JP2009058447A - Control rod for reactor - Google Patents

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Kiyoshi Ueda
精 植田
Kenichi Yoshioka
研一 吉岡
Mitsuharu Nakamura
光晴 中村
Yoshiji Kano
喜二 狩野
Tomoko Tajima
智子 田嶋
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    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To maintain soundness in fuel by restraining easiness in the generation of stress corrosion cracks, and electrochemical activity, and suppressing a blade history phenomenon. <P>SOLUTION: A control rod 10A for reactors is composed by connecting the insertion tip side and insertion end side of four wings 15 containing a neutron absorbing material to a tip structure material 16 and an end structure material 17 having a cross-shaped cross section each. The control rod 10A for reactors is composed so that the cross section is in a cross by connecting the four wings 15 by a plurality of tie crosses 18 provided with a prescribed interval axially at the side of the center axis of the control rod. The tip structure material 16 and the tie cross 18 are made of a zirconium alloy, and neutron absorbing materials 20a, 21a for composing the main part of the wing 15 are composed of hafnium or a hafnium alloy. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、沸騰水型原子炉(BWR)に用いられる原子炉用制御棒に係り、特に、ハフニウムを主要な中性子吸収材とする長寿命型の原子炉用制御棒に関する。   The present invention relates to a reactor control rod used in a boiling water reactor (BWR), and more particularly to a long-life reactor control rod using hafnium as a main neutron absorber.

沸騰水型原子炉(BWR)には長寿命型の原子炉用制御棒を用いたものがあり、この原子炉用制御棒は、深いU字状断面のステンレス製シースを、断面十字形のタイロッドの突出部に装着し、制御棒先端では先端構造材に、また制御棒末端側を末端構造材にそれぞれ固着しており、さらに、前記U字状シース内に中性子吸収材として2枚(対)のハフニウム板を収納設置した4枚の翼(ウイング)によって構成される(特許文献1および非特許文献1参照)。   Some boiling water reactors (BWRs) use long-life reactor control rods, which have a deep U-shaped stainless steel sheath and a cross-shaped tie rod. The control rod tip is fixed to the tip structure material, and the control rod end side is fixed to the end structure material. Further, two neutron absorbers (pairs) are provided in the U-shaped sheath. It is comprised by the four wing | blade (wing) which accommodated and installed the hafnium plate (refer patent document 1 and nonpatent literature 1).

このような原子炉用制御棒では、対のハフニウム板間の間隙は、原子炉内において炉水で満たされ、その水によって炉心で発生した中性子が減速されるので、中性子はハフニウムに効果的に吸収される。この原子炉用制御棒は、「フラックストラップ型制御棒」と呼ばれる。対のハフニウム板間に間隙を形成したものは、間隙内の水の働きで重量が大きく、高価なハフニウム材料を節約することができる。   In such a reactor control rod, the gap between the pair of hafnium plates is filled with reactor water in the reactor, and the neutrons generated in the core are decelerated by the water, so that neutrons are effective for hafnium. Absorbed. This nuclear reactor control rod is called a “flux trap type control rod”. In the case where a gap is formed between the pair of hafnium plates, the weight of the hafnium material is large due to the action of water in the gap, and an expensive hafnium material can be saved.

また、原子炉用制御棒は炉心に出し入れされ、挿抜きされるので、制御棒の挿入末端側のハフニウム材料を節約できる。対のハフニウム板は、軸方向に多数に分割され、分割された対のハフニウム板は、U字状シース内にコマと呼ばれる複数の間隔保持兼荷重保持部材を介して保持される。   Further, since the nuclear reactor control rod is inserted into and removed from the core, hafnium material on the insertion end side of the control rod can be saved. The pair of hafnium plates are divided into a large number in the axial direction, and the paired hafnium plates are held in a U-shaped sheath via a plurality of spacing and load holding members called pieces.

一方、従来の原子炉用制御棒において、U字状シースと各コマとを溶接により固定すると、U字状シースは溶接変形によりハフニウム板の方に曲がり、両者の間に間隙が無くなったり、相互に拘束し合う可能性があった。この場合には、U字状シースとハフニウム板の間に形成される間隙が消滅するばかりでなく、U字状シースとハフニウム板との間の熱膨張差や照射成長差異による相対変位も許容しない構造となり、ハフニウム板より薄いU字状シースには過大な応力がかかる可能性が生じる。   On the other hand, in the conventional nuclear reactor control rod, when the U-shaped sheath and each piece are fixed by welding, the U-shaped sheath bends toward the hafnium plate due to welding deformation, and there is no gap between them. There was a possibility of restraining each other. In this case, not only the gap formed between the U-shaped sheath and the hafnium plate disappears, but also a structure that does not allow relative displacement due to a difference in thermal expansion or irradiation growth between the U-shaped sheath and the hafnium plate. The U-shaped sheath that is thinner than the hafnium plate may be subjected to excessive stress.

また、従来の原子炉用制御棒では、対のハフニウム板はU字状シース内に複数のコマを介して溶接により保持する構造となっており、この溶接部でスクラム時の荷重をはじめとする運転中の各種荷重を受ける。対のハフニウム板をU字状シース内にコマ溶接部で固定すると、溶接部近傍に各種の応力が生じるため、溶接部近傍のU字状シースに応力腐食割れが生じる可能性がある。U字状シースに応力腐食割れが生じると、原子炉用制御棒の健全性低下、ひいては寿命減少につながる可能性がある。しかし、従来の特許文献では、U字状シースの応力腐食割れに対する配慮は一切ない。   Further, in the conventional control rod for a nuclear reactor, the pair of hafnium plates are structured to be held by welding through a plurality of frames in a U-shaped sheath. Subject to various loads during operation. When the pair of hafnium plates are fixed in the U-shaped sheath by the top welded portion, various stresses are generated in the vicinity of the welded portion, and therefore stress corrosion cracking may occur in the U-shaped sheath in the vicinity of the welded portion. When stress corrosion cracking occurs in the U-shaped sheath, there is a possibility that the soundness of the nuclear reactor control rod is deteriorated and consequently the life is shortened. However, in the conventional patent document, there is no consideration for stress corrosion cracking of the U-shaped sheath.

ところで、U字状シースを構成するステンレス鋼と中性子吸収材のハフニウム金属とは異種金属であり、電気化学的に腐食し易い条件が形成され、腐食し易い原子炉環境下では腐食が促進されるクレビス問題が発生する虞がある。   By the way, the stainless steel constituting the U-shaped sheath and the hafnium metal of the neutron absorbing material are dissimilar metals, and conditions that are susceptible to electrochemical corrosion are formed, and corrosion is promoted in a corrosive reactor environment. A clevis problem may occur.

特許文献2では、U字状シースを用いないハフニウム制御棒が開示されている。この原子炉用制御棒は、ハフニウムとステンレス鋼とが溶接できない点に着目した構造であるが、タイロッドにステンレス鋼を用いるもので、タイロッドを用いない本発明の原子炉用制御棒とは基本的構造を異にする。さらに、特許文献2の原子炉用制御棒は、耐蝕性やブレードヒストリ問題対策の配慮がなされていない。   Patent Document 2 discloses a hafnium control rod that does not use a U-shaped sheath. This reactor control rod has a structure that focuses on the point that hafnium and stainless steel cannot be welded. However, it uses stainless steel as a tie rod, and is basically the same as the reactor control rod of the present invention that does not use a tie rod. Different structure. Furthermore, the nuclear reactor control rod disclosed in Patent Document 2 does not take into consideration the corrosion resistance and the blade history problem.

また、長寿命型の原子炉用制御棒は、制御棒軸方向長さの大部分の高出力運転中に挿入されているので、燃料集合体でその中性子吸収板に隣接する部分では中性子束レベルは大幅に低下しているが、燃焼が遅れ、残留する核分裂物質の濃度が比較的高い。原子炉用制御棒を引き抜くと、高い出力が発生し、燃料の健全性が脅かされる。燃料の健全性に悪影響を及ぼす問題は、ブレードヒストリ現象と呼ばれ、このブレードヒストリ現象は中性子束の低下を抑制すれば緩和されるが、通常制御棒反応度価値が低下し、反応度不足が生じる虞がある。
特開昭63−8594号公報 特開昭58−147687号公報 M. Ueda, T. Tanzawa, R. Yoshioka: "Critical Experiment on a Flux-Trap-Type Hafnium Control Rod for BWRs", Transaction of the American Nuclear Society, vol.55, p.616(1987).
In addition, the long-life reactor control rod is inserted during the high-power operation for most of the axial length of the control rod, so the neutron flux level in the fuel assembly adjacent to the neutron absorber plate Is significantly reduced, but combustion is delayed and the concentration of the remaining fission material is relatively high. Pulling out the reactor control rod generates high power and threatens the health of the fuel. The problem that adversely affects the soundness of the fuel is called the blade history phenomenon. This blade history phenomenon can be mitigated by suppressing the decrease in neutron flux, but the control rod reactivity value usually decreases and the reactivity is insufficient. May occur.
JP 63-8594 A JP 58-147687 A M. Ueda, T. Tanzawa, R. Yoshioka: "Critical Experiment on a Flux-Trap-Type Hafnium Control Rod for BWRs", Transaction of the American Nuclear Society, vol.55, p.616 (1987).

従来の原子炉用制御棒に長寿命型制御棒を用いたものが、沸騰水型原子炉の実用炉において満足な照射実績を重ねてきたものの、原子炉用制御棒は応力腐食割れが生じ易い構造となっており、電気化学的に活性化し、クレビス問題が発生する虞がある構成であることが明らかになった。   Although conventional long-life control rods used for nuclear reactor control rods have been successfully irradiated in boiling water reactors in practical use, nuclear reactor control rods are prone to stress corrosion cracking. It has become clear that the structure is electrochemically activated and may cause a clevis problem.

しかし、従来の原子炉用制御棒では、制御棒に格別な応力腐食割れ対策が施されておらず、また、電気化学的活性化を防止する対策も格別なものが講じられていない。   However, in conventional control rods for nuclear reactors, no special measures against stress corrosion cracking have been applied to the control rods, and no special measures have been taken to prevent electrochemical activation.

さらに、沸騰水型原子炉内で原子炉用制御棒を長期間使用する場合、原子炉用制御棒に隣接する燃料(燃料集合体)に対して、制御棒を引き抜いた際に大幅に出力が上昇するブレードヒストリ現象が生じ、燃料に急激な膨張が生じるために、燃料の健全性が損なわれる虞があった。   Furthermore, when reactor control rods are used in boiling water reactors for a long period of time, output is greatly increased when the control rods are pulled out of the fuel (fuel assembly) adjacent to the reactor control rods. Since the rising blade history phenomenon occurs and the fuel suddenly expands, the soundness of the fuel may be impaired.

本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、応力腐食割れの発生を有効的に防止し、電気化学的な活性化を防ぐ対策を施して、ブレードヒストリ現象を緩和させる原子炉用制御棒を提供することを目的とする。   The present invention has been made in consideration of the above-mentioned circumstances, and for reactors that effectively prevent the occurrence of stress corrosion cracking and take measures to prevent electrochemical activation, thereby reducing the blade history phenomenon. It aims to provide a control rod.

本発明の他の目的は、構造材に中性子吸収物質であるハフニウムやハフニウムとの共存性に優れたジルカロイを用いて、応力腐食割れや電気化学的活性度を大幅に緩和させた長寿命型の原子炉用制御棒を提供することにある。   Another object of the present invention is to use a long-life type material that significantly reduces stress corrosion cracking and electrochemical activity by using neutron-absorbing material hafnium and zircaloy excellent in coexistence with hafnium as a structural material. It is to provide a control rod for a nuclear reactor.

本発明の別の目的は、中性子吸収材の寸法、レイアウト構造、配置を工夫し、制御棒に隣接する燃料に対して、制御棒を引き抜いた際にも、大きな出力上昇が生じる現象(ブレードヒストリ現象が大きいという現象)を緩和し、燃料集合体の健全性を確保し、運転操作が簡単な長寿命型の原子炉用制御棒を提供することにある。   Another object of the present invention is to devise the dimensions, layout structure and arrangement of the neutron absorber, and a phenomenon in which a large increase in output occurs even when the control rod is pulled out of the fuel adjacent to the control rod (blade history). It is intended to provide a long-life nuclear reactor control rod that eases the phenomenon (the phenomenon that the phenomenon is large), ensures the soundness of the fuel assembly, and is easy to operate.

本発明に係る原子炉用制御棒は、応力腐食割れ、電気化学的活性度およびブレードヒストリを緩和する課題を解決するために、中性子吸収材を含有する4枚のウイングの挿入先端側および挿入末端側をそれぞれ横断面十字形の先端構造材と末端構造材にそれぞれ結合させた原子炉用制御棒において、制御棒中心軸側に軸方向に所定の間隔をおいて設けられた複数のタイクロスにより前記4枚のウイングを結合して横断面十字形に構成し、前記先端構造材とタイクロスは、ジルコニウム合金で構成され、前記ウイングの主要部を構成する中性子吸収材は、ハフニウムあるいはハフニウム合金で構成されたものである。   In order to solve the problems of mitigating stress corrosion cracking, electrochemical activity, and blade history, the control rod for a nuclear reactor according to the present invention has four wings containing neutron absorbers at the insertion tip side and the insertion end. In the control rod for a nuclear reactor whose sides are respectively connected to the cross-sectional tip structure material and the end structure material, a plurality of tie cloths provided at predetermined intervals in the axial direction on the control rod central axis side The four wings are combined to form a cross-shaped cross section, the tip structure material and tie cloth are made of a zirconium alloy, and the neutron absorber constituting the main part of the wing is made of hafnium or a hafnium alloy. It is configured.

