JP2013092482A - Nuclear reactor control rod - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は原子炉制御棒に係り、特に、沸騰水型原子炉に用いられ、ハフニウム金属を利用したものに好適な原子炉制御棒に関する。 The present invention relates to a nuclear reactor control rod, and more particularly to a nuclear reactor control rod that is used in a boiling water nuclear reactor and is suitable for one using hafnium metal.
水中に存在する構造材同士が近接または接触する部分(以下、隙間部という)では、構造部材に接触する水に含まれる酸素が消費され、豊富に存在する隙間部外の酸素と酸素濃淡電池が形成される。このため、腐食反応が継続しやすい環境となると考えられる。 In the part where the structural materials existing in the water are close to or in contact with each other (hereinafter referred to as the gap), oxygen contained in the water that contacts the structural member is consumed, and oxygen outside the gap and the oxygen concentration cell are present in abundance. It is formed. For this reason, it is thought that it becomes an environment where a corrosion reaction is easy to continue.
また、原子炉内に配置されたステンレス鋼製の隣り合う構造部材による隙間部では、構造部材への放射線照射、構造部材の溶接残留応力及び隙間構造の3つの要因が重畳するため、構造部材における腐食反応が更に進みやすい環境になる。 In addition, in the gap portion between adjacent structural members made of stainless steel disposed in the nuclear reactor, the three factors of radiation irradiation to the structural member, welding residual stress of the structural member, and gap structure overlap, so in the structural member An environment where the corrosion reaction is more likely to proceed.
例えば、原子炉出力を制御する原子炉制御棒は、原子炉内に設置されて炉心内に挿入されるために、原子炉制御棒のタイロッドには、炉心に装荷された燃料集合体に含まれる核燃料物質の核分裂反応により発生する中性子やγ線の照射による材料劣化及び酸化環境、製造過程においてタイロッドとシースとの溶接によりシースに発生する引張残留応力、タイロッドとシースとの隙間腐食環境の3つの要因が重なっているため、隙間腐食が発生しやすい環境であることが懸念される。 For example, since the reactor control rod for controlling the reactor power is installed in the reactor and inserted into the reactor core, the tie rod of the reactor control rod is included in the fuel assembly loaded in the reactor core. Material degradation and oxidation environment due to neutron and gamma irradiation generated by nuclear fission reaction of nuclear fuel material, tensile residual stress generated in the sheath by welding the tie rod and sheath in the manufacturing process, crevice corrosion environment between tie rod and sheath Since the factors overlap, there is a concern that the crevice corrosion is likely to occur.
沸騰水型原子炉の原子炉制御棒として用いられている形状の一つに、中性子吸収材となる管状のハフニウム楕円管2枚を、U字形シースに内包することで1枚のブレードを形成し、このブレード4枚を十字形に組み合わせたものがある。例えば、特許文献1乃至3に記載のような原子炉制御棒であり、これらの原子炉制御棒は、通常、図1及び図2に示すような構造である。
One of the shapes used as reactor control rods for boiling water reactors is to form one blade by encapsulating two tubular hafnium elliptical tubes as neutron absorbers in a U-shaped sheath. There is a combination of four blades in a cross shape. For example, there are reactor control rods as described in
図1及び図2に示す特許文献1乃至3に記載されたハフニウム楕円管を有する沸騰水型原子炉の従来の原子炉制御棒は、十字形の断面形状を有するタイロッド1の上端部にハンドル2が取り付けられ、下端部に下部支持部材3(又は落下速度リミッタ)が取り付けられることにより、フレームと呼ばれる骨格構造が形成される。
A conventional reactor control rod of a boiling water reactor having a hafnium elliptic tube described in
このフレームに、タイロッド1の約半分の長さを持ち、かつ、楕円形の断面形状を持つハフニウム楕円管5が、上部ハフニウム5aとしてハンドル2の舌状部位2aに取り付けられ、ピン6にて固定される。同様に、下部ハフニウム5bが下部支持部材3(又は落下速度リミッタ)の舌状部位3aに取り付けられ、ピン6にて固定される。
On this frame, a hafnium
更に、上記の上部ハフニウム5a及び下部ハフニウム5bは、ステンレス鋼製の概略U字形の断面形状を持つシース4により内包され、そのシース4の端部がハンドル2、タイロッド1、下部支持部材3(又は落下速度リミッタ)に固定されることにより、一つのブレードを形成している。同様に、他の3つのブレードも、断面形状が概略十字形となるように形成されることにより、原子炉制御棒が構成される。
Further, the
以上のような、従来の原子炉制御棒が有する形状の特徴の一つとして、シース4とハフニウム楕円管5で形成される隙間構造に着目して、腐食の発生可能性を低減できる構造設計や、なるべく隙間間隔を拡大する方策が検討されている。また、例えば、特許文献4乃至6に記載のように、耐食性の皮膜を材料表面に付与する方法も検討されている。特に、特許文献6には、ハフニウム部材とシースの間に形成された隙間部に面するシース内面に皮膜を形成することが記載されている。
As one of the features of the shape of the conventional nuclear reactor control rod as described above, focusing on the gap structure formed by the
しかしながら、上述した従来技術では、タイロッドとシースの溶接部における隙間部での腐食に対する方策の記載は見られない。 However, in the above-described prior art, there is no description of a measure against corrosion at a gap portion in the welded portion between the tie rod and the sheath.
