JP2008203103A - 原子炉用制御棒 - Google Patents

Abstract

【課題】制御棒の反応度価値を確保し、ハフニウムの必要量を抑制し、制御棒の軽量化、健全性を確保する。
【解決手段】原子炉用制御棒１０は、先端構造材１４と末端構造材とを結合する中央タイロッド１６と、この中央タイロッド１６から放射状に突出する突出部にＵ字状シース１９を被せて構成されるウイング２０と、ウイング２０内に中央タイロッド１６と平行に、かつ翼外側と翼内側に配置されるハフニウム金属あるいはハフニウム合金の金属製の中性子吸収要素２１とを有する。先端構造材１４に隣接する中性子吸収要素２１は、先端構造材１４の下縁部に構成される薄肉化された構造材側取付部２３ｂに保持ピン２７を挿通し係合保持する。挿入先端側保持部と構造材側取付部２３ｂの間に通水間隙が設けられる一方、さらに保持ピン２７はＵ字状シース１９の両内面に当接して中性子吸収要素２１とＵ字状シース１９との間にも通水間隙を設ける。
【選択図】図２

Description

本発明は、沸騰水型原子炉に使用される原子炉用制御棒に係り、特に、ハフニウムを用いた長寿命型の制御棒に関する。

沸騰水型原子炉では、原子炉の運転を制御し、原子炉を安全に停止させる目的で原子炉用制御棒が用いられる。原子炉用制御棒には、原子炉を安全に停止させる目的で使用される停止用制御棒と、原子炉運転中の出力分布や原子炉の反応度を制御する多機能の制御用制御棒とに分類される。制御用制御棒は、さらに、原子炉の停止に際して、炉停止に有効な反応度価値を有するように、原子炉を制御している。

一方、停止用制御棒に用いられる中性子吸収材は、通常ボロンカーバイド（Ｂ_４Ｃ）である。停止用制御棒は、原子炉の運転開始とともに炉心から引き抜かれて原子炉運転中は炉心下方に待機し、原子炉の運転終了時に、炉心に挿入される場合が多い。また、制御用制御棒に用いられる中性子吸収材は、大量の中性子照射を受ける。制御用制御棒は、中性子照射に伴って、中性子吸収能力の減少割合が小さい長寿命型（核的長寿命型）の中性子吸収材が用いられる。

長寿命型中性子吸収材の代表的な物質（中性子吸収物質）はハフニウム（Ｈｆ）金属である。制御用制御棒は、原子炉の運転中に運転制御を行なうために、原子炉炉心に挿入されている場合が多く、非常に多量の中性子照射を受ける。制御用制御棒は、ハフニウム金属が用いられるために、重量的にも重く、中性子等の照明条件下で電気・水化学的にも非常に厳しい環境に晒される。制御用制御棒に用いられるハフニウム金属や、ステンレス鋼自体、さらにハフニウムとステンレス鋼には、水化学的あるいは電気化学的な共存性や機械的・物理的な強度、地震時の健全性等の多くの面で難問を抱えている。

沸騰水型原子炉の制御棒は、横断面が十字形をなしており、長手方向中央に中央構造材（タイロッド）を有する構造と、制御棒挿抜方向（軸方向＝長手方向）に間隔をおいて断片的にしか結合部材がないタイロッド無しの構造とがある。タイロッド無しの構造の原子炉用制御棒は、中性子吸収材を収納するシースが無い構造となっている。タイロッドを有する原子炉用制御棒は、深いＵ字状断面のシースがタイロッドに溶接され、内部に中性子吸収材が収納される構造となっている。

中央構造材（中央タイロッド）を有し、制御用制御棒に用いられる原子炉用制御棒として、特許文献１および２に代表されるものがある。

特許文献１に開示された原子炉用制御棒は、２枚のハフニウム板を通称「コマ」と呼ばれる間隔保持スペーサ（支持材）を用いてサポートし、２枚のハフニウム板間に水間隙を構成したもので、中性子吸収材（中性子吸収要素）を厚さの薄いＵ字状のシース内に収納された構造となっている。中性子吸収材である中性子吸収要素は、制御棒挿抜方向（軸方向）に多数、例えば４〜１６に分割されている。

また、特許文献２に開示された原子炉用制御棒は、上下２分割型制御棒の例である。この原子炉用制御棒では、軸方向（長手方向）に略等しい長さで中性子吸収要素（中性子吸収材）が長手方向の上下で２分割され、挿入先端側（上端）に先端構造材が、挿入末端側（下側）に末端構造材が係合している。この原子炉用制御棒には、中性子吸収要素の荷重を薄いＵ字状シースで直接支持する必要がない。

この原子炉用制御棒を制御用制御棒として用いると、中性子照射量が非常に高く、中性子吸収要素を狭い範囲で支持しなければならない。制御用制御棒として、良好な通水ルートを形成しながら満足な保持強度を確保するのは容易ではない。

また、原子炉用制御棒の制御用制御棒では、対向する２枚のハフニウム板はそれぞれ制御棒挿抜方向に直交する直角方向の両端が内部に水間隙を構成するように曲げられているので、特許文献１に記載のスペーサとしてのコマ（間隔保持スペーサ）は必要ない。しかしながら、ハフニウムは、結晶構造から曲げに敏感な特性を有しており、健全性確保の点では、原子炉照射に充分な実績を確保しなければならず、現段階は実績を確保し、検証している段階である。
特開昭６２−２３５５９５号公報 特開平２−１０２９９号公報 日本原子力学会「昭62秋の大会」D46(p232)「フラックストラップ型BWR用Hf制御棒の臨界実験」植田他 Trans. Am. Nucl. Soc., vol.55,p.616(1987), American Nuclear Society Winter Meeting, 1987, Los Angels, M. Ueda, et al.:"Critical Experiment on a Flux-Trap-Type Hafnium Control Blade for BWR"

原子炉用制御棒としてハフニウムを用いた制御用制御棒は、隣接する４体１組の燃料集合体相互間の狭い小間隙（Ｗａｔｅｒ Ｇａｐ）で挿抜されるため、制御棒のウイングの翼厚さは通常８ｍｍ程度に限定される。制御用制御棒では、ウイング（翼）はその外周が１ｍｍ厚前後の深いステンレス鋼製Ｕ字状シースの中にハフニウム製の中性子吸収要素（中性子吸収材）が納められ、Ｕ字状シースの内部に炉水流動空間が形成される。

中性子吸収要素であるハフニウムは比重が１３ｇ／ｃｃと非常に大きく、ハフニウムの使用量を抑制することは、制御棒の軽減を図る上で極めて重量である。制御棒の軽減化のために、中性子吸収要素の内部に炉水流動空間を確保している。

制御用制御棒の翼（ウイング）の内部に形成される水間隙は大きいほど反応度価値が高まるために、ハフニウム材料の節約効果は大きい。

一方、ハフニウムの板厚が薄過ぎると反応度価値や核的寿命が小さくなるため、薄肉化には限界があり、余り薄くすることはできない。

制御用制御棒は、通常上半分（挿入先端側から挿入末端側へ中性子吸収材の有効長の略半分）までは中性子照射量が非常に高く、下半分では比較的低い。この制御用制御棒の特徴を反映させた制御棒が、特許文献２に示された上下２分割型制御棒である。制御用制御棒の特徴をより詳細に対処したものに、特許文献１に示された多分割型制御棒である。