また、本発明に係る原子炉用制御棒は、前記ウイングの内部に炉水が介在できる間隙が形成されている。そして、前記ハフニウムは外周部の大部分またはほぼ全面にジルカロイまたはハフニウムがジルコニウムで希釈されたハフニウム合金の層で覆われていることを特徴とする。また、前記中性子吸収材は、ハフニウムがジルコニウムで希釈したハフニウム合金を用いてもよい。   In the nuclear reactor control rod according to the present invention, a gap in which reactor water can be interposed is formed in the wing. The hafnium is covered with a hafnium alloy layer obtained by diluting zircaloy or hafnium with zirconium over most or almost the entire outer periphery. The neutron absorber may be a hafnium alloy in which hafnium is diluted with zirconium.

このように構成された原子炉用制御棒では、中性子吸収材であるハフニウムとの共存性が特に優れたジルカロイ(ジルコニウム合金)を構造材として用いているため、応力腐食割れや電気化学的な活性度が大幅に緩和される。そしてジルカロイはステンレス鋼より比重が小さいため、必要に応じてより多くのハフニウムを使用でき、中性子吸収効果を高めることが可能となる。   The reactor control rod constructed in this way uses zircaloy (zirconium alloy), which is particularly excellent in coexistence with hafnium, a neutron absorber, as a structural material, so stress corrosion cracking and electrochemical activity The degree is greatly eased. And since Zircaloy has a specific gravity smaller than stainless steel, more hafnium can be used as needed, and the neutron absorption effect can be enhanced.

本発明に係る原子炉用制御棒は、前記4枚の翼は、外周部がハフニウムの含有を許容するジルカロイ製シースで構成され、内部に中性子吸収材のハフニウムを収納して構成されていることを特徴とするものであり、前記ハフニウムは、挿入先端から挿入末端方向に向かう約半分の長さがシース内面に直接接する程度の太径の棒を列状に多数配置し、挿入末端側では細径の棒を間隙を介して列状に多数配置したことを特徴とするものであり、さらに、前記挿入先端側の多数のハフニウム棒は制御棒中心軸側から翼幅の約3/4以内の範囲において、太径と細径のハフニウム棒を1本または2本組みとして交互に配列したことを特徴とするものであり、また、前記ウイングのジルカロイ製シースの内部には、制御棒中心軸側から翼幅の約3/4以内の範囲において、太径ハフニウム棒と、ステンレス鋼管、ジルカロイ製中空金属管あるいは弱吸収材とを1本または2本組みとして交互に配列したことを特徴とするものであり、さらに、前記ステンレス鋼管または中空金属管は、炉水が内部に侵入するように構成されている。   In the control rod for a nuclear reactor according to the present invention, the four blades are constituted by a Zircaloy sheath whose outer peripheral portion allows the inclusion of hafnium, and contains hafnium which is a neutron absorber inside. In the hafnium, a large number of large-diameter rods having a length that is approximately half the length from the insertion tip toward the insertion end are in direct contact with the inner surface of the sheath, and are thin on the insertion end side. A large number of rods having a diameter are arranged in a row with a gap, and the plurality of hafnium rods on the insertion tip side are within about 3/4 of the blade width from the control rod central axis side. In the range, the hafnium rods having a large diameter and a small diameter are alternately arranged as one or two sets, and the zircaloy sheath of the wing is arranged inside the control rod central axis side. To about 3/4 of the wing span In this range, a large-diameter hafnium rod and a stainless steel tube, a zircaloy hollow metal tube or a weak absorbent material are alternately arranged in one or two sets, and the stainless steel tube or The hollow metal tube is configured such that the reactor water enters the inside.

このように構成された原子炉用制御棒では、シースと中性子吸収材とが一体的に結合されていないため、両者に熱膨張や照射成長特性に差異があった場合、相対位置が許容範囲で独立して変化できるため、過剰な応力の発生が免れる。また、原子炉用制御棒では挿入末端側に細径のハフニウム棒を用いているので、挿入末端側の不必要なハフニウムが削減されるとともに、制御棒挿入時でも、炉心下部での出力低下を緩和でき、制御棒引き抜きの際に生じる出力上昇を緩和することができる。また、この原子炉用制御棒では反応度低下の程度を抑制しながら、効果的に制御棒引き抜きの際に生じる出力上昇を緩和することができる。   In the reactor control rod configured in this way, the sheath and the neutron absorber are not integrally coupled, so if there is a difference in thermal expansion or irradiation growth characteristics between them, the relative position is within the allowable range. Since it can be changed independently, excessive stress is avoided. In addition, because the reactor control rod uses a thin hafnium rod on the insertion end side, unnecessary hafnium on the insertion end side is reduced, and even when the control rod is inserted, the output at the bottom of the core is reduced. It is possible to mitigate, and it is possible to mitigate the increase in output that occurs when the control rod is pulled out. Further, with this nuclear reactor control rod, it is possible to effectively mitigate the increase in power that occurs when the control rod is pulled out while suppressing the degree of decrease in reactivity.

さらに、原子炉用制御棒においては、前記ハフニウムは横断面を平板化したハフニウム平管が単数または複数配列されて構成されていることを特徴とし、また、前記ハフニウム平管(偏平管)は挿入先端から約半分の長さにおいて、挿入末端側よりハフニウムの肉厚が厚くなるように構成されていることを特徴とし、一方、ウイングの翼横断面内に複数のハフニウム平管を収納した構成では制御棒中心軸側ほどハフニウムの肉厚を薄くすることができ、さらに、前記ハフニウムは横断面を平板(偏平)化したハフニウム平管が制御棒挿抜方向と直交する水平方向に複数個配列されており、挿入末端から挿入先端側に向かう約半分の長さにおいて、少なくとも制御棒中心軸側のハフニウム平管の水平方向幅は挿入先端端側より狭くされ、水平方向に隣接する各平管の間に炉水が占める間隙を配置するように構成されていることを特徴とするものである。   Furthermore, in the control rod for a nuclear reactor, the hafnium is formed by arranging one or more hafnium flat tubes having a flat cross section, and the hafnium flat tube (flat tube) is inserted. About half the length from the tip, the hafnium is thicker than the insertion end side. On the other hand, in the configuration where multiple hafnium flat tubes are housed in the wing cross section The thickness of the hafnium can be made thinner toward the control rod central axis side. Furthermore, the hafnium has a plurality of flat hafnium tubes with a flat cross section (flattened) in the horizontal direction perpendicular to the control rod insertion / removal direction. The horizontal width of at least the hafnium flat tube on the control rod central axis side is narrower than the insertion tip end side in the half length from the insertion end to the insertion tip side. And it is characterized in that it is configured to position the gap occupied by the reactor water between each flat tube adjacent to.

このように構成された原子炉用制御棒は、反応度価値低下の程度を抑制しながら、効果的に制御棒引き抜きの際に生じる出力上昇を緩和することができる。   The nuclear reactor control rod configured as described above can effectively mitigate the increase in power generated when the control rod is pulled out while suppressing the degree of reduction in the reactivity value.

さらに、前記ハフニウム平管は挿入末端から約半分の長さにおいて、挿入先端側よりハフニウムの濃度が1/2程度となるようにジルカロイで希釈して肉厚を挿入先端側とほぼ等しくなるように構成されていることを特徴するものである。   Furthermore, the hafnium flat tube is approximately half the length from the insertion end, diluted with zircaloy so that the hafnium concentration is about ½ from the insertion tip side, so that the wall thickness becomes substantially equal to the insertion tip side. It is characterized by being configured.

このように構成された原子炉用制御棒でも、中性子吸収材領域の肉厚が制御棒の軸方向にほぼ一様であるため、機械的・物理的強度が軸方向に一様となり、応力集中が起きにくくなるという特徴がある。   Even in a reactor control rod constructed in this way, the thickness of the neutron absorber region is almost uniform in the axial direction of the control rod, so the mechanical and physical strength is uniform in the axial direction, and stress concentration There is a feature that makes it difficult to occur.

さらにまた、この原子炉用制御棒では、前記ハフニウム平管は挿入先端側では挿入先端構造材に、末端側では末端構造材に係合されていることを特徴とし、また、制御棒軸方向中央付近に挿入方向と直角方向に固着腕を設け、挿入先端側のハフニウム平管は先端側へ、挿入末端側のハフニウム平管は末端側へ伸縮可能とするように構成したことを特徴とするものである。   Furthermore, in this control rod for a nuclear reactor, the hafnium flat tube is engaged with the insertion tip structural member at the insertion tip side and with the terminal structure member at the distal end side, and the control rod axial center A fixing arm is provided near the insertion direction in a direction perpendicular to the insertion direction, and the hafnium flat tube on the insertion tip side can be expanded and contracted to the tip side, and the hafnium flat tube on the insertion end side can be expanded and contracted to the end side. It is.

この構成によれば、中性子照射に伴う『照射成長』特性のハフニウム部材依存性やハフニウムと構造材との照射成長の差異や温度変化依存性から生じる機械的応力の発生問題が解消される。   According to this configuration, the problem of generation of mechanical stress resulting from the dependency of the “irradiation growth” characteristic upon irradiation with neutrons on the hafnium member dependency, the irradiation growth difference between hafnium and the structural material, and the temperature change dependency is solved.

さらにまた、前記シースの内面及びシース内部に収納されるハフニウムは少なくともシース内面に面する表面を、表面研磨あるいはジルカロイ層を設けることによりハフニウムの耐蝕性を向上させたことを特徴とするものである。   Furthermore, the hafnium housed in the sheath and inside the sheath is characterized in that the corrosion resistance of hafnium is improved by providing surface polishing or a zircaloy layer on at least the surface facing the sheath inner surface. .

また、この原子炉用制御棒は、中性子吸収材のハフニウムは、全長を同じ厚さとし、挿入末端から先端に向かう約半分の長さにおいて、挿入先端側より横幅を狭くし、外側端を挿入先端側と同じ(スパン同一)に揃えたことを特徴とするものである。   This reactor control rod has the same overall thickness as hafnium, which is the neutron absorber, and has a width that is narrower than the insertion tip side, with the outer end at the insertion tip, in about half the length from the insertion end to the tip. It is characterized by being aligned to the same side (same span).

このように構成された原子炉用制御棒では、構造材として中性子吸収物質であるハフニウムとの共存性が特に優れたジルカロイを構造材として用いているため、応力腐食割れや電気化学的な活性度が大幅に緩和される。   The reactor control rod constructed in this way uses Zircaloy as a structural material, which is particularly excellent in coexistence with hafnium, a neutron absorbing material, as a structural material, so stress corrosion cracking and electrochemical activity Is greatly relaxed.

さらにまた、中性子吸収材の寸法・構造・配置の工夫により、原子炉内で長期間使用する場合、制御棒に隣接する燃料において制御棒を引き抜いた際に大きな出力上昇を生じる現象(ブレードヒストリが大きいと言う現象)が大幅に緩和され、燃料集合体の健全性が確保され、かつ運転操作が簡単化される。   Furthermore, due to the device size, structure, and arrangement of the neutron absorber, a phenomenon in which a large increase in output occurs when the control rod is pulled out of the fuel adjacent to the control rod when used in a nuclear reactor for a long time (blade history is The phenomenon of “large” is relieved greatly, the soundness of the fuel assembly is ensured, and the operation is simplified.

本発明に係る原子炉用制御棒では、炉出力の平坦化を図ることができ、応力腐食割れの生じ易さや電気化学的に活性化する構成が顕著に改良されて長寿命化を図ることができる。また、原子炉用制御棒を原子炉内で長期間使用する場合、制御棒に隣接する燃料において、制御棒を引き抜いた際に大きな炉出力上昇が生じるブレードヒストリ現象を、積極的に緩和することができる。   In the control rod for a nuclear reactor according to the present invention, the reactor power can be flattened, and the ease of occurrence of stress corrosion cracking and the electrochemically activated configuration can be remarkably improved to extend the life. it can. In addition, when using control rods for nuclear reactors for a long period of time in the reactor, the blade history phenomenon that causes a large increase in reactor power when the control rods are pulled out in the fuel adjacent to the control rods should be actively mitigated. Can do.

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。   An embodiment of a control rod for a nuclear reactor according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

図1は、沸騰水型原子炉の炉心部(炉心クラック)に原子炉用制御棒を好適に配置した臨界実験体系の構成例を示す平面図である。図2は図1のA部の拡大図であり、燃料集合体間にはワイドギャップGとナローギャップGが交互に形成される。 FIG. 1 is a plan view showing a configuration example of a critical experiment system in which a reactor control rod is suitably arranged in a core portion (core crack) of a boiling water reactor. Figure 2 is an enlarged view of the A portion of Fig. 1, between the fuel assemblies wide gap G W and narrow gap G N are alternately formed.

臨界実験体系では、臨界実験装置の炉心タンクの中央に、実機の原子炉炉心の横断面と等しくした十字型原子炉用制御棒10を配置し、この制御棒10を取り囲むように4体一組の燃料集合体11を配置した例で示す。燃料集合体11は、実験においては全てチャンネルボックスのないタイプの燃料集合体11を示す。この臨界実験体の沸騰水型原子炉(BWR)では、原子炉炉心が臨界になるまで、炉心横断面が正方形かつ外周を対象となるように、燃料集合体11に例えば全て濃度度2wt%の燃料棒12を装架した。   In the critical experiment system, a cross-type nuclear reactor control rod 10 equal to the cross section of the actual reactor core is arranged in the center of the core tank of the critical experiment apparatus, and a set of four bodies surrounds the control rod 10. An example in which the fuel assembly 11 is arranged is shown. In the experiment, the fuel assembly 11 is a fuel assembly 11 of a type without a channel box. In this critical experimental boiling water reactor (BWR), all the fuel assemblies 11 have a concentration of 2 wt%, for example, so that the core cross section is square and the outer periphery is targeted until the reactor core becomes critical. Fuel rod 12 was mounted.