更に、原子炉制御棒の特性上、上下方向の動作を繰り返すことでタイロッドに引張応力や圧縮応力が繰り返し付与されること、起動時に室温から300℃以上まで温度が変動すること及び放射線照射されることにより、表面皮膜のひび割れや剥離が懸念される。表面皮膜にひび割れ等が起きると、その場所は母材が露出するために、腐食が発生しやすくなると共に、表面皮膜と母材の電気化学的特性の優劣から、皮膜を付与しない未処理の場合に比べ、母材の溶解をさらに加速する可能性がある。 Furthermore, due to the characteristics of the reactor control rod, tensile and compressive stresses are repeatedly applied to the tie rods by repeating the vertical movement, the temperature fluctuates from room temperature to 300 ° C or higher at the time of startup, and irradiation is performed. Therefore, there is a concern about cracking or peeling of the surface film. When cracks occur on the surface film, the base material is exposed at the location, so corrosion is likely to occur, and the surface film and the base material have superior electrochemical characteristics, so that no film is applied. Compared to the above, there is a possibility of further accelerating the dissolution of the base material.
また、シースやタイロッドにジルコニウム等の耐食性金属を用いる場合、ステンレス鋼に比べて密度が大きいため、原子炉制御棒全体の重量が増加することで機器仕様を満足しないことが懸念される。 Further, when a corrosion-resistant metal such as zirconium is used for the sheath or tie rod, since the density is higher than that of stainless steel, there is a concern that the weight of the entire reactor control rod increases and the equipment specifications are not satisfied.
本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、タイロッドとシースの隙間部で発生が懸念される隙間腐食の発生を抑制することは勿論、残留応力等により表面皮膜がひび割れした場合においても、腐食の発生が抑制できる原子炉制御棒を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-mentioned points. The object of the present invention is to suppress the occurrence of crevice corrosion, which is feared to occur at the gap portion between the tie rod and the sheath, and of course, the surface film is formed by residual stress. An object of the present invention is to provide a nuclear reactor control rod that can suppress the occurrence of corrosion even when cracked.
本発明の原子炉制御棒は、上記目的を達成するために、横断面が概略十字形のタイロッドと、該タイロッドの上端部に取り付けられたハンドルと、前記タイロッドの下端部に取り付けられた下部支持部材と、上端部が前記ハンドルに、下端部が前記下部支持部材にそれぞれ取り付けられ、前記タイロッドに取り付けられ、かつ、横断面が概略U字形を有し、前記タイロッドの概略十字形から四方に伸びる4つのシースと、該シースのそれぞれの内部に配置された中性子吸収材であるハフニウム部材とを備え、前記シースの端部と前記タイロッドが溶接接続されている原子炉制御棒において、前記シースの端部と前記タイロッドの溶接部近傍の該シースとタイロッドで形成される隙間部に、前記シース若しくはタイロッドの不働態化を促進する金属が含まれる皮膜及び金属の拡散層が形成されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a nuclear reactor control rod according to the present invention includes a tie rod having a substantially cross-sectional cross section, a handle attached to the upper end of the tie rod, and a lower support attached to the lower end of the tie rod. A member, an upper end portion is attached to the handle, and a lower end portion is attached to the lower support member, is attached to the tie rod, has a substantially U-shaped cross section, and extends from the cruciform shape of the tie rod in all directions. In a nuclear reactor control rod comprising four sheaths and a hafnium member that is a neutron absorber disposed inside each of the sheaths, the end of the sheath is connected to the end of the sheath and the tie rod by welding In the gap formed by the sheath and the tie rod in the vicinity of the welded portion of the tie rod and the tie rod, the passivation of the sheath or tie rod is promoted Wherein the diffusion layer of the coating and the metal include genus is formed.