制御用制御棒の特徴を考慮した構成から、ハフニウム使用量の最適化、または準最適化が図られる。

原子炉用制御棒に用いられる制御用制御棒では、制御棒挿入先端側に限られた領域内の範囲でハフニウム板の厚さと水間隙（以下、ＨＨ間隙あるいはトラップという。）を確保しなければならない。このために、Ｕ字状シースの厚さは可能な限り薄くし、かつＵ字状シースとハフニウム板の間の間隙（以下、ＳＨ間隙という。）も狭くする必要がある。しかし、この場合、Ｕ字状シースの機械的・物理的強度とＳＨ間隙を確保する水化学的な面で問題が生じる虞がある。

また、特許文献２に記載の上下２分割型制御棒では、Ｕ字状シースに荷重を作用させないメリットがある代りに、先端構造材部分における水化学的な問題を生じ易く、良好な通水特性の確保が求められる。

しかし、引用文献２に記載の上下２分割型制御棒では、先端構造材と中性子吸収材とに通水特性を良好にするための構成はない。この点、非特許文献１および２に示された制御棒は、把持を有する先端構造材と中性子吸収材はカギフック状に係合されているが、いずれも、通水特性を良好にしたり、良好にするための暗示を示す記載は存在しない。

本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、制御棒の反応度価値を確保しつつ、ハフニウムの使用量を抑制し、制御棒の軽量化、健全性を確保することができる原子炉用制御棒を提供することを目的とする。

本発明の他の目的は、上下２分割型制御棒の通水特性を改良し、選択構造材部分の電気・水化学的問題を緩和させた原子炉用制御棒を提供するにある。

本発明の別の目的は、巨大な地震時の外力作用に対しても、制御棒の健全性を確保できる原子炉用制御棒を提供するにある。

本発明に係る原子炉用制御棒は、上述した課題を解決するために、先端構造材と末端構造材とを結合する中央タイロッドと、この中央タイロッドから放射状に突出する突出部にＵ字状シースを被せて構成されるウイングと、上記ウイング内に中央タイロッドと平行に、かつ翼外側と翼内側に配置されるハフニウム金属あるいはハフニウム合金の金属製の中性子吸収要素とを有し、前記先端構造材に隣接する中性子吸収要素は、先端構造材の下縁部に構成される薄肉化された構造材側取付部に、前記中性子吸収要素の挿入先端側保持部を係合させ、前記中性子吸収要素の挿入先端側保持部を、前記構造材取付部に少なくとも１本の保持ピンを挿通させて係合保持し、前記保持ピンは、前記中性子吸収要素の挿入先端側保持部と構造材側取付部に挿通されてそれらの間に通水間隙が設けられ、さらに、前記保持ピンは、Ｕ字状シースの両内面に当接して前記中性子吸収要素とＵ字状シースとの間にも通水間隙が設けられたものである。

本発明に係る原子炉用制御棒は、制御棒の反応度価値を確保しながら中性子吸収要素のハフニウムの所要量を抑制することができ、さらに、中性子照射を受けてハフニウムが伸延（照射成長）した場合にも制御棒の健全性を確保することができる。また、本発明の原子炉用制御棒では、巨大な地震等の衝撃的な外力に対しても健全性が確保することができる。

本発明に係る原子炉用制御棒の実施形態について添付図面を参照して説明する。

［第１の実施形態］
図１は本発明に係る原子炉用制御棒の第１実施形態を示す全体的な斜視図である。この原子炉用制御棒１０は、沸騰水型原子炉の炉心部に下方から出し入れ可能に挿入される横断面十字型の翼（ブレード）を有する制御棒である。この制御棒１０は、後述するように、原子炉炉心部１１に装荷される４体１組の燃料集合体１２間に挿入され、出し入れ可能に保持される。

図１に示された原子炉用制御棒１０は、先端構造材に中性子吸収要素であるハフニウム板２１が挟み込み吊下げ方式で支持される制御用制御棒として好適に用いられる。原子炉用制御棒１０は、ハンドル１３を備えた先端構造材１４と末端構造材１５とを横断面十字状の中央タイロッド１６で一体あるいは一体的に結合される。末端構造材１５にはスピードリミッタ１７が取り付けられる。中央タイロッド１６の放射状の各突出脚には深いＵ字状断面を有する高純度ステンレス鋼製のシース１９が固設され、ウイング（翼）２０が構成される。Ｕ字状シース１９は先端構造材１４と中央タイロッド１６と末端構造材１５の各辺に適宜固定され、機械的・物理的強度を向上させている。

原子炉用制御棒１０のＵ字状シース１９内には、翼外側と翼内側に中性子吸収要素２１を構成するハフニウム板２１ａ，２１ｂが複数分割、例えば２分割されて収納される。各ハフニウム板２１ａ，２１ｂは原子炉用制御棒の長手方向（軸方向）に中央タイロッド１６の軸心と略平行に延設される。また、各ハフニウム板２１ａ，２１ｂは、ウイング２０の翼厚方向に間隔をおいて対向し、対向する対のハフニウム板２１ａまたは２１ｂは、ハフニウム金属あるいはハフニウム合金の金属製で、間隔保持スペーサ（図示せず）に保持され、内部に炉水を案内する通水孔２９が形成される。

一方、ハンドル１３を有する、例えばステンレス鋼製の先端構造材１４は、図２に示すように構成され、横断面十字状の中央タイロッド１６に固着される。先端構造材１４は、ハンドル１３と反対側が中性子吸収要素２１のハフニウム板２１ａ，２１ｂに向って階段状に先細となるように多段構造の取付部２３が設けられる。取付部２３の第１段はＵ字状シース１９の取付部２３ａを構成しており、このシース取付部２３ａをＵ字状シース１９の上端部が覆うように係合し、両側から溶着等で固着される。先端構造材１４およびＵ字状シース１９は、例えばステンレス鋼で構成される。

Ｕ字状シース１９内に収納される中性子吸収要素（ハフニウム板）２１は、翼外側のハフニウム板２１ａと翼内側のハフニウム板２１ｂに区画される。各ハフニウム板２１ａ，２１ｂはハフニウム管を偏平形状に潰したＨｆ平管であっても、また、２枚の対をなすハフニウムプレートを間隙をおいて対向設置し、ハフニウムプレートの両側部を内側に折曲させて互いに重ね合せるように構成してもよい。

Ｕ字状シース１９内に収容される翼外側ハフニウム板２１ａおよび翼内側ハフニウム板２１ｂとＵ字状シース１９の内面との間に水間隙δが形成される。この水間隙δを以下、ＳＨ間隙２４という。また、ハフニウム板２１（２１ａ，２１ｂ）内に形成される小間隙をＨＨ間隙２５あるいはトラップという。

