が、前記一体型中性子吸収要素を先端構造材に固定する固定部から離れるにしたがって順次大きく形成されたことを特徴とする請求項１１または１２に記載の原子炉用制御棒。
14. 前記シース及び前記中性子吸収材に重複して設けられた重複通水孔を構成する前記中性子吸収材の孔が制御棒挿抜方向に延びる長孔であり、この長孔の長手方向寸法が、前記一体型中性子吸収要素を先端構造材に固定する固定部から離れるにしたがって順次大きく形成されたことを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれかに記載の原子炉用制御棒。
15. 横断面がＵ字状をなす長尺のシースの開口部を、中央構造材に固着して複数のウイングを構成し、このウイングの炉心挿入方向先端側に先端構造材を、挿入末端側に末端構造材をそれぞれ固着すると共に、前記シース内には、少なくとも挿入先端側部分に板状のハフニウムを中性子吸収材として配置し、残りの部分にボロンカ−バイド粉末を充填した中性子吸収棒を多数配置した原子炉用制御棒において、
    前記中性子吸収材としての板状のハフニウムには、前記シースと対向する面に、制御棒挿抜方向と略平行な縦溝が形成されたことを特徴とする原子炉用制御棒。

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