本発明によれば、シースとタイロッドの溶接部近傍に形成される隙間部に、不働態化を促進する金属が含まれる皮膜及び金属の拡散層が存在するので、この隙間部での隙間腐食の発生が抑制できることは勿論、十分な厚さを設けた皮膜と共に母材内部へも拡散層を付与しているので、残留応力等により表面皮膜がひび割れした場合においても、不働態化を促進する成分が拡散層に存在するので、母材そのものが露出することなく、不働態化により腐食の発生を抑制できる。 According to the present invention, the gap formed in the vicinity of the welded portion between the sheath and the tie rod includes a film containing a metal that promotes passivation and a diffusion layer of the metal. In addition to being able to suppress the occurrence, a diffusion layer is also given to the inside of the base material together with a film having a sufficient thickness, so even if the surface film cracks due to residual stress etc., a component that promotes passivation Is present in the diffusion layer, the occurrence of corrosion can be suppressed by passivation without exposing the base material itself.
隙間腐食は、放射線照射、残留応力及び隙間構造のどれか1つの要因を除くことにより防ぐことができる。しかし、原子炉制御棒は、原子炉内に配置されることから放射線照射の環境を除くことは困難である。特に、原子炉制御棒は、図3に示すように、中性子吸収材であるハフニウム部材を内部に配置するシース4の上部、即ち、シース4の上端から下端に向かってシース4の全長(L0)の1/2程度の位置までの領域で高い中性子照射を受ける。
Crevice corrosion can be prevented by removing any one factor of radiation exposure, residual stress and crevice structure. However, since the nuclear reactor control rod is disposed in the nuclear reactor, it is difficult to remove the environment for radiation irradiation. In particular, as shown in FIG. 3, the nuclear reactor control rod has an upper portion of the
また、従来のハフニウム部材(例えば、ハフニウム楕円管5)を用いた原子炉制御棒では、シース4とハンドル2及びシース4とタイロッド1との溶接に伴い、引張残留応力がシース4の表面に発生する。従来の技術で使用されている構造部材の残留応力を低減させる方法として溶接後の熱処理は、原子炉制御棒の構造や寸法精度の制約上、原子炉制御棒に適用することが困難である。
Further, in a nuclear reactor control rod using a conventional hafnium member (for example, a hafnium elliptic tube 5), tensile residual stress is generated on the surface of the
更に、隙間部の腐食環境は、シース4とタイロッド1との隙間部に、炉心冷却材に含まれる不純物や腐食生成物などが堆積することで、腐食の発生に寄与すると考える。また、シース4とタイロッド1の隙間部に腐食生成物等が堆積すると、隙間幅が狭まり腐食がより発生し易い環境となる。
Further, the corrosive environment in the gap is considered to contribute to the occurrence of corrosion by depositing impurities, corrosion products, and the like contained in the core coolant in the gap between the
以上のことから、隙間腐食を抑制するための方策として、本発明者等は、隙間構造が回避できない部位では、腐食環境の経時的な悪化を抑制することが有効で、且つ、シースに引張残留応力が付加された場合でも母材が露出しにくいことが必要であると考えた。 From the above, as a measure for suppressing the crevice corrosion, the present inventors are effective in suppressing the deterioration of the corrosive environment over time in a portion where the gap structure cannot be avoided, and the sheath is left with a tensile residual. It was considered necessary that the base material was difficult to be exposed even when stress was applied.
そして、種々の検討を行った結果、本発明者等は、タイロッドとシースが溶接される領域となる隙間部分にのみ、腐食を抑制できる皮膜、ステンレス鋼の不働態化を促進する成分を含むシースあるいはタイロッドの表面皮膜と、シース母材あるいはタイロッド母材へステンレス鋼の不働態化を促進する成分が含まれる皮膜及び金属の拡散層を付与すれば良いとの発想に至った。 As a result of various studies, the present inventors have found that a sheath containing a coating that can suppress corrosion and a component that promotes passivation of stainless steel only in a gap portion that is a region where a tie rod and a sheath are welded. Alternatively, the present inventors have come up with the idea that a tie rod surface coating and a sheath matrix or a tie rod matrix may be provided with a coating containing a component that promotes passivation of stainless steel and a metal diffusion layer.
