JP2013054037A - Reactor control rod - Google Patents

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JP2013054037A
JP2013054037A JP2012254750A JP2012254750A JP2013054037A JP 2013054037 A JP2013054037 A JP 2013054037A JP 2012254750 A JP2012254750 A JP 2012254750A JP 2012254750 A JP2012254750 A JP 2012254750A JP 2013054037 A JP2013054037 A JP 2013054037A
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blade
control rod
hafnium
zirconium
reactor control
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JP2012254750A
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Japanese (ja)
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Fumihisa Kano
文寿 鹿野
Motoji Tsubota
基司 坪田
Keiichiro Oka
桂一朗 岡
Yoshinori Katayama
義紀 片山
Takahiro Hayashi
貴広 林
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem that hafnium as a neutron absorption member has a life longer than that of boron carbide, however, a conventional reactor control rod made of hafnium has a sheath made of stainless steel, and a risk of IASCC becomes high in accordance with irradiation in a long period.SOLUTION: A reactor control rod of the present invention includes: a blade 31; and a support member 1 which supports the blade, in which the blade 31 is constituted only of the blade in the shape formed by bending a flat plate constituted of zirconium-hafnium alloy which is a neutron absorption member.

Description

本発明は、中性子吸収材を有し原子炉の出力制御に用いる原子炉制御棒に関する。   The present invention relates to a nuclear reactor control rod having a neutron absorber and used for power control of a nuclear reactor.

沸騰水型軽水炉の原子炉制御棒は、原子炉圧力容器の炉心に装荷される複数の燃料集合
体のうち隣接する4体で形成される間隙部を上下方向に移動するため、支持部材に4つの
ブレードを取り付けて構成され、十字型の横断面を有している。ブレードは、中空のシー
スと、シースに内蔵された中性子吸収部材から構成される。中性子吸収部材としてはボロ
ンカーバイド(B4C)、ハフニウム(Hf)、またはこれらを組み合わせて用いるタイ
プがある。主に、ボロンカーバイドは粉末状、ハフニウムは板材または棒材として用いる
。ハフニウムはボロンカーバイドに比べると中性子照射によって劣化しにくいため、ハフ
ニウム制御棒はボロンカーバイド制御棒に比して長寿命である。
The reactor control rod of the boiling water light water reactor moves up and down the gap formed by four adjacent fuel assemblies loaded in the core of the reactor pressure vessel. It is constructed by attaching two blades and has a cross-shaped cross section. The blade is composed of a hollow sheath and a neutron absorbing member built in the sheath. As the neutron absorbing member, there is a type using boron carbide (B4C), hafnium (Hf), or a combination thereof. Mainly, boron carbide is used as a powder, and hafnium is used as a plate or bar. Since hafnium is less susceptible to degradation by neutron irradiation than boron carbide, hafnium control rods have a longer life than boron carbide control rods.

従来のハフニウム制御棒の構造について、図10、図11を用いて説明する。図10は
ハフニウム制御棒100の概要を示す部分分解斜視図、図11はハフニウム制御棒のブレ
ード110を長軸方向に垂直な平面で切断した要部拡大横断面図である。
The structure of a conventional hafnium control rod will be described with reference to FIGS. FIG. 10 is a partially exploded perspective view showing an outline of the hafnium control rod 100, and FIG. 11 is an enlarged cross-sectional view of the main part of the hafnium control rod blade 110 cut along a plane perpendicular to the major axis direction.

十字型の支持部材101に4枚のブレード110が取り付けられており、支持部材10
1とブレード110の下端には制御棒駆動機構(図示せず)と接続されるコネクタ102
とカップリング・ソケット103が取り付けられている。また、支持部材101とブレー
ド110の上端にはハンドル104が取り付けられている。ブレード110は中空のシー
ス111、シース111の内側に取り付けられたハフニウム板112から構成され、また
シース111にはシース111内に冷却材を流通させるための冷却孔113が複数設けら
れている。
Four blades 110 are attached to the cross-shaped support member 101, and the support member 10
1 and the lower end of the blade 110 are connectors 102 connected to a control rod drive mechanism (not shown).
And a coupling socket 103 are attached. A handle 104 is attached to the upper ends of the support member 101 and the blade 110. The blade 110 includes a hollow sheath 111 and a hafnium plate 112 attached to the inside of the sheath 111, and the sheath 111 is provided with a plurality of cooling holes 113 for circulating a coolant in the sheath 111.