また、Ｕ字状シース１９内に収容されるハフニウム板２１（２１ａ，２１ｂ）は、図３（Ｂ）および（Ｃ）に示すように、先端構造材１４の先端（構造材側）取付部２３ｂに取り付けられる。ハフニウム板２１（２１ａ，２１ｂ）は、先端構造材１４の構造材側取付部２３ｂを両側から挟み込んで係合し、ハフニウム製の保持ピン２７で挿通支持される。この保持ピン２７によりハフニウム板２１（２１ａ，２１ｂ）は吊下げ支持される。

保持ピン２７は、図３（Ｃ）に示すようにハフニウム製で、直径が最大の中央部分２７ａが薄肉化された構造材取付部２３ｂの挿通孔に係合保持（挿通支持）され、最大直径の中央部分の両外側軸部２７ｂがハフニウム板２１の挿通孔に挿通支持される。保持ピン２７の両端部は、ハフニウム板２１の凹所である外側座ぐり部を貫いて突出し、弧状のピンヘッド部２７ｃがＵ字状シース１９の内面に当接し、Ｕ字状シース１９の間隔保持を図っている。

図２および図３（Ｂ），（Ｃ）のハフニウム板２１の吊下げ取付構造においては、先端構造材１４は、厚さ方向の両面から均等にかつ部分的に削り込まれる。重量物であるハフニウム板２１（２１ａ，２１ｂ）も、対向する少なくとも内面側の中性子吸収材（中性子吸収要素）の挿入先端側保持部をバランスよく削り込み、機械的・物理的強度や中性子照射損傷を配慮している。対向するハフニウム板２１（２１ａ，２１ｂ）はハフニウム製の保持ピン２７で先端構造材１４の構造材側取付部２３ｂに吊下げ支持される構成となっている。

この原子炉用制御棒１０は、制御用制御棒の先端構造材１４を厚さ方向の両面から挿入末端側に向って階段状に縮径させ、また部分的に削り込むとともに、中性子吸収要素２１の対向するハフニウム板２１ａ，２１ｂの中性子吸収材（中性子吸収要素）の内面側を、機械的強度や中性子損傷を想定してバランスよく削り込み、ハフニウム板２１（２１ａ，２１ｂ）は先端構造材１４の構造材側取付部２３ｂに両側から係合し、保持ピン２７で吊り下げる構造となっている。

保持ピン２７は、最大直径の中央部２７ａが先端構造材１４の構造材側取付部２３ｂとハフニウム板２１に挿通保持されるので、構造材取付部２３ｂとハフニウム板との間に適宜水間隙が形成され、炉水が通過できる炉水流通空間が形成される。

直径が２番目に大きいピン軸部２７ｂでハフニウム板２１（２１ａ，２１ｂ）が支持される。Ｕ字状シース１９の内部に収納される２本のハフニウム板２１（２１ａ，２１ｂ）の主要部分は、図３（Ａ）に示すように、偏平な平管（Ｆｌａｔ−Ｔｕｂｅ）状に形成された、いわゆる平管型制御棒である。

また、図２および図３（Ｂ），（Ｃ）に示すように、ハフニウム板２１（２１ａ，２１ｂ）の外面には、通水溝２８が眼鏡状に形成されることが望ましい。ハフニウム板２１の外面に形成される通水溝２８は、Ｕ字状シース１９側内面と連通している。この通水溝２８は、例えばハフニウム板２１のＨＨ間隙２５に通水孔２９を介して連通される一方、Ｕ字状シース１９の切欠部３０に連通され、原子炉用制御棒１０の外部に炉水を案内している。

ハフニウム製の保持ピン２７は、ハフニウム板２１（２１ａ，２１ｂ）の外面の溝表面に点溶接等で固着される。保持ピン２７はハフニウム製に代えて、Ｕ字状シースと同じステンレス鋼とすることができる。ステンレス鋼製の場合、保持ピン２７はＵ字状シース１９に溶接される。

図１ないし図３に示された原子炉用制御棒１０は、Ｕ字状シース１９内に２枚のハフニウム板２１（２１ａ，２１ｂ）が水間隙（炉水流動空間あるいはＨＨ間隙（トラップ）２５）を挟んで対向するように配置され、その水間隙を保持するように各種の間隔保持スペーサが固着される。ハフニウム板２１（２１ａ，２１ｂ）は、ウイング１９の幅方向に翼内側と翼外側に２本配置される。なお、符号３２は、先端構造材１４に設けられたガイドローラであり、このガイドローラ３２により、原子炉用制御棒１０の原子炉炉心部への出入れが案内される。

ハフニウム板２１（２１ａ，２１ｂ）の挿入先端は、先端構造材１４に係合されて吊下げ保持される。ハフニウム板２１（２１ａ，２１ｂ）の挿入末端側も通常同様に形成されているが、挿入末端側は、中性子照射量が少なく、電気・水化学的問題も厳しくないことが次第に明らかになってきた。このため、原子炉用制御棒１０は、中性子照射が厳しくない領域、例えば中間領域から挿入末端領域を少なくとも１個以上分割し、分割されたハフニウム板を中央タイロッドやＵ字状シース１９に支持させることもできる。

図１ないし図３に示された原子炉用制御棒１０は、ハフニウム板２１（２１ａ，２１ｂ）を先端構造材１４に係合支持させており、水間隙が小さくなった場合にも、ハフニウム板２１を先端構造材１４に係合させることができる。

現実の原子炉用制御棒１０では、１枚のハフニウム板２１（２１ａ，２１ｂ）の厚さは、例えば、２ｍｍ程度以下、Ｕ字状シース１９内面間の距離は、例えば５〜６ｍｍ程度である。また、ハフニウム板２１と先端構造材１４の係合部を適切に削り込むため、Ｕ字状シース１９内に水間隙（ＨＨ間隙、炉水流動空間）を確保することができる。Ｕ字状シース１９内面とハフニウム板２１外面との間隙（ＳＨ間隙）、または、削り込まれたハフニウム板部とそれに挟持される削り込まれた先端構造材１４との間隙は、機械的強度のバランスと電気・水化学的な観点を考慮して、所定の値（具体的には０．２乃至０．６ｍｍ程度）に保持される。

図４は、原子炉用制御棒１０を一例として軽水型の臨界実験装置（ＮＣＡ）に適用して得られた（制御棒挿抜方向と直角方向の翼表面の銅箔放射化率分布）側を示す実験例であり、図４（Ａ）は、原子炉炉心部（実験炉心）１２の横断面における測定位置を説明した平断面図、図４（Ｂ）は、得られた実験結果である。

軽水型原子炉を模擬した原子炉炉心部１１では、銅の放射化分布や反応度価値の分布はほぼ低速中性子束（主として熱中性子束）の分布に比例する。実験炉心は沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）の８ｘ８型燃料集合体を模擬した４体１組の燃料集合体１２相互間の中心に、長さ方向を適切に切断した実機の十字型制御棒１０を装荷したものである。原子炉炉心部１１が臨界になるように外周に燃料棒を対称に配置している。薄いアクリル板にテープ状の銅箔を張り付け、図４（Ａ）の測定方向（Ｘ）で制御棒表面に密着するように設定して原子炉炉心部１１を臨界にして中性子照射を行い、中性子照射後炉心から取り出して制御棒を短く切断し、誘導放射能のベータ線をプラスティックシンチレータを用いて測定した。