ステンレス鋼の不働態化を促進する金属は、ステンレス鋼の不働態化を促進する成分で、クロム、ニッケル、チタン、亜鉛、ニオブ、マンガンの少なくとも1種を含むことが望ましい。 The metal that promotes passivation of stainless steel is a component that promotes passivation of stainless steel, and preferably contains at least one of chromium, nickel, titanium, zinc, niobium, and manganese.
上記の検討結果を反映した本発明の実施例を、以下に説明する。 Examples of the present invention reflecting the above examination results will be described below.
本発明の原子炉制御棒の実施例1を図4に示す。その概略構成は、図1及び図2で説明した構成と略同一なので、ここでの詳細説明は省略し、本発明に関連する部分のみの説明とする。 FIG. 4 shows a first embodiment of the reactor control rod according to the present invention. Since the schematic configuration is substantially the same as the configuration described in FIGS. 1 and 2, detailed description thereof is omitted here, and only the portion related to the present invention is described.
図4に示す本実施例では、シース4の端部とタイロッド1の溶接部10の近傍のシース4とタイロッド1で形成される隙間部のシース内面4aに、シース4の不働態化を促進する金属が含まれる皮膜成分7aと金属の拡散層9aが形成されている。即ち、シース4とタイロッド1で形成される隙間部のタイロッド1と対向するシース4の表面に、シース4の不働態化を促進する金属が含まれる皮膜成分7aが形成され、この皮膜成分7aが形成されシース4の表層部に拡散層9aが形成されているもので、これは、拡散層9aが、シース4の不働態化を促進する金属が含まれる皮膜成分7aとシース4の間に形成されていることになる。
In the present embodiment shown in FIG. 4, the passive state of the
製作手順は、先ず、シース4の溶接部10に相当する部分(図4に示す溶接部10の端部位置からタイロッド1と対向するシース内面4aの平行部(長さ(X)部分)にのみ皮膜成分7aを施工する。この皮膜成分7aが施工されたシース4を、図5に示す如く、中心線(図5(イ)参照)から折り曲げてU字形に成型後(図5(ロ)参照)、U字形の開口部分を、タイロッド1の十字形から四方に伸びる部分に挿入し、両者を溶接する(図5(ハ)参照)。この際は、シース4の端部とタイロッド1は、溶接部10(図4参照)により固定されている。
The manufacturing procedure is as follows. First, the portion corresponding to the welded
上記溶接部10は、シース4とタイロッド1が混合して溶解した後、凝固しているので、皮膜成分7aや拡散層9aは消滅している。しかし、溶接部10の近傍では、幾何学的な隙間構造が残存するため、この隙間部分に皮膜成分7aや拡散層9aが存在していることで、隙間腐食が抑制できる。
Since the welded
ステンレス鋼製のシース4に対する皮膜成分7aとして、例えば、ステンレス鋼の含有成分であるCrを用いることで不働態化を促進する皮膜を形成できる。
As the
図6は、未処理のステンレス鋼試験片と、表面にCr皮膜及び拡散層を蒸着により付与した試験片の腐食試験後の電子顕微鏡による観察写真である。図6の(1)は未処理試験片の顕微鏡写真であり、(B1)は(A1)の一部を拡大した顕微鏡写真である。一方、図6の(2)はCr付与試験片の顕微鏡写真であり、(B2)は(A2)の一部を拡大した顕微鏡写真である。腐食試験は、288℃の高温水中で歪み量が15%になるまで低歪速度引張試験(SSRT試験)を実施した。 FIG. 6 is a photograph taken by an electron microscope after a corrosion test of an untreated stainless steel test piece and a test piece provided with a Cr film and a diffusion layer on the surface by vapor deposition. (1) in FIG. 6 is a micrograph of an untreated test piece, and (B1) is a micrograph in which a part of (A1) is enlarged. On the other hand, (2) in FIG. 6 is a micrograph of a Cr-added test piece, and (B2) is a micrograph in which a part of (A2) is enlarged. In the corrosion test, a low strain rate tensile test (SSRT test) was performed in high temperature water at 288 ° C. until the strain amount became 15%.
未処理試験片(1)では、図6の(B1)に示すように、表面にひび割れが見られ、腐食の痕跡が観察された。一方、Cr付与試験片(2)では、図5の(B2)に示すように、形成されたCr皮膜にスジ状の模様が見られたが、ひび割れは発生していなかった。 In the untreated test piece (1), as shown in FIG. 6 (B1), the surface was cracked and traces of corrosion were observed. On the other hand, in the Cr application test piece (2), as shown in (B2) of FIG. 5, a streaky pattern was seen in the formed Cr film, but no crack was generated.