図11を用いて、ブレード110の構造について詳しく説明する。実質的にU字型の横
断面に形成されたシース111の内側にハフニウム板112が取り付けられ、ハフニウム
板固定部材114を用いてハフニウム板112をシース111に固定している。ハフニウ
ム板固定部材114はシース111、ハフニウム板112を貫通しており溶接によって取
り付けられている。また、ハフニウム制御棒100の発生熱を効率よく除去できるように
、シース111の内側に冷却材流路115が確保されている。
The structure of the blade 110 will be described in detail with reference to FIG. A hafnium plate 112 is attached to the inside of a sheath 111 formed in a substantially U-shaped cross section, and the hafnium plate 112 is fixed to the sheath 111 using a hafnium plate fixing member 114. The hafnium plate fixing member 114 penetrates the sheath 111 and the hafnium plate 112 and is attached by welding. Further, a coolant channel 115 is secured inside the sheath 111 so that the heat generated by the hafnium control rod 100 can be efficiently removed.

このような制御棒に関して、中性子吸収部材としてハフニウムとボロンカーバイドを組
み合わせたものを使う場合、筒状の被覆管にハフニウム部材と粉末状のボロンカーバイド
を充填し、シースの内部に被覆管を複数並べて配置して用いる。このような制御棒は、相
対的に照射量が高い部分にハフニウム部材を配置し、残りの部分にボロンカーバイドを充
填するが、ボロンと中性子の反応によるトリチウムの生成等に起因したスエリングが懸念
されていた。これに対して、例えば特許文献1に記載された原子炉制御棒用中性子吸収要
素が知られている。
For such a control rod, when using a combination of hafnium and boron carbide as a neutron absorbing member, a cylindrical cladding tube is filled with a hafnium member and powdered boron carbide, and a plurality of cladding tubes are arranged inside the sheath. Place and use. In such a control rod, a hafnium member is disposed in a portion with a relatively high irradiation amount, and the remaining portion is filled with boron carbide. However, there is concern about swelling due to generation of tritium by the reaction of boron and neutrons. It was. On the other hand, for example, a neutron absorbing element for a reactor control rod described in Patent Document 1 is known.

その一方で、制御棒のシースは上述のようなスエリングの懸念がないため、耐SCC(
応力腐食割れ)性に優れたステンレスが用いられている。しかし、ハフニウム制御棒はボ
ロンカーバイド制御棒よりも長期間使用されるため、中性子照射量が高く、ステンレス製
であるシース部分の照射脆化がより顕著である。そのため、照射脆化、溶接部位の残留応
力、運転中の熱応力等の組み合わせによって起こるIASCC(照射誘起応力腐食割れ)
が起こる可能性がボロンカーバイド制御棒よりも高くなってしまうという課題があった。
On the other hand, the sheath of the control rod has no concern about swelling as described above.
Stainless steel with excellent stress corrosion cracking properties is used. However, since the hafnium control rod is used for a longer period of time than the boron carbide control rod, the neutron irradiation amount is high, and the irradiation embrittlement of the sheath portion made of stainless steel is more remarkable. Therefore, IASCC (irradiation-induced stress corrosion cracking) caused by a combination of irradiation embrittlement, residual stress in the welded part, thermal stress during operation, etc.
There is a problem that the possibility of occurrence of this is higher than that of a boron carbide control rod.

このような課題を解決するための発明として、例えば特許文献2記載に記載された構成
のオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法が知られている。
As an invention for solving such a problem, for example, a method for producing an austenitic stainless steel having a configuration described in Patent Document 2 is known.

特開平4−58193号公報JP-A-4-58193 特開2005−290488号公報JP 2005-290488 A

上述した課題に加えて、近年、発電効率向上を目的として燃料密度を高める研究開発が
進められており、現行の9×9燃料バンドルから10×10燃料バンドルへの移行などが
予想され、新たな課題も着目されている。すなわち、燃料バンドル移行が実現されると、
燃焼密度が高くなり、また燃料棒と制御棒の距離が短くなるため制御棒の照射速度が増加
する。さらに、プラント運転効率向上のために定期検査の実施スパン延長も検討されてお
り、それに伴った1サイクルの照射量増加も予想される。
In addition to the above-mentioned issues, research and development for increasing the fuel density has been promoted in recent years for the purpose of improving power generation efficiency, and a transition from the current 9 × 9 fuel bundle to the 10 × 10 fuel bundle is expected. Issues are also attracting attention. That is, when the fuel bundle transition is realized,
The combustion density is increased, and the distance between the fuel rod and the control rod is shortened, so that the irradiation speed of the control rod is increased. Furthermore, extension of the span of regular inspections is also being studied to improve plant operating efficiency, and an increase in the amount of irradiation in one cycle is also expected.