また、4体一組の燃料集合体11間に出し入れされる原子炉用制御棒10には、中性子吸収材に例えば外径4.8mmφ、内径3.5mmφのステンレス(SUS)鋼管にボロンカーバイド(BC)粉末を約70%の理論密度で充填した中性子吸収棒、および外径が同じで反応度価値が殆ど等しい中性子吸収材であるハフニウム(Hf)棒を用いた。前記SUS管の中には、BCではなく、水を満たした水入りSUS管が部分的に用いられる。なお、中性子吸収棒の外側は、横断面が深いU字状のステンレス鋼製シースを用いた。 In addition, the nuclear reactor control rod 10 inserted and removed between the four fuel assemblies 11 includes, for example, a neutron absorber made of boron carbide (for example, a stainless steel (SUS) pipe having an outer diameter of 4.8 mmφ and an inner diameter of 3.5 mmφ). A neutron absorber rod filled with B 4 C) powder at a theoretical density of about 70% and a hafnium (Hf) rod which is a neutron absorber with the same outer diameter and almost the same reactivity value were used. In the SUS tube, a water-filled SUS tube partially filled with water is used instead of B 4 C. In addition, the outer side of the neutron absorber rod used the U-shaped stainless steel sheath with a deep cross section.

原子炉用制御棒10の中心軸付近には、従来タイプの制御棒では通常中央構造材(タイロッド)が存在するが、この臨界実験では、タイロッド14が存在する制御棒構成の他、
(a)制御棒の各翼(ウイング)15毎にタイロッド14側面から3本の中性子吸収棒を水入りSUS管12aとした構成、
(b)水入りSUS管12aとHf棒12bをタイロッド14側から翼幅の2/3付近まで交互に配置した構成、
(c)タイロッド14を取り外し、その部分に水が占めるようにした構成、
(d)タイロッド14が存在する通常の制御棒構成、
の4種の模擬制御棒を図3に用いて、制御棒表面の中性子束分布を銅箔放射化率として測定した。なお、図3(C)において、符号12cは水と等価のアクリル角棒である。
In the vicinity of the central axis of the control rod 10 for the reactor, a central structure material (tie rod) usually exists in the conventional type control rod. In this critical experiment, in addition to the control rod configuration in which the tie rod 14 exists,
(A) A configuration in which three neutron absorber rods are provided from the side of the tie rod 14 for each wing (wing) 15 of the control rod to form a water-filled SUS tube 12a.
(B) a configuration in which water-filled SUS pipes 12a and Hf rods 12b are alternately arranged from the tie rod 14 side to the vicinity of 2/3 of the blade width;
(C) A configuration in which the tie rod 14 is removed and water is occupied in the portion;
(D) a normal control rod configuration in which a tie rod 14 is present;
4 were used to measure the neutron flux distribution on the control rod surface as the copper foil activation rate. In FIG. 3C, reference numeral 12c is an acrylic square bar equivalent to water.

原子炉用制御棒10は、U字状シースの表面に銅箔が密着するようにストリップ状に配置し、かつ炉心タンクに給水して炉心を臨界にした。炉心を臨界して中性子照射を行ない、この中性子照射後、原子炉用制御棒を原子炉炉心から取り出して切断し、U字状シース表面の誘導放射能のβ線を計測した。   The reactor control rod 10 was arranged in a strip shape so that the copper foil was in close contact with the surface of the U-shaped sheath, and water was supplied to the core tank to make the core critical. The reactor core was critically irradiated with neutrons, and after this neutron irradiation, the reactor control rod was removed from the reactor core and cut, and β-rays of the induced radioactivity on the surface of the U-shaped sheath were measured.

図4(A)は、制御棒表面の放射化率分布変化を示すもので、横軸は制御棒中心(水ギャップ中心)からの距離(cm)、縦軸は相対放射化率である。図4(B)は制御棒表面の銅箔放射化率分布を示し、縦軸は放射化率(任意単位)を示す。   FIG. 4A shows the change in the activation rate distribution on the surface of the control rod. The horizontal axis represents the distance (cm) from the control rod center (water gap center), and the vertical axis represents the relative activation rate. FIG. 4B shows the copper foil activation rate distribution on the surface of the control rod, and the vertical axis shows the activation rate (arbitrary unit).

図4(A)は、(a)〜(c)の制御棒構成と(d)の通常制御棒構成との分布比を示もので、図4(B)は、各制御棒構成(a)〜(d)のは放射能分布強度を示すものである。図4(B)では、制御棒構成(a)〜(d)の変化の影響を受けない点(規格化点)で規格化して示すものである。銅の放射化は低エネルギ、熱エネルギを持った中性子によって引き起こされるので、ほぼ『熱中性子束』の分布と見なすことができる。翼(ウイング)15の外側端部、例えば15mm程度の範囲で急激に中性子束分布が高くなっている。図3の制御棒構成(d)では、タイロッド14近傍で若干高くなっており、制御棒構成(c)ではタイロッドの場所を水で占めているため、非常に高くなっている。図示しないが、制御棒構成(a)では側面燃料棒のうち、制御棒中心軸に近いものの近傍で大幅に高くなっているのが確認されている。制御棒構成(b)では広い範囲で中性子束が盛り上がっている。制御棒近傍の燃料棒の出力はこれら表面中性子束分布ほど急激な変化は生じないが、類似の変化が生じる。   FIG. 4A shows a distribution ratio between the control rod configuration of (a) to (c) and the normal control rod configuration of (d). FIG. 4B shows each control rod configuration (a). (D) shows the intensity of radioactive distribution. In FIG. 4 (B), it is normalized and shown at a point (normalization point) that is not affected by changes in the control rod configurations (a) to (d). Since copper activation is caused by neutrons with low energy and thermal energy, it can be regarded as a distribution of almost "thermal neutron flux". The neutron flux distribution is rapidly increased in the outer end of the wing 15, for example, in the range of about 15 mm. In the control rod configuration (d) in FIG. 3, the height is slightly higher in the vicinity of the tie rod 14, and in the control rod configuration (c), the place of the tie rod is occupied by water, so it is very high. Although not shown in the figure, it has been confirmed that in the control rod configuration (a), the side fuel rods are significantly higher in the vicinity of those close to the control rod central axis. In the control rod configuration (b), the neutron flux rises in a wide range. The output of the fuel rods near the control rod does not change as rapidly as these surface neutron flux distributions, but similar changes occur.

本発明の原子炉用制御棒では、タイロッドを不要として炉出力の平坦化を図り、制御棒の反応度価値を余り低下させないで中性子束を広い範囲で高めることを対象としている。測定結果では好適な中性子束分布が得られた制御棒構成(b)の場合、反応度価値が最も低下したが低下率は約8%であり、許容範囲である。   The nuclear reactor control rod of the present invention is intended to flatten the reactor power without using a tie rod, and to increase the neutron flux over a wide range without significantly reducing the reactivity value of the control rod. In the case of the control rod configuration (b) in which a suitable neutron flux distribution was obtained from the measurement results, the reactivity value was the lowest, but the reduction rate was about 8%, which is an acceptable range.

しかし、原子炉用制御棒は、反応度価値が、制御棒全長もしくは全体にわたって8%の低下を起こさせるのは望ましくないので、必要なレイアウト場所に限ってこの制御棒構成を採用する。なお、通常の制御棒設計では制御棒全体の反応度価値の低下が10%を越えると許容できないとされている。制御棒構成(a)では反応度価値の低下率は約3.5%であった。また、制御棒構成(c)では反応度価値はかえって増大した。なお、中性子束分布が特に高くなる翼15の側端では中性子吸収材をなるべく多くすることによって制御棒寿命と反応度価値を高めることができる。   However, it is not desirable for the reactor control rods to have an 8% drop in reactivity value over the entire length or overall of the control rods, so this control rod configuration is employed only where necessary. It should be noted that in a normal control rod design, a decrease in the reactivity value of the entire control rod exceeds 10%, which is unacceptable. In the control rod configuration (a), the rate of decrease in reactivity value was about 3.5%. Also, the reactivity value increased in the control rod configuration (c). Note that the life of the control rod and the reactivity value can be increased by increasing the number of neutron absorbers as much as possible at the side edge of the blade 15 where the neutron flux distribution is particularly high.

実機に用いられる原子炉用制御棒10では、翼15のうち配列された中性子吸収材の両端部で中性子照射量が高くなるため、長寿命型の原子炉用制御棒を設計する場合には長寿命型の中性子吸収材を配置すべきこと、反応度の高い原子炉用制御棒を設計する場合には中性子吸収効果の高い中性子吸収材を配置すべきことを示している。逆に、原子炉用制御棒の翼15の中央部分では局所的であれば中性子吸収材の選択条件は比較的緩いことを示している。   In the reactor control rod 10 used in an actual machine, the neutron irradiation amount becomes high at both ends of the arranged neutron absorbers in the blades 15. Therefore, when designing a long-life reactor control rod, it is long. This indicates that a life-type neutron absorber should be placed, and that when designing a reactor control rod with high reactivity, a neutron absorber with a high neutron absorption effect should be placed. Conversely, if the central portion of the wing 15 of the nuclear reactor control rod is local, the neutron absorber selection condition is relatively loose.

本発明では、臨界実験体系に用いられる原子炉用制御棒の測定値を念頭におき、好適な長寿命型の原子炉用制御棒を開発したものである。   In the present invention, a long-life nuclear reactor control rod was developed with the measured values of the reactor control rod used in the critical experiment system in mind.

[第1の実施形態]
図5および図6は、本発明に係る原子炉用制御棒の第1実施形態を示す図である。
[First Embodiment]
5 and 6 are views showing a first embodiment of a control rod for a nuclear reactor according to the present invention.

図5は、4枚の翼(ウイング)で横断面十字状に構成される長寿命型の原子炉用制御棒10Aの1翼を示す縦断面図である。図6の(A)は図6のA−A横断面図、(B)は図5のB−B横断面図、(C)は図5のD−D縦断面図である。   FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing one blade of a long-life reactor control rod 10A configured in a cross-shaped cross section with four blades (wings). 6A is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 6, FIG. 6B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 5, and FIG. 6C is a vertical cross-sectional view taken along line DD in FIG.

この長寿命型の原子炉用制御棒10Aは、沸騰水型原子炉(BWR)の炉心部に装架される4体一組の燃料集合体(図示せず)間に出し入れ可能に設けられる。原子炉用制御棒10Aは、横断面十字状の形状に4枚の翼(ウイング)15で構成される。原子炉用制御棒10Aは、先端構造材16と末端構造材17との間に4枚の矩形ブレード状翼(ウイング)15が介装され、横断面十字状に構成される。原子炉用制御棒10Aは、中性子吸収材部をハフニウムで構成する制御棒有効部と、この制御棒有効部の挿入先端側に固着されるジルカロイ製の先端構造材16と、制御棒有効部の挿入末端側に固定される例えばステンレス鋼製の末端構造材が固定される。先端構造材16は制御棒有効部のウイング15に溶接などで固着され、末端構造材17は、ハフニウムピンやジルカロイピンを介してウイング15に固定される。   This long-life reactor control rod 10A is provided so as to be able to be inserted and removed between a set of four fuel assemblies (not shown) mounted on the core of a boiling water reactor (BWR). The nuclear reactor control rod 10A includes four wings 15 in a cross-shaped cross section. The nuclear reactor control rod 10 </ b> A has four rectangular blade-like wings (wings) 15 interposed between a tip structure member 16 and a terminal structure member 17, and has a cross-shaped cross section. The nuclear reactor control rod 10A includes a control rod effective portion whose neutron absorber portion is made of hafnium, a Zircaloy tip structural member 16 fixed to the insertion tip side of the control rod effective portion, and a control rod effective portion. A terminal structure material made of, for example, stainless steel is fixed to the insertion terminal side. The tip structural member 16 is fixed to the wing 15 of the control rod effective portion by welding or the like, and the end structural member 17 is fixed to the wing 15 via a hafnium pin or a zircaloy pin.

原子炉用制御棒10Aの4枚のウイング15は、中央部が横断面十字状のブロック構造のタイクロス18で固着され、タイクロス18は翼局所結合部材を構成し、原子炉用制御棒10Aの中央部に軸方向に適宜離間して配置される。タイクロス18は、中央のクロス部から放射状(十字状)に突出するアーム部19を備え、各アーム部19にウイング15が溶着により固定される。ウイング15は翼内側でジルカロイ製のタイクロス18に固着され、横断面十字形の原子炉用制御棒10Aが構成される。先端構造材16やタイクロス18に用いられる構造材にジルカロイ(ジルコニウム合金)が用いられるが、このジルコニウムには本来Hfが含まれるので、中性子吸収特性を向上させることができる。   The four wings 15 of the nuclear reactor control rod 10A are fixed by a tie cloth 18 having a cross-shaped block structure at the center, and the tie cloth 18 constitutes a blade local coupling member, and the nuclear reactor control rod 10A. Are disposed in the central part of the first and second parts so as to be appropriately separated in the axial direction. The tie cloth 18 includes arm portions 19 that project radially (cross shape) from the central cross portion, and the wings 15 are fixed to the arm portions 19 by welding. The wing 15 is fixed to a tie cloth 18 made of Zircaloy on the inner side of the wing to constitute a reactor control rod 10A having a cross-shaped cross section. Zircaloy (zirconium alloy) is used as the structural material used for the tip structural member 16 and the tie cloth 18. However, since this zirconium originally contains Hf, the neutron absorption characteristics can be improved.