この試験結果から、不働態化を促進する成分(例えば、Cr)で皮膜を付与することで、試験片であるステンレス鋼の腐食を抑制できることがわかった。 From this test result, it was found that corrosion of stainless steel as a test piece can be suppressed by applying a film with a component (for example, Cr) that promotes passivation.
特に、Cr付与試験片(2)では、上述したように、スジ状の模様がCr皮膜に発生していたが、Cr皮膜にひび割れが生じるに至らなかった。この要因は、表面のCr皮膜からCr付与試験片(2)の母材(ステンレス鋼)にかけて、連続的な濃度勾配を有するCr拡散層が付与されているからであると、発明者等は考えた。 In particular, in the Cr application test piece (2), as described above, streaky patterns were generated in the Cr film, but no cracks were generated in the Cr film. The inventors think that this is because a Cr diffusion layer having a continuous concentration gradient is applied from the Cr film on the surface to the base material (stainless steel) of the Cr application specimen (2). It was.
そこで、本発明者等は、未処理試験片及びCr皮膜付与試験片のそれぞれの表面付近の断面を化学分析し、Cr濃度の分布を求めた。得られたCr濃度分布を図7に示す。図7の(1)は、未処理試験片の表面付近でのCr濃度の分布を示しており、図7の(2)は、Cr皮膜付与試験片の表面付近でのCr濃度の分布を示している。 Therefore, the inventors of the present invention chemically analyzed the cross sections near the respective surfaces of the untreated test piece and the Cr film-coated test piece, and obtained the Cr concentration distribution. The obtained Cr concentration distribution is shown in FIG. (1) of FIG. 7 shows the distribution of Cr concentration near the surface of the untreated test piece, and (2) of FIG. 7 shows the distribution of Cr concentration near the surface of the Cr film-coated test piece. ing.
該図に示す如く、未処理試験片(1)では、Cr濃度は、表面から深さ方向において、母材のCr濃度で実質的に一様に分布している。一方、Cr皮膜付与試験片(2)では、Cr濃度は、Cr皮膜の表面で最も高く、Cr皮膜の表面から深さ方向において、Cr濃度が、Cr皮膜の表面から5μmの深さにおける母材のCr濃度まで連続的に低減する濃度勾配を有するCr拡散層が観察される(図7の(2)参照)。 As shown in the figure, in the untreated specimen (1), the Cr concentration is substantially uniformly distributed with the Cr concentration of the base material in the depth direction from the surface. On the other hand, in the Cr film-applied test piece (2), the Cr concentration is highest on the surface of the Cr film, and in the depth direction from the surface of the Cr film, the base metal at a depth of 5 μm from the surface of the Cr film. A Cr diffusion layer having a concentration gradient that continuously decreases to the Cr concentration is observed (see (2) in FIG. 7).
図6の(2)で観察されたスジ状の模様は、Cr皮膜の割れあるいは剥離によって、Cr皮膜の厚みが薄くなったと考えられる。しかしながら、本発明者等は、Cr皮膜よりも母材側にCr拡散層が存在するために、母材が露出することなく、母材に達するひび割れを抑制できたと考えた。 The streak-like pattern observed in (2) of FIG. 6 is considered that the thickness of the Cr film is reduced by cracking or peeling of the Cr film. However, the present inventors considered that the crack reaching the base material could be suppressed without exposing the base material because the Cr diffusion layer was present on the base material side of the Cr coating.
付与されたCr皮膜の模式図を図8に示す。該図の如く、母材であるステンレス鋼板8に複数の皮膜成分7aが膜状に付与され、Cr皮膜7の表面からステンレス鋼板8にかけて、連続的な濃度勾配を有する拡散層9aが付与されていると考える。
A schematic diagram of the applied Cr film is shown in FIG. As shown in the figure, a plurality of
隙間腐食発生時に見られるひび割れの深さを測定した結果を、図9に示す。図9に示された測定結果から、腐食の初期段階では、ひび割れがおよそ3μm程度から始まることがわかった。そのため、図7の(2)で示したCr皮膜の厚みが3μmよりも厚いことが望ましく、Cr皮膜の厚みが5μmの皮膜であるために、母材のひび割れを抑制できたと言える。 The result of measuring the depth of cracks observed when crevice corrosion occurs is shown in FIG. From the measurement results shown in FIG. 9, it was found that cracks start from about 3 μm in the initial stage of corrosion. Therefore, it is desirable that the thickness of the Cr film shown in (2) of FIG. 7 is greater than 3 μm, and since the Cr film is a film having a thickness of 5 μm, it can be said that cracking of the base material could be suppressed.