本発明は上述した課題を鑑みてなされたものであり、従来よりもさらに厳しい照射環境
においてもIASCCの発生を防止するべく、さらに耐照射性及び信頼性に優れた原子炉
制御棒を実現することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above-described problems, and realizes a nuclear reactor control rod further excellent in irradiation resistance and reliability in order to prevent the occurrence of IASCC even in a more severe irradiation environment than before. With the goal.

本発明による原子炉制御棒は、ブレードと、このブレードを支持する支持部材と、を備え
る原子炉制御棒であって、前記ブレードは中性子吸収部材であるジルコニウム−ハフニウ
ム合金で構成された平板を屈曲して形成された形状のブレードのみで構成されることを特
徴とする。
A nuclear reactor control rod according to the present invention is a nuclear reactor control rod comprising a blade and a support member that supports the blade, and the blade bends a flat plate made of a zirconium-hafnium alloy that is a neutron absorbing member. It is comprised only by the blade of the shape formed in this way.

また、本発明による原子炉制御棒は、ブレードと、このブレードを支持する支持部材と
、を備える原子炉制御棒であって、前記ブレードは中性子吸収部材であるジルコニウム−
ハフニウム合金で構成された平板に縦穴を設けて形成されたブレードのみで構成されるこ
とを特徴とする。
Further, a nuclear reactor control rod according to the present invention is a nuclear reactor control rod comprising a blade and a support member that supports the blade, wherein the blade is a neutron absorbing member zirconium-
A flat plate made of a hafnium alloy is only composed of a blade formed by providing a vertical hole.

本発明によれば、従来よりも耐照射性及び信頼性に優れた原子炉制御棒を提供すること
ができる。
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the nuclear reactor control rod excellent in irradiation resistance and reliability than before can be provided.

第1の実施例による原子炉制御棒の要部拡大横断面図。The principal part expanded horizontal sectional view of the reactor control rod by a 1st Example. 第1の実施例による原子炉制御棒のシース2の組織配列の概要を示す要部拡大斜視図。The principal part expansion perspective view which shows the outline | summary of the structure | tissue arrangement | sequence of the sheath 2 of the reactor control rod by a 1st Example. ジルコニウム−ニオブの二元系状態図。Zirconium-niobium binary system phase diagram. 第2の実施例による原子炉制御棒の要部拡大横断面図。The principal part expanded horizontal sectional view of the reactor control rod by a 2nd Example. 第2の実施例の別の一例による原子炉制御棒の要部拡大横断面図。The principal part expanded horizontal sectional view of the nuclear reactor control rod by another example of a 2nd Example. 第2の実施例の別の一例による原子炉制御棒の要部拡大横断面図。The principal part expanded horizontal sectional view of the nuclear reactor control rod by another example of a 2nd Example. 第2の実施例の別の一例による原子炉制御棒の要部拡大横断面図。The principal part expanded horizontal sectional view of the nuclear reactor control rod by another example of a 2nd Example. 第2の実施例の別の一例による原子炉制御棒の要部拡大横断面図。The principal part expanded horizontal sectional view of the nuclear reactor control rod by another example of a 2nd Example. (a)(b)第2の実施例の別の例による原子炉制御棒の要部拡大横断面図。(A) (b) The principal part expanded horizontal sectional view of the nuclear reactor control rod by another example of a 2nd Example. 従来の原子炉制御棒の部分分解斜視図。The partial exploded perspective view of the conventional nuclear reactor control rod. 従来の原子炉制御棒の要部拡大横断面図。The principal part expanded horizontal sectional view of the conventional nuclear reactor control rod.

以下本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

[実施例1]
本発明の第1の実施例による原子炉制御棒の構成について、図1を用いて説明する。図
1は、本実施例による原子炉制御棒を長軸方向に垂直な平面で切断し、ブレード部分を拡
大した要部拡大横断面図である。
[Example 1]
The configuration of the reactor control rod according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is an enlarged cross-sectional view of a main part in which a nuclear reactor control rod according to the present embodiment is cut along a plane perpendicular to the major axis direction and a blade portion is enlarged.

十字型の支持部材1にジルコニウム(Zr)またはジルコニウム合金を用いた中空のシ
ース2が取り付けられている。このシース2の内側にハフニウムの板材またはハフニウム
の棒材を複数並べて構成された中性子吸収部材3が取り付けられている。中性子吸収部材
固定部材4は、シース2および中性子吸収部材3を貫通して溶接取り付けされ、中性子吸
収部材3をシース2に固定している。シース2の内側の冷却材流路5には、原子炉運転中
に一次冷却材が流通し、一次冷却材がブレード10の熱を除去する。
A hollow sheath 2 using zirconium (Zr) or a zirconium alloy is attached to the cross-shaped support member 1. Inside the sheath 2 is attached a neutron absorbing member 3 configured by arranging a plurality of hafnium plates or hafnium rods. The neutron absorbing member fixing member 4 is welded and attached through the sheath 2 and the neutron absorbing member 3 to fix the neutron absorbing member 3 to the sheath 2. A primary coolant flows through the coolant channel 5 inside the sheath 2 during the operation of the nuclear reactor, and the primary coolant removes the heat of the blade 10.