原子炉用制御棒10Aの一翼を構成するウイング15は、中性子吸収材を構成する対のハフニウム板20a,20b:21a,21b同士を翼両端部側で互いに折曲させて接合し、接合部を溶着したもので、図6(A),(B)に示すように偏平管構造に構成され、内部に水を通す間隙(トラップ)22が形成される。ウイング15内に形成されるトラップ22には、炉水が侵入し、侵入してきた水は、ハフニウムを透過して浸入してきた中性子を減速させ、熱中性子として捕獲し、ハフニウムに内側(トラップ)から中性子を吸収させる機能を有する。トラップ22内の炉水は、通水孔23を通して出し入れされる。   The wing 15 constituting one blade of the control rod 10A for the reactor is joined by bending the pair of hafnium plates 20a, 20b: 21a, 21b constituting the neutron absorber at the blade both ends. As shown in FIGS. 6 (A) and 6 (B), the welded structure is formed into a flat tube structure, and a gap (trap) 22 through which water passes is formed. Reactor water penetrates into the trap 22 formed in the wing 15, and the water that has penetrated decelerates the neutrons that have penetrated through the hafnium, trapped as thermal neutrons, and trapped in the hafnium from the inside (trap) Has the function of absorbing neutrons. The reactor water in the trap 22 is taken in and out through the water passage hole 23.

原子炉用制御棒10Aのタイクロス18からジルカロイ製のアーム部19が放射状一体に配置され、各アーム部19にウイング15が溶着される。ウイング15の軸方向中央付近には、ジルカロイ(ジルコニウム合金)製のウイング固着腕25が翼幅方向に形成され、このウイング固着腕25を介して挿入先端側の厚いハフニウムの下端と、挿入末端側の薄いハフニウムの上端が溶接等で固着され、ウイング15は制御棒の長手方向に一体化される。ハフニウムとジルコニウムは共存性が良く、クレビス問題が大幅に緩和される。   Zircaloy-made arm portions 19 are arranged radially and integrally from the tie cloth 18 of the nuclear reactor control rod 10 </ b> A, and wings 15 are welded to the arm portions 19. Near the center of the wing 15 in the axial direction, a wing fixing arm 25 made of Zircaloy (zirconium alloy) is formed in the wing width direction, and the lower end of the thick hafnium on the insertion tip side and the insertion end side through the wing fixing arm 25 The upper end of the thin hafnium is fixed by welding or the like, and the wing 15 is integrated in the longitudinal direction of the control rod. Hafnium and zirconium have good coexistence and greatly reduce the clevis problem.

原子炉用制御棒10Aに備えられるタイクロス18自体は先端構造材16と末端構造材17の間で、4枚のウイング15を十字型に結合するための、軸方向に適宜間隔をおいて、散在する局所的なものである。軸方向に隣接するタイクロス18の間隔はタイクロス18の軸方向長さに比べて大幅に長く、BWRの中では炉水が占める空間である。この水によっても中性子が減速され、図4(B)から明らかなように高い熱中性子束が形成されるので、近傍の燃料棒の出力が回復し、原子炉用制御棒10Aの存在による燃焼の遅れがある程度緩和される。   The tie cloth 18 itself provided in the nuclear reactor control rod 10A is appropriately spaced in the axial direction between the tip structural member 16 and the terminal structural member 17 to join the four wings 15 in a cross shape. It is a scattered local thing. The interval between the tie cloths 18 adjacent to each other in the axial direction is significantly longer than the axial length of the tie cloth 18 and is a space occupied by the reactor water in the BWR. This water also decelerates the neutrons and forms a high thermal neutron flux as is apparent from FIG. 4B, so that the output of the nearby fuel rods recovers and combustion due to the presence of the reactor control rod 10A is restored. Delay is alleviated to some extent.

また、原子炉用制御棒10Aを原子炉炉心部から引き抜くと、ブレードヒストリ現象が生じるが、原子炉用制御棒10Aにタイロッドが設けられておらず、タイロッドの代りに炉水が存在するので、炉出力の平坦化が図れ、制御棒引き抜きの際に大幅に炉出力が増大するブレードヒストリ現象が抑制され、燃料の急激な膨脹が緩和され、その結果燃料の健全性が向上する。タイクロス18の軸方向間隔は通常15〜30cm程度で、原子炉用制御棒10Aの適切な機械的・物理的強度保持の観点から決定される。タイクロス18の軸方向長さは、例えば25〜35mm程度である。ハフニウムには図示している先端部、中央部、末端部の通水孔23の他に多数の通水孔が設けられている。   Further, when the reactor control rod 10A is pulled out from the reactor core, a blade history phenomenon occurs, but the reactor control rod 10A is not provided with a tie rod, and reactor water is present instead of the tie rod. The reactor power can be flattened, and the blade history phenomenon that greatly increases the reactor power when the control rod is pulled out is suppressed, and the rapid expansion of the fuel is mitigated, and as a result, the soundness of the fuel is improved. The axial distance between the tie cloths 18 is usually about 15 to 30 cm, and is determined from the viewpoint of maintaining appropriate mechanical and physical strength of the reactor control rod 10A. The axial length of the tie cloth 18 is, for example, about 25 to 35 mm. The hafnium is provided with a number of water holes in addition to the water holes 23 at the front end, the center, and the end.

一方、原子炉用制御棒10Aに用いられるハフニウムは高い耐蝕性を有しているが、高温水中で長期間使用すると表面に腐食生成物が発生し、何等かのきっかけで剥離することを知見した。剥離した腐食生成物は放射能を帯びている。核種は主にHf−181で半減期は43と比較的短く、比較的低いエネルギのガンマ線(482,346,および133keV)を放出する。なお半減期111日のTa−182も僅かに生成し、1.2MeVのガンマ線を放出する。   On the other hand, although hafnium used for the nuclear reactor control rod 10A has high corrosion resistance, it has been found that when used for a long time in high temperature water, a corrosion product is generated on the surface and peels off due to some cause. . The exfoliated corrosion products are radioactive. The nuclide is mainly Hf-181 with a relatively short half-life of 43 and emits relatively low energy gamma rays (482, 346, and 133 keV). In addition, Ta-182 with a half-life of 111 days is also generated slightly, and 1.2 MeV gamma rays are emitted.

BWRでは炉水の水質が初期に比べて著しく向上し、放射能レベルが著しく低下したため、弱いHf−181の放射能でも確認出来るようになった。半減期が比較的短い為外部環境への問題は考えられないが、原子炉建屋内部では今後放射能低減の目標になることが判ってきた。   In BWR, the water quality of the reactor water was significantly improved compared to the initial level, and the radioactivity level was remarkably lowered. Therefore, it became possible to confirm even the weak radioactivity of Hf-181. Although the half-life is relatively short, there are no problems with the external environment, but it has become clear that it will become a target for reducing radioactivity in the reactor building.

本実施形態では、原子炉用制御棒10Aのハフニウム表面の微細な凹凸をなるべく減らすように『表面仕上げ』を行っている。原子炉用制御棒10Aの外面は制御棒駆動に伴い、対面する燃料集合体のジルカロイ製チャンネルボックスと摩擦を起こし、腐食生成物が剥離する可能性が高いと考えられる。原子炉用制御棒10Aの外面は特に入念に表面仕上げすることによって腐食生成物の剥離の抑制効果が期待される。原子炉用制御棒10Aの内面の腐食生成物はスクラム時や地震時など何等かの振動によって剥離し、通水孔を通じて原子炉冷却水中へ混入する可能性が考えられるので、内面も表面仕上げが期待される。   In the present embodiment, “surface finishing” is performed so as to reduce the fine irregularities on the hafnium surface of the nuclear reactor control rod 10A as much as possible. It is considered that the outer surface of the nuclear reactor control rod 10 </ b> A causes friction with the Zircaloy channel box of the fuel assembly facing the outer surface of the control rod 10 </ b> A when the control rod is driven. The outer surface of the control rod 10A for the nuclear reactor is expected to have an effect of suppressing the peeling of corrosion products by particularly carefully finishing the surface. The corrosion products on the inner surface of the reactor control rod 10A may be peeled off by some vibration such as during a scram or an earthquake, and may be mixed into the reactor cooling water through the water passage hole. Be expected.

なお、原子炉用制御棒10Aは、表面仕上げの代わりに少なくともハフニウムの外面をチャンネルボックスと同じジルカロイで覆うことによって前述の表面仕上げ以上の剥離抑制効果を達成することを狙っている。   The nuclear reactor control rod 10A aims to achieve a delamination suppression effect that is equal to or higher than the above-mentioned surface finish by covering at least the outer surface of hafnium with the same zircaloy as the channel box instead of the surface finish.

[第2の実施形態]
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。
[Second Embodiment]
FIG. 7 is a view showing a second embodiment of the control rod for a nuclear reactor according to the present invention.

第2実施形態の原子炉用制御棒10Bを示す図7(A)および(B)は、図6(A)および(B)にそれぞれ対応する。第2実施形態の原子炉用制御棒10Bを説明するに当り、第1実施形態に示された原子炉用制御棒10Aと同じ構成には、同一符号を付して重複説明および重複図示を省略する。   FIGS. 7A and 7B showing the reactor control rod 10B of the second embodiment correspond to FIGS. 6A and 6B, respectively. In describing the reactor control rod 10B of the second embodiment, the same components as those of the reactor control rod 10A shown in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description and illustration are omitted. To do.

図7に示された原子炉用制御棒10Bは、ウイング15のハフニウム外面、すなわち、外周部の大部分またはほぼ全周にジルカロイ層27を配置した構成が、第1実施形態の原子炉用制御棒10Aと異なる。原子炉用制御棒10Bのウイング15を構成する中性子吸収材としてのHf板20a,20b:21a,21bの外表面をジルカロイ層27で被覆される。ジルカロイ層27の採用で軽量化できるので、その分Hfを多用化できる。   The reactor control rod 10B shown in FIG. 7 has a configuration in which the zircaloy layer 27 is arranged on the outer surface of the hafnium of the wing 15, that is, most or almost all of the outer periphery. Different from the stick 10A. The outer surfaces of the Hf plates 20a, 20b: 21a, 21b as neutron absorbers constituting the wing 15 of the nuclear reactor control rod 10B are covered with the zircaloy layer 27. Since the weight can be reduced by employing the zircaloy layer 27, the amount of Hf can be increased.

ウイング15のHf板20a,20b:21a,21bの外面にジルカロイ層27を配置することによりハフニウム腐食生成物が外部に露出せず、腐食生成物の剥離は解消できる。腐食生成物の剥離は無くなるが、製造コストの上昇は避けられないし、反応度価値を第1実施形態の原子炉用制御棒10Aと同じくするには、ハフニウムの増量が必要となる。第2実施形態の原子炉用制御棒10Bではトラップ22が狭くなり、反応度価値を向上させる機能が低下するため、ハフニウムを増量させて反応度価値を向上させる必要がある。   By disposing the Zircaloy layer 27 on the outer surfaces of the Hf plates 20a and 20b: 21a and 21b of the wing 15, the hafnium corrosion product is not exposed to the outside, and the peeling of the corrosion product can be eliminated. Although peeling of the corrosion product is eliminated, an increase in manufacturing cost is unavoidable, and in order to make the reactivity value the same as the reactor control rod 10A of the first embodiment, it is necessary to increase the amount of hafnium. In the nuclear reactor control rod 10B of the second embodiment, the trap 22 is narrowed and the function of improving the reactivity value is lowered, so it is necessary to increase the reactivity value by increasing the amount of hafnium.

なお、原子炉用制御棒10Bのウイング15を構成するHf板20a,20b:21a,21bの内表面も必要に応じてジルコロイ層を配置してもよい。Hf板の内表面へのジルカロイ層の配置は、腐食生成物剥離問題の解消と製造コスト上昇のトレードオフとなるのでコストを鑑みて配置される。   It should be noted that the inner surfaces of the Hf plates 20a, 20b: 21a, 21b constituting the wings 15 of the nuclear reactor control rod 10B may be provided with a zircoloy layer as necessary. Since the arrangement of the Zircaloy layer on the inner surface of the Hf plate is a trade-off between solving the corrosion product peeling problem and increasing the manufacturing cost, it is arranged in view of cost.

[第3実施形態]
図8は、本発明に係る原子炉用制御棒の第3実施形態を示すものである。
[Third Embodiment]
FIG. 8 shows a third embodiment of a reactor control rod according to the present invention.

この実施形態に示す原子炉用制御棒10Cは、図6(A),(B)に示された第1実施形態の原子炉用制御棒10Aに対応するので、原子炉用制御棒10Aと同じ構成には、同一符号を付して重複説明あるいは重複図示を省略する。   The reactor control rod 10C shown in this embodiment corresponds to the reactor control rod 10A of the first embodiment shown in FIGS. 6A and 6B, and is the same as the reactor control rod 10A. The components are denoted by the same reference numerals, and redundant description or redundant illustration is omitted.

図8(A),(B)に示される原子炉用制御棒10Cが第1実施形態の原子炉用制御棒10Aと異なる点は、翼構造の構成にある。原子炉用制御棒10Cの翼構造は、ウイング15を構成するハフニウム板20a,20b:21a,21bの外表面にジルカロイシート(28)を被覆材で装着したものである。ジルカロイシート28はウイング(翼)15のハフニウム板20a,20b:21a,21bに圧着等により密着させた後、ウイング15の形成のために、ハフニウム板20a,20b:21a,21bの端面を溶接し、円筒形を構成した後、円筒形のハフニウム板を平管状に潰してウイング15としたものである。他の構成および作用は、第2実施形態に示した原子炉用制御棒10と異ならないので、説明を省略する。   The nuclear reactor control rod 10C shown in FIGS. 8A and 8B is different from the nuclear reactor control rod 10A of the first embodiment in the structure of the blade structure. The blade structure of the nuclear reactor control rod 10 </ b> C is obtained by mounting a Zircaloy sheet (28) on the outer surface of the hafnium plates 20 a, 20 b: 21 a, 21 b constituting the wing 15 with a covering material. After the zircaloy sheet 28 is brought into close contact with the hafnium plates 20a, 20b: 21a, 21b of the wing (wing) 15 by pressure bonding or the like, the end surfaces of the hafnium plates 20a, 20b: 21a, 21b are welded to form the wing 15. After the cylindrical shape is formed, the cylindrical hafnium plate is crushed into a flat tube to form a wing 15. Other configurations and operations are not different from those of the nuclear reactor control rod 10 shown in the second embodiment, and thus description thereof is omitted.