図6では、物理蒸着法、いわゆるPVD(Physical Vapor Deposition)法を用いた。Cr皮膜7と拡散層9aを付与するための方法として、硫酸、塩酸、硝酸、ふっ酸及びクロム酸のいずれかの酸に溶解した不働態化を促進する金属の一種であるCrを含む溶液を用いることが可能である。Crを含む溶液として、クロム酸及び硫酸を含むサージュント欲を用いており、クロム酸の濃度は250g/Lで、硫酸の濃度は25g/Lである。その溶液の温度は40〜60℃の範囲内の温度に加熱される。他には、加熱溶解した不働態化を促進する金属を、シースへ吹き付けることでも同様の効果が期待でき、また、上記した複数の方法を組み合わせて適用することも可能である。
In FIG. 6, a physical vapor deposition method, a so-called PVD (Physical Vapor Deposition) method is used. As a method for providing the
このような本実施例によれば、シースとタイロッドの溶接部近傍に形成される隙間部に、不働態化を促進する金属が含まれる皮膜及び金属の拡散層が存在するので、この隙間部での隙間腐食の発生が抑制できることは勿論、十分な厚さを設けた皮膜と共に母材内部へも拡散層を付与しているので、残留応力等により表面皮膜がひび割れした場合においても、不働態化を促進する成分が拡散層に存在するので、母材そのものが露出することなく、不働態化により腐食の発生を抑制できる。 According to the present embodiment as described above, the gap formed in the vicinity of the welded portion between the sheath and the tie rod includes a film containing a metal that promotes passivation and a diffusion layer of the metal. In addition to being able to suppress the occurrence of crevice corrosion, a diffusion layer is also applied to the inside of the base material together with a sufficiently thick film, so that even if the surface film cracks due to residual stress etc., it becomes passivated Since the component that promotes is present in the diffusion layer, the occurrence of corrosion can be suppressed by passivation without exposing the base material itself.
図10に、本発明の原子炉制御棒の実施例2を示す。図1に示した実施例1と同一部品には同符号を使用して説明する。 FIG. 10 shows a second embodiment of the reactor control rod according to the present invention. The same parts as those in the first embodiment shown in FIG.
図10に示す本実施例では、シース4の端部とタイロッド1の溶接部10の近傍のシース4とタイロッド1で形成される隙間部のタイロッド外面1aに、タイロッド1の不働態化を促進する金属が含まれる皮膜成分7bと金属の拡散層9bが形成されている。即ち、シース4とタイロッド1で形成される隙間部のシース4と対向するタイロッド1の表面に、タイロッド1の不働態化を促進する金属が含まれる皮膜成分7bが形成され、この皮膜成分7bが形成されタイロッド1の表層部に拡散層9bが形成されているもので、これは、拡散層9bが、タイロッド1の不働態化を促進する金属が含まれる皮膜成分7bとタイロッド1の間に形成されていることになる。
In the present embodiment shown in FIG. 10, the
製作手順は、図11に示す如く、先ず、折り曲げてU字形に成型したシース4(図11(イ)参照)の溶接部10に相当する部分(図10に示す溶接部10の端部位置からシース4と対向するタイロッド外面1aの平行部(長さ(Y)部分)にのみ皮膜成分7bを施工する。この皮膜成分7bが施工されたタイロッド1(図11(ロ)参照)に、シース4のU字形の開口部分を、タイロッド1の十字形から四方に伸びる部分に挿入し、両者を溶接する(図11(ハ)参照)。この際は、シース4の端部とタイロッド1は、溶接部10(図10参照)により固定されている。
As shown in FIG. 11, the manufacturing procedure is as follows. First, a portion corresponding to the welded
本実施例でも実施例1と同様に、溶接部10は、シース4とタイロッド1が混合して溶解した後、凝固しているので、皮膜成分7bや拡散層9bは消滅している。しかし、溶接部10の近傍では、幾何学的な隙間構造が残存するため、この隙間部分のタイロッド1側に皮膜成分7bや拡散層9bが存在していることで、隙間腐食を抑制できる。
Also in the present embodiment, as in the first embodiment, since the welded
ステンレス鋼製のタイロッド1に対する皮膜成分7bとして、例えば、ステンレス鋼の含有成分であるCrを用いることで不働態化を促進する皮膜を形成できる。
As the
このような本実施例の構成とすることにより、上述した実施例1と同様な効果を得ることができる。 By adopting such a configuration of the present embodiment, it is possible to obtain the same effects as those of the first embodiment described above.