シース2に用いるジルコニウム合金には、例えばスズ(Sn)、鉄(Fe)、クロム(
Cr)等を添加したジルカロイ2、ジルカロイ4、またはこれらに近似した組成を有する
合金を用いる。ジルカロイ2、ジルカロイ4はそれぞれ米国材料試験協会(ASTM)の
定めるジルコニウム合金の規格である。ジルカロイ2、ジルカロイ4の組成を表1に示す

Figure 2013054037
Examples of the zirconium alloy used for the sheath 2 include tin (Sn), iron (Fe), chromium (
Zircaloy 2, Zircaloy 4 to which Cr) or the like is added, or an alloy having a composition similar to these is used. Zircaloy 2 and Zircaloy 4 are zirconium alloy standards established by the American Society for Testing and Materials (ASTM), respectively. The compositions of Zircaloy 2 and Zircaloy 4 are shown in Table 1.
Figure 2013054037

以下、本実施例による作用について説明する。ジルコニウムの中性子吸収断面積はステ
ンレス鋼の約1/15であり、耐照射性に優れている。また、ジルコニウムとハフニウム
は共にチタン族元素であり、中性子吸収断面積の他は類似した物性を有することが知られ
ている。よって、ジルコニウムまたはジルコニウム合金製のシース2と中性子吸収部材3
との間で発生する熱応力は、従来のステンレス製シースとハフニウム板との間で発生する
熱応力よりも小さい。従って、ステンレス製シースを用いた従来の原子炉制御棒よりも信
頼性に優れたものとなる。
Hereinafter, the operation of this embodiment will be described. Zirconium has a neutron absorption cross section of about 1/15 that of stainless steel, and is excellent in irradiation resistance. Zirconium and hafnium are both titanium group elements and are known to have similar physical properties other than the neutron absorption cross section. Therefore, a sheath 2 made of zirconium or a zirconium alloy and a neutron absorbing member 3
Is smaller than the thermal stress generated between the conventional stainless steel sheath and the hafnium plate. Therefore, it becomes more reliable than a conventional nuclear reactor control rod using a stainless steel sheath.

また、ジルコニウムは六方最密充填構造であるが、チタン(Ti)と同様に集合組織を
加工・熱処理によって制御可能である。集合組織の制御によって組織配列の方向を制御し
、シース2の照射成長によりシース2と他の構造物との間に応力が発生することを防止す
ることができる。その理由について、図2を用いて詳細に説明する。
Zirconium has a hexagonal close-packed structure, but the texture can be controlled by processing and heat treatment in the same manner as titanium (Ti). By controlling the texture, the direction of the tissue arrangement can be controlled, and the generation of stress between the sheath 2 and other structures due to irradiation growth of the sheath 2 can be prevented. The reason will be described in detail with reference to FIG.

図2は組織配列を制御したシース2の概要を示す要部拡大斜視図である。なお、簡潔な
図示のため、中性子吸収部材3、中性子吸収部材固定部材4は省略して示している。
FIG. 2 is an enlarged perspective view of a main part showing an outline of the sheath 2 in which the tissue arrangement is controlled. For the sake of simplicity, the neutron absorbing member 3 and the neutron absorbing member fixing member 4 are omitted.

結晶格子20は、シース2の加工・熱処理によって得られたシース2の組織配列を概念
的に示している。シース2の組織配列は、結晶格子20に示すように、c軸21がシース
2の厚さ方向となるように制御されている。
The crystal lattice 20 conceptually shows the tissue arrangement of the sheath 2 obtained by processing and heat treatment of the sheath 2. The tissue arrangement of the sheath 2 is controlled so that the c-axis 21 is in the thickness direction of the sheath 2 as indicated by the crystal lattice 20.