[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実施形態を示すものである。
[Fourth Embodiment]
9 and 10 show a fourth embodiment of a nuclear reactor control rod according to the present invention.

この実施形態に示された原子炉用制御棒10Dは、図5および図6に示した原子炉用制御棒10Aに対応する。第1実施形態の原子炉用制御棒10Aと同じ構成には同一符号を付して重複説明を省略する。   The nuclear reactor control rod 10D shown in this embodiment corresponds to the nuclear reactor control rod 10A shown in FIGS. The same components as those in the reactor control rod 10A of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

第4実施形態の原子炉用制御棒10Dは、翼(ウイング)15の外表面にジルカロイ層29を配置した構成は、図7および図8に示した原子炉用制御棒10B,10Cと同様である。ジルカロイ層29はウイング15を構成するHf板20a,20b:21a,21bの外表面を被覆するように装着される。第1実施形態に示された原子炉用制御棒10Aと異なる点は、挿入末端側で反応度価値を低下させてよい場合、翼(ウイング)15の中性子吸収材(ハフニウム板20a,20b:21a,21b)の厚さ削減ではなく、翼(ウイング)15の水平方向幅を削減した点と、図8におけるタイクロス18側を解放した深いU字状形状のハフニウム板20a,20b:21a,21bとし、ハフニウム板20a,20b:21a,21bの解放端をタイクロス18のアーム部19aに挟持させて、固着させた点にある。   The nuclear reactor control rod 10D of the fourth embodiment is similar to the nuclear reactor control rods 10B and 10C shown in FIGS. 7 and 8 in that the zircaloy layer 29 is disposed on the outer surface of the wing 15. is there. The zircaloy layer 29 is mounted so as to cover the outer surfaces of the Hf plates 20a, 20b: 21a, 21b constituting the wing 15. The difference from the nuclear reactor control rod 10A shown in the first embodiment is that when the reactivity value may be lowered on the insertion end side, the neutron absorber (hafnium plates 20a, 20b: 21a) of the blade (wing) 15 is used. , 21b) instead of reducing the thickness of the wing (wing) 15 and the deep U-shaped hafnium plates 20a, 20b: 21a, 21b with the tie cloth 18 side in FIG. 8 released. And hafnium plates 20a, 20b: the open ends of 21a, 21b are sandwiched between the arm portions 19a of the tie cloth 18 and fixed.

第4実施形態の原子炉用制御棒10Dは、ウイング15の挿入末端側の略半分が挿入先端側より広い範囲で中性子吸収材が排除され、炉水が占める空間が広く設けられる。ウイング15の挿入末端側の領域では、制御棒中心軸からウイング15の幅方向に中性子吸収材(ハフニウム板21a,21b)が存在しない水空間30を形成する。   In the nuclear reactor control rod 10D of the fourth embodiment, the neutron absorbing material is excluded in a range in which approximately half of the insertion end side of the wing 15 is wider than the insertion tip side, and a space occupied by the reactor water is widely provided. In the region on the insertion end side of the wing 15, a water space 30 is formed in which no neutron absorber (hafnium plates 21 a and 21 b) exists in the width direction of the wing 15 from the central axis of the control rod.

原子炉用制御棒10Dは、ウイング15の挿入末端側の約半分で、制御棒中心軸側に中性子吸収材を設けることなく、炉水が占める水空間(ギャップ)30を形成したので、原子炉用制御棒10Dの挿入時に炉出力低下が特に大きい制御棒中心側の出力低下を抑制することができ、側面に位置する燃料棒の出力が増大する。原子炉用制御棒10Dの挿入中でも、挿入末端側で燃料の燃焼をある程度進行させることができる。原子炉用制御棒10Dの引抜き時の炉出力上昇が緩和され、燃料の健全性が向上する。   The reactor control rod 10D is about half of the insertion end side of the wing 15 and has a water space (gap) 30 occupied by reactor water without providing a neutron absorber on the control rod central axis side. When the control rod 10D is inserted, it is possible to suppress a decrease in power output on the center side of the control rod, in which the decrease in furnace power is particularly large, and the output of the fuel rod located on the side surface increases. Even during insertion of the nuclear reactor control rod 10D, fuel combustion can be advanced to some extent on the insertion end side. The increase in reactor power when the reactor control rod 10D is pulled out is alleviated, and the soundness of the fuel is improved.

[第5実施形態]
図11は、本発明に係る原子炉用制御棒の第5実施形態を示すものである。
[Fifth Embodiment]
FIG. 11 shows a fifth embodiment of a control rod for a nuclear reactor according to the present invention.

図11に示す原子炉用制御棒10Eにおいて、(A)は原子炉用制御棒10Eの縦の側面図および縦断面図、(B)は図11(A)のB−B線に沿うウイング15の平断面図、(C)はウイング15内に備えられる1本の中性子吸収棒の軸方向断面図である。   In the nuclear reactor control rod 10E shown in FIG. 11, (A) is a vertical side view and longitudinal sectional view of the nuclear reactor control rod 10E, and (B) is a wing 15 along the line BB in FIG. (C) is an axial sectional view of one neutron absorber rod provided in the wing 15.

この原子炉用制御棒10Eは、制御棒挿入先端側の先端構造材16と挿入末端側の末端構造材17との間に、横断面十字状の4枚のウイング(翼)15が設けられる。横断面十字状の4枚のウイング15によるタイロッドが設けられておらず、各ウイング15の翼中央部側は、軸方向に適宜間隔をおいて離散的に設けられたジルコニウム製のタイクロス18により結合され、一体化される。   In this nuclear reactor control rod 10E, four wings 15 having a cross-shaped cross section are provided between a tip structural member 16 on the control rod insertion tip side and a terminal structure member 17 on the insertion end side. No tie rods with four wings 15 having a cross-shaped cross section are provided, and the wing central part side of each wing 15 is formed by zirconium tie cloths 18 that are discretely provided at appropriate intervals in the axial direction. Combined and integrated.

また、ウイング15を構成するジルカロイ(ジルコニウム合金)製シース32はタイクロス18のアーム部19に溶接等が固定される。ジルカロイ製シース32は、ジルカロイ製プレートを円筒形に形成し、この円筒形状を平管状に押し潰してウイング15としたものである。   Further, a zircaloy (zirconium alloy) sheath 32 constituting the wing 15 is fixed to the arm portion 19 of the tie cloth 18 by welding or the like. The zircaloy sheath 32 is formed by forming a zircaloy plate into a cylindrical shape and crushing this cylindrical shape into a flat tube to form a wing 15.

原子炉用制御棒10Eの平管あるいは偏平管状のウイング15には、図11(B)に示すように、ハフニウム(Hf)製の棒状中性子吸収材(Hf中性子吸収棒)33が列状に配列されて収納される各Hf中性子吸収棒33は、全長の約半分の挿入先端側と挿入末端側で径の大きさを異にする。Hf中性子吸収棒33は、図11(C)に示すように挿入先端側の全長の約半分の長さの部分までは、シース32内面と接する大きさの直径を有するが、残りの挿入末端側では細径化されているシース32内に水を通すトラップ22が形成される。   As shown in FIG. 11B, rod-shaped neutron absorbers (Hf neutron absorber rods) 33 made of hafnium (Hf) are arranged in a row on the flat tube or flat tube wing 15 of the reactor control rod 10E. Each of the Hf neutron absorbing rods 33 accommodated in this manner has different diameters on the insertion tip side and the insertion end side, which are about half of the total length. As shown in FIG. 11C, the Hf neutron absorber rod 33 has a diameter that is in contact with the inner surface of the sheath 32 up to about half the total length on the insertion tip side. Then, the trap 22 through which water passes is formed in the sheath 32 having a reduced diameter.

原子炉用制御棒10をウイング15内に収納されるHf中性子吸収棒33の細径部の配列を正しくするために、軸方向に適宜離間して図11(C)に示すナット形ハフニウムまたはジルカロイ製スペーサの位置決め部材34が取り付けられる。隣接するHf中性子吸収棒33では位置決め部材34の軸方向位置は同位置に設定されているので、大径部のHf中性子吸収棒33と同様、正しい位置決めができる。各Hf中性子吸収棒33の表面は研磨されて凹凸を減らすことで、実質的な表面積を減少させることができ、腐食生成物の発生量を抑制することができる。   In order to correct the arrangement of the small diameter portions of the Hf neutron absorbing rod 33 in which the nuclear reactor control rod 10 is housed in the wing 15, the nut-shaped hafnium or zircaloy shown in FIG. A spacer positioning member 34 is attached. In the adjacent Hf neutron absorber rod 33, the axial position of the positioning member 34 is set to the same position, so that the same positioning as that of the large diameter portion Hf neutron absorber rod 33 can be performed. The surface of each Hf neutron absorbing bar 33 is polished to reduce irregularities, so that the substantial surface area can be reduced and the amount of corrosion products generated can be suppressed.

原子炉用制御棒10Eの挿入末端側の約半分の長さを細径化しても、挿入末端側の反応度価値は低くしてもよく、中性子束が低いことを考慮して密度が大きく、高価なハフニウム材料の量的削減を図ることができる。   Even if the diameter of about half of the insertion end side of the control rod 10E for the reactor is reduced in diameter, the reactivity value on the insertion end side may be lowered, and the density is large considering that the neutron flux is low, The amount of expensive hafnium material can be reduced.

第5実施形態に示された原子炉用制御棒は、4枚のウイング15の翼中央部側にタイロッドを設けることを不要とし、ウイング15には従来のステンレス鋼製のシースの代りに、ジルカロイ製シース32を用いたものである。ジルカロイ製シース32はステンレス鋼製シースより軽量であるため、全体として中性子吸収材のHf量を増量させることが可能となって、長寿命化を図ることができる。   The nuclear reactor control rod shown in the fifth embodiment eliminates the need to provide a tie rod on the blade central portion side of the four wings 15, and the wings 15 are replaced with Zircaloy instead of the conventional stainless steel sheath. A sheath 32 is used. Since the Zircaloy sheath 32 is lighter than the stainless steel sheath, it is possible to increase the amount of Hf of the neutron absorbing material as a whole, thereby extending the life.

[第5実施形態の変形例]
図12(A)および(B)は、原子炉用制御棒の第5実施形態の変形例を示すものであり、この変形例に示された原子炉用制御棒10Eは、タイクロス18とウイング(翼)15との結合において機械的・物理的強度を向上させる一方、制御棒中心軸側の中性子吸収材に代えてジルカロイ製中性子補強材35を用い、中性子吸収材を排除することで、ブレードヒストリ効果の緩和を図っている。なお、反応度価値は、例えば2%程度若干低下する。
[Modification of Fifth Embodiment]
12 (A) and 12 (B) show a modification of the fifth embodiment of the reactor control rod, and the reactor control rod 10E 1 shown in this modification includes a tie cloth 18 and While improving the mechanical and physical strength in the coupling with the wing (blade) 15, by using the neutron absorber 35 made of Zircaloy instead of the neutron absorber on the control rod central axis side, by eliminating the neutron absorber, The blade history effect is mitigated. Note that the reactivity value slightly decreases, for example, by about 2%.

図12(B)に示された原子炉用制御棒10Eは、図11(B)の原子炉用制御棒11Eに対応するウイング15が示されており、ウイング15内では、制御棒中心軸側にジルカロイ製の棒状中性子補強材35が配置され、この中性子補強材35のジルカロイロッドにタイクロス18のアーム部19が固着され、一体化される。 The reactor control rod 10E 1 shown in FIG. 12B shows a wing 15 corresponding to the reactor control rod 11E in FIG. 11B, and in the wing 15, the central axis of the control rod A bar-shaped neutron reinforcing material 35 made of Zircaloy is arranged on the side, and the arm portion 19 of the tie cloth 18 is fixed to and integrated with the Zircaloy rod of the neutron reinforcing material 35.

ジルカロイロッド35はシース32を構成するジルカロイと中性子照射に伴う照射成長が同じという保証がないため、通常軸方向に複数に分割され、中性子照射の照射成長に伴う曲りや破損が生じないように設計されている。   Since there is no guarantee that the irradiation growth accompanying neutron irradiation is the same as the zircaloy rod 35 that constitutes the sheath 32, the zircaloy rod 35 is usually divided into a plurality of parts in the axial direction and is designed not to bend or break due to the irradiation growth of neutron irradiation. Has been.

[第6実施形態]
図13は、本発明に係る原子炉用制御棒の第6実施形態を示すものである。
[Sixth Embodiment]
FIG. 13 shows a sixth embodiment of a reactor control rod according to the present invention.

第6実施形態に示された原子炉用制御棒10Fのウイング15には、スペーサ36内にHf製の細径の中性子吸収棒37をHf中性子吸収棒33と、ウイング15の内翼側に交互に収容し、「図3の構成(b)の概念」を挿入先端側に取り入れている。   In the wing 15 of the reactor control rod 10F shown in the sixth embodiment, a small neutron absorber rod 37 made of Hf is alternately placed in the spacer 36 on the Hf neutron absorber rod 33 and the inner wing side of the wing 15. The “concept of the configuration (b) in FIG. 3” is taken into the insertion tip side.