図12に、本発明の原子炉制御棒の実施例3を示す。該図に示す本実施例では、シース4のハンドル2側の一端と、この一端からシース4の下部支持部材3側の他端に向かってシース4の軸方向における全長の1/2以下の位置との間の領域に、上述した実施例1の構成若しくは実施例2の構成を適用したものである。
FIG. 12 shows a third embodiment of the reactor control rod according to the present invention. In the present embodiment shown in the figure, one end of the
即ち、ハフニウム楕円管5の上端から全長L0の2分の1の範囲のシース4の端部とタイロッド1の溶接部10の近傍のシース4とタイロッド1で形成される隙間部に、シース4若しくはタイロッド1の不働態化を促進する金属が含まれる皮膜成分7a(又は7b)と金属の拡散層(図示せず)が形成されたシース4を有する原子炉制御棒としたものである。
That is, the
このような本実施例の構成とすることにより、上述した実施例1及び2と同様な効果を得ることができることは勿論、ハフニウム楕円管5の上端から全長L0の2分の1の範囲は、原子炉で使用中に受ける中性子照射量が高い部分であり、この範囲にのみ限定して表面処理を施工することが可能で、範囲を限定することで製造コストを抑制できる効果がある。また、皮膜成分7a(又は7b)を施工した後に、皮膜を損傷したり、溶解したりすることが無ければ、フェライトの他にも、貴金属の表面処理を用いることもできる。
With such a configuration of the present embodiment, not only it is possible to obtain the same effect as in Example 1 and 2 described above, the first range of 2 of the total length L 0 from the upper end of the hafnium
尚、特に図示して説明しないが、実施例1と実施例2を適用し、シース4側とタイロッド1側のどちらにも皮膜成分を形成するようにしても良い。つまり、図4の構成に加え、シース4の不働態化を促進する金属が含まれる皮膜成分7aが形成されているタイロッド1の表層部に、金属の拡散層を形成してもよいし、図10の構成に加え、タイロッド1の不働態化を促進する金属が含まれる皮膜成分7bが形成されているシース1の表層部に、金属の拡散層を形成してもよい。
Although not specifically illustrated and described, Example 1 and Example 2 may be applied to form a film component on either the
また、上述した各実施例では、シース若しくはタイロッドの不働態化を促進する金属が含まれる皮膜及び金属の拡散層としてCrを例にして説明したが、Cr以外に、クロム、ニッケル、チタン、亜鉛、ニオブ、マンガンの少なくとも1種を含む金属が含まれる皮膜及び金属の拡散層としても良いことは勿論である。 In each of the above-described embodiments, Cr has been described as an example of a coating containing a metal that promotes passivation of the sheath or tie rod and a diffusion layer of the metal, but in addition to Cr, chromium, nickel, titanium, zinc Of course, a film containing a metal containing at least one of niobium and manganese and a metal diffusion layer may be used.
本発明は、原子力プラントで用いられているステンレス鋼製の制御棒を初め、炉内構造物や炉内機器に適用することができる。 The present invention can be applied to an in-furnace structure and in-furnace equipment, including a stainless steel control rod used in a nuclear power plant.
1…タイロッド、1a…タイロッド外面、2…ハンドル、2a…ハンドルの舌状部位、3…下部支持部材(又は落下速度リミッタ)、3a…下部支持部材の舌状部位、4…シース、4a…シース内面、5…ハフニウム楕円管、5a…上部ハフニウム、5b…下部ハフニウム、6…ピン、7…Cr皮膜、7a、7b…皮膜成分、8…ステンレス鋼板、9a、9b…拡散層、10…溶接部。
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記シースの端部と前記タイロッドの溶接部近傍の該シースとタイロッドで形成される隙間部に、前記シース若しくはタイロッドの不働態化を促進する金属が含まれる皮膜及び金属の拡散層が形成されていることを特徴とする原子炉制御棒。 A tie rod having a substantially cross-shaped cross section, a handle attached to an upper end portion of the tie rod, a lower support member attached to a lower end portion of the tie rod, an upper end portion on the handle, and a lower end portion on the lower support member Four sheaths attached to the tie rods and having a substantially U-shaped cross-section and extending from the cruciform of the tie rods in all directions, and neutron absorption arranged inside each of the sheaths In a reactor control rod comprising a hafnium member that is a material, the end of the sheath and the tie rod being welded,
In the gap formed by the sheath and the tie rod in the vicinity of the end of the sheath and the welded portion of the tie rod, a coating containing a metal that promotes passivation of the sheath or the tie rod and a metal diffusion layer are formed. Reactor control rod, characterized by
前記隙間部の前記タイロッドと対向する前記シースの表面に、該シースの不働態化を促進する金属が含まれる皮膜が形成され、該皮膜が形成されている前記シースの表層部に、前記金属の拡散層が形成されていることを特徴とする原子炉制御棒。 The reactor control rod according to claim 1,
A film containing a metal that promotes passivation of the sheath is formed on the surface of the sheath facing the tie rod in the gap, and the metal layer is formed on a surface layer of the sheath where the film is formed. A nuclear reactor control rod characterized in that a diffusion layer is formed.