このような組織配列の制御による効果を以下説明する。六方最密充填構造であるジルコ
ニウムは、照射によって生じた空孔がc軸21と垂直な面に集まり、c軸21と垂直な方
向に照射成長して伸びを生じる。図2に示した組織配列においては、上下方向である方向
22、横方向である方向23に伸びが生じる。方向22に関してはシース2の上部が、方
向23に関しては支持部材1と反対側の湾曲部側が伸びに対して拘束されていないため、
自由に伸びることができる。したがって、上述したように照射成長による応力発生を回避
することができる。
The effects of such tissue arrangement control will be described below. Zirconium having a hexagonal close-packed structure causes vacancies generated by irradiation to gather on a plane perpendicular to the c-axis 21 and grows by irradiation growth in a direction perpendicular to the c-axis 21. In the tissue arrangement shown in FIG. 2, elongation occurs in the direction 22 that is the vertical direction and the direction 23 that is the horizontal direction. Since the upper part of the sheath 2 is not restrained with respect to the direction 22 and the curved part side opposite to the support member 1 is not restrained against the extension with respect to the direction 23,
Can stretch freely. Therefore, as described above, generation of stress due to irradiation growth can be avoided.

また、ジルコニウムまたはジルコニウム合金製のシース2を用いることにより、チャン
ネルボックスのシャドーコロージョンを防止することが可能である。シャドーコロージョ
ンとは、ジルコニウムを用いた構造物について、ジルコニウム以外の金属と対向した面が
顕著に腐食する現象である。シャドーコロージョンは、ジルコニウムを用いたチャンネル
ボックスにおいて、従来の原子炉制御棒のステンレスシースと対向する面での発生が報告
されている。本実施例のようにジルコニウムまたはジルコニウム合金製のシース2を用い
ることにより、チャンネルボックスの対向面もジルコニウムとなるため、チャンネルボッ
クスのシャドーコロージョンを防止することが可能である。
Further, by using the sheath 2 made of zirconium or a zirconium alloy, it is possible to prevent the channel box from being subjected to shadow corrosion. Shadow corrosion is a phenomenon in which a surface facing a metal other than zirconium corrodes significantly in a structure using zirconium. It has been reported that shadow corrosion occurs in a channel box using zirconium on the surface facing the stainless steel sheath of a conventional nuclear reactor control rod. By using the sheath 2 made of zirconium or a zirconium alloy as in the present embodiment, the opposing surface of the channel box is also zirconium, so that shadow corrosion of the channel box can be prevented.

また、ジルカロイ2、ジルカロイ4よりも多量の鉄をジルコニウムに添加することによ
り、組織中に鉄を析出させ、析出強化させることが可能である。鉄の添加量は、実験によ
って0.5質量%までは析出物の密度が上昇し、0.5質量%以上添加すると析出物が巨
大化することが判明している。鉄の析出物は照射が進むに連れて固溶して小さくなってい
くが、密度が高いほど析出物の固溶に時間がかかり、析出硬化を長期間維持することがで
きるため、鉄の析出物の密度はより高いほうが好ましい。
In addition, by adding a larger amount of iron to zirconium than to Zircaloy 2 and Zircaloy 4, it is possible to precipitate iron in the structure and strengthen the precipitation. It has been found from experiments that the density of precipitates is increased up to 0.5% by mass, and that the amount of iron added becomes larger when 0.5% by mass or more is added. Iron precipitates dissolve and become smaller as irradiation progresses, but the higher the density, the longer it takes for the precipitates to dissolve and the precipitation hardening can be maintained for a long time. The higher the density of the product, the better.

さらに、ジルコニウムにニオブ(Nb)を添加することによって耐食性が向上すること
が知られており、例えば重水炉の圧力管にはジルコニウム−2.5%ニオブ合金が採用さ
れている。さらに、ニオブを添加することによって前述した六方晶金属の照射成長を抑制
することが可能である。よって、シースにニオブを添加することによって耐食性を向上さ
せ、また照射成長の抑制効果を得ることができる。図3にジルコニウム−ニオブの二元系
状態図を示す(Binary Alloy Phase Diagrams Second edition, ASM Internation
al, edited by T.B.Massalski(1990)より引用)。ニオブは、図3に示す二元系状
態図から読み取れる通り、0.6質量%まではジルコニウムに固溶する。
Furthermore, it is known that the corrosion resistance is improved by adding niobium (Nb) to zirconium. For example, a zirconium-2.5% niobium alloy is used for a pressure tube of a heavy water reactor. Furthermore, the above-described irradiation growth of hexagonal metal can be suppressed by adding niobium. Therefore, by adding niobium to the sheath, the corrosion resistance can be improved and the effect of suppressing irradiation growth can be obtained. Fig. 3 shows the binary phase diagram of zirconium-niobium (Binary Alloy Phase Diagrams Second edition, ASM Internation
al, edited by TBMassalski (1990)). Niobium dissolves in zirconium up to 0.6% by mass, as can be seen from the binary phase diagram shown in FIG.