この図４（Ｂ）から分かるように、制御棒ウイング（翼）２０の側端約１５ｍｍの範囲で急激な中性子束（したがって反応度価値）の盛り上がりがあり、この中性子分布曲線は中央タイロッド１６近傍でも若干の盛り上がりがある。その他の場所では比較的平坦になっている。従って、翼側端にハフニウムをまとめて配置すると効果的に反応度価値が高まり、そして核的寿命を大きくすることができることが理解できる。

このように、第１実施形態に示された原子炉用制御棒１０は、先端構造材１４と末端構造材１５とを結合する中央構造材（中央タイロッド）１６と、このタイロッド１６から放射状に突出し、その外殻部が深いＵ字状シース１９によって構成されたウイング２０と、Ｕ字状シース１９の内部に設けられ、中央タイロッド１６の軸心と平行に配列された中性子吸収要素２１とを有する。中性子吸収要素２１はハフニウム金属又はハフニウム合金の金属製で内部に炉水流動空間を有すると共に、長さ方向に、例えば２分割されている。

先端構造材１４とそれに隣接される中性子吸収要素２１は、図２および図３（Ｂ）に示すように、先端構造材１４の下端部中央部が両面側から平行に削り取られ、構造材側取付部２３ｂが形成される。

一方、原子炉用制御棒１０の金属製の中性子吸収要素２１の制御棒挿入先端部は構造材側保持部２３ｂに対面し、対面側の側面を所定の深さまで削り取り、中性子吸収要素２１の吸収要素側保持部が構成される。

中性子吸収物質（ハフニウム板）２１の吸収要素側保持部と構造材取付部２３ｂには保持ピン２７が挿通され、中性子吸収要素２１は構造材取付部２３ｂに吊下げ方式で係合支持される。中性子吸収物質２１の吸収要素側保持部と構造材取付部２３ｂには共通の貫通孔が形成され、この貫通孔にハフニウム製の保持ピン２７が挿入支持される。

そして、保持ピン２７の直径や断面構造を種々変えることにより、構造材側取付部２３ｂと吸収要素側保持部との間に通水間隙が設けられる。

また、保持ピン２７の両端部を軸方向に延長させてＵ字状シース１９の内面に当接させることで、Ｕ字状シース１９と吸収要素側保持部との間に通水間隙を設けることができる。さらに、この原子炉用制御棒１０は、中性子吸収要素（ハフニウム板）２１を支持する保持ピン２７の貫通孔を取り囲むように、中性子吸収要素２１の表面に座ぐり状の凹部を、例えば削込みで形成し、この凹部を利用して通水溝２８を、Ｕ字状シース１９内部、例えばＨＨ間隙２５内から挿入先端側に抜ける通水路として形成できる。この通水溝２８により、保持ピン２７周辺の通水特性を向上させることができる。

この原子炉用制御棒１０では、先端構造材１４の構造材取付部２３ｂに吊設された中性子吸収要素（ハフニウム板）２１の吊下げ部の通水特性を積極的に向上させることができ、電気・水化学的特性が向上し、制御棒の健全性が向上する。

［第２の実施形態］
図５ないし図７は、本発明に係る原子炉用制御棒の第２実施形態を示す図である。

図５に示された原子炉用制御棒１０Ａは、沸騰水型原子炉の炉心部に出し入れされる横断面十字状の制御用制御棒を示す横（平）断面図である。図６は図５に示された原子炉陽制御棒１０ＡのＡ−Ａ線に沿う縦断面図であり、制御棒挿抜方向の長手方向長さの構成を示す構成図である。

図７（Ａ）〜（Ｄ）は、原子炉用制御棒１０Ａの各ウイング（翼）２０の各制御棒要素を示す部分図であり、図７（Ａ）は原子炉用制御棒１０Ａのウイング２０を構成する、ハフニウム板２１を示すウイング長手方向の構成図、図７（Ｂ）および（Ｃ）は、ハフニウム板２１に棒状中性子吸収材（側端角棒）を溶接する場合の概念図で、中性子照射成長に着目した説明図である。図７（Ｄ）は、ハフニウム板である中性子吸収要素の境界付近の重なり度合を示す縦断面図であり、中性子吸収要素の境界付近の地震時等の衝撃荷重に対する衝撃緩和策と反応度低下抑制策とを溶接面から示した縦断面図である。

この原子炉用制御棒１０Ａにおいて、先端構造材１４に係合し、吊下げ保持される中性子吸収要素の挿入先端側領域の構成は、第１実施形態に示される原子炉用制御棒１０と略同一であり、実質的に異ならないので、同じ構成および作用には同一符号を付してその説明を省略する。

第１実施形態の原子炉用制御棒１０は、平管（Ｆｌａｔ−Ｔｕｂｅ）状ハフニウム板をウイング（翼）に構成するのに対し、第２実施形態に示される原子炉用制御棒１０Ａは平箱（Ｆｌａｔ−Ｂｏｘ）状のウイング２０を構成している点で構成を異にする。

第２実施形態の原子炉用制御棒１０Ａは平箱状制御棒ということができ、ウイング２０の外側領域を構成する翼端側にハフニウム製の棒状中性子吸収材３４が、細長い外側角棒（外側中性子吸収棒）として設けられる。この外側角棒３４は、ウイング２０の外側縁側に形成される棒状部３４ａと、Ｕ字状シース１９内に収納されるハフニウム板２１ａ，２１ｂ同士の間隙を保持する間隔保持スペーサ状のフラット部３４ｂとを有する。フラット部３４ｂは翼外側ハフニウム板２１ａに溶着される。

原子炉用制御棒１０Ａは、大きな中性子照射を受け易い、ウイング２０の外側翼端側にハフニウム製の外側角棒３４を配置したので、反応度価値を効果的に向上させることができ、核的寿命を大きくすることができる。

また、Ｕ字状シース１９内に収納されるハフニウム板２１ａ，２１ｂの翼内側には、間隙保持スペーサ３５が設けられる。間隙保持スペーサ３５は、ハフニウム板２１ａ（２１ｂ）同士の間隔スペーサ３５ａと、翼外側ハフニウム板２１ａと翼内側ハフニウム板２１ｂとの間隙を保持する間隙スペーサ３５ｂとを有する。間隙スペーサ３５ｂは、翼外側ハフニウム板２１ａと翼内側ハフニウム板２１ｂとの中性子吸収要素間隙をサポートする一方、間隙スペーサ３５ｂは、対向するハフニウム板２１ａ，２１ｂからＵ字状シース１９の内面側に突出して係合しており、Ｕ字状シース１９との間にＳＨ間隙２４を形成している。