この原子炉用制御棒10Fのウイング15は、挿入先端側のシース32内にスペーサ36を介してHf製細径の中実中性子吸収棒(Hf吸収棒)37を収容し、この中性子吸収棒37の周りに水の空間38を確保し、制御棒の反応度価値を余り低下させないで中性子束を高めた中性子束分布が得られる。   The wing 15 of the reactor control rod 10F accommodates a solid neutron absorber rod (Hf absorber rod) 37 made of Hf and having a small diameter through a spacer 36 in a sheath 32 on the insertion tip side. A space 38 of water is secured around the neutron flux, and a neutron flux distribution with an increased neutron flux is obtained without significantly reducing the reactivity value of the control rod.

第6実施形態の原子炉用制御棒10Fの他の構成は、図11に示された原子炉用制御棒10Eと異ならないので、同じ構成には同一符号を付して重複説明を省略する。図13に示された原子炉用制御棒10Fは、「図3の構成(b)の概念」を挿入先端側に取り入れ、細径の中性子吸収棒37を飛び飛び交互に配置して中性子吸収率を交互に低下させているが、反応度価値の低下率が小さいため、実用化が容易である。また、挿入先端側の細径の中性子吸収棒37の構成は、図11(C)に示される挿入末端側と同様に構成される。   Since the other configuration of the nuclear reactor control rod 10F of the sixth embodiment is not different from the nuclear reactor control rod 10E shown in FIG. 11, the same components are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. The reactor control rod 10F shown in FIG. 13 adopts the “concept of the configuration (b) of FIG. 3” on the insertion tip side, and arranges the small-diameter neutron absorber rods 37 alternately to increase the neutron absorption rate. Although it is decreased alternately, practical use is easy because the rate of decrease in reactivity value is small. Further, the configuration of the small-diameter neutron absorber rod 37 on the insertion tip side is the same as that on the insertion end side shown in FIG.

第6実施形態の原子炉用制御棒10Fにおいても、ウイング15の翼中央部側にタイクロス18を用いてタイロッドを設けることなく、ウイング15にはステンレス鋼製のシースに代えてジルカロイ製シースを採用した点に特徴を有する。   Also in the reactor control rod 10F of the sixth embodiment, a zircloy sheath is used instead of a stainless steel sheath for the wing 15 without providing a tie rod using a tie cloth 18 on the wing center side of the wing 15. It is characterized by the point of adoption.

[第6の実施形態の変形例]
図14は原子炉用制御棒の第6実施形態の変形例を示すものである。
[Modification of Sixth Embodiment]
FIG. 14 shows a modification of the sixth embodiment of the reactor control rod.

この変形例に示された原子炉用制御棒10Fは、タイクロス18とウイング15との結合において物理的・機械的強度を向上させ、かつ制御棒中心軸側にジルカロイ製ロッド状の補強材40を配置し、ブレードヒストリ効果の緩和を図ったものである。 The nuclear reactor control rod 10F 1 shown in this modification improves the physical and mechanical strength in the connection between the tie cloth 18 and the wing 15, and is a rod-shaped reinforcing material made of Zircaloy on the central axis side of the control rod. 40 is arranged to reduce the blade history effect.

他の構成は、図13に示す原子炉用制御棒10Fと異ならないので、同じ構成には同一符号を付して重複説明を省略する。   Since the other configuration is not different from the reactor control rod 10F shown in FIG. 13, the same components are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

[第7の実施形態]
図15は原子炉用制御棒の第7実施形態を示すものである。
[Seventh Embodiment]
FIG. 15 shows a seventh embodiment of a control rod for a nuclear reactor.

この実施形態に示された原子炉用制御棒10Gは、「図3の構成(b)の概念」を全体的に実施した例を示し、「図3の構成(b)の概念」を部分的に導入した第6実施形態の原子炉用制御棒10Fとは相違するが、他の構成は異ならないので、同じ構成には同一符号を付して重複説明を省略する。   The reactor control rod 10G shown in this embodiment shows an example in which the “concept of the configuration (b) in FIG. 3” is implemented entirely, and the “concept of the configuration (b) in FIG. Although it differs from the reactor control rod 10F of the sixth embodiment introduced in FIG. 1, since the other configurations are not different, the same components are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

第7実施形態に示された原子炉用制御棒10Gは、図13に示される細径のHf製中性子吸収棒37に代えて、複数の水入りステンレス鋼管43を制御棒中心軸側からウイング15の2/3付近の領域まで、Hf製中性子吸収棒33と交互に配置したものである。水入りステンレス鋼管43は、図15(B)に示すように、管内部に水の空間44を構成する一方、管壁(側面)に複数の導水孔45が形成される。水入りステンレス鋼管43の配列は、反応度価値の低下率が大きいので、連続的に配置することは好ましくない。原子炉炉心の設計条件に照らし合せて、水入りステンレス鋼管43の配列、Hf製中性子吸収棒33との配列組合せなどは調節設定される。   A nuclear reactor control rod 10G shown in the seventh embodiment replaces the small-diameter Hf-made neutron absorber rod 37 shown in FIG. 13 with a plurality of water-containing stainless steel tubes 43 from the control rod central axis side with a wing 15 The neutron absorbing rod 33 made of Hf is alternately arranged up to a region around 2/3. As shown in FIG. 15B, the water-containing stainless steel pipe 43 forms a water space 44 inside the pipe, and a plurality of water introduction holes 45 are formed in the pipe wall (side face). The arrangement of the stainless steel pipes 43 with water has a large rate of decrease in reactivity value, so it is not preferable to arrange them continuously. The arrangement of the stainless steel tube 43 with water, the arrangement combination with the neutron absorber rod 33 made of Hf, and the like are adjusted and set in light of the design conditions of the reactor core.

図15(A),(B)に示される原子炉用制御棒10Gは、ウイング15の制御棒中心軸側の所定の翼領域、例えば3/4領域に、水入りステンレス鋼管43をHf製中性子吸収棒33と交互に配置したので、反応度価値を余り低下させないで、ブレードヒストリ対策を施すことができる。水入りステンレス鋼管43の構成は、図15(B)に概念的に示しており、ステンレス鋼管43内を炉水が自由に流通可能になっている。ステンレス鋼管43は、スペーサ36内に安定のため保持されるが、ステンレス鋼管43の代わりに、中空管または弱吸収材、例えば中実のジルカロイ棒を用いてもよい。   A reactor control rod 10G shown in FIGS. 15 (A) and 15 (B) is a neutron made of Hf made of a stainless steel tube 43 filled with water in a predetermined blade region, for example, 3/4 region, on the control rod central axis side of the wing 15. Since they are arranged alternately with the absorbing rods 33, it is possible to take measures against blade history without significantly reducing the reactivity value. The configuration of the stainless steel pipe 43 with water is conceptually shown in FIG. 15B, and the reactor water can freely flow through the stainless steel pipe 43. Although the stainless steel pipe 43 is held in the spacer 36 for stability, a hollow pipe or a weak absorbent material such as a solid Zircaloy rod may be used instead of the stainless steel pipe 43.

第7実施形態の原子炉用制御棒10Gにおいても、制御棒中心軸側にタイロッドを用いることなく、またウイング15は従来のステンレス鋼製のU字状シースではなく、ジルカロイ製シース32を用いた構成に特徴を有する。タイロッドに代えてジルカロイ製のタイクロス18が用いられる。   Also in the reactor control rod 10G of the seventh embodiment, a tie rod is not used on the control rod central axis side, and the wing 15 is not a conventional U-shaped sheath made of stainless steel but a sheath 32 made of Zircaloy. It has a feature in the configuration. Instead of the tie rod, a tie cloth 18 made of Zircaloy is used.

[第7の実施形態の変形例]
図16は、原子炉用制御棒の第7実施形態の変形例を示すものである。
[Modification of the seventh embodiment]
FIG. 16 shows a modification of the seventh embodiment of the control rod for a nuclear reactor.

この変形例に示された原子炉用制御棒10Gは、ウイング15とタイクロス18との結合強度を向上させるために、制御棒中心軸側の中性子吸収材、例えばHf中性子吸収棒の代りにロッド状補強材40を介装し、ブレードヒストリ効果の緩和を図っている。補強材40には、例えばジルカロイ製補強ロッドが用いられる。 Reactor control rod 10G 1 shown in this modification, in order to improve the bond strength between the wing 15 and the tie cross 18, the control rod center axis side of the neutron absorber, for example, instead of Hf neutron absorber rods A rod-shaped reinforcing member 40 is interposed to reduce the blade history effect. For the reinforcing member 40, for example, a reinforcing rod made of Zircaloy is used.

他の構成および作用は、図15に示される原子炉用制御棒10Gと異ならないので、同じ構成には、同一符号を付して重複説明を省略する。   Since other configurations and operations are not different from the reactor control rod 10G shown in FIG. 15, the same components are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

[第8の実施形態]
図17および図18は本発明に係る原子炉用制御棒の第8実施形態を示すものである。
[Eighth Embodiment]
17 and 18 show an eighth embodiment of a nuclear reactor control rod according to the present invention.

この実施形態に示された原子炉用制御棒10Hを説明するに当り、第1実施形態および第4実施形態に示された原子炉用制御棒10A,10Dと同じ構成には、同一符号を付して重複説明を省略する。図17は原子炉用制御棒10Hのウイング(翼)15の一翼を示す縦断面図、図18(A)は図17のA−A線に沿うウイング15の平断面図、図18(B)は、図17のB−B線に沿うウイング15の平断面図である。   In describing the nuclear reactor control rod 10H shown in this embodiment, the same components as those in the nuclear reactor control rods 10A and 10D shown in the first and fourth embodiments are denoted by the same reference numerals. Therefore, duplicate explanation is omitted. 17 is a longitudinal sectional view showing one blade of the wing 15 of the nuclear reactor control rod 10H, FIG. 18A is a plan sectional view of the wing 15 taken along the line AA in FIG. 17, and FIG. These are the plane sectional views of the wing 15 which follow the BB line of FIG.

第8実施形態に示された原子炉用制御棒10Hは、ウイング15を構成するジルカロイ製シース32の中にハフニウム管を平板状に潰した2本のハフニウム平管47,48を配置したものである。ハフニウム平管47,48は、ハフニウム管の「平管」あるいは「フラットチューブ」と呼ばれる。ハフニウム平管47,48は、腐食抑制のために、少なくとも外表面には表面仕上げが施される。   The reactor control rod 10H shown in the eighth embodiment is an arrangement in which two hafnium flat tubes 47 and 48 in which a hafnium tube is crushed into a flat plate shape are arranged in a Zircaloy sheath 32 constituting the wing 15. is there. The hafnium flat tubes 47 and 48 are called “flat tubes” or “flat tubes” of hafnium tubes. The hafnium flat tubes 47 and 48 are surface-finished at least on the outer surface in order to suppress corrosion.

この原子炉用制御棒10Hは、ウイング15を構成するハフニウム平管47,48の水平方向幅が、図17および図18(A),(B)に示すように、挿入末端側が挿入先端側より狭くしてハフニウム材料の節約を図っている。また、この原子炉用制御棒10Hは、挿入末端側のハフニウム平管48の翼幅を狭くし、スペーサ49を介して挿入末端側のウイング15内に収納されて保持される。ウイング15の挿入末端側は、ハフニウム平管48の翼幅を小さくした場合、ウイング15内の水の空隙50が形成される一方、ハフニウム平管48内にもトラップ51が形成され、ウイング15内やハフニウム平管48内に炉水が自由に案内されるようになっている。   In this nuclear reactor control rod 10H, the horizontal width of the hafnium flat tubes 47, 48 constituting the wing 15 is such that the insertion end side is closer to the insertion tip side than shown in FIGS. 17 and 18A, 18B. It is narrowed to save hafnium material. Further, the nuclear reactor control rod 10H is narrowed in the blade width of the hafnium flat tube 48 on the insertion end side, and is housed and held in the wing 15 on the insertion end side via the spacer 49. On the insertion end side of the wing 15, when the blade width of the hafnium flat tube 48 is reduced, a water gap 50 in the wing 15 is formed, while a trap 51 is also formed in the hafnium flat tube 48. In addition, the reactor water is freely guided into the hafnium flat tube 48.

また、ウイング15の挿入先端側に幅広のハフニウム平管47が2枚収容される。ハフニウム平管47は、先端構造材16の舌片52に凹凸係合して係止され、保持される一方、ハフニウム平管47内にもトラップ51が形成され、トラップ51内を炉水が自由に流れるようになっている。この実施形態ではウイング15内にハフニウム平管47,48を収納し、2枚のハフニウム平管47,48を翼幅方向に2分割した例を示したが、ハフニウム平管47,48は翼幅方向に複数枚で構成しても、1枚で構成してもよい。   Further, two wide hafnium flat tubes 47 are accommodated on the insertion tip side of the wing 15. The hafnium flat tube 47 is locked and held in engagement with the tongue piece 52 of the tip structural member 16, while a trap 51 is also formed in the hafnium flat tube 47, and reactor water is free in the trap 51. It is supposed to flow through. In this embodiment, an example in which the hafnium flat tubes 47 and 48 are accommodated in the wing 15 and the two hafnium flat tubes 47 and 48 are divided into two in the blade width direction is shown. However, the hafnium flat tubes 47 and 48 have a blade width. It may be composed of a plurality of sheets in the direction or a single sheet.