なお、上述した鉄の添加とニオブの添加については、鉄のみまたはニオブのみを添加し
た場合はそれぞれの効果を奏するが、鉄とニオブの双方を添加した場合は鉄の析出による
強化とニオブによる耐食性向上の2つの効果を同時に得ることが可能である。
In addition, about the addition of iron and niobium mentioned above, when only iron or only niobium is added, the respective effects are exerted, but when both iron and niobium are added, strengthening by precipitation of iron and corrosion resistance by niobium. Two effects of improvement can be obtained at the same time.

以上説明したように、本実施例の原子炉制御棒によれば、ジルコニウムまたはジルコニ
ウム合金製のシース2の採用により、原子炉制御棒の耐照射性を向上させるとともに、シ
ース2と中性子吸収部材3との間の熱応力の発生の防止、シース2の組織配列制御による
熱応力の発生の防止、チャンネルボックスのシャドーコロージョンの防止といった効果が
得られ、信頼性を向上することが可能である。
As described above, according to the reactor control rod of the present embodiment, the irradiation resistance of the reactor control rod is improved by adopting the sheath 2 made of zirconium or a zirconium alloy, and the sheath 2 and the neutron absorbing member 3 are used. It is possible to improve the reliability by preventing the generation of thermal stress between the two and the like, preventing the generation of thermal stress by controlling the tissue arrangement of the sheath 2, and preventing the shadow corrosion of the channel box.

[実施例2]
本発明の第2の実施例による原子炉制御棒について、図4を用いて説明する。図4は、
本実施例による原子炉制御棒のジルコニウム−ハフニウムブレード31を長軸方向に垂直
な平面で切断した要部拡大横断面図である。なお、第1の実施例と同じ構成には同一の符
号を付し、重複する説明は省略する。
[Example 2]
A reactor control rod according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG.
It is the principal part expanded horizontal sectional view which cut | disconnected the zirconium-hafnium blade 31 of the nuclear reactor control rod by a present Example by the plane perpendicular | vertical to a major axis direction. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same structure as a 1st Example, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

本実施例においては、支持部材1にジルコニウム−ハフニウム合金製のジルコニウム−
ハフニウムブレード31が取り付けられている。ジルコニウム−ハフニウムブレード31
はハフニウムを含有しており中性子吸収材として機能する。
In this embodiment, the support member 1 is made of zirconium-hafnium alloy zirconium-
A hafnium blade 31 is attached. Zirconium-hafnium blade 31
Contains hafnium and functions as a neutron absorber.

本実施例のジルコニウム−ハフニウムブレード31は、自身が中性子吸収材として機能
するため、内部に中性子吸収部材を取り付ける必要がなく、中性子吸収部材固定部材が不
要である。そのため、従来の原子力制御棒に比較して溶接部位を減らすことができ、また
シースと中性子吸収部材との間に熱応力が発生することもなくなるため、信頼性が向上す
る。さらに、ハフニウムはジルコニウムよりも良好な耐食性を有するため、ジルコニウム
合金にハフニウムを添加することで耐食性を向上させることができる。
Since the zirconium-hafnium blade 31 of this embodiment itself functions as a neutron absorber, there is no need to attach a neutron absorber to the inside, and no neutron absorber fixing member is required. Therefore, compared with the conventional nuclear power control rod, the number of welded parts can be reduced, and since no thermal stress is generated between the sheath and the neutron absorbing member, the reliability is improved. Furthermore, since hafnium has better corrosion resistance than zirconium, the corrosion resistance can be improved by adding hafnium to the zirconium alloy.

また、ハフニウムはチタン、ジルコニウムと同様に六方最密充填構造を有し、ジルコニ
ウムと同様に組織配列を制御可能であるため、ジルコニウム−ハフニウム合金を用いたシ
ースにおいても、第1の実施例で説明したように組織配列を制御することで照射成長によ
る応力発生を回避することが可能である。
Further, hafnium has a hexagonal close-packed structure similar to titanium and zirconium, and the structure arrangement can be controlled in the same manner as zirconium. Therefore, the sheath using a zirconium-hafnium alloy is also described in the first embodiment. As described above, by controlling the tissue arrangement, it is possible to avoid the generation of stress due to irradiation growth.

なお、図4では中性子吸収ブレード31は板材を屈曲させてU字型形状を有するものと
して図示しているが、図5に示すようなコの字型や、あるいは図6、図7に示すように肉
厚の板材に縦穴32を一つあるいは複数設けただけの簡素な形状・構造とすることができ
る。また、必要に応じて冷却孔を設けてもよい。
In FIG. 4, the neutron absorbing blade 31 is illustrated as having a U-shape by bending a plate material. However, as shown in FIGS. In addition, a simple shape / structure can be obtained in which one or more vertical holes 32 are provided in a thick plate material. Moreover, you may provide a cooling hole as needed.