また、原子炉用制御棒１０Ａは、間隙保持スペーサ３５が間隔スペーサ３５ａと間隙スペーサ３５ｂにより、横断面十字状のプロック状スペーサを構成しており、対をなすハフニウム板２１ａまたは２１ｂ同士の間隙スペーサ３５ａは、ハフニウム板２１ａまたは２１ｂ間に水通路としてのＨＨ間隙２５を構成している。間隙保持スペーサ３５は、翼外側ハフニウム板２１ａと翼内側ハフニウム板２１ｂとの間隙に、長手方向に所要の間隔をおいて配置され、Ｕ字状シース１９の内面に点溶接等で溶着される。

さらに、Ｕ字状シース１９内には、翼外側ハフニウム板２１ａと略平行に翼内側ハフニウム板２１ｂが配置される。翼内側ハフニウム板２１ａ同士の間隙は、外側が間隙保持スペーサ３５でサポートされ、内側の中央タイロッド１６側は間隙保持部材３６でサポートされる。間隙保持部材３６は、横断面十字状に形成され、Ｔ字状間隙保持部材３６は対をなすハフニウム板２１ａ間に介装され、ハフニウム板２１ｂ同士を保持するハフニウム製のプレート状間隔スペーサ３６ａと、翼内側ハフニウム板２１ｂの中央タイロッド１６側切欠部に納められ、Ｕ字状シース１９の内面に溶着されるヘッド部３６ｂとを有する。間隔スペーサ３６ａは、例えば、ハフニウム製保持ピンでハフニウム板２１ｂ間にサポートされ、保持されろ、この間隔スペーサ３６ａにより翼内側ハフニウム板２１ｂ間にＨＨ間隙２５を形成している。

第２実施形態に示された原子炉用制御棒１０Ａは、外側中性子吸収棒３４は、図６に示すように、Ｕ字状シース１９の外側縁側に、長手方向に複数個、適宜間隙をおいて配置される。また、Ｕ字状シース１９は翼頂部側の突出部１９ａが先端構造材１４のシース取付部２３ａに溶着され、中央タイロッド１６側にも、突出部１９ｂが溶着され、Ｕ字状シース１９の機械的・物理的強度が補強される一方、Ｕ字状シース１９の突出部１９ａまたは１９ｂ間の凹部にＵ字状シース１９内に水間隙に連通する水流路が形成される。

また、翼外側ハフニウム板２１ａの翼端側に図５および図６に示すように、棒状中性子吸収材（外側角棒）３４が設けられ、この外側角棒３４で翼外側ハフニウム板２１ａ相互間に水間隙（ＨＨ間隙２５）を形成する一方、ハフニウム板２１ａとＵ字状シース１９との間隙（ＳＨ間隙２４）を保持するため、外側角棒３４が随所に設けられる。

この原子炉用制御棒１０Ａにおいては、翼外側および翼内側のハフニウム板２１ａ，２１ｂ間、およびハフニウム板２１ａ，２１ｂとＵ字状シース１９との間、さらには、翼外側ハフニウム板２１ａ同士の外側に配置された外側角棒（外側中性子吸収棒）３４間、さらに翼外側ハフニウム板２１ａと翼内側ハフニウム板２１ｂとの間、また、Ｕ字状シース１９の中央タイロッド１６側および間隙保持部材３６に、水間隙（ＳＨ間隙２４およびＨＨ間隙２５）がそれぞれ形成される。

原子炉用制御棒１０Ａは、Ｕ字状シース１９内の翼外側ハフニウム板２１ａおよび翼内側ハフニウム板２１ｂの複数本の中性子吸収材（中性子吸収要素）の間に、図７（Ａ）に示すように、中性子吸収要素間の要素間の間隙保持、ＳＨ間隙保持およびＨＨ間隙を保持する間隙保持部材３５が挿抜方向に適切に（例えば２０−３０ｃｍ間隔で）配置されている。中央タイロッド１６側はＳＨ間隙およびＨＨ間隙を保持する間隙保持部材３６が同様に配置されている。中央タイロッド１６と反対側の翼端の棒状吸収材３４はハフニウム板２１ａとの中性子照射成長の違いを考慮して短尺化（例えば１０ｃｍ程度）され、かつ棒状吸収材３４はそのフラット部３４ｂの中央付近で点溶接等で溶着される。

原子炉用制御棒１０Ａは、ハフニウム板である中性子吸収物質が、軸方向の有効長（約３．６ｍ）に亘って配置されるが、図７（Ａ）に示すように、軸方向有効長の中央部付近、例えば上下境界近傍付近Ｅには、外側角棒（棒状中性子吸収材）３４は設けられていない。また、原子炉用制御棒１０Ａの上下境界近傍付近Ｅより下方側では、外側角棒３４は密に設けられていないが、上方側領域では、図７（Ｂ）に示すように、所要の軸方向間隔をおいて密に配置される。

原子炉用制御棒１０Ａは、Ｕ字状シース１９の翼端側の棒状吸収材３４の他には、ハフニウム板２１ａ相互間の水間隙（ＨＨ間隙２５）およびハフニウム板２１ａとＵ字状シース１９との間の間隙（ＳＨ間隙２４）を保持するための間隙保持部材３５が随所に配置される。翼外側ハフニウム板２１ａの２本の中性子吸収要素の間には例えば２〜３ｍｍ程度の間隔を保持するため、中性子吸収要素間の水間隙を保持する機能も備えた間隔スペーサ（フラット部３４ｂ）が配置される。

これにより、原子炉用制御棒１０Ａの翼外側ハフニウム板２１ａの２本の中性子吸収要素は外側角棒（棒状中性子吸収材）３４の助けを借りて機械的および電気・水化学的に許容できる範囲で、２本の中性子吸収要素の両端間（幅）を大きくされている。このことにより、図４（Ｂ）の中性子分布関数のグラフから理解できるように、中性子束、したがって反応度価値の低い場所の中性子吸収材を実質的に反応度の高い場所へ移動させることができると共にウイング２０の翼幅が広がるため、限られた中性子吸収材の量で反応度価値を高めることができる。

また、原子炉用制御棒１０Ａの翼外側（翼側端側）の中性子吸収要素では、その翼端側に棒状の吸収材（棒状中性子吸収材、外側角棒）３４が固着されている。棒状中性子吸収材３４は水間隙（ＨＨ間隙）を保持し、さらにＵ字状シース１９とハフニウム板２１ａとの間隙（ＳＨ間隙２４）を所定の値（０．２ないし０．６ｍｍ程度）に保持するように形成される。

図５では、原子炉用制御棒１０Ａに構成されるウイング２０のハフニウム板２１ａ，２１ｂの厚さ、すなわち、中性子吸収要素の厚さをＷで、ＳＨ間隙２４をδで示した。また、ウイング２０の翼端部には、挿入先端側に塊状の棒状中性子吸収材３４が配置される。棒状中性子吸収材３４の配置場所は、図４（Ａ）から分かるように、特に中性子束が高く、中性子照射量が高く、反応度価値が高いため、最も効果的に中性子吸収材３４のハフニウムを活用するためである。ハフニウムは同位体数が多く、長期に亘り中性子吸収能力を維持できる。