前記金属の拡散層が、前記シースの不働態化を促進する金属が含まれる皮膜と前記シースの間に形成されていることを特徴とする原子炉制御棒。 Reactor control rod according to claim 2,
The nuclear reactor control rod, wherein the metal diffusion layer is formed between the sheath containing a metal that promotes passivation of the sheath and the sheath.
前記シースの不働態化を促進する金属が含まれる皮膜が形成されている前記タイロッドの表層部に、金属の拡散層が形成されていることを特徴とする原子炉制御棒。 In the nuclear reactor control rod according to claim 2 or 3,
A nuclear reactor control rod, wherein a metal diffusion layer is formed on a surface layer portion of the tie rod on which a film containing a metal that promotes passivation of the sheath is formed.
前記隙間部の前記シースと対向する前記タイロッドの表面に、前記タイロッドの不働態化を促進する金属が含まれる皮膜が形成され、該皮膜が形成されている前記タイロッドの表層部に、前記金属の拡散層が形成されていることを特徴とする原子炉制御棒。 The reactor control rod according to claim 1,
A film containing a metal that promotes passivation of the tie rod is formed on the surface of the tie rod facing the sheath of the gap, and the surface layer of the tie rod on which the film is formed has a metal layer. A nuclear reactor control rod characterized in that a diffusion layer is formed.
前記金属の拡散層が、前記タイロッドの不働態化を促進する金属が含まれる皮膜と前記タイロッドの間に形成されていることを特徴とする原子炉制御棒。 Reactor control rod according to claim 5,
A nuclear reactor control rod, wherein the metal diffusion layer is formed between a film containing a metal that promotes passivation of the tie rod and the tie rod.
前記タイロッドの不働態化を促進する金属が含まれる皮膜が形成されている前記シースの表層部に、金属の拡散層が形成されていることを特徴とする原子炉制御棒。 Reactor control rod according to claim 5 or 6,
A nuclear reactor control rod, wherein a metal diffusion layer is formed on a surface layer portion of the sheath on which a film containing a metal that promotes passivation of the tie rod is formed.
前記シースの前記ハンドル側の一端と、この一端から前記シースの前記下部支持部材側の他端に向かって前記シースの軸方向における全長の1/2以下の位置との間の領域で、前記シース若しくはタイロッドの不働態化を促進する金属が含まれる皮膜及び金属の拡散層が形成されていることを特徴とする原子炉制御棒。 Reactor control rod according to claims 1 to 7,
In the region between one end of the sheath on the handle side and a position that is less than or equal to ½ of the total length in the axial direction of the sheath from the one end toward the other end of the sheath on the lower support member side Alternatively, a nuclear reactor control rod characterized in that a coating containing a metal that promotes passivation of a tie rod and a metal diffusion layer are formed.
前記シース若しくはタイロッドの不働態化を促進する金属は、ステンレス鋼の不働態化を促進する成分で、クロム、ニッケル、チタン、亜鉛、ニオブ、マンガンの少なくとも1種を含むことを特徴とする原子炉制御棒。 The nuclear reactor control rod according to any one of claims 1 to 8,
The metal that promotes passivation of the sheath or tie rod is a component that promotes passivation of stainless steel, and contains at least one of chromium, nickel, titanium, zinc, niobium, and manganese. Control rod.
前記シース若しくはタイロッドの不働態化を促進する金属が含まれる皮膜は、厚さが3μm以上であることを特徴とする原子炉制御棒。 Reactor control rod according to claims 1 to 9,
The reactor control rod according to claim 1, wherein the coating containing a metal that promotes passivation of the sheath or tie rod has a thickness of 3 μm or more.
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