また、図8に示すように、平板形状のジルコニウム−ハフニウム合金を支持部材1に取
り付けて中性子吸収ブレード41とすることも可能である。ジルコニウム−ハフニウム合
金の加工をする必要がなくなり、図4に示す中性子吸収ブレード31よりもさらに簡素な
形状とすることが可能である。
In addition, as shown in FIG. 8, it is also possible to attach a flat plate-shaped zirconium-hafnium alloy to the support member 1 to obtain the neutron absorption blade 41. It is not necessary to process the zirconium-hafnium alloy, and the shape can be made simpler than that of the neutron absorbing blade 31 shown in FIG.

さらに、図9(a)、図9(b)に、平板形状の中性子吸収ブレードの支持部材への取
り付け性を向上させた変形例を示す。図9(a)においては、平板の一端を凹型形状に成
型した中性子吸収ブレード41aを用いており、この凹型形状部分に支持部材1を嵌入し
て取り付ける。また、図9(b)においては中性子吸収ブレード41の取り付け部に凹部
を設けた支持部材1aを用い、この凹部に中性子吸収ブレードを嵌入して取り付ける。図
8に示した支持部材1と中性子吸収ブレード41の取り付けは溶接などによって取り付け
を行うが、図9(a)および図9(b)に示した変形例によれば、支持部材1とブレード
41を係合させることで、溶接に代えてボルトなどによる取り付けが可能となり、溶接部
への負荷集中を回避することが可能となる。
Further, FIG. 9A and FIG. 9B show a modified example in which the attachment property of the flat plate-shaped neutron absorption blade to the support member is improved. In FIG. 9A, a neutron absorption blade 41a in which one end of a flat plate is formed into a concave shape is used, and the support member 1 is fitted and attached to this concave shape portion. In FIG. 9B, a support member 1a having a recess in the attachment portion of the neutron absorption blade 41 is used, and the neutron absorption blade is fitted and attached to this recess. The support member 1 and the neutron absorbing blade 41 shown in FIG. 8 are attached by welding or the like, but according to the modification shown in FIGS. 9A and 9B, the support member 1 and the blade 41 are attached. As a result of the engagement, it is possible to attach with bolts or the like instead of welding, and to avoid load concentration on the welded portion.

なお、本実施例においてジルコニウム−ハフニウムブレードに適用されるジルコニウム
−ハフニウム合金は、ジルコニウム単体にハフニウムを添加して合金とするよりも容易に
製造することが可能である。その理由について以下説明する。
In this embodiment, the zirconium-hafnium alloy applied to the zirconium-hafnium blade can be more easily manufactured than adding hafnium to the zirconium simple substance to make an alloy. The reason will be described below.

ジルコニウムとハフニウムはそれぞれジルコニウム鉱石(ジルコン、バデレアイト)に
含有されるが、ジルコニウムとハフニウムは類似した物性を有するために分離が困難であ
る。そのため、ジルコニウム及びハフニウムを得るには、ジルコニウム鉱石からハフニウ
ム以外の不純物を除去した後にジルコニウムとハフニウムを分離するための特殊な分離工
程を行う必要がある。しかし、ハフニウム以外の不純物は一般的な電解精錬で取り除くこ
とが可能である。そのため、ジルコニウム鉱石を電解精錬してジルコニウムとハフニウム
以外の元素を除去し、所望の合金元素を添加すればジルコニウム−ハフニウム合金を得る
ことができる。また、ハフニウムの存在比を高めるためにハフニウム濃縮を行ってもよい
。このように、ジルコニウム−ハフニウム合金はジルコニウムおよびハフニウム各々の単
体よりも容易にかつ低コストで製造することが可能である。
Zirconium and hafnium are contained in zirconium ores (zircon and baderite), respectively. However, zirconium and hafnium have similar physical properties and are difficult to separate. Therefore, in order to obtain zirconium and hafnium, it is necessary to perform a special separation step for separating zirconium and hafnium after removing impurities other than hafnium from the zirconium ore. However, impurities other than hafnium can be removed by general electrolytic refining. Therefore, a zirconium-hafnium alloy can be obtained by electrolytic refining zirconium ore to remove elements other than zirconium and hafnium, and adding a desired alloy element. Further, hafnium concentration may be performed to increase the abundance ratio of hafnium. Thus, the zirconium-hafnium alloy can be manufactured more easily and at a lower cost than the simple substance of zirconium and hafnium.