図17および図18(A),(B)に示された原子炉用制御棒は、挿入末端側でハフニウム平管48の水平方向幅が挿入先端側より狭くしてハフニウム材料の節約を行いながら水の間隙(トラップ51)を好適に設けてタイクロス18側の出力回復を計りつつ、両ハフニウム平管48の間にも間隙(ギャップ50)を設けることによって反応度価値の一部を回復するものである。両ハフニウム平管48の間に水間隙50が形成されることによって中性子束が上昇し、この水間隙50に隣接するハフニウム平管48の一部で中性子吸収率が上昇する。これによってブレードヒストリ効果も改良される。   The reactor control rod shown in FIG. 17 and FIGS. 18A and 18B saves hafnium material by reducing the horizontal width of the hafnium flat tube 48 from the insertion tip side at the insertion end side. A part of the reactivity value is recovered by providing a gap (gap 50) between the two hafnium flat tubes 48 while suitably providing a water gap (trap 51) to measure the output recovery on the tie cloth 18 side. Is. The formation of the water gap 50 between the two hafnium flat tubes 48 raises the neutron flux, and the neutron absorption rate rises at a part of the hafnium flat tube 48 adjacent to the water gap 50. This also improves the blade history effect.

また、両ハフニウム平管48の反対側間の距離、すなわち中性子吸収材部のスパンが広がり、反応度価値が回復する。本実施形態では挿入先端側のハフニウム平管47も挿入末端側のハフニウム平管48も横断面は制御棒中心軸側と外側とで同じとされているが、別に必然性は無く、異なってもよい。   Further, the distance between the opposite sides of the two hafnium flat tubes 48, that is, the span of the neutron absorbing material portion is expanded, and the reactivity value is restored. In this embodiment, the hafnium flat tube 47 on the insertion tip side and the hafnium flat tube 48 on the insertion end side have the same cross section on the control rod central axis side and the outside, but there is no necessity and they may be different. .

なお、挿入先端側のハフニウム平管47の先端部はジルカロイ製先端構造材16から挿入末端側に向かって延在する『舌状』の係合部52に係合され、挿入末端側ハフニウム平管48の末端は末端(下端)構造材17にハフニウムまたはジルカロイ製のピン(シースと溶接可能)を介して固着される。末端構造材自体は従来の実績から腐食問題は殆ど無いため、ステンレス鋼を用いることができるが、ジルカロイを用いることもできる。ジルカロイを用いた場合、シースもジルカロイ製であるため、末端構造材に直接溶接にて固着することもできる。   The distal end portion of the insertion end side hafnium flat tube 47 is engaged with a “tongue-like” engaging portion 52 extending from the Zircaloy tip structure material 16 toward the insertion end side, so that the insertion end side hafnium flat tube is provided. The end of 48 is fixed to the end (lower end) structural member 17 via a pin made of hafnium or Zircaloy (which can be welded to the sheath). Since the terminal structure material itself has almost no corrosion problem from the past results, stainless steel can be used, but zircaloy can also be used. When zircaloy is used, since the sheath is also made of zircaloy, it can be fixed directly to the end structure material by welding.

[第9の実施形態]
図19は、本発明に係る原子炉用制御棒の第9実施形態を示すものである。
[Ninth Embodiment]
FIG. 19 shows a ninth embodiment of a reactor control rod according to the present invention.

この実施形態に示された原子炉用制御棒10Iは、ウイング15の翼幅方向に複数、例えば3本のハフニウム平管55a,55b,55cを収納させたものであり、他の構成は図17,図18に示す原子炉用制御棒10Hと異ならないので、同じ構成には同一符号を付して重複説明を省略する。   The nuclear reactor control rod 10I shown in this embodiment has a plurality of, for example, three hafnium flat tubes 55a, 55b, 55c accommodated in the wing width direction of the wing 15, and the other configuration is shown in FIG. , Because it is not different from the reactor control rod 10H shown in FIG.

原子炉用制御棒10Iのウイング15内に収容される3本のハフニウム平管55a〜55cは、制御棒中心軸側ほどハフニウム平管55aのハフニウムの板厚(管厚)が薄く、反対側ほど厚くなるように構成される。   The three hafnium flat tubes 55a to 55c accommodated in the wing 15 of the nuclear reactor control rod 10I have a thinner hafnium plate thickness (tube thickness) toward the control rod central axis side and the opposite side. It is configured to be thick.

さらに、この原子炉用制御棒10Iは制御棒中心軸側のシース32内にロッド状補強材40、例えばジルカロイ製補強材を介装させて、タイクロス18とウイング15との結合強度を向上させる一方、制御棒中心軸側の中性子吸収材を一部排除してブレードヒストリ効果の緩和を図っている。また、原子炉用制御棒10Iの中性子照射は、ウイング15の翼外側で大きく、ウイング15の翼面全体に亘り、中性子照射に伴う照射成長の均一ではない。このため、ウイング15の翼方向に複数のハフニウム平管55a〜55cを肉厚を異にして収容させ、中性子照射の照射成長に伴う曲りや強度の発生を防止している。   Further, this nuclear reactor control rod 10I is provided with a rod-shaped reinforcing material 40, for example, a zircaloy reinforcing material, in the sheath 32 on the central axis side of the control rod, thereby improving the bonding strength between the tie cloth 18 and the wing 15. On the other hand, the blade history effect is alleviated by eliminating a part of the neutron absorber on the control rod central axis side. Moreover, the neutron irradiation of the nuclear reactor control rod 10I is large outside the wing 15 and the irradiation growth accompanying the neutron irradiation is not uniform over the entire blade surface of the wing 15. For this reason, a plurality of hafnium flat tubes 55a to 55c are accommodated in different thicknesses in the wing direction of the wing 15 to prevent generation of bending and strength accompanying irradiation growth of neutron irradiation.

[第10の実施形態]
図20および図21は本発明に係る原子炉用制御棒の第10実施形態を示すものである。
[Tenth embodiment]
20 and 21 show a tenth embodiment of a control rod for a nuclear reactor according to the present invention.

この実施形態に示された原子炉用制御棒10Jは、第1実施形態、第3実施形態および第4実施形態に示された原子炉用制御棒10A,10C,10Dと近似しており、この原子炉用制御棒10A,10C,10Dと同じ構成には同一符号を付して重複説明を省略する。   The reactor control rod 10J shown in this embodiment is similar to the reactor control rods 10A, 10C, and 10D shown in the first embodiment, the third embodiment, and the fourth embodiment. The same components as those of the nuclear reactor control rods 10A, 10C, and 10D are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

第10実施形態に示された原子炉用制御棒10Jは、制御棒中心軸にタイロッドの代りにタイクロス18を設ける一方、先端構造材16をジルカロイ製で末端構造材17をステンレス鋼製で構成し、ウイング15内に収容するジルカロイ製補強材40を末端構造材17らジルコニウムあるいはハフニウム製ピン56でピン止めし、固定させる。   The nuclear reactor control rod 10J shown in the tenth embodiment is provided with a tie cloth 18 instead of a tie rod on the central axis of the control rod, while the tip structural member 16 is made of Zircaloy and the terminal structural member 17 is made of stainless steel. Then, the Zircaloy reinforcing material 40 accommodated in the wing 15 is pinned with the pin 56 made of zirconium or hafnium from the end structure material 17 and fixed.

原子炉用制御棒10Jの横断面十字状ウイング15同士は、制御棒中心軸側でタイクロス18で結合し、この結合部補強のためにジルカロイ製の棒状補強材40を設ける。ウイング15はハフニウムと共存性に優れたジルカロイ製シース32を用い、このシース32内にHf板57を対向設置し、Hf板57内に水ギャップ(トラップ)22を構成する。Hf板57は2枚の板を対向設置しても、1枚の板を翼内側で折曲形成させてもよい。Hf板57は先端構造材16側が厚く、末端構造材17側が薄くなるように構成される。   The cross-shaped cross-shaped wings 15 of the control rod 10J for the nuclear reactor are coupled to each other by a tie cloth 18 on the central axis side of the control rod, and a rod-shaped reinforcing member 40 made of Zircaloy is provided to reinforce the coupling portion. The wing 15 uses a Zircaloy sheath 32 that is excellent in coexistence with hafnium, and an Hf plate 57 is installed oppositely in the sheath 32, and a water gap (trap) 22 is formed in the Hf plate 57. The Hf plate 57 may be formed by opposing two plates or by bending one plate inside the blade. The Hf plate 57 is configured such that the tip structural member 16 side is thick and the terminal structural member 17 side is thin.

また、原子炉用制御棒10Jの翼先端側に板状の細長いハフニウムバー58が配置され、翼先端側を補強する一方、強い中性子照射を受け、放射化率(熱中性子束と略比例)の高い部分に中性子吸収材を効率的に配置し板的寿命を高め、反応度価値を上昇させている。   Further, a plate-like elongated hafnium bar 58 is disposed on the blade tip side of the reactor control rod 10J to reinforce the blade tip side while receiving strong neutron irradiation and having an activation rate (approximately proportional to the thermal neutron flux). Efficiently placed neutron absorbers in the high part increase plate life and increase reactivity value.

この原子炉用制御棒10Jにおいては、制御棒中心軸側のジルカロイバー40はウイング15の強度確保とタイクロス18結合強度の向上に利用されている。この部分には中性子吸収も減速効果も殆ど無いジルカロイを配置することによって、この結合部分における中性子吸収効果を若干低下させ、熱中性子束の若干の回復を図り、ブレードヒストリを若干改良させている。   In this nuclear reactor control rod 10J, the Zircaloy bar 40 on the central axis side of the control rod is used for securing the strength of the wing 15 and improving the coupling strength of the tie cloth 18. In this part, Zircaloy, which has almost no neutron absorption or moderation effect, is disposed to slightly reduce the neutron absorption effect in this coupling part, to slightly recover the thermal neutron flux, and to improve the blade history slightly.

また、大きな中性子照射を受ける挿入先端側のハフニウム(ハフニウム板57)は厚く、挿入末端側は薄くされ、ウイング固着腕25である『中央付近固着腕』にそれらの一端が固着され、反対側には照射成長による相対的な伸縮が許容される構造となっている。   Further, the hafnium (hafnium plate 57) on the insertion tip side that receives large neutron irradiation is thick, the insertion end side is thinned, and one end thereof is fixed to the “wing fixing arm 25” that is the wing fixing arm 25, and the other side is fixed to the opposite side. Has a structure that allows relative expansion and contraction by irradiation growth.

この原子炉用制御棒10Jは、翼側端のハフニウムバー58が強い中性子照射を受け、シース位置を構成している主吸収材のハフニウム板57部と中性子照射に伴う照射成長が同じという保証が無いため、通常軸方向に複数に分割されている。ハフニウムバー58に主吸収材のハフニウム板57部と同時に圧延した同じ厚さの部材を重ねて使用すると照射成長の差異は殆ど解消されるが、安全を期して本実施例ではハフニウムバー58を短尺化されている。ハフニウム板57の重ね合わせによって隙間に炉水が侵入するのを防ぐため、重ね合わせの側端部は溶接で密封することが望ましい。   In this nuclear reactor control rod 10J, there is no guarantee that the hafnium bar 58 at the blade side end is subjected to strong neutron irradiation, and the irradiation growth accompanying the neutron irradiation is the same as that of the main absorber hafnium plate 57 constituting the sheath position. Therefore, it is divided into a plurality of parts in the normal axial direction. When a member having the same thickness rolled at the same time as the hafnium plate 57 of the main absorbent is overlapped with the hafnium bar 58, the difference in irradiation growth is almost eliminated. However, for safety, in this embodiment, the hafnium bar 58 is shortened. It has become. In order to prevent the reactor water from entering the gap due to the overlap of the hafnium plate 57, it is desirable to seal the side ends of the overlap by welding.