原子炉用制御棒１０Ａの中性子吸収能力は、ハフニウム板２１ａとハフニウム棒３４とで、結晶の方向が異なるため中性子照射による中性子照射成長の割合が異なる。したがって、棒状中性子吸収材３４は、図７（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、例えば１０ｃｍ程度に短尺化され、かつその一部分（例えば中央付近）に限定してフラット部３４ｂを、ハフニウム板２１ａに固着される。対向する２枚のハフニウム板２１ａは基本的に同様の条件で製作されるため、中性子照射成長の割合は殆ど等しい。長い中性子吸収要素２１を有するハフニウム板２１ａ，２１ｂでは中性子照射成長に伴う微小の曲りの発生も予想される。このような場合でも、曲りを抑制する方策が図７（Ｂ）および（Ｃ）で示すように実施することができる。

原子炉用制御棒１０Ａのウイング２０外側縁側では、ウイング２０の曲がり抑制を向上させるため、ウイング２０に中性子照射熱等で曲がりを受け易い領域、制御棒の挿入先端側から挿入末端側にかけて、有効長で中性子照射量の多い領域の溶接に工夫を施す。例えば、挿入先端側では図７（Ｃ）に示すように、棒状中性子吸収材３４を対をなす翼外側ハフニウム板２１ａに両側溶接で溶着し、その挿入末端側では交互溶接で溶着する。

原子炉用制御棒１０Ａは中性子吸収要素の有効長は、約４ｍ程度である。例えば、原子炉用制御棒１０Ａで、上側と下側（挿入先端側と挿入末端側）に分割された中性子吸収要素の全長は通常約３．６ｍ程度で、分割位置は通常ほぼ中央の１．８ｍ付近である。上下のハフニウム板２１（２１ａ，２１ｂ）の境界は図７（Ｄ）に示すように対向する２枚で段違いの構成となっている。ハフニウム板２１の境界部では上側のハフニウム板２１ａ（２１ｂ）と下側のハフニウム板２１ａ（２１ｂ）とが互いに重なり合い、Ｕ字状シース１９の翼厚方向に間隙が生じないようにしている。上側ハフニウム板２１ａ（２１ｂ）と下側ハフニウム板２１ａは境界部で外側が面取り３８されている。

この付近のＵ字状シース１９は、巨大地震の際に内側のハフニウムから集中的に応力を受ける可能性があるため、この境界付近の所要範囲、例えば（±１０〜２０ｃｍ程度）の範囲において翼外側の棒状中性子吸収材３４を排除すると共に間隙保持部材のフラット部（スペーサ部）３４ａを排除している。

さらに、図７（Ｄ）に示すように、原子炉用制御棒１０Ａの挿入先端側から挿通末端にかけて所要範囲、例えば１．８ｍの半分（０．９ｍ）付近から下方側では、棒状中性子吸収材３４は、吸収要素の中性子照射成長による軸方向のわずかな曲りも抑制できるように、ハフニウム板２１ａに対しては特徴的な溶接が行われている。

例えば、図７（Ｃ）に示すように、上下に隣接する棒状中性子吸収材３４の一方が一方のハフニウム板２１ａに溶接されていれば、他方の棒状中性子吸収材３４は他方のハフニウム板２１ａに溶接される（交互溶接）。交互溶接の代わりに、一方のハフニウム板のみに溶接を実施しても良い。この構成によれば、対向するハフニウム板２１ａは０．９〜１．８ｍの部分で上下方向に摺動可能となる。棒状中性子吸収材３４相互間は軸方向に間隙を設けてあるため、若干摺動しても接触は生じない。したがってハフニウム板２１ａを曲げる力は発生しない。なお、境界付近から下側でも棒状中性子吸収材３４に必要な範囲で交互溶接が実施される。

また、ハフニウム板２１ａのＵ字状シース１９に面する側では、図７（Ｄ）に示されるように面取り３８が施され、さらに棒状中性子吸収材３４が排除されているので、地震時の横揺れ時にしなやかに曲がることができる。中性子吸収要素がその軸方向境界でＵ字状シース１９を叩くような場合でも、中性子吸収要素のハフニウム板２１はしなやかに曲り、Ｕ字状シース１９にかかる応力は著しく緩和される。Ｕ字状シース１９自体も強度向上のため、図示しないが、Ｕ字状シース１９の通水孔の面積を他の部分に比べて特に抑制されている。

また、この実施形態に示された原子炉用制御棒１０Ａは、Ｕ字状シース１９で取り囲まれて形成された４枚のウイング２０を中央タイロッド１６により結合させて横断面十字形の制御用原子炉用制御棒が得られる。この原子炉用制御棒１０Ａは中性子吸収要素（ハフニウム板）２１を配置した挿入先端から挿入末端までのうち、挿入先端側から約半分の長さで中央タイロッド１６から最も離れた翼端部に、棒状中性子吸収材３４を付加し、棒状中性子吸収材３４の翼厚さ方向寸法を図５に示すように、中性子吸収要素２１でＵ字状シース１９に収納される間隔より長くすることにより、Ｕ字状シース１９と中性子吸収要素２１との間に通水間隙δを設けることができる。

さらに、棒状中性子吸収材３４はその長さの中央部領域の特定の場所において集中的に中性子吸収要素２１に溶接などで固着され、機械的・物理的強度が向上される。

さらにまた、この原子炉用制御棒１０Ａは、中性子吸収要素２１を配置した挿入先端から挿入末端までのうち、挿入先端側から約半分の長さで中央タイロッド１６から最も離れた翼端部に棒状中性子吸収材３４が付加される。この棒状中性子吸収材３４は、挿入先端側から挿入末端側に一定、例えば約１／４までの範囲では棒状中性子吸収材３４を挟むように配置された両側の板状中性子吸収材２１ａに溶接などで固着される。また、挿入先端側から例えば約１／４から約１／２の範囲では片方の板状の中性子吸収材に溶接などで固着される。

この原子炉用制御棒１０Ｂによれば、最も効果的な制御棒翼端に多くのハフニウム材（外側角棒）３４が配置されており、ハフニウムの所要量（必要量）を抑制しながら効果的な反応度価値と長寿命化が達成される。さらに、ハフニウム板２１とＵ字状シース１９内面との間に積極的に通水間隙δ（２４）を形成されており、電気・水化学的特性が向上し、制御棒の健全性が向上する。

さらに、中性子吸収要素２１のハフニウムは板と棒とで照射成長特性に差異が予想されるが、棒状中性子吸収材３４はその長さの中央部等の特定の場所において、集中的に中性子吸収要素２１に溶接などで固着されているため、照射成長の差異による吸収要素の曲りは発生せず、照射が進んでも制御棒の健全性が確保される。

この原子炉要項制御棒１０Ｂでは、照射成長特性に関する対向する２枚の微小な差異でも長い中性子吸収要素の場合には集積される可能性があるが、長い（通常１．８ｍ程度）中性子吸収要素のうち、例えば約半分の長さは対向する２枚のハフニウム板相互間で拘束し合うことはなく、したがって照射成長の差異による吸収要素の曲りの可能性は半減され、制御棒の健全性が向上する。