以上説明したように、本実施例によるジルコニウム−ハフニウムブレード31を採用し
た原子炉制御棒によれば、第1の実施例と同様の効果を奏するとともに、原子炉制御棒を
簡素な構造とすることができ、また従来よりも容易かつ低コストに生産することが可能で
ある。
As described above, according to the reactor control rod employing the zirconium-hafnium blade 31 according to the present embodiment, the same effect as the first embodiment can be obtained, and the reactor control rod can have a simple structure. In addition, it can be produced more easily and at a lower cost than in the past.

以上本発明の実施例について図を参照して説明してきたが、本発明は上記実施例に限定
されるものでなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で第1および第2の実施例を組み合わせ
、またいろいろの変形を採ることができる。例えば、第2の実施例に示した中性子吸収ブ
レード31に中性子吸収部材3と中性子吸収部材固定部材4を取り付ける、第1の実施例
に示したようにニオブを添加する、あるいは第1の実施例によるブレードと第2の実施例
によるブレードを組み合わせて用いるなどしてもよい。当業者にあっては、具体的な実施
例において本発明の技術思想および技術範囲から逸脱せずに種種の変形・変更を加えるこ
とが可能である。
Although the embodiments of the present invention have been described with reference to the drawings, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and the first and second embodiments are combined without departing from the spirit of the invention. Various modifications can be made. For example, the neutron absorbing member 3 and the neutron absorbing member fixing member 4 are attached to the neutron absorbing blade 31 shown in the second embodiment, niobium is added as shown in the first embodiment, or the first embodiment The blade according to the second embodiment and the blade according to the second embodiment may be used in combination. Those skilled in the art can make various modifications and changes in specific embodiments without departing from the technical idea and scope of the present invention.

1、1a 支持部材
2 シース
3 中性子吸収部材
4 中性子吸収部材固定部材
5 冷却材流路
10 ブレード
20 結晶格子
21 c軸
22、23 方向
31、41、41a、42b ジルコニウム−ハフニウムブレード
32 縦穴
100 ハフニウム制御棒
101 支持部材
102 コネクタ
103 カップリング・ソケット
104 ハンドル
110 ブレード
111 シース
112 ハフニウム板
113 冷却孔
114 ハフニウム板固定部材
115 冷却材流路
1, 1a Support member 2 Sheath 3 Neutron absorbing member 4 Neutron absorbing member fixing member 5 Coolant flow path 10 Blade 20 Crystal lattice 21 c-axis 22, 23 Direction 31, 41, 41a, 42b Zirconium-hafnium blade 32 Vertical hole 100 Hafnium control Rod 101 Support member 102 Connector 103 Coupling socket 104 Handle 110 Blade 111 Sheath 112 Hafnium plate 113 Cooling hole 114 Hafnium plate fixing member 115 Coolant flow path

Claims (4)

ブレードと、
このブレードを支持する支持部材と、を備える原子炉制御棒であって、
前記ブレードは中性子吸収部材であるジルコニウム−ハフニウム合金で構成された平板を
屈曲して形成された形状のブレードのみで構成されることを特徴とする原子炉制御棒。
A blade,
A nuclear reactor control rod comprising a support member for supporting the blade,
The nuclear reactor control rod, wherein the blade is constituted only by a blade having a shape formed by bending a flat plate made of a zirconium-hafnium alloy which is a neutron absorbing member.
ブレードと、
このブレードを支持する支持部材と、を備える原子炉制御棒であって、
前記ブレードは中性子吸収部材であるジルコニウム−ハフニウム合金で構成された平板に
縦穴を設けて形成されたブレードのみで構成されることを特徴とする原子炉制御棒。
A blade,
A nuclear reactor control rod comprising a support member for supporting the blade,
The reactor control rod according to claim 1, wherein the blade is composed of only a blade formed by providing a vertical hole in a flat plate made of a zirconium-hafnium alloy which is a neutron absorbing member.
前記ブレードまたは前記シースはニオブを含有し、そのニオブは0.6質量%以下であ
ることを特徴とする請求項1または2記載の原子炉制御棒。
The nuclear reactor control rod according to claim 1 or 2, wherein the blade or the sheath contains niobium, and the niobium is 0.6 mass% or less.
前記ブレードまたは前記シースは鉄を含有し、その鉄は0.5質量%以下であることを
特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載の原子炉制御棒。
The nuclear reactor control rod according to any one of claims 1 to 3, wherein the blade or the sheath contains iron, and the iron is 0.5 mass% or less.
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