本発明に係る原子炉用制御棒を説明する臨界実験体系の炉心タンク内の平面図。The top view in the core tank of the critical experiment system explaining the control rod for reactors which concerns on this invention. 図1のA部の部分的拡大図。The elements on larger scale of the A section of FIG. (a)〜(d)は4種の模擬制御棒を用いたウイングの制御棒構成例をそれぞれ示す図。(A)-(d) is a figure which respectively shows the example of a control rod structure of the wing | wing using 4 types of simulation control rods. (A)は制御棒表面の放射化率分布変化を示す図、(B)は制御棒表面の銅箔放射化率分布を示す図。(A) is a figure which shows the activation rate distribution change of the control-rod surface, (B) is a figure which shows copper foil activation-rate distribution on the control-rod surface. 本発明に係る原子炉用制御棒の第1実施形態を示す縦断面図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The longitudinal cross-sectional view which shows 1st Embodiment of the control rod for nuclear reactors which concerns on this invention. (A)は図5のA−A線に沿う平断面図、(B)は図5のB−B線に沿う平断面図、(C)は図5のC−C線に沿う部分的な縦断面図。5A is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 5, FIG. 5B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 5, and FIG. 5C is a partial view taken along line CC in FIG. FIG. (A)および(B)は本発明に係る原子炉用制御棒の第2実施形態を示すウイングの平断面図。(A) And (B) is a plane sectional view of the wing which shows 2nd Embodiment of the control rod for nuclear reactors which concerns on this invention. (A)および(B)は本発明に係る原子炉用制御棒の第3実施形態を示すウイングの平断面図。(A) And (B) is a plane sectional view of the wing which shows 3rd Embodiment of the control rod for reactors which concerns on this invention. 本発明に係る原子炉用制御棒の第4実施形態を示すウイングの縦断面図。The longitudinal cross-sectional view of the wing which shows 4th Embodiment of the control rod for nuclear reactors which concerns on this invention. (A)は図9のA−A線に沿う平断面図、(B)は図9のB−B線に沿う平断面図、(C)は図9のC−C線に沿う部分的な縦断面図。9A is a plan sectional view taken along line AA in FIG. 9, FIG. 9B is a plan sectional view taken along line BB in FIG. 9, and FIG. 9C is a partial sectional view taken along line CC in FIG. FIG. (A)は本発明に係る原子炉用制御棒の第5実施形態を示す図、(B)は図11の原子炉用制御棒のウイングを示す平断面図、(C)は図11(B)のウイングを収納させる中性子吸収棒を示す図。(A) is a figure which shows 5th Embodiment of the control rod for reactors which concerns on this invention, (B) is a plane sectional view which shows the wing of the control rod for reactors of FIG. 11, (C) is FIG. The figure which shows the neutron absorber rod which accommodates the wing of). (A)は本発明に係る原子炉用制御棒の第5実施形態の変形例を示すウイングの部分的縦断面図、(B)は図12(A)に示された原子炉用制御棒のウイングの平断面図。(A) is a partial longitudinal sectional view of a wing showing a modification of the fifth embodiment of the reactor control rod according to the present invention, and (B) is a diagram of the reactor control rod shown in FIG. The plane sectional view of a wing. 本発明に係る原子炉用制御棒の第6実施形態を示すウイングの平断面図。The plane sectional view of the wing which shows a 6th embodiment of the control rod for nuclear reactors concerning the present invention. 本発明に係る原子炉用制御棒の第6実施形態の変形例を示すウイングの平断面図。The plane sectional view of the wing which shows the modification of 6th Embodiment of the control rod for nuclear reactors which concerns on this invention. (A)は本発明に係る原子炉用制御棒の第7実施形態の変形例を示すウイングの平断面図、(B)は図15(A)のウイングに備えられるステンレス鋼管を示す縦断面図。(A) is a plane sectional view of a wing showing a modification of the seventh embodiment of the control rod for a nuclear reactor according to the present invention, and (B) is a longitudinal sectional view showing a stainless steel pipe provided in the wing of FIG. 15 (A). . 本発明に係る原子炉用制御棒の第7実施形態の変形例を示すウイングの平断面図。The plane sectional view of the wing which shows the modification of 7th Embodiment of the control rod for nuclear reactors which concerns on this invention. 本発明に係る原子炉用制御棒の第8実施形態を示すウイングの縦断面図。The longitudinal cross-sectional view of the wing which shows 8th Embodiment of the control rod for nuclear reactors which concerns on this invention. (A)は図17のA−A線に沿う平断面図、(B)は図17のB−B線に沿う平断面図。(A) is a plane sectional view which follows the AA line of FIG. 17, (B) is a plane sectional view which follows the BB line of FIG. 本発明に係る原子炉用制御棒の第9実施形態を示すウイングの平断面図。The plane sectional view of the wing which shows a 9th embodiment of the control rod for nuclear reactors concerning the present invention. 本発明に係る原子炉用制御棒の第10実施形態を一部縦断面で示す図。The figure which shows 10th Embodiment of the control rod for nuclear reactors which concerns on this invention in part longitudinal cross-section. (A)は図20のA−A線に沿うウイングの平断面図、(B)は図20のB部を拡大して示す図。(A) is a plane sectional view of the wing along the AA line of FIG. 20, (B) is a figure which expands and shows the B section of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

10,10A 原子炉用制御棒
11 燃料集合体
12 燃料棒
12a 水入りステンレス鋼管
12b Hf棒
12c アクリル角棒
15 ウイング(翼)
16 先端構造材
17 末端構造材
18 タイクロス
19 アーム部
20a,20b,21a,21b Hf板(中性子吸収材)
22 トラップ(間隙)
23 通水孔
25 ウイング固着腕(翼局所結合部材)
27,29 ジルカロイ層
28 ジルカロイシート
30 水空間
32 ジルカロイ製シース
33 棒状中性子吸収材(Hf中性子吸収棒)
34 位置決め部材
35 ジルカロイ製中性子補強材
36 スペーサ
37 細径のHf製中性子吸収棒
38 水の空間
40 ロッド状補強材
43 水入りステンレス鋼管
44 水の空間
45 導水孔
47,48 ハフニウム平管
49 スペーサ
50 水空隙
51 トラップ
52 舌片(係合部)
55a,55b,55c ハフニウム平管
56 ピン
57 Hf板
58 ハフニウムバー(ハフニウム棒)
10, 10A Reactor control rod 11 Fuel assembly 12 Fuel rod 12a Water-filled stainless steel tube 12b Hf rod 12c Acrylic square rod 15 Wing (wing)
16 End structure material 17 End structure material 18 Tie cloth 19 Arm part 20a, 20b, 21a, 21b Hf board (neutron absorber)
22 Trap (gap)
23 Water passage hole 25 Wing fixation arm (wing local coupling member)
27, 29 Zircaloy layer 28 Zircaloy sheet 30 Water space 32 Zircaloy sheath 33 Rod-like neutron absorber (Hf neutron absorber rod)
34 Positioning member 35 Zircaloy neutron reinforcement 36 Spacer 37 Thin Hf neutron absorber rod 38 Water space 40 Rod-shaped reinforcement 43 Water-filled stainless steel tube 44 Water space 45 Water introduction holes 47 and 48 Hafnium flat tube 49 Spacer 50 Water gap 51 Trap 52 Tongue piece (engagement part)
55a, 55b, 55c Hafnium flat tube 56 pin 57 Hf plate 58 hafnium bar (hafnium bar)

Claims (18)

中性子吸収材を含有する4枚のウイングの挿入先端側および挿入末端側をそれぞれ横断面十字形の先端構造材と末端構造材にそれぞれ結合させた原子炉用制御棒において、
制御棒中心軸側に軸方向に所定の間隔をおいて設けられた複数のタイクロスにより前記4枚のウイングを結合して横断面十字形に構成し、
前記先端構造材とタイクロスは、ジルコニウム合金で構成され、
前記ウイングの主要部を構成する中性子吸収材は、ハフニウムあるいはハフニウム合金で構成されたことを特徴とする原子炉用制御棒。
In a control rod for a reactor in which the insertion tip side and the insertion end side of four wings containing neutron absorbers are respectively connected to a tip structure material and a terminal structure material having a cross-section in cross section,
Combining the four wings with a plurality of tie cloths provided at predetermined intervals in the axial direction on the control rod central axis side to form a cross-shaped cross section,
The tip structural material and the tie cloth are made of a zirconium alloy,
A control rod for a nuclear reactor, wherein the neutron absorber constituting the main part of the wing is made of hafnium or a hafnium alloy.
前記ハフニウム製の中性子吸収材は内部に炉水を案内する間隙が形成された請求項1に記載の原子炉用制御棒。 The reactor control rod according to claim 1, wherein the hafnium-made neutron absorbing material has a gap formed therein for guiding reactor water. 前記ハフニウム製の中性子吸収材は、外周部の大部分またはほぼ全周がジルコニウム合金またはハフニウム合金の層で覆われ、前記ハフニウム合金はハフニウムがジルコニウムで希釈された請求項2に記載の原子炉用制御棒。 3. The nuclear reactor according to claim 2, wherein the hafnium-made neutron absorber is covered with a layer of a zirconium alloy or a hafnium alloy at most or almost all of the outer periphery, and the hafnium alloy has hafnium diluted with zirconium. Control rod. 前記中性子吸収材は、ハフニウムをジルコニウムで希釈したハフニウム合金で構成された請求項1ないし3のいずれかに記載の原子炉用制御棒。 4. The nuclear reactor control rod according to claim 1, wherein the neutron absorber is made of a hafnium alloy obtained by diluting hafnium with zirconium. 5. 前記4枚のウイングは、外周部がハフニウムを含有するジルカロイ製のシースで構成され、シース内部に中性子吸収材のハフニウムを収納して構成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。 2. The nuclear reactor according to claim 1, wherein each of the four wings includes a sheath made of zircaloy containing hafnium and having hafnium as a neutron absorbing material housed inside the sheath. Control rod for. 前記ハフニウムは、挿入先端から挿入末端方向に向かう約半分の長さがシース内面に接する程度の太径の棒を列状に多数配置する一方、挿入末端側では細径の棒を間隙を介して列状に多数配置したことを特徴とする請求項5に記載の原子炉用制御棒。 In the hafnium, a large number of large-diameter rods that are approximately half the length from the insertion tip toward the insertion end are in contact with the inner surface of the sheath. The nuclear reactor control rod according to claim 5, wherein a large number are arranged in a row. 前記挿入先端側の多数のハフニウム棒は制御棒中心軸側から翼幅の約3/4以内の範囲において、太径と細径のハフニウム棒を1本または2本組みとして交互に配列したことを特徴とする請求項6に記載の原子炉用制御棒。 The large number of hafnium rods on the insertion tip side are alternately arranged as one or two large-diameter hafnium rods within a range of about 3/4 of the blade width from the control rod central axis side. The nuclear reactor control rod according to claim 6, wherein the control rod is a nuclear reactor. 前記ウイングのジルカロイ製シースの内部には、制御棒中心軸側から翼幅の約3/4以内の範囲において、太径ハフニウム棒と、ステンレス鋼管、ジルカロイ製中空金属管あるいは弱吸収材とを1本または2本組みとして交互に配列した請求項6に記載の原子炉用制御棒。 Within the wing Zircaloy sheath, a large hafnium rod, a stainless steel tube, a Zircaloy hollow metal tube, or a weak absorbent material within a range of about 3/4 of the blade width from the control rod central axis side is 1 The control rod for a nuclear reactor according to claim 6 arranged alternately as a book or a set of two. 前記ステンレス鋼管あるいは中空金属管は管内部に炉水が侵入するように構成された請求項8に記載の原子炉用制御棒。 The reactor control rod according to claim 8, wherein the stainless steel tube or the hollow metal tube is configured such that reactor water enters the tube. 前記ハフニウムは横断面を平板化したハフニウム平管が単数または複数本配列されて構成された請求項5に記載の原子炉用制御棒。 The reactor control rod according to claim 5, wherein the hafnium is configured by arranging one or a plurality of flat hafnium tubes having a flat cross section. 前記ハフニウム平管は挿入先端から挿入末端側に約半分の長さにおいて、挿入末端側よりハフニウムの肉厚が厚くなるように構成された請求項10に記載の原子炉用制御棒。 11. The control rod for a nuclear reactor according to claim 10, wherein the hafnium flat tube is configured so that the thickness of hafnium is thicker than the insertion end side in a length that is approximately half from the insertion tip to the insertion end side. 前記ウイングの翼横断面内に複数のハフニウム平管を収納させ、前記ハフニウム平管は、制御棒中心軸側ほどハフニウムの肉厚を薄く形成した請求項10に記載の原子炉用制御棒。 11. The nuclear reactor control rod according to claim 10, wherein a plurality of hafnium flat tubes are housed in a wing cross section of the wing, and the hafnium flat tube is formed such that the thickness of the hafnium is thinner toward the control rod central axis side. 前記ハフニウムは横断面を平板化したハフニウム平管が制御棒挿抜方向と直交する水平方向に複数個配列されており、
挿入末端から挿入先端側に向かう約半分の長さでは、少なくとも制御棒中心軸側のハフニウム平管の水平方向幅は挿入先端端側より狭くされ、水平方向に隣接する各ハフニウム平管の間に炉水が占める間隙を配置するように構成された請求項10に記載の原子炉用制御棒。
A plurality of hafnium flat tubes having a flat cross section are arranged in the horizontal direction perpendicular to the control rod insertion / extraction direction,
At about half the length from the insertion end to the insertion tip side, the horizontal width of the hafnium flat tube at least on the control rod central axis side is narrower than that of the insertion tip end side, and between the adjacent hafnium flat tubes in the horizontal direction. The reactor control rod according to claim 10, wherein the control rod is configured to arrange a gap occupied by the reactor water.
前記ハフニウム平管は挿入末端から約半分の長さにおいて、挿入先端側よりハフニウムの濃度を1/2程度となるようにジルカロイで希釈して肉厚を挿入先端側とほぼ等しくなるように構成された請求項10に記載の原子炉用制御棒。 The hafnium flat tube is configured to be approximately half the length from the insertion tip side by diluting with a zircaloy so that the hafnium concentration is about ½ from the insertion tip side, about half the length from the insertion end. The control rod for a nuclear reactor according to claim 10. 前記ハフニウム平管は挿入先端側では先端構造材に、挿入末端側では末端構造材に係合された請求項10に記載の原子炉用制御棒。 11. The control rod for a nuclear reactor according to claim 10, wherein the hafnium flat tube is engaged with a distal end structural member on an insertion distal end side and an end structural member on an insertion distal end side. 制御棒軸方向中央付近に挿入方向と直角方向に固着腕を設け、挿入先端側のハフニウム平管は先端側へ、挿入末端側のハフニウム平管は挿入末端側へ伸縮可能となるように構成された請求項10に記載の原子炉用制御棒。 A fixing arm is provided near the center of the control rod axis direction in a direction perpendicular to the insertion direction, and the hafnium flat tube on the insertion tip side can be expanded and contracted to the tip side, and the hafnium flat tube on the insertion end side can be expanded and contracted to the insertion end side. The control rod for a nuclear reactor according to claim 10. 前記ウイングのシースの内面及びシース内部に収納されるハフニウムは少なくともシース内面に面する表面を、表面研磨あるいはジルカロイ層を設けた請求項5ないし16のいずれかに記載の原子炉用制御棒。 The control rod for a nuclear reactor according to any one of claims 5 to 16, wherein at least a surface facing the inner surface of the sheath is provided with a surface polishing or a Zircaloy layer on the inner surface of the sheath of the wing and inside the sheath. 中性子吸収材を構成するハフニウムは、全長を同じ厚さとし、挿入末端から挿入先端側に向かう約半分の長さに於いて、挿入先端側より横幅を狭くし、ウイングの翼外側端を挿入先端側と同じに揃えた請求項1ないし3のいずれかに記載の原子炉用制御棒。 Hafnium, which constitutes the neutron absorber, has the same overall length, is approximately half the length from the insertion end to the insertion tip side, has a smaller width than the insertion tip side, and the wing blade outer end is the insertion tip side. The control rod for a nuclear reactor according to any one of claims 1 to 3, wherein the control rod is the same as the above.
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