この原子炉用制御棒１０は、対向する２枚のハフニウム板２１ａまたは２１ｂが両板の間に間隙を形成するように両側端部で曲げられた平管状の制御棒を構成している。２枚のハフニウム板２１ａ，２１ｂは平管状に構成して通水間隙を形成しても、また、後述する図８，図９に示すように、間隔保持部材を用いてＵ字状シース１９と中性子吸収材との間に通水間隙を設けてもよい。

この構成によれば、間隔保持部材を積極的に活用しているので、平管状の制御棒のＵ字状シースと中性子吸収要素との間の通水特性が向上する。

さらに、原子炉用制御棒１０Ａは、図７（Ａ）に示すように、ハフニウム板対が平箱型または平管型に形成され、中性子吸収材２１ａ，２１ｂの挿抜方向の中央付近に境界部を設け、挿抜方向に２分割させたものである。

この原子炉用制御棒１０Ａにおいて、境界付近から挿入方向と引き抜き方向にそれぞれ所要の範囲、例えば約５ｃｍないし２０ｃｍの範囲で、ハフニウム板対の間隔が外圧を印加した場合に狭めることができるように変形可能に柔軟性を持たせた構成とする。そして、中性子吸収要素２１を収納するＵ字状シース１９のうち、挿抜方向に対する直角方向のウイング幅方向の断面に対する通水孔の断面比率を、中性子吸収要素２１の上下境界を中心として挿入方向と引き抜き方向にそれぞれ約１０ｃｍないし２０ｃｍの範囲で最小としたものである。

この構成によれば、巨大な地震により横揺れが襲来した場合、制御棒全長の中央付近で中性子吸収要素２１の上下の境界部がＵ字状シース１９を内側から叩く可能性があるが、境界付近で中性子吸収要素に弾力性が生じ、Ｕ字状シース１９を内側から叩く力は大幅に緩和される。さらに、中性子吸収要素の上下境界部付近では、Ｕ字状シース１９の通水孔の数や断面が他の部分と比べて特に低減されているため、この部分ではＵ字状シース１９の強度は大きく向上している。したがって、中性子吸収要素の境界部がＵ字状シース１９を内側から叩く場合でもＵ字状シース１９の健全性、ひいては原子炉用制御棒１０Ａの健全性を著しく向上させることができる。

［第３の実施形態］
図８は本発明に係る原子炉用制御棒の第３実施形態を示す横断面図である。

この変形例に示された原子炉用制御棒１０Ｂは、横断面十字状の制御用制御棒のＵ字状シース１９内に収容される翼外側ハフニウム板２１ａと翼内側ハフニウム板２１ｂとのウイング幅方向境界部を改良したものである。他の構成は、第１実施形態および第２実施形態に示された原子炉用制御棒１０，１０Ａと実質的に異ならないので、同じ構成には、同一符号を付して重複説明を省略あるいは簡素化する。

第３実施形態に示された原子炉用制御棒１０Ｂは、ウイング２０を構成するＵ字状シース１９内に翼外側ハフニウム板２１ａと翼内側ハフニウム板２１ｂとを対をなしてそれぞれ対向させ、各ハフニウム板２１ａまたは２１ｂのＨＨ間隙（トラップ）２５を外側角枠（棒状中性子吸収材）３４、間隔保持スペーサ４０，４０、および中央タイロッド１６側の間隔保磁スペーサ４１でサポートしたものである。

Ｕ字状シース１９内に収納される翼外側ハフニウム板２１ａと翼内側ハフニウム板２１ｂは、境界部の対のハフニウム板２１ａ，２１ｂ同士が段違いに重なり合うように構成される。

この原子炉用制御棒１０Ｂでは、翼外側および翼内側の中性子吸収要素の境界の段違いで重なり合うように構成されており、この重なり構成により、中性子が制御棒を横切る場合の隙間（中性子吸収材が欠乏している部分）が減少するので、制御棒の反応度価値の低下が抑制される。

［第４の実施形態］
図９および図１０は、本発明に係る原子炉用制御棒の第４実施形態を示す図である。

図９は第４実施形態に示された原子炉用制御棒１０Ｃの要部を示すウイング２０の部分図、図１０（Ａ）は図９のＡ−Ａ線に沿う原子炉用制御棒１０Ｃの横断面十字状の横断面図、図１０（Ｂ）は図９のＢ−Ｂ線に沿う原子炉用制御棒１０Ｃの横断面十字状の横断面図である。

この原子炉用制御棒１０Ｃにおいて、他の実施形態に示された原子炉用制御棒１０，１０Ａ，１０Ｂと実質的に異ならない部分には、同一符号を付して重複説明を省略あるいは簡素化する。

第４実施形態に示された原子炉用制御棒１０Ｃは、ウイング２０を構成するＵ字状シース１９内に翼外側ハフニウム板２１ａと翼内側ハフニウム板２１ｂを対をなして配置し、各対のハフニウム板２１ａまたは２１ｂ同士を間隔保持部材４５，４６，４７で所要のＨＨ間隙２５にサポートする一方、これらの間隔保持部材４５，４６，４７により、Ｕ字状シース１９の内面とハフニウム板２１ａ，２１ｂとの間にＳＨ間隙（δ）２４を設けたものである。

この原子炉用制御棒１０Ｃは、平管状ハフニウム板２１ａ，２１ｂの外面とＵ字状シース１９の内面との間にＳＨ間隙２４の保持とＨＨ間隙２５の保持を兼ねて間隙保持部材４５，４６，４７を翼外側、翼中央、翼内側にそれぞれ設けたものである。

この原子炉用制御棒１０Ｃは、ＳＨ間隙（δ）２４を改良してＳＨ間隙の通水特性を保つ一方、さらに限られたハフニウム量で制御棒反応度価値を向上する働き、すなわちハフニウムの有効利用機能を有する。

この原子炉用制御棒１０Ｃは、翼内部の水平方向に複数に分割された中性子吸収要素が配置された制御棒である。この制御棒１０Ｃは、隣接する中性子吸収要素の少なくとも１箇所の間隙に間隔保持部材を装着して、挿抜方向と直角方向の有効吸収要素幅を機械的および水化学的に許容可能な範囲で拡幅したものである。

この構成によれば、中性子吸収要素２１の挿抜方向と直角方向の有効幅が拡大されるので制御棒の反応度価値がハフニウムの量を増加させること無く向上させることができる。即ち反応度価値をハフニウム所要量を低減させても維持することができ、重量が大きく高価なハフニウムを節約することができる。この保持部材４５，４６，４７の翼厚さ方向寸法を中性子吸収要素の厚さより大きくすることによってＵ字状シース１９と中性子吸収要素２１との間に通水間隙を確保するのは他の構成の場合と同様である。

各実施形態に示された原子炉用制御棒は、制御用制御棒のウイング２０内に水間隙を形成し、水流通特性を向上させたので、電気・水化学的な腐食の可能性を充分抑制しながら、反応度価値を確保しつつハフニウムの所要量を抑制することができる。また、この原子炉用制御棒は、長期間使用した場合に生じる中性子照射成長に対しても充分な健全性を確保することができ、巨大地震時等の衝撃力に対しても健全性を確保できる長寿命制御棒を得ることができる。

本発明に係る原子炉用制御棒を示す全体的な構成図。 本発明に係る原子炉用制御棒の第１実施形態を示す先端挿入側領域の構成図。 （Ａ）は図２の原子炉用制御棒のＡ−Ａ線に沿う横（平）断面図、（Ｂ）は図２の原子炉用制御棒Ｂ−Ｂ線に沿う部分的な縦断面図、（Ｃ）は図３（Ｂ）のＢ部を拡大して示す平断面図。 （Ａ）は沸騰水型原子炉の炉心部を模擬した平断面図、（Ｂ）は原子炉用制御棒で模擬した制御棒表面銅箔放射化率分布をウイング翼方向に示す図。 本発明に係る原子炉用制御棒の第２実施形態を示す横断面図。 本発明に係る原子炉用制御棒の第２実施形態に示されるウイングを略長手方向全体に亘って示す図。 （Ａ）は本発明に係る原子炉用制御棒のウイングに収納されるハフニウム板の配置例を示す図、（Ｂ）は翼外側に配置される棒状吸収材（外側角棒）の設置例を示す図、（Ｃ）は棒状中性子吸収材と翼外側ハフニウム板の溶着例を示す図、（Ｄ）は翼外側ハフニウム板の上下方向境界部における棒状中性子吸収材の配置例を示す図。 本発明に係る原子炉用制御棒の第３実施形態を示す横（平）断面図。 本発明に係る原子炉用制御棒の第４実施形態を示す要部の部分図。 （Ａ）は図９に示された原子炉用制御棒のＡ−Ａ線に示す原子炉用制御棒の横（平）断面図、（Ｂ）は同原子炉用制御棒のＢ−Ｂ線に沿う横断面図。

符号の説明

１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ 原子炉用制御棒
１１ 原子炉炉心部
１２ 燃料集合体
１３ ハンドル
１４ 先端構造材
１５ 末端構造材
１６ 中央タイロッド
１７ スピードリミッタ
１９ Ｕ字状シース
２０ ウイング（翼）
２１ 中性子吸収要素（ハフニウム板、中性子吸収材）
２１ａ，２１ｂ ハフニウム板
２３ 取付部
２３ａ シース取付部
２３ｂ 構造材側（先端）取付部
２４ ＳＨ間隙（水間隙）
２５ ＨＨ間隙（水間隙）
２７ 保持ピン
２７ａ ピン中央部
２７ｂ ピン軸部
２７ｃ ピンヘッド部
２８ 通水溝
２９ 通水孔
３０ 切欠部
３２ ガイドローラ
３４ 外側角棒（外側中性子吸収棒、棒状中性子吸収材）
３４ａ 棒状部
３４ｂ フラット部（間隔スペーサ）
３５ 間隙保持スペーサ（ブロック状スペーサ）
３５ａ 間隔スペーサ
３５ｂ 間隙スペーサ
３６ 間隙保持部材
３６ａ 間隔スペーサ
３６ｂ ヘッド部
３８ 面取り
４０，４１ 間隔保持スペーサ
４５，４６，４７ 間隙保持部材

Claims (9)

1. 先端構造材と末端構造材とを結合する中央タイロッドと、
   この中央タイロッドから放射状に突出する突出部にＵ字状シースを被せて構成されるウイングと、
   上記ウイング内に中央タイロッドと平行に、かつ翼外側と翼内側に配置されるハフニウム金属あるいはハフニウム合金の金属製の中性子吸収要素とを有し、
   前記先端構造材に隣接する中性子吸収要素は、先端構造材の下縁部に構成される薄肉化された構造材側取付部に、前記中性子吸収要素の挿入先端側保持部を係合させ、
   前記中性子吸収要素の挿入先端側保持部を、前記構造材取付部に少なくとも１本の保持ピンを挿通させて係合保持し、
   前記保持ピンは、前記中性子吸収要素の挿入先端側保持部と構造材側取付部に挿通されてそれらの間に通水間隙が設けられ、
   さらに、前記保持ピンは、Ｕ字状シースの両内面に当接して前記中性子吸収要素とＵ字状シースとの間にも通水間隙が設けられたことを特徴とする原子炉用制御棒。
2. 前記中性子吸収要素の挿入先端側保持部には前記保持ピンを貫通させる孔が形成される一方、
   前記貫通孔を取り囲む中性子吸収要素の表面に座ぐり形状の凹部が設けられ、この凹部を通水溝として用いられた請求項１記載の原子炉用制御棒。
3. 前記中性子吸収物質はＵ字状シースに取り囲まれて４枚のウイングが横断面十字状に構成され、
   前記ウイングの挿入先端側から挿入末端側の軸方向に約半分付近の長さの領域で、かつ中央タイロッドから最も離れた翼端部に棒状中性子吸収材を設置し、
   前記棒状中性子吸収材の翼厚さ方向寸法をＵ字状シース内に収納された中性子吸収要素の間隙より大きくとり、Ｕ字状シースと中性子吸収要素との間に通水間隙を設けた請求項１記載の原子炉用制御棒。
4. 前記棒状中性子吸収材は、その軸方向長さの中央部付近でＵ字状シース内に収納される前記中性子吸収要素に溶着された請求項３記載の原子炉用制御棒。
5. 前記棒状中性子吸収材は、ウイングの挿入先端側から挿入末端側に約１／４の範囲では、翼外側の中性子吸収物質に両側で固着され、ウイング挿入先端側から挿入末端側に約１／４から１／２の範囲では、翼外側の中性子吸収物質に片側から固着された請求項３記載の原子炉用制御棒。
6. 前記中性子吸収物質は、翼外側にハフニウム板と翼内側にハフニウム板をＵ字状シース内に翼厚さ方向に間隙をおいて収納し、前記翼外側ハフニウム板と翼内側ハフニウム板同士を間隔保持部材を用いて構成し、前記Ｕ字状シースと前記中性子吸収物質との間に通水間隙を設けた請求項１記載の原子炉用制御棒。
7. 前記中性子吸収物質は、平管状あるいは平箱状に形成され、前記ウイングの挿抜方向の中央付近に境界が設けられ、
   上記境界から挿入方向と引抜方向に所要の範囲で、中性子吸収物質と構成するハフニウム板対の間隔は、外圧印加時に変形可能に構成した請求項１記載の原子炉用制御棒。
8. 前記Ｕ字状シース内に中性子吸収要素を収納し、ウイング幅方向に横断面に対する通水路の横断面比率が、前記中性子吸収要素の上下境界付近で最小となるように構成した請求項１記載の原子炉用制御棒。
9. 前記Ｕ字状シース内に水平方向に分割された複数の中性子吸収要素を配置し、
   隣接する中性子吸収要素の少なくとも１箇所に間隔保持部材を装着し、
   ウイング幅方向の有効中性子吸収要素幅を、機械的および水化学的に拡幅させた請求項１記載の原子炉用制御棒。

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